一种轮式移动抓药机器人的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种轮式移动抓药机器人。

背景技术：

医院药房承担着医院发药、售药的任务，由于医院出售的药品种类繁多，大量的药品需摆放到货架上，因而为保证取药效率，需要大量的药师来完成取药、发药的工作。对于患者而言，当有多人取药时，则需要排队等待较长时间，严重浪费患者的时间。因此，传统取药方式使药房的效率低下，影响患者购药的体验感。对于药房而言，人工取药或摆放药品效率低下的问题非常严重，对于药店也是如此。

对于使用货架存放小型货物的仓库，与药房和药店的情况类似，大多数仓库仍采用人工操作，自动化程度较低，人工成本占运营成本的很大比例，运行成本高，工作效率低。

随着科技的发展，“机器人药师”、“无人药店”、“智慧药房”这一类词汇逐渐出现在我们的身边。就目前而言，智能化药房在国内还没有得到普及，目前只处于试用阶段，其主要原因是投入成本高，并且精度和灵敏度还有待提高，准确性方面还存在不足，不能实现自动化和智能化。因此，急需要一种能够实现自动取药和摆放药品的机器人，用于减少在该领域的人工成本，提高该领域的自动化水平。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种轮式移动抓药机器人，解决现有的设备投入成本高，由于精度和灵敏度水平低，导致取药的准确性差，不能实现自动化和智能化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轮式移动抓药机器人，包括行走机构、水平旋转机构、机械臂、夹持机构及控制系统，行走机构包括底盘、车架及一组行走轮。

车架设在底盘的上方，其底部与底盘固定相连成一体，一组行走轮设在底盘的下方。

水平旋转机构设在车架上，包括旋转台、电机支架及第一电机，电机支架设在车架顶部，旋转台位于电机支架上方且与其转动配合。

第一电机设在电机支架上，第一电机驱动旋转台转动，所述旋转台上设有第二电机。

机械臂位于旋转台的一侧，其包括大臂、中臂和前臂，所述大臂、中臂和前臂首尾依次转动相连。

大臂远离中臂的一端与第二电机相连，前臂远离中臂的一端与夹持机构相连。

夹持机构包括安装架、夹爪及夹爪驱动组件，夹爪有两个，相对布置在安装架的两侧，夹爪驱动组件驱动两个夹爪同步运动。

进一步地，一组行走轮包括两个主动轮和一个万向轮，两个主动轮对称布置在底盘一端两侧，万向轮设在底盘另一端的中部。

每个主动轮均配置有一个轮毂电机，轮毂电机的信号端与控制系统电连接。

进一步地，第一电机竖向固定在电机支架上，旋转台的底部通过回转支撑与电机支架转动相连。

所述第一电机的输出端与旋转台固定相连，并驱动旋转台水平转动。

第二电机纵向安装在旋转台上，旋转台上设有第一转轴，第一转轴一端通过第一联轴器与第二电机相连，另一端伸入大臂的对应端且与其键连接。

第一、第二电机的信号端均与控制系统电连接。

进一步地，大臂与中臂相连一端的内部设有第一齿轮机构和第三电机，第三电机通过第一齿轮机构驱动中臂转动。

第一齿轮机构的一端与第三电机的输出端相连，另一端伸出大臂的外部且与中臂固定相连，第三电机的信号端与控制系统电连接。

进一步地，所述第一齿轮机构包括第一齿轮轴、第二齿轮轴，第一齿轮轴沿大臂的伸长方向布置，其一端通过第二联轴器与第三电机的输出端固定相连，另一端设有第一锥齿轮。

第二齿轮轴沿垂直于大臂的伸长方向布置，其一端设有第二锥齿轮，另一端伸入中臂的对应端且与其键连接。

进一步地，中臂与前臂相连一端的内部设有第二齿轮机构和第四电机，第四电机通过第二齿轮机构驱动前臂转动。第二齿轮机构的一端与第四电机的输出端相连，另一端伸出中臂的外部且与前臂固定相连，第四电机的信号端与控制系统电连接。

进一步地，第二齿轮机构包括第三齿轮轴、第四齿轮轴，第三齿轮轴沿中臂的伸长方向布置，其一端通过第三联轴器与第四电机的输出端固定相连，另一端设有第三锥齿轮。

第四齿轮轴沿垂直于中臂的伸长方向布置，其一端设有第四锥齿轮，另一端伸入前臂的对应端且与其键连接。

进一步地，前臂远离中部的一端设有第二转轴和第五电机，第二转轴沿前臂的延伸方向布置。

第五电机的输出端与第二转轴的一端固定相连，第二转轴的另一端与安装架固定相连，第五电机的信号端与控制系统电连接。

进一步地，各夹爪的一端均通过第一摇杆和第二摇杆与安装架活动相连，夹爪、第一摇杆、第二摇杆和安装架组成平行四杆机构。

每个第二摇杆与安装架相连的一端设有一个齿轮，夹爪驱动组件位于两个齿轮之间，通过齿轮驱动两个夹爪同步运动，实现张开或夹紧。

进一步地，夹爪驱动组件包括双面齿条、丝杠、螺母及第六电机，所述双面齿条位于两个齿轮之间，螺母固定于双面齿条的穿孔内。

第六电机设在安装架上，其输出端与丝杠的一端同轴固定相连，双面齿条与安装架滑动配合，丝杠通过螺母驱动双面齿条沿其轴向运动，第六电机的信号端与控制系统电连接。

通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1、本发明整体结构简单，布局紧凑合理，运动空间大，各运动部件之间动作协调性好，操控灵活，运行稳定且无累计误差，特别是运转过程中各动作执行的精度高，灵敏度和协调性好，利用本发明可以显著降低药房工作人员的工作强度。

2、本发明在稳定性、安全性以及可行性方面上具有突出的优势，提高了机械抓药的准确度，利用本发明进行药房抓药，在一定情况下，可以实现智能药房、无人药房，既能减轻药房工作人员的工作强度，自动化程度高，又能节省顾客时间，为顾客带来便利。

附图说明

图1是本发明一种轮式移动抓药机器人的结构原理示意图。

图2是图1中某一部分的结构示意图，示出的是行走机构。

图3是图1中另一部分的结构示意图，示出的是水平旋转机构和机械臂的组合体。

图4是图3的剖视结构示意图。

图5是本发明中夹持机构的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1至图5，一种轮式移动抓药机器人，包括行走机构1、水平旋转机构2、机械臂3、夹持机构4及控制系统，行走机构1包括底盘11、车架12及一组行走轮。车架12设在底盘11的上方，其底部与底盘11固定相连成一体，一组行走轮设在底盘11的下方。一组行走轮包括两个主动轮13和一个万向轮14，两个主动轮13对称布置在底盘11一端两侧，万向轮14设在底盘11另一端的中部。每个主动轮13均配置有一个轮毂电机15，轮毂电机15的信号端与控制系统电连接，所述控制系统采用现有技术已有的stm32f405单片机。另外，车架12上安装有蓄电池，所述蓄电池为轮式移动抓药机器人的各用电部分供电。

水平旋转机构2设在车架12上，包括旋转台21、电机支架22及第一电机23，电机支架22固定安装在车架12顶部，第一电机23设置在电机支架22上。旋转台21位于车架12的上方，旋转台21的底部通过回转支承与电机支架22的上表面转动配合。进一步地，第一电机23竖向固定安装在电机支架22上，第一电机23的输出端与旋转台21的底部固定相连，第一电机23的输出端驱动旋转台21绕回转支承的中心水平转动，所述第一电机23的信号端与控制系统电连接，控制系统通过第一电机23控制旋转台21的角度。

所述旋转台21固定安装有第二电机24，第二电机24纵向安装在旋转台21上，旋转台21上设有第一转轴25，第一转轴25通过轴承与旋转台21转动配合，所述第一转轴25的一端通过第一联轴器26与第二电机24的输出端同轴可拆卸固定相连。机械臂3位于旋转台21的一侧，其包括大臂31、中臂32和前臂33，所述大臂31、中臂32和前臂33首尾依次转动相连，所述大臂31、中臂32和前臂33均是由动臂主体和盖体可拆卸固定相连构成。第一转轴25的另一端伸入大臂31的对应端且与其键连接，第二电机24的信号端与控制系统电连接，控制系统通过第二电机24控制大臂31绕第一转轴25轴线的转动角度。

大臂31远离中臂32的一端通过第一转轴25、第一联轴器26与第二电机24的输出端固定相连，前臂33远离中臂32的一端与夹持机构4可拆卸固定相连，夹持机构4包括安装架41、夹爪42及夹爪驱动组件。大臂31与中臂32相连一端的内部设有第一齿轮机构5和第三电机311，第三电机311通过第一齿轮机构5驱动中臂32转动。所述第一齿轮机构5的一端与第三电机311的输出端相连，另一端伸出大臂31的外部且与中臂32固定相连，第三电机311的信号端与控制系统电连接。

具体地，所述第一齿轮机构5包括第一齿轮轴51、第二齿轮轴52，第一齿轮轴51沿大臂31的伸长方向布置，其一端通过第二联轴器55与第三电机311的输出端固定相连，另一端设有第一锥齿轮53。第二齿轮轴52沿垂直于大臂31的伸长方向布置，其一端设有第二锥齿轮54，第二锥齿轮54与第一锥齿轮53啮合，第二齿轮轴52的另一端伸入中臂32的对应端且与其键连接，控制系统通过第三电机311控制中臂32绕第二齿轮轴52轴线的转动角度。

中臂32与前臂33相连一端的内部设有第二齿轮机构6和第四电机321，第四电机321通过第二齿轮机构6驱动前臂33转动。第二齿轮机构6的一端与第四电机321的输出端相连，另一端伸出中臂32的外部且与前臂33固定相连，第四电机321的信号端与控制系统电连接。

进一步地，第二齿轮机构6包括第三齿轮轴61、第四齿轮轴62，第三齿轮轴61沿中臂32的伸长方向布置，其一端通过第三联轴器65与第四电机321的输出端固定相连，另一端设有第三锥齿轮63。第四齿轮轴62沿垂直于中臂32的伸长方向布置，其一端设有第四锥齿轮64，第四锥齿轮64与第三锥齿轮63啮合，第四齿轮轴62的另一端伸入前臂33的对应端且与其键连接，控制系统通过第四电机321控制大臂31绕第四齿轮轴62轴线的转动角度。大臂31、中臂32和前臂33通过第一齿轮机构5和第二齿轮机构6实现夹持机构4的高度和角度的快速调节，准确找到药品的位置实现夹取，或者找到货架上药品的对应位置进行摆放。

前臂33远离中部的一端设有第二转轴34和第五电机331，第二转轴34沿前臂33的延伸方向布置，所述第二转轴34一端位于前臂33内部其通过轴承与前臂33转动配合，第二转轴34另一端伸出前臂33外侧。第五电机331的输出端与第二转轴34的对应端同轴固定相连，第二转轴34的另一端伸入安装架41上固定设置的键套内且与安装架41可拆卸固定相连，第五电机331的信号端与控制系统电连接，第五电机331通过第二转轴34驱动夹持机构4绕第二转轴34的轴线转动，所述夹持机构4的转动角度由所述控制系统进行控制。

夹持机构4的夹爪42有两个，两个夹爪42相对布置在安装架41的两侧，夹爪驱动组件固定安装在安装架41的一侧，且驱动两个夹爪42同步运动。各夹爪42的一端均通过第一摇杆43和第二摇杆44与安装架41活动相连，两个夹爪42另一端相对的一侧为相互平行的平面。第一摇杆43和第二摇杆44相对平行布置，夹爪42、第一摇杆43、第二摇杆44和安装架41组成平行四杆机构，第一摇杆43和第二摇杆44的一端通过销轴与安装架41相连。每个第二摇杆44与安装架41相连的一端设有一个齿轮45，具体地，齿轮45套设在位于第二摇杆44一端的销轴上且与该销轴固定成一体结构，夹爪驱动组件位于两个齿轮45之间，通过齿轮45驱动两个夹爪42同步夹紧或张开，将药品从货架上夹取或者将药品放置到货架上。

夹爪驱动组件包括双面齿条46、丝杠、螺母及第六电机47，所述双面齿条46位于两个齿轮45之间，双面齿条46与安装架41滑动配合，双面齿条46的两侧分别与两个齿轮45啮合，驱动两个齿轮45同步转动。螺母固定于双面齿条46的穿孔内，且与双面齿条46为一体结构。第六电机47固定在安装架41上，丝杠的一端与第六电机47的输出端同轴固定相连，另一端伸入双面齿条46的穿孔内且与螺母转动配合，通过螺母驱动双面齿条46沿其轴向运动，双面齿条46通过齿轮45驱动夹爪42同步张开或夹紧，第六电机47的信号端与控制系统电连接，所述夹爪42的动作由控制系统的信号控制。

本发明整体结构简单，布局紧凑合理，运动空间大，各运动部件之间动作协调性好，操控灵活，运行稳定且无累计误差，特别是运转过程中各动作执行的精度高，灵敏度和协调性好，利用本发明可以显著降低药房工作人员的工作强度。

本发明在稳定性、安全性以及可行性方面上具有突出的优势，提高了机械抓药的准确度，利用本发明进行药房抓药，在一定情况下，可以实现智能药房、无人药房，既能减轻药房工作人员的工作强度，自动化程度高，又能节省顾客时间，为顾客带来便利。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。