เครื่องจ่ายยาอัตโนมัติ: 14 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

นี่คือหุ่นยนต์จ่ายยาที่สามารถให้ยาในปริมาณและชนิดของยาที่ถูกต้องแก่ผู้ป่วย การจ่ายยาจะดำเนินการโดยอัตโนมัติในเวลาที่ถูกต้องของวัน นำหน้าด้วยการเตือน เมื่อว่างเปล่า ผู้ใช้เติมเครื่องได้ง่าย กลไกการจ่ายและเติมจะถูกควบคุมโดยแอพพลิเคชั่นที่เชื่อมต่อผ่าน Bluetooth กับหุ่นยนต์และด้วยปุ่มสองปุ่ม

กลุ่มโครงการ Bruface Mechatronics 2

สมาชิกในทีม:เฟเดริโก เกซซี่

อันเดรีย โมลิโน

Giulia Ietro

โมฮัมหมัด ฟากิห์

มูฮัมหมัด ลักกิส

ขั้นตอนที่ 1: รายการช้อปปิ้ง

• Adafruit Motor Shield v2.3 (ชุดประกอบ) – Motor/Stepper/Servo Shield สำหรับ Arduino
• เซ็นเซอร์อุณหภูมิความชื้น Kwmobile
• AZDelivery Carte สำหรับ Arduino PCM2704 KY-006 Buzzer Passive
• AZDelivery นาฬิกาเรียลไทม์, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28byj ของ 48 DC 5 V 4 เฟสของ fil de 5 Micro Step พร้อมโมดูล ULN2003 สำหรับ Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield สำหรับ Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 ตัวอักษร + อินเทอร์เฟซ I2C
• OfficeTree® 20 แม่เหล็กขนาดเล็ก OfficeTree® 20 6x2 mm
• เพลาข้อต่อ POLOLU-1203 UNIVERSAL MOUNTIBG HUB
• 40 พิน 30 ซม. สายจัมเปอร์ชาย - หญิง
• เขียงหั่นขนม Solderless – 830 หลุม
• USB 2.0 A – BM/M 1.80M
• Pir Motion Sensor สำหรับ Arduino
• ชุดสายจัมเปอร์ AWG Breadboard One Pin
• R18-25b สวิตช์กด 1p ปิด-(เปิด)
• L-793id LED 8mm สีแดงกระจาย 20mcd
• L-793gd LED 8mm สีเขียวกระจาย 20mcd
• 2 x Poussoir Mtallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• สวิตช์สัมผัส 6x6mm
• 2 ถ่าน 70x40 mm
• grep plast ปัญญา 64 mm
• น็อตอลูมิเนียม 12 mm
• อัลตร้าเจล 3 กรัม
• 50 เล็บ 2x35
• ไฟพื้นหลัง LCD rgb
• ลูกปืน 2 ลูก เพลา 6.4 มม.
• แผ่น mdf แบบเต็ม 2 แผ่นสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์
• ลูกแก้วสำหรับตัดเลเซอร์ 1 ชิ้น
• 1 โพเทนชิออมิเตอร์
• Arduino uno

ขั้นตอนที่ 2: คำแนะนำทางเทคนิคเกี่ยวกับการเลือกส่วนประกอบ

กลไกการจ่ายและการเติมต้องใช้ความแม่นยำและการเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อยของล้อที่บรรจุเม็ดยา ด้วยเหตุนี้ เราจึงตัดสินใจใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์สองตัว

สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีความเสถียร สามารถขับเคลื่อนโหลดแรงเสียดทานและแรงเฉื่อยได้หลากหลาย ไม่ต้องการผลตอบรับ มอเตอร์ยังเป็นตัวกำหนดตำแหน่ง: ไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งและความเร็ว นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการทำซ้ำที่ดีเยี่ยมและกลับไปยังตำแหน่งเดิมได้อย่างแม่นยำ

Motor Shield ขับเคลื่อนสเต็ปเปอร์มอเตอร์สองตัว ประกอบด้วย H-Bridge 4 ตัวที่ช่วยให้สามารถควบคุมทั้งทิศทางและความเร็วของมอเตอร์ได้ การใช้มอเตอร์ชิลด์ เราเพิ่มจำนวนพินว่าง

เพื่อให้แน่ใจว่าเม็ดยาอยู่ในสภาพดีเสมอ เซ็นเซอร์วัดความชื้นและอุณหภูมิจะวัดอุณหภูมิและความชื้นภายในเครื่องจ่ายยาอย่างคุ้มค่า

เพื่อแจ้งให้ผู้ใช้ทราบว่าถึงเวลาต้องทำการบำบัดแล้ว เราจึงสร้างนาฬิกาปลุกด้วย Buzzer และนาฬิกาแบบเรียลไทม์ โมดูล RTC ทำงานโดยใช้แบตเตอรี่และสามารถติดตามเวลาได้แม้ว่าเราจะตั้งโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ใหม่หรือถอดสายไฟหลัก

ปุ่มสองปุ่มและจอแสดงผลคริสตัลเหลว RGB อนุญาตให้ผู้ใช้โต้ตอบกับเครื่องจ่าย ผู้ใช้ยังสามารถตั้งค่าการบำบัดและเวลาในการจ่ายผ่านแอพสำหรับสมาร์โฟน เขาสามารถเชื่อมโยงอุปกรณ์ส่วนตัวของเขาผ่านการเชื่อมต่อ Bluetooth (โมดูล Bluetooth เชื่อมต่อกับ Arduino)

เซ็นเซอร์ PIR จะตรวจจับการเคลื่อนไหวหากผู้ใช้ใช้ยาและให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการทำงานที่ถูกต้องของเครื่องจ่ายยา เนื่องจากความไวแสงที่ดีเยี่ยมและช่วงการตรวจจับที่หลากหลาย จึงจงใจขัดขวางในบางทิศทางเพื่อหลีกเลี่ยงการวัดที่ไร้ประโยชน์

ขั้นตอนที่ 3: ส่วนการผลิต

ต่อไปนี้คือรายการรายละเอียดของชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นโดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือเครื่องตัดเลเซอร์ ขนาดและลักษณะทางเรขาคณิตทั้งหมดได้รับการคัดเลือกเพื่อให้มีการจับคู่ที่เหมาะสมระหว่างทุกส่วนที่มีการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งตลอดจนการออกแบบที่ดูดี

อย่างไรก็ตาม ขนาดและลักษณะทางเรขาคณิตอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามวัตถุประสงค์ที่ต่างกัน ในส่วนถัดไป คุณสามารถค้นหา CAD ของส่วนประกอบทั้งหมดที่แสดงไว้ที่นี่ได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แนวคิดเริ่มต้นสำหรับโครงการนี้คือการสร้างเครื่องจ่ายยาที่มีล้อมากขึ้น เพื่อจ่ายยาในปริมาณสูงสุดและหลากหลายที่สุด สำหรับขอบเขตของหลักสูตร เราจำกัดความสนใจของเราไว้เพียง 2 ล้อเท่านั้น แต่ด้วยการปรับเปลี่ยนการออกแบบเพียงเล็กน้อย คุณสามารถเพิ่มล้อและบรรลุเป้าหมายได้มากขึ้น นั่นเป็นเหตุผลที่เราเปิดโอกาสให้คุณปรับเปลี่ยนการออกแบบของเราได้อย่างอิสระ เพื่อที่ว่าในกรณีที่คุณชอบ คุณสามารถเปลี่ยนและปรับให้เข้ากับรสนิยมส่วนตัวใดก็ได้

นี่คือรายการของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติและส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์ทั้งหมดที่มีความหนาอยู่ระหว่างวงเล็บ:

• แผ่นหลัง (mdf 4 มม.) x1
• แผ่นฐาน (mdf 4 มม.) x1
• แผ่นหน้า (mdf 4 mm) x1
• แผ่นด้านข้าง_ไม่มีรู (mdf 4 มม.) x1
• ด้านข้าง plate_hole (mdf 4 mm) x1
• จาน Arduino (mdf 4 มม.) x1
• แผ่นยึดแนวตั้ง (mdf 4 mm) x1
• แผ่นต่อ (mdf 4 มม.) x1
• แผ่นปิดฝาครอบล้อ (mdf 4 mm) x2
• จานรองล้อ (mdf 4 mm) x2
• เพลทบน (ลูกแก้ว 4 มม.) x1
• แผ่นเปิด (mdf 4 มม.) x1
• ตัวยึดแบริ่ง (พิมพ์ 3d) x2
• ฝาครอบล้อ (พิมพ์ 3d) x2
• กรวย (พิมพ์ 3 มิติ) x1
• ตีนผี (พิมพ์ 3 มิติ) x2
• ตัวยึด PIR (พิมพ์ 3d) x1
• ปลั๊กสำหรับฝาครอบล้อ (พิมพ์ 3d) x2
• ล้อ (พิมพ์ 3d) x2

ขั้นตอนที่ 4: ภาพวาดทางเทคนิคสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์

การประกอบกล่องเป็นการออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงการใช้กาว ซึ่งช่วยให้เข้าใจถึงงานที่สะอาดขึ้น และหากจำเป็น ก็สามารถทำการถอดประกอบเพื่อแก้ไขปัญหาบางอย่างได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประกอบทำได้โดยใช้สลักเกลียวและถั่ว ในรูที่มีรูปทรงที่เหมาะสม สลักเกลียวจากด้านหนึ่งและน็อตจากอีกด้านจะพอดีกันเพื่อให้มีการเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างเพลต mdf ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสิ่งที่เกี่ยวกับจานต่างๆ:

• แผ่นด้านข้างมีรูอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้สายเคเบิลผ่านเพื่อให้มีการเชื่อมต่อระหว่าง Arduino กับคอมพิวเตอร์
• แผ่นด้านหน้ามีช่องเปิด 2 ช่อง ค่าต่ำสุดมีไว้สำหรับใช้เมื่อบุคคลต้องหยิบแก้วที่จ่ายยา อีกอันหนึ่งใช้เมื่อถึงเวลาเติมเงิน ในสถานการณ์เฉพาะนี้มีปลั๊ก (ดูการออกแบบในภายหลัง) ที่สามารถปิดรูรับแสงบนฝาครอบล้อจากด้านล่าง ตำแหน่งของฝาปิดนี้ทำได้โดยใช้รูรับแสงที่สองนี้ เมื่อวางปลั๊กแล้ว โดยใช้ปุ่มหรือแอป บุคคลนั้นสามารถให้วงล้อหมุนทีละส่วนและวางยาในแต่ละส่วนได้
• แผ่นค้ำยันอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้มีตัวรองรับแนวตั้งสำหรับรางที่ล้อและฝาครอบอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้มีโครงสร้างที่แข็งแรงและเชื่อถือได้มากขึ้น
• แผ่นเปิดได้รับการออกแบบตามคำบอกเพื่อความสะดวกในการเติมกลไกโดยผู้ใช้
• เพลทด้านบน ดังที่เห็นในภาพ ทำในลูกแก้วเพื่อให้มองเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นภายในจากภายนอก

เพลทอื่นๆ ทั้งหมดไม่ได้มีวัตถุประสงค์พิเศษใดๆ ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ชิ้นส่วนทั้งหมดเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์ บางส่วนสามารถนำเสนอรูเฉพาะที่มีมิติและรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกัน เพื่อให้สิ่งอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด (เช่น Arduino และมอเตอร์) หรือ สิ่งของที่พิมพ์ 3 มิติ (เช่น กรวยและตัวยึด PIR) ให้เชื่อมต่ออย่างถูกวิธี

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นตอนที่ 5: CAD สำหรับชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์

ขั้นตอนที่ 6: ภาพวาดทางเทคนิคสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติเกิดขึ้นได้โดยใช้เครื่องพิมพ์ Ultimakers 2 และ Prusa iMK ที่ห้องปฏิบัติการ Fablab ของมหาวิทยาลัย มีความคล้ายคลึงกันในแง่ที่ว่าทั้งสองใช้วัสดุเดียวกันซึ่งก็คือ PLA (แบบที่ใช้กับชิ้นส่วนที่พิมพ์ทั้งหมดของเรา) และมีขนาดหัวฉีดเท่ากัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานของ Prusa กับเส้นใยที่บางกว่า เป็นมิตรกับผู้ใช้มากขึ้นด้วยแผ่นที่ถอดออกได้ (ไม่จำเป็นต้องใช้กาว) และเซ็นเซอร์ที่ชดเชยพื้นผิวที่ไม่เรียบของแผ่นฐาน

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติทั้งหมดจะออกจากการตั้งค่ามาตรฐาน เว้นแต่ล้อที่ใช้ความหนาแน่นของวัสดุเติม 80% เพื่อให้เพลาแข็งมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในความพยายามครั้งแรก ความหนาแน่นของวัสดุเติม 20% ถูกปล่อยให้เป็นการตั้งค่ามาตรฐานโดยไม่สังเกตเห็นข้อผิดพลาด ในตอนท้ายของการพิมพ์ ล้อรับรู้ได้อย่างสมบูรณ์ แต่เพลาหักทันที เพื่อไม่ให้พิมพ์ล้อซ้ำอีกครั้ง เนื่องจากต้องใช้เวลาค่อนข้างนาน เราจึงตัดสินใจเลือกใช้โซลูชันที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น เราตัดสินใจเพียงพิมพ์ซ้ำเพลาด้วยฐานที่จะยึดกับล้อโดยมีรูเพิ่มเติมอีก 4 รูดังที่เห็นในภาพ

ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายเฉพาะของแต่ละองค์ประกอบ:

• ตัวยึดแบริ่ง: ส่วนประกอบนี้รับรู้เพื่อยึดและรองรับตลับลูกปืนในตำแหน่งที่เหมาะสม ตัวจับยึดแบริ่งมีรูตรงกลางที่มีขนาดที่แน่นอนของเส้นผ่านศูนย์กลางของตลับลูกปืนเพื่อให้มีการเชื่อมต่อที่แม่นยำมาก ปีกทั้ง 2 ข้างมีจุดประสงค์เพื่อให้มีการยึดส่วนประกอบเข้ากับเพลตอย่างเหมาะสม ต้องสังเกตว่าแบริ่งถูกใช้เพื่อรักษาเพลาของล้อที่ไม่เช่นนั้นอาจงอได้
• วงล้อ: การพิมพ์ 3 มิติแสดงถึงแกนหลักของโครงการของเราเกือบทั้งหมด ได้รับการออกแบบมาในลักษณะให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้สามารถบรรจุยาได้ในปริมาณสูงสุด แต่ในขณะเดียวกันก็ยังมีแสงสว่างเพียงพอและง่ายต่อการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ นอกจากนี้ ยังได้รับการออกแบบให้มีขอบเรียบรอบด้านเพื่อไม่ให้เม็ดยาติดขัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมี 14 ส่วนที่สามารถจัดสรรเม็ดยาได้ ส่วนกลางและเส้นขอบระหว่างแต่ละส่วนถูกทำให้ว่างเพื่อให้วงล้อเบาที่สุดเท่าที่จะทำได้ จากนั้นจะมีเพลาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.4 มม. และยาว 30 มม. ซึ่งสามารถใส่แบริ่งอีกด้านหนึ่งได้พอดี ในที่สุดการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งกับมอเตอร์นั้นทำได้โดยตัวต่อเพลาที่เชื่อมต่อด้านหนึ่งกับล้อโดย 4 รูที่สามารถมองเห็นได้ในภาพและอีกด้านหนึ่งด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์
• ฝาครอบล้อ: ฝาครอบล้อได้รับการออกแบบในลักษณะที่เม็ดยาเมื่ออยู่ภายในล้อไม่สามารถออกจากล้อได้ เว้นแต่จะไปถึงส่วนที่เปิดอยู่ที่ด้านล่างของล้อ นอกจากนี้ ฝาครอบยังสามารถปกป้องล้อจากสภาพแวดล้อมภายนอกเพื่อให้มั่นใจว่ามีการจัดเก็บที่เหมาะสม เส้นผ่านศูนย์กลางของมันใหญ่กว่าตัวล้อเล็กน้อยและมีรูรับแสงหลัก 2 ช่อง ตัวที่อยู่ด้านล่างมีไว้เพื่อปล่อยยาในขณะที่ตัวที่อยู่ด้านบนใช้สำหรับกลไกการเติมที่มีรายละเอียดก่อนหน้านี้ รูหลักตรงกลางเป็นรูสำหรับให้เพลาล้อผ่าน และอีก 6 รูที่เหลือใช้ต่อกับเพลทและลูกปืน นอกจากนี้ ที่ด้านล่างยังมีรู 2 รูโดยวางแม่เหล็กเล็กๆ 2 อันไว้ ตามรายละเอียดหลังจากนั้น สิ่งเหล่านี้จะตั้งใจให้มีการเชื่อมต่อที่แน่นหนากับปลั๊ก
• ช่องทาง: แนวคิดของกรวยตามที่เดาได้ชัดเจนคือการรวบรวมเม็ดยาที่ตกลงมาจากวงล้อและรวบรวมไว้ในแก้วที่ด้านล่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพิมพ์ มันถูกแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอนที่แตกต่างกัน มีส่วนของกรวยและ 2 ฟุตที่พิมพ์ออกจากกัน มิฉะนั้น การพิมพ์จะบ่งบอกถึงการรองรับมากเกินไป สำหรับการประกอบขั้นสุดท้ายจะต้องติดกาว 2 ส่วนเข้าด้วยกัน
• ตัวยึด PIR: หน้าที่ของมันคือทำให้ PIR อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม มีรูสี่เหลี่ยมในผนังเพื่อให้สายเคเบิลผ่านและแขน 2 ข้างเพื่อยึด PIR โดยไม่มีข้อต่อถาวร
• ปลั๊ก: ส่วนประกอบเล็กๆ นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้กลไกการเติมสะดวกขึ้น ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เมื่อถึงเวลาต้องเติมน้ำยา ด้านล่างของฝาครอบล้อควรปิดด้วยปลั๊ก มิฉะนั้น เม็ดยาในระหว่างการเติมจะตกลงมา เพื่อความสะดวกในการเชื่อมต่อกับฝา 2 รูเล็ก ๆ และแม่เหล็กสองตัวมีอยู่ ด้วยวิธีนี้การเชื่อมโยงกับฝาครอบจึงแข็งแรงและใช้งานง่าย สามารถวางในตำแหน่งและถอดออกได้อย่างง่ายดาย

ขั้นตอนที่ 7: ขั้นตอนที่ 7: CAD สำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ

ขั้นตอนที่ 8: ขั้นตอนที่ 8: การประกอบ CAD ขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 9: การทดสอบส่วนประกอบแต่ละส่วน

มีการทดสอบแต่ละรายการหลายครั้งก่อนที่จะเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิดีโอแสดงถึงการทดสอบกลไกการจ่ายและการเติม การทำงานของปุ่ม การเตือนสำหรับการทดสอบไฟ LED

ขั้นตอนที่ 10: การประกอบขั้นสุดท้าย

ส่วนแรกของการประกอบได้รับการทุ่มเทให้กับการติดตั้งส่วนโครงสร้างของหุ่นยนต์ บนเพลทฐาน เพลทด้านข้าง 2 อันและเพลทด้านหน้าได้ถูกติดตั้ง และ funnel ได้รับการแก้ไขแล้ว ในขณะเดียวกัน ล้อแต่ละล้อก็เชื่อมต่อกับสเต็ปเปอร์มอเตอร์โดยใช้ตัวต่อเพลาแล้วประกอบเข้ากับฝาปิด หลังจากนั้น ระบบฝาครอบล้อได้รับการติดตั้งโดยตรงบนหุ่นยนต์ ณ จุดนี้ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ถูกติดตั้งบนหุ่นยนต์ ในที่สุด เพลตที่เหลือก็ถูกประกอบขึ้นเพื่อให้โครงการเสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 11: การเดินสายไฟส่วนประกอบไปยัง Arduino

ขั้นตอนที่ 12: โปรแกรมผังงาน

ผังงานต่อไปนี้แสดงตรรกะของโปรแกรมที่เราเขียนสำหรับล้อเดียว

ขั้นตอนที่ 13: การเขียนโปรแกรม

ขั้นตอนที่ 14: การเชื่อมต่อแอปพลิเคชัน Robot- สมาร์ทโฟน

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การสื่อสารกับหุ่นยนต์จะมั่นใจได้โดยแอปพลิเคชันสมาร์ทโฟนที่เชื่อมต่อผ่านโมดูลบลูทูธกับหุ่นยนต์ รูปภาพต่อไปนี้แสดงถึงการทำงานของแอป อันแรกแสดงถึงไอคอนของแอปพลิเคชัน ในขณะที่อันที่สองและอันที่สาม จัดการกับกลไกการจ่ายแบบแมนนวลและเมนูการตั้งค่าเวลาตามลำดับ ในกรณีหลัง กลไกการจ่ายจะดำเนินการโดยอัตโนมัติในเวลาที่ผู้ใช้เลือก

แอปพลิเคชันนี้สร้างขึ้นบน Massachusetts Institute of Technology App Inventor (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=th#6211792079552512)