药房搬运机器人

王旭海

【摘要】为了解决医院藥房因取药人群带来的繁琐工作，本项目主要设计一种智能药房搬运机器人。机器人的设计分为：机械结构的设计和控制系统设计两个部分。机械结构包括：轮式移动平台和6自由度机械臂;控制系统主要包括：STM32F4芯片控制主板和OPENMV摄像头。其中轮式地盘主要使机器人可以实现全向行走，6自由度机械臂主要实现对药品的抓取，OPENMV摄像头主要实现对不同药物的识别，该控制系统采用C语言编程。本项目已基本实现药房搬运机器人所需的自动定位、自动识别任务、自主识别物品并搬运的功能。

【关键词】机械臂;药房搬运搬运;OPENMV

1绪论

目前，我国各大医院门诊药房每天都要面临着数量庞大的取药人群，使医务工作者的劳动强度大大加强。因此各大医院药房开始引入自动化机器人取代人工来实现准确的药品自动分拣、搬运和发放。机器人的出现不仅降低了医务工作人员的劳动强度，而且在工作效率方面得到了显著提升。特别是在2020年初抗击新冠肺炎疫情的过程中，智能机器人替代人工为隔离人员发放药物，在疫情的防控方面具有重要意义。

现阶段，我国药房搬运机器人处于发展阶段，机器人的精确性和稳定性较差，因此没有广泛的投入到各大医院的药房。而国外研发的设备造价和后期维护费用相对比较昂贵，因此研发一种可以高效、准确地完成对药物搬运机器人势在必行。

2机械结构设计

2.1机器人的移动平台机械结构。机器人移动平台采用双层结构，上层平台为药品的存放区，支持药品的存放，使机器人可以一次搬运多个药品，提高了物品的搬运效率。为了更方便控制机器人的行使，本课题使用了麦克纳姆轮。麦克纳姆轮的外观不同于普通的轮子，它的外表面带着一定数量的从动轮，这一结构可以使移动平台具有8个方向的移动功能。

2.2机械臂的机械结构。根据机械臂所要实现的功能，本项目将机械臂的结构设计为6自由度机械臂。其中第一个自由度可以实现机械臂在移动动平台上进行360度旋转，第二到第五个自由度可以使机械臂实现不同角度的弯曲，第六个自由度可以控制机械抓手的开合，同时为了降低机械臂的成本，最终将机械臂结构采用6个舵机标组合而成。

2.3机器人的整体结构。机器人的整体结构如图2-1所示，将机器人的机械臂安装在移动平台的中间位置，使机器人在运行过程中不会因为重心偏移而导致运行不稳定，在移动平台的四周安装有4个药品架，用于存放搬运的药品。最终使机器人不仅能够实现在不同方向的行驶，而且还能够360°无死角抓取物体。

3控制系统

3.1主控制器电路的设计。主控器的电路由核心控制芯片STM32F407ZGT6、电源稳压模块、CH340串口模块和外围信号接口电路组成。该控制器采用的开发语言为为C语言，使该机器人具有运行稳定方便开发的特点。于此同时该控制器核心芯片具有丰富的库函数，极大的提高了程序的开发效率。其主要功能：通过对陀螺仪和编码器数据的采集和处理，实现对机器人的实时位置的计算;通过摄像头识别药品信息判断是否为当前任务所需药品;通过对机械臂的控制实现对药品的抓取;通过控制移动平台将抓取的药品运送至指定窗口。

3.2 OPENMV摄像头。OPENMV是一个开源、低成本、功能强大的机器视觉模块，其开发语言使用python语言。并且OPENMV具有SPI，I2C，UART等通信接口，方便了与主控制器之间的信息传输，用户还可以通过USB接口连接电脑，使用集成开发环境OPENMVIDE协助完成程序的编写、调试等工作。通过使用OPENMV，不仅能够对取药客户所要领取药物二维码信息的读取，而且还可以对药品条形码的读取，从而保证能够对客户需要药品的准确分拣。

3.3程序的设计。根据机器人所要执行的任务对机器人的程序进行设计，首先通过OPENMV将读取到的二维码信息传送道主控制器，然后根据二维码信息信息药品的位置，其次对机器人的行走路劲进行规划，当机器人到达指定位置后通过主控制器给机械臂传送指令，对所需药品进行抓取并放到储物区，最后按照规划好的路劲回到起使位置将物品放到指定位置，机器人程序设计图如图3-1所示。

4试验结果与结论

本项目根据设计方案完成了对机器人的制作，并且在模拟的医院药房场景中进行了试验。根据试验采集到的数据分析和试验结果表明：机器人能够准确的读取客户的二维码信息完成对任务的领取，在领取到任务后能够准确的到达相应的药品位置处完成对药物的抓取，最后将客户所需的药品放到指定的取药处。说明：智能搬运机器人的定位精准度能满足定位要求;摄像头识别任务码与物品准确，可以完成自主识别搬运的任务。

参考文献：

[1]陈颀.FANUC 机器人内核语言开发与实际工业应用[D].上海：上海交通大学，2019：

[2]刘帅.基于KUKA工业机器人的自动搬运系统[D].上海：东华大学，2019：

本文由内蒙古大学创业学院科研基金资助。