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        蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置

        2022-06-14 08:22:12湖南省常德芷蘭實(shí)驗(yàn)學(xué)校張晗
        發(fā)明與創(chuàng)新 2022年21期
        關(guān)鍵詞:蠕動(dòng)泵流食氣泵

        ◎湖南省常德芷蘭實(shí)驗(yàn)學(xué)校 張晗

        研究背景:

        吃飯本來是一件簡(jiǎn)單且愜意的事情,但對(duì)于失能或半失能老人來說卻是個(gè)大問題。他們生活不能自理,需要人照顧。

        我的大姨奶患有阿爾茨海默病和帕金森病,嘴角變形,吞咽功能減退,進(jìn)食與飲水都困難。我的干外婆因肌無力無法張嘴咀嚼食物。每次和她們一起吃飯,看著她們痛苦的樣子,我很心疼。

        另外,有些人在手術(shù)后需要攝入有營養(yǎng)的流質(zhì)食物,而流質(zhì)食物得找專人烹飪?cè)傥故常M(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

        為了解決這些人的進(jìn)食問題,我發(fā)明了蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置。

        研究思路:

        將氣壓傳感器、高壓氣泵與Arduino控制模塊等組合,通過程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)喂食流質(zhì)食物的功能——使用者只要通過吸管吸食,氣壓傳感器就會(huì)感受到容器內(nèi)的氣壓變小,高壓氣泵工作產(chǎn)生高壓將流食壓入使用者嘴中。

        結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):

        實(shí)驗(yàn)樣機(jī)由四部分構(gòu)成:第一部分是氣壓傳感裝置,監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)的氣壓變化;第二部分是Arduino控制模塊,分析氣壓變化狀態(tài),并根據(jù)預(yù)設(shè)值控制高壓氣泵工作;第三部分為智能送食裝置,實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)送食功能;第四部分為供電裝置,采用3.7V鋰電池,使用安全。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

        圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

        制作過程:

        我準(zhǔn)備乳膠管、氣壓傳感器、Arduino模塊、PWM控制模塊、高壓氣泵和3.7V鋰電池等材料,在老師的指導(dǎo)下制作蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置。

        我先3D打印杯蓋、把手等部件,用熱熔膠槍將乳膠管與吸管蓋連接,再設(shè)計(jì)模塊連接電路圖,然后連接模塊,最后利用米思齊可視化編程平臺(tái)編寫程序。

        圖2 在老師的指導(dǎo)下連接模塊

        圖3 作品實(shí)物圖

        作品測(cè)試:

        測(cè)試一:將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置,啟動(dòng)氣壓值為5個(gè)單位值,延時(shí)2秒,通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

        效果:蓋上上蓋,裝置未密封時(shí),高壓氣泵工作,但無流質(zhì)食物流出;裝置密封后,沒有任何反應(yīng)。

        測(cè)試二:將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置,啟動(dòng)氣壓值為110個(gè)單位值,延時(shí)2秒,通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

        效果:蓋上上蓋,裝置未密封時(shí),高壓氣泵工作,但無流質(zhì)食物流出;裝置密封后,高壓氣泵工作,流質(zhì)食物被壓出,但量小。

        測(cè)試三:將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置,啟動(dòng)氣壓值為110個(gè)單位值,延時(shí)3秒,通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

        效果:蓋上上蓋,裝置未密封時(shí),高壓氣泵工作,但無流質(zhì)食物流出;裝置密封后,高壓氣泵工作,流質(zhì)食物被壓出,量適中。

        可見,借助輔助吸食裝置,使用者攝入不同濃度的流質(zhì)食物的需求能夠被滿足,只要輕輕一吸,即可達(dá)到預(yù)期進(jìn)食效果。

        但蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置未密封時(shí)不能正常工作,氣壓檢測(cè)與輸送流食互相干擾,無法正常運(yùn)行。

        作品改進(jìn):

        1.基本思路

        將流食通道與氣壓管道分離,氣壓管道與氣壓傳感器相連,流食通道與蠕動(dòng)泵相連,應(yīng)用Arduino控制模塊,通過程序控制蠕動(dòng)泵,實(shí)現(xiàn)喂食流質(zhì)食物的功能——使用者只要通過吸管吸食,容器內(nèi)的氣壓就會(huì)發(fā)生變化,微處理芯片根據(jù)氣壓變化情況控制蠕動(dòng)泵工作,將流質(zhì)食物輸送至使用者嘴中。

        2.結(jié)構(gòu)與程序改進(jìn)

        作品由四部分構(gòu)成,第一部分是氣壓傳感裝置,監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)氣壓變化;第二部分是Arduino控制模塊,分析氣壓變化情況,并根據(jù)預(yù)設(shè)值通過PWM信號(hào)控制蠕動(dòng)泵工作;第三部分為智能送食裝置,由氣壓管、流食通道和蠕動(dòng)泵組成,實(shí)現(xiàn)蠕動(dòng)送食功能;第四部分為供電裝置,采用3.7V鋰電池,使用安全。作品設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

        圖4 改進(jìn)后的作品設(shè)計(jì)圖

        同樣,我對(duì)程序設(shè)計(jì)也進(jìn)行了修改,程序圖如圖5所示。

        圖5 程序圖

        改進(jìn)后的作品測(cè)試:

        將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置,打開開關(guān),輔助吸食系統(tǒng)工作。使用者將乳膠管放在嘴里輕輕一吸,氣壓傳感器感受到容器內(nèi)氣壓變小,蠕動(dòng)泵開始工作,將流質(zhì)食物送入使用者嘴中,使用者吸得越快,送食就越快。

        圖6 改進(jìn)后的作品實(shí)物圖

        圖7 改進(jìn)后的作品內(nèi)部圖

        創(chuàng)新點(diǎn):

        1.蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置采用氣壓傳感器、蠕動(dòng)泵與Arduino控制模塊,通過PWM信號(hào)控制蠕動(dòng)泵工作,把流質(zhì)食物送入使用者嘴里,解決失能或半失能老人和術(shù)后初愈者的進(jìn)食問題,可滿足他們攝入不同濃度的流食的需求,讓他們的生活更有質(zhì)量。

        2.采用雙管設(shè)計(jì),流食通道與氣壓檢測(cè)通道分離,提高了控制的精準(zhǔn)度。

        收獲與感受:

        當(dāng)發(fā)現(xiàn)生活中的問題時(shí),我們的腦海中經(jīng)常會(huì)蹦出一些奇思妙想。認(rèn)真思考,大膽運(yùn)用平時(shí)學(xué)過的知識(shí),我們也能將想法變成現(xiàn)實(shí)。這就是創(chuàng)新!

        創(chuàng)新不僅給我們的生活帶來了便利,還激發(fā)了我的創(chuàng)造意識(shí)。

        指導(dǎo)老師 張才友

        老師推薦:

        作者關(guān)注特殊群體——失能或半失能老人和術(shù)后初愈者,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)蠕動(dòng)式流食喂食輔助裝置,讓他們自己掌控進(jìn)食量,避免被嗆到,滿足他們的進(jìn)食需求。

        該項(xiàng)目貼近生活,構(gòu)思巧妙,其方法與原理值得推廣。

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