CN103921275B - 基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种能够实现自动操作、优化微小型颗粒状片剂处理监管方式的基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统。技术方案是：其特征是由系统平台（1）、储用单元（2）、悬挂式彩色微型摄像头（3）、Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨（4）、XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨（5）和真空泵（6）组成。本发明还公开了其控制方法。
Description
技术领域
本发明属于颗粒状片剂自动处理系统领域，尤其是一种能够实现自动操作、优化微小型颗粒状片剂处理监管方式的基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统。
背景技术
目前，常用的颗粒状片剂自动处理系统，结构复杂而且不具有智能自动操作功能。不具有移动互联网和云计算平台的集成功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现自动操作、优化微小型颗粒状片剂处理监管方式的基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统。
本发明的技术方案是：基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统，其特征是由系统平台（1）、储用单元（2）、悬挂式彩色微型摄像头（3）、Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨（4）、XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨（5）和真空泵（6）组成，其中，系统平台（1）内设置有嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统；所述储用单元（2）与系统平台（1）活动连接，并在嵌入式控制系统控制下由步进电机控制旋转，储用单元（2）中设置有数个储用瓶和一个发放瓶，所述发放瓶的底部与瓶体活动连接；所述系统平台（1）的两侧分别设置有固定柱（7），XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨（5）位于固定柱（7）上，Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨（4）安装在XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨（5）上，悬挂式彩色微型摄像头（3）位于XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨（5）的一端；真空泵（6）安装于系统平台（1）上，并位于储用单元（2）旁边，所述真空泵（6）通过软吸管与Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨（4）的上端连接；
所述嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统由嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板（27）、USB接口的彩色微型摄像头控制器（12）和机电耦合子系统（16）组成，所述嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板（27）分别于USB接口的彩色微型摄像头控制器（12）和机电耦合子系统（16）相联接，其中，嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板（27）由嵌入式系统的32比特RISCCPU（8）、嵌入式系统的RF多模无线通讯单元（10）和WIFI无线通讯单元（11）组成，所述特RISCCPU（8）分别与嵌入式系统的RF多模无线通讯单元（10）和WIFI无线通讯单元（11）联接；所述机电耦合子系统（16）由电源控制电路（19）、对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路（20）和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路（21）组成，所述电源控制电路（19）分别于对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路（20）和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路（21）相连。
基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
步骤1：手动装满储用单元4个储用瓶并且清空发放瓶；
步骤2：判断是否设置了出舱配比菜单？如果没有设置，则执行步骤3，如果设置了菜单，则执行步骤4；
步骤3：设置出舱配比菜单；
步骤4：根据用户设定的出舱配比和工作时间菜单，嵌入式系统按时驱动由步进电机控制的旋转5缸储用单元，使得第一个储用瓶在XYZ三轴微型机器人手臂下对正就位，然后执行步骤5
步骤5：悬挂式彩色微型摄像头拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算抓取微小型颗粒状片剂位置，算出精确定位后，经由XYZ三轴微型机器人手臂按照定位要求，首先进行XY二维空间移动定点，再由Z轴在机器视觉算法指导下进行下降运行，使固定在Z轴前端的吸取管到达储用瓶的小型颗粒状片剂的界面层，并通过真空吸取方式，吸取一个颗粒状片剂，并经由嵌入式机器视觉系统进行图像验证确保抓取为一个颗粒片剂，然后执行步骤6；
步骤6：嵌入式系统驱动微型机器人Z轴提升抓取片剂超过储用瓶边缘，然后嵌入式系统控制整体5缸储用单元旋转，将发放瓶转到Z轴臂下，经由机器视觉系统判断确认后，嵌入式系统停止真空泵，将该颗粒状片剂在重力作用下投入发放瓶，然后执行步骤7；
步骤7：根据操作菜单此运行继续直至逐一完成对相应储用瓶的同样处理。其后在菜单规定的时刻，将发放瓶中的所有颗粒片剂从发放窗口送出，然后执行步骤8；
步骤8：蜂鸣器提醒和手机短信提醒，然后执行步骤9；
步骤9：开启LED光学传感器以其光源被遮挡用以捕捉片剂取用时刻，并实时记录取用时刻信息，然后执行步骤10；
步骤10：判断是否已经无线发送取用信息至指定号码上，如没有，则执行步骤11，如果是，则执行步骤12。
步骤11：手机再次发送确认信息，然后执行步骤12；
步骤12：如已经发送，则检查是否需要装填储用瓶，如需要则发送短信信息至指定手机上，并将系统进入锁定状态，终止一切操作，等待系统操作员处理装填。
本发明的效果是：本发明为本发明为基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统技术。该技术采用嵌入式系统控制5缸储用单元，根据用户设定的出舱配比工作时间菜单，按时自动旋转使得每个储用瓶依次在XYZ三轴微型机器人手臂下对正就位。然后悬挂式彩色微型摄像头拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算抓取微小型颗粒状片剂位置，算出精确定位后，经由XYZ三轴微型机器人手臂按照定位要求，通过机器视觉和智能机器人实现对微小型颗粒状片剂自动发放处理功能。本系统的技术创新点在于：一、实现了对微小型颗粒状片剂自动发放处理功能，解决了必须人员操作的局限性；二、设计了机器视觉与嵌入式系统协同控制XYZ三轴微型机器人工作，实现了对5缸储用单元的自动管理功能。同时本系统采用了移动互联网技术，使得本系统的操作运行可以通过无线连接方式与用户或主控室进行及时沟通，改进了现有人工操作方式，支持云计算平台集成多个以致于海量此类系统，优化了微小型颗粒状片剂处理的监管方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中成像和光源控制系统的电路原理图；
图3是本发明工作原理框图。
具体实施方式
图1中，基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统，由系统平台1、储用单元2、悬挂式彩色微型摄像头3、Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨4、XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨5和真空泵6组成，其中，系统平台1内设置有嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统；所述储用单元2与系统平台1活动连接，并在嵌入式控制系统控制下由步进电机控制旋转，储用单元2中设置有四个储用瓶和一个发放瓶，所述发放瓶的底部与瓶体活动连接；所述系统平台1的两侧分别设置有固定柱7，XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨5位于固定柱7上，Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨4安装在XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨5上，悬挂式彩色微型摄像头3位于XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨5的一端；真空泵6安装于系统平台1上，并位于储用单元2旁边，所述真空泵6通过软吸管与Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨4的上端连接。
图中1为整体系统平台；2为在采用嵌入式系统控制下的由步进电机控制的旋转5缸储用单元,单元中含有等高同样的四个储用瓶和一个发放瓶，该单元可以围绕其中心轴旋转，且其中的发放瓶底部为机动，可打开形成空底，用于在嵌入式系统算法控制下旋转到位后，将此瓶中所有颗粒片剂从发放窗口依靠重力送出；3为悬挂式彩色微型摄像头用于拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算出抓取微小型颗粒状片剂位置；4为Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨和1个微小型直流步进驱动电机，在机器视觉算法指导下Z轴进行升降运行，使固定在Z轴前端的吸取管到达储用瓶的小型颗粒状片剂的界面层，并通过真空吸取方式，吸取一个颗粒状片剂，并经由嵌入式机器视觉系统进行图像验证确保抓取为一个颗粒片剂后，驱动微型机器人Z轴提升超过储用瓶边缘，然后嵌入式系统控制整体5缸单元旋转，将发放瓶转到Z轴臂下，嵌入式系统停止真空泵，将该颗粒状片剂在重力作用下投入发放瓶。本单元与系统中的真空泵6通过软吸管相连；5为XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨和两个微小型步进驱动电机，用于实现在XY平面上的微型机器人手臂移动定位的要求；6为嵌入式系统控制的真空泵，用于在相关的储用瓶中吸取颗粒状片剂。
图2中，嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统由嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板27、USB接口的彩色微型摄像头控制器12和机电耦合子系统16组成，所述嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板27分别于USB接口的彩色微型摄像头控制器12和机电耦合子系统16相联接，其中，嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板27由嵌入式系统的32比特RISCCPU8、嵌入式系统的RF多模无线通讯单元10和WIFI无线通讯单元11组成，所述特RISCCPU8分别与嵌入式系统的RF多模无线通讯单元10和WIFI无线通讯单元11联接；所述机电耦合子系统16由电源控制电路19、对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路20和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路21组成，所述电源控制电路19分别于对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路20和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路21相连。
图2中，27为嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板；8为嵌入式系统的32比特RISCCPU，该CPU中含有数字处理（DSP）模块和图形图像加速器（GE）用于实现智能控制和机器视觉算法处理；9为本嵌入式系统的接口J1，实现USB接口协议与悬挂式彩色微型摄像头的管理和数字图像的获取；10为嵌入式系统的RF多模无线通讯单元，3G和GSM通讯模式，实现无线IP通讯；11为WIFI无线通讯单元；12为USB接口的彩色微型摄像头；13为成像单元的USB接口J2，用以连接嵌入式系统;14为USB连线；15为嵌入式系统上的J3接口，用于建立与精密机电耦合子系统的控制管理功能；16为机电耦合子系统，该系统实现对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制，并实现了控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转5缸储用单元中的发放瓶底部开关控制的嵌入式系统控制功能，即四维控制和附加两个开关控制功能；17为精密机电耦合子系统接口J4，用于实现嵌入式系统上的J3接口连接功能；18为机电耦合子系统的电源接口J5，用于对步进电机驱动单元阵列提供直流电，其输入量程为12VDC，负载电流为4000mA;19为电源控制电路(powerregulator),U1为12VDC输出,用于对精密机电耦合XYZ和旋转成像平台步进电机提供驱动电流，U2为5VDC输出，用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转5缸储用单元中的发放瓶底部开关；20为对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路4个，每个相同的电路单元含有集成编码控制步进电机辅板，如U3，其输出端为四线A，A+，B，B+连接到接口；图中21为2个同样的继电器控制用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转5缸储用单元中的发放瓶底部开关。
图3中，基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
步骤1：手动装满储用单元4个储用瓶并且清空发放瓶；
步骤2：判断是否设置了出舱配比菜单？如果没有设置，则执行步骤3，如果设置了菜单，则执行步骤4；
步骤3：设置出舱配比菜单；
步骤4：根据用户设定的出舱配比和工作时间菜单，嵌入式系统按时驱动由步进电机控制的旋转5缸储用单元，使得第一个储用瓶在XYZ三轴微型机器人手臂下对正就位，然后执行步骤5
步骤5：悬挂式彩色微型摄像头拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算抓取微小型颗粒状片剂位置，算出精确定位后，经由XYZ三轴微型机器人手臂按照定位要求，首先进行XY二维空间移动定点，再由Z轴在机器视觉算法指导下进行下降运行，使固定在Z轴前端的吸取管到达储用瓶的小型颗粒状片剂的界面层，并通过真空吸取方式，吸取一个颗粒状片剂，并经由嵌入式机器视觉系统进行图像验证确保抓取为一个颗粒片剂，然后执行步骤6；
步骤6：嵌入式系统驱动微型机器人Z轴提升抓取片剂超过储用瓶边缘，然后嵌入式系统控制整体5缸储用单元旋转，将发放瓶转到Z轴臂下，经由机器视觉系统判断确认后，嵌入式系统停止真空泵，将该颗粒状片剂在重力作用下投入发放瓶，然后执行步骤7；
步骤7：根据操作菜单此运行继续直至逐一完成对相应储用瓶的同样处理。其后在菜单规定的时刻，将发放瓶中的所有颗粒片剂从发放窗口送出，然后执行步骤8；
步骤8：蜂鸣器提醒和手机短信提醒，然后执行步骤9；
步骤9：开启LED光学传感器以其光源被遮挡用以捕捉片剂取用时刻，并实时记录取用时刻信息，然后执行步骤10；
步骤10：判断是否已经无线发送取用信息至指定号码上，如没有，则执行步骤11，如果是，则执行步骤12。
步骤11：手机再次发送确认信息，然后执行步骤12；
步骤12：如已经发送，则检查是否需要装填储用瓶，如需要则发送短信信息至指定手机上，并将系统进入锁定状态，终止一切操作，等待系统操作员处理装填。
本发明的工作原理是：采用嵌入式系统控制5缸储用单元，根据用户设定的出舱配比工作时间菜单，按时自动旋转使得每个储用瓶依次在XYZ三轴微型机器人手臂下对正就位。然后悬挂式彩色微型摄像头拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算抓取微小型颗粒状片剂位置，算出精确定位后，经由XYZ三轴微型机器人手臂按照定位要求，首先进行XY二维空间移动定点，再由Z轴在机器视觉算法指导下进行下降运行，使固定在Z轴前端的吸取管到达储用瓶的小型颗粒状片剂的界面层，并通过真空吸取方式，吸取一个颗粒状片剂，并经由嵌入式机器视觉系统进行图像验证确保抓取为一个颗粒片剂后，驱动微型机器人Z轴提升超过储用瓶边缘，然后嵌入式系统控制整体5缸储用单元旋转，将发放瓶转到Z轴臂下，经由机器视觉系统判断确认后，嵌入式系统停止真空泵，将该颗粒状片剂在重力作用下投入发放瓶。根据操作菜单此运行继续直至逐一完成对相应储用瓶的同样处理。其后在菜单规定的时刻，将发放瓶中的所有颗粒片剂从发放窗口送出，同时进行（1）蜂鸣器提醒和手机短信提醒，（2）开启LED光学传感器以其光源被遮挡用以捕捉片剂取用时刻，并实时记录取用时刻信息，(3)无线发送取用信息至指定号码上。从而实现对微小型颗粒状片剂自动发放处理功能。本系统的技术创新点在于：一、实现了对微小型颗粒状片剂自动发放处理功能，解决了必须人员操作的局限性；二、设计了机器视觉与嵌入式系统协同控制XYZ三轴微型机器人工作，实现了对5缸储用单元的自动管理功能。同时本系统采用了移动互联网技术，使得本系统的操作运行可以通过无线连接方式与用户或主控室进行及时沟通，改进了现有人工操作方式，支持云计算平台集成多个以致于海量此类系统，优化了微小型颗粒状片剂处理的监管方式。
Claims (2)
1.基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统，其特征是由系统平台(1)、储用单元(2)、悬挂式彩色微型摄像头(3)、Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨(4)、XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨(5)和真空泵(6)组成，其中，系统平台(1)内设置有嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统；所述储用单元(2)与系统平台(1)活动连接，并在嵌入式控制系统控制下由步进电机控制旋转，储用单元(2)中设置有数个储用瓶和一个发放瓶，所述发放瓶的底部与瓶体活动连接；所述系统平台(1)的两侧分别设置有固定柱(7)，XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨(5)位于固定柱(7)上，Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨(4)安装在XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨(5)上，悬挂式彩色微型摄像头(3)位于XY轴微型机器人手臂的平行滑动导轨(5)的一端；真空泵(6)安装于系统平台(1)上，并位于储用单元(2)旁边，所述真空泵(6)通过软吸管与Z轴微型机器人手臂的垂直滑动导轨(4)的上端连接；
所述嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统由嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板(27)、USB接口的彩色微型摄像头控制器(12)和机电耦合子系统(16)组成，所述嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板(27)分别于USB接口的彩色微型摄像头控制器(12)和机电耦合子系统(16)相联接，其中，嵌入式控制系统和嵌入式机器视觉系统主板(27)由嵌入式系统的32比特RISCCPU(8)、嵌入式系统的RF多模无线通讯单元(10)和WIFI无线通讯单元(11)组成，所述32比特RISCCPU(8)分别与嵌入式系统的RF多模无线通讯单元(10)和WIFI无线通讯单元(11)联接；所述机电耦合子系统(16)由电源控制电路(19)、对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路(20)和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路(21)组成，所述电源控制电路(19)分别用于对XYZ微型机器人手臂和步进电机控制的旋转5缸储用单元的四维自由度控制电路(20)和用于控制Z轴前端的吸取管真空泵开关和旋转储用单元中的发放瓶底部开关的继电器控制电路(21)相连。
2.一种如权利要求1所述的基于移动互联网和机器视觉的微小型颗粒状片剂自动处理系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：
步骤1：手动装满储用单元4个储用瓶并且清空发放瓶；
步骤2：判断是否设置了出舱配比菜单，如果没有设置，则执行步骤3，如果设置了菜单，则执行步骤4；
步骤3：设置出舱配比菜单；
步骤4：根据用户设定的出舱配比和工作时间菜单，嵌入式系统按时驱动由步进电机控制的旋转5缸储用单元，使得第一个储用瓶在XYZ三轴微型机器人手臂下对正就位，然后执行步骤5；
步骤5：悬挂式彩色微型摄像头拍摄数字图像，经由嵌入式机器视觉系统图像特征提取计算抓取颗粒状片剂位置，算出精确定位后，经由XYZ三轴微型机器人手臂按照定位要求，首先进行XY二维空间移动定点，再由Z轴在机器视觉算法指导下进行下降运行，使固定在Z轴前端的吸取管到达储用瓶的颗粒状片剂的界面层，并通过真空吸取方式，吸取一个颗粒状片剂，并经由嵌入式机器视觉系统进行图像验证确保抓取为一个颗粒状片剂，然后执行步骤6；
步骤6：嵌入式系统驱动微型机器人Z轴提升抓取片剂超过储用瓶边缘，然后嵌入式系统控制整体5缸储用单元旋转，将发放瓶转到Z轴臂下，经由机器视觉系统判断确认后，嵌入式系统停止真空泵，将该颗粒状片剂在重力作用下投入发放瓶，然后执行步骤7；
步骤7：根据操作菜单此运行继续直至逐一完成对相应储用瓶的同样处理；其后在菜单规定的时刻，将发放瓶中的所有颗粒状片剂从发放窗口送出，然后执行步骤8；
步骤8：蜂鸣器提醒和手机短信提醒，然后执行步骤9；
步骤9：开启LED光学传感器以其光源被遮挡用以捕捉颗粒状片剂取用时刻，并实时记录取用时刻信息，然后执行步骤10；
步骤10：判断是否已经无线发送取用信息至指定号码上，如没有，则执行步骤11，如果是，则执行步骤12；
步骤11：手机再次发送确认信息，然后执行步骤12；
步骤12：如已经发送，则检查是否需要装填储用瓶，如需要则发送短信信息至指定手机上，并将系统进入锁定状态，终止一切操作，等待系统操作员处理装填。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160330 Termination date: 20170307 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |