中药自动化立体存储系统及其搬运机械手的设计

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在高速发展的当今社会，生产过程的机械化、自动化已成为社会的突出主题。伴随着机电-体化在各个领域的应用，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等已经随处可见。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的-种新型装置，它对提高产品质量、生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。20世纪80年代初，PLC可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。20世纪末期 ，可编程控制器更加适应于现代工业的需要，并被各个国家纷纷开发利用。人机操作界面是人与计算机之间传递、交换信的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分，具有可编程功能，可附带 PLC控制功能，应用领域较为广泛 。

据统计，我国中药的药材资源约有 1.2万种，-个普通中药诊所常用药就多达四五百种。由于中药材种类繁多、形状各异，给药房管理带来诸多不便。中药品的存储管理信息化水平比较低，劳动强度大，药房工作效率不高，而中医在我国医疗事业中发挥着越来越大的作用141。设计的中药自动化立体存储系统及其搬运机械手装置，可以有效地解决人工取药及药材管理时存在的问题。该装置以PLC可编程控制器为核心部件，利用人机操作面板控制搬运机械手抓取药物，并采用高精度称重传感器，精确称取药物重量，气动控制的自动开合药箱，配合机械手快速取药，实现中药材的科学化管理～现代科技与传统中医结合，为中医学的来稿日期：2012-09-11作者简介：侯荣国，(1979-)，男，山东临清人，博士研究生讲师，主要研究方向：机电控制及自动化技术190 机械 设 计 与制 造No.7July.201 3机械部分技术性能指标，如表 3所示。

表3技术性能指标Tab.3 The Technical Performance Indicator机械手抓 称重传感 称重传感 前后移动 左右移动 上下移动取速度s/次 器量程g器精度 g速度RJmin速度 R in速度R nin0.5 0-50o O.1 l50 100 10o4中药自动化立体存储系统及其搬运机械手的运动控制4.1控制系统的总体设计控制系统以西门子 PLC为核心部件，通过控制程序控制电磁阀和步进电机的运行，以实现搬运机械手的定位-抓取-称量-检测，药箱的自动开合等-系列功能。首先操作人员通过人机界面发出指令，借助 PLC控制器与 PC机的通讯；然后 PLC控制器接收人机界面指令，并针对交流、直流、开关量 、模拟量、电位 、脉冲信号，由I/O拈与按钮、行程开关 、传感器、变送器 、控制阀直接连接，控制机械手的三维运动；与此同时，自动弹出式药箱的电磁阀通电，弹出药箱，机械手到达弹出药箱位置，根据接收的模拟量、脉冲信号及传感器的反馈信号完成取药；最后搬运机械手复位，药箱闭合∝制程序流程图，如图6所示。

4.2中药自动化立体存储系统中三维运动机构的控制原理取药时 PLC控制系统可以精确定位，通过前后 、左右、上下三维运动使机械手运动至已弹出药箱的位置，开始取药，抓药后机械手运动至托盘位置张开手爪进行放药，机械手手爪的动作靠平行夹 HDP 20S型气缸驱动来实现，采用气动控制方式，以静音空气压缩机为气源，利用 PLC控制器控制电磁阀的通断以实现机械手手爪的夹紧松开，完成药材的取放，达到所需药量时停止取药191。

4.3中药自动化立体存储系统中自动弹出式药箱的控制原理中药自动化立体存储系统整体库架由库位、药箱、气动控制部分构成。气动控制部分以静音空气压缩机为气源，MAL20x75型气缸制动，电磁阀控制气缸拉杆伸缩，实现药箱的自动弹出与闭合。气动控制工作原理：以静音空气压缩机作为气源，经过滤器净化，油雾器过滤，通过减压阀调节气压大小，二位五通换向阀控制气缸拉杆伸缩，从而控制药箱的自动弹出与闭合。气动控制原理图，如图6所示。

1.过滤器 2减压阀 3油雾器 4.换向阀 5.双作用气缸图 6药箱气动控制原理图Fig.6 The Working Principle of the Gas-Drive Storage Cells4.4自动称量检测装置的控制中药 自动化立体存储系统通过精度为 0.1g的平行梁式称重传感器对药材进行精确称量，并通过变送器将重量信号转换成电信号经 PLC输出，控制程序根据输出信号控制机械手反复取药，直至达到所需药量；与此同时计算机对每种药材的取用量进行累加，并与药箱内药材的初始重量进行比较，当药箱内药材减少到所设置值时发出警报，提醒医师及时补充药材，防止药材短缺。

5结论中药自动化立体存储系统及其搬运机械手装置针对中药形状的不规则及多样性，设计了可以用于抓取多种形状中药的机械手(如粉状，叶状，枝状等)，控制部分以PLC为控制核心设计开发了中药立体化存取系统，附有自动称量检测装置及气动控制的自动弹出式药箱，以实现搬运机械手的定位-抓取-称量-检测等-系列功能，并且开发出人机操作界面，操作人员通过远程操作界面即可完成中药的抓取工作。在中药库房中，通过-套中药自动化立体存储系统及其搬运机械手装置可以实现中药的自动化立体存取，提高中药房的信息化管理水平 ，减轻从业人员的劳动强度，提高工作效率，从而促进中医药学的发展。