DISTRIBUIDOR AUTOMÁTICO DE PILHAS: 14 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Este é um robô dispensador de comprimidos capaz de fornecer ao paciente a quantidade e o tipo corretos de comprimidos. A dosagem da pílula é realizada automaticamente na hora certa do dia, precedida de um alarme. Quando vazia, a máquina é facilmente recarregada pelo usuário. O mecanismo de dispensação e recarga é controlado por meio de um aplicativo conectado via Bluetooth ao robô e por meio de dois botões.

Grupo de Projeto de Mecatrônica Bruface 2

Membros da equipe: Federico ghezzi

Andrea Molino

Giulia Ietro

Mohammad Fakih

Mouhamad Lakkis

Etapa 1: lista de compras

• Adafruit Motor Shield v2.3 (kit de montagem) - Motor / Stepper / Servo Shield para Arduino
• Sensor de temperatura de umidade Kwmobile
• AZDelivery Carte para Arduino PCM2704 KY-006 Buzzer Passivo
• Relógio em tempo real de entrega AZ, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28byj de 48 DC 5 V 4 Fase de fil de 5 Micro Step com módulo ULN2003 para Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield para Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 caracteres + l'interface I2C
• OfficeTree® 20 Mini ímãs OfficeTree® 20 6x2 mm
• ACOPLADOR DE EIXO POLOLU-1203 UNIVERSAL MOUNTIBG HUB
• Fio jumper de 40 pinos macho-fêmea de 30 cm
• Placa de ensaio sem solda - 830 furos
• USB 2.0 A - B M / M 1,80M
• Pir Motion Sensor para Arduino
• Conjunto de fios de jumper de placa de ensaio AWG com um pino
• R18-25b Push Switch 1p Off- (on)
• L-793id LED 8mm Vermelho Difuso 20mcd
• L-793gd LED 8mm Verde Difuso 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr + Avec Capuchon Bleu
• Interruptor tátil 6x6mm
• 2 charn 70x40 mm
• plast greep com 64 mm
• knop alumínio 12 mm
• ultragel 3gr
• 50 nagels 2x35
• Luz de fundo rgb LCD
• 2 rolamentos de esferas eixo de 6,4 mm
• 2 folhas mdf completas para corte a laser
• 1 peça de plexiglass para corte a laser
• 1 potenciômetro
• Arduino uno

Etapa 2: Dicas Técnicas na Escolha dos Componentes

Os mecanismos de dispensação e recarga requerem grande precisão e poucos movimentos das rodas que contêm os comprimidos. Por esta razão, decidimos usar dois motores de passo.

Os motores de passo são estáveis, podem acionar uma ampla gama de cargas de fricção e inercial, não precisam de feedback. O motor também é um transdutor de posição: não são necessários sensores de posição e velocidade. Além disso, eles têm excelente repetibilidade e retornam ao mesmo local com precisão.

Um escudo do motor aciona os dois motores de passo. Ele contém 4 H-Bridge que permitem controlar a direção e velocidade dos motores. Usando uma blindagem do motor, aumentamos o número de pinos livres.

Para ter certeza de que os comprimidos estão sempre em boas condições, sensores de Umidade e Temperatura medem de forma custosa a temperatura e a umidade dentro do dispensador.

Para avisar ao usuário que é hora de fazer sua terapia, construímos um alarme com uma campainha e um relógio em tempo real. O módulo RTC funciona com bateria e pode controlar o tempo mesmo se reprogramarmos o microcontrolador ou desconectarmos a alimentação principal.

Dois botões e uma tela de cristal líquido RGB permitem ao usuário interagir com o dispensador. O usuário também pode configurar sua terapia e o tempo de dispensação por meio de um App para smarphone. Ele pode conectar seu dispositivo pessoal via conexão Bluetooth (um módulo Bluetooth é conectado ao Arduino).

Um sensor PIR detecta um movimento se o usuário toma seu medicamento e dá um feedback do correto funcionamento do dispensador. Por sua grande sensibilidade e amplo alcance de detecção, é intencionalmente obstaculado em algumas direções para evitar medições inúteis.

Etapa 3: peça de fabricação

A seguir, é fornecida uma lista detalhada das peças que são produzidas pela impressora 3D ou pelo cortador a laser. Todas as dimensões e aspectos geométricos são escolhidos de forma a ter uma correspondência adequada entre todas as peças com conexões fortes, bem como um design bonito.

No entanto, as dimensões e o aspecto geométrico podem ser alterados de acordo com os diferentes propósitos. Nas próximas seções é possível encontrar o CAD de todos os componentes listados aqui.

Em particular, a ideia inicial do projeto era criar um dispensador de comprimidos com mais rodas para dispensar a maior quantidade e a maior variedade de comprimidos. Para o escopo do curso, limitamos nossa atenção a apenas 2 deles, mas com poucas modificações no design, mais rodas podem ser adicionadas e atingir o objetivo. É por isso que lhe damos a possibilidade de modificar livremente o nosso design para que, caso goste, possa alterá-lo e adaptá-lo a qualquer gosto pessoal.

Aqui está a lista de todas as peças impressas em 3D e cortadas a laser com a espessura entre parênteses:

• placa traseira (mdf 4 mm) x1
• placa de base (mdf 4 mm) x1
• placa frontal (mdf 4 mm) x1
• placa lateral_ sem orifício (mdf 4 mm) x1
• placa lateral_hole (mdf 4 mm) x1
• placa arduino (mdf 4 mm) x1
• placa para sustentação vertical (mdf 4 mm) x1
• placa do conector (mdf 4 mm) x1
• placa para a tampa da roda (mdf 4 mm) x2
• placa para a roda (mdf 4 mm) x2
• placa superior (plexiglass 4 mm) x1
• placa de abertura (mdf 4 mm) x1
• suporte de rolamento (impresso em 3D) x2
• roda de tampa (impressão em 3D) x2
• funil (impresso em 3D) x1
• pé de funil (impresso em 3D) x2
• Suporte PIR (impresso em 3D) x1
• plugue para a tampa da roda (impresso em 3D) x2
• roda (impresso em 3D) x2

Etapa 4: Desenhos Técnicos para Corte a Laser

A montagem da caixa é projetada de forma a evitar o uso de cola. Isso permite realizar um trabalho mais limpo e, se necessário, pode ser feita a desmontagem para corrigir alguns problemas.

Em particular, a montagem é realizada por meio de parafusos e porcas. Em um furo de geometria adequada, um parafuso de um lado e uma porca do outro lado, encaixam-se perfeitamente para ter uma conexão forte entre todas as placas mdf. Em particular no que diz respeito às várias placas:

• A placa lateral possui um orifício posicionado de forma a permitir a passagem do cabo e a conexão entre o Arduino e o computador.
• A placa frontal possui 2 aberturas. O mais baixo destina-se a ser utilizado quando a pessoa tem de levar o copo onde o comprimido foi dispensado. O outro é usado na hora de reabastecer. Nesta situação particular, existe um tampão (veja mais tarde o desenho) que pode fechar a abertura na tampa da roda por baixo. O posicionamento desta tampa é de fato realizado explorando esta segunda abertura. Uma vez que o plugue é posicionado, usando os botões ou o aplicativo, a pessoa pode deixar a roda girar uma seção de cada vez e colocar um comprimido em cada seção.
• A placa de sustentação é posicionada de forma a ter um suporte vertical para os trilhos onde a roda e a tampa são posicionadas de forma a ter uma estrutura mais confiável e rígida.
• A placa de abertura é projetada como a palavra diz, a fim de facilitar o mecanismo de recarga pelo usuário
• A placa superior, como pode ser visto na foto, é feita em plexiglass para permitir a visão de fora do que está acontecendo lá dentro.

Todas as outras placas não têm nenhum propósito especial, elas são projetadas para permitir que todas as peças se encaixem perfeitamente. Algumas peças podem apresentar orifícios particulares com dimensões e geometrias diferentes para permitir que todo o material eletrônico (como Arduino e motores) ou o material impresso em 3D (como o funil e o suporte PIR) para ser conectado de forma adequada.

Etapa 5: Etapa 5: CAD para as peças cortadas a laser

Etapa 6: Desenhos Técnicos para Impressão 3D

As peças impressas em 3D são realizadas nas impressoras Ultimakers 2 e Prusa iMK disponíveis no laboratório Fablab da Universidade. São semelhantes no sentido de que ambos utilizam o mesmo material que é o PLA (o utilizado para todas as nossas peças impressas) e têm a mesma dimensão do bico. Em particular os Prusa's funcionam com um filamento mais fino, são mais fáceis de usar graças à placa removível (não há necessidade de usar a cola) e ao sensor que compensa a superfície não plana da placa de base.

Todas as peças impressas em 3D são realizadas deixando as configurações padrão, exceto para a roda onde uma densidade de material de enchimento de 80% é usada para ter um eixo mais rígido. Em particular na primeira tentativa, uma densidade de material de enchimento de 20% foi deixada como uma configuração padrão sem notar o erro. No final da impressão a roda estava perfeitamente realizada, mas o eixo quebrou imediatamente. Para não reimprimir novamente a roda, já que leva muito tempo, decidimos ir por uma solução mais inteligente. Decidimos apenas reimprimir o eixo com uma base que seria fixada na roda com 4 furos adicionais como se verá nas figuras.

Aqui segue uma descrição particular de cada componente:

• Suporte de rolamento: este componente é realizado para segurar e apoiar o rolamento em uma posição adequada. O suporte do rolamento, de fato, é realizado com um furo centralizado com a dimensão exata do diâmetro do rolamento de modo a ter uma conexão muito precisa. As 2 asas destinam-se apenas a ter uma fixação adequada do componente na placa. Deve-se observar que o rolamento é usado para sustentar o eixo da roda que, de outra forma, poderia dobrar.
• Roda: A impressão em 3D representa quase o cerne do nosso projeto. Ele é projetado de forma a ser o maior possível para conter o máximo de comprimidos, mas ao mesmo tempo é leve e fácil de ser acionado pelos motores. Além disso, foi projetado com bordas lisas em toda a volta para não ter os comprimidos presos. Tem em particular 14 secções onde é possível distribuir os comprimidos. A parte central, assim como a borda entre cada seção, foi esvaziada para deixar a roda o mais leve possível. Depois, há um eixo de 6,4 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento que pode se encaixar perfeitamente no rolamento do outro lado. Finalmente uma forte conexão com o motor é conseguida por um acoplador de eixo conectado de um lado com a roda pelos 4 orifícios que podem ser vistos na foto e do outro lado com o motor de passo.
• Tampa da roda: A tampa da roda é projetada de forma que os comprimidos, uma vez dentro da roda, não possam sair dela, a menos que alcancem a seção aberta na parte inferior da roda. Além disso, a tampa pode proteger a roda do ambiente externo garantindo um armazenamento adequado. Seu diâmetro é um pouco maior que o da própria roda e tem 2 aberturas principais. O da parte inferior é destinado a liberar a pílula, enquanto o da parte superior é usado para o mecanismo de recarga previamente detalhado. O furo principal no centro é para deixar passar o eixo da roda e os 6 furos restantes são usados para a conexão com a placa e o rolamento. Além disso, no lado inferior, 2 orifícios estão presentes onde 2 pequenos ímãs são colocados. Conforme detalhado a seguir, eles devem ter uma conexão forte com o plugue.
• Funil: A ideia do funil, como se pode adivinhar claramente, é recolher os comprimidos que caem da roda e recolhê-los no copo do fundo. Em particular para a sua impressão, foi dividido em 2 etapas diferentes. Há o corpo do funil e, em seguida, 2 pés que foram impressos separados, caso contrário, a impressão teria implicado muitos suportes. Para a montagem final, as 2 peças devem ser coladas.
• Suporte PIR: sua função é manter o PIR em uma posição adequada. Possui um orifício quadrado na parede para permitir a passagem dos cabos e 2 braços para segurar o PIR sem junta permanente.
• Plug: este pequeno componente foi desenhado de forma a facilitar o mecanismo de recarga. Conforme mencionado anteriormente, na hora de reabastecer, o fundo da tampa da roda deve ser fechado pelo tampão, caso contrário, os comprimidos durante a recarga cairiam. Para facilitar sua conexão com a tampa 2 pequenos furos e dois ímãs estão presentes. Desta forma, a ligação com a tampa é forte e fácil de usar. Ele pode ser colocado em posição e removido com uma tarefa muito fácil.

Etapa 7: Etapa 7: CAD para peças impressas em 3D

Etapa 8: Etapa 8: Montagem final do CAD

Etapa 9: Testes para componentes individuais

Vários testes individuais foram realizados antes de conectar todos os componentes eletrônicos. Em particular, os vídeos representam os testes para mecanismo de dispensação e recarga, para o funcionamento do botão, para o alarme para o teste de leds.

Etapa 10: Montagem final

A primeira parte da montagem foi dedicada à montagem da parte estrutural do robô. Na placa de base, as 2 placas laterais e a placa frontal foram colocadas e o funil foi fixado. Nesse ínterim, cada roda foi ligada ao seu motor de passo por meio do acoplador de eixo e, em seguida, montada com sua tampa. Posteriormente, o sistema de tampa de roda foi montado diretamente no robô. Neste ponto, os componentes eletrônicos foram configurados no robô. Por fim, as placas restantes foram montadas para completar o projeto.

Etapa 11: conectando componentes ao Arduino

Etapa 12: Fluxograma do Programa

O fluxograma a seguir mostra a lógica do programa que escrevemos, para uma roda.

Etapa 13: Programação

Etapa 14: Conexão Robô - Aplicativo para Smartphone

Como já foi dito, a comunicação com o robô é garantida por um aplicativo para smartphone conectado ao robô por meio de um módulo bluetooth. As imagens a seguir representam o funcionamento do aplicativo. O primeiro representa o ícone do aplicativo, enquanto o segundo e o terceiro tratam do mecanismo de dispensação manual e do menu de configuração do tempo respectivamente. Neste último caso, o mecanismo de dispensação é executado automaticamente no momento selecionado pelo usuário.

Este aplicativo foi desenvolvido no Massachusetts Institute of Technology App Inventor (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=en#6211792079552512).