CN111169937B - 一种中药原材料智能投料系统 - Google Patents

Abstract

一种中药原材料智能投料系统，包括自动质检放行系统、移动机器人系统、监控及信息处理系统。形成中药投料过程的自动化投料智能化控制；从中药原料采集入库到中药原料处理后投料过程的系统化管理，形成中药原材料智能一体化管理，达到中药原材料前处理到投料到后期中药提取等一系列工作的有效数据衔接。中药投料过程的信息数据化、集成化。便于后期的中药原料数据采集、大数据处理与建模，所有中药原材料信息存储于信息处理系统，便于数据化管理与数据调用。

Description

一种中药原材料智能投料系统

技术领域

本发明涉及中药智能制造领域，特别涉及一种中药原材料智能投料系统。

背景技术

目前的中药厂前处理车间原料从运输至药厂，净选、入库、出库、洗切原料处理、投料等过程原料数据采用纯人工数据采集与检测，投料过程以人工叉车工作为主。中药投料车间信息数据化与投料自动化程度低，中药前处理生产设备的独立控制、信息孤岛问题。本发明基于中药厂投料车间出现的以上述问题，设计出一种用于中药生产投料车间的智能投料系统，通过投料自动化、系统检测、信息化收集与处理实现来达到中药厂投料原材料投料智能化控制。

中国专利文件(201910707846.1)提供了一种中药前处理物料转运及自动配料系统和工艺，一种中药前处理物料转运及自动配料系统和工艺，属于中药行业中的前处理技术领域；管理模块该系统包括密集库进料系统、自动配料系统、物料出库投料系统、空料箱收集系统、信息追踪系统、自动控制系统；所述的密集库进料系统、自动配料系统、物料出库投料系统、空料箱收集系统按照先后顺序依次由输送线设备连接，且均与自动控制系统电性连接。该方法采用中药前处理物料转运及自动配料系统和工艺，但是该方案信息化程度不高，自动化程度不高，不利于整个过程的数据化与网络化。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种中药原材料智能投料系统。

本发明的技术方案如下：

一种中药原材料智能投料系统，包括自动质检放行系统、移动机器人系统、监控及信息处理系统，自动质检放行系统用于原材料质检；移动机器人系统用于原材料的运输，监控及信息处理系统用于全程信息的监控和记录。

所述自动质检放行系统，包括近红外光谱检测探头、光谱分析仪、输送皮带、报警器、给料机、信息处理终端；所述给料机与输送皮带连接，输送皮带一侧设置有近红外光谱检测探头，红外光谱检测探头与光谱分析仪电连接，光谱分析仪与报警器电连接；光谱分析仪与信息处理终端电连接。

所述近红外光谱分析工作在原材料入库之前，使用近红外探头采集原材料，通过光谱分析仪建立关系数据模型，鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分、设备加工参数等数据，与信息处理系统终端进行数据比对，确定后方可进行原材料入库。

所述近红外光谱分析工作在中药原材料装入投料机器人前期，使用光谱分析探头在原材料输送皮带采集数据，分析得出即将送入投料机器人投料桶中的原料成分，与所设定的投料成分对比确定是否为即将投料的中药原材料，确定投料准确性。成分对比一致，皮带输送机继续运行至给料机，给料机给料送至投料桶，等待投料机器人夹抱投料桶进行运输投料任务。成分对比不一致则报警器响，皮带输送停止运行，等待人员重新处理出库原材料。

所述移动机器人系统，包括投料机器人、机器人车载控制系统、投料呼叫与调度控制系统；投料机器人用于原材料运输，机器人车载控制系统用于对投料机器人进行控制，投料呼叫与调度控制系统用于对投料系统进行信息处理。

投料机器人包括移动载体，移动载体上侧设置有支架，支架上侧设置有夹紧机构，夹紧机构通过翻转机构连接夹子，夹子之间设置有投料桶，投料桶下侧设置有漏斗，翻转机构用于翻转投料桶，吸尘装置固定安装在移动载体上，吸风口对准投料桶，投料筒内设置有车载称重传感器，称重传感器型号为DEE-1t。

器人车载控制系统包括控制器、RFID读卡器、RFID标签卡、WIFI收发器、电机驱动器、车载称重传感器、避障传感器、导引传感器以及启动开关、复位开关、限位开关电气开关，投料机器人上还设置有投料机器人控制柜，整个车载控制系统安装于投料机器人控制柜内。

WIFI收发器接收投料呼叫与调度控制系统给予的控制指令，通过控制器处理进而通过电机驱动器驱动投料机器人运转调速，WIFI模块型号为NPort W2250A。

RFID标签卡贴在投料机器人自动化运输线上，RFID读卡器用于读取RFID 标签卡的信息并传输至控制器处理，进而通过电机驱动器驱动机器人系统的电机转向、调速等动作。

在机器人行走直线路径时，每间隔4m-5m贴一个RFID标签卡；在机器人即将拐弯、横移、旋转等要变换电机行走动作的路径位置贴RFID标签卡；在机器人料罐前投料点和出库装料点贴RFID标签卡；在机器人等候呼叫点贴RFID标签卡，RFID读卡器读取标签卡内数据指令传输至控制器处理，进而通过电机驱动器驱动机器人系统的电机转向、调速等动作。

避障传感器用于接收障碍物信号、并将障碍物信号传输给控制器，由控制器控制投料机器人启停；型号为避障传感器TIM310-0130000S02；

导引传感器设置于投料机器人上用于接收铺设自动化线的磁条的磁信号，用于路线导引行走；导引传感器型号为磁导航YF-9016；

启动开关、复位开关、限位开关电气开关电源线连接电源，信号线连接控制器与控制器进行信号传输，启动开关负责打开机器人开始运行、复位开关负责机器人停止运行、限位开关负责机器人夹抱机构的夹紧投料桶、松开投料桶动作的限位跨度。

各类传感器与电气开关独立作用，电机驱动器和投料机器人电机相连接。控制器作为中央控制处理中心分别与电机驱动器、车载称重传感、避障传感器、导引传感器的数据线连接产生数据传输，与电气开关信号线连接产生信号作用，分别运算处理车载称重传感器、避障传感器、导引传感器的传感数据与电气开关信号最后传出控制信号给电机驱动器进而控制机器人电机动作。

述投料呼叫与调度控制系统，包括投料呼叫模块、调度控制模块、罐位管理模块、看板管理模块、集成管理模块。

所述投料呼叫模块，用于呼叫投料机器人回到取料点。

所述调度控制模块，负责投料机器人在接收投料任务后，投料机器人自动化行走的路线调度与路径规划。

所述罐位管理模块，用于管理投料区料罐的基本信息，包括：料罐编号、料罐坐标位置、料框状态、投料类别，料框状态包括空罐和满罐。

所述看板管理模块为车间物料看板，车主要显示呼叫系统给出的投料任务执行情况、投料区罐位缺料信息，提醒配料区或者仓库根据生产计划要求准确、及时配料、投料。

所述集成管理模块，集成投料呼叫模块进度信息、调度控制模块进度信息、罐位管理模块信息，为生成车间日生成计划的基础运行，形成数据来源。

主要工作为给投料机器人下达投料运输指令和返回装料命令。通过日生产计划来进行投料呼叫，转化为对投料机器人的调度指令，通知小车至呼叫点(装料区)取料并运输至提取投料区，投料完成后，再返回呼叫点(装料点)执行下一个投料任务；呼叫点(装料点)根据电子看板显示的车间投料区需求，及时调度投料机器人进行配料、装料、运料、投料，满足生产投料的实际生产任务，并将任务数据、投料进程数据传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统终端，产生信息交互。监控及信息处理系统，包括包括计划管理、投料进度显示、物料数据管理，，获取生产计划、工单等数据，实现日生产计划的自动排产，同时支持计划调整变更、预警提示。

所述监控及信息处理系统，包括计划管理模块、投料进度显示模块、物料数据管理模块。

计划管理模块，主要是将即将入库的中药原材料进行扫码入库，将扫码数据信息通过编码的方式存入数据库中，能够与批次号、电子监管码等信息相链接，便于用户随时根据产品编码信息进行追溯。

物料数据管理模块，集成车间设备资源，及时采集车间数据，做好设备运行情况的跟踪、控制，通过采集记录投料过程中的质量数据包括近红外采集数据对比、中药投料料品的种类与重量、投料罐位数据等，进行质量分析、追溯。

投料进度显示模块，通过电子大屏幕与系统连接，实现车间看板管理，显示与生产业务相关的数据，车间LED屏幕上会依据投料工人的报工动作同步更新当前计划的完成进度。

一种用于中药生产车间智能投料系统工作方法，包括以下步骤：

A、车间工人根据日生产计划开具领料单进行取料，取料完成后，人工破袋并根据比例进行配料，中药自动投料近红外自动质检放行系统鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分与信息处理系统终端数据设置存储进行数据比对，确定数据合格后方可进行原材料入库，通过皮带输送至给料机给料到投料桶中。该过程近红外技术检测所配料是否与信息系统终端下达投料任务料品相匹配，匹配则给料机给料，不匹配则报警、皮带停运等待人工处理。

B、移动机器人系统运送，送料时：配料完成后，通过投料呼叫与调度控制系统，规划路线，指派投料机器人通过移动载体行走运动到配料站点，夹抱调配好料投料桶后送料至投料区的具体料罐投料位置。投料时：投料机器人到达指定料罐后，车载WIFI模块发出无线信号，与料罐阀门控制器进行通信，通知阀门自动打开，打开后返回信号给投料机器人，投料机器人接到阀门打开信号后，进行安全投料。投料完成后，车载WIFI模块再发出信号，通知阀门自动关闭。投料完成后，投料机器人再返回等候区，执行下一个投料订单。

C信息记录，所有投料过程中涉及的有关中药原材料的数据数据记录皆通过 WIFI或者宽带传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统，数据包括投料种类、投料重量、投料罐号以及涉及投料进度、完成批次。

本发明的有益效果在于：

(1)形成中药投料过程的自动化投料智能化控制；从中药原料采集入库到中药原料处理后投料过程的系统化管理，形成中药原材料智能一体化管理，达到中药原材料前处理到投料到后期中药提取等一系列工作的有效数据衔接。

(2)中药投料过程的信息数据化、集成化。便于后期的中药原料数据采集、大数据处理与建模，所有中药原材料信息存储于信息处理系统，便于数据化管理与数据调用，监控与信息处理系统将实时处理近红外光谱传输数据和投料机器人传输数据，不仅存储和调用投料过程的料品数据，并对投料进度进行显示、记录与控制。

附图说明

图1是本发明中药原材料智能投料系统架构示意图；

图2是自动化投料移动机器人系统；

图3是中药原材料智能投料系统工作流程；

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种中药原材料智能投料系统，包括自动质检放行系统、移动机器人系统、监控及信息处理系统。所述自动质检放行系统，包括近红外光谱检测探头、光谱分析仪、皮带输送、报警器、给料机、信息处理终端；所述给料机与与输送皮带连接，输送皮带一侧设置有红外光谱检测探头，红外光谱检测探头与光谱分析仪电连接，光谱分析仪与报警器电连接；光谱分析仪与信息处理终端电连接。所述近红外光谱分析工作在原材料入库之前，使用近红外探头采集原材料，通过光谱分析仪建立关系数据模型，鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分、设备加工参数等数据，与信息处理系统终端进行数据比对，确定后方可进行原材料入库。所述近红外光谱分析工作在中药原材料装入投料机器人前期，使用光谱分析探头在原材料输送皮带采集数据，分析得出即将送入投料机器人投料桶中的原料成分，与所设定的投料成分对比确定是否为即将投料的中药原材料，确定投料准确性。成分对比一致，皮带输送机继续运行至给料机，给料机给料送至投料桶，等待投料机器人夹抱投料桶进行运输投料任务。成分对比不一致则报警器响，皮带输送停止运行，等待人员重新处理出库原材料。

所述移动机器人系统，包括投料机器人、机器人车载控制系统、投料呼叫与调度控制系统；投料机器人包括移动载体，移动载体上侧设置有支架，支架上侧设置有夹紧机构，夹紧机构通过翻转机构连接夹子，夹子之间设置有投料桶，投料桶下侧设置有漏斗，翻转机构用于翻转投料桶，吸尘装置固定安装在移动载体上，吸风口对准投料桶。移动机器人系统还包括机器人包括控制器、RFID读卡器、RFID标签卡、WIFI收发器、电机驱动器、车载称重传感器、避障传感器、导引传感器以及限位开关。投料呼叫与调度控制系统，包括投料呼叫、调度控制、罐位管理、看板管理、集成管理。主要工作为给投料机器人下达投料运输指令和返回装料命令。通过日生产计划来进行投料呼叫，转化为对投料机器人的调度指令，通知小车至呼叫点(装料区)取料并运输至提取投料区，投料完成后，再返回呼叫点(装料点)执行下一个投料任务；呼叫点(装料点)根据电子看板显示的车间投料区需求，及时调度AGV小车进行配料、装料、运料、投料，满足生产投料的实际生产任务，并将任务数据、投料进程数据传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统终端，产生信息交互。

监控及信息处理系统，包括计划管理、投料进度显示、物料数据管理，，获取生产计划、工单等数据，实现日生产计划的自动排产，同时支持计划调整变更、预警提示，WIFI收发器接收投料呼叫与调度控制系统给予的控制指令，通过控制器处理进而通过电机驱动器驱动电机运转调速，RFID标签卡贴在投料机器人自动化运输线需要位置，RFID读卡器读取标签卡内数据指令传输至控制器处理，进而通过电机驱动器驱动机器人系统的电机转向、调速等动作，车载称重传感器称重投料桶内原材料重量，并传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统终端，在终端数据处理中与近红外光谱采集的原材料种类区分和成分数据合并成为投料原材料种类、成分、重量的数据记录，避障传感器、导引传感器以及限位开关作用于投料机器人自动化运输过程中的路线导引行走、避障行走停止、投料动作限定等机器人系统运动过程，调度控制，负责投料机器人在接收投料任务后，投料机器人自动化行走的路线调度与路径规划，罐位管理，主要管理投料区料罐的基本信息，主要包括：料罐编号、料罐坐标位置、料框状态(空罐或满罐)、投料类别等，看板管理为车间物料看板，车主要显示呼叫系统给出的投料任务执行情况、投料区罐位缺料等信息，提醒配料区或者仓库根据生产计划要求准确、及时配料、投料，集成管理，集成投料呼叫模块进度信息、调度控制模块进度信息、罐位管理模块信息，为生成车间日生成计划的基础运行，形成数据来源。系统生成物料领用单后，向下与投料机器人调度系统进行交互，作为呼叫投料机器人进行送料的指令；同时可反馈投料任务完成状态、生产计划执行进度等信息。向上与中药自动投料设备监控及信息处理系统进行交互，将投料进程、投料。

实施例2：

一种用于中药生产车间智能投料系统工作方法，其结构如实施例1所示，包括以下步骤：

A、车间工人根据日生产计划开具领料单进行取料，取料完成后，人工破袋并根据比例进行配料，中药自动投料近红外自动质检放行系统鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分与信息处理系统终端数据设置存储进行数据比对，确定数据合格后方可进行原材料入库，通过皮带输送至给料机给料到投料桶中。该过程近红外技术检测所配料是否与信息系统终端下达投料任务料品相匹配，匹配则给料机给料，不匹配则报警、皮带停运等待人工处理。

B、移动机器人系统运送，送料时：配料完成后，通过投料呼叫与调度控制系统，规划路线，指派投料机器人通过移动载体行走运动到配料站点，夹抱调配好料投料桶后送料至投料区的具体料罐投料位置。投料时：投料机器人到达指定料罐后，车载WIFI模块发出无线信号，与料罐阀门控制器进行通信，通知阀门自动打开，打开后返回信号给投料机器人，投料机器人接到阀门打开信号后，进行安全投料。投料完成后，车载WIFI模块再发出信号，通知阀门自动关闭。投料完成后，投料机器人再返回等候区，执行下一个投料订单。

C信息记录，所有投料过程中涉及的有关中药原材料的数据数据记录皆通过WIFI或者宽带传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统，数据包括投料种类、投料重量、投料罐号以及涉及投料进度、完成批次。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中药原材料智能投料系统，其特征在于：包括自动质检放行系统、移动机器人系统、监控及信息处理系统，自动质检放行系统用于原材料质检；移动机器人系统用于原材料的运输，监控及信息处理系统用于全程信息的监控和记录；

所述自动质检放行系统，包括近红外光谱检测探头、光谱分析仪、输送皮带、报警器、给料机、信息处理终端；所述给料机与输送皮带连接，输送皮带一侧设置有近红外光谱检测探头，红外光谱检测探头与光谱分析仪电连接，光谱分析仪与报警器电连接；光谱分析仪与信息处理终端电连接；近红外光谱分析工作在原材料入库之前，使用近红外探头采集原材料，通过光谱分析仪建立关系数据模型，鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分、设备加工参数数据，与信息处理系统终端进行数据比对，确定后方可进行原材料入库；

所述移动机器人系统，包括投料机器人、机器人车载控制系统、投料呼叫与调度控制系统；投料机器人用于原材料运输，机器人车载控制系统用于对投料机器人进行控制，投料呼叫与调度控制系统用于对投料系统进行信息处理；

所述移动机器人系统，主要工作为给投料机器人下达投料运输指令和返回装料命令，通过日生产计划来进行投料呼叫，转化为对投料机器人的调度指令，通知小车至呼叫点即装料区取料并运输至提取投料区，投料完成后，再返回呼叫点即装料点执行下一个投料任务；呼叫点即装料点根据电子看板显示的车间投料区需求，及时调度投料机器人进行配料、装料、运料、投料，满足生产投料的实际生产任务，并将任务数据、投料进程数据传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统终端，产生信息交互；

所述监控及信息处理系统，包括计划管理模块、投料进度显示模块、物料数据管理模块；

计划管理模块，用于中药原材料进行扫码入库，将扫码数据信息通过编码的方式存入数据库中；

物料数据管理模块，用于采集记录投料过程中的质量数据包括近红外采集数据对比、中药投料料品的种类与重量、投料罐位数据等，进行质量分析、追溯；

投料进度显示模块，用于通过电子大屏幕与系统连接，实现车间看板管理。

2.根据权利要求1所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：投料机器人包括移动载体，移动载体上侧设置有支架，支架上侧设置有夹紧机构，夹紧机构通过翻转机构连接夹子，夹子之间设置有投料桶，投料桶下侧设置有漏斗，翻转机构用于翻转投料桶，吸尘装置固定安装在移动载体上，吸风口对准投料桶，投料筒内设置有车载称重传感器。

3.根据权利要求2所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：机器人车载控制系统包括控制器、RFID读卡器、RFID标签卡、WIFI收发器、电机驱动器、车载称重传感器、避障传感器、导引传感器以及启动开关、复位开关、限位开关电气开关，投料机器人上还设置有投料机器人控制柜，整个车载控制系统安装于投料机器人控制柜内。

4.根据权利要求3所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：所述投料呼叫与调度控制系统，包括投料呼叫模块、调度控制模块、罐位管理模块、看板管理模块、集成管理模块。

5.根据权利要求4所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：WIFI收发器接收投料呼叫与调度控制系统给予的控制指令，通过控制器处理进而通过电机驱动器驱动投料机器人运转调速。

6.根据权利要求4所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：RFID标签卡贴在投料机器人自动化运输线上，RFID读卡器用于读取RFID标签卡的信息并传输至控制器处理，进而通过电机驱动器驱动机器人系统的电机转向、调速等动作。

7.根据权利要求4所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：所述避障传感器、导引传感器、启动开关、复位开关、限位开关电气开关；

避障传感器用于接收障碍物信号、并将障碍物信号传输给控制器，由控制器控制投料机器人启停；

导引传感器设置于投料机器人上用于接收铺设自动化线的磁条的磁信号，用于路线导引行走；

启动开关、复位开关、限位开关电气开关电源线连接电源，信号线连接控制器与控制器进行信号传输，启动开关负责打开机器人开始运行、复位开关负责机器人停止运行、限位开关负责机器人夹抱机构的夹紧投料桶、松开投料桶动作的限位跨度；

车载称重传感器用于称重投料桶内的原材料重量。

8.根据权利要求4所述的中药原材料智能投料系统，其特征在于：

所述投料呼叫模块，用于呼叫投料机器人回到取料点；

所述调度控制模块，负责投料机器人在接收投料任务后，投料机器人自动化行走的路线调度与路径规划；

所述罐位管理模块，用于管理投料区料罐的基本信息，包括：料罐编号、料罐坐标位置、料框状态、投料类别，料框状态包括空罐和满罐；

所述看板管理模块为车间物料看板，车主要显示呼叫系统给出的投料任务执行情况、投料区罐位缺料信息，提醒配料区或者仓库根据生产计划要求准确、及时配料、投料；

所述集成管理模块，集成投料呼叫模块进度信息、调度控制模块进度信息、罐位管理模块信息，为生成车间日生成计划的基础运行，形成数据来源。

9.如权利要求4所述的中药原材料智能投料系统的工作方法，包括以下步骤：

A、车间工人根据日生产计划开具领料单进行取料，取料完成后，人工破袋并根据比例进行配料，中药自动投料近红外自动质检放行系统鉴别中药原材料中药材年份、产地、日期、含水量、药理性有效成分与信息处理系统终端数据设置存储进行数据比对，确定数据合格后方可进行原材料入库，通过皮带输送至给料机给料到投料桶中；该过程近红外技术检测所配料是否与信息系统终端下达投料任务料品相匹配，匹配则给料机给料，不匹配则报警、皮带停运等待人工处理；

B、移动机器人系统运送，送料时：配料完成后，通过投料呼叫与调度控制系统，规划路线，指派投料机器人通过移动载体行走运动到配料站点，夹抱调配好料投料桶后送料至投料区的具体料罐投料位置；投料时：投料机器人到达指定料罐后，车载WIFI模块发出无线信号，与料罐阀门控制器进行通信，通知阀门自动打开，打开后返回信号给投料机器人，投料机器人接到阀门打开信号后，进行安全投料；投料完成后，车载WIFI模块再发出信号，通知阀门自动关闭；投料完成后，投料机器人再返回等候区，执行下一个投料订单；

C信息记录，所有投料过程中涉及的有关中药原材料的数据数据记录皆通过WIFI或者宽带传输至中药自动投料设备监控及信息处理系统，数据包括投料种类、投料重量、投料罐号以及涉及投料进度、完成批次。

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