范哲 何波 閆于欽 王藝儒 羅國彬
(成都工業(yè)學院智能制造學院,四川 成都 611730)
近年來,隨著我國高齡老年人口持續(xù)增加,空巢老人,無子女老人和失獨老人也開始增多。與此同時由于老年人各器官功能及代謝能力逐漸減退,很多老年人吃藥成了常態(tài)。更令人擔心的是,老年人由于記憶力及認識分辨能力下降,對藥品的儲存、使用、和管理不當,很容易造成誤服、忘服或者重復服用,增加了危險性。
為了幫助老年患者能夠按時按量正確服藥,本項目設計了一款能夠幫助獨居老人按時、按量、正確吃藥的家用智能機器——“量”藥?!傲俊彼幠軌蜥槍Σ煌螤畹乃幤吠瓿勺詣佑嫈?shù)的功能,只需要將不同形狀藥品全部倒入對應的計藥器中,預設每次吃藥數(shù)量和時間,計藥器就能夠自動在指定吃藥時間輸送不同種類正確數(shù)量的藥品進分藥盒中,并提醒吃藥。同時,“量”藥設置有反饋系統(tǒng)能夠保證每次出藥數(shù)量的準確性,保證用戶健康、安全使用。
“量”藥的發(fā)明,將改變老年人傳統(tǒng)的吃藥方式,切實幫助老年人按時按量正確吃藥,其價值具有很強的實際意義。
基于市面上不同形狀是已知藥物與市場調查得到的常用藥物,將藥物從外形特征分為藥丸類藥物、藥片類藥物以及膠囊類藥物。針對不同藥物形狀特性,采用不同結構對藥物進行智能分揀與計數(shù)。
球形藥品計藥器結構原理如圖1 所示,藥瓶倒置,瓶口直接與計藥器頂部導管相連,藥品可以通過導管進入下方分藥倉中,分藥倉由撥盤、撥盤倉、撥片組成。撥盤由步進電機驅動進行逆時針旋轉運動,在切線方向上將藥丸推入導藥管。藥品在兩層撥盤間能夠完成上下順序預置,避免一次加入藥品過多,導致?lián)鼙P卡死。
整個圓片式計藥器結構主要包括基架,漏斗,推板,斜槽(斜槽A、斜槽B),圓柱形套筒,卸料器,步進電機,舵機。
機構靜止時,推板斜面與漏斗底面保持在同一個面上,機構工作時,將藥品倒入漏斗內,在舵機運行的作用下,推板上升并帶走一定數(shù)量藥品,這些藥品在斜槽保持滾動狀態(tài),當推板斜槽低側運動到漏斗側面孔時,藥品沿著斜槽A 滾動到達斜槽B,此時由于滑槽側面阻擋,藥品將在斜槽B上水平放置,并由于斜槽B的一定的坡度,藥品沿滑槽滑動,并通過圓形孔掉入卸料器的圓柱槽內,在步進電機的作用下,卸料器轉動,當帶藥品的圓柱槽轉到圓柱形套筒下通孔處時,藥品掉落,機構完成整個運行。
膠囊計數(shù)裝置由離心裝置、傳輸裝置與計數(shù)裝置三個部分構成。離心裝置與直流電機連接,利用電機旋轉產生的離心力使膠囊藥品在藥倉出口處得到規(guī)整,并輸送到傳輸裝置。
傳輸裝置由具有一定坡度的滑槽構成,在傳輸裝置上,在自身重力與后面膠囊的推力的作用下,膠囊藥品通過傳輸裝置順利進入計數(shù)裝置。
在傳輸機構與計數(shù)機構連接處,藥品會由于擋板的作用進行短暫的停留,后在類槽輪機構的帶動下,進入計數(shù)裝置內部并隨類槽輪機構一起的運動到出藥口。
類槽輪機構由步進電機進行控制,當機構帶走一枚膠囊時,在傳輸裝置等待的膠囊將會進入計數(shù)裝置等待,由下一次類槽輪機構的長柄帶動。
在出藥口出,安裝有紅外線檢測,計算出藥量。當出藥數(shù)量達到預定數(shù)時,會將信號反饋,即時將停止計數(shù)裝置處的電機啟動。
1.撥盤
撥盤結構如圖3 所示,截面形狀為內凹式輪齒狀,用于實現(xiàn)球形藥品的分藥功能,工作時由步進電機驅動撥盤轉動,藥品順次進入各個腔室中,便于后面計數(shù)。為了避免藥丸過多時導致?lián)鼙P卡死,撥盤設計成雙層結構,上層結構用于控流,下層結構用于推動藥丸前進。
2.撥藥倉
撥藥倉結構如圖4 所示,為了保證電機運行平穩(wěn),設置了兩個通孔以及圓弧形狀凸起用于固定電機。另一方面撥藥倉需要用于承載撥盤,以及接通出藥口管道。
3.遮擋片
遮擋片用于安裝步進電機,以及承載撥盤和提供擋片在切線方向上阻擋藥丸逆時針前進的道路,從而保證藥丸能夠直接沿管道推出藥丸藥倉部分。
1.漏斗
漏斗用于裝載藥品,漏斗底面設計為斜面,其底部一側開有一定范圍的貫穿槽,漏斗距底部一定高度側面開有帶槽孔,孔的底面為階梯狀,并保持20°斜面。
2.推板
推板頂部為20°斜面,并開有滑槽,滑槽斜面尺寸設計深度為4mm、寬度為3mm,可確保藥品在其內滾動,推板背面與漏斗內表面接觸,并與漏斗底部貫穿槽配合,推板底部與舵機連接,在舵機的推動作用下,推板可沿著漏斗內表面上下移動。
3.斜槽
斜槽包括斜槽A 和斜槽B,斜槽A 頂部為20°斜面,并開有滑槽,滑槽斜面尺寸設計深度為4mm、寬度為3mm,可確保藥品在其內滾動,滑槽側面與漏斗開孔對應接觸,并用螺釘使其連接固定;斜槽B頂部為20°斜面,并開有滑槽,其滑槽寬度設計為10mm,可確保藥品在其內保持沿斜面滑動,斜槽最右端底面開有圓形孔,圓形孔寬度為10mm,可確保藥品從其漏出。
4.圓柱形套筒
圓柱形套筒上下分別開有圓形通孔,圓形通孔直徑設計為10mm,上通孔與斜槽B的圓形孔接觸連接,可確保藥品能通過通孔落下。
5.卸料器
卸料器為圓柱形,安裝在圓柱形套筒內,其側面每沿90°開有圓柱槽,圓柱槽口與圓柱形套筒的圓形通孔以及斜槽B的圓形孔尺寸直徑均設計為10mm,并通過中心線對應連接,確保藥品能準確落入圓柱槽內,卸料器與步進電機連接,在步進電機的作用下,卸料器轉動,當原先帶藥品的圓柱槽轉到圓柱形套筒下通孔處時,藥品掉落。
1.計數(shù)裝置外殼設計
該零件所采用的材料為PLA,經過3D 打印制成。在零件的進藥口設有高低不同的兩個滑槽,確保膠囊能夠順利進入計數(shù)裝置,零件中心孔穿過類槽輪機構與步進電機的連接桿,類槽輪機構則在該零件內部完成工作。
2.類槽輪機構設計
類槽輪機構帶動膠囊運動通過不同的半徑差實現(xiàn),當機構轉動時,長端可以接觸到膠囊并帶動其運動,較短的一端則起到了收納藥品的作用。兩端之間的非平行結構設計,能夠確保藥品只有到達最底部的時候才會通過出藥口。
3.離心機構設計
離心結構由直流電機驅動,利用高速的轉速使膠囊緊貼藥倉內壁,在通過藥倉出口的時候,膠囊從出口出去,進入到滑槽的傳輸機構。
家用智能藥物分揀提示一體機針對用戶群體為服藥老年人,解決了部分老人忘記吃藥,吃錯藥、漏吃藥等服藥難的問題。從服藥時間、服藥次數(shù)、服藥數(shù)量都由該產品智能控制,定時提醒老人服藥。三種針對不同藥物設計的機構完成了對各自藥物的分揀與計數(shù),同時采用電動控制出藥,服藥數(shù)量準確。整體結構簡單,小巧,便于操作,成本低,具有很大的市場前景。
綜上,“量”藥采用電機驅動,機械結構計數(shù),為了保證計數(shù)的準確性,“量”藥根據(jù)不同形狀藥物的特點采用了不同的計數(shù)方式,只需要將不同形狀藥物放入對應的盒內,輸入數(shù)字就能控制出藥數(shù)量,并在預定時間提醒老年人吃藥。為保證出藥數(shù)量的準確性,本機器設置了反饋系統(tǒng),通過壓敏傳感器對出藥盒內藥物的質量進行檢測,判斷出藥數(shù)量是否正確,從而完成反饋。
產品了幫助老年患者能夠按時按量正確服藥,有利于病情的控制和身體的康復,也為了幫助兒女解決后顧之憂,能夠安心在外工作。一種能夠幫助老年人按時按量正確吃藥的機器具有很強的實際意義,也具有很大的發(fā)展?jié)摿?。家用智能藥物分揀提示一體機就解決了部分老人吃藥難的這一問題。