Разработване на моторизиран прибиращ се джойстик: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Този моторизиран прибиращ се джойстик е евтино решение за потребители на инвалидни колички със задвижване, които изпитват затруднения при използване на ръчни крепежни джойстици. Това е дизайнерска итерация на предишен проект за прибиращ се джойстик.

Проектът се състои от две части: механична част (дизайн на монтаж, монтаж и т.н.) и електрическа част (верига, код на Arduino и др.).

Моторизираният прибиращ се джойстик модул може да бъде изработен и възпроизведен от всеки, като следвате инструкциите, предоставени тук. Не са необходими предварителни познания за схеми или Arduino или Solidworks. В този проект е включено много малко запояване и инструкции за запояване можете да намерите тук. Ще бъде необходим достъп до основни операции по пробиване/обработка. Подробни обяснения на проекта са разгледани в Механична част и Електрическа част.

Стъпка 1: Съдържание

1. Съдържание

2. Характеристики и функционалност

   • Моторизиран механизъм за прибиране и разширяване
   • Режим ляво/дясно
   • Модулност
   • Регулируема скорост на въртене

3. Подготовка

   • Софтуер

     Arduino

   • Хардуер

     • Обобщение на всички необходими части и инструменти
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Чип на водача на двигателя: L293D
     • Издърпващи се резистори
     • Бутони и превключватели
     • Избор на двигател

   • Захранване от инвалидни колички

     Използване на USB порт

4. Механична част

   • производство
   • Приставка за краен прекъсвач
   • Сглобяване/разглобяване
   • Смяна на двигателя
   • Жилища за електроника

5. Електрическа част

   • Вериги

     • Схеми
     • Оформление на дъската
   • Кодът на Arduino

6. Инструкции стъпка по стъпка

   Изтеглете PDF файла с инструкции

7. Отстраняване на неизправности
8. Видео документация
9. Препратки

Стъпка 2: Характеристики и функционалност

Моторизиран механизъм за прибиране и разширяване

Този моторизиран прибиращ се джойстик ще позволи на потребителите на инвалидни колички да прибират или разширяват автоматично джойстика си. Потребителите имат възможност или да натиснат два бутона (един за прибиране и един за разширяване), или един бутон (един бутон както за прибиране, така и за удължаване) в зависимост от техните предпочитания. Разположението на бутоните е гъвкаво и може да се промени, за да отговори на различните потребителски изисквания. Бутоните са свързани към веригата чрез универсални жакове за бутони, така че бутоните, използвани в тази демонстрация, могат да бъдат заменени с всеки универсален бутон.

Режим ляво/дясно

Този продукт е подходящ както за леви, така и за десничари. Техникът, монтиращ моторизираната система към инвалидната количка на клиента, може лесно да промени режима, като превключи превключвател в кутията с електроника. Не е необходимо да се правят промени в кода.

Модулност

Продуктът е безопасен за отказ. Ако автоматизираният механизъм е по подразбиране или ако системата се ремонтира, ръчният механизъм за отклоняване няма да бъде засегнат. Подробно описание на простия процес на сглобяване и разглобяване е включено по -късно в инструкциите.

Регулируема скорост на въртене

Скоростта на въртене на автоматизирания механизъм може да се регулира чрез промяна на кода на Arduino (инструкциите са предоставени в по -късните раздели). Като предпазна мярка, скоростта на въртене не трябва да бъде прекалено висока, тъй като системата не може да усети какво може да има по пътя, което може да причини леки наранявания.

Стъпка 3: Подготовка

Софтуер

В този проект се използва Arduino, така че ще трябва да инсталирате Arduino IDE на компютъра си. Връзката за изтегляне на приложението е тук. Кодът на Arduino, използван за този продукт, е достъпен в по -късен раздел.

Хардуер

Обобщение на всички необходими части и инструменти

Тази таблица съдържа всички части и инструменти, необходими за този проект.

Arduino Nano (Rev 3.0)

В този продукт се използва Arduino Nano (Rev 3.0). Можете обаче да замените тази платка с други платки Arduino, съдържащи PWM щифтове. В този проект са необходими PWM щифтове, тъй като ще използваме Arduino (снимка) за управление на чип на драйвер на двигателя (L293D), а чипът трябва да се контролира от PWM входове. PWM щифтовете на Arduino Nano (Rev 3.0) включват: D3 пин (Pin 6), D5 pin (Pin 8), D6 pin (Pin 9), D9 pin (Pin 12), D10 pin (Pin 13), D11 pin Пин 14). Ако се интересувате от повече подробности за Arduino Nano, неговото разположение на щифтовете и схемите могат да бъдат препратени тук.

Чип на водача на двигателя: L293D

L293D е мощен чип драйвер за DC двигател, който позволява на DC двигателя да се върти както по посока на часовниковата стрелка, така и в посока обратна на часовниковата стрелка.

Пиновете, използвани в този проект, включват: 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): контролира скоростта на двигателя
• Вход 1 (щифт 2): контролира посоката на двигателя
• Изход 1 (Pin 3): свържете към двигателя, полярността няма значение
• GND (Pin 4): свързване към земята
• Изход 2 (Pin 6): свържете към двигателя, полярността няма значение
• Вход 2 (Pin 7): контролира посоката на двигателя
• Vcc 1 (Pin 8): захранване на вътрешната верига на чипа, свързване към 5 V
• Vcc 2 (Pin 16): захранва DC двигателя, варира в зависимост от изискванията на двигателя. Моторът, използван за този проект, може да се захранва при 5 V.

Ако се интересувате от повече подробности за L293D, неговият лист с данни може да бъде достъпен тук и тук.

Издърпващи се резистори

Всеки бутон/превключвател е сдвоен с падащ резистор. Издърпващите резистори са тук, за да се уверите, че Arduino ще прочете постоянна стойност от щифта. Ако не сдвоите нашите бутони/превключвател с резистор, стойността, която Arduino чете от съответния щифт, ще се движи между 0 и 1. В този случай бутоните/превключвателят няма да работят както се очаква. Тъй като използваме резистори с изтегляне, резисторите ще бъдат свързани между съответния цифров щифт и земята, така че бутоните/превключвателят ще бъдат свързани между захранващия щифт (+5V) и цифровия щифт на Arduino Nano. Когато бутонът е натиснат, Arduino ще прочете 1 от съответния щифт. В този проект се използват три 270 Ω резистора.

Бутони/превключвател

В този проект ние внедряваме 3,5 мм жак (и) за бутони в чертежа за лесна подмяна на бутони. Дву-пинов превключвател (за превключване на режим на лява/дясна ръка) е свързан директно към чертежа, тъй като повечето потребители на инвалидни колички с мощност няма да се налага да взаимодействат с превключвателя и превключвателят е предназначен за човека, който помага за инсталирането на целия механизъм.

Избор на двигател

Получихме някои ръчно прибиращи се стойки за стойки от различни силови инвалидни колички от The Boston Home Inc. Количеството сила и въртящ момент, необходими за прибиране на всички тези проби, бяха тествани и изчислени. След като провериха спецификациите на двигателя, беше избран двигател с постоянен ток за стойката на джойстика, показана преди това като демонстрация за инструкциите, тъй като тази стойка за джойстика изисква най -големия въртящ момент сред 4 -те проби, които имахме. Вие ще искате да тествате силата и въртящия момент, необходими за рамото на джойстика + теглото на самия комплект джойстик, за да сте сигурни, че ще се побере в рамките на спецификацията.

Захранване от инвалидни колички

Повечето захранващи инвалидни колички са оборудвани с 24V захранване. Този автоматичен прибиращ се джойстик изисква 5V вход. Тъй като продуктът е проектиран да получава захранване от захранването за инвалидни колички, не е необходимо външно захранване.

Използване на USB порт

DC-DC 24V към 5V доларов преобразувател (За понижаване на напрежението се използва доларов конвертор.) Модул с USB порт може да бъде поръчан онлайн (този, който използвахме, беше поръчан от тук). Свържете входа на доларовия преобразувател към 24V захранване (захранващ порт към захранващия порт и заземен порт към заземяващ порт), а платката Arduino Nano може след това да бъде свързана към модула на доларовия преобразувател през USB порта.

Стъпка 4: Механична част

Всички измервания и размери са направени по отношение на конкретното рамо на джойстика, което използвахме за този проект. Те могат да варират в зависимост от ръката и ще отбележим важни области на променливост.

производство

Има три допълнителни части, които трябва да бъдат произведени, за да се създаде отново механичната част (Вижте фигурите). Външното рамо на джойстика също изисква модификация за закрепване на механичните компоненти към стойката на джойстика.

1. Горна скоба
2. Долна скоба
3. Блок за съединител с въртящ момент
4. Външна ръка

Използвайки алуминиев L-образен ъглов запас (горна и долна скоба), алуминиева квадратна лента (блок на въртящия момент) и съществуващото рамо на джойстика (външно рамо), следвайте чертежите на частите и/или 3D STL файловете.

Прикачване на крайния превключвател Кабелите трябва да бъдат запоени към крайния превключвател преди закрепването. Позиционирането на крайния превключвател е гъвкаво, докато превключвателят е затворен, когато ръката е прибрана, и отворен, когато джойстика е в нормалното си положение. Вижте Стъпка 8 на сглобяването и файловете „external_arm“, свързани по -горе за подробности.

Метод на сглобяване

Вижте цифрите за всяка стъпка.

1. Прикрепете двигателя към скобата на двигателя, като подравните отворите и завиете 6 винта с плоска глава M-3 (не всички 6 ще са необходими, за да поддържате двигателя на място, но завийте възможно най-много за максимална сигурност; не забравяйте да използвате винтовете на правилната дължина според дебелината на скобата, за да се предотврати повреда на двигателя).
2. Подравнете съединителната част под външната шина и я завийте на място с ½” #8-32 винт с плоска глава. Може да се наложи да пробиете и да почукате отвор 8-32 в рамото, за да свържете съединителя с рамото. *В този случай ръката се извива обратно на часовниковата стрелка, така че външната лента (от гледна точка на потребителя на инвалидната количка) е отляво. За потребителите с дясна ръка това ще бъде обърнато.
3. Прикрепете горната скоба към прибиращото се рамо с винт М-6 (хлабаво).
4. Доведете прибиращата се ръка в разширено положение.
5. Прикрепете подкомплекта на скобата на мотор-мотор към прибиращото се рамо, като поставите вала на двигателя в съответния отвор на съединителната част. Частта на скобата трябва да се набие между рамото и горната скоба, като подравнява отворите.
6. Използвайте винта ¼-20 и контргайка, за да закрепите двете скоби заедно. След това затегнете винта М6 на горната скоба.
7. Уверете се, че стойката е в разгънато положение, закрепете двигателя към съединителя с 10-32 винт/и.
8. Завийте крайния превключвател с 2 винта #2-56 (уверете се, че крайният превключвател ще бъде затворен в напълно външно положение - в нашия случай раменният болт го притиска затворен).

*Забележка относно закрепването на фиксиращите винтове: винтовете за закрепване трябва да се свързват с плоската страна на D-вал. За да регулирате посоката на вала, свържете двигателя към захранването, докато плоската страна е в желаното положение. Друга възможност е да настроите веригата, както е посочено в 4.1 Електрически вериги на частите по -долу и да промените времето в ред 52 на кода, както е посочено в 4.2 Код на електрическата част Arduino, докато стане в желаното положение. Не забравяйте да го смените след сглобяването!

Разглобяване

Следвайте процедурата за сглобяване в обратна посока. Вижте по -долу, ако двигателят ви изгори и се нуждае от смяна.

Смяна на двигателя

1. Свалете фиксиращия винт, който държи вала към съединителната част.
2. Развийте крепежната скоба lock-20 и контргайката.
3. Издърпайте подкомплекта на скобата на двигателя и развийте двигателя за подмяна.
4. Прикрепете нов мотор към скобата с винтове.
5. Поставете новия вал на двигателя в отвора на съединителя, като поставите скобата на място (разхлабете горния винт М6, ако е необходимо).
6. Завийте винта ¼-20 и контргайката, за да закрепите отново скобите (затегнете горния винт М6, ако е необходимо).
7. Накрая закрепете вала към съединителя с фиксиращия винт.

Жилища за електроника

1. Поставете схемата на монтажната платка, сглобена в Електрическа част, в кутията на електрониката, както е показано на изображението.
2. С помощта на мелница и/или бормашина създайте слотове и отвори за съединители (USB порт на Arduino, жак за бутони и превключвател).
3. Вижте фигура по -горе за пример. Позициите на слотовете и отворите ще зависят от вашите компоненти и верига.

Стъпка 5: Електрическа част

Вериги

Схеми

Схемите на схемата са показани на фигура 1 в този раздел и също са достъпни в Github. 5V захранване ще се доставя от инвалидната количка към дъската Arduino Nano. Платката Arduino Nano е кодирана така, че да контролира поведението на превключвателя и движението на DC двигателя. Дизайнът и окабеляването на веригата са обяснени в раздела Хардуер (хипервръзка към секцията хардуер), ако се интересувате.

Оформление на дъската

Картина на окабеляване на макет от Fritzing или веригата е показана на Фигура 2 в този раздел, а картината на последната макет е показана на Фигура 3.

Кодът на Arduino

Кодът, използван за този продукт, е показан отстрани и можете да го изтеглите тук.

За да качите кода в arduino, изтеглете Arduino IDE на компютъра. Използвайте кода „Rhonda_v4_onebutton.ino“, който сте изтеглили.

Всеки ред код има свое обяснение ред по ред в кодовия файл.

Качете кода в Arduino чрез (интерфейсът е показан тук):

1. Свържете Arduino към компютъра, като използвате USB конектора

2. От раздела Инструменти на интерфейса на Arduino:

   • Задайте дъската на „Arduino Nano“
   • Задайте порта на USB порта
3. Натиснете бутона за качване (→)
4. Изчакайте, докато интерфейсът прочете „качването е завършено“.

Текущата скорост е зададена на максимум 255 в ред 25 "analogWrite (motorPin, 255)" за завъртане на двигателя, и минимум 0 в ред 36 "analogWrite (motorPin, 0)" за спиране на двигателя. Диапазонът на скоростите може да бъде зададен между 0 до 255 според нуждите на скоростта на двигателя.

Текущото време на въртене се измерва за избраната от вас стойка на джойстика, но можете просто да промените кода (ред 52), за да промените времето на въртене и да се адаптирате към конкретното рамо на джойстика, което имате. Времето е в микросекунди в Arduino. Например, ако искаме времето за въртене да бъде 5 секунди, тогава трябва да зададете времето да бъде „5000“в Arduino.

Стъпка 6: Изтеглете инструкции стъпка по стъпка

Стъпка 7: Отстраняване на неизправности (Актуализирано 12/12/17)

1. Двигателят не се прибира.

   • Уверете се, че превключвателят е настроен в желаната посока
   • Проверете дали винтовете за затягане са затегнати
   • Проверете за механични задръствания
   • Проверете връзките между двигателя и веригата
   • Проверете връзките на веригата (тестова верига само с двигател, необвързана към монтажа)
   • Поддържайте джойстика с известна сила: ако ръката сега се прибира с опора, вашият двигател не е достатъчно мощен! Проверете дали бутонът, който сте използвали, функционира

2. Ръката се движи твърде далеч или недостатъчно.

   Променете времето в кода на Arduino, както е посочено в кода на Arduino Прочетете ме

Стъпка 8: Видеодокументация

Стъпка 9: Препратки

1. Научете и направете свой собствен евтин шофьор на двигател L293D (Пълно ръководство за L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- пълно ръководство за l293d/

Стъпка 10: АКТУАЛИЗИРАНЕ 5/14/18

• Машинно обработени нови пръти от стомана (в сравнение с оригиналния алуминий) с по -голяма височина, за да се предотврати отклонението на гредата от натоварване
• Превключен към мотор с по-голям въртящ момент (1497 унции)
• Актуализиран код, който не се компилира
• Тествано преработено устройство на инвалидна количка на клиента