เครื่องจ่ายยาอัตโนมัติ: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

เราเป็นนักศึกษาปริญญาโทคนแรกในสาขาวิศวกรรมเครื่องกลไฟฟ้าของคณะวิศวกรรมศาสตร์แห่งบรัสเซลส์ (เรียกสั้นๆ ว่า "Bruface") นี่เป็นความคิดริเริ่มของมหาวิทยาลัยสองแห่งที่ตั้งอยู่ในใจกลางกรุงบรัสเซลส์: Université Libre de Bruxelles (ULB) และ Vrije Universiteit Brussel (VUB)

ในส่วนหนึ่งของโปรแกรม เราต้องสร้างระบบเมคคาทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จริงสำหรับหลักสูตรเมคคาทรอนิกส์

ในหลักสูตรเชิงทฤษฎี เราได้เรียนรู้ว่าองค์ประกอบต่างๆ ควรรวมเข้ากับการใช้งานจริงอย่างไร หลังจากนั้น เราได้รับการแนะนำเกี่ยวกับพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และวิธีควบคุมระบบเมคคาทรอนิกส์ จุดมุ่งหมายของหลักสูตรคือเพื่อให้สามารถออกแบบ ผลิต และเขียนโปรแกรมระบบเมคคาทรอนิกส์ได้

ทั้งหมดนี้ควรทำในกลุ่ม กลุ่มของเราเป็นทีมนานาชาติซึ่งประกอบด้วยนักเรียนชาวจีนสองคน นักเรียนเบลเยียมสองคน และนักเรียนชาวแคเมอรูนหนึ่งคน

ก่อนอื่น เราต้องการแสดงความขอบคุณสำหรับการสนับสนุนของ Albert De Beir และศาสตราจารย์ Bram Vanderborght

ในกลุ่มเราตัดสินใจที่จะจัดการกับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสังคม เมื่อประชากรสูงอายุกลายเป็นปัญหาระดับโลก ปริมาณงานของผู้ดูแลและพยาบาลก็ใหญ่เกินไป เมื่ออายุมากขึ้น พวกเขามักจะต้องทานยาและวิตามินมากขึ้น ด้วยเครื่องจ่ายยาอัตโนมัติ ผู้สูงอายุที่ไม่สนใจจะรับมือกับงานนี้ได้นานขึ้นอีกเล็กน้อย โดยผู้ดูแลและพยาบาลนี้สามารถใช้เวลากับผู้ป่วยที่ต้องพึ่งพาอาศัยได้มากขึ้น

มันจะมีประโยชน์มากสำหรับทุกคนที่ขี้ลืมและจำไม่ได้ว่าต้องกินยา

ดังนั้นระบบเมคคาทรอนิกส์ควรนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เตือนให้ผู้ใช้ทานยาและจ่ายยาด้วย นอกจากนี้เรายังต้องการให้เครื่องจ่ายยาอัตโนมัติใช้งานง่ายเพื่อให้ทุกคนใช้ได้ ไม่ว่าพวกเขาจะอายุเท่าไหร่!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

ปลอก:

• Mdf: ความหนา 4 มม. สำหรับเคสด้านใน
• Mdf: ความหนา 3 และ 6 มม. สำหรับเคสด้านนอก

การประกอบ

• สลักเกลียวและน็อต (M2 และ M3)
• ตลับลูกปืนเม็ดเล็ก

ไมโครคอนโทรลเลอร์:

Arduino UNO [ลิงค์สั่งซื้อ]

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

• แผงวงจรเปล่า [ลิงค์สั่งซื้อ]
• เซอร์โวมอเตอร์ขนาดเล็ก 9g [ลิงค์สั่งซื้อ]
• มอเตอร์ DC ขนาดเล็ก 5V [ลิงค์สั่งซื้อ]
• ทรานซิสเตอร์: BC 237 (ทรานซิสเตอร์สองขั้ว NPN) [ลิงค์สั่งซื้อ]
• Diode 1N4001 (แรงดันผกผันสูงสุด 50V) [ลิงค์สั่งซื้อ]
• ออดแบบพาสซีฟ: Transducteur piezo
• LCD1602

• ตัวต้านทาน:

  • 1 x 270 โอห์ม
  • 1 x 330 โอห์ม
  • 1 x 470 โอห์ม
  • 5 x 10k โอห์ม
• ตัวปล่อยอินฟราเรด
• เครื่องตรวจจับอินฟราเรด

ขั้นตอนที่ 2: เคสด้านใน

ตัวเรือนด้านในเป็นกล่องที่บรรจุกลไกภายในและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ประกอบด้วยแผ่น MDF 4 มม. 5 แผ่นที่ตัดด้วยเลเซอร์ให้เป็นรูปทรงที่เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีจานที่หกซึ่งเป็นอุปกรณ์เสริมที่สามารถเพิ่มได้ ชิ้นที่หกเสริมนี้มีรูปทรงสี่เหลี่ยมและสามารถใช้เป็นฝาปิดได้ แผ่น 5 แผ่น (ด้านล่างและสี่ด้าน) ได้รับการออกแบบให้เป็นรูปตัวต่อเพื่อให้เข้ากันได้อย่างลงตัว การประกอบสามารถเสริมด้วยสกรู เครื่องบินมีรูที่ส่วนอื่นๆ ควรจะพอดีหรือตำแหน่งที่ควรวางสลักเกลียว

ขั้นตอนที่ 3: กลไกภายใน

กลไกการจ่ายยา

กลไก

กลไกการจ่ายยาของเรามีดังนี้: ผู้ใช้ใส่ยาในช่องเก็บของที่ด้านบนของกล่อง เมื่อแผ่นด้านล่างของช่องนั้นเอียง เม็ดยาจะเลื่อนลงมาที่หลอดแรกโดยอัตโนมัติ โดยจะเรียงซ้อนกัน ใต้หลอดนี้มีรูปทรงกระบอกที่มีรูเล็ก ๆ โดยที่เม็ดยาเพียงเม็ดเดียวจะพอดี รูเล็กๆ นี้ตั้งอยู่ใต้หลอดเพื่อให้เม็ดยาวางซ้อนกันอยู่ด้านบน ในขณะที่เม็ดแรกวางอยู่ในรูของกระบอกสูบ เมื่อต้องกินยา กระบอก (พร้อมเม็ดยาใน) จะหมุน 120 องศา เพื่อให้เม็ดยาในกระบอกสูบตกลงไปในกระบอกที่สอง กระบอกที่สองนี้เป็นตำแหน่งที่มีเซ็นเซอร์ตรวจจับว่าเม็ดยาตกลงมาจากกระบอกสูบจริงหรือไม่ นี้ทำหน้าที่เป็นระบบตอบรับ หลอดนี้มีด้านหนึ่งที่ยื่นออกมาสูงกว่าอีกด้านหนึ่ง เนื่องจากด้านนี้ป้องกันไม่ให้เม็ดยาหล่นทับหลอดที่สอง และช่วยรับประกันว่าเม็ดยาจะตกลงไปในหลอดและเซ็นเซอร์จะตรวจจับได้ ข้างใต้ท่อนี้จะมีสไลด์เล็กๆ วางอยู่ โดยที่เม็ดยาจะเลื่อนผ่านรูที่ด้านหน้าของกล่องด้านใน

กลไกทั้งหมดนี้ต้องการหลายส่วน:

• ชิ้นส่วนตัดด้วยเลเซอร์

  1. แผ่นเอียงด้านล่างของช่องเก็บของ
  2. แผ่นเอียงด้านข้างของช่องเก็บของ

• ชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติ

  1. ท่อบน
  2. กระบอก
  3. แกน
  4. ท่อล่าง (ดูท่อล่างและช่องเซนเซอร์)
  5. สไลด์

• ส่วนอื่นๆ

  แบริ่งลูกกลิ้ง

ไฟล์ทั้งหมดของชิ้นส่วนที่จำเป็นสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์หรือการพิมพ์ 3 มิติ สามารถดูได้ที่ด้านล่าง

ส่วนต่าง ๆ และการประกอบ

แผ่นช่องเก็บของ

ช่องเก็บของประกอบด้วยแผ่นสามแผ่นที่ตัดด้วยเลเซอร์ แผ่นเหล่านี้สามารถประกอบและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันและกล่องด้านในเพราะมีรูและชิ้นเล็ก ๆ โดดเด่น นี้เพื่อให้พวกเขาทั้งหมดเข้ากันได้เหมือนจิ๊กซอว์! รูและชิ้นส่วนที่โดดเด่นถูกเพิ่มลงในไฟล์ CAD แล้ว โดยสามารถใช้เลเซอร์ตัดมันได้

ท่อบน

ท่อบนเชื่อมต่อกับกล่องด้านในเพียงด้านเดียวเท่านั้น มันเชื่อมต่อด้วยความช่วยเหลือของเพลตที่ติดอยู่ (รวมอยู่ในแบบร่าง CAD สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ)

แบริ่งกระบอกและลูกกลิ้ง

กระบอกเชื่อมต่อกับกล่อง 2 ด้าน ด้านหนึ่งจะเชื่อมต่อกับเซอร์โวมอเตอร์ที่กระตุ้นการเคลื่อนที่แบบหมุนเมื่อเม็ดยาต้องตก อีกด้านหนึ่งมัน

ท่อล่างและช่องเซนเซอร์

การตรวจจับเป็นการกระทำที่สำคัญเมื่อต้องจ่ายยา เราต้องสามารถได้รับการยืนยันว่าผู้ป่วยได้รับยาที่จัดสรรในเวลาที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ฟังก์ชันนี้ การพิจารณาขั้นตอนการออกแบบต่างๆ เป็นสิ่งสำคัญ

การเลือกส่วนประกอบการตรวจจับที่ถูกต้อง:

จากชุดเมื่อโครงการได้รับการตรวจสอบ เราต้องค้นหาและส่วนประกอบที่เหมาะสมที่จะยืนยันการผ่านของยาจากกล่อง การรู้ว่าเซ็นเซอร์สามารถใช้สำหรับการดำเนินการนี้ได้ ความท้าทายหลักคือการรู้จักประเภทที่จะเข้ากันได้กับการออกแบบ ส่วนประกอบแรกที่เราพบคือ photointeruptor ที่ประกอบด้วย IR emitter และ IR phototransistor diode photointeruptor สล็อต PCB HS 810 ขนาด 25/64 นิ้วเป็นวิธีแก้ปัญหาเนื่องจากความเข้ากันได้ทำให้เราหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากการกำหนดค่ามุม เราตัดสินใจที่จะไม่ใช้สิ่งนี้เนื่องจากเป็นรูปทรง เป็นการยากที่จะรวมเข้ากับหัวฉีด จากโครงการที่เกี่ยวข้องบางโครงการ เราเห็นว่าเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวส่งสัญญาณ IR กับตัวตรวจจับ IR ที่มีส่วนประกอบอื่นๆ น้อยกว่าเป็นเซ็นเซอร์ ส่วนประกอบ IR เหล่านี้สามารถพบได้ในรูปทรงต่างๆ

การพิมพ์ 3 มิติของหัวฉีดเม็ดยาที่เจาะรูเซ็นเซอร์

ในการคัดแยกส่วนประกอบหลักเพื่อใช้เป็นเซ็นเซอร์ ได้เวลาตรวจสอบว่าจะวางบนหัวฉีดอย่างไร หัวฉีดมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 10 มม. เพื่อให้เม็ดยาผ่านได้ฟรีจากกระบอกสูบที่หมุนได้ จากแผ่นข้อมูลขององค์ประกอบการตรวจจับ เราพบว่าการแนะนำรูรอบพื้นผิวหัวฉีดที่สอดคล้องกับขนาดของส่วนประกอบจะเป็นประโยชน์เพิ่มเติม ควรวางรูเหล่านี้ไว้ที่จุดใดก็ได้ตามพื้นผิวหรือไม่? ไม่ เพราะเพื่อให้ได้การตรวจจับสูงสุด จำเป็นต้องประเมินความเชิงมุม เราพิมพ์ต้นแบบตามข้อกำหนดด้านบนและได้ตรวจสอบการตรวจจับ

การประเมินมุมลำแสงที่เป็นไปได้และมุมการตรวจจับ

จากแผ่นข้อมูลของส่วนประกอบเซ็นเซอร์ ลำแสงและมุมการตรวจจับจะอยู่ที่ 20 องศา ซึ่งหมายความว่าทั้งแสงที่เปล่งออกมาและตัวตรวจจับมีช่วงกว้าง 20 องศา แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นข้อกำหนดของผู้ผลิต แต่การทดสอบและยืนยันยังคงเป็นสิ่งสำคัญ สิ่งนี้ทำได้โดยเพียงแค่เล่นกับส่วนประกอบที่แนะนำแหล่ง DC ควบคู่ไปกับ LED ข้อสรุปที่ได้คือวางไว้ตรงข้ามกัน

การประกอบ

การออกแบบการพิมพ์ 3 มิติของหลอดมีแผ่นเชื่อมต่อ 4 รู รูเหล่านี้ใช้เชื่อมต่อท่อกับเคสด้านในโดยใช้สลักเกลียว

ขั้นตอนที่ 4: กลไกภายในอิเล็กทรอนิกส์

กลไกการจ่าย:

กลไกการจ่ายยาทำได้โดยการใช้เซอร์โวมอเตอร์ขนาดเล็กในการหมุนของกระบอกสูบขนาดใหญ่

พินไดรฟ์สำหรับเซอร์โวมอเตอร์ 'Reely Micro-servo 9g' เชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Uno สามารถใช้ควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากการมีอยู่ของไลบรารีในตัวสำหรับการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น ด้วยคำสั่ง 'write' มุมที่ต้องการจะอยู่ที่ 0° และ 120° (ทำได้ในโค้ดโครงการด้วย 'servo.write(0)' และ 'servo.write(120)')

เครื่องสั่น:

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านขนาดเล็กที่ไม่สมดุล

ความไม่สมดุลนี้เกิดขึ้นได้จากชิ้นส่วนพลาสติกที่เชื่อมต่อแกนมอเตอร์กับสลักเกลียวและน็อตขนาดเล็ก

มอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยทรานซิสเตอร์ขนาดเล็ก ซึ่งทำได้เนื่องจากพินดิจิทัลไม่สามารถส่งกระแสไฟที่สูงกว่า 40.0 mA โดยการจัดหากระแสจากพิน Vin ของไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Uno เราสามารถเข้าถึงกระแสได้สูงถึง 200.0 mA ซึ่งเพียงพอสำหรับการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์กระแสตรงขนาดเล็ก

เมื่อมอเตอร์หยุดทำงานกะทันหัน คุณจะได้รับกระแสไฟสูงสุดเนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเองของมอเตอร์ ดังนั้นจะวางไดโอดไว้เหนือจุดเชื่อมต่อของมอเตอร์เพื่อป้องกันกระแสย้อนกลับซึ่งอาจทำให้ไมโครคอนโทรลเลอร์เสียหายได้

ระบบเซ็นเซอร์:

การใช้ไดโอดอีซีแอลอินฟราเรด (LTE-4208) และไดโอดตรวจจับอินฟราเรด (LTR-320 8) ที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Uno เพื่อยืนยันทางเดินของเม็ดยา เมื่อเม็ดยาล้มลง มันจะบังแสงของไดโอดอีซีแอลอินฟราเรดในระยะเวลาอันสั้น การใช้อะนาล็อกพินของ Arduino เราจะได้ข้อมูลนี้

สำหรับการตรวจจับ:

อนาล็อกอ่าน(A0)

ขั้นตอนที่ 5: เคสด้านนอก

• ขนาด:200 x 110 x 210 mm

• วัสดุ:แผ่นใยไม้อัดความหนาแน่นปานกลาง

  ความหนาของแผ่น: 3 mm 6 mm

• วิธีการประมวลผล:ตัดด้วยเลเซอร์

สำหรับเคสด้านนอก เราใช้ความหนาต่างกันเนื่องจากข้อผิดพลาดของการตัดด้วยเลเซอร์ เราเลือกขนาด 3 มม. และ 6 มม. เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นทั้งหมดสามารถรวมกันได้อย่างแน่นหนา

สำหรับขนาด เมื่อพิจารณาถึงพื้นที่สำหรับเคสด้านในและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ความกว้างและความสูงของเคสด้านนอกจะใหญ่กว่าเคสด้านใน ยาวกว่ามากเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ยิ่งไปกว่านั้น เพื่อให้แน่ใจว่าเม็ดยาจะหลุดออกจากกล่องได้ง่าย เราจึงเก็บกล่องด้านในและด้านนอกไว้ใกล้กันมาก

ขั้นตอนที่ 6: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอก

สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอก เราต้องให้หุ่นยนต์ของเราโต้ตอบกับผู้คน เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ เราเลือก LCD, Buzzer, LED และ 5 ปุ่มเป็นส่วนประกอบ ส่วนนี้ของเครื่องจ่ายยาทำหน้าที่เป็นนาฬิกาปลุก หากไม่ใช่เวลาที่เหมาะสมในการใช้ยา หน้าจอ LCD จะแสดงแค่เวลาและวันที่ เมื่อผู้ป่วยต้องกินยา ไฟ LED จะสว่างขึ้น เสียงกริ่งจะเล่นเพลง และจอ LCD จะแสดงข้อความว่า "ขอให้สุขภาพแข็งแรง มีความสุข" เรายังสามารถใช้ด้านล่างของหน้าจอเพื่อเปลี่ยนเวลาหรือวันที่

เปิดใช้งาน LCD

เราใช้ LCD-1602 เพื่อเชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์ และใช้ฟังก์ชัน: LiquidCrystal lcd เพื่อเปิดใช้งาน LCD

Buzzer

เราเลือกออดแบบพาสซีฟซึ่งสามารถเล่นเสียงที่มีความถี่ต่างกันได้

เพื่อให้ออดเล่นเพลง " City of the Sky " และ " Happy Acura " เราได้กำหนดอาร์เรย์สี่ชุด สองในนั้นมีชื่อว่า "tune" ซึ่งเก็บข้อมูลโน้ตของทั้งสองเพลง ส่วนอีกสองอาร์เรย์มีชื่อว่า "Duration" อาร์เรย์เหล่านั้นเก็บจังหวะ

จากนั้นเราจะสร้างลูปที่เล่นเพลง ซึ่งคุณสามารถดูได้ในซอร์สโค้ด

เวลา

เราเขียนชุดฟังก์ชันสำหรับวินาที นาที ชั่วโมง วันที่ เดือน สัปดาห์และปี

เราใช้ฟังก์ชัน: millis() เพื่อคำนวณเวลา

ใช้สามปุ่ม 'เลือก' 'บวก' และ 'ลบ' เวลาสามารถเปลี่ยนแปลงได้

อย่างที่เราทราบกันดีว่าถ้าเราต้องการควบคุมส่วนประกอบบางอย่าง เราจำเป็นต้องใช้หมุดของ Arduino

หมุดที่เราใช้มีดังต่อไปนี้:

LCD: ขา 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzzer: พิน 10

เซอร์โวมอเตอร์: พิน 11

มอเตอร์สำหรับการสั่นสะเทือน: Pin12

เซนเซอร์: A0

Button1(s): A1

Button2(บวก): A2

Button3(ลบ):A3

Button4 (กินยา): A4

LED: A5

ขั้นตอนที่ 7: การประกอบทั้งหมด

ในที่สุด เราก็ได้ชุดประกอบทั้งหมดตามภาพด้านบน เราใช้กาวในบางจุดเพื่อให้แน่ใจว่าแน่นเพียงพอ ที่ด้านในเครื่องบางแห่ง เรายังใช้เทปและสกรูเพื่อให้มีความแข็งแรงเพียงพอ ไฟล์. STEP ของแบบร่าง CAD ของเราจะอยู่ที่ด้านล่างของขั้นตอนนี้

ขั้นตอนที่ 8: การอัปโหลดรหัส

ขั้นตอนที่ 9: บทส่งท้าย

เครื่องสามารถเตือนให้ผู้ใช้รับประทานยาและจัดส่งยาในปริมาณที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม หลังจากปรึกษาหารือกับเภสัชกรผู้ทรงคุณวุฒิและมีประสบการณ์แล้ว ก็มีข้อสังเกตบางประการ ปัญหาแรกคือการปนเปื้อนของเม็ดยาที่สัมผัสกับอากาศในภาชนะเป็นเวลานาน ดังนั้นคุณภาพและประสิทธิภาพจะลดลง โดยปกติยาเม็ดควรบรรจุในเม็ดอลูมิเนียมที่ปิดสนิท นอกจากนี้ เมื่อผู้ใช้จ่ายยาในช่วงเวลาหนึ่ง และหลังจากนั้นจำเป็นต้องจ่ายยา B การทำความสะอาดเครื่องค่อนข้างซับซ้อน เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอนุภาคของเม็ด A ที่ปนเปื้อนเม็ด B

การสังเกตเหล่านี้ให้มุมมองที่สำคัญต่อโซลูชันที่เครื่องนี้มอบให้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อรับมือกับข้อบกพร่องเหล่านี้…

ขั้นตอนที่ 10: การอ้างอิง

[1]

[2] เว่ยฉือหวาง. เครื่องตรวจจับแสง ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลกำลัง มหาวิทยาลัยแห่งชาติชิงหัว.