专利名称：规则摆放盒装药品的方法
技术领域：
本发明涉及一种规则摆放盒装药品的方法，尤其涉及以平面直角坐标机器人配以机械手自动把药盒放在确定的药品储位上。
背景技术：
众所周知，药房作为医院的第一窗口，代表着医院的形象，患者对医院的感受印象主要来自于药房。而在医院门诊药房发药窗口前，每天的上午和下午的领药高峰期，病人都需要排成长度，等待药剂师按照医生给病人开写的处方，在药品货架上取下药品，发给病人。病人等候时间甚至长达半小时，国内三甲医院由于求医患者众多，更是如此。另一方面，药剂师手工发药，凭个人记忆或者药品标签判断，极容易出现差错，甚至出现用药事故。药剂师成为仓库保管员，他们在药剂学上的专业知识得不到施展，造成一定程度的人力资源浪费。
尤其，当药房中某种药品缺乏时，多是由人工把相应的药品补充到相应的位置，这种方式费时费力。因此，能自动把药盒规则摆放在确定的药品储位上将是一项值得研究的重要技术课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种规则摆放盒装药品的方法，以平面直角坐标机器人配以灵巧机械手能自动把药盒规则摆放在确定的药品储位上，自动实现补药。
本发明的目的通过以下技术方案来实现规则摆放盒装药品的方法，其特征在于以平面直角坐标机器人配置机械手，机械手安装在机器人的导轨上，所述机械手设有斜坡U型槽、U型槽倾侧机构和翻板式出药机构，U型槽与水平面呈10～30°倾角，U型槽倾侧机构使U型槽在U、V型姿态保持，机械手定位过程中，斜坡U型槽保持V型姿态，机械手到达准确的储位号后，斜坡U型槽翻转到U型姿态；U型槽上设置翻板式出药机构，静止时挡住药盒，受到电磁铁推力时出药翻板挡边降低，药盒随重力滑出；使用时，机械手定位前，倾侧机构使斜坡U型槽倾侧、药盒滑入U型槽中，药盒沿U型槽棱边靠齐，机械手接受一定盒数的药品后，由机器人定位到准确的储位号，斜坡U型槽复位，被药盒靠齐的棱边对准药柜储药槽的棱边，翻板式出药机构动作，挡边降低、药盒滑入药柜储药槽中。
进一步地，上述的规则摆放盒装药品的方法，平面直角坐标机器人包括两套平行放置的水平方向电动导轨和一套竖直方向电动导轨，所述水平方向电动导轨由X轴伺服电机、X轴水平导轨、同步轴和X轴水平导轨构成，两套水平导轨采用同步轴连接，X轴伺服电机的旋转运动带动X轴水平导轨的滑块左右移动，并通过同步轴传递到X轴水平导轨带动X轴水平导轨的滑块左右移动；所述竖直方向电动导轨由Y轴伺服电机和Y轴导轨构成，Y轴导轨两端附在两X轴滑块上，Y轴导轨上也有滑块，Y轴伺服电机旋转运动带动滑块上下移动；机械手安装在Y轴滑块上，从而实现机械手的左右上下运动。
更进一步地，上述的规则摆放盒装药品的方法，机械手U型槽固连在Y轴滑块上，机械手U型槽也固连在机械手机架上，机架与轴承座固连，轴承座与电机法兰固连，电机法兰与电机机壳固连，电机的输出轴通过联轴器与长被动轴相连，长被动轴与U型块固连，U型块与Y轴导轨上的滑块固连；工作时，平面直角坐标机器人把U型块定位到确定储位槽上，长被动轴不转动，电机的机壳转动，机壳的旋转运动通过电机法兰传递到轴承座，轴承座通过轴承绕长被动轴转动，电机正相通电，机械手U型槽顺时针转动，电机反相通电，机械手U型槽逆时针转动，从而使U型槽在U或V型姿态保持。
再进一步地，上述的规则摆放盒装药品的方法，U型槽与水平面呈20°倾角。
再进一步地，上述的规则摆放盒装药品的方法，机械手的前部设有无动力转动机构，包括轴承、轴承座和短被动轴，短被动轴与U型块固连，轴承座与机械手机架固连，轴承座通过轴承与短被动轴活动连接。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本发明以平面直角坐标机器人配以灵巧机械手使输送到机械手U型槽上的药品自动对齐储药槽的一侧，通过翻板的顶起与落下使药盒限位、出药，自动把药盒规则摆放在确定的药品储位上，自动准确实现补药。大大降低了药剂师的劳动强度，提高了药品发放的效率和准确率，显著改善了医院药房的服务质量，经济效益和社会效益显著。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图1直角坐标机器人示意图；图2机械手结构示意图；图3机械手U型槽U型姿态示意图；图4药盒摆放效果图一；图5机械手U型槽V型姿态；图6药盒摆放效果图二。
图中各附图标记的含义见下表
具体实施方式
本发明利用典型直角坐标机器人配以多功能机械手完成盒装药品的自动上药功能。机械手作为直角坐标机器人的末端负载，机械手按控制计算机指定的正确储位号定位。机械手在定位前，斜坡式U型槽由倾侧机构作用，倾侧后，药盒滑入其中，由于重力两个方向的下滑分力，药盒沿U型槽棱边靠齐；机械手接受一定盒数的药品后，由机器人定位到准确的储位号，斜坡式U型槽正转复位，被药盒靠齐的棱边对准药柜储药槽的棱边，出药翻板动作，挡边降低，药盒由于重力作用滑入储药柜出药槽中，斜坡式U型槽反转，出药翻板复位，机械手回到零位，等待下次上药动作。
采用直角坐标机器人作为机械手的定位装置，平面定位不同的药品存储在不同编号的储位上，每个储位是一个倾斜20度放置的U型槽，一个槽内可以盛放多盒药品，储药柜U型槽的进药口都分布在一个平面上，机械手按上位机规划准确定位在确定的储位上。
机械手上设计简短U型槽作为药盒的临时中转，并能够装载和卸出多个药盒，机械手一个上药周期处理多盒药，上药效率高，按批上药解决了日处理量大等问题。多盒药品的临时存放机械手是药盒从上药输送系统到储药柜储药槽的临时中转，机械手上20度斜坡式U型槽利于与储药柜U型储药槽的对接，输送到机械手U型槽中的数盒药由于重力下滑分力作用按盒依次靠紧，按长度方向排列在U型槽中。直角坐标机器人在定位运动中会有要加减速过程，由于药盒本身的惯性，可能会导致药盒在机械手U型槽中左右晃动，严重时会出现药盒在队列中改变顺序，导致上药错误。为保证药盒在机械手加减速过程中摆放整齐，设计一套倾侧机构，在向机械手U型槽中补药时，倾侧电机驱动机械手U型槽，使药盒滑入其中的时候，受到两个方向下滑分力的作用，药盒既能靠机械手U型槽一侧定位，又能使药盒沿机械手U型槽倾斜方向靠紧。在机械手运动过程中，机械手U型槽对药盒而言成为V型，保证药盒在加减速过程中左右方向都有反作用力，不至于左右晃动。药盒自身依靠重力滑出机械手U型槽，进入药柜储药U型槽。为控制药盒按确定的盒数进入U型槽，设置推杆式电磁铁驱动的出药翻板，翻板被顶起一次，一盒药滑出，若翻板一直被顶起，机械手U型槽中的全部药盒进入储位。
具体设计时，为考虑机械手定位精度和使用成本，直角坐标机器人采用同步带电动直线导轨型，完成机械手的定位功能。平面直角坐标机器人如图1，包括两套平行放置的水平方向电动导轨和一套竖直方向电动导轨，所述水平方向电动导轨由X轴伺服电机1、X轴水平导轨2、同步轴3和X轴水平导轨4构成，两套水平导轨采用同步轴连接，X轴伺服电机1的旋转运动带动X轴水平导轨的滑块8左右移动，并通过同步轴3传递到X轴水平导轨4带动X轴水平导轨的滑块5左右移动；所述竖直方向电动导轨由Y轴伺服电机9和Y轴导轨6构成，Y轴导轨6两端附在滑块8和滑块5上，Y轴导轨上有滑块7，Y轴伺服电机9旋转运动带动滑块7上下移动；机械手安装在滑块7上，从而实现机械手的左右上下运动。此种设计，X轴伺服电机1负载较小，选择功率较小的交流伺服电机，Y轴伺服电机9因为要提升重物，故选择功率稍微大一点的交流伺服电机。
临时存放在机械手U型槽中的药盒在出药翻板打开的情况下，是依靠自身重力的下滑分力进入储位，斜坡的角度选择很关键。如果斜坡角度过大，药盒会以较大的初速度冲入储位，甚至把已经放在储药柜U型槽中的药盒冲出；如果斜坡角度过小，药盒则不易滑入储位，影响上药效率。分析材料的最大静摩擦系数，结合反复对比实验，确定斜坡最优角度是与水平方向成20度，并且方便与储药柜U型槽对接。
如图2，机械手倾侧机构使U型槽10能够在U，V型姿态保持，并且按程序控制切换。机械手的倾侧是回转运动，选择最常见的电机驱动，普通可正反转交流电机11作为倾侧机构动力，实现机械手U型槽10的U、V型姿态。倾侧运动要求旋转速度很低，配减速比600的减速器，也可直接选择带减速器的普通交流电机。采用电机输出轴不转，机壳转动的方式。具体工作流程交流电机11受PLC控制正向通电，其输出轴旋转，带动联轴器13转动，联轴器13带动长被动轴16转动；而长被动轴16与U型块17固连，U型块17又与Y轴导轨滑块7固连，所以长被动轴16不能转动，导致交流电机机壳可转动。机壳的旋转运动通过电机法兰12传递到轴承座14，轴承座14通过轴承15绕长被动轴16转动。机械手机架18与轴承座15固连，机械手U型槽10固连在机械手机架18上；于是交流电机11正相通电，机械手U型槽10顺时针转动；交流电机11反相通电，机械手U型槽10逆时针转动。为保证机械手机架18前后受力均匀，转动灵活，在机械手的前部安装了一套无动力转动机构，短被动轴19与U型块17固连，轴承座20的底部与机械手机架18固连，轴承座20通过轴承21绕短被动轴19转动。机械手U型槽10在电机11驱动下转到U型姿势后碰到正相限位，限位信号输入PLC，PLC切断电机正相电压；机械手U型槽10在电机11驱动下转到V型姿势后碰到反相限位，限位信号输入PLC，PLC切断电机反相电压，如此完成机械手的倾侧运动。
需注意的是，普通的带减速器的交流电机的输出轴存在较大回差，采用给电机输入端加一个较低的保持电压的方式来消除减速器回差，机械手在加减速过程中不会因为回差产生晃动，确保机械手定位准确。PLC控制电机正转触点导通时(其他触点闭合)，电机“+”端得220VAC电，电机正向旋转，碰到正向限位开关后电机正转触点断开，电机正向消隙触点闭合，电机“+”端得105VAC电，电机转子获得一个正向保持转矩，使得电机减速器齿轮啮合紧密，不会产生回差。PLC控制电机反转触点导通时(其他触点闭合)，电机“-”端得220VAC电，电机反向旋转，碰到反向限位开关后电机反转触点断开，电机反向消隙触点闭合，电机“-”端得105VAC电，电机转子获得一个反向保持转矩，使得电机减速器齿轮啮合紧密，不产生回差。
斜坡式槽的横截面成U型，如图3中所示，如果药盒平躺放入，药盒无法在槽内摆放整齐，可能会导致图4所示的杂乱无章情况。在药盒由上药输送系统传递到机械手斜坡式槽时，倾侧机构动作，斜坡式U型槽如图5所示，药盒相当于进入V型槽，药盒在重力作用下沿V型槽棱边靠齐，如图6所示。在机械手定位过程中，斜坡式U型槽保持V型姿态，防止药盒因为加速或者减速过程中惯性的作用而来回晃动。机械手到达正确的储位号后，斜坡式U型槽再翻转到U型姿态，翻板动作，药盒滑出。
电磁铁翻板机构设计翻板相当于阀门，控制药盒是否进入储位。电磁铁22固定在机架18的下方，可以带动翻板23转动，翻板23上方装有滚轮24，以利于药盒滑下。在上药输送系统往机械手U型槽中输送药盒时，翻板23受到推杆式电磁铁的复位推力，挡边抬高，药盒被挡在机械手U型槽10中。当机械手到达正确的储位时，推杆式电磁铁得电，顶杆受电磁力吸引，退回，出药翻板23由于重力的作用翻转，出药翻板23挡边降低，药盒滑出机械手U型槽10，顺利进入储药柜储药U型槽。翻板动作分为顶起和降低两个动作，采用简单的推杆式电磁铁作为翻板的动力，控制简单、成本低廉、方便可靠，电磁铁选择DC24V电源，最大推力5N，全行程10mm。
具体运用时，当输送带向机械手送药，交流电机11逆时针(从机械手后部向前看)旋转，带动机架18及其上的U型槽10旋转，从而使药品完成侧向定位，并且此时电磁铁22向上顶起翻板23，限制药盒滑出U型槽10。当机械手运动到药房中对应的储药槽时，交流电机11顺时针(从机械手后部向前看)旋转，带动机架18及其上的U型槽10旋转，以使机械手水平对齐储药U形槽，随后电磁铁22动作，使翻板23的上边缘低于U型槽10的低端边缘，盒装药从机械手U型槽10中滑出落入到相应药房储药U型槽，翻板23的上边缘装有滚轮24有利于药品顺利滑下。
显然，本发明利用直角坐标机器人配合多功能机械手完成盒装药品的自动上药，能够将从上药输送带输送来的药品顺利滑入到指定的储药柜U型槽，药盒规则摆放在确定的药品储位上；结构新颖，大大节省了人力，降低了药剂师的劳动强度，效应显著，应用前景看好。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.规则摆放盒装药品的方法，其特征在于以平面直角坐标机器人配置机械手，机械手安装在机器人的导轨上，所述机械手设有斜坡U型槽、U型槽倾侧机构和翻板式出药机构，U型槽与水平面呈10～30°倾角，U型槽倾侧机构使U型槽在U、V型姿态间切换，机械手定位过程中，斜坡U型槽保持V型姿态，机械手到达准确的储位号后，斜坡U型槽翻转到U型姿态；U型槽在U、V型姿态间切换，采用了保持电压消隙方法；U型槽上设置翻板式出药机构，静止时挡住药盒，受到电磁铁推力时出药翻板顶出药盒；使用时，机械手定位前，倾侧机构使斜坡U型槽倾侧、药盒滑入U型槽中，药盒沿U型槽棱边靠齐，机械手接受一定盒数的药品后，由机器人定位到准确的储位号，斜坡U型槽复位，被药盒靠齐的棱边对准药柜储药槽的棱边，翻板式出药机构动作，挡边降低、药盒滑入药柜储药槽中。
2.根据权利要求1所述的规则摆放盒装药品的方法，其特征在于机械手U型槽与水平面呈20°倾角。
3.根据权利要求1所述的规则摆放盒装药品的方法，其特征在于所述平面直角坐标机器人包括两套平行放置的水平方向电动导轨和一套竖直方向电动导轨，所述水平方向电动导轨由X轴伺服电机(1)、X轴水平导轨(2)、同步轴(3)和X轴水平导轨(4)构成，两套水平导轨采用同步轴连接，X轴伺服电机(1)的旋转运动带动X轴水平导轨的滑块(8)左右移动，并通过同步轴(3)传递到X轴水平导轨(4)带动X轴水平导轨的滑块(5)左右移动；所述竖直方向电动导轨由Y轴伺服电机(9)和Y轴导轨(6)构成，Y轴导轨(6)两端附在滑块(8)和滑块(5)上，Y轴导轨上有滑块(7)，Y轴伺服电机(9)旋转运动带动滑块(7)上下移动；机械手安装在滑块(7)上，从而实现机械手的左右上下运动。
4.根据权利要求1所述的规则摆放盒装药品的方法，其特征在于机械手U型槽固连在机械手机架(18)上，机架(18)与轴承座(14)固连，电机(11)的输出轴通过联轴器(13)与长被动轴(16)相连，长被动轴(16)与U型块(17)固连，U型块(17)与Y轴导轨上的滑块(7)固连；工作时，长被动轴(16)不转动，电机(11)的机壳转动，机壳的旋转运动通过电机法兰(12)传递到轴承座(14)，轴承座(14)通过轴承(15)绕长被动轴(16)转动，电机(11)正相通电，机械手U型槽顺时针转动，电机(11)反相通电，机械手U型槽逆时针转动。
5.根据权利要求1所述的规则摆放盒装药品的方法，其特征在于机械手的前部设有无动力转动机构，包括轴承(21)、轴承座(20)和短被动轴(19)，短被动轴(19)与U型块(17)固连，轴承座(20)与机械手机架(18)固连，轴承座(20)通过轴承(21)与短被动轴(19)活动连接。
全文摘要
本发明涉及规则摆放盒装药品的方法，以平面直角坐标机器人配置机械手，机械手安装在机器人的导轨上，机械手U型槽与水平面呈20°倾角，机械手定位过程中，斜坡U型槽保持V型姿态，机械手到达准确的储位号后，U型槽翻转到U型姿态；出药机构静止时挡住药盒，受到推力时出药翻板挡边降低，药盒受重力下滑分力滑出；使用时，机械手定位前，倾侧机构使U型槽倾侧、药盒滑入U型槽中，药盒沿U型槽棱边靠齐，机械手接受一定盒数的药品后，由机器人定位到准确的储位号，U型槽复位，被药盒靠齐的棱边对准药柜储药槽的棱边，出药机构动作，药盒滑入药柜储药槽中。本发明能自动将药盒规则摆放在确定的药品储位上，大大节省了人力，具有美好的应用前景。
文档编号B25J3/00GK101058182SQ20071002227
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者贠超, 王伟, 刘相权, 徐立, 沈世海 申请人:苏州艾隆科技有限公司