Bộ phân phối thuốc tự động: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Chúng tôi là những sinh viên Thạc sĩ đầu tiên Kỹ thuật cơ điện tại Khoa Kỹ thuật Brussels (viết tắt là "Bruface"). Đây là sáng kiến của hai trường đại học nằm ở trung tâm Brussels: Université Libre de Bruxelles (ULB) và Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Là một phần của chương trình, chúng tôi phải tạo ra một hệ thống cơ điện tử hoạt động thực sự cho khóa học Cơ điện tử.

Trong các khóa học lý thuyết, chúng tôi đã học cách kết hợp các thành phần khác nhau vào các ứng dụng thực tế. Sau đó, chúng tôi được giới thiệu về những điều cơ bản của vi điều khiển Arduino và cách điều khiển hệ thống cơ điện tử. Mục đích của khóa học là có thể thiết kế, sản xuất và lập trình hệ thống cơ điện tử.

Tất cả điều này nên được thực hiện theo nhóm. Nhóm của chúng tôi là một đội quốc tế bao gồm hai sinh viên Trung Quốc, hai sinh viên Bỉ và một sinh viên Cameroon.

Trước hết, chúng tôi muốn gửi lời cảm ơn đến sự hỗ trợ của Albert De Beir và Giáo sư Bram Vanderborght.

Là một nhóm, chúng tôi quyết định giải quyết một vấn đề xã hội có liên quan. Khi dân số già trở thành một vấn đề toàn cầu, khối lượng công việc của những người chăm sóc và y tá trở nên quá lớn. Khi con người ngày càng già đi, họ thường phải dùng nhiều loại thuốc và vitamine hơn. Với một máy phân phối thuốc tự động, những người già đãng trí có thể đối phó với công việc này một cách độc lập lâu hơn một chút. Bằng cách này, những người chăm sóc và y tá có thể có nhiều thời gian hơn để dành cho những bệnh nhân phụ thuộc nhiều hơn.

Ngoài ra, nó sẽ rất hữu ích cho những ai đôi khi hơi đãng trí và không nhớ uống thuốc của mình.

Do đó, hệ thống cơ điện tử sẽ cung cấp một giải pháp nhắc nhở người dùng uống thuốc của họ và cũng phân phát thuốc. Chúng tôi cũng thích máy phân phối thuốc tự động thân thiện với người dùng để mọi người đều có thể sử dụng: bất kể độ tuổi của họ!

Bước 1: Vật liệu

Vỏ bọc:

• Mdf: độ dày 4 mm cho hộp bên trong
• Mdf: độ dày 3 và 6 mm cho vỏ ngoài

cuộc họp

• Bu lông và đai ốc (M2 và M3)
• Ổ bi nhỏ

Bộ vi điều khiển:

Arduino UNO [Liên kết đặt hàng]

Phần điện tử

• Bảng mạch trống [Liên kết đặt hàng]
• Động cơ Servo nhỏ 9g [Liên kết đặt hàng]
• Động cơ DC nhỏ 5V [Liên kết đặt hàng]
• Bóng bán dẫn: BC 237 (bóng bán dẫn lưỡng cực NPN) [Liên kết đặt hàng]
• Diode 1N4001 (Điện áp nghịch đảo đỉnh 50V) [Liên kết đặt hàng]
• Bộ rung bị động: Transducteur piezo
• LCD1602

• Điện trở:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Bộ phát hồng ngoại
• Máy dò hồng ngoại

Bước 2: Vỏ bên trong

Hộp đựng bên trong có thể được xem là chiếc hộp chứa toàn bộ cơ khí và điện tử bên trong. Nó bao gồm 5 tấm MDF 4mm được cắt bằng laser thành các hình dạng phù hợp. Ngoài ra còn có một tấm thứ sáu tùy chọn mà người ta có thể thêm vào. Phần thứ sáu tùy chọn này có hình vuông và có thể được sử dụng làm nắp. 5 tấm (đáy và bốn cạnh) được thiết kế theo hình xếp hình sao cho chúng vừa khít với nhau. Việc lắp ráp của chúng có thể được gia cố bằng cách sử dụng vít. Các mặt phẳng đã có sẵn các lỗ để các bộ phận khác lắp vào hoặc nơi cần đặt các bu lông.

Bước 3: Cơ chế bên trong

CƠ CHẾ GIẢI PHÓNG

Cơ chế

Cơ chế phân phối thuốc của chúng tôi như sau: người dùng đặt thuốc vào ngăn chứa ở trên cùng của hộp. Khi tấm dưới cùng của ngăn đó bị nghiêng, các viên thuốc sẽ tự động trượt xuống ống đầu tiên, nơi chúng xếp chồng lên nhau. Dưới ống này là một hình trụ có một lỗ nhỏ để vừa đủ một viên thuốc. Lỗ nhỏ này nằm ngay bên dưới ống để các viên thuốc chồng lên trên nó, trong khi viên đầu tiên nằm trong lỗ của hình trụ. Khi phải uống một viên thuốc, hình trụ (có viên thuốc ở trong) quay 120 độ để viên thuốc trong ống hình trụ rơi xuống hình trụ thứ hai. Hình trụ thứ hai này là nơi đặt một bộ cảm biến để phát hiện xem một viên thuốc có thực sự rơi xuống khỏi hình trụ hay không. Đây là hệ thống phản hồi. Ống này có một bên nhô ra cao hơn ống kia. Điều này là do mặt này ngăn viên thuốc rơi qua ống thứ hai và do đó giúp đảm bảo rằng viên thuốc sẽ rơi vào ống và sẽ được cảm biến phát hiện. Bên dưới ống này có một rãnh trượt nhỏ để viên thuốc rơi xuống sẽ trượt qua lỗ phía trước của hộp bên trong.

Toàn bộ cơ chế này cần một số phần:

• Các bộ phận cắt bằng laser

  1. Tấm xéo dưới cùng của ngăn để đồ.
  2. Các tấm nghiêng bên của ngăn lưu trữ

• Bộ phận in 3D

  1. Ống trên
  2. Hình trụ
  3. Trục
  4. Ống dưới (xem ống dưới và ngăn cảm biến)
  5. Slide

• Những khu vực khác

  Vòng bi cuộn

Bạn có thể tìm thấy tất cả các tệp các bộ phận cần thiết để cắt laser hoặc in 3D của chúng tôi bên dưới.

Các bộ phận khác nhau và cách lắp ráp của chúng

CÁC NƠI LƯU TRỮ CẠNH TRANH

Khoang chứa gồm ba tấm được cắt laser. Các tấm này có thể được lắp ráp và kết nối với nhau và hộp bên trong vì chúng có một số lỗ và các mảnh nhỏ nổi bật. Điều này để tất cả chúng phù hợp với nhau như một trò chơi xếp hình! Các lỗ và các mảnh nổi bật đã được thêm vào các tệp CAD mà người ta có thể sử dụng tia laser để cắt nó.

ỐNG LÊN

Ống trên chỉ được nối với một mặt của hộp bên trong. Nó được kết nối với sự trợ giúp của một tấm được gắn vào nó (nó được bao gồm trong bản vẽ CAD để in 3D).

CYLINDER & ROLL BEARING

Hình trụ được kết nối với 2 mặt của hộp. Ở một bên, nó được kết nối với động cơ servo tạo ra chuyển động quay khi viên thuốc rơi xuống. Ở phía bên kia, nó

CỤC CẢM BIẾN VÀ ỐNG THẤP HƠN

Cảm biến là một hành động quan trọng khi phân phát thuốc viên. Chúng tôi phải có thể xác nhận rằng một viên thuốc được cấp phát đã được bệnh nhân uống vào thời điểm thích hợp. Để có được chức năng này, điều quan trọng là phải xem xét các bước thiết kế khác nhau.

Chọn các thành phần phát hiện chính xác:

Ngay từ đầu khi dự án được xác nhận, chúng tôi phải tìm kiếm và thành phần thích hợp sẽ xác nhận việc đưa viên thuốc ra khỏi hộp. Biết các cảm biến có thể được sử dụng cho hành động này, thách thức chính là biết loại sẽ tương thích với thiết kế. Thành phần đầu tiên chúng tôi tìm thấy là một bộ khuếch đại quang bao gồm một bộ phát hồng ngoại và điốt quang điện trở IR. Bộ ghép quang PCB HS 810 có khe cắm 25/64 là một giải pháp do tính tương thích của nó, giúp chúng tôi tránh được các vấn đề có thể xảy ra về cấu hình góc. Chúng tôi quyết định không sử dụng cái này do nó có dạng hình học, sẽ khó kết hợp với vòi phun. Từ một số dự án liên quan, chúng tôi thấy rằng có thể sử dụng bộ phát hồng ngoại với bộ phát hiện hồng ngoại với ít thành phần khác hơn làm cảm biến. Các thành phần IR này có thể được tìm thấy ở nhiều hình dạng khác nhau.

In 3D vòi hút thuốc làm thủng cảm biến

Có thể phân loại thành phần chính được sử dụng làm cảm biến, đã đến lúc kiểm tra xem chúng sẽ được đặt như thế nào trên vòi phun. Vòi phun có đường kính trong là 10mm để thuốc đi qua tự do khỏi hình trụ quay. Qua bảng dữ liệu của các phần tử cảm biến, chúng tôi nhận ra rằng việc đưa ra các lỗ xung quanh bề mặt vòi phun tương ứng với kích thước của thành phần sẽ là một lợi thế bổ sung. Những lỗ này có nên được đặt ở bất kỳ điểm nào dọc theo bề mặt không? không vì để đạt được độ phát hiện tối đa, cần phải đánh giá góc độ. Chúng tôi đã in một mẫu thử nghiệm dựa trên các thông số kỹ thuật ở trên và đã kiểm tra khả năng phát hiện.

Đánh giá góc chùm tia có thể và góc phát hiện

Từ bảng dữ liệu của các thành phần cảm biến, chùm tia và góc phát hiện là 20 độ, điều này có nghĩa là cả ánh sáng phát ra và đầu báo đều có khoảng cách rộng là 20 độ. Mặc dù đây là thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, điều quan trọng vẫn là kiểm tra và xác nhận. Điều này được thực hiện đơn giản bằng cách chơi với các thành phần giới thiệu nguồn DC cùng với đèn LED. Kết luận đạt được là đặt chúng đối diện với nhau.

cuộc họp

Thiết kế in 3D của ống có một tấm kết nối với nó bằng 4 lỗ. Các lỗ này được sử dụng để kết nối ống với vỏ bên trong bằng cách sử dụng bu lông.

Bước 4: Cơ chế bên trong điện tử

Cơ chế pha chế:

Cơ chế phân phối đạt được bằng cách sử dụng một động cơ servo nhỏ để quay hình trụ lớn.

Chân ổ đĩa cho động cơ servo 'Reely Micro-servo 9g' được kết nối trực tiếp với bộ vi điều khiển. Có thể dễ dàng sử dụng vi điều khiển Arduino Uno để điều khiển động cơ servo. Điều này là do sự tồn tại của thư viện tích hợp cho các hoạt động của động cơ servo. Ví dụ với lệnh 'write', có thể đạt được các góc mong muốn là 0 ° và 120 °. (Điều này được thực hiện trong mã dự án với 'servo.write (0)' và 'servo.write (120)').

Máy rung:

Động cơ DC không chổi than nhỏ không cân bằng

Sự mất cân bằng này đạt được nhờ miếng nhựa nối trục động cơ bằng bu lông và đai ốc nhỏ.

Động cơ được điều khiển bởi một bóng bán dẫn nhỏ, điều này được thực hiện vì chân kỹ thuật số không thể cung cấp dòng cao hơn 40,0 mA. Bằng cách cung cấp dòng điện từ chân Vin của vi điều khiển Arduino Uno, người ta có thể đạt dòng điện lên đến 200,0 mA. Điều này đủ để cung cấp năng lượng cho động cơ DC nhỏ.

Khi nguồn điện động cơ bị dừng đột ngột, bạn sẽ có dòng điện cực đại do hiện tượng tự cảm của động cơ. Vì vậy, một diode được đặt trên các kết nối động cơ để ngăn dòng ngược dòng này có thể làm hỏng bộ vi điều khiển.

hệ thống cảm biến:

Sử dụng một diode phát hồng ngoại (LTE-4208) và một diode phát hiện hồng ngoại (LTR-320 8) được kết nối với vi điều khiển Arduino Uno để xác nhận sự đi qua của viên thuốc. Một khi viên thuốc rơi xuống, nó sẽ che ánh sáng của diode phát tia hồng ngoại trong một thời gian ngắn. Sử dụng một analogpin của arduino, chúng tôi sẽ nhận được thông tin này.

để phát hiện:

analogRead (A0)

Bước 5: Vỏ ngoài

• Kích thước: 200 x 110 x 210 mm

• Vật chất: ván sợi mật độ trung bình

  Độ dày của tấm: 3 mm 6 mm

• Phương pháp xử lý: cắt laser

Đối với vỏ ngoài, chúng tôi sử dụng các loại độ dày khác nhau do lỗi cắt laser. Chúng tôi chọn 3 mm và 6 mm để đảm bảo tất cả các tấm có thể được kết hợp chặt chẽ.

Về kích thước, nếu xét đến không gian cho hộp đựng bên trong và các thiết bị điện tử, chiều rộng và chiều cao của hộp đựng bên ngoài lớn hơn hộp bên trong một chút. Chiều dài dài hơn nhiều để có không gian cho các thiết bị điện tử. Hơn nữa, để đảm bảo thuốc có thể rơi ra khỏi hộp dễ dàng, chúng tôi đã giữ hộp đựng bên trong và bên ngoài rất chặt chẽ.

Bước 6: Điện tử bên ngoài

Đối với thiết bị điện tử bên ngoài, chúng tôi phải để robot của mình tương tác với con người. Để đạt được điều này, chúng tôi đã chọn màn hình LCD, bộ rung, đèn LED và 5 nút làm các thành phần của chúng tôi. Bộ phận này của máy phân phát thuốc có chức năng như một chiếc đồng hồ báo thức. Nếu không phải là thời điểm thích hợp để uống thuốc, màn hình LCD sẽ chỉ hiển thị ngày và giờ. Khi bệnh nhân phải uống thuốc, đèn LED sẽ sáng, còi phát nhạc và màn hình LCD hiển thị “Chúc bạn sức khỏe và hạnh phúc”. Chúng ta cũng có thể sử dụng phần dưới cùng của màn hình để thay đổi thời gian hoặc ngày tháng.

Bật LCD

Chúng tôi đã sử dụng LCD-1602 để kết nối trực tiếp với bộ vi điều khiển và sử dụng chức năng: LiquidCrystal lcd để kích hoạt màn hình LCD.

Buzzer

Chúng tôi đã chọn một bộ rung thụ động có thể phát âm thanh ở các tần số khác nhau.

Để bộ rung phát các bài hát "City of the Sky" và "Happy Acura", chúng tôi đã xác định bốn mảng. Hai trong số đó được đặt tên là "giai điệu", lưu trữ thông tin nốt nhạc của hai bài hát. Hai mảng khác được đặt tên là "Duration". Những mảng đó lưu trữ nhịp điệu.

Sau đó, chúng tôi xây dựng một vòng lặp phát nhạc mà bạn có thể thấy trong mã nguồn.

Thời gian

Chúng tôi đã viết một loạt các hàm cho giây, phút, giờ, ngày, tháng, tuần và năm.

Chúng tôi đã sử dụng hàm: millis () để tính thời gian.

Sử dụng ba nút, 'chọn', 'cộng' và 'trừ', thời gian có thể được thay đổi.

Như chúng ta đã biết, nếu chúng ta muốn điều khiển một thành phần nào đó, chúng ta cần sử dụng các chân của arduino.

Các chân chúng tôi đã sử dụng như sau:

LCD: Chân 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzzer: Pin 10

Động cơ servo: Chân 11

Động cơ rung: Pin12

Cảm biến: A0

Nút 1: A1

Nút 2 (cộng): A2

Nút 3 (trừ): A3

Nút 4 (uống thuốc): A4

LED: A5

Bước 7: Tổng hội

Cuối cùng, chúng ta có được tổng thể lắp ráp như hình trên. Chúng tôi đã sử dụng keo ở một số nơi để đảm bảo nó đủ chặt. Ở một số vị trí bên trong máy, chúng tôi cũng đã sử dụng băng keo và ốc vít để làm cho nó đủ chắc chắn. Tệp. STEP của các bản vẽ CAD của chúng tôi có thể được tìm thấy ở cuối bước này.

Bước 8: Tải lên mã

Bước 9: Phần kết

Máy có thể cảnh báo người dùng uống thuốc và cung cấp đúng số lượng thuốc. Tuy nhiên, sau khi thảo luận với một dược sĩ có trình độ và kinh nghiệm, có một số nhận xét cần thực hiện. Một vấn đề đầu tiên là sự nhiễm bẩn của các viên thuốc khi tiếp xúc lâu với không khí trong vật chứa, do đó chất lượng và hiệu quả sẽ giảm. Thông thường thuốc nên được chứa trong một viên thuốc nhôm đóng chặt. Ngoài ra, khi người dùng phân phối trong một thời gian nhất định viên thuốc A và sau đó cần phân phối viên thuốc B, việc vệ sinh máy để đảm bảo không có các hạt thuốc A làm ô nhiễm viên thuốc B là khá phức tạp.

Những quan sát này cung cấp một cái nhìn quan trọng về giải pháp mà chiếc máy này mang lại. Vì vậy, cần nghiên cứu thêm để khắc phục những thiếu sót này…

Bước 10: Tham khảo

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Máy dò quang học. Khoa Cơ khí Điện, Đại học Quốc gia Tsing Hua.