CN113001564A - 基于工业机器人的自动配液系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种基于工业机器人的自动配液系统及方法，旨在解决现有的配液系统自动化程度低、精度差的问题，其中系统包括感知单元、存储单元、处理单元、PLC控制单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元和设置于六轴机械手单元端部的夹爪单元，六轴机械手单元带动夹爪单元进行液袋中液体的抽取；感知单元用于检测西林瓶的种类并传输信息至处理单元；处理单元基于获取的信息与存储单元中的预设指令进行匹配，PLC控制单元基于处理单元获取的匹配信息下发是否启动六轴机械手单元进行抽液或配液的指令，以及下发是否启动摇匀平台单元的指令；通过本发明可实现西林瓶的自动精准配液，有效减少人工参与，提高工作效率。

Description

基于工业机器人的自动配液系统及方法

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种基于工业机器人的自动配液系统及方法。

背景技术

近些年来，随着技术的发展，基于机械臂的配液机器人已经出现在一些医院中，但现有的配液机器人的控制方法及系统对精度和效率不能做到兼顾，如果对精度要求严格的话，工作效率会严重下降，如果提高效率的话，精度则会大大降低，自动化程度较低，人工参与工序多。

目前医院静脉药物调配方式主要还是医护人员手工操作，由于医院各科室的静脉药物需求都比较大，手工操作不仅占用医院大量人力和物力，同时还增加了损害护理人员健康及药液污染的风险。随着机器人技术的发展，市面逐渐出现静脉药物调配机器人，现有技术中的设备结构较为复杂，并且只针对于肿瘤科的配药流程，对于医院的普通科室体积庞大，价格昂贵，不利于使用。此外，现有技术中公开的用于医院辅助人工进行配液的机器人，每天配液的任务量很大，其夹持装置需要不断地对药瓶进行松开和夹紧的动作，现有的夹持装置大多采用转动齿轮和阻尼弹簧来完成对药瓶的松开和夹紧，但是实际中所夹持大量药瓶的外径并不相同，对于不同尺寸的待夹持药瓶，经常会出现齿轮转动松开过多或者松开不到位，形成打齿及药瓶无法放置到位的问题，同时，对于不同尺寸的药瓶，齿轮的夹紧作用无法精准控制，易将药瓶夹伤甚至夹爆。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决现有的自动配液系统自动化程度低、精度差的问题，本发明提供了一种基于工业机器人的自动配液系统及方法。

本发明的第一方面提供了基于工业机器人的自动配液系统，该系统包括感知单元、存储单元、处理单元、PLC控制单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元和夹爪单元，所述感知单元与所述处理单元通信连接；所述存储单元、所述处理单元、所述六轴机械手单元、所述摇匀平台单元均与所述PLC控制单元通信连接；所述夹爪单元设置于所述六轴机械手单元的端部，所述六轴机械手单元基于所述夹爪单元夹持的注射器进行对应液袋中液体的抽取；

所述感知单元用于检测西林瓶的种类并传输检测信息至所述处理单元；所述处理单元基于获取的信息与所述存储单元中的预设指令进行匹配，所述PLC控制单元基于所述处理单元获取的匹配信息下发是否启动所述六轴机械手单元进行抽液或配液的指令，以及下发是否启动所述摇匀平台单元的指令。

在一些优选实施例中，所述摇匀平台单元包括平旋机构、翻转机构和总控装置，所述平旋机构、所述翻转机构均与所述总控装置通信连接；

所述平旋机构包括平旋驱动装置、传动装置和转盘，所述传动装置设置于所述平旋驱动装置的动力输出端；所述转盘与所述传动装置的动力输出端固定连接；所述转盘的底部设置有平旋电机罩，所述平旋驱动装置设置于所述平旋电机罩的内部；所述平旋电机罩的内部还设置有平旋限位装置，所述平旋限位装置与所述总控装置信号连接；在平旋状态下，所述转盘在所述平旋驱动装置的驱动下在第一平面内翻转；所述总控装置基于所述平旋限位装置的检测信息控制所述平旋驱动装置的开关；

所述翻转机构包括翻转驱动装置和连接装置，所述连接装置的一端与所述翻转驱动装置的动力输出端固定连接，另一端固设于所述平旋电机罩的侧部；所述翻转驱动装置的侧壁设置有翻转限位装置，所述翻转限位装置与所述总控装置信号连接；在翻转状态下，所述平旋机构在所述翻转驱动装置的驱动下在第二平面内翻转；所述总控装置基于所述翻转限位装置的检测信息控制所述翻转驱动装置的开关；所述第二平面与所述第一平面垂直设置。

在一些优选实施例中，所述传动装置包括平旋主齿轮和平旋传动齿轮，所述平旋传动齿轮固设于所述平旋驱动装置的动力输出端，所述平旋主齿轮与所述平旋传动齿轮外啮合传动；所述平旋主齿轮的内部穿设有导环固定架，所述导环固定架的一端与所述转盘固定连接，另一端与设置于所述平旋电机罩的导电环分离式设置；

所述平旋电机罩的内部固设有平旋内架，所述平旋内架包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构用于承载所述导环固定架，所述第二支撑结构用于承载所述平旋传动齿轮；所述第一支撑结构与所述第二支撑结构构成平躺的S形结构，且所述第一支撑结构的开口向上，所述第二支撑结构的开口向下；所述导环固定架的外侧套设有平旋轴承组件和平旋轴承锁扣，所述平旋轴承组件通过所述平旋轴承锁扣抵紧所述平旋主齿轮设置；

所述平旋轴承锁扣远离所述平旋轴承组件的一端与所述导环固定架固定连接。

在一些优选实施例中，所述连接装置包括翻转连接架和翻转轴承盖；所述翻转驱动装置包括翻转电机和翻转电机座；

所述翻转连接架的一端与所述平旋电机罩的侧壁固定连接，另一端与所述翻转轴承盖固定连接；

所述翻转轴承盖的一端与所述翻转电机的动力输出端固定连接，另一端套设于所述翻转连接架的外侧；

所述翻转电机座包括容纳部和连接部，所述容纳部用于装设所述翻转电机；所述连接部固设于所述容纳部的外侧，所述翻转轴承盖、所述翻转连接架均设置于所述连接部的内部；所述连接部分别通过第一翻转轴承、第二翻转轴承与所述翻转轴承盖可转动连接。

在一些优选实施例中，所述翻转限位装置固设于所述连接部的外侧；

所述平旋电机罩的侧壁设置有翻转限位片；

在所述翻转驱动装置启动的过程中，所述翻转限位片随着所述平旋机构翻转，所述翻转限位装置固定不动；

所述翻转限位片的中心轴线到所述翻转电机的纵向轴线的距离等于所述翻转限位装置的中心轴线到所述翻转电机的纵向轴线的距离；

所述翻转限位片的外端到所述平旋驱动装置的纵向轴线的距离大于所述翻转限位装置的凹槽顶部到所述平旋驱动装置的纵向轴线的距离。

在一些优选实施例中，所述夹爪单元包括连接装置、夹爪组件和驱动装置；所述连接装置用于与所述六轴机械手单元固定连接；

所述夹爪组件包括第一夹爪组件和第二夹爪组件，所述第一夹爪组件、所述第二夹爪组件分别用于注射器帽、注射器管体的夹持；所述第一夹爪组件包括第一夹爪、注射器帽夹和升降滑块连接板，所述升降滑块连接板固设于所述驱动装置的动力输出端；所述第一夹爪装设于所述升降滑块连接板；所述注射器帽夹装设于所述第一夹爪远离所述升降滑块连接板的一端；

所述第二夹爪组件包括第二夹爪、注射器管体夹和夹爪连接板，所述夹爪连接板固设于所述驱动装置；所述第二夹爪装设于所述夹爪连接板；所述注射器管体夹装设于所述第二夹爪远离所述夹爪连接板的一端；所述驱动装置用于控制注射器的抽拉；

在工作过程中，注射器管体通过所述第二夹爪组件夹持固定，所述第一夹爪组件在所述驱动装置的驱动下上升以带动注射器帽进行抽拉吸液运动。

在一些优选实施例中，所述升降滑块连接板包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板与所述第二连接板构成L型板状结构；所述第一连接板具有与所述驱动装置的动力输出端连接的第一安装部；所述第二连接板具有与所述驱动装置连接的第二安装部。

在一些优选实施例中，所述注射器帽夹包括第一托举装置和第二托举装置，所述第一托举装置与所述第二托举装置并行设置以形成托举注射器帽的夹持装置；所述第一夹爪为第一电动夹爪；所述第一托举装置、所述第二托举装置在所述第一电动夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；

所述第一托举装置包括第一连接部和第一托举部，所述第一连接部与所述第一托举部构成L型结构；所述第一连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第三安装部；

所述第二托举装置包括第二连接部和第二托举部，所述第二连接部与所述第二托举部构成L型结构；所述第二连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第四安装部；

所述第二托举部与所述第一托举部平行设置，所述第一托举部与所述第二托举部之间的距离大于注射器活塞杆的外径，且所述第一托举部与所述第二托举部之间的距离小于注射器帽的外径.

在一些优选实施例中，所述注射器管体夹包括第一夹持装置和第二夹持装置，所述第一夹持装置与所述第二夹持装置并行设置以用于夹持注射器管体；所述第二夹爪为第二电动夹爪；所述第一夹持装置、所述第二夹持装置在所述第二夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；

所述第一夹持装置包括第一夹持连接部和第一夹持作用部，所述第一夹持连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第五安装部；所述第一夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第一弧形作用面；

所述第二夹持装置包括第二夹持连接部和第二夹持作用部，所述第二夹持连接部具有与所述第二夹爪固定连接的第六安装部；所述第二夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第二弧形作用面，所述第二弧形作用面与所述第一弧形作用面相对设置；所述第一弧形作用面、所述第二弧形作用面均为凹弧形.

本发明的第二方面提供了基于工业机器人的自动配液方法，该方法基于上面任一项所述的基于工业机器人的自动配液系统，包括如下步骤：

步骤S100，所述PLC控制单元基于所述感知单元检测到西林瓶的种类信息，获取配液参数；

步骤S200，所述六轴机械手单元基于所述PLC控制单元发送的指令，控制所述夹爪单元移动至溶媒袋下方设定位置插入溶媒袋，并控制所述夹爪单元进行注射器活塞的下拉取液；

步骤S300，所述PLC控制单元基于所述夹爪单元的运动信息判断是否完成抽液；当完成抽液时，所述六轴机械手单元基于所述PLC控制单元的控制指令带动注射器至西林瓶上方指定位置；所述PLC控制单元基于所述六轴机械手单元的运动位姿以及设置于所述摇匀平台单元的西林瓶的位姿信息，判断注射器是否运动至指定位置；若否，所述六轴机械手单元进行位姿调整，直至所述夹爪单元中的注射器位于设定位置；

步骤S400，所述夹爪单元基于所述PLC控制单元的控制指令完成将针尖扎入西林瓶的动作，并完成针管活塞压下动作，并将指定量的溶媒注入西林瓶中；

步骤S500，所述六轴机械手单元控制完成针尖移出西林瓶的动作；

步骤S600，循环执行步骤200至步骤S500以完成各个西林瓶中溶媒的注入操作；

步骤S700，所述摇匀平台单元基于所述PLC控制单元的控制指令进行药品的摇匀；

步骤S800，当所述摇匀平台单元完成药品的摇匀后，所述摇匀平台单元停止，所述PLC控制单元控制所述六轴机械手单元通过所述夹爪单元将溶解粉剂的药液回注到溶媒袋中，以完成西林瓶的自动配液。

1)本发明公开的基于工业机器人的自动配液系统是以PLC控制单元为核心，将西林瓶配液的各个工序串联起来，完成工序时间片分布；控制单元综合调度六轴机械手单元、处理单元及摇匀平台单元，自动完成整个配液流程；处理单元完成人机操作、扫码操作以及视觉计算过程，辅助完成配液流程；六轴机械手单元主要用于精准搬运操作；在整个过程中，在PLC控制单元的部分操作中，六轴机械手单元并行进行后续操作，采用状态访问与命令字混合的方式进行交互，可有效提高配液效率。同时，通过本发明设计的夹爪单元，提出了一种仿人的针管抽拉方式，在通用耗材的基础上，模拟人工抽吸药液，并通过额外打气的方式保持压力平衡；采用通用耗材，可有效缓解中小医院的使用压力；该系统准确可靠地完成西林瓶的自动配液过程，工作方式符合相关行业标准，有效减少传统西林瓶配液过程中的过多人工参与。

2)通过本发明提供的夹爪装置，可实现注射器等圆筒状物品的精准夹持，保证夹持精度，夹的紧且正；同时通过第一夹爪组件与驱动装置的配合设置，可保证高精度的注射器的抽拉吸液，结构简单，实用性强，应用范围广。

3)通过本发明提供的摇匀平台单元，可带动西林瓶实现平旋运动、翻转运动，和/或，平旋与翻转的间歇组合运动，或同步运动完成晃匀物品的工作，实现对西林瓶的摇匀运动操作。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统的一种具体实施例的框架示意图；

图2是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统中的摇匀平台单元的一种具体实施例的立体结构示意图；

图3是图2的剖视示意图；

图4是图2中的平旋内架的一种具体实施例的立体结构示意图；

图5是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统中的夹爪单元的一种具体实施例的立体结构示意图；

图6是本发明中的基于工业机器人的自动配液方法的一种具体实施例的流程示意图；

图7是本发明中另一种基于工业机器人的自动配液方法的坐标系示意图。

附图标记说明依次如下：

100、平旋机构，110、平旋驱动装置，121、平旋传动齿轮，122、平旋主齿轮，123、导环固定架，124、平旋轴承锁扣；130、平旋限位装置，140、平旋电机罩，150、平旋内架，160、连接轴，170、平旋限位片，180、导电环；200、翻转结构，210、翻转电机，220、翻转电机座，221、容纳部，222、连接部；231、翻转连接架，232、翻转轴承盖，240、翻转限位装置，250、翻转限位片；300、转盘；

410、第一夹爪；420、注射器帽夹，421、第一托举装置，422、第二托举装置；430、升降滑块连接板，431、第一连接板，432、第二连接板；440、第二夹爪；450、注射器管体夹，451、第一夹持装置，452、第二夹持装置；460、夹爪连接板；500、伺服电动缸；600、连接装置。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的第一方面提供了一种基于工业机器人的自动配液系统，包括感知单元、存储单元、处理单元、PLC控制单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元和夹爪单元，感知单元与处理单元通信连接；存储单元、处理单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元均与PLC控制单元通信连接；夹爪单元设置于六轴机械手单元的端部，六轴机械手单元基于夹爪单元夹持的注射器进行对应液袋中液体的抽取；感知单元用于检测西林瓶的种类并传输检测信息至处理单元；处理单元基于获取的信息与存储单元中的预设指令进行匹配，PLC控制单元基于处理单元获取的匹配信息下发是否启动六轴机械手单元进行抽液或配液的指令，以及下发是否启动所述摇匀平台单元的指令。系统是以PLC控制单元为核心，将西林瓶配液的各个工序串联起来，完成工序时间片分布；控制单元综合调度六轴机械手单元、处理单元及摇匀平台单元，自动完成整个配液流程；处理单元完成人机操作、扫码操作以及视觉计算过程，辅助完成配液流程；六轴机械手单元主要用于精准搬运操作；在整个过程中，在PLC控制单元的部分操作中，六轴机械手单元并行进行后续操作，采用状态访问与命令字混合的方式进行交互，可有效提高配液效率。同时，通过本发明设计的夹爪单元，提出了一种仿人的针管抽拉方式，在通用耗材的基础上，模拟人工抽吸药液，并通过额外打气的方式保持压力平衡；采用通用耗材，可有效缓解中小医院的使用压力；该系统准确可靠地完成西林瓶的自动配液过程，工作方式符合相关行业标准，有效减少传统西林瓶配液过程中的过多人工参与。

本发明的第二方面提供了一种基于工业机器人的自动配液方法，该方法基于上面所述的基于工业机器人的自动配液系统，包括如下步骤：步骤S100，PLC控制单元基于感知单元检测到西林瓶的种类信息，获取配液参数；步骤S200，六轴机械手单元基于PLC控制单元发送的指令，控制所述夹爪单元移动至溶媒袋下方设定位置插入溶媒袋，并控制夹爪单元进行注射器活塞的下拉取液；步骤S300，PLC控制单元基于夹爪单元的运动信息判断是否完成抽液；当完成抽液时，六轴机械手单元基于PLC控制单元的控制指令带动注射器至西林瓶上方指定位置；PLC控制单元基于六轴机械手单元的运动位姿以及设置于摇匀平台单元的西林瓶的位姿信息，判断注射器是否运动至指定位置；若否，六轴机械手单元进行位姿调整，直至夹爪单元中的注射器位于设定位置；步骤S400，夹爪单元基于PLC控制单元的控制指令完成将针尖扎入西林瓶的动作，并完成针管活塞压下动作，并将指定量的溶媒注入西林瓶中；步骤S500，六轴机械手单元控制完成针尖移出西林瓶的动作；步骤S600，循环执行步骤200至步骤S500以完成各个西林瓶中溶媒的注入操作；步骤S700，摇匀平台单元基于PLC控制单元的控制指令进行药品的摇匀；步骤S800，当摇匀平台单元完成药品的摇匀后，摇匀平台单元停止，PLC控制单元控制六轴机械手单元通过夹爪单元将溶解粉剂的药液回注到溶媒袋中，以完成西林瓶的自动配液。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统的一种具体实施例的框架示意图，该系统包括感知单元、存储单元、处理单元、PLC控制单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元和夹爪单元，感知单元与处理单元通信连接；存储单元、处理单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元均与PLC控制单元通信连接；夹爪单元设置于六轴机械手单元的端部，六轴机械手单元基于夹爪单元夹持的注射器进行对应液袋中液体的抽取；感知单元用于检测西林瓶的种类并传输检测信息至处理单元；处理单元基于获取的信息与存储单元中的预设指令进行匹配，PLC控制单元基于处理单元获取的匹配信息下发是否启动六轴机械手单元进行抽液或配液的指令，以及下发是否启动所述摇匀平台单元的指令。

进一步地，参照附图2至附图4，图2是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统中的摇匀平台单元的一种具体实施例的立体结构示意图，图3是图2的剖视示意图，图4是图2中的平旋内架的一种具体实施例的立体结构示意图；摇匀平台单元包括平旋机构100、翻转机构200和总控装置，平旋机构、翻转机构均与总控装置通信连接，平旋机构的顶部设置有用于放置目标物的转盘300；在平旋状态下，转盘在平旋机构中的平旋驱动装置的驱动下在第一平面内翻转，总控装置基于平旋机构中的平旋限位装置的检测信息可以控制平旋驱动装置的启动或者停止；转盘以及平旋机构在翻转驱动装置的驱动下可在第二平面内翻转；总控装置基于翻转限位装置的检测信息控制翻转驱动装置的开关；第二平面与第一平面垂直设置，在本实施例中，第一平面为水平面，第二平面为竖直平面。

其中，平旋机构包括平旋驱动装置110和传动装置，传动装置设置于平旋驱动装置的动力输出端；转盘与传动装置的动力输出端固定连接；转盘的底部设置有平旋电机罩140，平旋驱动装置设置于平旋电机罩的内部；平旋电机罩的内部还设置有平旋限位装置130，为了便于清晰示意，设置于平旋限位装置上的平旋光电开关未示出；平旋限位装置与总控装置信号连接；翻转机构包括翻转驱动装置和连接装置，连接装置的一端与翻转驱动装置的动力输出端固定连接，另一端固设于平旋电机罩的侧部；翻转驱动装置的侧壁设置有翻转限位装置240，翻转限位装置与总控装置信号连接。

进一步地，传动装置包括平旋主齿轮122和平旋传动齿轮121，平旋传动齿轮固设于平旋驱动装置110的动力输出端，平旋主齿轮与平旋传动齿轮外啮合传动；平旋主齿轮的内部穿设有导环固定架123，导环固定架的一端与转盘300固定连接，另一端与设置于平旋电机罩的导电环180分离式设置；平旋电机罩的内部固设有平旋内架150，用于承载导环固定架、平旋驱动装置；导环固定架的外侧套设有平旋轴承组件和平旋轴承锁扣124，平旋轴承组件通过平旋轴承锁扣抵紧平旋主齿轮设置；平旋轴承锁扣远离平旋轴承组件的一端与导环固定架固定连接。

当平旋驱动装置启动时，平旋驱动装置通过平旋传动齿轮带动平旋主齿轮在水平面内旋转，进而通过导环固定架带动其上设置的转盘的平旋；导电环与导电固定架的分离式设置，可以完成平旋机构与上端转盘的独立精准旋转；在本发明中，导电环为独立工作机构，从而可完成转盘独立的运转，通过平旋机构的设置，可实现转盘精准独立的平旋，并且可持续旋转，不受旋转圈数的约束。

进一步地，导环固定架的外侧设置有平旋限位片170；平旋内架上设置有平旋限位装置；在平旋驱动装置启动的过程中，平旋限位片随着导环固定架翻转，平旋限位装置固定不动。

优选地，平旋限位片的外端到平旋驱动装置的纵向轴线的距离大于平旋限位装置的凹槽顶部到平旋驱动装置的纵向轴线的距离。

优选地，平旋限位片的纵向轴线到转盘底部的距离等于平旋限位装置的凹槽纵向轴线到转盘底部的距离。

优选地，连接装置包括翻转连接架231和翻转轴承盖232；翻转驱动装置包括翻转电机210和翻转电机座220；翻转连接架的一端与平旋电机罩140的侧壁固定连接，另一端与翻转轴承盖固定连接；翻转轴承盖的一端与翻转电机的动力输出端固定连接，另一端套设于翻转连接架的外侧；翻转电机座包括容纳部和连接部，容纳部用于装设翻转电机；连接部固设于容纳部的外侧，翻转轴承盖、翻转连接架均设置于连接部的内部；连接部分别通过第一翻转轴承、第二翻转轴承与翻转轴承盖可转动连接。

优选地，翻转限位装置固设于连接部的外侧；平旋电机罩的侧壁设置有翻转限位片250；在翻转驱动装置启动的过程中，翻转限位片随着平旋机构翻转，翻转限位装置固定不动；翻转限位片的中心轴线到翻转电机的纵向轴线的距离等于翻转限位装置的中心轴线到翻转电机的纵向轴线的距离；翻转限位片的外端到平旋驱动装置的纵向轴线的距离大于翻转限位装置的凹槽顶部到平旋驱动装置的纵向轴线的距离。

进一步地，转盘包括容纳腔室和固定组件，固定组件设置于容纳腔室的内部，以承载固定目标物；固定组件包括一个或多个固定部，用于固定一个或多个目标物；在工作过程中，总控装置基于平旋或翻转的指令，启动平旋驱动装置或翻转驱动装置，以进行转盘中固定的目标物的位置翻转变换或者进行转盘的翻转工作。

当翻转电机启动时，翻转电机通过翻转轴承盖、翻转连接架带动平旋机构中的平旋电机罩在竖直平面内旋转，进而带动转盘实现翻转运动，通过旋转限位装置的检测，可对翻转位置实现精准检测，从而可实现输出端机构的精准翻转运动；即通过翻转机构的设置，可实现转盘精准翻转。

平旋内架150包括第一支撑结构和第二支撑结构，第一支撑结构用于承载导环固定架，第二支撑结构用于承载平旋传动齿轮；第一支撑结构与第二支撑结构构成平躺的S形结构，且第一支撑结构的开口向上，第二支撑结构的开口向下。

优选地，平旋驱动装置为平旋伺服电机。

优选地，翻转电机为翻转伺服电机。

参照附图5，图示是本发明中的基于工业机器人的自动配液系统中的夹爪单元的一种具体实施例的立体结构示意图，该夹爪单元包括连接装置600、夹爪组件和驱动装置；连接装置用于与机械臂连接；夹爪组件包括第一夹爪组件和第二夹爪组件，第一夹爪组件、第二夹爪组件分别用于注射器帽、注射器管体的夹持；第一夹爪组件包括第一夹爪410、注射器帽夹420和升降滑块连接板430，升降滑块连接板固设于伺服电动缸500的动力输出端；第一夹爪装设于升降滑块连接板；注射器帽夹装设于第一夹爪远离升降滑块连接板的一端；第二夹爪组件包括第二夹爪440、注射器管体夹450和夹爪连接板460，夹爪连接板固设于伺服电动缸的外壳侧部；第二夹爪装设于夹爪连接板；注射器管体夹装设于第二夹爪远离夹爪连接板的一端；驱动装置用于控制注射器的抽拉；在工作过程中，注射器管体通过第二夹爪组件夹持固定，第一夹爪组件在驱动装置的驱动下上升以带动注射器帽进行抽拉吸液运动。

需要说明的是，在本实施例中，该夹爪机构适用于注射器500的夹紧定位以及抽拉液体，本实施例并不限制本发明的保护范围，本发明还可用于其它圆筒状物体的夹紧定位，为了便于理解，在本实施例中仅以注射器为例进行说明。

进一步地，升降滑块连接板包括第一连接板431和第二连接板432，第一连接板与第二连接板构成L型板状结构；第一连接板具有与伺服电动缸的动力输出端连接的第一安装部；第二连接板具有与伺服电动缸连接的第二安装部。

优选地，第二连接板与伺服电动缸的运动方向平行设置，且第二连接板与连接装置相对设置，在本实施例中，第二连接板设置于伺服电动缸的左侧，连接装置设置于伺服电动缸的右侧。

优选地，第一夹爪固定设置于第二连接板的外侧；第二夹爪与第一夹爪沿着伺服电动缸的纵向轴线依次设置，在本实施例中，第一夹爪设置于上方，用于托举注射器帽，以控制注射器进行抽拉吸液。

进一步地，注射器帽夹包括第一托举装置421和第二托举装置422，第一托举装置与第二托举装置并行设置以形成托举注射器帽的夹持装置；第一夹爪为第一电动夹爪，第一托举装置、第二托举装置在第一电动夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；第一托举装置包括第一连接部和第一托举部，第一连接部与第一托举部构成L型结构；第一连接部具有与第一夹爪固定连接的第三安装部；第二托举装置包括第二连接部和第二托举部，第二连接部与第二托举部构成L型结构；第二连接部具有与第一夹爪固定连接的第四安装部；第二托举部与第一托举部平行设置，第一托举部与第二托举部之间的距离大于注射器活塞杆的外径，且第一托举部与第二托举部之间的距离小于注射器帽的外径。

优选地，第一夹爪沿着驱动装置的纵向轴线的中心轴线与第二夹爪沿着驱动装置的纵向轴线的中心轴线重合设置。

进一步地，注射器管体夹包括第一夹持装置451和第二夹持装置452，第一夹持装置与第二夹持装置并行设置以用于夹持注射器管体；第二夹爪为第二电动夹爪；第一夹持装置、第二夹持装置在第二夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；第一夹持装置包括第一夹持连接部和第一夹持作用部，第一夹持连接部具有与第一夹爪固定连接的第五安装部；第一夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第一弧形作用面；第二夹持装置包括第二夹持连接部和第二夹持作用部，第二夹持连接部具有与第二夹爪固定连接的第六安装部；第二夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第二弧形作用面，第二弧形作用面与第一弧形作用面相对设置；第一弧形作用面、第二弧形作用面均为凹弧形。

优选地，第一夹持作用部设置有两个，两个第一夹持作用部沿着驱动装置的纵向轴线依次设置，即在本实施例中上下设置；第二夹持作用部设置有两个，两个第二夹持作用部沿着驱动装置的纵向轴线依次设置；通过两个第一夹持作用部、两个第二夹持作用部对目标物进行四点夹紧，简单可靠，所夹紧的物品位置精度高。

参照附图6，图示是本发明中的基于工业机器人的自动配液方法的一种具体实施例的流程示意图，该方法基于上面任一项所述的基于工业机器人的自动配液系统，包括如下步骤：

步骤S100，PLC控制单元基于感知单元检测到西林瓶的种类信息，获取配液参数；步骤S200，六轴机械手单元基于PLC控制单元发送的指令，控制所述夹爪单元移动至溶媒袋下方设定位置插入溶媒袋，并控制夹爪单元进行注射器活塞的下拉取液，优选地，设定位置为溶媒袋的正下方；步骤S300，PLC控制单元基于夹爪单元的运动信息判断是否完成抽液；当完成抽液时，六轴机械手单元基于PLC控制单元的控制指令带动注射器至西林瓶上方指定位置；PLC控制单元基于六轴机械手单元的运动位姿以及设置于摇匀平台单元的西林瓶的位姿信息，判断注射器是否运动至指定位置；若否，六轴机械手单元进行位姿调整，直至夹爪单元中的注射器位于设定位置；步骤S400，夹爪单元基于PLC控制单元的控制指令完成将针尖扎入西林瓶的动作，并完成针管活塞压下动作，并将指定量的溶媒注入西林瓶中；步骤S500，六轴机械手单元控制完成针尖移出西林瓶的动作；步骤S600，循环执行步骤200至步骤S500以完成各个西林瓶中溶媒的注入操作；步骤S700，摇匀平台单元基于PLC控制单元的控制指令进行药品的摇匀；步骤S800，当摇匀平台单元完成药品的摇匀后，摇匀平台单元停止，PLC控制单元控制六轴机械手单元通过夹爪单元将溶解粉剂的药液回注到溶媒袋中，以完成西林瓶的自动配液。

进一步地，本发明还包括一种用于西林瓶的注液方法，具体步骤如下：1)检查药品是否放置完成，开始点击PLC控制单元中的PC机屏幕上的配液启动按钮；2)机械臂末端的夹爪单元中的两个夹爪组件将针管夹紧；3)夹爪单元旋转180度针头朝上后，移动到输液袋底部位置，并将针头扎进输液袋内抽取定量溶液；4)拔出针头后，将机械臂(即六轴机械手单元)移动到称重位置放下针管，测量针管中的液体重量是否在合格范围内，如果不在范围内将返回输液袋重新抽取溶液，直到合格为止；5)机械臂抓起针管(即注射器)，然后移动到摇匀平台单元中的转盘上的第一个西林瓶位置上方，将针头朝下；6)将针管扎入第一个西林瓶内，打入设定的溶液；7)注完液后，针管再回吸瓶内的空气(防止拔出针头的瞬间喷出药液)，再拔出针头同时旋转180度将针头朝上，并推出刚刚从瓶内抽取的空气；8)在上一步针管推出空气的动作期间，同步旋转转盘，将下一个西林瓶移动到针管底下；9)将针头旋转180度冲下扎入西林瓶内，打入定量溶液；10)重复第7、8、9三个步骤，直到完成最后一个西林瓶的注液；11)机械臂远离转盘，各个关节回归初始位置，同时针管也会提前吸入部分空气，为后面的抽回药液步骤做准备。

本发明还包括一种用于西林瓶粉剂充分溶解的方法，具体步骤如下：1)自动开始摇匀药液；2)垂直翻转电机将在65度与115度之间的位置来回摇摆晃动(摇摆次数可根据西林瓶中药品溶解的难易程度来设定)，在垂直电机摇摆的同时水平转盘电机也同时在自传，以此来确保每一个西林瓶中的的药液都能充分摇匀；3)摇摆动作完成后，垂直电机将转动到180度的位置，使转盘水平朝下，同时升降模组将转盘整体提升到高出位置，为机械臂做抽液准备。

本发明还包括一种用于从西林瓶中抽取药液的方法，具体步骤如下：1)水平转盘复位回原点，并且另一边的机械臂开始运动将针头水平冲上对准一号孔位的西林瓶；2)等待瓶中的药液稳定后，机械臂带动针头向上扎入西林瓶内开始抽取药液，因为针管在抽取药液的时候，瓶体内部会产生负压，阻碍了药液的完全抽取，所以针管在抽出一部分药液后再推入部分空气然后再抽回药液，这个动作需要反复三次方可吸完瓶中的全部药液；3)当前药瓶抽液完成后，机械臂拔出针头，水平转盘旋转到下一个西林瓶，开始抽取下一瓶的药液(抽取方式和第2步相同)；4)重复第3步骤，直到完成转盘上所有西林瓶的药液抽取；5)完成最后一瓶药液的抽取后，机械臂再次移动到称重位置放下针管，测量针管中的液体重量是否在合格范围内，如果不再范围内将返回转盘下方重新抽取所有西林瓶的药液，直到称重合格为止；6)如果称重合格，机械臂带动针管移动到输液袋位置，将刚刚吸取的药液全部打入液袋中，各个关节再回归初始位置，并打开两个电缸夹爪；7)这步与第6步动作同步完成。此时升降模组在机械臂离开后会将转盘整体降到底部，然后打开药瓶夹爪，将空药瓶丢入回收箱内，再复位垂直电机使水平转盘回正朝上。

参照附图7，图示是本发明中另一种基于工业机器人的自动配液方法的坐标系示意图；本发明还包括一种机械臂适应西林瓶新位姿的矫正方法，具体步骤如下：1)在期望的西林瓶瓶盖上构建坐标系T₁，坐标系T₁的三维坐标面(xoy)为瓶盖所在的平面，坐标系原点位于瓶盖中心，z轴沿着西林瓶的中轴线并指向瓶底；沿坐标系T₁的z轴的反方向延长，延长距离为l₁，构建如图所示的坐标系T₂；为完成针尖扎入的动作，机械臂首先运动到坐标系T₂处，并保证针尖的朝向与坐标系T₂的z轴一致；然后沿着z轴进行平移运动，进而完成针尖扎入的动作；2)基于视觉模块得到实际的西林瓶位姿，对应的瓶盖上构建的坐标系设为T₁ ^Λ,基于T₁ ^Λ计算得到插值过渡点对应坐标系T₂ ^Λ，其中，

在上式中，T₂ ^Λ为根据实际采集数据得到的插值点位姿，而图7中的T₂为示教得到的理想插值点位姿；3)机械臂在插入针尖的动作流程中，首先运动到坐标系T₂处，保证针尖的朝向为T₂的z轴方向，针尖与坐标系T₂的原点重合；读取当前各个轴的转角，设为：

(J_{1_start} J_{2_start} J_{3_start} J_{4_start} J_{5_start} J_{6_start})；

4)在T₂ ^Λ的基础上，并基于机械臂逆向运动学计算T₂ ^Λ对应的六个轴的转角，设为：(J_{1_end} J_{2_end} J_{3_end} J_{4_end} J_{5_end} J_{6_end})；一般情况下，会存在多组解；挑选与(J_{1_start} J_{2_start}J_{3_start} J_{4_start} J_{5_start} J_{6_start})最接近的一组解，并控制机械臂运动到转角配置处；5)控制机械臂沿着针尖的指向，前行距离l₁，则可控制针尖以垂直的姿态正对西林瓶瓶盖；在此基础上，直接控制扎入动作即可。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，该系统包括感知单元、存储单元、处理单元、PLC控制单元、六轴机械手单元、摇匀平台单元和夹爪单元，所述感知单元与所述处理单元通信连接；所述存储单元、所述处理单元、所述六轴机械手单元、所述摇匀平台单元均与所述PLC控制单元通信连接；所述夹爪单元设置于所述六轴机械手单元的端部，所述六轴机械手单元基于所述夹爪单元夹持的注射器进行对应液袋中液体的抽取；

所述感知单元用于检测西林瓶的种类并传输检测信息至所述处理单元；所述处理单元基于获取的信息与所述存储单元中的预设指令进行匹配，所述PLC控制单元基于所述处理单元获取的匹配信息下发是否启动所述六轴机械手单元进行抽液或配液的指令，以及下发是否启动所述摇匀平台单元的指令。

2.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述摇匀平台单元包括平旋机构、翻转机构和总控装置，所述平旋机构、所述翻转机构均与所述总控装置通信连接；

所述平旋机构包括平旋驱动装置、传动装置和转盘，所述传动装置设置于所述平旋驱动装置的动力输出端；所述转盘与所述传动装置的动力输出端固定连接；所述转盘的底部设置有平旋电机罩，所述平旋驱动装置设置于所述平旋电机罩的内部；所述平旋电机罩的内部还设置有平旋限位装置，所述平旋限位装置与所述总控装置信号连接；在平旋状态下，所述转盘在所述平旋驱动装置的驱动下在第一平面内翻转；所述总控装置基于所述平旋限位装置的检测信息控制所述平旋驱动装置的开关；

所述翻转机构包括翻转驱动装置和连接装置，所述连接装置的一端与所述翻转驱动装置的动力输出端固定连接，另一端固设于所述平旋电机罩的侧部；所述翻转驱动装置的侧壁设置有翻转限位装置，所述翻转限位装置与所述总控装置信号连接；在翻转状态下，所述平旋机构在所述翻转驱动装置的驱动下在第二平面内翻转；所述总控装置基于所述翻转限位装置的检测信息控制所述翻转驱动装置的开关；所述第二平面与所述第一平面垂直设置。

3.根据权利要求2所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述传动装置包括平旋主齿轮和平旋传动齿轮，所述平旋传动齿轮固设于所述平旋驱动装置的动力输出端，所述平旋主齿轮与所述平旋传动齿轮外啮合传动；所述平旋主齿轮的内部穿设有导环固定架，所述导环固定架的一端与所述转盘固定连接，另一端与设置于所述平旋电机罩的导电环分离式设置；

所述平旋电机罩的内部固设有平旋内架，所述平旋内架包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构用于承载所述导环固定架，所述第二支撑结构用于承载所述平旋传动齿轮；所述第一支撑结构与所述第二支撑结构构成平躺的S形结构，且所述第一支撑结构的开口向上，所述第二支撑结构的开口向下；所述导环固定架的外侧套设有平旋轴承组件和平旋轴承锁扣，所述平旋轴承组件通过所述平旋轴承锁扣抵紧所述平旋主齿轮设置；

所述平旋轴承锁扣远离所述平旋轴承组件的一端与所述导环固定架固定连接。

4.根据权利要求2所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述连接装置包括翻转连接架和翻转轴承盖；所述翻转驱动装置包括翻转电机和翻转电机座；

所述翻转连接架的一端与所述平旋电机罩的侧壁固定连接，另一端与所述翻转轴承盖固定连接；

所述翻转轴承盖的一端与所述翻转电机的动力输出端固定连接，另一端套设于所述翻转连接架的外侧；

所述翻转电机座包括容纳部和连接部，所述容纳部用于装设所述翻转电机；所述连接部固设于所述容纳部的外侧，所述翻转轴承盖、所述翻转连接架均设置于所述连接部的内部；所述连接部分别通过第一翻转轴承、第二翻转轴承与所述翻转轴承盖可转动连接。

5.根据权利要求4所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述翻转限位装置固设于所述连接部的外侧；

所述平旋电机罩的侧壁设置有翻转限位片；

在所述翻转驱动装置启动的过程中，所述翻转限位片随着所述平旋机构翻转，所述翻转限位装置固定不动；

所述翻转限位片的中心轴线到所述翻转电机的纵向轴线的距离等于所述翻转限位装置的中心轴线到所述翻转电机的纵向轴线的距离；

所述翻转限位片的外端到所述平旋驱动装置的纵向轴线的距离大于所述翻转限位装置的凹槽顶部到所述平旋驱动装置的纵向轴线的距离。

6.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述夹爪单元包括连接装置、夹爪组件和驱动装置；所述连接装置用于与所述六轴机械手单元固定连接；

所述夹爪组件包括第一夹爪组件和第二夹爪组件，所述第一夹爪组件、所述第二夹爪组件分别用于注射器帽、注射器管体的夹持；所述第一夹爪组件包括第一夹爪、注射器帽夹和升降滑块连接板，所述升降滑块连接板固设于所述驱动装置的动力输出端；所述第一夹爪装设于所述升降滑块连接板；所述注射器帽夹装设于所述第一夹爪远离所述升降滑块连接板的一端；

所述第二夹爪组件包括第二夹爪、注射器管体夹和夹爪连接板，所述夹爪连接板固设于所述驱动装置；所述第二夹爪装设于所述夹爪连接板；所述注射器管体夹装设于所述第二夹爪远离所述夹爪连接板的一端；所述驱动装置用于控制注射器的抽拉；

在工作过程中，注射器管体通过所述第二夹爪组件夹持固定，所述第一夹爪组件在所述驱动装置的驱动下上升以带动注射器帽进行抽拉吸液运动。

7.根据权利要求6所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述升降滑块连接板包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板与所述第二连接板构成L型板状结构；所述第一连接板具有与所述驱动装置的动力输出端连接的第一安装部；所述第二连接板具有与所述驱动装置连接的第二安装部。

8.根据权利要求6所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述注射器帽夹包括第一托举装置和第二托举装置，所述第一托举装置与所述第二托举装置并行设置以形成托举注射器帽的夹持装置；所述第一夹爪为第一电动夹爪；所述第一托举装置、所述第二托举装置在所述第一电动夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；

所述第一托举装置包括第一连接部和第一托举部，所述第一连接部与所述第一托举部构成L型结构；所述第一连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第三安装部；

所述第二托举装置包括第二连接部和第二托举部，所述第二连接部与所述第二托举部构成L型结构；所述第二连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第四安装部；

所述第二托举部与所述第一托举部平行设置，所述第一托举部与所述第二托举部之间的距离大于注射器活塞杆的外径，且所述第一托举部与所述第二托举部之间的距离小于注射器帽的外径。

9.根据权利要求6所述的基于工业机器人的自动配液系统，其特征在于，所述注射器管体夹包括第一夹持装置和第二夹持装置，所述第一夹持装置与所述第二夹持装置并行设置以用于夹持注射器管体；所述第二夹爪为第二电动夹爪；所述第一夹持装置、所述第二夹持装置在所述第二夹爪的驱动下可相对远离或靠近，以松开或夹紧目标物；

所述第一夹持装置包括第一夹持连接部和第一夹持作用部，所述第一夹持连接部具有与所述第一夹爪固定连接的第五安装部；所述第一夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第一弧形作用面；

所述第二夹持装置包括第二夹持连接部和第二夹持作用部，所述第二夹持连接部具有与所述第二夹爪固定连接的第六安装部；所述第二夹持作用部的内侧设置有与注射器管体相适配的第二弧形作用面，所述第二弧形作用面与所述第一弧形作用面相对设置；所述第一弧形作用面、所述第二弧形作用面均为凹弧形。

10.一种基于工业机器人的自动配液方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-9中任一项所述的基于工业机器人的自动配液系统，包括如下步骤：

步骤S100，所述PLC控制单元基于所述感知单元检测到西林瓶的种类信息，获取配液参数；

步骤S200，所述六轴机械手单元基于所述PLC控制单元发送的指令，控制所述夹爪单元移动至溶媒袋下方设定位置插入溶媒袋，并控制所述夹爪单元进行注射器活塞的下拉取液；

步骤S300，所述PLC控制单元基于所述夹爪单元的运动信息判断是否完成抽液；当完成抽液时，所述六轴机械手单元基于所述PLC控制单元的控制指令带动注射器至西林瓶上方指定位置；所述PLC控制单元基于所述六轴机械手单元的运动位姿以及设置于所述摇匀平台单元的西林瓶的位姿信息，判断注射器是否运动至指定位置；若否，所述六轴机械手单元进行位姿调整，直至所述夹爪单元中的注射器位于设定位置；

步骤S400，所述夹爪单元基于所述PLC控制单元的控制指令完成将针尖扎入西林瓶的动作，并完成针管活塞压下动作，并将指定量的溶媒注入西林瓶中；

步骤S500，所述六轴机械手单元控制完成针尖移出西林瓶的动作；

步骤S600，循环执行步骤200至步骤S500以完成各个西林瓶中溶媒的注入操作；

步骤S700，所述摇匀平台单元基于所述PLC控制单元的控制指令进行药品的摇匀；

步骤S800，当所述摇匀平台单元完成药品的摇匀后，所述摇匀平台单元停止，所述PLC控制单元控制所述六轴机械手单元通过所述夹爪单元将溶解粉剂的药液回注到溶媒袋中，以完成西林瓶的自动配液。

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