Ontwikkeling van 'n gemotoriseerde intrekbare joystick: 10 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Hierdie gemotoriseerde inklapbare joystick is 'n goedkoop oplossing vir rolstoelgebruikers wat probleme ondervind met die gebruik van handmatige, wegswaai-joystickhouers. Dit is 'n ontwerp -herhaling op 'n vorige intrekbare joystick -projek.

Die projek bestaan uit twee dele: 'n meganiese onderdeel (monteerontwerp, montering, ens.) En 'n elektriese deel (stroombane, Arduino -kode, ens.).

Die gemotoriseerde intrekbare joystick -module kan deur enigiemand gemaak en herhaal word deur die instruksies hier te volg. Geen voorkennis oor stroombane of Arduino of Solidworks is nodig nie. Baie min soldeer is betrokke by hierdie projek, en instruksies vir soldeer kan hier gevind word. Toegang tot basiese boor-/bewerkingswerk is nodig. Gedetailleerde verduidelikings van die ontwerp word behandel in die meganiese onderdeel en die elektriese deel.

Stap 1: Inhoud

1. Inhoud

2. Funksies en funksionaliteit

   • Gemotoriseerde intrek- en verlengmeganisme
   • Links/regs-modus
   • Modulariteit
   • Verstelbare rotasiesnelheid

3. Voorbereiding

   • Sagteware

     Arduino

   • Hardeware

     • Opsomming van alle benodigde onderdele en gereedskap
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Motorbestuurderskyfie: L293D
     • Aftrekbare weerstande
     • Knoppies en skakelaars
     • Motorkeuse

   • Aangedryf deur elektriese rolstoele

     Gebruik 'n USB -poort

4. Meganiese deel

   • Vervaardiging
   • Limietskakelaaraanhegsel
   • Montering/demontage
   • Motor vervanging
   • Elektroniese behuising

5. Elektriese deel

   • Kringe

     • Skemas
     • Broodborduitleg
   • Arduino -kode

6. Stap-vir-stap instruksies

   Laai die PDF -lêer met instruksies af

7. Probleemoplossing
8. Videodokumentasie
9. Verwysings

Stap 2: Kenmerke en funksionaliteit

Gemotoriseerde intrek- en verlengmeganisme

Hierdie gemotoriseerde, inklapbare joystick -houer stel gebruikers in staat om rolstoelgebruikers in staat te stel om hul joystick outomaties in of uit te trek. Gebruikers het die opsie om óf op twee knoppies te druk (een om in te trek en een om uit te trek) óf op een knoppie ('n enkele knoppie om in te trek en uit te brei), afhangende van hul voorkeure. Die plasing van die knoppies is buigsaam en kan verander om aan verskillende gebruikersvereistes te voldoen. Die knoppies word deur die universele knoppies aan die kring gekoppel, sodat die knoppies wat in hierdie demo gebruik word, deur enige universele knoppie vervang kan word.

Links/regs-modus

Hierdie produk is geskik vir links- en regshandige gebruikers. Die tegnikus wat die gemotoriseerde stelsel in die rolstoel van die kliënt installeer, kan die modus maklik verander deur 'n skakelaar in die elektroniese boks te skakel. Die kode hoef nie verander te word nie.

Modulariteit

Die produk is onveilig. As die outomatiese meganisme standaard of as die stelsel herstel word, word die handmatige wegdraai-meganisme nie beïnvloed nie. 'N Gedetailleerde beskrywing van die eenvoudige monteer- en demontage -proses word later in die instruksies ingesluit.

Verstelbare rotasiesnelheid

Die rotasiesnelheid van die outomatiese meganisme kan aangepas word deur die Arduino -kode te verander (instruksies word in latere afdelings verskaf). As 'n veiligheidsmaatreël moet die rotasiesnelheid nie te vinnig wees nie, aangesien die stelsel nie kan besef wat in die pad is nie, wat geringe beserings kan veroorsaak.

Stap 3: Voorbereiding

Sagteware

In hierdie projek word Arduino gebruik, dus moet u die Arduino IDE op u rekenaar geïnstalleer hê. Die skakel om die aansoek af te laai is hier. Die Arduino -kode wat vir hierdie produk gebruik word, is later beskikbaar.

Hardeware

Opsomming van alle benodigde onderdele en gereedskap

Hierdie tabel bevat alle onderdele en gereedskap wat nodig is vir hierdie projek.

Arduino Nano (Rev 3.0)

Arduino Nano (Rev 3.0) word in hierdie produk gebruik. U kan hierdie bord egter vervang met ander Arduino -borde wat PWM -penne bevat. PWM -penne word benodig in hierdie projek, aangesien ons Arduino (prentjie) sal gebruik om 'n motorbestuurderskyfie (L293D) te beheer, en die chip moet beheer word deur PWM -insette. Die PWM -penne van Arduino Nano (Rev 3.0) sluit in: D3 -pen (pen 6), D5 -pen (pen 8), D6 -pen (pen 9), D9 -pen (pen 12), D10 -pen (pen 13), D11 -pen (Speld 14). As u belangstel in meer besonderhede oor Arduino Nano, kan u hier na die uitleg van die pen en die skema's verwys.

Motorbestuurderskyfie: L293D

L293D is 'n kragtige DC -motorbestuurder -chip wat die GS -motor in staat stel om beide met die kloksgewys en in die rigting van die kloksgewys te draai.

Die penne wat in hierdie projek gebruik word, sluit in: 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 (pen 8), Vcc 2 (pen 16).

• Aktiveer1, 2 -pen (pen 1): beheer die snelheid van die motor
• Invoer 1 (pen 2): beheer die rigting van die motor
• Uitset 1 (pen 3): koppel aan die motor, polariteit maak nie saak nie
• GND (pen 4): maak verbinding met die grond
• Uitgang 2 (pen 6): koppel aan die motor, polariteit maak nie saak nie
• Invoer 2 (pen 7): beheer die rigting van die motor
• Vcc 1 (pen 8): voer die interne kring van die chip aan, koppel aan 5 V
• Vcc 2 (pen 16): dryf die GS -motor aan, wissel na gelang van die motorvereiste. Die motor wat vir hierdie projek gebruik word, kan op 5 V.

As u belangstel in meer besonderhede oor die L293D, kan u die datablad hier en hier verkry.

Aftrekbare weerstande

Elke knoppie/skakelaar word gekoppel aan 'n aftrekweerstand. Trekweerstands is hier om te verseker dat die Arduino 'n konstante waarde uit die pen lees. As u ons knoppies/skakelaar nie met 'n weerstand koppel nie, sal die waarde wat Arduino van die ooreenstemmende pen lees, tussen 0 en 1. dryf. In hierdie geval werk die knoppies/skakelaar nie soos verwag nie. Aangesien ons aftrekweerstands gebruik, word die weerstande tussen die ooreenstemmende digitale pen en die grond bedraad, sodat die knoppies/skakelaar tussen die kragpen (+5V) en die digitale pen op die Arduino Nano bedraad word. As die knoppie ingedruk word, sal die Arduino 1 van die ooreenstemmende pen lees. Drie 270 Ω weerstande word in hierdie projek gebruik.

Knoppies/skakelaar

In hierdie projek implementeer ons 'n 3,5 mm -knoppie (s) op die broodbord om die knoppie maklik te vervang. 'N Tweepeldskakelaar (om van links-/regshandige modus te skakel) word direk op die broodbord bedraad, aangesien die meeste rolstoelgebruikers nie met die skakelaar hoef te skakel nie en die skakelaar is ontwerp vir die persoon wat help om die hele meganisme te installeer.

Motorkeuse

Ons het 'n paar handmatig uitklapbare voetstukke van verskillende rolstoele van The Boston Home Inc. verkry. Die hoeveelheid krag en wringkrag wat nodig is om al hierdie monsters in te trek, is getoets en bereken. Nadat die motorspesifikasies nagegaan is, is 'n DC -motor gekies vir die joystick -voetstuk wat voorheen getoon is as 'n demo vir die instruksies, aangesien die joystick -voetstuk die meeste wringkrag benodig onder die 4 monsters wat ons gehad het. U sal die hoeveelheid krag en wringkrag wat nodig is vir u joystick -arm, + die gewig van die joystick -eenheid self, toets om seker te maak dat dit in die spesifikasie pas.

Aangedryf deur elektriese rolstoele

Die meeste rolstoele is toegerus met 'n 24V -kragtoevoer. Hierdie outomatiese intrekbare joystick -produk benodig 'n 5V -ingang. Aangesien die produk ontwerp is om krag van die rolstoelvoeding te ontvang, is geen eksterne kragtoevoer nodig nie.

Gebruik 'n USB -poort

'N DC-DC 24V-tot-5V-boksomskakelaar ('n boksomskakelaar word gebruik om die spanning af te bring.) -Module met 'n USB-poort kan aanlyn bestel word (die een wat ons gebruik het, is hier bestel). Koppel die ingang van die boksomskakelaar aan die 24V -kragtoevoer (kragpoort na kragpoort en grondpoort na grondpoort), en die Arduino Nano -bord kan dan via die USB -poort aan die bokomskakelaarmodule gekoppel word.

Stap 4: Meganiese deel

Alle afmetings en afmetings is gemaak met verwysing na die spesifieke joystick -arm wat ons vir hierdie projek gebruik het. Dit kan wissel na gelang van die arm, en ons sal aandag gee aan belangrike veranderingsgebiede.

Vervaardiging

Daar is drie ekstra dele wat vervaardig moet word om die meganiese onderdeel te herskep (sien figure). Die buitenste arm van die joystick -arm vereis ook aanpassing om die meganiese komponente aan die joystick -houer vas te maak.

1. Boonste hakie
2. Ondersteun
3. Koppel koppelblok
4. Buiterarm

Volg onderdeeltekeninge en/of 3D STL-lêers met behulp van aluminium L-vormige hoekstapel (boonste en onderste hakies), aluminium vierkante staafvoorraad (wringkoppelkoppelblok) en die bestaande joystickarm (buitenarm).

Limietskakelaaraanhegting Drade moet aan die eindskakelaar gesoldeer word voordat dit geheg word. Die posisionering van die eindskakelaar is buigsaam, solank die skakelaar gesluit is wanneer die arm ingetrek is en oop is as die joystick in sy normale posisie is. Raadpleeg die stap 8 en die lêers "buitenste_arm" wat hierbo gekoppel is vir meer inligting.

Montagemetode

Sien syfers vir elke stap.

1. Bevestig die motor aan die motorbeugel deur die gate in lyn te bring en 6 M-3 platskroewe vas te skroef (nie al 6 is nodig om die motor op sy plek te hou nie, maar skroef soveel as moontlik in vir maksimum beveiliging; gebruik die skroewe van die korrekte lengte volgens die dikte van die steun om skade aan die motor te voorkom).
2. Rig die koppelstuk onder die buitenste staaf in en skroef dit vas met 'n ½” #8-32 platkopskroef. Miskien moet u 'n 8-32 gat in die arm boor en tik om die koppelstuk aan die arm te koppel. *In hierdie geval swaai die arm linksom, sodat die buitenste staaf (vanuit die oogpunt van die rolstoelgebruiker) aan die linkerkant is. Vir gebruikers met regshandelinge sal dit omgekeer word.
3. Bevestig die boonste bracket aan die intrekbare arm met die M-6-skroef (los).
4. Bring die intrekbare arm na 'n verlengde posisie.
5. Bevestig die onderstel van die motor-motorbeugel aan die intrekbare arm deur die motoras in die ooreenstemmende gat op die koppelpunt te steek. Die bracketgedeelte moet tussen die arm en die boonste bracket inpas en die gate in lyn bring.
6. Gebruik die ¼-20 skroef en 'n borgmoer om die twee hakies aan mekaar vas te maak. Draai dan die M6 -skroef aan die boonste hakie vas.
7. Maak seker dat die houer in die verlengde posisie is, en bevestig die motor aan die koppeling met die 10-32 stelskroef/s.
8. Skroef die eindskakelaar vas met 2 #2-56 skroewe (maak seker dat die eindskakelaar in die heeltemal uitwaartse posisie gesluit word - in ons geval druk die skouerbout dit toe).

*Opmerking oor die bevestiging van stelskroewe: stelskroewe moet in lyn wees met die plat kant van die D-as. Om die asrigting aan te pas, moet die motor aan die kragtoevoer gekoppel word totdat die plat kant in die gewenste posisie is. Alternatiewelik, stel die stroombaan in soos uiteengesit in 4.1 Elektriese onderdeelkringe hieronder en verander die tydsberekening in reël 52 van die kode soos aangedui in 4.2 Elektriese onderdeel Arduino -kode totdat dit in die gewenste posisie is. Onthou om dit na die montering terug te verander!

Demontage

Volg die monteerprosedure in die omgekeerde rigting. Kyk hieronder of u motor uitbrand en vervang moet word.

Motorvervanging

1. Verwyder die stelskroef wat die as by die koppelpunt hou.
2. Draai die ¼-20-houer en die borgmoer los.
3. Trek die onderstel van die motor-motorbeugel uit en draai die motor los om dit te vervang.
4. Bevestig die nuwe motor met skroewe aan die hakie.
5. Steek die nuwe motoras in die gat in die koppelpunt en steek die houer vas (draai die boonste M6 -skroef los indien nodig).
6. Skroef die ¼-20 skroef en borgmoer vas om die hakies weer vas te maak (draai die boonste M6-skroef vas indien nodig).
7. Bevestig ten slotte die as met die stelskroef aan die koppeling.

Elektroniese behuising

1. Plaas die broodbordkring wat in die elektriese onderdeel gemonteer is, in die boks van die elektroniese behuising, soos in die prentjie getoon.
2. Gebruik 'n meul en/of boor om gleuwe en gate vir verbindings te maak (Arduino USB -poort, knoppie -aansluiting en skakelaar).
3. Sien figuur hierbo vir 'n voorbeeld. Slot- en gatposisies hang af van u komponente en stroombaan.

Stap 5: Elektriese deel

Kringe

Skemas

Die skemas van die stroombaan word in figuur 1 in hierdie afdeling getoon, en dit is ook beskikbaar op Github. 'N 5V -krag sal van die elektriese rolstoel aan die Arduino Nano -bord voorsien word. Die Arduino Nano -bord is gekodeer sodat dit die skakelaargedrag en die beweging van die GS -motor kan beheer. Die ontwerp en die bedrading van die stroombaan word verduidelik in die afdeling Hardware (hyperlink na die hardeware -afdeling), indien u belangstel.

Broodborduitleg

'N Paneel van die broodbordbedrading van Fritzing of die stroombaan word in figuur 2 in hierdie afdeling getoon, en die prentjie van die finale broodbord word in figuur 3 getoon.

Arduino -kode

Die kode wat vir hierdie produk gebruik word, word aan die kant vertoon, en u kan dit hier aflaai.

Laai die Arduino IDE op die rekenaar af om die kode na die arduino op te laai. Gebruik die kode "Rhonda_v4_onebutton.ino" wat u afgelaai het.

Elke reël kode het sy lyn-vir-reël verduideliking in die kode lêer.

Laai die kode op na die Arduino deur (die koppelvlak word hier getoon):

1. Koppel die Arduino met die USB -aansluiting op die rekenaar

2. Vanaf die tabblad Gereedskap op die Arduino -koppelvlak:

   • Stel die bord op "Arduino Nano"
   • Stel die poort op die USB -poort
3. Druk die oplaai (→) knoppie
4. Wag totdat die koppelvlak "oplaai voltooi" lees.

Die huidige spoed is ingestel op die maksimum 255 in lyn 25 "analogWrite (motorPin, 255)" om die motor te draai, en minimum 0 in lyn 36 "analogWrite (motorPin, 0)" om die motor te stop. Die snelheidsbereik kan na gelang van die motorsnelheid tussen 0 en 255 gestel word.

Die huidige rotasietyd is vasgestel vir die spesifieke joystick -houer wat ons gekies het, maar u kan die kode (reël 52) eenvoudig verander om die rotasietyd te verander en aan te pas by die spesifieke joystick -arm wat u het. Die tyd is in mikrosekondes in Arduino. As ons byvoorbeeld wil hê dat die rotasietyd 5 sekondes moet wees, moet u die tyd in Arduino op '5000' stel.

Stap 6: Stap-vir-stap instruksies aflaai

Stap 7: Probleemoplossing (opgedateer 12/12/17)

1. Motor trek nie terug nie.

   • Maak seker dat die skakelaar in die gewenste rigting is
   • Kontroleer of die stelskroewe vasgedraai is
   • Kyk of daar meganiese konfyt is
   • Kontroleer verbindings tussen motor en stroombaan
   • Kontroleer stroomverbindings (toetsbaan met net motor, nie gekoppel aan montering nie)
   • Ondersteun die joystick met 'n mate van krag: as die arm nou met steun terugtrek, is u motor nie sterk genoeg nie! Kyk of die knoppie wat u gebruik het, funksioneel is

2. Arm beweeg te ver of nie ver genoeg nie.

   Verander die tydsberekening in die Arduino -kode soos uiteengesit in die Arduino -kode Lees my

Stap 8: Videodokumentasie

Stap 9: Verwysings

1. Leer en maak u eie goedkoop L293D-motorbestuurder ('n volledige gids vir L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- complete-guide-for-l293d/

Stap 10: UPDATE 5/14/18

• Bewerkte nuwe armstawe van staal (in vergelyking met oorspronklike aluminium) met 'n groter hoogte om te voorkom dat die buiging van die balk laai
• Skakel oor na 'n motor met 'n hoër wringkrag (1497 oz-in)
• Opgedateerde kode wat nie saamgestel is nie
• Getoetsde hersiene toestel op kliënt se rolstoel