ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΔΙΑΔΟΧΗΣ ΧΑΠΙΩΝ: 14 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό είναι ένα ρομπότ διανομής χαπιών ικανό να παρέχει στον ασθενή τη σωστή ποσότητα και τύπο φαρμακευτικών χαπιών. Η δοσολογία του χαπιού πραγματοποιείται αυτόματα τη σωστή ώρα της ημέρας, προηγουμένου συναγερμού. Όταν είναι άδειο, το μηχάνημα ξαναγεμίζει εύκολα από τον χρήστη. Ο μηχανισμός διανομής και επαναπλήρωσης ελέγχεται μέσω μιας εφαρμογής που συνδέεται μέσω Bluetooth στο ρομπότ και μέσω δύο κουμπιών.

Bruface Mechatronics Project Group 2

Μέλη της ομάδας: Federico ghezzi

Αντρέα Μολίνο

Τζούλια Ιέτρο

Μοχάμαντ Φακίχ

Μουχαμάντ Λάκκης

Βήμα 1: Λίστα αγορών

• Adafruit Motor Shield v2.3 (κιτ συναρμολόγησης) - Motor/Stepper/Servo Shield για Arduino
• Αισθητήρας θερμοκρασίας υγρασίας Kwmobile
• AZDelivery Carte για Arduino PCM2704 KY-006 Buzzer Passive
• Ρολόι σε πραγματικό χρόνο AZDelivery, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28byj 48 DC 5 V 4 Phase of fil de 5 Micro Step with ULN2003 module for Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield για Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 χαρακτήρες + l'interface I2C
• OfficeTree® 20 Μίνι μαγνήτες OfficeTree® 20 6x2 mm
• SHAFT COUPLER POLOLU-1203 UNIVERSAL MOUNTIBG HUB
• 40 Καρφίτσες 30 cm Male To Female Jumper Wire
• Breadboard χωρίς συγκολλήσεις - 830 τρύπες
• USB 2.0 A - B M/M 1,80M
• Αισθητήρας κίνησης Pir για Arduino
• Σετ AWG Breadboard Jumper Wires One Pin
• R18-25b Push Switch 1p Off- (on)
• L-793id LED 8mm Κόκκινο Διάχυτο 20mcd
• L-793gd LED 8mm Πράσινο Διάχυτο 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• Απτικός διακόπτης 6x6mm
• 2 κάρτερ 70x40 mm
• greep plast wit 64 mm
• αλουμίνιο κοπής 12 mm
• ultragel 3γρ
• 50 nagels 2x35
• Φως πίσω φωτισμού LCD rgb
• 2 ρουλεμάν άξονας 6,4 mm
• 2 πλήρη φύλλα mdf για κοπή με λέιζερ
• 1 κομμάτι πλεξιγκλάς για κοπή με λέιζερ
• 1 ποτενσιόμετρο
• Arduino uno

Βήμα 2: Τεχνικές συμβουλές σχετικά με την επιλογή των εξαρτημάτων

Οι μηχανισμοί διανομής και επαναπλήρωσης απαιτούν μεγάλη ακρίβεια και μικρές κινήσεις των τροχών που περιέχουν τα χάπια. Για το λόγο αυτό, αποφασίζουμε να χρησιμοποιήσουμε δύο βηματικούς κινητήρες.

Τα Stepper Motors είναι στάβλοι, μπορούν να οδηγήσουν ένα ευρύ φάσμα τριβών και αδρανειακών φορτίων, δεν χρειάζονται ανατροφοδότηση. Ο κινητήρας είναι επίσης ένας αισθητήρας θέσης: δεν απαιτούνται αισθητήρες θέσης και ταχύτητας. Επιπλέον, έχουν εξαιρετική επαναληψιμότητα και επιστρέφουν στην ίδια θέση με ακρίβεια.

Ένα Motor Shield οδηγεί τους δύο βηματικούς κινητήρες. Περιέχει 4 H-Bridge που επιτρέπουν τον έλεγχο τόσο της κατεύθυνσης όσο και της ταχύτητας των κινητήρων. Χρησιμοποιώντας μια ασπίδα κινητήρα, αυξάνουμε τον αριθμό των δωρεάν ακίδων.

Για να είστε σίγουροι ότι τα χάπια είναι πάντα σε καλές συνθήκες, οι αισθητήρες υγρασίας και θερμοκρασίας μετρούν δαπανηρά τη θερμοκρασία και την υγρασία στο εσωτερικό του διανομέα.

Για να ειδοποιήσουμε τον χρήστη ότι ήρθε η ώρα να κάνει τη θεραπεία του, δημιουργήσαμε ένα ξυπνητήρι με ένα βομβητή και ένα ρολόι πραγματικού χρόνου. Η μονάδα RTC λειτουργεί με μπαταρία και μπορεί να παρακολουθεί την ώρα ακόμα και αν επαναπρογραμματίσουμε τον μικροελεγκτή ή αποσυνδέσουμε την κύρια τροφοδοσία.

Δύο κουμπιά και μια οθόνη υγρών κρυστάλλων RGB επιτρέπουν στον χρήστη να αλληλεπιδρά με τον διανομέα. Ο χρήστης μπορεί επίσης να ρυθμίσει τη θεραπεία και τον χρόνο χορήγησης μέσω μιας εφαρμογής για smarphone. Μπορεί να συνδέσει την προσωπική του συσκευή μέσω σύνδεσης Bluetooth (μια μονάδα Bluetooth είναι συνδεδεμένη στο Arduino).

Ένας αισθητήρας PIR ανιχνεύει μια κίνηση εάν ο χρήστης πάρει το φάρμακό του και δίνει μια ανατροφοδότηση για τη σωστή εργασία του διανομέα. Λόγω της μεγάλης ευαισθησίας και του ευρέος φάσματος ανίχνευσής του, εμποδίζεται σκόπιμα σε ορισμένες κατευθύνσεις για να αποφευχθούν άχρηστες μετρήσεις.

Βήμα 3: Μέρος κατασκευής

Στη συνέχεια, παρέχεται μια λεπτομερής λίστα με τα μέρη που παράγονται είτε από τρισδιάστατο εκτυπωτή είτε από κόφτη λέιζερ. Όλες οι διαστάσεις και οι γεωμετρικές πτυχές επιλέγονται για να έχουν μια σωστή αντιστοίχιση μεταξύ όλων των τμημάτων με ισχυρές συνδέσεις καθώς και ένα όμορφο σχέδιο.

Ωστόσο, οι διαστάσεις και η γεωμετρική όψη μπορούν να αλλάξουν ανάλογα με τους διαφορετικούς σκοπούς. Στις επόμενες ενότητες μπορείτε να βρείτε το CAD όλων των εξαρτημάτων που αναφέρονται εδώ.

Συγκεκριμένα, η αρχική ιδέα για το έργο ήταν η δημιουργία ενός διανομέα χαπιών με περισσότερους τροχούς, έτσι ώστε να διανεμηθεί η μεγαλύτερη ποσότητα και η μεγαλύτερη ποικιλία χαπιών. Για το εύρος του μαθήματος, περιορίσαμε την προσοχή μας μόνο σε 2 από αυτά, αλλά με μικρή τροποποίηση στο σχεδιασμό, μπορούν να προστεθούν περισσότεροι τροχοί και να φτάσουν στον στόχο. Γι 'αυτό σας δίνουμε τη δυνατότητα να τροποποιήσετε το σχέδιό μας ελεύθερα, ώστε, σε περίπτωση που σας αρέσει, να μπορείτε να το αλλάξετε και να το προσαρμόσετε σε οποιοδήποτε προσωπικό γούστο.

Ακολουθεί η λίστα με όλα τα τρισδιάστατα τυπωμένα και κομμένα με λέιζερ μέρη με το πάχος μεταξύ παρενθέσεων:

• πίσω πλάκα (mdf 4 mm) x1
• πλάκα βάσης (mdf 4 mm) x1
• μπροστινή πλάκα (mdf 4 mm) x1
• πλάγια πλάκα_χωρίς τρύπα (mdf 4 mm) x1
• πλευρική πλάκα_τρύπα (mdf 4 mm) x1
• πλάκα arduino (mdf 4 mm) x1
• πλάκα για κάθετη στήριξη (mdf 4 mm) x1
• πλάκα σύνδεσης (mdf 4 mm) x1
• πλάκα για το καπάκι του τροχού (mdf 4 mm) x2
• πλάκα για τον τροχό (mdf 4 mm) x2
• επάνω πλάκα (πλεξιγκλάς 4 mm) x1
• πλάκα ανοίγματος (mdf 4 mm) x1
• στήριγμα ρουλεμάν (τρισδιάστατη εκτύπωση) x2
• τροχός καπακιού (τρισδιάστατη εκτύπωση) x2
• χοάνη (τρισδιάστατη εκτύπωση) x1
• πόδι χοάνης (τρισδιάστατη εκτύπωση) x2
• Κάτοχος PIR (τρισδιάστατη εκτύπωση) x1
• βύσμα για το καπάκι του τροχού (τρισδιάστατη εκτύπωση) x2
• τροχός (τρισδιάστατη εκτύπωση) x2

Βήμα 4: Τεχνικά σχέδια για κοπή με λέιζερ

Η συναρμολόγηση του κουτιού είναι σχεδιασμένη ώστε να αποφεύγεται η χρήση κόλλας. Αυτό επιτρέπει την πραγματοποίηση ενός καθαρότερου έργου και, εάν χρειάζεται, μπορεί να γίνει αποσυναρμολόγηση για την επίλυση ορισμένων προβλημάτων.

Συγκεκριμένα, η συναρμολόγηση πραγματοποιείται μέσω μπουλονιών και παξιμαδιών. Σε μια τρύπα κατάλληλης γεωμετρίας, ένα μπουλόνι από τη μία πλευρά και ένα παξιμάδι από την άλλη πλευρά, ταιριάζουν απόλυτα για να έχουν μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ όλων των πλακών mdf. Ειδικότερα για ό, τι αφορά τις διάφορες πλάκες:

• Η πλάγια πλάκα έχει μια οπή τοποθετημένη ώστε να αφήνει το καλώδιο να διέρχεται έτσι ώστε να έχει σύνδεση μεταξύ του Arduino και του υπολογιστή.
• Η μετωπική πλάκα έχει 2 ανοίγματα. Το χαμηλότερο προορίζεται να χρησιμοποιηθεί όταν το άτομο πρέπει να πάρει το ποτήρι όπου έχει διανεμηθεί το χάπι. Το άλλο χρησιμοποιείται όταν είναι ώρα για αναπλήρωση. Σε αυτή τη συγκεκριμένη κατάσταση υπάρχει ένα βύσμα (δείτε αργότερα το σχέδιο) που μπορεί να κλείσει το άνοιγμα στο καπάκι του τροχού από κάτω. Η τοποθέτηση αυτού του καλύμματος πραγματοποιείται πράγματι με την εκμετάλλευση αυτού του δεύτερου ανοίγματος. Μόλις τοποθετηθεί το βύσμα, χρησιμοποιώντας τα κουμπιά ή την εφαρμογή, το άτομο μπορεί να αφήσει τον τροχό να περιστρέφεται ένα τμήμα κάθε φορά και να τοποθετεί ένα χάπι σε κάθε τμήμα.
• Η πλάκα στήριξης τοποθετείται έτσι ώστε να έχει μια κατακόρυφη στήριξη για τις ράγες όπου ο τροχός και το καπάκι είναι τοποθετημένα έτσι ώστε να έχουν μια πιο αξιόπιστη και άκαμπτη δομή.
• Η πλάκα ανοίγματος έχει σχεδιαστεί όπως λέει η λέξη για να διευκολύνει τον μηχανισμό επαναπλήρωσης από τον χρήστη
• Η επάνω πλάκα, όπως φαίνεται από την εικόνα, είναι κατασκευασμένη από πλεξιγκλάς για να επιτρέψει από έξω την όραση του τι συμβαίνει μέσα.

Όλες οι άλλες πλάκες δεν έχουν ειδικούς σκοπούς, έχουν σχεδιαστεί για να επιτρέπουν σε όλα τα μέρη να ταιριάζουν απόλυτα μεταξύ τους. Ορισμένα μέρη μπορούν να παρουσιάσουν συγκεκριμένες τρύπες με διαφορετική διάσταση και γεωμετρία για να αφήσουν όλα τα ηλεκτρονικά αντικείμενα (όπως Arduino και κινητήρες) ή τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα αντικείμενα (όπως η χοάνη και η θήκη PIR) να συνδεθούν με σωστό τρόπο.

Βήμα 5: Βήμα 5: CAD για τα εξαρτήματα κοπής με λέιζερ

Βήμα 6: Τεχνικά σχέδια για τρισδιάστατη εκτύπωση

Τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας τους εκτυπωτές Ultimakers 2 και Prusa iMK που διατίθενται στο εργαστήριο Fablab του Πανεπιστημίου. Είναι παρόμοια με την έννοια ότι και οι δύο χρησιμοποιούν το ίδιο υλικό που είναι το PLA (αυτό που χρησιμοποιείται για όλα τα τυπωμένα μέρη μας) και έχουν την ίδια διάσταση του ακροφυσίου. Συγκεκριμένα, το έργο του Prusa με λεπτότερο νήμα, είναι πιο φιλικό προς το χρήστη χάρη στην αφαιρούμενη πλάκα (δεν χρειάζεται χρήση κόλλας) και στον αισθητήρα που αντισταθμίζει την μη επίπεδη επιφάνεια της πλάκας βάσης.

Όλα τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη πραγματοποιούνται αφήνοντας τις τυπικές ρυθμίσεις, εκτός εάν για τον τροχό όπου χρησιμοποιείται πυκνότητα υλικού πλήρωσης 80% για να έχετε έναν πιο άκαμπτο άξονα. Ειδικότερα κατά την πρώτη προσπάθεια, μια πυκνότητα υλικού πλήρωσης 20% αφέθηκε ως τυπική ρύθμιση χωρίς να παρατηρήσετε το λάθος. Στο τέλος της εκτύπωσης ο τροχός έγινε τέλεια, αλλά ο άξονας έσπασε αμέσως. Για να μην επανεκτυπώσουμε ξανά τον τροχό, αφού χρειάζεται αρκετός χρόνος, αποφασίσαμε να αναζητήσουμε μια πιο έξυπνη λύση. Αποφασίσαμε απλώς να επανεκτυπώσουμε τον άξονα με μια βάση που θα στερεωνόταν στον τροχό με 4 επιπλέον τρύπες όπως θα φανεί στα σχήματα.

Εδώ θα ακολουθήσει μια συγκεκριμένη περιγραφή κάθε στοιχείου:

• Στήριγμα ρουλεμάν: αυτό το εξάρτημα πραγματοποιείται για να συγκρατεί και να στηρίζει το ρουλεμάν σε σωστή θέση. Το στήριγμα ρουλεμάν πραγματοποιείται πράγματι με μια κεντραρισμένη οπή με την ακριβή διάσταση της διαμέτρου του ρουλεμάν έτσι ώστε να έχει μια πολύ ακριβή σύνδεση. Τα 2 φτερά προορίζονται μόνο για να έχουν μια σωστή στερέωση του εξαρτήματος στην πλάκα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το ρουλεμάν χρησιμοποιείται έτσι ώστε να διατηρεί τον άξονα του τροχού που διαφορετικά θα μπορούσε να λυγίσει.
• Τροχός: Η τρισδιάστατη εκτύπωση αντιπροσωπεύει σχεδόν τον πυρήνα του έργου μας. Έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ώστε να χωράει τη μέγιστη ποσότητα χαπιών αλλά ταυτόχρονα να παραμένει ελαφρύ και να οδηγείται εύκολα από τους κινητήρες. Επιπλέον έχει σχεδιαστεί με λείες άκρες τριγύρω για να μην κολλήσουν χάπια. Έχει ιδίως 14 τμήματα όπου είναι δυνατόν να διατεθούν τα χάπια. Το κεντρικό τμήμα, καθώς και το περίγραμμα μεταξύ κάθε τμήματος, έχουν αδειάσει για να αφήσει τον τροχό όσο πιο ελαφρύ γίνεται. Στη συνέχεια, υπάρχει ένας άξονας διαμέτρου 6,4 mm και μήκους 30 mm που μπορεί να χωρέσει τέλεια στο ρουλεμάν στην άλλη πλευρά. Τέλος, μια ισχυρή σύνδεση με τον κινητήρα επιτυγχάνεται με έναν συζευκτήρα άξονα που συνδέεται στη μία πλευρά με τον τροχό από τις 4 οπές που φαίνονται στην εικόνα και στην άλλη πλευρά με το βηματικό μοτέρ.
• Κάλυμμα τροχού: Το καπάκι του τροχού έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε τα χάπια που βρίσκονται στο εσωτερικό του τροχού να μην μπορούν να βγουν από αυτόν εκτός αν φτάσουν στο ανοιχτό τμήμα στο κάτω μέρος του τροχού. Επιπλέον, το καπάκι μπορεί να προστατεύσει τον τροχό από το εξωτερικό περιβάλλον εξασφαλίζοντας μια σωστή αποθήκευση. Η διάμετρος του είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τον ίδιο τον τροχό και έχει 2 κύρια ανοίγματα. Αυτό που βρίσκεται στο κάτω μέρος προορίζεται να απελευθερώσει το χάπι ενώ αυτό στο επάνω μέρος χρησιμοποιείται για τον μηχανισμό επαναπλήρωσης που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η κύρια οπή στο κέντρο είναι για να αφήσει τον άξονα του τροχού να περάσει και οι υπόλοιπες 6 οπές χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση με την πλάκα και το έδρανο. Επιπλέον, στην κάτω πλευρά, υπάρχουν 2 οπές όπου τοποθετούνται 2 μικροί μαγνήτες. Όπως περιγράφεται λεπτομερώς στη συνέχεια, αυτά προορίζονται να έχουν ισχυρή σύνδεση με το βύσμα.
• Χωνί: Η ιδέα της χοάνης, όπως μπορεί να μαντέψει κανείς καθαρά, είναι να συλλέξει τα χάπια που πέφτουν από τον τροχό και να τα μαζέψει στο ποτήρι στο κάτω μέρος. Ειδικότερα για την εκτύπωσή του, έχει χωριστεί σε 2 διαφορετικά στάδια. Υπάρχει το σώμα της χοάνης και στη συνέχεια 2 πόδια που έχουν εκτυπωθεί μεταξύ τους, διαφορετικά η εκτύπωση θα σήμαινε πάρα πολλά στηρίγματα. Για την τελική συναρμολόγηση τα 2 μέρη πρέπει να κολληθούν μεταξύ τους.
• Κάτοχος PIR: η λειτουργία του είναι να κρατά το PIR σε σωστή θέση. Έχει μια τετράγωνη τρύπα στον τοίχο έτσι ώστε να αφήνει τα καλώδια να περνούν μέσα και 2 βραχίονες για να συγκρατεί το PIR χωρίς μόνιμο σύνδεσμο.
• Plug: αυτό το μικρό εξάρτημα έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να διευκολύνει τον μηχανισμό επαναπλήρωσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μόλις έρθει η ώρα της αναπλήρωσης, το κάτω μέρος του καπακιού του τροχού πρέπει να κλείσει από το βύσμα, διαφορετικά τα χάπια κατά τη διάρκεια της αναπλήρωσης θα πέσουν κάτω. Για τη διευκόλυνση της σύνδεσής του με το πώμα υπάρχουν 2 μικρές οπές και δύο μαγνήτες. Με αυτόν τον τρόπο ο σύνδεσμος με το καπάκι είναι ισχυρός και φιλικός προς το χρήστη. Μπορεί να τοποθετηθεί στη θέση του και να αφαιρεθεί με ένα πολύ εύκολο έργο.

Βήμα 7: Βήμα 7: CAD για τρισδιάστατα τυπωμένα ανταλλακτικά

Βήμα 8: Βήμα 8: Τελική συναρμολόγηση CAD

Βήμα 9: Δοκιμές για μεμονωμένα εξαρτήματα

Πραγματοποιήθηκαν αρκετές μεμονωμένες δοκιμές πριν από τη σύνδεση όλων των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Ειδικότερα, τα βίντεο αντιπροσωπεύουν τις δοκιμές για τον μηχανισμό διανομής και επαναπλήρωσης, για τη λειτουργία του κουμπιού, για τον συναγερμό για τις δοκιμές led.

Βήμα 10: Τελική συνέλευση

Το πρώτο μέρος της συναρμολόγησης έχει αφιερωθεί στην τοποθέτηση του δομικού τμήματος του ρομπότ. Στην πλάκα βάσης, οι 2 πλευρικές πλάκες και η μετωπική πλάκα έχουν τοποθετηθεί και η χοάνη στερεώθηκε. Εν τω μεταξύ, κάθε τροχός συνδέθηκε με το βηματικό μοτέρ του μέσω του ζεύκτη άξονα και στη συνέχεια τοποθετήθηκε με το καπάκι του. Στη συνέχεια, το σύστημα κάλυψης τροχού έχει τοποθετηθεί απευθείας στο ρομπότ. Σε αυτό το σημείο τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα τοποθετήθηκαν στο ρομπότ. Τέλος, οι υπόλοιπες πλάκες συγκεντρώθηκαν για να ολοκληρωθεί το έργο.

Βήμα 11: Εξαρτήματα καλωδίωσης στο Arduino

Βήμα 12: Διάγραμμα ροής προγράμματος

Το παρακάτω διάγραμμα ροής δείχνει τη λογική του προγράμματος που γράψαμε, για έναν τροχό.

Βήμα 13: Προγραμματισμός

Βήμα 14: Σύνδεση εφαρμογής Robot-Smartphone

Όπως ήδη ειπώθηκε, η επικοινωνία με το ρομπότ εξασφαλίζεται από μια εφαρμογή smartphone που συνδέεται μέσω μονάδας bluetooth στο ρομπότ. Οι παρακάτω εικόνες αντιπροσωπεύουν τη λειτουργία της εφαρμογής. Το πρώτο αντιπροσωπεύει το εικονίδιο της εφαρμογής ενώ το δεύτερο και το τρίτο, ασχολούνται με τον μηχανισμό χειροκίνητης διανομής και το μενού χρόνου ρύθμισης αντίστοιχα. Στην τελευταία περίπτωση, ο μηχανισμός διανομής εκτελείται αυτόματα τη στιγμή που επιλέγει ο χρήστης.

Αυτή η εφαρμογή δημιουργήθηκε στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, εφευρέτης εφαρμογών (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=el#6211792079552512).