CN117885106A - 一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人及方法，涉及流化床制粒取样技术领域。装置包括电动取样机构和移动取样机构，移动取样机构携带样品定位到电动取样机构位置。方法包括预设移动取样机构的工作路径；移动取样机构依据设定的工作路径移动至取样区域；启动取样程序，将抓取的样品进行固定存放；将样品定位至电动取样机构位置；接取流化床颗粒样品；完成一次运行，流化床颗粒样品接取结束；启动分散颗粒样品操作，同时将样品暂存，完成一次取样。本发明的机器人替代操作人员进行中药制药过程物料取样和送样，降低了制药过程劳动强度和人员成本，并且一定程度上规避了人员操作带来的安全隐患和质量风险。
Description
技术领域
本发明涉及流化床制粒取样技术领域，具体涉及一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人及方法。
背景技术
当前中药质量控制策略依赖于对投料药材、中间体和成品的检测，对于制药过程物料的检测较为忽视，原因之一在于制药过程取样困难，缺乏适用于生产线的自动化取样装备和智能化取样方法。
目前，流化床一步制粒法已广泛应用于中药生产，该法在密闭容器中集混合、制粒、干燥于一体。与其他制粒方法相比，流化床制粒法制得的颗粒具有更好的流动性、均匀性和压塑性能。但是，由于中成药成分复杂，当前流化床制粒工艺尚不稳定，需要在生产过程种适时检测流化床颗粒质量属性。现有流化床生产过程物料检测的模式主要有在线检测和旁线检测两种，前者需要提前在制药工艺设备上预留检测仪器仪表的安装接口，不适用于已建成产线，且存在仪表校准、拆卸、清洗困难等问题；后者则需要操作人员在生产过程中定时取样后进行检测，操作繁琐，也可能引发安全隐患或引入质量风险。因此，亟需研发一套具有自主移动、自主定位、自主采样、自主送检能力的流化床制药过程取样设备。
机器人技术目前已在中药制药领域有所应用，例如拆包机械臂、物料运输AGV小车等。其中，公开号为CN116038649A的中国专利公开了一种检测流化床制粒过程中多质量指标的机器人及方法，通过机械臂直接抓取盛有流化床颗粒样品的容器，放入自身搭载的高光谱成像机构内进行测定，并通过建立残差神经网络模型拟合颗粒高光谱成像图谱与流化床制粒过程中颗粒水分、粒径和药效成分含量，测定时间短，运行稳定，提高了工作效率。但是该专利的取样过程需经过机械臂物理按压或旋转取样阀门，该方式存在以下问题：①按压/旋转力度存在超出机械臂关节压力阈值的风险，导致取样失败或机械臂损坏；②按压/旋转误差累积可能导致取样阀门未能紧闭，造成物料泄漏等风险，因此，有必要开发非接触式的智能取样装置及方法，进一步提升中药流化床制药过程物料质量控制水平。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，包括电动取样机构和移动取样机构，移动取样机构包括底盘，底盘上安装有样品接取模块和样品储存模块，样品接取模块从样品储存模块位置取样，且移动取样机构携带样品定位到电动取样机构位置；电动取样机构包括物理连接模块、驱动模块和连杆模块，物理连接模块对接于流化床罐体取样口，且物理连接模块上安装有驱动模块，驱动模块驱动连杆模块运动。
基于上述技术方案，更进一步地，所述电动取样机构包括物理连接模块、驱动模块、连杆模块、密封模块和出样口，物理连接模块对接于流化床罐体取样口，且物理连接模块上安装有驱动模块，驱动模块驱动连杆模块运动，出样口位于物理连接模块下方，且连杆模块运动带动密封模块与出样口分离或密闭。
基于上述技术方案，更进一步地，所述电动取样机构还包括信号接收模块，信号接收模块位于物理连接模块下方，且信号接收模块采用无线触发方式接收启动或停止的取样信号。
基于上述技术方案，更进一步地，所述无线触发方式包括但不限于通过红外、超声波、RFID和NFC的非接触信号触发，或通过蓝牙、Wi-Fi、4G和5G的通讯方式触发方式。
基于上述技术方案，更进一步地，所述物理连接模块的接口包括但不限于螺纹接口、快接卡口、法兰接口以及非标准化接口。
基于上述技术方案，更进一步地，所述底盘上端安装有存放支架，存放支架上设有若干个样品槽位，且存放支架顶端安装有样品接取模块和样品储存模块。
基于上述技术方案，更进一步地，所述样品接取模块包括夹爪、定位组件和样品分散组件，且定位组件设于夹爪下端，样品分散组件设于夹爪上端。
基于上述技术方案，更进一步地，所述底盘、样品接取模块和样品储存模块两两之间基于工业通讯协议进行信息传递，且工业通讯协议包括但不限于Modbus、TCP/IP、RS-232和RS-485。
基于上述技术方案，更进一步地，所述底盘上还安装有激光雷达。
一种基于机器人的中药流化床制粒过程取样方法，采用一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，包括以下步骤：
步骤S1：预设移动取样机构的工作路径；
步骤S2：移动取样机构依据设定的工作路径自主移动至流化床设备取样区域；
步骤S3：启动取样程序，执行抓取命令，并将抓取的样品进行固定存放；
步骤S4：将样品定位至电动取样机构位置；
步骤S5：触发电动取样启动信号，开始接取流化床颗粒样品；
步骤S6：完成一次运行，流化床颗粒样品接取结束；
步骤S7：启动分散颗粒样品操作，同时将样品暂存，完成一次取样。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S3中，启动取样程序后，样品接取模块开始持续读取寄存器地址中的编码值；根据读取的信息，完成样品抓取、接取、分散、暂存操作动作后，向寄存器地址中写入约定编码，通过modbus协议向移动取样模块的底盘发送指令，然后持续读取寄存器地址的编码，直至读到操作机构发送的约定编码值后，再执行下一次的样品抓取、接取、分散、暂存操作。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明替代操作人员进行中药制药过程物料取样和送样，降低了制药过程劳动强度和人员成本，并且一定程度上规避了人员操作带来的安全隐患和质量风险。
(2)本发明采用了非接触式的制药过程取样方式，提高取样成功率，并最大程度降低机器人损坏风险。
附图说明
图1为本发明电动取样阀门的结构示意图；
图2为本发明移动取样模块的结构示意图；
图3为本发明取样方法的流程图；
附图标记：1.物理连接模块；2.驱动模块；3.连杆模块；4.密封模块；5.出样口；6.信号接收模块；7.底盘；8.激光雷达；9.存放支架；10.样品槽；11.样品接取模块；12.夹爪；13.定位组件；14分散组件；15.样品储存模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
实施例1
结合图1和图2所示，本实施例提供了一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，包括电动取样机构和移动取样机构，移动取样机构包括底盘7，底盘7上安装有样品接取模块11和样品储存模块15，样品接取模块11从样品储存模块15位置取样，且移动取样机构携带样品定位到电动取样机构位置。
具体而言，所述电动取样机构包括物理连接模块1、驱动模块2、连杆模块3、密封模块4和出样口5，物理连接模块1用于将本装置对接于流化床罐体取样口，该物理连接模块1的接口包括但不限于螺纹接口、快接卡口、法兰接口以及非标准化接口，优选的，接口采用G3/4外螺纹结构。且物理连接模块1上安装有驱动模块2，驱动模块2可选择具有驱动作用的电机等，驱动模块2驱动连杆模块3运动，出样口5位于物理连接模块1下方，且连杆模块3运动带动密封模块4与出样口5分离或密闭，具体的，连杆模块3一端套设在驱动模块2的运动杆上，连杆模块3的另一端通过连接块与密封模块4连接。所述电动取样机构还包括信号接收模块6，信号接收模块6位于物理连接模块1下方，其中，信号接收模块6安装在出样口5的位置，且信号接收模块6采用无线触发方式接收启动或停止的取样信号，也即是，信号接收模块6用于接收启停信号，从而开启或结束取样过程；而其中的无线触发方式包括但不限于通过红外、超声波、RFID和NFC等非接触信号触发，或通过蓝牙、Wi-Fi、4G和5G等通讯方式触发方式。其中，优选的，本实施例采用的信号接收模块6为超声波探头，无线信号触发方式为超声波信号。当超声波探头探测到有物体接近电动取样机构，电机启动，驱动连杆模块3完成一个周期的运动带动密封模块4先与出样口5分离后再度闭合，一定量的流化床颗粒样品从出样口5放出，完成一次流化床颗粒样品接取操作。
进一步地，所述底盘7上端安装有存放支架9，其用于存放多层样品，存放支架9上每层都可以设有若干个样品槽10位，其存放支架9顶端安装有样品接取模块11和样品储存模块15，其中，样品接取模块11包括夹爪12、定位组件13和样品分散组件14，且定位组件13设于夹爪12下端，样品分散组件14设于夹爪12上端。优选的，样品接取模块11为机械臂，夹爪12用于固定样品储存模块15，定位组件13为伺服摄像头，用于定位电动取样机构的出样口5，分散组件14包括漏斗和微振动单元，其用于使得接取的流化床颗粒样品均匀分布于样品储存模块15，其中，漏斗安装在微振动单元上方，微振动单元通过固定架固定在夹爪12上，夹爪12一端通过旋转结构可以实现自由移动。底盘7上还安装有激光雷达8。所述底盘7、样品接取模块11和样品储存模块15两两之间基于工业通讯协议进行信息传递，其传递的信息指令包括但不限于向约定寄存器地址写入指定编码、触发物理按键等；且工业通讯协议包括但不限于Modbus、TCP/IP、RS-232和RS-485。
本装置的工作原理为：
带有激光雷达8的底盘7用于绘制流化床制粒设备所在车间地图并在地图内按照预定的路线在工作点之间移动；样品接取模块11用于从样品储存模块15中抓取洁净的样品，而后定位到安装于流化床制粒设备上的电动取样机构，触发阀门开启，接取放出的流化床颗粒样品并使之均匀分散于样品储存模块15，而后将接取的样品暂存于样品的存放支架9指定样品槽10位内。底盘7与样品接取模块11及样品储存模块15之间基于工业通讯协议进行通讯，该工业通讯协议包括但不限于Modbus、TCP/IP、RS-232、RS-485等；发送指令包括但不限于向约定寄存器地址写入指定编码、触发物理按键等。底盘7移动至地图上的目标点后，向样品接取模块11发送指令，样品接取模块11执行相应操作。样品接取模块11定位并移动到样品储存模块15后，向样品储存模块15发送指令，样品储存模块15释放洁净容器并被样品接取模块11上的夹爪12抓取。样品接取模块11完成样品接取并放入样品暂存后，向底盘7发送指令，底盘7沿设定的路径向下一个目标点或充电点移动。
实施例2
结合图3，基于实施例1的取样装置，本实施例提供了一种中药流化床制粒过程质量监测取样方法，采用一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，包括以下步骤：
步骤S1：预设移动取样机构的工作路径；
步骤S2：移动取样机构依据设定的工作路径自主移动至流化床设备取样区域；并向寄存器地址中写入约定编码01，通过modbus协议向样品接取模块11发送指令，然后持续读取寄存器地址的编码；
步骤S3：启动取样程序，样品接取模块11执行容器抓取命令，从样品储存模块15存放机构抓取并固定样品储存模块15；具体的，读取到寄存器地址中的约定编码01后，启动取样程序；执行容器抓取命令，夹爪12从样品储存模块15抓取并固定；启动取样程序后，底盘7开始持续读取寄存器地址中的编码值，本实施例中约定取样成功的编码值为06。
步骤S4：将样品定位至电动取样机构位置；具体是定位到出样口5位置；
步骤S5：触发电动取样机构的阀门启动信号，开始接取流化床颗粒样品；
步骤S6：基于驱动模块2完成一次运行，流化床颗粒样品接取结束；
步骤S7：启动分散颗粒样品操作，同时将样品暂存，完成一次取样；具体是分散组件14中的微振动单元分散颗粒样品，同时将样品暂存至样品存放支架9，并向寄存器地址中写入约定编码值06，完成一次取样。
也即是，本方法是在启动取样程序后，样品接取模块11开始持续读取寄存器地址中的编码值；根据读取的信息，完成样品抓取、接取、分散、暂存操作动作后，向寄存器地址中写入约定编码，通过modbus协议向移动取样模块的底盘7发送指令，然后持续读取寄存器地址的编码，直至读到操作机构发送的约定编码值后，再执行下一次的样品抓取、接取、分散、暂存操作。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，包括电动取样机构和移动取样机构，
移动取样机构包括底盘，底盘上安装有样品接取模块和样品储存模块，样品接取模块从样品储存模块位置取样，且移动取样机构携带样品定位到电动取样机构位置；
电动取样机构包括物理连接模块、驱动模块和连杆模块，物理连接模块对接于流化床罐体取样口，且物理连接模块上安装有驱动模块，驱动模块驱动连杆模块运动。
2.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述电动取样机构还包括密封模块和出样口，出样口位于物理连接模块下方，且连杆模块运动带动密封模块与出样口分离或密闭。
3.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述电动取样机构还包括信号接收模块，信号接收模块位于物理连接模块下方，且信号接收模块采用无线触发方式接收启动或停止的取样信号。
4.根据权利要求3所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述无线触发方式包括但不限于通过红外、超声波、RFID和NFC的非接触信号触发，或通过蓝牙、Wi-Fi、4G和5G的通讯方式触发方式。
5.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述物理连接模块的接口包括但不限于螺纹接口、快接卡口、法兰接口以及非标准化接口。
6.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述底盘上端安装有存放支架，存放支架上设有若干个样品槽位，且存放支架顶端安装有样品接取模块和样品储存模块。
7.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述样品接取模块包括夹爪、定位组件和样品分散组件，且定位组件设于夹爪下端，样品分散组件设于夹爪上端。
8.根据权利要求1所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，所述底盘上还安装有激光雷达。
9.一种中药流化床制粒过程质量监测取样方法，采用权利要求1-8任一项所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样机器人，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：预设移动取样机构的工作路径；
步骤S2：移动取样机构依据设定的工作路径自主移动至流化床设备取样区域；
步骤S3：启动取样程序，执行抓取命令，并将抓取的样品进行固定存放；
步骤S4：将样品定位至电动取样机构位置；
步骤S5：触发电动取样启动信号，开始接取流化床颗粒样品；
步骤S6：完成一次运行，流化床颗粒样品接取结束；
步骤S7：启动分散颗粒样品操作，同时将样品暂存，完成一次取样。
10.根据权利要求9所述的一种中药流化床制粒过程质量监测取样方法，其特征在于，步骤S3中，启动取样程序后，样品接取模块开始持续读取寄存器地址中的编码值；根据读取的信息，完成样品抓取、接取、分散、暂存操作动作后，向寄存器地址中写入约定编码，通过modbus协议向移动取样模块的底盘发送指令，然后持续读取寄存器地址的编码，直至读到操作机构发送的约定编码值后，再执行下一次的样品抓取、接取、分散、暂存操作。
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- 2024-01-16 CN CN202410066082.3A patent/CN117885106B/zh active Active
Patent Citations (7)
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