Los robots son esenciales para llevar a cabo tareas, por ejemplo, en la industria nuclear, donde la participación humana directa es limitada. Sin embargo, los robots nucleares actuales no son versátiles debido a su limitada autonomía y altos costos. Esta investigación presenta la transformación de un robot nuclear Dexter meramente teleoperado en un manipulador autónomo para tareas de clasificación y segregación nuclear. El sistema Dexter comprende un manipulador de brazo diseñado para operar en entornos de radiación extrema y un manipulador local de brazo simple/doble similar. En este documento, inicialmente se presenta un modelo cinemático y la identificación de un modelo dinámico basado en optimización convexa de un manipulador Dexter de brazo único. Este modelo se utiliza para el control autónomo de Dexter a través del Sistema Operativo de Robots (ROS). Se presenta un nuevo marco de integración que incorpora visión, generación de agarres basada en IA y un método inteligente de encuesta radiológica para mejorar el rendimiento del Dexter autónomo. La eficacia del marco se demuestra en un banco de pruebas de desechos nucleares simulado utilizando materiales de desecho similares a los encontrados en la industria nuclear. Los experimentos realizados muestran la potencia, generalidad y aplicabilidad del marco propuesto para superar las barreras de entrada para sistemas autónomos en dominios regulados como la industria nuclear.