CN114701794A - 一种散袋小包装中药自动出药药柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散袋小包装中药自动出药药柜，其包括立式柜架，立式柜架分为后区和前区；后区设置有至少一个药箱阵列单元；前区设置有药箱转运装置和阵列式真空吸盘抓药装置，该药柜还包括竖立设置在立式柜架边部并能向前区内翻转的翻转伸缩接料机构，翻转伸缩接料机构下方的翻转称量机构。本发明中的药箱不仅能在前区和后区之间平移，还能做升降运动，再配合阵列式真空吸盘抓药装置、翻转伸缩接料机构和翻转称量机构，使得该药柜能实现自动抓药、称量和排药。并且其翻转伸缩接料机构的翻转和伸缩功能在解决接药问题的同时，还使自身占用的空间大大缩小，使得本发明的体积结构紧凑，整体体积更小，大大优化了药柜的布局结构。

Description

一种散袋小包装中药自动出药药柜

技术领域

本发明涉及医用设备技术领域，特别涉及一种中药药柜。

背景技术

现有技术中的中药药柜，大多数不具有自动抓药及排药的功能。且现有能实现自动抓药的中药药柜，其用于抓药和配药的阵列式真空吸盘装置不仅要在抓药时做竖向运动，而且还要在放药时做横向运动，这使得药柜的体积较大，不利于其推广应用。

现有的阵列式真空吸盘装置上均匀分布的吸盘单元分：单点型吸盘单元和双点型吸盘单元；一个单点型吸盘单元只包含一个吸盘，相邻单点型吸盘单元之间的位置间距较大，一个单点型吸盘单元一次最多只能可吸附起一包药；一个双点型吸盘单元包括两个吸盘，双点型吸盘单元一次可吸附一包药或两包药。

现有自动抓药中药药柜在控制阵列式真空吸盘装置释放所抓取药包时，是随机选择吸盘单元释放药包,在小包装中药配药过程中，还需要设置称量装置对阵列式真空吸盘抓药装置释放的药包数量进行称量，以准确得到最终需要的药包数量。

单点型吸盘单元释放药包数量相对双点型吸盘单元准确度高，但也可能存在两个吸盘单元之间夹带一包药的情况。

双点型吸盘单元抓取及释放药包的效率比单点型吸盘单元高，但其放药精度较低；每个吸盘气路上都设置有真空压力传感器，当真空压力传感器触发时，表示有药包被吸附。由于药盒中药包位置姿态的复杂性，导致真空压力传感器仅能判断吸盘是否吸附了药包，而无法判断实际吸附了多少包药，如当双点型吸盘单元的真空压力传感器显示吸附有2包药，但实际中有可能出现只吸附了1包药的情况，这在释放药包时便会造成误差。

在小包装中药配药过程中，阵列式真空吸盘抓药装置抓取的药包需要先释放掉多余的药包回到药箱中，再将剩下与配药需求对应的药包释放到接药机构中。在控制阵列式真空吸盘抓药装置将多余药包释放回药箱时，由于吸盘单元实际释放的药包数量存在一定的不确定性，因此每次释放药包后都需要进行一次称量；如何减少称量次数以节约时间是需要解决的一个技术问题。

另外，阵列式真空吸盘抓药装置抓药时，由于药包位置姿态各异，每次吸附的药包在吸盘阵列平面上分布并不均匀，局部抓药成功率较高的吸盘可密集吸附药包。在密集吸附区，双点型吸盘单元所吸附的两袋药包之间还有一定几率出现夹带有一包药的情况。被夹带的药包悬于两包被吸盘吸附的药包之间，无法被传感器检测，属于检测盲区内的药包。在决策放药逐个释放吸盘的过程中，当剩余需要释放的药包数减至1包或2包时，释放密集吸附区的药包可能导致被夹带药包随释放的药包一起掉落至药箱中，从而导致实际释放药包数超过预期释放药包数的情况。一旦发生超放的情况，抓药装置需要二次抓药，这会极大降低抓药效率。因此，如何减少二次抓药情况的发生也是需要解决的一个技术问题。

并且阵列式真空吸盘抓药装置抓药过程中，阵列式真空吸盘会挤压药盒中的上层药包，使吸盘与药包贴合；当药盒中的药包分布均匀，较为平整时，吸盘与药包间更容易建立真空；反之，当药包在药盒中堆叠的高度差异较大时，吸盘阵列下压后仅能接触堆叠位置较高的药包，无法接触较低处的药包，这会造成局部吸盘持续吸附不到药包的恶劣情况，可能造成吸盘阵列一次抓取的药包数量不能满足配药需求，大大降低吸盘阵列的有效利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种散袋小包装中药自动出药药柜，以解决现有自动中药药柜的阵列式真空吸盘抓药装置既要做竖向移动，又要做横向移动，占用空间大，导致自动药柜体积大的技术问题；以及解决在阵列式真空吸盘抓药装置释放所抓取的药包过程中，如何提高阵列式真空吸盘抓药装置的的放药计量效率、抓药效率及吸盘利用率的技术问题。

本发明散袋小包装中药自动出药药柜，其包括长方体形的立式柜架，所述立式柜架分为后区和前区；

所述后区设置有至少一个药箱阵列单元，每个药箱阵列单元包括若干层与立式柜架连接的固定轨导架，每层固定轨导架上设置有一个药箱；

所述前区设置有药箱转运装置，所述药箱转运装置包括两端通过连接座分别与立式柜架的顶部和底部连接的第一直立导轨、与第一直立导轨滑动配合的第一滑座、与第一滑座连接的升降架、设置在升降架上的第一称重传感器、设置在第一称重传感器上的活动轨道架、用于驱动药箱在固定轨导架和活动轨道架之间平移的药箱平移驱动机构和用于驱动升降架沿第一直立导轨上下移动的升降驱动机构；

所述前区的顶部设置有阵列式真空吸盘抓药装置，所述阵列式真空吸盘抓药装置包括吸盘基板、矩形阵列布置在吸盘基板上的若干个吸盘单元、设置在立式柜架顶部用于驱动吸盘基板上下移动的第一气缸和设置在各吸盘单元气路上的电动阀；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括竖立设置在立式柜架边部并能向前区内翻转的翻转伸缩接料机构，所述翻转伸缩接料机构包括设置在立式柜架上第一电机、由第一电机驱动旋转的第一横轴、一端与第一横轴固定连接另一端与第二横轴铰接的第一连杆、铰接在第二横轴上的翻转架、一端与翻转架铰接另一端固定在第二滑座上的第二连杆、与第二滑座上下滑动配合且两端固定在立式柜架上的第二直立导轨、固定在翻转架上的第一层接药槽、叠在第一层接药槽上并与第一层接药槽滑动配合的第二层接药槽、设置在第一层接药槽上驱动第二层接药槽伸缩移动的第二气缸和设置在立式柜架边部用于引导药包下移的上防护槽板；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在翻转伸缩接料机构下方的翻转称量机构，所述翻转称量机构包括固定在立式柜架上的第二电机、由第二电机驱动旋转的第三横轴、固定在第三横轴上的第二称重传感器和设置在第二称重传感器上的料盒；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在立式柜架上并位于料盒旁的下防护槽和位于下防护槽下方的排料槽。

进一步，所述固定轨导架和活动轨道架均包括框架体、设置在框架体上支撑药箱的滚轮和设置在框架体上对药箱左右边部进行限位的限位轮。

进一步，所述药箱平移驱动机构包括沿药箱平移方向布置的第一同步带、设置在升降架上的第三电机、连接第一同步带和第三电机的中间传动机构、设置在第一同步带上的带竖向卡槽的卡接块和设置在升降架上用于检测卡块位置的传感器；所述药箱的侧面上设置有与卡接块上竖向卡槽配合的卡板。

进一步，所述升降驱动机构包括设置在立式柜架下部的第四电机、由第四电机驱动的旋转的主动同步轮、设置在立式柜架上部的从动同步轮和连接在主动同步轮与从动同步轮上的第二同步带。

进一步，所述翻转伸缩接料机构还包括与翻转架铰接的第三滑座、设置在立式柜架上并与第三滑座上下滑动配合的第三直立导轨和设置在立式柜架上驱动第三滑座上下移动的第三气缸，所述第三滑座与翻转架的铰接轴心和第二连杆与翻转架的铰接轴心在同一直线上。

进一步，所述吸盘单元包括单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘。

进一步，所述的散袋小包装中药自动出药药柜还包括控制药箱转运装置、阵列式真空吸盘抓药装置、翻转伸缩接料机构和翻转称量机构工作的控制器，所述控制器中装载有控制阵列式真空吸盘抓药装置释放所抓取药包的放药程序，所述放药程序在被执行时实现如下步骤：

1)计算吸盘单元每项属性对应的权重；

2)通过属性加权求得释放药包的最优吸盘单元，并控制最优吸盘单元释放药包；

3)重复步骤1)至2)，直至吸盘单元上剩余药包数满足本次抓药所需药包数。

进一步，所述步骤1)中吸盘单元的属性定义如下：

建立阵列式真空吸盘抓药装置抓取药包后的药包吸附情况等效模型为：

其中，矩阵A_M×N中的元素a_mn表示阵列式真空吸盘抓药装置上第m行，第n列的吸盘单元所吸附的药包数量，m∈M，n∈N，吸盘单元总数K＝M×N；通过对吸盘单元进行编号得到吸盘单元的编号与其行列位置之间的映射关系i＝m+(n-1)M，i∈[1，K]，记编号为i的吸盘单元的行、列位置分别为m_i，n_i；所述吸盘单元在平面上均匀分布，且吸盘单元分为单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘；

定义放药决策准则1为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择两个吸盘都吸附有药包的双点型吸盘单元释放药包；

根据决策准则1，编号为i的吸盘单元，其属性1定义为：

其中，

表示编号为i的吸盘单元上真空压力传感器显示的吸附药包数；

定义放药决策准则2为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择密集吸附区的吸盘单元；

根据决策准则2，编号为i的吸盘单元，其属性2定义为：

p_i2＝μ_xS_x+μ_yS_y+μ_zS_z (3)

其中：

p_i2表示编号为i的吸盘单元的疏密度，表征以吸盘单元i为中心的药包吸附疏密程度；每个吸盘单元沿x轴方向，沿y轴均有2个吸盘单元与之相邻，沿x轴与y轴的对角线方向有4个吸盘单元与之相邻，但位于吸盘单元阵列边缘的吸盘单元除外；S_x为x轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和，S_y为y轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和；S_xy为沿x轴与y轴的对角方向上与吸盘单元i相邻的4个吸盘单元所吸附的药包数之和；由于沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向上的相邻吸盘单元与吸盘单元i之间的距离不同，导致相邻吸盘单元对以吸盘单元i为中心的药包疏密程度的贡献不同，故μ_x、μ_y、μ_xy分别表示沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向的疏密度因子，相邻吸盘单元距离吸盘单元i越近，疏密度因子越大；

定义抓药回合数为t，t∈[1，T_c]，当前抓药回合记为T_c，则编号为i的吸盘单元第t次抓药时的堆积度：

其中y_i(k)表示第k次抓药实际从吸盘单元i上释放的药包数，堆积度h_i(t)表征了吸盘单元i自第1次抓药至第t次抓药累计释放的药包总数，吸盘单元i累计释放的药包数越多，其堆积度越大；反之，其堆积度越小；

定义放药决策准则3为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择堆积度小的吸盘单元；

根据决策准则3，编号为i的吸盘单元，其属性3定义为：

p_i3＝h_i(T_c) (8)

其中h_i(T_c)为当前抓药回合下的吸盘单元i的堆积度。

根据吸盘单元i的三个属性，定义吸盘单元i的属性向量为：

由于p_i1，p_i2，p_i3量纲不一致，需进行归一化处理；根据放药决策准则1、放药决策准则2、放药决策准则3，释放多余药包时，优先选择p_i1与p_i2较大，p_i3较小的吸盘单元，故p_i1、p_i2与决策方向一致，属于正属性；p_i3与决策方向相反，属于逆属性；对正属性，采用正向极差变换对p_ij进行归一化：

对逆属性，采用逆向极差变换对p_ij进行归一化：

其中，

分别表示吸盘单元i的第j项属性正向归一化与逆向归一化过后的属性，

分别表示吸盘单元的第j项属性最大的属性值以及最小的属性值；归一化过后的属性向量：

定义阵列式真空吸盘单元抓药装置归一化决策放药模型P_K×3为：

其中，K为阵列式真空吸盘单元抓药装置的吸盘单元总数，

表示吸盘单元i的第j项归一化属性值。

进一步，所述步骤1)中计算吸盘单元每项属性对应的权重包括：

定义吸盘单元i的第j项属性的信息熵为：

其中，

根据公式(14)的得到的信息熵值再进行归一化操作得到吸盘单元的第j项属性的权重ω_j：

根据ω_j求得吸盘单元属性对应的权重向量Ω为：

Ω＝[ω₁，ω₂，ω₃]^T (16)。

进一步，所述步骤2)中通过属性加权选择释放药包的最优吸盘单元包括：

通过将权重向量Ω分别与吸盘单元i(i∈[1，K])的属性向量

进行加权，得到加权决策向量τ：

τ＝P_K×3×Ω＝[v₁，v₂，…，v_K] (17)

其中v_i(i∈[1，K])表示吸盘单元i的加权决策值；对得到的加权决策向量进行排序，其中加权决策值最大的吸盘单元其编号记为i_max，吸盘单元i_max作为待释放药包的吸盘单元最优解。

本发明的有益效果：

1、本发明散袋小包装中药自动出药药柜，其立式柜架分为前驱和后区，其药箱不仅能在药箱平移驱动机构作用下在前区和后区之间平移，并且药箱还能在升降驱动机构的作用下做升降运动，再配合阵列式真空吸盘抓药装置、翻转伸缩接料机构和翻转称量机构，使得该散袋小包装中药自动出药药柜能实现自动抓药、称量和排药。并且由于阵列式真空吸盘抓药装置只做升降运动，其占用的横向空间小；同时翻转伸缩接料机构的翻转和伸缩功能在解决接药问题的同时，也使自身占用的空间大大缩小，如此使得本散袋小包装中药自动出药药柜的体积结构紧凑，整体体积更小，大大优化了散袋小包装中药自动出药药柜的布局结构。

2、本发明散袋小包装中药自动出药药柜，其控制器内装载的放药程序能减小称量次数，提高阵列式真空吸盘抓药装置的放药计量效率；并且其能减小阵列式真空吸盘抓药装置的二次抓药次数，能提高抓药效率；同时其还能降低各吸盘单元的堆积度差异，提高阵列式真空吸盘的利用率。

附图说明

图1为散袋小包装中药自动出药药柜外观的立体结构示意图；

图2为散袋小包装中药自动出药药柜在隐藏了部分结构后的立体结构示意图；

图3为药箱平移及升降驱动机构的立体示意图；

图4为药箱平移及升降驱动机构的另一视角立体示意图；

图5为阵列式真空吸盘抓药装置的立体结构示意图；

图6为翻转伸缩接料机构及翻转称量机构的立体结构示意图；

图7为翻转伸缩接料机构及翻转称量机构的另一视角立体结构示意图；

图8为放药程序流程图；

图9为500次抓药实验采用实施例中所述方法释放药包后各吸盘单元的堆积度差异；

图10为500次抓药实验按照吸盘单元的位置顺序释放药包后各吸盘单元的堆积度差异；

图11为500次抓药实验随机选择吸盘单元释放药包后各吸盘单元的堆积度差异；

图12为称重次数与抓药次数的关系图；

图13为超放药包次数与抓药次数的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例散袋小包装中药自动出药药柜包括长方体形的立式柜架1，所述立式柜架分为后区和前区。

所述后区设置有至少一个药箱阵列单元，每个药箱阵列单元包括若干层与立式柜架连接的固定轨导架2，每层固定轨导架上设置有一个药箱3。

所述前区设置有药箱转运装置，所述药箱转运装置包括两端通过连接座分别与立式柜架的顶部和底部连接的第一直立导轨4、与第一直立导轨滑动配合的第一滑座5、与第一滑座连接的升降架6、设置在升降架上的第一称重传感器7、设置在第一称重传感器上的活动轨道架8、用于驱动药箱在固定轨导架和活动轨道架之间平移的药箱平移驱动机构和用于驱动升降架沿第一直立导轨上下移动的升降驱动机构。

本实施例中，所述药箱平移驱动机构包括沿药箱平移方向布置的第一同步带46、设置在升降架的第三电机9、连接第一同步带和第三电机的中间传动机构10、设置在第一同步带上的带竖向卡槽的卡接块11和设置在升降架上用于检测卡块位置的传感器12；所述药箱的侧面上设置有与卡接块上竖向卡槽配合的卡板13。本实施例中的中间传动机构10由同步轮、同步带和传动轴组成；当然在不同实施例中中间传动机构可根据需要设置成其他形式。

本实施例中，所述固定轨导架和活动轨道架均包括框架体8、设置在框架体上支撑药箱的滚轮43和设置在框架体上对药箱左右边部进行限位的限位轮44，固定轨导架的框架体与立式柜架连接，活动轨道架的框架体与第一滑座连接。通过滚轮支撑药箱，使得其做平移运动时的阻力更小；通过限位轮44对药箱进行限位，能保证在平移过程中药箱不会偏斜。当然在不同实施例中，固定轨导架和活动轨道架的结构还可做成其它形式。

本实施例中，所述升降驱动机构包括设置在立式柜架下部的第四电机14、由第四电机驱动的旋转的主动同步轮15、设置在立式柜架上部的从动同步轮16和连接在主动同步轮与从动同步轮上的第二同步带17。本实施例中第四电机14的动力经同步带18、同步轮19和轴20传递给主动同步轮，当然第四电机14的动力还可通过其它方式传递给主动同步轮。

本实施例中的传感器12设置在位于靠近后区的一侧，并与后区中药箱上卡板13的位置对应。传感器12具体可以为接近开关，当药箱平移驱动机构驱动卡接块移动至接近开关处时，接近开关被触发，第三电机9停机，然后升降驱动机构即可驱动活动轨道架上移或下移，从而使卡接块与卡板连接或使卡接块与卡板分离。

所述前区的顶部设置有阵列式真空吸盘抓药装置，所述阵列式真空吸盘抓药装置包括吸盘基板21、矩形阵列布置在吸盘基板上的若干个吸盘单元22、设置在立式柜架顶部用于驱动吸盘基板上下移动的第一气缸23和设置在各吸盘单元气路上的电动阀24。本实施例中的电动阀24具体采用电磁换向阀。

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括竖立设置在立式柜架边部并能向前区内翻转的翻转伸缩接料机构，所述翻转伸缩接料机构包括设置在立式柜架上第一电机25、由第一电机驱动旋转的第一横轴26、一端与第一横轴固定连接另一端与第二横轴27铰接的第一连杆28、铰接在第二横轴上的翻转架29、一端与翻转架铰接另一端固定在第二滑座30上的第二连杆31、与第二滑座上下滑动配合且两端固定在立式柜架上的第二直立导轨32、固定在翻转架上的第一层接药槽33、叠在第一层接药槽上并与第一层接药槽滑动配合的第二层接药槽34、设置在第一层接药槽上驱动第二层接药槽伸缩移动的第二气缸35和设置在立式柜架边部用于引导药包下移的上防护槽板36。

本实施例中的翻转伸缩接料机构在接药时，第一电机25驱动第一横轴26旋转，第一横轴26带动第一连杆28旋转，第一连杆28旋转即拉动翻转架做上移运动和向立式柜架前驱内侧的翻转运动，当翻转架转动至水平状态时第一电机停止工作，然后第二气缸35再驱动第二层接药槽34伸出。第二层接药槽伸出后，第一层接药槽和第二层接药槽即能完全接住阵列式真空吸盘抓药装置释放的药包。由于翻转伸缩接料机构的翻转和伸缩功能，使得其占用的空间小，能很大的优化散袋小包装中药自动出药药柜的布局结构，缩小散袋小包装中药自动出药药柜的体积。

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在翻转伸缩接料机构下方的翻转称量机构，所述翻转称量机构包括固定在立式柜架上的第二电机37、由第二电机驱动旋转的第三横轴38、固定在第三横轴上的第二称重传感器39和设置在第二称重传感器上的料盒40。

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在立式柜架上并位于料盒旁的下防护槽41和位于下防护槽下方的排料槽42。

上防护槽和下防护槽能在翻转排药时防止药包掉出药柜。

本实施例中散袋小包装中药自动出药药柜在配药过程中，阵列式真空吸盘抓药装置在从药箱抓取药包后，需要先释放掉多余的药包回到药箱中。药箱的下方的第一称重传感器先称重获得一个抓药之前的药箱总重量w1，在吸盘阵列从药箱中抓药后第一称重传感器称重获得抓药后的药箱总重量w2，通过w1-w2再除以单包药的重量从而得到本次抓药后吸盘阵列上面吸附的药包数量。假设需要7包药，但这次吸盘阵列抓取了12包药，那就需要释放5包药回药箱中。但因吸盘单元释放的实际药包数量存在一定不确定性，因此每次释放一个吸盘单元后还得通过药箱下方的第一称重传感器称重得到w3，再通过w2-w3获得吸盘单元释放后实际剩下的药包数，当实际剩下的药包数与需要的数量相等时，翻转伸缩接料机构工作将阵列式真空吸盘抓药装置上剩余的药包接住。翻转伸缩接料机构再将接住的药包排入翻转称量机构，翻转称量机构通过第二称重传感器39的称量对药包数量进行终检，以保证药包数量的正确性，在经称量确认数量正确后通过翻转料盒将药包排出；若药包数量不对，则反向翻转将药包送回药箱。

本实施例中，所述固定轨导架和活动轨道架均包括框架体、设置在框架体上支撑药箱的滚轮和设置在框架体上对药箱左右边部进行限位的限位轮，固定轨导架的框架体与立式柜架连接，活动轨道架的框架体与第一滑座连接。

作为对上述实施例的改进，所述翻转伸缩接料机构还包括与翻转架铰接的第三滑座43、设置在立式柜架上并与第三滑座上下滑动配合的第三直立导轨44和设置在立式柜架上驱动第三滑座上下移动的第三气缸45，所述第三滑座与翻转架的铰接轴心和第二连杆与翻转架的铰接轴心在同一直线上。本改进通过第三气缸辅助推动翻转架上移，能提高翻转伸缩接料机构的工作可靠性。

作为对上述实施例的改进，所述吸盘单元包括单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘。两种吸盘单元能更好的满足抓药和放药作业需求。

作为对上述实施例的改进，所述的散袋小包装中药自动出药药柜还包括控制药箱转运装置、阵列式真空吸盘抓药装置、翻转伸缩接料机构和翻转称量机构工作的控制器，所述控制器中装载有控制阵列式真空吸盘抓药装置释放所抓取药包的放药程序，所述放药程序在被执行时实现如下步骤：

1)计算吸盘单元每项属性对应的权重；

2)通过属性加权求得释放药包的最优吸盘单元，并控制最优吸盘单元释放药包；

3)步骤1)至2)，直至吸盘单元上剩余药包数满足本次抓药所需药包数。

所述步骤1)中吸盘单元的属性定义如下：

建立阵列式真空吸盘抓药装置抓取药包后的药包吸附情况等效模型为：

其中，矩阵A_M×N中的元素a_mn表示阵列式真空吸盘抓药装置上第m行，第n列的吸盘单元所吸附的药包数量，m∈M，n∈N，吸盘单元总数K＝M×N；通过对吸盘单元进行编号得到吸盘单元的编号与其行列位置之间的映射关系i＝m+(n-1)M，i∈[1，K]，记编号为i的吸盘单元的行、列位置分别为m_i，n_i；所述吸盘单元在平面上均匀分布，且吸盘单元分为单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘；

定义放药决策准则1为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择两个吸盘都吸附有药包的双点型吸盘单元释放药包；

根据决策准则1，编号为i的吸盘单元，其属性1定义为：

其中，

表示编号为i的吸盘单元上真空压力传感器显示的吸附药包数；

定义放药决策准则2为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择密集吸附区的吸盘单元；

根据决策准则2，编号为i的吸盘单元，其属性2定义为：

p_i2＝μ_xS_x+μ_yS_y+μ_zS_z (3)

其中：

p_i2表示编号为i的吸盘单元的疏密度，表征以吸盘单元i为中心的药包吸附疏密程度；每个吸盘单元沿x轴方向，沿y轴均有2个吸盘单元与之相邻，沿x轴与y轴的对角线方向有4个吸盘单元与之相邻，但位于吸盘单元阵列边缘的吸盘单元除外；S_x为x轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和，S_y为y轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和；S_xy为沿x轴与y轴的对角方向上与吸盘单元i相邻的4个吸盘单元所吸附的药包数之和；由于沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向上的相邻吸盘单元与吸盘单元i之间的距离不同，导致相邻吸盘单元对以吸盘单元i为中心的药包疏密程度的贡献不同，故μ_x、μ_y、μ_xy分别表示沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向的疏密度因子，相邻吸盘单元距离吸盘单元i越近，疏密度因子越大；

定义抓药回合数为t，t∈[1，T_c]，当前抓药回合记为T_c，则编号为i的吸盘单元第t次抓药时的堆积度：

其中y_i(k)表示第k次抓药实际从吸盘单元i上释放的药包数，堆积度h_i(t)表征了吸盘单元i自第1次抓药至第t次抓药累计释放的药包总数，吸盘单元i累计释放的药包数越多，其堆积度越大；反之，其堆积度越小；

定义放药决策准则3为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择堆积度小的吸盘单元；

根据决策准则3，编号为i的吸盘单元，其属性3定义为：

p_i3＝h_i(T_c) (8)

其中h_i(T_c)为当前抓药回合下的吸盘单元i的堆积度。

根据吸盘单元i的三个属性，定义吸盘单元i的属性向量为：

由于p_i1，p_i2，p_i3量纲不一致，需进行归一化处理；根据放药决策准则1、放药决策准则2、放药决策准则3，释放多余药包时，优先选择p_i1与p_i2较大，p_i3较小的吸盘单元，故p_i1、p_i2与决策方向一致，属于正属性；p_i3与决策方向相反，属于逆属性；对正属性，采用正向极差变换对p_ij进行归一化：

对逆属性，采用逆向极差变换对p_ij进行归一化：

其中，

分别表示吸盘单元i的第j项属性正向归一化与逆向归一化过后的属性，

分别表示吸盘单元的第j项属性最大的属性值以及最小的属性值；归一化过后的属性向量：

定义阵列式真空吸盘单元抓药装置归一化决策放药模型P_K×3为：

其中，K为阵列式真空吸盘单元抓药装置的吸盘单元总数，

表示吸盘单元i的第j项归一化属性值。

所述步骤1)中计算吸盘单元每项属性对应的权重包括：

定义吸盘单元i的第j项属性的信息熵为：

其中，

根据公式(14)的得到的信息熵值再进行归一化操作得到吸盘单元的第j项属性的权重ω_j：

根据ω_j求得吸盘单元属性对应的权重向量Ω为：

Ω＝[ω₁，ω₂，ω₃]^T (16)。

所述步骤2)中通过属性加权选择释放药包的最优吸盘单元包括：

通过将权重向量Ω分别与吸盘单元i(i∈[1，K])的属性向量

进行加权，得到加权决策向量τ：

τ＝P_K×3×Ω＝[v₁，ν₂，…，v_K] (17)

其中v_i(i∈[1，K])表示吸盘单元i的加权决策值；对得到的加权决策向量进行排序，其中加权决策值最大的吸盘单元其编号记为i_max，吸盘单元i_max作为待释放药包的吸盘单元最优解。

所述步骤3)中，当最优待释放吸盘单元i_max被释放后，根据公式(2)、公式(3)和公式(9)更新每个吸盘单元的属性向量

再根据归一化公式(10)、公式(11)、公式(12)和公式(13)更新决策矩阵P_K×3，更新完决策矩阵P_K×3后，重复步骤2)，开启下一轮最优待释放吸盘单元的决策，直至吸盘单元上剩余药包数满足本次抓药所需药包数。

通过进行500次抓药实验对本实施例中的放药程序的有效性进行验证。

图9，图10和图11分别表示500次实验过后吸盘阵列上面的20个吸头的堆积度大小，通过对比图2、图3和图4可以发现，随机选择吸盘单元进行药包释放或者按顺序选择吸盘单元进行药包释放，会使各吸盘单元的堆积度差异非常大，而采用本实施例中提供的方法释放药包，各吸盘单元之间的堆积度差异明显减小了，即各吸盘的累计放药包数无较大差异，当药箱中药包分布的初始状态较为平整时，通过各吸盘均匀落药，可以使得药箱中药包的分布依然较为平整。

图12、图13分别表征了500次实验中需要称量的总次数与超放药包药包的次数，通过对比得知，采用本实施例中阵列式真空吸盘抓药装置的放药决策方法，总的称量次数与药包超放的次数均得到了一定程度的降低，其能提高称量及抓药效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，则均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种散袋小包装中药自动出药药柜，包括长方体形的立式柜架，其特征在于：所述立式柜架分为后区和前区；

所述后区设置有至少一个药箱阵列单元，每个药箱阵列单元包括若干层与立式柜架连接的固定轨导架，每层固定轨导架上设置有一个药箱；

所述前区设置有药箱转运装置，所述药箱转运装置包括两端通过连接座分别与立式柜架的顶部和底部连接的第一直立导轨、与第一直立导轨滑动配合的第一滑座、与第一滑座连接的升降架、设置在升降架上的第一称重传感器、设置在第一称重传感器上的活动轨道架、用于驱动药箱在固定轨导架和活动轨道架之间平移的药箱平移驱动机构和用于驱动升降架沿第一直立导轨上下移动的升降驱动机构；

所述前区的顶部设置有阵列式真空吸盘抓药装置，所述阵列式真空吸盘抓药装置包括吸盘基板、矩形阵列布置在吸盘基板上的若干个吸盘单元、设置在立式柜架顶部用于驱动吸盘基板上下移动的第一气缸和设置在各吸盘单元气路上的电动阀；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括竖立设置在立式柜架边部并能向前区内翻转的翻转伸缩接料机构，所述翻转伸缩接料机构包括设置在立式柜架上第一电机、由第一电机驱动旋转的第一横轴、一端与第一横轴固定连接另一端与第二横轴铰接的第一连杆、铰接在第二横轴上的翻转架、一端与翻转架铰接另一端固定在第二滑座上的第二连杆、与第二滑座上下滑动配合且两端固定在立式柜架上的第二直立导轨、固定在翻转架上的第一层接药槽、叠在第一层接药槽上并与第一层接药槽滑动配合的第二层接药槽、设置在第一层接药槽上驱动第二层接药槽伸缩移动的第二气缸和设置在立式柜架边部用于引导药包下移的上防护槽板；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在翻转伸缩接料机构下方的翻转称量机构，所述翻转称量机构包括固定在立式柜架上的第二电机、由第二电机驱动旋转的第三横轴、固定在第三横轴上的第二称重传感器和设置在第二称重传感器上的料盒；

所述散袋小包装中药自动出药药柜还包括设置在立式柜架上并位于料盒旁的下防护槽和位于下防护槽下方的排料槽。

2.根据权利要求1所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述固定轨导架和活动轨道架均包括框架体、设置在框架体上支撑药箱的滚轮和设置在框架体上对药箱左右边部进行限位的限位轮。

3.根据权利要求2所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述药箱平移驱动机构包括沿药箱平移方向布置的第一同步带、设置在升降架上的第三电机、连接第一同步带和第三电机的中间传动机构、设置在第一同步带上的带竖向卡槽的卡接块和设置在升降架上用于检测卡块位置的传感器；所述药箱的侧面上设置有与卡接块上竖向卡槽配合的卡板。

4.根据权利要求1所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述升降驱动机构包括设置在立式柜架下部的第四电机、由第四电机驱动的旋转的主动同步轮、设置在立式柜架上部的从动同步轮和连接在主动同步轮与从动同步轮上的第二同步带。

5.根据权利要求1所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述翻转伸缩接料机构还包括与翻转架铰接的第三滑座、设置在立式柜架上并与第三滑座上下滑动配合的第三直立导轨和设置在立式柜架上驱动第三滑座上下移动的第三气缸，所述第三滑座与翻转架的铰接轴心和第二连杆与翻转架的铰接轴心在同一直线上。

6.根据权利要求1所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述吸盘单元包括单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘。

7.根据权利要求6所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：还包括控制药箱转运装置、阵列式真空吸盘抓药装置、翻转伸缩接料机构和翻转称量机构工作的控制器,所述控制器中装载有控制阵列式真空吸盘抓药装置释放所抓取药包的放药程序，所述放药程序在被执行时实现如下步骤：

1)计算吸盘单元每项属性对应的权重；

2)通过属性加权求得释放药包的最优吸盘单元，并控制最优吸盘单元释放药包；

3)重复步骤1)至2)，直至吸盘单元上剩余药包数满足本次抓药所需药包数。

8.根据权利要求7所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述步骤1)中吸盘单元的属性定义如下：

建立阵列式真空吸盘抓药装置抓取药包后的药包吸附情况等效模型为：

其中，矩阵A_M×N中的元素a_mn表示阵列式真空吸盘抓药装置上第m行，第n列的吸盘单元所吸附的药包数量，m∈M，n∈N，吸盘单元总数K＝M×N；通过对吸盘单元进行编号得到吸盘单元的编号与其行列位置之间的映射关系i＝m+(n-1)M，i∈[1，K]，记编号为i的吸盘单元的行、列位置分别为m_i，n_i；所述吸盘单元在平面上均匀分布，且吸盘单元分为单点型吸盘单元和双点型吸盘单元，一个单点型吸盘单元中只有一个吸盘，一个双点型吸盘单元中有两个吸盘；

定义放药决策准则1为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择两个吸盘都吸附有药包的双点型吸盘单元释放药包；

根据决策准则1，编号为i的吸盘单元，其属性1定义为：

其中，

表示编号为i的吸盘单元上真空压力传感器显示的吸附药包数；

定义放药决策准则2为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择密集吸附区的吸盘单元；

根据决策准则2，编号为i的吸盘单元，其属性2定义为：

p_i2＝μ_xS_x+μ_yS_y+μ_zS_z (3)

其中：

p_i2表示编号为i的吸盘单元的疏密度，表征以吸盘单元i为中心的药包吸附疏密程度；每个吸盘单元沿x轴方向，沿y轴均有2个吸盘单元与之相邻，沿x轴与y轴的对角线方向有4个吸盘单元与之相邻，但位于吸盘单元阵列边缘的吸盘单元除外；S_x为x轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和，S_y为y轴方向上与吸盘单元i相邻的两吸盘单元所吸附的药包数之和；S_xy为沿x轴与y轴的对角方向上与吸盘单元i相邻的4个吸盘单元所吸附的药包数之和；由于沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向上的相邻吸盘单元与吸盘单元i之间的距离不同，导致相邻吸盘单元对以吸盘单元i为中心的药包疏密程度的贡献不同，故μ_x、μ_y、μ_xy分别表示沿x轴、y轴、x轴与y轴的对角线方向的疏密度因子，相邻吸盘单元距离吸盘单元i越近，疏密度因子越大；

定义抓药回合数为t，t∈[1，T_c]，当前抓药回合记为T_c，则编号为i的吸盘单元第t次抓药时的堆积度：

其中y_i(k)表示第k次抓药实际从吸盘单元i上释放的药包数，堆积度h_i(t)表征了吸盘单元i自第1次抓药至第t次抓药累计释放的药包总数，吸盘单元i累计释放的药包数越多，其堆积度越大；反之，其堆积度越小；

定义放药决策准则3为：在阵列式真空吸盘抓药装置释放药包时，优先选择堆积度小的吸盘单元；

根据决策准则3，编号为i的吸盘单元，其属性3定义为：

p_i3＝h_i(T_c) (8)

其中h_i(T_c)为当前抓药回合下的吸盘单元i的堆积度。

根据吸盘单元i的三个属性，定义吸盘单元i的属性向量为：

由于p_i1，p_i2，p_i3量纲不一致，需进行归一化处理；根据放药决策准则1、放药决策准则2、放药决策准则3，释放多余药包时，优先选择p_i1与p_i2较大，p_i3较小的吸盘单元，故p_i1、p_i2与决策方向一致，属于正属性；p_i3与决策方向相反，属于逆属性；对正属性，采用正向极差变换对p_ij进行归一化：

对逆属性，采用逆向极差变换对p_ij进行归一化：

其中，

分别表示吸盘单元i的第j项属性正向归一化与逆向归一化过后的属性，

分别表示吸盘单元的第j项属性最大的属性值以及最小的属性值；归一化过后的属性向量：

定义阵列式真空吸盘单元抓药装置归一化决策放药模型P_K×3为：

其中，K为阵列式真空吸盘单元抓药装置的吸盘单元总数，

表示吸盘单元i的第j项归一化属性值。

9.根据权利要求8所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述步骤1)中计算吸盘单元每项属性对应的权重包括：

定义吸盘单元i的第j项属性的信息熵为：

其中，

根据公式(14)的得到的信息熵值再进行归一化操作得到吸盘单元的第j项属性的权重ω_j：

根据ω_j求得吸盘单元属性对应的权重向量Ω为：

Ω＝[ω₁，ω₂，ω₃]^T (16)。

10.根据权利要求9所述的散袋小包装中药自动出药药柜，其特征在于：所述步骤2)中通过属性加权选择释放药包的最优吸盘单元包括：

通过将权重向量Ω分别与吸盘单元i(i∈[1，K])的属性向量

进行加权，得到加权决策向量τ：

τ＝P_K×3×Ω＝[ν₁，ν₂，…，ν_K] (17)

其中ν_i(i∈[1，K])表示吸盘单元i的加权决策值；对得到的加权决策向量进行排序，其中加权决策值最大的吸盘单元其编号记为i_max，吸盘单元i_max作为待释放药包的吸盘单元最优解。

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