El dispensador automático de pastillas: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Somos los primeros estudiantes de maestría en ingeniería electromecánica en la Facultad de Ingeniería de Bruselas (en resumen, "Bruface"). Se trata de una iniciativa de dos universidades ubicadas en el centro de Bruselas: la Université Libre de Bruxelles (ULB) y la Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Como parte del programa, tuvimos que hacer un sistema mecatrónico de trabajo real para el curso de Mecatrónica.

En los cursos teóricos aprendimos cómo se deben combinar diferentes componentes en aplicaciones reales. Después de eso, obtuvimos una introducción sobre los conceptos básicos de un microcontrolador Arduino y cómo controlar un sistema mecatrónico. El objetivo del curso era poder diseñar, producir y programar un sistema mecatrónico.

Todo esto debe hacerse en grupo. Nuestro grupo era un equipo internacional que consta de dos estudiantes chinos, dos estudiantes belgas y un estudiante camerunés.

En primer lugar, queremos expresar nuestro agradecimiento por el apoyo de Albert De Beir y el profesor Bram Vanderborght.

Como grupo decidimos abordar un problema social relevante. A medida que el envejecimiento de la población se convierte en un problema mundial, la carga de trabajo de los cuidadores y enfermeras se vuelve demasiado grande. A medida que las personas envejecen, a menudo tienen que tomar más medicamentos y vitaminas. Con un dispensador de píldoras automático, los ancianos distraídos pueden hacer frente a esta tarea de forma independiente un poco más. De esta manera, los cuidadores y las enfermeras pueden tener más tiempo para dedicarlo a pacientes más dependientes.

También sería muy útil para todos aquellos que a veces son un poco olvidadizos y no recuerdan tomar sus pastillas.

Por lo tanto, el sistema mecatrónico debe proporcionar una solución que recuerde al usuario que debe tomar sus píldoras y también dispensa las píldoras. También preferimos que el dispensador automático de píldoras sea fácil de usar para que todos puedan usarlo: ¡independientemente de su edad!

Paso 1: Materiales

Caja:

• Mdf: 4 mm de espesor para la carcasa interior
• Mdf: 3 y 6 mm de espesor para la carcasa exterior

Montaje

• Pernos y tuercas (M2 y M3)
• Rodamiento de bolas pequeño

Microcontrolador:

Arduino UNO [Enlace de pedido]

Partes electronicas

• Placa de circuito en blanco [Enlace de pedido]
• Servomotor pequeño 9g [Enlace de pedido]
• Motor de CC pequeño de 5 V [Enlace de pedido]
• Transistor: BC 237 (transistor bipolar NPN) [Enlace de pedido]
• Diodo 1N4001 (voltaje inverso máximo de 50 V) [Enlace de pedido]
• Zumbador pasivo: Transducteur piezo
• LCD1602

• Resistencias:

  • 1 x 270 ohmios
  • 1 x 330 ohmios
  • 1 x 470 ohmios
  • 5 x 10k ohmios
• Emisor de infrarrojos
• Detector de infrarrojos

Paso 2: carcasa interior

La caja interior puede verse como la caja que contiene todos los componentes electrónicos y mecánicos internos. Consiste en 5 placas de MDF de 4 mm que se cortan con láser en las formas adecuadas. También hay una sexta placa opcional que se puede agregar. Esta sexta pieza opcional tiene forma cuadrada y se puede usar como tapa. Las 5 placas (la parte inferior y los cuatro lados) están diseñadas en forma de rompecabezas para que encajen perfectamente entre sí. Su montaje se puede reforzar mediante tornillos. Los planos ya tienen los orificios donde deben encajar las otras partes o donde deben colocarse los pernos.

Paso 3: mecanismo interno

EL MECANISMO DE DISPENSACIÓN

Mecanismo

Nuestro mecanismo de dispensación de píldoras es el siguiente: el usuario coloca las píldoras en el compartimento de almacenamiento en la parte superior de la caja. A medida que la placa inferior de ese compartimento está inclinada, las píldoras se deslizarán automáticamente hacia abajo en el primer tubo, donde se apilan. Debajo de este tubo hay un cilindro con un pequeño orificio en el que solo encaja perfectamente una pastilla. Este pequeño orificio se encuentra justo debajo del tubo para que las pastillas se apilen encima, mientras que la primera pastilla se coloca en el orificio del cilindro. Cuando se debe tomar una pastilla, el cilindro (con la pastilla adentro) gira 120 grados para que la pastilla del cilindro caiga en un segundo cilindro. Este segundo cilindro es donde se ubica un sensor que detecta si una pastilla realmente se ha caído del cilindro. Esto sirve como sistema de retroalimentación. Este tubo tiene un lado que sobresale más que el otro. Esto se debe a que este lado evita que la píldora caiga sobre el segundo tubo y, por lo tanto, ayuda a garantizar que la píldora caiga en el tubo y sea detectada por el sensor. Debajo de este tubo se encuentra un pequeño tobogán de modo que la pastilla de caída se deslice a través del orificio en la parte frontal de la caja interior.

Todo este mecanismo necesita varias partes:

• Piezas cortadas con láser

  1. La placa inferior inclinada del compartimento de almacenamiento.
  2. Las placas laterales inclinadas del compartimento de almacenamiento.

• Piezas impresas en 3D

  1. El tubo superior
  2. El cilindro
  3. El eje
  4. El tubo inferior (ver el tubo inferior y el compartimento del sensor)
  5. La diapositiva

• Otras partes

  Rodamiento de rodillos

Todos los archivos de nuestras piezas que se necesitan para cortar con láser o imprimir en 3D se pueden encontrar a continuación.

Diferentes piezas y su montaje

LAS PLACAS DEL COMPARTIMENTO DE ALMACENAMIENTO

El compartimento de almacenamiento consta de tres placas que se cortan con láser. Estas placas se pueden ensamblar y conectar entre sí y a la caja interior porque tienen algunos agujeros y pequeñas piezas destacando. ¡Esto es para que todos encajen entre sí como un rompecabezas! Los agujeros y las piezas destacadas ya están agregadas a los archivos CAD, se puede usar el corte con láser.

TUBO SUPERIOR

El tubo superior solo está conectado a un lado de la caja interior. Se conecta con la ayuda de una placa que se le adjunta (se incluye en el dibujo CAD para la impresión 3D).

CILINDRO Y RODAMIENTO DE RODILLOS

El cilindro está conectado a 2 lados de la caja. Por un lado, está conectado al servomotor que induce el movimiento giratorio cuando tiene que caer una pastilla. Por otro lado, EL COMPARTIMENTO INFERIOR DEL TUBO Y DEL SENSOR

La detección es una acción importante cuando se trata de dispensar píldoras. Debemos poder obtener una confirmación de que el paciente ha tomado una píldora asignada en el momento adecuado. Para obtener esta funcionalidad, es importante considerar los distintos pasos del diseño.

Elección de los componentes de detección correctos:

Desde el momento en que se validó el proyecto, tuvimos que buscar un componente apropiado que confirmara el paso de una pastilla de la caja. Sabiendo que los sensores pueden ser útiles para esta acción, el principal desafío fue conocer el tipo que será compatible con el diseño. El primer componente que encontramos fue un fotointeruptor compuesto por un emisor de infrarrojos y un diodo fototransistor de infrarrojos. El fotointeruptor HS 810 con placa de circuito impreso de 25/64 '' fue una solución que por su compatibilidad nos hizo evitar el posible problema de configuración del ángulo. Decidimos no usar esto debido a su geometría, será difícil de incorporar con la boquilla. En algún proyecto relacionado, vimos que es posible usar un emisor de infrarrojos con un detector de infrarrojos con menos otros componentes como sensor. Estos componentes de infrarrojos se pueden encontrar en varias formas.

Impresión 3D de la boquilla de la píldora que perfora el sensor

Al poder clasificar el componente principal que se utilizará como sensor, llegó el momento de comprobar cómo se colocarán en la boquilla. La boquilla tiene un diámetro interior de 10 mm para el paso libre de la píldora desde el cilindro giratorio. Por la hoja de datos de los elementos sensores, nos dimos cuenta de que introducir agujeros alrededor de la superficie de la boquilla correspondientes a la dimensión del componente será una ventaja adicional. ¿Deben colocarse estos agujeros en algún punto de la superficie? no, porque para lograr la máxima detección es necesario evaluar la angularidad. Imprimimos un prototipo basado en las especificaciones anteriores y verificamos su detectabilidad.

Evaluar el posible ángulo de haz y el ángulo de detección

De la hoja de datos de los componentes del sensor, el haz y el ángulo de detección son de 20 grados, esto significa que tanto la luz emisora como el detector tienen una amplitud de 20 grados. Aunque se trata de especificaciones del fabricante, sigue siendo importante probar y confirmar. Esto se hizo simplemente jugando con los componentes introduciendo una fuente de CC junto con un LED. La conclusión a la que se llegó fue colocarlos uno frente al otro.

Montaje

El diseño de impresión 3D del tubo tiene una placa conectada con 4 orificios. Estos orificios se utilizan para conectar el tubo a la carcasa interior mediante pernos.

Paso 4: Mecanismo interno de la electrónica

Mecanismo de dispensación:

El mecanismo de dispensación se logra mediante el uso de un pequeño servomotor para la rotación del cilindro grande.

El pin de accionamiento del servomotor 'Reely Micro-servo 9g' está conectado directamente al microcontrolador. El microcontrolador Arduino Uno se puede utilizar fácilmente para el control del servomotor. Esto se debe a la existencia de una biblioteca incorporada para las acciones del servomotor. Por ejemplo, con el comando 'escribir', se pueden alcanzar los ángulos deseados de 0 ° y 120 °. (Esto se hace en el código del proyecto con 'servo.write (0)' y 'servo.write (120)').

Vibrador:

Pequeño motor de CC sin escobillas con desequilibrio

Este desequilibrio se logra con una pieza de plástico que conecta el eje del motor con un pequeño perno y una tuerca.

El motor es impulsado por un pequeño transistor, esto se hace porque el pin digital no puede entregar corrientes superiores a 40,0 mA. Al proporcionar la corriente desde el pin Vin del microcontrolador Arduino Uno, se pueden alcanzar corrientes de hasta 200,0 mA. Esto es suficiente para alimentar el pequeño motor de CC.

Cuando la alimentación del motor se detiene abruptamente, se obtiene un pico de corriente debido a la autoinducción del motor. Por lo tanto, se coloca un diodo sobre las conexiones del motor para evitar este reflujo de la corriente que puede dañar el microcontrolador.

sistema de sensores:

Utilizando un diodo emisor de infrarrojos (LTE-4208) y un diodo detector de infrarrojos (LTR-320 8) conectados al microcontrolador Arduino Uno para confirmar el paso de una pastilla. Una vez que se cae una pastilla, sombrearía la luz del diodo emisor de infrarrojos en poco tiempo. Usando un pin analógico del arduino obtendríamos esta información.

para la detección:

analogRead (A0)

Paso 5: caja exterior

• Dimensiones: 200 x 110 x 210 mm
• Material: tablero de fibra de densidad media

  Espesor de la hoja: 3 mm 6 mm

• Método de procesamiento: corte por láser

Para la carcasa exterior, utilizamos diferentes tipos de espesores debido a errores del corte con láser. Elegimos los de 3 mm y 6 mm para asegurarnos de que todas las hojas se puedan combinar bien.

En cuanto al tamaño, considerando el espacio para la carcasa interior y los dispositivos electrónicos, el ancho y la altura de la carcasa exterior es más grande que la interior. La longitud es mucho más larga para dejar espacio para los dispositivos electrónicos. Además, para asegurarnos de que las píldoras se caigan fácilmente de la caja, mantuvimos el estuche interior y exterior muy cerca.

Paso 6: Electrónica exterior

Para la electrónica externa, tuvimos que dejar que nuestro robot interactuara con las personas. Para lograrlo, elegimos una pantalla LCD, un zumbador, un LED y 5 botones como componentes. Esta parte del dispensador de píldoras funciona como reloj despertador. Si no es el momento adecuado para tomar las pastillas, la pantalla LCD solo mostrará la hora y la fecha. Cuando el paciente tenga que tomar una pastilla, el LED se iluminará, el timbre reproducirá música y la pantalla LCD mostrará "Te deseo salud y felicidad". También podemos usar la parte inferior de la pantalla para cambiar la hora o la fecha.

Habilitar LCD

Usamos el LCD-1602 para conectar directamente al microcontrolador y usamos la función: LiquidCrystal lcd para habilitar el LCD.

Zumbador

Elegimos un zumbador pasivo que puede reproducir sonidos de diferentes frecuencias.

Para que el timbre reproduzca las canciones "City of the Sky" y "Happy Acura", definimos cuatro arreglos. Dos de los cuales se denominan "melodía", que almacenan la información de las notas de las dos canciones. Los otros dos arreglos se denominaron "Duración". Esas matrices almacenan el ritmo.

Luego construimos un bucle que reproduce música, que puede ver en el código fuente.

Momento

Escribimos una serie de funciones para el segundo, minuto, hora, fecha, mes, semana y año.

Usamos la función: millis () para calcular el tiempo.

Usando tres botones, 'seleccionar', 'más' y 'menos', se puede cambiar la hora.

Como todos sabemos, si queremos controlar algún componente necesitamos usar los pines de arduino.

Los pines que usamos fueron los siguientes:

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

Bruzzer: Pin 10

Servomotor: Pin 11

Motor de vibración: Pin12

Sensor: A0

Botón1 (s): A1

Button2 (más): A2

Botón 3 (menos): A3

Button4 (tomar las pastillas): A4

LED: A5

Paso 7: Ensamblaje total

Por fin, obtenemos el ensamblaje total como se muestra en la imagen de arriba. Usamos pegamento en algunos lugares para asegurarnos de que esté lo suficientemente apretado. En algunos lugares del interior de la máquina también usamos cinta y tornillos para hacerla lo suficientemente fuerte. El archivo. STEP de nuestros dibujos CAD se puede encontrar al final de este paso.

Paso 8: carga del código

Paso 9: Epílogo

La máquina puede advertir al usuario que debe tomar el medicamento y administra la cantidad correcta de píldoras. Sin embargo, después de una discusión con un farmacéutico calificado y experimentado, hay algunos comentarios que hacer. Un primer problema es la contaminación de las píldoras que están expuestas durante mucho tiempo al aire en el recipiente, por lo que la calidad y la eficacia disminuirán. Normalmente, las píldoras deben estar contenidas en una tableta de aluminio bien cerrada. Además, cuando el usuario dispensa durante un cierto tiempo la pastilla A y luego necesita dispensar la pastilla B, es bastante complejo limpiar la máquina para asegurarse de que no haya partículas de la pastilla A que contaminen la pastilla B.

Estas observaciones dan una mirada crítica a la solución que ofrece esta máquina. Por lo tanto, se necesita más investigación para contrarrestar estas deficiencias …

Paso 10: referencias

[1]

[2] Wei-Chih Wang. Detectores ópticos. Departamento de Ingeniería Mecánica de Energía, Universidad Nacional Tsing Hua.