智能送藥小車的設計★

安振濤，蔡錦向，岳 磊，馮世龍，任少浚，李玲玲

（遼寧科技大學機械工程與自動化學院，遼寧 鞍山 114051）

引言

人口老齡化是社會發展的重要趨勢，是人類文明進步的重要體現，也是我國今后較長一個時期的基本國情。第七次全國人口普查結果顯示，我國60歲及以上人口已達2.64億人，占總人口的18.7%，預計“十四五”時期這一數字突破3億人，我國將從輕度老齡化進入中度老齡化階段[1]。隨著我國人口老齡化問題的日益突出，老年人的用藥安全也引起全社會的共同關注。我國老年人常患有多種疾病，往往多個臟器同時病變，需要聯合服用多種藥物，并且老年人的機體免疫力下降，生理、生化功能減退[2]，導致老年人記憶力下降，行動不便，不方便取藥[3]，無法確保每一位老人準時服藥。因此，針對老年人服藥困難這個問題，我們設計了智能送藥小車。

1 目的和意義

通過這款智能送藥小車，不僅可以提醒老人吃藥，關愛老人的身體健康，提升廣大老人的安全感和幸福感，還可以減輕家庭的養老壓力，大大緩解目前國內人口老齡化和養老帶來的各項問題，同時用于醫院或養老院等場所時還可以有效緩解工作人員的壓力，解放更多的勞動力。

2 小車整體結構

小車模型的主要材料為亞克力板，亞克力板易于加工，質量輕盈，可以使小車不需要較大的動力便能行走。智能送藥小車主要分為上下兩層，兩層之間靠兩根T8絲桿連接，可自由伸縮高度。下層主要包括小車的控制裝置及各類傳感器，小車底板裝有四個直徑為60 mm的麥克納姆輪，同時配有四個電機用于控制小車的行進。上層主要分為藥箱和水箱部分，見圖1。

3 小車行走裝置

小車使用四個直徑為60 mm的麥克納姆輪，同時每個輪子裝有一個電機，小車底板正中央裝有STC89C52單片機，通過STC89C52單片機控制每個電機的運轉，實現差速旋轉，以達到轉向目的。在小車底板的前方部位裝有自動尋光尋跡模塊和避障模塊，可以快速尋找正確且安全的道路將藥品送到病人手中。

3.1 尋光電路（見圖2）

1）有光照情況，光敏電阻R1變小，V2變大。假設V2=4.6 V，V3=4 V。V2>V3反向端大于同向端，則OUT5輸出低電平為低0給單片機識別，單片機通過if來掃描out5給的引腳。

2）無光照情況，光敏電阻R1變大，V2變小。假設V2=3.2 V，V3電壓不變還是4 V。V2

3.2 尋跡電路（見圖3）

沒有檢測到黑線，則H4發光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導通，導通則T1接地為0；有檢測到黑線，則H4發光到黑線光全部被吸收，H4接收端，沒有收到任何信號，因為H4不導通（截止），則T1=VCC。

4 小車升降裝置

小車總共分為兩層，上下兩層通過兩根T8絲桿連接，絲桿通過剛性聯軸器連接在兩個42步進電機上，通過42步進電機的旋轉可以實現絲桿的自由升降。同時底板上方中央裝有A49816細分電機馬達驅動模塊，用于控制電機的轉動，通過程序編寫，可以控制藥箱和水箱的升降順序和時間。

5 小車箱體設計

小車上層主要分為藥箱和水箱兩部分。①藥箱和水箱通過底部設置的螺紋孔與T8絲桿配合連接。小車的正前方為水箱，主要由小型飲水桶、舵機、水龍頭、水管和水杯等部分組成。當需要接水的時候，舵機帶動水龍頭轉動，控制小型飲水桶內的水流入水龍頭下方的水杯中；②小車后方部分為藥箱，藥箱被內部設置的內隔板劃分成多個置藥箱，藥箱被劃分成多個空格，裝有不同的藥物，藥箱內設有鬧鐘功能，提醒老人按時服用藥物。

6 小車控制裝置

該小車控制系統為STC89C52單片機，該單片機可以實現循跡，紅外避障，機器人遙控，尋光，超聲波避障，無線藍牙控制等功能。同時小車上裝有藍牙模塊與智能手機連接，可以通過手機控制小車的行走方向，藍牙模塊還可以與智能手環連接，當設置的服藥時間來臨，小車上的鬧鐘會自動響起，智能手環也會發生微振動，此時小車會自動尋找手環位置，將藥品送到目標點。藍牙程序總共分為兩塊：一是下位機程序也就是智能送藥小車主控單片機上的程序，此程序需要初始化串口通信，并對接收到的指令做出相應的邏輯處理，控制小車該如何運行；二是上位機程序也就是手機控制端軟件，可以合理控制小車行走路線[4]。

7 創新設計

1）小車裝有藍牙模塊，連接智能手環或手機等其他智能設備，可以通過微振動來提醒老人吃藥的時間。同時因為智能手環連接著小車上的藍牙模塊，可以引導小車自動尋跡到手環附近。

2）藥箱具備鬧鐘功能。病人家屬或醫生可以設置科學的用藥時間，當用藥時間來臨，鬧鐘會自動響起，提醒老年人吃藥。

3）小車擁有獨立的避障，尋跡功能。可以在行進過程中躲避障礙物，重新選擇路線，順利到達目標地點，并且在送藥任務結束后，能夠安全返回。

8 使用方式

初始由護士或者家人將送藥箱里面裝好必須的藥品，將小型飲水桶中充滿水。當需要服藥時，單片機控制驅動電機轉動，使小車行動，并自動尋找正確的道路，將藥品送到患者身邊。到達患者身邊停止后，驅動模塊控制升降步進電機工作，進而帶動聯軸器和絲桿轉動，絲桿轉動會帶動套在其上的送藥箱上升，當藥箱上升到適合的高度后，患者將藥取出。藥取出后，升降步進電機間接帶動藥箱下降，下降到原位后，驅動模塊再控制另一個升降步進電機使送水箱上升，上升到與適合高度后，舵機控制板會控制舵機旋轉一定角度，使連接在其上的水龍頭旋轉一定角度，使水從小型飲水桶中流出，流出一定時間后，舵機控制板控制舵機旋轉為初始狀態，水龍頭閉，流水停止，患者將水杯取出，喝水服藥。之后將水杯放回原處后，送水箱在升降步進電機的間接控制下下降，下降回原位后，令小車自動回到初始處。

9 結語

據了解，對于醫院、敬老院等病人聚集公共場所來說，通過雇傭一個專門的護工工資為100~150元/d，對于獨居病人家庭更加昂貴。但是我們所設計的智能送藥小車產品成本低，全部設計完成僅僅需要1 000元左右；實用性強，擁有送藥、送水、尋跡、避障等多種功能；并且簡單易操作，通過簡單的觀看使用說明書可以使大部分人了解如何使用，因此，它可以滿足國內大部分家庭的需求。智能送藥小車的應用前景廣闊，可以應用于獨居病人家庭、醫院、敬老院等多個場所，可以適應不同的環境。

綜合國內老年人服藥問題的形式和產品優點，相信該產品一定能給廣大群眾帶來福音。