Az automatikus pirulaadagoló: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Mi vagyunk az első mesterképzés hallgatói a Brüsszeli Műszaki Karon (röviden "Bruface"). Ez két egyetem kezdeményezése Brüsszel központjában: az Université Libre de Bruxelles (ULB) és a Vrije Universiteit Brussel (VUB).

A program részeként létre kellett hoznunk egy valódi működő mechatronikai rendszert a Mechatronika tanfolyamhoz.

Az elméleti tanfolyamokon megtanultuk, hogyan kell a különböző komponenseket valós alkalmazásokba kombinálni. Ezt követően bemutatkoztunk az Arduino mikrovezérlő alapjairól és a mechatronikai rendszer vezérléséről. A tanfolyam célja az volt, hogy képes legyen mechatronikai rendszer tervezésére, gyártására és programozására.

Mindezt csoportosan kell elvégezni. Csoportunk egy nemzetközi csapat volt, amely két kínai diákból, két belga és egy kameruni diákból áll.

Először is szeretnénk megköszönni Albert De Beir és Bram Vanderborght professzor támogatását.

Csoportként úgy döntöttünk, hogy foglalkozunk egy társadalmilag releváns problémával. Ahogy a népesség elöregedése globális kérdéssé válik, a gondozók és ápolók munkaterhe túl nagy lesz. Ahogy az emberek öregszenek, gyakran több gyógyszert és vitamint kell bevenniük. Az automatikus pirulaadagoló segítségével a hiányzó gondolkodású idősek egy kicsit hosszabb ideig képesek megbirkózni ezzel a feladattal. Ezáltal a gondozóknak és a nővéreknek több idejük marad, hogy jobban függő betegekre fordítsanak.

Ezenkívül nagyon hasznos lenne mindenkinek, aki néha kissé feledékeny, és nem emlékszik arra, hogy bevegye a tablettáit.

Így a mechatronikus rendszernek olyan megoldást kell nyújtania, amely emlékezteti a felhasználót a tabletták bevételére, és a tablettákat is kiadja. Azt is részesítjük előnyben, hogy az automatikus pirulaadagoló felhasználóbarát legyen, hogy mindenki használhassa: életkortól függetlenül!

1. lépés: Anyagok

Ház:

• Mdf: 4 mm vastagság a belső tokhoz
• Mdf: 3 és 6 mm vastagság a külső tokhoz

Összeszerelés

• Csavarok és anyák (M2 és M3)
• Kis golyóscsapágy

Mikrokontroller:

Arduino UNO [Rendelési link]

Elektronikus részek

• Üres áramköri lap [Rendelési link]
• Kis szervomotor 9g [Megrendelés link]
• Kis egyenáramú motor 5V [Rendelési link]
• Tranzisztor: BC 237 (NPN bipoláris tranzisztor) [Rendelési link]
• 1N4001 dióda (50V csúcs inverz feszültség) [Rendelési link]
• Passzív hangjelző: piezo transzduktor
• LCD1602

• Ellenállások:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10 k ohm
• Infravörös sugárzó
• Infravörös érzékelő

2. lépés: Belső tok

A belső tokot úgy tekinthetjük, mint az összes belső mechanikát és elektronikát tartalmazó dobozt. 5 db 4 mm -es MDF lemezből áll, amelyeket lézerrel vágnak a megfelelő formákba. Egy opcionális hatodik lemez is hozzáadható. Ez az opcionális hatodik darab négyzet alakú, és fedőként is használható. Az 5 tányér (alja és négy oldala) rejtvény alakban van kialakítva, így tökéletesen illeszkednek egymáshoz. Összeszerelésük csavarokkal megerősíthető. A síkokon már vannak lyukak, ahová a többi alkatrésznek illeszkednie kell, vagy ahová a csavarokat kell elhelyezni.

3. lépés: Belső mechanizmus

A KIADÓ MECHANIZMUS

Gépezet

A tabletták adagolási mechanizmusa a következő: a felhasználó a tablettákat a doboz tetején lévő tárolórekeszbe helyezi. Amikor a rekesz alsó lapja ferde, a tabletták automatikusan lecsúsznak az első csőbe, ahol felhalmozódnak. E cső alatt egy henger van, egy kis lyukkal, ahová csak egy tabletta illeszkedik tökéletesen. Ez a kis lyuk közvetlenül a cső alatt helyezkedik el, így a tabletták felhalmozódnak felette, míg az első pirula a henger lyukában fekszik. Amikor tablettát kell bevenni, a henger (pirulával együtt) 120 fokkal elfordul, úgy, hogy a palack a palackban leesik egy második hengerbe. Ebben a második hengerben található egy érzékelő, amely érzékeli, hogy egy tabletta valóban leesett -e a palackról. Ez visszajelző rendszerként szolgál. Ennek a csőnek az egyik oldala magasabban áll, mint a másik. Ennek az az oka, hogy ez az oldal megakadályozza, hogy a pirula a második csőre essen, és ezáltal garantálja, hogy a tabletta a tubusba esik, és az érzékelő észleli. A cső alatt egy kis csúszda található, így a cseppentő tabletta a belső doboz elején lévő lyukon keresztül csúszik.

Ennek az egész mechanizmusnak több részre van szüksége:

• Lézerrel vágott alkatrészek

  1. A tárolórekesz alsó ferde lemeze.
  2. A tárolórekesz oldalsó ferde lapjai

• 3D nyomtatott alkatrészek

  1. A felső cső
  2. A henger
  3. A tengely
  4. Az alsó cső (lásd az alsó csövet és az érzékelő rekeszt)
  5. A csúszda

• Más részek

  Gördülőcsapágy

Alább megtalálható minden alkatrészünk fájlja, amelyek a lézervágáshoz vagy a 3D nyomtatáshoz szükségesek.

Különböző alkatrészek és összeszerelésük

A TÁROLÓ RÉSZTÁBLÁK

A tárolórekesz három, lézerrel vágott lemezből áll. Ezek a lemezek összeszerelhetők és összekapcsolhatók egymással és a belső dobozzal, mert néhány lyuk és kis darab kiemelkedik. Ez azért van, hogy mindannyian puzzle -ként illeszkedjenek egymásba! A lyukak és a kiemelkedő darabok már hozzáadódtak a CAD fájlokhoz, a lézerrel vágható.

FELSŐ CSŐ

A felső cső csak a belső doboz egyik oldalához van csatlakoztatva. A csatlakoztatott lemez segítségével csatlakoztatható (a 3D nyomtatáshoz a CAD rajz tartalmazza).

HENGER ÉS GÖRGŐCSAPÁGY

A henger a doboz 2 oldalához van csatlakoztatva. Az egyik oldalon a szervomotorhoz van csatlakoztatva, amely indítja a forgó mozgást, amikor egy pirulát le kell ejteni. A másik oldalon pedig

AZ ALSÓ CSŐ ÉS ÉRZÉKELŐTÉR

Az érzékelés fontos intézkedés a tabletták adagolásakor. Képesnek kell lennünk arra, hogy megerősítést kapjunk arról, hogy a beteg a megfelelő időben bevette a kijelölt tablettát. E funkció eléréséhez fontos figyelembe venni a tervezés különböző lépéseit.

A megfelelő érzékelő összetevők kiválasztása:

A projekt érvényesítésének kezdetétől kezdve olyan komponenst kellett keresnünk és megfelelőnek találnunk, amely megerősíti, hogy egy tabletta kivehető a dobozból. Az érzékelők ismerete hasznos lehet ehhez a művelethez, a fő kihívás az volt, hogy megtudjuk, milyen típusú lesz a kialakítással kompatibilis. Az első komponens, amelyet találtunk, egy fotointeruptor volt, amely IR -sugárzót és IR fototranzisztor diódát tartalmaz. A 25/64 hüvelykes PCB HS 810 fotóinteruptor kompatibilitása miatt megoldás volt, így elkerülhetjük a szögbeállítás lehetséges problémáját. Úgy döntöttünk, hogy ezt nem használjuk a geometriája miatt, nehéz lesz beilleszteni a fúvókába. Néhány kapcsolódó projektből azt láttuk, hogy lehetséges egy IR -kibocsátót használni egy IR -érzékelővel, kevesebb más komponenssel. Ezek az infravörös komponensek különböző formákban találhatók.

Az érzékelőt lyukas pirulafúvóka 3D nyomtatása

Mivel sikerült szétválogatni az érzékelőként használt fő alkotóelemet, akkor ideje volt ellenőrizni, hogyan kerülnek a fúvókára. A fúvóka belső átmérője 10 mm, hogy a tabletta szabadon át tudjon menni a forgó hengerről. Az érzékelőelemek adatlapja alapján rájöttünk, hogy a fúvóka felülete körül az alkatrész méretének megfelelő lyukak bevezetése további előny. Ezeket a lyukakat a felület bármely pontján kell elhelyezni? nem, mert a maximális észlelés eléréséhez ki kell értékelni a szöget. A fenti specifikációk alapján kinyomtattunk egy prototípust, és ellenőriztük az észlelhetőséget.

A lehetséges sugárzási szög és az észlelési szög értékelése

Az érzékelő összetevőinek adatlapja alapján a sugár és az észlelési szög 20 fok, ami azt jelenti, hogy mind a kibocsátó fény, mind az érzékelő széles, 20 fokos fesztávolságú. Bár ezek gyártói specifikációk, továbbra is fontos a tesztelés és a megerősítés. Ez úgy történt, hogy egyszerűen játszott az alkatrészekkel, amelyek egyenáramú forrást vezettek be a LED mellett. A következtetés az volt, hogy egymással szemben kell elhelyezni őket.

Összeszerelés

A cső 3D nyomtatási kiviteléhez 4 lyukú lemez csatlakozik. Ezeket a lyukakat használják a cső és a belső ház csavarokkal történő összekapcsolására.

4. lépés: Elektronikai belső mechanizmus

Kiadó mechanizmus:

Az adagoló mechanizmust kis szervomotorral érik el a nagy henger forgatásához.

A „Reely Micro-servo 9g” szervomotor hajtócsapja közvetlenül a mikrokontrollerhez van csatlakoztatva. Az Arduino Uno mikrokontroller könnyen használható a szervomotor vezérlésére. Ennek oka a szervomotoros műveletek beépített könyvtára. Például az „write” paranccsal el lehet érni a kívánt 0 ° és 120 ° szöget. (Ez a projektkódban történik a 'servo.write (0)' és a 'servo.write (120)').

Vibrátor:

Kis kefe nélküli egyenáramú motor

Ez az egyensúlyhiány műanyagdarabbal érhető el, amely kis csavarral és anyával köti össze a motor tengelyét.

A motort egy kis tranzisztor hajtja, ez azért történik, mert a digitális tüske nem képes 40,0 mA -nél nagyobb áramot leadni. Az Arduino Uno mikrokontroller Vin érintkezőjének áramát szolgáltatva akár 200,0 mA áramot is elérhet. Ez elegendő a kis egyenáramú motor táplálásához.

Ha a motor áramellátása hirtelen leáll, a motor öninduktivitása miatt áramcsúcsot kap. Tehát egy diódát helyeznek a motorcsatlakozásokra, hogy megakadályozzák az áram visszaáramlását, ami károsíthatja a mikrokontrollert.

érzékelő rendszer:

Az Arduino Uno mikrokontrollerhez csatlakoztatott infravörös sugárzó dióda (LTE-4208) és infravörös detektor dióda (LTR-320 8) használatával megerősíti a tabletta áthaladását. Ha egy tabletta leesik, rövid időn belül árnyékolja az infravörös sugárzó dióda fényét. Az arduino analóg gombjával ezt az információt kapjuk.

észleléshez:

analogRead (A0)

5. lépés: Külső tok

• Méret: 200 x 110 x 210 mm

• Anyag: közepes sűrűségű farostlemez

  A lemez vastagsága: 3 mm 6 mm

• Feldolgozási módszer: lézervágás

A külső tok esetében különböző vastagságokat használtunk a lézervágás hibái miatt. A 3 mm -es és a 6 mm -es méretet választjuk, hogy minden lap szorosan összekapcsolható legyen.

A méret szempontjából, figyelembe véve a belső tok és az elektronikus eszközök helyét, a külső tok szélessége és magassága nagyobb, mint a belső. A hossza sokkal hosszabb, hogy helyet biztosítson az elektronikus eszközök számára. Sőt, annak érdekében, hogy a tabletták könnyen kieshessenek a dobozból, a belső és a külső tokot nagyon közel tartottuk.

6. lépés: Külső elektronika

A külső elektronika esetében hagynunk kellett, hogy robotunk interakcióba lépjen az emberekkel. Ennek érdekében LCD -t, zümmögőt, LED -et és 5 gombot választottunk alkatrészekként. A pirulaadagoló ezen része ébresztőóraként működik. Ha nem a megfelelő idő a tabletták bevételére, akkor az LCD csak az időt és a dátumot jeleníti meg. Amikor a betegnek tablettát kell bevennie, a LED kigyullad, a zümmögő zenét játszik, és az LCD -n megjelenik az „Egészséget és boldogságot kívánok” felirat. A képernyő alját is használhatjuk az idő vagy a dátum módosítására.

Engedélyezze az LCD -t

Az LCD-1602 segítségével közvetlenül a mikrokontrollerhez csatlakoztunk, és a következő funkciót használtuk: LiquidCrystal lcd az LCD engedélyezéséhez.

Berregő

Olyan passzív zümmögőt választottunk, amely különböző frekvenciájú hangokat tud lejátszani.

Annak érdekében, hogy a zümmögő lejátszhassa a "City of the Sky" és a "Happy Acura" dalokat, négy tömböt határoztunk meg. Ebből kettőt "dallamnak" neveznek, amelyek a két dal hangjegyadatait tárolják. A másik két tömb "Duration" nevet kapta. Ezek a tömbök tárolják a ritmust.

Ezután felépítünk egy zenét lejátszó hurkot, amelyet a forráskódban láthat.

Időzítés

Funkciósorozatot írtunk a második, perc, óra, dátum, hónap, hét és év számára.

Az idő kiszámításához a millis () függvényt használtuk.

Három gomb, a „kiválasztás”, a „plusz” és a „mínusz” segítségével az idő módosítható.

Mint mindannyian tudjuk, ha valamilyen összetevőt irányítani akarunk, akkor az arduino csapjait kell használnunk.

Az általunk használt csapok a következők voltak:

LCD: 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7 érintkező

Bruzzer: 10. tű

Szervomotor: 11 -es csap

Motor vibrációhoz: Pin12

Érzékelő: A0

Gomb1 (ek): A1

Gomb2 (plusz): A2

Gomb3 (mínusz): A3

4. gomb (vegye be a tablettákat): A4

LED: A5

7. lépés: Teljes összeszerelés

Végül megkapjuk a teljes szerelvényt, mint a fenti képen. Néhány helyen ragasztót használtunk, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy elég szoros. A gép belsejében néhány helyen szalagot és csavarokat is használtunk, hogy elég erős legyen. CAD -rajzaink. STEP -fájlja ezen lépés alján található.

8. lépés: A kód feltöltése

9. lépés: Epilógus

A gép képes figyelmeztetni a felhasználót, hogy vegye be a gyógyszert, és megfelelő mennyiségű tablettát szállít. A szakképzett és tapasztalt gyógyszerésszel folytatott megbeszélés után azonban van néhány megjegyzés. Az első probléma a tabletták szennyeződése, amelyek hosszú ideig vannak kitéve a tartályban lévő levegőnek, így a minőség és a hatékonyság csökken. A tablettákat általában egy alumínium tablettába zárt lyukba kell helyezni. Szintén akkor, ha a felhasználó egy bizonyos idő alatt kiadja az A tablettát, majd ezt követően ki kell adnia a B pirulát, meglehetősen bonyolult a gép tisztítása annak biztosítása érdekében, hogy az A pirula részecskéi ne szennyezzék a B pirulát.

Ezek a megfigyelések kritikus képet adnak a gép megoldásáról. Tehát további kutatásokra van szükség ezeknek a hiányosságoknak a kiküszöbölésére…

10. lépés: Hivatkozások

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optikai érzékelők. A Nemzeti Tsing Hua Egyetem Erőgépipari Tanszéke.