一種智能化全自動貼標機系統的研究與設計

莫喜玄，張 娟，高興宇，蔣文彥，梁小歡，龔 平

（1.桂林星漢科技股份有限公司，廣西 桂林 541000；2.桂林醫學院附屬醫院健康體檢中心，廣西 桂林 541000；3.桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

0 引言

隨著醫療行業的不斷發展，醫院采集的樣本數量和樣本參數在不斷的增多，試管在取樣過程中，需要標記醫療標簽信息、患者信息和取樣信息等，需要對試管進行貼標處理，導致醫療衛生系統的工作愈加繁雜，因此急需對醫護工作者的工作進行改善，提高其工作效率[1-3]。傳統的貼標方法是人工撕下標簽貼于試管外壁，該方法不僅工作繁瑣、耗時、耗力，并且貼標過程中由于貼標位置不一致，造成標簽位置不規范，對后續的標簽識別有一定的影響，且貼標過程中容易造成二次污染[4]。

本系統設計了一種智能化全自動貼標機系統，該試管貼標系統能夠實現試管的自動上料，將標簽信息進行打印后快速、準確、無誤地貼在試管外壁指定位置，并且對試管標簽信息進行核對準確無誤后自動下料。該系統有效地提高了醫療試管貼標的工作效率和貼標質量，避免了人工貼標工作中的各種問題。

1 工作原理

智能化全自動貼標機的工作原理：全自動貼標機，包括放置試管的料倉機構、在試管上貼標的打印貼標機構和將料倉機構上的試管移取至打印貼標的試管移取機構。料倉機構包括并排的多列試管滑槽；試管滑槽一端高而另一端低，各試管滑槽中的豎向試管從高端向底端滑動而順序排列；試管移取機構對應于多列試管滑槽的低端設置，包括夾取試管的夾取單元；夾取單元設于升降單元上；升降單元設于向旁側移動的平移單元上；打印貼標機構包括帶動試管旋轉的貼標驅動單元和在試管上打印標記的打印單元；貼標驅動單元設置在夾取單元的移動路徑上，貼標驅動單元上設有在試管上尋找出廠標簽邊緣的尋邊單元和對試管上的打印標記進行核驗的復核單元，貼標驅動單元上設置有縱向用于容納試管的夾槽，打印單元、貼標驅動單元、尋邊單元和復核單元均設置在機架上，且打印單元、尋邊單元、復核單元工作區域對應于夾槽。

2 系統整體結構設計

系統研究設計的試管貼標系統主要包括自動上料機構、試管移取機構、打印貼標機構和下料機構。整體框架如圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

2.1 自動上料機構

自動上料機構包括多列試管滑槽，試管滑槽一端高另一端低，各試管滑槽的寬度大于試管管身的尺寸但小于試管管帽部分尺寸，各試管滑槽中的豎向試管依靠重力從高端向底端滑動而順序排列。試管滑槽低端呈水平，低端設置的限位塊使試管更易夾取。當滑槽不足5只試管時，感應器報警提醒加管。自動上料機構如圖2所示。

圖2 自動上料機構

2.2 試管移取機構

通過接收控制器貼標夾管指令，步進電機[5]控制十字滑臺x、y軸左右、上下移動，當夾持臂移動到所需夾取試管的相應位置時，分撥部件將試管滑槽上的第一根試管與第二根試管分開后，電磁夾抓取對應項目料道上試管，再將試管移動放入貼標打印模塊滾筒中，夾爪下位感應器將到位信號傳輸給主控制器完成試管移取工作。試管移取機構如圖3所示。

圖3 試管移取機構

2.3 打印貼標機構

當試管放置于容納試管的夾槽后，夾槽夾持試管，尋邊機構尋找出廠標簽邊緣，以此確定打印機何時開始打印醫療信息標簽，從而保證醫療信息標簽不會過多而遮蔽試管管身。打印機打印輸出的醫療信息標簽恰好與夾槽內的試管接觸，驅動機構帶動試管轉動，輸出的醫療信息標簽也跟著試管進行轉動并逐漸被貼在試管表面隨后復核機構掃描試管表面的醫療信息標簽，得到相應的數據并傳輸至上位機，供上位機進行數據對比，從而保證打印的醫療信息標簽準確無誤。打印貼標機構如圖4所示。

圖4 打印貼標機構

2.4 下料機構

當試管上的醫療信息檢驗完畢之后，夾槽的水平伸縮部件縮回，試管不再被從動輥頂壓夾持，此時試管掉落到出料倉。下料機構如圖5所示。

圖5 下料機構

3 控制系統設計

全自動貼標機系統的主要功能是將標簽信息粘貼于對應的試管，要實現全自動貼標，首先需要分析標簽粘貼動作的流程，然后對相應的模塊進行設計，采用單片機作為主控實現各個模塊的功能，主要是接收上位機工作指令信息，控制貼標打印模塊、機械十字滑臺及夾手裝置等貼標機各步動作實現標簽打印、貼標。整個系統的貼標動作主要分為以下幾個部分：

（1）升降、平移機構由機械十字滑臺和兩個步進電機對其進行上下、前后移動。

（2）夾取機構的夾持臂通過推拉電磁鐵的通斷電控制其動作，同時在夾持臂的上方設置一個楔狀的分撥部件。

（3）貼標驅動機構由一個驅動軸、一個驅動輥和兩個從動輥組成。

（4）打印機構由一個打印機組成，打印輸出口豎直設置，輸出信息被打印于標簽上。

（5）尋邊機構由一個紅光發射探頭和一個紅光接收探頭組成，用于尋找出廠標簽邊緣。

（6）復核機構由一個掃碼探頭組成，將掃描的標簽信息輸入至上位機進行對比。若標簽信息無誤控制出料口出料，否則報警。

（7）出料機構由一個水平伸縮部件組成，其伸縮部件由推拉電磁鐵通斷電控制。

（8）在各料道設由感應器，當試管不足五支時報警提醒加管。

各機構均與上位機有通信，通過上位機將各個機構聯系起來，完成整個系統的控制功能。各機構與上位機的輸入輸出如圖6所示。

圖6 上位機輸入輸出

4 實驗驗證

為了驗證本系統的效果，采用醫院常用的、長度規格真空采血試管，能夠容納現有系統標簽內容。在上料機構放置100支試管進行實驗，其貼標速度能夠達到3s/支，貼標準確率和標簽規范率達到98%。當上料機構料道不足五只試管時，上位機提醒加管。為了更直觀的體現本系統的工作效率和準確率，分別采用100支試管對手工貼標和全自動貼標機進行對比實驗，實驗結果見表1。

表1 實驗結果對比

5 結論

根據實驗結果數據表明，本系統的全自動貼標機無論從工作效率、貼標準確率及標簽規范率都明顯優于手工貼標。本系統的整體結構較小，能夠實現快速、準確貼標，并且與上位機相聯系，能夠實時調整標簽信息并實時監控樣本信息。其自動化程度高、操作方便、貼標工整、衛生。本系統解決了傳統貼標方法的貼標錯誤、貼標不規范和衛生問題，其適用于醫療系統，有效降低了醫療事故的發生，很大程度上減輕了醫護工作者的工作量。