智能送藥小車的設(shè)計(jì)★

安振濤，蔡錦向，岳 磊，馮世龍，任少浚，李玲玲

（遼寧科技大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

引言

人口老齡化是社會(huì)發(fā)展的重要趨勢(shì)，是人類文明進(jìn)步的重要體現(xiàn)，也是我國(guó)今后較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期的基本國(guó)情。第七次全國(guó)人口普查結(jié)果顯示，我國(guó)60歲及以上人口已達(dá)2.64億人，占總?cè)丝诘?8.7%，預(yù)計(jì)“十四五”時(shí)期這一數(shù)字突破3億人，我國(guó)將從輕度老齡化進(jìn)入中度老齡化階段[1]。隨著我國(guó)人口老齡化問(wèn)題的日益突出，老年人的用藥安全也引起全社會(huì)的共同關(guān)注。我國(guó)老年人常患有多種疾病，往往多個(gè)臟器同時(shí)病變，需要聯(lián)合服用多種藥物，并且老年人的機(jī)體免疫力下降，生理、生化功能減退[2]，導(dǎo)致老年人記憶力下降，行動(dòng)不便，不方便取藥[3]，無(wú)法確保每一位老人準(zhǔn)時(shí)服藥。因此，針對(duì)老年人服藥困難這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了智能送藥小車。

1 目的和意義

通過(guò)這款智能送藥小車，不僅可以提醒老人吃藥，關(guān)愛(ài)老人的身體健康，提升廣大老人的安全感和幸福感，還可以減輕家庭的養(yǎng)老壓力，大大緩解目前國(guó)內(nèi)人口老齡化和養(yǎng)老帶來(lái)的各項(xiàng)問(wèn)題，同時(shí)用于醫(yī)院或養(yǎng)老院等場(chǎng)所時(shí)還可以有效緩解工作人員的壓力，解放更多的勞動(dòng)力。

2 小車整體結(jié)構(gòu)

小車模型的主要材料為亞克力板，亞克力板易于加工，質(zhì)量輕盈，可以使小車不需要較大的動(dòng)力便能行走。智能送藥小車主要分為上下兩層，兩層之間靠?jī)筛鵗8絲桿連接，可自由伸縮高度。下層主要包括小車的控制裝置及各類傳感器，小車底板裝有四個(gè)直徑為60 mm的麥克納姆輪，同時(shí)配有四個(gè)電機(jī)用于控制小車的行進(jìn)。上層主要分為藥箱和水箱部分，見(jiàn)圖1。

3 小車行走裝置

小車使用四個(gè)直徑為60 mm的麥克納姆輪，同時(shí)每個(gè)輪子裝有一個(gè)電機(jī)，小車底板正中央裝有STC89C52單片機(jī)，通過(guò)STC89C52單片機(jī)控制每個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)差速旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到轉(zhuǎn)向目的。在小車底板的前方部位裝有自動(dòng)尋光尋跡模塊和避障模塊，可以快速尋找正確且安全的道路將藥品送到病人手中。

3.1 尋光電路（見(jiàn)圖2）

1）有光照情況，光敏電阻R1變小，V2變大。假設(shè)V2=4.6 V，V3=4 V。V2>V3反向端大于同向端，則OUT5輸出低電平為低0給單片機(jī)識(shí)別，單片機(jī)通過(guò)if來(lái)掃描out5給的引腳。

2）無(wú)光照情況，光敏電阻R1變大，V2變小。假設(shè)V2=3.2 V，V3電壓不變還是4 V。V2

3.2 尋跡電路（見(jiàn)圖3）

沒(méi)有檢測(cè)到黑線，則H4發(fā)光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導(dǎo)通，導(dǎo)通則T1接地為0；有檢測(cè)到黑線，則H4發(fā)光到黑線光全部被吸收，H4接收端，沒(méi)有收到任何信號(hào)，因?yàn)镠4不導(dǎo)通（截止），則T1=VCC。

4 小車升降裝置

小車總共分為兩層，上下兩層通過(guò)兩根T8絲桿連接，絲桿通過(guò)剛性聯(lián)軸器連接在兩個(gè)42步進(jìn)電機(jī)上，通過(guò)42步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)絲桿的自由升降。同時(shí)底板上方中央裝有A49816細(xì)分電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)程序編寫，可以控制藥箱和水箱的升降順序和時(shí)間。

5 小車箱體設(shè)計(jì)

小車上層主要分為藥箱和水箱兩部分。①藥箱和水箱通過(guò)底部設(shè)置的螺紋孔與T8絲桿配合連接。小車的正前方為水箱，主要由小型飲水桶、舵機(jī)、水龍頭、水管和水杯等部分組成。當(dāng)需要接水的時(shí)候，舵機(jī)帶動(dòng)水龍頭轉(zhuǎn)動(dòng)，控制小型飲水桶內(nèi)的水流入水龍頭下方的水杯中；②小車后方部分為藥箱，藥箱被內(nèi)部設(shè)置的內(nèi)隔板劃分成多個(gè)置藥箱，藥箱被劃分成多個(gè)空格，裝有不同的藥物，藥箱內(nèi)設(shè)有鬧鐘功能，提醒老人按時(shí)服用藥物。

6 小車控制裝置

該小車控制系統(tǒng)為STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)循跡，紅外避障，機(jī)器人遙控，尋光，超聲波避障，無(wú)線藍(lán)牙控制等功能。同時(shí)小車上裝有藍(lán)牙模塊與智能手機(jī)連接，可以通過(guò)手機(jī)控制小車的行走方向，藍(lán)牙模塊還可以與智能手環(huán)連接，當(dāng)設(shè)置的服藥時(shí)間來(lái)臨，小車上的鬧鐘會(huì)自動(dòng)響起，智能手環(huán)也會(huì)發(fā)生微振動(dòng)，此時(shí)小車會(huì)自動(dòng)尋找手環(huán)位置，將藥品送到目標(biāo)點(diǎn)。藍(lán)牙程序總共分為兩塊：一是下位機(jī)程序也就是智能送藥小車主控單片機(jī)上的程序，此程序需要初始化串口通信，并對(duì)接收到的指令做出相應(yīng)的邏輯處理，控制小車該如何運(yùn)行；二是上位機(jī)程序也就是手機(jī)控制端軟件，可以合理控制小車行走路線[4]。

7 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1）小車裝有藍(lán)牙模塊，連接智能手環(huán)或手機(jī)等其他智能設(shè)備，可以通過(guò)微振動(dòng)來(lái)提醒老人吃藥的時(shí)間。同時(shí)因?yàn)橹悄苁汁h(huán)連接著小車上的藍(lán)牙模塊，可以引導(dǎo)小車自動(dòng)尋跡到手環(huán)附近。

2）藥箱具備鬧鐘功能。病人家屬或醫(yī)生可以設(shè)置科學(xué)的用藥時(shí)間，當(dāng)用藥時(shí)間來(lái)臨，鬧鐘會(huì)自動(dòng)響起，提醒老年人吃藥。

3）小車擁有獨(dú)立的避障，尋跡功能。可以在行進(jìn)過(guò)程中躲避障礙物，重新選擇路線，順利到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)，并且在送藥任務(wù)結(jié)束后，能夠安全返回。

8 使用方式

初始由護(hù)士或者家人將送藥箱里面裝好必須的藥品，將小型飲水桶中充滿水。當(dāng)需要服藥時(shí)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車行動(dòng)，并自動(dòng)尋找正確的道路，將藥品送到患者身邊。到達(dá)患者身邊停止后，驅(qū)動(dòng)模塊控制升降步進(jìn)電機(jī)工作，進(jìn)而帶動(dòng)聯(lián)軸器和絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)套在其上的送藥箱上升，當(dāng)藥箱上升到適合的高度后，患者將藥取出。藥取出后，升降步進(jìn)電機(jī)間接帶動(dòng)藥箱下降，下降到原位后，驅(qū)動(dòng)模塊再控制另一個(gè)升降步進(jìn)電機(jī)使送水箱上升，上升到與適合高度后，舵機(jī)控制板會(huì)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，使連接在其上的水龍頭旋轉(zhuǎn)一定角度，使水從小型飲水桶中流出，流出一定時(shí)間后，舵機(jī)控制板控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)為初始狀態(tài)，水龍頭閉，流水停止，患者將水杯取出，喝水服藥。之后將水杯放回原處后，送水箱在升降步進(jìn)電機(jī)的間接控制下下降，下降回原位后，令小車自動(dòng)回到初始處。

9 結(jié)語(yǔ)

據(jù)了解，對(duì)于醫(yī)院、敬老院等病人聚集公共場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，通過(guò)雇傭一個(gè)專門的護(hù)工工資為100~150元/d，對(duì)于獨(dú)居病人家庭更加昂貴。但是我們所設(shè)計(jì)的智能送藥小車產(chǎn)品成本低，全部設(shè)計(jì)完成僅僅需要1 000元左右；實(shí)用性強(qiáng)，擁有送藥、送水、尋跡、避障等多種功能；并且簡(jiǎn)單易操作，通過(guò)簡(jiǎn)單的觀看使用說(shuō)明書可以使大部分人了解如何使用，因此，它可以滿足國(guó)內(nèi)大部分家庭的需求。智能送藥小車的應(yīng)用前景廣闊，可以應(yīng)用于獨(dú)居病人家庭、醫(yī)院、敬老院等多個(gè)場(chǎng)所，可以適應(yīng)不同的環(huán)境。

綜合國(guó)內(nèi)老年人服藥問(wèn)題的形式和產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，相信該產(chǎn)品一定能給廣大群眾帶來(lái)福音。