CN112975942A - 一种基于机器人的智能煎药系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器人的智能煎药系统，包括控制系统及执行系统；所述控制系统用于控制所述执行系统；所述执行系统包括：机器人，包括机械臂以及机械手爪；煎制预处理装置，包括用于放置原料药材的容器、清洗以及注水装置；煎药机，用于煎制中药；输送装置，用于原料的输入，成品药液和药渣的输出；若干包装装置，用于煎制获得的成品药液的包装；若干检测/识别装置，用于检测煎药系统中各种需检测的状态；识别所述煎药系统中所有需识别的对象；系统安全控制装置，用于所述煎药系统的安全控制；信息交互装置，包括人机交互和系统互联。本发明的智能煎药系统为基本模块，可以通过先进的系统互联技术方便地组成各种规模的中药煎制生产线。

Description

一种基于机器人的智能煎药系统
技术领域
本发明属于中药煎制设备领域，具体为一种基于机器人的智能煎药系统。
背景技术
中药是我国数千年文明的瑰宝，为增进人类的健康做出了重要的贡献。我国正在加快推进中医药的现代化、产业化建设。努力推动中医药事业和产业的高质量发展。
众所周知，中药的煎制是中药最为常用的加工方法之一。但中药煎制过程的工艺要求复杂且不易掌控，传统的人工煎制效率低下、难以完全满足煎制中药规模化生产要求。现有的用于中药煎制的自动化设备，仍然高度依赖于人工操作。主要原因是中药煎制不同于一般的产品的生产，药方因人而异，药材对煎制的要求也因方而异，具有非常明显的个性化定制服务的属性。而现有的自动化设备、生产线很难完全满足要求。
基于中药煎制的个性化定制的这一属性，如果再加上规模化生产，则对煎药设备的智能化提出很高的要求。因此，亟需一种能够适应于规模生产需求的具备个性化定制能力的煎药系统，以推动中药煎药生产在工业4.0时代的技术以及生产模式的转型升级。
发明内容
为了克服现有技术中的自动化设备、系统不能适应于中药煎制领域的自动化、智能化转型升级，本发明提供了一种基于机器人的智能煎药系统，能够实现中药煎制领域的自动化、智能化转型升级，具备提供个性化的定制煎药服务的能力；同时所述智能煎药系统兼容现有设备，以降低技术迁移的成本。所述智能煎药系统可方便地组合构成各种规模的智能中药煎制生产线，以适应各种不同的生产规模需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于机器人的智能煎药系统，包括控制系统及执行系统；
所述控制系统用于控制所述执行系统完成中药煎制的各个工艺逻辑过程，记录、储存相关工艺过程的数据信息；
所述执行系统包括机器人、煎制预处理装置、若干煎药机、若干检测装置及识别装置；其中：
所述机器人包括机械臂以及安装于该机械臂的腕部的机械手爪，所述机械臂作为所述机械手爪的运动与支撑机构，所述机械手爪用于执行抓取操作，该机器人用于执行物料的转移、搬运等任务；
所述煎制预处理装置包括用于放置原料药材的容器、清洗以及注水装置，用于完成中药煎制前所需的处理；
所述煎药机用于煎制中药；
所述检测装置用于检测所述煎药系统中各种需检测的状态；
所述识别装置用于识别所述煎药系统中所需识别的对象。
进一步的，所述控制系统包括主控制单元以及若干子控制单元，所述主控制单元与若干子控制单元进行通信连接；所述主控制单元，作为所述煎药系统的总控制中心，用于接收煎药任务并向各个子控制单元下发具体控制任务，收集所述下位子控制单元的反馈信息并进行处理，完成系统运行所需要的信息采集、处理、判断及控制。
进一步的，所述若干子控制单元包括：
第一子控制单元，该子控制单元设有机械臂接口，通过该机械臂接口控制所述机械臂执行运动任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述机械臂所需执行的任务并反馈所述机械臂的运动状态信息；
第二子控制单元，该子控制单元设有机械手爪接口，通过该机械手爪接口控制所述机械手爪执行抓取任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述机械手爪所需执行的任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第三子控制单元，该子控制单元设有煎制预处理装置接口，通过所述煎制预处理装置接口控制所述预处理装置的清洗、注水装置，以完成清洗、注水、浸泡等预处理任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所需进行的预处理任务信息并反馈其所执行的预处理任务的状态信息；
第四子控制单元，该子控制单元设有若干煎药机控制接口，通过所述煎药机控制接口控制所述煎药机完成原料药材的加温煎制；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取各所述煎药机的煎制任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第五子控制单元，该子控制单元设有若干检测装置接口及若干识别装置接口：通过所述检测装置接口接收所述检测装置所采集到的检测信息，且将所述检测信息传输至其他各个子控制单元；通过所述识别装置接口接收所述识别装置所采集的识别信息；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取执行指令并传送状态检测及识别的信息。
根据一个优选实施例，所述执行系统还包括输送装置：用于原料的输入，成品药液和药渣的输出。
根据一个优选实施例，所述若干子控制单元还包括第六子控制单元，该子控制单元设有输送装置接口，通过所述输送装置接口控制所述输送装置完成原料的输入、成品药液和废料的输出；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述输送任务并反馈其所执行任务的状态信息。
根据一个优选实施例，所述执行系统还包括若干包装装置：用于完成成品药液的包装。
根据一个优选实施例，所述若干子控制单元还包括第七子控制单元，该子控制单元设有若干包装装置接口，通过所述包装装置接口控制所述包装装置完成成品药液的包装；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取执行指令并反馈其所执行任务的状态信息。
根据一个优选实施例，所述执行系统还包括信息交互装置：用于完成所述智能煎药系统和外界的信息交互，包括人机交互和设备互联。
根据一个优选实施例，所述若干子控制单元还包括第八子控制单元，该子控制单元设有信息交互接口，通过所述信息交互接口控制所述信息交互装置进行人机交互和设备互联；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取逻辑指令及数据信息。
根据一个优选实施例，所述执行系统还包括系统安全控制装置：用于所述煎药系统的安全控制。
根据一个优选实施例，所述若干子控制单元还包括第九子控制单元，该子控制单元设有系统安全控制装置接口，通过所述安全控制接口控制所述系统安全控制装置，在系统非正常状态下完成必须的安全控制指令，以保证操作人员及整个系统运行的安全；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述安全控制装置的执行指令并反馈系统状态信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，本发明的基于机器人的智能煎药系统实现了中药煎制的自动化、智能化生产，具体包括：
1、通过所述控制系统控制所述执行系统，实现了中药煎制工艺中的煎制预处理、煎制、成品药液的包装、设备自动清洗等任务的自动化操作。
2、所述控制系统通过“主控-子控”的分级控制，有利于提高系统的生产安全，降低和分散了生产安全的风险，所述执行系统的具体的各类装置或者设备通过独立的子控制单元进行控制，实现了主控制单元对整个煎药系统的智能控制、子控制单元对各类装置和设备的自动化以及智能控制，在中药煎制过程中，即使主控制单元或者某些子控制单元出现故障，也不会影响该次中药煎制，进而保证中药药液的质量。同时，这种模块化设计能够提高所述智能煎药系统对现有装置或设备的兼容性。
3、通过所述检测、识别装置采集所述智能煎药系统的各项运行状态信息，形成闭环控制且实现即时监控，结合所述系统安全控制装置实现安全控制和安全生产。
4、可以通过先进的设备互联技术方便地组成各种规模的中药煎制生产线。
附图说明
图1为实施例的基于机器人的智能煎药系统的控制系统的构成示意图。
图2为图1的A处的连接关系示意图。
图3为图1的B处的连接关系示意图
图4为图1的基于机器人的智能煎药系统还包括输送装置、若干包装装置、信息交互装置以及系统安全控制装置的控制系统的构成示意图。
图5为图4的C处的连接关系示意图。
图号说明：
10.主控制单元，11.第一子控制单元，110.机械臂接口，12.第二子控制单元，120.机械手爪接口，13.第三子控制单元，130.煎制预处理装置接口，14.第四子控制单元，140.煎药锅控制接口，15.第五子控制单元，150.检测装置接口，151.识别装置接口，16.第六子控制单元，160.输送装置接口，17.第七子控制单元，170.包装装置接口，18.第八子控制单元，180.信息交互接口，19.第九子控制单元，190.系统安全控制装置接口。
20.机器人，201.机械臂，202.机械手爪，21.煎制预处理装置，22.煎药机，23.检测装置，24.识别装置，25.输送装置，26.包装装置，27.信息交互装置，28.系统安全控制装置。
30.外部设备。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本实施例的基于机器人的智能煎药系统，包括控制系统以及执行系统；
所述控制系统用于控制所述执行系统完成中药煎制的各个工艺逻辑过程，记录、储存相关工艺过程的数据信息；
所述执行系统包括机器人、煎制预处理装置、若干煎药机、若干检测装置及识别装置；其中：
所述机器人包括机械臂以及安装于该机械臂的腕部的机械手爪，所述机械臂作为所述机械手爪的运动与支撑机构，所述机械手爪用于执行抓取操作，该机器人用于执行物料的转移、搬运等任务；
所述煎制预处理装置包括用于放置原料药材的容器、清洗以及注水装置，所述容器优选为浸泡桶，所述清洗装置优选为高压水枪，所述注水装置优选为带有阀门的管道，用于执行中药煎制前所需的处理；
所述煎药机用于煎制中药；
所述检测装置包括温度传感器、压力传感器等，用于检测所述煎药系统中各种需检测的状态；
所述识别装置优选为扫码枪，用于识别所述煎药系统中所需识别的对象。
所述煎药系统进行一次中药煎制的步骤主要包括药材的识别与抓取、煎制预处理、以及煎制。
具体包括：待煎制的中药药包上设有唯一的识别标签，例如条形码、二维码等，经所述识别装置识别后，判定是否为目标药包(煎制对象)。如判定为目标药包，由所述机器人的机械手爪抓取并放入所述煎制预处理装置中的浸泡桶；如判定为非目标药包，则所述机器人无动作且所述中药药包不会输入该智能煎药系统。其中每一个浸泡桶对应一个药包。通过所述机器人将浸泡桶内的浸泡液以及药材转移到所述煎药机中，然后由所述煎药机按照给定的煎药程序进行煎制，煎制完成后执行下一步骤。
所述煎药系统中，所有步骤均通过所述控制系统进行控制，所述控制系统根据每个药包的煎制要求向所述执行系统的各个装置或设备发送相应的执行任务的信息，再由所述执行系统的各个装置或者设备执行相应的任务，从而实现中药煎制工艺的自动化以及智能控制。
如图1所示，进一步的，所述控制系统包括主控制单元10以及若干子控制单元，所述主控制单元10与若干子控制单元进行通信连接；所述主控制单元10，作为所述煎药系统的总控制中心，用于接收煎药任务并向各个子控制单元下发具体控制任务，收集所述下位子控制单元的反馈信息并进行处理，完成系统运行所需要的信息采集、处理、判断及控制。所述子控制单元用于独立的控制某一装置或者设备。所述主控制单元10在向某一子控制单元下发控制任务后，例如用于控制煎药机22的子控制单元，煎药机22在所述用于控制煎药机22的子控制单元的控制下完成煎制。由于整个煎药过程复杂，若采用现有的一般单一控制中心的方案，则容易出现控制系统一旦出现故障，极其容易导致中药煎制出错，煎制得到的药液被报废。本实施例的智能煎药系统的优点在于，采用“主控-子控”的分级、分布式控制方案，在主控制单元10出现故障的情况下，所述子控制单元若是已收到控制任务，则具体的控制任务和中药煎制的相关工艺不会受主控制单元的故障的影响，若所述子控制单元未接收到控制任务或者接收未完成，则不会开始相应的控制任务，从而有效地降低了药液的报废率。
通过所述主控制单元10和子控制单元的分级控制，保证了各项操作的安全性，同时降低和分散了控制系统的故障风险。同时，这种模块化设计能够提高所述智能煎药系统对现有装置或设备的兼容性。对于所述煎药系统而言，多个煎药机22的使用中，例如：所述煎制预处理装置21正在执行开始煎制前的预处理操作，而其他煎药机22还在执行煎制任务，若用于控制所述煎制预处理装置21的子控制单元或者该煎制预处理装置21发生故障时，煎药机22由单独的子控制单元控制则不会受到所述故障的影响。
进一步的，所述若干子控制单元包括：
第一子控制单元11，该子控制单元11设有机械臂接口110，通过该机械臂接口110控制所述机械臂201执行运动任务；该子控制单元11还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取所述机械臂201所需执行的任务并反馈所述机械臂201的运动状态信息；
第二子控制单元12，该子控制单元12设有机械手爪接口120，通过该机械手爪接口120控制所述机械手爪202执行抓取任务；该子控制单元120还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取所述机械手爪202所需执行的任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第三子控制单元13，该子控制单元13设有煎制预处理装置接口130，通过所述煎制预处理装置接口130控制所述煎制预处理装置21的清洗、注水装置，以完成清洗、注水、浸泡等预处理任务；该子控制单元13还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取所需进行的预处理任务信息并反馈其所执行的预处理任务的状态信息；
第四子控制单元14，结合图2所示，该子控制单元14设有若干煎药机控制接口140，通过所述煎药机控制接口140控制所述煎药机22完成原料药材的加温煎制；该子控制单元14还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取各所述煎药机22的煎制任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第五子控制单元15，结合图3所示，该子控制单元15设有若干检测装置接口150及若干识别装置接口151：通过所述检测装置接口150接收所述检测装置23所采集到的检测信息，且将所述检测信息传输至其他各个子控制单元；通过所述识别装置接口151接收所述识别装置24所采集的识别信息；该子控制单元15还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取执行指令并传送状态检测及识别的信息。
如图4所示，优选的，所述执行系统包括输送装置25，且优选为传送带，用于原料药材的输入、成品药液和药渣的输出。
优选的，所述若干子控制单元还包括第六子控制单元16，该子控制单元16设有输送装置接口160，通过所述输送装置接口160控制所述输送装置25完成原料的输入、成品药液和废料的输出；该子控制单元16还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取所述输送任务并反馈其所执行任务的状态信息。
通过所述输送装置25可实现输入、输出的自动化，还便于所述智能煎药系统与其他设备、生产系统构成生产线。
优选的，所述执行系统还包括若干包装装置26：用于完成成品药液的包装。
优选的，所述若干子控制单元还包括第七子控制单元17，结合图5所示，该子控制单元设有若干包装装置接口170，通过所述包装装置接口170控制所述包装装置26完成成品药液的包装；该子控制单元17还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取执行指令并反馈其所执行任务的状态信息。
所述成品药液的包装步骤包括：由包装装置26将所述煎药机22中的成品药液转移出来并进行包装。
包装步骤结束后，配合所述输送装置25，所述机器人20将所述煎药机22中的药渣转移至所述煎药系统内的空置的煎制预处理装置21的用于放置原料药材的容器中，并连同该容器一起转移到所述输送装置25上，由该输送装置25将其输出；所述煎制预处理装置21的清洗装置随后执行煎药机22的清洗任务，完成后等待进行下一个煎药任务。
优选的，所述执行系统还包括信息交互装置27：用于完成所述智能煎药系统和外界的信息交互，包括人机交互和设备互联。
优选的，所述若干子控制单元还包括第八子控制单元18，该子控制单元18设有信息交互接口180，通过所述信息交互接口180控制所述信息交互装置27进行人机交互和设备互联；该子控制单元18还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取逻辑指令及数据信息。所述信息交互装置27采用现有产品，可以是例如常规的鼠标、键盘、显示器等装置，或者是带有触摸控制功能的显示设备、适用的通信接口等。
通过所述信息交互装置27还可以进一步与外部设备30进行设备互联以构成物联网。其中，所述物联网可以采用有线或无线通信网络构成。
优选的，所述执行系统还包括系统安全控制装置28：用于所述煎药系统的安全控制。
优选的，所述若干子控制单元还包括第九子控制单元19，该子控制单元19设有系统安全控制装置接口190，通过所述安全控制接口190控制所述系统安全控制装置28，在系统非正常状态下完成必须的安全控制指令，以保证操作人员及整个系统运行的安全；该子控制单元19还与所述主控制单元10进行通信连接，以获取所述安全控制装置28的执行指令并反馈系统状态信息。
结合本发明的智能煎药系统的模块化设计和现有系统互联技术可以方便地组成各种规模中药煎制生产线。
以上实施例详细介绍了本发明的智能煎药系统的构成以及工作原理，容易理解，所述智能煎药系统的硬件装置或者设备均是现有技术中的常规产品：所述控制系统的主控制单元10及各子控制单元的硬件设备可采用但不限于现有通用计算平台、基于单片机/PLC等的嵌入式系统；所述执行系统的机器人20、煎制预处理装置21、若干煎药机22、输送装置25、若干包装装置26、检测/识别装置23、24，信息交互装置27以及系统安全控制装置28等设备均是可以通过市售获得的常规产品，不属于本发明所改进的部分，本领域技术人员容易按所述本发明构成的原理将这些现有产品应用以实施本发明。容易理解的是，本发明未对这些现有产品进行详细介绍并不影响本领域技术人员实施本发明，例如扫码枪、温度/压力传感器等通过其相应的接口进行连接，这都是本领域的常规手段，本领域技术人员根据其一般普通知识即可实施。
同样，也容易理解本系统中的具体连接手段，例如有线连接、无线连接均能够实现本发明的技术方案，本领域技术人员可以根据需要而进行选择、替换。但是，显然的，只要根据所述的本发明的技术方案构成智能化煎药系统，不论技术人员选择采取什么技术手段实现，都将落入本发明的权利要求书所要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于机器人的智能煎药系统，其特征在于包括控制系统及执行系统；
所述控制系统用于控制所述执行系统完成中药煎制的各个工艺逻辑过程，记录、储存相关工艺过程的数据信息；
所述执行系统包括机器人、煎制预处理装置、若干煎药机、若干检测装置及识别装置；其中：
所述机器人包括机械臂以及安装于该机械臂的腕部的机械手爪，所述机械臂作为所述机械手爪的运动与支撑机构，所述机械手爪用于执行抓取操作，该机器人用于执行物料的转移、搬运等任务；
所述煎制预处理装置包括用于放置原料药材的容器、清洗以及注水装置，用于完成中药煎制前所需的处理；
所述煎药机用于煎制中药；
所述检测装置用于检测所述煎药系统中各种需检测的状态；
所述识别装置用于识别所述煎药系统中所需识别的对象。
2.根据权利要求1所述的智能煎药系统，其特征在于，所述控制系统包括主控制单元以及若干子控制单元，所述主控制单元与若干子控制单元进行通信连接；所述主控制单元，作为所述煎药系统的总控制中心，用于接收煎药任务并向各个子控制单元下发具体控制任务，收集所述下位子控制单元的反馈信息并进行处理，完成系统运行所需要的信息采集、处理、判断及控制。
3.根据权利要求2所述的智能煎药系统，其特征在于，所述若干子控制单元包括：
第一子控制单元，该子控制单元设有机械臂接口，通过该机械臂接口控制所述机械臂执行运动任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述机械臂所需执行的任务并反馈所述机械臂的运动状态信息；
第二子控制单元，该子控制单元设有机械手爪接口，通过该机械手爪接口控制所述机械手爪执行抓取任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述机械手爪所需执行的任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第三子控制单元，该子控制单元设有煎制预处理装置接口，通过所述煎制预处理装置接口控制所述预处理装置的清洗、注水装置，以完成清洗、注水、浸泡等预处理任务；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所需进行的预处理任务信息并反馈其所执行的预处理任务的状态信息；
第四子控制单元，该子控制单元设有若干煎药机控制接口，通过所述煎药机控制接口控制所述煎药机完成原料药材的加温煎制；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取各所述煎药机的煎制任务并反馈其所执行任务的状态信息；
第五子控制单元，该子控制单元设有若干检测装置接口及若干识别装置接口：通过所述检测装置接口接收所述检测装置所采集到的检测信息，且将所述检测信息传输至其他各个子控制单元；通过所述识别装置接口接收所述识别装置所采集的识别信息；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取执行指令并传送状态检测及识别的信息。
4.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述执行系统还包括输送装置：用于原料的输入，成品药液和药渣的输出。
5.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述若干子控制单元还包括第六子控制单元，该子控制单元设有输送装置接口，通过所述输送装置接口控制所述输送装置完成原料的输入、成品药液和废料的输出；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述输送任务并反馈其所执行任务的状态信息。
6.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述执行系统还包括若干包装装置：用于完成成品药液的包装。
7.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述若干子控制单元还包括第七子控制单元，该子控制单元设有若干包装装置接口，通过所述包装装置接口控制所述包装装置完成成品药液的包装；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取执行指令并反馈其所执行任务的状态信息。
8.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述执行系统还包括信息交互装置：用于完成所述智能煎药系统和外界的信息交互，包括人机交互和设备互联。
9.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述若干子控制单元还包括第八子控制单元，该子控制单元设有信息交互接口，通过所述信息交互接口控制所述信息交互装置进行人机交互和设备互联；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取逻辑指令及数据信息。
10.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述执行系统还包括系统安全控制装置：用于所述煎药系统的安全控制。
11.根据权利要求3所述的智能煎药系统，其特征在于，所述若干子控制单元还包括第九子控制单元，该子控制单元设有系统安全控制装置接口，通过所述安全控制接口控制所述系统安全控制装置，在系统非正常状态下完成必须的安全控制指令，以保证操作人员及整个系统运行的安全；该子控制单元还与所述主控制单元进行通信连接，以获取所述安全控制装置的执行指令并反馈系统状态信息。
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