机器人药剂师系统设计与实验研究

摘要

自动化药房的完善是提高药房管理水平和服务质量的必然途径和发展趋势。虽然基于国内药房中药品种类多、处方任务大等特点的自动化药房系统已经得到很大程度的发展，但送药环节大多仍采用人工劳动，少数采用传送带方式。针对传送带方式的噪音大、占用空间大、效率低等特点，本文设计了机器人药剂师系统，主要研究内容如下:
　　1.结合机器人药剂师系统的功能需求进行总体设计，提出了包括车载移动、监控系统和核对系统的总体构架。采用上位机软件与硬件电路控制相结合的方式，对系统的通信方式和各个模块的实现进行了布局。
　　2.在Solidworks中设计了整体机械结构包括移动小车、电源充电站、机械手等。对移动驱动方式进行优选，通过计算选择合适电机、电源。用Simulink对动力传动系统进行仿真建模论证其稳定性。对差速驱动方式进行动力学建模，找出其规律性。用Simulation对机械手进行受力变形分析，在重要关节处对舵机技术参数进行校核论证其合理性。
　　3.车载移动部分以单片机STC89C52为主控制器设计了各个模块的电路图，在KeiluVision3中进行C语言编程调试，实现了各个功能模块包括电源电压转换、D/A转换、电机驱动、磁导引纠偏、超声波避障、语音提示等的控制。
　　4.在Visual Studio2010中对监控系统进行编程，实现了与模拟HIS系统、核对系统以太网通信，接收处方信息并存储到数据库ACCESS，接收到条形码信息进行药品核对。与控制系统实现串口通信，以发送窗口信息。
　　5.核对部分的研究主要对关节式机械手的控制和对智能相机进行图像处理的编程。并与监控系统协作实现了复杂的处方核对功能。
　　最后对系统进行模块化实验和联合调试实验，各个模块功能均能符合预期目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 自动化药房研究现状

1．3 本课题研究主要内容

1．4 论文组织结构

1．5 本章小结

第二章 机器人药剂师系统总体设计

2．1 机器人药剂师系统需求分析和设计原则

2．2 总体设计

2．3 模块基本方案论证

2．3．1 自动导航模块

2．3．2 障碍物检测模块

2．3．3 药品核对模块

2．4 本章小结

第三章 机器人药剂师系统结构设计

3．1 机器人药剂师系统总体结构设计

3．2 移动小车结构设计

3．2．1 车架和驱动方式设计

3．2．2 驱动电机选择

3．2．3 驱动轮传动系统建模

3．2．4 差速驱动运动学建模

3．3 电源系统结构设计

3．4 机械手结构设计

3．5 本章小结

第四章 机器人药剂师车载控制系统设计

4．1 控制部分设计

4．2 电路设计与实现方法

4．2．1 核心电路设计

4．2．2 电源电压转换电路设计

4．2．3 控制器外围电路设计与实现

4．2．4 超声波避障系统信息处理电路设计与实现

4．2．5 语音提示系统电路设计

4．3 机器人药剂师车载系统总体控制设计

4．4 本章小结

第五章 机器人药剂师监控系统软件设计

5．1 机器人药剂师系统监控系统通讯设计

5．2 机器人药剂师监控系统总体设计

5．2．1 Socket通信原理

5．2．2 机器人药剂师监控系统Socket通信

5．2．3 机器人药剂师监控系统处方信息解析

5．2．4 机器人药剂师监控系统数据库访问

5．2．5 机器人药剂师监控系统串口通信

5．3 机器人药剂师监控系统人机界面设计

5．4 本章小结

第六章 机器人药剂师核对系统设计

6．1 机器人药剂师核对系统平台搭建

6．2 机器视觉系统的结构

6．2．1 图像采集

6．2．2 图像处理

6．2．3 智能相机在机器人药剂师核对系统上的应用

6．3 机器人药剂师核对系统机械手控制

6．3．1 舵机的控制原理

6．3．2 机械手控制原理

6．3．3 机械手取药气路设计

6．4 本章小结

第七章 机器人药剂师系统实验研究

7．1 机器人药剂师系统调试

7．2 机器人药剂师系统性能测定实验

7．2．1 核对系统实验

7．2．2 移动部分实验

7．2．3 避障部分实验

7．2．4 充电部分实验

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

作者简介