服藥衛士設計*

趙 敏，丁 頌，王鑫力， 劉炳澤

(長春師范大學 工程學院，吉林 長春 130032)

0 引言

隨著老人年齡的增長，身體機能逐漸退化，導致老年人在生理功能上出現多種障礙。與此同時，學習壓力、生活壓力和工作壓力的增加也使絕大部分年輕人的身體呈現亞健康狀態。目前國內外現有的家庭用藥機器在種類、功能以及其他諸多方面仍存在明顯不足，不能滿足人們多樣化的用藥需求。為此，本文設計了一款多功能智能化的服藥衛士。

1 基于慧魚模型的服藥衛士總體設計

基于慧魚模型設計的服藥衛士總體結構如圖1所示，由防潮儲藥裝置、藥物分撥裝置和保溫裝置組成。防潮儲藥裝置采用8個管道4種類型的藥物存儲方式，用戶將藥物放到對應的儲藥管內，并用密封蓋將儲藥管密封，同時設置服用藥物的數量、時間、備注信息以及是否需要切藥等。藥物分撥裝置通過電機控制氣泵雙向分撥藥物，然后經防漏帶到達傳送帶，傳送帶將藥物傳送至出藥口。如需切藥，則傳送帶將藥物輸送至出藥盒，出藥盒和定藥器將藥物固定，切藥器切開藥物，完成切藥后，出藥盒將藥物運輸到出藥口。超聲波傳感器感應用戶是否取藥并形成數據上傳至顯示器。保溫裝置通過超聲波傳感器感應自動出水，在極大程度上解決了人們的吃藥問題。

1-防潮儲藥裝置；2-藥物分撥裝置；3-保溫裝置

2 服藥衛士各部分結構設計

2.1 防潮儲藥裝置設計

防潮儲藥裝置如圖2所示，包括儲藥管、密封蓋和移動架3部分。用戶將藥物放入儲藥管內，密封蓋將儲藥管密封，減少藥品與空氣的接觸，避免藥品與空氣中的水及氧氣等發生反應。當用戶有用藥需求或到達預定服藥時間時，電機帶動蝸輪蝸桿轉動，移動架根據設定沿X軸正方向或負方向移動，將對應儲藥管準確地移動到氣泵前方，并進行藥物分撥。防潮儲藥裝置的設計給藥物儲存創造了良好的條件，滿足了人們對藥物防潮、抗氧化保存的需求。

2.2 藥物分撥裝置設計

藥物分撥裝置如圖3所示，包括藥物分撥器、防漏帶、傳送帶、切藥器、出藥盒和定藥器6個部分。通過電磁閥控制氣泵分藥，由程序控制電機帶動藥物移動架沿X軸移動運送藥物。當儲藥管位于藥物分撥器前后方時，電磁閥控制氣泵電機打開，氣缸傳動件推出，氣泵電機關閉，氣缸傳動件收回，完成一次分撥。重復該步驟將所需藥量經防漏帶推入傳送帶，齒輪嚙合使藥物分撥器轉動180°，分撥另一側藥物后復位。傳送帶的控制電機正轉，傳送帶沿X軸負方向移動，將藥物輸送到出藥口。若需切藥，則傳送帶的控制電機反轉，帶動傳送帶沿X軸正方向移動，出藥盒在電磁閥和齒輪齒條作用下沿Y軸負方向移動到傳送帶位置，待藥物進入出藥盒后，繼續沿Y軸負方向移動到定藥器，將藥物固定，切藥器在齒輪和蝸輪蝸桿共同作用下沿Z軸負方向移動，將藥物切成兩半，出藥盒沿Y軸正方向出藥，超聲波傳感器感應用戶是否取藥，并將信息反饋至顯示器。

2.3 保溫裝置設計

保溫裝置如圖4所示，包括保溫箱、加熱器和傳動桿3個部分，通過超聲波傳感器感應，當用戶有用水需求時，傳動桿和齒輪齒條帶動保溫箱沿Y軸正方向做直線運動到達出水口，自動出水。當水杯移動時，出水停止，保溫箱沿Y軸負方向做直線運動回到加熱口，加熱器沿Z軸正方向做直線運動，在充電裝置與升壓型充電泵轉換器的共同作用下進行加熱保溫，給與用戶貼心守候。

1-保溫箱；2-傳動桿；3-加熱器

3 服藥衛士程序設計

服藥衛士程序設計主要包括主程序和保溫裝置程序兩部分。系統通過機械傳動和自動控制來實現藥物的存取、切分以及保溫功能。基于慧魚ROBO Pro軟件完成整個控制系統的流程設計。

3.1 主程序設計

服藥衛士主程序流程如圖5所示。用戶在使用前將所需藥物放入儲藥管內，并在顯示屏上設置出藥時間、數量、備注信息、出藥類型以及是否需要切藥，顯示屏將信號傳輸到主控板(以轉換結果為2號管一粒藥，需要進行切藥為例)，當到達預定服藥時間，程序啟動，副控制器EM2控制顯示屏自帶蜂鳴器I3啟動，發出聲音提醒用戶服藥；副控制器EM1控制2號管所在藥物移動架的控制電機M1正轉2 s后停止，將2號管放置在氣泵前方，副控制器EM2控制氣泵電機M1正傳1 s，副控制器EM3控制電磁閥電機M1反轉1 s，控制氣泵將2號管所在藥物分撥1次滑落至傳送帶上，M1氣泵電機關閉；副控制器EM1控制出藥盒控制電機M2正轉2 s后停止，出藥盒移動到1號儲藥管下方傳送帶位置，副控制器EM4控制傳送帶的控制電機M1反轉5 s后停止，藥物進入出藥盒；副控制器EM1控制出藥盒的控制電機M2繼續正轉5 s后停止，定藥器與出藥盒將藥物固定，副控制器EM2控制切藥器的電機M2正轉5 s后停止，將所需藥物切開，M2電機反轉5 s后停止；副控制器EM1控制出藥盒電機M2反轉6 s后停止，出藥，副控制器EM2控制超聲波傳感器I4感應用戶是否取藥，并形成數據上傳到顯示器，程序結束。

圖5 服藥衛士主程序流程

3.2 保溫裝置程序設計

保溫裝置程序流程如圖6所示，當超聲波傳感器I2感應到用戶有用水需求時，副控制器EM3控制M5電機正轉3 s，加熱器沿X軸負方向運動3 s后停止，與保溫箱分離，副控制器EM4控制M5電機轉動，保溫箱沿X軸正方向運動5 s停止，出水；當水杯移動時，超聲波傳感器I2感應反饋，副控制器EM4控制M5電機反轉5 s，保溫箱復位，副控制器EM3控制M5電機反轉3 s，進行加熱保溫，并使水恒溫在50 ℃，程序結束。

圖6 保溫裝置程序流程

4 結語

服藥衛士在極大程度上解決了人們的吃藥難題，其設計的保溫裝置和藥物分撥裝置在輔助用戶服藥的同時，減少了用藥的人工成本，實現了吃藥的簡易化和生活的健康化。