CN109806167A - 一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，由放料平台、装料甑、拾取机械手、煅药炉、摊凉平台、降温通道、受料框和电脑组成，本装置中药煅制联动线流水作业的一个循环包括装料、放料、煅烧、取出、冷却和收料等工段。该装置以煅药炉为中心，放料平台是煅药炉的供应装置，装料甑是运载工具，煅药炉的后续是摊凉平台、降温通道和受料框。拾取机械手既是联动线流水作业的连接器，又是人工劳动的替换者。煅药炉内设计多点温度测量装置，采用数字模拟计算方法建立煅药炉温度场，精确控制中药煅制工艺。本发明结构设计合理，操作技术先进、方便，运行稳定，产品质量稳定，减少生产成本，提高劳动效率和设备利用率，降低能耗。适合产业化生产。

Description

一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置及其应用

技术领域

本发明属于中药饮片传统特色炮制工艺装置，具体涉及一种机器人辅助作业的中药煅制联动线装置及其应用。

背景技术

在中药材的加工中，中草药煅制是一种重要的工艺组成部分，煅制是对药物在适当的温度条件下进行加热使药物的性状转变至饮片，炮制所需的形状，改变原有的理化性质，增强药效，减少副作用和毒性。药物经300℃～800℃的高温煅透后，其组织结构及所含成分的理化性质会有所改变，因而便于粉碎、制剂，促进有效成分煎取，并可减少某些药物的刺激性作用。

由于药物的成分、质地及煅制的目的不同，其煅制的方法、温度、时间或使用的淬液也就不同，这些因素条件往往影响煅制品的质量。以往通常按传统经验进行操作或对成品质量加以判定，由于缺乏明确的指标，从而造成各地炮制品质量不稳定、不一致、或达不到药用标准，有的甚至含有大量有害物质，不利于安全用药。

炮制时需要对温度和时间作出控制，并且需要使药物受热均匀，确保煅透。因此，对矿物药煅制的研究是中药炮制研究的重要内容，对矿物药炮制具有重要的指导意义。

卢长庆等探讨白矾煅制的标准，测定了不同温度下，煅白矾的失重情况、抑菌作用、刺激粘膜能力及用不同容器煅制的白矾内杂质含量。结果表明：在180℃～260℃，用砂锅或一些惰性耐火材料煅制，可保证白矾的主成分不被破坏，杂质含量小，且抑菌作用较强，刺激粘膜的副作用较小。

吴小华等采用正交设计试验研究了茂福炉煅制牡蛎的工艺条件。专利200910029490.7提出了一种中药煅制药物密度比的试验方法，以中药煅制前后密度的变化即密度比表示中药煅制药物煅制程度的方法，为中药煅制药物与其疗效之间提供一个技术参数。

目前的煅药炉自动出料时没有专用的盛放药物的容器，而且药物的送入和取出通过人工完成，容易发生高温烫伤事故，存在安全隐患。杭州卓驰仪器有限公司研制了轨道式推车煅药炉，煅药炉为推车式结构，炉子外面铺设同等长度的轨道用于推车的进出。具有装料方便，煅料多的特点。但是，这种技术采用不锈钢材料，无法满足高温煅制的工艺要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，由放料平台1、装料甑2、拾取机械手3、煅药炉4、摊凉平台5、降温通道6、受料框7和电脑8组成，装料甑2置于放料平台1上，通过拾取机械手3将装料甑2拿到煅药炉4内，再通过拾取机械手3把装料甑2从煅药炉4取出，嵌入摊凉平台5的孔槽9内，摊凉平台5的输送板链携带装料甑2一起经过降温通道6，冷却后翻转装料甑2倾倒内容物料，物料落入受料框7内，空的装料甑2返回恢复水平位置，由拾取机械手3抓取放回至放料平台1，重复下一个循环。拾取机械手3的作业流程由电脑8控制。

该装置以煅药炉4为中心，放料平台1是煅药炉4的供应装置，装料甑2是运载工具，煅药炉4的后续是摊凉平台5，其后则是降温通道6和受料框7。拾取机械手3既是联动线流水作业的连接器，又是人工劳动的替换者。本装置中药煅制联动线流水作业的一个循环包括装料、放料、煅烧、取出、冷却和收料等工段。

其中，放料平台1为不锈钢平台，其作用是完成煅制过程的装料作业。中药煅制以矿物类药材为主，其特点是块状、密度较大。煅制过程涉及高温作业，所以容器常用陶瓷材料，作业中需要防止碎和裂。因此，容器装料可以采用人工或者机械化方式。

装料甑2是专门设计的一种容器，其容积为100mL～4000mL，高径比为0.8～1.5，其目的是在保证容器强度的前提下，尽量增加其装料量。装料甑的上沿外翻，下沿有内扣结构。上沿外翻的目的是便于拾取机械手拾取。下沿有内扣结构的用意在于，装料甑能嵌入摊凉平台5的输送带的孔槽内，在倾倒物料时不会离开输送带。

装料甑的材料以陶瓷为宜，对于低温中药煅制工艺，也可以采用不锈钢等金属材料。

拾取机械手3能模仿人的手或臂的某些动作和功能，用来按固定程序抓取容器。拾取机械手由中心电脑控制，能够轻松而快捷地拾取装料甑。具体地，拾取机械手可以选用广州启帆工业机器人有限公司研制的型号为SRD165-2650或SRD210-2650的智能机械手。

拾取机械手的任务包括：1，把装料甑从放料平台拿到煅药炉内；2，把装料甑从煅药炉取出，放在摊凉平台的孔槽内；3，把空的装料甑从摊凉平台拿到装料平台。它可代替人的繁重劳动以实现中药煅制的机械化自动化，能在高温环境下操作以保护人身安全。

拾取机械手设置在一个二级伸缩臂上，通过伸缩臂带动机械手进给移动，伸缩臂结构简单，体积小，移动速度快。该拾取机械手带有手指，手指位置可调节，并且通过气缸控制手指进给，通过手指夹取装料甑，手指上还设置垫圈，垫圈用于托举装料甑，避免高温的装料甑灼伤机械手，具有400℃以下的耐高温作业的能力，有利于提高煅药炉工作效率和节约能耗。

煅药炉4采用数控程序升温的智能化煅制炉，炉内温度多点测量，测量点不低于6处，数字模拟计算建立煅制炉空间温度场及其分布，为中药煅制工艺精准控制提供技术手段。

摊凉平台5是不锈钢的输送板链式结构，各节板链中均匀分布若干孔槽9，如附图3所示。孔槽9能接纳装料甑2，并装有特殊的卡扣10装置，孔槽9大小与装料甑2相适。当装料甑2放入孔槽9时，卡扣10会自动锁着装料甑2，使得倾倒物料时装料甑2不脱落；当装料甑2回复水平时，卡扣10会自动解锁，便于拾取机械手3取走空的装料甑2。

在摊凉平台转折处两侧设立固定的触动手柄。当摊凉平台的孔槽自上而下运行时，其右侧手柄会触及卡扣的一端，使卡扣自动锁着装料甑。如附图3所示，当摊凉平台的孔槽自下而上运行时，其左侧手柄会触及卡扣的另一端，使卡扣自动解锁。

降温通道6是一个空气吹凉装置，其特点是：1.能够使输送带携带装料甑自由通过，期间从侧向或者上面向装料甑吹风，使物料温度降低；2.降温通道前后装有温度传感器，作为温度测量点，便于过程风力调节。

受料框7位于摊凉平台的末端，当输送带携带装料甑倾倒时，甑内的物料落入其中。为了减低风尘飞扬，受料框可以进一步设有单向落料阀。

中药煅制联动线的控制电脑8的任务是管理饮片加工过程。具体而言，电脑会汇总联动线中各设备的工艺参数和测量数据，设计不同中药品种的煅制作业操作程序，指挥高温拾取机械手完成中药煅制过程涉及的物流作业。

本发明的另一目的是提供所述装置在中药煅制机器人辅助作业中的应用。通过以下步骤实现：放料平台1的空的装料甑2由拾取机械手3放置整齐，然后人工方法将原料放入装料甑2中；装料结束时，装料者按一下装料甑2，告诉电脑该装料甑2已经满料，电脑控制拾取机械3自动拾取满料甑2放在煅药炉4内的中空处，煅药炉4装料完毕，由装料者关闭炉门，电脑会自动设置该煅药炉4的温度和时间，自动启动煅制作业。煅烧结束，适当冷却后，当炉内温度降到指定值(一般低于500℃)，系统通知装料者打开炉门，进一步冷却，当炉内温度降到第二个指定值(一般低于300℃)，拾取机械手3将装料甑一一取出，放入摊凉平台中，输送带与装料甑一起经过降温通道，冷却后翻转倾倒，物料落入受料框内，空的装料甑返回，由拾取机械手抓取放回到放料平台上。操作者根据中药饮片煅制工艺，设定中药的煅烧炉温度和时间，联动线就会自动作业。

另一方面，对于小批量物料，可以多品种同时煅制，由拾取机械手分类处理，直接将物料倒入各自的受料框内。具体作业流程为：放料平台的装料甑按次序分类安放，然后装上不同的物料，拾取机械手拾取满料甑，放在煅烧炉中空的位置上，分类堆放。煅烧炉装料完毕，拾取机械手取出，分类堆放在摊凉平台上。摊凉后，拾取机械手分类抓取装料甑，同一物料倒入相同的受料框内，直至完成所以作业，空的满料甑集中放置，清洗后再使用。

本发明的创新之处为：1，将机器人技术应用于中药煅制联动线开发，其关键设备是高温拾取机械手，它既是联动线流水作业的连接器，又是人工劳动的替换者；2，煅药炉内设计了多点温度测量装置，采用数字模拟计算方法建立煅药炉温度场，为中药煅制工艺精准控制提供技术手段；3，设计新型的板链摊凉平台的输送带装料甑经过降温通道在自动倾倒物料的作业方法，减少了过程人工作业步骤。

本发明所公开的新型中药煅制联动线装置的优势在于：1，机器人替换人工在高温条件下辛苦劳动，减少了煅制生产成本，提高了设备的劳动效率；2，对于批量小而工艺相同的饮片，可以共同加工，可提高设备的利用率，也降低能耗。与现有的技术不同，本发明为中药饮片传统特色炮制工艺提供了现代化设备。本发明结构设计合理、巧妙，操作技术先进、方便，运行稳定、省时省力，产品质量稳定，适合产业化推广应用。

附图说明

附图1是机器人辅助作业中药煅制联动线装置结构示意图。

附图2是装料甑结构示意图。

附图3是摊凉平台结构示意图。

附图4是摊凉平台输送板链平面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如附图1所示，一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，由放料平台1、装料甑2、拾取机械手3、煅药炉4、摊凉平台5、降温通道6、受料框7和电脑8组成，装料甑2置于放料平台1上，通过拾取机械手3将装料甑2拿到煅药炉4内，再通过拾取机械手3把装料甑2从煅药炉4中取出，嵌入摊凉平台5的孔槽9内，卡扣10会自动锁住装料甑2，摊凉平台5的输送板链与装料甑2一起经过降温通道6进行冷却，冷却后翻转装料甑2倾倒内容物料，物料落入受料框7内，空的装料甑2返回恢复水平位置，由拾取机械手3抓取放回至放料平台1，重复下一个循环。

从物流和作业流程看，各部件的连接关系是，放料平台1→装料甑2→煅药炉4→摊凉平台5→降温通道6→受料框7，从而实现中药煅制的工艺流程。其中，拾取机械手3的地位和作用特殊，它既是联动线流水作业的连接器，又是人工劳动的替换者。

该装置以煅药炉4为中心，放料平台1是煅药炉4的供应装置，装料甑2是运载工具，煅药炉4的后续是摊凉平台5，其后则是降温通道6和受料框7。拾取机械手3既是联动线流水作业的连接器，又是人工劳动的替换者。本装置中药煅制联动线流水作业的一个循环包括装料、放料、煅烧、取出、冷却和收料等工段。

实施例2：

参见附图2，装料甑2是专门设计的一种容器，按大小分为200mL、500mL和1000mL，它们的高度为120mm～180mm，其壁厚为10mm～15mm，容器内壁弧度倒角，便于物料倾倒和清洗。如附图2所示，装料甑的上沿外翻，下沿有内扣结构。

装料甑2的材料以陶瓷为宜，对于低温中药煅制工艺，也可以采用不锈钢等金属材料。

实施例3：

拾取机械手3的型号选用SRD165-2650/SRD210-2650。拾取机械手3的主要实现动作的构成为：手爪的开合、手爪的升降、手爪的横移、腕部的旋转等四个动作。该机械手的手爪开合采用单向气缸，在气压的作用下手爪合拢，夹住装料甑；在撤除气压的情况下，手爪在弹簧的作用下放开，离开装料甑。机械手的手爪横移气缸为一双向气，在气压的作用下，带动手爪做左右移动。该机械手的腕部旋转气缸同样为一双向气缸，它的动作可使图机械手整个右部旋转30，从而实现机械手的空间立体取放容器。

机械手的控制系统设计机械手的控制系统多以PLC为控制核心。由于该机械手要与煅制过程的物流操作上的同步，因此，其控制系统设计有充分的开放性和多适应性。

拾取机械手主要完成三项任务，包括：(1)把装料甑从放料平台1拿到煅药炉4内；(2)把装料甑2从煅药炉4取出，放在摊凉平台5的孔槽内；(3)把空的装料甑2从摊凉平台5上取出放到放料平台1。

实施例4：

药煅炉采用井式电阻炉形式，额定功率12～36kw，额定温度为1000℃，炉胆采用高辐射低蓄热超轻质纤维炉板六面拼搭而成。平底锅设计便于煅透、煅匀、集煅制、废气处理、定时、控温、恒温、温度数显等功能于一体。炉内温度多点测量，测量点7处(上2、中2、下2和门口1)，采用数字模拟计算建立煅药炉空间温度场，过程控制采用PID调节，有利于中药煅制工艺的精准控制。

中药煅制可用于明煅和暗煅。明煅就是不隔绝空气的煅制方法，适用于矿物类、贝壳类和化石类药物。暗煅适用于需制炭但质地疏松、炒炭易灰化的药物，如某些植物类和动物类药。

实施例5：

摊凉平台5是上下循环式的不锈钢结构，采用输送板链实现循环物流，输送板链中均匀分布若干孔槽9，其直径为80～150mm，如附图3所示。孔槽9能接纳装料甑2，并有特殊设计卡扣10装置。如附图4所示，当装料甑2放入孔槽9时，卡扣10会自动锁着装料甑2；当装料甑2返回水平位置时，卡扣10会自动解锁，便于拾取机械手3取走空的装料甑2。

在摊凉平台5的两侧转折处设立固定的左右触动手柄。当摊凉平台5的孔槽9携带装料甑2自上而下运行时，其左侧手柄会触及卡扣10的一端，使卡扣10自动锁住装料甑2。如附图3所示，当摊凉平台5的孔槽9自下而上运行时，其右侧手柄会触及卡扣10的另一端，使卡扣10自动解锁。

实施例6：

降温通道6是一个空气吹凉装置，采用自上而下吹风方式，既能够使输送带携带装料甑2自由通过，期间从侧向或者上面向装料甑2吹风，使物料温度降低；又使得降温通道6前后设有温度传感器的温度测量点(参见附图3)，便于吹凉过程风力调节。

实施例7：

大批量的中药煅制的作业方法为：放料平台1的空的装料甑2由拾取机械手3放置整齐，然后人工方法将原料放入装料甑2中。装料结束时，装料者按一下装料甑2，告诉电脑8该装料甑2已经满料。期间，拾取机械手3会自动拾取满料甑2放在煅药炉4中的空位置上。煅药炉4装料完毕，由装料者关闭炉门，电脑8会自动设置该中药煅制的温度和时间，自动启动煅制作业。煅烧结束，适当冷却后，当炉内温度降到指定值，系统通知装料者打开炉门，进一步冷却。当炉内温度降到第二个指定值，拾取机械手3将装料甑2一一取出，嵌入摊凉平台5中输送板链的孔槽9内，输送板链与装料甑2一起经过降温通道6，冷却后翻转倾倒，装料甑2内物料落入受料框7内，空的装料甑2返回水平位置，由拾取机械手3拿去，放回至放料平台1，重复下一个循环。

实施例8：

白矾在中药煅制联动线的煅制方法为：放料平台1的空的装料甑2由拾取机械手3放置整齐，然后人工方法将500g的白矾放入装料甑2中。装料结束时，装料者按一下装料甑2，告诉控制电脑该装料甑已经满料。期间，拾取机械手3会自动拾取装有白矾的装料甑，放在煅药炉4中的空位置上。煅药炉4装料完毕，装料者关闭炉门，控制电脑会自动设置，白矾的煅制温度为260℃，自动启动煅制作业。煅烧结束，系统通知装料者打开炉门，拾取机械手3将装料甑2一一取出，放入摊凉平台5中输送板链的孔槽9内，输送板链与装料甑2一起经过降温通道6，冷却后翻转倾倒，装料甑2内白矾自动落入受料框7内，空的装料甑2返回水平位置，由拾取机械手3拿去，放回到放料平台1，重复下一个循环。

实施例9：

两种饮片同时煅制的方法为：放料平台1上先放一批装料甑2，人工装满一种中药饮片，拾取机械手3拾取，放在煅药炉4中指定的位置上。放料平台1上再放一批装料甑2，人工装满另一种中药饮片，拾取机械手3拾取，放在煅药炉4中指定的位置上，两种饮片的区域有明显的界限。然后启动煅制过程，煅药炉4煅制完毕，拾取机械手3先取出后放的饮片，堆放在摊凉平台5上中输送板链的孔槽9内，拾取机械手3再取出先放的饮片，堆放在摊凉平台5上的另一区域。经过降温通道6摊凉后，拾取机械手3分类抓取装料甑2，将同一物料倒入相同的受料框7内，直至完成所有作业，空的满料甑2集中放置，清洗后再使用。

Claims (10)

1.一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，由放料平台(1)、装料甑(2)、拾取机械手(3)、煅药炉(4)、摊凉平台(5)、降温通道(6)、受料框(7)和电脑(8)组成，装料甑(2)置于放料平台(1)上，通过拾取机械手(3)将装料甑(2)拿到煅药炉(4)内，再通过拾取机械手(3)把装料甑(2)从煅药炉(4)取出，嵌入摊凉平台(5)的孔槽(9)内，摊凉平台(5)与装料甑(2)一起经过降温通道(6)，冷却后翻转装料甑(2)倾倒内容物料，物料落入受料框(7)内，空的装料甑(2)回复水平位置，由拾取机械手(3)抓取放回至放料平台(1)，重复下一个循环，拾取机械手(3)作业流程由电脑(8)控制。

2.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，摊凉平台(5)是不锈钢的输送板链式结构，各节板链中均匀分布若干孔槽(9)，设有卡扣(10)，孔槽(9)大小与装料甑(2)相适，当装料甑(2)嵌入孔槽(9)时，卡扣10会自动锁住装料甑2，使得倾倒物料时装料甑(2)不脱落，当装料甑(2)回复水平位置时，卡扣(10)会自动解锁，便于拾取机械手(3)取走空的装料甑(2)。

3.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，装料甑(2)为耐高温容器，容积为100mL～4000mL，高径比为0.8～1.5，装料甑(2)的上沿外翻，下沿有内扣结构。

4.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，拾取机械手(3)为伸缩臂带动机械手，具有400℃以下的耐高温作业的能力。

5.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，煅药炉(4)采用多点数字化测温方法，测量点不低于6处，过程PID控制，实现煅制工艺精准调控。

6.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，降温通道(6)前后装有温度传感器作为温度测量点。

7.根据权利要求1所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线装置，其特征在于，受料框(7)设有单向落料阀。

8.权利要求1所述装置在中药煅制作业中的应用，其特征在于，通过以下步骤实现：放料平台(1)的空的装料甑(2)由拾取机械手(3)放置整齐，然后由装料者人工方法将原料放入装料甑(2)中，装料结束时，装料者按一下装料甑(2)，指令通知电脑(8)该装料甑(2)已经满料，电脑(8)根据程序控制拾取机械(3)自动拾取满料甑(2)放进煅药炉(4)内的中空处，煅药炉(4)装料完毕，由装料者关闭炉门，电脑(8)会自动设置该煅药炉(4)的温度和时间，自动启动煅制作业，煅烧结束，适当冷却后，当炉内温度降到指定值，系统通知装料者打开炉门，进一步冷却，当炉内温度降到第二个指定值，拾取机械手(3)将装料甑(2)取出，放入摊凉平台(5)的孔槽(9)内，卡扣(10)会自动锁住装料甑(2)，摊凉平台(5)输送带与装料甑(2)一起经过降温通道(6)进行冷却，冷却后翻转倾倒，装料甑(2)内的物料落入受料框(7)内，空的装料甑(2)回复水平状，由拾取机械手(3)抓取放回到放料平台(1)上，完成一次煅制。

9.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，操作者根据中药饮片煅制工艺，设定中药的煅烧炉温度和时间，联动线就会自动作业。

10.根据权利要求9所述的一种机器人辅助作业中药煅制联动线应用，其特征在于，对于小批量物料，能实现多品种同时煅制，由拾取机械手(3)分类处理，直接将物料倒入各自的受料框(7)内。