家用药片智能分拣提示一体机的设计

范哲 何波 闫于钦 王艺儒 罗国彬

（成都工业学院智能制造学院，四川 成都 611730）

一、引言

近年来，随着我国高龄老年人口持续增加，空巢老人，无子女老人和失独老人也开始增多。与此同时由于老年人各器官功能及代谢能力逐渐减退，很多老年人吃药成了常态。更令人担心的是，老年人由于记忆力及认识分辨能力下降，对药品的储存、使用、和管理不当，很容易造成误服、忘服或者重复服用，增加了危险性。

为了帮助老年患者能够按时按量正确服药，本项目设计了一款能够帮助独居老人按时、按量、正确吃药的家用智能机器——“量”药。“量”药能够针对不同形状的药品完成自动计数的功能，只需要将不同形状药品全部倒入对应的计药器中，预设每次吃药数量和时间，计药器就能够自动在指定吃药时间输送不同种类正确数量的药品进分药盒中，并提醒吃药。同时，“量”药设置有反馈系统能够保证每次出药数量的准确性，保证用户健康、安全使用。

“量”药的发明，将改变老年人传统的吃药方式，切实帮助老年人按时按量正确吃药，其价值具有很强的实际意义。

二、结构组成与工作原理

基于市面上不同形状是已知药物与市场调查得到的常用药物，将药物从外形特征分为药丸类药物、药片类药物以及胶囊类药物。针对不同药物形状特性，采用不同结构对药物进行智能分拣与计数。

（一）球形药品计药器工作原理

球形药品计药器结构原理如图1 所示，药瓶倒置，瓶口直接与计药器顶部导管相连，药品可以通过导管进入下方分药仓中，分药仓由拨盘、拨盘仓、拨片组成。拨盘由步进电机驱动进行逆时针旋转运动，在切线方向上将药丸推入导药管。药品在两层拨盘间能够完成上下顺序预置，避免一次加入药品过多，导致拨盘卡死。

（二）圆片式药品计药器工作原理

整个圆片式计药器结构主要包括基架，漏斗，推板，斜槽（斜槽A、斜槽B），圆柱形套筒，卸料器，步进电机，舵机。

机构静止时，推板斜面与漏斗底面保持在同一个面上，机构工作时，将药品倒入漏斗内，在舵机运行的作用下，推板上升并带走一定数量药品，这些药品在斜槽保持滚动状态，当推板斜槽低侧运动到漏斗侧面孔时，药品沿着斜槽A 滚动到达斜槽B，此时由于滑槽侧面阻挡，药品将在斜槽B上水平放置，并由于斜槽B的一定的坡度，药品沿滑槽滑动，并通过圆形孔掉入卸料器的圆柱槽内，在步进电机的作用下，卸料器转动，当带药品的圆柱槽转到圆柱形套筒下通孔处时，药品掉落，机构完成整个运行。

（三）胶囊药品计药器工作原理

胶囊计数装置由离心装置、传输装置与计数装置三个部分构成。离心装置与直流电机连接，利用电机旋转产生的离心力使胶囊药品在药仓出口处得到规整，并输送到传输装置。

传输装置由具有一定坡度的滑槽构成，在传输装置上，在自身重力与后面胶囊的推力的作用下，胶囊药品通过传输装置顺利进入计数装置。

在传输机构与计数机构连接处，药品会由于挡板的作用进行短暂的停留，后在类槽轮机构的带动下，进入计数装置内部并随类槽轮机构一起的运动到出药口。

类槽轮机构由步进电机进行控制，当机构带走一枚胶囊时，在传输装置等待的胶囊将会进入计数装置等待，由下一次类槽轮机构的长柄带动。

在出药口出，安装有红外线检测，计算出药量。当出药数量达到预定数时，会将信号反馈，即时将停止计数装置处的电机启动。

三、主要零部件设计

（一）药丸类药物主要零部件设计

1.拨盘

拨盘结构如图3 所示，截面形状为内凹式轮齿状，用于实现球形药品的分药功能，工作时由步进电机驱动拨盘转动，药品顺次进入各个腔室中，便于后面计数。为了避免药丸过多时导致拨盘卡死，拨盘设计成双层结构，上层结构用于控流，下层结构用于推动药丸前进。

2.拨药仓

拨药仓结构如图4 所示，为了保证电机运行平稳，设置了两个通孔以及圆弧形状凸起用于固定电机。另一方面拨药仓需要用于承载拨盘，以及接通出药口管道。

3.遮挡片

遮挡片用于安装步进电机，以及承载拨盘和提供挡片在切线方向上阻挡药丸逆时针前进的道路，从而保证药丸能够直接沿管道推出药丸药仓部分。

（二）药片类药物主要零部件设计

1.漏斗

漏斗用于装载药品，漏斗底面设计为斜面，其底部一侧开有一定范围的贯穿槽，漏斗距底部一定高度侧面开有带槽孔，孔的底面为阶梯状，并保持20°斜面。

2.推板

推板顶部为20°斜面，并开有滑槽，滑槽斜面尺寸设计深度为4mm、宽度为3mm，可确保药品在其内滚动，推板背面与漏斗内表面接触，并与漏斗底部贯穿槽配合，推板底部与舵机连接，在舵机的推动作用下，推板可沿着漏斗内表面上下移动。

3.斜槽

斜槽包括斜槽A 和斜槽B，斜槽A 顶部为20°斜面，并开有滑槽，滑槽斜面尺寸设计深度为4mm、宽度为3mm，可确保药品在其内滚动，滑槽侧面与漏斗开孔对应接触，并用螺钉使其连接固定；斜槽B顶部为20°斜面，并开有滑槽，其滑槽宽度设计为10mm，可确保药品在其内保持沿斜面滑动，斜槽最右端底面开有圆形孔，圆形孔宽度为10mm，可确保药品从其漏出。

4.圆柱形套筒

圆柱形套筒上下分别开有圆形通孔，圆形通孔直径设计为10mm，上通孔与斜槽B的圆形孔接触连接，可确保药品能通过通孔落下。

5.卸料器

卸料器为圆柱形，安装在圆柱形套筒内，其侧面每沿90°开有圆柱槽，圆柱槽口与圆柱形套筒的圆形通孔以及斜槽B的圆形孔尺寸直径均设计为10mm，并通过中心线对应连接，确保药品能准确落入圆柱槽内，卸料器与步进电机连接，在步进电机的作用下，卸料器转动，当原先带药品的圆柱槽转到圆柱形套筒下通孔处时，药品掉落。

（三）主要零部件结构设计

1.计数装置外壳设计

该零件所采用的材料为PLA，经过3D 打印制成。在零件的进药口设有高低不同的两个滑槽，确保胶囊能够顺利进入计数装置，零件中心孔穿过类槽轮机构与步进电机的连接杆，类槽轮机构则在该零件内部完成工作。

2.类槽轮机构设计

类槽轮机构带动胶囊运动通过不同的半径差实现，当机构转动时，长端可以接触到胶囊并带动其运动，较短的一端则起到了收纳药品的作用。两端之间的非平行结构设计，能够确保药品只有到达最底部的时候才会通过出药口。

3.离心机构设计

离心结构由直流电机驱动，利用高速的转速使胶囊紧贴药仓内壁，在通过药仓出口的时候，胶囊从出口出去，进入到滑槽的传输机构。

四、产品功能与特点

家用智能药物分拣提示一体机针对用户群体为服药老年人，解决了部分老人忘记吃药，吃错药、漏吃药等服药难的问题。从服药时间、服药次数、服药数量都由该产品智能控制，定时提醒老人服药。三种针对不同药物设计的机构完成了对各自药物的分拣与计数，同时采用电动控制出药，服药数量准确。整体结构简单，小巧，便于操作，成本低，具有很大的市场前景。

五、结束语

综上，“量”药采用电机驱动，机械结构计数，为了保证计数的准确性，“量”药根据不同形状药物的特点采用了不同的计数方式，只需要将不同形状药物放入对应的盒内，输入数字就能控制出药数量，并在预定时间提醒老年人吃药。为保证出药数量的准确性，本机器设置了反馈系统，通过压敏传感器对出药盒内药物的质量进行检测，判断出药数量是否正确，从而完成反馈。

产品了帮助老年患者能够按时按量正确服药，有利于病情的控制和身体的康复，也为了帮助儿女解决后顾之忧，能够安心在外工作。一种能够帮助老年人按时按量正确吃药的机器具有很强的实际意义，也具有很大的发展潜力。家用智能药物分拣提示一体机就解决了部分老人吃药难的这一问题。