三自由度上药机械手的研究.pdf

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1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐０１７１‐０２三自由度上药机械手的研究１１２周建浩，董小雷，黄晓冉（１．华北理工大学机械工程学院，河北唐山０６３００９；２．唐山百川集团，河北唐山０６３０００）摘要：为解决自动化药房上药存在的问题，研究了一种以PLC为核心控制系统的三自由度上药机械手，并详细介绍了其机构组成及工作原理。应用带有滑道的上、下两层出药槽作业，通过监控系统适时监控上药机械手的动作

2、状况，采用RS４８５总线通讯方式传输数据，根据动作要求完成对机械手上药动作控制，大幅度提高了自动化药房上药机械手的稳定性和上药效率。关键词：自动化药房；PLC；控制系统；上药机械手中图分类号：TP２４２畅３文献标识码：A0引言通过中间的一个主动齿轮轴连接，实现３个齿轮的啮随着我国经济的增长和医疗条件的不断提高，药合，使得出药槽、齿轮、齿轮轴等与移动架成为一个整［１］品的种类和数量也在迅速地增加。自动化药房的应体，随着移动架做竖直方向的移动，并通过主动齿轮带用大大提高了医院和大型门诊的服务水平，但大型自动从动齿轮转过一定的角度实现出

3、药槽按照预设角度动储药柜对上药的高度和单次上药的数量均提出了更的翻转。出药槽能够实现不同角度的翻转，可适用于高的要求，成为现有自动化药房需要不断深入研究的具有不同倾斜角度规格的斜坡式储药柜，实现其应用问题。的广泛性。传统的上药方式采用人工上药，对于缺药的储药柜由人工完成药品的补充。由于大型自动储药设备对数以千计的药品进行集中管理，这样就大大增加了人工上药的工作强度，也降低了上药的准确性。现有的自动上药机械手存在单次上药数量少、上药速度慢和只能适用于一种规格的斜坡式储药柜的问题。针对此，本文设计了一种三自由度上药机械手。此上药机械手

4、采用机电控制系统和软件控制系统相配合，为更有效地完成上药工作提供了解决方案。1上药机械手的机械结构及工作原理三自由度上药机械手主要由带有滑条的上下双层出药槽、水平和竖直方向的导轨、齿轮啮合机构、光电感应器和电磁铁等部分组成，如图１所示。（１）通过在上药机械手的水平和竖直方向上安装由伺服电机驱动的直线导轨，使得上药机械手能准确快速地到达预定的位置，进而提高了上药机械手的灵１－光电对射感应器；２－“凹”型挡板；３－上表面三角滑条；４－电磁铁；活性和上药行程［２］。５－电磁铁支架；６－侧面三角滑条；７－水平导轨；８－竖直导轨；９－移动架

5、；１０－下层出药槽；１１－下层从动半齿轮；（２）考虑到上药机械手单次上药速度慢、效率低１２－齿轮轴；１３－上层从动半齿轮；１４－上层出药槽等问题，采用上、下两层出药槽结构，能够大幅度提高图１上药机械手结构示意图上药的效率。出药槽结构示意图如图２所示。出药槽（４）出药槽设计成倾斜式，能够使得药品在重力表面铺设有三角滑条，实现了出药槽与药品的线接触，作用下贴在出药槽的侧壁，实现药品在出药槽中水平减小了二者之间的摩擦力，保证药品能够平滑、快速地方向的定位。当出药槽转到预设的角度时，电磁铁得滑落至储药柜。电吸附“凹”形挡板向下收缩，此时药

6、品在重力作用下（３）上、下双层出药槽两侧均安装有从动半齿轮，顺着出药槽滑落。收稿日期：２０１６‐０８‐１１；修订日期：２０１７‐０１‐２５作者简介：周建浩（１９９１‐），男，河北唐山人，在读硕士研究生，研究方向为机电一体化。·１７２·机械工程与自动化２０１７年第２期（５）在出药槽出药口位置装有常闭型光电感应方向是以开始—加速—匀速—减速—停止的方式运器，通过总线将有无光感信号传给PCL，PLC根据信动，这样机械手可以以最短的时间到达预设的位置，提号判断并检验药品是否发送完毕。高了上药的速度。机械手以不同的速度运动，在位置控制模式下

7、，通过PLC发送不同频率的脉冲给伺服驱动器，从而实现对伺服电机速度的控制，通过SIGN输出口控制伺服电机的正、反转。１－光电感应器；２－支架；３－“凹”形挡板；４－三角滑条；５－电磁铁；６－电磁铁支架图２出药槽结构示意图2上药机械手的控制系统２．１控制系统的硬件设计本控制系统由上位机和下位机两部分组成，其结构框图如图３所示。上位机主要负责对上药机械手整个动作过程的监控和对自动化药房储药柜储药情况（包括所缺药品的名称、数量、位置等信息）的显示。下位机分为自动上药系统、药品存储系统和药品发送系统，主要负责对硬件的控制。上位机和下位机两

8、个系统相互配合保证上药效率。图４PLC、伺服驱动器和伺服电机等硬件的接线图将３个伺服驱动器设置为在位置模式（PT）下工作。其中PLC的puls是指令输出端口，sign是方向信号的输出端口。编码器会将伺服电机发出的脉冲信号反馈给伺服驱动器，驱动器对输