Automātiskais tablešu dozators: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Mēs esam pirmie maģistranti Briseles Inženierzinātņu fakultātē (īsumā "Bruface") Elektromehāniskā inženierija. Šī ir divu universitāšu, kas atrodas Briseles centrā, iniciatīva: Université Libre de Bruxelles (ULB) un Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Programmas ietvaros mums bija jāizveido reāli strādājoša mehatroniskā sistēma kursam Mehatronika.

Teorētiskajos kursos mēs uzzinājām, kā dažādas sastāvdaļas ir jāapvieno reālos lietojumos. Pēc tam mēs saņēmām ievadu par Arduino mikrokontrollera pamatiem un to, kā kontrolēt mehatronikas sistēmu. Kursa mērķis bija spēt izstrādāt, ražot un programmēt mehatronisko sistēmu.

Tas viss jādara grupā. Mūsu grupa bija starptautiska komanda, kurā bija divi Ķīnas studenti, divi Beļģijas studenti un viens Kamerūnas students.

Vispirms mēs vēlamies pateikties par Alberta De Bīra un profesora Brama Vanderborgahtas atbalstu.

Kā grupa mēs nolēmām risināt sociāli svarīgu problēmu. Tā kā iedzīvotāju novecošanās kļūst par globālu problēmu, aprūpētāju un medmāsu slodze kļūst pārāk liela. Kad cilvēki kļūst vecāki, viņiem bieži jālieto vairāk zāļu un vitamīnu. Izmantojot automātisko tablešu dozatoru, vecāka gadagājuma cilvēki, kas nav prātā, var ilgāk patstāvīgi tikt galā ar šo uzdevumu. Tādējādi aprūpētājiem un medmāsām var būt vairāk laika, ko pavadīt vairāk atkarīgiem pacientiem.

Tas būtu arī ļoti ērti ikvienam, kurš reizēm ir nedaudz aizmāršīgs un neatceras lietot savas tabletes.

Tādējādi mehatroniskajai sistēmai ir jānodrošina risinājums, kas lietotājam atgādina lietot tabletes, kā arī izsniedz tabletes. Mēs arī vēlamies, lai automātiskais tablešu dozators būtu lietotājam draudzīgs, lai to varētu lietot ikviens: neatkarīgi no vecuma!

1. solis: materiāli

Korpuss:

• Mdf: 4 mm biezums iekšējam korpusam
• Mdf: 3 un 6 mm biezums ārējam korpusam

Montāža

• Skrūves un uzgriežņi (M2 un M3)
• Mazs lodīšu gultnis

Mikrokontrolleris:

Arduino UNO [Pasūtīt saiti]

Elektroniskās detaļas

• Tukša shēmas plate [Pasūtīt saiti]
• Mazs servomotors 9g [Pasūtīt saiti]
• Mazs līdzstrāvas motors 5V [Pasūtīt saiti]
• Tranzistors: BC 237 (NPN bipolārais tranzistors) [Pasūtīt saiti]
• Diode 1N4001 (maksimālais apgrieztais spriegums 50V) [Pasūtījuma saite]
• Pasīvais skaņas signāls: pjezo pārveidotājs
• LCD1602

• Rezistori:

  • 1 x 270 omi
  • 1 x 330 omi
  • 1 x 470 omi
  • 5 x 10k omi
• Infrasarkanais izstarotājs
• Infrasarkanais detektors

2. darbība: iekšējais korpuss

Iekšējo korpusu var uzskatīt par kastīti, kurā ir visa iekšējā mehānika un elektronika. Tas sastāv no 5 plāksnēm no 4 mm MDF, kas ir sagrieztas ar lāzeru pareizās formās. Ir arī papildu sestā plāksne, kuru var pievienot. Šim neobligātajam sestajam gabalam ir kvadrātveida forma, un to var izmantot kā vāku. 5 plāksnes (apakšā un četrās pusēs) ir veidotas puzles formā tā, lai tās lieliski iederas viena otrā. To montāžu var pastiprināt, izmantojot skrūves. Lidmašīnās jau ir caurumi, kuros jāiekļaujas citām detaļām vai kur jāievieto skrūves.

3. solis: iekšējais mehānisms

IZDALĪŠANAS MEHĀNISMS

Mehānisms

Mūsu tablešu izsniegšanas mehānisms ir šāds: lietotājs ievieto tabletes uzglabāšanas nodalījumā kastes augšpusē. Tā kā šī nodalījuma apakšējā plāksne ir slīpa, tabletes automātiski ieslīdēs pirmajā mēģenē, kur tās sakrausies. Zem šīs caurules ir cilindrs ar nelielu caurumu, kurā lieliski iederas tikai viena tablete. Šis mazais caurums atrodas tieši zem caurules tā, ka tabletes sakraujas virs tās, bet pirmā tablete atrodas cilindra atverē. Kad jālieto tablete, cilindrs (ar tableti) pagriežas par 120 grādiem tā, lai tablete cilindrā nokristu otrā cilindrā. Šajā otrajā cilindrā atrodas sensors, kas nosaka, vai tablete patiešām ir nokritusi no balona. Tas kalpo kā atgriezeniskās saites sistēma. Šai caurulei ir viena puse, kas izceļas augstāk nekā otra. Tas ir tāpēc, ka šī puse neļauj tabletei nokrist pār otro mēģeni un tādējādi palīdz garantēt, ka tablete nokritīsies mēģenē un sensors to noteiks. Zem šīs caurules atrodas neliels slaids, lai pilināmā tablete slīdētu caur caurumu iekšējās kastes priekšpusē.

Visam šim mehānismam ir vajadzīgas vairākas daļas:

• Lāzera griezuma detaļas

  1. Uzglabāšanas nodalījuma apakšējā slīpā plāksne.
  2. Uzglabāšanas nodalījuma sānu šķībās plāksnes

• 3D drukātas detaļas

  1. Augšējā caurule
  2. Cilindrs
  3. Asis
  4. Apakšējā caurule (sk. Apakšējo cauruli un sensora nodalījumu)
  5. Slaidu

• Citas daļas

  Rullīšu gultnis

Visi mūsu detaļu faili, kas nepieciešami lāzera griešanai vai 3D drukāšanai, ir atrodami zemāk.

Dažādas detaļas un to montāža

Glabāšanas nodalījumi

Glabāšanas nodalījums sastāv no trim plāksnēm, kuras sagriež ar lāzeru. Šīs plāksnes var salikt un savienot viena ar otru un iekšējo kārbu, jo tām ir daži caurumi un mazi gabali. Tas tā, lai viņi visi kā mīkla iederas viens otrā! Caurumi un izcilie gabali jau ir pievienoti CAD failiem, tos var izmantot ar lāzeru.

UPPER TUBE

Augšējā caurule ir savienota tikai ar vienu iekšējās kārbas pusi. Tas ir savienots, izmantojot tam piestiprinātu plāksni (tas ir iekļauts 3D drukāšanas CAD zīmējumā).

Cilindrs un rullīšu gultnis

Balons ir savienots ar 2 kastes pusēm. No vienas puses, tas ir savienots ar servomotoru, kas izraisa rotējošu kustību, kad tabletei jānomet. No otras puses, tā

Apakšējā caurule un sensoru nodalījums

Sensēšana ir svarīga darbība tablešu izsniegšanā. Mums jāspēj saņemt apstiprinājumu tam, ka pacients ir lietojis piešķirto tableti atbilstošā laikā. Lai iegūtu šo funkcionalitāti, ir svarīgi ņemt vērā dažādus projektēšanas soļus.

Pareizu noteikšanas komponentu izvēle:

Kopš projekta apstiprināšanas mums bija jāmeklē un jāatrod atbilstoša sastāvdaļa, kas apstiprinās tabletes izņemšanu no kastes. Zinot, ka šai darbībai var noderēt sensori, galvenais izaicinājums bija zināt veidu, kas būs saderīgs ar dizainu. Pirmais komponents, ko mēs atradām, bija foto starpsavienojums, kas veidoja IR emitētāju un IR fototransistora diode. 25/64 collu slots PCB HS 810 fotointeruptors bija risinājums, pateicoties tā saderībai, liekot mums izvairīties no iespējamās leņķa konfigurācijas problēmas. Mēs nolēmām to neizmantot ģeometrijas dēļ, to būs grūti iekļaut sprauslā. No kāda saistīta projekta mēs redzējām, ka kā sensoru ir iespējams izmantot IR emitētāju ar IR detektoru ar mazākām citām sastāvdaļām. Šīs IR sastāvdaļas var atrast dažādās formās.

Tabletes sprauslas 3D druka, kurā ir caurumi sensoram

Tā kā bija iespējams sakārtot galveno komponentu, ko izmantot kā sensoru, bija pienācis laiks pārbaudīt, kā tie tiks novietoti uz sprauslas. Sprauslas iekšējais diametrs ir 10 mm, lai tabletes varētu brīvi iziet no rotējošā cilindra. Izmantojot sensoru datu lapu, mēs sapratām, ka caurumu ievadīšana ap sprauslas virsmu, kas atbilst detaļas izmēram, būs papildu priekšrocība. Vai šie caurumi jānovieto jebkurā vietā gar virsmu? nē, jo, lai panāktu maksimālu noteikšanu, ir jāizvērtē leņķiskums. Mēs izdrukājām prototipu, pamatojoties uz iepriekš minētajām specifikācijām, un pārbaudījām, vai tas ir nosakāms.

Iespējamā staru kūļa leņķa un noteikšanas leņķa novērtēšana

No sensoru komponentu datu lapas staru kūlis un noteikšanas leņķis ir 20 grādi, tas nozīmē, ka gan izstarojošajai gaismai, gan detektoram ir plašs 20 grādu diapazons. Lai gan šīs ir ražotāja specifikācijas, joprojām ir svarīgi pārbaudīt un apstiprināt. Tas tika darīts, vienkārši spēlējoties ar komponentiem, kas kopā ar gaismas diodi ievieš līdzstrāvas avotu. Secinājums bija novietot tos pretī viens otram.

Montāža

Caurules 3D drukas dizainam ir pievienota plāksne ar 4 caurumiem. Šos caurumus izmanto, lai savienotu cauruli ar iekšējo korpusu, izmantojot skrūves.

4. solis: elektronikas iekšējais mehānisms

Izplatīšanas mehānisms:

Izplatīšanas mehānisms tiek panākts, izmantojot lielu servomotoru lielā cilindra griešanai.

Servo motora “Reely Micro-servo 9g” piedziņas tapa ir pievienota tieši mikrokontrolleram. Mikrokontrolleru Arduino Uno var viegli izmantot servomotora vadībai. Tas ir tāpēc, ka ir iebūvēta servomotoru darbību bibliotēka. Piemēram, ar komandu 'rakstīt' var sasniegt vēlamos leņķus 0 ° un 120 °. (Tas tiek darīts projekta kodā ar “servo.write (0)” un “servo.write (120)”).

Vibrators:

Neliels bezsuku līdzstrāvas motors ar nelīdzsvarotību

Šī nelīdzsvarotība tiek panākta ar plastmasas gabalu, kas savieno motora asi ar mazu skrūvi un uzgriezni.

Motoru vada neliels tranzistors, tas tiek darīts, jo digitālā tapa nevar nodrošināt lielāku strāvu par 40,0 mA. Nodrošinot strāvu no Arduino Uno mikrokontrollera Vin tapas, var sasniegt strāvu līdz 200,0 mA. Tas ir pietiekami, lai darbinātu mazo līdzstrāvas motoru.

Kad motora barošana tiek pēkšņi pārtraukta, jūs saņemat strāvas maksimumu motora pašinduktivitātes dēļ. Tātad virs motora savienojumiem tiek novietota diode, lai novērstu šo strāvas atpakaļplūsmu, kas var sabojāt mikrokontrolleru.

sensoru sistēma:

Izmantojot infrasarkano staru diode (LTE-4208) un infrasarkano staru detektora diode (LTR-320 8), kas savienota ar Arduino Uno mikrokontrolleri, lai apstiprinātu tabletes iziešanu. Kad tablete nokrīt, tas īsā laikā aizēnotu infrasarkano staru diodes gaismu. Izmantojot arduino analoga tapu, mēs iegūtu šo informāciju.

noteikšanai:

analogRead (A0)

5. darbība. Ārējais korpuss

• Izmērs: 200 x 110 x 210 mm

• Materiāls: vidēja blīvuma šķiedru plātne

  Loksnes biezums: 3 mm 6 mm

• Apstrādes metode: griešana ar lāzeru

Ārējā korpusā mēs izmantojām dažāda veida biezumus lāzera griešanas kļūdu dēļ. Mēs izvēlamies 3 mm un 6 mm, lai pārliecinātos, ka visas loksnes var cieši kombinēt.

Attiecībā uz izmēru, ņemot vērā vietu iekšējam korpusam un elektroniskajām ierīcēm, ārējā korpusa platums un augstums ir lielāks par iekšējo. Garums ir daudz garāks, lai būtu vieta elektroniskajām ierīcēm. Turklāt, lai pārliecinātos, ka tabletes var viegli izkrist no kastītes, mēs turējām iekšējo un ārējo korpusu ļoti tuvu.

6. darbība: ārējā elektronika

Ārējai elektronikai mums bija jāļauj mūsu robotam mijiedarboties ar cilvēkiem. Lai to panāktu, mēs izvēlējāmies LCD, skaņas signālu, gaismas diodi un 5 pogas. Šī tablešu dozatora daļa darbojas kā modinātājs. Ja nav īstais laiks lietot tabletes, LCD displejā būs redzams tikai laiks un datums. Kad pacientam jālieto tablete, iedegsies gaismas diode, skaņas signāls atskaņos mūziku un LCD displejā parādīsies “Es novēlu jums veselību un laimi”. Mēs varam arī izmantot ekrāna apakšdaļu, lai mainītu laiku vai datumu.

Iespējot LCD

Mēs izmantojām LCD-1602, lai izveidotu savienojumu tieši ar mikrokontrolleri, un izmantojām funkciju: LiquidCrystal lcd, lai iespējotu LCD.

Signāls

Mēs izvēlējāmies pasīvu skaņas signālu, kas var atskaņot dažādas frekvences skaņas.

Lai skaņas signāls atskaņotu dziesmas "City of the Sky" un "Happy Acura", mēs definējām četrus masīvus. Divi no tiem ir nosaukti kā "melodija", kas saglabā informāciju par divām dziesmām. Pārējie divi masīvi tika nosaukti par "Ilgums". Šie masīvi saglabā ritmu.

Pēc tam mēs izveidojam cilpu, kas atskaņo mūziku, ko varat redzēt avota kodā.

Laiks

Mēs uzrakstījām virkni funkciju otrajai, minūtei, stundai, datumam, mēnesim, nedēļai un gadam.

Mēs izmantojām funkciju: millis (), lai aprēķinātu laiku.

Izmantojot trīs pogas, “izvēlieties”, “plus” un “mīnus”, laiku var mainīt.

Kā mēs visi zinām, ja mēs vēlamies kontrolēt kādu komponentu, mums jāizmanto arduino tapas.

Izmantotās tapas bija šādas:

LCD: 8., 13., 9., 4., 5., 6., 7. tapa

Brūzers: 10. tapa

Servomotors: 11. tapa

Motors vibrācijai: Pin12

Sensors: A0

Poga1 (s): A1

Poga2 (plus): A2

Poga3 (mīnus): A3

4. poga (lietojiet tabletes): A4

LED: A5

7. solis: kopējā montāža

Beidzot mēs iegūstam kopējo montāžu, kā parādīts iepriekš. Dažās vietās mēs izmantojām līmi, lai pārliecinātos, ka tā ir pietiekami saspringta. Dažās vietās mašīnas iekšpusē mēs izmantojām arī lenti un skrūves, lai tā būtu pietiekami izturīga. Mūsu CAD rasējumu. STEP fails ir atrodams šī soļa apakšā.

8. darbība: koda augšupielāde

9. solis: epilogs

Iekārta spēj brīdināt lietotāju par zāļu lietošanu un piegādā pareizo tablešu daudzumu. Tomēr pēc diskusijas ar kvalificētu un pieredzējušu farmaceitu ir dažas piezīmes. Pirmā problēma ir tablešu piesārņojums, kuras ilgstoši tiek pakļautas traukā esošajam gaisam, līdz ar to samazinās kvalitāte un efektivitāte. Parasti tabletes jāiekļauj iedobē, kas ir noslēgta alumīnija tabletē. Arī tad, ja lietotājs izsniedz tableti A noteiktā laikā un pēc tam jāizlaiž tablete B, ir diezgan sarežģīti tīrīt iekārtu, lai pārliecinātos, ka A tabletes nesatur daļiņas, kas piesārņo tableti B.

Šie novērojumi sniedz kritisku ieskatu šīs mašīnas piedāvātajā risinājumā. Tāpēc ir vajadzīgi vairāk pētījumu, lai novērstu šos trūkumus …

10. darbība: atsauces

[1]

[2] Vei-Čihs Vangs. Optiskie detektori. Nacionālās Tsing Hua universitātes Enerģētikas un mašīnbūves katedra.