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智能低压聚合适配型自动化执行模块

本单元基于超级智能化学合成平台，构建智能低压聚合反应全流程自动化执行体系，通过惰性气体密封保护的舱室与自动化协作执行单元、液体试剂称量自动化执行单元协同精准操作，实现试剂瓶智能管理、液体试剂精准定量投加的一体化自动化操作。该单元深度集成多通道自动化聚合反应系统，支持全流程实验参数（如试剂瓶存储位置、质量、液体试剂投加体积、加样顺序与速率）与实验方法跨设备无缝同步，显著提升多组平行聚合实验的数据一致性、可重复性与操作效率。

本单元具备高兼容性接口，可灵活连接多通道聚合反应器、试剂存储单元、高精度称量设备及移液装置，覆盖从试剂瓶入库定位 - 无氧无水环境存储调度 - 化学试剂按序投加至反应器 - 试剂瓶回收归位 的全流程自动化操作，实现低压聚合试剂管理与加样的闭环实验管理。同时，单元内置无人化流程监控与智能应急处理模块，可对三大执行单元运动轨迹、试剂称量/移液精度、试剂在位情况进行实时多维度监测与异常诊断，并在发生突发情况时自动执行预设保护策略，包括暂停对应操作、锁定试剂存储/取用通道、反馈系统主控模块调整聚合反应参数等功能，全面满足 7×24 小时无人值守的多通道平行聚合实验对安全性、可靠性与连续运行能力的严苛要求。

本单元在低压聚合实验流程中通过以下环节实现全自动无人化操作：

（1）试剂瓶智能管理阶段：根据多通道自动化聚合反应系统调度指令，自动化执行单元在惰性气体保护的存储转运舱内，通过专用夹持机构，完成新试剂瓶入库定位（按种类、规格，同步信息至系统数据库）、目标试剂瓶调度出库。

（2）液体试剂加样阶段：自动化执行单元从交接工位获取液体试剂瓶，移送至惰性气氛投加舱体；待舱室惰性气氛达标后，自动化执行单元控制试剂瓶与高精度移液装置对接，完成预设体积的液体试剂定量抽取，按多通道反应器数量精准分注；随后按预设顺序与速率将定量试剂逐一投加至反应器，投加完成后触发移液管路惰性气体吹扫与自清洗，同时将试剂瓶密封送回自动化执行单元进行回收，避免残留试剂污染管路。

为保障低压聚合实验流程的可靠性与连续性，单元具备多项关键运行保障机制：接口模块支持与不同品牌多通道聚合反应器、惰性气体设备、称量/移液设备的接入，具备信号自适应解析与协议转换能力，可兼容实验室现有设备体系；各类传感器对自动化执行单元待机状态、试剂存量/液位、舱室气压与水氧含量、试剂精度及关键动作完成信号进行实时监测；异常情况下，系统可自动判定并执行相应应急策略（如切换备用试剂瓶、启动称量/移液校准、增强惰性气体供给流量、自动校准自动化执行单元运动轨迹），或上报超级智能化学合成平台主控系统协同调度，实现闭环安全管理与稳定执行，为低压聚合工艺优化、性能调控及相关基础研究提供可靠的全流程自动化支撑。

1自动化协作执行单元技术方案

1.1自动化协作执行单元

1.1.1 自动化协作执行单元本体性能参数

(1) 实验室场景适配工作半径：有效工作半径可完整覆盖低压聚合反应执行单元中多通道聚合反应器、无氧无水试剂存储单元及惰性气氛舱体的典型摆放间距，无需频繁调整设备位置即可完成试剂全流程转运，适配高通量平行实验的空间布局需求。

(2) 试剂负载能力：最大试剂盘承载重量不低于 5kg，满足单批次多通道聚合实验的试剂集中转运需求，避免频繁往返导致的实验效率损耗。

(3) 实验室集成灵活性：自动化执行单元整机重量不超过 24kg。

(4) 实验室系统联动通讯：本体标配 CAN BUS 通讯接口，可与超级智能化学合成平台主控系统、惰性气体供给系统等设备实现实时数据交互，支持各类数据的闭环传输，保障低压聚合实验中 参数下发 - 执行反馈 的同步性。

(5) 实验室运行效率与安全平衡：工具端线速度不超过 2.8m/s，可根据超级智能化学合成平台的无人值守运行节奏动态调节。

(6) 实验室环境防护：防护等级达到 IP54 标准。

(7) 实验室化学环境耐受性：具备强耐酸碱腐蚀能力，可适配低压聚合反应中低压聚合实验涉及的多组分有机溶剂（如乙二醇、酯类助溶剂）侵蚀；通过表面自清洁涂层与动态密封技术，实现 7×24 小时无故障连续运行，满足无人值守实验的长期稳定性需求。

1.1.2 自动化协作执行单元导控终端配置

(1) 实验室操作便捷性：配备 12 英寸彩色电阻式液晶触控屏，屏幕表面具备防化学腐蚀涂层，可耐受实验中可能的溶剂擦拭，同时在低温/干燥的实验室环境下保持触控灵敏度。

(2) 实验室安全与操作适配：集成核心功能按钮 —— 含开关机按钮、紧急停止按钮、力控调节按钮。

1.1.3 自动化协作执行单元核心功能

(1) 针对实验人员友好的编程与调试：支持通过示教器对自动化执行单元的实验动作进行示教，同时提供在线编程功能；特别适配低压聚合反应中非专业编程背景的实验人员，通过拖动示教功能可快速调试多通道试剂加样流程，无需复杂代码编写即可完成实验方案迭代。

(2) 实验室级安全防护：配备 10 级可调碰撞防护功能，可根据低压聚合反应执行单元的设备布局设定防护灵敏度 —— 当自动化执行单元在转运过程中意外碰撞反应器、管路或其他设备时，会立即停止所有动作，有效避免设备损坏、试剂容器破裂导致的样品泄露，以及泄露试剂对无氧实验环境的污染，为实验室安全提供闭环保障。

(3) 实验室系统集成扩展性：支持多种平台 SDK 二次开发，兼容 Linux 系统下的 C++ 编程、Lua 脚本语言编程，以及 Windows 环境下的 VC++、Python 脚本编程、QT 跨平台编程；可根据低压聚合反应的个性化需求进行功能定制，适配多设备协同的智能实验流程。

(4) 实验室人员培训与技术支撑：提供完整的教学资源包，包含自动化执行单元开发软件工具、SDK 开发包、ROS 环境软件包、DEMO 资料、电动手爪驱动包（适配不同试剂夹具的驱动调试）及接口协议说明书，便于实验室人员快速掌握设备操作与系统集成技术。

1.1.4 自动化协作执行单元法兰

(1) 实验室精度保障：平面度公差控制在 0.01μm 以内，可确保法兰与夹具、称量模块的紧密贴合，避免因平面度偏差导致的夹具夹持偏移，保障在无氧环境下与加样的精度，符合低压聚合实验对试剂用量的严苛要求。

(2) 实验室安装灵活性：设有 4 个自动化执行单元安装孔、2 个转换板安装孔及 1 个通孔，适配低压聚合反应执行单元反应中不同规格夹具的安装需求，同时通孔可用于穿设气管或信号线，避免线路暴露影响实验室整洁度与设备安全性。

(3) 实验室表面性能要求：表面粗糙度 Ra＜0.4μm，可减少试剂的附着，降低试剂残留导致的交叉污染风险；采用铝合金材质，表面经喷细砂、本色阳极氧化处理，不仅提升法兰的耐磨性，还增强其耐化学试剂腐蚀特性，延长设备使用寿命。

1.1.5精密伺服驱动电动式试剂夹持执行组件

1.1.5.1 高精度伺服闭环驱动式电动化试剂夹持终端

(1) 实验室空间适配尺寸：可灵活适配低压聚合反应中多通道聚合反应器的狭窄加样空间舱体的有限操作区域，避免与反应器端口、惰性气体管路发生空间干涉。

(2) 低压聚合试剂负载适配：最大推荐负载为 0.25kg。

(3) 低压聚合加样精度保障：位置重复精度达 ±0.02mm。

(4) 实验室系统联动通讯：支持Modbus-RTU协议与Digital I/O 双通讯模式，可与超级智能化学合成平台主控系统、多通道聚合反应系统实现无缝数据交互——接收系统下发的参数指令，反馈夹爪实时工作状态，保障低压聚合实验中试剂转运的自动化闭环控制。

(5) 低压聚合试剂容器适配性：单侧夹持力可在 6-15N 范围内灵活调节，搭配柔软材质夹爪，能精准适配低压聚合反应执行单元中不同材质（玻璃、塑料）、不同形态的试剂容器 —— 针对玻璃材质的催化剂瓶，调节低夹持力（6-8N）避免瓶体破裂；针对塑料材质的助催化剂容器，调节高夹持力（12-15N）确保密封转运，适配无氧环境下试剂防污染需求。

(6) 实验室能耗适配：额定功率仅 6W，属于低功耗设备，同时避免因高功率运行导致的夹爪发热，防止高温影响热敏性试剂的活性。

(7) 实验室环境耐受性：工作环境湿度可耐受 85% RH 以下，能稳定适应低压聚合反应中惰性气氛系统运行时的轻微湿度波动（通常无氧无水环境湿度控制在 30-60% RH），避免因湿度超标导致的夹爪伺服电机短路或传动部件锈蚀，保障低压聚合实验的连续运行。

(8) 低压聚合试剂安全防护：采用柔软材质制作夹爪，可自动根据试剂容器外形调节抓取力度，有效避免低压聚合反应执行单元中易损试剂容器的表面损伤；同时，柔软材质具备一定耐化学腐蚀性，可耐受低压聚合实验中可能的微量溶剂溅落，延长夹爪使用寿命。

1.1.6 伺服电动夹爪驱动器

1.1.6.1 电气参数

(1) 实验室供电系统适配：

① 额定电压为 DC 24V；

② 电压允许范围为 20.4V~28.8V DC。

(2) 低压聚合腐蚀性试剂防护：具备力控与位控双重判断模式，在低压聚合反应中抓取含强腐蚀性试剂的玻璃试剂瓶时，可通过实时检测夹持压力反馈调节力度 —— 当压力接近玻璃瓶耐受阈值时，自动降低夹持力，避免过力导致瓶体破裂、腐蚀性试剂泄漏污染实验环境或损坏聚合反应器。

(3) 低压聚合断电安全保障：支持断电自锁功能，当低压聚合反应反应执行单元因突发情况断电时，夹爪可持续保持夹持状态，防止抓取的低压聚合试剂容器异常掉落，避免试剂洒落导致的实验中断、试剂浪费或安全风险，保障无氧环境下实验的安全性与连续性。

1.1.7自动化协作执行单元程序控制功能

1.1.7.1多通道平行实验试剂协同调度控制

对应系统高通量平行实验需求，控制程序根据多通道聚合反应系统的通道数量，同步调度自动化执行单元运动轨迹与夹持执行终端，实现多组试剂的并行抓取与转运；通过分时复用逻辑避免不同通道试剂的空间干涉，确保每通道试剂处理节奏与聚合反应系统的平行实验进度匹配，满足高通量实验的同步性要求。

1.1.7.2与聚合反应系统的联动控制

程序通过通讯协议接收多通道聚合反应系统的指令（含工作时机、目标通道、试剂类型）。

1.1.7.3实验参数存储与调用控制

程序支持存储多套低压聚合工艺的试剂参数：包括夹持执行终端的夹持力、自动化执行单元移动路径等；实验时可直接调用历史参数模板，无需重复调试，确保不同批次实验的操作一致性，提升制备工艺的优化效率。

1.1.7.5反应后试剂容器回收与自清洁控制

程序在聚合反应结束后，接收反应系统的后续指令：调度自动化执行单元将空试剂容器从反应器区域移送至专用存储单元。

1.1.7.6运行数据采集与实时监测控制

程序实时采集三类核心数据：

①自动化执行单元状态（运动轨迹偏差、速度、加速度）；

②夹持执行终端状态（夹持力实时值、试剂在位情况）；

③所有数据通过数据接口上传至聚合反应系统的超级智能化学合成平台主控系统，为分析关联关系提供数据支撑。

1.1.7.7实验参数动态调整控制

程序支持接收聚合反应系统下发的实时参数调整指令：例如当反应系统监测到分子量分布偏离目标范围，下发催化剂用量增加 0.05g 的指令时，程序自动修正夹持执行终端的试剂称量目标值，同步调整自动化执行单元投加节奏，无需人工干预即可实现参数动态适配，助力低压聚合工艺的实时优化。

1.1.7.8故障诊断与应急保护控制

程序内置故障诊断逻辑，实时监测异常场景：

①自动化执行单元卡滞；

②夹持力偏差超标；

③称量偏差超阈值；

④惰性气氛不达标；触发异常后，程序立即执行应急策略（暂停操作、夹持终端断电自锁、向超级智能化学合成平台主控系统发送报警信号），避免试剂洒落、设备损坏导致的反应中断，保障 7×24 小时无人值守实验的连续运行。

1.1.7.9试剂容器类型自适应夹持控制

程序通过视觉传感器识别试剂容器类型，自动调用预设的夹持参数：针对玻璃容器，调节夹持力至6-8N并启用柔性接触界面的压力均衡控制（避免瓶体破裂）。

1.1.7.10低功耗运行与能耗优化控制

程序根据实验阶段动态调节设备能耗：

①空载阶段，控制自动化执行单元速度提升至 2.8m/s 以缩短耗时；

②称量/投加阶段，降低自动化执行单元速度至 1.2-1.5m/s 并将夹持执行终端功率稳定在额定 6W，避免高能耗运行导致的设备温升；

③待机阶段，触发设备进入低功耗模式（功率＜2W），适配实验室长期无人值守的能耗管理需求。

1.1.7.11实验日志记录与数据追溯控制

程序自动记录每批次实验的全流程日志：包括实验时间、通道编号、试剂类型与预设/实际称量值、自动化执行单元运行参数、夹持状态、故障信息；日志数据可存储≥10万条，支持按实验批次、试剂类型、日期范围查询，便于科研人员追溯 试剂用量对聚合反应效率的影响，为工艺优化与基础研究提供可追溯的实验数据。

本技术方案围绕低压聚合实验的无氧无水环境适配、高通量平行操作、试剂精准控制、7×24 小时无人值守核心需求，构建 自动化执行单元 + 液体试剂称量自动化执行单元 协同作业体系，覆盖试剂转运、液体精准投加、反应联动、数据追溯全流程，确保实验精度、安全性与效率的统一。

1.2 化学液体试剂自动化加样执行单元

1.2.1 本体性能参数

（1）加样覆盖与空间适配：有效加样半径可完整覆盖低压聚合反应执行单元中多通道聚合反应器的加样工位、液体试剂存储单元及在线过滤模块的典型摆放间距，无需调整设备位置即可完成试剂抽吸→管路清洗→精准加样→废液回收全流程，适配高通量实验中多通道密集加样的空间布局，避免加样针头与反应器端口、惰性气体管路发生干涉。

（2）液体输送与负载能力：最大单次加样量范围 0.1μL-10mL，支持连续加样模式；最大液体输送压力≥0.3MPa，可稳定输送高粘度液体，满足单批次多通道实验的液体试剂集中加样需求，避免频繁补液导致的实验效率损耗。

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