基于通用软件架构的低成本机器人平台实现自主元素表征
机器人学
2025-09-25 v1
摘要
尽管机器人在工业中的应用迅速增长，但由于缺乏通用方法和硬件成本高昂，机器人在科学实验室中自动化任务的应用并不普遍。本文聚焦于在保持通用性的同时降低成本所必需的表征任务自动化，并提出了一种用于在科学实验室环境中构建机器人系统的软件架构。双层（Socket.IO和ROS）动作服务器设计是基本构建块，它便于实现基于Web的前端以进行用户友好操作，并使用ROS行为树进行便捷的任务规划和执行。基于该架构构建了一个用于自动化矿物和材料样品表征的机器人平台，其中开源、低成本的三轴计算机数控龙门系统作为主机器人。手持式激光诱导击穿光谱（LIBS）分析仪与3D打印适配器集成，实现了自动化二维化学绘图。我们通过扫描一个含锂辉石伟晶岩岩心样品表面，以每秒1520比特的速率获取了1071个点的密集高光谱图，展示了自动化化学绘图的实用性。自动化LIBS扫描能够在实验室中进行受控的化学定量分析，补充了使用同一手持设备获取的现场测量结果，从而连接了锂电池材料供应链中的资源勘探和加工步骤。
引用
@article{arxiv.2509.19541,
title = {Autonomous Elemental Characterization Enabled by a Low Cost Robotic Platform Built Upon a Generalized Software Architecture},
author = {Xuan Cao and Yuxin Wu and Michael L. Whittaker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19541},
year = {2025}
}