CN103083750A - 一种自动配药机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医药设备领域，可称之为自动配药机。本发明中提供了一种思路，避免了一些不必要的监测环节，同时也提供了详细的配药机部件设计，组成了一个完整的配药机。配药机可以根据医生的处方灵活、方便地实现目前医院中所有的配药功能，在高安全性的基础上，也有着很好的监控、记录功能，适合大、中、小医院的配药场合。

Description

一种自动配药机

技术领域

本发明涉及自动控制和医疗设备技术领域，可称之为一种自动配药机。适用于医院等医疗场合。

背景技术

目前，医院配药大都采用人工配药的方式，部分医院的配药空间达不到国家行业的要求，因此药品污染、配药错误、医护人员受到药品的伤害等多个方面的危险始终存在。国外已知的自动配药机采用智能手臂，其成本高昂，控制复杂，难以普及和扩展，且完成的功能有限。在国内也有自动配药机的专利，将医院的配药操作过程进行了自动控制的理论划分，但没有设计具体的实现设备，专利方案也存在着难以实现的技术难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有的技术局限性，设计出一种具有具体的操作设备和完整控制方案的自动配药机。本发明利用了现有成熟的自控技术，以国家《直接接触药品的包装材料和容器标准》及其他药品生产规范为基础，减少了一些复杂的、可以避免的监测和控制环节，具有完整的自动配药设备及自动控制方案，可以灵活地实现人工配药的功能。

一种自动配药机，分为中央处理单元、外部组件、内部组件、环境处理组件四大部分。

中央处理单元由中央处理器、电源模块、通讯模块、控制模块组、输入输出模块组成。

外部组件分为显示器、安瓿瓶输入单元、粉剂瓶输入单元、配药盐水瓶输入单元、注射器输入单元、配药输出、打印口单元、通风净化装置、废品回收口等九大部分。

内部组件包括可调焦摄像头、取药单元、配药装置、回收单元组成，其中配药装置是自动配药机的机械核心。

配药装置由以下部分组成：平行通道、主转动体、配药控制组、综合密封消毒室、配药输出轨、废品回收箱等组成，其中配药控制组包括注射器控制组和药品控制组；药品控制组包括安瓿瓶控制组、安瓿瓶拌断器、粉剂瓶控制组、盐水瓶（或其他母液）控制组。

 环境处理单元的目的是净化配药机器人机柜内部空气达到国家卫生部规定的有关标准。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，可以理解的是，这里所描述的具体实例仅仅用于对本说明做个解释，并不用于限定本发明。

 图1是本发明的一个实例的自动配药装置结构图。

图2是本发明的一个实例的外部组件结构图。

图3是本发明的一个实例的内部背板部分结构图。

图4是本发明的一个实例的内部面板背面部分结构图。

图5是本发明的一个实例的药品输入单元结构上视图。

图6是本发明的一个实例的注射器控制组件结构图。

图7是本发明的一个实例的药品控制组的一个组件结构图。

图8是本发明的一个实例安瓿瓶拌断装置结构图。

图9是本发明的一个实例安瓿瓶固定装置结构图。

具体实施方式

本实施例的依据：其一，制药企业药品是符合规范的，因此对于不同规格的药剂瓶其高度不同，同种规格的药剂瓶即使出于不同的厂家，其高度也具有相对可容忍的误差，因此通过药剂瓶的高度的检查可以大致分别出该药剂瓶的规格体积。在实际设计中，配药机器对药品规格的认知是以人工确认和条形码识别为准，上述的识别仅仅用于操作中的参考，如果识别的结果与系统数据有大的误差，系统会提醒操作人员对药品的规格做再次的确认，因此，通过药剂瓶高度识别药剂的规格所可能出现的错误并不会影响到配药的安全。其二，考虑到国家《直接接触药品的包装材料和容器标准》及其他药品生产规范对药剂量的规格有着严格的规定，通过市场调查,可以确定相同规格的安瓿瓶，其截面直径的误差几乎是可以忽略的，即使药剂瓶来源于不同的制药厂家,粉剂瓶也有大致类似的特性，此同一性被应用于配药机器人的操作应用。

    自动配药机采用高性能传感器，全过程采用计算机处理，并使用纠错冗余设计。

    整个系统分为中央处理单元、面板组件、内部组件、环境处理单元四大部分。

    中央处理单元由中央处理器、电源模块、通讯模块、控制模块组、输入输出模块组成。

    面板组件分为显示器、安瓿瓶输入单元、粉剂瓶输入单元、配药盐水瓶输入单元、注射器输入单元、配药输出、打印口单元、通风净化装置、废品回收口等九大部分。

    内部组件包括可调焦摄像头、取药单元、配药装置、回收单元组成。其中配药装置是配药机器人的机械核心。配药装置由以下部分组成：主通道底板、主转动体、注射器控制组、安瓿瓶控制组、安瓿瓶拌断器、粉剂瓶控制组、盐水瓶控制组、综合密封消毒室、配药输出轨、废品回收箱等组成。

    环境处理单元采用整体集成的方式，目的是净化配药机器人机柜内部空气达到国家卫生部规定的有关标准，并使机柜内部气压处于正压状态。

中央处理单元由中央处理器、电源模块、通讯模块、控制模块组、输入输出模块组成。中央处理器位于配药机器的左侧下部，采用目前工业上应用十分广泛的PLC控制系统。为减少体积，PLC尽可能选用集成式结构。考虑到伺服电机控制器的控制，因此选用时信号类型主要选用数字信号和脉冲输出以及RS485通讯接口，并预留少量的4_～20mA接口。PLC系统作为配药机器人的上位机,负责人机交互对接、程序执行及数据处理，包括通讯数据、条形码数据及其他必要的检测数据等等,同时对电机驱动控制器进行控制。电机驱动控制器作为下位机，负责对配药机的所有伺服电机进行控制。电机驱动控制器和伺服电机采用1:1配对方式。电源模块采用冗余设置，负责对配药机的PLC系统、所有传感器及伺服电机供电，根据实际情况，可以增加UPS电源模块。通讯模块负责与医院内部的数据系统联网,收集医生处方及病人信息。输入输出模块主要用于人机交互对接，包括人工确认、人工中断、以及必要的参数输入等等。中央处理单元的实际占用体积将根据具体的型号配置进行设置，因此在设计时，将预留尽可能大的空间保证中央处理单元的安装。

面板组件分为触摸屏显示器、安瓿瓶输入单元、粉剂瓶输入单元、配药盐水瓶输入单元、注射器输入单元、配药输出及打印粘贴单元、通风净化装置、废品回收口等九大部分。

安瓿瓶输入单元每轮操作可连续放入8支安瓿瓶，包括1ml、2 ml、5 ml、10 ml、20 ml等规格，没有规格限制，一次一支。触摸显示屏会显示本次配药的所有安瓿瓶类药名。每放入一支安瓿瓶，须在触摸显示屏上确认对应的药名（名下对应着药品的规格，这些数据来源于医生的处方），系统会自动记录此药品的位置，并移动一次位置，空出下次放入安瓿瓶的位置。输入单元还设计有条形码识别器，对于有条形码的安瓿瓶除人工确认外还可进行二次条形码识别。

安瓿瓶输入单元包括槽型底板、8支安瓿瓶底座、120°控制器、三叶型安瓿瓶拨板(53)一个及伺服电机一台。底板槽宽与安瓿瓶底座吻合。在底板槽位于侧板呈直线型的位置的槽边上有直线齿条，其他位置则呈光滑的曲线形。安瓿瓶底座位于底板槽内，电机转动一周，三叶型拨板(53)转动120°，一支安瓿瓶底座及位于其上的安瓿瓶被送入取药口位置，后边的安瓿瓶则向前进一位。底板槽边上方安有条形码扫描器，条形码扫描器与安瓿瓶持平。安瓿瓶底座上有齿轮(92)，齿轮与上述齿条吻合，安瓿瓶在向前移动的时候会自转360°，有利于扫描器的扫描。

粉剂瓶输入单元与安瓿瓶输入单元结构、原理以及操作方式完全一样。粉剂瓶输入单元包括槽型底板、8支粉剂瓶底座、120°控制器、三叶型粉剂瓶拨板一个及伺服电机一台。底板槽宽与粉剂瓶底座吻合。在底板槽位于侧板呈直线型的位置的槽边上有直线齿条，其他位置则呈光滑的曲线形。粉剂瓶底座位于底板槽内，电机转动一周，三叶型拨板(53)转动120°，一支粉剂瓶底座及位于其上的粉剂瓶被送入取药口位置，后边的粉剂瓶则向前进一位。底板槽边上方安有条形码扫描器，条形码扫描器与粉剂瓶持平。粉剂瓶底座上有齿轮(92)，齿轮与上述齿条吻合，粉剂瓶在向前移动的时候会自转360°，有利于扫描器的扫描。

盐水瓶输入单元每轮操作可连续放入4支盐水瓶，包括100ml、250 ml、50 0ml等规格，没有规格限制，一次一支。触摸显示屏会显示本次配药的所有盐水瓶类药名。每放入一支盐水瓶，须在触摸显示屏上确认对应的药名，系统会自动记录此次药品的位置，并移动一次位置，空出下次放入盐水瓶的位置。输入单元还设计有条形码识别器，对于有条形码的盐水瓶除人工确认外还可进行二次条形码识别。

盐水瓶输入单元包括十字型支架及支架底板、4支盐水瓶固定支架、90°控制器、伺服电机一台（为节约成本，此处的伺服电机可更换成普通小电机，不会影响到配药机器人的正常运转）。4支盐水瓶固定支架位于十字型支架顶端。电机转动一周，十字型支架转动90°，一支盐水瓶被送入取药口位置，后边的盐水瓶则向前进一位。支架底板边侧安有一段弧形齿条，支架底板边侧上方安有条形码扫描器，条形码扫描器与盐水瓶持平。盐水瓶固定支架底座有齿轮，齿轮与上述齿条吻合，盐水瓶在向前移动的时候盐水瓶会自转360°，有利于扫描器的扫描。

注射器输入单元每轮操作可连续放入4支注射器，包括5ml、10 ml、20ml等规格，没有规格限制，一次一支。触摸显示屏会显示本次配药的所有注射器类规格。每放入一支注射器，须在触摸显示屏上确认对应的规格，系统会自动记录该规格注射器的位置，并移动一次位置，空出下次放入注射器的位置。输入单元还设计有条形码识别器，对于有条形码的注射器除人工确认外还可进行二次条形码识别。

注射器输入单元包括支架底板、十字型注射器固定支架及立柱、90°控制器、伺服电机一台。90°控制器、伺服电机位于支架底板的下面，十字型注射器固定支架位于支架底板上面，通过立柱固定在90°控制器上。十字型注射器固定支架包括上十字和下十字两个支架。下十字支架距支架底板表面100mm, 下十字支架距上十字支架50mm。下十字支架的四个端点处有各有一道丫口，在上十字支架的四个端点各有一道Ω形卡簧。放入注射器时，注射器的针脚根部推入丫口，注射器下表面落在下十字架上，注射器上部被推入Ω形卡簧固定。注射针悬空，避免污染。电机转动一周，十字型支架转动90°，一支注射器被送入取药口位置，后边的注射器则向前进一位。

配药输出及打印粘贴单元采用传送带的方式，配药完毕的盐水瓶被放落在传送带上，传送带将其送至出口。在出口位置，盐水瓶作360°自转，打印机将本次配药的数据打印后粘贴在盐水瓶上。关于打印粘贴单元有成品出售，可以采购集成。

通风净化装置采用外购的方式集成安装，须保证机柜内的环境完全符合相关的卫生部标准。

废品回收出口位于前面板的中下部，内有抽屉式的框架，可从机柜内拉出。框架上有三个手提式收集塑料箱，其中注射器收集箱占50%的空间，安瓿瓶、粉剂瓶收集箱各占50%的空间。

废品回收口位于机柜内部，有一道总的密封门，密封门下分三个小口，平行于通道排列。三小口各有一引导滑管将不同的废品导向各自的回收箱。

内部组件包括可调焦摄像头、取药单元、配药装置、回收单元组成。

可调焦摄像头用于对配药装置进行监视以及极少情况下的人工干预。监视的情况被存储于硬盘，人工干预包括配药异常报警或配药机器异常时的人工查看，配药过程的人工监视、终止，以及极少数难溶粉剂药溶解情况的确认这三种情况。

取药单元位于配药机器人机柜内部，前面板的背面（41），与配药装置相对。它由固定支架（42），立杆，定位轴（43），可上下、左右、前后移动的摆臂（44、45），取药夹持机构（46、47），夹持机构滑道，夹持机构转轴（46），主伺服电机，辅伺服电机及夹持机构控制伺服电机、夹持机构定向电机等部分组成。立杆固定于固定支架上，摆臂固定于立杆上，可沿立杆上下移动；摆臂的顶端有夹持机构滑道，取药夹持机构可在滑道上左右微移，用于补偿取药口药品的微小的位置偏离，离开取药口后，在复位弹簧的作用下，取药夹持机构会静止在夹持机构滑道的顶端。主伺服电机控制摆臂在左右方向上做正反180°摆动，辅助伺服电机可对摆臂在立杆上的位置进行定位。夹持机构的运动轨迹是以摆臂为中心，以摆臂长度为半径的半圆弧。圆弧的两端点位置为面板取药口药品出口，圆弧的中点位置为配药装置各固定支架。夹持机构抓取药品后，摆臂通过上下、左右移动，将药品送到配药装置对应的夹持机构。

夹持机构是经过特殊设计的以滑道为对称轴的两套夹持机构，也可以是可以旋转180°的一套夹持机构，使用一台夹持机构伺服电机控制夹持机构的开合，夹持机构定向电机对夹持机构进行定向。夹持机构一的设计适合安瓿瓶，并兼顾注射剂。夹持机构二的设计适合盐水瓶和粉剂瓶。如果是一套夹持机构，则夹持部件的设计须兼顾上述两种情况。夹持机构上设计有两种规格的力矩弹簧和微动开关，如果是一套夹持机构，则两种规格的弹簧叠加使用，以保证夹持机构使用不同的力矩抓取安瓿瓶或盐水瓶。在夹持机构的上部，与夹持机构平行的位置，有一平行的挡板，挡板的中心与夹持机构的中心轴线重合。挡板可以在被抓药品的作用下向上移动，离开被抓药品时，挡板在复位弹簧的作用下复位。挡板上装有位置感知开关，感知被抓的药品的高度，通过主臂运动位置高度的分析判断此药品的规格。并与人工确认的规格和条形码扫描的药品数据想比对，如有较大误差，会提醒再次人工确认。主臂以固定高度转动到对应的取药口后，会自动下降，被抓取的药品最先触发挡板上的位置感知开关，处理器从而计算出药品的高度。根据被取药品的种类，处理器经过计算来决定是否继续下降，以及下降多少高度。如果是注射器，主臂会继续下降，由注射器推动挡板向上移动，直到夹持机构落在注射器的恰当位置后，主臂停止下降，此时夹持机构动作，抓紧注射器。如果是1ml的安瓿瓶，在挡板位置感知开关被触发后，处理器计算后会停止主臂的下降，并启动夹持机构，抓紧安瓿瓶。通过伺服电机和光电开关的应用，可以满足整个高度的精度误差不超过0.5mm的最大值。由于在自动配药机面板上，安瓿瓶、粉剂瓶、盐水瓶或母液瓶、注射器都有各自固定的输入口，在药品输入装置定位功能的作用下，这些药品在各自的药品输出口的位置只有几毫米的误差。同时夹持机构滑道及平行移动的对夹机构可以对此进行补偿。对于配药装置，在通道和定位传感器的作用下，各配药控制组的夹持机构的位置也只有几毫米的误差，因此，取药单元相当于在固定的点取药送到另一个固定点，对于不同规格的药品，只有摆臂高度的调整，而摆臂的高度是以各固定点的位置为基础，通过对各类药品的规格的检测结果，综合计算确定。

 配药装置是配药机器人的机械核心。配药装置由以下部分组成：平行通道、主转动体、配药控制组、综合密封消毒室、配药输出轨、废品回收箱等组成；其中配药控制组包括注射器控制组和药品控制组；药品控制组包括安瓿瓶控制组、安瓿瓶拌断器、粉剂瓶控制组、盐水瓶（或其他母液）控制组。

主通道底板安装在配药机器人机柜内背板上(30)，呈长方形，长1600mm，宽950mm，地板中央有一个主转动体，其直径为600mm，主转动体表面与主板表面在一个平面上，主转动体中心距底板右边线500mm。主转动体边线与底板间隙小于0.2mm。主转动体可180°正反转动。主转动体由伺服电机控制，转动角度精确到0.01°。这个精度体现在主转动体边弧上，其上下弧长的误差在0.034mm,将不会影响通道和齿轮条的运作。主转动体在平衡位置的定位由光电开关辅助定位。在底板的表面自左至右中间经过主主转动体有4道通道，在第一道通道的上方有一道齿条，在第二、第三、第四道通道的下方各有一道齿条，共4道齿条。4道齿条自左至右，中间经过主主转动体。每条通道或齿条在主转动体处被分成三段，分段处的通道截面与主转动体的外缘及底板的内缘一致，段段间的间隙小于0.2mm。自上至下，第一条通道为注射器通道，第二条通道为安瓿瓶通道，第三条通道为粉剂瓶通道，第四条通道为盐水瓶通道。第一条通道与第二条通道中心距离为200mm，第二条通道与第三条通道中心距离为100mm，第三条通道与第四条通道中心距离为200mm。在第二、第三、第四条通道的右边端点处固定有从左边进出的密封的消毒室，配有密封门。在第二条通道的密封室内与密封门对面的侧板上装有玻璃刻刀。当安瓿瓶进入密封室后，玻璃刻刀会在安瓿瓶颈部靠近通道的一侧刻出一道划痕，用于下步安瓿瓶的拌断。当安瓿瓶、粉剂瓶、和盐水瓶沿通道进入消毒室后，密封门关闭。消毒室侧壁在安瓿瓶颈部对应的高度处设有对角喷嘴，在粉剂瓶、盐水瓶上端面处各设有一处喷嘴，可喷出消毒酒精液，对安瓿瓶颈部、粉剂瓶和盐水瓶的上端面进行消毒。在消毒室的顶部有无菌空气吹风口，无菌空气自上而下对药品吹干。排出口接至废品回收口，排出机柜外。密封消毒室可一次性对安瓿瓶、粉剂瓶、和盐水瓶各一瓶进行消毒。消毒时间视消毒要求而定。在第一条通道的左端点处设有安瓿瓶拌断器。安瓿瓶拌断器固定在配药机器人机柜的左侧板上。（具体参见安瓿瓶拌断器说明）主转动体可与运行于其上的控制组（包括注射器控制组以及安瓿瓶控制组或粉剂瓶控制组或盐水瓶控制组）做整体180°正反转。

注射器控制组由通道滑块、中心带穿线孔的旋转轴、集线器、2组上下滑杆、2组上下定位轴、一组左右滑杆及夹持机构、一组左右定位轴、一台通道滑块左右移动伺服电机、一台注射器上下移动伺服电机、一台抽注药上下移动伺服电机、一台可正反180°旋转的伺服电机、一台夹持机构驱动伺服电机、带自锁的抽注药组件、抽注药位置感应微动开关组成。注射器控制组可经通道在主通道底板上做左右运动，也可自身沿垂直于底板的轴线做正反180°自旋，同时还可以和主转动体一起做为一个整体沿主转动体中心轴线做正反180°旋转运动；

注射器由取药装置主臂夹持机构自注射器输入口送至注射器控制组的夹持机构，自上而下进入注射器主臂夹持机构的中心，下降的高度由取药装置主臂根据注射器的规格确定。注射器主臂夹持机构夹紧注射器后，注射器辅臂向下移动，注射器活塞控制器压迫注射器活塞移动直到注射器底部后，注射器活塞不再移动，并在辅臂下移压力的作用下，克服复位弹簧的作用，触发注射器活塞控制器上的自锁装置，锁紧注射器活塞，同时也触发微动位置开关，确定注射器活塞的位置零点。注射器位置控制系统将以此时的活塞位置为基础，结合注射器的规格、药品的计量来确定以后的注射器活塞的抽药、排药的相对位置；注射器完成配药后，注射器控制组会移动到通道的尽头，锁紧装置由安装在通道尽头的推杆释放，同时夹持机构松开，注射器掉落到收集箱。

 安瓿瓶控制组由通道滑块、中心带穿线孔的180°旋转轴、集线器、一组左右滑轨及夹持机构、一组定位轴、一台通道滑块左右移动伺服电机、一台正反180°旋转伺服电机、一台夹持机构驱动伺服电机组成。安瓿瓶控制组可经通道在主通道底板上做左右运动，也可自身沿垂直于底板的轴线做正反180°旋转，同时还可以和主转动体一起做为一个整体沿主转动体中心轴线做正反180°旋转运动。

安瓿瓶拌断器(80)安装在配药机柜内左侧板上，由底滑道、转动轴、拌断器夹持机构滑道及夹持机构、转动电机、夹持机构电机、漏液检测器等组成。滑道与左侧板平行，拌断器夹持机构开口向右，由固定于转轴中心的，与转轴中心重合的固定瓣和能沿拌断器夹持机构滑道滑动的移动瓣组成拌断器夹持机构。拌断器夹持机构中心轴与安瓿瓶控制组的夹持机构的中心轴重合，并处于与通道平行的同一平面上，其中的误差由滑道修正。拌断器夹持机构位于安瓿瓶控制组夹持机构之上。漏液检测器固定于滑道底部，位于安瓿瓶的下方，用于检测安瓿瓶是否破裂。在机柜的左侧面板上设有应急窗口，可由人工打开，对破裂的安瓿瓶进行人工处理。 

当安瓿瓶通道控制器向拌断器移动时，自右向左，安瓿瓶颈上部分正好进入拌断器的夹持机构中央，当两者中心轴重合时，安瓿瓶通道控制器停止运动。并触发拌断器夹持机构电机动作，将安瓿瓶颈上部分抓紧。此时，很小的误差将由底部滑道予以修正。抓紧后，触发力矩开关动作，转动电机驱动转动轴，带动夹持机构以夹持机构中心瓣为转动轴向机柜前面板方向转动，将安瓿瓶颈部自划痕反向折断。此后，转动电机会再次做拌断动作，通过力矩检测判断安瓿瓶是否已经被拌断。漏液检测器如检测出安瓿瓶破裂，系统会发出报警，由人工确认是否继续进行配药。或者通过应急窗口对破裂的安瓿瓶进行人工处理。

粉剂瓶控制组由通道滑块、中心带导电滑环的360°旋转轴、集线器、左右滑轨及夹持机构、一台通道滑块左右移动伺服电机、一台360°旋转伺服电机、一台夹持机构驱动伺服电机组成。粉剂瓶控制组可经通道在主通道底板上做左右运动，也可自身沿垂直于底板的轴线做360°旋转，同时还可以和主转动体一起做为一个整体沿主转动体中心轴线做正反180°旋转运动。粉剂瓶药剂被注入溶解液后，粉剂瓶控制组将进入360°高速正反转溶解过程。极个别难溶粉剂药的溶解情况会在溶解结束后通过摄像头显示在显示屏上，系统会提醒进行人工确认，如溶解情况符合要求，系统进入下一步程序，否则，将再次进入溶解过程。

4.3.6  盐水瓶控制组

盐水瓶控制组由通道滑块、中心带穿线孔的旋转轴、集线器、左右滑轨及夹持机构、一台通道滑块左右移动伺服电机 、一台可正反180°旋转伺服电机、一台夹持机构驱动伺服电机组成。盐水瓶控制组可经通道在主通道底板上做左右运动，也可自身沿垂直于底板的轴线做正反180°旋转，同时还可以和主转动体一起沿主转动体中心轴线做正反180°旋转运动。

4.3.7  综合密封消毒室及玻璃刻刀

综合密封消毒室由一组对角喷嘴、二组独角喷嘴、顶部空气喷嘴、排气管、密封门、玻璃刻刀、撑杆及弹簧组成。

玻璃刻刀为单臂形结构，臂与导轨平行，位于安瓿瓶与导轨之间。在与配药机柜左侧板上安有固定支点。单臂刻刀可以此支点做小角度移动。当安瓿瓶沿通道进入密封室时，安瓿瓶的颈部接触到单臂刻刀的刀刃，并克服单臂刻刀弹簧力的作用使单臂刻刀向导轨方向移动，同时在安瓿瓶的颈部留下划痕。此时，安瓿瓶会继续向前移动，推动撑杆将玻璃刻刀撑开。当安瓿瓶到达终点时会触发密封门开关，密封门关闭，开始消毒。消毒完后，安瓿瓶向回移动，并在完全离开密封室后触发撑杆复位。单臂刻刀在弹簧力作用下回到原位。

4.3.8  配药输出传送带

配药输出传送带位于机柜内部，与机柜侧壁平行，与通道底板垂直。传送带一端位于盐水瓶通道的下方，另一端连接配药输出口。当盐水瓶控制组将配完药的盐水瓶移动到传送带上方后，盐水瓶夹持机构松开，直至完全复位，此时传送带工作，将盐水瓶从夹持机构中央带出送至配药输出口。

夹持机构：配药机器人所用的夹持机构用一台伺服电机控制，也可以使用直线电机控制。夹持机构的两瓣抓爪尽可能采用菱形设计，同时考虑尽可能大的接触面；同时，夹持机构的两臂位于滑杆上，由伺服电机和定位丝杆配套控制，平行运动，随着电机的正反转而实现开合，并同时得到定位。这样的控制姿态有利于保证夹持机构的轴心线的稳定而不会产生偏移。最终也就保证了被抓物体的轴心线的精确定位。（所有的药剂瓶绝大多数都是圆柱形的）。夹持机构都设有力矩调节弹簧和定位微动开关，可以根据不同的抓取对象使用不同的力度。

夹持机构根据其抓取的对象不同，其大小、形状也有所不同，抓取和锁定的力度也有所不同。夹持机构的两臂和滑杆要求有很高的配合精度和较小的阻力。

其他附件

5.2.1  显示器与机柜前面板连接件采用“之”字形拉伸杆，用于方便调节高度，显示器固定点采用可左右向调整的转轴式结构，方便操作人员查看操作

5.2.2   机柜前面板各药剂输入口有玻璃密封门，四周包以橡胶密封条，与机体前面板紧密配合，并有自锁扣，操作十分轻便，密封性能好，保证了机柜内微正压的要求。

5.2.3  机柜内部电缆的固定方式。自处理中心至机柜内的电缆采用电缆槽盒固定，槽盒出口端须用阻燃橡胶泥做密封处理，电缆至各控制组的末端预留足够的长度，保证各控制组的能在正反向做180°自由转动。

机柜前面板上有指纹扫描器，可对操作者身份进行识别。

可以想见，自动配药机的所有直线运动都可以通过使用直线电机或者气动元件实现。

配药准备

配药机与医院数据系统联网，配药机能实时存储所有病人的处方信息，包括科室、开药医生姓名、患者的姓名、该患者所开药品名称、剂量等等。 系统依据药品种类、名称调用对应的配药程序，一般使用默认的配药方法。除非医生在开药时更改配药方法，系统将根据更改后的配药方法配药，并且在配药前，对配药的护士做出相关的提示。

配药步骤。

第一步，护士操作时，需输入患者的姓名、科室等相关信息，触摸屏会显示该患者的所有药品名称以及药品常规的搭配连线或者医生更改的搭配连线。供护士确认。

第二步，护士打开配药机药品输入口密封面板，触摸屏会自动显示所有应放在该输入口的药品名称。如，打开安瓿瓶输入口密封面板，触摸屏就显示所有安瓿瓶药剂名称，以此类推。

第三步，护士将对应输入口的药品放入，每次放一支（瓶），并在触摸屏上确认一次，则触摸屏上代表该药品的名称会变色并被锁定。对于安瓿瓶、粉剂瓶输入口，可连续放入8支安瓿瓶、粉剂瓶药剂；对于盐水瓶输入口，可连续放入4瓶药剂。

第四步，放完患者本次配药所需的药剂后，关上密封门。系统会自动出现“配药开始？”的字样，护士确认后，配药开始。至此，系统进入自动配药过程。

第五步，配药结束后，系统会发出提示，并将配好的药瓶自动送至配药输出、打印口单元，该单元会将打印的配药信息单自动粘贴在盐水药瓶的表面。配药单信息可依据医院的要求而定，包括患者姓名、年龄、药品种类、剂量等。

自动配药

此处以安瓿瓶为例说明自动配药过程。

从微观的角度，整个控制系统控制环节很多，每一个动作都分解成几个细小的控制过程，而且动作与动作之间彼此连贯，因此详细叙述会很复杂。但在宏观上看，整个动作过程是很连贯的，一气呵成的。

在上次配药结束后，本次配药开始前，四条通道上的控制组会自动运行到通道中的待机位置，自动配药开始后，配药机会通过以下步骤完成自动配药过程。在下列说明中，第一位序号相同的代表配药机的动作是在相同的时间段同时进行的，第二位序号代表在此时间段内其分步依次完成的动作。

1.   盐水瓶控制组运行到盐水瓶导轨的中心处。

1.1  取药摆臂会运动到盐水瓶输入口位置，并在位置开关的辅助定位下精确定位；此时，夹持机构中心轴线与盐水瓶中心轴线处于同一平面上，两轴线非重合性的误差将由主臂夹持机构滑道修正。

1.2  定位后，摆臂下降， 夹持机构上方的位置触发器与盐水瓶上端面接触并被触发。系统处理单元由此计算出盐水瓶的高度，并控制夹持机构动作，夹紧盐水瓶。夹紧后，摆臂上升，取出盐水瓶，并转动90°，将盐水瓶送至配药装置处。 配药装置定位光电开关被触发，此时盐水瓶中心轴线与盐水瓶控制组夹持机构中心轴线重合。

2.  摆臂下降至固定高度，此高度值由处理器单元根据盐水瓶高度计算后确定。完成后触发盐水瓶控制组夹持机构动作。

3.  盐水瓶控制组夹持机构动作，将盐水瓶抓紧。夹持机构力矩位置开关触发。

4.  摆臂夹持机构松开夹持机构，复位。摆臂上升到固定的、可自由摆动的高度。

5.  摆臂摆动到安瓿瓶取药口的位置。触发对应的定位开关。

5.1  盐水瓶控制组运行至待机位置。

6.  重复以上1----5步，完成对安瓿瓶的固定。

7.  重复以上1----5步，完成对粉剂瓶的固定。

8.  重复以上1----5步，完成对注射器的固定。

9.  注射器控制组中的抽注药组件向下移动，直至注射器内空气完全排出，注射器活塞与抽注药组件完成锁定，抽注药位置感应微动开关被触发，抽注药位置参数初始化。

9.1  安瓿瓶、粉剂瓶、盐水瓶控制组运行至消毒室。

10   完成安瓿瓶拌断划痕后，消毒室开始工作，并完成消毒工作。

11   注射器控制组运行并固定在主转动体通道中心位置。

11.1  安瓿瓶控制组运行至通道左端的拌断器单元，完成安瓿瓶的拌断。

11.2  粉剂瓶控制组、盐水瓶控制组运行至主通道待机位置。

12   安瓿瓶控制组运行并固定在主转动体通道中心位置。

13   注射器控制组开始工作，注射器下降，高度位置根据安瓿瓶高度计算确定。直至注射器针头部分插入安瓿瓶一定位置。

14   安瓿瓶控制组自转一定角度，角度位置根据安瓿瓶规格计算确定。

15   注射器开始抽药。

15.1  主转动体与固定其上的注射器、安瓿瓶一起缓慢转动，转动的速度、角度根据安瓿瓶的规格和注射器的规格计算确定。直到安瓿瓶基本呈水平状,其中的药剂被全部抽出。

16   主转动体复位至平衡位置。

16.1  注射器复位至平衡位置。

16.2  安瓿瓶复位至平衡位置。

17  注射器向上移动，直到针头离开安瓿瓶。

18  注射器控制组上升，并自旋90°。

19  注射器抽药部件反向运动，运动的增量通过安瓿瓶的规格和注射器规格计算确定，排出注射器内药剂中的空气。

20   注射器控制组自旋90°，并下降直到针头再次插入安瓿瓶。

21   注射器抽注药部件开始注药，注药位置根据医生处方的药剂量和安瓿瓶规格及注射器规格计算确定。将不需要的剂量排回到安瓿瓶中。

*如果医生没有规定剂量，默认为全部剂量。则20、21步将跳过，如果医生处方规定的剂量保留至下次盐水瓶配药，则不会进行20、21步*。

22  注射器再次向上移动，直到针头离开安瓿瓶。

23   安瓿瓶控制组向拌断器方向移动，并停留至废品回收箱入口处。

23.1  盐水瓶控制组运行并固定在主转动体通道中心位置。

24   注射器向下运动，直至针头插入盐水瓶一定位置。位置根据盐水瓶的高度及注射器的规格计算确定。

25  注射器开始注药，直至药品被全部注入盐水瓶中。抽注药位置感应微动开关被触发，注射器控制参数被初始化。

*如果医生处方规定的剂量保留至下次盐水瓶配药，则此步会跳过，直接转至26步*。

26  注射器开始注药，药品安医生规定的剂量被注入盐水瓶中。抽注药活塞的位置根据安瓿瓶规格、注射器规格计算确定。

*执行此步，则以下28、28.1步不再执行，程序执行完27步后跳至31步，33步跳过*。

27  注射器向上运动，直至针头离开盐水瓶。 

28   注射器控制组向拌断器方向移动，并停留至废品回收箱入口处。

28.1  注射器控制组抽注药组件的锁紧装置被安装于此处的推杆释放，同时注射器夹持机构松开，注射器掉落到回收处，并滑落至对应收集箱。

29  回收箱入口打开，安瓿瓶控制组松开安瓿瓶夹持机构，安瓿瓶掉落到回收处，并滑落至对应收集箱。

30  回收口关闭。

31  盐水瓶控制组沿通道向拌断器方向移动，停留在送出药位置，盐水瓶夹持机构松开，盐水瓶滑落至药品传出口传送带上，盐水瓶被传送至配药打印口。

32  盐水瓶控制组回复到待机位置

33  注射器控制组回复到待机位置。

34  安瓿瓶控制组回复到待机位置。

35  粉剂瓶控制组回复到待机位置。

上述操作并未包含粉剂瓶药剂的操作。粉剂瓶的操作与上面介绍的大致类似，但在细节上有着很大的区别。首先，在操作顺序上，将首先从盐水瓶中抽取配药用的溶剂，再注入粉剂瓶中溶解，溶解结束后，从粉剂瓶中抽出溶解液，再注入到盐水瓶中，等等。

为了确保系统的设计的可行性，在设计时，须对系统的各环节进行必须的理论分析，系统分析主要通过SOLIDWORKS 的有限元分析软件进行的，分析主要包括三个方面，涉及到材料的选型及其受力分析、组合误差的分析，电机力矩及减速箱的选配。例如对主臂的分析就包括主臂的材料、受力变形的误差、转动速度及惯性，在此基础上，综合考虑主臂的外形尺寸和形状以及配备的电机力矩、速度、减速机的齿轮配套及误差。必要的时候，还要考虑环境温度变化的误差以及磨损误差的时间极限等等，分析通过后，还要利用SOLIDWORKS进行仿真，调整设计元件的尺寸和外形，充分确保设计的可行性。

在软件设计方面，软件设计结合了所选电机的电气性能以及组合机构的误差分析确定控制环节和控制参数，在确保系统正确运行的基础上，充分发掘系统的配药效率，监控安全的程序作为独立的程序，采用独立的处理器，与主程序同步独立运行，安全程序不参与主程序的操作，但可以终止主程序的运行并向系统发出报警。

本发明采用了可靠性高的PLC控制系统，在药品检测环节，通过机器初步判断、人工确认、条形码识别三重保障，其中条形码识别层级与人工确认并重，机器判断为辅的机制，在此基础上加以显示器实时监控，配药安全性可以得到有效的保障。另一方面，在软件设计中，系统的每一个执行步骤都有一套监控纠错的机制，当上一环节执行步骤出现错误的时候，系统会对该环节做出判断，如果此错误可以更改，则系统会对此环节的控制重新初始化，同时在触摸屏中出现相应的提醒。如果此错误不能更改，如：配药已经被混合，或者注射器的针头已经插入了药剂，则系统会在触摸显示屏中发出报警并中断此次配药，由人工确认此次配药过程是否作废。如确认作废，则未被拌断的安瓿瓶、以及未参与配药的药品会被送回至药品输入口。安瓿瓶已经被拌断，则送入废品回收口。如确认不作废，则系统会跳过故障环节，继续进行下一步，并在显示屏中显示此次配药的可能存在的错误。如剂量误差。如果系统判断为药剂的配药对象出现错误，为安全起见，系统直接将已经配完的药品送入废品回收，此时系统会显示记录和错误的可能，但人工确认不再有效。

益处

本发明采用了设计优化，减少了不是必须的检测环节，解决了从技术层面难以实现的难点，保证了本发明的可行性和可靠性。本发明的使用，提高了配药效率和配药安全。高精度的电机、高可靠性定位传感器的使用，使所有的误差都在控制范围内，确保了机器的正确运行。每个操作环节都有相对的独立性,可控性，软件编程实行模块化，因此可以根据需要灵活进行组态，准确地响应医生处方的各种要求，满足了现实配药的多种需要，实现自动配药环节的几乎所有功能。整个系统处于完全封闭的环境中，实现了无菌化操作。冗余的处理器的设计、多重的监视、确认功能保障了自动配药的安全。

Claims (20)

1.一种自动配药机，包括配药装置、控制系统、传感器系统，其特征是，配药装置包含主转动体(1)和附着于主转动体上的配药控制组(2、3)，主转动体(1)和附着于主转动体上的配药控制组（2、3）既可以独立地各自转动，也可以作为一个整体转动，控制系统用于控制配药装置的动作，传感器系统用于配药装置的监测。

2.如权利要求1所述的主转动体（1），其特征是，主转动体上（1）有通道（4），主转动体在适当的位置时，转动体上的通道与转动体外通道各自并成一条完整的通道，各配药控制组可以沿通道运动，移进或移出或定位于主转动体。

3.如权利要求1所述的配药控制组（2、3），其特征在于，所述的配药控制组件包括注射器控制组件（2）和药品控制组件（3），药品控制组件包括安瓿瓶控制组件，或，粉剂瓶控制组件，或，盐水瓶或其他母液瓶控制组件，或，复合式控制组件。

4.如权利要求2所述的通道（4），其特征是，通道（4）是相互平行的。

5.如权利要求3所述的注射器控制组件（2），其特征是，注射器控制组件（2）附着在主转动体上（1），或附着在可以沿主转动体通道移动的移动块上(61)，在附着点垂直于主转动体的方向上有一个转轴(62)，注射器控制组件可以沿此轴转动，在转轴平行于主转动体的截面方向上有个上下移动的主臂(63)，在主臂上，固定有可开合的夹持机构(67)，在夹持机构的上方，有个上下移动的辅臂(64)，辅臂上是注射器活塞控制器(65、66、68)。

6.如权利要求3所述的药品控制组件，其特征是，药品控制组件附着在主转动体上(1)，或附着在可以沿主转动体通道移动的移动块上(71)，在附着点垂直于主转动体的方向上有一个转轴(73)，夹持机构(72)可以沿此轴转动。

7.如权利要求3所述的粉剂瓶控制组件，其特征是，粉剂瓶控制组件的转轴中心安有导电滑环。

8.如权利要求5所述的注射器活塞控制器，其特征是，注射器活塞控制器包含自锁装置(68)、弹出复位装置(66)、位置或力矩开关(65)。

9.如权利要求5或6所述的夹持机构，其特征是，夹持机构设有力矩调整装置，可以针对不同的被夹持药品使用不同的力矩，同时还设有位置传感器或位置开关，通过夹持机构的位置变化感知被夹持药品的规格。

10.一种与权利要求1相配合的安瓿瓶拌断装置，其特征是，安瓿瓶拌断装置上有一转轴(83)和一个可调整开度的对夹机构(81、82)，对夹机构的一侧轴线（82）与转轴中心轴重合并固定，另一侧（81）可向固定侧平行移动实现对夹机构的开、合，对夹机构整体可沿中心轴线转动。

11.如权利要求10所述的安瓿瓶拌断装置，其特征是，底座是安装在可移动的滑块上（84），底座上夹持机构的下方设有漏液监测传感器(85)。

12.一种与权利要求1相配合的密封消毒室，其特征是，密封消毒室包括一侧可自动开闭的密封外壳，壳内包括消毒液喷嘴、无菌空气喷嘴、玻璃刻刀及复位装置。

13.一种包含权利要求1部件，权利要求10部件和权利要求12部件的自动配药机，包括外部组件、内部组件，其特征是，外部组件包括显示器(6)，安瓿瓶输入单元(9)，或，粉剂瓶输入单元(11)，或，配药母液输入单元(12)，或，注射器输入单元(8)，或，综合输入单元，配成药输出、打印口单元(13)，通风净化装置(7)、废品回收口(10)，内部组件包括取药单元、配药装置、安瓿瓶拌断装置、密封消毒室、回收单元，其中，

安瓿瓶输入单元， 包括安瓿瓶输入口(55)、密封门、安瓿瓶通用固定装置(51)、安瓿瓶传送并定位装置(51、52、53)、安瓿瓶条形码扫描装置、安瓿瓶输出待处理口(56)；

粉剂瓶输入单元，包括粉剂瓶输入口、密封装置、粉剂瓶固定装置、粉剂瓶传送并定位装置、粉剂瓶条形码扫描装置、粉剂瓶输出待处理口；

配药母液输入单元，包括配药母液输入口、密封装置、配药母液固定装置、配药母液传送并定位装置、配药母液条形码扫描装置、配药母液输出待处理口；

注射器输入单元，包括注射器输入口、密封装置、注射器固定装置、注射器传送并定位装置、注射器条形码扫描装置、注射器输出待处理口；

配成药输出、打印口单元，包括配成药输出口、密封装置、配成药传送、自旋装置、打印粘贴装置。

14.如权利要求13所述的取药单元，其特征是取药单元包括可上下移动，左右旋转的主臂(42、43、44、45)，主臂上安有夹持机构（47），夹持机构上安装有力矩调整装置，夹持机构的上部安装有位置或力矩传感器（48）。

15.如权利要求14所述的夹持机构，其特征是，夹持机构具有可旋转的轴（46）。

16.如权利要求13所述的安瓿瓶通用固定装置，其特征是，该装置由2片或多于2片的主簧片(93)组成，在底板上均匀分布，在每个主簧片上，各安有副簧片(94)。

17.如权利要求13所述的安瓿瓶，或粉剂瓶，或配药母液，或注射器的传送并定位装置，其特征是，定位是通过对各自的固定装置位置的确定来实现对安瓿瓶，或粉剂瓶，或配药母液，或注射器的定位。

18.如权利要求13所述的注射器固定装置，其特征是，注射器针脚固定在Y形卡槽内，注射器针筒部分固定在U形卡簧内。

19.一种包含权利要求1部件的自动配药机的实现方法，其特征是，结合国家药品制造包装规范来计算自动配药机的控制参数，同时避免光、电、磁的检测手段对药品成分的影响，所述方法包括，

利用夹持机构运动位置的变化来检测出输入药品的直径；

利用主臂高度的变化来检测输入药品的高度；

对测得的直径、高度值，结合国家药品制造规范测算出该药品的规格；

在控制程序中补偿监测传感器和药品包装制造时的误差；

确定配药装置各控制组件的动作参数。

20.一种包含权利要求1部件的自动配药机的配药及定量配药方法，其特征是，将所配药剂全部抽取之后再进行定量配给，所述的方法包括，

注射器针头插入安瓿瓶或粉剂瓶或其他药瓶内；

安瓿瓶或粉剂瓶或其他药瓶控制组自转一定角度；

注射器开始抽药，同时主转动体与固定其上的注射器、安瓿瓶或粉剂瓶或其他药瓶一起转动，直到被抽液瓶基本呈水平状，其中的药剂被全部抽完；

注射器翻转，注射口向上排除空气；

注射器再次翻转，根据定量要求，进行定量配药。

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