CN111331575A - 一种药物取送派发机器人及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药物取送派发机器人及控制***，包括分类盛放药品的药品箱、设在药品箱一侧的滑轨驱动机构、在滑轨驱动机构上滑动的可升降取药机构和送药发药机构，可升降取药机构包括滑动支架、固定在滑动支架上的取药平台升降机构、设在取药平台升降机构顶部的取药机械臂和与取药机械臂固定连接的抓药机构；送药发药机构包括送药发药驱动机构、固定送药发药驱动机构上的送药发药平台升降机构、用于固定药袋的药袋机构和撑袋机械臂，药袋机构和撑袋机械臂固定在送药发药平台升降机构上方。本发明通过高智能、高精准和高效率的中药取送发机器人来取代传统的人工抓药取药及运送方式，解决了人工抓药方式依旧传统，效率极低的问题。

Description

一种药物取送派发机器人及控制***

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种药物取送派发机器人及控制***。

背景技术

目前，中医院配药方式较传统方式相比已经优化很多，配药方式已经更加人性化，当前方式是药品供应方已将中药进行相应粉碎并进行袋包装，主要规格为2-5克小塑料袋包装，极大优化了配药的便捷性。但当前的人工抓药方式依旧传统，效率极低，且房间内中药气味太重，严重影响医护人员的身体健康。

发明内容

本发明提出一种药物取送派发机器人及控制***，解决了人工抓药方式依旧传统，效率极低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种药物取送派发机器人，包括分类盛放药品的药品箱、设在所述药品箱一侧的滑轨驱动机构、在所述滑轨驱动机构上滑动的可升降取药机构和送药发药机构，所述可升降取药机构包括在所述滑轨驱动机构上滑动的滑动支架、固定在所述滑动支架上的取药平台升降机构、设在所述取药平台升降机构顶部的取药机械臂和与所述取药机械臂固定连接的抓药机构；所述送药发药机构包括送药发药驱动机构、固定所述送药发药驱动机构上的送药发药平台升降机构、用于固定药袋的药袋机构和撑袋机械臂，所述药袋机构和撑袋机械臂固定在送药发药平台升降机构上方。

作为本发明的一个优选实施例，所述药品箱包括若干储药格，所述储药格的内部设有药品托盘、托药电推杆和托药剪叉机构，所述药品箱的侧边顶部设有限位传感器和灰度传感器，底部设有用于控制所述滑轨驱动机构的导轨端控制箱。

作为本发明的一个优选实施例，所述抓药机构包括抓药吸盘架、固定在所述抓药吸盘架后侧的视觉传感器和固定在所述抓药吸盘架前侧的抓药吸盘。

作为本发明的一个优选实施例，所述送药发药机构还包括送药发药平台，所述药袋机构和撑袋机械臂固定在所述送药发药平台上表面，所述药袋机构包括竖直设置的药袋背板、用于挂在所述药袋背板上的若干药袋、固定在所述药袋背板上的皮筋固定卡和药袋固定皮筋。

作为本发明的一个优选实施例，所述撑袋机械臂的顶部还设有送药发药吸盘。

作为本发明的一个优选实施例，所述送药发药驱动机构包括送药发药机器人驱动箱和固定在所述送药发药机器人驱动箱下方的驱动轮。

一种药物取送派发机器人控制***，包括药物取送派发机器人、控制***、传感器和驱动器，所述传感器和驱动器固定在所述药物取送派发机器人上或周边，所述控制器接收所述传感器反馈的信号并处理，向所述驱动器发送控制命令，由所述驱动器驱动所述药物取送派发机器人工作。

作为本发明的一个优选实施例，所述控制***包括中心控制***、图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元，所述中心控制***分别与所述图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元连接，所述通讯处理单元用于实现本地或远程通信。

本发明的有益效果在于：通过高智能、高精准和高效率的中药取送发机器人来取代传统的人工抓药取药及运送方式，解决了人工抓药方式依旧传统，效率极低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种药物取送派发机器人的结构示意图一；

图2为本发明一种药物取送派发机器人的结构示意图二；

图3为本发明一种药物取送派发机器人的结构示意图三；

图4为本发明一种药物取送派发机器人的结构示意图四；

图5为图1的局部放大图；

图6为本发明一种药物取送派发机器人控制***的原理框图；

图7为本发明一种药物取送派发机器人控制***的操作流程图。

图中，1-药品箱，2-导轨端控制箱，3-限位传感器，4-灰度传感器，5-视觉传感器，6-抓药吸盘架，7-抓药吸盘，8-储药格，9-药品托盘，10-托药电推杆，11-托药剪叉机构，12-直线导轨，13-滑动支座，14-药袋背板，15-药袋，16-撑袋机械臂，17-送药发药端操作面板，18-送药发药机器人驱动箱，19-驱动轮，20-送药发药机器人控制箱，21-送药发药平台升降机构，22-送药发药平台，23-撑袋机械臂底座，24-药袋固定夹，25-取药端控制箱，26-取药机械臂，27-取药平台，28-送药发药吸盘，29-皮筋固定卡，30-药袋固定皮筋，31-导轨步进电机，32-取药平台升降机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图5所示，本发明提出了一种药物取送派发机器人，包括分类盛放药品的药品箱1、设在药品箱1一侧的滑轨驱动机构、在滑轨驱动机构上滑动的可升降取药机构和送药发药机构，可升降取药机构包括在滑轨驱动机构上滑动的滑动支架、固定在滑动支架上的取药平台升降机构32、设在取药平台升降机构32顶部的取药机械臂26和与取药机械臂26固定连接的抓药机构；送药发药机构包括送药发药驱动机构、固定送药发药驱动机构上的送药发药平台升降机构21、用于固定药袋15的药袋15机构和撑袋机械臂16，药袋15机构和撑袋机械臂16固定在送药发药平台升降机构21上方。

滑轨驱动机构包括直线导轨12，滑动支架在直线导轨12上滑动，直线导轨12一端连接有导轨步进电机31。可升降取药机构还包括取药平台27和固定在取药平台27上的取药端控制箱25，取药端控制箱25用于控制取药机械臂26。

药品箱1包括若干储药格8，储药格8的内部设有药品托盘9、托药电推杆10和托药剪叉机构11，药品箱1的侧边顶部设有限位传感器3和灰度传感器4，底部设有用于控制滑轨驱动机构的导轨端控制箱2。灰度传感器4用来检测药品位置并控制每个储药格8中的药品托盘9调整高度以保证药品最高位置位于储药格8合适位置，便于多次抓药时使每种、每个药品相对保持同一位置；限位传感器3用来检测药品托盘9的位置以保证不超出最高位置，同时起到第二层保险作用。

抓药机构包括抓药吸盘架6、固定在抓药吸盘架6后侧的视觉传感器5和固定在抓药吸盘架6前侧的抓药吸盘7。抓药吸盘7采用材质柔软、密封性好的材料作为吸盘材料，在吸取药品或吸住药袋15时具备必要的拉力。

送药发药机构还包括送药发药平台22，药袋15机构和撑袋机械臂16固定在送药发药平台22上表面，撑袋机械臂16通过撑袋机械臂底座23固定在送药发药平台22上表面，药袋15机构包括竖直设置的药袋背板14、用于挂在药袋背板14上的若干药袋15、固定在药袋背板14上的皮筋固定卡29和药袋固定皮筋30。撑袋机械臂16的顶部还设有送药发药吸盘28。

送药发药驱动机构包括送药发药机器人驱动箱18和固定在送药发药机器人驱动箱18下方的驱动轮19。驱动轮19使用四路单独控制的电机进行PID精确运动控制。

送药发药机构还包括固定在所述送药发药机器人驱动箱18上方的送药发药机器人控制箱20，固定在送药发药机器人控制箱20侧面的送药发药端操作面板17。

本发明的总体设计可分成取药机器人、送药及发药机器人，实现机器人智能抓取的关键技术包含目标识别、6D位姿估计、机器人运动规划、手眼标定以及机器人仿真。通过分析以及现场实际情况的结合，最终确定取药机器人使用高精密多自由度机械臂。机械臂的控制单元是运动控制卡，机械臂受主机命令控制，开发研究人员使用开放的实验研究平台进行研究。该机械臂动作空间大，定位度高，带载力强，可以实现对物体的抓取、加工、装配等。根据设计要求的高效性以及抓取的准确稳定性，取药机器人最终选择机械臂抓取方式为四组气泵吸盘式抓取方式，该方式抓取稳定，能实现同时四种药材的抓取，大幅提高抓取效率及稳定性；送药发药机器人确定选择使用机械臂配合两组气泵吸盘进行撑袋工作。为适应机器人工作环境的多变性，特别设计在机器人基础结构上设计剪叉升降结构，满足不同高度要求。根据设计需求，机器人需要精确定位取药位置，承重能力符合要求，承重50Kg以上，通过程序控制能够灵活完成规定路径的运动。

如图6和图7所示，本发明还提出了一种药物取送派发机器人控制***，包括药物取送派发机器人、控制***、传感器和驱动器，传感器和驱动器固定在药物取送派发机器人上或周边，控制器接收传感器反馈的信号并处理，向驱动器发送控制命令，由驱动器驱动药物取送派发机器人工作。控制***包括中心控制***、图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元，中心控制***分别与图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元连接，通讯处理单元用于实现本地或远程通信。

以下对药物取送派发机器人控制***进行举例说明，在此基础上所作的任何修改、等同替换、改进等均为本发明的保护范围。

本***的组成包括机械主体、控制***、传感器和驱动器。由于通讯过程为非单一的点对点通信，通过查阅资料发现普通Arduino Uno等单片机自带的串口称为硬串口，为USART单点对单点通讯，无法满足要求，而使用SoftwareSerial类库模拟成的串口称为软串口。软串口是由程序模拟生成的，但在Arduino Mega上能被设置，因此本发明中所用的机器人为选用Arduino Mega 2560、NodeMCU单片机控制板组合控制的集成***机器人，主要实现的功能有：完成与***内部和外部通讯信号的远程识别、收发、处理；多个传感器信号的接收、处理；驱动***的控制支配；图像识别、定位；声音交互***中的语音识别、合成、播报。

各部分功能如下：

(1)中心控制***：一块Arduino Mega 2560控制板，扮演机器人大脑的角色，能够处理感知模块采集的信息并处理，具有决策能力。可以接收NodeMCU远程接收或本地发送的控制命令并进行二次分析与处理。该***根据机器人当前状态与接收的命令，规划出机器人应执行的动作。

(2)NodeMCU通讯处理***：用来接收远程控制通讯信号及APP指令，进行分析与第一次处理后将对应指令传输给中心控制***。

(3)运动控制机构：以接受中心控制***指令为核心的运动控制模块，分别控制两个差动轮的运动，两个麦克娜姆轮的运动。

(4)人机交互界面：自主研发的App可视化界面以及操作界面，可以展示机器人在当前环境中的运动信息。同时也可以通过操作界面给机器人下发任务指令。

(5)图像识别：能够感知把识别抓取定位信息传送给中心控制***进行校正处理。

(6)语音识别、语音合成：通过识别周边语音要求并将内容传送给控制中心进行处理来完成针对性任务，通过播报合成后的语音对用户进行对应提示。

(7)机器人移动***:通过控制中心来控制机器人的运动，可供App地图定位使用。

传感器能够检测距离、温度、光强和尺寸等环境中的物理特性，能够把一种形式的物理量转化为另一种形式的物理量，能够把电或非电的信号转化为电信号供处理器处理。传感器是机器人***的一个重要组成部分，属于机器人***的一个感测子***，机器人可以通过传感器来采集自身以及周边环境的信息。在本项目的机器人中，由于其运用环境的特殊条件，常常选用几种传感器的组合。

对于中药抓取的工作特性来说，其检测***中的传感器主要分为两大类，一类能够获取自身的信息，如位置、方向和速度等，另一类能够获得外在环境的信息，如与目标的相对距离、角度等以便用于机械臂自动识别校准。

(1)摄像头

经过研究，本实施例可采用OpenMV摄像头，相对市场上其他种类摄像头中较为小巧，低功耗，低成本的摄像头，可以很轻松的完成机器视觉应用。通过高级语言Python脚本对其进行操作，Python的高级数据结构使人很容易在机器视觉算法中处理复杂的输出。

(2)语音识别

本模块微处理单元为51内核，该单片机(STC)编程方式与51、52系列单片机编程方式一样，用户无需从新查看学习新的单片机寄存器，到手即可编程使用；具备串口通讯功能，预留相关接口，并提供5V、3.3V电源接口，方便下载程序。

(3)NodeMCU

该模块是一款开源快速硬件原型平台，包括固件和开发板，用几行简单的Lua脚本就能开发物联网应用，通过使用其无线传输功能与分析能力对拥有强大运算能力的Arduino Mega 2560单片机进行辅助能够大大提高任务处理的逻辑效率。

(4)限位开关

通过使用限位开关对目标取药平台进行位置限定，从而大大提升了抓取的纵向精准度。

当医生将电子处方传输到药房后，机器人能准确识别出上面的药名，并找到药所在的位置，根据数量取药，再快速送到拿药窗口。患者不需要拿着处方到取药处排队等很久，也不用再担心药剂师取错药。同时在机器人内部设置了处理器，可以通过软件***，建立药名的内部大数据库，然后通过一些事先设置好的程序，机器人自动准确地找到药品信息，再自动找到对应的位置，通过运动控制***，将药送到窗口。用户同样可以使用手机APP实现远程预约、取药流程，机器人会根据任务的优先级顺序取药、送药、发药，实现远程在线解决人们的药品需求，大幅提升工作效率。本方案相较市场现有技术及解决方案的自动化程度更高、精准度高和效率高，设备能源利用率高且功耗低，本发明产品安全性高、操作容易，运行过程中的故障率低，设备主要结构集中使得维修简便；能够取代部分原有的人工机械性工作，节省该项人力成本；由于其不受工作时间约束，药品充足的情况下可长期稳定运行，可随时接收指令开展工作，便捷的操作方式也缩短人们在医院取药的等待时间，大幅提高医院药房的工作效率。

在其他实施例中，抓药识别机构进行位置设定，可通过程序代码记录每类药品的坐标位置，抓药时通过找寻对应药品坐标进行对应位置的运动，从而代替视觉识别药品种类功能起到的定位作用。

机械臂推举用剪叉机构可根据实际情况调整更换运动机构，在仅需小幅调整高度位置的工况下可使用电动推杆或液压推杆替代进行高度调整任务。

送药发药机器人运动轮可由福来轮类型轮胎更换为麦克纳姆轮类型轮胎，同样可进行多方位平移，电机PID运动控制传感器可由磁感应更换为光感应传感器计数。

送药发药药机械臂末端的吸盘可替换为机械夹，使用机械夹在撑袋过程中拨开、夹紧并拉住袋口一端完成撑袋动作实现替代吸盘吸开袋口同样的目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种药物取送派发机器人，其特征在于：包括分类盛放药品的药品箱、设在所述药品箱一侧的滑轨驱动机构、在所述滑轨驱动机构上滑动的可升降取药机构和送药发药机构，所述可升降取药机构包括在所述滑轨驱动机构上滑动的滑动支架、固定在所述滑动支架上的取药平台升降机构、设在所述取药平台升降机构顶部的取药机械臂和与所述取药机械臂固定连接的抓药机构；所述送药发药机构包括送药发药驱动机构、固定所述送药发药驱动机构上的送药发药平台升降机构、用于固定药袋的药袋机构和撑袋机械臂，所述药袋机构和撑袋机械臂固定在送药发药平台升降机构上方。

2.根据权利要求1所述的一种药物取送派发机器人，其特征在于：所述药品箱包括若干储药格，所述储药格的内部设有药品托盘、托药电推杆和托药剪叉机构，所述药品箱的侧边顶部设有限位传感器和灰度传感器，底部设有用于控制所述滑轨驱动机构的导轨端控制箱。

3.根据权利要求1所述的一种药物取送派发机器人，其特征在于：所述抓药机构包括抓药吸盘架、固定在所述抓药吸盘架后侧的视觉传感器和固定在所述抓药吸盘架前侧的抓药吸盘。

4.根据权利要求1所述的一种药物取送派发机器人，其特征在于：所述送药发药机构还包括送药发药平台，所述药袋机构和撑袋机械臂固定在所述送药发药平台上表面，所述药袋机构包括竖直设置的药袋背板、用于挂在所述药袋背板上的若干药袋、固定在所述药袋背板上的皮筋固定卡和药袋固定皮筋。

5.根据权利要求1所述的一种药物取送派发机器人，其特征在于：所述撑袋机械臂的顶部还设有送药发药吸盘。

6.根据权利要求1所述的一种药物取送派发机器人，其特征在于：所述送药发药驱动机构包括送药发药机器人驱动箱和固定在所述送药发药机器人驱动箱下方的驱动轮。

7.一种药物取送派发机器人控制***，其特征在于，包括药物取送派发机器人、控制***、传感器和驱动器，所述传感器和驱动器固定在所述药物取送派发机器人上或周边，所述控制器接收所述传感器反馈的信号并处理，向所述驱动器发送控制命令，由所述驱动器驱动所述药物取送派发机器人工作。

8.根据权利要求7所述的一种药物取送派发机器人控制***，其特征在于，所述控制***包括中心控制***、图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元，所述中心控制***分别与所述图像处理单元、语音处理单元、通讯处理单元连接，所述通讯处理单元用于实现本地或远程通信。

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