מתקן הגלולות האוטומטי: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

אנו הראשונים לסטודנטים לתואר שני בהנדסת אלקטרו-מכונות בפקולטה להנדסה בבריסל (בקיצור "Bruface"). זוהי יוזמה של שתי אוניברסיטאות הממוקמות במרכז בריסל: Université Libre de Bruxelles (ULB) ו- Vrije Universiteit Brussel (VUB).

כחלק מהתוכנית נאלצנו ליצור מערכת מכטרונית אמיתית שעובדת לקורס מכטרוניקה.

בקורסים עיוניים למדנו כיצד יש לשלב רכיבים שונים ליישומים אמיתיים. לאחר מכן קיבלנו הקדמה אודות היסודות של מיקרו -בקר Arduino וכיצד לשלוט במערכת מכטרוניקה. מטרת הקורס הייתה יכולת לעצב, לייצר ולתכנת מערכת מכטרונית.

כל זה צריך להיעשות בקבוצה. הקבוצה שלנו הייתה צוות בינלאומי המורכב משני סטודנטים סינים, שני סטודנטים בלגים ותלמיד קמרוני אחד.

ראשית אנו רוצים להודות על תמיכתם של אלברט דה ביר ופרופסור בראם ונדרבורגה.

כקבוצה החלטנו להתמודד עם בעיה רלוונטית חברתית. ככל שהאוכלוסייה המזדקנת הופכת לנושא גלובלי, עומס העבודה של מטפלים ואחיות הופך להיות גדול מדי. ככל שאנשים מתבגרים, הם נאלצים לקחת יותר תרופות וויטמינים. עם מתקן גלולות אוטומטי אפשר לקשישים חסרי שכל להתמודד עם משימה זו קצת יותר באופן עצמאי. על ידי מטפלים ואחיות יכולים לקבל יותר זמן לבזבז על מטופלים תלויים יותר.

כמו כן זה יהיה שימושי מאוד לכל מי שקצת שוכח לפעמים ולא זוכר לקחת את הכדורים שלו.

לכן המערכת המכטרונית צריכה לספק פתרון שמזכיר למשתמש לקחת את הכדורים שלו וגם מחלק את הכדורים. אנו מעדיפים גם שמכשיר הגלולות האוטומטי יהיה ידידותי למשתמש על מנת לאפשר לכולם להשתמש: ללא קשר לגילו!

שלב 1: חומרים

מַעֲטֶפֶת:

• Mdf: עובי 4 מ"מ למארז הפנימי
• Mdf: עובי 3 ו -6 מ"מ למארז החיצוני

הַרכָּבָה

• ברגים ואומים (M2 ו- M3)
• מיסב כדורים קטן

מיקרו -בקר:

ארדואינו UNO [קישור להזמנה]

חלקים אלקטרוניים

• לוח מעגלים ריק [קישור להזמנה]
• מנוע סרוו קטן 9 גרם [קישור להזמנה]
• מנוע DC קטן 5V [קישור להזמנה]
• טרנזיסטור: BC 237 (טרנזיסטור דו קוטבי NPN) [קישור להזמנה]
• דיודה 1N4001 (שיא מתח הפוך של 50V) [קישור להזמנה]
• זמזם פסיבי: פיזו מתמר
• LCD1602

• נגדים:

  • 1 x 270 אוהם
  • 1 x 330 אוהם
  • 1 x 470 אוהם
  • 5 x 10k אוהם
• פולט אינפרא אדום
• גלאי אינפרא אדום

שלב 2: מארז פנימי

ניתן לראות את המארז הפנימי כקופסה המכילה את כל המכניקה הפנימית ואלקטרוניקה. הוא מורכב מ -5 לוחות MDF 4 מ מ החתוכים בלייזר לצורות הנכונות. יש גם צלחת שישית אופציונלית שניתן להוסיף. ליצירה השישית האופציונלית הזו יש צורה מרובעת והיא יכולה לשמש כמכסה. 5 הלוחות (החלק התחתון וארבעת הצדדים) מעוצבים בצורת פאזל כך שיתאימו זה לזה בצורה מושלמת. ניתן לחזק את הרכבה באמצעות ברגים. למטוסים כבר יש את החורים שבהם החלקים האחרים צריכים להשתלב או היכן להניח את הברגים.

שלב 3: מנגנון פנימי

מנגנון ההפצה

מַנגָנוֹן

מנגנון חלוקת הגלולות שלנו הוא כדלקמן: המשתמש מכניס את הכדורים לתא האחסון בחלק העליון של הקופסה. כשהצלחת התחתונה של תא זה נטויה, הכדורים יחליקו אוטומטית למטה אל הצינור הראשון, שם הם נערמים. מתחת לצינור הזה נמצא גליל עם חור קטן שבו רק גלולה אחת משתלבת בצורה מושלמת. החור הקטן הזה ממוקם ממש מתחת לצינור כך שהכדורים נערמים מעליו, בעוד הגלולה הראשונה מונחת בחור של הגליל. כאשר יש לקחת גלולה, הגליל (עם גלולה בתוכו) מסתובב 120 מעלות כך שהגלולה שבגליל נופלת לגליל שני. הגליל השני הוא המקום בו נמצא חיישן שמזהה אם אכן נפלה כדור מהגליל. זה משמש כמערכת משוב. לצינור זה צד אחד הבולט גבוה יותר מהצד השני. הסיבה לכך היא שהצד הזה מונע מהכדור ליפול מעל הצינור השני, ובכך מסייע להבטיח שהכדור ייפול לתוך הצינור ויתגלה על ידי החיישן. מתחת לצינור הזה ממוקמת שקופית קטנה כך שהגלולה הנופלת תחליק דרך החור שבחזית התיבה הפנימית.

כל המנגנון הזה צריך מספר חלקים:

• חלקים בחיתוך בלייזר

  1. הצלחת התחתונה מלוכסנת של תא האחסון.
  2. צלחות הצד האלכסוניות של תא האחסון

• חלקים מודפסים בתלת מימד

  1. הצינור העליון
  2. הגליל
  3. הציר
  4. הצינור התחתון (ראה הצינור התחתון ותא החיישנים)
  5. המגלשה

• חלקים אחרים

  מיסב גלילה

כל הקבצים של החלקים שלנו הדרושים לחיתוך בלייזר או הדפסה תלת -ממדית ניתן למצוא להלן.

חלקים שונים והרכבתם

לוחות מחסן האחסון

תא האחסון מורכב משלוש פלטות שחותכות בלייזר. ניתן להרכיב ולחבר את הלוחות הללו זה לזה ולתיבה הפנימית מכיוון שיש להם כמה חורים וחתיכות קטנות בולטות. זה כך שכולם משתלבים זה בזה כמו פאזל! החורים והחתיכות הבולטות כבר נוספו לקבצי ה- CAD אפשר להשתמש בלייזר לחתוך אותו.

צינור עליון

הצינור העליון מחובר רק לצד אחד של הקופסה הפנימית. הוא מחובר בעזרת לוחית המחוברת אליו (הוא כלול בשרטוט ה- CAD להדפסה בתלת מימד).

צילינדר וגובה גלילים

הגליל מחובר לשני צידי הקופסה. מצד אחד, הוא מחובר למנוע הסרוו המניע את התנועה המסתובבת כאשר כדור צריך ליפול. בצד השני, זה

הצינור התחתון ומחלקת החיישנים

חישה היא פעולה חשובה בכל הנוגע למתן גלולות. עלינו להיות מסוגלים לקבל אישור כי נטילה גלולה שהוקצתה על ידי המטופל בזמן המתאים. כדי לקבל פונקציונליות זו, חשוב לשקול את שלבי העיצוב השונים.

בחירת רכיבי הגילוי הנכונים:

החל מהנקודה בה אימות הפרויקט נאלצנו לחפש רכיב המתאים שיאשר את מעבר הגלולה מהקופסה. ידיעת חיישנים יכולה להיות שימושית לפעולה זו, האתגר העיקרי היה לדעת את הסוג שיתאים לעיצוב. הרכיב הראשון שמצאנו היה חיבור צילום של פולט IR ודיודה פוטו טרנזיסטור. חריץ ה- PCB HS 810 Photointeruptor עם חריץ בגודל 25/64 'היה פתרון בשל תאימותו שגרמה לנו להימנע מבעיה אפשרית של תצורת הזווית. החלטנו לא להשתמש בזה בגלל הגיאומטריה שלה, יהיה קשה לשלב עם הזרבובית. מאיזה פרויקט קשור ראינו שאפשר להשתמש בפולט IR עם גלאי IR עם פחות רכיבים אחרים כחיישן. ניתן למצוא רכיבי IR אלה בצורות שונות.

הדפסה תלת מימדית של זרבובית הגלולה החורכת את החיישן

בהיותו מסוגל למיין את הרכיב העיקרי שישמש אותו כחיישן, הגיע הזמן לבדוק כיצד הם ימוקמו על הזרבובית. הזרבובית בעלת קוטר פנימי של 10 מ מ למעבר חופשי של הגלולה מהגליל המסתובב. לפי דף הנתונים של רכיבי החישה, הבנו כי החדרת חורים סביב משטח הזרבובית המתאימה למימד הרכיב תהיה יתרון נוסף. האם החורים האלה צריכים להיות ממוקמים בכל נקודה לאורך המשטח? לא כי כדי להשיג זיהוי מקסימלי יש להעריך את הזוויות. הדפסנו אב טיפוס המבוסס על המפרט לעיל ובדקנו אם ניתן לזהות אותו.

הערכת זווית הקורה האפשרית וזווית הזיהוי

מגליון הנתונים של רכיבי החיישן, הקרן וזווית הזיהוי הם 20 מעלות, פירוש הדבר כי הן לאור הפולט והן לגלאי יש טווח רחב של 20 מעלות. למרות שמדובר במפרט יצרני, עדיין חשוב לבדוק ולאשר. זה נעשה פשוט על ידי משחק עם הרכיבים החדרת מקור DC לצד LED. המסקנה שהגיעה אליה הייתה למקם אותם זה מול זה.

הַרכָּבָה

עיצוב הדפס התלת מימד של הצינור כולל לוח מחובר אליו עם 4 חורים. חורים אלה משמשים לחיבור הצינור למארז הפנימי באמצעות ברגים.

שלב 4: מנגנון פנימי אלקטרוניקה

מנגנון חלוקה:

מנגנון ההפצה מושג על ידי שימוש במנוע סרוו קטן לסיבוב הגליל הגדול.

סיכת ההנעה של מנוע סרוו 'Reely Micro-servo 9g' מחוברת ישירות לבקר המיקרו. ניתן להשתמש בקלות בבקר המיקרו Arduino Uno לשליטה על מנוע הסרוו. זאת בגלל קיומה של הספרייה המובנית לפעולות מוטוריות סרוו. לדוגמה באמצעות הפקודה 'לכתוב', ניתן להגיע לזוויות הרצויות של 0 ° ו -120 °. (זה נעשה בקוד הפרויקט עם 'servo.write (0)' ו- 'servo.write (120)').

וִיבּרָטוֹר:

מנוע DC קטן ללא מברשות עם חוסר איזון

חוסר איזון זה מושג בעזרת פיסת פלסטיק המחברת את ציר המנוע בעזרת בורג ואום קטנים.

המנוע מונע על ידי טרנזיסטור קטן, הדבר נעשה מכיוון שהסיכה הדיגיטלית אינה יכולה לספק זרמים גבוהים יותר מ -40.0 mA. על ידי אספקת הזרם מהפין Vin של המיקרו -בקר Arduino Uno, אפשר להגיע לזרמים של עד 200.0 mA. זה מספיק כדי להניע את מנוע ה- DC הקטן.

כאשר הפעלת המנוע מופסקת בפתאומיות, אתה מקבל שיא נוכחי עקב השראות עצמית של המנוע. אז דיודה מונחת מעל חיבורי המנוע על מנת למנוע זרימות אחוריות של הזרם שיכולות לפגוע בבקר המיקרו.

מערכת חיישנים:

שימוש בדיודת פולט אינפרא אדום (LTE-4208) ובדיודת גלאי אינפרא אדום (LTR-320 8) המחוברים למיקרו בקר Arduino Uno כדי לאשר מעבר של כדור. ברגע שכדור נופל, הוא יצל על אור דיודה של פולט אינפרא אדום תוך זמן קצר. באמצעות אנלוגין של הארדואינו נקבל מידע זה.

לגילוי:

analogRead (A0)

שלב 5: מארז חיצוני

• גודל: 200 x 110 x 210 מ"מ

• חומר: לוח סיבים בצפיפות בינונית

  עובי הסדין: 3 מ"מ 6 מ"מ

• שיטת עיבוד: חיתוך בלייזר

במקרה החיצוני, השתמשנו בעוביים מסוגים שונים בגלל טעויות בחיתוך הלייזר. אנו בוחרים את 3 מ"מ ו -6 מ"מ כדי לוודא שאפשר לשלב היטב את כל הסדינים.

מבחינת הגודל, בהתחשב במרחב למארז הפנימי והתקנים אלקטרוניים, הרוחב והגובה של המארז החיצוני גדולים יותר מהפנים. האורך ארוך בהרבה כדי לאפשר מקום למכשירים האלקטרוניים. יתר על כן, על מנת לוודא שהכדורים יכולים ליפול מהקופסה בקלות, שמרנו על המארז הפנימי והחיצוני קרוב מאוד.

שלב 6: אלקטרוניקה חיצונית

עבור אלקטרוניקה חיצונית, היינו צריכים לתת לרובוט שלנו לתקשר עם אנשים. כדי להשיג זאת, בחרנו LCD, באזר, LED ו- 5 כפתורים כרכיבים שלנו. חלק זה של מתקן הגלולות מתפקד כשעון מעורר. אם זה לא הזמן הנכון לקחת כדורים, ה- LCD יציג את השעה והתאריך. כאשר המטופל צריך ליטול כדור, נורית ה- LED תידלק, הבאזר ישמיע מוזיקה וה- LCD יראה "אני מאחל לך בריאות ואושר". אנו יכולים גם להשתמש בתחתית המסך כדי לשנות את השעה או התאריך.

אפשר LCD

השתמשנו ב- LCD-1602 כדי להתחבר ישירות למיקרו-בקר והשתמשנו בפונקציה: LiquidCrystal lcd כדי לאפשר את ה- LCD.

זַמזָם

בחרנו באזר פסיבי שיכול לנגן צלילים בתדרים שונים.

על מנת שהבאזר ישמיע את השירים "עיר השמיים" ו"אקורה שמחה "הגדרנו ארבעה מערכים. שניים מהם נקראים "מנגינה", המאחסנים את פרטי ההערה של שני השירים. שני המערכים האחרים נקראו "משך הזמן". המערכים האלה מאחסנים את הקצב.

לאחר מכן אנו בונים לולאה המנגנת מוזיקה, אותה תוכל לראות בקוד המקור.

תִזמוּן

כתבנו סדרת פונקציות לשנייה, לדקה, לשעה, לתאריך, לחודש, לשבוע ולשנה.

השתמשנו בפונקציה: מילי () לחישוב הזמן.

באמצעות שלושה לחצנים, 'בחר', 'פלוס' ו'מינוס ', ניתן לשנות את הזמן.

כפי שכולנו יודעים, אם אנחנו רוצים לשלוט על רכיב כלשהו, עלינו להשתמש בסיכות הארדואינו.

הסיכות בהן השתמשנו היו כדלקמן:

LCD: פין 8, 13, 9, 4, 5, 6, 7

ברוזר: סיכה 10

מנוע סרוו: סיכה 11

מנוע לרטט: Pin12

חיישן: A0

לחצן 1 (ים): A1

לחצן 2 (פלוס): A2

לחצן 3 (מינוס): A3

לחצן 4 (קח את הכדורים): A4

LED: A5

שלב 7: הרכבה כוללת

לבסוף, אנו מקבלים את מכלול ההרכבה כמו התמונה המוצגת למעלה. השתמשנו בדבק במקומות מסוימים כדי לוודא שהוא צמוד מספיק. בחלק מהמקומות בחלק הפנימי של המכונה השתמשנו גם בקלטת וברגים כדי להפוך אותה לחזקה מספיק. ניתן למצוא את קובץ ה-. STEP של ציורי ה- CAD שלנו בתחתית שלב זה.

שלב 8: העלאת הקוד

שלב 9: אפילוג

המכונה מסוגלת להזהיר את המשתמש לקחת את התרופה ומספקת את הכדורים הנכונים. אולם לאחר דיון עם רוקח מוסמך ומנוסה יש כמה הערות. בעיה ראשונה היא זיהום הכדורים הנחשפים לאורך זמן לאוויר במיכל, מכאן שהאיכות והיעילות יפחתו. בדרך כלל הכדורים צריכים להיות כלולים בבאר סגורה בטבלית אלומיניום. כמו כן כאשר המשתמש מוציא גלולה A בזמן מסוים ולאחר מכן צריך להוציא את הגלולה B, די מורכב לנקות את המכונה על מנת להבטיח שאין חלקיקים של כדור A המזהם את הגלולה B.

תצפיות אלה נותנות מבט ביקורתי על הפתרון שמכונה זו מספקת. אז יש צורך במחקר נוסף כדי להתמודד עם החסרונות האלה …

שלב 10: הפניות

[1]

[2] ווי-צ'יה וואנג. גלאים אופטיים. המחלקה להנדסת מכונות כוח, אוניברסיטת צינג הואה הלאומית.