一種智能化全自動貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)的研究與設(shè)計

莫喜玄，張 娟，高興宇，蔣文彥，梁小歡，龔 平

（1.桂林星漢科技股份有限公司，廣西 桂林 541000；2.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院健康體檢中心，廣西 桂林 541000；3.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

0 引言

隨著醫(yī)療行業(yè)的不斷發(fā)展，醫(yī)院采集的樣本數(shù)量和樣本參數(shù)在不斷的增多，試管在取樣過程中，需要標(biāo)記醫(yī)療標(biāo)簽信息、患者信息和取樣信息等，需要對試管進(jìn)行貼標(biāo)處理，導(dǎo)致醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的工作愈加繁雜，因此急需對醫(yī)護(hù)工作者的工作進(jìn)行改善，提高其工作效率[1-3]。傳統(tǒng)的貼標(biāo)方法是人工撕下標(biāo)簽貼于試管外壁，該方法不僅工作繁瑣、耗時、耗力，并且貼標(biāo)過程中由于貼標(biāo)位置不一致，造成標(biāo)簽位置不規(guī)范，對后續(xù)的標(biāo)簽識別有一定的影響，且貼標(biāo)過程中容易造成二次污染[4]。

本系統(tǒng)設(shè)計了一種智能化全自動貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)，該試管貼標(biāo)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試管的自動上料，將標(biāo)簽信息進(jìn)行打印后快速、準(zhǔn)確、無誤地貼在試管外壁指定位置，并且對試管標(biāo)簽信息進(jìn)行核對準(zhǔn)確無誤后自動下料。該系統(tǒng)有效地提高了醫(yī)療試管貼標(biāo)的工作效率和貼標(biāo)質(zhì)量，避免了人工貼標(biāo)工作中的各種問題。

1 工作原理

智能化全自動貼標(biāo)機(jī)的工作原理：全自動貼標(biāo)機(jī)，包括放置試管的料倉機(jī)構(gòu)、在試管上貼標(biāo)的打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)和將料倉機(jī)構(gòu)上的試管移取至打印貼標(biāo)的試管移取機(jī)構(gòu)。料倉機(jī)構(gòu)包括并排的多列試管滑槽；試管滑槽一端高而另一端低，各試管滑槽中的豎向試管從高端向底端滑動而順序排列；試管移取機(jī)構(gòu)對應(yīng)于多列試管滑槽的低端設(shè)置，包括夾取試管的夾取單元；夾取單元設(shè)于升降單元上；升降單元設(shè)于向旁側(cè)移動的平移單元上；打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)包括帶動試管旋轉(zhuǎn)的貼標(biāo)驅(qū)動單元和在試管上打印標(biāo)記的打印單元；貼標(biāo)驅(qū)動單元設(shè)置在夾取單元的移動路徑上，貼標(biāo)驅(qū)動單元上設(shè)有在試管上尋找出廠標(biāo)簽邊緣的尋邊單元和對試管上的打印標(biāo)記進(jìn)行核驗的復(fù)核單元，貼標(biāo)驅(qū)動單元上設(shè)置有縱向用于容納試管的夾槽，打印單元、貼標(biāo)驅(qū)動單元、尋邊單元和復(fù)核單元均設(shè)置在機(jī)架上，且打印單元、尋邊單元、復(fù)核單元工作區(qū)域?qū)?yīng)于夾槽。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)研究設(shè)計的試管貼標(biāo)系統(tǒng)主要包括自動上料機(jī)構(gòu)、試管移取機(jī)構(gòu)、打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)。整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2.1 自動上料機(jī)構(gòu)

自動上料機(jī)構(gòu)包括多列試管滑槽，試管滑槽一端高另一端低，各試管滑槽的寬度大于試管管身的尺寸但小于試管管帽部分尺寸，各試管滑槽中的豎向試管依靠重力從高端向底端滑動而順序排列。試管滑槽低端呈水平，低端設(shè)置的限位塊使試管更易夾取。當(dāng)滑槽不足5只試管時，感應(yīng)器報警提醒加管。自動上料機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 自動上料機(jī)構(gòu)

2.2 試管移取機(jī)構(gòu)

通過接收控制器貼標(biāo)夾管指令，步進(jìn)電機(jī)[5]控制十字滑臺x、y軸左右、上下移動，當(dāng)夾持臂移動到所需夾取試管的相應(yīng)位置時，分撥部件將試管滑槽上的第一根試管與第二根試管分開后，電磁夾抓取對應(yīng)項目料道上試管，再將試管移動放入貼標(biāo)打印模塊滾筒中，夾爪下位感應(yīng)器將到位信號傳輸給主控制器完成試管移取工作。試管移取機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖3 試管移取機(jī)構(gòu)

2.3 打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)

當(dāng)試管放置于容納試管的夾槽后，夾槽夾持試管，尋邊機(jī)構(gòu)尋找出廠標(biāo)簽邊緣，以此確定打印機(jī)何時開始打印醫(yī)療信息標(biāo)簽，從而保證醫(yī)療信息標(biāo)簽不會過多而遮蔽試管管身。打印機(jī)打印輸出的醫(yī)療信息標(biāo)簽恰好與夾槽內(nèi)的試管接觸，驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動試管轉(zhuǎn)動，輸出的醫(yī)療信息標(biāo)簽也跟著試管進(jìn)行轉(zhuǎn)動并逐漸被貼在試管表面隨后復(fù)核機(jī)構(gòu)掃描試管表面的醫(yī)療信息標(biāo)簽，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)并傳輸至上位機(jī)，供上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，從而保證打印的醫(yī)療信息標(biāo)簽準(zhǔn)確無誤。打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 打印貼標(biāo)機(jī)構(gòu)

2.4 下料機(jī)構(gòu)

當(dāng)試管上的醫(yī)療信息檢驗完畢之后，夾槽的水平伸縮部件縮回，試管不再被從動輥頂壓夾持，此時試管掉落到出料倉。下料機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 下料機(jī)構(gòu)

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

全自動貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)的主要功能是將標(biāo)簽信息粘貼于對應(yīng)的試管，要實現(xiàn)全自動貼標(biāo)，首先需要分析標(biāo)簽粘貼動作的流程，然后對相應(yīng)的模塊進(jìn)行設(shè)計，采用單片機(jī)作為主控實現(xiàn)各個模塊的功能，主要是接收上位機(jī)工作指令信息，控制貼標(biāo)打印模塊、機(jī)械十字滑臺及夾手裝置等貼標(biāo)機(jī)各步動作實現(xiàn)標(biāo)簽打印、貼標(biāo)。整個系統(tǒng)的貼標(biāo)動作主要分為以下幾個部分：

（1）升降、平移機(jī)構(gòu)由機(jī)械十字滑臺和兩個步進(jìn)電機(jī)對其進(jìn)行上下、前后移動。

（2）夾取機(jī)構(gòu)的夾持臂通過推拉電磁鐵的通斷電控制其動作，同時在夾持臂的上方設(shè)置一個楔狀的分撥部件。

（3）貼標(biāo)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由一個驅(qū)動軸、一個驅(qū)動輥和兩個從動輥組成。

（4）打印機(jī)構(gòu)由一個打印機(jī)組成，打印輸出口豎直設(shè)置，輸出信息被打印于標(biāo)簽上。

（5）尋邊機(jī)構(gòu)由一個紅光發(fā)射探頭和一個紅光接收探頭組成，用于尋找出廠標(biāo)簽邊緣。

（6）復(fù)核機(jī)構(gòu)由一個掃碼探頭組成，將掃描的標(biāo)簽信息輸入至上位機(jī)進(jìn)行對比。若標(biāo)簽信息無誤控制出料口出料，否則報警。

（7）出料機(jī)構(gòu)由一個水平伸縮部件組成，其伸縮部件由推拉電磁鐵通斷電控制。

（8）在各料道設(shè)由感應(yīng)器，當(dāng)試管不足五支時報警提醒加管。

各機(jī)構(gòu)均與上位機(jī)有通信，通過上位機(jī)將各個機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，完成整個系統(tǒng)的控制功能。各機(jī)構(gòu)與上位機(jī)的輸入輸出如圖6所示。

圖6 上位機(jī)輸入輸出

4 實驗驗證

為了驗證本系統(tǒng)的效果，采用醫(yī)院常用的、長度規(guī)格真空采血試管，能夠容納現(xiàn)有系統(tǒng)標(biāo)簽內(nèi)容。在上料機(jī)構(gòu)放置100支試管進(jìn)行實驗，其貼標(biāo)速度能夠達(dá)到3s/支，貼標(biāo)準(zhǔn)確率和標(biāo)簽規(guī)范率達(dá)到98%。當(dāng)上料機(jī)構(gòu)料道不足五只試管時，上位機(jī)提醒加管。為了更直觀的體現(xiàn)本系統(tǒng)的工作效率和準(zhǔn)確率，分別采用100支試管對手工貼標(biāo)和全自動貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行對比實驗，實驗結(jié)果見表1。

表1 實驗結(jié)果對比

5 結(jié)論

根據(jù)實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表明，本系統(tǒng)的全自動貼標(biāo)機(jī)無論從工作效率、貼標(biāo)準(zhǔn)確率及標(biāo)簽規(guī)范率都明顯優(yōu)于手工貼標(biāo)。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)較小，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確貼標(biāo)，并且與上位機(jī)相聯(lián)系，能夠?qū)崟r調(diào)整標(biāo)簽信息并實時監(jiān)控樣本信息。其自動化程度高、操作方便、貼標(biāo)工整、衛(wèi)生。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)貼標(biāo)方法的貼標(biāo)錯誤、貼標(biāo)不規(guī)范和衛(wèi)生問題，其適用于醫(yī)療系統(tǒng)，有效降低了醫(yī)療事故的發(fā)生，很大程度上減輕了醫(yī)護(hù)工作者的工作量。