Il distributore automatico di pillole: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Siamo i primi studenti del Master Ingegneria elettromeccanica presso la Facoltà di Ingegneria di Bruxelles (in breve "Bruface"). Si tratta di un'iniziativa di due università situate nel centro di Bruxelles: l'Université Libre de Bruxelles (ULB) e la Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Come parte del programma dovevamo realizzare un vero sistema meccatronico funzionante per il corso Meccatronica.

Nei corsi teorici abbiamo imparato come combinare diversi componenti in applicazioni reali. Successivamente, abbiamo ricevuto un'introduzione sulle basi di un microcontrollore Arduino e su come controllare un sistema meccatronico. L'obiettivo del corso era quello di essere in grado di progettare, produrre e programmare un sistema meccatronico.

Tutto questo dovrebbe essere fatto in gruppo. Il nostro gruppo era un team internazionale composto da due studenti cinesi, due studenti belgi e uno studente camerunese.

Prima di tutto vogliamo esprimere i nostri ringraziamenti per il supporto di Albert De Beir e del Professor Bram Vanderborght.

Come gruppo abbiamo deciso di affrontare un problema di rilevanza sociale. Poiché l'invecchiamento della popolazione diventa un problema globale, il carico di lavoro di operatori sanitari e infermieri diventa troppo grande. Man mano che le persone invecchiano, spesso devono assumere più medicinali e vitamine. Con un distributore automatico di pillole è possibile per gli anziani distratti affrontare questo compito in modo indipendente un po' più a lungo. In questo modo gli operatori sanitari e gli infermieri possono avere più tempo da dedicare a pazienti più dipendenti.

Inoltre sarebbe molto utile per tutti coloro che a volte sono un po' smemorati e non si ricordano di prendere le sue pillole.

Quindi il sistema meccatronico dovrebbe fornire una soluzione che ricordi all'utente di prendere le sue pillole e anche di dispensare le pillole. Inoltre, preferiamo che il distributore automatico di pillole sia di facile utilizzo per consentirne l'utilizzo a tutti: indipendentemente dall'età!

Passaggio 1: materiali

Involucro:

• Mdf: spessore 4 mm per la cassa interna
• Mdf: 3 e 6 mm di spessore per la cassa esterna

Assemblea

• Bulloni e dadi (M2 e M3)
• Cuscinetto a sfere piccolo

Microcontrollore:

Arduino UNO [Link dell'ordine]

Parti elettroniche

• Circuito vuoto [Link dell'ordine]
• Servomotore piccolo 9g [Link dell'ordine]
• Piccolo motore DC 5V [Collegamento ordine]
• Transistor: BC 237 (transistor bipolare NPN) [Link dell'ordine]
• Diodo 1N4001 (tensione inversa di picco di 50 V) [Collegamento ordine]
• Buzzer passivo: Trasduttore piezo
• LCD1602

• resistori:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10 kohm
• Emettitore a infrarossi
• Rivelatore a infrarossi

Passaggio 2: custodia interna

La custodia interna può essere vista come la scatola che contiene tutta la meccanica e l'elettronica interne. È composto da 5 lastre di MDF da 4 mm tagliate al laser nelle forme giuste. C'è anche un sesto piatto opzionale che si può aggiungere. Questo sesto pezzo opzionale ha una forma quadrata e può essere utilizzato come coperchio. I 5 piatti (il fondo e i quattro lati) sono disegnati a forma di puzzle in modo che si incastrino perfettamente l'uno nell'altro. Il loro assemblaggio può essere rinforzato mediante viti. Le pialle hanno già i fori dove dovrebbero entrare le altre parti o dove dovrebbero essere posizionati i bulloni.

Passaggio 3: meccanismo interno

IL MECCANISMO DI EROGAZIONE

Meccanismo

Il nostro meccanismo di erogazione delle pillole è il seguente: l'utente mette le pillole nel vano portaoggetti nella parte superiore della scatola. Quando la piastra inferiore di quel compartimento è inclinata, le pillole scivoleranno automaticamente nel primo tubo, dove si impilano. Sotto questo tubo c'è un cilindro con un piccolo foro in cui entra perfettamente una sola pillola. Questo piccolo foro si trova proprio sotto il tubo in modo che le pillole si impilano sopra di esso, mentre la prima pillola si trova nel foro del cilindro. Quando una pillola deve essere presa, il cilindro (con una pillola dentro) ruota di 120 gradi in modo che la pillola nel cilindro cada in un secondo cilindro. Questo secondo cilindro è dove si trova un sensore che rileva se una pillola è effettivamente caduta dal cilindro. Questo serve come sistema di feedback. Questo tubo ha un lato che sporge più in alto dell'altro. Questo perché questo lato impedisce alla pillola di cadere sul secondo tubo e quindi aiuta a garantire che la pillola cada nel tubo e venga rilevata dal sensore. Sotto questo tubo si trova un piccolo scivolo in modo che la pillola che fa cadere scivoli attraverso il foro nella parte anteriore della scatola interna.

L'intero meccanismo ha bisogno di diverse parti:

• Parti tagliate al laser

  1. La piastra inclinata inferiore del vano portaoggetti.
  2. Le piastre inclinate laterali del vano portaoggetti

• Parti stampate in 3D

  1. Il tubo superiore
  2. Il cilindro
  3. L'asse
  4. Il tubo inferiore (vedere il tubo inferiore e il vano sensore)
  5. La diapositiva

• Altre parti

  Cuscinetto a rulli

Di seguito sono riportati tutti i file delle nostre parti necessarie per il taglio laser o la stampa 3D.

Parti diverse e loro assemblaggio

I PIATTI DEL VANO PORTAOGGETTI

Il vano portaoggetti è composto da tre lastre tagliate al laser. Queste piastre possono essere assemblate e collegate tra loro e la scatola interna perché hanno alcuni fori e piccoli pezzi che risaltano. Questo è così che si incastrano tutti l'uno nell'altro come un puzzle! I fori e i pezzi sporgenti sono già aggiunti ai file CAD, è possibile utilizzare il taglio laser.

TUBO SUPERIORE

Il tubo superiore è collegato solo a un lato della scatola interna. È collegato con l'aiuto di una piastra che è attaccata ad esso (è incluso nel disegno CAD per la stampa 3D).

CILINDRO E CUSCINETTO A RULLO

Il cilindro è collegato a 2 lati della scatola. Da un lato è collegato al servomotore che induce il movimento rotatorio quando deve cadere una pillola. D'altra parte, è

IL VANO DEL TUBO INFERIORE E DEL SENSORE

Il rilevamento è un'azione importante quando si tratta di dispensare la pillola. Dobbiamo essere in grado di ottenere una conferma che una pillola assegnata sia stata presa dal paziente al momento opportuno. Per ottenere questa funzionalità, è importante considerare i vari passaggi di progettazione.

Scelta dei componenti di rilevamento corretti:

Dal set, quando il progetto è stato convalidato, abbiamo dovuto cercare un componente appropriato che confermasse il passaggio di una pillola dalla scatola. Sapendo che i sensori possono essere utili per questa azione, la sfida principale è stata conoscere il tipo che sarà compatibile con il design. Il primo componente che abbiamo trovato era un fotointerruttore composto da un emettitore IR e un diodo a fototransistor IR. Il fotointerruttore HS 810 con slot PCB da 25/64'' è stata una soluzione grazie alla sua compatibilità che ci ha permesso di evitare il possibile problema della configurazione dell'angolo. Abbiamo deciso di non usarlo a causa della sua geometria, sarà difficile da incorporare con l'ugello. Da alcuni progetti correlati abbiamo visto che è possibile utilizzare un emettitore IR con un rilevatore IR con meno altri componenti come sensore. Questi componenti IR possono essere trovati in varie forme.

Stampa 3D dell'ugello della pillola che fora il sensore

Essendo in grado di selezionare il componente principale da utilizzare come sensore, è stato quindi il momento di verificare come verranno posizionati sull'ugello. L'ugello ha un diametro interno di 10mm per il libero passaggio della pillola dal cilindro rotante. Dalla scheda tecnica degli elementi sensibili, ci siamo resi conto che l'introduzione di fori attorno alla superficie dell'ugello corrispondenti alla dimensione del componente sarà un ulteriore vantaggio. Questi fori dovrebbero essere posizionati in qualsiasi punto lungo la superficie? no perché per ottenere la massima rivelazione è necessario valutare l'angolarità. Abbiamo stampato un prototipo basato sulle specifiche di cui sopra e abbiamo verificato la rilevabilità.

Valutazione del possibile angolo del fascio e dell'angolo di rilevamento

Dalla scheda tecnica dei componenti del sensore, il raggio e l'angolo di rilevamento sono di 20 gradi, ciò significa che sia la luce che emette che il rilevatore hanno un'ampia ampiezza di 20 gradi. Sebbene queste siano le specifiche del produttore, è comunque importante testare e confermare. Questo è stato fatto semplicemente giocando con i componenti introducendo una sorgente DC accanto a un LED. La conclusione raggiunta è stata quella di metterli uno di fronte all'altro.

Assemblea

Il design di stampa 3D del tubo ha una piastra collegata ad esso con 4 fori. Questi fori vengono utilizzati per collegare il tubo alla cassa interna tramite bulloni.

Passaggio 4: meccanismo interno elettronico

Meccanismo di erogazione:

Il meccanismo di erogazione è ottenuto utilizzando un piccolo servomotore per la rotazione del cilindro grande.

Il pin di azionamento per il servomotore 'Reely Micro-servo 9g' è collegato direttamente al microcontrollore. Il microcontrollore Arduino Uno può essere facilmente utilizzato per il controllo del servomotore. Ciò a causa dell'esistenza della libreria incorporata per le azioni dei servomotori. Ad esempio con il comando 'scrivi' si possono raggiungere gli angoli desiderati di 0° e 120°. (Questo viene fatto nel codice del progetto con 'servo.write(0)' e 'servo.write(120)').

Vibratore:

Piccolo motore DC brushless con squilibrio

Questo squilibrio è ottenuto con un pezzo di plastica che collega l'asse del motore con un piccolo bullone e dado.

Il motore è pilotato da un piccolo transistor, questo avviene perché il pin digitale non può erogare correnti superiori a 40.0 mA. Fornendo la corrente dal pin Vin del microcontrollore Arduino Uno, si possono raggiungere correnti fino a 200.0 mA. Questo è sufficiente per alimentare il piccolo motore CC.

Quando l'alimentazione del motore viene interrotta bruscamente, si ottiene un picco di corrente dovuto all'autoinduttanza del motore. Quindi un diodo viene posizionato sui collegamenti del motore per evitare che ritorni di corrente possano danneggiare il microcontrollore.

sistema di sensori:

Utilizzo di un diodo emettitore a infrarossi (LTE-4208) e un diodo rilevatore a infrarossi (LTR-320 8) collegato al microcontrollore Arduino Uno per confermare il passaggio di una pillola. Una volta che una pillola cade, ombreggia in breve tempo la luce del diodo emettitore a infrarossi. Usando un pin analogico dell'arduino otterremmo queste informazioni.

per il rilevamento:

analogRead(A0)

Passaggio 5: custodia esterna

• Dimensioni: 200 x 110 x 210 mm

• Materiale: pannello di fibra a media densità

  Spessore lamiera: 3 mm 6 mm

• Metodo di lavorazione: taglio laser

Per la cassa esterna abbiamo utilizzato spessori di diverso tipo a causa di errori di taglio laser. Scegliamo 3 mm e 6 mm per assicurarci che tutti i fogli possano essere combinati saldamente.

Per dimensioni, considerando lo spazio per l'involucro interno e per i dispositivi elettronici, la larghezza e l'altezza dell'involucro esterno sono nettamente superiori a quello interno. La lunghezza è molto più lunga per lasciare spazio ai dispositivi elettronici. Inoltre, per assicurarci che le pillole possano uscire facilmente dalla scatola, abbiamo tenuto molto vicini l'involucro interno e quello esterno.

Passaggio 6: elettronica esterna

Per l'elettronica esterna, abbiamo dovuto lasciare che il nostro robot interagisse con le persone. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo scelto come componenti un LCD, un cicalino, un LED e 5 pulsanti. Questa parte del distributore di pillole funziona come sveglia. Se non è il momento giusto per prendere le pillole, il display LCD visualizzerà solo l'ora e la data. Quando il paziente deve prendere una pillola, il LED si accenderà, il cicalino suonerà una musica e il display LCD mostrerà "Ti auguro salute e felicità". Possiamo anche utilizzare la parte inferiore dello schermo per modificare l'ora o la data.

Abilita LCD

Abbiamo usato l'LCD-1602 per connetterci direttamente al microcontrollore e abbiamo usato la funzione: LiquidCrystal lcd per abilitare l'LCD.

Cicalino

Abbiamo scelto un buzzer passivo in grado di riprodurre suoni di diverse frequenze.

Affinché il buzzer suoni le canzoni "City of the Sky" e "Happy Acura", abbiamo definito quattro array. Due dei quali sono denominati "melodia", che memorizzano le informazioni sulle note delle due canzoni. Gli altri due array sono stati denominati "Durata". Quegli array memorizzano il ritmo.

Quindi costruiamo un loop che riproduce la musica, che puoi vedere nel codice sorgente.

tempi

Abbiamo scritto una serie di funzioni per il secondo, il minuto, l'ora, la data, il mese, la settimana e l'anno.

Abbiamo usato la funzione: millis() per calcolare il tempo.

Utilizzando tre pulsanti, "seleziona", "più" e "meno", è possibile modificare l'ora.

Come tutti sappiamo, se vogliamo controllare qualche componente dobbiamo usare i pin di arduino.

I pin che abbiamo utilizzato sono stati i seguenti:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotore: Pin 11

Motore per vibrazione: Pin12

Sensore: A0

Pulsante1(i): A1

Pulsante2 (più): A2

Pulsante3 (meno): A3

Button4 (prendere le pillole): A4

LED: A5

Passaggio 7: assemblaggio totale

Alla fine, otteniamo l'assemblaggio totale come nell'immagine mostrata sopra. Abbiamo usato la colla in alcuni punti per assicurarci che fosse abbastanza stretto. In alcuni punti all'interno della macchina abbiamo anche usato nastro adesivo e viti per renderla abbastanza resistente. Il file. STEP dei nostri disegni CAD si trova in fondo a questo passaggio.

Passaggio 8: caricamento del codice

Fase 9: Epilogo

La macchina è in grado di avvisare l'utente di assumere il medicinale e di erogare la giusta quantità di pillole. Tuttavia, dopo una discussione con un farmacista qualificato ed esperto, ci sono alcune osservazioni da fare. Un primo problema è la contaminazione delle pillole che sono esposte per lungo tempo all'aria nel contenitore, quindi la qualità e l'efficacia diminuiranno. Normalmente le pillole dovrebbero essere contenute in un contenitore ben chiuso in una pastiglia di alluminio. Anche quando l'utente eroga durante un certo tempo la pillola A e successivamente deve erogare la pillola B, è piuttosto complesso pulire la macchina per assicurarsi che non vi siano particelle di pillola A che contaminano la pillola B.

Queste osservazioni danno uno sguardo critico alla soluzione fornita da questa macchina. Quindi sono necessarie ulteriori ricerche per contrastare queste carenze…

Passaggio 10: riferimenti

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Rivelatori ottici. Dipartimento di Ingegneria Meccanica Elettrica, Università Nazionale Tsing Hua.