范哲 何波 閆于欽 王藝儒 羅國彬

（成都工業(yè)學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 成都 611730）

一、引言

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(dú)老人也開始增多。與此同時(shí)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(dān)心的是，老年人由于記憶力及認(rèn)識分辨能力下降，對藥品的儲存、使用、和管理不當(dāng)，很容易造成誤服、忘服或者重復(fù)服用，增加了危險(xiǎn)性。

為了幫助老年患者能夠按時(shí)按量正確服藥，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款能夠幫助獨(dú)居老人按時(shí)、按量、正確吃藥的家用智能機(jī)器——“量”藥。“量”藥能夠針對不同形狀的藥品完成自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能，只需要將不同形狀藥品全部倒入對應(yīng)的計(jì)藥器中，預(yù)設(shè)每次吃藥數(shù)量和時(shí)間，計(jì)藥器就能夠自動(dòng)在指定吃藥時(shí)間輸送不同種類正確數(shù)量的藥品進(jìn)分藥盒中，并提醒吃藥。同時(shí)，“量”藥設(shè)置有反饋系統(tǒng)能夠保證每次出藥數(shù)量的準(zhǔn)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(shí)幫助老年人按時(shí)按量正確吃藥，其價(jià)值具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

二、結(jié)構(gòu)組成與工作原理

基于市面上不同形狀是已知藥物與市場調(diào)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(jié)構(gòu)對藥物進(jìn)行智能分揀與計(jì)數(shù)。

（一）球形藥品計(jì)藥器工作原理

球形藥品計(jì)藥器結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示，藥瓶倒置，瓶口直接與計(jì)藥器頂部導(dǎo)管相連，藥品可以通過導(dǎo)管進(jìn)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在切線方向上將藥丸推入導(dǎo)藥管。藥品在兩層撥盤間能夠完成上下順序預(yù)置，避免一次加入藥品過多，導(dǎo)致?lián)鼙P卡死。

（二）圓片式藥品計(jì)藥器工作原理

整個(gè)圓片式計(jì)藥器結(jié)構(gòu)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(jìn)電機(jī)，舵機(jī)。

機(jī)構(gòu)靜止時(shí)，推板斜面與漏斗底面保持在同一個(gè)面上，機(jī)構(gòu)工作時(shí)，將藥品倒入漏斗內(nèi)，在舵機(jī)運(yùn)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(dòng)狀態(tài)，當(dāng)推板斜槽低側(cè)運(yùn)動(dòng)到漏斗側(cè)面孔時(shí)，藥品沿著斜槽A 滾動(dòng)到達(dá)斜槽B，此時(shí)由于滑槽側(cè)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(dòng)，并通過圓形孔掉入卸料器的圓柱槽內(nèi)，在步進(jìn)電機(jī)的作用下，卸料器轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)帶藥品的圓柱槽轉(zhuǎn)到圓柱形套筒下通孔處時(shí)，藥品掉落，機(jī)構(gòu)完成整個(gè)運(yùn)行。

（三）膠囊藥品計(jì)藥器工作原理

膠囊計(jì)數(shù)裝置由離心裝置、傳輸裝置與計(jì)數(shù)裝置三個(gè)部分構(gòu)成。離心裝置與直流電機(jī)連接，利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(gòu)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(jìn)入計(jì)數(shù)裝置。

在傳輸機(jī)構(gòu)與計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)連接處，藥品會由于擋板的作用進(jìn)行短暫的停留，后在類槽輪機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，進(jìn)入計(jì)數(shù)裝置內(nèi)部并隨類槽輪機(jī)構(gòu)一起的運(yùn)動(dòng)到出藥口。

類槽輪機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)構(gòu)帶走一枚膠囊時(shí)，在傳輸裝置等待的膠囊將會進(jìn)入計(jì)數(shù)裝置等待，由下一次類槽輪機(jī)構(gòu)的長柄帶動(dòng)。

在出藥口出，安裝有紅外線檢測，計(jì)算出藥量。當(dāng)出藥數(shù)量達(dá)到預(yù)定數(shù)時(shí)，會將信號反饋，即時(shí)將停止計(jì)數(shù)裝置處的電機(jī)啟動(dòng)。

三、主要零部件設(shè)計(jì)

（一）藥丸類藥物主要零部件設(shè)計(jì)

1.撥盤

撥盤結(jié)構(gòu)如圖3 所示，截面形狀為內(nèi)凹式輪齒狀，用于實(shí)現(xiàn)球形藥品的分藥功能，工作時(shí)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)，藥品順次進(jìn)入各個(gè)腔室中，便于后面計(jì)數(shù)。為了避免藥丸過多時(shí)導(dǎo)致?lián)鼙P卡死，撥盤設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)用于控流，下層結(jié)構(gòu)用于推動(dòng)藥丸前進(jìn)。

2.撥藥倉

撥藥倉結(jié)構(gòu)如圖4 所示，為了保證電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)置了兩個(gè)通孔以及圓弧形狀凸起用于固定電機(jī)。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(jìn)電機(jī)，以及承載撥盤和提供擋片在切線方向上阻擋藥丸逆時(shí)針前進(jìn)的道路，從而保證藥丸能夠直接沿管道推出藥丸藥倉部分。

（二）藥片類藥物主要零部件設(shè)計(jì)

1.漏斗

漏斗用于裝載藥品，漏斗底面設(shè)計(jì)為斜面，其底部一側(cè)開有一定范圍的貫穿槽，漏斗距底部一定高度側(cè)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(shè)計(jì)深度為4mm、寬度為3mm，可確保藥品在其內(nèi)滾動(dòng)，推板背面與漏斗內(nèi)表面接觸，并與漏斗底部貫穿槽配合，推板底部與舵機(jī)連接，在舵機(jī)的推動(dòng)作用下，推板可沿著漏斗內(nèi)表面上下移動(dòng)。

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(shè)計(jì)深度為4mm、寬度為3mm，可確保藥品在其內(nèi)滾動(dòng)，滑槽側(cè)面與漏斗開孔對應(yīng)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(shè)計(jì)為10mm，可確保藥品在其內(nèi)保持沿斜面滑動(dòng)，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(shè)計(jì)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(nèi)，其側(cè)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(shè)計(jì)為10mm，并通過中心線對應(yīng)連接，確保藥品能準(zhǔn)確落入圓柱槽內(nèi)，卸料器與步進(jìn)電機(jī)連接，在步進(jìn)電機(jī)的作用下，卸料器轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)原先帶藥品的圓柱槽轉(zhuǎn)到圓柱形套筒下通孔處時(shí)，藥品掉落。

（三）主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.計(jì)數(shù)裝置外殼設(shè)計(jì)

該零件所采用的材料為PLA，經(jīng)過3D 打印制成。在零件的進(jìn)藥口設(shè)有高低不同的兩個(gè)滑槽，確保膠囊能夠順利進(jìn)入計(jì)數(shù)裝置，零件中心孔穿過類槽輪機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)的連接桿，類槽輪機(jī)構(gòu)則在該零件內(nèi)部完成工作。

2.類槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

類槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)膠囊運(yùn)動(dòng)通過不同的半徑差實(shí)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，長端可以接觸到膠囊并帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠確保藥品只有到達(dá)最底部的時(shí)候才會通過出藥口。

3.離心機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

離心結(jié)構(gòu)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用高速的轉(zhuǎn)速使膠囊緊貼藥倉內(nèi)壁，在通過藥倉出口的時(shí)候，膠囊從出口出去，進(jìn)入到滑槽的傳輸機(jī)構(gòu)。

四、產(chǎn)品功能與特點(diǎn)

家用智能藥物分揀提示一體機(jī)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(cuò)藥、漏吃藥等服藥難的問題。從服藥時(shí)間、服藥次數(shù)、服藥數(shù)量都由該產(chǎn)品智能控制，定時(shí)提醒老人服藥。三種針對不同藥物設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)完成了對各自藥物的分揀與計(jì)數(shù)，同時(shí)采用電動(dòng)控制出藥，服藥數(shù)量準(zhǔn)確。整體結(jié)構(gòu)簡單，小巧，便于操作，成本低，具有很大的市場前景。

五、結(jié)束語

綜上，“量”藥采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì)數(shù)，為了保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，“量”藥根據(jù)不同形狀藥物的特點(diǎn)采用了不同的計(jì)數(shù)方式，只需要將不同形狀藥物放入對應(yīng)的盒內(nèi)，輸入數(shù)字就能控制出藥數(shù)量，并在預(yù)定時(shí)間提醒老年人吃藥。為保證出藥數(shù)量的準(zhǔn)確性，本機(jī)器設(shè)置了反饋系統(tǒng)，通過壓敏傳感器對出藥盒內(nèi)藥物的質(zhì)量進(jìn)行檢測，判斷出藥數(shù)量是否正確，從而完成反饋。

產(chǎn)品了幫助老年患者能夠按時(shí)按量正確服藥，有利于病情的控制和身體的康復(fù)，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(shí)按量正確吃藥的機(jī)器具有很強(qiáng)的實(shí)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(jī)就解決了部分老人吃藥難的這一問題。