Razvoj motorizirane uvlačljive joystick: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

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 džojstika koji se može uvući.

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

Motorizirani uvlačivi džojstik modul može napraviti i kopirati bilo ko slijedeći ovdje navedena uputstva. Nije potrebno prethodno znanje o krugovima 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. Karakteristike i funkcionalnost

   • Motorizovani mehanizam za uvlačenje i produžavanje
   • Lijevo/desno 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
     • Pull-down Resistors
     • Dugmad i prekidači
     • Izbor motora
   • Napajanje iz električnih invalidskih kolica

     Koristeći USB port

4. Mehanički dio

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

5. Električni dio

   • Kola
     • Sheme
     • Breadboard Layout
   • Arduino kod

6. Korak po korak upute

   Preuzmite PDF datoteku s uputama

7. Rješavanje problema
8. Video dokumentacija
9. Reference

Korak 2: Karakteristike i funkcionalnost

Motorizovani mehanizam za uvlačenje i produžavanje

Ovaj motorizovani držač za uvlačenje džojstika omogućit će korisnicima sa invalidskim kolicima da automatski uvuku ili produže džojstik. Korisnici imaju mogućnost da pritisnu dva dugmeta (jedno za uvlačenje i jedno za produženje) ili jedno dugme (jedno dugme za uvlačenje i izvlačenje) u zavisnosti od svojih želja. Položaj dugmadi je fleksibilan i može se promijeniti kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi korisnika. Dugmad su spojena na kolo putem univerzalnih utičnica za dugmad, tako da se tasteri koji se koriste u ovoj demonstraciji mogu zamijeniti bilo kojim univerzalnim dugmetom.

Lijevo/desno način rada

Ovaj proizvod je pogodan i za korisnike lijeve i desne ruke. Tehničar koji instalira motorni sistem na klijentova invalidska kolica može lako promijeniti način rada prebacivanjem prekidača u kutiji za elektroniku. Nema potrebe za izmjenama koda.

Modularnost

Proizvod je siguran za rad. Ako je automatizirani mehanizam zadana postavka ili ako se sistem popravlja, to neće utjecati na ručni mehanizam za odmicanje. Detaljan opis jednostavnog procesa montaže i demontaže uključen je kasnije u upute.

Podesiva brzina rotacije

Brzina rotacije automatiziranog mehanizma može se prilagoditi promjenom Arduino koda (upute su date u kasnijim odjeljcima). Iz sigurnosnih razloga, brzina rotacije ne smije biti prevelika, jer sistem ne može osjetiti šta 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 instaliran Arduino IDE na računaru. 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 kontrolu čipa upravljačkog programa motora (L293D), a čip treba kontrolirati PWM ulazima. PWM pinovi Arduino Nano (Rev 3.0) uključuju: pin D3 (pin 6), pin D5 (pin 8), pin D6 (pin 9), pin D9 (pin 12), pin D10 (pin 13), pin D11 Pin 14). Ako vas zanima više detalja o Arduino Nano, njegov raspored pinova i sheme možete pogledati ovdje.

Čip vozača motora: L293D

L293D je snažan 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): kontrolira 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): kontrolira smjer motora
• Vcc 1 (Pin 8): napajanje unutrašnjeg kruga čipa, povezivanje 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 detalja o L293D, njegovoj podatkovnoj tablici možete pristupiti ovdje i ovdje.

Pull-down otpornici

Svako dugme/prekidač upareno je sa padajućim otpornikom. Sklopivi otpornici su tu kako bi bili sigurni da će Arduino očitati konstantnu vrijednost sa pina. Ako ne uparite naše gumbe/prekidač s otpornikom, vrijednost koju Arduino očitava s odgovarajućeg pina plutat će između 0 i 1. U ovom slučaju, tipke/prekidač neće raditi kako se očekuje. Budući da koristimo padajuće otpornike, otpornici će biti ožičeni između odgovarajućeg digitalnog pina i mase, pa će gumbi/prekidač biti ožičeni između kontakta za napajanje (+5V) i digitalnog pina na Arduino Nano. Kada se pritisne dugme, Arduino će očitati 1 sa odgovarajućeg pina. U ovom projektu se koriste tri 270 Ω otpornika.

Dugmad/prekidač

U ovom projektu implementiramo utičnice za dugmad od 3,5 mm na matičnoj ploči radi lakše zamjene dugmadi. Dvo-pinski prekidač (za prebacivanje lijevo/desnorukog načina rada) ožičen je izravno na ploču s opcijom jer većina korisnika invalidskih kolica neće morati komunicirati s prekidačem, a prekidač je dizajniran za osobu koja pomaže u instaliranju cijelog mehanizma.

Izbor motora

Nabavili smo neke ručno uvučene držače postolja iz različitih invalidskih kolica iz Boston Home Inc. Količina sile i zakretnog momenta potrebni za uvlačenje svih ovih uzoraka su ispitani i izračunati. Nakon provjere specifikacija motora, za montažu stalka joystick -a prikazan je demontažni motor s istosmjernim pogonom koji je prethodno prikazan kao demonstracija za upute, budući da je za to postolje za džojstik potreban najveći okretni moment među 4 uzorka koje smo imali. Morat ćete testirati količinu sile i okretnog momenta potrebne za ruku vašeg joystick -a + težinu samog sklopa joystick -a kako biste bili sigurni da se uklapa u specifikacije.

Napajanje iz električnih invalidskih kolica

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

Koristeći USB port

DC-DC 24V-u-5V pretvarač u naponu (Buck pretvarač se koristi za snižavanje napona.) Modul s USB priključkom može se naručiti putem interneta (onaj koji smo koristili naručen je odavde). Priključite ulaz pretvarača u 24 V 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 napona 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 mogu varirati ovisno o ruci, a mi ćemo primijetiti važna područja varijabilnosti.

Manufacturing

Postoje tri dodatna dijela koja je potrebno izraditi za ponovno stvaranje mehaničkog dijela (vidi slike). Spoljni krak ručice džojstika takođe zahteva modifikaciju kako bi se mehaničke komponente pričvrstile na držač džojstika.

1. Gornja zagrada
2. Donji držač
3. Blok spojnice okretnog momenta
4. Spoljašnja ruka

Koristeći aluminijske kutne kutije u obliku slova L (gornji i donji nosači), aluminijske kvadratne šipke (blok okretnog 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 priključivanja. Pozicioniranje krajnjeg prekidača je fleksibilno sve dok je prekidač zatvoren kada je ruka povučena i otvoren kada je joystick u normalnom položaju. Za detalje pogledajte korak 8. montaže i datoteke "external_arm" povezane na 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, ali ga uvrnite što je više moguće za maksimalnu sigurnost; pazite da koristite vijke ispravnu dužinu prema debljini držača kako biste spriječili oštećenje motora).
2. Poravnajte spojnicu ispod spoljne šipke i pričvrstite je vijkom sa ravnom 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 okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, tako da je vanjska šipka (iz perspektive korisnika sa invalidskim kolicima) na lijevoj strani. Za korisnike desnorukih to će biti obrnuto.
3. Gornji držač pričvrstite na uvlačivu ruku vijkom M-6 (labavo).
4. Ruku koja se uvlači dovedite u produženi položaj.
5. Pričvrstite podsklop držača motora na uvlačivu ruku tako što ćete osovinu motora umetnuti u odgovarajuću rupu na komadu spojnice. 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 nosač u produženom položaju, pričvrstite motor na spojku pomoću 10-32 vijka za podešavanje.
8. Zavrnite krajnji prekidač s 2 vijka #2-56 (pazite da se krajnji prekidač zatvori u potpuno vanjskom položaju - u našem slučaju, rameni vijak ga pritisne zatvorenim).

*Napomena o pričvršćivanju pričvrsnih vijaka: vijci za pričvršćivanje moraju spajati s ravnom stranom D-vratila. Kako biste prilagodili smjer vratila, 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 dok ne dođe u željeni položaj. Ne zaboravite ga promijeniti nakon montaže!

Demontaža

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

Zamjena motora

1. Uklonite pričvrsni vijak koji drži vratilo na spojnom komadu.
2. Odvijte pričvršćivač držača ¼-20 i maticu.
3. Izvucite podsklop nosača motora i odvrnite motor radi zamjene.
4. Pričvrstite novi motor na držač vijcima.
5. Umetnite novu osovinu motora u rupu na komadu spojnice, umetnuvši nosač na mjesto (olabavite gornji vijak M6 ako je potrebno).
6. Odvijte vijak ¼-20 i maticu za pričvršćivanje držača (po potrebi pritegnite gornji vijak M6).
7. Na kraju, vratilo pričvrstite vijkom 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

Kola

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 električnih invalidskih kolica na Arduino Nano ploču. Arduino Nano ploča je kodirana tako da kontrolira ponašanje prekidača i kretanje istosmjernog motora. Dizajn i ožičenje kola objašnjeni su u odjeljku Hardver (hiperveza do odjeljka hardvera), ako vas zanima.

Breadboard Layout

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

Arduino kod

Kod koji se koristi za ovaj proizvod prikazan je sa strane i možete ga preuzeti ovdje.

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

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

Prenesite kôd 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 dugme za otpremanje (→)
4. Sačekajte dok interfejs ne pročita "upload je završen".

Trenutna brzina je postavljena 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.

Trenutno vrijeme rotacije je tempirano za određeno postolje upravljačke palice koje smo odabrali, ali možete jednostavno izmijeniti kôd (red 52) da promijenite vrijeme rotacije i prilagodite se određenoj ručici upravljača 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

Korak 7: Rješavanje problema (ažurirano 12.12.17)

1. Motor se ne uvlači.

   • Provjerite je li prekidač postavljen u željenom smjeru
   • Proverite da li su zavrtnji zategnuti
   • Provjerite ima li mehaničkih zastoja
   • Provjerite veze između motora i kruga
   • Provjerite spojeve kruga (ispitni krug samo sa motorom, nije spojen na sklop)
   • Podržite joystick s određenom snagom: ako se ruka sada povuče s podrškom, vaš motor nije dovoljno snažan! Proverite da li je dugme koje ste koristili funkcionalno

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/

Korak 10: AŽURIRAJTE 14.5.18

• Mašinski izrađene nove šipke od čelika (u usporedbi s originalnim aluminijem) veće visine kako bi se spriječilo skretanje grede od opterećenja
• Prebačen na motor sa većim obrtnim momentom (1497 oz)
• Ažuriran kôd koji se nije kompajlirao
• Testiran revidirani uređaj na invalidskim kolicima klijenta