一种储氢材料评价实验室自动化平台及其评价测试的方法

本技术涉及一种储氢材料评价实验室自动化平台及其评价测试的方法，属于储氢材料。

背景技术：

1、储氢材料需要在惰性气体环境中进行操作，遇到空气，水汽和氧等组分时会发生危险。对于实验人员来说，需要格外注意手套箱内操作，避免出现密封不严，在移出反应器时发生危险。储氢材料预处理因此变得复杂危险。

2、储氢材料的实验通常为10小时甚至更长，预处理时间也需要10小时左右。依赖实验员的实验方式，严重依赖实验员的时间安排，设备空闲时间较多(夜间，或者人员在做其他事情)，不能高效运作。

技术实现思路

1、本技术的一个方面，提供了一种储氢材料评价实验室自动化平台，所述储氢材料评价实验室自动化平台包括球磨工作站、储氢材料预处理工作站、反应管单元、复合移动机器人、储氢材料评价工作站、自动控制模块；

2、所述球磨工作站包括球磨罐，用于将球磨罐中的储氢材料进行球磨；

3、所述储氢材料预处理工作站包括全自动手套箱，所述储氢材料预处理工作站用于根据实验参数，在全自动手套箱内将储氢材料装入球磨罐中密封；

4、所述储氢材料预处理工作站还包括用于将球磨后的储氢材料转移到所述反应管单元中、完成储氢材料的装样，和回收测试实验后的储氢材料；

5、所述复合移动机器人具有机械臂，用于球磨罐、反应单元的转运；

6、所述储氢材料评价工作站用于与装样后的反应单元连接，进行测试实验；

7、所述自动控制模块，通过录入的储氢材料信息，获取实验参数并输入到所述储氢材料评价工作站，发出指令开启实验并记录实验过程数据。

8、本技术中，使用复合移动机器人，来完成各个功能站之间的物料流转，复合移动机器人具备机械臂，能够实现反应管和球磨罐的取放，减少人的工作量。

9、所述全自动手套箱作为工作仓，用于实现储氢材料的安全装卸。

10、所述球磨罐为球磨工作站中的一个可重复使用的容器，其中内容物(储氢材料)的装填在储氢材料预处理工作站中进行。

11、可选地，以往的储氢材料评价实验，实验全程由人工完成，因为储氢材料需要惰性气体环境，所以材料制备，反应前装填都需要在手套箱中完成。本实验室中使用的储氢材料预处理工作站，具备全自动手套箱以及诸多非标自动化机构，实现了储氢材料全自动装填与卸载，免去人工操作。减少了实验员的工作，同时避免操作失误带来的材料失效，甚至起火危险。

12、可选地，所述全自动手套箱内包括xyz桁架机械臂和自动化机构，用于实现球磨罐、反应管单元的全自动转移。全自动手套箱内有一套xyz桁架机械臂和自动化机构，用于实现若干功能。全自动手套箱与普通手套箱的区别在于，它有一个全自动的过渡仓，可以将物品从手套箱内，自动转移到仓外，不需要人工干预，目的在于自动完成球磨罐和反应管单元的仓内外转移。

13、可选地，本技术中，为了避免储氢材料接触空气发生危险，采用了全自动的储氢材料预处理工作站，该工作站使用全自动手套箱作为工作仓，充入惰性气体来保护储氢材料，使用xyz桁架机械臂以及多个自动机构，实现安全的储氢材料的装填与清扫，以及反应器和球磨罐的拆卸工作。

14、可选地，所述储氢材料评价工作站设有自动装卸机构，用于实现反应管单元的自动拆装。

15、可选地，所述储氢材料评价工作站适用于机器人操作。相比于之前的工作站，本技术中的储氢材料评价工作站具备自动装卸机构，搭配机器人，可以在无人值守的情况下，完成储氢材料反应管的自动拆装，配合专利中的控制软件，可以实现全自动化的储氢材料测试工作。

16、可选地，所述复合移动机器人用于球磨罐、反应单元的转运，包括：

17、用于将球磨罐从所述储氢材料预处理工作站转运至所述球磨工作站中进行研磨，并将研磨完成后的球磨罐转运至所述储氢材料预处理工作站；

18、用于将装样后的反应管单元从所述储氢材料预处理工作站转运至所述储氢材料评价工作站，并与所述储氢材料评价工作站连接；

19、用于将完成测试后的反应管单元拆卸，转运至所述储氢材料预处理工作站，并将经所述储氢材料预处理工作站拆解的球磨罐和/或反应管单元转运至清洁区。

20、可选地，所述自动控制模块包括用户管理单元、样品管理单元、监控单元、控制单元；

21、所述用户管理单元用于管理访问实验室自动化软件的用户信息，以及用户组，以及用户组的权限；

22、所述样品管理单元用于样品信息录入，以及自动收集从储氢材料评价工作站生成的样品评测结果；

23、所述监控单元用于存储所述实验室自动化平台各摄像头的监控数据，并提供了回看功能，方便实验员排查平台问题；

24、所述控制单元用于根据所述样品管理单元提供的样品信息，生成实验步骤和评价工作站的反应参数，并按照实验设计，依次控制各模块执行实验步骤。

25、可选地，所述自动控制模块，整合了机器人调度，材料预处理控制，材料评价控制，以及过程数据和测试结果自动收集的功能。相比以往的实验方式，实验员不再需要手动处理储氢反应器工作站的实验数据，可以实现整个实验流程的监控以及结果获取。自动控制模块可以实现实验过程数据全记录。同时该系统的视觉监控，会将各工作站的自动化步骤，以及储氢材料评价实验的数据记录到数据库中，实现了对实验全流程的跟踪与追溯。

26、可选地，所述储氢材料评价实验室自动化平台还包括清洁站；

27、所述清洁站作为清洁区，用于将复合移动机器人转运的测试后的反应管和球磨罐进行清洁。

28、本技术中，通过大量采用数字仪表，来实现构成数据的数字化，然后搭建时序型数据库，完成过程数据的存储。开发数据可视化页端程序，实现实时的或者历史数据的查询，导出和分析。

29、本技术的另一个方面，提供一种储氢材料评价测试的方法，所述方法采用上述的储氢材料评价实验室自动化平台；

30、所述方法包括：

31、(1)将待测储氢材料样品送入所述储氢材料预处理工作站，在所述自动控制模块中录入所述待测储氢材料样品的信息；

32、(2)所述储氢材料预处理工作站根据实验参数，将所述待测储氢材料样品装入所述球磨罐中密封；

33、(3)由所述复合移动机器人将密封后的球磨罐送入球磨工作站中进行球磨，并将球磨后的球磨罐转运至所述储氢材料预处理工作站；

34、(4)所述储氢材料预处理工作站将球磨后的待测储氢材料样品转移到所述反应管单元，完成待测储氢材料样品的装样；

35、(5)所述复合移动机器人将装样后的反应管单元取走，并与所述储氢材料评价工作站的测试接口对接；

36、(6)所述自动控制模块输出指令，开启评价测试；

37、(7)评价测试完成后，所述复合移动机器人将所述反应管单元拆下，转运至所述储氢材料预处理工作站，回收测试后的储氢材料样品。

38、可选地，所述步骤(6)还包括：

39、所述自动控制模块还包括记录实验过程数据。

40、可选地，所述方法还包括：

41、回收测试后的储氢材料样品后，所述储氢材料预处理工作站将所述球磨罐和/或反应管单元拆解，由所述复合移动机器人转运至所述清洁站进行清洁、检查。

42、作为一种具体的实施方式，所述方法包括：

43、(1)储氢材料与空气水汽混合易燃易爆，所以全程处于惰性气体中；

44、(2)在手套箱中将待测材料混匀并装入球磨罐，然后拿出手套箱，装入球磨机完成混匀与磨碎。

45、(3)然后在手套箱将球磨罐中的材料取出，并装入反应管内管，拧紧。

46、(4)然后将反应管内管装入反应管外管，拧紧后从手套箱中取出。

47、(5)将反应管接到反应器上面，在控制软件中输入参数，然后开始反应。

48、(6)反应从几个小时到几天不等。

49、(7)待反应完成后，将反应管送回手套箱，完全拆开，然后将反应内管中的材料收集到样品瓶中封存。

50、本技术的储氢材料评价实验室自动化平台及其评价测试的方法，避免了实验人员参与材料预处理操作，减小人身伤害，也减小材料因接触空气导致的变质，解决了材料预处理的危险操作问题。整套方案全自动，无需人员操作，复合移动机器人与自动化设备具有较高的重复性和稳定性，不容易出错。

51、本技术的储氢材料评价实验室自动化平台及其评价测试的方法，提高实验效率。使用复合移动机器人替代人完成储氢材料的流转，可以实现24小时不停歇运转，基于自动化技术的工艺流程也具备时间优化的可行性。

52、本技术的储氢材料评价实验室自动化平台及其评价测试的方法，解决了现有技术中实验过程不可追溯的问题，基于机器人和自动化机构的实验可以记录各步骤的时间，便于后期结果分析，以及数据追溯。

53、本技术能产生的有益效果包括：

54、1)本方案中，除异常处置和日常巡检外，实验员可以录入最多10个样品，实现10个样品的全自动实验，通常一个实验从几个小时到几天不等，所以10个样品可以实现至少1-2天，至多15天的全自动实验。

55、2)通过自动化机构，可以实现全自动化的反应管内管装卸，以及待测试材料的自动装填与卸载。因反应管需要很大的扭矩才能满足密封需求，所以自动化机构可以更好的保证扭矩的一致，以及反应管密封的稳定性，同时减轻了人力需求(不再需要力气大的实验员专门负责)。

56、3)通过复合移动机器人，替代实验员，完成反应管等物料的转移，减轻了实验员的工作，也可以满足实验室24h运转的需求。

57、4)能够收集到秒为单位的大量过程数据，例如储氢反应器中的温度、压力等数据，为后续基于人工智能的数据分析打下了基础。