1、近些年來，新發(fā)突發(fā)的傳染疾病日益頻繁，恐怖分子利用生物化學(xué)武器進行恐怖襲擊的事件日益增多，為了能夠評估污染范圍，探明污染源種類并采取針對性的措施，需要進入目標(biāo)區(qū)域完成空氣、土壤、水源的采樣，利用生物采樣移動機械臂代替工作人員在前方完成危險物的采樣，可以大大地減少環(huán)境對工作人員的傷害，因此研究一款面向生物采樣的移動機械臂就有實際的應(yīng)用價值。本文圍繞生物采樣的任務(wù)要求，進行生物采樣機械臂、采樣手爪和采樣工具的設(shè)計，并研究基于ROS的生物采樣

2、機械臂的控制系統(tǒng)，進行控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計和硬件平臺的搭建，進行生物采樣實驗的研究。
　　首先，在對國內(nèi)外典型的移動機械臂的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合生物采樣的任務(wù)要求和流程規(guī)劃的特殊性，進行生物采樣機械臂的自由度的確定和構(gòu)型的選擇，完成采樣臂的總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定五自由度采樣機械臂的構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上針對生物采樣多樣性的特殊功能需求，確定模塊化采樣工具方案，開展緊湊型采樣手爪、采樣容器底座、采樣容器以及針對深水、表面液體、土壤、沙土、拾取物等

3、五種采樣目標(biāo)的專用采樣工具的研究。
　　然后，進行五自由度采樣機械臂的正運動學(xué)和逆運動學(xué)的建模，在此基礎(chǔ)上，通過蒙特卡洛法繪制采樣臂的工作空間，確定各關(guān)節(jié)的角度范圍。進而開展平面三連桿操作臂的靈活角度分布研究，確立生物采樣的任務(wù)空間。然后進行五自由度采樣機械臂的尺度綜合，基于雅克比矩陣條件數(shù)和任務(wù)空間構(gòu)建操作性能優(yōu)化函數(shù)，分析桿件約束條件，得到最優(yōu)的一組采樣臂桿件參數(shù)。
　　隨后，分析采樣機械臂的控制系統(tǒng)的需求，進行軟件功能

4、分解，在Linux操作系統(tǒng)（Ubuntu）和機器人操作系統(tǒng)（ROS）的框架下，設(shè)計控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架和實現(xiàn)方案。在此基礎(chǔ)上，開展機器人與遠(yuǎn)程遙控之間的通用接口程序的開發(fā)；建立基于機器人運動學(xué)的多軸運動控制程序，進行多種軌跡插補算法的應(yīng)用研究；并且針對超視覺遙控，建立基于RVIZ的采樣臂可視化虛擬控制平臺，實現(xiàn)機械臂動作實時顯示和運動仿真的功能。
　　最后，進行采樣臂控制系統(tǒng)硬件平臺的搭建和實驗研究，基于ROS和PMAC，構(gòu)建控制系統(tǒng)