Dezvoltarea unui joystick retractabil motorizat: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Acest joystick retractabil motorizat este o soluție low-cost pentru utilizatorii de scaune cu rotile electrice care întâmpină dificultăți în utilizarea suporturilor de joystick manual. Este o iterație de proiectare a unui proiect de joystick retractabil anterior.

Proiectul este compus din două părți: o parte mecanică (proiectarea montajului, asamblarea etc.) și o parte electrică (circuite, cod Arduino etc.).

Modulul joystick retractabil motorizat poate fi realizat și reprodus de oricine urmând instrucțiunile furnizate aici. Nu sunt necesare cunoștințe prealabile despre circuite sau Arduino sau Solidworks. Foarte puțin de lipit este implicat în acest proiect, iar instrucțiunile de lipit pot fi găsite aici. Va fi necesar accesul la operațiile de forare / prelucrare de bază. Explicațiile detaliate ale proiectului sunt abordate în partea mecanică și partea electrică.

Pasul 1: Conținut

1. Cuprins

2. Caracteristici și funcționalitate

   • Mecanism de retragere și extindere motorizate
   • Mod stânga / dreapta
   • Modularitate
   • Viteza de rotație reglabilă
3. Pregătirea

   • Software

     Arduino

   • Hardware

     • Rezumatul tuturor pieselor și instrumentelor necesare
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Cipul driverului motorului: L293D
     • Rezistențe de tragere
     • Butoane și comutatoare
     • Selectarea motorului

   • Alimentarea cu scaune cu rotile electrice

     Utilizarea unui port USB

4. Piesa mecanică

   • de fabricație
   • Atașarea comutatorului de limită
   • Asamblare / Demontare
   • Înlocuirea motorului
   • Carcasă electronică

5. Piesa electrică

   • Circuite

     • Scheme
     • Aspectul panoului de calcul
   • Cod Arduino

6. Instrucțiuni pas cu pas

   Descărcați fișierul PDF al instrucțiunilor

7. Depanare
8. Documentație video
9. Referințe

Pasul 2: Caracteristici și funcționalitate

Mecanism de retragere și extindere motorizate

Acest suport de joystick retractabil motorizat va permite utilizatorilor de scaune cu rotile să retragă sau să își extindă joystick-ul automat. Utilizatorii au opțiunea de a apăsa fie două butoane (unul pentru retragere și unul pentru extindere), fie un buton (un singur buton pentru retragere și extindere) în funcție de preferințele lor. Amplasarea butoanelor este flexibilă și se poate modifica pentru a satisface cerințele diferite ale utilizatorilor. Butoanele sunt atașate la circuit prin mufe universale pentru butoane, astfel încât butoanele utilizate în această demonstrație pot fi înlocuite cu orice buton universal.

Mod stânga / dreapta

Acest produs este potrivit atât pentru utilizatorii stângaci, cât și pentru cei dreptaci. Tehnicianul care instalează sistemul motorizat pe scaunul cu rotile electric al clientului poate schimba cu ușurință modul prin comutarea unui comutator în cutia electronică. Nu este necesară modificarea codului.

Modularitate

Produsul este sigur. Dacă mecanismul automat este implicit sau dacă sistemul este reparat, mecanismul de deplasare manuală nu va fi afectat. O descriere detaliată a procesului simplu de asamblare și demontare este inclusă ulterior în instrucțiuni.

Viteza de rotație reglabilă

Viteza de rotație a mecanismului automat poate fi ajustată prin modificarea codului Arduino (instrucțiunile sunt furnizate în secțiunile ulterioare). Ca măsură de siguranță, viteza de rotație nu ar trebui să fie prea rapidă, deoarece sistemul nu poate simți ce ar putea fi în cale, ceea ce ar putea provoca vătămări minore.

Pasul 3: Pregătirea

Software

În acest proiect, este utilizat Arduino, deci va trebui să aveți Arduino IDE instalat pe computer. Link-ul pentru descărcarea aplicației este aici. Codul Arduino utilizat pentru acest produs este disponibil într-o secțiune ulterioară.

Hardware

Rezumatul tuturor pieselor și instrumentelor necesare

Acest tabel următor conține toate părțile și instrumentele necesare acestui proiect.

Arduino Nano (Rev 3.0)

Arduino Nano (Rev 3.0) este utilizat în acest produs. Cu toate acestea, puteți înlocui această placă cu alte plăci Arduino care conțin pini PWM. Pini PWM sunt necesari în acest proiect, deoarece vom folosi Arduino (imagine) pentru a controla un cip driver de motor (L293D), iar cipul trebuie să fie controlat de intrările PWM. Pinii PWM ai Arduino Nano (Rev 3.0) includ: pin D3 (Pin 6), D5 pin (Pin 8), D6 pin (Pin 9), D9 pin (Pin 12), D10 pin (Pin 13), D11 pin (Pinul 14). Dacă sunteți interesat de mai multe detalii despre Arduino Nano, aspectul acestuia și schemele pot fi consultate aici.

Cipul driverului motorului: L293D

L293D este un cip puternic pentru driverul motorului DC care permite motorului DC să se rotească atât în sensul acelor de ceasornic, cât și în sens invers acelor de ceasornic.

Pinii utilizați în acest proiect includ: Enable1, 2 pini (Pin 1), Intrare 1 (Pin 2), Ieșire 1 (Pin 3), GND (Pin 4), Ieșire 2 (Pin 6), Intrare 2 (Pin 7), Vcc 1 (Pin 8), Vcc 2 (Pin 16).

• Enable1, 2 pin (Pin 1): controlează viteza motorului
• Intrare 1 (Pin 2): controlați direcția motorului
• Ieșire 1 (Pin 3): conectați la motor, polaritatea nu contează
• GND (Pinul 4): conectați la masă
• Ieșire 2 (Pin 6): conectați-vă la motor, polaritatea nu contează
• Intrare 2 (Pin 7): controlați direcția motorului
• Vcc 1 (Pin 8): alimentați circuitul intern al cipului, conectați-l la 5 V
• Vcc 2 (Pin 16): alimentează motorul DC, variază în funcție de cerința motorului. Motorul utilizat pentru acest proiect poate fi alimentat la 5 V.

Dacă sunteți interesat de mai multe detalii despre L293D, foaia sa tehnică poate fi accesată aici și aici.

Rezistențe de tragere

Fiecare buton / comutator este asociat cu un rezistor de tragere. Rezistențele pull-down sunt aici pentru a vă asigura că Arduino va citi o valoare constantă din pin. Dacă nu împerecheați butoanele / comutatorul nostru cu un rezistor, valoarea pe care Arduino o citește de pe pinul corespunzător ar pluti între 0 și 1. În acest caz, butoanele / comutatorul nu vor funcționa așa cum era de așteptat. Deoarece folosim rezistențe pull-down, rezistențele vor fi conectate între pinul digital corespunzător și sol, astfel încât butoanele / comutatorul vor fi conectate între pinul de alimentare (+ 5V) și pinul digital de pe Arduino Nano. Când butonul este apăsat, Arduino va citi 1 din pinul corespunzător. Trei rezistențe de 270 Ω sunt utilizate în acest proiect.

Butoane / Comutator

În acest proiect, implementăm jack-uri cu butoane de 3,5 mm pe panou pentru înlocuirea ușoară a butonului. Un comutator cu doi pini (pentru a comuta modul stânga / dreapta) este conectat direct pe panou, deoarece majoritatea utilizatorilor de scaune cu rotile nu vor trebui să interacționeze cu comutatorul, iar comutatorul este conceput pentru persoana care ajută la instalarea întregului mecanism.

Selectarea motorului

Am obținut câteva suporturi retractabile manual de la diferite scaune cu rotile de la The Boston Home Inc. Cantitatea de forță și cuplu necesare pentru retragerea tuturor acestor probe au fost testate și calculate. După verificarea specificațiilor motorului, un motor cu transmisie DC a fost ales pentru suportul joystick-ului prezentat anterior ca o demonstrație pentru instrucțiuni, deoarece acel suport joystick a necesitat cel mai mare cuplu dintre cele 4 probe pe care le-am avut. Veți dori să testați cantitatea de forță și cuplul necesare pentru brațul joystick-ului + greutatea ansamblului joystick-ului în sine, pentru a vă asigura că se va încadra în specificații.

Alimentarea cu scaune cu rotile electrice

Cele mai multe scaune cu rotile electrice sunt echipate cu o sursă de alimentare de 24V. Acest produs cu joystick retractabil automat necesită o intrare de 5V. Deoarece produsul este conceput pentru a primi energie de la sursa de alimentare a scaunului cu rotile, nu este necesară o sursă de alimentare externă.

Utilizarea unui port USB

Un modul DC-DC 24V-la-5V Buck (Un convertor Buck este utilizat pentru a reduce tensiunea.) Modul cu un port USB poate fi comandat online (cel pe care l-am folosit a fost comandat de aici). Conectați intrarea convertorului buck la sursa de alimentare de 24V (portul de alimentare la portul de alimentare și portul de masă la portul de masă), iar placa Arduino Nano poate fi apoi conectată la modulul de conversie buck prin portul USB.

Pasul 4: Piesa mecanică

Toate măsurătorile și dimensiunile au fost făcute în raport cu brațul de joystick specific pe care l-am folosit pentru acest proiect. Acestea pot varia în funcție de braț și vom observa zone importante de variabilitate.

de fabricație

Există trei părți suplimentare care trebuie fabricate pentru a crea din nou partea mecanică (a se vedea figurile). Brațul exterior al brațului joystick necesită, de asemenea, modificări pentru a atașa componentele mecanice la suportul joystick-ului.

1. Suport de sus
2. Suport inferior
3. Bloc cuplaj cuplu
4. Brațul exterior

Folosind unghi unghiular din aluminiu în formă de L (paranteze superioare și inferioare), un bare de aluminiu pătrat (blocul cuplajului de cuplu) și brațul existent al joystick-ului (brațul exterior), urmați desenele pieselor și / sau fișierele 3D STL.

Atașarea întrerupătorului de limită Sârmele trebuie lipite pe întrerupătorul de limită înainte de atașare. Poziționarea comutatorului de limită este flexibilă atât timp cât comutatorul este închis când brațul este retras și deschis când joystick-ul este în poziția sa normală. Consultați Pasul 8 de asamblare și fișierele „exterior_arm” legate mai sus pentru detalii.

Metoda de asamblare

Vedeți cifrele pentru fiecare pas.

1. Atașați motorul la suportul motorului prin alinierea orificiilor și înșurubarea a 6 șuruburi cu cap plat M-3 (nu vor fi necesare toate cele 6 pentru a menține motorul în poziție, dar înșurubați cât mai multe pentru o siguranță maximă; asigurați-vă că utilizați șuruburile lungimea corectă în funcție de grosimea suportului pentru a preveni deteriorarea motorului).
2. Aliniați piesa de cuplare sub bara exterioară și înșurubați-o cu un șurub cu cap plat ½”# 8-32. Poate fi necesar să găuriți și să atingeți o gaură 8-32 în braț pentru a conecta piesa de cuplare la braț. * În acest caz, brațul se deplasează în sens invers acelor de ceasornic, astfel încât bara exterioară (din perspectiva utilizatorului scaunului cu rotile electric) este în stânga. Pentru utilizatorii dreptaci, acest lucru va fi inversat.
3. Atașați suportul superior la brațul retractabil cu șurubul M-6 (slab).
4. Aduceți brațul retractabil în poziție extinsă.
5. Atașați subansamblul suportului motor-motor la brațul retractabil introducând arborele motorului în orificiul corespunzător de pe piesa de cuplare. Piesa de fixare trebuie să fie înclinată între braț și suportul de sus, alinierea găurilor.
6. Folosiți șurubul ¼-20 și o piuliță de blocare pentru a fixa cele două console. Apoi, strângeți șurubul M6 pe suportul superior.
7. Asigurându-vă că montarea este în poziția extinsă, fixați motorul de cuplaj cu șurubul / seturile 10-32.
8. Înșurubați comutatorul de limitare cu 2 șuruburi # 2-56 (asigurați-vă că comutatorul de limită va fi închis în poziția complet exterioară - în cazul nostru, șurubul umărului îl apasă închis).

* Notă privind atașarea șuruburilor de fixare: șuruburile de fixare trebuie să interfețe cu partea plană a arborelui D. Pentru a regla direcția arborelui, atașați motorul la sursa de alimentare până când partea plană este în poziția dorită. Alternativ, configurați circuitul așa cum este prezentat în 4.1 Circuite de piese electrice de mai jos și schimbați temporizarea în linia 52 a codului, așa cum este indicat în 4.2 Codul de piese electrice Arduino, până când se află în poziția dorită. Nu uitați să îl schimbați după asamblare!

Demontarea

Urmați procedura de asamblare în sens invers. Vedeți mai jos dacă motorul dvs. arde și trebuie înlocuit.

Înlocuirea motorului

1. Scoateți șurubul de fixare care ține arborele de piesa de cuplare.
2. Deșurubați elementul de fixare și piulița de fixare ¼-20.
3. Trageți subansamblul suportului motor-motor și deșurubați motorul pentru înlocuire.
4. Atașați motorul nou la consolă cu șuruburi.
5. Introduceți arborele motorului nou în orificiul piesei de cuplare, înclinând suportul în poziție (slăbiți șurubul superior M6 dacă este necesar).
6. Înșurubați șurubul ¼-20 și piulița de blocare pentru a fixa din nou suporturile (strângeți șurubul superior M6 dacă este necesar).
7. În cele din urmă, fixați arborele de cuplaj cu șurubul de fixare.

Carcasă electronică

1. Așezați circuitul plăcii de ansamblu asamblat în partea electrică în cutia carcasei electronice așa cum se arată în imagine.
2. Folosind o moară și / sau burghiu, creați sloturi și găuri pentru conectori (port USB Arduino, mufă buton și comutator de comutare).
3. A se vedea figura de mai sus pentru un exemplu. Pozițiile sloturilor și găurilor vor depinde de componentele și circuitul dvs.

Pasul 5: partea electrică

Circuite

Scheme

Schema circuitului este prezentată în Figura 1 din această secțiune și este disponibilă și pe Github. O putere de 5V va fi furnizată de pe scaunul cu rotile electric către placa Arduino Nano. Placa Arduino Nano este codificată astfel încât să controleze comportamentul comutatorului și mișcarea motorului de curent continuu. Proiectarea și cablarea circuitului sunt explicate în secțiunea Hardware (hyperlink la secțiunea hardware), dacă sunteți interesat.

Aspectul panoului de calcul

O imagine a cablajului plăcii de la Fritzing sau circuit este prezentată în Figura 2 în această secțiune, iar imaginea plăcii finale este prezentată în Figura 3.

Cod Arduino

Codul utilizat pentru acest produs este afișat în lateral și îl puteți descărca de aici.

Pentru a încărca codul pe arduino, descărcați ID-ul Arduino de pe computer. Utilizați codul „Rhonda_v4_onebutton.ino” pe care l-ați descărcat.

Fiecare linie de cod are explicația linie cu linie în fișierul de cod.

Încărcați codul pe Arduino de (interfața este afișată aici):

1. Conectați Arduino la computer utilizând conectorul USB

2. Din fila Instrumente de pe interfața Arduino:

   • Setați placa la „Arduino Nano”
   • Setați portul la portul USB
3. Apăsați butonul de încărcare (→)
4. Așteptați până când interfața afișează „încărcare finalizată”.

Viteza curentă este setată la maxim 255 în linia 25 "analogWrite (motorPin, 255)" pentru a roti motorul și minim 0 în linia 36 "analogWrite (motorPin, 0)" pentru a opri motorul. Gama de viteze poate fi setată între 0 și 255, după cum se consideră potrivit pentru viteza motorului.

Timpul actual de rotație este temporizat pentru suportul de joystick specific pe care l-am ales, dar puteți modifica pur și simplu codul (linia 52) pentru a modifica timpul de rotație și a vă adapta la brațul specific al joystick-ului pe care îl aveți. Timpul este în microsecunde în Arduino. De exemplu, dacă vrem ca timpul de rotație să fie de 5 secunde, atunci ar trebui să setați timpul să fie „5000” în Arduino.

Pasul 6: descărcare instrucțiuni pas cu pas

Pasul 7: Depanare (actualizat 12/12/17)

1. Motorul nu retrage brațul.

   • Asigurați-vă că comutatorul este setat în direcția dorită
   • Verificați dacă șuruburile sunt strânse
   • Verificați dacă există blocaje mecanice
   • Verificați conexiunile între motor și circuit
   • Verificați conexiunile circuitului (verificați circuitul doar cu motorul, nu este atașat la ansamblu)
   • Susțineți joystick-ul cu o anumită forță: dacă brațul se retrage acum cu sprijin, motorul dvs. nu este suficient de puternic! Verificați dacă butonul pe care l-ați folosit este funcțional

2. Brațul se deplasează prea departe sau nu suficient de departe.

   Schimbați calendarul în codul Arduino așa cum este prezentat în Arduino Code Read Me

Pasul 8: Documentare video

Pasul 9: Referințe

1. Aflați și creați-vă propriul driver de motor L293D ieftin (Un ghid complet pentru L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- ghid-complet-pentru-l293d /

Pasul 10: ACTUALIZARE 14.05.2018

• Bare de braț noi prelucrate din oțel (în comparație cu aluminiu original) cu o înălțime mai mare pentru a preveni încărcarea deformării fasciculului
• Comutat la motor cu cuplu mai mare (1497 oz-in)
• Cod actualizat care nu se compila
• Dispozitiv revizuit testat pe scaunul cu rotile al clientului