توسعه یک جوی استیک متحرک با موتور: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

این جوی استیک با قابلیت جمع شدن ، یک راه حل کم هزینه برای کاربران ویلچر قدرتمند است که در استفاده از پایه های جوی استیک دستی با چرخش مشکل دارند. این یک تکرار طراحی در پروژه جوی استیک جمع شونده قبلی است.

این پروژه از دو قسمت تشکیل شده است: یک قسمت مکانیکی (طراحی سوار ، مونتاژ و غیره) و یک قسمت الکتریکی (مدار ، کد آردوینو و غیره).

با دنبال کردن دستورالعمل های ارائه شده در اینجا ، ماژول جوی استیک جمع شونده با موتور می تواند توسط هر کسی ساخته و تکثیر شود. هیچ دانش قبلی در مورد مدارها یا Arduino یا Solidworks مورد نیاز نیست. لحیم کاری بسیار کمی در این پروژه دخیل است و دستورالعمل لحیم کاری را می توانید در اینجا پیدا کنید. دسترسی به عملیات اولیه حفاری/ماشینکاری ضروری خواهد بود. توضیحات مفصل طرح در قسمت مکانیکی و قسمت برق آمده است.

مرحله 1: مطالب

1. فهرست

2. ویژگی ها و عملکرد

   • مکانیسم عقب نشینی و گسترش موتور
   • حالت چپ/راست
   • مدولار بودن
   • قابلیت تنظیم سرعت چرخش

3. آماده سازی

   • نرم افزار

     آردوینو

   • سخت افزار

     • خلاصه تمام قطعات و ابزار مورد نیاز
     • آردوینو نانو (Rev 3.0)
     • تراشه درایور موتور: L293D
     • مقاومت های کشویی
     • دکمه ها و سوئیچ ها
     • انتخاب موتور

   • تغذیه از ویلچرهای قدرت

     استفاده از پورت USB

4. قسمت مکانیکی

   • ساخت
   • Limit Switch Attachment
   • مونتاژ/جداسازی قطعات
   • تعویض موتور
   • مسکن الکترونیک

5. قسمت برق

   • مدارها

     • طرحواره ها
     • طرح بندی Breadboard
   • کد آردوینو

6. دستورالعمل های گام به گام

   فایل PDF دستورالعمل ها را بارگیری کنید

7. عیب یابی
8. مستندات ویدئویی
9. منابع

مرحله 2: ویژگی ها و عملکرد

مکانیسم عقب نشینی و گسترش موتور

این پایه جوی استیک متحرک به کاربران ویلچر قدرتمند امکان می دهد جوی استیک خود را بطور خودکار جمع یا گسترش دهند. بسته به ترجیحات خود ، کاربران می توانند دو دکمه (یکی برای عقب کشیدن و دیگری برای باز کردن) یا یک دکمه (یک دکمه برای عقب نشینی و گسترش) را فشار دهند. محل قرارگیری دکمه ها انعطاف پذیر است و می تواند نیازهای مختلف کاربر را برآورده کند. دکمه ها از طریق جک های دکمه جهانی به مدار متصل می شوند ، بنابراین دکمه های استفاده شده در این نسخه ی نمایشی را می توان با هر دکمه جهانی جایگزین کرد.

حالت چپ/راست

این محصول برای کاربران چپ و راست دست مناسب است. تکنسین نصب سیستم موتور بر روی صندلی چرخدار مشتری می تواند به راحتی با تغییر یک سوئیچ در جعبه لوازم الکترونیکی حالت را تغییر دهد. نیازی به تغییر در کد نیست.

مدولار بودن

محصول بدون خطا است. اگر مکانیزم خودکار پیش فرض باشد یا سیستم در حال تعمیر باشد ، مکانیسم چرخش دستی تحت تأثیر قرار نمی گیرد. شرح مفصلی از فرآیند مونتاژ و جداسازی ساده بعداً در دستورالعمل ها آمده است.

قابلیت تنظیم سرعت چرخش

سرعت چرخش مکانیسم خودکار را می توان با اصلاح کد آردوینو تنظیم کرد (دستورالعمل ها در قسمت های بعدی ارائه شده است). به عنوان یک احتیاط ایمنی ، سرعت چرخش نباید زیاد باشد ، زیرا سیستم نمی تواند آنچه را که ممکن است در راه باشد ، که می تواند باعث جراحت جزئی شود ، حس کند.

مرحله 3: آماده سازی

نرم افزار

در این پروژه از آردوینو استفاده می شود ، بنابراین باید Arduino IDE را بر روی رایانه خود نصب کنید. لینک دانلود برنامه در اینجا قرار دارد. کد آردوینو مورد استفاده برای این محصول در بخش بعدی موجود است.

سخت افزار

خلاصه تمام قطعات و ابزار مورد نیاز

این جدول زیر شامل تمام قطعات و ابزارهای مورد نیاز برای این پروژه است.

آردوینو نانو (Rev 3.0)

آردوینو نانو (Rev 3.0) در این محصول استفاده شده است. با این حال ، می توانید این برد را با سایر بردهای Arduino حاوی پین های PWM جایگزین کنید. پین های PWM در این پروژه مورد نیاز است ، زیرا ما از آردوینو (تصویر) برای کنترل تراشه راننده موتور (L293D) استفاده می کنیم و تراشه باید توسط ورودی های PWM کنترل شود. پین های PWM Arduino Nano (Rev 3.0) شامل: پین D3 (پین 6) ، پین D5 (پین 8) ، پین D6 (پین 9) ، پین D9 (پین 12) ، پین D10 (پین 13) ، پین D11 (پین 14) اگر به جزئیات بیشتر در مورد آردوینو نانو علاقه دارید ، می توانید طرح پین آن و نمودارها را در اینجا ذکر کنید.

تراشه درایور موتور: L293D

L293D یک تراشه قدرتمند راننده موتور DC است که موتور DC را قادر می سازد هم در جهت عقربه های ساعت و هم در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.

پین هایی که در این پروژه استفاده می شوند عبارتند از: Enable1 ، 2 پین (پین 1) ، ورودی 1 (پین 2) ، خروجی 1 (پین 3) ، GND (پین 4) ، خروجی 2 (پین 6) ، ورودی 2 (پین 7) ، Vcc 1 (پین 8) ، Vcc 2 (پین 16).

• Enable1، 2 pin (Pin 1): کنترل سرعت موتور
• ورودی 1 (پین 2): جهت موتور را کنترل کنید
• خروجی 1 (پین 3): به موتور وصل شوید ، قطبیت مهم نیست
• GND (پین 4): به زمین متصل شوید
• خروجی 2 (پین 6): به موتور وصل شوید ، قطبیت مهم نیست
• ورودی 2 (پین 7): جهت موتور را کنترل کنید
• Vcc 1 (پین 8): تغذیه مدار داخلی تراشه ، اتصال به 5 ولت
• Vcc 2 (پین 16): تغذیه موتور DC ، بسته به نیاز موتور متفاوت است. موتور مورد استفاده برای این پروژه می تواند در 5 ولت تغذیه شود.

اگر به جزئیات بیشتر در مورد L293D علاقه دارید ، می توانید به برگه اطلاعات آن در اینجا و اینجا دسترسی پیدا کنید.

مقاومت های کشویی

هر دکمه/کلید با یک مقاومت کششی جفت می شود. مقاومت های کششی در اینجا هستند تا مطمئن شوید که آردوینو مقدار ثابت را از پین می خواند. اگر دکمه ها/سوئیچ ما را با مقاومت جفت نکنید ، مقداری که آردوینو از پین مربوطه می خواند بین 0 تا 1 است. در این حالت ، دکمه ها/سوئیچ آنطور که انتظار می رود عمل نمی کنند. از آنجا که ما از مقاومت های کششی استفاده می کنیم ، مقاومتها بین پین دیجیتال مربوطه و زمین سیم کشی می شوند ، بنابراین دکمه ها/سوئیچ بین پین برق (+5V) و پین دیجیتال روی Arduino Nano سیم کشی می شوند. با فشردن دکمه ، آردوینو 1 را از پین مربوطه می خواند. سه مقاومت 270 Ω در این پروژه استفاده شده است.

دکمه ها/سوئیچ

در این پروژه ، ما جک (های) 3.5 میلی متری را برای تعویض آسان دکمه روی نان برد اجرا می کنیم. یک سوئیچ دو پین (برای تغییر حالت چپ/راست) مستقیماً روی تخته نورد نصب می شود ، زیرا اکثر کاربران ویلچرهای قدرتمند نیازی به تعامل با سوئیچ ندارند و سوئیچ برای شخصی طراحی شده است که به نصب کل مکانیسم کمک می کند.

انتخاب موتور

ما برخی از پایه های قابل جمع شدن دستی از ویلچرهای مختلف قدرت را از The Boston Home Inc. به دست آوردیم. مقدار نیرو و گشتاور مورد نیاز برای جمع کردن همه این نمونه ها آزمایش و محاسبه شد. پس از بررسی مشخصات موتور ، یک موتور دنده DC برای پایه پایه جوی استیک که قبلاً به عنوان نسخه نمایشی برای دستورالعمل ها نشان داده شده بود ، انتخاب شد ، زیرا این پایه پایه جوی استیک بیشترین گشتاور را در بین 4 نمونه ای که داشتیم ، نیاز داشت. شما می خواهید مقدار نیرو و گشتاور مورد نیاز بازوی جوی استیک خود را + وزن مجموعه جوی استیک را آزمایش کنید تا مطمئن شوید که در مشخصات مطابقت دارد.

تغذیه از ویلچرهای قدرت

اکثر ویلچرهای برقی مجهز به منبع تغذیه 24 ولت هستند. این محصول جوی استیک جمع شونده به ورودی 5 ولت نیاز دارد. از آنجا که این محصول برای دریافت نیرو از منبع تغذیه ویلچر طراحی شده است ، نیازی به منبع تغذیه خارجی نیست.

استفاده از پورت USB

یک مبدل باک DC-DC 24V به 5V (مبدل باک برای پایین آوردن ولتاژ استفاده می شود.) ماژول با پورت USB را می توان به صورت آنلاین سفارش داد (موردی که ما استفاده کردیم از اینجا سفارش داده شد). ورودی مبدل باک را به منبع تغذیه 24 ولت (پورت برق به پورت برق و پورت زمینی به پورت زمین) متصل کنید و سپس برد آردوینو نانو را می توان از طریق پورت USB به ماژول مبدل باک متصل کرد.

مرحله 4: قسمت مکانیکی

همه اندازه گیری ها و ابعاد با توجه به بازوی جوی استیک خاصی که ما برای این پروژه استفاده کردیم ، انجام شد. بسته به بازو ممکن است متفاوت باشد و ما مناطق مهم تغییرپذیری را ذکر خواهیم کرد.

ساخت

سه قسمت دیگر وجود دارد که برای ایجاد مجدد قسمت مکانیکی باید ساخته شوند (به شکلها مراجعه کنید). بازوی بیرونی بازوی جوی استیک نیز برای اتصال اجزای مکانیکی به پایه جوی استیک نیاز به اصلاح دارد.

1. براکت بالا
2. براکت پایین
3. بلوک اتصال گشتاور
4. بازوی بیرونی

با استفاده از آلومینیوم L شکل زاویه دار (براکت بالا و پایین) ، آلومینیوم مربع میله ای (بلوک گشتاور) و بازوی جوی استیک موجود (بازوی بیرونی) ، نقشه های بخشی و/یا فایل های STL سه بعدی را دنبال کنید.

Limit Switch Attachment سیم ها باید قبل از اتصال روی سوئیچ محدود لحیم شوند. موقعیت سوئیچ محدود انعطاف پذیر است مادامی که سوئیچ بسته شده و بازو جمع می شود و هنگامی که جوی استیک در حالت عادی خود قرار دارد باز می شود. برای جزئیات به مونتاژ مرحله 8 و فایلهای "external_arm" پیوند شده در بالا مراجعه کنید.

روش مونتاژ

برای هر مرحله نمودارها را مشاهده کنید.

1. با تراز کردن سوراخ ها و پیچاندن 6 پیچ سر تخت M-3 ، موتور را به براکت موتور وصل کنید (برای ثابت نگه داشتن موتور به هر 6 مورد نیاز نیست ، اما تا آنجا که ممکن است برای حداکثر ایمنی پیچ کنید ؛ اطمینان حاصل کنید که از پیچ های موتور استفاده کنید. طول مناسب با توجه به ضخامت براکت به منظور جلوگیری از آسیب به موتور).
2. قطعه اتصال را زیر نوار بیرونی تراز کنید و با پیچ سر تخت ½” #8-32 در جای خود پیچ کنید. برای اتصال قطعه اتصال به بازو ، ممکن است لازم باشد سوراخ 8-32 را در بازو ایجاد کرده و ضربه بزنید. *در این حالت ، بازو بر خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت می کند ، بنابراین نوار خارجی (از دید کاربر ویلچر قدرت) در سمت چپ قرار دارد. برای کاربران راست دست ، این امر معکوس می شود.
3. براکت بالا را با پیچ M-6 (به صورت شل) به بازوی جمع شونده وصل کنید.
4. بازوی جمع شونده را به حالت کشیده بیاورید.
5. با قرار دادن محور موتور در سوراخ مربوطه روی قطعه اتصال ، زیر مجموعه براکت موتور-موتور را به بازوی جمع شونده وصل کنید. قسمت براکت باید بین بازو و براکت بالا شکاف داشته باشد و سوراخ ها را تراز کند.
6. از پیچ ¼-20 و مهره قفل برای بستن دو براکت به یکدیگر استفاده کنید. سپس ، پیچ M6 را در براکت بالا محکم کنید.
7. مطمئن شوید که سوکت در حالت کشیده قرار دارد ، موتور را با 10-32 پیچ/ثانیه روی کوپل محکم کنید.
8. سوئیچ محدود کننده را با 2 پیچ 2-56 #(مطمئن شوید که سوئیچ محدود در حالت کاملاً بیرونی بسته می شود - در مورد ما ، پیچ شانه آن را فشار می دهد).

*توجه به اتصال پیچ ها به منظور تنظیم جهت شفت ، موتور را به منبع تغذیه وصل کنید تا طرف صاف در موقعیت دلخواه قرار گیرد. متناوباً ، مدار را همانطور که در 4.1 مدارهای قطعات الکتریکی در زیر نشان داده شده است تنظیم کنید و زمان بندی را در خط 52 کد همانطور که در 4.2 کد قطعات الکتریکی آردوینو مشخص شده است تغییر دهید تا در موقعیت دلخواه قرار گیرد. به یاد داشته باشید که بعد از مونتاژ آن را عوض کنید!

جداسازی قطعات

روش مونتاژ را در جهت معکوس دنبال کنید. اگر موتور شما سوخت و نیاز به تعویض دارد ، در زیر ببینید.

تعویض موتور

1. پیچ پیچ را که شفت را روی قطعه اتصال نگه می دارد ، بردارید.
2. پیچ و مهره براکت ¼-20 را باز کنید.
3. زیر مجموعه براکت موتور-موتور را بیرون آورده و موتور را برای تعویض باز کنید.
4. موتور جدید را با پیچ به براکت وصل کنید.
5. شفت موتور جدید را در سوراخ قطعه اتصال وارد کرده و براکت را در جای خود قرار دهید (در صورت نیاز پیچ M6 بالا را باز کنید).
6. پیچ nut-20 و مهره قفل را ببندید تا دوباره براکت ها محکم شوند (در صورت نیاز پیچ M6 بالا را محکم کنید).
7. در نهایت ، شفت را با اتصال پیچ به اتصال متصل کنید.

مسکن الکترونیک

1. مطابق تصویر ، مدار نان برد مونتاژ شده در قسمت برق را در جعبه محفظه لوازم الکترونیکی قرار دهید.
2. با استفاده از آسیاب و/یا مته ، شکاف ها و سوراخ هایی برای اتصالات (پورت USB آردوینو ، جک دکمه و سوئیچ ضامن دار) ایجاد کنید.
3. برای مثال به شکل بالا مراجعه کنید. موقعیت شکاف و سوراخ به اجزا و مدار شما بستگی دارد.

مرحله 5: قسمت برق

مدارها

طرحواره ها

شماتیک مدار در شکل 1 در این قسمت نشان داده شده است ، و همچنین در Github موجود است. برق 5 ولت از ویلچر برقی به برد آردوینو نانو تامین می شود. برد Arduino Nano به گونه ای کدگذاری شده است که رفتار سوئیچ و حرکت موتور DC را کنترل می کند. در صورت تمایل ، طراحی و سیم کشی مدار در قسمت سخت افزار (پیوند به بخش سخت افزار) توضیح داده شده است.

طرح بندی Breadboard

تصویر سیم کشی ورق از Fritzing یا مدار در شکل 2 در این قسمت نشان داده شده است ، و تصویر تخته نان نهایی در شکل 3 نشان داده شده است.

کد آردوینو

کد استفاده شده برای این محصول در کنار آن نشان داده شده است و می توانید آن را از اینجا بارگیری کنید.

برای بارگذاری کد در arduino ، Arduino IDE را در رایانه بارگیری کنید. از کد "Rhonda_v4_onebutton.ino" که بارگیری کرده اید استفاده کنید.

هر خط کد توضیحات خط به خط خود را در داخل فایل کد دارد.

کد را در Arduino بارگذاری کنید (رابط کاربری در اینجا نشان داده شده است):

1. آردوینو را با استفاده از رابط USB به رایانه وصل کنید

2. از برگه ابزارها در رابط آردوینو:

   • برد را روی "آردوینو نانو" تنظیم کنید
   • پورت را روی پورت USB تنظیم کنید
3. دکمه بارگذاری (→) را فشار دهید
4. منتظر بمانید تا رابط "بارگذاری کامل شد" نوشته شود.

سرعت فعلی حداکثر 255 در خط 25 "analogWrite (motorPin، 255)" برای چرخاندن موتور و حداقل 0 در خط 36 "analogWrite (motorPin، 0)" برای توقف موتور تنظیم شده است. محدوده سرعت را می توان بین 0 تا 255 به عنوان مناسب برای سرعت موتور تنظیم کرد.

زمان چرخش فعلی برای پایه مخصوص جوی استیک مخصوص ما انتخاب شده است ، اما می توانید کد را تغییر دهید (خط 52) تا زمان چرخش را تغییر داده و با بازوی جوی استیک خاصی که دارید مطابقت دهید. زمان در آردوینو بر حسب میکرو ثانیه است. به عنوان مثال ، اگر می خواهیم زمان چرخش 5 ثانیه باشد ، باید در آردوینو زمان را "5000" تنظیم کنید.

مرحله 6: دانلود دستورالعمل های مرحله به مرحله

مرحله 7: عیب یابی (به روز شده 12/12/17)

1. موتور بازوی عقب نشینی ندارد.

   • مطمئن شوید که سوئیچ در جهت دلخواه تنظیم شده است
   • برای اطمینان از محکم بودن پیچ های ثابت ، بررسی کنید
   • هرگونه گرفتگی مکانیکی را بررسی کنید
   • اتصالات موتور و مدار را بررسی کنید
   • اتصالات مدار را بررسی کنید (مدار آزمایش را فقط با موتور ، بدون اتصال به مونتاژ)
   • با کمی قدرت از جوی استیک پشتیبانی کنید: اگر بازو با پشتیبانی عقب کشیده شد ، موتور شما به اندازه کافی قوی نیست! بررسی کنید که آیا دکمه ای که استفاده کرده اید عملکردی دارد یا خیر

2. بازو خیلی زیاد حرکت می کند یا به اندازه کافی دور نیست.

   زمان بندی را در کد آردوینو تغییر دهید همانطور که در کد آردوینو خوانده شده من را بخوانید

مرحله 8: مستندات ویدئویی

مرحله 9: منابع

1. راننده ارزان L293D Motor را بیاموزید و بسازید (راهنمای کامل L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- راهنمای کامل-برای-l293d/

مرحله 10: به روز رسانی 5/14/18

• میله های بازوی جدید فولادی (در مقایسه با آلومینیوم اصلی) با ارتفاع بیشتر ماشینکاری شده تا از بارگذاری انحراف تیر جلوگیری شود
• تغییر به موتور با گشتاور بالاتر (1497 اونس در اینچ)
• کد به روز شده که کامپایل نمی شود
• دستگاه تجدید نظر شده روی ویلچر مشتری آزمایش شده است