Samodejni razpršilnik tablet: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Smo prvi magistrski študenti elektro-strojništva na bruseljski fakulteti za inženiring (na kratko "Bruface"). To je pobuda dveh univerz v središču Bruslja: Université Libre de Bruxelles (ULB) in Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Kot del programa smo morali za predmet Mehatronika narediti pravi delujoč mehatronski sistem.

Na teoretičnih tečajih smo izvedeli, kako je treba različne komponente združiti v resnične aplikacije. Po tem smo dobili uvod o osnovah mikrokrmilnika Arduino in kako upravljati sistem mehatronike. Cilj tečaja je bil oblikovati, izdelati in programirati mehatronski sistem.

Vse to je treba narediti v skupini. Naša skupina je bila mednarodna ekipa, ki jo sestavljata dva kitajska študenta, dva belgijska študenta in en kamerunski študent.

Najprej se želimo zahvaliti za podporo Albertu De Beirju in profesorju Bramu Vanderborghtu.

Kot skupina smo se odločili, da se lotimo družbeno pomembnega problema. Ker starajoče se prebivalstvo postaja svetovno vprašanje, postaja obremenitev negovalcev in medicinskih sester prevelika. Ker se ljudje starajo, morajo pogosto jemati več zdravil in vitaminov. Z avtomatskim razpršilnikom tablet se lahko starejši, ki razmišljajo o tem, malo dlje samostojno spopadajo s to nalogo. S tem imajo lahko negovalci in medicinske sestre več časa za porabo odvisnih bolnikov.

Prav tako bi bilo zelo priročno za vse, ki so včasih pozabljivi in se ne spomnijo, da bi vzeli svoje tablete.

Tako naj bi mehatronski sistem prinesel rešitev, ki uporabnika opomni, naj vzame svoje tablete, in jih tudi razdeli. Raje imamo tudi, da je avtomatski razpršilnik tablet prijazen do uporabnika, da bo omogočil uporabo vsem: ne glede na njihovo starost!

1. korak: Materiali

Ohišje:

• Mdf: debelina 4 mm za notranje ohišje
• Mdf: debelina 3 in 6 mm za zunanje ohišje

Montaža

• Vijaki in matice (M2 in M3)
• Majhen kroglični ležaj

Mikrokrmilnik:

Arduino UNO [Naročite povezavo]

Elektronski deli

• Prazno vezje [Naročite povezavo]
• Majhen servo motor 9g [Povezava za naročilo]
• Majhen enosmerni motor 5V [povezava za naročilo]
• Tranzistor: BC 237 (NPN bipolarni tranzistor) [Naročite povezavo]
• Dioda 1N4001 (najvišja inverzna napetost 50V) [Naročite povezavo]
• Pasivni zvočni signal: pretvornik piezo
• LCD 1602

• Upori:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10 k ohm
• Infrardeči oddajnik
• Infrardeči detektor

Korak: Notranji kovček

Notranjo ohišje lahko vidimo kot škatlo, ki vsebuje vso notranjo mehaniko in elektroniko. Sestavljen je iz 5 plošč iz 4 mm MDF, ki jih lasersko izrežemo v prave oblike. Obstaja tudi dodatna šesta plošča, ki jo lahko dodate. Ta neobvezni šesti kos ima kvadratno obliko in se lahko uporablja kot pokrov. Pet plošč (spodaj in štiri strani) sta oblikovani v obliki sestavljanke, tako da se popolnoma prilegata drug drugemu. Njihov sklop je mogoče okrepiti z vijaki. Letala že imajo luknje, kamor bi se morali prilegati drugi deli ali kamor bi morali namestiti vijake.

3. korak: Notranji mehanizem

RAZPROSTEVALNI MEHANIZEM

Mehanizem

Naš mehanizem za razdeljevanje tablet je naslednji: uporabnik da tablete v predal za shranjevanje na vrhu škatle. Ko je spodnja plošča tega predelka poševna, tablete samodejno zdrsnejo navzdol v prvo cev, kjer se zložijo. Pod to cevko je valj z majhno luknjo, v katero se popolnoma prilega samo ena tableta. Ta majhna luknja se nahaja tik pod cevko, tako da se tablete zložijo nad njo, medtem ko prva tableta leži v luknji jeklenke. Ko je treba vzeti tableto, se jeklenka (z vloženo tableto) vrti za 120 stopinj, tako da tableta v jeklenki pade navzdol v drugi valj. Ta drugi valj je nameščen senzor, ki zazna, ali je tableta dejansko padla iz jeklenke. Ta služi kot sistem povratnih informacij. Ta cev ima eno stran, ki štrli višje od druge. To je zato, ker ta stran preprečuje, da bi tableta padla čez drugo cev, in tako pomaga zagotoviti, da bo tableta padla v cevko in jo bo zaznal senzor. Pod to cevko je nameščen majhen drsnik, tako da bo kapalna tabletka zdrsnila skozi luknjo na sprednji strani notranje škatle.

Celoten mehanizem potrebuje več delov:

• Laserski rezani deli

  1. Spodnja poševna plošča predala za shranjevanje.
  2. Stranske poševne plošče predala za shranjevanje

• 3D tiskani deli

  1. Zgornja cev
  2. Cilinder
  3. Os
  4. Spodnja cev (glejte spodnjo cev in predel za senzor)
  5. Diapozitiv

• Drugi deli

  Valjčni ležaj

Vse datoteke naših delov, ki so potrebne za lasersko ali 3D tiskanje, najdete spodaj.

Različni deli in njihova montaža

PLOŠČE ZA SKLADIŠČENJE

Predal za shranjevanje je sestavljen iz treh plošč, ki jih lasersko izrežemo. Te plošče je mogoče sestaviti in povezati med seboj in z notranjo škatlo, ker imajo nekaj lukenj in majhnih kosov, ki izstopajo. To je zato, da se vsi med seboj prilegajo kot sestavljanka! Luknje in izstopajoči kosi so že dodani v datoteke CAD, z laserjem jih lahko izrežete.

Zgornja cev

Zgornja cev je povezana samo z eno stranjo notranje škatle. Povezan je s pomočjo plošče, ki je pritrjena nanjo (vključena je v risbo CAD za 3D tiskanje).

CILINDAR & VOLJENI LEZAJ

Cilinder je priključen na 2 strani škatle. Na eni strani je priključen na servo motor, ki inducira vrteče se gibanje, ko je treba tableto spustiti. Na drugi strani pa

NIŽJA CEVA IN PRIROČNIK SENZORJA

Zaznavanje je pomembno dejanje pri izdajanju tablet. Moramo biti sposobni dobiti potrditev, da je bolnik ob ustreznem času vzel dodeljeno tableto. Za pridobitev te funkcionalnosti je pomembno upoštevati različne korake oblikovanja.

Izbira ustreznih komponent za zaznavanje:

Ko je bil projekt potrjen, smo morali poiskati in ustrezno komponento, ki bo potrdila prehod tablete iz škatle. Poznavanje senzorjev je lahko koristno za to dejanje, glavni izziv je bil poznati vrsto, ki bo združljiva z zasnovo. Prva komponenta, ki smo jo našli, je bil fotointeruptor, sestavljen iz IR oddajnika in IR fototranzistorske diode. Fotointeruptor PCB HS 810 s 25/64 '' režo je bil rešitev zaradi svoje združljivosti, zaradi česar smo se izognili morebitnim težavam pri nastavitvi kota. Odločili smo se, da tega ne bomo uporabljali zaradi geometrije, saj ga bo težko vključiti v šobo. Iz nekega sorodnega projekta smo videli, da je mogoče kot senzor uporabiti IR oddajnik z IR detektorjem z manj drugimi komponentami. Te IR komponente lahko najdemo v različnih oblikah.

3D tiskanje šobe za tablete, ki odpira senzor

Ker smo lahko razvrstili glavno komponento, ki se bo uporabljala kot senzor, je bil čas, da preverim, kako bodo postavljeni na šobo. Šoba ima notranji premer 10 mm za prost prehod tablete iz vrtljivega valja. S podatkovnim listom zaznavnih elementov smo ugotovili, da bo dodatna prednost uvedba lukenj okoli površine šobe, ki ustrezajo dimenziji komponente. Ali je treba te luknje postaviti na kateri koli točki vzdolž površine? ne, ker je za doseganje največje zaznave potrebno oceniti kotnost. Natisnili smo prototip na podlagi zgornjih specifikacij in preverili, ali je mogoče zaznati.

Ocena možnega kota žarka in kota zaznavanja

Iz podatkovnega lista senzorskih komponent sta žarek in kot zaznavanja 20 stopinj, kar pomeni, da imata tako oddajajoča svetloba kot detektor širok razpon 20 stopinj. Čeprav gre za specifikacije proizvajalcev, je še vedno pomembno, da jih preizkusimo in potrdimo. To smo naredili tako, da smo se preprosto igrali s komponentami, ki so skupaj z LED vstavile vir enosmernega toka. Sklep je bil, da jih postavimo nasproti drug drugemu.

Montaža

Zasnova cevi za 3D tisk ima ploščo, povezano s 4 luknjami. Te luknje se uporabljajo za povezavo cevi z notranjim ohišjem z vijaki.

4. korak: Notranji mehanizem elektronike

Dozirni mehanizem:

Dozirni mehanizem je dosežen z uporabo majhnega servomotorja za vrtenje velikega valja.

Pogonski zatič za servo motor "Reely Micro-servo 9g" je priključen neposredno na mikrokrmilnik. Mikrokrmilnik Arduino Uno je enostavno uporabiti za krmiljenje servo motorja. To je zaradi obstoja vgrajene knjižnice za servo motorna dejanja. Na primer z ukazom "write" lahko dosežete želene kote 0 ° in 120 °. (To se naredi v projektni kodi s 'servo.write (0)' in 'servo.write (120)').

Vibrator:

Majhen enosmerni motor brez krtačk z neravnovesjem

To neravnovesje dosežemo s kosom plastike, ki os motorja poveže z majhnim vijakom in matico.

Motor poganja majhen tranzistor, to je zato, ker digitalni zatič ne more oddati večjih tokov kot 40,0 mA. Z zagotavljanjem toka iz vtiča Vin mikrokrmilnika Arduino Uno lahko dosežete tokove do 200,0 mA. To je dovolj za napajanje majhnega enosmernega motorja.

Ko se napajanje motorja nenadoma ustavi, dobite trenutni vrh zaradi samoinduktivnosti motorja. Tako je na priključke motorja nameščena dioda, da se prepreči povratni tok toka, ki lahko poškoduje mikrokrmilnik.

senzorski sistem:

Za potrditev prehoda tabletke uporabite infrardečo oddajniško diodo (LTE-4208) in infrardečo detektorsko diodo (LTR-320 8), priključeno na mikrokrmilnik Arduino Uno. Ko tableta pade dol, bi v kratkem času zasenčila svetlobo infrardeče diode. S pomočjo analognega vhoda arduina bi dobili te podatke.

za odkrivanje:

analogRead (A0)

5. korak: Zunanji kovček

• Velikost: 200 x 110 x 210 mm

• Material: vlaknena plošča srednje gostote

  Debelina lista: 3 mm 6 mm

• Način obdelave: lasersko rezanje

Za zunanje ohišje smo uporabili različne vrste debelin zaradi napak pri laserskem rezanju. Izberemo 3 mm in 6 mm, da zagotovimo tesno združevanje vseh listov.

Glede na velikost, glede na prostor za notranje ohišje in elektronske naprave, sta širina in višina zunanjega ohišja večja od notranjega. Dolžina je veliko daljša, da omogoči prostor za elektronske naprave. Poleg tega, da bi tablete zlahka izpustile iz škatle, smo notranji in zunanji ovitek držali zelo blizu.

6. korak: Zunanja elektronika

Za zunanjo elektroniko smo morali pustiti, da naš robot komunicira z ljudmi. Da bi to dosegli, smo za svoje komponente izbrali LCD, zvočni signal, LED in 5 gumbov. Ta del razpršilnika tablet deluje kot budilka. Če ni pravi čas za jemanje tablet, bo na LCD -prikazovalniku samo prikazan čas in datum. Ko mora bolnik vzeti tableto, bo zasvetila LED, zvočni signal bo predvajal glasbo, na LCD -prikazovalniku pa bo prikazano »Želim vam zdravje in srečo«. Za spremembo časa ali datuma lahko uporabimo tudi spodnji del zaslona.

Omogoči LCD

LCD-1602 smo uporabili za neposredno povezavo z mikrokrmilnikom in funkcijo: LiquidCrystal lcd za omogočanje LCD-ja.

Zvočni signal

Izbrali smo pasivni zvočni signal, ki lahko predvaja zvoke različnih frekvenc.

Da bi brenčalo predvajalo pesmi "City of the Sky" in "Happy Acura", smo opredelili štiri matrike. Dva od njih sta poimenovana "tune", ki shranjujeta notne podatke dveh pesmi. Druga dva niza sta dobila ime "Trajanje". Ti nizi shranjujejo ritem.

Nato zgradimo zanko, ki predvaja glasbo, kar lahko vidite v izvorni kodi.

Časovna razporeditev

Napisali smo vrsto funkcij za drugo, minuto, uro, datum, mesec, teden in leto.

Za izračun časa smo uporabili funkcijo: millis ().

S tremi gumbi 'select', 'plus' in 'minus' lahko spremenite čas.

Kot vsi vemo, če želimo nadzorovati neko komponento, moramo uporabiti zatiče arduino.

Zatiči, ki smo jih uporabili, so bili naslednji:

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

Bruzzer: Pin 10

Servo motor: Pin 11

Motor za vibracije: Pin12

Senzor: A0

Gumbi (i): A1

Gumb 2 (plus): A2

Gumb 3 (minus): A3

Gumb 4 (vzemite tablete): A4

LED: A5

7. korak: Skupna montaža

Končno dobimo celoten sklop, kot je prikazano na zgornji sliki. Ponekod smo uporabili lepilo, da se prepričamo, da je dovolj tesno. Na nekaterih mestih na notranji strani stroja smo uporabili tudi trak in vijake, da je bil dovolj močan. Datoteko. STEP naših CAD risb najdete na dnu tega koraka.

8. korak: nalaganje kode

9. korak: Epilog

Naprava lahko opozori uporabnika, naj vzame zdravilo, in dostavi pravo količino tablet. Vendar pa je treba po razpravi s kvalificiranim in izkušenim farmacevtom dati nekaj pripomb. Prva težava je kontaminacija tablet, ki so dolgo časa izpostavljene zraku v vsebniku, zato se bosta kakovost in učinkovitost zmanjšali. Običajno morajo biti tablete v dobro zaprti aluminijasti tableti. Tudi ko uporabnik v določenem času odstrani tableto A in nato potrebuje tableto B, je čiščenje stroja precej zapleteno, da se zagotovi, da ni delcev tablete A, ki onesnažuje tableto B.

Ta opažanja kritično obravnavajo rešitev, ki jo ponuja ta stroj. Zato je za odpravo teh pomanjkljivosti potrebno več raziskav …

10. korak: Reference

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optični detektorji. Oddelek za strojništvo, univerza Tsing Hua.