Automatyczny dozownik tabletek: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Jesteśmy pierwszymi studentami studiów magisterskich Inżynieria elektromechaniczna na Wydziale Inżynierii w Brukseli (w skrócie "Bruface"). Jest to inicjatywa dwóch uniwersytetów zlokalizowanych w centrum Brukseli: Université Libre de Bruxelles (ULB) i Vrije Universiteit Brussel (VUB).

W ramach programu musieliśmy wykonać prawdziwy działający system mechatroniczny dla kursu Mechatronika.

Na kursach teoretycznych dowiedzieliśmy się, jak różne komponenty należy łączyć w rzeczywiste aplikacje. Następnie dostaliśmy wprowadzenie o podstawach mikrokontrolera Arduino i sterowaniu systemem mechatronicznym. Celem kursu była umiejętność projektowania, produkcji i programowania systemu mechatronicznego.

Wszystko to powinno odbywać się w grupie. Nasza grupa była międzynarodowym zespołem, który składał się z dwóch chińskich studentów, dwóch belgijskich i jednego z Kamerunu.

Przede wszystkim pragniemy podziękować za wsparcie Alberta De Beira i profesora Brama Vanderborghta.

Jako grupa postanowiliśmy zająć się problemem społecznym. Ponieważ starzenie się społeczeństwa staje się problemem globalnym, obciążenie pracą opiekunów i pielęgniarek staje się zbyt duże. Wraz z wiekiem ludzie często muszą przyjmować więcej leków i witamin. Dzięki automatycznemu dozownikowi tabletek roztargnione osoby starsze mogą nieco dłużej radzić sobie z tym zadaniem. Dzięki temu opiekunowie i pielęgniarki mogą mieć więcej czasu dla bardziej uzależnionych pacjentów.

Byłoby również bardzo przydatne dla wszystkich, którzy czasami są trochę zapominalscy i nie pamiętają o przyjmowaniu tabletek.

Dlatego system mechatroniczny powinien dostarczać rozwiązania, które przypomina użytkownikowi o zażyciu tabletek, a także o ich wydawaniu. Preferujemy również, aby automatyczny dozownik tabletek był przyjazny dla użytkownika, aby umożliwić korzystanie z niego każdemu: niezależnie od wieku!

Krok 1: Materiały

Obudowa:

• Mdf: grubość 4 mm dla obudowy wewnętrznej
• Mdf: grubość 3 i 6 mm dla obudowy zewnętrznej

montaż

• Śruby i nakrętki (M2 i M3)
• Małe łożysko kulkowe

Mikrokontroler:

Arduino UNO [link do zamówienia]

Części elektroniczne

• Pusta płytka drukowana [link do zamówienia]
• Mały silnik serwo 9g [link do zamówienia]
• Mały silnik prądu stałego 5V [Zamów link]
• Tranzystor: BC 237 (tranzystor bipolarny NPN) [Zamów link]
• Dioda 1N4001 (szczytowe napięcie odwrotne 50V) [Zamów link]
• Brzęczyk pasywny: piezoelektryczny przetwornik
• LCD1602

• Rezystory:

  • 1x270 omów
  • 1x330 omów
  • 1x470 omów
  • 5 x 10 tys. omów
• Nadajnik podczerwieni
• Detektor podczerwieni

Krok 2: Sprawa wewnętrzna

Wewnętrzna obudowa może być postrzegana jako pudełko, które zawiera całą wewnętrzną mechanikę i elektronikę. Składa się z 5 płyt 4mm MDF, które są wycinane laserowo w odpowiednie kształty. Istnieje również opcjonalna szósta płyta, którą można dodać. Ten opcjonalny szósty element ma kwadratowy kształt i może służyć jako pokrywka. 5 talerzy (spód i cztery boki) zostało zaprojektowanych w kształcie puzzli, dzięki czemu idealnie do siebie pasują. Ich montaż można wzmocnić za pomocą śrub. Płaszczyzny mają już otwory, w które powinny zmieścić się inne części lub w których należy umieścić śruby.

Krok 3: Mechanizm wewnętrzny

MECHANIZM DOZOWANIA

Mechanizm

Nasz mechanizm dozowania tabletek wygląda następująco: użytkownik wkłada tabletki do schowka w górnej części pudełka. Ponieważ dolna płyta tej komory jest pochylona, pigułki automatycznie zsuną się do pierwszej tuby, gdzie się układają. Pod tą tubą znajduje się cylinder z małym otworem, w którym idealnie mieści się tylko jedna pigułka. Ten mały otwór znajduje się tuż pod tubką, dzięki czemu pigułki układają się nad nią, podczas gdy pierwsza pigułka leży w otworze cylindra. Kiedy trzeba przyjąć pigułkę, cylinder (z pigułką w środku) obraca się o 120 stopni, tak że pigułka w cylindrze opada do drugiego cylindra. W tym drugim cylindrze znajduje się czujnik, który wykrywa, czy pigułka rzeczywiście spadła z cylindra. Służy to jako system sprzężenia zwrotnego. Ta rurka ma jedną stronę, która wystaje wyżej niż druga. Dzieje się tak, ponieważ ta strona zapobiega wypadaniu pigułki na drugą tubkę, a tym samym gwarantuje, że pigułka wpadnie do tubki i zostanie wykryta przez czujnik. Pod tą rurką znajduje się mały slajd, dzięki któremu kropla pigułki przesunie się przez otwór z przodu wewnętrznego pudełka.

Cały ten mechanizm wymaga kilku części:

• Części wycinane laserowo

  1. Dolna skośna płyta schowka.
  2. Boczne skośne płyty schowka

• Części drukowane w 3D

  1. Górna rura
  2. Cylinder
  3. Oś
  4. Dolna rurka (patrz dolna rurka i komora czujnika)
  5. Zjeżdżalnia

• Inne części

  Łożysko toczne

Wszystkie pliki naszych części, które są potrzebne do wycięcia laserowego lub wydruku 3D znajdziesz poniżej.

Różne części i ich montaż

PŁYTY DO PRZECHOWYWANIA

Schowek składa się z trzech płyt wycinanych laserowo. Płyty te można montować i łączyć ze sobą oraz ze skrzynką wewnętrzną, ponieważ mają wystające otwory i małe kawałki. Wszystko po to, aby pasowały do siebie jak puzzle! Otwory i wystające elementy są już dodane do plików CAD, można je wyciąć laserem.

RURA GÓRNA

Górna rura jest połączona tylko z jednej strony wewnętrznego pudełka. Jest on połączony za pomocą dołączonej do niego płyty (jest dołączony do rysunku CAD do druku 3D).

CYLINDRA I ŁOŻYSKO WALCOWE

Cylinder jest połączony z 2 stron pudełka. Z jednej strony jest połączony z serwomotorem, który indukuje ruch obrotowy, gdy pigułka musi upaść. Z drugiej strony to

DOLNY KOMORA NA RURKI I CZUJNIKI

Wyczuwanie jest ważnym działaniem, jeśli chodzi o dozowanie tabletek. Musimy być w stanie uzyskać potwierdzenie, że przydzielona pigułka została zażyta przez pacjenta w odpowiednim czasie. Aby uzyskać tę funkcjonalność, należy wziąć pod uwagę różne etapy projektowania.

Wybór właściwych komponentów wykrywających:

Od samego początku, kiedy projekt został zatwierdzony, musieliśmy szukać odpowiedniego komponentu, który potwierdzi wypuszczenie pigułki z pudełka. Znając czujniki, które mogą być przydatne do tego działania, głównym wyzwaniem było poznanie typu, który będzie kompatybilny z projektem. Pierwszym komponentem, który znaleźliśmy, był fotoprzerywacz składający się z emitera IR i diody fototranzystorowej IR. Fotoprzerywacz PCB HS 810 z gniazdem 25/64” był rozwiązaniem ze względu na jego kompatybilność, dzięki czemu uniknęliśmy ewentualnego problemu z konfiguracją kąta. Zdecydowaliśmy się nie używać tego ze względu na geometrię, która będzie trudna do zintegrowania z dyszą. Z jakiegoś powiązanego projektu widzieliśmy, że możliwe jest użycie emitera IR z detektorem IR z mniejszą liczbą innych komponentów jako czujnika. Te komponenty IR można było znaleźć w różnych kształtach.

Drukowanie 3D dyszy pigułki, która dziurkuje czujnik

Mając możliwość uporządkowania głównego komponentu, który ma być użyty jako czujnik, nadszedł czas, aby sprawdzić, jak zostaną umieszczone na dyszy. Dysza ma średnicę wewnętrzną 10 mm dla swobodnego przejścia pigułki z obracającego się cylindra. Z karty katalogowej elementów czujnikowych zdaliśmy sobie sprawę, że dodatkową zaletą będzie wprowadzenie otworów wokół powierzchni dyszy odpowiadających wymiarom elementu. Czy te otwory powinny być umieszczone w dowolnym miejscu na powierzchni? nie, ponieważ aby osiągnąć maksymalną wykrywalność, należy ocenić kątowość. Wydrukowaliśmy prototyp w oparciu o powyższe specyfikacje i sprawdziliśmy wykrywalność.

Ocena możliwego kąta wiązki i kąta wykrywania

Z karty katalogowej komponentów czujnika wiązka i kąt detekcji wynoszą 20 stopni, co oznacza, że zarówno emitujące światło, jak i detektor mają szeroką rozpiętość 20 stopni. Chociaż są to specyfikacje producentów, nadal ważne jest, aby przetestować i potwierdzić. Dokonano tego po prostu bawiąc się komponentami, wprowadzając źródło prądu stałego obok diody LED. Doszedłem do wniosku, by umieścić je naprzeciwko siebie.

montaż

Projekt rury z nadrukiem 3D ma połączoną płytkę z 4 otworami. Otwory te służą do połączenia rurki z wewnętrzną obudową za pomocą śrub.

Krok 4: Wewnętrzny mechanizm elektroniczny

Mechanizm dozujący:

Mechanizm dozujący uzyskuje się za pomocą małego serwomotoru do obracania dużego cylindra.

Pin napędowy dla serwosilnika „Reely Micro-servo 9g” jest podłączony bezpośrednio do mikrokontrolera. Mikrokontroler Arduino Uno z łatwością można wykorzystać do sterowania silnikiem servo. Wynika to z istnienia wbudowanej biblioteki do działań serwomotorów. Na przykład za pomocą polecenia „zapisu” można osiągnąć żądane kąty 0° i 120°. (Odbywa się to w kodzie projektu za pomocą 'servo.write(0)' i 'servo.write(120)').

Wibrator:

Mały bezszczotkowy silnik prądu stałego z niewyważeniem

To niewyważenie uzyskuje się za pomocą kawałka plastiku, który łączy oś silnika za pomocą małej śruby i nakrętki.

Silnik napędzany jest małym tranzystorem, ponieważ pin cyfrowy nie może dostarczać prądów wyższych niż 40,0 mA. Dostarczając prąd z pinu Vin mikrokontrolera Arduino Uno można osiągnąć prądy do 200,0 mA. To wystarczy do zasilania małego silnika prądu stałego.

Gdy zasilanie silnika zostanie nagle zatrzymane, uzyskasz szczyt prądu ze względu na indukcyjność własną silnika. Tak więc dioda jest umieszczona nad połączeniami silnika, aby zapobiec wstecznemu przepływowi prądu, który może uszkodzić mikrokontroler.

system czujników:

Użycie diody emitującej podczerwień (LTE-4208) i diody detektora podczerwieni (LTR-320 8) połączonej z mikrokontrolerem Arduino Uno w celu potwierdzenia przejścia pigułki. Gdy pigułka spadnie, w krótkim czasie zaciemni światło diody emitującej podczerwień. Używając analogowego pinu arduino otrzymalibyśmy tę informację.

do wykrywania:

odczyt analogowy (A0)

Krok 5: Obudowa zewnętrzna

• Rozmiar: 200x110x210mm

• Materiał: płyta pilśniowa średniej gęstości

  Grubość blachy: 3 mm 6 mm

• Metoda przetwarzania: cięcie laserowe

W przypadku obudowy zewnętrznej zastosowaliśmy różne grubości ze względu na błędy cięcia laserowego. Wybieramy 3 mm i 6 mm, aby mieć pewność, że wszystkie arkusze można ciasno łączyć.

Jeśli chodzi o rozmiar, biorąc pod uwagę miejsce na wewnętrzną skrzynkę i urządzenia elektroniczne, szerokość i wysokość zewnętrznej skrzynki jest o wiele większa niż wewnętrzna. Długość jest znacznie dłuższa, aby zapewnić miejsce na urządzenia elektroniczne. Co więcej, aby mieć pewność, że tabletki mogą łatwo wypaść z pudełka, trzymaliśmy wewnętrzną i zewnętrzną obudowę bardzo blisko.

Krok 6: Elektronika zewnętrzna

W przypadku zewnętrznej elektroniki musieliśmy pozwolić naszemu robotowi na interakcję z ludźmi. Aby to osiągnąć, jako nasze komponenty wybraliśmy wyświetlacz LCD, brzęczyk, diodę LED i 5 przycisków. Ta część dozownika pigułek pełni funkcję budzika. Jeśli nie jest to odpowiedni czas na zażywanie tabletek, na wyświetlaczu LCD wyświetli się tylko godzina i data. Gdy pacjent będzie musiał zażyć tabletkę, zaświeci się dioda LED, brzęczyk odtworzy muzykę, a na wyświetlaczu LCD pojawi się „Życzę zdrowia i szczęścia”. Możemy również użyć dolnej części ekranu, aby zmienić godzinę lub datę.

Włącz wyświetlacz LCD

Użyliśmy LCD-1602 do bezpośredniego połączenia z mikrokontrolerem i użyliśmy funkcji: LiquidCrystal lcd, aby włączyć wyświetlacz LCD.

Brzęczyk

Wybraliśmy buzzer pasywny, który może odtwarzać dźwięki o różnych częstotliwościach.

Aby brzęczyk odtwarzał utwory „City of the Sky” i „Happy Acura”, zdefiniowaliśmy cztery tablice. Dwie z nich noszą nazwę „tune” i przechowują informacje o nutach dwóch utworów. Dwie pozostałe tablice noszą nazwę „Czas trwania”. Te tablice przechowują rytm.

Następnie budujemy pętlę odtwarzającą muzykę, którą można zobaczyć w kodzie źródłowym.

wyczucie czasu

Napisaliśmy szereg funkcji dla sekundy, minuty, godziny, daty, miesiąca, tygodnia i roku.

Do obliczenia czasu użyliśmy funkcji: millis().

Za pomocą trzech przycisków „wybierz”, „plus” i „minus” można zmienić czas.

Jak wszyscy wiemy, jeśli chcemy sterować jakimś komponentem, musimy użyć pinów arduino.

Użyte piny były następujące:

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

Bruzzer: Pin 10

Silnik serwo: pin 11

Silnik do wibracji: Pin12

Czujnik: A0

Button1(s): A1

Przycisk2 (plus): A2

Przycisk3 (minus): A3

Button4 (weź tabletki): A4

LED: A5

Krok 7: Całkowity montaż

W końcu otrzymujemy całkowity montaż jak na powyższym obrazku. W niektórych miejscach użyliśmy kleju, aby upewnić się, że jest wystarczająco ciasny. W niektórych miejscach wewnątrz maszyny użyliśmy również taśmy i śrub, aby była wystarczająco mocna. Plik. STEP naszych rysunków CAD można znaleźć na dole tego kroku.

Krok 8: Przesyłanie kodu

Krok 9: Epilog

Urządzenie jest w stanie ostrzec użytkownika o zażyciu leku i podać odpowiednią ilość tabletek. Jednak po rozmowie z wykwalifikowanym i doświadczonym farmaceutą należy poczynić pewne uwagi. Pierwszym problemem jest zanieczyszczenie pigułek, które są wystawione przez długi czas na działanie powietrza w pojemniku, przez co spada jakość i skuteczność. Zwykle tabletki powinny być umieszczone w dobrze zamkniętym, aluminiowym pojemniku. Również, gdy użytkownik dozuje w określonym czasie pigułkę A, a następnie musi wydać pigułkę B, czyszczenie urządzenia jest dość skomplikowane w celu upewnienia się, że nie ma cząstek pigułki A zanieczyszczających pigułkę B.

Te obserwacje dają krytyczne spojrzenie na rozwiązanie, które dostarcza ta maszyna. Potrzebne są więc dalsze badania, aby przeciwdziałać tym niedociągnięciom…

Krok 10: Referencje

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Detektory optyczne. Wydział Inżynierii Mechanicznej Energetyki, Narodowy Uniwersytet Tsing Hua.