DISTRIBUTORE DI PILLOLE AUTOMATICO: 14 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Questo è un robot distributore di pillole in grado di fornire al paziente la quantità e il tipo corretti di pillole medicinali. Il dosaggio della pillola viene eseguito automaticamente all'ora corretta della giornata, preceduto da un allarme. Quando è vuota, la macchina può essere facilmente ricaricata dall'utente. Il meccanismo di erogazione e ricarica è comandato tramite un'applicazione connessa via Bluetooth al robot e tramite due pulsanti.

Bruface Mechatronics Project Group 2

Membri del team: Federico ghezzi

Andrea Molino

Giulia Ietro

Mohammad Fakih

Mouhamad Lakkis

Passaggio 1: lista della spesa

• Adafruit Motor Shield v2.3 (kit di montaggio) – Motor/Stepper/Servo Shield per Arduino
• Sensore di temperatura dell'umidità Kwmobile
• AZDelivery Carte per Arduino PCM2704 KY-006 Buzzer passivo
• AZDelivery Orologio in tempo reale, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28 byj di 48 DC 5 V 4 fasi di fil de 5 Micro Step con modulo ULN2003 per Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield per Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 caratteri + l'interfaccia I2C
• OfficeTree® 20 Mini magneti OfficeTree® 20 6x2 mm
• ACCOPPIATORE PER ALBERO POLOLU-1203 MOZZO UNIVERSALE DI MONTAGGIO
• Cavo ponticello maschio a femmina da 30 cm a 40 pin
• Tagliere senza saldatura – 830 fori
• USB 2.0 A – B M/M 1.80 M
• Sensore di movimento Pir per Arduino
• Set di cavi jumper breadboard AWG un pin
• R18-25b Interruttore a pressione 1p Off-(on)
• L-793id LED 8mm Rosso Diffuso 20mcd
• L-793gd LED 8mm Verde Diffuso 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• Interruttore tattile 6x6mm
• 2 caratteri 70x40 mm
• grep plast con 64 mm
• nodo alluminio 12 mm
• ultragel 3gr
• 50 nagel 2x35
• Retroilluminazione LCD RGB
• 2 cuscinetti a sfera albero da 6,4 mm
• 2 fogli interi in mdf per il taglio laser
• 1 pezzo di plexiglass per il taglio laser
• 1 potenziometro
• Arduino uno

Fase 2: Suggerimenti tecnici sulla scelta dei componenti

I meccanismi di erogazione e di ricarica richiedono grande precisione e piccoli movimenti delle ruote che contengono le pillole. Per questo motivo decidiamo di utilizzare due motori passo passo.

I motori passo-passo sono stabili, possono guidare un'ampia gamma di carichi di attrito e inerzia, non hanno bisogno di feedback. Il motore è anche un trasduttore di posizione: non sono necessari sensori di posizione e velocità. Inoltre, hanno un'eccellente ripetibilità e ritornano esattamente nella stessa posizione.

Un Motor Shield aziona i due motori passo-passo. Contiene 4 H-Bridge che permettono di controllare sia la direzione che la velocità dei motori. Usando uno scudo motore, aumentiamo il numero di pin liberi.

Per essere sicuri che le pillole siano sempre in buone condizioni, un sensore di umidità e temperatura misura costantemente la temperatura e l'umidità all'interno del dispenser.

Per avvisare l'utente che è ora di fare la sua terapia abbiamo costruito un allarme con un Buzzer e un Real-Time Clock. Il modulo RTC funziona a batteria e può tenere traccia dell'ora anche se riprogramma il microcontrollore o scollega l'alimentazione principale.

Due pulsanti e un display a cristalli liquidi RGB consentono all'utente di interagire con l'erogatore. L'utente può anche impostare la sua terapia e il tempo di erogazione tramite un'App per smartphone. Può collegare il suo dispositivo personale tramite connessione Bluetooth (un modulo Bluetooth è collegato ad Arduino).

Un sensore PIR rileva un movimento se l'utente prende il suo medicinale e dà un feedback sul corretto funzionamento dell'erogatore. A causa della sua grande sensibilità e del suo ampio raggio di rilevamento, è volutamente ostacolato in alcune direzioni per evitare misurazioni inutili.

Passaggio 3: parte di produzione

Di seguito viene fornito un elenco dettagliato delle parti prodotte dalla stampante 3D o dal taglio laser. Tutte le dimensioni e gli aspetti geometrici sono scelti per avere un corretto abbinamento tra tutte le parti con forti connessioni e un bel design.

Tuttavia, le dimensioni e l'aspetto geometrico possono essere modificati a seconda delle diverse finalità. Nelle sezioni successive è possibile trovare il CAD di tutti i componenti qui elencati.

In particolare, l'idea iniziale del progetto è stata quella di realizzare un portapillole con più ruote in modo da erogare la maggior quantità e la più ampia varietà di pillole. Per lo scopo del corso, abbiamo limitato la nostra attenzione solo a 2 di esse, ma con poche modifiche al design, è possibile aggiungere più ruote e raggiungere l'obiettivo. Ecco perché ti diamo la possibilità di modificare liberamente il nostro design in modo che, se ti piace, puoi cambiarlo e adattarlo a qualsiasi gusto personale.

Ecco l'elenco di tutte le parti stampate in 3D e tagliate al laser con lo spessore tra parentesi:

• piastra posteriore (mdf 4 mm) x1
• piastra di base (mdf 4 mm) x1
• piastra frontale (mdf 4 mm) x1
• piastra laterale_senza foro (mdf 4 mm) x1
• piastra laterale_foro (mdf 4 mm) x1
• piastra arduino (mdf 4 mm) x1
• piastra per sustain verticale (mdf 4 mm) x1
• piastra connettore (mdf 4 mm) x1
• piastra per il tappo della ruota (mdf 4 mm) x2
• piastra per la ruota (mdf 4 mm) x2
• piastra superiore (plexiglass 4 mm) x1
• piastra di apertura (mdf 4 mm) x1
• portacuscinetti (stampa 3d) x2
• coprimozzo (stampa 3d) x2
• imbuto (stampa 3d) x1
• piedino ad imbuto (stampa 3d) x2
• Supporto PIR (stampa 3d) x1
• spina per il coprimozzo (stampa 3d) x2
• ruota (stampa 3d) x2

Fase 4: Disegni tecnici per il taglio laser

L'assemblaggio della scatola è studiato per evitare l'uso di colla. Ciò consente di realizzare un lavoro più pulito e, se necessario, è possibile eseguire lo smontaggio per risolvere alcuni problemi.

In particolare, il montaggio viene eseguito mediante bulloni e dadi. In un foro di geometria adeguata, un bullone da un lato e un dado dall'altro, si incastrano perfettamente per avere un forte collegamento tra tutte le piastre in mdf. In particolare per quanto riguarda le varie targhe:

• La piastra laterale ha un foro posizionato in modo da far passare il cavo in modo da avere una connessione tra Arduino e il computer.
• La piastra frontale ha 2 aperture. Quello più basso è destinato ad essere utilizzato quando la persona deve prendere il bicchiere in cui è stata dispensata la pillola. L'altro viene utilizzato quando è il momento della ricarica. In questa particolare situazione è presente un tappo (vedi più avanti il disegno) che può chiudere dal basso l'apertura sul cappello della ruota. Il posizionamento di questo tappo viene infatti effettuato sfruttando questa seconda apertura. Una volta posizionato il plug, tramite i pulsanti o l'app, la persona può far ruotare la ruota di una sezione alla volta e posizionare una pillola in ciascuna sezione.
• La piastra di sostegno è posizionata in modo da avere un supporto verticale per le rotaie dove sono posizionati la ruota e il tappo in modo da avere una struttura più affidabile e rigida.
• La piastra di apertura è progettata come dice la parola per facilitare il meccanismo di ricarica da parte dell'utente
• La piastra superiore, come si può vedere dalla foto, è realizzata in plexiglass per consentire dall'esterno la visione di ciò che accade all'interno.

Tutte le altre placche non hanno scopi particolari, sono progettate in modo da consentire a tutte le parti di combaciare perfettamente tra loro. Alcune parti possono presentare particolari fori con dimensioni e geometrie diverse per far entrare tutta l'elettronica (come Arduino e motori) o le cose stampate in 3D (come l'imbuto e il supporto PIR) devono essere collegate in modo corretto.

Passaggio 5: Passaggio 5: CAD per le parti tagliate al laser

Passaggio 6: disegni tecnici per la stampa 3D

Le parti stampate in 3d sono realizzate utilizzando le stampanti Ultimakers 2 e Prusa iMK disponibili presso il laboratorio Fablab dell'Università. Sono simili nel senso che entrambi utilizzano lo stesso materiale che è il PLA (quello utilizzato per tutte le nostre parti stampate) e hanno la stessa dimensione dell'ugello. In particolare i Prusa lavorano con un filamento più sottile, sono più user friendly grazie alla piastra removibile (non è necessario utilizzare la colla) e al sensore che compensa la superficie non piana della piastra di base.

Tutte le parti stampate in 3D sono realizzate lasciando le impostazioni standard tranne che per la ruota dove viene utilizzata una densità del materiale di riempimento dell'80% per avere un albero più rigido. In particolare, al primo tentativo, è stata lasciata come impostazione standard una densità del materiale di riempimento del 20% senza notare l'errore. Alla fine della stampa la ruota era perfettamente realizzata ma l'albero si è rotto subito. Per non ristampare nuovamente la ruota, poiché richiede un tempo piuttosto lungo, abbiamo deciso di optare per una soluzione più intelligente. Abbiamo deciso solo di ristampare l'albero con una base che sarebbe stata fissata alla ruota con 4 fori aggiuntivi come si vedrà nelle figure.

Segue una descrizione particolare di ogni componente:

• Portacuscinetto: questo componente è realizzato per trattenere e sostenere il cuscinetto in una posizione corretta. Il portacuscinetto infatti è realizzato con un foro centrato con l'esatta dimensione del diametro del cuscinetto in modo da avere una connessione molto precisa. Le 2 alette servono proprio per avere un corretto fissaggio del componente sulla piastra. Da notare che il cuscinetto viene utilizzato in modo da sostenere l'albero della ruota che altrimenti potrebbe piegarsi.
• Ruota: La stampa 3d rappresenta quasi il cuore del nostro progetto. È progettato in modo da essere il più grande possibile in modo da contenere la massima quantità di pillole ma allo stesso tempo rimanendo leggero e facile da guidare dai motori. Ha inoltre progettato con bordi lisci tutt'intorno per non avere pillole attaccate. Ha in particolare 14 sezioni dove è possibile allocare le pillole. La parte centrale, così come il bordo tra ogni sezione, è stata svuotata per lasciare la ruota il più leggera possibile. Poi c'è un albero di 6,4 mm di diametro e 30 mm di lunghezza che può adattarsi perfettamente al cuscinetto dall'altra parte. Infine un forte collegamento con il motore è ottenuto da un giunto ad albero collegato da un lato con la ruota dai 4 fori visibili in foto e dall'altro con il motore passo-passo.
• Cappuccio della ruota: Il cappuccio della ruota è progettato in modo tale che le pillole una volta all'interno della ruota non possano uscire da esso a meno che non raggiungano la sezione aperta sul fondo della ruota. Inoltre, il tappo può proteggere la ruota dall'ambiente esterno garantendo una corretta conservazione. Il suo diametro è leggermente più grande della ruota stessa e ha 2 aperture principali. Quello in basso ha lo scopo di rilasciare la pillola mentre quello in alto serve per il meccanismo di ricarica precedentemente descritto. Il foro principale al centro serve per il passaggio dell'albero della ruota ei restanti 6 fori servono per il collegamento con la piastra e il cuscinetto. Inoltre, sul lato inferiore, sono presenti 2 fori dove vengono posizionati 2 piccoli magneti. Come dettagliato dopo, questi saranno destinati ad avere una forte connessione con la spina.
• Imbuto: L'idea dell'imbuto, come si può chiaramente intuire, è quella di raccogliere le pillole che cadono dalla ruota e raccoglierle nel bicchiere sul fondo. In particolare per la sua stampa è stata suddivisa in 2 differenti step. C'è il corpo dell'imbuto e poi 2 piedi che sono stati stampati a parte altrimenti la stampa avrebbe implicato troppi supporti. Per l'assemblaggio finale le 2 parti devono essere incollate insieme.
• Supporto PIR: la sua funzione è di mantenere il PIR in una posizione corretta. Ha un foro quadrato nel muro per far passare i cavi e 2 bracci per tenere il PIR senza un giunto permanente.
• Plug: questo piccolo componente è stato progettato in modo da facilitare il meccanismo di ricarica. Come accennato in precedenza, una volta giunto il momento di ricaricare, il fondo del tappo della ruota va chiuso dal tappo, altrimenti le pastiglie durante la ricarica cadrebbero. Per facilitare il suo collegamento con il cappuccio sono presenti 2 piccoli fori e due magneti. In questo modo il legame con il tappo è forte e di facile utilizzo. Può essere posizionato in posizione e rimosso con un compito molto semplice.

Passaggio 7: Passaggio 7: CAD per parti stampate in 3D

Passaggio 8: Passaggio 8: assemblaggio CAD finale

Passaggio 9: test per singoli componenti

Sono stati eseguiti diversi test individuali prima di collegare tra loro tutti i componenti elettronici. In particolare i video rappresentano i test per il meccanismo di erogazione e ricarica, per il funzionamento dei pulsanti, per l'allarme per il test dei led.

Passaggio 10: assemblaggio finale

La prima parte dell'assemblaggio è stata dedicata al montaggio della parte strutturale del robot. Sulla piastra di base sono state fissate le 2 piastre laterali e la piastra frontale ed è stato fissato l'imbuto. Nel frattempo, ogni ruota veniva collegata al suo motore passo-passo tramite l'accoppiatore dell'albero e poi montata con il suo cappello. Successivamente, il sistema copriruota è stato montato direttamente sul robot. A questo punto i componenti elettronici sono stati installati sul robot. Infine, le lastre rimanenti sono state assemblate per completare il progetto.

Passaggio 11: cablaggio dei componenti ad Arduino

Passaggio 12: diagramma di flusso del programma

Il seguente diagramma di flusso mostra la logica del programma che abbiamo scritto, per una ruota.

Passaggio 13: programmazione

Passaggio 14: connessione applicazione robot-smartphone

Come già detto, la comunicazione con il robot è assicurata da un'applicazione per smartphone collegata tramite un modulo bluetooth al robot. Le immagini seguenti rappresentano il funzionamento dell'app. La prima rappresenta l'icona dell'applicazione mentre la seconda e la terza riguardano rispettivamente il meccanismo di erogazione manuale e il menu di impostazione dell'ora. In quest'ultimo caso, il meccanismo di erogazione viene eseguito automaticamente all'ora selezionata dall'utente.

Questa applicazione è stata creata sull'App Inventor del Massachusetts Institute of Technology (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=en#6211792079552512).