一种基于胶囊类药物的新型分拣装置设计_吴岳.pdf

43 技术创新目前，随着我国人口老龄化问题日益凸显和老年人对于身体健康问题的愈加重视，我国用药的人数和平均服药量也在日益增加。数据显示，2020年我国生物医药市场规模达3,870亿元，同比增长22%，2014-2020年复合年增长率达22.1%。在老年人群中，用药依从性差的发生率为50%，因此对于药物的分拣问题也开始成为一个需要解决的问题。其中，胶囊类药物由于其包装的问题，其分拣是相对不容易的。目前市面上专门针对胶囊类药物的分拣机构几乎为零，因此设计提供了一种能够实现从板状药包装当中剥离出药物并且准确控制每次服用药品颗数的自动出药装置。该装置由破药机构、分离机构、计数机构三部分组成，能够实现药物从包装中破出，按顺序下落到精准计数这样的一系列控制功能。数据预测，2021年后，我国生物药市场规模每年将增加近1000亿元，到2030年市场规模将达到1.3万亿元。在老年人群中，用药依从性差的发生率为50%，也就是说有一半的老年人都不按照医嘱用药。这其中，大部分老年人是因为记忆力不好导致“忘了吃药”，“吃两天、忘三天”的情况并不少见；有的老年人能每天坚持吃药，但吃了上顿就忘了下顿。数据显示，在各类药物中，传统丸剂剂型所占比例为54.7%，胶囊剂型为45%（其中胶囊30%，软胶囊15%），其他剂型0.3%。胶囊类药物在药物系统中占有重要的地位。因此，设计制作一种服务于我国医疗药物和老年人身体健康的药物分拣装置是非常有必要的。1 该装置设计原因在老年人群中，用药依从性差的发生率为50%，也就是说有一半的老年人都不按照医嘱用药。这其中，大部分老年人是因为记忆力不好导致“忘了吃药”，“吃两天、忘三天”的情况并不少见；有的老年人能每天坚持吃药，但吃了上顿就忘了下顿。对于各个身体方面健康指标普遍低于中青年的老年人，这种行为对于健康的危害不可谓不大。胶囊类药物历史悠久，在世界药物中具有重要地位。老年人的服用药物中有约二分之一为胶囊类药物。1.1 老年人记性差由于老年人所患有的疾病多为慢性病，少吃一顿多吃一顿对于老年人来说可能没有显著变化，导致用药意识薄弱。还有就是随着年龄的增长，记忆力显著下降，若没有亲人在身边时刻提醒，定时定量服用药物对老年人来说也不是一件能顺利坚持的事情。1.2 胶囊类药物占比重公元前1500年，第一粒胶囊在埃及诞生。1730年，维也纳的药剂师开始用淀粉制造胶囊。1834年，胶囊制造技术在巴黎获得专利。1846年，两节式硬胶囊制造技术在法国获得专利。1872年，在法国诞生了第一台胶囊制造充填机。近些年来，胶囊类药物快速发展，在国民用药中占比约为45%，占有重要地位。1.3 药物不易准确取出现在的老年人生活自理能力下降，在取用胶囊类药物是常常会出现多取或少取药物用完的情况，对于多取的药物如果没有专门的存放地点，那么绝大概率被多取的药物会被浪费。同时，老年人记忆力下降，如果有多种胶囊类药物需要同时服用，会常常忘记自己刚刚吃没吃药，吃了几颗药，吃了几种药物，最终导致用药不准确、不及时，从而对身体产生不可逆转的慢性伤害，严重时甚至会危及生命。2 设计装置现状分析近几年，我国出现了许多针对不同药物的分拣装置，其中主要包括两大类：纯机械装置和非纯机械装置。其中，不管是纯机械装置还是非纯机械装置，除了统一是为了更好服务于人们用药外，都兼顾了非常多的模块，每一中装置都想要将几乎市面上能够用来分拣的药物分别设计一个模块加以分拣，但是往往只能在特定的规格下使用，虽然能够分拣的药物种类多，但是使用规格单一，不能很好的满足人们对于用药的需求。2.1 纯机械式竖式停放装置对于纯机械的药物分拣装置，由于其设计者一般力求尽善尽美，会囊括几乎所有的药物种类的分拣，这样就不可避免的导致机械装置体量过大，不易搬动，无法根据多种需要适应不同场合。但该装置较为复杂，零件较多，且每次更换不同的药物，需要重复进入不同模块，效率较低。一种基于胶囊类药物的新型分拣装置设计西南石油大学 吴 岳 郭世建 刘 科 陈 超4420年 第 1 期23（3）计数机构。在设计中，计数机构不可避免用到传感2.2 非纯机械式竖式停放装置器，但是如何设计简易有效的机械装置就变成我们需要考虑的对于非纯机械的药物分拣装置，虽然体量在一定程度上有问题。最终该设计的计数所减少，但是其智能化模块并不能识别所有药物，其智能操作机构由上下贴合带有不同和微信小程序或者单独的APP都不够成熟，老年人中还有占比不数量落药孔的双层圆盘组少的人群不会使用智能机，尤其是在农村地区，而恰恰是农村成，实现对胶囊的控制计老人的发病率高于城市老年人。数。上层圆盘设计有十二本文要介绍的装置相比于市面上其他装置最大的特点在于个接药孔（由其圆盘直径分析得到），下层圆盘只在体量轻的同时兼顾效率，用简单的机械装置实现胶囊类药物有一个落药孔，落药孔旁的分拣。由于胶囊类药物的规格相对于其他袋装或瓶装药物来边放置传感器用以计数。说更加规范，而且在装置运行过程中几乎没有危险刀具的存此设计中计数机构的主要在，在安全的同时兼顾高效。结构组成为：上层圆盘、下层圆盘、光电传感器，如图3所示。3 装置设计3.3 装置设计原理3.1 设计原则（1）破药分离过程。将板装类胶囊水平推入交错啮合的存放药物操作简单，即开即用，精准计数，特别是实现胶两排平行齿轮间，电机带动下排主动齿轮顺时针旋转，从动齿囊类药物破出过程中，轻松便捷，防止老年人因操作不稳造成轮被带动着逆时针旋转，胶囊从前侧掉落，被挤压后的板装空药物浪费，定量出药。壳从后侧被推出，直至药物全部落出或停止主动齿轮电机。3.2 设计装置组成被全部破出药物的板装空该装置由破药机构、分离机构、计数机构三部分组成。能壳从后侧掉落至预先设置够实现药物从包装中破出，按顺序下落到精准计数这样的一系的垃圾槽内。从前方落出列控制功能。的胶囊全部落入下方的大（1）破药机构。破药机构主要由空间中前后和上下交错的漏斗中，大漏斗的漏斗口双排齿轮互相啮合组成，用以对药物的破出；破药机构主要结是固定连接于内漏斗。内构组成：传动齿轮、链条、主动齿轮、破药齿轮1、破药齿轮外漏斗相互嵌合。内漏斗2、破药齿轮3、破药齿轮4、破药齿轮5、破药齿轮1*、破药齿固定不动，下方连接内径轮2*、破药齿轮3*（如图1所示）。略大于胶囊直径的导管；外漏斗连接导杆，导杆和与电机相连的凸轮接触。凸轮电机启动后，带动凸轮做旋转运动，外漏斗由与凸轮接触的导杆带动进行往复的上下运动，带动漏斗内面的胶囊通过惯性排练进入导管内。实现胶囊在导管内的顺序排列。（2）分离计数过程。导管下方和具有十二个落药孔的上层圆盘距离大概二分之一个胶囊的长度距离。上层圆盘厚度约图1 破药机构主要结构为二分之一个胶囊长度，落药孔为通孔。上层圆盘中心处连接上排5个齿轮，下排的3个齿轮分别与上排第1，第3，第5个有圆盘齿轮，和电动机相连的齿轮与圆盘齿轮相互啮合，启动齿轮啮合，用于固定并且带动胶囊药板往前移动，上排的第2第电机后，上层圆盘被带动做旋转运动，只有打有落药孔的圆孔4两个齿轮轮空用于挤压胶囊，使胶囊从空位当中落入下方的轨处才能使胶囊落入圆盘中，实验对药物的有序分离。下层圆道。上排的齿轮连杆外面连接有带有电机的传动齿轮。通过链盘只有一个与落药圆孔，其厚度是上层圆盘的三分之一，一般条带动外齿轮转动，从而通过连杆带动上排和下排齿轮同步转情况下下层圆盘保持相对固定，但是可以根据人为需要旋转一动，将药板带动使胶囊有序的从药板定角度。下层圆盘的下方在落药孔的两边安装有光电传感器，当中挤出。每当有药物下落，则计数一次，当完成计数后，控制上层圆盘（2）分离机构。分离机构有内旋转的电机停止，装置不在落药，实现胶囊类药物的分离计外互相嵌合的双层漏斗组成，解决了数。胶囊在破出后堵塞的问题，实现有序3.4 装置关键部件设计下落。分离机构主要结构组成：外漏（1）双层漏斗的设计。为了解决胶囊类药物在下落过程中斗、内漏斗、导管、导杆，如图2所堵塞在导管中，设计了收集漏斗的内外双层结构，内漏斗固示。定，凸轮随电机转动而转动，凸轮与连杆末端轴承接触在转动其中外漏斗固定，内漏斗上下移的过程中使外漏斗上下运动，内外漏斗发生相对运动，从而产动从而使漏斗当中的胶囊震动不断地生往复运动使漏斗内堆积的药物在惯性的作用下有序排列而不变换位置，落入外漏斗的导管当中，会发生堵塞，顺利落入漏斗管，并且在漏斗管内（下转110页）导管的内径比胶囊略大，故而能使胶囊单列由下往上的排序在导管当中。图2 分离机构图3 计数机构图4 装置原理图（上接44页）从下往上依次挨个排列。内外漏斗相互嵌合，往设计组装完成后，我们对其应用效果进行了实际测试，结复运动的前后距离在两个漏斗可接受的距离范围内，不会发生果表明：该装置结构简单，安装维护方便，能实现一定规格的两漏斗分离致使药物滑出的情况。不同胶囊类药物的，且使用省时省力，方便快捷。（2）双层圆盘的设计。为了能使每粒胶囊都能够实现精准计数，所以需要每一粒都能单独分离。所以特别设计了上下双层带有不同数量的落药孔的不同厚度的圆盘。下层圆盘相对固1 曲凌.慧鱼创意机器人设计与实践教程M.上海交通大学定，可以人为调整角度。上层圆盘与电机相连，以一定的速度出版社,2007.2 毛茂林.慧鱼创意模型实验教程M.西南交通大学出版社,匀速旋转，使得药物一粒粒落入圆盘中的落药孔中，实现分离2010.计数。3 刘林.AuuoCAD 2008中文版高级应用教程M.华南理工4 设计装置具体制作大学出版社,2008.根据理论的设计和推演，我们在建立了三维仿真模型的基4 张春林.机械创新设计M.机械工业出版社,2007.础上开始对其进行实物化，最终完成了该胶囊类药物分拣机构5 邱亚玲.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社,2014.装置的加工制作与组装（如图5所示）。6 东北大学工程图学教学与研究中心.画法几何及机械制图M.北京:高等教育出版社,2010.7 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械原理M.北京:高等教育出版社,2013.8 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计M.北京:高等教育出版社,2013.图5 胶囊类药物分拣机构装置实物图【参考文献】1102023年 第 1 期练习，实时的成绩反馈，易于提高学生学习的积极性，学习兴整试题的成绩占比，避免因学习难度阻碍学生的学习积极性。趣增加，就愿意花更多的时间和精力在英语学习中，进而英语艺体生的大学英语教学课堂比较沉默，学生的参与度不高，教学习的努力感就会提高。但因学生原有基础较薄弱，对英语学师也不能有效掌握学生的掌握情况，“i学”对学习成果的检测习始终存在恐惧和畏惧心里，面对一定难度的任务，还是会因有效的缓解艺体生面对教师的压力，通过“i学”监控学习过为学习效果不佳而产生挫败感；线上学习的内容与教材一致，程，在课堂上有针对性的答疑解惑，对提高学生面对挫折的能若教师发散教学思路，延伸知识进行讨论时，学生会因未接触力感和克服困难的挑战感都有弥补作用，便于构建和谐的师生到相同知识点而感觉到教学任务的挑战性。因此，相较于努力关系，加强师生间的沟通。对艺体生而言，英语学习的自我效感和能力感，挫折感和挑战感的提高较低。能感很关键，通过“i学”平台开展的线上学习，对提高学生的能力感、努力感、挫折感和挑战感都具有重要作用。6 结束语线上“i学”能有效帮助学生实现课程的提前预习和课后复习，监控学生的课后学习过程，对其学习时长和学习效果进行及时的反馈，帮助学生查漏补缺。线上学习不受时间、地点的1 周文霞,郭桂萍.自我效能感:概念、理论和应用J.中国人民大学学报,2006(01):91-97.限制，方便学生利用碎片化的时间进行学习，利于学生形成英2 王小新,苗晶磊.大学生学业自我效能感、自尊与学习倦语自学的习惯，提高英语学习的主动性，提高学习的努力程怠关系研究J.东北师大学报(哲学社会科学版),2012(01):192-196.度。语言学习本就是循序渐进的过程，“i学”的利用，强化了3 张歆娅.情绪调节自我效能感与心理健康的交叉滞后研究英语学习的过程，增加了英语学习时间。艺体生属于特殊群J.黑龙江教育(理论与实践),2021(10):88-89.体，虽然大部分在英语学习中存在劣势，但这与其自身的学习4 张,.大学生外语焦虑、自我效能感与外语成绩能力没有根本的关系。艺体生在艺体专业上学习时长和精力投关系的研究J.心理发展与教育,2004(3):56-61.入较多，造成英语学习的投入不足，当“i学”让学习的时间、5 李昆,俞理明.大学生英语学习动机、自我效能感和归因地点更灵活，增加了学生英语学习的投入，对提高其英语学习与自主学习行为的关系研究J.外语教学理论与实践,2008(2):1-5.的能力感必然具有促进作用。本文系四川省高校人文社会科学重点研究基地四川0-3岁“i学”作为课内学习的延伸与补充，对辅助英语学习具有儿童早期发展与教育研究中心资助项目。明显优势，教师监控英语学习的过程，强调过程化考核，对提作者简介：姚雅丽（1991），女，四川邛崃市人，硕高学生日常英语学习的投入具有促进作用。教师根据课程任务士，助教，研究方向：英语教育。的难易度，通过班级学习任务，在“i学”中划分必修和选修的比例，设置分值，坚持以学生为中心，根据学生的英语基础调【参考文献】昇 袁莉敏