家用藥片智能分揀提示一體機的設計

范哲 何波 閆于欽 王藝儒 羅國彬

（成都工業學院智能制造學院，四川 成都 611730）

一、引言

近年來，隨著我國高齡老年人口持續增加，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。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。“量”藥能夠針對不同形狀的藥品完成自動計數的功能，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”藥設置有反饋系統能夠保證每次出藥數量的準確性，保證用戶健康、安全使用。

“量”藥的發明，將改變老年人傳統的吃藥方式，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。

二、結構組成與工作原理

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。

（一）球形藥品計藥器工作原理

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，導致撥盤卡死。

（二）圓片式藥品計藥器工作原理

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量藥品，這些藥品在斜槽保持滾動狀態，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。

（三）膠囊藥品計藥器工作原理

膠囊計數裝置由離心裝置、傳輸裝置與計數裝置三個部分構成。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裝置。

在傳輸機構與計數機構連接處，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。當出藥數量達到預定數時，會將信號反饋，即時將停止計數裝置處的電機啟動。

三、主要零部件設計

（一）藥丸類藥物主要零部件設計

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。為了避免藥丸過多時導致撥盤卡死，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，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。

（二）藥片類藥物主要零部件設計

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。

（三）主要零部件結構設計

1.計數裝置外殼設計

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，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。

四、產品功能與特點

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、服藥數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，同時采用電動控制出藥，服藥數量準確。整體結構簡單，小巧，便于操作，成本低，具有很大的市場前景。

五、結束語

綜上，“量”藥采用電機驅動，機械結構計數，為了保證計數的準確性，“量”藥根據不同形狀藥物的特點采用了不同的計數方式，只需要將不同形狀藥物放入對應的盒內，輸入數字就能控制出藥數量，并在預定時間提醒老年人吃藥。為保證出藥數量的準確性，本機器設置了反饋系統，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，也具有很大的發展潛力。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。