Der automatische Tablettenspender - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Wir sind die ersten Masterstudenten Elektromaschinenbau an der Brüsseler Fakultät für Ingenieurwissenschaften (kurz "Bruface"). Dies ist eine Initiative zweier Universitäten im Zentrum von Brüssel: der Université Libre de Bruxelles (ULB) und der Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Als Teil des Programms mussten wir ein wirklich funktionierendes mechatronisches System für den Studiengang Mechatronik erstellen.

In theoretischen Kursen haben wir gelernt, wie verschiedene Komponenten zu realen Anwendungen kombiniert werden sollten. Danach bekamen wir eine Einführung in die Grundlagen eines Arduino-Mikrocontrollers und wie man ein mechatronisches System steuert. Ziel des Kurses war es, mechatronische Systeme konstruieren, herstellen und programmieren zu können.

Dies sollte alles in der Gruppe erfolgen. Unsere Gruppe war ein internationales Team, das aus zwei chinesischen Studenten, zwei belgischen Studenten und einem kamerunischen Studenten bestand.

Zunächst möchten wir uns für die Unterstützung von Albert De Beir und Professor Bram Vanderborght bedanken.

Als Gruppe haben wir uns entschieden, ein gesellschaftlich relevantes Problem anzugehen. Da die alternde Bevölkerung zu einem globalen Problem wird, wird die Arbeitsbelastung von Pflegepersonal und Krankenschwestern zu groß. Mit zunehmendem Alter müssen die Menschen oft mehr Medikamente und Vitamine einnehmen. Mit einem automatischen Tablettenspender ist es auch geistesabwesenden Senioren möglich, diese Aufgabe etwas länger selbstständig zu bewältigen. Dadurch können Pflegekräfte und Krankenschwestern mehr Zeit für die abhängigeren Patienten haben.

Es wäre auch sehr praktisch für alle, die manchmal etwas vergesslich sind und nicht daran denken, ihre Pillen einzunehmen.

Somit sollte das mechatronische System eine Lösung liefern, die den Benutzer an die Einnahme seiner Pillen erinnert und die Pillen auch ausgibt. Wir bevorzugen auch, dass der automatische Tablettenspender benutzerfreundlich ist, um die Verwendung für jedermann zu ermöglichen: unabhängig von seinem Alter!

Schritt 1: Materialien

Gehäuse:

• Mdf: 4 mm Dicke für das Innengehäuse
• Mdf: 3 und 6 mm Dicke für das Außengehäuse

Montage

• Schrauben und Muttern (M2 und M3)
• Kleines Kugellager

Mikrocontroller:

Arduino UNO [Link bestellen]

Elektronische Teile

• Platine blanko [Link bestellen]
• Kleiner Servomotor 9g [Link bestellen]
• Kleiner DC-Motor 5V [Bestelllink]
• Transistor: BC 237 (NPN Bipolartransistor) [Link bestellen]
• Diode 1N4001 (Spitzen-Inverse-Spannung von 50V) [Link bestellen]
• Passiver Summer: Transducteur Piezo
• LCD1602

• Widerstände:

  • 1 x 270 Ohm
  • 1 x 330 Ohm
  • 1 x 470 Ohm
  • 5 x 10kOhm
• Infrarot-Strahler
• Infrarotdetektor

Schritt 2: Innengehäuse

Das Innengehäuse kann als die Box angesehen werden, die die gesamte innere Mechanik und Elektronik enthält. Es besteht aus 5 Platten aus 4 mm MDF, die per Laser in die richtigen Formen geschnitten werden. Es gibt auch eine optionale sechste Platte, die man hinzufügen kann. Dieses optionale sechste Stück hat eine quadratische Form und kann als Deckel verwendet werden. Die 5 Platten (der Boden und die vier Seiten) sind in Puzzleform gestaltet, so dass sie perfekt ineinander passen. Ihre Montage kann mit Schrauben verstärkt werden. Die Hobel haben bereits die Löcher, in die die anderen Teile passen oder wo die Schrauben platziert werden sollen.

Schritt 3: Innerer Mechanismus

DER AUSGABEMECHANISMUS

Mechanismus

Unser Pillenausgabemechanismus ist wie folgt: Der Benutzer legt die Pillen in das Aufbewahrungsfach oben in der Schachtel. Da die Bodenplatte dieses Fachs geneigt ist, rutschen die Pillen automatisch nach unten in das erste Röhrchen, wo sie sich stapeln. Unter dieser Tube befindet sich ein Zylinder mit einem kleinen Loch, in das nur eine Tablette perfekt passt. Dieses kleine Loch befindet sich direkt unter der Tube, so dass sich die Pillen darüber stapeln, während die erste Pille im Loch des Zylinders liegt. Wenn eine Pille eingenommen werden muss, dreht sich der Zylinder (mit einer Pille drin) um 120 Grad, so dass die Pille im Zylinder in einen zweiten Zylinder fällt. In diesem zweiten Zylinder befindet sich ein Sensor, der erkennt, ob tatsächlich eine Pille aus dem Zylinder gefallen ist. Dies dient als Feedbacksystem. Dieses Rohr hat eine Seite, die höher herausragt als die andere. Denn diese Seite verhindert, dass die Pille über die zweite Tube fällt, und trägt so dazu bei, dass die Pille in die Tube fällt und vom Sensor erkannt wird. Unter diesem Röhrchen befindet sich ein kleiner Schieber, so dass die tropfende Pille durch das Loch in der Vorderseite der inneren Schachtel gleitet.

Dieser ganze Mechanismus benötigt mehrere Teile:

• Lasergeschnittene Teile

  1. Die untere schräge Platte des Ablagefachs.
  2. Die seitlichen Schrägbleche des Ablagefachs

• 3D-gedruckte Teile

  1. Das obere Rohr
  2. Der Zylinder
  3. Die Achse
  4. Das untere Rohr (siehe unteres Rohr und Sensorfach)
  5. Die Rutsche

• Andere Teile

  Wälzlager

Alle Dateien unserer Teile, die zum Laserschneiden oder 3D-Drucken benötigt werden, finden Sie unten.

Verschiedene Teile und deren Montage

DIE LAGERFACHPLATTEN

Das Ablagefach besteht aus drei lasergeschnittenen Platten. Diese Platten können zusammengebaut und miteinander und mit der Innenbox verbunden werden, da sie einige Löcher und kleine hervorstehende Teile haben. So passen sie alle wie ein Puzzle ineinander! Die Löcher und hervorstehenden Teile sind bereits den CAD-Dateien hinzugefügt und können mit dem Laser geschnitten werden.

OBERES ROHR

Das Standrohr ist nur mit einer Seite des Innenkastens verbunden. Es wird mit Hilfe einer daran befestigten Platte verbunden (ist in der CAD-Zeichnung für den 3D-Druck enthalten).

ZYLINDER & WÄLZLAGER

Der Zylinder ist an 2 Seiten der Box angeschlossen. Auf der einen Seite ist es mit dem Servomotor verbunden, der die Drehbewegung auslöst, wenn eine Pille fallen muss. Auf der anderen Seite ist es

DAS UNTERE ROHR UND SENSORFACH

Die Wahrnehmung ist eine wichtige Aktion, wenn es um die Abgabe von Pillen geht. Wir müssen in der Lage sein, zu einem geeigneten Zeitpunkt eine Bestätigung zu erhalten, dass eine zugewiesene Pille vom Patienten eingenommen wurde. Um diese Funktionalität zu erhalten, ist es wichtig, die verschiedenen Designschritte zu berücksichtigen.

Auswahl der richtigen Erkennungskomponenten:

Von Anfang an, als das Projekt validiert wurde, mussten wir nach einer geeigneten Komponente suchen, die den Austritt einer Pille aus der Schachtel bestätigt. Da Sensoren für diese Aktion von Nutzen sein können, bestand die größte Herausforderung darin, den Typ zu kennen, der mit dem Design kompatibel ist. Die erste Komponente, die wir fanden, war ein Fotounterbrecher, der aus einem IR-Emitter und einer IR-Fototransistordiode bestand. Der Fotounterbrecher HS 810 mit 25/64''-Steckplatz war aufgrund seiner Kompatibilität eine Lösung, die es uns ermöglichte, das mögliche Problem der Winkelkonfiguration zu vermeiden. Wir haben uns entschieden, dies aufgrund seiner Geometrie nicht zu verwenden, da es schwierig sein wird, es mit der Düse zu integrieren. Aus einem verwandten Projekt haben wir gesehen, dass es möglich ist, einen IR-Sender mit einem IR-Detektor mit weniger anderen Komponenten als Sensor zu verwenden. Diese IR-Komponenten können in verschiedenen Formen gefunden werden.

3D-Druck der Tablettendüse, die den Sensor durchbohrt

Nachdem die Hauptkomponente als Sensor aussortiert werden konnte, war es an der Zeit zu prüfen, wie sie auf der Düse platziert werden. Die Düse hat einen Innendurchmesser von 10 mm für den freien Durchtritt der Pille aus dem rotierenden Zylinder. Durch das Datenblatt der Sensorelemente haben wir erkannt, dass das Einbringen von Löchern um die Düsenoberfläche entsprechend der Dimension des Bauteils ein zusätzlicher Vorteil ist. Sollten diese Löcher an einem beliebigen Punkt entlang der Oberfläche platziert werden? nein, denn um eine maximale Detektion zu erreichen, muss die Winkligkeit bewertet werden. Wir haben einen Prototypen basierend auf den obigen Spezifikationen gedruckt und auf Erkennbarkeit geprüft.

Bewertung des möglichen Abstrahlwinkels und Erfassungswinkels

Aus dem Datenblatt der Sensorkomponenten geht hervor, dass der Ausstrahl- und Erfassungswinkel 20 Grad beträgt, das bedeutet, dass sowohl das emittierende Licht als auch der Detektor eine große Spanne von 20 Grad haben. Obwohl dies Herstellerspezifikationen sind, ist es dennoch wichtig, sie zu testen und zu bestätigen. Dies geschah durch einfaches Spielen mit den Komponenten, die neben einer LED eine Gleichstromquelle einführten. Die Schlussfolgerung war, sie einander gegenüber zu stellen.

Montage

Mit dem 3D-Druck-Design des Rohres ist eine Platte mit 4 Löchern verbunden. Diese Löcher werden verwendet, um das Rohr mit Schrauben mit dem Innengehäuse zu verbinden.

Schritt 4: Innerer Mechanismus der Elektronik

Dosiermechanismus:

Der Spendemechanismus wird durch die Verwendung eines kleinen Servomotors für die Drehung des großen Zylinders erreicht.

Der Antriebsstift für den Servomotor 'Reely Micro-servo 9g' ist direkt mit dem Mikrocontroller verbunden. Zur Steuerung des Servomotors kann problemlos der Mikrocontroller Arduino Uno verwendet werden. Dies liegt an der Existenz der eingebauten Bibliothek für Servomotoraktionen. Beispielsweise können mit dem 'write'-Befehl die gewünschten Winkel von 0° und 120° erreicht werden. (Dies geschieht im Projektcode mit 'servo.write(0)' und 'servo.write(120)').

Vibrator:

Kleiner bürstenloser Gleichstrommotor mit Unwucht

Diese Unwucht wird durch ein Stück Plastik erreicht, das die Motorachse mit einer kleinen Schraube und Mutter verbindet.

Der Motor wird von einem kleinen Transistor angesteuert, dies geschieht, weil der digitale Pin keine höheren Ströme als 40,0 mA liefern kann. Durch Bereitstellung des Stroms vom Vin-Pin des Arduino Uno-Mikrocontrollers können Ströme bis zu 200,0 mA erreicht werden. Dies reicht aus, um den kleinen DC-Motor anzutreiben.

Wenn der Motor abrupt gestoppt wird, erhalten Sie aufgrund der Eigeninduktivität des Motors eine Stromspitze. So wird eine Diode über die Motoranschlüsse gelegt, um diesen Rückfluss des Stroms zu verhindern, der den Mikrocontroller beschädigen kann.

Sensorik:

Verwenden einer Infrarot-Emitter-Diode (LTE-4208) und einer Infrarot-Detektor-Diode (LTR-320 8) verbunden mit dem Arduino Uno-Mikrocontroller, um den Durchgang einer Pille zu bestätigen. Sobald eine Pille herunterfällt, würde sie das Licht der Infrarot-Emitter-Diode in kurzer Zeit abschatten. Mit einem Analogpin des Arduino würden wir diese Informationen erhalten.

zur Erkennung:

analogLesen (A0)

Schritt 5: Äußeres Gehäuse

• Größe: 200 x 110 x 210 mm

• Material: mitteldichte Faserplatte

  Blechstärke: 3 mm 6 mm

• Verarbeitungsmethode: Laserschneiden

Für das Außengehäuse haben wir aufgrund von Fehlern beim Laserschneiden verschiedene Dicken verwendet. Wir wählen die 3 mm und 6 mm, um sicherzustellen, dass alle Platten eng kombiniert werden können.

In Anbetracht des Platzes für das Innengehäuse und die elektronischen Geräte ist die Breite und Höhe des Außengehäuses um einiges größer als das Innengehäuse. Die Länge ist viel länger, um Platz für die elektronischen Geräte zu lassen. Damit die Pillen auch leicht aus der Schachtel fallen können, haben wir die Innen- und Außenhülle sehr nahe beieinander gehalten.

Schritt 6: Äußere Elektronik

Für externe Elektronik mussten wir unseren Roboter mit Menschen interagieren lassen. Um dies zu erreichen, haben wir uns als Komponenten für ein LCD, einen Summer, eine LED und 5 Tasten entschieden. Dieser Teil des Tablettenspenders fungiert als Wecker. Wenn es nicht der richtige Zeitpunkt für die Einnahme von Pillen ist, zeigt das LCD nur die Uhrzeit und das Datum an. Wenn der Patient eine Pille einnehmen muss, leuchtet die LED auf, der Summer ertönt und das LCD zeigt „Ich wünsche Ihnen Gesundheit und Glück“. Wir können auch den unteren Bildschirmrand verwenden, um die Uhrzeit oder das Datum zu ändern.

LCD aktivieren

Wir haben das LCD-1602 verwendet, um eine direkte Verbindung zum Mikrocontroller herzustellen und die Funktion: LiquidCrystal lcd verwendet, um das LCD zu aktivieren.

Summer

Wir haben uns für einen passiven Summer entschieden, der Klänge unterschiedlicher Frequenzen abspielen kann.

Damit der Summer die Songs "City of the Sky" und "Happy Acura" abspielen kann, haben wir vier Arrays definiert. Zwei davon heißen "Tune", die die Noteninformationen der beiden Songs speichern. Die beiden anderen Arrays wurden "Duration" genannt. Diese Arrays speichern den Rhythmus.

Wir bauen dann eine Schleife, die Musik abspielt, die Sie im Quellcode sehen können.

Zeitliche Koordinierung

Wir haben eine Reihe von Funktionen für Sekunde, Minute, Stunde, Datum, Monat, Woche und Jahr geschrieben.

Wir haben die Funktion millis() verwendet, um die Zeit zu berechnen.

Über die drei Tasten 'Select', 'Plus' und 'Minus' kann die Uhrzeit geändert werden.

Wie wir alle wissen, müssen wir die Pins von Arduino verwenden, wenn wir eine Komponente steuern möchten.

Die von uns verwendeten Pins waren die folgenden:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Vibrationsmotor: Pin12

Sensor: A0

Taste1(n): A1

Taste2(plus): A2

Taste3 (minus): A3

Button4 (nimm die Pillen): A4

LED: A5

Schritt 7: Gesamtmontage

Schließlich erhalten wir die gesamte Baugruppe wie oben abgebildet. Wir haben an einigen Stellen Kleber verwendet, um sicherzustellen, dass es fest genug ist. An einigen Stellen im Inneren der Maschine haben wir auch Klebeband und Schrauben verwendet, um sie stark genug zu machen. Die. STEP-Datei unserer CAD-Zeichnungen finden Sie am Ende dieses Schritts.

Schritt 8: Hochladen des Codes

Schritt 9: Epilog

Das Gerät kann den Benutzer warnen, das Medikament einzunehmen und die richtige Menge an Pillen zu verabreichen. Nach einem Gespräch mit einem qualifizierten und erfahrenen Apotheker sind jedoch einige Anmerkungen zu machen. Ein erstes Problem ist die Verunreinigung der Pillen, die über längere Zeit der Luft im Behälter ausgesetzt sind, wodurch die Qualität und Wirksamkeit abnimmt. Normalerweise sollten Pillen in einer gut verschlossenen Aluminiumtablette enthalten sein. Auch wenn der Benutzer während einer bestimmten Zeit Pille A abgibt und danach Pille B abgeben muss, ist es ziemlich aufwendig, die Maschine zu reinigen, um sicherzustellen, dass keine Partikel der Pille A die Pille B verunreinigen.

Diese Beobachtungen geben einen kritischen Blick auf die Lösung, die diese Maschine liefert. Es bedarf also weiterer Forschung, um diesen Mängeln entgegenzuwirken…

Schritt 10: Referenzen

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optische Detektoren. Fakultät für Energiemaschinenbau, Nationale Tsing Hua Universität.