Le distributeur automatique de pilules : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Nous sommes d'abord étudiants en Master Electro-mechanical engineering à la Faculté d'Ingénierie de Bruxelles (en abrégé "Bruface"). Il s'agit d'une initiative de deux universités situées au centre de Bruxelles: l'Université Libre de Bruxelles (ULB) et la Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Dans le cadre du programme, nous devions créer un véritable système mécatronique fonctionnel pour le cours de mécatronique.

Dans les cours théoriques, nous avons appris comment les différents composants doivent être combinés dans des applications réelles. Après cela, nous avons eu une introduction sur les bases d'un microcontrôleur Arduino et sur la façon de contrôler un système mécatronique. L'objectif du cours était d'être capable de concevoir, produire et programmer un système mécatronique.

Tout cela doit être fait en groupe. Notre groupe était une équipe internationale composée de deux étudiants chinois, deux étudiants belges et un étudiant camerounais.

Tout d'abord, nous voulons exprimer nos remerciements pour le soutien d'Albert De Beir et du professeur Bram Vanderborght.

En tant que groupe, nous avons décidé de nous attaquer à un problème social pertinent. Alors que le vieillissement de la population devient un problème mondial, la charge de travail des soignants et des infirmières devient trop importante. En vieillissant, les gens doivent souvent prendre plus de médicaments et de vitamines. Avec un pilulier automatique, les personnes âgées distraites peuvent s'acquitter de cette tâche de manière autonome un peu plus longtemps. Ainsi, les soignants et les infirmières peuvent avoir plus de temps à consacrer à des patients plus dépendants.

De plus, ce serait très pratique pour tous ceux qui oublient parfois un peu et ne se souviennent pas de prendre leurs pilules.

Ainsi, le système mécatronique doit fournir une solution qui rappelle à l'utilisateur de prendre ses pilules et distribue également les pilules. Nous privilégions également la convivialité du pilulier automatique afin de permettre son utilisation par tous: quel que soit son âge !

Étape 1: Matériaux

Enveloppe:

• Mdf: 4 mm d'épaisseur pour le boîtier intérieur
• Mdf: 3 et 6 mm d'épaisseur pour le boîtier extérieur

Assemblée

• Boulons et écrous (M2 et M3)
• Petit roulement à billes

Microcontrôleur:

Arduino UNO [Lien de commande]

Parties éléctroniques

• Circuit imprimé vierge [Lien de commande]
• Petit Servomoteur 9g [Lien de commande]
• Petit moteur à courant continu 5V [Lien de commande]
• Transistor: BC 237 (transistor bipolaire NPN) [Lien de commande]
• Diode 1N4001 (Crête de tension inverse de 50V) [Lien de commande]
• Buzzer passif: Transducteur piezo
• LCD1602

• Résistances:

  • 1 x 270 ohms
  • 1 x 330 ohms
  • 1 x 470 ohms
  • 5 x 10 kohms
• Émetteur infrarouge
• Détecteur infrarouge

Étape 2: Boîtier intérieur

Le boîtier intérieur peut être considéré comme la boîte qui contient toute la mécanique et l'électronique internes. Il se compose de 5 plaques de MDF de 4 mm qui sont découpées au laser dans les bonnes formes. Il y a aussi une sixième plaque en option que l'on peut ajouter. Cette sixième pièce optionnelle a une forme carrée et peut être utilisée comme couvercle. Les 5 assiettes (le fond et les quatre côtés) sont conçues en forme de puzzle afin qu'elles s'emboîtent parfaitement les unes dans les autres. Leur assemblage peut être renforcé à l'aide de vis. Les avions ont déjà les trous où les autres pièces doivent s'insérer ou où les boulons doivent être placés.

Étape 3: Mécanisme interne

LE MÉCANISME DE DISTRIBUTION

Mécanisme

Notre mécanisme de distribution de pilules est le suivant: l'utilisateur met les pilules dans le compartiment de rangement en haut de la boîte. Comme la plaque inférieure de ce compartiment est inclinée, les pilules glissent automatiquement vers le bas dans le premier tube, où elles s'empilent. Sous ce tube se trouve un cylindre avec un petit trou dans lequel une seule pilule s'intègre parfaitement. Ce petit trou est situé juste en dessous du tube de sorte que les pilules s'empilent au-dessus, tandis que la première pilule repose dans le trou du cylindre. Lorsqu'une pilule doit être prise, le cylindre (avec une pilule dedans) tourne à 120 degrés de sorte que la pilule dans le cylindre tombe dans un deuxième cylindre. Ce deuxième cylindre est l'endroit où se trouve un capteur qui détecte si une pilule est réellement tombée du cylindre. Cela sert de système de rétroaction. Ce tube a un côté qui dépasse plus haut que l'autre. En effet, ce côté empêche la pilule de tomber sur le deuxième tube et permet ainsi de garantir que la pilule tombera dans le tube et sera détectée par le capteur. Sous ce tube se trouve une petite glissière de sorte que la pilule qui tombe glisse dans le trou à l'avant de la boîte intérieure.

Tout ce mécanisme a besoin de plusieurs parties:

• Pièces découpées au laser

  1. La plaque inférieure inclinée du compartiment de rangement.
  2. Les plaques latérales inclinées du compartiment de rangement

• Pièces imprimées en 3D

  1. Le tube supérieur
  2. Le cylindre
  3. L'axe
  4. Le tube inférieur (voir le tube inférieur et le compartiment du capteur)
  5. La glissière

• Autres parties

  Roulement à rouleaux

Tous les fichiers de nos pièces nécessaires à la découpe laser ou à l'impression 3D se trouvent ci-dessous.

Différentes pièces et leur assemblage

LES PLAQUES DU COMPARTIMENT DE RANGEMENT

Le compartiment de rangement se compose de trois plaques découpées au laser. Ces plaques peuvent être assemblées et reliées les unes aux autres et à la boîte intérieure car elles ont des trous et des petits morceaux qui ressortent. C'est pour qu'ils s'emboîtent tous les uns dans les autres comme un puzzle ! Les trous et les pièces en relief sont déjà ajoutés aux fichiers CAO, on peut les découper au laser.

TUBE SUPÉRIEUR

Le tube supérieur n'est connecté qu'à un côté de la boîte intérieure. Il est connecté à l'aide d'une plaque qui lui est attachée (il est inclus dans le dessin CAO pour l'impression 3D).

CYLINDRE ET ROULEMENT À ROULEAUX

Le cylindre est relié aux 2 côtés de la boîte. D'un côté, il est connecté au servomoteur qui induit le mouvement de rotation lorsqu'une pilule doit tomber. De l'autre côté, il

LE COMPARTIMENT TUBE INFERIEUR ET CAPTEUR

La détection est une action importante lorsqu'il s'agit de la distribution de pilules. Nous devons être en mesure d'obtenir la confirmation qu'une pilule attribuée a été prise par le patient à un moment approprié. Pour obtenir cette fonctionnalité, il est important de considérer les différentes étapes de conception.

Choisir les bons composants de détection:

Dès le tournage, lorsque le projet a été validé, il a fallu rechercher et s'approprier le composant qui confirmera le passage d'une pilule de la boîte. Sachant que les capteurs peuvent être utiles pour cette action, le principal défi était de connaître le type qui sera compatible avec la conception. Le premier composant que nous avons trouvé était un photointerupteur composé d'un émetteur IR et d'une diode phototransistor IR. Le photointerupteur 25/64’’ slot PCB HS 810 était une solution de par sa compatibilité nous permettant d’éviter l’éventuel problème de configuration d’angle. Nous avons décidé de ne pas l'utiliser en raison de sa géométrie, il sera difficile à incorporer avec la buse. À partir d'un projet connexe, nous avons vu qu'il est possible d'utiliser un émetteur IR avec un détecteur IR avec moins d'autres composants comme capteur. Ces composants IR peuvent être trouvés sous différentes formes.

Impression 3D de la buse à pilules qui perce le capteur

Pouvant trier le composant principal devant servir de capteur, il était alors temps de vérifier comment ils seront placés sur la buse. La buse a un diamètre intérieur de 10 mm pour le libre passage de la pilule du cylindre rotatif. Par la fiche technique des éléments de détection, nous avons réalisé que l'introduction de trous autour de la surface de la buse correspondant à la dimension du composant sera un avantage supplémentaire. Ces trous doivent-ils être placés à n'importe quel point de la surface ? non car pour obtenir une détection maximale, l'angularité doit être évaluée. Nous avons imprimé un prototype basé sur les spécifications ci-dessus et vérifié la détectabilité.

Évaluation de l'angle de faisceau et de l'angle de détection possibles

D'après la fiche technique des composants du capteur, le faisceau et l'angle de détection sont de 20 degrés, cela signifie que la lumière émettrice et le détecteur ont une large portée de 20 degrés. Bien qu'il s'agisse de spécifications de fabrication, il est toujours important de tester et de confirmer. Cela a été fait en jouant simplement avec les composants introduisant une source CC à côté d'une LED. La conclusion a été de les placer en face l'un de l'autre.

Assemblée

La conception d'impression 3D du tube a une plaque connectée avec 4 trous. Ces trous sont utilisés pour connecter le tube au boîtier intérieur à l'aide de boulons.

Étape 4: Mécanisme interne de l'électronique

Mécanisme de distribution:

Le mécanisme de distribution est réalisé en utilisant un petit servomoteur pour la rotation du gros cylindre.

La broche d'entraînement du servomoteur 'Reely Micro-servo 9g' est connectée directement au microcontrôleur. Le microcontrôleur Arduino Uno peut facilement être utilisé pour le contrôle du servomoteur. Ceci en raison de l'existence de la bibliothèque intégrée pour les actions des servomoteurs. Par exemple, avec la commande 'write', les angles souhaités de 0° et 120° peuvent être atteints. (Ceci est fait dans le code du projet avec 'servo.write(0)' et 'servo.write(120)').

Vibreur:

Petit moteur à courant continu sans balai avec balourd

Ce déséquilibre est obtenu avec un morceau de plastique qui relie l'axe du moteur avec un petit boulon et un écrou.

Le moteur est entraîné par un petit transistor, ceci est fait car la broche numérique ne peut pas fournir des courants supérieurs à 40,0 mA. En fournissant le courant de la broche Vin du microcontrôleur Arduino Uno, on peut atteindre des courants jusqu'à 200,0 mA. C'est suffisant pour alimenter le petit moteur à courant continu.

Lorsque l'alimentation du moteur est brusquement arrêtée, vous obtenez un pic de courant dû à l'auto-inductance du moteur. Une diode est donc placée sur les connexions du moteur afin d'éviter ce retour de courant qui peut endommager le microcontrôleur.

système de capteurs:

Utilisation d'une diode émettrice infrarouge (LTE-4208) et d'une diode détecteur infrarouge (LTR-320 8) connectées au microcontrôleur Arduino Uno pour confirmer le passage d'une pilule. Une fois qu'une pilule est tombée, elle ombragerait la lumière de la diode émettrice infrarouge en peu de temps. En utilisant un analogpin de l'arduino, nous obtiendrions cette information.

pour la détection:

lecture analogique (A0)

Étape 5: boîtier extérieur

• Taille:200x110x210mm

• Matériau: panneau de fibres de moyenne densité

  Épaisseur de la tôle: 3 mm 6 mm

• Méthode de traitement: découpe laser

Pour le boîtier extérieur, nous avons utilisé différents types d'épaisseurs en raison d'erreurs de découpe laser. Nous choisissons les 3 mm et 6 mm pour nous assurer que toutes les feuilles peuvent être combinées étroitement.

Pour la taille, compte tenu de l'espace pour le boîtier intérieur et les appareils électroniques, la largeur et la hauteur du boîtier extérieur sont plus grandes que celles de l'intérieur. La longueur est beaucoup plus longue pour laisser de la place aux appareils électroniques. De plus, afin de nous assurer que les pilules peuvent tomber facilement de la boîte, nous avons gardé les étuis intérieur et extérieur très proches.

Étape 6: Électronique externe

Pour l'électronique externe, nous devions laisser notre robot interagir avec les gens. Pour y parvenir, nous avons choisi un LCD, un buzzer, une LED et 5 boutons comme composants. Cette partie du pilulier fonctionne comme un réveil. Si ce n'est pas le bon moment pour prendre les pilules, l'écran LCD affichera simplement l'heure et la date. Lorsque le patient doit prendre une pilule, la LED s'allumera, le buzzer jouera de la musique et l'écran LCD affichera « Je vous souhaite santé et bonheur ». Nous pouvons également utiliser le bas de l'écran pour modifier l'heure ou la date.

Activer l'écran LCD

Nous avons utilisé le LCD-1602 pour nous connecter directement au microcontrôleur et utilisé la fonction: LiquidCrystal lcd pour activer l'écran LCD.

Avertisseur sonore

Nous avons choisi un buzzer passif qui peut jouer des sons de différentes fréquences.

Pour que le buzzer joue les chansons « City of the Sky » et « Happy Acura », nous avons défini quatre tableaux. Dont deux sont nommés "tune", qui stockent les informations de note des deux chansons. Les deux autres tableaux ont été nommés "Duration". Ces tableaux stockent le rythme.

Nous construisons ensuite une boucle qui joue de la musique, que vous pouvez voir dans le code source.

Horaire

Nous avons écrit une série de fonctions pour la seconde, la minute, l'heure, la date, le mois, la semaine et l'année.

Nous avons utilisé la fonction: millis() pour calculer le temps.

À l'aide de trois boutons, « sélectionner », « plus » et « moins », l'heure peut être modifiée.

Comme nous le savons tous, si nous voulons contrôler un composant, nous devons utiliser les broches de l'arduino.

Les broches que nous avons utilisées étaient les suivantes:

ACL: broches 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

Bruzer: broche 10

Servomoteur: broche 11

Moteur pour vibration: Pin12

Capteur: A0

Bouton1(s): A1

Bouton2(plus): A2

Bouton3(moins):A3

Button4 (prendre les pilules): A4

DEL: A5

Étape 7: Assemblage total

Enfin, nous obtenons l'assemblage total comme l'image ci-dessus. Nous avons utilisé de la colle à certains endroits pour nous assurer qu'elle est suffisamment serrée. À certains endroits à l'intérieur de la machine, nous avons également utilisé du ruban adhésif et des vis pour la rendre suffisamment solide. Le fichier. STEP de nos dessins CAO se trouve au bas de cette étape.

Étape 8: Téléchargement du code

Étape 9: épilogue

La machine est capable d'avertir l'utilisateur de prendre le médicament et délivre la bonne quantité de pilules. Cependant après discussion avec un pharmacien qualifié et expérimenté, il y a quelques remarques à faire. Un premier problème est la contamination des pilules qui sont exposées pendant longtemps à l'air dans le récipient, d'où la diminution de la qualité et de l'efficacité. Normalement, les pilules doivent être contenues dans un puits fermé dans un comprimé en aluminium. De plus, lorsque l'utilisateur distribue pendant un certain temps la pilule A et doit ensuite distribuer la pilule B, il est assez complexe de nettoyer la machine afin de s'assurer qu'il n'y a pas de particules de pilule A contaminant la pilule B.

Ces observations donnent un regard critique sur la solution apportée par cette machine. Des recherches supplémentaires sont donc nécessaires pour pallier ces lacunes…

Étape 10: Références

[1]

[2] Wei Chih Wang. Détecteurs optiques. Département de génie mécanique de l'énergie, université nationale Tsing Hua.