一種中藥自動揀藥配藥機的設計

趙衛東　孟琪　朱艷華

摘要：介紹了一種中藥自動揀藥配藥機的設計，它主要由推拉藥斗的電動推桿，藥品爪，集藥裝置，抓取藥品機械手，封口裝置，控制系統等組成，針對處理后的藥材進行揀藥配藥。本設計還分別對于電動機，機械手，控制系統，以及安全性能部分做了具體的計算說明，達到合理的設計方案選擇。對于機械手的設計運行過程以及可編程控制的優勢做了詳細的說明介紹。

關鍵詞：機械手;藥品爪;可編程控制;電動機;

1 引言

中醫是我國三大國粹之一。我國中醫藥資源極其豐富，中藥文化源遠流長。與西藥對比，中醫藥有著療效好，副作用小，容易接受，治愈徹底等特征，因此被我國乃至全國人民廣泛使用。但是中藥的配制還是沿襲傳統的手抓方式，為擺脫中藥落后的揀藥配藥模式，中藥自動揀藥配藥系統的研制非常緊急。針對上述情況，設計了一種中藥自動揀藥配藥機。將在一定水平上解放大量的人力物力，并可實現遠程操和統一控制。

2 機械主要結構設計

2.1?總體結構設計

中藥自動揀藥配藥機包括設置有多個單元藥盒的機柜、中央控制器、藥箱推桿、機械手和出藥機構;

所述中藥自動揀藥配藥機的中央控制器包括計算機和與所述計算機相連的電氣控制盒組成;

所述藥箱推桿包括小型控制器和電動推桿以及吸鐵石組成;

所述機械手是由操作機、控制器、伺服驅動系統和重量檢測傳感裝置四部分組成，是一種模仿人手操作的機器;

2.2 機械手結構設計

2.2.1 機械手的組成

機械手是由執行機構，驅動機構和控制部分以及位置檢測裝置所組成。多關節型機械手結構簡單緊湊，定位精度較高，占地面積小，它像人手一樣有肘關節，可以實現多個自由度，動作比較靈活，可以完成全自動化的工作，并提高生產效率，因此本設計采用多關節型機械手。

2.2.2 機械手的驅動系統

驅動系統是驅動機械手執行運動機構的，決定了機械手整個系統的穩定運行狀態。它是由動力裝置、調節裝置和輔助裝置等組成。常用的驅動系統有液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動。隨著低慣量比、直流伺服電機及配套的伺服驅動器的廣泛采用，電機驅動被大量選用。根據三種驅動的特點，以及設計內容和需求，選用電機驅動實現手臂的伸縮運動。

在整個系統中電動機的選擇是非常關鍵的，采用直流無刷電機作為中藥自動揀藥配藥機機械手的驅動設備。

所以選用600w功率的電機作為中藥自動揀藥配藥機機械手的最大輸出功率。

根據計算分析，電動機的功率選擇600w是最合適的，查表選擇型號為92BL-6030H1-LK-B，額定電壓為220V，轉速為3000r/min，額定轉矩為1.9N*m，將選用BL-2203C作為適配驅動器。

由直流無刷電機規格型號表查得適配驅動器為BL-2203C的電機相關數據。

通過以上的綜合分析，最終選擇92BL-6030H1-LK-B無刷電機型號是合理的，整個傳動系統采用33的傳動比，調速范圍在1000r/min-8000r/min。

2.2.3?機械手減速器部位的設計

根據電機的選型分析，得知傳送比是33。一級傳動的情況下，直齒輪在3-6;圓錐齒輪在2-3;蝸輪蝸桿在5-70。由于考慮推桿空間的合理性，只能選擇單級傳速，這種情況下，只能選擇蝸輪蝸桿進行減速。渦輪蝸桿的特點就是傳動特別平穩，嚙合聲音小，而且傳動比范圍比較大，可以達到本次設計的理想的傳動比。

本次設計選用蝸桿Z1為2，渦輪Z2為66，設計一組傳動比。外殼采用的是防銹鋁合金制造（3A21），此種鋁合金具有很強的耐腐蝕性;蝸桿經淬火、低溫回火處理的45鋼硬度可以達到52HRC以上。蝸輪采用承載力較大的45#鋼。

2.2.4 傳動方式的選擇

本次設計的中藥自動揀藥配藥機選用了電機驅動的方式，在一定負載要求的場合下，如果采用直接驅動是比較困難的，那么就需要通過機械傳動來作減速處理。本設計中的中藥自動揀藥配藥機機械手上部分，為四個電機分別帶動機械手運行，每個電機都需要減速系統，設計空間有限，不適合采用鏈傳動，本文主要考慮使用帶傳動作減速系統。機械手下半部分采用蝸桿傳動，因為蝸桿傳動傳動比大，傳動平穩，沖擊載荷小，所以選用蝸桿傳動作為機械手下半部分的傳動系統。

2.3 機械爪的設計分析

2.3.1 機械爪的重量檢測系統與控制系統

我們在機械爪部分放置了抓取藥物的重量檢測與控制系統，能夠實現與送料同步的自動計量。中藥處方中每貼中藥的重量的相對誤差均控制在5%以內。機械爪傳感器的選擇，需在靜動態條件下均可稱量，所以我們選擇電阻應變式稱重傳感器進行稱重，其結構簡單，線性和動態特性較好。調試簡單，所以我們在本設計中選用電阻應變式稱重傳感器。

2.3.2 解決“藕斷絲連”問題

由于中藥材形狀不一致、質量不均勻，因此需在機械手上安裝傳感器實現凈重稱量。x 軸與y 軸驅動系統的運動要求平穩、快速、沖擊小，因此采用標準滑軌機構構成運動副。由于要求y軸運動定位誤差控制在一定范圍內，因此我們采用自適應型可編程控制器。這樣的設計能減少中藥材的“藕斷絲連”現象。

3 控制系統的設計

3.1 可編程控制器的選擇

考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用PLC對機械手的運動進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現，非常方便快捷。

可編程控制器分為整體式可編程控制器和模塊式可編程控制器，一般在工藝過程比較固定、環境條件較好的場所，我們選用整體式可編程控制器;其他則選用模塊式可編程控制器。

3.2 機械手的控制系統和位置檢測系統

目前機械手的控制系統主要由程序控制和電氣定位系統組成。中藥自動揀藥配藥機械手采用的是PLC控制系統，它控制著機械手按規定的程序進行運動，并記憶人們給定的指令信息，反饋給控制系統當動作有錯誤或發生故障時即可發出報警信號，報警器發出響聲。

機械手運行位置可通過控制系統隨時將機械手的實時位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行對比，當位置符合系統的正確位置，機械手將繼續運行，當位置不符合系統的正確位置，將反饋給控制系統，發出報警信號。

3.3 機械手可編程控制器的工作流程

此機械手用中藥箱體到漏斗之間的電動推桿取放中藥。當按下啟動按鈕之后，有如下動作：按啟動后，藥箱后的電動推桿推動藥箱，推開藥箱， 2s后揀藥機械手開始運動，抓取藥品。通過重量檢測器對藥品進行抓取，抓取到合適重量，機械手開始平穩緩慢的升起，藥箱后的電動推桿通過磁鐵拉動藥箱，關閉藥箱，機械手上升到位觸動行程開關后通過滑軌向右行駛，右轉行駛到位后下降，下降到配藥裝置里，對于幾副藥進行均分，機械爪慢慢松開，把藥物分揀到各個包內，分揀完成，2s后機械手上升。上升到位后，機械手回到原來位置，循環上次運動過程，繼續對下一個藥品進行取放。

4 結論

本文參考了國內外現有的文獻資料，對于目前的現狀做了分析比較。應于目前對于中藥揀藥配藥的技術還不是很成熟的情況下，通過對于目前中藥顆粒揀藥機，以及對中藥配藥機的研究，把兩者的優勢總結進行了整體模型的基本架構設計。本文的總體設計主要是對藥品爪，抓取藥品機械手進行了全面詳細的計算，以及合理的設計，優化現有的模型，使得更好地提升工作效率。通過三維模型的設計，合理的節約了空間，別把機械手、電動機、絲杠、漏斗合理的安置于揀藥配藥機的合適位置，大大提升了空間的利用率。

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作者簡介：趙衛東，1997年出生，本科，機械設計制造及其自動化專業