O dispensador automático de pílulas: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Somos os primeiros alunos de mestrado em engenharia eletromecânica na Faculdade de Engenharia de Bruxelas (em suma, "Bruface"). Esta é uma iniciativa de duas universidades localizadas no centro de Bruxelas: a Université Libre de Bruxelles (ULB) e a Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Como parte do programa, tivemos que fazer um sistema mecatrônico real funcional para o curso de Mecatrônica.

Nos cursos teóricos, aprendemos como os diferentes componentes devem ser combinados em aplicações reais. Depois disso, tivemos uma introdução sobre os fundamentos de um microcontrolador Arduino e como controlar um sistema mecatrônico. O objetivo do curso era ser capaz de projetar, produzir e programar sistemas mecatrônicos.

Tudo isso deve ser feito em grupo. Nosso grupo era uma equipe internacional composta por dois estudantes chineses, dois estudantes belgas e um estudante camaronês.

Em primeiro lugar, queremos expressar nossos agradecimentos pelo apoio de Albert De Beir e do Professor Bram Vanderborght.

Como grupo, decidimos enfrentar um problema social relevante. À medida que o envelhecimento da população se torna um problema global, a carga de trabalho de cuidadores e enfermeiras torna-se muito grande. À medida que as pessoas envelhecem, muitas vezes precisam tomar mais medicamentos e vitaminas. Com um dispensador automático de pílulas, é possível para idosos distraídos lidar com essa tarefa por mais tempo por conta própria. Com isso, cuidadores e enfermeiras podem ter mais tempo para gastar com pacientes mais dependentes.

Também seria muito útil para quem às vezes é um pouco esquecido e não se lembra de tomar os comprimidos.

Assim, o sistema mecatrônico deve fornecer uma solução que lembre o usuário de tomar seus comprimidos e também os dispensa. Também preferimos que o dispensador automático de pílulas seja fácil de usar, a fim de permitir o uso de todos: independentemente da idade!

Etapa 1: Materiais

Carcaça:

• Mdf: 4 mm de espessura para a caixa interna
• Mdf: 3 e 6 mm de espessura para a caixa externa

conjunto

• Parafusos e porcas (M2 e M3)
• Rolamento de esferas pequeno

Microcontrolador:

Arduino UNO [link do pedido]

Partes eletrônicas

• Placa de circuito em branco [link do pedido]
• Servo motor pequeno 9g [link para pedido]
• Motor DC pequeno 5V [link do pedido]
• Transistor: BC 237 (transistor bipolar NPN) [link para pedido]
• Diodo 1N4001 (Tensão Inversa de Pico de 50V) [Link do pedido]
• Campainha passiva: Transducteur piezo
• LCD1602

• Resistores:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Emissor infravermelho
• Detector infravermelho

Etapa 2: caixa interna

A caixa interna pode ser vista como a caixa que contém todos os componentes mecânicos e eletrônicos internos. Consiste em 5 placas de MDF de 4 mm cortadas a laser nas formas corretas. Há também uma sexta placa opcional que pode ser adicionada. Esta sexta peça opcional tem formato quadrado e pode ser usada como tampa. As 5 placas (o fundo e os quatro lados) são projetadas em forma de quebra-cabeça para que se encaixem perfeitamente umas nas outras. A sua montagem pode ser reforçada com parafusos. Os planos já possuem os furos onde as outras peças devem se encaixar ou onde os parafusos devem ser colocados.

Etapa 3: Mecanismo Interno

O MECANISMO DE DISTRIBUIÇÃO

Mecanismo

Nosso mecanismo de distribuição de comprimidos é o seguinte: o usuário coloca os comprimidos no compartimento de armazenamento na parte superior da caixa. Conforme a placa inferior desse compartimento é inclinada, os comprimidos deslizam automaticamente para o primeiro tubo, onde se acumulam. Sob este tubo há um cilindro com um pequeno orifício onde apenas um comprimido se encaixa perfeitamente. Este pequeno orifício está localizado logo abaixo do tubo de forma que os comprimidos se amontoem acima dele, enquanto o primeiro comprimido fica no orifício do cilindro. Quando uma pílula precisa ser tomada, o cilindro (com a pílula dentro) gira 120 graus para que a pílula no cilindro caia em um segundo cilindro. Este segundo cilindro é onde está localizado um sensor que detecta se um comprimido realmente caiu do cilindro. Isso serve como sistema de feedback. Este tubo tem um lado que se destaca mais alto do que o outro. Isso ocorre porque esse lado evita que o comprimido caia no segundo tubo e, assim, ajuda a garantir que o comprimido caia no tubo e seja detectado pelo sensor. Embaixo desse tubo está localizado um pequeno slide de modo que o comprimido de drenagem deslize pelo orifício na frente da caixa interna.

Todo esse mecanismo precisa de várias partes:

• Peças cortadas a laser

  1. A placa inclinada inferior do compartimento de armazenamento.
  2. As placas laterais inclinadas do compartimento de armazenamento

• Peças impressas em 3D

  1. O tubo superior
  2. O cilindro
  3. O eixo
  4. O tubo inferior (veja o tubo inferior e o compartimento do sensor)
  5. O deslize

• Outras Partes

  Rolamento

Todos os arquivos de nossas peças que são necessários para corte a laser ou impressão 3D podem ser encontrados abaixo.

Diferentes peças e sua montagem

AS PLACAS DE COMPARTIMENTO DE ARMAZENAMENTO

O compartimento de armazenamento consiste em três placas que cortam a laser. Essas placas podem ser montadas e conectadas entre si e com a caixa interna, pois possuem alguns orifícios e pequenas peças destacadas. Isso é para que todos se encaixem como um quebra-cabeça! Os furos e peças sobressalentes já estão adicionados aos arquivos CAD, pode-se usar o corte a laser.

TUBO SUPERIOR

O tubo superior é conectado apenas a um lado da caixa interna. Ele é conectado com a ajuda de uma placa que é fixada nele (está incluído no desenho CAD para a impressão 3D).

ROLAMENTO DE CILINDRO E ROLO

O cilindro é conectado a 2 lados da caixa. Por um lado, está conectado ao servo motor que induz o movimento giratório quando um comprimido tem que cair. Por outro lado, O TUBO INFERIOR E COMPARTIMENTO DO SENSOR

Detectar é uma ação importante quando se trata de dispensar comprimidos. Devemos ser capazes de obter a confirmação de que um comprimido alocado foi tomado pelo paciente no momento apropriado. Para obter essa funcionalidade, é importante considerar as várias etapas do projeto.

Escolha dos componentes de detecção corretos:

A partir do set quando o projeto foi validado, tivemos que buscar um componente apropriado que confirmaria a passagem de um comprimido da caixa. Sabendo que os sensores podem ser úteis para esta ação, o principal desafio foi saber o tipo que será compatível com o projeto. O primeiro componente que encontramos foi um fotointeruptor composto de um emissor de infravermelho e um diodo de fototransistor de infravermelho. O slot PCB HS 810 de 25/64 '' fotointeruptor foi uma solução devido à sua compatibilidade fazendo-nos evitar o possível problema de configuração de ângulo. Decidimos não usar isto devido à sua geometria, será difícil incorporar com o bico. A partir de algum projeto relacionado, vimos que é possível usar um emissor de IR com um detector de IR com menos outros componentes como um sensor. Esses componentes IR podem ser encontrados em várias formas.

Impressão 3D do bico de pílula que perfura o sensor

Podendo separar os principais componentes a serem utilizados como sensor, chegou a hora de verificar como eles serão colocados no bico. O bico tem um diâmetro interno de 10 mm para a passagem livre do comprimido do cilindro rotativo. Pela folha de dados dos elementos sensores, percebemos que a introdução de orifícios em torno da superfície do bico correspondente à dimensão do componente será uma vantagem adicional. Esses orifícios devem ser colocados em qualquer ponto ao longo da superfície? não porque para atingir a detecção máxima, a angularidade precisa ser avaliada. Imprimimos um protótipo com base nas especificações acima e verificamos a capacidade de detecção.

Avaliando o possível ângulo de feixe e ângulo de detecção

A partir da folha de dados dos componentes do sensor, o feixe e o ângulo de detecção são de 20 graus, o que significa que tanto a luz emissora quanto o detector têm um amplo intervalo de 20 graus. Embora essas sejam especificações do fabricante, ainda é importante testar e confirmar. Isso foi feito simplesmente brincando com os componentes, introduzindo uma fonte DC ao lado de um LED. A conclusão a que se chegou foi colocá-los frente a frente.

conjunto

O design de impressão 3D do tubo possui uma placa conectada a ele com 4 orifícios. Esses orifícios são usados para conectar o tubo à caixa interna usando parafusos.

Etapa 4: Mecanismo interno de eletrônicos

Mecanismo de distribuição:

O mecanismo de distribuição é conseguido usando um pequeno servomotor para a rotação do grande cilindro.

O pino de acionamento para o servo motor 'Reely Micro-servo 9g' é conectado diretamente ao microcontrolador. O microcontrolador Arduino Uno pode ser facilmente usado para o controle do servo motor. Isso por causa da existência de uma biblioteca embutida para ações servo motoras. Por exemplo, com o comando 'escrever', os ângulos desejados de 0 ° e 120 ° podem ser alcançados. (Isso é feito no código do projeto com 'servo.write (0)' e 'servo.write (120)').

Vibrador:

Motor DC sem escova pequeno com desequilíbrio

Este desequilíbrio é obtido com um pedaço de plástico que conecta o eixo do motor com um pequeno parafuso e porca.

O motor é acionado por um pequeno transistor, isso é feito porque o pino digital não pode fornecer correntes superiores a 40,0 mA. Fornecendo a corrente do pino Vin do microcontrolador Arduino Uno, pode-se atingir correntes de até 200,0 mA. Isso é o suficiente para alimentar o pequeno motor CC.

Quando a alimentação do motor é interrompida abruptamente, você obtém um pico de corrente devido à auto-indutância do motor. Assim, um diodo é colocado sobre as conexões do motor para evitar o refluxo da corrente que pode danificar o microcontrolador.

sistema de sensor:

Usando um diodo emissor de infravermelho (LTE-4208) e um diodo detector de infravermelho (LTR-320 8) conectado ao microcontrolador Arduino Uno para confirmar a passagem de um comprimido. Uma vez que um comprimido caia, ele sombreia a luz do diodo emissor de infravermelho em um curto período de tempo. Usando um pino analógico do arduino, obteríamos essas informações.

para detecção:

analogRead (A0)

Etapa 5: Caixa Externa

• Tamanho: 200 x 110 x 210 mm

• Material: placa de fibra de média densidade

  Espessura da folha: 3 mm 6 mm

• Método de processamento: corte a laser

Para o caso externo, usamos diferentes tipos de espessuras devido a erros de corte a laser. Escolhemos os de 3 mm e 6 mm para garantir que todas as folhas podem ser combinadas de forma justa.

Quanto ao tamanho, considerando o espaço para a caixa interna e dispositivos eletrônicos, a largura e a altura da caixa externa são bem maiores do que a interna. O comprimento é muito maior para permitir espaço para os dispositivos eletrônicos. Além disso, para garantir que os comprimidos possam cair facilmente da caixa, mantivemos o estojo interno e o externo bem próximos.

Etapa 6: Eletrônica Externa

Para a eletrônica externa, tivemos que deixar nosso robô interagir com as pessoas. Para isso, escolhemos um LCD, uma campainha, um LED e 5 botões como nossos componentes. Esta parte do dispensador de pílulas funciona como um despertador. Se não for o momento certo para tomar os comprimidos, o LCD exibirá apenas a hora e a data. Quando o paciente precisar tomar um comprimido, o led acenderá, a campainha tocará música e o display mostrará “Desejo saúde e felicidade”. Também podemos usar a parte inferior da tela para alterar a hora ou a data.

Habilitar LCD

Usamos o LCD-1602 para conectar diretamente ao microcontrolador e usamos a função: LiquidCrystal lcd para habilitar o LCD.

Campainha

Escolhemos uma campainha passiva que pode reproduzir sons de diferentes frequências.

Para que a campainha tocasse as músicas "City of the Sky" e "Happy Acura", definimos quatro arranjos. Duas das quais são chamadas de "tune", que armazenam as informações das notas das duas músicas. As outras duas matrizes foram chamadas de "Duration". Essas matrizes armazenam o ritmo.

Em seguida, construímos um loop que reproduz música, que você pode ver no código-fonte.

Cronometragem

Escrevemos uma série de funções para o segundo, minuto, hora, data, mês, semana e ano.

Usamos a função: millis () para calcular o tempo.

Usando três botões, 'selecionar', 'mais' e 'menos', a hora pode ser alterada.

Como todos sabemos, se quisermos controlar algum componente, precisamos usar os pinos do arduino.

Os pinos que usamos foram os seguintes:

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

Bruzzer: pino 10

Servo motor: Pino 11

Motor para vibração: Pin12

Sensor: A0

Botão1 (s): A1

Botão2 (mais): A2

Botão3 (menos): A3

Button4 (tomar os comprimidos): A4

LED: A5

Etapa 7: Montagem Total

Por fim, obtemos a montagem total conforme a imagem mostrada acima. Usamos cola em alguns lugares para ter certeza de que está firme o suficiente. Em alguns locais no interior da máquina também usamos fita adesiva e parafusos para torná-la forte o suficiente. O arquivo. STEP de nossos desenhos CAD pode ser encontrado na parte inferior desta etapa.

Etapa 8: Carregando o código

Etapa 9: Epílogo

A máquina é capaz de alertar o usuário para tomar o remédio e entregar a quantidade certa de comprimidos. No entanto, após uma discussão com um farmacêutico qualificado e experiente, há algumas observações a fazer. Um primeiro problema é a contaminação dos comprimidos que ficam expostos durante muito tempo ao ar do recipiente, logo a qualidade e eficácia diminuirão. Normalmente os comprimidos devem ser acondicionados em um recipiente fechado em um comprimido de alumínio. Além disso, quando o usuário dispensa durante um certo tempo a pílula A e depois precisa dispensar a pílula B, é bastante complexo limpar a máquina para garantir que não haja partículas da pílula A contaminando a pílula B.

Essas observações fornecem uma visão crítica da solução que esta máquina oferece. Portanto, mais pesquisas são necessárias para combater essas deficiências …

Etapa 10: Referências

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Detectores óticos. Departamento de Engenharia Mecânica de Energia, Universidade Nacional de Tsing Hua.