Автоматичният дозатор на хапчета: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Ние сме първите магистърски студенти по електромеханично инженерство в инженерния факултет в Брюксел (накратко „Bruface“). Това е инициатива на два университета, разположени в центъра на Брюксел: Université Libre de Bruxelles (ULB) и Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Като част от програмата трябваше да направим истинска работеща мехатронна система за курса Мехатроника.

В теоретичните курсове научихме как различните компоненти трябва да се комбинират в реални приложения. След това получихме въведение за основите на микроконтролер Arduino и как да управляваме система за мехатроника. Целта на курса беше да може да се проектира, произвежда и програмира мехатронна система.

Всичко това трябва да се прави в група. Нашата група беше международен екип, състоящ се от двама китайски студенти, двама белгийски и един камерунец.

Първо искаме да изкажем нашата благодарност за подкрепата на Алберт де Бейр и професор Брам Вандерборт.

Като група решихме да се заемем със социално значим проблем. Тъй като застаряващото население се превръща в глобален проблем, натоварването на болногледачите и медицинските сестри става твърде голямо. С напредването на възрастта хората често трябва да приемат повече лекарства и витамини. С автоматичен дозатор за хапчета възрастните хора с разсеяно мислене могат да се справят самостоятелно с тази задача малко по-дълго. По този начин болногледачите и медицинските сестри могат да отделят повече време за по -зависими пациенти.

Също така би било много удобно за всеки, който понякога е малко забравителен и не помни да вземе хапчетата си.

По този начин мехатронната система трябва да достави решение, което напомня на потребителя да вземе хапчетата си и също така отпуска хапчетата. Ние също така предпочитаме автоматичния дозатор за хапчета да бъде лесен за употреба, за да направи възможно използването на всеки: независимо от тяхната възраст!

Стъпка 1: Материали

Корпус:

• Mdf: дебелина 4 mm за вътрешния корпус
• Mdf: дебелина 3 и 6 mm за външния корпус

Монтаж

• Болтове и гайки (M2 и M3)
• Малък сачмен лагер

Микроконтролер:

Arduino UNO [Връзка за поръчка]

Електронни части

• Празна платка [Връзка за поръчка]
• Малък серво мотор 9g [Връзка за поръчка]
• Малък DC двигател 5V [Връзка за поръчка]
• Транзистор: BC 237 (NPN биполярен транзистор) [Поръчайте връзка]
• Диод 1N4001 (пиково обратно напрежение 50V) [връзка за поръчка]
• Пасивен зумер: Transducteur piezo
• LCD1602

• Резистори:

  • 1 х 270 ома
  • 1 x 330 ома
  • 1 x 470 ома
  • 5 x 10 k ома
• Инфрачервен излъчвател
• Инфрачервен детектор

Стъпка 2: Вътрешен калъф

Вътрешният корпус може да се разглежда като кутия, която съдържа цялата вътрешна механика и електроника. Състои се от 5 плочи от 4 мм MDF, които са лазерно изрязани в правилните форми. Има и допълнителна шеста плоча, която може да се добави. Това допълнително шесто парче има квадратна форма и може да се използва като капак. 5 -те плочи (долната и четирите страни) са проектирани във форма на пъзел, така че да пасват идеално една в друга. Техният монтаж може да бъде подсилен с помощта на винтове. Самолетите вече имат отворите, където трябва да се поберат другите части или където трябва да се поставят болтовете.

Стъпка 3: Вътрешен механизъм

МЕХАНИЗМЪТ НА ИЗТИВАНЕТО

Механизъм

Нашият механизъм за дозиране на хапчета е следният: потребителят поставя хапчетата в отделението за съхранение в горната част на кутията. Тъй като долната плоча на това отделение е наклонена, хапчетата автоматично ще се плъзгат надолу в първата епруветка, където се подреждат. Под тази тръба има цилиндър с малък отвор, в който само едно хапче се вписва перфектно. Този малък отвор е разположен точно под тръбата, така че хапчетата се натрупват над него, докато първото хапче лежи в отвора на цилиндъра. Когато трябва да се вземе хапче, цилиндърът (с включено хапче) се завърта на 120 градуса, така че хапчето в цилиндъра пада надолу във втори цилиндър. Този втори цилиндър е мястото, където се намира сензор, който открива дали хапче действително е паднало от цилиндъра. Това служи като система за обратна връзка. Тази тръба има една страна, която стърчи по -високо от другата. Това е така, защото тази страна предотвратява падането на хапчето върху втората епруветка и по този начин помага да се гарантира, че хапчето ще падне в епруветката и ще бъде открито от сензора. Под тази тръба е разположен малък плъзгач, така че капката за изпускане ще се плъзне през отвора в предната част на вътрешната кутия.

Целият този механизъм се нуждае от няколко части:

• Лазерно нарязани части

  1. Долната наклонена плоча на отделението за съхранение.
  2. Страничните наклонени плочи на отделението за съхранение

• 3D отпечатани части

  1. Горната тръба
  2. Цилиндърът
  3. Оста
  4. Долната тръба (вижте долната тръба и сензорното отделение)
  5. Пързалката

• Други части

  Ролков лагер

Всички файлове на нашите части, които са необходими за лазерно изрязване или 3D печат, могат да бъдат намерени по -долу.

Различни части и тяхното сглобяване

ТАБЛИЦИТЕ ЗА ОТДЕЛЕНИЕ НА СЪХРАНЕНИЕТО

Отделението за съхранение се състои от три плочи, които се режат с лазер. Тези плочи могат да бъдат сглобени и свързани помежду си и с вътрешната кутия, защото имат някои отвори и малки парчета, които се открояват. Това е така, че всички да се поберат един в друг като пъзел! Дупките и изпъкналите парчета вече са добавени към CAD файловете, можете да използвате лазерното изрязване.

ГОРНА ТРЪБА

Горната тръба е свързана само с едната страна на вътрешната кутия. Свързан е с помощта на прикрепена към него плоча (включена е в CAD чертежа за 3D печат).

ЦИЛИНДЪР И РОЛКОВ ЛАГЕР

Цилиндърът е свързан към 2 страни на кутията. От едната страна, той е свързан със серво мотора, който предизвиква въртящо се движение, когато хапчето трябва да падне. От другата страна, то

ДОЛНИЯТ ТРУБЕН И СЕНЗОРЕН ОТДЕЛ

Усещането е важно действие, когато става въпрос за отпускане на хапчета. Трябва да можем да получим потвърждение, че пациентът е взел определено хапче в подходящ момент. За да получите тази функционалност, важно е да разгледате различните етапи на проектиране.

Изборът на правилните компоненти за откриване:

От снимачната площадка, когато проектът беше валидиран, трябваше да търсим и подходящ компонент, който да потвърди преминаването на хапче от кутията. Познаването на сензорите може да бъде от полза за това действие, основното предизвикателство беше да се знае типа, който ще бъде съвместим с дизайна. Първият компонент, който открихме, беше фотоинтерпуптор, съставен от IR излъчвател и IR фототранзисторен диод. Фотоинтерпупторът с платка 25/64 '' PCB HS 810 беше решение поради своята съвместимост, което ни накара да избегнем възможния проблем с ъгловата конфигурация. Решихме да не използваме това поради геометрията му, ще бъде трудно да се включи с дюзата. От някакъв свързан проект видяхме, че е възможно да се използва IR сензор с IR детектор с по -малко други компоненти като сензор. Тези IR компоненти могат да бъдат намерени в различни форми.

3D отпечатване на дюзата за хапчета, която пробива сензора

Възможността да се сортира основният компонент, който да се използва като сензор, беше време да се провери как ще бъдат поставени на дюзата. Дюзата има вътрешен диаметър 10 мм за свободното преминаване на хапчето от въртящия се цилиндър. Чрез информационния лист на сензорните елементи, ние осъзнахме, че въвеждането на отвори около повърхността на дюзата, съответстващи на размерите на компонента, ще бъде допълнително предимство. Трябва ли тези дупки да се поставят на всяка точка по повърхността? не, защото за да се постигне максимално откриване, трябва да се оцени ъгловата ъгълност. Отпечатахме прототип въз основа на спецификациите по -горе и проверихме за откриваемост.

Оценка на възможния ъгъл на лъча и ъгъла на откриване

От информационния лист на компонентите на сензора лъчът и ъгълът на откриване са 20 градуса, което означава, че и излъчващата светлина, и детекторът имат широк обхват от 20 градуса. Въпреки че това са спецификации на производителите, все още е важно да се тества и потвърди. Това беше направено чрез просто играене с компонентите, които въведоха източник на постоянен ток заедно със светодиод. Достигнатото заключение е да ги поставим един срещу друг.

Монтаж

Дизайнът на 3D отпечатването на тръбата има плоча, свързана към нея с 4 отвора. Тези отвори се използват за свързване на тръбата към вътрешния корпус с помощта на болтове.

Стъпка 4: Вътрешен механизъм на електрониката

Дозиращ механизъм:

Дозиращият механизъм се постига чрез използване на малък сервомотор за въртене на големия цилиндър.

Задвижващият щифт за серво мотора 'Reely Micro-servo 9g' е свързан директно към микроконтролера. Микроконтролерът Arduino Uno лесно може да се използва за управление на серво мотора. Това се дължи на наличието на вградена библиотека за серво моторни действия. Например с командата 'write' могат да бъдат достигнати желаните ъгли от 0 ° и 120 °. (Това се прави в кода на проекта със „servo.write (0)“и „servo.write (120)“).

Вибратор:

Малък безчеткови DC двигател с дисбаланс

Този дисбаланс се постига с парче пластмаса, което свързва оста на двигателя с малък болт и гайка.

Двигателят се задвижва от малък транзистор, това се прави, защото цифровият щифт не може да достави по -високи токове от 40,0 mA. Чрез осигуряване на ток от щифта Vin на микроконтролера Arduino Uno, човек може да достигне токове до 200.0 mA. Това е достатъчно за захранване на малкия DC мотор.

Когато захранването на двигателя внезапно спре, получавате пик на тока поради самоиндукцията на двигателя. Така че върху връзките на двигателя е поставен диод, за да се предотврати обратното протичане на тока, което може да повреди микроконтролера.

сензорна система:

Използвайки инфрачервен излъчващ диод (LTE-4208) и инфрачервен детектор (LTR-320 8), свързан към микроконтролера Arduino Uno, за да потвърдите преминаването на хапче. След като хапчето падне, то ще засенчи светлината на инфрачервения диод за кратко време. Използвайки аналогов щифт на arduino, ще получим тази информация.

за откриване:

analogRead (A0)

Стъпка 5: Външен калъф

• Размер: 200 x 110 x 210 мм

• Материал: ПДЧ със средна плътност

  Дебелина на листа: 3 mm 6 mm

• Метод на обработка: лазерно рязане

За външния корпус използвахме различни видове дебелини поради грешки при лазерното рязане. Избираме 3 мм и 6 мм, за да сме сигурни, че всички листове могат да се комбинират плътно.

Що се отнася до размера, като се има предвид мястото за вътрешния корпус и електронните устройства, ширината и височината на външния корпус е по -голяма от вътрешната. Дължината е много по -голяма, за да остави място за електронните устройства. Освен това, за да сме сигурни, че хапчетата могат лесно да излязат от кутията, ние държахме вътрешната и външната кутия много близо.

Стъпка 6: Външна електроника

За външната електроника трябваше да позволим на нашия робот да взаимодейства с хората. За да постигнем това, ние избрахме LCD, зумер, LED и 5 бутона като наши компоненти. Тази част от дозатора за хапчета функционира като будилник. Ако не е подходящият момент за приемане на хапчета, LCD дисплеят просто ще покаже часа и датата. Когато пациентът трябва да вземе хапче, светодиодът ще светне, зумерът ще пусне музика и на LCD ще се покаже „желая ви здраве и щастие“. Можем също да използваме долната част на екрана, за да променим часа или датата.

Активиране на LCD

Използвахме LCD-1602 за директно свързване към микроконтролера и използвахме функцията: LiquidCrystal lcd, за да активираме LCD.

Звуков сигнал

Избрахме пасивен зумер, който може да възпроизвежда звуци с различни честоти.

За да може зумерът да пусне песните „City of the Sky“и „Happy Acura“, ние определихме четири масива. Две от които са наречени "tune", които съхраняват информацията за нотите на двете песни. Другите два масива са наречени "Duration". Тези масиви съхраняват ритъма.

След това изграждаме цикъл, който възпроизвежда музика, който можете да видите в изходния код.

Срокове

Написахме поредица от функции за втората, минутата, часа, датата, месеца, седмицата и годината.

Използвахме функцията: millis () за изчисляване на времето.

Използвайки три бутона, „изберете“, „плюс“и „минус“, часът може да бъде променен.

Както всички знаем, ако искаме да контролираме някой компонент, трябва да използваме щифтовете на arduino.

Щифтовете, които използвахме, бяха следните:

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

Bruzzer: Пин 10

Серво мотор: Пин 11

Двигател за вибрации: Pin12

Сензор: A0

Бутон 1 (и): A1

Бутон 2 (плюс): A2

Button3 (минус): A3

Button4 (вземете хапчетата): A4

LED: A5

Стъпка 7: Общо сглобяване

Най -накрая получаваме общото събрание, както е показано на снимката по -горе. Използвахме лепило на някои места, за да се уверим, че е достатъчно стегнато. На някои места от вътрешната страна на машината използвахме и лента и винтове, за да я направим достатъчно здрава.. STEP файлът на нашите CAD чертежи може да бъде намерен в долната част на тази стъпка.

Стъпка 8: Качване на кода

Стъпка 9: Епилог

Машината е в състояние да предупреди потребителя да вземе лекарството и доставя точното количество хапчета. След дискусия с квалифициран и опитен фармацевт обаче трябва да се направят някои забележки. Първият проблем е замърсяването на хапчетата, които са изложени дълго време на въздуха в контейнера, поради което качеството и ефикасността ще намалеят. Обикновено хапчетата трябва да се съдържат в кладенче, затворено в алуминиева таблетка. Също така, когато потребителят издава хапче А през определено време и след това трябва да раздаде хапче В, е доста сложно да се почисти машината, за да се гарантира, че няма частици от хапче А, замърсяващо хапче Б.

Тези наблюдения дават критичен поглед върху решението, което тази машина предлага. Затова са необходими повече изследвания, за да се противодейства на тези недостатъци …

Стъпка 10: Препратки

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Оптични детектори. Катедра „Силово машиностроене“, Национален университет „Цин Хуа“.