Den automatiske pilledispenser: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Vi er først kandidatstuderende Elektromekanisk ingeniørvidenskab på Det Tekniske Fakultet i Bruxelles (kort sagt "Bruface"). Dette er et initiativ fra to universiteter i centrum af Bruxelles: Université Libre de Bruxelles (ULB) og Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Som en del af programmet måtte vi lave et rigtigt fungerende mekatronisk system til kurset Mekatronik.

I teoretiske kurser lærte vi, hvordan forskellige komponenter skal kombineres til rigtige applikationer. Herefter fik vi en introduktion om det grundlæggende i en Arduino mikrokontroller og hvordan man styrer et mekatronik system. Målet med kurset var at kunne designe, producere og programmere mekatronisk system.

Alt dette skal gøres i gruppe. Vores gruppe var et internationalt team, der består af to kinesiske studerende, to belgiske studerende og en camerounsk studerende.

Først og fremmest vil vi udtrykke vores tak for støtten fra Albert De Beir og professor Bram Vanderborght.

Som en gruppe besluttede vi at tackle et socialt relevant problem. Efterhånden som den aldrende befolkning bliver et globalt problem, bliver arbejdsbyrden for plejere og sygeplejersker for stor. Når folk bliver ældre, skal de ofte tage flere lægemidler og vitaminer. Med en automatisk pilledispenser er det muligt for fraværende sindede ældre at klare denne opgave lidt længere uafhængigt. Ved dette kan plejere og sygeplejersker have mere tid til at bruge på mere afhængige patienter.

Det ville også være meget praktisk for alle, der til tider er lidt glemsomme og ikke husker at tage sine piller.

Således bør det mekatroniske system levere en løsning, der minder brugeren om at tage sine piller og også dispenserer pillerne. Vi foretrækker også, at den automatiske pilleautomat er brugervenlig for at gøre det muligt for alle at bruge: uanset alder!

Trin 1: Materialer

Kabinet:

• Mdf: 4 mm tykkelse til indersiden
• Mdf: 3 og 6 mm tykkelse til yderkassen

montage

• Bolte og møtrikker (M2 og M3)
• Lille kugleleje

Mikrokontroller:

Arduino UNO [Bestil link]

Elektroniske dele

• Tomt printkort [Bestillingslink]
• Lille servomotor 9g [bestillingslink]
• Lille DC-motor 5V [bestillingslink]
• Transistor: BC 237 (NPN bipolar transistor) [Bestil link]
• Diode 1N4001 (Peak Invers Voltage på 50V) [Bestillingslink]
• Passiv summer: Transducteur piezo
• LCD1602

• Modstande:

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

Trin 2: Indvendig sag

Den indre kasse kan ses som kassen, der indeholder al indre mekanik og elektronik. Den består af 5 plader af 4 mm MDF, der er laserskåret i de rigtige former. Der er også en valgfri sjette plade, man kan tilføje. Dette valgfrie sjette stykke har en firkantet form og kan bruges som låg. De 5 plader (bunden og de fire sider) er designet i en puslespilform, så de passer perfekt ind i hinanden. Deres samling kan forstærkes ved hjælp af skruer. Flyene har allerede hullerne, hvor de andre dele skal passe ind, eller hvor boltene skal placeres.

Trin 3: Indre mekanisme

UDGIVELSESMEKANISMEN

Mekanisme

Vores pilleudleveringsmekanisme er som følger: brugeren lægger pillerne i opbevaringsrummet i toppen af æsken. Da bundpladen i det rum er skråt, vil pillerne automatisk glide ned i det første rør, hvor de stables op. Under dette rør er en cylinder med et lille hul i, hvor kun en pille passer perfekt ind. Dette lille hul er placeret lige under røret, så pillerne stabler op over det, mens den første pille ligger i cylinderens hul. Når en pille skal tages, roterer cylinderen (med en pille i) 120 grader, så pillen i cylinderen falder ned i en anden cylinder. Denne anden cylinder er, hvor en sensor er placeret, der registrerer, om en pille faktisk er faldet ned fra cylinderen. Dette fungerer som feedback system. Dette rør har den ene side, der stikker højere ud end den anden. Det skyldes, at denne side forhindrer, at pillen falder over det andet rør, og dermed hjælper med at garantere, at pillen falder ned i røret og vil blive detekteret af sensoren. Under dette rør er der placeret et lille dias, så den tabende pille vil glide gennem hullet foran i den indre boks.

Hele denne mekanisme har brug for flere dele:

• Laserskårne dele

  1. Den nederste skrå plade i opbevaringsrummet.
  2. De skrå plader i opbevaringsrummet

• 3D -printede dele

  1. Det øverste rør
  2. Cylinderen
  3. Aksen
  4. Det nederste rør (se det nederste rør og sensorrummet)
  5. Diaset

• Andre dele

  Rulleleje

Alle filer af vores dele, der er nødvendige for laserskæring eller 3D -print, findes nedenfor.

Forskellige dele og deres samling

OPBEVARINGSPLADERNE

Opbevaringsrummet består af tre plader, der laserskæres. Disse plader kan samles og forbindes med hinanden og den indre boks, fordi de har nogle huller og små stykker, der skiller sig ud. Dette er så de alle passer ind i hinanden som et puslespil! Hullerne og skiller sig ud allerede er tilføjet til CAD -filer, man kan bruge laserskæringen.

ØVERSTE RØR

Det øvre rør er kun forbundet med den ene side af den indre boks. Det er forbundet ved hjælp af en plade, der er fastgjort til det (det er inkluderet i CAD -tegningen til 3D -udskrivning).

CYLINDER & RULLER

Cylinderen er forbundet til 2 sider af kassen. På den ene side er den forbundet til servomotoren, der fremkalder den roterende bevægelse, når en pille skal falde. På den anden side, det

DET NEDRE RØR OG SENSORRUM

Sensing er en vigtig handling, når det kommer til pilleudlevering. Vi skal kunne få en bekræftelse på, at patienten har taget en tildelt pille på et passende tidspunkt. For at få denne funktionalitet er det vigtigt at overveje de forskellige designtrin.

Valg af de korrekte registrerende komponenter:

Fra det tidspunkt, da projektet blev valideret, var vi nødt til at søge efter en passende komponent, der bekræfter passagen af en pille fra æsken. At kende sensorer kan være nyttigt til denne handling, den største udfordring var at kende den type, der vil være kompatibel med designet. Den første komponent, vi fandt, var en fotointeruptor, der sammensatte en IR -sender og IR -fototransistordiode. 25/64 '' slot PCB HS 810 fotointeruptor var en løsning på grund af dets kompatibilitet, der gjorde, at vi undgik det mulige problem med vinkelkonfiguration. Vi besluttede ikke at bruge dette på grund af det geometri, det vil være svært at inkorporere med dysen. Fra et relateret projekt så vi, at det er muligt at bruge en IR -sender med en IR -detektor med færre andre komponenter som en sensor. Disse IR -komponenter kunne findes i forskellige former.

3D -print af pillemundstykket, der huller sensoren

Da det var i stand til at sortere hovedkomponenten, der skulle bruges som sensor, var det derefter tid til at kontrollere, hvordan de vil placeres på dysen. Dysen har en indvendig diameter på 10 mm til fri passage af pille fra den roterende cylinder. Ved dataarket for følerelementerne indså vi, at det vil være en ekstra fordel at indføre huller omkring dyseoverfladen svarende til komponentens dimension. Skal disse huller placeres på et hvilket som helst tidspunkt langs overfladen? nej, for at opnå maksimal detektion skal vinklen evalueres. Vi printede en prototype baseret på specifikationerne ovenfor og kontrollerede for påviselighed.

Evaluering af den mulige strålevinkel og detektionsvinkel

Fra dataarket for sensorkomponenterne er strålen og detektionsvinklen 20 grader, hvilket betyder, at både det udsendende lys og detektoren har et bredt spænd på 20 grader. Selvom disse er producentspecifikationer, er det stadig vigtigt at teste og bekræfte. Dette blev gjort ved blot at lege med komponenterne, der introducerede en DC -kilde sammen med en LED. Konklusionen var at placere dem modsat hinanden.

montage

3D -printdesignet på røret har en plade forbundet med det med 4 huller. Disse huller bruges til at forbinde røret til det indre kabinet ved hjælp af bolte.

Trin 4: Elektronisk indre mekanisme

Udleveringsmekanisme:

Dispenseringsmekanismen opnås ved at bruge en lille servomotor til rotation af den store cylinder.

Drivstiften til 'Reely Micro-servo 9g' servomotor er forbundet direkte til mikrokontrolleren. Mikrocontrolleren Arduino Uno kan let bruges til styring af servomotoren. Dette på grund af eksistensen af det indbyggede bibliotek til servomotoriske handlinger. For eksempel med 'skrive'-kommandoen kan de ønskede vinkler på 0 ° og 120 ° nås. (Dette gøres i projektkoden med 'servo.write (0)' og 'servo.write (120)').

Vibrator:

Lille børsteløs DC -motor med ubalance

Denne ubalance opnås med et stykke plast, der forbinder motoraksen med en lille bolt og møtrik.

Motoren drives af en lille transistor, dette gøres fordi den digitale pin ikke kan levere højere strømme end 40,0 mA. Ved at levere strømmen fra Vin -stiften på Arduino Uno -mikrokontrolleren kan man nå strømme op til 200,0 mA. Dette er nok til at drive den lille DC-motor.

Når motorens strømforsyning pludselig stoppes, får du en strømspids på grund af motorens selvinduktans. Så en diode placeres over motorforbindelserne for at forhindre denne tilbagestrømning af strømmen, som kan beskadige mikrokontrolleren.

sensorsystem:

Ved hjælp af en infrarød emitterdiode (LTE-4208) og en infrarød detektordiode (LTR-320 8) forbundet til Arduino Uno mikrokontroller for at bekræfte passagen af en pille. Når en pille falder ned, ville den skygge lyset fra infrarød emitterdiode på kort tid. Ved hjælp af en analogpin af arduinoen ville vi få disse oplysninger.

til påvisning:

analogRead (A0)

Trin 5: Yderkasse

• Størrelse: 200 x 110 x 210 mm

• Materiale: fiberplade med medium densitet

  Pladetykkelse: 3 mm 6 mm

• Forarbejdningsmetode: laserskæring

For det ydre tilfælde brugte vi forskellige slags tykkelser på grund af fejl i laserskæringen. Vi vælger 3 mm og 6 mm for at sikre, at alle ark kan kombineres tæt.

Med hensyn til størrelse, i betragtning af plads til den indre kasse og elektroniske enheder, er bredden og højden af den ydre kasse kuld større end den indre. Længden er meget længere for at give plads til de elektroniske enheder. For at sikre, at pillerne let kan falde ud af kassen, holdt vi desuden den indre og ydre kasse meget tæt.

Trin 6: Ydre elektronik

For ekstern elektronik måtte vi lade vores robot interagere med mennesker. For at opnå dette valgte vi en LCD, en summer, en LED og 5 knapper som vores komponenter. Denne del af pillebeholderen fungerer som et vækkeur. Hvis det ikke er det rigtige tidspunkt at tage piller, viser LCD'en bare tid og dato. Når patienten skal tage en pille, lyser LED'en, summeren spiller musik og LCD'et viser "Jeg ønsker dig sundhed og lykke". Vi kan også bruge bunden af skærmen til at ændre tid eller dato.

Aktiver LCD

Vi brugte LCD-1602 til at oprette forbindelse direkte til mikrokontrolleren og brugte funktionen: LiquidCrystal lcd til at aktivere LCD'en.

Summer

Vi valgte en passiv summer, der kan afspille lyde af forskellige frekvenser.

For at summeren kunne afspille sangene "City of the Sky" og "Happy Acura", definerede vi fire arrays. To af dem hedder "tune", som gemmer noteoplysningerne for de to sange. De to andre arrays fik navnet "Varighed". Disse arrays gemmer rytmen.

Vi bygger derefter en loop, der afspiller musik, som du kan se i kildekoden.

Timing

Vi skrev en række funktioner for det andet, minut, time, dato, måned, uge og år.

Vi brugte funktionen: millis () til at beregne tiden.

Ved hjælp af tre knapper, 'vælg', 'plus' og 'minus', kan tiden ændres.

Som vi alle ved, skal vi bruge arduinos stifter, hvis vi vil styre en komponent.

De ben, vi brugte, var følgende:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Motor til vibrationer: Pin12

Sensor: A0

Knap1 (r): A1

Knap2 (plus): A2

Knap3 (minus): A3

Knap4 (tag pillerne): A4

LED: A5

Trin 7: Samlet samlet

Endelig får vi den samlede samling som billedet vist ovenfor. Vi brugte lim nogle steder for at sikre, at den er stram nok. Nogle steder på indersiden af maskinen brugte vi også tape og skruer til at gøre den stærk nok.. STEP -filen med vores CAD -tegninger findes nederst i dette trin.

Trin 8: Upload af koden

Trin 9: Epilog

Maskinen kan advare brugeren om at tage medicinen og leverer den rigtige mængde piller. Efter en diskussion med en kvalificeret og erfaren farmaceut er der dog nogle bemærkninger at gøre. Et første problem er kontaminering af pillerne, som i lang tid udsættes for luften i beholderen, hvorfor kvaliteten og effektiviteten vil falde. Normalt bør piller være indeholdt i en brønd, der er lukket i en aluminiumstablet. Også når brugeren dispenserer i løbet af en bestemt tidspille A og bagefter skal udlevere pille B, er det ret komplekst at rengøre maskinen for at sikre, at der ikke er partikler af pille A, der forurener pille B.

Disse observationer giver et kritisk blik på den løsning, som denne maskine leverer. Så mere forskning er nødvendig for at imødegå disse mangler …

Trin 10: Referencer

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optiske detektorer. Institut for Power Mechanical Engineering, National Tsing Hua universitet.