Den automatiske pilledispenseren: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Vi er de første masterstudentene Elektro-mekanisk ingeniørfag ved ingeniørfakultetet i Brussel (kort sagt "Bruface"). Dette er et initiativ fra to universiteter i sentrum av Brussel: Université Libre de Bruxelles (ULB) og Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Som en del av programmet måtte vi lage et ekte fungerende mekatronisk system for kurset Mekatronikk.

I teoretiske kurs lærte vi hvordan forskjellige komponenter skal kombineres til virkelige applikasjoner. Etter det fikk vi en introduksjon om det grunnleggende om en Arduino mikrokontroller og hvordan du styrer et mekatronikk -system. Målet med kurset var å kunne designe, produsere og programmere mekatronisk system.

Alt bør gjøres i gruppe. Gruppen vår var et internasjonalt team som består av to kinesiske studenter, to belgiske studenter og en kamerunsk student.

Først og fremst vil vi takke for støtten fra Albert De Beir og professor Bram Vanderborght.

Som en gruppe bestemte vi oss for å takle et sosialt relevant problem. Etter hvert som den aldrende befolkningen blir et globalt problem, blir arbeidsmengden til omsorgspersoner og sykepleiere for stor. Når folk blir eldre, må de ofte ta flere medisiner og vitaminer. Med en automatisk pilledispenser er det mulig for fraværende sinnende eldre å klare denne oppgaven uavhengig litt lenger. Av denne omsorgspersoner og sykepleiere kan ha mer tid å bruke på mer avhengige pasienter.

Det ville også være veldig nyttig for alle som til tider er litt glemsomme og ikke husker å ta pillene sine.

Dermed bør det mekatroniske systemet levere en løsning som minner brukeren om å ta pillene sine og også dispensere pillene. Vi foretrekker også at den automatiske pilledispenseren er brukervennlig for å gjøre det mulig for alle å bruke: uansett alder!

Trinn 1: Materialer

Hylster:

• Mdf: 4 mm tykkelse for det indre etuiet
• Mdf: 3 og 6 mm tykkelse for ytterkassen

montering

• Bolter og muttere (M2 og M3)
• Lite kulelager

Mikrokontroller:

Arduino UNO [Bestill lenke]

Elektroniske deler

• Tomt kretskort [Bestill lenke]
• Liten servomotor 9g [Bestill lenke]
• Liten DC-motor 5V [Bestill lenke]
• Transistor: BC 237 (NPN bipolar transistor) [Bestill lenke]
• Diode 1N4001 (Peak Invers Voltage på 50V) [Bestill lenke]
• Passiv summer: Transducteur piezo
• LCD1602

• Motstander:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Infrarød sender
• Infrarød detektor

Trinn 2: Innvendig etui

Den indre saken kan sees på som esken som inneholder all indre mekanikk og elektronikk. Den består av 5 plater av 4 mm MDF som er laserskåret i de riktige formene. Det er også en valgfri sjette tallerken man kan legge til. Dette valgfrie sjette stykket har en firkantet form og kan brukes som lokk. De 5 platene (bunnen og de fire sidene) er utformet i en puslespillform slik at de passer perfekt inn i hverandre. Monteringen kan forsterkes ved hjelp av skruer. Flyene har allerede hullene der de andre delene skal passe inn eller hvor boltene skal plasseres.

Trinn 3: indre mekanisme

DISPENSERINGSMEKANISMEN

Mekanisme

Pilledispenseringsmekanismen vår er som følger: brukeren legger pillene i oppbevaringsrommet øverst i esken. Ettersom bunnplaten i rommet er skråstilt, vil pillene automatisk gli ned i det første røret, der de stables opp. Under dette røret er en sylinder med et lite hull der bare en pille passer perfekt inn. Dette lille hullet er plassert rett under røret slik at pillene stabler seg over det, mens den første pillen ligger i sylinderhullet. Når en pille må tas, roterer sylinderen (med en pille i) 120 grader slik at pillen i sylinderen faller ned i en andre sylinder. Denne andre sylinderen er der en sensor befinner seg som oppdager om en pille faktisk har falt ned fra sylinderen. Dette fungerer som et tilbakemeldingssystem. Dette røret har den ene siden som stikker høyere ut enn den andre. Dette er fordi denne siden forhindrer at pillen faller over det andre røret, og dermed bidrar til å garantere at pillen faller ned i røret og vil bli detektert av sensoren. Under dette røret er det plassert et lite lysbilde slik at tablettpillen vil gli gjennom hullet foran på den indre boksen.

Hele denne mekanismen trenger flere deler:

• Laserskårne deler

  1. Den nedre skråplaten i oppbevaringsrommet.
  2. De skrå sidene på oppbevaringsrommet

• 3D -trykte deler

  1. Det øvre røret
  2. Sylinderen
  3. Aksen
  4. Det nedre røret (se det nedre røret og sensorrommet)
  5. Sklien

• Andre deler

  Rulleleie

Alle filer av våre deler som er nødvendige for laserskjæring eller 3D -utskrift finner du nedenfor.

Ulike deler og deres montering

OPPBEVARINGSPLATENE

Oppbevaringsrommet består av tre plater som laserskjæres. Disse platene kan settes sammen og kobles til hverandre og den indre boksen fordi de har noen hull og små biter som skiller seg ut. Dette er slik at de alle passer inn i hverandre som et puslespill! Hullene og de utstående bitene er allerede lagt til i CAD -filene man kan bruke laserskåret til.

ØVERSTE RØR

Det øvre røret er bare koblet til den ene siden av den indre boksen. Den er koblet til ved hjelp av en plate som er festet til den (den er inkludert i CAD -tegningen for 3D -utskrift).

SILINDER & RULLAGER

Sylinderen er koblet til 2 sider av boksen. På den ene siden er den koblet til servomotoren som induserer rotasjonsbevegelsen når en pille må slippe. På den andre siden, det

DEN NEDRE RØREN OG SENSOROMRÅDET

Sensing er en viktig handling når det gjelder pilleutdeling. Vi må kunne få en bekreftelse på at en tildelt pille er tatt av pasienten på et passende tidspunkt. For å få denne funksjonaliteten er det viktig å vurdere de ulike designtrinnene.

Velge riktige detekteringskomponenter:

Fra det tidspunktet da prosjektet ble validert, måtte vi søke etter en passende komponent som vil bekrefte passering av en pille fra esken. Å kjenne sensorer kan være nyttig for denne handlingen, hovedutfordringen var å vite hvilken type som vil være kompatibel med designet. Den første komponenten vi fant var en fotointeruptor som består av en IR -sender og IR -fototransistordiode. 25/64 '' spor PCB HS 810 fotointeruptor var en løsning på grunn av kompatibiliteten som gjorde at vi unngikk det mulige problemet med vinkelkonfigurasjon. Vi bestemte oss for ikke å bruke dette på grunn av det geometri, det vil være vanskelig å inkorporere med dysen. Fra et relatert prosjekt så vi at det er mulig å bruke en IR -sender med en IR -detektor med færre andre komponenter som en sensor. Disse IR -komponentene kan finnes i forskjellige former.

3D -utskrift av pillemunnstykket som huller sensoren

Da vi kunne sortere hovedkomponenten som skulle brukes som sensor, var det på tide å sjekke hvordan de vil bli plassert på munnstykket. Dysen har en indre diameter på 10 mm for fri passering av pille fra den roterende sylinderen. Ved databladet for sanseelementene innså vi at det vil være en ekstra fordel å innføre hull rundt dyseoverflaten som tilsvarer dimensjonen til komponenten. Skal disse hullene plasseres på et hvilket som helst tidspunkt langs overflaten? nei fordi vinkelen må evalueres for å oppnå maksimal deteksjon. Vi skrev ut en prototype basert på spesifikasjonene ovenfor og undersøkte om det var påviselig.

Evaluering av mulig strålevinkel og deteksjonsvinkel

Fra databladet til sensorkomponentene er strålen og deteksjonsvinkelen 20 grader, dette betyr at både lyset og detektoren har et bredt spenn på 20 grader. Selv om disse er produsentspesifikasjon, er det fortsatt viktig å teste og bekrefte. Dette ble gjort ved ganske enkelt å leke med komponentene som introduserte en DC -kilde sammen med en LED. Konklusjonen var å plassere dem motsatt hverandre.

montering

3D -printdesignen på røret har en plate koblet til den med 4 hull. Disse hullene brukes til å koble røret til det indre etuiet ved hjelp av bolter.

Trinn 4: Elektronikk indre mekanisme

Utleveringsmekanisme:

Utleveringsmekanismen oppnås ved å bruke en liten servomotor for rotasjon av den store sylinderen.

Drivpinnen for 'Reely Micro-servo 9g' servomotor er koblet direkte til mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren Arduino Uno kan enkelt brukes til kontroll av servomotoren. Dette på grunn av eksistensen av det innebygde biblioteket for servomotoriske handlinger. For eksempel med 'skrive'-kommandoen kan man nå de ønskede vinklene 0 ° og 120 °. (Dette gjøres i prosjektkoden med 'servo.write (0)' og 'servo.write (120)').

Vibrator:

Liten børsteløs DC -motor med ubalanse

Denne ubalansen oppnås med et stykke plast som forbinder motoraksen med en liten bolt og mutter.

Motoren drives av en liten transistor, dette gjøres fordi den digitale pinnen ikke kan levere høyere strømmer enn 40,0 mA. Ved å levere strømmen fra Vin -pinnen til Arduino Uno mikrokontroller, kan man nå strømmer opp til 200,0 mA. Dette er nok til å drive den lille DC-motoren.

Når motordriften brått stoppes, får du en nåværende topp på grunn av motorens selvinduktans. Så en diode er plassert over motorforbindelsene for å forhindre tilbakestrømninger av strømmen som kan skade mikrokontrolleren.

sensorsystem:

Ved hjelp av en infrarød emitterdiode (LTE-4208) og en infrarød detektordiode (LTR-320 8) koblet til Arduino Uno mikrokontroller for å bekrefte passering av en pille. Når en pille faller ned, vil den skygge lyset til infrarød emitterdiode på kort tid. Ved å bruke en analogpin av arduinoen vil vi få denne informasjonen.

for påvisning:

analogRead (A0)

Trinn 5: Ytterkasse

• Størrelse: 200 x 110 x 210 mm

• Materiale: medium fiberplate

  Tykkelse på ark: 3 mm 6 mm

• Behandlingsmetode: laserskjæring

For ytterkassen brukte vi forskjellige tykkelser på grunn av feil ved laserskjæring. Vi velger 3 mm og 6 mm for å sikre at alle ark kan kombineres tett.

For størrelse, med tanke på plass til det indre etui og elektroniske enheter, er bredden og høyden på det ytre etuiet større enn det indre. Lengden er mye lengre for å gi plass til de elektroniske enhetene. For å sikre at pillene lett kan falle ut av esken, holdt vi den indre og ytre esken veldig tett.

Trinn 6: Ytre elektronikk

For ekstern elektronikk måtte vi la roboten vår samhandle med mennesker. For å oppnå dette valgte vi en LCD, en summer, en LED og 5 knapper som våre komponenter. Denne delen av pilledispenseren fungerer som en vekkerklokke. Hvis det ikke er riktig tidspunkt å ta piller, vil displayet bare vise tid og dato. Når pasienten må ta en pille, lyser LED -en, summeren spiller musikk og LCD -displayet viser "Jeg ønsker deg helse og lykke". Vi kan også bruke bunnen av skjermen for å endre tid eller dato.

Aktiver LCD

Vi brukte LCD-1602 til å koble direkte til mikrokontrolleren og brukte funksjonen: LiquidCrystal lcd for å aktivere LCD-skjermen.

Summer

Vi valgte en passiv summer som kan spille lyder av forskjellige frekvenser.

For at summeren skulle spille sangene "City of the Sky" og "Happy Acura", definerte vi fire matriser. To av dem heter "tune", som lagrer notatinformasjonen til de to sangene. De to andre matrisene fikk navnet "Varighet". Disse matrisene lagrer rytmen.

Vi bygger deretter en loop som spiller musikk, som du kan se i kildekoden.

Timing

Vi skrev en rekke funksjoner for andre, minutt, time, dato, måned, uke og år.

Vi brukte funksjonen: millis () for å beregne tiden.

Ved å bruke tre knapper, 'velg', 'pluss' og 'minus', kan tiden endres.

Som vi alle vet, må vi bruke arduino -pinnene hvis vi vil kontrollere en komponent.

Pinnene vi brukte var følgende:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Motor for vibrasjon: Pin12

Sensor: A0

Knapp1 (r): A1

Knapp 2 (pluss): A2

Knapp 3 (minus): A3

Knapp 4 (ta pillene): A4

LED: A5

Trinn 7: Total montering

Til slutt får vi den totale samlingen som bildet vist ovenfor. Vi brukte lim noen steder for å sikre at det er tett nok. Noen steder på innsiden av maskinen brukte vi også tape og skruer for å gjøre den sterk nok.. STEP -filen til våre CAD -tegninger finner du nederst i dette trinnet.

Trinn 8: Last opp koden

Trinn 9: Epilog

Maskinen kan advare brukeren om å ta medisinen og leverer riktig mengde piller. Etter en diskusjon med en kvalifisert og erfaren apotek er det imidlertid noen kommentarer å gjøre. Et første problem er forurensning av pillene som i lang tid utsettes for luften i beholderen, og derfor vil kvaliteten og effekten reduseres. Normalt bør piller finnes i en brønn lukket i en aluminiumstablett. Også når brukeren dispenserer i løpet av en bestemt tidspille A og etterpå må utlevere pille B, er det ganske komplisert å rengjøre maskinen for å sikre at det ikke er partikler av pille A forurensende pille B.

Disse observasjonene gir et kritisk blikk på løsningen som denne maskinen leverer. Så det er behov for mer forskning for å imøtekomme disse manglene …

Trinn 10: Referanser

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optiske detektorer. Institutt for kraftmekanikk, Nasjonalt Tsing Hua -universitet.