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人工智能中药抓取机器人

IT圈 admin 48浏览 0评论

2024年5月19日发(作者:俞幻梅)

2021

5

9

期总第

475

内蒙古科技与经济

Inner

Mongolia

Science

Technology

&

Economy

May

2021

No.

9

Total

No.

475

人工智滋中疝抓取机器人

宋佰轩

刘豪龙

(天津理工大学工程训练中心

天津

300384)

介绍了

一款人工智能中药抓取机器人的总体设计

关键部分功能实现方案和主体电路的设

该机器人可通过扫描中药单上的二维码领取任务

然后根据预设药箱坐标值对各种药材自主定住,

凭借智能算法选择最优路径

精准抓取药品放入车身药匣

全部抓取完成后回到指定停车点将药品通过

漏斗装进药盒内

试验结果表明:

整个抓取过程机器人完全自主运行

可高效

精确的实现中药抓取任

并且维护成本低廉

适合在各种规模的中药房使用

关键词:中药抓取

;

自主定位

;

最优路径

;

实验对比

中图分类号:

TP242.

6

文献标识码

A

文章编号:

1007

—6921(2021)09

0099

03

中药作为中国传统医药理论指导临床应用的药

用于预防

治疗

诊断疾病具有显著作用

而要继

素不适用于中药铺子

应用范围很窄

为了解决抓药难的问题

尤其是像

2020

年新型

承传统医学

不但要有娴熟的医术

还要将多种多样

冠状病毒肺炎疫情暴发

造成的人手不足问题

我们

的中药材熟练区分

药材虽然外形相似

但功能却

差距甚远

入错一味药材,就可能导致药性发生不可

逆的变化

相似的药材靠人工很难辨别

同时中药

药量使用非常严格

,都是以克为单位,

传统称量方式

就设计了这款人工智能中药抓取机器人

它可以有

效应对突发情况

只要给机器人录入抓药程序就可

以快速准确抓药,

满足大规模抓药的需求

让病人及

早就诊

不至于恶化扩散

同时也减少了人员之间的

很难保证各种药的配

比精度

从而导致药效很差

高强度的重复劳动对抓药的药剂师是很大的负担

接触

降低了病毒传播的概率

为中国的中药推广

惠及大众做出一点贡献

智能抓药机器人的重要意义在于数字化

智能

化的精准定位以及精确的抓药方式

大大减少了对

传统抓药方式存在劳动强度大

误差大

粉尘污染

人手对药物的二次污染等缺点

目前国内中医药行

业正在快速走向繁荣

而落后的抓药方式则严重制

于劳动力的消耗与浪费

利用螺旋杆推送药品的办

法取代了传统

手抓戡称”

的抓药方式⑵

再者

约了我国中药行业的发展

20

世纪

70

年代

曾有以自动售米机为模板的

自动抓药机昙花一现

理论上成立的设备在实践上

屡遭败绩

最终因为这种抓药机称量误差较大以及

药虽为室内工作

然而在药柜前往返奔波

其过程既

要求精细又要求效率

采用智能抓药机器人在极大

程度上提高了中药抓配过程的效率值与精确度

造成严重的粉尘污染等缺点

中药房不得不回归手

工抓药的时代

近二十年间在德国本土

自动化西

差小而且效率高

通过智能运算更是可以取代药剂

师经过好几年才熟悉获得的定位信息

减轻了药剂

师的负担

尽可能地将病人收到药品的时间提前

药房兴起

1993

德国

ROWA

公司开始形成有

关的设计理念

,

ROWA

公司的自动化药房的专利技

到医患双赢的效果

术就是机械手技术

2006

10

30

位于上海

1

人工智能中药抓取机器人的总体设计

机械结构的设计:

人工智能中药抓取机器人机

南京路的上海市第一医药商店引进并启用该公司的

自动化药房系统。

据介绍

顾客告诉店员要买的药

械原理图

如图

1

所示

人工智能中药抓取机器人的主体是一辆能够自

品名称后

电脑上就会出现该药品的厂址

规格

途等信息

店员只要操作电脑

,库房的主机便马上下

达指令,

机械手会迅速搜寻出药品

放进出药管

主定位的智能机器人

智能机器人上方承载着带称

重功能的药盒

通过车上的摄像头扫描中药单上的

道口匚

这种抓药方式仅限于西药

对于中药目前还

二维码领取抓药的种类和剂量

按照药物的名称和

所对应的中药位置进行匹配

自动计算出最优抓药

路径

移动到指定位置后扫描药品下方的二维码再

没有系统的解决办法

而大规模的数字化中药房都

还处于实验阶段

且因其成本高昂

占地面积广等因

收稿日期

=2020-11-17

基金项目

本文系大学生创新创业训练计划

(2)

o

99

总第

475期

一次确认药物种类

确认无误后

智能车给中药漏斗

发送蓝牙信号

漏斗下方的螺旋输送器就将中药推

送至下方药盒中

药盒底部安装有压力传感器

检测

精度可以达到

0.

lg

,

能够精确检测下落药品的重

并且智能车可承载

7

个药盒

一次可同时抓取

7

服药

等盒内药品到达给定质量后立刻移动到下一

个药盒

所有药盒都装药完毕后立刻给中药漏斗发

送信号

让螺旋输送器反转

将多余药品送回漏斗

防止长时间和空气接触产生污染

。智能车则根

据计算好的最优路径移动到下一味中药漏斗下方继

续抓药

药单上的药品全部抓取完毕后返回起始位

,所抓药品可通过药盒下方开孔装入中药袋中

剂师可将分装好的中药袋贴上标签发放给病人

1

人工智能中药抓取机器人原理

1

.中药漏斗

2

螺旋.输送器

3.

药盒;

4

.麦克纳姆轮;

5

.二维码识别摄像头

6.

42FH03-01

步进电机

7.

电池

8.

MEGA

2560

控制板

智能机器人选择

Arduino

MEGA

2560

作为主

控电路板

,利用

A4988

驱动板模块对

4

个步进电机

进行程序控制

该驱动板作为一款带转换器和过流

保护的

DMOS

微步进电机驱动器,

可用于控制双极

步进电机在步进模式下工作

输出驱动的能力为

35V

和士

2A,

保证精准的控制麦克纳姆轮进行横

纵双向以及斜向移动⑶。

小车会根据最优路径程序

的运算结果到达指定坐标位置

药品会被放入底部

安装有压力传感器的药匣

通过单片机识别压力传

感器的数据

再根据数据运算结果

及时做出指定动

整个运动过程完全由机器人自主进行识别、

称重等一系列动作

快捷

高效地完成抓取中药

的任务

2

关键部分功能实现方案

2.

1

移动部分

智能中药抓取机器人通过麦克纳姆轮的差速转

动可以让机器人前后移动、

左右移动或按照指定角

度平动

小车使用

8

个巡线传感器

如图

2

所示

100

内蒙古科技与经济

进行路线识别,

减少小车在行驶过程中的方向偏差

左右两个传感器进行记数

记录让机器人行走的实

际距离

,并反馈给控制系统进行实时纠正,

保证在步

进电机驱动下能够精确到达抓取药品的位置

2

巡线传感器

2.

2

自动抓药部分

首先中医专家根据病人所需药材种类和数量

在电脑端输入药品种类及质量

医院的系统可将药

方自动生成包含中药方全部信息的二维码,

抓取机

器人在起始位置扫描显示屏幕上的二维码后

按照

指定程序规划最优路径

到达指定药品位置后

再次

扫描药品漏斗下方二维码以确定目标药品是否正

核验无误后

控制器给中药漏斗发送蓝牙信号进

行通信

漏斗电机控制器接收蓝牙信号

打开螺旋输

送器开关

开始装药

药盒下方的薄膜压力

传感器

如图

3

所示

检测到压力数值发送给主控制器

送的数据为模拟量

通过

A/D

转换接口将模拟量转

化为数字量

当达到指定质量时

控制器发送蓝牙信

号使中药漏斗控制螺旋输送器反转

这样将多余药

品回收至漏斗内

保证药品不被空气污染⑷

O

3

薄膜压力传感器

3

智能中药抓取机器人主体电路的设计

为了降低布线的复杂性

同时提高整个系统的

稳定性以及可靠性

也为了使主板传感器的结构更

加一目了然

便于后期的调试以及程序的编写

我们

设计了一块智能机器人的主板

主板连接传感器与

其他执行器⑸

智能机器人电路板主要有

5

个模块

构成

,分别为主控器模块

传感器模块

电源模块

IIC

模块和执行器模块

主控制电路设计如图

4

示孔

最优路径规划部分程序代码

pragma

once

includeViostream>

宋佰轩

,等・

人工智能中药抓取机器人

include

V

string

using

namespace

std

struct

Dis

string

path

int

value

bool

visit

Dis()

{

visit

=

false

value

=

0

path

=

"

}

};

class

Graph

_

DG

{

private

:

int

vexnum

int

edge

int

*

*

arc

Dis

*

dis

public

:

Graph

_

DG(int

vexnum,

int

edge)

Graph

_

DG()

bool

check

_

edge

_

value(int

start

,

int

end,

int

weight)

void

createGraph

()

void

print

()

void

Dijkstra(int

begin)

void

print

_

path(int)

4

智能抓取机器人电路总图

4

中药抓取实验

为充分发挥中医药在新型冠状病毒流行期间的

防控作用

国家卫生健康委员会印发了常见医用防

护用品使用范围指引(试行)的通知

在最新版的防

治方案中

提供的中药预防处方确定

为方便普通人

2021

年第

9

群通过代茶饮等方式进行自我防护

给出以下药方

1.

代茶饮方

太子参

3g

金银花

3g

養香

3g

3g

、甘草

3g

o

2

.

基础用方

玉屏风散加味

,组成如下

生黄艮

12g

防风

10g

白术

10g

、金银花

10g

连翘

10g

贯众

6g

佩兰

10g

陈皮

10g

苍术

10g

桔梗

10g

o

实验内容

人工智能中药抓取机器人通过规划

最优路线依次到达金银花

太子参

養香的位置

种抓取

3g,

共抓取

7

服药

进行

3

次实验

为了验

证试验的准确性

同时让药剂师进行同步抓取相同

的药进行对比

实验结果显示

该机器设备可以实现自动规划

最优路径并对指定药材定量抓取

1

人机抓药对比参数

金银花质量太子参质量鬣香质量总质量

时间

(g)

(g)

(g)

(g)

(s)

车第一次

3

33

9

40.24

车第二次

3

2.9

3.0

&

9

39.61

车第三次

3.0

3

3

9

39.59

人第一次

2.8

2.9

2.7

&

4

187.83

人第二次

3.1

3.3

3.2

9.6

197.79

人第三次

2.9

3.1

2.8

&

8

201.43

试验结果分析

智能抓药机器人采用识别任务

二维码的形式来实现对于药品精准定位

自动计算

最优路径并快速移动到中药漏斗下方位置

通过压

力传感器来实现对于药品精确称量

药品的重量可

以精确到

0.

lg,

与人工抓药相比可以同时采集多服

药材

节省称量时间且能够保持药品的质量不被污

抓药机器人可自主运行

维护成本低廉

适合在

各种规模中药房使用

[参考文献]

1]

李津.医院门诊药房拣选系统建模与优化设计

:

D].

济南

山东大学

,2010.

2]

翟华强

田伟兰

李睿

等.中药小包装饮片的

历史源流及其调剂规范化操作的思考口丄北

京中医药大学学报

,2016,39(6).452

455

3]

蓝杰

张浩然.基于

STM32

的微型步进电机

驱动控制器设计口丄微型机与应用

2015,34

:43

(1)

46.

M

吴冰华.超短波宽带信道模拟器软件设计与实

现成都

电子科技大学

,2011.

5]

王全•基于

M-Bus

总线的矿用智能传感器网

络的研究

D2L

青岛:

山东科技大学

,2011.

[6]

徐磊•模块化个人机器人结构设计及运动规划

的研究

[D1

上海

上海交通大学

,2009.

101

2024年5月19日发(作者:俞幻梅)

2021

5

9

期总第

475

内蒙古科技与经济

Inner

Mongolia

Science

Technology

&

Economy

May

2021

No.

9

Total

No.

475

人工智滋中疝抓取机器人

宋佰轩

刘豪龙

(天津理工大学工程训练中心

天津

300384)

介绍了

一款人工智能中药抓取机器人的总体设计

关键部分功能实现方案和主体电路的设

该机器人可通过扫描中药单上的二维码领取任务

然后根据预设药箱坐标值对各种药材自主定住,

凭借智能算法选择最优路径

精准抓取药品放入车身药匣

全部抓取完成后回到指定停车点将药品通过

漏斗装进药盒内

试验结果表明:

整个抓取过程机器人完全自主运行

可高效

精确的实现中药抓取任

并且维护成本低廉

适合在各种规模的中药房使用

关键词:中药抓取

;

自主定位

;

最优路径

;

实验对比

中图分类号:

TP242.

6

文献标识码

A

文章编号:

1007

—6921(2021)09

0099

03

中药作为中国传统医药理论指导临床应用的药

用于预防

治疗

诊断疾病具有显著作用

而要继

素不适用于中药铺子

应用范围很窄

为了解决抓药难的问题

尤其是像

2020

年新型

承传统医学

不但要有娴熟的医术

还要将多种多样

冠状病毒肺炎疫情暴发

造成的人手不足问题

我们

的中药材熟练区分

药材虽然外形相似

但功能却

差距甚远

入错一味药材,就可能导致药性发生不可

逆的变化

相似的药材靠人工很难辨别

同时中药

药量使用非常严格

,都是以克为单位,

传统称量方式

就设计了这款人工智能中药抓取机器人

它可以有

效应对突发情况

只要给机器人录入抓药程序就可

以快速准确抓药,

满足大规模抓药的需求

让病人及

早就诊

不至于恶化扩散

同时也减少了人员之间的

很难保证各种药的配

比精度

从而导致药效很差

高强度的重复劳动对抓药的药剂师是很大的负担

接触

降低了病毒传播的概率

为中国的中药推广

惠及大众做出一点贡献

智能抓药机器人的重要意义在于数字化

智能

化的精准定位以及精确的抓药方式

大大减少了对

传统抓药方式存在劳动强度大

误差大

粉尘污染

人手对药物的二次污染等缺点

目前国内中医药行

业正在快速走向繁荣

而落后的抓药方式则严重制

于劳动力的消耗与浪费

利用螺旋杆推送药品的办

法取代了传统

手抓戡称”

的抓药方式⑵

再者

约了我国中药行业的发展

20

世纪

70

年代

曾有以自动售米机为模板的

自动抓药机昙花一现

理论上成立的设备在实践上

屡遭败绩

最终因为这种抓药机称量误差较大以及

药虽为室内工作

然而在药柜前往返奔波

其过程既

要求精细又要求效率

采用智能抓药机器人在极大

程度上提高了中药抓配过程的效率值与精确度

造成严重的粉尘污染等缺点

中药房不得不回归手

工抓药的时代

近二十年间在德国本土

自动化西

差小而且效率高

通过智能运算更是可以取代药剂

师经过好几年才熟悉获得的定位信息

减轻了药剂

师的负担

尽可能地将病人收到药品的时间提前

药房兴起

1993

德国

ROWA

公司开始形成有

关的设计理念

,

ROWA

公司的自动化药房的专利技

到医患双赢的效果

术就是机械手技术

2006

10

30

位于上海

1

人工智能中药抓取机器人的总体设计

机械结构的设计:

人工智能中药抓取机器人机

南京路的上海市第一医药商店引进并启用该公司的

自动化药房系统。

据介绍

顾客告诉店员要买的药

械原理图

如图

1

所示

人工智能中药抓取机器人的主体是一辆能够自

品名称后

电脑上就会出现该药品的厂址

规格

途等信息

店员只要操作电脑

,库房的主机便马上下

达指令,

机械手会迅速搜寻出药品

放进出药管

主定位的智能机器人

智能机器人上方承载着带称

重功能的药盒

通过车上的摄像头扫描中药单上的

道口匚

这种抓药方式仅限于西药

对于中药目前还

二维码领取抓药的种类和剂量

按照药物的名称和

所对应的中药位置进行匹配

自动计算出最优抓药

路径

移动到指定位置后扫描药品下方的二维码再

没有系统的解决办法

而大规模的数字化中药房都

还处于实验阶段

且因其成本高昂

占地面积广等因

收稿日期

=2020-11-17

基金项目

本文系大学生创新创业训练计划

(2)

o

99

总第

475期

一次确认药物种类

确认无误后

智能车给中药漏斗

发送蓝牙信号

漏斗下方的螺旋输送器就将中药推

送至下方药盒中

药盒底部安装有压力传感器

检测

精度可以达到

0.

lg

,

能够精确检测下落药品的重

并且智能车可承载

7

个药盒

一次可同时抓取

7

服药

等盒内药品到达给定质量后立刻移动到下一

个药盒

所有药盒都装药完毕后立刻给中药漏斗发

送信号

让螺旋输送器反转

将多余药品送回漏斗

防止长时间和空气接触产生污染

。智能车则根

据计算好的最优路径移动到下一味中药漏斗下方继

续抓药

药单上的药品全部抓取完毕后返回起始位

,所抓药品可通过药盒下方开孔装入中药袋中

剂师可将分装好的中药袋贴上标签发放给病人

1

人工智能中药抓取机器人原理

1

.中药漏斗

2

螺旋.输送器

3.

药盒;

4

.麦克纳姆轮;

5

.二维码识别摄像头

6.

42FH03-01

步进电机

7.

电池

8.

MEGA

2560

控制板

智能机器人选择

Arduino

MEGA

2560

作为主

控电路板

,利用

A4988

驱动板模块对

4

个步进电机

进行程序控制

该驱动板作为一款带转换器和过流

保护的

DMOS

微步进电机驱动器,

可用于控制双极

步进电机在步进模式下工作

输出驱动的能力为

35V

和士

2A,

保证精准的控制麦克纳姆轮进行横

纵双向以及斜向移动⑶。

小车会根据最优路径程序

的运算结果到达指定坐标位置

药品会被放入底部

安装有压力传感器的药匣

通过单片机识别压力传

感器的数据

再根据数据运算结果

及时做出指定动

整个运动过程完全由机器人自主进行识别、

称重等一系列动作

快捷

高效地完成抓取中药

的任务

2

关键部分功能实现方案

2.

1

移动部分

智能中药抓取机器人通过麦克纳姆轮的差速转

动可以让机器人前后移动、

左右移动或按照指定角

度平动

小车使用

8

个巡线传感器

如图

2

所示

100

内蒙古科技与经济

进行路线识别,

减少小车在行驶过程中的方向偏差

左右两个传感器进行记数

记录让机器人行走的实

际距离

,并反馈给控制系统进行实时纠正,

保证在步

进电机驱动下能够精确到达抓取药品的位置

2

巡线传感器

2.

2

自动抓药部分

首先中医专家根据病人所需药材种类和数量

在电脑端输入药品种类及质量

医院的系统可将药

方自动生成包含中药方全部信息的二维码,

抓取机

器人在起始位置扫描显示屏幕上的二维码后

按照

指定程序规划最优路径

到达指定药品位置后

再次

扫描药品漏斗下方二维码以确定目标药品是否正

核验无误后

控制器给中药漏斗发送蓝牙信号进

行通信

漏斗电机控制器接收蓝牙信号

打开螺旋输

送器开关

开始装药

药盒下方的薄膜压力

传感器

如图

3

所示

检测到压力数值发送给主控制器

送的数据为模拟量

通过

A/D

转换接口将模拟量转

化为数字量

当达到指定质量时

控制器发送蓝牙信

号使中药漏斗控制螺旋输送器反转

这样将多余药

品回收至漏斗内

保证药品不被空气污染⑷

O

3

薄膜压力传感器

3

智能中药抓取机器人主体电路的设计

为了降低布线的复杂性

同时提高整个系统的

稳定性以及可靠性

也为了使主板传感器的结构更

加一目了然

便于后期的调试以及程序的编写

我们

设计了一块智能机器人的主板

主板连接传感器与

其他执行器⑸

智能机器人电路板主要有

5

个模块

构成

,分别为主控器模块

传感器模块

电源模块

IIC

模块和执行器模块

主控制电路设计如图

4

示孔

最优路径规划部分程序代码

pragma

once

includeViostream>

宋佰轩

,等・

人工智能中药抓取机器人

include

V

string

using

namespace

std

struct

Dis

string

path

int

value

bool

visit

Dis()

{

visit

=

false

value

=

0

path

=

"

}

};

class

Graph

_

DG

{

private

:

int

vexnum

int

edge

int

*

*

arc

Dis

*

dis

public

:

Graph

_

DG(int

vexnum,

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edge)

Graph

_

DG()

bool

check

_

edge

_

value(int

start

,

int

end,

int

weight)

void

createGraph

()

void

print

()

void

Dijkstra(int

begin)

void

print

_

path(int)

4

智能抓取机器人电路总图

4

中药抓取实验

为充分发挥中医药在新型冠状病毒流行期间的

防控作用

国家卫生健康委员会印发了常见医用防

护用品使用范围指引(试行)的通知

在最新版的防

治方案中

提供的中药预防处方确定

为方便普通人

2021

年第

9

群通过代茶饮等方式进行自我防护

给出以下药方

1.

代茶饮方

太子参

3g

金银花

3g

養香

3g

3g

、甘草

3g

o

2

.

基础用方

玉屏风散加味

,组成如下

生黄艮

12g

防风

10g

白术

10g

、金银花

10g

连翘

10g

贯众

6g

佩兰

10g

陈皮

10g

苍术

10g

桔梗

10g

o

实验内容

人工智能中药抓取机器人通过规划

最优路线依次到达金银花

太子参

養香的位置

种抓取

3g,

共抓取

7

服药

进行

3

次实验

为了验

证试验的准确性

同时让药剂师进行同步抓取相同

的药进行对比

实验结果显示

该机器设备可以实现自动规划

最优路径并对指定药材定量抓取

1

人机抓药对比参数

金银花质量太子参质量鬣香质量总质量

时间

(g)

(g)

(g)

(g)

(s)

车第一次

3

33

9

40.24

车第二次

3

2.9

3.0

&

9

39.61

车第三次

3.0

3

3

9

39.59

人第一次

2.8

2.9

2.7

&

4

187.83

人第二次

3.1

3.3

3.2

9.6

197.79

人第三次

2.9

3.1

2.8

&

8

201.43

试验结果分析

智能抓药机器人采用识别任务

二维码的形式来实现对于药品精准定位

自动计算

最优路径并快速移动到中药漏斗下方位置

通过压

力传感器来实现对于药品精确称量

药品的重量可

以精确到

0.

lg,

与人工抓药相比可以同时采集多服

药材

节省称量时间且能够保持药品的质量不被污

抓药机器人可自主运行

维护成本低廉

适合在

各种规模中药房使用

[参考文献]

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李津.医院门诊药房拣选系统建模与优化设计

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D].

济南

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