一、方案概述
目标：基于UR协作机器人构建“精准搬运→智能分拣→数据闭环”的实验室自动化系统，覆盖生物样品、化学试剂、电子元件等搬运场景，同步开发配套课程体系，培养工业机器人系统集成能力。
核心优势：
UR原生生态：无缝对接URCap插件、Polyscope操作系统，降低开发门槛。
安全柔性：内置力控传感器（≤150N接触力），满足实验室人机共融需求。
模块扩展：兼容UR+认证组件（夹爪/视觉/AGV），支持功能快速迭代。
二、系统架构设计
1. 硬件配置
模块 | 型号推荐 | 功能说明 |
机器人本体 | UR3e/UR5e | 负载3-5kg，臂展500-850mm，适配狭小空间 |
末端执行器 | OnRobot夹爪/Robotiq夹爪 | 自适应抓取试管/培养皿/PCB板 |
视觉定位系统 | UR+认证相机 | 3D视觉引导±0.1mm定位精度 |
移动平台 | MiR250 AGV + UR基座适配器 | 自主导航搬运机器人至多实验台 |
数据中继模块 | UR CB3/CB5控制器 | 集成Modbus TCP/Profinet协议对接实验室设备 |
三、典型应用流程（以生物样品搬运为例）
任务触发：实验人员通过平板电脑提交样品转运请求。
AGV调度：MiR250搭载UR机器人移动至样品存储区。
视觉定位：视觉相机识别试管架位置并生成抓取路径。
精准抓取：UR5e+onrobot/robotiq夹爪抓取试管，力控防碰撞。
转运测试：AGV运送至离心机/光谱仪，机器人完成样品装载。
数据回传：测试结果自动录入LIMS系统并生成报告。
四、课程与实训设计
1. 模块化课程体系
阶段 | 课程模块 | 关键技术点 | 实验设备关联 |
初级 | UR基础操作与安全规范 | 示教器编程/碰撞检测设置 | UR本体+夹爪 |
中级 | 视觉引导搬运开发 | 手眼标定/坐标变换矩阵应用 | UR+视觉相机 |
高级 | 多设备协同控制 | AGV-UR通信协议/任务队列优化 | UR+MiR250 AGV |
拓展 | 数字孪生与虚实联动 | URSIM仿真/OPC UA数据同步 | 仿真软件+实体机器人 |
2. 实训项目库
基础任务
实训1：手动示教完成96孔板定点搬运（重复定位精度±0.05mm）
实训2：设置安全平面，实现人机协同试管分装
进阶挑战
实训3：基于3D视觉的异形零件无序抓取
实训4：AGV多路径规划避障算法调试
综合创新
实训5：搭建温度敏感样品搬运系统（实时监控+冷链中断应急处理）
实训6：开发Web端远程监控界面（状态显示/紧急干预）
五、实验室部署方案
1. 布局规划
[AGV充电区] —— [样品预处理台] —— [UR协作工作站]
↑ ↓
[人工操作区] ← [精密仪器测试区]
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