一种药品抓取机构

1.本实用新型涉及药品抓取机构技术领域，尤其是涉及一种药品抓取机构。


背景技术：

2.随着机械臂技术的成熟,其在生活的各个方面扮演着越来越重要的作用，机器人技术是计算机技术、电子技术、机械工程、人工智能和自动控制理论等领域最新成果的集合体,是机电一体化最高成就的代表,是当代科学技术发展最活跃的领域之一。机器人技术出现在1960年，发展了50多年，机器人技术相比以前已经有了很大的进步，更加智能化。机器人主要有四中相关品种:民用，现代，工业和特种功能。我们最常见的机器人就是工业机器人，工业机器人在制造行业占有很大的比例，它协助人们或者直接完成各种各样的作业。尤其是在危险环境和枯燥繁重的任务中，工业机器人显得尤为重要。其中药品抓取机械臂属于工业机器人中的一个种类，药品抓取的工作相对重复、枯燥，但是不同药品的形状对于机械臂来说是一种较大的考验，它的主要作用是家居中的药品抓取或者药房中的部分药品的自动售卖。因此，药品抓取机械臂在家居领域和医疗领域的作用也越来越凸显。随着社会的发展和对医疗事业的进步，对药品抓取机械臂的结构设计也提出了更高的指标。
3.目前，由于现代医疗的发展和疾病的日益复杂，药品的种类越来越多；生态环境的恶化，人口老龄化和各种意外，人们对于药品的需求量也在不断增加，这就使得药品抓取机械臂成为我们亟待研究的重要技术。而我国对该类机械臂的研究处干弱势，该领域的研究处于相对空白的状态，药品抓取机械臂的国产化具有必然性和可行性。因此，对护理机械臂的研究和发展具有着重要的科学意义，更具有经济意义和社会意义。


技术实现要素：

4.为了克服现有药品抓取技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种药品抓取机构，能够实现精准、稳定的药品抓取。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种药品抓取机构，包括机械臂和机械爪，所述机械臂包括一级臂、二级臂、第一连杆、三角形连接件、第二连杆、第三连杆、一级臂步进电机和二级臂步进电机，所述一级臂的下端通过转轴可转动地安装在u型支架上，所述一级臂的上端与二级臂的中后部通过轴承铰接，所述二级臂的前端与机械爪底座铰接，二级臂步进电机和一级臂步进电机分别安装在u型支架的左右两侧；
7.所述第一连杆、第二连杆和第三连杆均为双关节轴承连杆，所述第一连杆的下端关节铰接在u型支架上，所述三角形连接件的中间角与一级臂的上端可转动连接，所述第一连杆的上端关节与三角形连接件的上端角铰接，所述第二连杆的后端关节与三角形连接件的下端角铰接，所述第二连杆的前端关节与机械爪底座铰接，第一从动带轮通过第一同步带与一级臂步进电机的电机轴上的第一主动带轮连接；
8.所述第三连杆的上端关节与二级臂的后端铰接，所述第三连杆的下端关节与传动
连接件的一端铰接，传动连接件的另一端上设有第二从动带轮，第二从动带轮可转动地安装在转轴上，并且其通过第二同步带与二级臂步进电机的电机轴上的第二主动带轮连接。
9.进一步，所述机械爪包括抓取部分和机械爪步进电机，所述抓取部分包括机械爪底座、四个爪子和机械爪传动件，四个爪子均布在机械爪传动件外周，并且其安装在机械爪底座的底部，所述机械爪步进电机安装在机械爪传动件上，并且机械爪步进电机的电机轴与导杆的下端同轴连接，导杆的上端与螺母配合连接，螺母安装在机械爪底座上，螺母与导杆形成丝杆螺母机构，机械爪步进电机带动导杆转动，通过相对运动带动四个爪子的开合；每个爪子均包括固定部、四根连接杆和爪部，所述固定部与爪部均为三角形，固定部的上端角安装在机械爪底座上，四根连接杆两两一组，两组连接杆平行布置，两组连接杆的上端分别与固定部的下端两角铰接，两组连接杆的下端分别与爪部的上端两角铰接，位于内侧的一组连接杆的下端还通过连接件与机械爪传动件连接。
10.再进一步，所述抓取机构还包括用于识别药品的智能摄像头，所述智能摄像头安装在机械爪底座上。
11.更进一步，所述机械爪底座上还设有轻触开关，所述智能摄像头和轻触开关均与单片机连接，所有步进电机通过步进电机驱动器与单片机连接。
12.本实用新型的有益效果主要表现在：能够实现精准、稳定的药品抓取，且设计在保证强大功能的同时，也预留了为机械臂视觉及反馈装置的拓展的空间，大大提高了药品抓取机械臂的实用性以及发展性。
附图说明
13.图1是本实用新型的整体结构示意图。
14.图2是本实用新型的另一角度的结构示意图。
15.图3是机械爪的结构示意图。
16.图4是机械爪步进电机的结构示意图。
17.图5是同步带的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
19.参照图1～图5，一种药品抓取机构，包括机械臂和机械爪3，所述机械臂包括一级臂19、二级臂1、第一连杆18、三角形连接件17、第二连杆15、第三连杆7、一级臂步进电机和二级臂步进电机5，所述一级臂19的下端通过转轴6可转动地安装在u型支架上，所述一级臂19的上端与二级臂1的中后部通过轴承9铰接，所述二级臂1的前端与机械爪底座13铰接，二级臂步进电机和一级臂步进电机分别安装在u型支架的左右两侧；
20.所述第一连杆18、第二连杆15和第三连杆均为双关节轴承连杆，所述第一连杆18的下端关节铰接在u型支架上，所述三角形连接件17的中间角与一级臂的上端可转动连接，所述第一连杆18的上端关节与三角形连接件17的上端角铰接，所述第二连杆15的后端关节16与三角形连接件17的下端角铰接，所述第二连杆15的前端关节与机械爪底座13铰接，第一从动带轮通过第一同步带与一级臂步进电机的电机轴上的第一主动带轮连接；
21.所述第三连杆7的上端关节8与二级臂1的后端铰接，所述第三连杆7的下端关节与
传动连接件的一端铰接，传动连接件的另一端上设有第二从动带轮，第二从动带轮可转动地安装在转轴上，并且其通过第二同步带11与二级臂步进电机的电机轴12上的第二主动带轮连接。
22.进一步，所述机械爪包括抓取部分和机械爪步进电机25，所述抓取部分包括机械爪底座13、四个爪子4和机械爪传动件23，四个爪子4均布在机械爪传动件23外周，并且其安装在机械爪底座13的底部，所述机械爪步进电机25安装在机械爪传动件23上，并且机械爪步进电机25的电机轴与导杆24的下端同轴连接，导杆24的上端与螺母配合连接，螺母安装在机械爪底座13上，螺母与导杆24形成丝杆螺母机构，机械爪步进电机25带动导杆24转动，通过相对运动带动四个爪子4的开合；每个爪子4均包括固定部、四根连接杆21和爪部14，所述固定部与爪部14均为三角形，固定部的上端角安装在机械爪底座13上，四根连接杆21两两一组，两组连接杆平行布置，两组连接杆的上端分别与固定部的下端两角铰接，两组连接杆的下端分别与爪部14的上端两角铰接，位于内侧的一组连接杆的下端还通过连接件与机械爪传动件23连接。
23.再进一步，所述抓取机构还包括用于识别药品的智能摄像头2，所述智能摄像头2安装在机械爪底座13上。
24.更进一步，所述机械爪底座13上还设有轻触开关，所述智能摄像头2和轻触开关均与单片机连接，所有步进电机通过步进电机驱动器与单片机连接。
25.图1至图3中机械爪步进电机省略画法。
26.如图1和图2所示，一级臂步进电机和二级臂步进电机5均采用2n/m的57步进电机，机械爪步进电机25采用0.8n/m的42步进电机。一级臂和二级臂与双关节轴承连杆的配合，摆脱了一般舵机机械臂臂展小、虚位大的缺陷，具有臂长可调、抓取适应性强、运输效率高的特点。
27.需要抓取药品时，二级臂步进电机5正转，通过第二主动带轮、第二同步带11、第二从动带轮带动传动连接件向后摆动，从而带动第三连杆7向下运动，二级臂1的前端及机械爪3向上抬升；接着一级臂步进电机正转，通过第一主动带轮、第一同步带、第一从动带轮带动一级臂19向前摆动，与此同时，三角形连接件17进行转动，第一连杆18与第二连杆15之间展开，二级臂1向前联动；
28.抓取药品完毕时，一级臂步进电机反转带动一级臂19向后摆动，与此同时，三角形连接件17进行转动，第一连杆18、第二连杆15复位，二级臂1向后联动；接着二级臂步进电机5反转，带动第三连杆7向上运动，二级臂1的前端及机械爪3向下运动。
29.同步带26使用磨砂材质，保证了摩擦力，确保传动距离的完整；一级臂19保证了机械臂工作寿命与稳定性的同时，提高了机械臂整体的负载能力，使机械臂在抓取药品时不会出现因为负载能力差导致的抖动、不稳定的现象；另外，一级臂19中间做镂空处理，减轻了机械臂的重量；一级臂19可以通过3d打印制作。机械臂的长度可以调整，运输效率高，能够大大提高搬运效率，以适应不同的应用场景。
30.抓取部分采用柔性材料制作，配合机械爪步进电机25实现抓取功能，以达到机械臂动作迅速、稳定的抓取药品。
31.如图3所示，机械爪底座13的中部设有通孔22，通孔22处安装有螺母，导杆24与螺母配合连接，以机械爪步进电机25正向旋转为例，机械爪步进电机25正向旋转时，带动一根
导杆24同时转动，导杆24同时带动四个爪子运动，爪部完成抓取动作；
32.所述抓取机构考虑到抓取药品形状不固定，运动空间较为局限、需要机械臂具有更高的灵活性、自由度的问题，抓取机构的运动控制全部由步进电机来完成，具有精度高，噪音小的优点；螺母与导杆形成上下移动副，机械爪步进电机25转动带动导杆24的上下移动从而实现四个爪子的同步运动，具有同步性好，便于药品装卸的优点；另外，该机械爪3顶部还设置了轻触开关，一旦抓取机构发生故障、用力过大，该轻触开关会强制张开抓取部分，防止药品损坏。
33.本实用新型的工作过程如下：
34.第一步：工作前的复位
35.机械臂回归初始位置，根据所抓药品包装形状及质量特点，调节机械爪3的开度、闭合力度和爪部角度，使机械爪3与药品的接触紧密；
36.第二步：启动控制
37.打开控制开关，单片机控制抓取机构按既定程序开始工作。
38.第三步：机械臂的第三连杆调整前后距离
39.二级臂步进电机5的电机轴12通过同步带轮、同步带将该旋转传递至第三连杆7上，使得第三连杆7向下运动，二级臂1的前端及机械爪3向上抬升；为机械臂的二级臂1的运动提供较为充裕的空间；
40.第四步：机械臂二级臂调整上下高度
41.接着一级臂步进电机旋转进行第二个动作，带动一级臂19向前摆动，与此同时，三角形连接件17进行转动，第一连杆18与第二连杆15之间展开，二级臂1向前联动；直至机械爪3末端略高于需要抓取的药品；
42.第五步：机械臂调整水平位置
43.在机械爪3的高度确认了以后，为防止机械臂可能会因为长时间使用等原因造成的虚位、运动耦合的不良影响，机械臂进行第三个动作，即水平方向上再次调节机械爪3的位置，控制一级臂步进电机和二级臂步进电机5此时同时工作，以二级臂步进电机5与一级臂步进电机以1：5的接收的脉冲数量比例进行反向的运动，保证机械爪3此时的水平移动，直至机械爪3的中心竖直方向上正对于药品的中心；
44.第六步：抓取
45.在机械臂的抓取位置确定后，二级臂步进电机5单独运动，机械爪3竖直下降至包裹住药品，随后机械爪步进电机25运动，带动四个爪子4至抓紧药品，将药品送到指定位置，机械爪步进电机25逆向旋转至药品松开；
46.第七步：复原
47.再将药品抓取、放置结束后，机械臂及机械爪3都回归初始位置，为下一次抓取做准备。
48.上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。