中药饮片的等分机构及其控制系统设计

2015-06-07 05:51张志强娄唯佳
机电信息 2015年26期
关键词:中药房传送带中药饮片

王 冲 张志强 娄唯佳

中药饮片的等分机构及其控制系统设计

王 冲 张志强 娄唯佳

(北京信息科技大学机电工程学院,北京100192)

针对中药房在中药饮片称量中使用的等分机构,对其机械结构和控制系统进行了设计分析,弥补了原来中药调配“手抓戥称”工作模式效率低、误差大的缺陷,为中药房的称量工作实现自动化提供了解决方案。

中药饮片;等分机构;机械结构;工作流程;控制系统;设计

0 引言

长期以来,传统中药房一直依靠人工估算的“手抓戥称”的中药调配工作模式,不仅工作量大、效率低,而且误差大、患者等待时间较长。

现根据中药饮片的种类、形状、特性,以经过预处理、黏性较小的常用中药饮片为基础,设计了一款针对中药饮片的等分机构。

1 中药等分机构的机械结构

中药等分系统是机电一体化系统,其主要由机械结构和控制系统组成。

1.1 中药等分机构的机械结构组成

中药等分机构的机械结构如图1所示。等分板位于输送带之上,可进行直线往返运动,其运动轨迹遍布输送带全程。传送带安装在两侧板中间,下方安装有张紧装置和调节螺钉。传送带的主要作用是将振动均匀的物料输送到等分槽中。前挡板通过步进电机驱动,经杠杆作用控制前挡板的抬起和落下。经调研发现,通常情况下医生的处方剂数都在10剂以内,因此,此处等分槽沿输送带的宽度方向将其进行10等分,并通过两侧长度不等的连接板将其固定,限制其6个自由度。将等分槽末端的出料挡板与十字滑台直线导轨模组连接。其中,导轨模组固定在等分槽的下方。

图1 中药等分机构的机械结构

根据共振原理,当电磁振动器的激励频率接近装置的固有频率时,装置于低临界共振状态下工作,此状态下机构工作平稳、功耗较低。其中,衔铁通过一个平板机构与传送带侧板固定相连,铁芯及其固定装置安装在基架上。当给铁芯接通经过半波整流后的单相交流电时,在电压的正半周,铁芯与衔铁就会产生脉冲电磁力,衔铁被铁芯吸附而产生相对运动;在电压的负半周电磁力消失时,衔铁被释放,装置向相反方向运动。中药等分机构在50 Hz的交流电下工作,使得传送带上的物料看起来像在均匀连续地移动,物料振动均匀。板弹簧组在振动装置中起到了提供回复力的作用。

1.2 中药等分机构的具体工作流程

中药等分机构的具体工作流程如图2所示。系统接收到数据时,两组十字滑台直线导轨模组的电机相继运动到指定位置,当经过混合均匀的中药饮片被倒入装置中时,电磁振动器便会通电开始振动,经过一段时间后,振动停止,前挡板电机开始运转,驱动前挡板抬起至一定高度后停止,此时传送带运转将物料送到等分槽中,然后前挡板回落,等分板归零。当后续的包装系统启动到位后,出料板在十字滑台导轨模块的驱动下,每次运动一个等分格的距离,以便饮片逐格出料并对其进行包装。

2 等分效果仿真

本文通过三维CAD软件建模后导入EDEM软件对等分机构进行分析。为了方便导入,将与分析无关的部件先行删除后再行导入,减少了软件处理各部件的时间。等分效果仿真如图3所示。

图2 中药等分机构的具体工作流程图

图3 等分效果仿真图

从图中数据可以看出:槽中最大质量22 g、最小质量19.8 g,两者相差2.2 g。该机构较人工等分误差要小很多,在很大程度上能够满足等分称量要求。

3 中药等分机构的控制系统设计

3.1 控制系统的硬件组成

中药等分机构的控制系统主要由工控机、PCI运动控制卡、步进电机驱动器、步进电机组成。其中,工控机选择的是研华610L型号,该工控机具有标准的RS232接口和RS485接口用于设备通信。PCI运动控制卡选择的是PCI1020控制卡,该卡是PCI总线四轴伺服/步进电机运动控制卡,能精确地控制所发出的脉冲频率(电机速度)、脉冲个数(电机转角)及脉冲频率变化率(电机加速度)。步进电机驱动器选择的是SH20340,其具有噪音低、效率高、温升低、设置灵活的优点,细分数最大可达256。步进电机选用的是42BYGH混合式步进电机,其步进角为1.8°,扭矩为0.5~2.8 kgf·cm。

3.2 控制系统的软件组成

上位机程序使用C#编程语言,程序编写前对步进电机的运转速率进行标定,每个脉冲电机的线位移为0.015 mm,将接收到的数据转换为脉冲数的代码为:

int i=Convert.ToInt32(text1.Text);

int s=42*(10—i);

int pulseNum=Convert.ToInt32(s/0.015);

由于篇幅所限,下面是等分板电机和出料板电机相继运动的代码:

//设置倍率、初始速度、驱动速度、脉冲方式、驱动方式等参数

for(i=0;i<2;i++)﹛DL[i].Multiple=1;DL[i]. StartSpeed=100;

DL[i]. DriveSpeed=8000; DL[i]. Acceleration= 500;DL[i].Deceleration=5000;

LC[i].PulseMode=PCI1020.PCI1020_CWCCW; LC[i].Line_Curve=PCI1020.PCI1020_Line;LC[i]. LV_DV= PCI1020. PCI1020_DV;LC[i]. Direction= PCI1020.PCI1020_PDIRECTION;PCI1020.PCI1020_ InitLVDV(hDevice,// 运动卡卡号ref DL[i],// 公共参数结构体指针ref DL[i]);﹜//设置出料板电机为等分板电机的同步轴

Para1[0]. AXIS3=1;// Para1[0]. EDND=1; PCI1020. PCI1020 _ SetSynchronAction(hDevice, PCI1020.PCI1020_XAXIS,ref Para1[0],ref Para2[0]);

Para2[1].FDRVP=1;// 当等分板电机激励后,启动出料板电机定长驱动

PCI1020.PCI1020_SetSynchronAction(hDevice, YAXIS,ref Para1[1],ref Para2[1]);PCI1020. PCI1020 _ StartLVDV(hDevice,PCI1020. PCI1020_ YAXIS);

4 结语

综上所述,本文的设计分析包括了中药等分机构的机械结构、控制系统以及上位机的控制编程。等分机构大幅度降低了传统人工中药等分的误差;控制系统结合上位机的逻辑编程实现了等分机构的顺序动作,完美地完成了中药饮片的等分工作。该系统的设计是对中药饮片等分工作的创新性探索,以期为我国传统中医药行业贡献绵薄之力。

[1] 苏昆林.自动化中药房控制系统的设计与实现[D].南京:南京理工大学,2013.

[2] 李成群,王伟,贠超,等.自动化药房的现状和新进展[J].机器人技术与应用,2007(5).

[3] 夏作新,李海鸥,刘绍周.微机自动控制发药机:中国,86105746[P].1988-02-10.

2015-07-21

王冲(1988—),男,河北保定人,在读硕士研究生,研究方向:机器人技术及应用。

张志强(1964—),男,陕西人,博士,副教授,研究方向:机器人技术及应用。

娄唯佳(1987—),男,河北秦皇岛人,硕士研究生,研究方向:机电设备状态检测与诊断技术。

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