Автоматический дозатор таблеток: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Мы первые магистранты по электромеханической инженерии на инженерном факультете Брюсселя (сокращенно «Bruface»). Это инициатива двух университетов, расположенных в центре Брюсселя: Université Libre de Bruxelles (ULB) и Vrije Universiteit Brussel (VUB).

В рамках программы нам предстояло сделать реально работающую мехатронную систему для курса Мехатроника.

На теоретических курсах мы узнали, как разные компоненты должны быть объединены в реальные приложения. После этого мы получили представление об основах микроконтроллера Arduino и о том, как управлять системой мехатроники. Целью курса было научиться проектировать, производить и программировать мехатронную систему.

Все это нужно делать в группе. Наша группа была международной командой, состоящей из двух китайских студентов, двух бельгийских студентов и одного камерунского студента.

Прежде всего, мы хотим выразить нашу благодарность за поддержку Альберту де Бейру и профессору Брэму Вандерборгту.

Как группа мы решили заняться социальной проблемой. Поскольку старение населения становится глобальной проблемой, нагрузка на лиц, осуществляющих уход, и медсестер становится слишком большой. По мере того как люди стареют, им часто приходится принимать больше лекарств и витаминов. С помощью автоматического дозатора таблеток рассеянный пожилой человек может немного дольше самостоятельно справиться с этой задачей. Благодаря этому у лиц, осуществляющих уход, и медсестер будет больше времени, чтобы тратить их на более зависимых пациентов.

Также это будет очень удобно для всех, кто временами немного забывчив и не забывает принимать таблетки.

Таким образом, мехатронная система должна выдавать раствор, который напоминает пользователю о приеме таблеток, а также выдаёт таблетки. Мы также предпочитаем, чтобы автоматический дозатор таблеток был удобным для пользователя, чтобы им мог пользоваться каждый: независимо от возраста!

Шаг 1: материалы

Корпус:

• МДФ: толщина 4 мм для внутреннего корпуса
• МДФ: толщина 3 и 6 мм для внешнего корпуса

сборка

• Болты и гайки (M2 и M3)
• Малый шарикоподшипник

Микроконтроллер:

Arduino UNO [Ссылка для заказа]

Электронные части

• Пустая плата [Ссылка для заказа]
• Малый серводвигатель 9g [Ссылка для заказа]
• Малый двигатель постоянного тока 5 В [Ссылка для заказа]
• Транзистор: BC 237 (биполярный транзистор NPN) [Ссылка для заказа]
• Диод 1N4001 (пиковое обратное напряжение 50 В) [Ссылка для заказа]
• Пассивный зуммер: пьезоэлектрический преобразователь
• LCD1602

• Резисторы:

  • 1 х 270 Ом
  • 1 x 330 Ом
  • 1 х 470 Ом
  • 5 x 10 кОм
• Инфракрасный излучатель
• Инфракрасный детектор

Шаг 2: Внутренний корпус

Внутренний корпус можно рассматривать как коробку, в которой находится вся внутренняя механика и электроника. Он состоит из 5 пластин МДФ толщиной 4 мм, которые вырезаны лазером нужной формы. Есть также дополнительная шестая тарелка, которую можно добавить. Этот дополнительный шестой элемент имеет квадратную форму и может использоваться как крышка. 5 пластин (нижняя и четыре стороны) имеют форму пазла, поэтому они идеально подходят друг к другу. Их сборку можно усилить саморезами. В плоскостях уже есть отверстия, в которые должны входить другие детали или где должны быть размещены болты.

Шаг 3: внутренний механизм

МЕХАНИЗМ РАЗДАЧИ

Механизм

Наш механизм выдачи таблеток следующий: пользователь кладет таблетки в отделение для хранения в верхней части коробки. Поскольку нижняя пластина этого отсека наклонена, таблетки автоматически соскользнут в первую трубку, где они складываются. Под этой трубкой находится цилиндр с небольшим отверстием, в которое идеально помещается только одна таблетка. Это маленькое отверстие находится прямо под трубкой, так что таблетки складываются над ней, а первая таблетка лежит в отверстии цилиндра. Когда нужно принять таблетку, цилиндр (с таблеткой внутри) поворачивается на 120 градусов, так что таблетка из цилиндра падает во второй цилиндр. Во втором цилиндре расположен датчик, который определяет, действительно ли таблетка упала из цилиндра. Это служит системой обратной связи. У этой трубки одна сторона выступает выше другой. Это связано с тем, что эта сторона предотвращает падение таблетки на вторую трубку и, таким образом, помогает гарантировать, что таблетка упадет в трубку и будет обнаружена датчиком. Под этой трубкой находится небольшой слайд, так что падающая таблетка будет проходить через отверстие в передней части внутренней коробки.

Весь этот механизм требует нескольких частей:

• Лазерная резка деталей

  1. Нижняя наклонная пластина вещевого отсека.
  2. Боковые наклонные пластины вещевого отсека

• 3D-печатные детали

  1. Верхняя труба
  2. Цилиндр
  3. Ось
  4. Нижняя трубка (см. Нижнюю трубку и отсек датчика)
  5. Слайд

• Другие части

  Роликовый подшипник

Все файлы наших деталей, необходимые для лазерной резки или 3D-печати, можно найти ниже.

Различные детали и их сборка

ПЛИТЫ ОТДЕЛЕНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ

Отсек для хранения состоит из трех пластин, вырезанных лазером. Эти пластины можно собрать и соединить друг с другом и с внутренней коробкой, потому что в них есть несколько отверстий и выступающих мелких деталей. Это для того, чтобы все они вписывались друг в друга, как пазл! Отверстия и выступающие части уже добавлены в файлы САПР, их можно вырезать лазером.

ВЕРХНЯЯ ТРУБКА

Верхняя трубка подсоединяется только к одной стороне внутренней коробки. Он соединяется с помощью прикрепленной к нему пластины (входит в чертеж САПР для 3D-печати).

ЦИЛИНДР И РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК

Цилиндр подсоединен к 2 сторонам коробки. С одной стороны, он соединен с серводвигателем, который вызывает вращательное движение, когда таблетка должна упасть. С другой стороны, это

НИЖНЯЯ ТРУБКА И ОТДЕЛЕНИЕ ДАТЧИКА

Когда дело доходит до выдачи таблеток, зондирование - важное действие. Мы должны иметь возможность получить подтверждение того, что назначенная таблетка была принята пациентом в надлежащее время. Чтобы получить эту функциональность, важно продумать различные этапы проектирования.

Выбор правильных компонентов детектирования:

С самого начала, когда проект был утвержден, нам нужно было искать соответствующий компонент, который подтвердит прохождение таблетки из коробки. Зная, что датчики могут быть полезны для этого действия, основная проблема заключалась в том, чтобы узнать, какой тип будет совместим с конструкцией. Первым элементом, который мы нашли, был фотоинтерптор, состоящий из ИК-излучателя и ИК-фототранзисторного диода. Фотопреобразователь HS 810 для печатной платы с разъемом 25/64’’ стал решением из-за его совместимости, что позволило нам избежать возможной проблемы конфигурации угла. Мы решили не использовать его из-за его геометрии, его будет сложно соединить с соплом. Из некоторого связанного проекта мы увидели, что можно использовать ИК-излучатель с ИК-детектором с меньшим количеством других компонентов в качестве датчика. Эти ИК-компоненты можно найти в различных формах.

3D-печать форсунки для таблеток, через которую проходит датчик

После того, как мы смогли выбрать основной компонент, который будет использоваться в качестве датчика, пришло время проверить, как они будут размещены на сопле. Сопло имеет внутренний диаметр 10 мм для свободного прохождения таблетки от вращающегося цилиндра. Из технических характеристик чувствительных элементов мы поняли, что введение отверстий вокруг поверхности сопла, соответствующих размеру компонента, будет дополнительным преимуществом. Следует ли размещать эти отверстия в любой точке поверхности? нет, потому что для достижения максимального обнаружения необходимо оценить угловатость. Мы напечатали прототип на основе вышеперечисленных спецификаций и проверили обнаруживаемость.

Оценка возможного угла луча и угла обнаружения

Согласно паспорту компонентов датчика, луч и угол обнаружения составляют 20 градусов, это означает, что и излучающий свет, и детектор имеют широкий диапазон 20 градусов. Хотя это спецификации производителя, их все же важно проверить и подтвердить. Это было сделано путем простой игры с компонентами, вводящими источник постоянного тока рядом со светодиодом. Был сделан вывод: расположить их напротив друг друга.

сборка

На 3D-принтере трубка имеет пластину, соединенную с ней с 4 отверстиями. Эти отверстия используются для соединения трубки с внутренним корпусом с помощью болтов.

Шаг 4: Внутренний механизм электроники

Механизм дозирования:

Раздаточный механизм достигается за счет использования маленького серводвигателя для вращения большого цилиндра.

Приводной штифт серводвигателя Reely Micro-servo 9g подключается непосредственно к микроконтроллеру. Микроконтроллер Arduino Uno легко можно использовать для управления серводвигателем. Это связано с наличием встроенной библиотеки действий сервомотора. Например, с помощью команды «запись» можно достичь желаемых углов от 0 ° до 120 °. (Это делается в коде проекта с помощью servo.write (0) и servo.write (120)).

Вибратор:

Маленький бесщеточный двигатель постоянного тока с дисбалансом

Этот дисбаланс достигается с помощью куска пластика, который соединяет ось двигателя с помощью небольшого болта и гайки.

Двигатель управляется небольшим транзистором, это сделано потому, что цифровой вывод не может выдавать токи выше 40,0 мА. Обеспечивая ток с вывода Vin микроконтроллера Arduino Uno, можно получить токи до 200,0 мА. Этого достаточно для питания небольшого двигателя постоянного тока.

Когда питание двигателя резко прекращается, вы получаете пик тока из-за собственной индуктивности двигателя. Таким образом, диод помещается на соединения двигателя, чтобы предотвратить обратное течение тока, которое может повредить микроконтроллер.

сенсорная система:

Использование диода инфракрасного излучения (LTE-4208) и диода инфракрасного детектора (LTR-320 8), подключенных к микроконтроллеру Arduino Uno, для подтверждения прохождения таблетки. Как только таблетка упадет, она за короткое время затмит свет инфракрасного излучателя. Используя аналоговый вывод Arduino, мы получили бы эту информацию.

для обнаружения:

аналоговое чтение (A0)

Шаг 5: внешний корпус

• Размер: 200 х 110 х 210 мм

• Материал: ДВП средней плотности

  Толщина листа: 3 мм 6 мм

• Метод обработки: лазерная резка

Для внешнего корпуса мы использовали разную толщину из-за ошибок лазерной резки. Мы выбираем 3 мм и 6 мм, чтобы все листы можно было плотно соединить.

Что касается размера, учитывая пространство для внутреннего корпуса и электронных устройств, ширина и высота внешнего корпуса намного больше внутреннего. Длина намного больше, чтобы оставить место для электронных устройств. Более того, чтобы таблетки могли легко выпасть из коробки, мы держали внутреннюю и внешнюю коробки очень близко.

Шаг 6: внешняя электроника

Что касается внешней электроники, мы должны были позволить нашему роботу взаимодействовать с людьми. Для этого мы выбрали ЖК-дисплей, зуммер, светодиод и 5 кнопок в качестве наших компонентов. Эта часть дозатора таблеток работает как будильник. Если еще не время принимать таблетки, на ЖК-дисплее будут отображаться только время и дата. Когда пациенту нужно принять таблетку, загорится светодиод, включится звуковой сигнал, а на ЖК-дисплее появится сообщение «Желаю здоровья и счастья». Мы также можем использовать нижнюю часть экрана, чтобы изменить время или дату.

Включить ЖК-дисплей

Мы использовали LCD-1602 для прямого подключения к микроконтроллеру и использовали функцию: LiquidCrystal lcd для включения ЖК-дисплея.

Зуммер

Мы выбрали пассивный зуммер, который может воспроизводить звуки разных частот.

Чтобы зуммер воспроизводил песни City of the Sky и Happy Acura, мы определили четыре массива. Два из них названы «tune», в них хранится информация о нотах двух песен. Два других массива были названы «Duration». Эти массивы хранят ритм.

Затем мы создаем цикл, который воспроизводит музыку, что вы можете увидеть в исходном коде.

Сроки

Мы написали серию функций для секунды, минуты, часа, даты, месяца, недели и года.

Мы использовали функцию: millis () для вычисления времени.

С помощью трех кнопок «выбрать», «плюс» и «минус» можно изменить время.

Как мы все знаем, если мы хотим управлять каким-то компонентом, нам нужно использовать контакты Arduino.

Мы использовали следующие булавки:

ЖК-дисплей: контакты 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzzer: контакт 10

Серводвигатель: контакт 11

Двигатель для вибрации: Pin12

Датчик: A0

Button1 (s): A1

Button2 (плюс): A2

Button3 (минус): A3

Button4 (принять таблетки): A4

Светодиод: A5

Шаг 7: Полная сборка

Наконец-то мы получаем полную сборку как на картинке выше. В некоторых местах мы использовали клей, чтобы убедиться, что он достаточно плотный. В некоторых местах внутри машины мы также использовали ленту и винты, чтобы сделать ее достаточно прочной. Файл. STEP наших чертежей САПР находится внизу этого шага.

Шаг 8: загрузка кода

Шаг 9: эпилог

Аппарат может предупредить пользователя о необходимости принять лекарство и подать нужное количество таблеток. Однако после обсуждения с квалифицированным и опытным фармацевтом следует сделать несколько замечаний. Первой проблемой является загрязнение таблеток, которые в течение длительного времени подвергаются воздействию воздуха в контейнере, поэтому качество и эффективность будут снижаться. Обычно таблетки следует хранить в закрытой алюминиевой таблетке. Кроме того, когда пользователь выдает в течение определенного времени таблетку A, а затем ему необходимо выдать таблетку B, довольно сложно очистить машину, чтобы убедиться, что частицы таблетки A не загрязняют таблетку B.

Эти наблюдения дают критический взгляд на решение, которое предлагает эта машина. Поэтому необходимы дополнительные исследования, чтобы устранить эти недостатки …

Шаг 10: ссылки

[1]

[2] Вэй-Чжи Ван. Оптические детекторы. Кафедра энергетического машиностроения, Национальный университет Цин Хуа.