AUTOMATISCHER PILLENSPENDER - Gunook

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

Dies ist ein Pillenspender-Roboter, der dem Patienten die richtige Menge und Art von Medikamentenpillen zur Verfügung stellen kann. Die Dosierung der Pille erfolgt automatisch zur richtigen Tageszeit, gefolgt von einem Alarm. Im leeren Zustand kann die Maschine vom Benutzer einfach wieder befüllt werden. Der Dosier- und Nachfüllmechanismus wird über eine über Bluetooth mit dem Roboter verbundene Anwendung und über zwei Tasten gesteuert.

Bruface Mechatronik-Projektgruppe 2

Teammitglieder: Federico ghezzi

Andrea Molino

Giulia Ietro

Mohammad Fakih

Mouhamad Lakkis

Schritt 1: Einkaufsliste

• Adafruit Motor Shield v2.3 (Bausatz) – Motor/Stepper/Servo Shield für Arduino
• Kwmobile Feuchtigkeits-Temperatursensor
• AZDelivery Carte für Arduino PCM2704 KY-006 Summer Passiv
• AZDelivery Echtzeituhr, RTC DS3231 I2C, Rasperry Mehr
• 2. 28byj von 48 DC 5 V 4 Phase von Fil de 5 Micro Step mit ULN2003-Modul für Arduino
• AZDelivery Prototyping Prototype Shield für Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 Zeichen + l'Schnittstelle I2C
• OfficeTree® 20 Mini-Magnete OfficeTree® 20 6x2 mm
• WELLENKUPPLUNG POLOLU-1203 UNIVERSAL MOUNTIBG HUB
• 40 Pins 30 cm Stecker auf Buchse Überbrückungskabel
• Lötfreies Steckbrett – 830 Löcher
• USB 2.0 A – B M/M 1.80M
• Pir-Bewegungssensor für Arduino
• Satz AWG Steckbrett-Überbrückungsdrähte, ein Pin
• R18-25b Druckschalter 1p Aus-(Ein)
• L-793id LED 8mm Rot diffus 20mcd
• L-793gd LED 8mm Grün diffus 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• Taktiler Schalter 6x6mm
• 2 Zeichen 70x40 mm
• greep plast mit 64 mm
• Noppen Aluminium 12 mm
• Ultragel 3gr
• 50 Nägel 2x35
• LCD-RGB-Hintergrundbeleuchtung
• 2 Kugellager 6,4 mm Welle
• 2 volle MDF-Blatt zum Laserschneiden
• 1 Stück Plexiglas zum Laserschneiden
• 1 Potentiometer
• Arduino uno

Schritt 2: Technische Hinweise zur Auswahl der Komponenten

Die Mechanismen der Ausgabe und des Nachfüllens erfordern eine große Präzision und geringe Bewegungen der Räder, die die Pillen enthalten. Aus diesem Grund entscheiden wir uns für den Einsatz von zwei Schrittmotoren.

Schrittmotoren sind stabil, können eine Vielzahl von Reibungs- und Trägheitslasten antreiben und benötigen kein Feedback. Der Motor ist auch ein Positionsgeber: Positions- und Geschwindigkeitssensoren werden nicht benötigt. Darüber hinaus haben sie eine ausgezeichnete Wiederholbarkeit und kehren genau an dieselbe Stelle zurück.

Ein Motor Shield treibt die beiden Schrittmotoren an. Es enthält 4 H-Brücken, die es ermöglichen, sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit der Motoren zu steuern. Mit einem Motorschild erhöhen wir die Anzahl der freien Pins.

Um sicherzustellen, dass die Tabletten immer in einem guten Zustand sind, misst ein Feuchtigkeits- und Temperatursensor ständig die Temperatur und Feuchtigkeit im Inneren des Spenders.

Um dem Benutzer mitzuteilen, dass es Zeit für seine Therapie ist, haben wir einen Alarm mit einem Summer und einer Echtzeituhr gebaut. Das RTC-Modul wird mit einer Batterie betrieben und kann die Uhrzeit auch dann verfolgen, wenn wir den Mikrocontroller neu programmieren oder die Hauptstromversorgung trennen.

Zwei Tasten und ein RGB-Flüssigkristalldisplay ermöglichen dem Benutzer, mit dem Spender zu interagieren. Der Benutzer kann seine Therapie und die Abgabezeit auch über eine App für smarphone einstellen. Er kann sein persönliches Gerät über eine Bluetooth-Verbindung verbinden (ein Bluetooth-Modul ist mit Arduino verbunden).

Ein PIR-Sensor erkennt eine Bewegung, wenn der Benutzer sein Medikament einnimmt und gibt eine Rückmeldung über die korrekte Arbeit des Spenders. Aufgrund seiner großen Empfindlichkeit und seines großen Erfassungsbereichs wird er in einigen Richtungen absichtlich behindert, um nutzlose Messungen zu vermeiden.

Schritt 3: Herstellungsteil

Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Liste der Teile, die entweder per 3D-Drucker oder per Lasercutter hergestellt werden. Alle Abmessungen und geometrischen Aspekte werden so gewählt, dass alle Teile mit starken Verbindungen sowie einem gut aussehenden Design richtig aufeinander abgestimmt sind.

Abmessungen und geometrische Aspekte können jedoch je nach Verwendungszweck geändert werden. In den nächsten Abschnitten finden Sie die CAD aller hier aufgeführten Komponenten.

Die ursprüngliche Idee für das Projekt war insbesondere, einen Pillenspender mit mehr Rädern zu entwickeln, um die höchste Menge und die größte Vielfalt an Pillen auszugeben. Für den Umfang des Kurses haben wir unsere Aufmerksamkeit nur auf 2 davon beschränkt, aber mit kleinen Änderungen am Design können weitere Räder hinzugefügt werden und das Ziel erreichen. Deshalb lassen wir Ihnen die Möglichkeit, unser Design frei zu modifizieren, so dass Sie es bei Gefallen ändern und an Ihren persönlichen Geschmack anpassen können.

Hier ist die Liste aller 3D-gedruckten und lasergeschnittenen Teile mit der Dicke in Klammern:

• Rückplatte (mdf 4 mm) x1
• Grundplatte (mdf 4 mm) x1
• Frontplatte (mdf 4 mm) x1
• seitliche Platte_kein Loch (mdf 4 mm) x1
• seitliche Platte_Loch (mdf 4 mm) x1
• Arduino-Platte (mdf 4 mm) x1
• Platte für vertikales Sustain (mdf 4 mm) x1
• Anschlussplatte (mdf 4 mm) x1
• Platte für die Radkappe (mdf 4 mm) x2
• Platte für das Rad (mdf 4 mm) x2
• Deckplatte (Plexiglas 4 mm) x1
• Öffnungsplatte (mdf 4 mm) x1
• Lagerhalter (3d gedruckt) x2
• Kappenrad (3d gedruckt) x2
• Trichter (3d gedruckt) x1
• Trichterfuß (3d gedruckt) x2
• PIR-Halter (3d gedruckt) x1
• Stecker für die Radkappe (3d gedruckt) x2
• Rad (3d gedruckt) x2

Schritt 4: Technische Zeichnungen zum Laserschneiden

Die Montage der Box ist so konzipiert, dass die Verwendung von Klebstoff vermieden wird. Dies ermöglicht eine sauberere Arbeit und bei Bedarf kann eine Demontage durchgeführt werden, um einige Probleme zu beheben.

Insbesondere erfolgt die Montage mittels Schrauben und Muttern. In ein Loch mit der richtigen Geometrie passen eine Schraube von einer Seite und eine Mutter von der anderen Seite perfekt, um eine starke Verbindung zwischen allen MDF-Platten zu haben. Insbesondere was die verschiedenen Platten betrifft:

• Die seitliche Platte hat ein Loch, das so positioniert ist, dass das Kabel durchgelassen wird, um eine Verbindung zwischen dem Arduino und dem Computer herzustellen.
• Die Frontplatte hat 2 Öffnungen. Die niedrigste ist vorgesehen, wenn die Person das Glas nehmen muss, aus dem die Pille abgegeben wurde. Der andere wird verwendet, wenn es Zeit zum Nachfüllen ist. In dieser speziellen Situation gibt es einen Stopfen (siehe später die Ausführung), der die Öffnung an der Kappe des Rades von unten verschließen kann. Die Positionierung dieser Kappe erfolgt tatsächlich durch Ausnutzung dieser zweiten Öffnung. Sobald der Stecker positioniert ist, kann die Person mit den Tasten oder der App das Rad einen Abschnitt nach dem anderen drehen lassen und eine Pille in jeden Abschnitt legen.
• Die Stützplatte ist so positioniert, dass sie eine vertikale Stütze für die Schienen hat, wo das Rad und die Kappe positioniert sind, um eine zuverlässigere und steifere Struktur zu haben.
• Die Öffnungsplatte ist so gestaltet, wie es das Wort sagt, um dem Benutzer den Nachfüllmechanismus zu erleichtern
• Die obere Platte ist, wie auf dem Bild zu sehen, aus Plexiglas, um von außen den Blick auf das Geschehen im Inneren zu ermöglichen.

Alle anderen Platten haben keinen besonderen Zweck, sie sind so konzipiert, dass alle Teile perfekt zusammenpassen. Einige Teile können bestimmte Löcher mit unterschiedlichen Abmessungen und Geometrien aufweisen, um alle elektronischen Dinge (wie Arduino und Motoren) zuzulassen oder das 3D-gedruckte Zeug (wie der Trichter und der PIR-Halter) richtig verbunden werden.

Schritt 5: Schritt 5: CAD für die lasergeschnittenen Teile

Schritt 6: Technische Zeichnungen für den 3D-Druck

Die 3D-gedruckten Teile werden mit den Druckern Ultimakers 2 und Prusa iMK realisiert, die im Fablab-Labor der Universität erhältlich sind. Sie sind in dem Sinne ähnlich, dass sie beide das gleiche Material verwenden, das PLA (das für alle unsere gedruckten Teile verwendet wird) und die gleiche Düsenabmessung haben. Insbesondere die Arbeit der Prusa mit einem dünneren Filament ist dank der abnehmbaren Platte (kein Klebstoff erforderlich) und des Sensors, der die unebene Oberfläche der Grundplatte ausgleicht, benutzerfreundlicher.

Alle 3D-gedruckten Teile werden mit den Standardeinstellungen realisiert, außer für das Rad, bei dem eine Füllmaterialdichte von 80% verwendet wird, um eine steifere Welle zu haben. Insbesondere beim ersten Versuch wurde eine Füllmaterialdichte von 20 % als Standardeinstellung belassen, ohne den Fehler zu bemerken. Am Ende des Drucks war das Rad perfekt umgesetzt, aber die Welle brach sofort. Um das Rad nicht noch einmal neu zu drucken, da es ziemlich lange dauert, haben wir uns für eine intelligentere Lösung entschieden. Wir haben uns entschieden, nur die Welle mit einer Basis zu bedrucken, die mit 4 zusätzlichen Löchern am Rad befestigt wird, wie in den Abbildungen zu sehen ist.

Hier folgt eine spezielle Beschreibung jeder Komponente:

• Lagerhalter: Dieses Bauteil wird realisiert, um das Lager in einer richtigen Position zu halten und zu stützen. Der Lagerhalter ist in der Tat mit einem zentrierten Loch mit dem genauen Maß des Durchmessers des Lagers realisiert, um eine sehr genaue Verbindung zu haben. Die 2 Flügel dienen nur der korrekten Befestigung des Bauteils auf der Platte. Es ist zu beachten, dass das Lager verwendet wird, um die Welle des Rades zu stützen, die sich sonst verbiegen könnte.
• Rad: Der 3D-Druck stellt fast den Kern unseres Projekts dar. Es ist so groß wie möglich gestaltet, um die maximale Menge an Pillen aufzunehmen, aber gleichzeitig leicht und einfach durch die Motoren zu fahren. Es ist außerdem rundum mit glatten Kanten gestaltet, damit keine Pillen stecken bleiben. Es hat insbesondere 14 Abschnitte, in denen die Pillen zugeteilt werden können. Der Mittelteil sowie der Rand zwischen den einzelnen Abschnitten wurden entleert, um das Rad so leicht wie möglich zu machen. Dann gibt es eine Welle mit 6,4 mm Durchmesser und 30 mm Länge, die perfekt in das Lager auf der anderen Seite passt. Schließlich wird eine starke Verbindung mit dem Motor durch eine Wellenkupplung erreicht, die auf der einen Seite mit dem Rad durch die 4 Löcher, die im Bild zu sehen sind, und auf der anderen Seite mit dem Schrittmotor verbunden ist.
• Radkappe: Die Radkappe ist so gestaltet, dass die Pillen, die sich im Rad befinden, nicht austreten können, es sei denn, sie erreichen den geöffneten Abschnitt an der Unterseite des Rades. Darüber hinaus kann die Kappe das Rad vor der äußeren Umgebung schützen und eine ordnungsgemäße Lagerung gewährleisten. Sein Durchmesser ist etwas größer als das Rad selbst und hat 2 Hauptöffnungen. Der untere dient zur Abgabe der Pille, während der obere für den oben beschriebenen Nachfüllmechanismus verwendet wird. Das Hauptloch in der Mitte dient zum Durchlassen der Radwelle und die restlichen 6 Löcher dienen der Verbindung mit der Platte und dem Lager. Außerdem sind auf der Unterseite 2 Löcher vorhanden, in denen 2 kleine Magnete platziert werden. Wie nachfolgend beschrieben, sollen diese eine feste Verbindung mit dem Stecker haben.
• Trichter: Die Idee des Trichters besteht, wie man sich klar erahnen lässt, darin, die vom Rad fallenden Pillen aufzufangen und im Glas auf dem Boden zu sammeln. Insbesondere für seinen Druck wurde es in 2 verschiedene Schritte unterteilt. Es gibt den Körper des Trichters und dann 2 Füße, die auseinander gedruckt wurden, sonst hätte der Druck zu viele Stützen impliziert. Für die Endmontage müssen die 2 Teile zusammengeklebt werden.
• PIR-Halter: Seine Funktion besteht darin, den PIR in der richtigen Position zu halten. Es hat ein quadratisches Loch in der Wand, um die Kabel durchzulassen, und 2 Arme, um den PIR ohne dauerhafte Verbindung zu halten.
• Stopfen: Dieses kleine Element wurde entwickelt, um den Nachfüllmechanismus zu erleichtern. Wie bereits erwähnt, sollte der Boden der Radkappe nach dem Nachfüllen mit dem Stopfen verschlossen werden, da sonst die Pillen während des Nachfüllens herunterfallen würden. Um die Verbindung mit der Kappe zu erleichtern, sind 2 kleine Löcher und zwei Magnete vorhanden. Auf diese Weise ist die Verbindung mit der Kappe stark und benutzerfreundlich. Es kann mit einer sehr einfachen Aufgabe in Position gebracht und entfernt werden.

Schritt 7: Schritt 7: CAD für 3D-gedruckte Teile

Schritt 8: Schritt 8: Endgültige CAD-Montage

Schritt 9: Tests für einzelne Komponenten

Mehrere Einzeltests wurden durchgeführt, bevor alle elektronischen Komponenten miteinander verbunden wurden. Die Videos zeigen insbesondere die Tests für den Ausgabe- und Nachfüllmechanismus, für die Tastenfunktion, für den Alarm für die LED-Tests.

Schritt 10: Endmontage

Der erste Teil der Montage war der Montage des Strukturteils des Roboters gewidmet. Auf die Grundplatte wurden die 2 Seitenplatten und die Frontplatte gesetzt und der Trichter befestigt. Inzwischen wurde jedes Rad über die Wellenkupplung mit seinem Schrittmotor verbunden und dann mit seiner Kappe montiert. Anschließend wurde das Radkappensystem direkt am Roboter montiert. An diesem Punkt wurden die elektronischen Komponenten auf den Roboter gesetzt. Schließlich wurden die restlichen Platten montiert, um das Projekt abzuschließen.

Schritt 11: Verdrahtungskomponenten zu Arduino

Schritt 12: Programmablaufplan

Das folgende Flussdiagramm zeigt die Logik des von uns geschriebenen Programms für ein Rad.

Schritt 13: Programmierung

Schritt 14: Verbindung der Roboter-Smartphone-Anwendung

Die Kommunikation mit dem Roboter wird wie bereits erwähnt durch eine Smartphone-Anwendung sichergestellt, die über ein Bluetooth-Modul mit dem Roboter verbunden ist. Die folgenden Bilder zeigen die Funktionsweise der App. Der erste stellt das Symbol der Anwendung dar, während der zweite und der dritte den manuellen Dosiermechanismus bzw. das Einstellungszeitmenü betreffen. Im letzteren Fall wird der Ausgabemechanismus automatisch zu dem vom Benutzer gewählten Zeitpunkt ausgeführt.

Diese Anwendung wurde auf dem App-Erfinder des Massachusetts Institute of Technology (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=en#6211792079552512) erstellt.