CN106491358B - 一种用于自动配药系统的定位装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于自动配药系统的定位装置和方法，该方法包括：获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像；对针头定位图像进行灰度化处理获取二值图像；根据二值图像获取针头的端点的坐标；根据端点的坐标以及预设的摄像头与针头卡口之间的距离生成位移补偿指令；夹持部件和注液部件根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿。该装置和方法使针头能够精确地对准药品容器的预设插入位置，进而能够准确、快速地从预设位置插入药品容器，因此提高了配药成功率和配药效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于自动配药系统的定位装置和方法。
背景技术
目前，大多数医院的药物配置均由护士在配药房内完成，其操作流程如下：配药前，操作人员准备好待配药品及药具(安瓿瓶，西林瓶，输液袋，注射器等)；检查相关药品及药具信息；开启药品容器(安瓿瓶，西林瓶，输液袋，注射器等)；接触部位的消毒(主要针对安瓿瓶，西林瓶，输液袋)；人工采用注射器进行药品抽吸；把药品注射进输液袋或输液瓶；填写记录卡并将已配输液袋放入输液袋存放篮。
现有技术中，无论是发明专利申请CN 103006436A号公开的自动配药机器人系统还是其他自动配药系统或方法，当需要将药品容器内的药品输入母液中或者将母液输入药品容器内时，通常需要将连接在导管末端的注射器针头插入药品容器。然而，针头安装在固定支架上之后会具有一定的弯曲弧度和/或倾斜角度，并非完全垂直的直线形状，针头与药品容器的此种错位会导致针头偏离药品容器内预设的连通位置或者无法插入药品容器，因此存在配药效率低以及导致配药失败率高等技术问题。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于自动配药系统的定位装置和方法，使针头能够精确地对准药品容器的预设插入位置，提高配药成功率和配药效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于自动配药系统的定位装置，包括支架、注液部件、夹持部件、摄像头以及控制模块；其中，所述注液部件可移动地设置在第一丝杆上，夹持部件可移动地设置在第二丝杆上，第一丝杆、第二丝杆平行设置在支架上；
所述摄像头，固定设置在支架的底部，用于获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像；
所述控制模块，用于对获取的针头定位图像进行灰度化处理，获取二值图像；根据二值图像获取针头的端点的坐标；根据针头的端点的坐标以及预设的摄像头与针头卡口之间的距离生成位移补偿指令；
所述夹持部件和注液部件，用于根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿。
优选地，上述摄像头，固定设置在第二插针工位的正下方，用于当注液部件带动针头到达第一插针工位之后，且夹持部件未到达第二插针工位之前，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口上的针头，获取针头定位图像。
优选地，上述摄像头，固定设置在第二插针工位与支架的正面之间，用于当注液部件带动针头经过摄像头上方，且夹持部件不在相同水平位置时，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口上的针头，获取针头定位图像，并根据摄像头与第二插针工位的水平距离转换获取的针头定位图像的坐标。
优选地，上述控制模块用于根据针头定位图像中心点的灰度值G0，采用阈值T＝G0/K对针头定位图像进行二值化转换，获取二值图像；其中，K为大于1的正整数。
优选地，上述控制模块用于根据二值图像获取边缘图形，根据边缘图像确定针头的端点的坐标。
优选地，上述控制模块用于通过霍夫变换从二值图像中识别出表示针头的直线，通过直线的端点确定针头的端点的坐标。
优选地，上述夹持部件用于根据移补偿指令沿着第一方向移动；或者，所述注液部件用于根据移补偿指令沿着与第一方向相反的方向移动。
优选地，上述夹持部件用于通过左夹爪和右夹爪带动药品容器沿着第二方向移动，所述第二方向与第一方向垂直。
优选地，上述控制模块用于采用高斯滤波器对二值图像进行平滑处理，采用二阶中心矩算子获取二值化边缘图形；根据预设的灰度值范围从二值化边缘图形确定针头图像区域，根据针头图像区域确定针头的端点的坐标。
一种用于自动配药系统的定位方法，使用上述的定位装置，通过以下步骤实现位移补偿：获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像；对针头定位图像进行灰度化处理获取二值图像；根据二值图像获取针头的端点的坐标；根据端点的坐标以及预设的摄像头与针头卡口之间的距离生成位移补偿指令；夹持部件和注液部件根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过针头定位图像获取针头的端点的坐标，根据针头的端点的坐标进行位移补偿，使针头能够精确地对准药品容器的预设插入位置，进而能够准确、快速地从预设位置插入药品容器，因此提高了配药成功率和配药效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的用于自动配药系统的定位装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的用于自动配药系统的定位装置中的注液部件的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的用于自动配药系统的定位装置中的夹持部件的结构示意图；
图4A是本发明一实施例提供的用于自动配药系统的定位装置中拍摄针头定位图像的示意图；
图4B是本发明一实施例提供的二值化边缘图形的示意图；
图5是本发明一实施例提供的用于自动配药系统的定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一实施例公开的一种用于自动配药系统的定位装置包括支架1、夹持部件2、注液部件6、摄像头S1以及控制模块C1，其中：
注液部件6可移动地设置在第一丝杆11上，夹持部件2可移动地设置在第二丝杆12上，第一丝杆11、第二丝杆12平行设置在支架1上。控制模块C1可以如图1所示设置在支架1上，也可以设置在支架1之外的独立支架上。控制模块C1可以包括各种图像或运算处理器并通过沿着支架凹槽设置的线缆与各个电机、摄像头S1等被控器件实现有线连接，也可以通过无线通信接口与各个被控器件实现无线连接。
如图1～4所示，自动配药系统中，当需要通过固定在注液部件6上的针头62将药品容器101(图中示出的为已经折断瓶头的安瓿瓶)内的药品输入母液中(例如母液容器102)或者将母液容器102内的母液注入药品容器101中时，控制模块C1能够通过控制第一丝杆电机M1驱动注液部件6沿着第一丝杆11从支架1的正面移动至第一插针工位(例如，液部件6位于YZ平面，且针头卡口69的中轴与Z轴重合)，通过第二丝杆电机M2驱动夹持部件2带动被夹紧的药品容器101沿着第二丝杆12从支架1的正面移动至第二插针工位(例如，药品容器101的中轴与Z轴重合)，药品容器101的预设插入位置位于针头62正下方。设置在注液部件6上的升降机构68通过针头卡口69带动针头62向下移动并插入药品容器101，以实现药品的注入或抽吸。摄像头S1可以固定在支架1的底部，用于获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像，获取的针头定位图像可以通过有线或者无线的方式发生给控制模块C1。
如图5所示，通过如图1所示的用于自动配药系统的定位装置进行定位的方法包括以下步骤：
步骤501：获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像
具体地，如图4A所示，摄像头S1可以固定设置在第二插针工位的正下方(例如原点O的位置)，当注液部件6通过针头卡口69带动针头62到达第一插针工位之后，且夹持部件2未到达第二插针工位之前，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口69上的针头62，获取针头定位图像。或者，摄像头S1也可以固定设置在X轴负方向上(例如，第二插针工位与支架1的正面之间)，当注液部件6通过针头卡口69带动针头62经过摄像头S1上方，且夹持部件2不在相同水平位置时，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口69上的针头62，获取针头定位图像，并根据摄像头S1与第二插针工位(或者原点O)的水平距离，将获取的针头定位图像坐标转换为以原点O为原点的坐标。
步骤502：对针头定位图像进行灰度化处理获取二值图像
具体地，控制模块C1对针头定位图像进行灰度化处理可以包括：根据针头定位图像中心点(例如，固定在针头卡口69的针头62的中心位置)的灰度值G0，采用阈值T＝G0/K对针头定位图像进行二值化转换，获取二值图像；其中，K为大于1的正整数。
步骤503：根据二值图像获取针头的端点N的坐标
其中，控制模块C1可以根据二值图像获取边缘图形，根据边缘图像确定针头62的端点N在针头定位图像中的坐标(Xn，Yn)。
或者，控制模块C1可以通过霍夫变换(Hough Transform)从二值图像中识别出表示针头62的直线ON，进而通过直线ON的端点确定针头62的端点N的坐标(Xn，Yn)。
步骤504：根据端点的坐标以及预设的摄像头S1与针头卡口69之间的距离生成位移补偿指令
当针头62偏离其中心轴线时(例如针头在安装或者移动过程中因弯曲、偏折等发送变形)，即当坐标值Xn和Yn中的任一者不为零时，控制模块C1根据预设的摄像头S1与针头卡口69之间的距离确定坐标的距离单位(例如毫米)，并根据端点N的坐标(Xn，Yn)生成位移补偿指令。
具体地，当Xn不为零时，控制模块C1生成的位移补偿指令为：第二丝杆电机M2，以转速400rev/min，驱动夹持部件2带动药品容器101沿着第二丝杆远离支架正面的方向(X轴正方向)移动，移动距离为Xn毫米；或者，第一丝杆电机M1，以转速400rev/min，驱动注液部件6带动针头卡口69沿着第一丝杆朝向支架正面的方向(X轴负方向)移动，移动距离为Xn毫米。
当Yn不为零时，生成的位移补偿指令为：夹持电机M3，以转速400rev/min，驱动夹持部件2中的左夹爪21和右夹爪22带动药品容器101沿着夹持方向(Y轴正或者负方向)移动，移动距离为Yn毫米。
步骤505：夹持部件2和注液部件6根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿
根据位移补偿指令，夹持部件2沿着第二丝杆远离支架正面的方向移动，或者注液部件6沿着第一丝杆朝向支架正面的方向移动；和/或，夹持部件2中的左夹爪21和右夹爪22带动药品容器101沿着夹持方向移动，最终使针头62精确地对准药品容器101上方预设的插入位置。
在优选的实施例中，与母液容器102或其他种类药品容器(例如，西林瓶)对应的插针被安装在相应的针头卡口后，也可以采用本发明的定位装置和方法进行位移补偿。
在优选的实施例中，控制模块C1根据边缘图像确定针头的端点N在针头定位图像中的坐标(Xn，Yn)可以包括：采用标准差为2的高斯滤波器对二值图像进行平滑处理，采用二阶中心矩算子获取二值化边缘图形。其中，二阶中心矩算子为二值图像中灰度值的平方均值。
图4B示出了本发明一实施例提供的二值化边缘图形，其包括三个区域，与针头卡口对应的卡口图像区域A具有第一灰度值范围(例如200～255)，与针头卡端63对应的卡端图像区域B具有第二灰度值范围(例如100～200)，与针头62对应的针头图像区域C具有第三灰度值范围(例如0～100)。进一步地，可以根据针头图像区域C中相对于原点O距离最远的点的坐标，可以确定针头的端点N在针头定位图像中的坐标(Xn，Yn)。
上述实施例中，通过摄像头S1自下垂直向上拍摄的针头定位图像获取表示针头的线段或者图像，进而确定针头的端点的坐标，根据针头的端点的坐标进行对准位置的位移补偿，使得针头精确地对准药品容器的预设位置，针头因此能够准确、快速地从预设位置插入药品容器，提高了配药成功率和配药效率。
以上实施方式仅用于说明本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于自动配药系统的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括支架、注液部件、夹持部件、摄像头以及控制模块；其中，所述注液部件可移动地设置在第一丝杆上，夹持部件可移动地设置在第二丝杆上，第一丝杆、第二丝杆平行设置在支架上；
所述摄像头，固定设置在支架的底部，用于获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像；
所述控制模块，用于对获取的针头定位图像进行灰度化处理，获取二值图像；根据二值图像获取针头的端点的坐标；根据针头的端点的坐标以及预设的摄像头与针头卡口之间的距离生成位移补偿指令；
所述夹持部件和注液部件，用于根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿；其中，所述夹持部件用于根据移补偿指令沿着第一方向移动；或者，所述注液部件用于根据移补偿指令沿着与第一方向相反的方向移动；而且，所述夹持部件用于通过左夹爪和右夹爪带动药品容器沿着第二方向移动，所述第二方向与第一方向垂直。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述摄像头，固定设置在第二插针工位的正下方，用于当注液部件带动针头到达第一插针工位之后，且夹持部件未到达第二插针工位之前，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口上的针头，获取针头定位图像。
3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述摄像头，固定设置在第二插针工位与支架的正面之间，用于当注液部件带动针头经过摄像头上方，且夹持部件不在相同水平位置时，自下垂直向上拍摄固定在针头卡口上的针头，获取针头定位图像，并根据摄像头与第二插针工位的水平距离转换获取的针头定位图像的坐标。
4.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述控制模块用于根据针头定位图像中心点的灰度值G0，采用阈值T＝G0/K对针头定位图像进行二值化转换，获取二值图像；其中，K为大于1的正整数。
5.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述控制模块用于根据二值图像获取边缘图形，根据边缘图像确定针头的端点的坐标。
6.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述控制模块用于通过霍夫变换从二值图像中识别出表示针头的直线，通过直线的端点确定针头的端点的坐标。
7.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述控制模块用于采用高斯滤波器对二值图像进行平滑处理，采用二阶中心矩算子获取二值化边缘图形；根据预设的灰度值范围从二值化边缘图形确定针头图像区域，根据针头图像区域确定针头的端点的坐标。
8.一种用于自动配药系统的定位方法，其特征在于，所述方法使用根据权利要求1至7中任一项所述的定位装置，通过以下步骤实现位移补偿：获取自下垂直向上拍摄的针头定位图像；对针头定位图像进行灰度化处理获取二值图像；根据二值图像获取针头的端点的坐标；根据端点的坐标以及预设的摄像头与针头卡口之间的距离生成位移补偿指令；夹持部件和注液部件根据位移补偿指令进行相对移动以实现位移补偿。
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