DISTRIBUTEUR DE PILULES AUTOMATIQUE : 14 étapes (avec photos)

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

Il s'agit d'un robot distributeur de pilules capable de fournir au patient la bonne quantité et le bon type de pilules médicamenteuses. Le dosage de la pilule s'effectue automatiquement à l'heure exacte de la journée, précédé d'une alarme. Lorsqu'elle est vide, la machine est facilement rechargée par l'utilisateur. Le mécanisme de distribution et de remplissage est contrôlé au moyen d'une application connectée via Bluetooth au robot et au moyen de deux boutons.

Bruface Mechatronics Project Group 2

Membres de l'équipe: Federico ghezzi

Andrea Molino

Giulia Ietro

Mohamed Fakih

Mouhamad Lakkis

Étape 1: liste de courses

• Adafruit Motor Shield v2.3 (kit de montage) – Moteur/pas à pas/Servo Shield pour Arduino
• Capteur de température d'humidité Kwmobile
• AZCarte de livraison pour Arduino PCM2704 KY-006 Buzzer Passif
• Horloge en temps réel AZDelivery, RTC DS3231 I2C, Rasperry Pi
• 2. 28byj de 48 DC 5 V 4 Phase de fil de 5 Micro Step avec module ULN2003 pour Arduino
• AZDelivery Prototypage Prototype Shield pour Arduino UNO R3
• AZDelivery PAQUET HD44780 LCD 1602, 2X16 caractères + l'interface I2C
• OfficeTree® 20 Mini aimants OfficeTree® 20 6x2 mm
• COUPLEUR D'ARBRE POLOLU-1203 MONTAGE UNIVERSEL MOYEU
• 40 broches 30 cm mâle à femelle cavalier fil
• Planche à pain sans soudure – 830 trous
• USB 2.0 A – B M/M 1.80M
• Capteur de mouvement Pir pour Arduino
• Ensemble de fils de cavalier de planche à pain AWG à une broche
• R18-25b Interrupteur poussoir 1p Off-(on)
• L-793id LED 8mm Rouge Diffusée 20mcd
• L-793gd LED 8mm Vert Diffusé 20mcd
• 2 x Poussoir Métallique Carr+Avec Capuchon Bleu
• Interrupteur tactile 6x6mm
• 2 charbons 70x40 mm
• greep plast avec 64 mm
• bouton aluminium 12 mm
• ultragel 3gr
• 50 nagels 2x35
• Lumière de fond LCD rvb
• 2 roulements à billes arbre de 6,4 mm
• 2 feuilles mdf complètes pour la découpe laser
• 1 morceau de plexiglas pour la découpe laser
• 1 potentiomètre
• Arduino uno

Étape 2: Conseils techniques sur le choix des composants

Les mécanismes de distribution et de remplissage nécessitent une grande précision et peu de mouvements des roues qui contiennent les pilules. Pour cette raison, nous décidons d'utiliser deux moteurs pas à pas.

Les moteurs pas à pas sont stables, peuvent entraîner une large gamme de charges de friction et d'inertie, n'ont pas besoin de rétroaction. Le moteur est également un capteur de position: les capteurs de position et de vitesse ne sont pas nécessaires. De plus, ils ont une excellente répétabilité et reviennent au même endroit avec précision.

Un Motor Shield entraîne les deux moteurs pas à pas. Il contient 4 H-Bridge qui permettent de contrôler à la fois la direction et la vitesse des moteurs. À l'aide d'un blindage moteur, nous augmentons le nombre de broches libres.

Pour être sûr que les pilules sont toujours dans de bonnes conditions, un capteur d'humidité et de température mesure en permanence la température et l'humidité à l'intérieur du distributeur.

Pour informer l'utilisateur qu'il est temps de prendre sa thérapie, nous avons construit une alarme avec un buzzer et une horloge en temps réel. Le module RTC fonctionne sur batterie et peut garder une trace de l'heure même si nous reprogrammons le microcontrôleur ou déconnectons l'alimentation principale.

Deux boutons et un affichage à cristaux liquides RVB permettent à l'utilisateur d'interagir avec le distributeur. L'utilisateur peut également définir sa thérapie et le temps de distribution via une application pour smartphone. Il peut lier son appareil personnel via une connexion Bluetooth (un module Bluetooth est connecté à Arduino).

Un capteur PIR détecte un mouvement si l'utilisateur prend son médicament et donne un retour sur le bon fonctionnement du distributeur. Du fait de sa grande sensibilité et de sa large plage de détection, il est volontairement bloqué dans certaines directions pour éviter des mesures inutiles.

Étape 3: Fabrication de la pièce

Dans ce qui suit, une liste détaillée des pièces qui sont produites soit par imprimante 3D, soit par découpeur laser est fournie. Toutes les dimensions et tous les aspects géométriques sont choisis afin d'avoir une bonne correspondance entre toutes les pièces avec des connexions solides ainsi qu'un beau design.

Cependant, les dimensions et l'aspect géométrique peuvent être modifiés en fonction des différents objectifs. Dans les sections suivantes, il est possible de trouver la CAO de tous les composants répertoriés ici.

En particulier, l'idée initiale du projet était de créer un pilulier avec plus de roues afin de distribuer la plus grande quantité et la plus grande variété de pilules. Pour la portée du cours, nous avons limité notre attention à 2 d'entre eux, mais avec peu de modifications sur la conception, plus de roues peuvent être ajoutées et atteindre l'objectif. C'est pourquoi nous vous laissons la possibilité de modifier librement notre design afin que, si vous l'aimez, vous puissiez le changer et l'adapter à n'importe quel goût personnel.

Voici la liste de toutes les pièces imprimées en 3D et découpées au laser avec l'épaisseur entre parenthèses:

• plaque arrière (mdf 4 mm) x1
• plaque de base (mdf 4 mm) x1
• plaque frontale (mdf 4 mm) x1
• plaque latérale_pas de trou (mdf 4 mm) x1
• plaque latérale_trou (mdf 4 mm) x1
• plaque arduino (mdf 4 mm) x1
• plaque pour sustain vertical (mdf 4 mm) x1
• plaque de connexion (mdf 4 mm) x1
• plaque pour le capuchon de la roue (mdf 4 mm) x2
• plaque pour la roue (mdf 4 mm) x2
• plaque supérieure (plexiglas 4 mm) x1
• plaque d'ouverture (mdf 4 mm) x1
• support de roulement (3d imprimé) x2
• roue à capuchon (3d imprimé) x2
• entonnoir (3d imprimé) x1
• pied entonnoir (3d imprimé) x2
• Support PIR (3d imprimé) x1
• bouchon pour enjoliveur (3d imprimé) x2
• roue (3d imprimé) x2

Étape 4: Dessins techniques pour la découpe laser

L'assemblage de la boîte est conçu afin d'éviter l'utilisation de colle. Cela permet de réaliser un travail plus propre et, si nécessaire, un démontage peut être effectué pour résoudre certains problèmes.

En particulier, l'assemblage est réalisé au moyen de boulons et d'écrous. Dans un trou d'une géométrie appropriée, un boulon d'un côté et un écrou de l'autre côté s'emboîtent parfaitement afin d'avoir une connexion solide entre toutes les plaques mdf. Notamment pour ce qui concerne les différentes plaques:

• La plaque latérale a un trou positionné afin de laisser passer le câble afin d'avoir une connexion entre l'Arduino et l'ordinateur.
• La plaque frontale a 2 ouvertures. Le plus bas est destiné à être utilisé lorsque la personne doit prendre le verre où la pilule a été distribuée. L'autre est utilisé lorsqu'il est temps de recharger. Dans cette situation particulière, il existe un bouchon (voir plus loin la conception) qui peut fermer l'ouverture sur le capuchon de la roue par le bas. Le positionnement de ce capuchon s'effectue en effet en exploitant cette seconde ouverture. Une fois le bouchon positionné, à l'aide des boutons ou de l'application, la personne peut faire tourner la roue une section à la fois et placer une pilule dans chaque section.
• La plaque de maintien est positionnée de manière à avoir un support vertical pour les rails où la roue et le capot sont positionnés de manière à avoir une structure plus fiable et plus rigide.
• La plaque d'ouverture est conçue comme le dit le mot afin de faciliter le mécanisme de remplissage par l'utilisateur
• La plaque supérieure, comme on peut le voir sur la photo, est réalisée en plexiglas afin de permettre de l'extérieur la vision de ce qui se passe à l'intérieur.

Toutes les autres plaques n'ont pas d'utilité particulière, elles sont conçues afin de permettre à toutes les pièces de s'emboîter parfaitement. Certaines pièces peuvent présenter des trous particuliers avec des dimensions et géométries différentes afin de laisser passer tout le matériel électronique (comme Arduino et moteurs) ou les éléments imprimés en 3D (comme l'entonnoir et le support PIR) doivent être connectés de manière appropriée.

Étape 5: Étape 5: CAO pour les pièces découpées au laser

Étape 6: Dessins techniques pour l'impression 3D

Les pièces imprimées en 3D sont réalisées à l'aide des imprimantes Ultimakers 2 et Prusa iMK disponibles au laboratoire Fablab de l'Université. Ils sont similaires dans le sens où ils utilisent tous les deux le même matériau qui est le PLA (celui utilisé pour toutes nos pièces imprimées) et ont la même dimension de buse. En particulier le travail du Prusa avec un filament plus fin, est plus convivial grâce à la plaque amovible (pas besoin d'utiliser la colle) et au capteur qui compense la surface non plane de la plaque de base.

Toutes les pièces imprimées en 3D sont réalisées en laissant les paramètres standard, sauf pour la roue où une densité de matériau de remplissage de 80% est utilisée afin d'avoir un arbre plus rigide. En particulier lors de la première tentative, une densité de matériau de remplissage de 20% a été laissée comme réglage standard sans remarquer l'erreur. A la fin de l'impression la roue était parfaitement réalisée mais l'arbre s'est cassé immédiatement. Afin de ne pas réimprimer la roue, car cela prend un temps assez long, nous avons décidé d'opter pour une solution plus intelligente. Nous avons décidé juste de réimprimer l'arbre avec une base qui serait fixée à la roue avec 4 trous supplémentaires comme on le verra sur les figures.

Suivra une description particulière de chaque composant:

• Support de roulement: ce composant est réalisé afin de maintenir et de soutenir le roulement dans une position appropriée. Le porte-roulement est en effet réalisé avec un trou centré à la dimension exacte du diamètre du roulement de manière à avoir une connexion très précise. Les 2 ailes sont uniquement destinées à avoir une bonne fixation du composant sur la platine. Il faut remarquer que le roulement est utilisé de manière à soutenir l'arbre de la roue qui pourrait autrement se plier.
• Roue: Les imprimés en 3D représentent presque le cœur de notre projet. Il est conçu de manière à être aussi grand que possible afin de contenir le maximum de pilules tout en restant léger et facile à conduire par les moteurs. Il a de plus conçu avec des bords lisses tout autour afin de ne pas avoir de pilules collées. Il dispose notamment de 14 sections où est possible de répartir les pilules. La partie centrale, ainsi que la bordure entre chaque section, a été vidée afin de laisser la roue la plus légère possible. Ensuite, il y a un arbre de 6,4 mm de diamètre et 30 mm de long qui peut parfaitement s'insérer dans le roulement de l'autre côté. Enfin une forte liaison avec le moteur est réalisée par un arbre d'accouplement relié d'un côté avec la roue par les 4 trous que l'on peut voir sur la photo et de l'autre côté avec le moteur pas à pas.
• Capuchon de roue: Le capuchon de la roue est conçu de manière à ce que les pilules une fois à l'intérieur de la roue ne puissent en sortir que si elles atteignent la section ouverte au bas de la roue. De plus, le capuchon peut protéger la roue de l'environnement extérieur en assurant un stockage approprié. Son diamètre est légèrement plus grand que la roue elle-même et possède 2 ouvertures principales. Celui du bas est destiné à libérer la pilule tandis que celui du haut sert au mécanisme de remplissage précédemment détaillé. Le trou principal au centre sert à laisser passer l'arbre de la roue et les 6 trous restants sont utilisés pour la connexion avec la plaque et le roulement. De plus, sur la face inférieure, 2 trous sont présents où 2 petits aimants sont placés. Comme détaillé ci-après, ceux-ci seront destinés à avoir une connexion solide avec la prise.
• Entonnoir: L'idée de l'entonnoir, comme on peut le deviner clairement, est de collecter les pilules tombant de la roue et de les rassembler dans le verre au fond. Notamment pour son impression, il a été divisé en 2 étapes différentes. Il y a le corps de l'entonnoir puis 2 pieds qui ont été imprimés à part sinon l'impression aurait impliqué trop de supports. Pour l'assemblage final, les 2 pièces doivent être collées ensemble.
• Support PIR: sa fonction est de maintenir le PIR dans une position appropriée. Il a un trou carré dans le mur pour laisser passer les câbles et 2 bras pour maintenir le PIR sans joint permanent.
• Bouchon: ce petit composant a été conçu de manière à faciliter le mécanisme de remplissage. Comme mentionné précédemment, une fois qu'il est temps de recharger, le fond du capuchon de la roue doit être fermé par le bouchon, sinon les pilules pendant la recharge tomberaient. Pour faciliter sa connexion avec le capuchon 2 petits trous et deux aimants sont présents. De cette façon, le lien avec le capuchon est fort et convivial. Il peut être mis en place et retiré avec une tâche très facile.

Étape 7: Étape 7: CAO pour les pièces imprimées en 3D

Étape 8: Étape 8: Assemblage CAO final

Étape 9: Tests pour les composants individuels

Plusieurs tests individuels ont été effectués avant de connecter tous les composants électroniques entre eux. En particulier, les vidéos représentent les tests pour le mécanisme de distribution et de remplissage, pour le fonctionnement des boutons, pour l'alarme pour le test des leds.

Étape 10: Assemblage final

La première partie de l'assemblage a été consacrée au montage de la partie structurelle du robot. Sur la plaque de base, les 2 plaques latérales et la plaque frontale ont été posées et l'entonnoir a été fixé. Pendant ce temps, chaque roue était reliée à son moteur pas à pas au moyen du coupleur d'arbre puis montée avec son capuchon. Ensuite, le système d'enjoliveurs a été monté directement sur le robot. À ce stade, les composants électroniques ont été installés sur le robot. Enfin, les plaques restantes ont été assemblées pour terminer le projet.

Étape 11: Câblage des composants à Arduino

Étape 12: Organigramme du programme

L'organigramme suivant montre la logique du programme que nous avons écrit, pour une roue.

Étape 13: Programmation

Étape 14: Connexion de l'application robot-smartphone

Comme déjà dit, la communication avec le robot est assurée par une application smartphone connectée via un module bluetooth au robot. Les images suivantes représentent le fonctionnement de l'application. Le premier représente l'icône de l'application tandis que le second et le troisième traitent respectivement du mécanisme de distribution manuelle et du menu de réglage de l'heure. Dans ce dernier cas, le mécanisme de distribution s'effectue automatiquement à l'heure choisie par l'utilisateur.

Cette application a été construite sur le Massachusetts Institute of Technology App Inventor (ai2.appinventor.mit.edu/?locale=en#6211792079552512).