[发明专利]散袋小包装中药动态称量方法

权利要求书

1.一种散袋小包装中药动态称量方法，包括步骤1)控制真空吸药机械手从药柜中抓取药包；其特征在于：还包括以下步骤：

2)根据实际需要的药包数量R控制真空吸药机械手上的真空吸盘放开抓取的药包，使药包自由落体掉入下方的电子称重系统，电子称重系统包括电子秤和设置在电子秤上的接药槽；R＝W-Q，W为药方实际需要的药包数量，Q为电子秤上接药槽中的药包数，Q＝M/S，M电子秤上接药槽中药包的质量，S为单袋药包的质量，在称量初始状态M为零，因此Q的初始值为零；

当真空吸药机械手上未放开药包的真空吸盘的数量H小于实际需要的药包数量R时，则全部真空吸盘放开药包；

当真空吸药机械手上未放开药包的真空吸盘的数量大于实际需要的药包数量R时，则需要放开药包的真空吸盘的数量等于实际需要的药包数量R；

3)延时时间t1后采集电子秤称量信号，t1＝300ms，将采集到的称量信号与此次真空吸盘放开药包前的称量信号进行作差计算，根据计算结果判断电子秤是否受到药包冲击，若判断结果为电子秤受到药包冲击，则向下执行步骤4)，否则跳转执行步骤2)；

4)延时时间t2后采集电子秤称量信号，t2＝250ms，计算电子秤上药包的质量M，并根据M计算电子秤上接药槽中的药包数Q，判断药包数Q与药方实际需要的药包数量W的关系：

若Q＝W，则控制排药装置将接药槽中的药包排出，此次称量结束；

若Q＜W，则计算实际需要的药包数量R，并计算R与真空吸药机械手上未放开药包的真空吸盘的数量H的关系，若R＞H，则跳转执行步骤1)继续进行二次抓药；若R＜H，则跳转执行步骤2)；

若Q＞W，则控制排药装置将接药槽中的药包送回药柜，并跳转执行步骤1)重新抓药；

所述步骤4)中采集电子秤称量信号，计算电子秤上药包的质量M的公式为：

根据振动理论，构建药包动态称重的微分方程，该微分方程可等效为二阶振荡系统的微分方程为，如公式(1)所示：

其中，M为电子秤上药包的质量，m为接药槽的等效质量；c为电子称重系统等效阻尼系数；k为电子称重系统等效弹力系数；g为重力加速度；当中药包掉落到接药槽上时，药包就会与接药槽同步振动，则视为给电子称重系统施加了一个阶跃信号Mgu(t)，其中u(t)为单位阶跃信号，x(t)则为电子称重系统的输出信号，为电子称重系统的称重平面在t时刻的等效位移，视为称重传感器由于压力产生的差分电压信号；

二阶振荡系统的标准形式如公式(2)所示：

由式(1)和式(2)可得其中ω_n是电子称重系统的固有角频率；是系统阻尼系数，由于所述电子称重系统是欠阻尼系统，因此ξ1；x₀是静态平衡下的位移点且x₀＝Mg/k；

设所述电子称重系统的初始状态为零，对公式(1)进行变换得到公式(9)：

求解弹力系数k，对公式(9)中的参数b1、b2、a1和a2进行预估得到公式(15)：

上式中，g为重力加速度，k为电子称重系统的等效弹力系数，分别是a₁、a₂、b₁、b₂的估计值，而a₁、a₂、b₁、b₂是与被称量药包的质量M、设置在电子秤上接取药包的接药槽的等效质量m、电子称重系统等效阻尼系数c和电子称重系统等效弹力系数k有关的参数；采用最小二乘递推估计算法求取；

所述的电子称重系统的等效弹力系数k通过如下方法求得：

a)使真空吸药机械手的真空吸盘在固定高度随机放下不同包数和质量的药包至电子秤上的接药槽，产生脉冲信号，并对输出的电压信号进行采样，最终获得电压信号的过渡过程曲线；

b)根据电压信号的过渡过程曲线量出相隔n个周期的两个峰值A1、A2，求得电子称重系统的系统阻尼系数ξ：

c)根据电压信号的过渡过程曲线量出电压信号振荡周期T，求得电子称重系统的固有角频率ω_n：

d)由公式求得电子称重系统的等效弹力系数k：

上式中m为电子秤上接药槽的等效质量，M为接药槽中被称量药包的质量；

所述的采用最小二乘递推估计算法求取的方法为：

取第P个采样点往后的采样点p_i完成最小二乘递推，P＞2，当采集到N组称重数据之后，这时利用最小二乘的一次完成算法得：

其中：

其中：u(p_i-1)和u(p_i-2)分别为第p_i个采样点前一时刻和前两时刻的采样输入序列，x(p_i-1)和x(p_i-2)分别为第p_i个采样点前一时刻和前两时刻的采样输出序列；是待估计的未知参数；

当又获得第N+1组数据时，根据第N+1组数据的参数估计公式有：

式中：

令：

那么：

用矩阵求逆定理简化上式两次矩阵求逆的运算，最终推得：

递推过程如下：由和新观测值x(N+1)计算出和P_N+1，为下次递推做准备。