一種機(jī)器人取藥箱的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武昌工學(xué)院 朱玉瓊

隨著我國社會的進(jìn)步，環(huán)境的污染、食品的干凈衛(wèi)生問題、生活的壓力等等原因，會使得去醫(yī)院治療的病患增多。特別是在取藥的時(shí)候，經(jīng)常會見到因?yàn)槿斯と∷帋煹乃俣嚷⑷∷幦藬?shù)多，導(dǎo)致在取藥窗口排著一條長隊(duì)的情況。本文設(shè)計(jì)一種機(jī)器人取藥箱的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械手得到指令后會通過提前輸入的PLC程序進(jìn)行相應(yīng)的動作，經(jīng)過取藥、送藥、出藥等一系列的動作從而達(dá)到自動取藥的目的，從而實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)取藥不同的方法，改變了長久以來繁瑣低效的取藥模式。解決病人排隊(duì)等藥的時(shí)間，加快取藥師取藥的效率等問題。

1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人取藥箱由三部分組成：機(jī)械手、升降裝置、控制系統(tǒng)。機(jī)器人取藥箱機(jī)械手運(yùn)動方式：當(dāng)系統(tǒng)接收到要進(jìn)行取藥的指令時(shí)，機(jī)器人取藥箱會通過導(dǎo)軌運(yùn)動到待取藥品的大致的擺放位置，然后進(jìn)行一定的位置調(diào)整，使得能夠正對著待取藥品，機(jī)械手向藥品移動并夾住藥品，電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手移動到出藥口，然后機(jī)械手松開藥品，使得落入臨時(shí)儲藥裝置中。接著機(jī)械手回到初始位置，繼續(xù)重復(fù)之前的動作直到把待取的藥取完為止，然后儲藥箱沿著導(dǎo)軌移動到出藥口并通過推藥板將其推出，從而完成系統(tǒng)給出的取藥指令。

2 機(jī)器人取藥箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

用上位機(jī)和下位機(jī)這兩部分來組成機(jī)器人取藥箱機(jī)械手的控制系統(tǒng)。上位機(jī)選用工控機(jī)，工控機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)上是使用范圍廣泛。下位機(jī)采用西門子S7-1200 PLC。本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人取藥箱中，工控機(jī)、PLC和HIS系統(tǒng)之間可以相互通信。由中控機(jī)來發(fā)送指令，PLC接受到命令后做出相應(yīng)的動作。

機(jī)械手需要按要求完成相應(yīng)的抓取動作，機(jī)械手在橫向?qū)к夁\(yùn)動由伺服電機(jī)M1驅(qū)動，在縱向?qū)к壍倪\(yùn)動由伺服電機(jī)M2驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)功能由伺服電機(jī)M3來進(jìn)行驅(qū)動，在整個(gè)抓取藥品的控制系統(tǒng)中需要用到2軸速脈計(jì)數(shù)器和5軸高速脈沖輸出，為了能夠?qū)崿F(xiàn)上面的功能，所以要選擇S7-1200 PLC。控制推桿和電機(jī)M5采用CPIW-40EDR I/O模塊來控制。本設(shè)計(jì)有5個(gè)伺服單元，分別由5臺電機(jī)控制，PLC與伺服控制單元的通信由RS485總線完成。取藥箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 取藥箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 PLC程序設(shè)計(jì)

對于PLC部分使用模塊化的編寫方式來進(jìn)行編程，機(jī)器人取藥箱的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖2 控制流程圖

根據(jù)機(jī)器人取藥箱的控制系統(tǒng)的控制要求，以及控制流程圖，完成機(jī)械手的I/O分配表，如表1所示。

表1 I/O分配表

部分程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 機(jī)器手出藥程序

結(jié)語：本文設(shè)計(jì)了一款新型的取藥裝置，以取藥機(jī)械手為主體，可以實(shí)現(xiàn)在x、y、z三個(gè)方向的運(yùn)動，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在水平180°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。通過自動取藥系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)無需人工取藥，加快了取藥師工作效率。