一種智能送藥小車的設(shè)計研究

趙曉玉 李宇 朱新玉 李玲玲

摘 要： 為了滿足市場需求，幫助更多自理能力較低的病人服用藥品，研究并設(shè)計了一款多功能自動送藥小車。該小車綜合當今社會所現(xiàn)存的多種助老助殘服用藥品的機器的功能，彌補了各種機器的不足之處，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、設(shè)計成本較低等特點。它主要由自動提醒及接水裝置和送藥系統(tǒng)兩部分組成，可以圓滿地完成輔助病人吃藥任務(wù)，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 多功能;送藥小車;助老助殘;自動接水

1 設(shè)計背景及目的

當今社會，老年人、殘疾人等一些生活自理較困難的人在整個社會群體中占據(jù)重要的比例，他們的需求也越來越引起人們的重視。大多數(shù)病人在日常的生活中都需要經(jīng)常服藥，然而對于行動不便且家屬又無法在身邊長期照料的病人，目前市場上尚未出現(xiàn)集多種功能于一體的智能服藥產(chǎn)品?；诖?，我們團隊設(shè)計研制了智能送藥小車這樣一款產(chǎn)品，既方便了病人的日常服藥問題，又減輕了監(jiān)護人員的看護負擔。該產(chǎn)品應(yīng)用前景廣闊，可應(yīng)用于獨居病人家庭、醫(yī)院、敬老院等場所。其操作簡單，使用方便，必然能為廣大人群帶來福音。

2 小車的組成及工作原理

（1）簡介。該小車的結(jié)構(gòu)主要由自動接水及送藥兩部分組成。小車自身可以人為的提前設(shè)置好固定吃藥時間。通過此定時功能，當?shù)竭_吃藥時間時，小車便會發(fā)出報警聲音，針對聽力不便的病人還裝有閃光燈裝置。此外，藥盒內(nèi)置于小車里面，可以自由取出，以便病人外出攜帶，藥盒同樣具有定時提醒的功能。完成提醒過程后，小車將自動接水。接水過程結(jié)束后，病人可以通過手機上的藍牙程序自由地控制小車的行走路徑，使小車來到病人面前。同時，小車還可以根據(jù)相應(yīng)設(shè)備自動行走尋找病人，方便對手機操縱不熟練的病人也能按時正常服藥。完成取藥過程后，小車將回到原地待機，等待下一次取藥動作。

（2）藥盒裝置。藥盒裝置位于機器內(nèi)部，呈立方柱形式，中央部分為定時提醒裝置，四周分布多個空格，可裝多種藥物。其與手表原理類似，該裝置通過表面的三個按鍵可以人為地提前設(shè)定好吃藥時間以及吃藥次數(shù)，當?shù)竭_調(diào)定時刻后，藥盒便會自動發(fā)出提醒聲音。此外，該藥盒也可自由取出，以便于病人外出攜帶。

（3）報警閃光燈裝置。報警閃光燈裝置由一個蜂鳴器和五個LED燈組成，安裝在小車外面，受藍牙模塊控制，可以人為提前設(shè)定好服藥時間。當病人需要服藥時，機器會通過蜂鳴器自動發(fā)出提醒聲音;針對聽力不便的病人，LED燈可以起到很好的提醒的作用，提醒病人及時服藥。

（4）自動接水及行走裝置。自動接水裝置置于小車上方位置，由小型飲水桶、舵機、水龍頭和水杯四部分組成，車頂部裝配小型飲水桶。當達到服藥時間，小車將通過舵機控制水龍頭旋轉(zhuǎn)一定角度，使水適量流入水杯中。小車底部裝有三個萬向球和兩個驅(qū)動輪，驅(qū)動輪動力源為兩個360度轉(zhuǎn)角舵機。此外，在小車前方下部對稱裝有兩個循跡模塊，中間裝備紅外避障裝置。通過此裝置，小車可根據(jù)提前標定好的跡線進行自動行走和避障去尋找病人。

（5）自動開蓋及伸縮升降裝置。自動開蓋部分模擬機械結(jié)構(gòu)中的搖桿滑塊機構(gòu)，通過舵機旋轉(zhuǎn)一定角度控制搖桿，實現(xiàn)自動開合板蓋的功能。自動伸縮裝置根據(jù)機械結(jié)構(gòu)中的曲柄滑塊原理，最下方支撐板模擬滑塊，由四個滑塊安裝于兩根光滑導(dǎo)軌桿上。升降結(jié)構(gòu)由12根根據(jù)實際尺寸制作的亞克力板相互交錯排列形成，由自由伸縮的菱形架和絲桿螺母組成，動力源為42同步電機。

（6）工作原理。該小車控制系統(tǒng)為STM32F103C8T6控制板，并通過藍牙模塊使手機等終端設(shè)備可與此單片機端的串口藍牙實現(xiàn)同步通信。小車內(nèi)置藍牙模塊，人為提前設(shè)置好固定吃藥時間。通過此定時功能，當?shù)竭_吃藥時間時，手機藍牙程序會自動向小車的藍牙模塊發(fā)送一個啟動信號，小車在接受到啟動信號后，便會通過報警閃光燈裝置報警，提醒病人進行吃藥。然后小車將通過舵機帶動水龍頭自動進行接水。此外，小車可通過行走裝置在循跡避障裝置的配合下來到病人面前。

3 三維結(jié)構(gòu)示意圖

如下圖所示：

4 創(chuàng)新點及應(yīng)用

（1）創(chuàng)新點。①通過手機端設(shè)備，病人可通過手機對機器發(fā)出不同指令以滿足自身需求。②藥盒與小車都具有定時提醒功能。③藥盒可自由取出，達到裝置的高效率利用。④小車裝有循跡避障裝置，可以實現(xiàn)無人操作情況下的自動行走功能，達到自動送藥送水的目的，方便病人。⑤針對各種可能出現(xiàn)的情況，機器都有相應(yīng)的解決措施。

（2）應(yīng)用。與現(xiàn)階段我國國內(nèi)的各類助老助殘等輔助醫(yī)療設(shè)備相比，該小車具有功能多元化、智能化、操作簡便、實用性強等多方面優(yōu)點。該機器可應(yīng)用于獨居病人家庭、醫(yī)院、敬老院等多個場所，解決無自理能力人員的服藥困難問題，填補了國內(nèi)空白，有著相當廣闊的應(yīng)用前景。

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基金項目： 由遼寧科技大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃專項經(jīng)費資助（項目編號：202010146058）

作者簡介： 趙曉玉（1997—），本科，專業(yè)領(lǐng)域為機械電子工程;李宇（1999—），本科，研究方向：機械電子工程;朱新玉（2001—），本科，研究方向：機械電子工程;李玲玲（1965—），碩士，副教授，研究方向：機械設(shè)計及理論。