CN103569688A - 中药材定量称取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中药材的定量称取装置。该装置主要由药材料斗、抓药机构、称量及倒药机构、控制模块组成。药材料斗用于中药材的存储；抓药机构用于将中药材从料斗中取出；称量及倒药机构用于中药材的计量及排出；控制模块通过电缆与计算机相连，接收计算机的指令，然后控制抓药机构、称量及倒药机构完成药材的定量抓取。利用该装置可以完成对大部分散装中药材的定量自动称取，从而使中药处方的药材自动配伍变成可能。

Description

中药材定量称取装置

技术领域

本发明涉及一种中药材的称取装置，尤其涉及一种中药材的自动定量称取装置。

背景技术

中医是中国的传统医学，它是中国人民在同疾病抗争上千年沉积下来的理论和经验的总结，不仅是中国人民的知识财富，也是世界医学界的瑰宝。 但随着我国经济的发展及人口数量的增加，中医越来越难以跟上社会发展的需要，尤其是中药的药方抓药方式，严重制约的中医的发展。

在传统的中药房中，一张药方要经过很多次称量、分药、校核、包装，才能将药剂交到患者手中。中药方的处理不仅繁琐、复杂、耗时，也存在抓药精度不高、劳动强度大等弊端。为了改进中药方在抓药过程中存在的问题，我们可以看到很多人在这方面作出了努力。

手工抓取，电子称量。该方式是在传统的中药柜基础上，给每种储药单元的底部增加电子称量单元及显示系统，从而减轻了抓药时的称量工作。专利CN201775278U、CN201748967U对这种方式有很好的阐述。这种方法部分解决了抓药过程中的问题，但由于没有涉及自动抓取的问题，因此并不是最佳的解决方法。

采用中药浓缩颗粒。由于中药材的形态复杂，为便于自动化处理，将中药进行浓缩成颗粒是一种方法。但我们可以看到，在浓缩的过程中，必然造成中药成分的丢失。另外的问题是中药浓缩颗粒在临床上的使用剂量与传统中药的使用剂量差异很大，这给临床应用带来新的问题。相关的专利可以参见专利CN101401770A。

专利CN202244978U、专利CN102530457A及专利CN201400441Y给出了另外一种处理方式，将中药材按最小剂量及常用剂量分别装盒，然后通过设备完成配药。这种方式经过分装—配药—合装处理后，虽然能实现自动配药的目标，但将大量繁琐的称量工作转到了分装工序。由于临床上受不同的疾病、疾病的不同发展阶段、患者的身体状况等因素的影响，即使同一种药材，也会有不同的使用剂量，因此这种处理方式成倍增加了称量的工作，并不能得到用户的认可。

专利CN201647131U提出了一种将传统自动售货机改装成中药自动抓药打包机的设想，但对于数千种中药材来讲，其成本及体积都是没法实施的。

专利CN200964158Y给出了针对粉状、膏状中药的处理方法，这种方法对于大多数中药材来讲，是没法使用的。

针对传统中药材的自动抓取，专利CN201558311U采用与专利CN200964158Y类似的螺旋出料方法，对于粉状中药材是可以，但对于大多数中药材，可能是行不通的。其水平、环状的药柜排列方法，以及需要预留的下料、回料空间都使该系统十分庞大。另外，该专利采用复杂的组合称量方法，使得每味药都要经过多次称量，还要把多余的药回流回药箱，必定造成系统成本高昂、效率低下。

综上所述，目前并没有一种好的方法，给出中药材自动抓药的解决方案，其根本原因在于中药材形状的多样性。因此，找出一种好的方法解决大多数中药材的自动称取是解决问题的关键。

本专利希望在这方面有所突破。

发明内容

本发明提出一种解决大多数中药材的自动定量称取装置，将其应用于中药材自动化药房，能大大提高中药处方的处理效率及药材的抓药精度，降低人工的劳动强度。

为实现上述目的，本发明对存储中药材的料斗、出药机构、称量及倒药机构、控制模块进行了创新地设计，使之能满足大多数中药材的自动定量出药需求。针对每种需要系统处理的中药材，都有一套独立的定量称取装置与之对应，使得上千种中药材可以高度集中地存放在一起，并可以在计算机的控制下，同时对多张中药处方进行高效、高精度地抓药处理。

本发明是一种中药材定量称取装置，包括药材料斗、抓药机构、称量及倒药机构、控制模块。控制模块与计算机通过电缆相联，控制模块在计算机指令的控制下，通过控制抓药机构、称量及倒药机构完成药材的定量抓取。

本发明所述的药材料斗具有矩形的横截面形状，可以根据需要将多个料斗进行方便的堆积，以满足多种中药材的需要。药材料斗由料斗、限料板及安装固定框架组成。

料斗入料口的截面积大于出料口的截面积，整体呈现V字形收缩。料斗底边与水平面的安装角度在10度到45度之间，入料口的位置高于出料口的位置，药材在重力的作用下自入料口流向出料口。料斗的出料口出安装抓药机构。

料斗可以根据对应的中药材的需要，在料斗上加装振动装置，以防止药材在料斗中产生阻塞。振动装置可以是振动电机、超声波振子等。

料斗的出料口处还设置一块限料板。限料板的一条边与料斗出料口的上边通过铰链连接，使其可以在一定角度范围内自由上下转动，这种方式可以适应中药材形状的多样性。针对不同的中药材，可以给限料板增加配重或利用弹簧来限制限料板的运动幅度，从而调整药材的下药速度。

本发明所述的抓药机构位于料斗的出料口端，安装在限料板的下方。抓药机构主要有驱动滚筒、驱动电机、固定支架及轴承组成。

驱动滚筒可以直接驱动中药材滑出药材料斗，也可以间接驱动中药材滑出药材料斗，如通过驱动滚筒带动传送带，然后由传送带将中药材送出药材料斗。

驱动电机可以直接驱动驱动滚筒转动，也可以通过减速装置间接驱动驱动滚筒转动。驱动电机的转速可以在控制模块的控制下，根据需要进行调整，如当中药材的重量离目标值较大时，可以控制驱动电机高速转动，离目标值较近时，降低驱动电机的转速，从而控制中药材从料斗中的出药速度。

在采用直接驱动中药材滑出料斗这种方式时，驱动滚筒的表面可以根据中药材种类的不同而进行相应的处理，如其表面可以进行滚花处理，以加大驱动滚筒与药材之间的摩擦力。

为防止料斗与抓药机构的运动部件相接触产生摩擦，抓药机构运动部件与中药材的接触面和料斗的出料口应有一定的间距，一般情况下，为0.5毫米到5毫米之间，并且间距应沿中药材在出料过程中的运动方向逐渐增加。以防止中药材卡在料斗与抓药机构的运动部件之间。

本发明所述的称量及倒药机构由重量传感器、接药盘、倒药机构及机构支撑体组成。称量及倒药机构至少包括一个重量传感器，也可以根据需要，选择多个重量传感器共同进行中药材的计量，重量传感器其中的一端与接药盘固定连接，另一端根据倒药机构的设计不同，选择与机构支撑体或倒药机构相连。

倒药机构由电磁驱动机构、传动轴、限位杆、以及至少一个位置传感器组成，其电磁驱动机构可以是电磁铁，也可以是各类电机，电磁驱动机构可以直接或间接驱动驱动轴旋转，从而使称量好的中药材依靠重力滑出。限位杆固定于驱动轴的一端，当驱动轴旋转时，其与位置传感器一起将驱动轴的旋转角度反馈给控制模块。

本发明所述的控制模块的主要功能模块包括微处理器、通讯模块、A/D转换器、电机控制模块。这些功能模块与选用的器件并没有对应关系，多个功能模块可能被集成到一个器件中，也有可能一个功能模块需要多个器件来完成，这并不影响其功能模块的划分。

综上所述，本发明针对中药材形态复杂、品种繁多的特性，采取了以下措施以完成中药材定量称取：

1. 采用横截面形状为矩形的料斗，以方便将成百上千中药材集中管理。

2. 料斗倾斜放置，使中药材依靠自身重力从入料口流向出料口。

3. 根据需要在料斗上安装振动装置，使其可以带动料斗产生振动，以防止中药材在料斗内堵塞。

4. 采用滚筒直接或间接驱动中药材从料斗中出药，并与限料板配合，完成对大多数中药材形状的自适应。

5. 采用重量传感器完成对中药材快速、准确的称量。

以下结合附图和实例对本发明详细阐述。

附图说明

图1为实例1整体结构，图中给出了两套中药材定量称取装置组合在一起的结构示意图。

图2 为实例1药材料斗的结构示意图。

图3 为实例1抓药机构的结构示意图。

图4 为实例1称量及倒药机构的结构示意图。

图5 为实例1控制模块的结构示意图。

图6 为实例2药材料斗、抓药机构的结构示意图。

图7 为实例2抓药机构的结构示意图。

图8 为实例3称量及倒药机构的结构示意图。

图中：

1.安装固定框架；2. 药材料斗；3. 抓药机构；4. 称量及倒药机构；

2-1：料斗；2-2：限料板；2-3：振动电机；

3-1：驱动滚筒；3-2：驱动电机；3-3：轴承；3-4：机构支撑体；3-5:从动滚筒；3-6:传送带；

4-1：接药盘；4-2：倒药驱动电机；4-3：传动轴；4-4：限位传感器；4-5：停止位置传感器；4-6：重量传感器；4-7：轴承；4-8: 限位杆；4-9：药斗连接轴；4-10：药斗开斗驱动杆；4-11：药斗活动门；4-12：药斗悬梁；4-13：导流板。

具体实施方式

实例一、滚筒-秤盘式定量称取装置

图1给出了实例1的结构示意图，图中包括2套定量称取装置。在本实例中，每套定量称取装置由包括药材料斗（2）、抓药机构（3）、称量及倒药机构（4）及控制模块组成。其抓药机构（3）采用驱动滚筒（3-1）直接驱动中药材从料斗（2-1）中滑出的方式，称量及倒药机构（4）采用秤盘方式，由接料盘（4-1）作为秤盘使用。

在本实例中，药材料斗（2）由料斗（2-1）、限料板（2-2）、振动电机（2-3）及安装固定框架组成。其结构示意图见图2。料斗（2-1）可以由金属、塑料或木制薄板制成，其内表面应尽量光滑，或覆涂润滑材料（如特氟隆）以使中药材在其中能依靠自身重力滑动。料斗（2-1）被固定在安装固定框架（1）上，其安装角度约在30度。料斗（2-1）入料口的位置高于出料口的位置，中药材在重力的作用下自入料口流向出料口。

料斗（2-1）入料口的截面积大于出料口的截面积，整体呈现V字形收缩，两边的侧边应平直，这样可以减少中药材在其中滑动时的阻力。

料斗（2-1）上安装振动电机（2-3），振动电机（2-3）根据需要产生振动，从而带动料斗振动，以防止中药材在料斗内产生阻塞。

料斗（2-1）的出料口处还设置一块限料板（2-2）。限料板（2-2）的一条边与料斗（2-1）的出料口上边通过铰链连接，使其可以在一定角度范围内自由上下转动。在抓药过程中，随着驱动滚筒（3-1）的转动，中药材被从驱动滚筒（3-1）和限料板（2-2）之间的缝隙中送出，限料板（2-2）随着中药材形态的变化而产生起伏，这种方式可以适应中药材形状的多样性。限料板（2-2）还可以依靠自身重力或利用弹簧力对处在被送出边缘的中药材产生压紧作用力，使之保持在原有的位置上，以避免被微小的扰动震出。针对不同的中药材，可以通过给限料板（2-2）增加配重或利用弹簧来限制限料板（2-2）的运动幅度，从而调整药材的下药速度。

在本实例中，抓药机构（3）位于料斗（2-1）的出料口端，安装在限料板（2-2）的下方。抓药机构（3）主要有驱动滚筒（3-1）、驱动电机（3-2）、机构支撑体（3-4）及轴承（3-3）组成。驱动滚筒（3-1）两端分别通过轴承（3-3）架设在机构支撑体（3-4）上。驱动滚筒（3-1）其中的一端通过销与驱动电机（3-2）的输出轴相联，由驱动电机（3-2）直接驱动驱动滚筒（3-1）转动，从而带动中药材从料斗中滑出（2-1）。

为增加驱动电机（3-2）的输出力矩，以及对驱动电机（3-2）转动的精确控制，在本实例中，驱动电机（3-2）采用的是直流减速电机，当然也可以采用步进电机、步进减速电机或其他种类的电机。驱动电机（3-2）的转速由控制模块来控制，当中药材的重量离目标值较大时，可以控制驱动电机（3-2）高速转动，离目标值较近时，降低驱动电机（3-2）的转速。

驱动滚筒（3-1）的表面可以根据中药材种类的不同而进行相应的处理，如其表面可以进行滚花处理，以加大驱动滚筒（3-1）与药材之间的摩擦力。

为防止料斗（2-1）与驱动滚筒（3-1）相接触产生摩擦，驱动滚筒（3-1）与料斗（2-1）应有一定的间距，一般情况下，为0.5毫米到5毫米之间，并且间距应沿驱动滚筒（3-1）在出料过程中的转动方向逐渐增加，以防止中药材卡在料斗（2-1）与驱动滚筒（3-1）之间。

在本实例中，称量及倒药机构（4）由重量传感器（4-6）、接药盘（4-1）、倒药机构及机构支撑体（3-4）组成。倒药机构由倒药驱动电机（4-2）、传动轴（4-3）、限位杆（4-8）、限位传感器（4-4）及停止位置传感器（4-5）组成。

接药盘（4-1）直接作为秤盘使用，在其底部安装重量传感器（4-6），重量传感器（4-6）的输出信号通过电缆传送给控制模块，这样，控制模块可以根据需要得到接药盘（4-1）中的中药材的重量。

传动轴（4-3）的一端通过销与倒药驱动电机（4-2）相联，另一端固定有限位杆（4-8）。重量传感器（4-6）安装在传动轴（4-3）的中间位置。在抓药机构（3）工作时，限位杆（4-8）的位置与停止位置传感器（4-5）相接触。需要倒药时，由控制模块驱动倒药驱动电机（4-2）转动，从而带动传动轴（4-3）、重量传感器（4-6）、接药盘（4-1）、限位杆（4-8）转动，中药材从接药盘（4-1）中依靠自身重力倒出。当限位杆（4-8）转动到限位传感器（4-4）的位置时，控制模块控制倒药驱动电机（4-2）向相反方向转动，从而带动重量传感器（4-6）、接药盘（4-1）复位，准备下一次的称量。

为防止中药材在抓药机构（3）工作时，从接药盘（4-1）中掉落，限位杆（4-8）位于停止位置传感器（4-5）时，接药盘（4-1）的底面应与水平面保持一定的夹角，以使接药盘（4-1）出药口处于稍高的位置。

在本实例中，控制模块主要完成与计算机的通讯、重量传感器（4-6）的数据采集、以及倒药驱动电机（4-2）、抓药机构（3）驱动电机（3-2）的驱动，其相应的功能模块也与之对应，图5给出了控制模块相应的逻辑结构。

我们以一次抓药实例，来阐述整套机构的工作流程：

1、微处理器通过通讯模块从计算机接受下药指令。

2、微处理器通过检测停止位置传感器（4-5），检查接药盘（4-1）的位置，如果不在正确位置，通过电机控制模块驱动倒药驱动电机（4-2）运转，使接药盘（4-1）复位。

3、微处理器对A/D转换模块进行零校验。

4、微处理器根据当前的药材重量与目标重量的差值，计算抓药机构（3）驱动电机（3-2）的转速及运转时间。

5、微处理器通过电机控制模块驱动抓药机构（3）驱动电机（3-2）运转。

6、微处理器通过A/D转换模块获取重量传感器（4-6）给出的信号，以确定当前接药盘（4-1）中的药材重量。

7、重复4-6，直到接药盘（4-1）中的药材重量满足要求。

8、微处理器通过通讯模块将中药材称量结果发送给计算机。

通过上述步骤，我们就在接药盘（4-1）中得到了我们需要剂量的中药材。计算机可以根据需要在合适的时候，下达指令，将接药盘（4-1）中的中药材倒出，其过程如下：

1、微处理器通过通讯模块从计算机接受倒药指令。

2、微处理器通过电机控制模块驱动倒药驱动电机（4-2）运转。

3、微处理器通过检测限位传感器（4-4），查看接药盘（4-1）是否转动的了预定位置。

4、接药盘（4-1）转动到预定位置，微处理器通过电机控制模块驱动倒药驱动电机（4-2）反向运转。

5、微处理器通过检测停止位置传感器（4-5），查看接药盘（4-1）是否已经复位。

6、接药盘（4-1）复位，微处理器通过电机控制模块停止倒药驱动电机（4-2）运转。

7、微处理器通过通讯模块将处理结果发送给计算机。

实例二、传送带式定量称取装置

在实例一中，料斗（2-1）中的中药材与抓药机构（3）的接触面为驱动滚筒（3-1）的外表面，是一圆柱状的曲面。在本实例中，抓药机构（3）采用传送带的方式，将料斗（2-1）中的中药材与抓药机构（3）的接触面变换为平面。

在本实例中，药材料斗（2）中料斗（2-1）的出料口需要改变设计，以适应传送带的抓药方式。图6给出了药材料斗、抓药机构的结构示意图，图7给出了抓药机构的结构示意图。

在本实例中，抓药机构（3）位于在料斗的出料口端。抓药机构（3）主要有驱动滚筒（3-1）、从动滚筒（3-5）、传送带（3-6）、驱动电机（3-2）、机构支撑体（3-4）及轴承（3-3）组成。驱动滚筒（3-1）及从动滚筒（3-5）两端分别通过轴承（3-3）架设在机构支撑体（3-4）上。驱动滚筒（3-1）其中的一端通过销与驱动电机（3-2）的输出轴相联，由驱动电机（3-2）驱动驱动滚筒（3-1）转动，从而带动传送带（3-6）运动，将中药材从料斗中送出（2-1）。

为增加驱动电机（3-2）的输出力矩，以及对驱动电机（3-2）转动的精确控制，在本实例中，驱动电机（3-2）采用的是直流减速电机，当然也可以采用步进电机、步进减速电机或其他种类的电机。驱动电机（3-2）的转速由控制模块来控制，当中药材的重量离目标值较大时，可以控制驱动电机（3-2）高速转动，离目标值较近时，降低驱动电机（3-2）的转速。

其他参考实例一。

实例三、采用量斗式的定量称取装置

与实例一不同，本实例的称量及倒药机构（4）采用药斗的方式。

在本实例中，称量及倒药机构（4）由重量传感器（4-6）、接药盘（4-1）、药斗活动门（4-11）、药斗连接轴（4-9）、药斗悬梁（4-12）、倒药机构及机构支撑体（3-4）组成。倒药机构由倒药驱动电机（4-2）、传动轴（4-3）、轴承（4-7）、限位杆（4-8）、药斗开斗驱动杆（4-10）、限位传感器（4-4）及停止位置传感器（4-5）组成。

在本实例中，接药盘（4-1）通过药斗连接轴（4-9）与药斗活动门（4-11）组成药斗，接药盘（4-1）上边与药斗悬梁（4-12）相接。重量传感器（4-6）的一端固定在机构支撑体（3-4）上，另一端悬空，其悬空端与药斗悬梁（4-12）相联。重量传感器（4-6）的输出信号通过电缆传送给控制模块，这样，控制模块可以根据需要得到接药盘（4-1）中的中药材的重量。

传动轴（4-3）的一端通过销与倒药驱动电机（4-2）相联，另一端固定有限位杆（4-8）、药斗开斗驱动杆（4-10）。在抓药机构工作时，限位杆（4-8）的位置与停止位置传感器（4-5）相接触，这种情况下，药斗开斗驱动杆（4-10）与药斗并不接触。需要倒药时，由控制模块驱动倒药驱动电机（4-2）转动，从而带动传动轴（4-3）、限位杆（4-8）、药斗开斗驱动杆（4-10）转动，药斗开斗驱动杆（4-10）带动药斗活动门（4-11）围绕药斗连接轴（4-9）转动，随着药斗活动门（4-11）的打开，中药材从药斗中依靠自身重力倒出。当限位杆（4-8）转动到限位传感器（4-4）的位置时，控制模块控制倒药驱动电机（4-2）向相反方向转动，从而带动限位杆（4-8）、药斗开斗驱动杆（4-10）向相反方向转动，带动药斗活动门（4-11）依靠自身重力或弹簧力复位，当限位杆（4-8）与停止位置传感器（4-5）相接触时，复位完成，下一次的称量准备就绪。

本实例给出了采用药斗称量的一种方式，其实在现有技术中，有很多处理称斗的方法可以借鉴，主要涉及的是秤斗活动门的处理方式，如双侧摆式活门、单侧摆式活门、下摆式活门、旋转式活门、直移式活门、对开式活门等等，不再一一详述，这些处理方式可以视为与本实例给出的药斗的处理方式是等同的。

其他参考实例一。

上述实例给出了利用本发明完成了部分实施案例，仅用于详细阐述本发明，但本发明并不局限于上述实施例。凡是利用本发明的技术实质对上述实例进行修改、优化或等同变化，均在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种中药材定量称取装置，包括药材料斗、抓药机构、称量及倒药机构及控制模块，其中：

药材料斗用于中药材的存储；

抓药机构用于将中药材从料斗中取出；

称量及倒药机构用于中药材的计量及排出；

控制模块与计算机通过电缆相联，控制模块在计算机指令的控制下，通过控制抓药机构、称量及倒药机构完成药材的定量抓取。

2.根据权利要求1所述的中药材定量称取装置，其药材料斗由料斗、限料板及安装固定框架组成；料斗底边与水平面的安装角度在10度到45度之间，入料口的位置高于出料口的位置，药材在重力作用下，从入料口流动到出料口；入料口的截面积大于出料口的截面积；料斗横截面的形状为矩形或梯形，整个料斗从入料口到出料口呈V字形收缩。

3.根据权利要求2所述的药材料斗，可以根据药材料斗对应的中药材的需要，在料斗上加装振动装置，以防止药材在料斗中产生阻塞；振动装置可以是振动电机、超声波振子等。

4.根据权利要求2所述的药材料斗，其料斗出料口有一块限料板，限料板的一条边与料斗出料口的上边通过铰链连接，使其可以在一定角度范围内上下转动；针对不同的中药材，可以通过给限料板增加配重或利用弹簧来限制限料板的运动幅度，从而调整药材的下药速度。

5.根据权利要求1所述的中药材定量称取装置，其抓药机构包括驱动滚筒、驱动电机、机构支撑体及轴承；驱动电机的转速可以在控制模块的控制下根据需要进行调整；驱动电机的输出轴直接或间接的与驱动滚筒的一端相连接，由驱动滚筒直接或间接带动中药材滑出药材料斗。

6.根据权利要求1所述的中药材定量称取装置，其称量及倒药机构由至少一个重量传感器、接药盘、倒药机构及机构支撑体组成；倒药机构有电磁驱动机构、驱动轴、限位杆、以及至少一个位置传感器组成；倒药机构中的电磁驱动机构可以是电磁铁，也可以是各类电机；倒药机构中的位置传感器可以是限位开关、可变电阻、磁性传感器、光电传感器或旋转编码器。

7.根据权利要求1所述的中药材定量称取装置，其抓药机构位于药材料斗的出料口端，安装在限料板的下方；称量及倒药机构的接药盘安装在抓药机构的下方。

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