Razvoj motorizirane uvlačne joystick: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Ovaj motorizirani uvlačivi joystick je jeftino rješenje za korisnike invalidskih kolica koji imaju poteškoća s korištenjem ručnih držača upravljačke palice. To je iteracija dizajna na prethodnom projektu upravljačke palice.

Projekt se sastoji od dva dijela: mehaničkog dijela (dizajn nosača, montaža itd.) I električnog dijela (sklopovi, Arduino kôd itd.).

Motorizirani uvlačivi joystick modul može svatko izraditi i replicirati slijedeći ovdje navedene upute. Nije potrebno nikakvo predznanje o sklopovima ili Arduinu ili Solidworksu. U ovaj projekt uključeno je vrlo malo lemljenja, a upute za lemljenje možete pronaći ovdje. Bit će potreban pristup osnovnim operacijama bušenja/obrade. Detaljna objašnjenja dizajna obrađena su u mehaničkom dijelu i električnom dijelu.

Korak 1: Sadržaj

1. Sadržaj

2. Značajke i funkcionalnost

   • Motorni mehanizam za uvlačenje i produžavanje
   • Lijevi/desni način rada
   • Modularnost
   • Podesiva brzina rotacije
3. Priprema

   • Softver

     Arduino

   • Hardver

     • Sažetak svih potrebnih dijelova i alata
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Čip vozača motora: L293D
     • Ručni otpornici
     • Gumbi i prekidači
     • Izbor motora
   • Napajanje iz električnih invalidskih kolica

     Korištenje USB priključka

4. Mehanički dio

   • Proizvodnja
   • Priključak graničnog prekidača
   • Montaža/demontaža
   • Zamjena motora
   • Kućište elektronike

5. Električni dio

   • Krugovi

     • Sheme
     • Raspored tlocrta
   • Arduino kod

6. Korak po korak upute

   Preuzmite PDF datoteku s uputama

7. Rješavanje problema
8. Video dokumentacija
9. Reference

Korak 2: Značajke i funkcionalnost

Motorni mehanizam za uvlačenje i produžavanje

Ovaj motorizirani držač za uvlačenje upravljačke palice omogućit će korisnicima u invalidskim kolicima da automatski uvlače ili produžuju upravljačku palicu. Korisnici imaju opciju ili pritisnuti dva gumba (jedan za uvlačenje i jedan za produženje) ili jedan gumb (jedan gumb za uvlačenje i izvlačenje), ovisno o željama. Položaj gumba fleksibilan je i može se promijeniti kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi korisnika. Gumbi su spojeni na krug putem univerzalnih utičnica za gumbe, pa se gumbi korišteni u ovoj demonstraciji mogu zamijeniti bilo kojim univerzalnim gumbom.

Lijevi/desni način rada

Ovaj je proizvod prikladan i za korisnike lijeve i desne ruke. Tehničar koji instalira motorizirani sustav na klijentova invalidska kolica može lako promijeniti način rada pritiskom prekidača u kutiji s elektronikom. Ne moraju se mijenjati kôd.

Modularnost

Proizvod je siguran za rad. Ako je automatizirani mehanizam zadane vrijednosti ili ako se sustav popravlja, to neće utjecati na ručni mehanizam zakretanja. Detaljan opis jednostavnog postupka montaže i demontaže uključen je kasnije u upute.

Podesiva brzina rotacije

Brzina rotacije automatiziranog mehanizma može se prilagoditi promjenom Arduino koda (upute su navedene u kasnijim odjeljcima). Iz sigurnosnih razloga, brzina rotacije ne smije biti prevelika, jer sustav ne može osjetiti što bi moglo biti na putu, što bi moglo uzrokovati lakše ozljede.

Korak 3: Priprema

Softver

U ovom projektu koristi se Arduino, pa ćete morati imati Arduino IDE instaliran na računalu. Link za preuzimanje aplikacije nalazi se ovdje. Arduino kôd koji se koristi za ovaj proizvod dostupan je u kasnijem odjeljku.

Hardver

Sažetak svih potrebnih dijelova i alata

Ova tablica u nastavku sadrži sve dijelove i alate potrebne za ovaj projekt.

Arduino Nano (Rev 3.0)

U ovom se proizvodu koristi Arduino Nano (Rev 3.0). Međutim, ovu ploču možete zamijeniti drugim Arduino pločama koje sadrže PWM pinove. PWM pinovi su potrebni u ovom projektu, jer ćemo koristiti Arduino (slika) za upravljanje čipom upravljačkog programa motora (L293D), a čip treba kontrolirati PWM ulazima. PWM pinovi Arduino Nano (Rev 3.0) uključuju: D3 pin (Pin 6), D5 pin (Pin 8), D6 pin (Pin 9), D9 pin (Pin 12), D10 pin (Pin 13), D11 pin (Pin 15) Pin 14). Ako vas zanima više pojedinosti o Arduinu Nano, njegov raspored pinova i sheme možete pogledati ovdje.

Čip vozača motora: L293D

L293D je moćan čip pokretača istosmjernog motora koji omogućuje istosmjernom motoru da se okreće i u smjeru kazaljke na satu i u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Igle koje se koriste u ovom projektu uključuju: Enable1, 2 pin (Pin 1), Input 1 (Pin 2), Output 1 (Pin 3), GND (Pin 4), Output 2 (Pin 6), Input 2 (Pin 7), Vcc 1 (pin 8), Vcc 2 (pin 16).

• Enable1, 2 pin (Pin 1): kontrolirajte brzinu motora
• Ulaz 1 (pin 2): kontrolirajte smjer motora
• Izlaz 1 (pin 3): spojite na motor, polaritet nije bitan
• GND (pin 4): spojite na masu
• Izlaz 2 (pin 6): spojite na motor, polaritet nije bitan
• Ulaz 2 (pin 7): kontrolirajte smjer motora
• Vcc 1 (Pin 8): napajanje unutarnjeg kruga čipa, spajanje na 5 V
• Vcc 2 (Pin 16): napajanje istosmjernog motora, ovisi o potrebama motora. Motor koji se koristi za ovaj projekt može se napajati na 5 V.

Ako vas zanima više pojedinosti o L293D, njegovu podatkovnom listu možete pristupiti ovdje i ovdje.

Ručni otpornici

Svaki gumb/prekidač uparen je s padajućim otpornikom. Sklopivi otpornici su tu kako bi bili sigurni da će Arduino očitati konstantnu vrijednost s pina. Ako naše gumbe/prekidač ne uparite s otpornikom, vrijednost koju Arduino očitava s odgovarajućeg pina lebdjet će između 0 i 1. U tom slučaju tipke/prekidač neće raditi kako se očekuje. Budući da koristimo pull-down otpornike, otpornici će biti ožičeni između odgovarajućeg digitalnog pina i mase, pa će gumbi/prekidač biti ožičeni između napajanja (+5V) i digitalnog pina na Arduino Nano. Kada se pritisne gumb, Arduino će očitati 1 s odgovarajućeg pina. U ovom se projektu koriste tri 270 Ω otpornika.

Gumbi/prekidač

U ovom projektu implementiramo utičnice s gumbima od 3,5 mm na ploču za jednostavnu zamjenu gumba. Dvopolni prekidač (za prebacivanje u lijevi/desnoruki način rada) ožičen je izravno na ploči s opcijom jer većina korisnika invalidskih kolica neće morati komunicirati s prekidačem, a prekidač je namijenjen osobi koja pomaže u instaliranju cijelog mehanizma.

Izbor motora

Dobili smo neke ručno uvučene držače postolja iz različitih pogonskih invalidskih kolica od tvrtke Boston Home Inc. Količina i sila okretnog momenta potrebni za uvlačenje svih ovih uzoraka su ispitani i izračunati. Nakon provjere specifikacija motora, za montažu stalka upravljačke palice izabran je motor s istosmjernim zupčanikom koji je prethodno prikazan kao demonstracija za upute, budući da je za to postolje upravljačke palice potreban najveći okretni moment među 4 uzorka koje smo imali. Htjet ćete isprobati količinu sile i zakretnog momenta potrebne za ruku ručice upravljača + težinu samog sklopa upravljačke palice kako biste bili sigurni da će odgovarati specifikacijama.

Napajanje iz električnih invalidskih kolica

Većina električnih invalidskih kolica opremljena je napajanjem od 24 V. Ovaj automatizirani uvlačivi joystick proizvod zahtijeva ulaz od 5V. Budući da je proizvod dizajniran za napajanje iz napajanja za invalidska kolica, nije potrebno vanjsko napajanje.

Korištenje USB priključka

Pretvarač napona u DC-DC 24V-u-5V (Pretvarač u dolarima koristi se za snižavanje napona.) Modul s USB priključkom može se naručiti putem interneta (onaj koji smo koristili naručen je odavde). Spojite ulaz pretvarača dolara u 24 -voltno napajanje (priključak za napajanje na priključak za napajanje, a priključak za uzemljenje na priključak za uzemljenje), a Arduino Nano ploča se tada može spojiti na modul pretvarača bucka putem USB priključka.

Korak 4: Mehanički dio

Sva mjerenja i dimenzije napravljeni su u odnosu na specifičnu ručicu upravljačke palice koju smo koristili za ovaj projekt. Oni se mogu razlikovati ovisno o ruci, a mi ćemo primijetiti važna područja varijabilnosti.

Proizvodnja

Postoje tri dodatna dijela koja je potrebno izraditi za ponovno stvaranje mehaničkog dijela (vidi slike). Vanjski krak ručice upravljačke palice također zahtijeva izmjene kako bi se mehaničke komponente pričvrstile na držač upravljačke palice.

1. Gornji nosač
2. Donji nosač
3. Blok spojnice okretnog momenta
4. Vanjska ruka

Koristeći aluminijske kutne kutije u obliku slova L (gornji i donji nosači), aluminijske kvadratne šipke (blok momenta) i postojeću ručicu upravljačke palice (vanjski krak), slijedite crteže dijelova i/ili 3D STL datoteke.

Priključivanje graničnog prekidača Žice treba pričvrstiti na krajnji prekidač prije pričvršćivanja. Pozicioniranje krajnjeg prekidača fleksibilno je sve dok je prekidač zatvoren kada je ruka povučena i otvoren kada je joystick u normalnom položaju. Za pojedinosti pogledajte 8. korak montaže i datoteke "external_arm" povezane gore.

Način montaže

Pogledajte slike za svaki korak.

1. Pričvrstite motor na nosač motora poravnavanjem rupa i uvrtanjem 6 vijaka s plosnatom glavom M-3 (neće biti potrebno svih 6 da motor ostane na mjestu, već ga uvijte što je više moguće za maksimalnu sigurnost; pazite da koristite vijke ispravnu duljinu prema debljini nosača kako biste spriječili oštećenje motora).
2. Poravnajte spojnicu ispod vanjske šipke i pričvrstite je vijkom s plosnatom glavom ½” #8-32. Možda ćete morati izbušiti i udariti rupu 8-32 u ruku kako biste spojili komad spojnice s rukom. *U ovom slučaju, ruka se zakreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, pa je vanjska šipka (iz perspektive korisnika invalidskih kolica) na lijevoj strani. Za korisnike desnorukih to će biti obrnuto.
3. Gornji nosač pričvrstite vijkom M-6 na uvlačivu ruku (labavo).
4. Ruku koja se uvlači dovedite u produženi položaj.
5. Pričvrstite sklop nosača motora-motora na uvlačivu ruku tako da umetnete osovinu motora u odgovarajući otvor na spojnom komadu. Dio nosača trebao bi ući između ruke i gornjeg držača, poravnavajući rupe.
6. Pomoću vijka ¼-20 i matice pričvrstite dva držača zajedno. Zatim pritegnite vijak M6 na gornjoj konzoli.
7. Uvjerite se da je držač u produženom položaju, pričvrstite motor na spojku pomoću 10-32 vijka/s.
8. Zavrnite krajnji prekidač s 2 vijka #2-56 (pazite da krajnji prekidač bude zatvoren u potpuno vanjskom položaju - u našem slučaju, rameni vijak ga zatvara).

*Napomena o pričvršćivanju pričvrsnih vijaka: vijci moraju biti u sučelju s ravnom stranom D-vratila. Kako biste prilagodili smjer osovine, priključite motor na napajanje sve dok ravna strana ne bude u željenom položaju. Alternativno, postavite krug kako je opisano u 4.1. Električna dijelovska kola ispod i promijenite vrijeme u retku 52 koda kako je navedeno u 4.2 Arduino koda električnog dijela, sve dok ne bude u željenom položaju. Ne zaboravite ga promijeniti nakon montaže!

Rastavljanje

Slijedite postupak montaže u obrnutom smjeru. U nastavku pogledajte je li vam motor izgorio i treba li ga zamijeniti.

Zamjena motora

1. Uklonite pričvrsni vijak koji drži osovinu na spojnom komadu.
2. Odvijte pričvršćivač držača ¼-20 i maticu.
3. Izvucite podsklop nosača motora i odvijte motor radi zamjene.
4. Pričvrstite novi motor na držač vijcima.
5. Umetnite novu osovinu motora u rupu na komadu spojnice, umetnuvši držač na mjesto (po potrebi odvijte gornji vijak M6).
6. Odvijte vijak ¼-20 i maticu za učvršćivanje držača (po potrebi pritegnite gornji vijak M6).
7. Na kraju, vratilo učvrstite osovinom na spojku.

Kućište elektronike

1. Stavite krug ploče sastavljen u Električni dio u kutiju za elektroniku kao što je prikazano na slici.
2. Pomoću mlina i/ili bušilice stvorite utore i rupe za konektore (Arduino USB priključak, utičnica za tipke i prekidač).
3. Za primjer pogledajte gornju sliku. Položaj utora i rupa ovisit će o vašim komponentama i krugu.

Korak 5: Električni dio

Krugovi

Sheme

Sheme kola prikazane su na slici 1 u ovom odjeljku, a dostupne su i na Githubu. Napajanje od 5 V napajat će se iz invalidskih kolica na ploču Arduino Nano. Arduino Nano ploča kodirana je tako da kontrolira ponašanje prekidača i kretanje istosmjernog motora. Dizajn i ožičenje kruga objašnjeni su u odjeljku Hardver (hiperveza na odjeljak hardvera), ako vas zanima.

Raspored tlocrta

Slika ožičenja iz Fritzinga ili kruga prikazana je na slici 2 u ovom odjeljku, a slika konačne ploče prikazana je na slici 3.

Arduino kod

Kôd koji se koristi za ovaj proizvod prikazan je sa strane, a možete ga preuzeti ovdje.

Da biste učitali kôd na arduino, preuzmite Arduino IDE na računalo. Upotrijebite kôd "Rhonda_v4_onebutton.ino" koji ste preuzeli.

Svaki redak koda ima svoju liniju po liniju objašnjenje unutar datoteke koda.

Prenesite kod na Arduino putem (sučelje je prikazano ovdje):

1. Spojite Arduino na računalo pomoću USB priključka

2. S kartice Alati na sučelju Arduino:

   • Postavite ploču na "Arduino Nano"
   • Postavite Port na USB Port
3. Pritisnite gumb za prijenos (→)
4. Pričekajte dok sučelje ne prikaže "prijenos je dovršen".

Trenutna brzina postavljena je na maksimalno 255 u retku 25 "analogWrite (motorPin, 255)" za rotiranje motora, a minimalno 0 u retku 36 "analogWrite (motorPin, 0)" za zaustavljanje motora. Raspon brzine može se postaviti između 0 do 255 prema potrebi za brzinu motora.

Trenutačno vrijeme rotacije tempirano je za određeni nosač upravljačke palice koji smo odabrali, ali možete jednostavno izmijeniti kôd (redak 52) kako biste promijenili vrijeme rotacije i prilagodili se određenoj ručici upravljačke palice koju imate. Vrijeme je u mikrosekundama u Arduinu. Na primjer, ako želimo da vrijeme rotacije bude 5 sekundi, tada biste trebali postaviti vrijeme na "5000" u Arduinu.

Korak 6: Preuzmite upute korak po korak

7. korak: Rješavanje problema (ažurirano 12.12.17.)

1. Motor se ne uvlači.

   • Provjerite je li prekidač postavljen u željenom smjeru
   • Provjerite jesu li pričvršćeni vijci
   • Provjerite ima li mehaničkih zastoja
   • Provjerite veze između motora i kruga
   • Provjerite spojeve kruga (ispitni krug samo s motorom, nije spojen na sklop)
   • Podržite joystick s određenom snagom: ako se ruka sada povuče s podrškom, vaš motor nije dovoljno snažan! Provjerite radi li gumb koji ste koristili

2. Ruka se kreće previše ili nedovoljno daleko.

   Promijenite vrijeme u Arduino kodu kako je navedeno u Arduino kodu Pročitaj me

Korak 8: Video dokumentacija

Korak 9: Reference

1. Naučite i napravite svoj jeftini vozač motora L293D (Potpuni vodič za L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- potpuni vodič za l293d/

10. korak: AŽURIRAJTE 14.5.18

• Obrađene nove šipke od čelika (u usporedbi s izvornim aluminijem) veće visine kako bi se spriječilo skretanje grede od opterećenja
• Prebačeno na motor s većim okretnim momentom (1497 oz)
• Ažuriran kôd koji se nije sastavljao
• Testiran revidirani uređaj na invalidskim kolicima klijenta