全自动取送药机器人的设计.pdf
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1、全自动取送药机器人的设计鄢赵凯何芳渊滨州学院电气工程学院袁山东 滨州 256600冤Design of a Robot for Automatic Drug Delivery1自动取送药需求为降低与病人交叉感染的风险袁减轻医务人员的工作压力袁使更多病人能够按时服药遥 本文设计了一种全自动取送药机器人袁模拟在医院里的完成取送药服务袁假设医院共有八个病房袁模拟好病房号及道路渊场景图如图 1 所示冤袁机器人通过地面上的红线进行循迹袁地面背景设为白色袁假设机器人要去的每个病房号都需要检测袁 并且是随机的遥 本设计实现的是全自动取送药袁并安全返回药房袁设置电源开关袁打开电源开关后袁机器人识别相应的病房号
2、袁在检测到装载药物后袁会自动向对应病房运送药物袁检测到药物被取走后自动返回药房袁实现了医务人员与病人的全程无接触配送药物袁降低了交叉感染的风险袁节省了人力成本袁提高了医院整体的工作效率袁减轻了医务人员负担袁应用前景十分广泛遥随着技术的不断进步袁发展成熟之后可以应用到快递尧外卖等需要人员配送的行业遥2总体设计2.1 整体工作流程本系统以 STM32F103C8T6 作为主控芯片袁搭载外围电路尧光电传感器尧OpenMV 摄像模块尧桥式整流直流电机驱动以及直流减速电机等模块袁设计并制作出的全程无接触的送药机器人遥机器人在药房先识别需要药品的病房号袁 并于检测到药品被放置后自动启动袁通过光电传感器模块
3、自动循迹袁将药品送入指定药房袁等待药品取出后袁自动返回药房等待再次检测需要的病房号遥 系统总体框图袁如图 2 所示院图 2系统的总体框图2.2 机器人各模块功能实现方法2.2.1 动力系统采用 18650 电池尧LM2596 稳压模块尧LV8548MC 驱动模块和 TT 直流电机作为机器人动力系统遥 随着机器人的工作袁电池电量将逐渐减少袁会导致系统变得不稳定袁供给单片机的电压不支持其控制电机的驱动模块袁 从而使机器人无法正常工作遥 而LM2596 稳压模块可以稳定输出 3.3 V尧5 V 和 12 V 三种电压袁也能在 1.2耀37 V 之间自由调节输出遥 STM32 单片机的供电电压是 3.
4、3 V袁 电机驱动模块是 LV8548MC袁 LV8548MC 是一款摘要院基于减少医护人员工作量袁避免人员交叉感染的目的袁设计了一种全自动取送药机器人袁主要实现在无人干预下完成自动取送药并安全返回药房袁该机器人能设置并自动识别相应的病房号袁在检测到装载药物后袁会自动向对应病房运送药物袁检测到药物被取走后自动返回药房遥 实现了医务人员与病人的全程无接触配送药物袁降低了交叉感染的风险袁节省了人力成本袁应用前景十分广泛遥关键词院全自动取送药机器人曰自动识别曰全程无接触配送药物Absrtact:陨n order to reduce the workload of medical staff and
5、avoid cross-infection,a kind of automatic medicinefetching and delivering robot is designed in this paper.The robot can set up and automatically recognize the correspondingward number,and automatically deliver the medicine to the corresponding ward after detecting the loading medicine,afterthe medic
6、ine is picked up.It can return to the pharmacy automatically,which can realize the whole process of drug deliv鄄ery without contact between medical staff and patients,reduce the risk of cross-infection,save the cost of manpower,andhas a wide application prospect.Keywords:automatic drug delivery robot
7、,automatic identification,whole non-contact distribution of drugs鄢2022 年山东省大学生创新创业训练计划项目渊S202210449033冤图 1模拟医院场地全自动取送药机器人的设计158叶工业控制计算机曳圆园圆3 年第 猿6 卷第 8 期2 路低饱和电压正向和反向电机驱动 IC遥 它是 12 灾 系统产品中电机驱动的最佳选择袁 可以驱动两个直流电机袁 不仅如此LV8548MC 驱动模块操作还较为简单袁通过 STM32 单片机向其输入高低电平控制电机实现机器人的前进后退与转弯等操作遥左右两侧电机转动方向相同都向前的话袁 小车就会
8、大致向前行驶袁都向后的话袁小车就会大致向后行驶袁出现速度差就会发生转弯现象遥2.2.2 机器人循迹通过车前的两个光电传感器控制机器人运动的方向袁 调节光电传感器袁使其在检测到红色和白色的时候返回值不同袁从而实现了让机器人沿着红线的轨迹行驶遥 具体原理为通过控制左右两侧轮子的速度袁使两侧轮子出现相对速度差袁再利用光电传感器检测线路是否偏离遥为了方便理解袁我们假设小车右侧光电传感器检测到应循迹的红线袁小车右侧的轮子会加速袁这样右侧轮子的速度大于左侧轮子的速度袁小车就会向左偏移袁同理左侧也一样袁最终实现小车循迹功能遥 并且袁要在单片机中记录八个病房的位置袁在检测到某个病房之后袁能够顺利地朝对应病房送
9、去药品遥2.2.3 数字识别机器人通过识别对应的数字进入相应的病房袁 并与系统内置库函数进行数字的模板匹配袁 通过多模板匹配识别算法增加药房数字识别的准确性以及稳定性袁 识别数字后分析药房号码所在位置坐标袁将坐标数据通过串口发送给单片机袁单片机通过坐标数据执行遥多模板匹配算法在模板库构建的过程中袁将数字模板从偏左尧偏右尧偏上尧偏下以及正常位置五个方面分别构建袁增加模板库的多样性袁 与传统模板匹配算法相比抗干扰能力更强尧稳定性更高尧识别错误率更低遥 多模板匹配算法是目前应用比较广泛的数字图像识别方法袁其原理是将检测图像由左到右袁由上到下依次遍历袁并依次计算其像素袁将其与采集的数字模型的像素进行匹
10、配袁 确定匹配程度最大的位置并返回其位置坐标数据遥 实际运用中袁根据情况将需要识别的数字模板导入至 SD卡中袁机器人运行前记录药房护士手持的目标病房号袁装药后出发遥 机器人在运动过程中对地面上病房数字指引与目标病房号进行匹配袁 匹配成功后判断目标区域位于机器人行进方向的左边还是右边袁将方向信息通过串口通信发送给机器人的控制系统袁 最终实现机器人的数字识别遥 如图 猿 所示遥2.2.4 主控模块主控模块采用 STM32F103C8T6 作为主控芯片袁 此控制器具有强大的数据库资源袁并且开发简易尧功耗较低尧处理速度较快袁 大约为 51 单片机的几十倍袁 外围接口功能也比 51 强大很多袁便于开发使
11、用遥此外 STM32 单片机程序都是模块化的袁接口相对简单些袁因为它自身自带好多功能袁工作速度也快袁而 51 单片机自身功能少袁需要外围元器件多袁要求对电子非常熟悉遥 其基于专为要求高性能尧 低成本的尧 低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M 内核袁 同时具有一流的外设院1 滋s 的双 12 位ADC袁4 酝b/s 的 UART袁18 酝b/s 的 SPI 的高等袁功耗和集成度卓越尧性价比高遥 除新增的功能强化型外设接口外袁STM32 系列还提供与其他 STM32 微控制器相同的标准接口袁这种外设共用性提升了整个 STM32 产品的普适性袁使程序开发人员可以在多个模块中使用同一个软件
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