多功能药品机的设计

多功能药品机的设计

覃红宇 邱香其 谢战淳 罗永娇 李伟勇

桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林， 541004

摘 要：伴随我国老龄化态势日趋严峻，越来越多的家庭面临老人按时按量服药、安全服药的问题。而国内外的家庭药盒大多是只有收纳、提醒的功能，针对此问题，我们研发了一款集成药箱，取药，自动配药，定时提醒、颗粒药剂自动冲泡功能的多功能药品机。该药品机通过多种机构与智能芯片相结合，使机器功能基本覆盖用药全流程，自动配取，自动冲泡。实现了服药流程的简便化、一体化，为患者服药提供了便利。

关键词：多功能药品机；服药安全；定时提醒；自动配药；颗粒药剂自动冲泡

0引言

为实现药箱，取药，自动配药，定时提醒、颗粒药剂自动冲泡功能的功能，现将药品储存分为两部分，上部分采用抽拉形式，空间较大，可以用于存储较大件的药品和医用器械，下部分为旋转药柜，存放小型药品，采用电机驱动；取药装置采用旋转形式，先按医嘱分配好定量的药物放在固定板上，旋转板旋转将药品推落，通过传送带送出，一次可以取出多种药品；自动冲颗粒装置分为倒药、传送、冲泡、搅拌、防烫、送出六部分。

1 装置的总体机械设计

本产品此阶段采用德国慧鱼模型进行仿真实验。产品共有三大装置，分别是药箱、取药传送机构和颗粒药剂自动冲泡机构。以“Arduino UNO”为控制核心，整个装置包含齿轮传动、链传动和气压传动等多种传动机构。采用限位开关、电磁阀和止回阀等多种控制机构。

1.1药箱机构

药箱机构为上下两部分，上方采用抽屉抽拉形式，与抽屉类似，主要利用左右两根光轴作为支承杆进行定位，利用滑块在支承杆上运动，使整个柜子能够在水平面上移动。这个柜子空间较大，主要存放部分大小医用器件，如绷带、温度计等物品。下方采用旋转结构，光轴作中心轴，上下各连接转盘，以中心轴为旋转轴进行旋转，带动整个装置进行旋转。该旋转药柜可按照一定的角度经行分区，每一区块放一种药物。设有一个存放与拿取开口，通过直齿轮将动力传递到转动轴，由电机驱动齿轮转动，且支持顺、逆时针旋转。

1.2取药传送机构

取药输送装置的目标是单次取出所有需服药物，主要对象为药丸或药片。先将准备好药物分放在不同暗格内，利用机械装置一次性将不同种类的药取出，再经过传送带传输送到老人手中。

机器中的取药装置采用的是旋转式，由直流微型马达配合减速齿轮箱共同驱动，通过模数为1.5的蜗杆与齿数为四十的齿轮进行蜗轮蜗杆连接将动力传送到旋转容器处，由于老人一次需要同时吃几种药，所以我们需要一次布置几个旋转容器，每个旋转容器装一种类型的药。这些旋转容器上方各安装一个齿数为四十的大齿轮，通过齿轮传动形式将马达组件产生的动力依此传递到所有的旋转容器。

输送装置我们底部采用的是履带输送机构，可以将分好的药物统一送到老人的服药的小药盒中，极大便利了老人的服药。

1.3颗粒药剂自动冲泡机构

该机构采用流水线作业形式，依照工作目的需要完成多个过程，依次为剪切袋口与药剂倾倒、药杯传送、加水搅拌、回送和防止水溅出伤人。为完成这些步骤，我们针对各步骤都进行了工作结构的设计。

1.3.1 剪切袋口与倒料装置

由根据袋子的大小设计的固定框架，为了固定与剪切的方便，袋子上方露出10mm，前方留出15mm，框架上设螺旋夹紧机构，机构主要由带一个孔规格为15*15*15的组件，带模数为1蜗杆的插轴和模数为1.5的蜗杆螺帽三部分组成，通过旋转插轴向前推进卡住袋缘。框架前设有正对袋口剪刀，固定包装袋便可准确剪切袋口，将颗粒倒入杯中。框架下方设转轴机构，马达组件产生动力，通过蜗轮蜗杆配合传递动力，由齿轮连接转轴带动框架转动，从而完成整个工作流程。机构模型如图3所示。

1.3.2 水杯传送装置

这一过程是要将乘有颗粒剂的杯子传送到加水处，此处可以采用链传动，丝杆螺旋传动，导轨传动等传动方案。经比较，我们认为丝杠螺旋传动的精度高，可以更准确的到达指定的位置，同时这种传动方案运动更平稳，不会使要传送的东西翻倒，安全性更高。

1.3.3 加水搅拌装置

该装置主要向装有颗粒的杯子内加热水，同时进行搅拌。为完成这一过程，我们设置了加水装置和搅拌装置。加水装置主要应用了气动装置，首先利用电机配合止回阀和气缸向气罐内通气，气罐与密封储水容器通过软管相连，待气罐气压升高到一定程度后将气体压入储水容器，将水压出。这个过程的完成首先需要设置一个打气装置，该装置由电机、压缩机曲柄、螺旋桨配件和橡皮筋相互连接产生动力；其后通过适配件、止回阀、气缸的连接将动力转化为气压并压入储器罐。搅拌装置利用电机转动带动搅拌器旋转，直接对溶液进行搅拌。

2 控制系统程序设计分析

以“Arduino UNO”作为主控芯片，在保证稳定控制的前提下降低主控板的使用成本与消耗成本，使各个模块相互协调作用，完成一系列合理的机械配合运动。

2.1取药输送装置

该部分电路控制防护门的打开与关闭，取药装置的运动。当开关打开，防护板开始移动，接触边沿的限位开关后停止移动，此时起防护作用，设置延时一段时间与搅拌时间相当，延时结束后防护，接触到另一侧的限位开关后停止。取药装置的电路打开开关，电机运动带动机器运动，设置一段延时，动作完成后延时结束，电机停止工作。

2.2颗粒药剂冲泡装置

人通过开始按键进行冲颗粒操作，主控板通过接收开关的的脉冲输出对应的信号控制电机正反转，电机带动倒颗粒装置旋转，此时可以将颗粒倒入杯子，倒颗粒装置在旋转过程中一但触碰到限位开关就会停止，程序开始执行下一条指令。中间设置一段延时时间是为了使颗粒充分倒完。延时结束后程序执行下一段，传速装置电机启动，装置运动，运动到一定位置触碰到限位开关结束。之后各部骤的程序依此运行，直到最后一步传送装置回送，触碰到开关程序结束，装置停止运行。

3结束语

本药品机集成多功能，智能化，自动化，充分考虑老人服药过程中可能遇到的各种问题，可以为独居老人服药提供极大的帮助。旋转式药箱相对于传统方型药箱，它的可视化程度更高，更方便观察和寻找自己需要的物品。同时装置采用电力驱动旋转，只需要按动一下便可以将药箱旋转至自己想要的药柜。取药输送装置结构精炼，多个放药容器之间相互串联，只需一个动力源便可实现全部放药容器的运动，避免了多级传动结构带来的不稳定性。在设计功能上可实现一次性取出当前需要吃的药，方便快捷。自动冲颗粒装置，采用流水线形式，各部分独立完成相应功能，同时用电子技术控制实现完整运动，自动化程度高，安全性能好。药品机整体采用机械与电子结合的技术，用电子合理控制机器的运转，操作更简便，安全性高。

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基金项目：广西大学生创业训练多功能药品机（202110595280）项目成果