Otomatik Hap Dağıtıcı: 10 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Brüksel Mühendislik Fakültesi'nde (kısaca "Bruface") Elektro-mekanik mühendisliğinin ilk Yüksek Lisans öğrencileriyiz. Bu, Brüksel'in merkezinde bulunan iki üniversitenin bir girişimidir: Université Libre de Bruxelles (ULB) ve Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Programın bir parçası olarak Mekatronik dersi için gerçek bir çalışan mekatronik sistemi yapmamız gerekiyordu.

Teorik derslerde farklı bileşenlerin gerçek uygulamalarda nasıl birleştirilmesi gerektiğini öğrendik. Daha sonra Arduino mikrodenetleyicinin temelleri ve mekatronik sistemin nasıl kontrol edileceği hakkında bir giriş yaptık. Dersin amacı mekatronik sistem tasarlamak, üretmek ve programlayabilmektir.

Bunların hepsi grup halinde yapılmalıdır. Grubumuz iki Çinli öğrenci, iki Belçikalı öğrenci ve bir Kamerunlu öğrenciden oluşan uluslararası bir ekipti.

Öncelikle Albert De Beir ve Profesör Bram Vanderborght'a verdikleri destek için teşekkürlerimizi sunmak istiyoruz.

Grup olarak toplumsal bir sorunu çözmeye karar verdik. Yaşlanan nüfus küresel bir sorun haline geldikçe, bakıcıların ve hemşirelerin iş yükü çok büyük hale geliyor. İnsanlar yaşlandıkça, genellikle daha fazla ilaç ve vitamin almak zorunda kalıyorlar. Otomatik bir hap dağıtıcısı ile dalgın yaşlıların bu görevle bağımsız olarak biraz daha uzun süre başa çıkması mümkündür. Bu sayede bakım verenler ve hemşireler daha çok bağımlı hastalara daha fazla zaman ayırabilmektedir.

Ayrıca zaman zaman biraz unutkan olan ve ilaçlarını almayı hatırlamayan herkes için çok kullanışlı olacaktır.

Bu nedenle mekatronik sistem, kullanıcıya haplarını almasını hatırlatan ve aynı zamanda hapları dağıtan bir çözüm sunmalıdır. Ayrıca, otomatik hap dağıtıcısının, yaşı ne olursa olsun herkesin kullanmasını sağlamak için kullanıcı dostu olmasını tercih ediyoruz!

Adım 1: Malzemeler

kasa:

• Mdf: İç kasa için 4 mm kalınlık
• Mdf: Dış kasa için 3 ve 6 mm kalınlık

toplantı

• Cıvata ve somunlar (M2 ve M3)
• Küçük bilyalı rulman

Mikrodenetleyici:

Arduino UNO [Sipariş bağlantısı]

Elektronik parçalar

• Boş devre kartı [Sipariş bağlantısı]
• Küçük Servo motor 9g [Sipariş bağlantısı]
• Küçük DC motor 5V [Sipariş bağlantısı]
• Transistör: BC 237 (NPN bipolar transistör) [Sipariş bağlantısı]
• Diyot 1N4001 (50V Tepe Ters Voltaj) [Sipariş bağlantısı]
• Pasif zil: Dönüştürücü piezo
• LCD1602

• Dirençler:

  • 1 x 270 ohm
  • 1 x 330 ohm
  • 1 x 470 ohm
  • 5 x 10k ohm
• Kızılötesi yayıcı
• Kızılötesi dedektör

Adım 2: İç Kasa

İç kasa, tüm iç mekaniği ve elektroniği içeren kutu olarak görülebilir. Doğru şekillerde lazerle kesilmiş 4 mm MDF'den 5 plakadan oluşur. Ayrıca ekleyebileceğiniz isteğe bağlı bir altıncı plaka da vardır. Bu isteğe bağlı altıncı parça kare bir şekle sahiptir ve kapak olarak kullanılabilir. 5 tabak (alt ve dört kenar) birbirine tam oturacak şekilde yapboz şeklinde tasarlanmıştır. Montajları vidalar kullanılarak güçlendirilebilir. Uçaklarda zaten diğer parçaların sığması gereken veya cıvataların yerleştirilmesi gereken delikler var.

Adım 3: İç Mekanizma

DAĞITMA MEKANİZMASI

mekanizma

Hap dağıtma mekanizmamız şu şekildedir: kullanıcı hapları kutunun üst kısmındaki saklama bölmesine koyar. Bu bölmenin alt plakası eğimli olduğundan, haplar otomatik olarak üst üste yığılacakları ilk tüpe kayar. Bu tüpün altında, içine sadece bir hapın tam olarak oturduğu küçük bir deliği olan bir silindir vardır. Bu küçük delik, tüpün hemen altında yer alır, böylece haplar üstte yığılırken, ilk hap silindirin deliğine uzanır. Bir hap alınması gerektiğinde, silindir (içinde bir hap varken) 120 derece döner, böylece silindirdeki hap ikinci bir silindire düşer. Bu ikinci silindir, bir hapın silindirden gerçekten düşüp düşmediğini tespit eden bir sensörün bulunduğu yerdir. Bu geri bildirim sistemi olarak hizmet eder. Bu tüpün bir tarafı diğerinden daha yükseğe yapışır. Bunun nedeni, bu tarafın hapın ikinci tüpün üzerine düşmesini engellemesi ve böylece hapın tüpe düşmesinin ve sensör tarafından algılanmasının garanti altına alınmasına yardımcı olmasıdır. Bu tüpün altında, damlatma hapının iç kutunun önündeki delikten kayacağı şekilde küçük bir sürgü bulunur.

Bu mekanizmanın tamamı birkaç parçaya ihtiyaç duyar:

• Lazer kesim parçalar

  1. Saklama bölmesinin alt eğimli plakası.
  2. Saklama bölmesinin yan eğimli plakaları

• 3D baskılı parçalar

  1. üst tüp
  2. silindir
  3. Eksen
  4. Alt boru (alt boruya ve sensör bölmesine bakın)
  5. Slayt

• Diğer bölümler

  Rulman

Lazer kesim veya 3D baskı için gerekli olan parçalarımızın tüm dosyalarına aşağıdan ulaşabilirsiniz.

Farklı parçalar ve bunların montajı

SAKLAMA BÖLÜM PLAKALARI

Saklama bölmesi, lazerle kesilen üç plakadan oluşur. Bu plakalar, bazı delikleri ve göze çarpan küçük parçaları olduğu için birbirine ve iç kutuya monte edilebilir ve bağlanabilir. Bu, hepsinin bir yapboz gibi birbirine uyması için! Delikler ve göze çarpan parçalar CAD dosyalarına zaten eklenmiştir, lazerle kesilebilir.

ÜST TÜP

Üst boru, iç kutunun sadece bir tarafına bağlanır. Üzerine yapıştırılan bir plaka yardımı ile bağlanır (3D baskı için CAD çiziminde bulunur).

SİLİNDİR & RULMAN

Silindir kutunun 2 tarafına bağlanmıştır. Bir tarafta, bir hapın düşmesi gerektiğinde dönme hareketini sağlayan servo motora bağlıdır. Diğer tarafta, o

ALT BORU VE SENSÖR BÖLÜMÜ

Hap dağıtımı söz konusu olduğunda algılama önemli bir eylemdir. Hasta tarafından uygun bir zamanda tahsis edilen bir hapın alındığına dair bir onay alabilmemiz gerekir. Bu işlevselliği elde etmek için çeşitli tasarım adımlarını dikkate almak önemlidir.

Doğru algılama bileşenlerinin seçilmesi:

Proje onaylandığında sette, kutudan bir hapın geçişini onaylayacak uygun bileşeni aramak zorunda kaldık. Sensörlerin bu eylem için yararlı olabileceğini bilmek, asıl zorluk tasarımla uyumlu olacak türü bilmekti. Bulduğumuz ilk bileşen, bir IR yayıcı ve IR fototransistör diyotundan oluşan bir foto kesiciydi. 25/64” yuvalı PCB HS 810 fotointeruptor, uyumluluğu nedeniyle olası açı konfigürasyonu probleminden kaçınmamızı sağlayan bir çözümdü. Bunu geometrisi nedeniyle kullanmamaya karar verdik, nozul ile birleştirmek zor olacak. İlgili bazı projelerden, sensör olarak daha az bileşen içeren bir IR dedektörlü bir IR yayıcı kullanmanın mümkün olduğunu gördük. Bu IR bileşenleri çeşitli şekillerde bulunabilir.

Sensöre delik açan hap nozülünün 3D baskısı

Sensör olarak kullanılacak ana parçayı ayırt edebildikten sonra sıra bunların nozul üzerine nasıl yerleştirileceğini kontrol etmeye geldi. Nozul, hapın dönen silindirden serbest geçişi için 10 mm'lik bir iç çapa sahiptir. Algılama elemanlarının veri sayfası ile, bileşenin boyutuna karşılık gelen meme yüzeyinin etrafına delikler açmanın ek bir avantaj olacağını fark ettik. Bu delikler yüzey boyunca herhangi bir noktada yer almalı mı? hayır çünkü maksimum algılama elde etmek için açısallığın değerlendirilmesi gerekir. Yukarıdaki özelliklere göre bir prototip yazdırdık ve tespit edilebilirliği kontrol ettik.

Olası ışın açısı ve algılama açısının değerlendirilmesi

Sensör bileşenlerinin veri sayfasından, ışın ve algılama açısı 20 derecedir, bu, hem yayılan ışığın hem de dedektörün 20 derecelik geniş bir açıklığa sahip olduğu anlamına gelir. Bunlar üretici spesifikasyonları olsa da, test etmek ve onaylamak yine de önemlidir. Bu, bir LED'in yanında bir DC kaynağı tanıtan bileşenlerle basitçe oynanarak yapıldı. Varılan sonuç, onları karşı karşıya yerleştirmekti.

toplantı

Tüpün 3D baskı tasarımı, kendisine 4 delik ile bağlı bir plakaya sahiptir. Bu delikler boruyu civatalar kullanarak iç kasaya bağlamak için kullanılır.

Adım 4: Elektronik İç Mekanizması

Dağıtım mekanizması:

Dağıtım mekanizması, büyük silindirin dönüşü için küçük bir servo motor kullanılarak elde edilir.

'Reely Micro-servo 9g' servo motorun tahrik pimi doğrudan mikrodenetleyiciye bağlanır. Mikrodenetleyici Arduino Uno, servo motorun kontrolü için kolaylıkla kullanılabilir. Bunun nedeni, servo motor eylemleri için yerleşik kitaplığın varlığıdır. Örneğin 'yaz' komutu ile istenen 0° ve 120° açılara ulaşılabilir. (Bu, proje kodunda 'servo.write(0)' ve 'servo.write(120)' ile yapılır).

Vibratör:

Dengesiz küçük fırçasız DC motor

Bu dengesizlik, motor eksenini küçük cıvata ve somun ile birleştiren plastik parça ile sağlanmaktadır.

Motor küçük bir transistör tarafından çalıştırılır, bu, dijital pinin 40.0 mA'dan daha yüksek akımlar iletememesi nedeniyle yapılır. Arduino Uno mikrodenetleyicisinin Vin pininden akım sağlanarak 200.0 mA'e kadar akımlara ulaşılabilir. Bu, küçük DC motora güç sağlamak için yeterlidir.

Motor gücü aniden durduğunda, motorun öz endüktansı nedeniyle bir akım tepe noktası elde edersiniz. Böylece akımın mikrodenetleyiciye zarar verebilecek bu geri akışını önlemek için motor bağlantılarının üzerine bir diyot yerleştirilir.

sensör sistemi:

Bir hapın geçişini doğrulamak için Arduino Uno mikro denetleyicisine bağlı bir kızılötesi yayıcı diyot (LTE-4208) ve bir kızılötesi dedektör diyot (LTR-320 8) kullanma. Bir hap düştüğünde, kısa sürede kızılötesi yayıcı diyotun ışığını gölgeleyecektir. Arduino'nun bir analog pinini kullanarak bu bilgiyi alırız.

algılama için:

analogOkuma(A0)

Adım 5: Dış Kasa

• Boyut: 200 x 110 x 210 mm
• Malzeme: orta yoğunluklu sunta

  Sac kalınlığı: 3 mm 6 mm

• İşleme yöntemi: lazer kesim

Dış kasa için lazer kesim hatalarından dolayı farklı kalınlıklar kullandık. Tüm levhaların sıkıca birleştirilebilmesini sağlamak için 3 mm ve 6 mm'yi seçiyoruz.

Boyut olarak, iç kasa ve elektronik cihazlar için alan göz önüne alındığında, dış kasanın genişliği ve yüksekliği, iç kasadan biraz daha büyüktür. Elektronik cihazlar için alan sağlamak için uzunluk çok daha uzundur. Ayrıca hapların kutudan kolayca düşmesini sağlamak için iç ve dış kasayı çok yakın tuttuk.

Adım 6: Dış Elektronik

Harici elektronikler için robotumuzun insanlarla etkileşime girmesine izin vermemiz gerekiyordu. Bunu başarmak için bileşenlerimiz olarak bir LCD, bir zil, bir LED ve 5 düğme seçtik. Hap dağıtıcısının bu kısmı çalar saat işlevi görür. Hapları almak için doğru zaman değilse, LCD sadece saati ve tarihi gösterecektir. Hasta hap almak zorunda kaldığında led yanacak, buzzer müzik çalacak ve lcd'de “sağlık ve mutluluklar diliyorum” yazısı belirecektir. Saati veya tarihi değiştirmek için ekranın alt kısmını da kullanabiliriz.

LCD'yi etkinleştir

Mikrodenetleyiciye doğrudan bağlanmak için LCD-1602'yi kullandık ve LCD'yi etkinleştirmek için LiquidCrystal lcd işlevini kullandık.

zil

Farklı frekanslardaki sesleri çalabilen pasif bir buzzer seçtik.

Buzzer'ın "City of the Sky" ve " Happy Acura " şarkılarını çalması için dört dizi tanımladık. Bunlardan ikisi, iki şarkının nota bilgilerini saklayan "tune" olarak adlandırılmıştır. Diğer iki diziye "Süre" adı verilmiştir. Bu diziler ritmi saklar.

Ardından, kaynak kodunda görebileceğiniz, müzik çalan bir döngü oluşturuyoruz.

Zamanlama

Saniye, dakika, saat, tarih, ay, hafta ve yıl için bir dizi fonksiyon yazdık.

Zamanı hesaplamak için millis() fonksiyonunu kullandık.

Üç düğme, 'seç', 'artı' ve 'eksi' kullanılarak zaman değiştirilebilir.

Hepimizin bildiği gibi, eğer bir bileşeni kontrol etmek istiyorsak, arduino'nun pinlerini kullanmamız gerekir.

Kullandığımız pinler şunlardı:

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

Bruzzer: Pim 10

Servo motor: Pim 11

Titreşim için motor: Pin12

Sensör: A0

Düğme1(ler): A1

Düğme2(artı): A2

Düğme3 (eksi): A3

Button4 (hapları alın): A4

LED: A5

Adım 7: Toplam Montaj

Sonunda, yukarıdaki resimdeki gibi toplam montajı elde ederiz. Yeterince sıkı olduğundan emin olmak için bazı yerlerde yapıştırıcı kullandık. Makinenin iç kısmındaki bazı yerlerde, yeterince güçlü olması için bant ve vidalar da kullandık. CAD çizimlerimizin. STEP dosyası bu adımın altında bulunabilir.

8. Adım: Kodu Yükleme

9. Adım: Son Söz

Makine, kullanıcıyı ilacı alması için uyarabilir ve doğru miktarda hap verir. Ancak kalifiye ve deneyimli bir eczacı ile görüştükten sonra yapılması gereken bazı açıklamalar vardır. Birinci sorun, kapta uzun süre havaya maruz kalan hapların kontaminasyonudur, bu nedenle kalite ve etkinlik düşecektir. Normalde haplar, alüminyum bir tablette iyi kapatılmış bir kapta tutulmalıdır. Ayrıca, kullanıcı belirli bir süre boyunca A hapını dağıttığında ve daha sonra B hapını vermesi gerektiğinde, A hapının hiçbir partikülünün hap B'yi bulaştırmadığından emin olmak için makineyi temizlemek oldukça karmaşıktır.

Bu gözlemler, bu makinenin sunduğu çözüme eleştirel bir bakış sunuyor. Bu eksiklikleri gidermek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var…

Adım 10: Referanslar

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Optik Dedektörler. Güç Makina Mühendisliği Bölümü, Ulusal Tsing Hua Üniversitesi.