医用宝智能药箱的设计

2022-01-27王艳春侍宇凡于松章贾飞飞安俊杰张嘉鑫

机械管理开发 2021年12期

王艳春，侍宇凡，于松章，贾飞飞，安俊杰，张嘉鑫

（太原工业学院工程训练中心，山西太原 030008）

引言

根据国家统计局2020 年1 月17 日公布的数据，2019 年末，我国老年人占总人数的12.6%；相较于2018 年底，老年人口增加约439 万人；预测2020 年独居老年人约有0.3 亿人；老年人患病率在90%以上。老年人是慢性病高发人群。慢性病发病原因不仅限于生物因素，是遗传、生活方式、环境、既往病史、社会心理等因素长期作用的结果。老年人视力、听力下降，记忆力、思维能力逐渐减退，反应迟钝，适应能力下降，免疫功能降低，易患多种老年病。老年人常见的神经系统疾病、心脑血管系统疾病等，易引起一些并发症，导致患者所服药物种类多。患者各类药物的服用时间、数量不同，会给老年患者带来压力。世界卫生组织指出，全球每年死亡病例中1/3 与药物不良反应（ADR）有关，ADR 已成为全球的一大公害，老年人ADR 比成年人高3 倍以上，ADR 病例中老年人占1/2，老年人又成为ADR 的主要受害者[1]。

因此，老年人的正确用药成为了社会及家庭非常重视的问题。为了满足老年群体按时用药、安全用药的需求，避免用药不当造成的伤害，减轻监护人的负担，设计了一款智能药箱——医用宝。医用宝采用显示屏和语音模块双重方式来记录用户服药情况；在检测药物时，采用摄像头进行抓拍识别；在反馈吃药情况时，采用发送短信到监护人手机上的形式进行。使出药的流程安全化、精准化，保障老年人用药的安全。

1 医用宝智能药箱的总体结构设计

本文设计的智能药箱主要针对老年群体使用。其机械部分的工作模式基于32 开发板及串口屏控制，实现智能出药、检测药物、取药的功能，总体的结构如图1 所示。

图1 医用宝智能药箱总体结构

医用宝智能箱底板顶部设有箱体，箱体为凹槽状，箱体顶部设有分隔板，分隔板底部安装设有导药箱，导药箱底部设有出药口，底板上表面设有出药口相匹配的抽屉，分隔板顶部设有四组药箱，四组药箱在分隔板顶部呈矩形阵列分布，药箱内底部均设有药物控制组件，药箱内均设有药盒，药盒底部均设有出药管道，出药管道底部均紧密相挨设有旋转片，旋转片顶部连接设有旋转杆，旋转杆顶部贯穿药盒侧壁，本设计在药物控制装置的作用下将药物导入到导药箱内，然后通过摄像头来检测药物的数量来判断出药是否正确，达到安全用药的需求，避免用药不当造成的伤害。

2 医用宝智能药箱工作原理

监护人将药物放入对应的药盒中，通过显示屏或语音输入来设置药物的服用情况，例如服用药物的时间、次数以及数量。待到出药时间时，系统通过药物的形状来控制药物一粒一粒地取出。当药物到达检测装置时，利用摄像头检测出药是否正确。如果不正确，触发报警系统，提醒用户和监护人出药发生错误；如果正确，系统将取出的药物以短信的方式发送到监护人手机上供其查看。在设定的时间提醒老年人吃药，待老年人吃完药之后将吃药情况通过短信发送给监护人。

该系统核心控制处理器采用STMF407ZGT6 控制器，为实现载波模块生产线生产的模块完好，采用了一种基于STM32 的智能电表单相载波模块测试系统，将集中器和载波模块设计在一个装置中，模拟实际运行状态，设计中以STM32 微控制器作为核心处理器[2]。

3 医用宝智能药箱各装置的设计

3.1 药物存储装置的设计

药物存储装置主要由四组药盒以及旋转杆组成，旋转杆底部有厚度为0.2 mm 的旋转片，旋转片与药盒的底部紧密相挨。药盒分别存放市面上常见的几种类型药物：胶囊类药物、药片类药物、药丸类药物。药盒的上部分呈矩形阵列分布，下部分形状类似于漏斗状。药丸类药盒如图2 所示，其他药盒与此类似。该装置主要用于储存药物。

图2 药丸类药盒

3.2 药物控制装置的设计

药物控制装置主要用四个独立的MG90S 舵机、上盘和下盘、磁铁组成。其中磁铁嵌入上盘内。上盘有一个出药口，其形状与药丸储存装置中四组药盒的形状相对应，且与磁铁的位置和圆心的夹角成90°，上盘的厚度略大于药物的厚度，经过大量的文件检索，了解市面上胶囊类药物、药片类药物以及药丸类药物的厚度，因此把上盘的厚度设计为分别为11 mm、7.5 mm、22 mm，从而保证药粒只能一粒一粒地进入上盘。具体的运行设计如下：不在工作的状态时，磁铁的位置与药盒底部相重合，此时药物在药盒中。当到达工作状态时，上盘通过单片机控制舵机带动顺时针旋转90°，使得上盘的出药口正对准出药管道，此时药物在重力的作用下掉落到上盘中，但由于上盘的厚度与药物的厚度接近，故只有一粒药物掉落，接下来上盘逆时针旋转90°，回到原位，与此同时，留在上盘中的药粒通过下盘沿着导药箱边缘滑下，与此同时利用药物检测装置来检测药物进行检测，从而判断出药是否正确。当监护人对药盒里的药进行更换时，将旋转杆旋转80°，使得旋转片与上盘的磁铁相吸，之后再将药盒缓慢地从药箱中取出来即可。图3 为药丸所对应的控制装置。

图3 药物控制装置

3.3 药物检查装置的设计

药物检查模块由摄像头、导药箱以及抽屉组成（如图4 所示）。导药箱呈倒四棱柱状，摄像头选用OpenMV 机器视觉模块。当药物从下盘掉落下来之后沿着导药箱边缘滑下，在滑下的同时利用摄像头来检测药物的数量来判断出药是否正确。如果正确，摄像头对药物进行拍摄，发送给监护人进行查看,到达设定时间，用户打开抽屉即可取到药物。如果不正确则触发报警系统提醒，提醒用户出药有错，请勿使用。