基于單片機控制的一種中藥材自動取藥機的研究

張正勛，鄧靜，陳金權，宋里，萬江，潘勇

（貴州師范大學，貴州貴陽，550000）

0 引言

中醫院、中藥店在取藥時的人工抓藥、人工稱量、人工包裝效率較低，并且藥劑師因疲勞[1]也可能造成一些失誤，因此，有很多學者在研究自動抓藥設備。1993年，德國ROWA公司開始形成有關的設計理念[2]。2006年，位于上海南京路的上海市第一醫院商店引進并啟用該公司的自動化藥房系統它的工作原理與自動售米機相似[3]。但受當時科學技術水平條件的影響，該款自動抓藥機在實踐中屢屢碰壁。由于該自動抓藥機科技含量較低，又因中藥材形狀、類型、結構的復雜多樣的限制，導致在取藥的定量、精準稱量及包裝等很多方面都存在困難，具體操作起來并不方便，故實用價值不高，不久便被市場淘汰。然而，對于中藥，需要精準的稱量，尤其是異形藥材的精準稱量，每種疾病根據病情程度的不同，其所需的藥材克數也不一樣。

將更多種類、形狀不同的中藥材納入自動取藥的范圍，提供現場自動包裝的能力，最大限度的解放人工勞動力，建立一個專屬于中藥材信息的數據庫，不斷地提高取藥機的智能化程度，推動現代化醫學在硬件方向的發展，是當下發展的趨勢。

1 總體方案設計

■1.1 中藥研磨系統

中藥自動取藥機的主要結構如圖1所示，整體采用箱體式結構，標注1處數個漏斗分別儲藏不同種類的中藥材，最右側的漏斗儲藏待研磨的片塊狀中藥材，在電磁閥門開啟后進入筒狀研磨缸，研磨缸內有高速電機控制刀片，將片塊狀的中藥材研磨成粉末狀的中藥粉。標注2處的由步進電機控制的傳送帶將中藥粉末傳送至標注3處的中藥粉稱量系統。

■1.2 中藥粉末稱量系統[4]

標注3處中藥材稱量系統由伺服電機和連接在伺服電機的稱量盤所組成，稱量盤下方與壓電傳感器相連。傳送帶將中藥粉送入稱量盤后，壓電傳感器利用壓電效應實時測量出中藥粉的重量。在傳送帶持續地將中藥粉送入稱量盤中，隨著所稱量的中藥粉重量的不斷增加，直至達到設定的目標重量值后，傳送帶立馬停止送入中藥粉，完成藥粉的稱量，伺服電機轉動一定角度，中藥粉進入標注4處的塑料軟管。

圖1 中藥材自動取藥機主要結構

■1.3 藥粉混合打包系統[5]

不同種類已稱量完成中藥粉，經由塑料軟管在標注5處的漏斗匯集并進入標注6處的藥粉包裝袋，等待打包。打包系統分別由標注7、8、9處的貼標簽機、電熱封口機、十字導軌以及相連的吸盤手構成。吸盤手可在十字滑軌上呈十字形移動，先是利用移動吸盤將藥粉袋吸引固定住并移動取出，再移動至電熱封口機端處，電熱封口機將包裝袋封口，又移動至貼標簽機端將包裝袋標簽貼入并記錄數據，最后移動至標注10處的出藥滑梯，吸盤手釋放吸盤壓力，藥粉袋落入滑梯，完成打包出藥。

■1.4 控制流程

如圖2所示，各個中藥材各有一套稱量系統獨立運作，解決使用單一稱量系統所產生的藥物殘留問題，同時，支持多種中藥材稱量同時運作，大大提高取藥效率[6]。

2 控制系統的設計

如圖3所示，中藥材自動取藥機系統主要由PC端控制程序、MCU（單片機型微型計算機）、研磨、傳送、稱量、打包系統部分組成。

圖2 中藥材控制流程

MCU在收到PC端用戶所設定的抓藥數據[7]，負責對控制其他傳感器、伺服電機等運動動作，完成研磨、傳送、稱量、包裝等動作。（1）研磨系統，中藥材在進入研磨缸后，研磨刀高速電機設定時長為2分鐘，之后研磨缸旁電磁門打開，緩慢釋放中藥粉進入傳送帶。（2）傳送系統，傳送進步電機被調節為1cm/s的勻速運動，使得中藥粉得以均勻的平鋪在傳送帶上，勻速送入稱量盤中。（3）在稱量系統，稱量壓電傳感器會將測量出的重量電位值實時反饋給MCU，重量電位值會隨著中藥材的重量增加而增加，當MCU判斷出重量電位值一旦超過目標值，立馬向傳送帶系統的步進電機發出停止指令，輸送的藥材停止，又向發出稱量系統的伺服電機發出運動指令，于是稱量盤翻轉，中藥材被傾倒入塑料軟管。（4）打包系統，會按照吸盤手會在按照在MCU中編輯好的固定路線運動，依次完成吸附、封口、貼標簽、釋放等動作。

圖3 系統組成

3 軟件設計

如圖4所示，專為該中藥材取藥機所設計的桌面應用程序，在PC端用戶可以很方便的對改中藥材取藥機對抓藥的種類，重量，時長等詳細參數進行設定。

圖4 中藥材取藥系統PC端用戶界面

4 取藥性能試驗

為了檢驗自動取藥機的稱量精確性，進行中藥重量測量性能試驗（如圖5），在系統控制端設置測量5g某中藥粉，稱量完成后，取出該中藥粉在專業電子稱進行檢驗測量，重復測試5次，得出結果為：第1組數據差值較大，分析原因可能由于傳送帶速度過大所致，后調低傳送帶速度又測出后4組?？梢姵艘騻魉蛶д{速較大第一組數據差值較大，自動稱量系統在低速狀態下測量精度基本可以控制在0.01g，滿足中藥材重量藥理要求[8]，見表1。

表1 電子稱進行檢驗測量表

圖5 稱量試驗

5 結論

本研究介紹了一種中藥材自動取藥機，采用箱體式結構，集成了傳統中藥材取藥使用的打粉、稱量、打包步驟，并采用分布式的稱量結構縮短稱量時間。為傳統人工中藥材取藥遇到的類目多、稱量時長等問題，提供了一站式自動化的解決方案。

并對該中藥自動取藥機稱量系統的準確性進行試驗，確保稱量滿足傳統中藥藥理要求。

該中藥系統具有以下特點：

(1)應用現代網絡技術實現選藥、稱量、運輸和包裝過程的全自動化操作，安全衛生，避免了人為誤差、降低勞動強度，提高了抓取中藥的效率；

(2)自動化的中藥原材打粉，封閉設計，減少粉塵污染浪費；

(3)自動化的稱量多種藥品，稱量準確度高，速度快，藥品成分含量精準；

(4)自動化的打包，結構簡單，效率高；

(5)自動化的貼標簽，便于區分；

(6)后期可與醫院中的藥品系統對接，掃描醫生開的藥單即可取藥，更智能化的一體式操作。