Moottoroidun sisäänvedettävän ohjaussauvan kehittäminen: 10 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Tämä moottoroitava sisäänvedettävä joystick on edullinen ratkaisu sähköpyörätuolin käyttäjille, joilla on vaikeuksia käyttää manuaalisesti kääntyvää joystick-kiinnitystä. Se on suunnittelun iteraatio aiemmassa sisäänvedettävässä joystick -projektissa.

Projekti koostuu kahdesta osasta: mekaanisesta osasta (asennussuunnittelu, kokoonpano jne.) Ja sähköisestä osasta (piiri, Arduino -koodi jne.).

Kuka tahansa voi valmistaa ja kopioida moottoroidun sisäänvedettävän joystick -moduulin noudattamalla tässä annettuja ohjeita. Aikaisempaa tietoa piireistä tai Arduinosta tai Solidworksista ei tarvita. Tähän projektiin liittyy vain vähän juottamista, ja juotosohjeet löytyvät täältä. Perusporaus-/työstötoimenpiteiden käyttö on välttämätöntä. Yksityiskohtaiset selitykset suunnittelusta on esitetty mekaanisissa osissa ja sähköosissa.

Vaihe 1: Sisältö

1. Sisällys

2. Ominaisuudet ja toiminnallisuus

   • Moottoroitu sisään- ja ulosvedon mekanismi
   • Vasen/oikea-tila
   • Modulaarisuus
   • Säädettävä pyörimisnopeus

3. Valmistautuminen

   • Ohjelmisto

     Arduino

   • Laitteisto

     • Yhteenveto kaikista tarvittavista osista ja työkaluista
     • Arduino Nano (versio 3.0)
     • Moottorin ohjainpiiri: L293D
     • Vedettävät vastukset
     • Painikkeet ja kytkimet
     • Moottorin valinta
   • Virta sähköpyörätuoleista

     USB -portin käyttäminen

4. Mekaaninen osa
   • Valmistus
   • Rajakytkimen kiinnitys
   • Kokoaminen/purkaminen
   • Moottorin vaihto
   • Elektroniikkakotelo
5. Sähköosa

   • Piirit

     • Kaaviot
     • Leipälevyn asettelu
   • Arduino -koodi

6. Vaiheittaiset ohjeet

   Lataa ohjeet PDF -tiedostona

7. Ongelmien karttoittaminen
8. Videodokumentaatio
9. Viitteet

Vaihe 2: Ominaisuudet ja toiminnot

Moottoroitu sisään- ja ulosvedon mekanismi

Tämä moottoroitu sisäänvedettävä joystick -kiinnike mahdollistaa pyörätuolilla liikkuvien ihmisten vetävän sisään tai pidentävän ohjaussauvaa automaattisesti. Käyttäjät voivat halutessaan joko painaa kahta painiketta (yksi sisäänvetämistä varten ja toista pidennystä varten) tai yhtä painiketta (yksi painike sekä sisään- että ulosvetämiseen). Painikkeiden sijainti on joustava ja voi muuttua erilaisten käyttäjien tarpeiden mukaan. Painikkeet on liitetty piiriin yleispainikkeiden kautta, joten tässä esittelyssä käytetyt painikkeet voidaan korvata millä tahansa yleispainikkeella.

Vasen/oikea-tila

Tämä tuote sopii sekä vasenkätisille että oikeakätisille käyttäjille. Teknikko, joka asentaa moottoroidun järjestelmän asiakkaan sähköpyörätuoliin, voi vaihtaa tilan helposti vaihtamalla elektroniikkalaatikon kytkimen. Koodiin ei tarvitse tehdä muutoksia.

Modulaarisuus

Tuote on vikaturvallinen. Jos automaattinen mekanismi ei toimi oletusarvoisesti tai jos järjestelmää korjataan, se ei vaikuta manuaaliseen kääntömekanismiin. Yksityiskohtainen kuvaus yksinkertaisesta kokoamis- ja purkamisprosessista on myöhemmin ohjeissa.

Säädettävä pyörimisnopeus

Automaattisen mekanismin pyörimisnopeutta voidaan säätää muuttamalla Arduino -koodia (ohjeet ovat myöhemmissä osissa). Turvallisuussyistä pyörimisnopeuden ei pitäisi olla liian nopea, koska järjestelmä ei voi havaita, mikä saattaa olla tiellä, mikä voi aiheuttaa lieviä vammoja.

Vaihe 3: Valmistelu

Ohjelmisto

Tässä projektissa käytetään Arduinoa, joten sinun on asennettava tietokoneellesi Arduino IDE. Linkki sovelluksen lataamiseen on täällä. Tässä tuotteessa käytetty Arduino -koodi on saatavana myöhemmässä osassa.

Laitteisto

Yhteenveto kaikista tarvittavista osista ja työkaluista

Tämä seuraava taulukko sisältää kaikki tähän projektiin tarvittavat osat ja työkalut.

Arduino Nano (versio 3.0)

Tässä tuotteessa käytetään Arduino Nano (versio 3.0). Voit kuitenkin korvata tämän levyn muilla PWM -nastoja sisältävillä Arduino -levyillä. Tässä projektissa tarvitaan PWM -nastat, koska käytämme Arduinoa (kuva) moottorin ohjainsirun (L293D) ohjaamiseen, ja sirua on ohjattava PWM -tuloilla. Arduino Nanon (Rev 3.0) PWM -nastoja ovat: D3 -nasta (nasta 6), D5 -nasta (nasta 8), D6 -nasta (nasta 9), D9 -nasta (nasta 12), D10 -nasta (nasta 13), D11 -nasta (Nasta 14). Jos olet kiinnostunut lisätietoja Arduino Nanosta, sen tapin asettelusta ja kaavioista voi viitata täällä.

Moottorin ohjainpiiri: L293D

L293D on tehokas tasavirtamoottorin ohjainsiru, jonka avulla tasavirtamoottori voi pyöriä sekä myötäpäivään että vastapäivään.

Tässä projektissa käytetyt nastat ovat: 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 (nasta 8), Vcc 2 (nasta 16).

• Enable1, 2 pin (Pin 1): ohjaa moottorin nopeutta
• Tulo 1 (nasta 2): ohjaa moottorin suuntaa
• Lähtö 1 (nasta 3): kytke moottoriin, napaisuudella ei ole väliä
• GND (nasta 4): liitä maahan
• Lähtö 2 (nasta 6): kytke moottoriin, napaisuudella ei ole väliä
• Tulo 2 (nasta 7): ohjaa moottorin suuntaa
• Vcc 1 (nasta 8): virransyöttö sirun sisäiseen piiriin, liitä 5 V: iin
• Vcc 2 (nasta 16): DC -moottorin virta, vaihtelee moottorin tarpeen mukaan. Tässä projektissa käytettyä moottoria voidaan käyttää 5 V.

Jos olet kiinnostunut lisätietoja L293D: stä, sen tietolomake löytyy täältä ja täältä.

Vedettävät vastukset

Jokainen painike/kytkin on paritettu vedettävällä vastuksella. Pull-down-vastukset auttavat varmistamaan, että Arduino lukee vakion arvon nastasta. Jos et yhdistä painikkeitamme/kytkintämme vastuksen kanssa, arvo, jonka Arduino lukee vastaavasta nastasta, kelluu välillä 0 ja 1. Tässä tapauksessa painikkeet/kytkin eivät toimi odotetulla tavalla. Koska käytämme alasvetovastauksia, vastukset on kytketty vastaavan digitaalisen nastan ja maan väliin, joten painikkeet/kytkin on kytketty Arduino Nanon virtatapin (+5 V) ja digitaalisen nastan väliin. Kun painiketta painetaan, Arduino lukee 1 vastaavasta nastasta. Tässä projektissa käytetään kolmea 270 Ω: n vastusta.

Painikkeet/kytkin

Tässä projektissa otamme 3,5 mm: n painonapit (-liitännät) leipälevylle painikkeiden vaihtamisen helpottamiseksi. Kaksinapainen kytkin (vasen-/oikeakätisen tilan vaihtamiseksi) on kytketty suoraan leipälevylle, koska useimpien pyörätuolikäyttäjien ei tarvitse olla vuorovaikutuksessa kytkimen kanssa ja kytkin on tarkoitettu henkilölle, joka auttaa koko mekanismin asennuksessa.

Moottorin valinta

Saimme joitain manuaalisesti sisäänvedettäviä jalustakiinnikkeitä erilaisista pyörätuoleista Boston Home Inc: ltä. Näiden näytteiden vetämiseen tarvittava voima ja vääntömomentti testattiin ja laskettiin. Moottorin teknisten tietojen tarkistamisen jälkeen DC -hammaspyörämoottori valittiin joystick -telineen kiinnitykseen ohjeiden esittelyksi, koska tämä joystick -jalustakiinnitys vaati suurimman vääntömomentin neljästä näytteestämme. Haluat testata ohjaussauvan varren tarvitseman voiman ja vääntömomentin + itse ohjaussauvakokoonpanon painon varmistaaksesi, että se sopii erittelyyn.

Virta sähköpyörätuoleista

Suurin osa pyörätuoleista on varustettu 24 voltin virtalähteellä. Tämä automaattinen sisäänvedettävä joystick -tuote vaatii 5 V: n tulon. Koska tuote on suunniteltu vastaanottamaan virtaa pyörätuolin virtalähteestä, ulkoista virtalähdettä ei tarvita.

USB -portin käyttäminen

DC-DC 24V-5V buck-muunnin (Buck-muunninta käytetään jännitteen laskemiseen.) Moduuli, jossa on USB-portti, voidaan tilata verkossa (käyttämämme tilaus on tehty täältä). Liitä buck -muuntimen tulo 24 V: n virtalähteeseen (virtaliitäntä virtaliitäntään ja maadoitusportti maaporttiin), ja Arduino Nano -kortti voidaan sitten liittää buck -muunninmoduuliin USB -portin kautta.

Vaihe 4: Mekaaninen osa

Kaikki mittaukset ja mitat tehtiin suhteessa tähän hankkeeseen käyttämäämme ohjaussauvan varteen. Nämä voivat vaihdella käsivarren mukaan, ja huomaamme tärkeitä vaihtelualueita.

Valmistus

On olemassa kolme lisäosaa, jotka on valmistettava mekaanisen osan luomiseksi uudelleen (katso kuvat). Ohjaussauvan ulompi varsi vaatii myös muutoksia mekaanisten osien kiinnittämiseksi ohjaussauvan kiinnikkeeseen.

1. Yläkiinnike
2. Alakiinnike
3. Momenttikytkimen lohko
4. Ulompi käsivarsi

Noudata osien piirustuksia ja/tai 3D-STL-tiedostoja käyttämällä alumiinista L-muotoista kulmapaperia (ylä- ja alakiinnikkeet), alumiinista valmistettua neliötankoa (vääntömomenttiliitin) ja olemassa olevaa ohjaussauvaa (ulompi varsi).

Rajakytkimen kiinnitys Johdot on juotettava rajakytkimeen ennen kiinnitystä. Rajakytkimen asento on joustava niin kauan kuin kytkin on kiinni, kun varsi on vedetty sisään, ja auki, kun ohjaussauva on normaaliasennossa. Katso lisätietoja kokoonpanovaiheesta 8 ja yllä olevista linkistä "external_arm".

Asennusmenetelmä

Katso kunkin vaiheen kuvat.

1. Kiinnitä moottori moottorin kiinnikkeeseen kohdistamalla reiät ja ruuvaamalla sisään 6 M-3 litteäruuvia (kaikkia 6 ei tarvita moottorin pitämiseksi paikallaan, mutta ruuvaa sisään mahdollisimman monta turvallisuuden takaamiseksi; varmista, että käytät oikea pituus kannattimen paksuuden mukaan, jotta moottori ei vahingoitu.)
2. Kohdista kytkentäkappale ulkotangon alle ja ruuvaa paikalleen ½” #8-32-tasoruuvilla. Sinun on ehkä porattava ja napautettava 8-32 reikää varteen liitoskappaleen yhdistämiseksi varteen. *Tässä tapauksessa varsi kääntyy ulos vastapäivään, joten ulompi tanko (sähköpyörätuolin käyttäjän näkökulmasta) on vasemmalla. Oikeakätisille käyttäjille tämä käännetään.
3. Kiinnitä yläkiinnike sisäänvedettävään varteen M-6-ruuvilla (löysästi).
4. Vie sisäänvedettävä varsi ojennettuun asentoon.
5. Kiinnitä moottorin ja moottorin kiinnikkeen alikokoonpano sisäänvedettävään varteen työntämällä moottorin akseli kytkentäkappaleen vastaavaan reikään. Kiinnitysosan tulee sijoittua varren ja yläkiinnikkeen väliin, kohdistaen reiät.
6. Kiinnitä kaksi pidikettä toisiinsa screw-20 ruuvilla ja lukkomutterilla. Kiristä sitten yläkiinnikkeen M6 -ruuvi.
7. Varmista, että kiinnike on ulosvedetyssä asennossa, kiinnitä moottori liittimeen 10-32 säätöruuvilla/s.
8. Kierrä rajakytkin paikalleen 2 #2-56 ruuvilla (varmista, että rajakytkin sulkeutuu täysin ulospäin - tässä tapauksessa olkapultti painaa sen kiinni).

*Huomautus kiinnitysruuvien kiinnittämisestä: kiinnitysruuvien on oltava yhteydessä D-akselin litteään sivuun. Akselin suunnan säätämiseksi kiinnitä moottori virtalähteeseen, kunnes tasainen puoli on halutussa asennossa. Vaihtoehtoisesti voit määrittää piirin kohdassa 4.1 Sähköosapiirit kuvatulla tavalla ja muuttaa ajoitusta koodirivillä 52 kohdan 4.2 Sähköosa Arduino -koodi mukaisesti, kunnes se on halutussa asennossa. Muista vaihtaa se takaisin kokoonpanon jälkeen!

Purkaminen

Noudata asennusta vastakkaiseen suuntaan. Katso alta, palaako moottorisi ja onko se vaihdettava.

Moottorin vaihto

1. Irrota ruuvi, joka pitää akselin kytkentäkappaleessa.
2. Ruuvaa ¼-20 kiinnike ja lukkomutteri auki.
3. Vedä moottorin ja moottorin kiinnikkeen alikokoonpano ulos ja ruuvaa moottori vaihdettavaksi.
4. Kiinnitä uusi moottori pidikkeeseen ruuveilla.
5. Työnnä uusi moottorin akseli kytkentäkappaleen reikään ja työnnä kannatin paikalleen (löysää tarvittaessa ylempää M6 -ruuvia).
6. Ruuvaa screw-20 ruuvi ja lukkomutteri kiinnittääksesi kiinnikkeet uudelleen (kiristä tarvittaessa M6-ruuvia).
7. Kiinnitä lopuksi akseli kytkimeen ruuvilla.

Elektroniikkakotelo

1. Aseta sähköosaan koottu leipälevypiiri elektroniikkakoteloon kuvan mukaisesti.
2. Luo jyrsimellä ja/tai poralla aukkoja ja reikiä liittimille (Arduino -USB -portti, painikeliitäntä ja kytkin).
3. Katso esimerkki yllä olevasta kuvasta. Aukkojen ja reikien sijainti riippuu komponenteista ja piiristä.

Vaihe 5: Sähköosa

Piirit

Kaaviot

Piirin kaaviot on esitetty tämän osan kuvassa 1, ja se on saatavana myös Githubista. Pyörätuolista syötetään 5 V: n virta Arduino Nano -levylle. Arduino Nano -kortti on koodattu siten, että se ohjaa kytkinkäyttäytymistä ja tasavirtamoottorin liikettä. Piirin rakenne ja johdotus selitetään Laitteisto -osiossa (hyperlinkki laitteisto -osioon), jos olet kiinnostunut.

Leipälevyn asettelu

Leipälevyn johdotuskuva Fritzingistä tai piiristä on esitetty tämän osion kuvassa 2 ja kuva lopullisesta leipälevystä kuvassa 3.

Arduino -koodi

Tämän tuotteen koodi näkyy sivussa, ja voit ladata sen täältä.

Lataa koodi arduinoon lataamalla Arduino IDE tietokoneeseen. Käytä lataamaasi koodia "Rhonda_v4_onebutton.ino".

Jokaisella koodirivillä on rivikohtainen selitys kooditiedoston sisällä.

Lataa koodi Arduinolle (käyttöliittymä näkyy tässä):

1. Liitä Arduino tietokoneeseen USB -liitännän avulla

2. Arduino -käyttöliittymän Työkalut -välilehdeltä:

   • Aseta levy "Arduino Nano"
   • Aseta portti USB -porttiin
3. Paina latauspainiketta (→)
4. Odota, kunnes käyttöliittymä lukee "lataus valmis".

Nykyinen nopeus on asetettu maksimiin 255 rivillä 25 "analogWrite (motorPin, 255)" moottorin pyörittämiseksi ja vähintään 0 rivillä 36 "analogWrite (motorPin, 0)" moottorin pysäyttämiseksi. Nopeusalue voidaan asettaa välille 0 - 255 moottorin nopeuden mukaan.

Nykyinen kiertoaika on ajastettu valitsemallemme joystick -telineasennukselle, mutta voit yksinkertaisesti muuttaa koodia (rivi 52) muuttaaksesi kiertoaikaa ja sopeutuaksesi tiettyyn joystick -varteen. Aika on mikrosekunneissa Arduinossa. Jos esimerkiksi haluamme, että kiertoaika on 5 sekuntia, sinun on asetettava aika "5000" Arduinossa.

Vaihe 6: Lataa vaiheittaiset ohjeet

Vaihe 7: Vianmääritys (Päivitetty 12.12.17)

1. Moottori ei vedä käsivartta.

   • Varmista, että kytkin on halutussa asennossa
   • Tarkista, että kiinnitysruuvit on kiristetty
   • Tarkista mekaaniset tukokset
   • Tarkista moottorin ja piirin väliset liitännät
   • Tarkista piiriliitännät (testipiiri pelkällä moottorilla, kiinnittämättä kokoonpanoon)
   • Tue ohjaussauvaa hieman voimalla: jos varsi vetäytyy nyt sisään tuella, moottorisi ei ole tarpeeksi tehokas! Tarkista, onko käyttämäsi painike toimiva

2. Käsi liikkuu liian pitkälle tai ei tarpeeksi pitkälle.

   Muuta Arduino -koodin ajoitusta kohdassa Arduino Code Read Me kuvatulla tavalla

Vaihe 8: Videodokumentaatio

Vaihe 9: Viitteet

1. Opi ja tee oma halpa L293D-moottoriajuri (L293D: n täydellinen opas) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- täydellinen-opas-for-l293d/

Vaihe 10: PÄIVITÄ 14.5.2018

• Koneistetut uudet teräpalkit (verrattuna alkuperäiseen alumiiniin), joiden korkeus on suurempi, jotta palkin taipuma ei kuormitu
• Vaihdettu suurempaan vääntömomenttiin (1497 oz-in)
• Päivitetty koodi, jota ei käännetty
• Testattu tarkistettu laite asiakkaan pyörätuolissa