Den automatiska pillerutmataren: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Vi är först masterstudenter Elektromekanisk teknik vid Bryssel ingenjörsfakulteten (i korthet "Bruface"). Detta är ett initiativ från två universitet i centrala Bryssel: Université Libre de Bruxelles (ULB) och Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Som en del av programmet var vi tvungna att göra ett riktigt fungerande mekatroniskt system för kursen Mekatronik.

I teoretiska kurser lärde vi oss hur olika komponenter ska kombineras till verkliga applikationer. Efter det fick vi en introduktion om grunderna i en Arduino mikrokontroller och hur man styr ett mekatroniksystem. Syftet med kursen var att kunna designa, producera och programmera mekatroniskt system.

Allt detta bör göras i grupp. Vår grupp var ett internationellt team som består av två kinesiska studenter, två belgiska studenter och en kamerunsk student.

Först och främst vill vi uttrycka vårt tack för stödet från Albert De Beir och professor Bram Vanderborght.

Som grupp bestämde vi oss för att ta itu med ett socialt relevant problem. I takt med att den åldrande befolkningen blir en global fråga blir arbetsbelastningen för vårdgivare och sjuksköterskor för stor. När människor blir äldre måste de ofta ta fler mediciner och vitaminer. Med en automatisk pillerutmatare är det möjligt för frånvarande sinnade äldre att klara denna uppgift självständigt lite längre. Genom detta kan vårdgivare och sjuksköterskor ha mer tid att spendera på mer beroende patienter.

Det skulle också vara mycket praktiskt för alla som ibland är lite glömska och inte kommer ihåg att ta sina piller.

Således bör det mekatroniska systemet leverera en lösning som påminner användaren om att ta sina piller och även avger tabletterna. Vi föredrar också att den automatiska pillerutmataren är användarvänlig för att göra det möjligt för alla att använda: oavsett ålder!

Steg 1: Material

Hölje:

• Mdf: 4 mm tjocklek för innerhöljet
• Mdf: 3 och 6 mm tjocklek för ytterhöljet

hopsättning

• Bultar och muttrar (M2 och M3)
• Litet kullager

Mikrokontroller:

Arduino UNO [Beställ länk]

Elektroniska delar

• Tomt kretskort [beställningslänk]
• Liten servomotor 9g [beställningslänk]
• Liten DC-motor 5V [beställningslänk]
• Transistor: BC 237 (NPN bipolär transistor) [Beställ länk]
• Diod 1N4001 (Peak Invers Voltage på 50V) [Beställ länk]
• Passiv summer: Transducteur piezo
• LCD1602

• Motstånd:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Infraröd emitter
• Infraröd detektor

Steg 2: Inre fodral

Det inre fodralet kan ses som lådan som innehåller all inre mekanik och elektronik. Den består av 5 plattor av 4 mm MDF som laserskärs i rätt former. Det finns också en valfri sjätte platta man kan lägga till. Denna valfria sjätte del har en fyrkantig form och kan användas som lock. De 5 plattorna (botten och de fyra sidorna) är utformade i en pusselform så att de passar perfekt inuti varandra. Deras montering kan förstärkas med skruvar. Planen har redan hålen där de andra delarna ska passa in eller där bultarna ska placeras.

Steg 3: Inre mekanism

UTGIFTSMEKANISMEN

Mekanism

Vår pillerutmatningsmekanism är följande: användaren lägger pillerna i förvaringsfacket högst upp i lådan. När bottenplattan i det facket är snedställd glider pillren automatiskt ner i det första röret, där de staplas upp. Under det här röret finns en cylinder med ett litet hål i där bara ett piller passar perfekt in. Detta lilla hål ligger precis under röret så att pillerna staplar sig ovanför det, medan det första pillret ligger i cylinderns hål. När ett piller måste tas roterar cylindern (med ett piller i) 120 grader så att pillret i cylindern faller ner i en andra cylinder. Denna andra cylinder är där en sensor finns som upptäcker om ett piller faktiskt har ramlat ner från cylindern. Detta fungerar som återkopplingssystem. Detta rör har ena sidan som sticker ut högre än den andra. Detta beror på att denna sida förhindrar att p -piller faller över det andra röret, och därmed hjälper till att garantera att p -piller faller in i röret och detekteras av sensorn. Under detta rör finns en liten bild så att dropppillret kommer att glida genom hålet i den inre lådans framsida.

Hela denna mekanism behöver flera delar:

• Laserskurna delar

  1. Den nedre lutande plattan i förvaringsfacket.
  2. De snedställda plattorna i förvaringsfacket

• 3D -tryckta delar

  1. Övre röret
  2. Cylindern
  3. Axeln
  4. Det nedre röret (se det nedre röret och sensorfacket)
  5. Sliden

• Andra delar

  Rullager

Alla filer av våra delar som behövs för laserskärning eller 3D -utskrift hittar du nedan.

Olika delar och deras montering

FÖRVARINGSDELARNA

Förvaringsfacket består av tre plattor som laserskärs. Dessa plattor kan monteras och anslutas till varandra och inre lådan eftersom de har några hål och små bitar som sticker ut. Detta är så att de alla passar in i varandra som ett pussel! Hålen och utstående bitar har redan lagts till i CAD -filerna man kan använda laserskärning.

ÖVERRÖR

Det övre röret är endast anslutet till ena sidan av innerboxen. Den ansluts med hjälp av en platta som fästs på den (den ingår i CAD -ritningen för 3D -utskrift).

CYLINDER & RULLLAGER

Cylindern är ansluten till 2 sidor av lådan. På ena sidan är den ansluten till servomotorn som inducerar den roterande rörelsen när ett piller måste falla. På andra sidan, det

DET LÄNGRE RÖRET OCH GIVARENS DEL

Sensing är en viktig åtgärd när det gäller pillerutmatning. Vi måste kunna få en bekräftelse på att ett tilldelat piller har tagits av patienten vid lämplig tidpunkt. För att få denna funktionalitet är det viktigt att överväga de olika designstegen.

Att välja rätt detekteringskomponenter:

Från den tidpunkt då projektet validerades, var vi tvungna att söka efter och lämplig komponent som bekräftar passagen av ett piller från lådan. Att känna till sensorer kan vara till nytta för denna åtgärd, den största utmaningen var att veta vilken typ som kommer att vara kompatibel med designen. Den första komponenten vi hittade var en fotointeruptor som består av en IR -emitter och IR -fototransistordiod. 25/64 '' kortplats PCB HS 810 fotointeruptor var en lösning på grund av dess kompatibilitet som gjorde att vi undvek det möjliga problemet med vinkelkonfiguration. Vi bestämde oss för att inte använda detta på grund av det geometri, det kommer att vara svårt att införliva med munstycket. Från något relaterat projekt såg vi att det är möjligt att använda en IR -sändare med en IR -detektor med färre andra komponenter som en sensor. Dessa IR -komponenter kunde hittas i olika former.

3D -utskrift av p -munstycket som hålar sensorn

Genom att kunna reda ut huvudkomponenten som ska användas som sensor var det sedan dags att kontrollera hur de kommer att placeras på munstycket. Munstycket har en innerdiameter på 10 mm för fri passage av piller från den roterande cylindern. Genom dataarket för avkänningselementen insåg vi att införandet av hål runt munstycksytan som motsvarar komponentens dimension kommer att vara en ytterligare fördel. Ska dessa hål placeras någon gång längs ytan? nej, för att uppnå maximal detektering måste vinkeln utvärderas. Vi skrev ut en prototyp baserad på specifikationerna ovan och undersökte om det kunde upptäckas.

Utvärdering av möjlig strålvinkel och detektionsvinkel

Från sensorkomponenternas datablad är strålen och detektionsvinkeln 20 grader, det betyder att både det utsändande ljuset och detektorn har ett brett spann på 20 grader. Även om dessa är tillverkningsspecifikationer, är det fortfarande viktigt att testa och bekräfta. Detta gjordes genom att helt enkelt spela med komponenterna och introducera en likströmskälla tillsammans med en LED. Slutsatsen var att placera dem mittemot varandra.

hopsättning

Rörets 3D -tryckdesign har en platta ansluten till den med 4 hål. Dessa hål används för att ansluta röret till innerhöljet med hjälp av bultar.

Steg 4: Elektronik inre mekanism

Utmatningsmekanism:

Utmatningsmekanismen uppnås genom att använda en liten servomotor för rotation av den stora cylindern.

Drivstiftet för 'Reely Micro-servo 9g' servomotor är ansluten direkt till mikrokontrollen. Mikrokontrollern Arduino Uno kan enkelt användas för styrning av servomotorn. Detta på grund av förekomsten av det inbyggda biblioteket för servomotoriska åtgärder. Till exempel med kommandot 'skriv' kan de önskade vinklarna 0 ° och 120 ° nås. (Detta görs i projektkoden med 'servo.write (0)' och 'servo.write (120)').

Vibrator:

Liten borstlös likströmsmotor med obalans

Denna obalans uppnås med en plastbit som förbinder motoraxeln med en liten bult och mutter.

Motorn drivs av en liten transistor, detta görs eftersom den digitala stiftet inte kan leverera högre strömmar än 40,0 mA. Genom att tillhandahålla strömmen från Vin -stiftet på Arduino Uno mikrokontroller kan man nå strömmar upp till 200,0 mA. Detta är tillräckligt för att driva den lilla likströmsmotorn.

När motordriften plötsligt stoppas får du en strömtopp på grund av motorns självinduktans. Så en diod placeras över motoranslutningarna för att förhindra detta strömflöde som kan skada mikrokontrollern.

sensorsystem:

Med hjälp av en infraröd emitterdiod (LTE-4208) och en infraröd detektordiod (LTR-320 8) ansluten till Arduino Uno mikrokontroller för att bekräfta passagen av ett piller. När ett piller faller ner skulle det skugga ljuset från den infraröda emitterdioden på kort tid. Med hjälp av en analogpin av arduino skulle vi få denna information.

för detektion:

analogRead (A0)

Steg 5: Ytterhölje

• Storlek: 200 x 110 x 210 mm

• Material: fiberplatta med medium densitet

  Plåtens tjocklek: 3 mm 6 mm

• Bearbetningsmetod: laserskärning

För ytterhöljet använde vi olika typer av tjocklekar på grund av fel i laserskärningen. Vi väljer 3 mm och 6 mm för att se till att alla ark kan kombineras tätt.

För storlek, med tanke på utrymmet för innerhöljet och elektroniska enheter, är bredden och höjden på ytterhöljet större än den inre. Längden är mycket längre för att ge utrymme för de elektroniska enheterna. För att säkerställa att pillerna lätt kan falla ur lådan höll vi det inre och yttre fodralet mycket nära.

Steg 6: Yttre elektronik

För extern elektronik var vi tvungna att låta vår robot interagera med människor. För att uppnå detta valde vi en LCD, en summer, en LED och 5 knappar som våra komponenter. Denna del av pillerutmataren fungerar som en väckarklocka. Om det inte är rätt tid att ta piller, visar LCD -skärmen bara tid och datum. När patienten måste ta ett piller tänds lysdioden, summern spelar musik och LCD -skärmen visar "Jag önskar dig hälsa och lycka". Vi kan också använda botten av skärmen för att ändra tid eller datum.

Aktivera LCD

Vi använde LCD-1602 för att ansluta direkt till mikrokontrollen och använde funktionen: LiquidCrystal lcd för att aktivera LCD-skärmen.

Summer

Vi valde en passiv summer som kan spela ljud med olika frekvenser.

För att summern skulle spela låtarna "City of the Sky" och "Happy Acura" definierade vi fyra arrays. Två av dem heter "tune", som lagrar notinformation för de två låtarna. De två andra arraysna fick namnet "Duration". Dessa matriser lagrar rytmen.

Vi bygger sedan en loop som spelar musik, som du kan se i källkoden.

Tidpunkt

Vi skrev en serie funktioner för andra, minut, timme, datum, månad, vecka och år.

Vi använde funktionen: millis () för att beräkna tiden.

Med tre knappar, 'välj', 'plus' och 'minus' kan tiden ändras.

Som vi alla vet, om vi vill styra någon komponent måste vi använda arduino -stiften.

Stiften vi använde var följande:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Motor för vibrationer: Pin12

Sensor: A0

Knapp1 (er): A1

Knapp 2 (plus): A2

Knapp 3 (minus): A3

Knapp4 (ta p -piller): A4

LED: A5

Steg 7: Total montering

Äntligen får vi den totala monteringen som bilden ovan. Vi använde lim på vissa ställen för att se till att det är tillräckligt tätt. På vissa ställen på insidan av maskinen använde vi också tejp och skruvar för att göra den tillräckligt stark.. STEP -filen för våra CAD -ritningar finns längst ner i detta steg.

Steg 8: Ladda upp koden

Steg 9: Epilog

Maskinen kan varna användaren för att ta medicinen och levererar rätt mängd piller. Men efter en diskussion med en kvalificerad och erfaren apotekare finns det några anmärkningar att göra. Ett första problem är kontaminationen av de piller som under lång tid utsätts för luften i behållaren, därför kommer kvaliteten och effekten att minska. Normalt bör piller finnas i en brunn försluten i en aluminiumtablett. Också när användaren avger under en viss tid piller A och därefter behöver lämna ut piller B, är det ganska komplicerat att rengöra maskinen för att säkerställa att det inte finns några partiklar av piller A som förorenar piller B.

Dessa observationer ger en kritisk titt på lösningen som denna maskin levererar. Så det behövs mer forskning för att motverka dessa brister …

Steg 10: Referenser

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optiska detektorer. Institutionen för kraftmekanik, National Tsing Hua universitet.