CN110666768A - 一种自动取药机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动取药机器人，包括行走装置、升降装置、活动平台、机械臂及主控制器，行走装置包括底盘及行走轮，行走轮设在底盘上。升降装置设在底盘的上方，包括升降架、升降驱动机构及导向机构，升降驱动机构设在升降架上。活动平台位于升降装置外侧，升降驱动机构驱动活动平台上下平动。机械臂设置在活动平台上，机械臂的底部与活动平台转动相连。机械臂的端部具有夹持机构，夹持机构的上方设有吸盘和摄像头，摄像头与主控制器电连接。本发明的结构设计巧妙，制造成本低，自动化及人工智能化程度高，使用和维护方便，替代人工完成准确取药，可极大减少劳动强度，省时省力，节省人工成本，提高工作效率。

Description

一种自动取药机器人

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种自动取药机器人，尤其适用于盒装或瓶装类药品的取药。

背景技术

医院药房承担着医院发药售药的任务。由于医院出售的药品种类繁多，药品需摆放到大量的药架上，因而为保证取药效率，需要大量的药师来完成取药发药任务。对于患者而言，当有多人取药时，则需要等待较长时间。因此，传统取药方式使药房效率低下，影响患者购药体验。对于药店而言，人工取药效率低下问题也非常严重。根据中国产业研究院统计数字，2013-2017年全国药店数量维持在45万家左右，大量的人工从事这项工作。目前，这一领域的自动化程度较低，绝大部分药店并未配备自动化设备，仍使用传统人工方式。

对于使用货架存放小型货物的仓库，与药店情况类似，大多数仓库仍使用人工作为生产力，自动化程度较低，人工成本占运营成本的很大比例。由当前医院药房、零售药店的运行现状可知，当前在取药或者小型仓储存取操作领域自动化程度并不高，人力资源占用严重，人力成本较高。针对药盒等小型物品，在当前医院药房和药店的整体布局下，急需要一种能够实现自动取药的机器人，用于减少在该领域的人工成本，提高该领域的自动化水平。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种自动取药机器人，解决医院药房或药店存在人工取药劳动强度大，自动化程度低，人工成本高，工作效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自动取药机器人，包括行走装置、升降装置、活动平台、机械臂及主控制器，行走装置包括底盘及行走轮，行走轮有两组，对称布置在底盘的两侧，底盘上设有电源。

升降装置设在底盘的上方，包括升降架、升降驱动机构及导向机构，升降架底部与底盘固定相连，升降驱动机构设在升降架上。

活动平台位于升降装置外侧，与升降驱动机构和导向机构固定相连，升降驱动机构驱动活动平台上下平动。

机械臂设置在活动平台上，机械臂的底部与活动平台转动相连。

所述机械臂的端部具有夹持机构，夹持机构的上方设有吸盘和摄像头，摄像头与主控制器电连接。

优选地，每组行走轮包括至少两个行走轮，每个行走轮均配置有一个轮毂电机。

各轮毂电机均由所述电源为其供电，轮毂电机的信号端与主控制器通信连接。

优选地，所述升降架为前侧板、后侧板、左侧板及顶板相连构成的右侧敞口的钢架结构，活动平台位于升降架的右侧敞口处。

优选地，升降驱动机构包括主动齿轮、从动齿轮及同步带，从动齿轮和主动齿轮分别设在升降架的上下两端，同步带套设在两侧齿轮的外部。

所述主动齿轮一侧配置有第一伺服电机，第一伺服电机由所述电源为其供电，第一伺服电机的信号端与主控制器通信连接。

导向机构包括竖向布置在升降架内侧的两个导杆，两个导杆一前一后布置在同步带的两侧，每个导杆上均设有一个滑动套，各所述滑动套与活动平台固定相连。

优选地，所述机械臂为四轴机械臂，其包括转动座、上臂和前臂，转动座与活动平台转动相连，上臂的一端与所述转动座转动相连，上臂的另一端与前臂的一端转动相连，前臂的另一端与夹持机构转动相连。

所述机械臂的每个转轴上均配置有一个舵机，各舵机由所述电源为其供电，舵机的信号端与主控制器通信连接。

优选地，夹持机构包括安装架、转动臂及两个夹爪，转动臂的中部与安装架转动相连，设在安装架上的第二伺服电机驱动转动臂，第二伺服电机由所述电源为其供电，第二伺服电机的信号端与主控制器通信连接。

两个夹爪位于安装架的一侧，中部均与安装架滑动配合，各夹爪一端伸出安装架的外部，另一端分别通过一个连杆与转动臂相连，转动臂驱动两个夹爪同步运动。

夹爪的上方设置有吸盘，吸盘与安装架的上部活动连接，所述吸盘通过气线与设置在活动平台上的气泵相连，气泵由所述电源为其供电，主控制器与气泵的信号端与通信连接。

所述摄像头设置在夹持机构的上方，摄像头通过微型计算机与主控制器电连接，所述主控制器配置有通讯模块，该通讯模块通过无线网络接收指令。

优选地，所述底盘的四个侧壁上分别设有红外测距传感器，底盘前端和后端分别设有巡线传感器，所述红外测距传感器和巡线传感器分别与主控制器电连接。

优选地，升降架一侧的上部和下部分别设有一个限位开关，限位开关的固定安装在升降架的内壁上，限位开关的活动端与活动平台相配合，所述限位开关与主控制器电连接。

优选地，每个夹爪的内侧均配置有一个转动盘，转动盘的中心与设在该夹爪上的第三伺服电机的输出端固定相连，两个转动盘同步转动。

优选地，各所述行走轮均为麦克纳姆轮，各行走轮分别位于底盘的安装槽内。

通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明的结构设计巧妙，制造成本低，自动化及人工智能化程度高，使用和维护方便，替代人工完成准确取药，可极大减少劳动强度，省时省力，节省人工成本，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明一种自动取药机器人的结构原理示意图。

图2是图1中本发明A部分的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1和图2，一种自动取药机器人，包括行走装置1、升降装置2、活动平台3、机械臂4及主控制器，行走装置1包括底盘11及行走轮12，行走轮12有两组，两组行走轮12对称布置在底盘11的两侧，底盘11上设有电源。每组行走轮12包括两个行走轮12，每个行走轮12均配置有一个轮毂电机。所述行走轮12均采用麦克纳姆轮，各行走轮12分别位于底盘11的安装槽内。各轮毂电机均由所述电源为其供电，轮毂电机的信号端与主控制器通信连接，主控制器采用STM32F405单片机。

所述底盘11的四个侧壁上分别设有红外测距传感器9，红外测距传感器9的作用是测量和判断行走装置1与药品架之间的距离，还具有避障的作用。底盘11前端和后端分别设有巡线传感器，巡线传感器优选采用霍尔传感器，所述红外测距传感器9和巡线传感器分别与STM32F405单片机的ADC接口电连接。自动取药机器人工作区域的地面上贴有与地面颜色区别的标识线，霍尔传感器通过标识线识别行走路径，同时，底盘上设置有九轴陀螺仪，九轴陀螺仪与STM32F405单片机的一个TTL串口电连接，九轴陀螺仪的作用当行走装置1偏离行走路线时用来对其姿态矫正，所述STM32F405单片机的一个端口，通过SPI连接线与RFID读卡模块相连。

升降装置2设在底盘11的上方，包括升降架21、升降驱动机构及导向机构，升降架21底部与底盘11固定相连，升降驱动机构设在升降架21上。所述升降架21为前侧板、后侧板、左侧板及顶板相连构成的右侧敞口的钢架结构，活动平台3位于升降架21的右侧敞口处。升降驱动机构包括主动齿轮22、从动齿轮及同步带23，从动齿轮和主动齿轮22分别设在升降架21的上下两端，同步带23套设在两侧齿轮的外部，活动平台3的一侧与同步带23固定相连。

所述主动齿轮22一侧配置有第一伺服电机24，第一伺服电机24由所述电源为其供电，第一伺服电机24的信号端与主控制器通信连接。主控制器控制第一伺服电机24转动，第一伺服电机24通过同步带23驱动活动平台3升高或降低。主控制器安装在活动平台3的底部，主控制器通过CAN总线分别与第一伺服电机24和四个轮毂电机通信相连，通过CAN总线控制第一伺服电机24和四个轮毂电机。

活动平台3位于升降装置2外侧，与升降驱动机构和导向机构固定相连，升降驱动机构驱动活动平台3上下平动。导向机构包括竖向布置在升降架21内侧的两个导杆25，两个导杆25一前一后布置在同步带23的两侧，每个导杆25上均设有一个滑动套26，各所述滑动套26与活动平台3固定相连。升降架21一侧的上部和下部分别设有一个限位开关27，限位开关27的固定安装在升降架21的内壁上，限位开关27的活动端与活动平台3相配合，所述限位开关27与主控制器电连接。限位开关27的作用在于控制活动平台3的行程，当活动平台3与限位开关27的活动端接触后，限位开关27发送信号至主控制器，主控制器发送指令控制第一伺服电机24停止转动。

机械臂4设置在活动平台3上方，机械臂4的一端与活动平台3转动相连。所述机械臂4的端部具有夹持机构5，夹持机构5的上方设有吸盘6和摄像头7，摄像头7与主控制器电连接。具体地，所述机械臂4采用四轴机械臂4，其包括转动座41、上臂42和前臂43，转动座41与活动平台3转动相连，上臂42的一端与所述转动座41转动相连，上臂42的另一端与前臂43的一端转动相连，前臂43的另一端与夹持机构5转动相连。所述机械臂4的每个转轴上均配置有一个舵机，各舵机由所述电源为其供电，各舵机的信号端均与主控制器通信连接。

夹持机构5包括安装架51、转动臂52及两个夹爪53，转动臂52的中部与安装架51转动相连，安装架51内固定配置有第二伺服电机，所述第二伺服电机的动力输出端与转动臂52的中部固定相连，第二伺服电机驱动转动臂52绕其中点位置转动，第二伺服电机由所述电源为其供电，第二伺服电机的信号端与主控制器通信连接。两个夹爪53位于安装架51的一侧，中部均与安装架51滑动配合，各夹爪53一端伸出安装架51的外部，另一端分别通过一个连杆54与转动臂52相连，连杆54的一端与转动臂52的对应端铰接，其另一端与对应侧的夹爪53的另一端铰接，转动臂52驱动两个夹爪53同步运动，每个夹爪53的内侧均配置有一个转动盘55，转动盘55的中心与设在该夹爪53上的第三伺服电机56的输出端固定相连，两个转动盘55同步转动，第三伺服电机56由所述电源为其供电，各第三伺服电机56的信号端均与主控制器通信连接，转动盘55可使被夹住的药品外包装盒随其一起转动。对放置在药品架上的重量较重的药品采用夹持机构5夹取，该类重量较重的药品通常为瓶装类药品。

夹爪53的上方设置有吸盘8，吸盘8的上方连接有滑动杆，滑动杆的下端与吸盘8的顶部固定相连，滑动杆的上部位于安装架的滑动杆装配孔511内且与安装架51互动配合，滑动杆上端具有防止与安装架51脱离的限位头，所述滑动杆上配置有弹簧，弹簧底部顶在吸盘8上端，其顶部与滑动杆装配孔511底部外侧接触，吸盘8在接触药品外包装时弹簧起缓冲作用。所述吸盘8通过气线与设置在活动平台3上的气泵相连，气泵由所述电源为其供电，气泵的信号端与STM32F405单片机的IO接口通信连接，STM32F405单片机通过指令控制气泵开始工作和停止工作的时间。对放置在药品架上的重量较轻的药品采用吸盘8吸取的方式，该类重量较的药品通常为盒装的胶囊类药品。

所述摄像头7固定安装在安装架51上且位于吸盘的上方的，摄像头7通过设在活动平台3上的微型计算机与主控制器电连接，摄像头7的作用是采集药品外包装的图像信息并将图像传输至微型计算机，微型计算机通过程序对图像信息计算分析，确定是否是需要的药品，并将分析结果传输至STM32F405单片机。所述主控制器配置有通讯模块，通讯模块优选采用ESP8266模块，所述ESP8266模块与STM32F405单片机的另一个TTL串口电连接，该通讯模块通过无线网络接收指令，主控制器通过ESP8266模块获取需要取用药品的相关信息，控制行走装置到达放置该药品的药品架前，控制升降驱动机构和机械臂4与摄像头7找到需要取用药品，再控制夹持机构5取药，根据预先设定的程序确定取药的方式，采用夹持机构5夹取药品或使用吸盘8吸取药品。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动取药机器人，包括行走装置、升降装置、活动平台、机械臂及主控制器，其特征在于，行走装置包括底盘及行走轮，行走轮有两组，对称布置在底盘的两侧，底盘上设有电源；

升降装置设在底盘的上方，包括升降架、升降驱动机构及导向机构，升降架底部与底盘固定相连，升降驱动机构设在升降架上；

活动平台位于升降装置外侧，与升降驱动机构和导向机构固定相连，升降驱动机构驱动活动平台上下平动；

机械臂设置在活动平台上，机械臂的底部与活动平台转动相连；

所述机械臂的端部具有夹持机构，夹持机构的上方设有吸盘和摄像头，摄像头与主控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，每组行走轮包括至少两个行走轮，每个行走轮均配置有一个轮毂电机；

各轮毂电机均由所述电源为其供电，轮毂电机的信号端与主控制器通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，所述升降架为前侧板、后侧板、左侧板及顶板相连构成的右侧敞口的钢架结构，活动平台位于升降架的右侧敞口处。

4.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，升降驱动机构包括主动齿轮、从动齿轮及同步带，从动齿轮和主动齿轮分别设在升降架的上下两端，同步带套设在两侧齿轮的外部；

所述主动齿轮一侧配置有第一伺服电机，第一伺服电机由所述电源为其供电，第一伺服电机的信号端与主控制器通信连接；

导向机构包括竖向布置在升降架内侧的两个导杆，两个导杆一前一后布置在同步带的两侧，每个导杆上均设有一个滑动套，各所述滑动套与活动平台固定相连。

5.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，所述机械臂为四轴机械臂，其包括转动座、上臂和前臂，转动座与活动平台转动相连，上臂的一端与所述转动座转动相连，上臂的另一端与前臂的一端转动相连，前臂的另一端与夹持机构转动相连；

所述机械臂的每个转轴上均配置有一个舵机，各舵机由所述电源为其供电，舵机的信号端与主控制器通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，夹持机构包括安装架、转动臂及两个夹爪，转动臂的中部与安装架转动相连，设在安装架上的第二伺服电机驱动转动臂，第二伺服电机由所述电源为其供电，第二伺服电机的信号端与主控制器通信连接；

两个夹爪位于安装架的一侧，中部均与安装架滑动配合，各夹爪一端伸出安装架的外部，另一端分别通过一个连杆与转动臂相连，转动臂驱动两个夹爪同步运动；

夹爪的上方设置有吸盘，吸盘与安装架的上部活动连接，所述吸盘通过气线与设置在活动平台上的气泵相连，气泵由所述电源为其供电，主控制器与气泵的信号端与通信连接；

所述摄像头设置在夹持机构的上方，摄像头通过微型计算机与主控制器电连接，所述主控制器配置有通讯模块，该通讯模块通过无线网络接收指令。

7.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，所述底盘的四个侧壁上分别设有红外测距传感器，底盘前端和后端分别设有巡线传感器，所述红外测距传感器和巡线传感器分别与主控制器电连接。

8.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，升降架一侧的上部和下部分别设有一个限位开关，限位开关的固定安装在升降架的内壁上，限位开关的活动端与活动平台相配合，所述限位开关与主控制器电连接。

9.根据权利要求6所述的一种自动取药机器人，其特征在于，每个夹爪的内侧均配置有一个转动盘，转动盘的中心与设在该夹爪上的第三伺服电机的输出端固定相连，两个转动盘同步转动。

10.根据权利要求1所述的一种自动取药机器人，其特征在于，各所述行走轮均为麦克纳姆轮，各行走轮分别位于底盘的安装槽内。

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