AUTOMATISCHE PILLENDISPENSER - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dit is een pillenautomaatrobot die de patiënt de juiste hoeveelheid en soort medicijnpillen kan geven. De dosering van de pil gebeurt automatisch op het juiste tijdstip van de dag, voorafgegaan door een alarm. Als de machine leeg is, kan deze eenvoudig door de gebruiker worden bijgevuld. Het doseer- en bijvulmechanisme wordt bestuurd door middel van een applicatie die via Bluetooth is verbonden met de robot en door middel van twee knoppen.

Bruface Mechatronics Projectgroep 2

Teamleden: Federico ghezzi

Andrea Molino

Giulia Ietro

Mohammed Fakiho

Mouhamad Lakkis

Stap 1: Boodschappenlijstje

• Adafruit Motor Shield v2.3 (montagekit) - Motor/Stepper/Servo Shield voor Arduino
• Kwmobil vochtigheidstemperatuursensor
• AZ Leveringskaart voor Arduino PCM2704 KY-006 Zoemer Passief
• AZDelivery realtime klok, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28byj van 48 DC 5 V 4 Fase van fil de 5 Micro Step met ULN2003-module voor Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield voor Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 karakters + l'interface I2C
• OfficeTree® 20 Minimagneten OfficeTree® 20 6x2 mm
• SCHACHTKOPPELING POLOLU-1203 UNIVERSELE MOUNTIBG NAAF
• 40 pinnen 30 cm mannelijk naar vrouwelijk verbindingsdraad
• Soldeerloze breadboard – 830 gaten
• USB 2.0 A – B M/M 1.80M
• Pir bewegingssensor voor Arduino
• Set AWG Breadboard Jumper Wires One Pin
• R18-25b Drukschakelaar 1p Uit-(aan)
• L-793id LED 8mm Rood Diffuus 20mcd
• L-793gd LED 8mm Groen Diffuus 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• Tastbare schakelaar 6x6mm
• 2 kassen 70x40 mm
• greep plast wit 64 mm
• knop aluminium 12 mm
• ultragel 3 gram
• 50 nagels 2x35
• LCD rgb achtergrondverlichting
• 2 kogellagers 6,4 mm as
• 2 volledige mdf-platen voor lasersnijden
• 1 stuk plexiglas voor lasersnijden
• 1 potentiometer
• Arduino uno

Stap 2: Technische tips voor de keuze van de componenten

De mechanismen van uitgifte en bijvullen vereisen grote precisie en kleine bewegingen van de wieltjes die de pillen bevatten. Om deze reden besluiten we om twee stappenmotoren te gebruiken.

Stappenmotoren zijn stallen, kunnen een breed scala aan wrijvings- en traagheidsbelastingen aandrijven, hebben geen feedback nodig. De motor is ook een positietransducer: sensoren voor positie en snelheid zijn niet nodig. Bovendien hebben ze een uitstekende herhaalbaarheid en keren ze nauwkeurig terug naar dezelfde locatie.

Een Motor Shield drijft de twee stappenmotoren aan. Het bevat 4 H-bruggen die het mogelijk maken om zowel de richting als de snelheid van de motoren te regelen. Met behulp van een motorschild vergroten we het aantal vrije pinnen.

Om er zeker van te zijn dat pillen altijd in goede staat zijn, meet een vochtigheids- en temperatuursensor kostbaar de temperatuur en vochtigheid in de dispenser.

Om de gebruiker te informeren dat het tijd is om zijn therapie te nemen, hebben we een alarm gebouwd met een zoemer en een realtime klok. De RTC-module werkt op een batterij en kan de tijd bijhouden, zelfs als we de microcontroller herprogrammeren of de hoofdstroom uitschakelen.

Twee knoppen en een RGB Liquid Crystal Display stellen de gebruiker in staat om met de dispenser te communiceren. De gebruiker kan ook zijn therapie en de uitgiftetijd instellen via een App voor smarphone. Hij kan zijn persoonlijke apparaat koppelen via een Bluetooth-verbinding (een Bluetooth-module is verbonden met Arduino).

Een PIR-sensor detecteert een beweging als de gebruiker zijn medicijn inneemt en geeft een terugkoppeling van de juiste werking van de dispenser. Vanwege zijn grote gevoeligheid en zijn brede detectiebereik, wordt het opzettelijk in sommige richtingen gehinderd om nutteloze metingen te voorkomen.

Stap 3: Productieonderdeel

Hieronder vindt u een gedetailleerde lijst van de onderdelen die door een 3D-printer of door een lasersnijder worden geproduceerd. Alle afmetingen en geometrische aspecten zijn gekozen om een goede afstemming te hebben tussen alle onderdelen met sterke verbindingen en een mooi ontwerp.

De afmetingen en het geometrische aspect kunnen echter worden gewijzigd in overeenstemming met de verschillende doeleinden. In de volgende secties is het mogelijk om de CAD van alle hier vermelde componenten te vinden.

Het oorspronkelijke idee voor het project was met name het creëren van een pillendispenser met meer wielen om de hoogste hoeveelheid en de grootste verscheidenheid aan pillen af te geven. Voor de reikwijdte van de cursus hebben we onze aandacht beperkt tot slechts 2 van hen, maar met kleine aanpassingen aan het ontwerp kunnen meer wielen worden toegevoegd en het doel bereiken. Daarom bieden we u de mogelijkheid om ons ontwerp vrijelijk aan te passen, zodat u, als u het leuk vindt, het kunt veranderen en aanpassen aan uw persoonlijke smaak.

Hier is de lijst van alle 3D-geprinte en lasergesneden onderdelen met de dikte tussen haakjes:

• achterplaat (mdf 4 mm) x1
• bodemplaat (mdf 4 mm) x1
• frontplaat (mdf 4 mm) x1
• zijplaat_geen gat (mdf 4 mm) x1
• laterale plaat_gat (mdf 4 mm) x1
• arduino plaat (mdf 4 mm) x1
• plaat voor verticale sustain (mdf 4 mm) x1
• aansluitplaat (mdf 4 mm) x1
• plaat voor de dop van het wiel (mdf 4 mm) x2
• plaat voor het wiel (mdf 4 mm) x2
• bovenplaat (plexiglas 4 mm) x1
• openingsplaat (mdf 4 mm) x1
• lagerhouder (3d geprint) x2
• dopwiel (3d geprint) x2
• trechter (3d geprint) x1
• trechtervoet (3d geprint) x2
• PIR houder (3d geprint) x1
• plug voor de wieldop (3d geprint) x2
• wiel (3d geprint) x2

Stap 4: Technische tekeningen voor lasersnijden

De montage van de doos is ontworpen om het gebruik van lijm te voorkomen. Hierdoor kan een schoner werk worden gerealiseerd en kan, indien nodig, demontage worden gedaan om enkele problemen op te lossen.

In het bijzonder wordt de montage uitgevoerd door middel van bouten en moeren. In een gat met de juiste geometrie passen een bout aan de ene kant en een moer aan de andere kant perfect in elkaar om een sterke verbinding tussen alle mdf-platen te krijgen. In het bijzonder voor wat betreft de verschillende platen:

• De zijplaat heeft een gat dat is gepositioneerd om de kabel door te laten zodat er een verbinding is tussen de Arduino en de computer.
• De frontplaat heeft 2 openingen. De laagste is bedoeld om te worden gebruikt wanneer de persoon het glas moet nemen waar de pil is afgegeven. De andere wordt gebruikt wanneer het tijd is om bij te vullen. In deze specifieke situatie is er een plug (zie later het ontwerp) die de opening op de dop van het wiel van onderaf kan afsluiten. De positionering van deze dop gebeurt inderdaad door gebruik te maken van deze tweede opening. Zodra de plug is geplaatst, kan de persoon met behulp van de knoppen of de app het wiel één sectie per keer laten draaien en een pil in elke sectie plaatsen.
• De steunplaat is gepositioneerd om een verticale ondersteuning te hebben voor de rails waar het wiel en de kap zijn gepositioneerd om een betrouwbaardere en stijvere structuur te hebben.
• De openingsplaat is ontworpen zoals het woord zegt om het vulmechanisme door de gebruiker te vergemakkelijken
• De bovenplaat, zoals te zien is op de foto, is gemaakt van plexiglas om van buitenaf te kunnen zien wat er binnen gebeurt.

Alle andere platen hebben geen speciale doeleinden, ze zijn ontworpen om alle onderdelen perfect bij elkaar te laten passen. Sommige onderdelen kunnen bepaalde gaten met verschillende afmetingen en geometrie vertonen om alle elektronische dingen (zoals Arduino en motoren) of de 3D-geprinte spullen (zoals de trechter en de PIR-houder) op een goede manier worden aangesloten.

Stap 5: Stap 5: CAD voor de lasergesneden onderdelen

Stap 6: Technische tekeningen voor 3D-printen

De 3D-geprinte onderdelen worden gerealiseerd met behulp van de Ultimakers 2- en Prusa iMK-printers die beschikbaar zijn in het Fablab-laboratorium van de universiteit. Ze zijn vergelijkbaar in die zin dat ze allebei hetzelfde materiaal gebruiken, namelijk PLA (degene die wordt gebruikt voor al onze geprinte onderdelen) en dezelfde afmeting van het mondstuk hebben. Vooral het werk van de Prusa met een dunner filament is gebruiksvriendelijker dankzij de verwijderbare plaat (geen lijm nodig) en de sensor die het niet-platte oppervlak van de basisplaat compenseert.

Alle 3D-geprinte onderdelen worden gerealiseerd met behoud van de standaardinstellingen, behalve voor het wiel waar een infill-materiaaldichtheid van 80% wordt gebruikt om een stijvere as te hebben. Met name bij de eerste poging werd een instrooimateriaaldichtheid van 20% als standaardinstelling gelaten zonder de fout op te merken. Aan het einde van de print was het wiel perfect gerealiseerd maar de as brak meteen. Om het wiel niet opnieuw te printen, aangezien het vrij lang duurt, hebben we besloten om voor een slimmere oplossing te gaan. We hebben besloten om de as opnieuw te bedrukken met een basis die aan het wiel zou worden bevestigd met 4 extra gaten, zoals te zien is in de afbeeldingen.

Hier volgt een specifieke beschrijving van elk onderdeel:

• Lagerhouder: dit onderdeel is gerealiseerd om het lager in een goede positie te houden en te ondersteunen. De lagerhouder is inderdaad gerealiseerd met een gecentreerd gat met de exacte afmeting van de diameter van het lager om een zeer nauwkeurige verbinding te hebben. De 2 vleugels zijn alleen bedoeld om het onderdeel goed op de plaat te bevestigen. Opgemerkt moet worden dat het lager wordt gebruikt om de as van het wiel te ondersteunen die anders zou kunnen buigen.
• Wiel: Het 3D-geprinte vertegenwoordigt bijna de kern van ons project. Het is zo ontworpen dat het zo groot mogelijk is om de maximale hoeveelheid pillen vast te houden, maar tegelijkertijd licht blijft en gemakkelijk kan worden aangedreven door de motoren. Het is bovendien ontworpen met gladde randen rondom zodat er geen pillen blijven plakken. Het heeft met name 14 secties waar het mogelijk is om de pillen toe te wijzen. Het centrale deel, evenals de rand tussen elke sectie, is leeggemaakt om het wiel zo licht mogelijk te houden. Dan is er nog een as met een diameter van 6,4 mm en een lengte van 30 mm die aan de andere kant perfect in het lager past. Ten slotte wordt een sterke verbinding met de motor bereikt door een askoppeling die aan de ene kant is verbonden met het wiel door de 4 gaten die op de afbeelding te zien zijn en aan de andere kant met de stappenmotor.
• Wieldop: De dop van het wiel is zo ontworpen dat de pilletjes die zich eenmaal in het wiel bevinden er niet uit kunnen komen tenzij ze het geopende gedeelte aan de onderkant van het wiel bereiken. Bovendien kan de dop het wiel beschermen tegen de buitenomgeving en een goede opslag garanderen. De diameter is iets groter dan het wiel zelf en heeft 2 hoofdopeningen. Die aan de onderkant is bedoeld om de pil vrij te geven, terwijl die aan de bovenkant wordt gebruikt voor het hervulmechanisme dat eerder is beschreven. Het hoofdgat in het midden is voor het doorlaten van de as van het wiel en de overige 6 gaten worden gebruikt voor de verbinding met de plaat en het lager. Daarnaast zijn aan de onderzijde 2 gaatjes aanwezig waar 2 magneetjes in zijn geplaatst. Zoals hierna beschreven, zullen deze bedoeld zijn om een sterke verbinding met de stekker te hebben.
• Trechter: Het idee van de trechter, zoals duidelijk kan worden geraden, is om de pillen die uit het wiel vallen te verzamelen en ze in het glas op de bodem te verzamelen. Met name voor het afdrukken is het verdeeld in 2 verschillende stappen. Er is het lichaam van de trechter en dan 2 voet die uit elkaar zijn gedrukt, anders zou de bedrukking te veel steunen hebben geïmpliceerd. Voor de eindmontage moeten de 2 delen aan elkaar worden gelijmd.
• PIR-houder: zijn functie is om de PIR in een juiste positie te houden. Het heeft een vierkant gat in de muur om de kabels door te laten en 2 armen om de PIR vast te houden zonder een permanente verbinding.
• Plug: dit kleine onderdeel is ontworpen om het bijvulmechanisme te vergemakkelijken. Zoals eerder vermeld, als het tijd is om bij te vullen, moet de onderkant van de dop van het wiel worden afgesloten door de plug, anders zouden pillen tijdens het bijvullen naar beneden vallen. Om de verbinding met de dop te vergemakkelijken zijn 2 kleine gaatjes en twee magneten aanwezig. Op deze manier is de link met de dop sterk en gebruiksvriendelijk. Het kan met een zeer gemakkelijke taak worden geplaatst en verwijderd.

Stap 7: Stap 7: CAD voor 3D-geprinte onderdelen

Stap 8: Stap 8: Definitieve CAD-assemblage

Stap 9: Tests voor individuele componenten

Er zijn verschillende individuele tests uitgevoerd voordat alle elektronische componenten met elkaar zijn verbonden. De video's vertegenwoordigen met name de tests voor het uitgifte- en bijvulmechanisme, voor de werking van de knop, voor het alarm voor het testen van de leds.

Stap 10: Eindmontage

Het eerste deel van de montage is gewijd aan de montage van het structurele deel van de robot. Op de grondplaat zijn de 2 zijplaten en de frontplaat gezet en de trechter vastgezet. Ondertussen was elk wiel door middel van de askoppeling aan zijn stappenmotor gekoppeld en vervolgens met zijn kap gemonteerd. Daarna is het wieldopsysteem direct op de robot gemonteerd. Op dit punt werden de elektronische componenten op de robot geplaatst. Ten slotte werden de resterende platen geassembleerd om het project te voltooien.

Stap 11: Bedrading van componenten naar Arduino

Stap 12: Stroomschema programmeren

Het volgende stroomschema toont de logica van het programma dat we voor één wiel hebben geschreven.

Stap 13: Programmeren

Stap 14: Verbinding tussen robot-smartphone-applicatie

Zoals gezegd wordt de communicatie met de robot verzekerd door een smartphone-applicatie die via een bluetooth-module met de robot is verbonden. De volgende afbeeldingen geven de werking van de app weer. De eerste vertegenwoordigt het pictogram van de toepassing, terwijl de tweede en de derde respectievelijk het handmatige doseermechanisme en het insteltijdmenu behandelen. In het laatste geval wordt het afgiftemechanisme automatisch uitgevoerd op het door de gebruiker gekozen tijdstip.

Deze applicatie is gebouwd op het Massachusetts Institute of Technology App Inventor (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=en#6211792079552512).