Dispenserul automat de pastile: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Suntem mai întâi studenți de masterat inginerie electromecanică la Facultatea de Inginerie din Bruxelles (pe scurt „Bruface”). Aceasta este o inițiativă a două universități situate în centrul Bruxelles-ului: Université Libre de Bruxelles (ULB) și Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Ca parte a programului, a trebuit să realizăm un adevărat sistem mecatronic de lucru pentru cursul Mecatronică.

La cursurile teoretice am învățat cum ar trebui combinate diferite componente în aplicații reale. După aceea, am primit o introducere despre elementele de bază ale unui microcontroler Arduino și despre modul de control al unui sistem mecatronică. Scopul cursului a fost să poată proiecta, produce și programa un sistem mecatronic.

Toate acestea trebuie făcute în grup. Grupul nostru a fost o echipă internațională formată din doi studenți chinezi, doi studenți belgieni și un student camerunez.

În primul rând, dorim să ne exprimăm mulțumirile pentru sprijinul lui Albert De Beir și al profesorului Bram Vanderborght.

Ca grup, am decis să abordăm o problemă socială relevantă. Pe măsură ce îmbătrânirea populației devine o problemă globală, volumul de muncă al îngrijitorilor și al asistenților medicali devine prea mare. Pe măsură ce oamenii îmbătrânesc, trebuie să ia adesea mai multe medicamente și vitamine. Cu un dozator automat de pilule, este posibil ca vârstnicii absenți să facă față acestei sarcini independent un pic mai mult. Prin aceasta, îngrijitorii și asistenții medicali pot avea mai mult timp pentru a petrece mai mulți pacienți dependenți.

De asemenea, ar fi foarte la îndemână pentru toți cei care sunt puțin uitați uneori și nu-și amintesc să-și ia pastilele.

Astfel, sistemul mecatronic ar trebui să ofere o soluție care să reamintească utilizatorului să-și ia pastilele și, de asemenea, să le elibereze. De asemenea, preferăm ca dozatorul automat de pastile să fie ușor de utilizat pentru a face posibilă utilizarea tuturor: indiferent de vârsta lor!

Pasul 1: Materiale

Carcasă:

• Mdf: 4 mm grosime pentru carcasa interioară
• Mdf: 3 și 6 mm grosime pentru carcasa exterioară

Asamblare

• Șuruburi și piulițe (M2 și M3)
• Rulment mic cu bile

Microcontroler:

Arduino UNO [Link comandă]

Parți electronice

• Placă de circuit necompletată [Link comandă]
• Servomotor mic 9g [Link comandă]
• Motor de curent continuu 5V mic [Link comandă]
• Tranzistor: BC 237 (tranzistor bipolar NPN) [Legătură comandă]
• Dioda 1N4001 (Tensiune inversă de vârf de 50V) [Link comandă]
• Buzzer pasiv: Transducteur piezo
• LCD1602

• Rezistențe:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Emițător infraroșu
• Detector cu infraroșu

Pasul 2: Carcasă interioară

Carcasa interioară poate fi văzută ca o cutie care conține toate mecanica interioară și electronica. Este format din 5 plăci de MDF de 4 mm care sunt tăiate cu laser în formele potrivite. Există, de asemenea, o a șasea placă opțională pe care o puteți adăuga. Această a șasea piesă opțională are o formă pătrată și poate fi folosită ca capac. Cele 5 plăci (partea inferioară și cele patru laturi) sunt proiectate într-o formă de puzzle, astfel încât să se potrivească perfect una în cealaltă. Ansamblul lor poate fi consolidat cu ajutorul șuruburilor. Avioanele au deja găurile în care ar trebui să se potrivească celelalte părți sau unde ar trebui să fie așezate șuruburile.

Pasul 3: Mecanism interior

MECANISMUL DISPENSOR

Mecanism

Mecanismul nostru de distribuire a pilulelor este după cum urmează: utilizatorul pune pilulele în compartimentul de depozitare din partea de sus a cutiei. Pe măsură ce placa inferioară a acelui compartiment este înclinată, pastilele vor aluneca automat în jos în primul tub, unde se stivuiesc. Sub acest tub se află un cilindru cu o mică gaură în care se potrivește perfect o singură pastilă. Această gaură mică este situată chiar sub tub, astfel încât pastilele să se îngrămădească deasupra acestuia, în timp ce prima pastilă se află în gaura cilindrului. Când trebuie luată o pastilă, cilindrul (cu o pastilă) se rotește cu 120 de grade, astfel încât pilula din cilindru să cadă într-un al doilea cilindru. Acest al doilea cilindru este locul unde se află un senzor care detectează dacă o pastilă a căzut de fapt din cilindru. Acesta servește drept sistem de feedback. Acest tub are o parte care iese mai sus decât cealaltă. Acest lucru se datorează faptului că această parte previne căderea pilulei peste cel de-al doilea tub și, astfel, ajută la garantarea că pilula va cădea în tub și va fi detectată de senzor. Sub acest tub se află un mic tobogan, astfel încât pilula să cadă prin orificiul din partea din față a cutiei interioare.

Întregul mecanism are nevoie de mai multe părți:

• Piese tăiate cu laser

  1. Placa înclinată de jos a compartimentului de depozitare.
  2. Plăcile laterale înclinate ale compartimentului de depozitare

• Piese imprimate 3D

  1. Tubul superior
  2. Cilindrul
  3. Axa
  4. Tubul inferior (vezi tubul inferior și compartimentul senzorului)
  5. Diapozitivul

• Alte părți

  Rulment cu role

Toate fișierele pieselor noastre care sunt necesare pentru tăierea cu laser sau imprimarea 3D pot fi găsite mai jos.

Diferite părți și asamblarea lor

PLĂCILE COMPARTIMENTULUI DE PĂSTRARE

Compartimentul de depozitare este format din trei plăci tăiate cu laser. Aceste plăci pot fi asamblate și conectate între ele și cutia interioară, deoarece au câteva găuri și bucăți mici care ies în evidență. Asta pentru ca toți să se încadreze unul în celălalt ca un puzzle! Găurile și piesele care ies în evidență sunt deja adăugate la fișierele CAD se poate folosi tăierea cu laser.

TUBUL SUPERIOR

Tubul superior este conectat doar la o parte a cutiei interioare. Este conectat cu ajutorul unei plăci care este atașată la acesta (este inclusă în desenul CAD pentru imprimarea 3D).

CILINDRU ȘI RULMENT

Cilindrul este conectat la cele 2 laturi ale cutiei. Pe de o parte, este conectat la servomotorul care induce mișcarea de rotație atunci când o pastilă trebuie să cadă. Pe de altă parte, este

COMPARTIMENTUL TUBULUI ȘI SENZORUL INFERIOR

Detectarea este o acțiune importantă atunci când vine vorba de administrarea pilulelor. Trebuie să putem primi o confirmare că o pastilă alocată a fost luată de pacient la un moment adecvat. Pentru a obține această funcționalitate, este important să luați în considerare diferiții pași de proiectare.

Alegerea componentelor de detectare corecte:

De la set când a fost validat proiectul, a trebuit să căutăm o componentă adecvată care să confirme trecerea unei pilule din cutie. Cunoașterea senzorilor poate fi utilă pentru această acțiune, principala provocare a fost cunoașterea tipului care va fi compatibil cu designul. Prima componentă pe care am găsit-o a fost un fotointeruptor care compune un emițător IR și o diodă fototransistor IR. Photointeruptorul PCB HS 810 cu slot de 25/64”a fost o soluție datorită compatibilității sale, ceea ce ne face să evităm posibila problemă a configurației unghiului. Am decis să nu folosim acest lucru datorită geometriei sale, va fi dificil de încorporat cu duza. Din unele proiecte conexe am văzut că este posibil să se utilizeze un emițător IR cu un detector IR cu mai puține alte componente ca senzor. Aceste componente IR pot fi găsite în diferite forme.

Imprimarea 3D a duzei pilulei care găureste senzorul

Fiind capabil să sortăm componenta principală care să fie utilizată ca senzor, a fost momentul să verificăm modul în care vor fi plasate pe duză. Duza are un diametru interior de 10 mm pentru trecerea liberă a pilulei din cilindrul rotativ. Prin fișa tehnică a elementelor de detectare, ne-am dat seama că introducerea de găuri în jurul suprafeței duzei corespunzătoare dimensiunii componentei va fi un avantaj suplimentar. Ar trebui ca aceste găuri să fie amplasate în orice punct de-a lungul suprafeței? nu pentru că pentru a obține o detecție maximă, angularitatea trebuie evaluată. Am tipărit un prototip pe baza specificațiilor de mai sus și am verificat detectabilitatea.

Evaluarea unghiului posibil al fasciculului și a unghiului de detecție

Din foaia de date a componentelor senzorului, fasciculul și unghiul de detecție sunt de 20 de grade, ceea ce înseamnă că atât lumina emițătoare cât și detectorul au o rază largă de 20 de grade. Deși acestea sunt specificațiile producătorilor, este totuși important să testați și să confirmați. Acest lucru a fost făcut prin simpla joacă cu componentele introducând o sursă de curent continuu alături de un LED. Concluzia la care s-a ajuns a fost să le plasăm opuse una față de cealaltă.

Asamblare

Designul de imprimare 3D al tubului are o placă conectată la acesta cu 4 găuri. Aceste găuri sunt utilizate pentru a conecta tubul la carcasa interioară folosind șuruburi.

Pasul 4: Mecanismul interior al electronicii

Mecanism de distribuire:

Mecanismul de distribuire se realizează prin utilizarea unui servomotor mic pentru rotația cilindrului mare.

Pinul de acționare pentru servomotorul „Reely Micro-servo 9g” este conectat direct la microcontroler. Microcontrolerul Arduino Uno poate fi utilizat cu ușurință pentru controlul servomotorului. Acest lucru datorită existenței bibliotecii încorporate pentru acțiuni servo-motor. De exemplu, cu comanda „write”, unghiurile dorite de 0 ° și 120 ° pot fi atinse. (Acest lucru se face în codul de proiect cu „servo.write (0)” și „servo.write (120)”).

Vibrator:

Mic motor DC fără perii cu dezechilibru

Acest dezechilibru se realizează cu o bucată de plastic care leagă axa motorului cu șurub și piuliță mici.

Motorul este acționat de un tranzistor mic, acest lucru se face deoarece pinul digital nu poate furniza curenți mai mari de 40,0 mA. Prin furnizarea curentului de la pinul Vin al microcontrolerului Arduino Uno, se pot atinge curenți de până la 200,0 mA. Acest lucru este suficient pentru a alimenta micul motor DC.

Când alimentarea motorului este oprită brusc, obțineți un vârf de curent datorită autoinductanței motorului. Așadar, o diodă este plasată peste conexiunile motorului pentru a preveni acest flux de curent care poate deteriora microcontrolerul.

sistem senzor:

Folosind o diodă emițătoare în infraroșu (LTE-4208) și o diodă detector în infraroșu (LTR-320 8) conectată la microcontrolerul Arduino Uno pentru a confirma trecerea unei pilule. Odată ce o pastilă va cădea, ar umbra lumina diodei emițătoare în infraroșu într-un timp scurt. Folosind un analogpin al arduino am obține aceste informații.

pentru detectare:

analogRead (A0)

Pasul 5: Caz exterior

• Dimensiune: 200 x 110 x 210 mm

• Material: panou de fibră de densitate medie

  Grosimea foii: 3 mm 6 mm

• Metoda de prelucrare: tăierea cu laser

Pentru carcasa exterioară, am folosit diferite tipuri de grosimi din cauza erorilor de tăiere cu laser. Alegem 3 mm și 6 mm pentru a ne asigura că toate foile pot fi combinate strâns.

Pentru dimensiune, având în vedere spațiul pentru carcasa interioară și dispozitivele electronice, lățimea și înălțimea carcasei exterioare sunt mai mari decât cele interioare. Lungimea este mult mai mare pentru a permite spațiul dispozitivelor electronice. Mai mult, pentru a ne asigura că pastilele pot cădea cu ușurință din cutie, am ținut carcasa interioară și exterioară foarte aproape.

Pasul 6: Electronică exterioară

Pentru electronica externă, a trebuit să lăsăm robotul nostru să interacționeze cu oamenii. Pentru a realiza acest lucru, am ales componentele noastre un LCD, un buzzer, un LED și 5 butoane. Această parte a dozatorului de pastile funcționează ca un ceas cu alarmă. Dacă nu este momentul potrivit pentru a lua pastile, ecranul LCD va afișa doar ora și data. Când pacientul trebuie să ia o pastilă, LED-ul se va aprinde, buzzer-ul va reda muzică și ecranul LCD va afișa „Vă doresc sănătate și fericire”. De asemenea, putem folosi partea de jos a ecranului pentru a modifica ora sau data.

Activați ecranul LCD

Am folosit LCD-1602 pentru a ne conecta direct la microcontroler și am folosit funcția: LiquidCrystal lcd pentru a activa ecranul LCD.

Buzzer

Am ales un buzzer pasiv care poate reda sunete de diferite frecvențe.

Pentru ca buzzerul să redea melodiile „City of the Sky” și „Happy Acura”, am definit patru matrice. Două dintre ele sunt denumite „melodie”, care stochează informațiile despre notele celor două melodii. Celelalte două matrice au fost denumite „Durată”. Acele tablouri stochează ritmul.

Apoi construim o buclă care redă muzică, pe care o puteți vedea în codul sursă.

Sincronizare

Am scris o serie de funcții pentru al doilea, minut, oră, dată, lună, săptămână și an.

Am folosit funcția: millis () pentru a calcula timpul.

Folosind trei butoane, „selectați”, „plus” și „minus”, ora poate fi modificată.

După cum știm cu toții, dacă vrem să controlăm o componentă, trebuie să folosim pinii arduino.

Știfturile pe care le-am folosit au fost următoarele:

LCD: Pin 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzzer: Pinul 10

Servomotor: Pinul 11

Motor pentru vibrații: Pin12

Senzor: A0

Buton1 (s): A1

Buton2 (plus): A2

Butonul 3 (minus): A3

Butonul 4 (luați pastilele): A4

LED: A5

Pasul 7: Asamblare totală

În cele din urmă, obținem ansamblul total ca imaginea de mai sus. Am folosit lipici în unele locuri pentru a ne asigura că este suficient de strâns. În unele locuri din interiorul mașinii am folosit și bandă și șuruburi pentru a o face suficient de puternică. Fișierul. STEP al desenelor noastre CAD poate fi găsit în partea de jos a acestui pas.

Pasul 8: Încărcarea codului

Pasul 9: Epilog

Aparatul poate avertiza utilizatorul să ia medicamentul și livrează cantitatea potrivită de pastile. Cu toate acestea, după o discuție cu un farmacist calificat și cu experiență, există câteva observații de făcut. O primă problemă este contaminarea pastilelor care sunt expuse mult timp la aerul din recipient, prin urmare calitatea și eficacitatea vor scădea. În mod normal, pastilele trebuie să fie conținute într-un comprimat din aluminiu bine închis. De asemenea, atunci când utilizatorul distribuie într-un anumit timp pilula A și apoi trebuie să elibereze pilula B, este destul de complex să curățați mașina pentru a vă asigura că nu există particule de pilula A care contaminează pilula B.

Aceste observații oferă o privire critică asupra soluției oferite de această mașină. Deci este nevoie de mai multe cercetări pentru a contracara aceste neajunsuri …

Pasul 10: Referințe

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Detectoare optice. Departamentul de Inginerie Mecanică a Energiei, Universitatea Națională Tsing Hua.