Automatinis tablečių dozatorius: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Esame pirmieji Briuselio inžinerijos fakulteto elektrotechnikos inžinerijos magistrantai (trumpai „Bruface“). Tai yra dviejų universitetų, esančių Briuselio centre, iniciatyva: Université Libre de Bruxelles (ULB) ir Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Vykdydami programą turėjome sukurti tikrą veikiančią mechatroninę sistemą kursui „Mechatronika“.

Teoriniuose kursuose mes sužinojome, kaip skirtingi komponentai turėtų būti sujungti į realias programas. Po to gavome įvadą apie „Arduino“mikrovaldiklio pagrindus ir kaip valdyti mechatronikos sistemą. Kurso tikslas buvo mokėti kurti, gaminti ir programuoti mechatroninę sistemą.

Visa tai turėtų būti daroma grupėje. Mūsų grupė buvo tarptautinė komanda, kurią sudaro du Kinijos studentai, du Belgijos studentai ir vienas Kamerūno studentas.

Pirmiausia norime padėkoti už Alberto De Beiro ir profesoriaus Bramo Vanderborght'o paramą.

Kaip grupė nusprendėme spręsti socialiai aktualią problemą. Senstančiai visuomenei tapus pasauline problema, globėjų ir slaugytojų darbo krūvis tampa per didelis. Senstant žmonėms dažnai tenka vartoti daugiau vaistų ir vitaminų. Naudojant automatinį tablečių dozatorių, nesusimąstę vyresnio amžiaus žmonės gali savarankiškai šiek tiek ilgiau susidoroti su šia užduotimi. Tokiu būdu slaugytojai ir slaugytojai gali turėti daugiau laiko skirti daugiau priklausomiems pacientams.

Taip pat tai būtų labai patogu visiems, kurie kartais šiek tiek pamiršta ir neprisimena išgerti savo tablečių.

Taigi mechatroninė sistema turėtų pateikti tirpalą, kuris primintų vartotojui išgerti tabletes ir taip pat išleistų tabletes. Mes taip pat pageidaujame, kad automatinis tablečių dozatorius būtų patogus vartotojui, kad juo galėtų naudotis visi: nepriklausomai nuo amžiaus!

1 žingsnis: medžiagos

Korpusas:

• Mdf: 4 mm storis vidiniam korpusui
• Mdf: 3 ir 6 mm storio išoriniam korpusui

Surinkimas

• Varžtai ir veržlės (M2 ir M3)
• Mažas rutulinis guolis

Mikrovaldiklis:

„Arduino UNO“[Užsakyti nuorodą]

Elektroninės dalys

• Tuščia plokštė [Užsakymo nuoroda]
• Mažas servo variklis 9g [Užsakyti nuorodą]
• Mažas nuolatinės srovės variklis 5V [Užsakymo nuoroda]
• Tranzistorius: BC 237 (NPN bipolinis tranzistorius) [Užsakymo nuoroda]
• Diodas 1N4001 (didžiausia atvirkštinė 50 V įtampa) [Užsakymo nuoroda]
• Pasyvus garsinis signalas: pjezo keitiklis
• LCD 1602

• Rezistoriai:

  • 1 x 270 omų
  • 1 x 330 omų
  • 1 x 470 omų
  • 5 x 10 k omų
• Infraraudonųjų spindulių skleidėjas
• Infraraudonųjų spindulių detektorius

2 žingsnis: vidinis dėklas

Vidinį dėklą galima laikyti dėžute, kurioje yra visa vidinė mechanika ir elektronika. Jį sudaro 5 plokštės iš 4 mm MDF, kurios yra lazeriu supjaustytos tinkamos formos. Taip pat yra papildoma šeštoji plokštė, kurią galima pridėti. Ši pasirenkama šeštoji dalis yra kvadrato formos ir gali būti naudojama kaip dangtelis. 5 plokštelės (dugnas ir keturios pusės) yra sugalvotos dėlionės formos, todėl puikiai dera viena prie kitos. Jų surinkimą galima sustiprinti varžtais. Lėktuvuose jau yra skylių, kuriose turėtų tilpti kitos dalys arba kur reikia įstatyti varžtus.

3 žingsnis: vidinis mechanizmas

PERDAVIMO MECHANIZMAS

Mechanizmas

Mūsų piliulių išleidimo mechanizmas yra toks: vartotojas įdeda tabletes į dėžutės viršuje esančią laikymo skyrių. Kai to skyriaus apatinė plokštė yra pasvirusi, tabletės automatiškai nuslysta į pirmąjį mėgintuvėlį, kur susideda. Po šiuo vamzdeliu yra cilindras su maža skylute, kurioje puikiai tinka tik viena tabletė. Ši maža skylutė yra tiesiai po vamzdeliu, kad tabletės būtų sukrautos virš jo, o pirmoji piliulė - į cilindro angą. Kai reikia išgerti tabletę, cilindras (su piliulėmis) sukasi 120 laipsnių kampu, todėl piliulė cilindre nukrenta į antrą cilindrą. Šiame antrame cilindre yra jutiklis, kuris nustato, ar tabletė iš tikrųjų nukrito nuo cilindro. Tai tarnauja kaip grįžtamojo ryšio sistema. Šio vamzdžio viena pusė išsikiša aukščiau už kitą. Taip yra todėl, kad ši pusė neleidžia piliulėms nukristi ant antrojo mėgintuvėlio ir taip padeda garantuoti, kad tabletė nukris į mėgintuvėlį ir bus aptinkama jutiklio. Po šiuo vamzdeliu yra nedidelė skaidrė, kad piliulė nusileistų per skylę vidinės dėžutės priekyje.

Visam šiam mechanizmui reikia kelių dalių:

• Lazeriu supjaustytos dalys

  1. Apatinė pasvirusi laikymo skyriaus plokštė.
  2. Sandėliavimo skyriaus šoninės nuožulnios plokštės

• 3D spausdintos dalys

  1. Viršutinis vamzdis
  2. Cilindras
  3. Ašis
  4. Apatinis vamzdis (žr. Apatinį vamzdelį ir jutiklio skyrių)
  5. Skaidrė

• Kitos dalys

  Ritinio guolis

Žemiau rasite visus mūsų dalių failus, reikalingus lazeriniam pjovimui ar 3D spausdinimui.

Skirtingos dalys ir jų surinkimas

SANDĖLIAVIMO SKYRIŲ LENTELĖS

Sandėliavimo skyrius susideda iš trijų plokščių, kurios pjaustomos lazeriu. Šios plokštės gali būti surenkamos ir sujungiamos viena su kita ir vidine dėže, nes jose yra keletas skylių ir smulkių dalių. Taip yra todėl, kad jie visi tinka vienas kitam kaip galvosūkis! Skylės ir išsiskiriančios dalys jau yra pridėtos prie CAD failų, jas galima pjaustyti lazeriu.

Viršutinis vamzdis

Viršutinis vamzdis yra prijungtas tik prie vienos vidinės dėžutės pusės. Jis prijungiamas prie jo pritvirtintos plokštelės (ji įtraukta į 3D spausdinimo CAD brėžinį).

Cilindras ir ritininis guolis

Cilindras prijungtas prie 2 dėžutės pusių. Iš vienos pusės jis prijungtas prie servo variklio, kuris sukelia sukamąjį judesį, kai tabletė turi nukristi. Iš kitos pusės, tai

Apatinis vamzdelis ir jutiklių skyrius

Jausmas yra svarbus veiksmas, kai reikia išleisti tabletes. Turime sugebėti gauti patvirtinimą, kad pacientas išgėrė skirtą tabletę tinkamu laiku. Norint gauti šią funkciją, svarbu apsvarstyti įvairius projektavimo veiksmus.

Tinkamų aptikimo komponentų pasirinkimas:

Nuo tada, kai projektas buvo patvirtintas, turėjome ieškoti ir tinkamo komponento, kuris patvirtintų tabletės išėmimą iš dėžutės. Žinant, kad šiam veiksmui gali būti naudingi jutikliai, pagrindinis iššūkis buvo žinoti tipą, kuris bus suderinamas su dizainu. Pirmasis komponentas, kurį radome, buvo fotointeruptorius, sudarytas iš IR spinduolio ir IR fototransistoriaus diodo. 25/64 colių lizdo PCB HS 810 fotointeruptorius buvo sprendimas dėl savo suderinamumo, todėl mes išvengėme galimos kampo konfigūracijos problemos. Mes nusprendėme to nenaudoti dėl savo geometrijos, jį bus sunku prijungti prie purkštuko. Iš kai kurių susijusių projektų pamatėme, kad kaip jutiklį galima naudoti IR spinduolį su IR detektoriumi su mažiau kitų komponentų. Šiuos IR komponentus galima rasti įvairių formų.

Tabletės purkštuko, kuriame yra skylė jutikliui, 3D spausdinimas

Galint išsirinkti pagrindinį komponentą, kuris bus naudojamas kaip jutiklis, atėjo laikas patikrinti, kaip jie bus dedami ant purkštuko. Purkštuko vidinis skersmuo yra 10 mm, kad tabletė galėtų laisvai patekti iš besisukančio cilindro. Pagal jutiklių elementų duomenų lapą supratome, kad skylių įvedimas aplink purkštuko paviršių, atitinkantis komponento matmenis, bus papildomas pranašumas. Ar šios skylės turėtų būti bet kurioje paviršiaus vietoje? ne, nes norint pasiekti maksimalų aptikimą, reikia įvertinti kampiškumą. Mes išspausdinome prototipą, remdamiesi aukščiau pateiktomis specifikacijomis, ir patikrinome aptikimą.

Galimo spindulio kampo ir aptikimo kampo įvertinimas

Iš jutiklio komponentų duomenų lapo spindulys ir aptikimo kampas yra 20 laipsnių, tai reiškia, kad tiek spinduliuojanti šviesa, tiek detektorius turi platų 20 laipsnių diapazoną. Nors tai yra gamintojo specifikacija, vis tiek svarbu išbandyti ir patvirtinti. Tai buvo padaryta tiesiog žaidžiant su komponentais, įvedančiais nuolatinės srovės šaltinį kartu su šviesos diodu. Padaryta išvada - pastatyti juos priešais vienas kitą.

Surinkimas

Vamzdžio 3D spausdinimo dizainas turi plokštę, sujungtą su 4 skylėmis. Šios skylės naudojamos vamzdžiui prijungti prie vidinio korpuso varžtais.

4 žingsnis: vidinis elektronikos mechanizmas

Dozavimo mechanizmas:

Dozavimo mechanizmas pasiekiamas naudojant mažą servomotorių, skirtą dideliam cilindrui sukti.

„Reely Micro-servo 9g“servo variklio pavaros kaištis yra tiesiogiai prijungtas prie mikrovaldiklio. „Arduino Uno“mikrovaldiklis gali būti lengvai naudojamas servo varikliui valdyti. Taip yra dėl to, kad yra įmontuota servo variklio veiksmų biblioteka. Pavyzdžiui, naudojant komandą „write“, galima pasiekti norimus 0 ° ir 120 ° kampus. (Tai daroma projekto kode su „servo.write (0)“ir „servo.write (120)“).

Vibratorius:

Mažas bešepetys nuolatinės srovės variklis su disbalansu

Šis disbalansas pasiekiamas naudojant plastiko gabalėlį, kuris sujungia variklio ašį mažu varžtu ir veržle.

Variklį varo mažas tranzistorius, tai daroma todėl, kad skaitmeninis kaištis negali tiekti didesnės srovės nei 40,0 mA. Suteikiant srovę iš „Arduino Uno“mikrovaldiklio „Vin“kaiščio, galima pasiekti iki 200,0 mA sroves. To pakanka mažam nuolatinės srovės varikliui maitinti.

Staiga nutraukus variklio maitinimą, jūs gaunate srovės piką dėl variklio savaiminio induktyvumo. Taigi virš variklio jungčių dedamas diodas, kad būtų išvengta srovės atgalinio srauto, kuris gali sugadinti mikrovaldiklį.

jutiklių sistema:

Naudojant infraraudonųjų spindulių diodą (LTE-4208) ir infraraudonųjų spindulių detektorių diodą (LTR-320 8), prijungtą prie „Arduino Uno“mikrovaldiklio, kad patvirtintumėte tabletės praėjimą. Kai tabletė nukris, ji per trumpą laiką užtemdys infraraudonųjų spindulių diodo šviesą. Naudodami „arduino“analoginį kontaktą, mes gausime šią informaciją.

aptikimui:

analogRead (A0)

5 žingsnis: išorinis dėklas

• Dydis: 200 x 110 x 210 mm

• Medžiaga: vidutinio tankio medienos plaušų plokštė

  Lakšto storis: 3 mm 6 mm

• Apdorojimo būdas: pjovimas lazeriu

Išoriniam korpusui dėl lazerinio pjovimo klaidų naudojome skirtingo storio rūšis. Mes pasirenkame 3 mm ir 6 mm, kad visi lakštai būtų tvirtai sujungti.

Dėl dydžio, atsižvelgiant į vidinio dėklo ir elektroninių prietaisų erdvę, išorinio dėklo plotis ir aukštis yra kraikas didesnis nei vidinis. Ilgis yra daug ilgesnis, kad būtų vietos elektroniniams prietaisams. Be to, norėdami įsitikinti, kad tabletės gali lengvai iškristi iš dėžutės, vidinį ir išorinį dėklą laikėme labai arti.

6 žingsnis: išorinė elektronika

Išorinei elektronikai turėjome leisti savo robotui bendrauti su žmonėmis. Norėdami tai pasiekti, mes pasirinkome skystųjų kristalų ekraną, garso signalą, šviesos diodą ir 5 mygtukus. Ši tablečių dozatoriaus dalis veikia kaip žadintuvas. Jei ne laikas gerti tabletes, LCD ekrane rodomas tik laikas ir data. Kai pacientas turi išgerti tabletę, šviesos diodas užsidegs, garsinis signalas gros muziką ir LCD ekrane pasirodys užrašas „Linkiu sveikatos ir laimės“. Mes taip pat galime naudoti ekrano apačią, norėdami pakeisti laiką ar datą.

Įjunkite LCD ekraną

Mes naudojome LCD-1602, norėdami tiesiogiai prisijungti prie mikrovaldiklio, ir naudojome funkciją: „LiquidCrystal lcd“, kad įjungtume LCD.

Garsinis signalas

Mes pasirinkome pasyvų garso signalą, kuris gali atkurti skirtingo dažnio garsus.

Kad garsinis signalas paleistų dainas „Dangaus miestas“ir „Laiminga Acura“, mes apibrėžėme keturis masyvus. Du iš jų pavadinti „melodija“, kuriuose saugoma dviejų dainų užrašų informacija. Kiti du masyvai buvo pavadinti „Trukmė“. Tie masyvai saugo ritmą.

Tada mes sukuriame ciklą, kuriame grojama muzika, kurią galite pamatyti šaltinio kode.

Laikas

Mes parašėme daugybę funkcijų antrajai, minutei, valandai, datai, mėnesiui, savaitei ir metams.

Norėdami apskaičiuoti laiką, naudojome funkciją: millis ().

Naudojant tris mygtukus „pasirinkite“, „plius“ir „minus“, laiką galima pakeisti.

Kaip visi žinome, norėdami valdyti kai kuriuos komponentus, turime naudoti arduino kaiščius.

Mūsų naudojami kaiščiai buvo šie:

LCD: 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7 kaištis

Bruzzeris: 10 kaištis

Servo variklis: kaištis 11

Variklis vibracijai: kaištis12

Jutiklis: A0

Mygtukas1 (-ai): A1

Mygtukas2 (pliusas): A2

3 mygtukas (minusas): A3

4 mygtukas (išgerkite tabletes): A4

Šviesos diodas: A5

7 žingsnis: Visas surinkimas

Galiausiai mes gauname visą surinkimą, kaip parodyta aukščiau. Kai kuriose vietose naudojome klijus, kad įsitikintume, jog jie pakankamai sandarūs. Kai kuriose mašinos viduje esančiose vietose mes taip pat naudojome juostą ir varžtus, kad ji būtų pakankamai tvirta. Mūsų CAD brėžinių. STEP failą rasite šio veiksmo apačioje.

8 veiksmas: įkelkite kodą

9 žingsnis: epilogas

Aparatas gali įspėti vartotoją išgerti vaisto ir tiekia reikiamą kiekį tablečių. Tačiau po diskusijos su kvalifikuotu ir patyrusiu vaistininku reikia padaryti keletą pastabų. Pirmoji problema yra tablečių, kurios ilgą laiką patenka į talpyklą, užteršimas, todėl sumažės jų kokybė ir veiksmingumas. Paprastai tabletės turi būti dedamos į aliuminio tabletės šulinį. Be to, kai vartotojas tam tikrą laiką išleidžia tabletę A ir vėliau turi išpilti tabletę B, mašiną valyti yra gana sudėtinga, kad būtų užtikrinta, jog A tabletės dalelės neužteršia tabletės B.

Šie pastebėjimai leidžia kritiškai pažvelgti į šios mašinos pateiktą sprendimą. Taigi, norint pašalinti šiuos trūkumus, reikia daugiau tyrimų …

10 žingsnis: nuorodos

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optiniai detektoriai. Nacionalinio Tsing Hua universiteto Energetikos mechanikos inžinerijos katedra.