Automaattinen pillereiden annostelija: 10 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Olemme ensimmäiset sähkötekniikan maisteriopiskelijat Brysselin teknillisessä tiedekunnassa (lyhyesti "Bruface"). Tämä on kahden Brysselin keskustassa sijaitsevan yliopiston aloite: Université Libre de Bruxelles (ULB) ja Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Osana ohjelmaa meidän piti tehdä todellinen toimiva mekatroninen järjestelmä kurssille Mekatroniikka.

Teoreettisilla kursseilla opimme, kuinka eri komponentit tulisi yhdistää todellisiin sovelluksiin. Sen jälkeen saimme johdannon Arduino -mikrokontrollerin perusteista ja mekatroniikkajärjestelmän ohjaamisesta. Kurssin tavoitteena oli pystyä suunnittelemaan, tuottamaan ja ohjelmoimaan mekatroninen järjestelmä.

Tämä kaikki pitäisi tehdä ryhmässä. Ryhmämme oli kansainvälinen tiimi, joka koostuu kahdesta kiinalaisesta opiskelijasta, kahdesta belgialaisesta ja yhdestä kamerunilaisesta opiskelijasta.

Ensinnäkin haluamme kiittää Albert De Beirin ja professori Bram Vanderborghtin tuesta.

Ryhmänä päätimme käsitellä sosiaalisesti merkittävää ongelmaa. Kun väestön ikääntymisestä tulee maailmanlaajuinen ongelma, hoitajien ja sairaanhoitajien työmäärä kasvaa liian suureksi. Ikääntyessään heidän on usein otettava enemmän lääkkeitä ja vitamiineja. Automaattisella pillereiden annostelijalla hajamieliset vanhukset voivat selviytyä tästä tehtävästä itsenäisesti hieman pidempään. Tällä hoitajilla ja sairaanhoitajilla voi olla enemmän aikaa käyttää enemmän riippuvaisia potilaita.

Lisäksi se olisi erittäin kätevä kaikille, jotka ovat välillä hieman unohtuneita eivätkä muista ottaa pillereitä.

Mekatronisen järjestelmän pitäisi siis tarjota ratkaisu, joka muistuttaa käyttäjää ottamaan pillerit ja myös annostelee pillerit. Pidämme myös parempana, että automaattinen pillereiden annostelija on käyttäjäystävällinen, jotta kaikki voivat käyttää sitä: iästä riippumatta!

Vaihe 1: Materiaalit

Kotelo:

• Mdf: 4 mm paksuus sisäkotelolle
• Mdf: paksuus 3 ja 6 mm ulkokotelolle

Kokoonpano

• Pultit ja mutterit (M2 ja M3)
• Pieni kuulalaakeri

Mikro -ohjain:

Arduino UNO [Tilaa linkki]

Elektroniset osat

• Tyhjä piirilevy [Tilaa linkki]
• Pieni servomoottori 9g [Tilaa linkki]
• Pieni tasavirtamoottori 5 V [Linkki tilaukseen]
• Transistori: BC 237 (NPN bipolar transistor) [Tilauslinkki]
• Diodi 1N4001 (käänteisjännite 50V) [linkki tilaukseen]
• Passiivinen summeri: Lähetin pietso
• LCD1602

• Vastukset:

  • 1 x 270 ohmia
  • 1 x 330 ohmia
  • 1 x 470 ohmia
  • 5 x 10 k ohmia
• Infrapunasäteilijä
• Infrapuna -ilmaisin

Vaihe 2: Sisäkotelo

Sisäkoteloa voidaan pitää laatikkona, joka sisältää kaiken sisäisen mekaniikan ja elektroniikan. Se koostuu viidestä 4 mm: n MDF -levystä, jotka on leikattu oikeaan muotoon laserilla. Valinnainen kuudes levy voidaan lisätä. Tämä valinnainen kuudes pala on neliön muotoinen ja sitä voidaan käyttää kannena. Viisi levyä (pohja ja neljä sivua) on suunniteltu palapelin muotoon siten, että ne sopivat täydellisesti toisiinsa. Niiden kokoonpano voidaan vahvistaa ruuveilla. Koneissa on jo reiät, joihin muiden osien tulisi mahtua tai joihin pultit tulisi sijoittaa.

Vaihe 3: Sisäinen mekanismi

ANNOSTUSMEKANISMI

Mekanismi

Pillereiden annostelumekanismimme on seuraava: käyttäjä laittaa pillerit laatikon yläosassa olevaan säilytyslokeroon. Kun kyseisen lokeron pohjalevy on vinossa, pillerit liukuvat automaattisesti alas ensimmäiseen putkeen, jossa ne pinotaan. Tämän putken alla on sylinteri, jossa on pieni reikä, johon vain yksi pilleri sopii täydellisesti. Tämä pieni reikä sijaitsee aivan putken alla niin, että pillerit pinotaan sen yläpuolelle, kun taas ensimmäinen pilleri on sylinterin reiässä. Kun pilleri on otettava, sylinteri (pilleri sisään) pyörii 120 astetta niin, että pullossa oleva pilleri putoaa alas toiseen sylinteriin. Tässä toisessa sylinterissä on anturi, joka havaitsee, onko pilleri todella pudonnut sylinteristä. Tämä toimii palautejärjestelmänä. Tässä putkessa on toinen puoli, joka ulottuu korkeammalle kuin toinen. Tämä johtuu siitä, että tämä puoli estää pillerin putoamisen toisen putken päälle ja auttaa siten takaamaan, että pilleri putoaa putkeen ja anturi havaitsee sen. Tämän putken alla on pieni liukumäki siten, että tiputuspilleri liukuu sisälaatikon edessä olevan reiän läpi.

Tämä koko mekanismi tarvitsee useita osia:

• Laserleikatut osat

  1. Säilytyslokeron vino pohjalevy.
  2. Säilytyslokeron sivuviistot levyt

• 3D -painetut osat

  1. Ylempi putki
  2. Sylinteri
  3. Akseli
  4. Alempi putki (katso alempi putki ja anturilokero)
  5. Dia

• Toiset osat

  Rullalaakeri

Kaikki osamme tiedostot, joita tarvitaan laserleikkaukseen tai 3D -tulostamiseen, löytyvät alta.

Eri osat ja niiden kokoonpano

VARASTOINTIKILVET

Säilytyslokero koostuu kolmesta laserleikatusta levystä. Nämä levyt voidaan koota ja liittää toisiinsa ja sisälaatikkoon, koska niissä on joitakin reikiä ja pieniä paloja. Tämä on niin, että ne kaikki sopivat toisiinsa kuin palapeli! Reiät ja erottuvat palaset on jo lisätty CAD -tiedostoihin, joita voidaan käyttää laserleikkauksella.

YLÄPUTKI

Ylempi putki on liitetty vain sisäkotelon toiselle puolelle. Se liitetään siihen kiinnitetyn levyn avulla (se sisältyy 3D -tulostuksen CAD -piirustukseen).

Sylinteri- ja rullalaakeri

Sylinteri on liitetty laatikon 2 sivulle. Toisaalta se on liitetty servomoottoriin, joka saa aikaan pyörivän liikkeen, kun pilleri on pudotettava. Toisella puolella se

ALAPUTKI JA ANTURITILA

Tunnistaminen on tärkeä toimenpide pillereiden annostelussa. Meidän on voitava saada vahvistus siitä, että potilas on ottanut pillerin oikeaan aikaan. Tämän toiminnon saamiseksi on tärkeää ottaa huomioon eri suunnitteluvaiheet.

Oikeiden ilmaisukomponenttien valinta:

Alusta alkaen, kun projekti validoitiin, meidän piti etsiä ja löytää sopiva komponentti, joka vahvistaa pillerin poistumisen laatikosta. Tietäen antureista voi olla hyötyä tässä toiminnassa, suurin haaste oli tietää malli, joka on yhteensopiva suunnittelun kanssa. Ensimmäinen komponentti, jonka löysimme, oli valokeskus, joka koostui IR -lähettimestä ja IR -fototransistoridiodista. 25/64 tuuman korttipaikka PCB HS 810 -valokäsittelylaite oli ratkaisu yhteensopivuutensa vuoksi, joten voimme välttää mahdolliset kulmakonfigurointiongelmat. Päätimme olla käyttämättä tätä sen geometrian vuoksi, sitä on vaikea liittää suuttimeen. Eräässä asiaan liittyvässä projektissa havaitsimme, että on mahdollista käyttää anturina IR -lähetintä, jossa on IR -ilmaisin, jossa on vähemmän muita komponentteja. Nämä IR -komponentit löytyivät eri muodoissa.

3D -tulostus pillerin suuttimesta, joka rei'ittää anturin

Kun pääsimme erottamaan pääkomponentin, jota käytetään anturina, oli aika tarkistaa, miten ne asetetaan suuttimeen. Suuttimen sisähalkaisija on 10 mm, jotta pilleri pääsee vapaasti ulos pyörivästä sylinteristä. Tunnistuselementtien tietolomakkeella ymmärsimme, että reikien lisääminen suuttimen pinnan ympärille, joka vastaa komponentin kokoa, on lisäetu. Pitäisikö nämä reiät sijoittaa mihin tahansa pintaan? ei, koska maksimaalisen havaitsemisen saavuttamiseksi kulma on arvioitava. Tulostimme prototyypin yllä olevien eritelmien perusteella ja tarkistimme havaittavuuden.

Mahdollisen säteen kulman ja havaitsemiskulman arviointi

Anturikomponenttien tietolomakkeesta säde ja ilmaisukulma ovat 20 astetta, mikä tarkoittaa, että sekä säteilevän valon että ilmaisimen leveys on 20 astetta. Vaikka nämä ovat valmistajan spesifikaatioita, on silti tärkeää testata ja vahvistaa. Tämä tehtiin yksinkertaisesti leikkimällä komponenteilla, jotka esittivät tasavirtalähteen LEDin rinnalla. Johtopäätös oli asettaa ne vastakkain.

Kokoonpano

Putken 3D -tulostusmallissa on levy, johon on liitetty 4 reikää. Näitä reikiä käytetään putken liittämiseen sisäkoteloon ruuveilla.

Vaihe 4: Elektroniikan sisäinen mekanismi

Annostelumekanismi:

Annostelumekanismi saavutetaan käyttämällä pientä servomoottoria suuren sylinterin pyörimiseen.

Reely Micro-servo 9g-servomoottorin käyttötappi on kytketty suoraan mikro-ohjaimeen. Mikro -ohjainta Arduino Uno voidaan helposti käyttää servomoottorin ohjaamiseen. Tämä johtuu sisäänrakennetusta kirjastosta servomoottoritoimintoja varten. Esimerkiksi kirjoituskomennolla voidaan saavuttaa halutut 0 ° ja 120 ° kulmat. (Tämä tehdään projektikoodissa 'servo.write (0)' ja 'servo.write (120)').

Tärinä:

Pieni harjaton tasavirtamoottori epätasapainolla

Tämä epätasapaino saavutetaan muovikappaleella, joka yhdistää moottorin akselin pienellä pultilla ja mutterilla.

Moottoria ohjaa pieni transistori, mikä johtuu siitä, että digitaalinen nasta ei pysty tuottamaan suurempia virtoja kuin 40,0 mA. Antamalla virran Arduino Uno -mikro -ohjaimen Vin -nastasta voidaan saavuttaa jopa 200,0 mA: n virta. Tämä riittää pienen tasavirtamoottorin virransyöttöön.

Kun moottorin virta katkeaa äkillisesti, saat virran huippun moottorin itseinduktanssin vuoksi. Joten diodi asetetaan moottoriliitäntöjen päälle, jotta estetään tämä virran takaisinvirtaus, joka voi vahingoittaa mikro -ohjainta.

anturijärjestelmä:

Käyttämällä infrapuna-emitteridiodia (LTE-4208) ja infrapuna-ilmaisudiodia (LTR-320 8), jotka on liitetty Arduino Uno -mikro-ohjaimeen pillerin kulun vahvistamiseksi. Kun pilleri putoaa, se varjostaa infrapunasäteilydiodin valon lyhyessä ajassa. Käyttämällä arduinon analoginappia saisimme nämä tiedot.

havaitsemista varten:

analogRead (A0)

Vaihe 5: Ulkokotelo

• Koko: 200 x 110 x 210 mm

• Materiaali: keskitiheä kuitulevy

  Levyn paksuus: 3 mm 6 mm

• Käsittelymenetelmä: laserleikkaus

Ulkokotelossa käytimme erilaisia paksuuksia laserleikkauksen virheiden vuoksi. Valitsemme 3 mm ja 6 mm varmistaaksemme, että kaikki levyt voidaan yhdistää tiiviisti.

Sisäkotelon ja elektronisten laitteiden tila huomioon ottaen ulomman kotelon leveys ja korkeus ovat sisäpakkausta suurempia. Pituus on paljon pidempi, jotta elektronisille laitteille jää tilaa. Lisäksi varmistaaksemme, että pillerit voivat pudota helposti laatikosta, pidimme sisä- ja ulkokotelon hyvin lähellä.

Vaihe 6: Ulkoinen elektroniikka

Ulkoisen elektroniikan osalta meidän piti antaa robotin olla vuorovaikutuksessa ihmisten kanssa. Tämän saavuttamiseksi valitsimme komponentteiksi nestekidenäytön, summerin, LEDin ja 5 painiketta. Tämä pillereiden annostelijan osa toimii herätyskellona. Jos pillereiden ottaminen ei ole oikea aika, nestekidenäyttö näyttää vain kellonajan ja päivämäärän. Kun potilas joutuu ottamaan pillerin, LED -valo syttyy, summeri soittaa musiikkia ja nestekidenäytössä näkyy "Toivotan sinulle terveyttä ja onnea". Voimme myös käyttää näytön alareunaa kellonajan tai päivämäärän muuttamiseen.

Ota LCD -näyttö käyttöön

Liitimme suoraan mikro-ohjaimeen LCD-1602: lla ja käytimme toimintoa: LiquidCrystal lcd LCD: n käyttöön ottamiseksi.

Summeri

Valitsimme passiivisen summerin, joka voi toistaa eri taajuuksilla kuuluvia ääniä.

Jotta summeri voisi soittaa kappaleita "City of the Sky" ja "Happy Acura", määritimme neljä taulukkoa. Kaksi niistä on nimetty "virittää", jotka tallentavat kahden kappaleen nuotitiedot. Kaksi muuta taulukkoa nimettiin "Kesto". Nämä taulukot tallentavat rytmin.

Rakennamme sitten silmukan, joka toistaa musiikkia, jonka näet lähdekoodissa.

Ajoitus

Kirjoitimme sarjan toimintoja toiselle, minuutille, tunnille, päivämäärälle, kuukaudelle, viikolle ja vuodelle.

Laskimme ajan funktiolla: millis ().

Kellonaikaa voidaan muuttaa kolmella painikkeella, 'valitse', 'plus' ja 'miinus'.

Kuten me kaikki tiedämme, jos haluamme hallita jotakin komponenttia, meidän on käytettävä arduino -nastoja.

Käyttämämme nastat olivat seuraavat:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomoottori: Tappi 11

Tärinämoottori: Pin12

Anturi: A0

Painike (t): A1

Painike2 (plus): A2

Painike 3 (miinus): A3

Painike 4 (ota pillerit): A4

LED: A5

Vaihe 7: Kokoonpano

Lopulta saamme koko kokoonpanon, kuten yllä oleva kuva. Käytimme liimaa joissakin paikoissa varmistaaksemme, että se on tarpeeksi tiukka. Joissakin paikoissa koneen sisäpuolella käytimme myös teippiä ja ruuveja, jotta se olisi tarpeeksi vahva. CAD -piirustusten. STEP -tiedosto löytyy tämän vaiheen alareunasta.

Vaihe 8: Lataa koodi

Vaihe 9: Epilogi

Kone voi varoittaa käyttäjää ottamaan lääkkeen ja toimittaa oikean määrän pillereitä. Kuitenkin keskustelun jälkeen pätevän ja kokeneen apteekin kanssa on joitain huomautuksia. Ensimmäinen ongelma on pillereiden saastuminen, jotka altistuvat pitkään säiliön ilmaan, joten laatu ja teho heikkenevät. Normaalisti pillerit on pidettävä alumiinitabletin kuopassa. Myös silloin, kun käyttäjä annostelee pillerin A tietyn ajan kuluessa ja sen jälkeen hänen on annosteltava pilleri B, koneen puhdistaminen on melko monimutkaista sen varmistamiseksi, että pilleri A ei sisällä hiukkasia, jotka saastuttavat pillerin B.

Nämä havainnot antavat kriittisen kuvan tämän koneen tarjoamasta ratkaisusta. Joten tarvitaan lisää tutkimusta näiden puutteiden korjaamiseksi …

Vaihe 10: Viitteet

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optiset ilmaisimet. Sähkökonetekniikan laitos, Tsing Hua -yliopisto.