智能送药小车的设计★

安振涛，蔡锦向，岳 磊，冯世龙，任少浚，李玲玲

（辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051）

引言

人口老龄化是社会发展的重要趋势，是人类文明进步的重要体现，也是我国今后较长一个时期的基本国情。第七次全国人口普查结果显示，我国60岁及以上人口已达2.64亿人，占总人口的18.7%，预计“十四五”时期这一数字突破3亿人，我国将从轻度老龄化进入中度老龄化阶段[1]。随着我国人口老龄化问题的日益突出，老年人的用药安全也引起全社会的共同关注。我国老年人常患有多种疾病，往往多个脏器同时病变，需要联合服用多种药物，并且老年人的机体免疫力下降，生理、生化功能减退[2]，导致老年人记忆力下降，行动不便，不方便取药[3]，无法确保每一位老人准时服药。因此，针对老年人服药困难这个问题，我们设计了智能送药小车。

1 目的和意义

通过这款智能送药小车，不仅可以提醒老人吃药，关爱老人的身体健康，提升广大老人的安全感和幸福感，还可以减轻家庭的养老压力，大大缓解目前国内人口老龄化和养老带来的各项问题，同时用于医院或养老院等场所时还可以有效缓解工作人员的压力，解放更多的劳动力。

2 小车整体结构

小车模型的主要材料为亚克力板，亚克力板易于加工，质量轻盈，可以使小车不需要较大的动力便能行走。智能送药小车主要分为上下两层，两层之间靠两根T8丝杆连接，可自由伸缩高度。下层主要包括小车的控制装置及各类传感器，小车底板装有四个直径为60 mm的麦克纳姆轮，同时配有四个电机用于控制小车的行进。上层主要分为药箱和水箱部分，见图1。

3 小车行走装置

小车使用四个直径为60 mm的麦克纳姆轮，同时每个轮子装有一个电机，小车底板正中央装有STC89C52单片机，通过STC89C52单片机控制每个电机的运转，实现差速旋转，以达到转向目的。在小车底板的前方部位装有自动寻光寻迹模块和避障模块，可以快速寻找正确且安全的道路将药品送到病人手中。

3.1 寻光电路（见图2）

1）有光照情况，光敏电阻R1变小，V2变大。假设V2=4.6 V，V3=4 V。V2>V3反向端大于同向端，则OUT5输出低电平为低0给单片机识别，单片机通过if来扫描out5给的引脚。

2）无光照情况，光敏电阻R1变大，V2变小。假设V2=3.2 V，V3电压不变还是4 V。V2

3.2 寻迹电路（见图3）

没有检测到黑线，则H4发光到白纸光反射到H4接收端，H4接收端导通，导通则T1接地为0；有检测到黑线，则H4发光到黑线光全部被吸收，H4接收端，没有收到任何信号，因为H4不导通（截止），则T1=VCC。

4 小车升降装置

小车总共分为两层，上下两层通过两根T8丝杆连接，丝杆通过刚性联轴器连接在两个42步进电机上，通过42步进电机的旋转可以实现丝杆的自由升降。同时底板上方中央装有A49816细分电机马达驱动模块，用于控制电机的转动，通过程序编写，可以控制药箱和水箱的升降顺序和时间。

5 小车箱体设计

小车上层主要分为药箱和水箱两部分。①药箱和水箱通过底部设置的螺纹孔与T8丝杆配合连接。小车的正前方为水箱，主要由小型饮水桶、舵机、水龙头、水管和水杯等部分组成。当需要接水的时候，舵机带动水龙头转动，控制小型饮水桶内的水流入水龙头下方的水杯中；②小车后方部分为药箱，药箱被内部设置的内隔板划分成多个置药箱，药箱被划分成多个空格，装有不同的药物，药箱内设有闹钟功能，提醒老人按时服用药物。

6 小车控制装置

该小车控制系统为STC89C52单片机，该单片机可以实现循迹，红外避障，机器人遥控，寻光，超声波避障，无线蓝牙控制等功能。同时小车上装有蓝牙模块与智能手机连接，可以通过手机控制小车的行走方向，蓝牙模块还可以与智能手环连接，当设置的服药时间来临，小车上的闹钟会自动响起，智能手环也会发生微振动，此时小车会自动寻找手环位置，将药品送到目标点。蓝牙程序总共分为两块：一是下位机程序也就是智能送药小车主控单片机上的程序，此程序需要初始化串口通信，并对接收到的指令做出相应的逻辑处理，控制小车该如何运行；二是上位机程序也就是手机控制端软件，可以合理控制小车行走路线[4]。

7 创新设计

1）小车装有蓝牙模块，连接智能手环或手机等其他智能设备，可以通过微振动来提醒老人吃药的时间。同时因为智能手环连接着小车上的蓝牙模块，可以引导小车自动寻迹到手环附近。

2）药箱具备闹钟功能。病人家属或医生可以设置科学的用药时间，当用药时间来临，闹钟会自动响起，提醒老年人吃药。

3）小车拥有独立的避障，寻迹功能。可以在行进过程中躲避障碍物，重新选择路线，顺利到达目标地点，并且在送药任务结束后，能够安全返回。

8 使用方式

初始由护士或者家人将送药箱里面装好必须的药品，将小型饮水桶中充满水。当需要服药时，单片机控制驱动电机转动，使小车行动，并自动寻找正确的道路，将药品送到患者身边。到达患者身边停止后，驱动模块控制升降步进电机工作，进而带动联轴器和丝杆转动，丝杆转动会带动套在其上的送药箱上升，当药箱上升到适合的高度后，患者将药取出。药取出后，升降步进电机间接带动药箱下降，下降到原位后，驱动模块再控制另一个升降步进电机使送水箱上升，上升到与适合高度后，舵机控制板会控制舵机旋转一定角度，使连接在其上的水龙头旋转一定角度，使水从小型饮水桶中流出，流出一定时间后，舵机控制板控制舵机旋转为初始状态，水龙头闭，流水停止，患者将水杯取出，喝水服药。之后将水杯放回原处后，送水箱在升降步进电机的间接控制下下降，下降回原位后，令小车自动回到初始处。

9 结语

据了解，对于医院、敬老院等病人聚集公共场所来说，通过雇佣一个专门的护工工资为100~150元/d，对于独居病人家庭更加昂贵。但是我们所设计的智能送药小车产品成本低，全部设计完成仅仅需要1 000元左右；实用性强，拥有送药、送水、寻迹、避障等多种功能；并且简单易操作，通过简单的观看使用说明书可以使大部分人了解如何使用，因此，它可以满足国内大部分家庭的需求。智能送药小车的应用前景广阔，可以应用于独居病人家庭、医院、敬老院等多个场所，可以适应不同的环境。

综合国内老年人服药问题的形式和产品优点，相信该产品一定能给广大群众带来福音。