スマートピルディスペンサー：精密な服薬管理システム

開発動機

既存のピルディスペンサーは、非電動・自動ともに薬のセットを人手で行う必要があり、患者が介助者に依存する課題がありました。特にコロナ禍で介助が困難になったため、薬の自動仕分け・排出、障害者対応、遠隔設定・監視を可能にする「SmartPill」を開発しました。

システム構成

1. SmartPillディスペンサー（ハードウェア）

薬の収納・仕分け・排出を行い、患者向けインターフェースとして機能。

2. SmartPill Webアプリ（クラウド）

医師・家族が薬の種類・用量・服用時刻を遠隔設定、服用履歴を監視。

ディスペンサー機構

全パーツ3Dプリント（PLA）。主要構成：

• ベース：超音波センサー取付穴、カップへ薬を落とすフラップ
• スライダー：薬容器を支持、内部に電子部品収納スペース
• サイドパーツ：湿気・ほこり防止
• Nextion 7インチタッチパネル：大画面UI、音声・光フィードバック
• トップパーツ：ドラムと容器を分離、保護
• Parallax 360°サーボ：ドラム回転で容器選択
• ドラム：外部投入口と容器を連結
• バックドア：スライダー着脱用
• スピーカー：音声案内
• 超音波センサー（HC-SR04）：カップ取り外し検知
• 薬容器×4：各々SG90サーボで排出量制御（拡張可能）

電子回路

• Arduino Mega 2560：サーボ制御（PWM）、Nextion通信、RTC（I2C）、AVR-IoTボードとUART通信
• AVR-IoT WA開発ボード：WiFi経由でAWS IoT CoreへMQTT接続
• IRフォトトランジスタ/LED：薬排出検知（各容器）
• 16ch PWM/サーボドライバー（I2C）

Webアプリケーション

技術スタック

• フロントエンド：Ionic + Angular（TypeScript, HTML, CSS）
• バックエンド：AWS API Gateway (HTTP API) + Lambda + DynamoDB

主要画面・機能

• ログイン／患者登録
• 薬設定画面：薬名、容器番号、重量、服用時刻（朝/昼/夜）を複数選択
• 履歴画面：服用日時、薬名、患者名をアイコン付きリスト表示
• 削除確認ダイアログ付き薬削除機能

ルーティング・状態管理

Angularルーターで画面遷移。編集画面はID有無で新規/編集を判別。post.service.tsでAPI通信（GET/POST/PUT/DELETE）を一元化。

AWSクラウドアーキテクチャ（サーバーレス）

• AVR-IoTボード → AWS IoT Core (MQTT) → Lambda → DynamoDB
• Webフロントエンド：S3静的ホスティング
• バックエンドAPI：API Gateway + Lambda
• スケジューラ：EventBridge（cron式で朝/昼/夜の服用時刻にLambdaトリガー）

主要AWSリソース設定

• DynamoDBテーブル：smartpill-pills（薬設定）、smartpill-history（履歴）
• Lambda関数：各APIエンドポイント対応、DynamoDBフルアクセス権限（本番では最小権限に）
• IoT Coreルール：confirmationpillトピック受信でLambda起動
• EventBridgeルール：UTC cronでsmartpill-dispensepill Lambda定期実行
• API Gateway：HTTP API、Lambda統合、ルート設定
• S3バケット：静的ウェブホスティング有効化、index.htmlをエントリーポイントに

AVR-IoTボード ファームウェア

Microchip純正CLI例を拡張。USART1（RX/TXピン）でArduino Megaと通信。カスタムMQTTトピックdispensepill購読、confirmationpill送信。JSONパーサー内蔵。

通信プロトコル

dispensepill（AWS→IoT→Arduino）

// AWSからIoTボードへ（MQTT JSON）
{
  "cmd": "dispensepill",
  "npills": 2,
  "intake": { "time": "morning" },
  "pills": {
    "1": { "pill": "Ibuprofeno", "qty": 1, "deposit": 1, "weight": 200 },
    "2": { "pill": "Paracetamol", "qty": 2, "deposit": 2, "weight": 500 }
  }
}
// IoTボードからArduinoへ（UART）
D Ibuprofeno 1 1 200 D Paracetamol 2 2 500 \n

confirmationpill（Arduino→IoT→AWS）

// ArduinoからIoTボードへ
pill 1
// IoTボードからAWSへ（MQTT JSON）
{ "time": "morning", "state": "ok" }

リポジトリ

• Webアプリ：smartpill-webui
• Lambda関数：smartpill-lambda
• AVR-IoTコード：smartpill-avriot
• Arduinoファームウェア：smartpill-arduinofw
• 3Dモデル：Thingiverse（STEP/STL）