CN111890393A - 一种用于变瓶径抓取的配药机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变瓶径抓取的配药机器人,包括采用双电机驱动结构,实现了不同药瓶的稳定抓取。本发明的末端执行器改善了传统的末端执行器的缺陷,增加了一个电机和齿轮传动机构来调节抓取机构的可抓取直径,通过不同电机来进行不同功能的控制,稳定性提高。本发明改变了传统的抓取机构的对称性,将左右手指上设计成互补的卡槽型,可以实现更小瓶径药瓶的抓取。本发明的末端执行器采用平行四边形机构和曲柄滑块机构,设计机构简单,功能全面,弥补了传统机械手爪结构复杂或无法实现变瓶径抓取的不足。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,特别是涉及一种用于变瓶径抓取的配药机器人。
背景技术
通过对多种国内外配药机器人的研究,发现国内外的配药机器人的设计方式存在诸多差异,这是由国内外使用的药瓶种类和尺寸规格决定的,国外使用西林瓶作为药剂的盛装容器,在设计配药机器人的各个模块时不考虑安瓿瓶的夹取,而国内广泛采用西林瓶和安瓿瓶两类容器作为药剂的盛装容器。不仅安瓿瓶和西林瓶之间尺寸存在较大的差异,国内外西林瓶的使用规格也存在不同程度的差异。这就对符合国家标准的配药机器人即机械臂设计提出了区别要求,和国外机器人相比应还配有安瓿瓶的夹取等基本功能。对于不同瓶径的药瓶,现存的使用非6自由度机械臂的产品往往难以一次完成夹取,需要来回更换夹具,影响效率,对于使用了6自由度的机械臂产品,过大的机械臂严重加大了生产成本和占地空间,采用中小型6自由度机械臂则会加强设计难度。
现存的配药机器人的注射功能是依靠丝杠滑台上下运动实现的,无法进一步保证垂直运动精度和抽取、注射精度,在注射过程中存在注射器滑离的情况,稳定性有待提高。少数体积小的配药机器人采用复合式的整体安装法,多个电机分别控制同一整体,造成控制复杂,不利于交互和拓展的缺点。
为了解决现有技术存在不足之处,提供了一种用于变瓶径抓取的配药机器人,这样的配药机器人不仅可以实现药瓶的稳定抓取,还能满足不同瓶径药瓶的抓取,并且减少不必要的夹具更换。本发明采用双电机的驱动方式,用两个电机分别完成抓取和变瓶径操作。通过使用四连杆机构,能够改变末端执行器的抓取范围,实现药瓶的变瓶径抓取,对于尺寸存在差异的安瓿瓶和西林瓶也能够实现连续稳定抓取,性能稳定,整体结构简便,控制方法简单,仅需要完成对步进电机的控制,即可实现变瓶径夹取。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于变瓶径抓取的配药机器人。
技术方案:
本发明是由驱动模块和末端执行器组成;所述驱动模块一端固定在电机1上,另一端通过滑块2与末端执行器连接。
所述驱动模块包括沿Z轴的滑动装置、绕Z轴的转动装置和沿Y轴的滑动装置;所述沿Z轴的滑动装置包括滑轨1、丝杠1、步进电机1和滑块1,所述滑动装置通过步进电机1驱动丝杠1使滑块1在滑轨1上实现滑动;所述绕Z轴的转动装置包括绕Z轴转动驱动伺服电机、电机座、连接板和承接底座,电机座和承接底座通过连接板进行连接,连接板通过固定螺钉固定在承接底座上,所述转动装置通过驱动伺服电机实现承接底座绕Z轴的在-50°至50°范围内转动,增加了承接底座的工作范围;所述的沿Y轴的滑动装置包括是丝杠2、滑块2、承接底座,丝杠2安装在承接底座上,滑块2通过丝杠2实现沿Y轴的滑动。
进一步地,所述末端执行器包括抓取机构、丝杠3、滑块3、末端执行器承接机构、轴承1、轴承2、轴承3、轴承端盖、滑轮导轨、滑轮;所述末端执行器承接机构包括固定块1、上固定板、下固定板、固定块2、固定块3,所述固定块1分别与上固定板、下固定板通过固定螺钉连接;所述下固定板分别与固定块2、固定块3通过固定螺钉连接;所述轴承1、轴承2和轴承3分别安装在固定块1、固定块2和固定块3上;所述丝杠3通过轴承1、轴承2和轴承3安装在末端执行器承接机构上,所述滑块3安装在丝杠3上,轴承3固定处安装轴承端盖;所述滑轮导轨安装在上固定板上;所述滑轮安装在滑块3上。
进一步地,所述抓取机构包括左侧抓取机构、右侧抓取机构和变瓶径模块,左侧抓取机构和右侧抓取机构通过轴承安装在滑块3上;所述左侧抓取机构包括左侧主动杆、左侧连接杆1、左侧手指连接杆、左侧连接小杆、左侧连接杆2、左侧连接杆3、左侧定位杆件支承和左手指;所述左侧连接杆1分别与左侧主动杆、左侧连接杆2和左手指连接,所述左侧手指连接杆分别与左侧连接杆3、左侧连接小杆和左手指连接,所述左侧连接小杆分别与左侧连接杆2和左侧连接杆3连接,左侧连接杆3与左侧定位杆件支承连接;所述左侧连接杆3和左侧定位杆件支承固定在末端执行器承接机构上;所述右侧抓取机构与左侧抓取机构连接方式相同。电机驱动丝杠3,使滑块3沿Y轴方向运动,由于左右侧主动杆连接在滑块3上,左右侧主动杆带动左右侧连接杆1运动,因为设计的平行四边形机构,使得左右手指始终垂直于抓握线,保证了末端执行器的平行抓取。为了使抓取更加可靠,利用末端执行器始终垂直于夹持平面轨道和平行运动的优点,对左右手指的形状也进行了特殊处理,在左右手指上开了互补的卡槽,可以生成不同形状的菱形位置,利用菱形的两对边内切圆大小变化,就可以实现对更小瓶径的夹取。
进一步地,所述变瓶径模块包括左侧传动齿轮、右侧传动齿轮、左侧二级杆、右侧二级杆、左侧长定位套筒、右侧高定位套筒、变速齿轮1、变速齿轮2、变速杆,所述左侧二级杆、右侧二级杆和变速杆分别固定在末端执行器承接机构上,所述左侧传动齿轮、左侧连接杆2、左侧长定位套筒和变速齿轮2安装在左侧二级杆上,所述右侧传动齿轮、右侧连接杆2和右侧高定位套筒分别固定在右侧二级杆上;所述左侧传动齿轮与右侧传动齿轮咬合在一起,传动比为1:1;所述变速齿轮1固定在变速杆上,变速齿轮1与变速齿轮2咬合在一起,传动比为1:2,所述变速杆通过电机驱动,变速齿轮1和变速齿轮2差速传动控制速度,同时,带动左侧传动齿轮和右侧传动齿轮同步传动,带动左侧连接杆2和右侧连接杆2分别绕左侧二级杆和右侧二级杆同步转动,带动左手指和右手指相对或相向运动,从而实现末端执行器变瓶径操作。
与现有技术相比,本发明的优点和有益效果是:本发明提供了一种用于变瓶径抓取的配药机器人,使用曲柄滑块结构,通过控制通过调节曲柄的角度,实现了末端执行器的变瓶径抓取,使用一组平行四边形机构使得手指在抓取时始终保持与轴线垂直,使药瓶抓取更稳定,并且通过左右手指的互补特性,实现了更小瓶径的抓取。
附图说明
图1为本发明的用于变瓶径抓取的配药机器人的结构组成示意图;
图2为本发明的用于变瓶径抓取的配药机器人驱动模块的结构组成示意图;
图3为本发明的用于变瓶径抓取的配药机器人末端执行器的结构组成示意图
图4为本发明的用于变瓶径抓取的配药机器人末端执行器抓取机构的结构组成示意图1;
图5为本发明的用于变瓶径抓取的配药机器人末端执行器抓取机构的结构组成示意图2;
附图标号名称说明:1、驱动模块;2、末端执行器;3、电机1;4、滑块1;5、沿Z轴的滑动装置;6、沿Z轴的转动装置;7、伺服电机;8、滑轨1;9、丝杠1;10、电机座;11、连接板;12、滑块2;13、丝杠2;14、承接底座;15、沿Y轴的滑动装置;16、末端执行器承接机构;17、固定块1;18、丝杠3;19、轴承1;20、上固定板;21、轴承2;22、滑轮导轨;23、滑轮;24、抓取机构;25、固定块3;26、轴承端盖;27、轴承3;28、滑块3;29、固定块2;30、下固定板;31、左侧主动杆;32、左侧连接杆1;33、左侧连接杆2;34、左侧连接小杆;35、左侧手指连接杆;36、左侧连接杆3;37、左侧定位杆件支承;38、左手指;39、左侧抓取机构;40、末端执行器驱动模块;41、右侧抓取机构;42、变速杆;43、变速齿轮1;44、变速齿轮2;45、左侧长定位套筒;46、左侧二级杆;47、左侧传动齿轮;48、右侧传动齿轮;49、右侧二级杆;50、右侧连接杆2;51、右侧高定位套筒。
具体实施方式
本发明提供了一种用于变瓶径抓取的配药机器人,下面将结合附图及实施例,对本发明做进一步的详细说明。
本发明的结构如图1所示,主要是由驱动模块和末端执行器两部分组成。
如图2所示为驱动模块,包括沿Z轴的滑动装置、绕Z轴的转动装置和沿Y轴的滑动装置;沿Z轴的滑动装置包括滑轨1、丝杠1、步进电机1和滑块1,滑动装置通过步进电机1驱动丝杠1使滑块1在滑轨1上实现滑动;绕Z轴的转动装置包括绕Z轴转动驱动伺服电机、电机座、连接板和承接底座,电机座和承接底座通过连接板进行连接,连接板通过固定螺钉固定在承接底座上,转动装置通过驱动伺服电机实现承接底座绕Z轴的在-50°至50°范围内转动,增加了承接底座的工作范围;沿Y轴的滑动装置包括是丝杠2、滑块2、承接底座,丝杠2安装在承接底座上,滑块2通过丝杠2实现沿Y轴的滑动。
如图3所示为末端执行器,包括抓取机构、丝杠3、滑块3、末端执行器承接机构、轴承1、轴承2、轴承3、轴承端盖、滑轮导轨、滑轮;末端执行器承接机构包括固定块1、上固定板、下固定板、固定块2、固定块3,固定块1分别与上固定板、下固定板通过固定螺钉连接;下固定板分别与固定块2、固定块3通过固定螺钉连接;轴承1、轴承2和轴承3分别安装在固定块1、固定块2和固定块3上;所述丝杠3通过轴承1、轴承2和轴承3安装在末端执行器承接机构上,所述滑块3安装在丝杠3上,轴承3固定处安装轴承端盖;所述滑轮导轨安装在上固定板上;所述滑轮安装在滑块3上。
如图4所示为抓取机构,包括左侧抓取机构、右侧抓取机构和变瓶径模块,左侧抓取机构和右侧抓取机构通过轴承安装在滑块3上;左侧抓取机构包括左侧主动杆、左侧连接杆1、左侧手指连接杆、左侧连接小杆、左侧连接杆2、左侧连接杆3、左侧定位杆件支承和左手指;左侧连接杆1分别与左侧主动杆、左侧连接杆2和左手指连接,左侧手指连接杆分别与左侧连接杆3、左侧连接小杆和左手指连接,左侧连接小杆分别与左侧连接杆2和左侧连接杆3连接,左侧连接杆3与左侧定位杆件支承连接;左侧连接杆3和左侧定位杆件支承固定在末端执行器承接机构上;右侧抓取机构与左侧抓取机构连接方式相同。电机驱动丝杠3,使滑块3沿Y轴方向运动,由于左右侧主动杆连接在滑块3上,左右侧主动杆带动左右侧连接杆1运动,因为设计的平行四边形机构,使得左右手指始终垂直于抓握线,保证了末端执行器的平行抓取。
如图5所示,变瓶径模块包括左侧传动齿轮、右侧传动齿轮、左侧二级杆、右侧二级杆、左侧长定位套筒、右侧高定位套筒、变速齿轮1、变速齿轮2、变速杆,左侧二级杆、右侧二级杆和变速杆分别固定在末端执行器承接机构上,左侧传动齿轮、左侧连接杆2、左侧长定位套筒和变速齿轮2安装在左侧二级杆上,右侧传动齿轮、右侧连接杆2和右侧高定位套筒分别固定在右侧二级杆上;左侧传动齿轮与右侧传动齿轮咬合在一起,传动比为1:1;变速齿轮1固定在变速杆上,变速齿轮1与变速齿轮2咬合在一起,传动比为1:2,变速杆通过电机驱动,变速齿轮1和变速齿轮2差速传动控制速度,同时,带动左侧传动齿轮和右侧传动齿轮同步传动,带动左侧连接杆2和右侧连接杆2分别绕左侧二级杆和右侧二级杆同步转动,带动左手指和右手指相对或相向运动,从而实现末端执行器变瓶径操作。
Claims (5)
1.一种用于变瓶径抓取的配药机器人,其特征在于:包括驱动模块(1)和末端执行器(2);所述驱动模块(1)通过滑块2(12)与末端执行器(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于变瓶径抓取的配药机器人,其特征在于:所述驱动模块(1)包括沿Z轴的滑动装置(5)、绕Z轴的转动装置(6)和沿Y轴的滑动装置(15);所述沿Z轴的滑动装置(5)包括滑轨1(8)、丝杠1(9)、步进电机1(3)和滑块1(4),所述滑动装置(5)通过步进电机1(3)驱动丝杠1(9)使滑块1(4)在滑轨1(8)上实现滑动;所述绕Z轴的转动装置(6)包括绕Z轴转动驱动伺服电机(7)、电机座(10)、连接板(11)和承接底座(14),电机座(10)和承接底座(14)通过连接板(11)进行连接,连接板(11)通过固定螺钉固定在承接底座(14)上,所述转动装置(6)通过驱动伺服电机(7)实现承接底座(14)绕Z轴的转动;所述沿Y轴的滑动装置(15)包括是丝杠2(13)、滑块2(12)、承接底座(14),丝杠2(13)安装在承接底座(14)上,滑块2(12)通过丝杠2(13)实现沿Y轴的滑动。
3.根据权利要求1所述的一种用于变瓶径抓取的配药机器人,其特征在于:所述末端执行器(2)包括抓取机构(24)、丝杠3(18)、滑块3(28)、末端执行器承接机构(16)、轴承1(19)、轴承2(21)、轴承3(27)、轴承端盖(26)、滑轮导轨(22)、滑轮(23);所述末端执行器承接机构(16)包括固定块1(17)、上固定板(20)、下固定板(30)、固定块2(29)、固定块3(25),所述固定块1(17)分别与上固定板(20)、下固定板(30)通过固定螺钉连接;所述下固定板(30)分别与固定块2(29)、固定块3(25)通过固定螺钉连接;所述轴承1(19)、轴承2(21)和轴承3(27)分别安装在固定块1(17)、固定块2(29)和固定块3(25)上;所述丝杠3(18)通过轴承1(19)、轴承2(21)和轴承3(27)安装在末端执行器承接机构(16)上,所述滑块3(28)安装在丝杠3(18)上,轴承3(27)固定处安装轴承端盖(26);所述滑轮导轨(22)安装在上固定板(20)上;所述滑轮(23)安装在滑块3(28)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于变瓶径抓取的配药机器人,其特征在于:所述抓取机构(24)包括左侧抓取机构(39)、右侧抓取机构(41)和变瓶径模块(40),所述左侧抓取机构(39)和右侧抓取机构(41)通过轴承安装在滑块3(28)上;所述左侧抓取机构(39)包括左侧主动杆(31)、左侧连接杆1(32)、左侧手指连接杆(35)、左侧连接小杆(34)、左侧连接杆2(33)、左侧连接杆3(36)、左侧定位杆件支承(37)和左手指(38);所述左侧连接杆1(32)分别与左侧主动杆(31)、左侧连接杆2(33)和左手指(38)连接,所述左侧手指连接杆(35)分别与左侧连接杆3(36)、左侧连接小杆(34)和左手指(38)连接,所述左侧连接小杆(34)分别与左侧连接杆2(33)和左侧连接杆3(36)连接,左侧连接杆3(36)与左侧定位杆件支承(37)连接;所述左侧连接杆3(36)和左侧定位杆件支承(37)固定在末端执行器承接机构(16)上;所述右侧抓取机构(41)与左侧抓取机构(39)连接方式相同。
5.根据权利要求4所述的一种用于变瓶径抓取的配药机器人,其特征在于:所述变瓶径模块(40)包括左侧传动齿轮(47)、右侧传动齿轮(48)、左侧二级杆(46)、右侧二级杆(49)、左侧长定位套筒(45)、右侧高定位套筒(51)、变速齿轮1(43)、变速齿轮2(44)、变速杆(42),所述左侧二级杆(46)、右侧二级杆(49)和变速杆(42)分别固定在末端执行器承接机构(16)上,所述左侧传动齿轮(47)、左侧连接杆2(33)、左侧长定位套筒(45)和变速齿轮2(44)安装在左侧二级杆(46)上,所述右侧传动齿轮(48)、右侧连接杆2(50)和右侧高定位套筒(51)分别固定在右侧二级杆(49)上;所述左侧传动齿轮(47)与右侧传动齿轮(48)咬合在一起;所述变速齿轮1(43)固定在变速杆(42)上,变速齿轮1(43)与变速齿轮2(44)咬合在一起,所述变速杆(42)通过电机驱动,变速齿轮1(43)和变速齿轮2(44)差速传动控制速度,同时,带动左侧传动齿轮(47)和右侧传动齿轮(48)同步传动,带动左侧连接杆2(33)和右侧连接杆2(50)绕左侧二级杆(46)和右侧二级杆(49)转动,带动左手指(38)和右手指相对或相向运动,从而实现末端执行器变瓶径操作。
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