Automatski dozator tableta: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Prvi smo studenti master studija elektro-mašinskog inženjerstva na Tehničkom fakultetu u Bruxellesu (ukratko "Bruface"). Ovo je inicijativa dva univerziteta smještena u centru Brisela: Université Libre de Bruxelles (ULB) i Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Kao dio programa morali smo napraviti pravi radni mehatronički sistem za predmet Mehatronika.

Na teorijskim tečajevima naučili smo kako različite komponente treba kombinirati u stvarne aplikacije. Nakon toga smo dobili uvod o osnovama Arduino mikrokontrolera i načinu upravljanja mehatroničkim sistemom. Cilj kursa je bio osposobiti za projektovanje, proizvodnju i programiranje mehatroničkog sistema.

Sve ovo treba raditi u grupi. Naša grupa je bila međunarodni tim koji se sastoji od dva kineska studenta, dva belgijska studenta i jednog kamerunskog studenta.

Prije svega, želimo se zahvaliti na podršci Albertu De Beiru i profesoru Bramu Vanderborghtu.

Kao grupa odlučili smo se pozabaviti društveno relevantnim problemom. Kako starenje stanovništva postaje globalni problem, opterećenje njegovatelja i medicinskih sestara postaje preveliko. Kako ljudi stare, često moraju uzimati više lijekova i vitamina. S automatskim dozatorom tableta, starije osobe bez razmišljanja mogu se malo duže samostalno nositi s ovim zadatkom. Time njegovatelji i medicinske sestre mogu imati više vremena za trošenje više ovisnih pacijenata.

Takođe bi bilo jako zgodno za sve koji su ponekad pomalo zaboravljivi i ne sjećaju se da uzimaju svoje pilule.

Stoga bi mehatronički sistem trebao isporučiti rješenje koje podsjeća korisnika da uzme svoje tablete, a isto tako i izdaje tablete. Također preferiramo da automatski dozator tableta bude prilagođen korisniku kako bi omogućio svima upotrebu: bez obzira na njihovu dob!

Korak 1: Materijali

Kućište:

• Mdf: debljina 4 mm za unutrašnje kućište
• Mdf: debljine 3 i 6 mm za vanjsko kućište

Montaža

• Vijci i matice (M2 i M3)
• Mali kuglični ležaj

Mikrokontroler:

Arduino UNO [Naruči vezu]

Elektronski dijelovi

• Prazna ploča [veza za naručivanje]
• Mali servo motor 9g [Naručite vezu]
• Mali DC motor 5V [Veza za naručivanje]
• Tranzistor: BC 237 (NPN bipolarni tranzistor) [Naruči vezu]
• Dioda 1N4001 (vršni obrnuti napon od 50 V) [Naruči vezu]
• Pasivni zujalica: Transdukcijski piezo
• LCD1602

• Otpornici:

  • 1 x 270 ohma
  • 1 x 330 ohma
  • 1 x 470 ohma
  • 5 x 10 k ohma
• Infracrveni odašiljač
• Infracrveni detektor

Korak 2: Unutrašnja futrola

Unutrašnje kućište se može posmatrati kao kutija koja sadrži svu unutrašnju mehaniku i elektroniku. Sastoji se od 5 ploča od 4 mm MDF -a koje su laserski izrezane u prave oblike. Postoji i opcionalna šesta ploča koju možete dodati. Ovaj opcijski šesti komad ima kvadratni oblik i može se koristiti kao poklopac. Pet ploča (donja i četiri strane) dizajnirane su u obliku slagalice tako da se savršeno uklapaju jedna u drugu. Njihov sklop može se ojačati vijcima. Avioni već imaju rupe u koje bi drugi dijelovi trebali stati ili u koje bi trebalo postaviti vijke.

Korak 3: Unutrašnji mehanizam

MEHANIZAM RASPOLAGANJA

Mehanizam

Naš mehanizam izdavanja pilula je sljedeći: korisnik stavlja tablete u odjeljak za odlaganje na vrhu kutije. Kako je donja ploča tog odjeljka nagnuta, pilule će automatski kliziti prema dolje u prvu cijev, gdje se slažu. Ispod ove cijevi nalazi se cilindar s malom rupom u koju se savršeno uklapa samo jedna pilula. Ova mala rupa nalazi se točno ispod cijevi tako da se pilule slažu iznad nje, dok prva pilula leži u rupi cilindra. Kad je potrebno uzeti tabletu, cilindar (s uloženom tabletom) rotira se za 120 stupnjeva tako da pilula u cilindru padne u drugi cilindar. U ovom drugom cilindru nalazi se senzor koji otkriva je li pilula zaista pala iz cilindra. Ovo služi kao sistem povratnih informacija. Ova cijev ima jednu stranu koja strši više od druge. To je zato što ova strana sprječava da pilula padne preko druge cijevi, te na taj način pomaže u jamčenju da će pilula pasti u cijev i da će je senzor otkriti. Ispod ove cijevi nalazi se mali klizač tako da će pilula za ispuštanje kliziti kroz otvor na prednjoj strani unutrašnje kutije.

Cijelom ovom mehanizmu potrebno je nekoliko dijelova:

• Laserski rezani dijelovi

  1. Donja kosa ploča pretinca za odlaganje.
  2. Bočne nagnute ploče pretinca za odlaganje

• 3D štampani delovi

  1. Gornja cijev
  2. Cilindar
  3. Osa
  4. Donja cijev (pogledajte donju cijev i odjeljak senzora)
  5. Slajd

• Ostali dijelovi

  Roll Bearing

Sve datoteke naših dijelova koje su potrebne za lasersko rezanje ili 3D ispis možete pronaći ispod.

Različiti dijelovi i njihova montaža

TABLICE ZA ODLAGANJE SKLADIŠTENJA

Odeljak za skladištenje sastoji se od tri ploče koje su laserski rezane. Ove se ploče mogu sastaviti i povezati jedna s drugom i s unutarnjom kutijom jer imaju neke rupe i male komade koji se ističu. To je tako da se svi slažu jedno u drugo poput slagalice! Rupe i istaknuti komadi već su dodani u CAD datoteke, možete ih izrezati laserom.

GORNJA CIJEV

Gornja cijev spojena je samo s jedne strane unutarnje kutije. Povezuje se pomoću ploče koja je na nju pričvršćena (uključena je u CAD crtež za 3D štampanje).

LEŽAJ CILINDRA I VOLKA

Cilindar je spojen na 2 strane kutije. S jedne strane, spojen je na servo motor koji inducira rotirajuće kretanje kada pilula mora ispasti. S druge strane, to

DONJA ODJELJAK CIJEVI I SENZORA

Osećanje je važna radnja kada je u pitanju izdavanje pilula. Moramo biti u mogućnosti dobiti potvrdu da je pacijent uzeo dodijeljenu tabletu u odgovarajuće vrijeme. Da biste dobili ovu funkcionalnost, važno je razmotriti različite korake dizajna.

Odabir ispravnih komponenti za otkrivanje:

Od početka snimanja, kada je projekt bio validiran, morali smo tražiti i odgovarajuću komponentu koja će potvrditi prolaz tablete iz kutije. Poznavanje senzora može biti od koristi za ovu akciju, glavni izazov je bio znati tip koji će biti kompatibilan s dizajnom. Prva komponenta koju smo pronašli bio je fotointeruptor sastavljen od IC odašiljača i IR fototranzistorske diode. Fotointeruptor sa PCB -om HS 810 od 25/64 '' utora bio je rješenje zbog svoje kompatibilnosti što nas je učinilo izbjeglim mogućim problemom konfiguracije kuta. Odlučili smo da ovo nećemo koristiti zbog geometrije, što će biti teško uklopiti sa mlaznicom. Iz nekog povezanog projekta vidjeli smo da je moguće koristiti IR senzor s IC detektorom s manje drugih komponenti kao senzor. Ove IC komponente mogu se naći u različitim oblicima.

3D ispis mlaznice za pilule koja rupi senzor

Budući da smo mogli razvrstati glavnu komponentu koja će se koristiti kao senzor, došlo je vrijeme da provjerim kako će se postaviti na mlaznicu. Mlaznica ima unutrašnji prečnik 10 mm za slobodan prolaz pilule iz rotirajućeg cilindra. Tehničkim listom osjetljivih elemenata shvatili smo da će uvođenje rupa oko površine mlaznice koje odgovaraju dimenzijama komponente biti dodatna prednost. Treba li ove rupe postaviti na bilo kojoj točki duž površine? ne jer za postizanje maksimalne detekcije potrebno je procijeniti ugaonost. Odštampali smo prototip na osnovu gore navedenih specifikacija i provjerili da li se može otkriti.

Vrednovanje mogućeg ugla snopa i ugla detekcije

Iz podatkovnog lista senzorskih komponenti, snop i kut detekcije su 20 stupnjeva, što znači da i emitirajuća svjetlost i detektor imaju široki raspon od 20 stupnjeva. Iako su ovo specifikacije proizvođača, ipak je važno testirati i potvrditi. To je učinjeno jednostavnom igrom sa komponentama koje uvode DC izvor uz LED. Zaključak je bio da se oni postave jedan nasuprot drugome.

Montaža

Dizajn cijevi za 3D ispis ima ploču povezanu s 4 rupe. Ove rupe služe za spajanje cijevi s unutarnjim kućištem pomoću vijaka.

Korak 4: Unutarnji mehanizam elektronike

Mehanizam izdavanja:

Mehanizam doziranja postiže se korištenjem malog servomotora za rotaciju velikog cilindra.

Pogonski pin za 'Reely Micro-servo 9g' servo motor spojen je direktno na mikrokontroler. Mikrokontroler Arduino Uno lako se može koristiti za upravljanje servo motorom. To je zbog postojanja ugrađene biblioteke za rad servo motora. Na primjer, pomoću naredbe 'write', mogu se postići željeni uglovi od 0 ° i 120 °. (To se radi u kodu projekta sa 'servo.write (0)' i 'servo.write (120)').

Vibrator:

Mali istosmjerni motor bez četkica s neravnotežom

Ova neravnoteža postiže se komadom plastike koji povezuje osovinu motora malim vijkom i maticom.

Motor pokreće mali tranzistor, to je učinjeno jer digitalni pin ne može isporučiti veće struje od 40,0 mA. Pružanjem struje iz Vin pina Arduino Uno mikrokontrolera, mogu se postići struje do 200,0 mA. Ovo je dovoljno za napajanje malog istosmjernog motora.

Kada se napajanje motora naglo prekine, dobit ćete trenutni vrhunac zbog samoindukcije motora. Dakle, dioda se postavlja preko priključaka motora kako bi se spriječilo povratno strujanje koje može oštetiti mikrokontroler.

sistem senzora:

Korištenje infracrvene diode (LTE-4208) i diode infracrvenog detektora (LTR-320 8) spojene na Arduino Uno mikrokontroler za potvrdu prolaska pilule. Jednom kada pilula padne, za kratko vrijeme bi zasjenila svjetlost infracrvene diode. Koristeći analogni pin arduina dobili bismo ove podatke.

za otkrivanje:

analogno čitanje (A0)

Korak 5: Vanjsko kućište

• Veličina: 200 x 110 x 210 mm

• Materijal: vlaknaste ploče srednje gustoće

  Debljina lima: 3 mm 6 mm

• Način obrade: lasersko rezanje

Za vanjsko kućište koristili smo različite vrste debljina zbog grešaka laserskog rezanja. Odabiremo 3 mm i 6 mm kako bismo bili sigurni da se svi listovi mogu dobro spojiti.

S obzirom na veličinu, s obzirom na prostor za unutrašnje kućište i elektroničke uređaje, širina i visina vanjskog kućišta su leglo veće od unutrašnjeg. Dužina je mnogo veća kako bi se omogućilo mjesto za elektroničke uređaje. Štoviše, kako bismo bili sigurni da pilule mogu lako ispasti iz kutije, držali smo unutarnje i vanjsko kućište vrlo blizu.

Korak 6: Vanjska elektronika

Za vanjsku elektroniku morali smo dopustiti našem robotu da komunicira s ljudima. Da bismo to postigli, za komponente smo odabrali LCD, zujalicu, LED i 5 tipki. Ovaj dio dozatora tableta funkcionira kao budilnik. Ako nije pravi trenutak za uzimanje tableta, LCD će samo prikazati vrijeme i datum. Kada pacijent mora uzeti tabletu, LED će zasvijetliti, zujalica će reproducirati muziku, a na LCD -u će se prikazati "Želim vam zdravlje i sreću". Također možemo koristiti dno ekrana za promjenu vremena ili datuma.

Omogući LCD

Koristili smo LCD-1602 za direktno povezivanje s mikrokontrolerom i funkciju: LiquidCrystal lcd za omogućavanje LCD-a.

Zujalica

Odabrali smo pasivni zvučni signal koji može reproducirati zvukove različitih frekvencija.

Kako bi zujalica pustila pjesme "City of the Sky" i "Happy Acura", definirali smo četiri niza. Dvije od njih su nazvane "melodija", u kojoj se čuvaju informacije o notama dvije pjesme. Druga dva niza su nazvana "Trajanje". Ti nizovi čuvaju ritam.

Zatim stvaramo petlju koja reproducira muziku, što možete vidjeti u izvornom kodu.

Timing

Napisali smo niz funkcija za drugu, minutu, sat, datum, mjesec, sedmicu i godinu.

Koristili smo funkciju: millis () za izračunavanje vremena.

Pomoću tri gumba, 'odaberi', 'plus' i 'minus' vrijeme se može promijeniti.

Kao što svi znamo, ako želimo kontrolirati neku komponentu, moramo koristiti pinove arduina.

Igle koje smo koristili bile su sljedeće:

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

Bruzzer: Pin 10

Servo motor: Pin 11

Motor za vibracije: Pin12

Senzor: A0

Dugme1 (i): A1

Dugme2 (plus): A2

Dugme3 (minus): A3

Dugme 4 (uzmite tablete): A4

LED: A5

Korak 7: Potpuna montaža

Konačno dobivamo ukupnu montažu kao na gornjoj slici. Na nekim mjestima koristili smo ljepilo kako bismo bili sigurni da je dovoljno čvrsto. Na nekim mjestima na unutrašnjosti stroja koristili smo i traku i vijke kako bismo ga učinili dovoljno jakim.. STEP datoteka naših CAD crteža nalazi se na dnu ovog koraka.

Korak 8: Učitavanje koda

Korak 9: Epilog

Mašina može upozoriti korisnika da uzme lijek i isporučuje pravu količinu tableta. Međutim, nakon razgovora s kvalificiranim i iskusnim ljekarnikom postoje neke primjedbe. Prvi problem je kontaminacija pilula koje su dugo izložene zraku u spremniku, pa će se kvaliteta i učinkovitost smanjiti. Obično se pilule moraju držati u dobro zatvorenoj aluminijumskoj tableti. Takođe, kada korisnik izbaci tabletu A tokom određenog vremena, a nakon toga treba da izda tabletu B, prilično je složeno očistiti mašinu kako bi se osiguralo da nema čestica tablete A koja kontaminira tabletu B.

Ova zapažanja daju kritički osvrt na rješenje koje ova mašina pruža. Stoga je potrebno više istraživanja kako bi se suzbili ovi nedostaci …

Korak 10: Reference

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optički detektori. Odsjek za energetsko mašinstvo, Nacionalni univerzitet Tsing Hua.