El dispensador automàtic de pastilles: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Som primers estudiants de màster en enginyeria electromecànica a la Facultat d’Enginyeria de Brussel·les (en resum, “Bruface”). Es tracta d’una iniciativa de dues universitats situades al centre de Brussel·les: la Université Libre de Bruxelles (ULB) i la Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Com a part del programa, vam haver de crear un sistema mecatrònic real per al curs Mecatrònica.

En cursos teòrics vam aprendre com s’haurien de combinar diferents components en aplicacions reals. Després d’això, vam obtenir una introducció sobre els conceptes bàsics d’un microcontrolador Arduino i sobre com controlar un sistema mecatrònic. L’objectiu del curs era poder dissenyar, produir i programar sistemes mecatrònics.

Tot això s’ha de fer en grup. El nostre grup era un equip internacional format per dos estudiants xinesos, dos estudiants belgues i un estudiant camerunès.

Primer de tot, volem expressar el nostre agraïment pel suport d’Albert De Beir i del professor Bram Vanderborght.

Com a grup, vam decidir abordar un problema socialment rellevant. A mesura que l'envelliment de la població es converteix en un problema mundial, la càrrega de treball dels cuidadors i infermeres es fa massa gran. A mesura que les persones envelleixen, sovint han de prendre més medicaments i vitamines. Amb un dispensador automàtic de pastilles, és possible que les persones grans amb absència de mentalitat puguin afrontar aquesta tasca de manera independent una mica més de temps. Per això, els cuidadors i les infermeres poden tenir més temps per dedicar a pacients més dependents.

A més, seria molt útil per a tothom que de vegades sigui una mica oblidat i que no recordi prendre les seves pastilles.

Per tant, el sistema mecatrònic hauria de proporcionar una solució que recordi a l’usuari que prengui les seves pastilles i que també les dispensi. També preferim que el dispensador automàtic de pastilles sigui fàcil d’utilitzar per fer possible l’ús de tothom: independentment de la seva edat.

Pas 1: materials

Carcassa:

• Mdf: 4 mm de gruix per a la caixa interior
• Mdf: 3 i 6 mm de gruix per a la caixa exterior

muntatge

• Cargols i femelles (M2 i M3)
• Rodament de boles petit

Microcontrolador:

Arduino UNO [Enllaç de comanda]

Peces electròniques

• Circuit en blanc [enllaç de comanda]
• Servomotor petit 9g [Enllaç de comanda]
• Petit motor de corrent continu 5V [Enllaç de comanda]
• Transistor: BC 237 (transistor bipolar NPN) [Enllaç de comanda]
• Diode 1N4001 (tensió inversa màxima de 50V) [enllaç de comanda]
• Zumbador passiu: Transducteur piezo
• LCD1602

• Resistències:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10 k ohm
• Emissor d'infrarojos
• Detector d'infrarojos

Pas 2: cas intern

La caixa interior es pot veure com la caixa que conté tota la mecànica interior i electrònica. Consta de 5 plaques de MDF de 4 mm que es tallen amb làser en les formes adequades. També hi ha un sisè plat opcional que es pot afegir. Aquesta sisena peça opcional té forma quadrada i es pot utilitzar com a tapa. Les 5 plaques (la part inferior i els quatre laterals) estan dissenyades en forma de trencaclosques perquè encaixin perfectament les unes amb les altres. El seu muntatge es pot reforçar mitjançant cargols. Els plans ja tenen els forats on haurien d’adaptar-se les altres parts o on s’haurien de col·locar els parabolts.

Pas 3: Mecanisme interior

EL MECANISME DISPENSOR

Mecanisme

El nostre mecanisme de distribució de píndoles és el següent: l’usuari posa les píndoles al compartiment d’emmagatzematge de la part superior de la caixa. A mesura que la placa inferior d'aquest compartiment es troba inclinada, les pastilles es llisquen automàticament cap al primer tub, on s'apilen. Sota aquest tub hi ha un cilindre amb un petit forat on només hi ha una píndola que s’adapta perfectament. Aquest petit forat es troba just a sota del tub de manera que les píndoles s’apilin per sobre, mentre que la primera píndola es troba al forat del cilindre. Quan s’ha de prendre una píndola, el cilindre (amb una píndola dins) gira 120 graus de manera que la píndola del cilindre cau en un segon cilindre. Aquest segon cilindre és on es troba un sensor que detecta si una píndola ha caigut del cilindre. Això serveix com a sistema de retroalimentació. Aquest tub té un costat que sobresurt més alt que l’altre. Això es deu al fet que aquest costat evita que la píndola caigui sobre el segon tub i, per tant, contribueix a garantir que la píndola caurà al tub i serà detectada pel sensor. Sota aquest tub es troba un petit portaobjectes de tal manera que la pastilla caiguda llisqui pel forat de la part frontal de la caixa interior.

Tot aquest mecanisme necessita diverses parts:

• Parts tallades per làser

  1. La placa inclinada inferior del compartiment d'emmagatzematge.
  2. Les plaques inclinades laterals del compartiment d’emmagatzematge

• Parts impreses en 3D

  1. El tub superior
  2. El cilindre
  3. L’eix
  4. El tub inferior (vegeu el tub inferior i el compartiment del sensor)
  5. La diapositiva

• Altres parts

  Rodament de rodets

Tots els fitxers de les nostres peces necessaris per tallar amb làser o imprimir en 3D es poden trobar a continuació.

Diferents parts i el seu muntatge

LES PLATES DEL COMPARTIMENT D’EMMAGATZEMATGE

El compartiment d’emmagatzematge consta de tres plaques que es tallen amb làser. Aquestes plaques es poden muntar i connectar entre si i la caixa interior perquè tenen alguns forats i petites peces que destaquen. Això és perquè tots encaixin entre si com un trencaclosques! Els forats i les peces destacades ja s’afegeixen als fitxers CAD. Es pot utilitzar el tall amb làser.

TUB SUPERIOR

El tub superior només està connectat a un costat de la caixa interior. Es connecta amb l'ajuda d'una placa que s'hi acobla (s'inclou al dibuix CAD per a la impressió 3D).

CILINDRE I RODAMENTS

El cilindre està connectat a 2 costats de la caixa. Per un costat, està connectat al servomotor que indueix el moviment de rotació quan una píndola ha de caure. A l’altra banda, sí

EL COMPARTIMENT DEL TUB I EL SENSOR INFERIORS

La detecció és una acció important a l’hora de dispensar pastilles. Hem de poder obtenir una confirmació que el pacient ha pres una píndola assignada en un moment adequat. Per obtenir aquesta funcionalitat, és important tenir en compte els diversos passos de disseny.

Selecció dels components de detecció correctes:

A partir del set quan es va validar el projecte, vam haver de buscar un component adequat que confirmés el pas d’una píndola des de la caixa. Conèixer els sensors pot ser útil per a aquesta acció, el principal repte era conèixer el tipus que serà compatible amb el disseny. El primer component que vam trobar va ser un fotointerruptor que componia un emissor IR i un díode de fototransistor IR. El fotointerruptor PCB HS 810 amb ranura de 25/64”va ser una solució per la seva compatibilitat, cosa que ens va fer evitar el possible problema de configuració d’angles. Vam decidir no utilitzar-ho a causa de la seva geometria, serà difícil incorporar-lo al broquet. D’algun projecte relacionat, vam veure que era possible utilitzar un emissor d’IR amb un detector d’IR amb menys components com a sensor. Aquests components IR es poden trobar en diverses formes.

Impressió 3D del broquet de la pastilla que forada el sensor

Al ser capaç d’ordenar el component principal que s’utilitzarà com a sensor, va ser el moment de comprovar com es col·locaran al broquet. El broquet té un diàmetre interior de 10 mm per al lliure pas de la píndola des del cilindre giratori. Mitjançant la fitxa tècnica dels elements sensorials, ens vam adonar que introduir forats al voltant de la superfície del broquet corresponents a la dimensió del component serà un avantatge afegit. Aquests forats haurien de situar-se en qualsevol punt de la superfície? no, perquè per aconseguir la màxima detecció cal avaluar l’angularitat. Vam imprimir un prototip basat en les especificacions anteriors i vam comprovar la seva detectabilitat.

Avaluació del possible angle de feix i angle de detecció

A partir del full de dades dels components del sensor, el feix i l'angle de detecció són de 20 graus, això significa que tant el llum emissor com el detector tenen un ampli abast de 20 graus. Tot i que es tracta d’especificacions de fabricants, encara és important provar-les i confirmar-les. Això es va fer simplement jugant amb els components que introduïen una font de corrent continu al costat d’un LED. La conclusió a la qual es va arribar va ser situar-los oposats l'un a l'altre.

muntatge

El disseny d’impressió 3D del tub té una placa connectada amb 4 forats. Aquests forats s’utilitzen per connectar el tub a la caixa interior mitjançant cargols.

Pas 4: Mecanisme intern de l'electrònica

Mecanisme de dispensació:

El mecanisme de dispensació s’aconsegueix utilitzant un petit servomotor per a la rotació del cilindre gran.

El passador del servomotor Reely Micro-servo 9g està connectat directament al microcontrolador. El microcontrolador Arduino Uno es pot utilitzar fàcilment per al control del servomotor. Això a causa de l'existència de la biblioteca integrada per a accions servomotores. Per exemple, amb l'ordre 'write', es poden assolir els angles desitjats de 0 ° i 120 °. (Això es fa al codi de projecte amb 'servo.write (0)' i 'servo.write (120)').

Vibrador:

Petit motor de corrent continu sense escombretes amb desequilibri

Aquest desequilibri s’aconsegueix amb una peça de plàstic que connecta l’eix del motor amb un petit cargol i una femella.

El motor és accionat per un transistor petit, això es fa perquè el pin digital no pot proporcionar corrents superiors a 40,0 mA. En proporcionar el corrent des del pin Vin del microcontrolador Arduino Uno, es pot arribar a corrents de fins a 200,0 mA. Això és suficient per alimentar el petit motor de corrent continu.

Quan l’alimentació del motor s’atura bruscament, s’obté un pic de corrent a causa de l’autoinductància del motor. Així, doncs, es col·loca un díode sobre les connexions del motor per tal d’evitar aquest flux de corrent que pugui danyar el microcontrolador.

sistema de sensors:

Mitjançant un díode emissor d'infrarojos (LTE-4208) i un díode detector d'infrarojos (LTR-320 8) connectats al microcontrolador Arduino Uno per confirmar el pas d'una píndola. Un cop caiguda una píndola, en poc temps quedaria ombrejada la llum del díode emissor d’infrarojos. Utilitzant un pin analògic de l'arduino obtindríem aquesta informació.

per a la detecció:

analogRead (A0)

Pas 5: caixa exterior

• Mides: 200 x 110 x 210 mm
• Material: tauler de fibra de densitat mitjana

  Gruix de la xapa: 3 mm 6 mm

• Mètode de processament: tall per làser

Per al cas exterior, hem utilitzat diferents tipus de gruixos a causa d’errors de tall per làser. Escollim els 3 mm i els 6 mm per assegurar-nos que totes les làmines es poden combinar estretament.

Pel que fa a la mida, tenint en compte l’espai per a la caixa interior i els dispositius electrònics, l’amplada i l’alçada de la caixa exterior són més grans que la de l’interior. La longitud és molt més llarga per deixar espai als dispositius electrònics. A més, per assegurar-nos que les pastilles puguin sortir fàcilment de la caixa, vam mantenir la caixa interior i exterior molt a prop.

Pas 6: electrònica exterior

Per a l’electrònica externa, havíem de deixar que el nostre robot interactués amb la gent. Per aconseguir-ho, vam triar com a components un LCD, un brunzidor, un LED i 5 botons. Aquesta part del dispensador de pastilles funciona com un despertador. Si no és el moment adequat per prendre pastilles, la pantalla LCD només mostrarà l’hora i la data. Quan el pacient ha de prendre una píndola, el LED s’encendrà, el brunzidor reproduirà música i la pantalla LCD mostrarà “Us desitjo salut i felicitat”. També podem utilitzar la part inferior de la pantalla per canviar l’hora o la data.

Activa la pantalla LCD

Hem utilitzat el LCD-1602 per connectar-nos directament al microcontrolador i hem utilitzat la funció: LiquidCrystal lcd per habilitar el LCD.

Zumbador

Vam triar un brunzidor passiu que pot reproduir sons de diferents freqüències.

Per tal que el brunzidor reprodueixi les cançons "Ciutat del cel" i "Acura feliç", hem definit quatre matrius. Dues de les quals es diuen "melodia", que emmagatzemen la informació de les notes de les dues cançons. Les altres dues matrius es van anomenar "Durada". Aquestes matrius emmagatzemen el ritme.

A continuació, construïm un bucle que reprodueix música, que podeu veure al codi font.

Temporització

Vam escriure una sèrie de funcions per al segon, minut, hora, data, mes, setmana i any.

Hem utilitzat la funció: millis () per calcular el temps.

Mitjançant tres botons, "seleccionar", "més" i "menys", es pot canviar l'hora.

Com tots sabem, si volem controlar algun component, hem d’utilitzar els pins d’Arduino.

Els passadors que vam utilitzar van ser els següents:

Pantalla LCD: pin 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Motor per vibracions: Pin12

Sensor: A0

Botó1 (s): A1

Botó2 (més): A2

Botó 3 (menys): A3

Botó 4 (pren les pastilles): A4

LED: A5

Pas 7: Muntatge total

Per fi, obtenim el muntatge total com la imatge que es mostra més amunt. Hem utilitzat cola en alguns llocs per assegurar-nos que estigui prou ajustada. En alguns llocs de l'interior de la màquina també hem utilitzat cinta i cargols per fer-la prou forta. El fitxer. STEP dels nostres dibuixos CAD es troba a la part inferior d’aquest pas.

Pas 8: càrrega del codi

Pas 9: Epíleg

La màquina pot advertir a l'usuari que prengui el medicament i lliura la quantitat adequada de pastilles. No obstant això, després d'una discussió amb un farmacèutic qualificat i experimentat, hi ha algunes observacions a fer. Un primer problema és la contaminació de les pastilles que s’exposen durant molt de temps a l’aire del contenidor, de manera que la qualitat i l’eficàcia disminuiran. Normalment, les píndoles s’han de contenir en un recipient tancat en una tauleta d’alumini. També quan l’usuari dispensa durant un temps determinat de la píndola A i després necessita dispensar la píndola B, és bastant complex netejar la màquina per assegurar-se que no hi hagi partícules de la píndola B.

Aquestes observacions donen una visió crítica de la solució que ofereix aquesta màquina. Per tant, cal més investigació per contrarestar aquestes mancances …

Pas 10: referències

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Detectors òptics. Departament d'Enginyeria Mecànica de l'Energia, Universitat Nacional Tsing Hua.