CN102673930B - 一种水平回转柜式智能发药系统自动出药机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平回转柜式智能发药系统自动出药机构，属于机械设计及自动化领域。采用药箱推出与指示灯相结合的取药提示方式，同时可实现故障相互监查功能。该系统与其它相关技术相比较，具有以下优点：1)可对两列药架、多个药箱同时取药，取药速度大大提高。2)设置有药箱限位机构可保证药箱相对于药架的稳定性。3)药箱收回时，推拉电机过拉与单向作用弹簧组合确保药箱准确回位。4)系统设置推拉机构与指示灯相结合的提示方式，提供安全、准确、人性化的取药提示功能，两种提示机构故障相互监查，可显著降低药物误取的概率、保证药架和药箱工作位置的准确性和系统运行安全。

Description

一种水平回转柜式智能发药系统自动出药机构

技术领域

本发明基于水平回转柜的基本原理，设计了一种水平回转柜式智能发药系统自动出药机构及其控制系统，属于机械设计及其自动化领域。

背景技术

药房是医院的重要部门之一，但是药房发展缓慢，绝大部分医院药房功能模式只是简单地收方发药。这种模式主要存在药品发放速度慢，药品缺乏规范化管理，药品保管耗时费力，药品调剂效率低下，用药咨询基本缺失等方面的问题。

药房自动化技术可实现按处方处理发药、自动补药、按取药窗口传送、药品管理等功能。是实现药房规范化管理，提高工作效率的必然趋势。

目前，对于半自动发药系统及针剂自动发药系统多采用回转柜式结构，由于结构原理限制，难以实现完全自动取药。系统只能对人参与取药提供尽可能的方便及提示等功能。即将待取药品转动到取药位置，并对人的取药提供一定的引导功能。引导提示方式主要有以下几个方面：

1)指示灯提示，依照系统取药窗口药品行列分布，在药架上布置对应的行列指示灯。当待取药品被转动到系统取药位置后，取药人员可根据指示灯提示寻找待取药品在药架上的位置，然后根据操作规程取药。

2)推拉机构提示，当待取药品被转动到系统取药位置后，由推拉机构自动将待取药品所在药箱推出，取药人员直接从推出药箱中取药即可。当取药完成后，推拉机构可自动将药箱收回。

3)语音提示，当待取药品被转动系统取药位置后，系统会按取药人员的要求发出待取药品的行列位置及所需数量等语音信息。该方式能够提供较全面的取药信息，然而，其控制系统较复杂，庞大的语音信息占用内存较大，而且对药品存放位置有严格限制，使用不够灵活。因此，其应用较为少见。

本项目在针剂智能发药系统的研制过程中，同时采用指示灯及推拉机构提示的方式。两种提示方式同时采用，可以最大限度减少因提示错误而误取药的概率，并可以实现相互监查的功能。首先，采用一种提示方式可能会因系统故障而产生不能完全提示或误提示现象，导致不能正常取药。而两种提示方式同时使用，当有一种提示系统故障时，可依照另一种无故障系统取药。多数情况下不影响正常取药；其次，两种方式互为监查，可以及时发现提示机构或部分控制系统故障。即当两种提示方式不一致时，说明有一种方式或两种方式同时出现故障。此时可对照处方进行故障检查。如果只有一种方式出现故障时，不影响正常取药。可在适当的时候再进行相应的检修工作。

发明内容

本发明涉及系统取药位置可供相邻的两列药架同时取药，药箱推出及位置指示灯相结合的两种取药提示方式。即当药架旋转到位后，由推拉机构将待取药品所在药箱推出，同时对应指示灯亮。取药人员结合指示灯提示，从被推出药箱中取药。本步取药完成后，推拉机构自动将推出药箱收回，位置提示灯熄灭。

系统推拉机构及关健部件的设计：

1)药箱限位机构，本系统药架上位于各药箱前端设计扭簧机构，药箱尾端设置挡板限位机构，保证药架回转过程中，药箱相对药架的稳定，以减少针剂类药品在机构回转过程中的磕碰，防止药品包装的破碎。

2)推拉机构，本系统仅在取药位置设置两列推拉系统。每列推拉机构包含9台步进电机，通过齿轮-齿条机构实现药箱的推拉。

3)自动回位机构，药箱拉回到位后，齿条推拉钩与药箱后抠手接触或间隙很小，此时药架不能回转。为使推拉完成后，齿条能够回到自由状态。本发明通过一个单向作用弹簧实现齿条自动回位。

4)机构其它相关功能

药箱前抠手，主要用于当自动推拉机构出现故障时，可手握前抠手，进行手动推拉。上药时，同时手握前后抠手，方便药箱的提携与搬运。

扭簧拉构，在上药过程中，可以通过扭簧拉钩将扭簧拉平，然后将新药箱插入。

系统关健控制技术有以下几个方面：

1)控制系统整体构成

整机系统硬件配置主要包括上位机，单机PC机及触摸屏，西门子PLC-CPU226及一定数量的DI、DO拓展模块，一台大功率步进电机及其驱动器，18台小功率步进电机及其驱动器，各按钮、指示灯、过载保护原件等。本机控制系统可实现按处方药品分步取药、状态信息提示与报警、本机药品管理、各信息向上位机反馈等功能。

2)多电机控制方案

本系统大功率步进电机用于控制药架的回转，18台小步进电机控制待取药品所在药箱的推出及收回。回转电机与推拉电机不能同时工作，小电机可多台同时工作。为节省成本，本发明实现一个PTO口及相应的DO口实现多电机的控制要求。

3)关健位置监测

待取药品所在药箱位置监测，系统通过药箱位置指示灯的亮(灭)来指示待取药品所在药箱的位置。

药架位置监测，本发明采用一个传感器药架位置的监测，保证待取药品所在药架准确转动到药柜取药位置。

药箱位置监测，本系统药箱推出精度要求不高，只要不影响取药即可。但在取药完成后要求药箱能够完全收回，否则影响药架回转。本发明采用两组光电传感器监测位于取药位置的两列药架中药箱是否完全收回。

与现有技术相比较，本系统具有以下优点：

1)系统取药位置有两列药架，18台推拉电机及相关机构，可供两列药架、多个药箱同时取药，取药速度大大提高。

2)系统设置回转中药箱限位机构，保证回转过程中药箱相对于药架的稳定性。

3)药箱收回时，推拉电机过拉，以保证药箱完全被拉回，通过一个单向作用弹簧实现齿条自由状态的回位。

4)系统设置推拉机构与指示灯相结合的提示方式，为回转柜式自动发药机提供更为安全、准确、人性化的取药提示功能，减少因提示错误而发生误取药的概率，同时可实现两种提示机构故障相互监查功能。

5)系统设置药架位置监测功能，保证药架转动位置的准确性。同时设置药箱位置监测功能，保证系统运行安全。

附图说明

图1水平回转柜式自动发药系统取药提示机构布置

图2推拉机构工作原理

图3推拉系统结构

图4控制系统硬件布置

图5药架与药箱位置监测

具体实施方式

本发明主要针对水平回转柜式针剂类药品智能发药系统而设计。取药位置可供相邻的两列(每列9层)药架同时取药，取药提示机构布置如图1所示。控制系统获取处方中待取药品信息，经内部处理后发出控制信号，传动机构将待取药品所在药架旋转至回转柜取药窗口。当药架旋转到位后，由推拉机构将待取药品所在药箱推出，同时对应指示灯亮。取药人员结合指示灯提示从推出药箱中按剂量取药。本步取药完成后，推拉机构自动将推出药箱收回，位置提示灯熄灭。

系统推拉机构及关健部件的实施：

1)药箱限位机构的设计，为减少针剂类药品在机构回转过程中的磕碰，防止药品包装的破碎。除了要求药架转动平稳外，同时要求药箱相对药架的晃动尽可能小。因此，药箱相对药架的左右间隙很小，较少药箱左右晃动；药品及药箱自身重量可保证药箱垂直跳动较小；药箱前后运动主要由药架每层后限位板及前面的扭簧机构加以限制。如图2所示。

药架回转过程中，在药架上各药箱前面的扭簧的作用下，药箱被限位在扭簧及后限位板之间(如图2中状态1所示)。设计扭簧的弹力足以克服回转中的离心力及其它扰动力，以保证回转过程中不会产生药箱相对药架的前后运动。同时，扭簧预紧力在各接触面之间还会产生摩擦力的作用，对药箱相对于药架其它自由度方向的运行也取到一定的限制作用。

在药箱推出过程中，由推出机构克服扭簧弹力及摩擦力作用，使扭簧向水平方向偏转，随着药箱的推出，扭簧被推压至药箱底部，压板顶部在药箱底部滑动(如图2中状态2所示)，直至药箱被推出到位(如图2中状态3所示)。在药箱被拉回过程中，压板顶部在药箱底部滑动(如图2中状态4所示)，直至药箱被拉回至扭簧压板机构重新抬起，此时药箱在推拉机构及扭簧机构共同作用下被拉回到位(如图2中状态5、6所示)。

2)推拉机构的设计，本系统仅在取药位置设置两列推拉系统(如图1所示)，推拉系统结构及原理如图2、图3所示。

每列9台步进电机(2)分别固定在相应的机构架上(1)，在各电机的轴端固定一小齿轮(4)。齿条固定于相应的支架上(3)。自由状态如图2中状态1所示。齿条推拉钩位于药箱后端面与药箱后抠手中间，对系统的回转没有影响。当电机正转时，由齿轮推动齿条向前伸出，齿条克服扭簧弹力及摩擦力将药箱推出一定距离。为防止步进电机丢步而使药箱推出距离较短，影响取药。实际应用中，通过对步进电机多发一定的脉冲进行补偿。同时为防止药箱被推出距离过大而使药架倾斜或掉落等现象。在齿条尾部设置限位块。当齿条限位块与托架接触时，药箱不能再外出(如图2中状态3所示)。

当电机反转时，齿轮将齿条回拉，为将药箱拉回到位，电机会产生一定的过拉，当过拉力矩超过电机过载保护力矩时，电机过载停止，药箱被拉回到位。

3)自动回位机构的设计，药箱拉回到位后状态如图2中状态6所示。齿条推拉钩与药箱后抠手接触或间隙很小，此时药架不能旋转。为使推拉完成后，齿条推拉钩能够回到图2中状态1所示自由状态。系统设计了齿条自动回位机构。其结构如图3中细节A、B。在齿条底面与齿条滑槽底面之间分别开一方形槽，两槽之间装一压缩弹簧。弹簧自由状态时被卡在滑槽底面方形槽内。其工作原理如图2所示。电机在过拉的同时，由于齿条底槽左端面与弹簧左端接触而压缩弹簧。当电机释放后，齿条在弹簧弹力的作用下被推出，直至齿条底槽左端面与弹簧左端分离，齿条恢复到图2中状态1所示自由状态。由于齿条底槽为“[”型槽。当齿条向外推出时不受压缩弹簧影响。压缩弹簧只起单向作用。

4)机构其它相关功能

药箱前抠手(如图2所示)，主要用于当自动推拉机构出现故障时，可手握前抠手，进行手动推拉。同时，由于本系统上药采用整箱替换的方式。即当某药箱药品用完后，可手动抽出空药箱，将预先装满药的药箱装入原药架即可，以提高上药速度。因此，前抠手也为上药使用。同时手握前后抠手，方便药箱的提携与搬运。

扭簧拉构(如图2所示)，在上药过程中，当空药箱被抽出时，扭簧会自动弹起，新药箱无法插入。此时，可以通过扭簧拉钩将扭簧拉平，然后将新药箱插入。

系统关健控制技术的实现主要包含以下几个方面：

1)控制系统硬件配置方案

整机系统硬件配置如图4所示，上位机从医院HIS系统获取当前待取药处方，经过处方分解，将处方中各药品分别发送到对应的发药系统。发药系统PC机获取当前处方信息及本机待取药品信息后，首先对待取药品进行分组、并按顺序给出各步取药信息，通过触摸屏显示。然后，当取药人员通过触摸屏(或手动按钮)控制取药时，PC机向PLC发出各种控制信息，PLC向各控制设备发出相应控制控制信号(动作信号、指示信号等)。同时，本系统PC机还可实现本机药品管理、缺(少)药显示与报警、故障显示与报警、各信息向上位机反馈等功能。

2)多电机控制方案

本系统控制器采用西门子PLC-CPU226及一定数量的DI、DO拓展模块组成。系统CPU具有一个PTO口(高速脉冲输出口)，理论上一个PTO口可控制一台伺服电机或步进电机。而本系统具有一台大功率步进电机和18台小步进电机。通常，同时控制多台步进电机的方法有：PLC+多轴控制器(运动控制卡等)+电机控制器+步进电机，PLC+位控制模块EM253+电机控制器+步进电机，PLC+多路选择器+电机控制器+步进电机等方案；以上方案多具有控制系统复杂、成本较高等缺点。结合本系统功能特点，采用以下控制方案：

通过一个PTO口同时连接19台步进电机控制器脉冲输入接口；通过19个DO口(1为正转，0为反转)分别控制19台电机转向；通过19个DO口分别控制19台电机的使能(接电机控制器“电机释放信号”端，高电位有效)；PLC内部存储14个旋转电机运动包络数据(可将14列药箱分别转动到系统“0”位)。同时存储一个推拉电机运动包络数据(所有推拉电机运动模式相同，可将药箱推、拉到位)。当需要某个电机转动时，系统控制电机使能DO口为1，并通过当向DO口旋转电机转向，同时旋转电机所需运动包络，由PTO口输出所需脉冲。旋转电机与推拉电机不能同时动作，推拉电机可多台同时动作。

2)关健位置监测方案

待取药品所在药箱位置监测，系统在机构取药窗口左右两边各布置9个指示灯，分别由18个独立的DO口控制，DO口为1时灯亮，为0时灯灭。每一个指示灯对应一个药箱位置。取药时，待取药品所在药箱对应指示灯亮。

药架位置监测，由于系统旋转电机采用步进电机，为防止丢步而造成药架不能转动到位，因此需要多发一定的脉冲数进行位置补偿。同时为防止电机转动过位，在取药窗口设置霍尔传感器，利用金属药架和药架之间的间隙产生脉冲，此脉冲可触发PLC内部计数器，当计数值到达位置设定值，则强行停止脉冲输出。器原理如图5中a所示。

药箱位置监测，本系统药箱推出精度要求不高，只要不影响取药即可。但在取药完成后要求药箱能够完全收回，否则影响药架回转。为防止控制系统在药箱没有完全拉回的情况下发出药架回转指令，进而发生事故。本系统在取药窗口设置两对光电传感器，分别用以监测两列药架中药箱是否全部收回。其原理如图5中b所示。当药箱没有完全收回时，推出的药箱遮挡了发光源所发出的光，光电传感器接收端不能接收到光源光，此时输出低电位，旋转电机被锁闭。

Claims (2)

1.一种水平回转柜式智能发药系统自动出药机构，其特征在于：实现两列药架同时取药，指示灯提示功能及待取药品药箱自动推出；通过扭簧及限位机构保证回转过程中药箱相对于药架的稳定性；通过步进电机、齿轮、齿条机构实现药箱的推拉；通过一个单向作用弹簧实现齿条自由状态的回位：

扭簧限位机构包括扭簧、扭簧轴、扭簧固定扣等；

支撑机构包括支架、齿条托架、齿条导向限位板；

推拉机构包括步进电机、齿轮、齿条；

自动回位机构包括弹簧、弹簧卡槽。

2.根据权利要求1所述的水平回转柜式智能发药系统自动出药机构，其特征在于，还包括控制系统：一个高速脉冲输出口同时控制多台电机，即多运动包络十一个PTO口+普通DO口输出方向及性能的方案，以提高取药速度，节省成本；系统设置药箱位置监测，辅助提示取药；药架位置监测，保证药架转动位置的准确性；药箱位置监测，保证系统运行安全。