Pillide automaatne dosaator: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Oleme esimesed magistrandid Brüsseli tehnikateaduskonnas (lühidalt "Bruface") Elektromehaanika. See on kahe Brüsseli kesklinnas asuva ülikooli algatus: Université Libre de Bruxelles (ULB) ja Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Programmi raames pidime kursusele Mehhatroonika tegema tõelise töötava mehhatroonilise süsteemi.

Teoreetilistel kursustel saime teada, kuidas tuleks erinevad komponendid reaalseteks rakendusteks ühendada. Pärast seda saime sissejuhatuse Arduino mikrokontrolleri põhitõdede ja mehhatroonikasüsteemi juhtimise kohta. Kursuse eesmärk oli osata kavandada, toota ja programmeerida mehhatroonilist süsteemi.

Seda kõike tuleks teha rühmas. Meie rühm oli rahvusvaheline meeskond, mis koosneb kahest Hiina üliõpilasest, kahest Belgia üliõpilasest ja ühest Kameruni üliõpilasest.

Kõigepealt tahame avaldada tänu Albert De Beiri ja professor Bram Vanderborghti toetuse eest.

Grupina otsustasime tegeleda sotsiaalselt olulise probleemiga. Kuna rahvastiku vananemine muutub ülemaailmseks probleemiks, muutub hooldajate ja õdede töökoormus liiga suureks. Inimeste vananedes peavad nad sageli võtma rohkem ravimeid ja vitamiine. Automaatse pillidosaatoriga on hajameelsetel eakatel võimalik selle ülesandega iseseisvalt natuke kauem toime tulla. Sellega saavad hooldajad ja õed rohkem aega sõltuvate patsientide jaoks kulutada.

Samuti oleks see väga mugav kõigile, kes on kohati natuke unustanud ja ei mäleta oma tablette võtta.

Seega peaks mehhatrooniline süsteem pakkuma lahenduse, mis tuletab kasutajale meelde, et ta peab oma tablette võtma, ja annab ka pillid välja. Samuti eelistame, et automaatne pillidosaator oleks kasutajasõbralik, et võimaldada kõigil seda kasutada: olenemata vanusest!

Samm: materjalid

Korpus:

• Mdf: sisemise korpuse paksus 4 mm
• Mdf: väliskorpuse paksus 3 ja 6 mm

Kokkupanek

• Poldid ja mutrid (M2 ja M3)
• Väike kuullaager

Mikrokontroller:

Arduino UNO [link link]

Elektroonilised osad

• Tühi trükkplaat [Tellimislink]
• Väike servomootor 9g [Tellimise link]
• Väike alalisvoolumootor 5V [Tellimise link]
• Transistor: BC 237 (NPN bipolaarne transistor) [Tellimislink]
• Diood 1N4001 (pöördpinge tipppinge 50V) [Tellimislink]
• Passiivne helisignaal: pieso -muundur
• LCD1602

• Takistid:

  • 1 x 270 oomi
  • 1 x 330 oomi
  • 1 x 470 oomi
  • 5 x 10k oomi
• Infrapuna kiirgaja
• Infrapuna detektor

2. samm: sisemine ümbris

Sisemist ümbrist võib vaadelda karbina, mis sisaldab kogu sisemist mehaanikat ja elektroonikat. See koosneb 5 plaadist 4 mm MDF -st, mis on laseriga lõigatud õigeks kujuks. Valikuline on ka kuues plaat, mida saab lisada. See valikuline kuues tükk on ruudukujuline ja seda saab kasutada kaanena. 5 plaati (põhi ja neli külge) on kujundatud mõistatuse kujul, nii et need sobivad ideaalselt üksteise sisse. Nende kokkupanekut saab kruvidega tugevdada. Lennukitel on juba augud, kuhu teised osad peaksid mahtuma või kuhu poldid asetama.

3. samm: sisemine mehhanism

AHENDAMISMEHHANISM

Mehhanism

Meie pillide väljastamise mehhanism on järgmine: kasutaja paneb pillid karbi ülaosas asuvasse hoiuruumi. Kui selle kambri alumine plaat on kaldus, libisevad pillid automaatselt allapoole esimesse torusse, kus need üksteise peale asetatakse. Selle toru all on silinder, millel on väike auk, kuhu sobib vaid üks pill. See väike auk asub otse toru all, nii et pillid asetsevad selle kohal, esimene pill asetatakse silindri auku. Kui tuleb võtta pill, pöörleb silinder (pilliga) 120 kraadi, nii et silindris olev pill kukub teise silindrisse. See teine silinder on koht, kus asub andur, mis tuvastab, kas pill on balloonist maha kukkunud. See toimib tagasiside süsteemina. Sellel torul on üks külg, mis jääb kõrgemale kui teine. Seda seetõttu, et see külg takistab pillide kukkumist teise toru peale ja aitab seega tagada, et pill kukub torusse ja andur tuvastab need. Selle toru all on väike slaid, nii et tilkumisvastane pill libiseb läbi sisekarbi ees oleva augu.

Kogu see mehhanism vajab mitut osa:

• Laserlõigatud osad

  1. Panipaiga alumine kaldus plaat.
  2. Panipaiga külgmised kaldplaadid

• 3D trükitud osad

  1. Ülemine toru
  2. Silinder
  3. Telg
  4. Alumine toru (vt alumist toru ja anduri sektsiooni)
  5. Slaid

• Muud osad

  Rull -laager

Allpool leiate kõik meie osade failid, mida on vaja laserlõikamiseks või 3D -printimiseks.

Erinevad osad ja nende kokkupanek

LADUSTAMISE PLAADID

Panipaik koosneb kolmest laserplaadiga plaadist. Neid plaate saab kokku panna ja ühendada üksteise ja sisemise kastiga, kuna neil on mõned augud ja väikesed tükid. Seda selleks, et need kõik sobiksid üksteisesse nagu pusle! Avad ja silmapaistvad tükid on juba lisatud CAD -failidesse, neid saab laseriga lõigata.

ÜLEMINE TORU

Ülemine toru on ühendatud ainult sisemise kasti ühe küljega. See on ühendatud selle külge kinnitatud plaadi abil (see on lisatud 3D -printimise CAD -joonisele).

Silindri- ja rull -laager

Silinder on ühendatud karbi 2 küljega. Ühel küljel on see ühendatud servomootoriga, mis indutseerib pöörleva liikumise, kui pill tuleb maha kukkuda. Teiselt poolt see

ALUMINE TORU- JA ANDURIVAHET

Tundmine on pillide väljastamisel oluline toiming. Peame saama kinnituse, et patsient on võtnud sobival ajal määratud pilli. Selle funktsionaalsuse saamiseks on oluline kaaluda erinevaid projekteerimisetappe.

Õigete tuvastuskomponentide valimine:

Alates projekti valideerimisest pidime otsima ja leidma sobiva komponendi, mis kinnitab pilli eemaldamist karbist. Andurite tundmine võib selles tegevuses kasulik olla, peamine väljakutse oli teada disainiga ühilduvat tüüpi. Esimene komponent, mille leidsime, oli fotointeruptor, mis koosnes IR -kiirgurist ja IR -fototransistori dioodist. 25/64 -tolline pesa PCB HS 810 fotointeruptor oli lahendus selle ühilduvuse tõttu, mis võimaldas meil vältida võimalikku nurga seadistamise probleemi. Otsustasime seda geomeetria tõttu mitte kasutada, seda on raske otsikuga ühendada. Mõnest seotud projektist nägime, et andurina on võimalik kasutada IR -kiirgurit koos IR -detektoriga, milles on vähem muid komponente. Neid IR -komponente võib leida erineva kujuga.

Anduri aukude pihustiotsiku 3D printimine

Olles võimeline andurina kasutatava põhikomponendi välja sorteerima, oli aeg kontrollida, kuidas need otsikule asetatakse. Düüsi siseläbimõõt on 10 mm, et pillid pöörlevast silindrist vabalt välja pääseksid. Andurielementide andmelehe põhjal mõistsime, et täiendav eelis on aukude sisestamine düüsi pinna ümber, mis vastab komponendi mõõtmetele. Kas need augud tuleks asetada pinna mis tahes punkti? ei, sest maksimaalse avastamise saavutamiseks on vaja nurklikkust hinnata. Trükkisime ülaltoodud spetsifikatsioonide põhjal prototüübi ja kontrollisime tuvastatavust.

Võimaliku valgusvihu ja tuvastusnurga hindamine

Andurikomponentide andmelehe järgi on valgusvihk ja tuvastusnurk 20 kraadi, mis tähendab, et nii kiirgava valguse kui ka detektori laiulatus on 20 kraadi. Kuigi need on tootja spetsifikatsioonid, on siiski oluline testida ja kinnitada. Seda tehti lihtsalt mängides komponentidega, mis tutvustasid LED -i kõrval alalisvooluallikat. Järeldus oli asetada need üksteise vastas.

Kokkupanek

Toru 3D -printimiskujunduses on selle külge ühendatud 4 auguga plaat. Neid auke kasutatakse toru ühendamiseks sisemise korpusega poltide abil.

4. samm: elektroonika sisemine mehhanism

Väljastamismehhanism:

Väljastusmehhanism saavutatakse väikese silindri pöörlemiseks väikese servomootori abil.

„Reely Micro-servo 9g“servomootori ajam on ühendatud otse mikrokontrolleriga. Mikrokontrollerit Arduino Uno saab hõlpsasti kasutada servomootori juhtimiseks. Selle põhjuseks on sisseehitatud raamatukogu servomootorite jaoks. Näiteks käsuga 'write' on võimalik saavutada soovitud nurgad 0 ° ja 120 °. (Seda tehakse projekti koodis 'servo.write (0)' ja 'servo.write (120)').

Vibraator:

Väike harjadeta alalisvoolumootor

See tasakaalustamatus saavutatakse plasttükiga, mis ühendab mootori telje väikese poldi ja mutriga.

Mootorit juhib väike transistor, seda tehakse seetõttu, et digitaalne tihvt ei suuda pakkuda suuremat voolu kui 40,0 mA. Andes voolu Arduino Uno mikrokontrolleri Vini tihvtist, võib jõuda vooluni kuni 200,0 mA. Sellest piisab väikese alalisvoolumootori toiteks.

Kui mootori toide on järsult peatatud, saate mootori iseinduktiivsuse tõttu praeguse tipu. Seega asetatakse diood mootoriühenduste kohale, et vältida voolu tagasivoolu, mis võib mikrokontrollerit kahjustada.

andurisüsteem:

Kasutades Arduino Uno mikrokontrolleriga ühendatud infrapunakiirgusdioodi (LTE-4208) ja infrapuna-detektordioodi (LTR-320 8), et kinnitada tableti läbipääsu. Kui pill kukub maha, varjutab see lühikese aja jooksul infrapunakiirguse dioodi valguse. Kasutades arduino analoogpinget, saaksime selle teabe.

avastamiseks:

analogRead (A0)

5. samm: väliskarp

• Suurus: 200 x 110 x 210 mm

• Materjal: keskmise tihedusega puitkiudplaat

  Lehe paksus: 3 mm 6 mm

• Töötlemisviis: laserlõikamine

Väliskorpuse puhul kasutasime laserlõikamise vigade tõttu erinevaid paksusi. Valime 3 mm ja 6 mm, veendumaks, et kõiki lehti saab tihedalt ühendada.

Suuruse osas, arvestades sisemise korpuse ja elektroonikaseadmete ruumi, on välise korpuse laius ja kõrgus pesakond suurem kui sisemine. Pikkus on palju pikem, et võimaldada ruumi elektroonikaseadmetele. Pealegi, et veenduda, et pillid saaksid karbist kergesti välja kukkuda, hoidsime sisemist ja välimist ümbrist väga lähedal.

6. samm: väline elektroonika

Välise elektroonika puhul pidime laskma oma robotil inimestega suhelda. Selle saavutamiseks valisime komponentideks vedelkristallekraani, sumisti, LED -i ja 5 nuppu. See pillidosaatori osa toimib äratuskellana. Kui ei ole õige aeg pillide võtmiseks, kuvatakse vedelkristallekraanil ainult kellaaeg ja kuupäev. Kui patsient peab tableti võtma, süttib LED, helisignaal mängib muusikat ja LCD -ekraanil kuvatakse “Soovin teile tervist ja õnne”. Kellaaja või kuupäeva muutmiseks saame kasutada ka ekraani allosa.

Luba LCD

Kasutasime otse mikrokontrolleriga ühendamiseks LCD-1602 ja kasutasime funktsiooni: LiquidCrystal lcd, et lubada LCD.

Sumin

Valisime passiivse sumina, mis suudab esitada erineva sagedusega helisid.

Selleks, et sumin esitaks lugusid "City of the Sky" ja "Happy Acura", määratlesime neli massiivi. Kaks neist kannavad nime "tune", mis salvestavad kahe laulu nooteabe. Kahe teise massiivi nimi oli "Duration". Need massiivid salvestavad rütmi.

Seejärel ehitame ringi, mis esitab muusikat, mida näete lähtekoodis.

Ajastus

Kirjutasime rea funktsioone teise, minuti, tunni, kuupäeva, kuu, nädala ja aasta jaoks.

Aja arvutamiseks kasutasime funktsiooni: millis ().

Kellaaega saab muuta kolme nupuga „vali”, „pluss” ja „miinus”.

Nagu me kõik teame, peame mõne komponendi juhtimiseks kasutama arduino tihvte.

Meie kasutatud tihvtid olid järgmised:

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

Bruzzer: tihvt 10

Servomootor: tihvt 11

Vibratsioonimootor: tihvt 12

Andur: A0

Nupp1 (d): A1

Nupp2 (pluss): A2

Nupp3 (miinus): A3

Nupp 4 (võtke pillid): A4

LED: A5

7. samm: täielik kokkupanek

Lõpuks saame kogu kokkupaneku nagu ülaltoodud pildil. Mõnes kohas kasutasime liimi, et veenduda selle piisavalt tiheduses. Mõnes kohas masina sisemuses kasutasime ka linti ja kruvisid, et see oleks piisavalt tugev. Meie CAD -jooniste. STEP -faili leiate selle sammu allosast.

Samm: koodi üleslaadimine

Samm 9: Epiloog

Masin suudab hoiatada kasutajat ravimi võtmise eest ja annab õige koguse tablette. Kuid pärast arutelu kvalifitseeritud ja kogenud apteekriga tuleb teha mõned märkused. Esimene probleem on pillide saastumine, mis puutuvad pikka aega kokku mahutis oleva õhuga, mistõttu kvaliteet ja efektiivsus vähenevad. Tavaliselt peavad pillid olema alumiiniumist tableti suletud süvendis. Ka siis, kui kasutaja väljastab tableti A teatud aja jooksul ja pärast seda on vaja pilli B väljastada, on masinat puhastada üsna keeruline, et tagada, et A -pilli saastavaid osakesi pole.

Need tähelepanekud annavad kriitilise ülevaate selle masina pakutavast lahendusest. Nii et nende puuduste kõrvaldamiseks on vaja rohkem uuringuid…

10. samm: viited

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optilised detektorid. Riikliku Tsing Hua ülikooli jõumehaanika osakond.