Razvoj motorizirane zložljive igralne palice: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ta motorizirana zložljiva krmilna palica je poceni rešitev za uporabnike invalidskih vozičkov, ki imajo težave pri uporabi ročnih nosilcev krmilne palice. Gre za oblikovalsko ponovitev v prejšnjem projektu krmilne palice, ki se lahko izvleče.

Projekt je sestavljen iz dveh delov: mehanskega dela (zasnova nosilca, montaža itd.) In električnega dela (vezje, koda Arduino itd.).

Motorno zložljivo krmilno palico lahko izdeluje in razmnožuje vsakdo, upoštevajoč tukaj navedena navodila. Predhodno znanje o vezjih ali Arduino ali Solidworks ni potrebno. V ta projekt je vključenih zelo malo spajkanja, navodila za spajkanje pa najdete tukaj. Potreben bo dostop do osnovnih operacij vrtanja/obdelave. Podrobne razlage zasnove so obravnavane v Mehanski del in Električni del.

1. korak: Vsebina

1. Vsebina

2. Lastnosti in funkcionalnost

   • Motorni mehanizem za umik in podaljšanje
   • Levi/desni način
   • Modularnost
   • Nastavljiva hitrost vrtenja
3. Priprava
   • Programska oprema

     Arduino

   • Strojna oprema
     • Povzetek vseh potrebnih delov in orodij
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Čip gonilnika motorja: L293D
     • Spustni upori
     • Gumbi in stikala
     • Izbira motorja

   • Napajanje iz električnih invalidskih vozičkov

     Uporaba vrat USB

4. Mehanski del

   • Proizvodnja
   • Nastavek za končno stikalo
   • Montaža/demontaža
   • Zamenjava motorja
   • Ohišje za elektroniko

5. Električni del

   • Vezja
     • Sheme
     • Postavitev deske
   • Koda Arduino

6. Navodila po korakih

   Prenesite datoteko PDF z navodili

7. Odpravljanje težav
8. Video dokumentacija
9. Reference

2. korak: Lastnosti in funkcionalnost

Motorni mehanizem za umik in podaljšanje

Ta motoriziran izvlečni nosilec za igralno palico bo uporabnikom na invalidskih vozičkih omogočil, da samodejno umaknejo ali podaljšajo krmilno palčko. Uporabniki lahko glede na svoje želje pritisnejo dva gumba (enega za umik in enega za podaljšanje) ali enega gumba (en sam gumb za umik in raztezanje). Namestitev gumbov je prilagodljiva in se lahko spreminja glede na različne zahteve uporabnikov. Gumbi so pritrjeni na vezje prek univerzalnih vtičnic, zato lahko gumbe, uporabljene v tem predstavitvi, zamenjate s katerim koli univerzalnim gumbom.

Levi/desni način

Ta izdelek je primeren tako za levičarje kot za desničarje. Tehnik, ki namešča motoriziran sistem na odjemalčev invalidski voziček, lahko preprosto spremeni način s preklopom stikala v škatli z elektroniko. Kode ni treba spreminjati.

Modularnost

Izdelek je varen pred napakami. Če je samodejni mehanizem privzeto nastavljen ali se sistem popravlja, to ne vpliva na ročni mehanizem odmika. Podroben opis enostavnega postopka montaže in demontaže je vključen kasneje v navodilih.

Nastavljiva hitrost vrtenja

Hitrost vrtenja avtomatiziranega mehanizma je mogoče prilagoditi s spreminjanjem kode Arduino (navodila so v naslednjih razdelkih). Zaradi varnostnih ukrepov hitrost vrtenja ne sme biti prevelika, saj sistem ne zazna, kaj bi lahko bilo na poti, kar bi lahko povzročilo manjše poškodbe.

3. korak: Priprava

Programska oprema

V tem projektu se uporablja Arduino, zato boste morali imeti v računalniku nameščen Arduino IDE. Povezava za prenos aplikacije je tukaj. Koda Arduino, uporabljena za ta izdelek, je na voljo v naslednjem razdelku.

Strojna oprema

Povzetek vseh potrebnih delov in orodij

Ta spodnja tabela vsebuje vse dele in orodja, potrebna za ta projekt.

Arduino Nano (Rev 3.0)

Za ta izdelek se uporablja Arduino Nano (Rev 3.0). To ploščo pa lahko zamenjate z drugimi Arduino ploščami, ki vsebujejo zatiče PWM. V tem projektu so potrebni zatiči PWM, saj bomo za krmiljenje čipa gonilnika motorja (L293D) uporabili Arduino (slika), čip pa je treba krmiliti z vhodi PWM. PWM zatiči Arduino Nano (Rev 3.0) vključujejo: pin D3 (Pin 6), D5 pin (Pin 8), D6 pin (Pin 9), D9 pin (Pin 12), D10 pin (Pin 13), D11 pin Pin 14). Če vas zanima več podrobnosti o Arduinu Nano, se lahko tukaj sklicujete na njegovo postavitev pinov in sheme.

Čip gonilnika motorja: L293D

L293D je zmogljiv gonilnik enosmernega motorja, ki omogoča enosmernemu motorju vrtenje v smeri urinega kazalca in v nasprotni smeri urinega kazalca.

Zatiči, ki se uporabljajo v tem projektu, vključujejo: 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): nadzor hitrosti motorja
• Vhod 1 (Pin 2): nadzor smeri motorja
• Izhod 1 (Pin 3): priključite na motor, polarnost ni pomembna
• GND (Pin 4): priključite na ozemljitev
• Izhod 2 (pin 6): priključite na motor, polarnost ni pomembna
• Vhod 2 (Pin 7): nadzor smeri motorja
• Vcc 1 (Pin 8): napajanje notranjega vezja čipa, priključite na 5 V
• Vcc 2 (Pin 16): napajanje enosmernega motorja, odvisno od potreb motorja. Motor, uporabljen za ta projekt, se lahko napaja s 5 V.

Če vas zanima več podrobnosti o L293D, je njegov podatkovni list dostopen tukaj in tukaj.

Spustni upori

Vsak gumb/stikalo je seznanjeno z uporovnim uporom. Tu so izvlečni upori, ki pomagajo zagotoviti, da bo Arduino od zatiča prebral konstantno vrednost. Če naših gumbov/stikala ne povežete z uporom, bi vrednost, ki jo Arduino prebere z ustreznega zatiča, lebdela med 0 in 1. V tem primeru gumbi/stikalo ne bodo delovali po pričakovanjih. Ker uporabljamo izvlečne upore, bodo upori ožičeni med ustreznim digitalnim zatičem in tlemi, zato bodo gumbi/stikalo ožičeni med napajalnim zatičem (+5V) in digitalnim zatičem na Arduino Nano. Ko pritisnete gumb, bo Arduino prebral 1 z ustreznega zatiča. V tem projektu se uporabljajo trije 270 Ω upori.

Gumbi/stikalo

V tem projektu implementiramo 3,5 mm vtičnice za gumbe na ploščo za enostavno zamenjavo gumbov. Dvopolno stikalo (za preklop med levo/desno roko) je priključeno neposredno na ploščo, saj večini uporabnikov invalidskih vozičkov ni treba komunicirati s stikalom, stikalo pa je namenjeno osebi, ki pomaga pri namestitvi celotnega mehanizma.

Izbira motorja

Od Boston Home Inc. smo pridobili nekaj ročno izvlečnih nosilcev stojala iz različnih invalidskih vozičkov. Količino sile in navora, potrebno za umik vseh teh vzorcev, smo preizkusili in izračunali. Po preverjanju specifikacij motorja je bil za nosilec stojala za igralno palico, ki je bil prej prikazan kot demonstracija navodil, izbran motor z enosmernim pogonom, saj je nosilec stojala za igralno palico zahteval največji navor med štirimi vzorci, ki smo jih imeli. Preizkusiti morate količino sile in navora, ki sta potrebni za roko krmilne palice + težo samega sklopa igralne palice, da se prepričate, da ustreza specifikacijam.

Napajanje iz električnih invalidskih vozičkov

Večina električnih invalidskih vozičkov je opremljena z 24V napajanjem. Ta avtomatsko izvlečna krmilna palica zahteva vhod 5V. Ker je izdelek zasnovan tako, da prejema napajanje iz napajalnika za invalidske vozičke, zunanji napajalnik ni potreben.

Uporaba vrat USB

DC-DC pretvornik 24V v 5V (pretvornik dolarja se uporablja za znižanje napetosti.) Modul z vrati USB lahko naročite prek spleta (tistega, ki smo ga uporabili, smo naročili tukaj). Vhod pretvornika dolarja priključite na 24 -voltni napajalnik (napajalna vrata na napajalna vrata, ozemljitvena vrata pa na zemeljska vrata), ploščo Arduino Nano pa lahko nato priključite na modul za pretvornik dolarja prek vrat USB.

4. korak: Mehanski del

Vse meritve in mere so bile narejene glede na posebno ročico igralne palice, ki smo jo uporabili za ta projekt. Te se lahko razlikujejo glede na roko in upoštevali bomo pomembna področja variabilnosti.

Proizvodnja

Za ponovno izdelavo mehanskega dela je treba izdelati tri dodatne dele (glej slike). Zunanjo ročico krmilne ročice je treba spremeniti tudi za pritrditev mehanskih sestavnih delov na nosilec igralne palice.

1. Zgornji nosilec
2. Spodnji nosilec
3. Blok sklopke navora
4. Zunanja roka

Z uporabo aluminijaste kotne zaloge v obliki črke L (zgornji in spodnji nosilec), aluminijaste kvadratne palice (blok navornega sklopa) in obstoječe ročice krmilne palice (zunanja roka) sledite risbam delov in/ali 3D datotekam STL.

Priključitev končnega stikala Pred priključitvijo je treba spajati žice na končno stikalo. Položaj končnega stikala je prilagodljiv, dokler je stikalo zaprto, ko je roka umaknjena, in odprto, ko je krmilna palica v normalnem položaju. Za podrobnosti glejte 8. korak montaže in datoteke "external_arm", povezane zgoraj.

Način montaže

Oglejte si številke za vsak korak.

1. Motor pritrdite na nosilec motorja tako, da poravnate luknje in privijete 6 vijakov s ploščato glavo M-3 (vseh 6 ne bo potrebno za vzdrževanje motorja na mestu, ampak jih privijte čim več za največjo varnost; uporabite vijake pravilno dolžino glede na debelino nosilca, da preprečite poškodbe motorja).
2. Spojni kos poravnajte pod zunanjo palico in ga privijte s ½” #8-32 vijakom s plosko glavo. Morda boste morali izvrtati in pritisniti luknjo 8-32 v roko, da povežete sklopni kos z roko. *V tem primeru se roka odmakne v nasprotni smeri urinega kazalca, zato je zunanja palica (z vidika uporabnika invalidskega vozička) na levi. Za desničarje bo to obrnjeno.
3. Z vijakom M-6 (ohlapno) pritrdite zgornji nosilec na izvlečno roko.
4. Zložljivo roko pripeljite v iztegnjen položaj.
5. Pritrdite podnožje nosilca motornega motorja na izvlečno roko tako, da gred motorja vstavite v ustrezno luknjo na sklopnem kosu. Nosilec mora biti nameščen med roko in zgornjim nosilcem, tako da poravnate luknje.
6. Za pritrditev obeh nosilcev uporabite vijak ¼-20 in protimatico. Nato privijte vijak M6 na zgornjem nosilcu.
7. Prepričajte se, da je nosilec v podaljšanem položaju, motor pritrdite na sklopko z nastavitvenim vijakom 10-32/s.
8. Končno stikalo privijte z 2 vijakoma #2-56 (preverite, ali bo končno stikalo zaprto v popolnoma navzven - v našem primeru ga ramenski vijak pritisne zaprto).

*Opomba pri pritrditvi nastavitvenih vijakov: nastavitveni vijaki morajo biti v stiku s ravno stranjo D-gredi. Če želite prilagoditi smer gredi, motor priključite na napajanje, dokler ravna stran ni v želenem položaju. Druga možnost je, da nastavite vezje, kot je opisano v 4.1 Električna vezja spodaj, in spremenite čas v vrstici 52 kode, kot je navedeno v 4.2 Koda električnega dela Arduino, dokler ni v želenem položaju. Ne pozabite ga zamenjati po montaži!

Demontaža

Sledite postopku montaže v obratni smeri. Spodaj si oglejte, če vam motor izgori in ga je treba zamenjati.

Zamenjava motorja

1. Odstranite nastavitveni vijak, ki drži gred na sklopnem kosu.
2. Odvijte pritrdilni nosilec lock-20 in protimatico.
3. Izvlecite sklop nosilca motorja in motorja za zamenjavo.
4. Novi motor pritrdite na nosilec z vijaki.
5. Vstavite novo gred motorja v luknjo v sklopnem kosu in pritrdite nosilec (po potrebi odvijte zgornji vijak M6).
6. Privijte vijak ¼-20 in protimatico, da ponovno pritrdite nosilce (po potrebi privijte zgornji vijak M6).
7. Na koncu pritrdite gred na sklopko z nastavitvenim vijakom.

Ohišje za elektroniko

1. Tokokrog, sestavljen iz električnega dela, postavite v ohišje ohišja elektronike, kot je prikazano na sliki.
2. Z mlinom in/ali vrtalnikom ustvarite reže in luknje za priključke (vrata USB Arduino, vtičnica za gumbe in preklopno stikalo).
3. Za primer glejte zgornjo sliko. Položaj reže in luknje bo odvisen od vaših komponent in vezja.

5. korak: Električni del

Vezja

Sheme

Sheme vezja so prikazane na sliki 1 v tem razdelku in so na voljo tudi na Githubu. Napajanje 5V se bo napajalo z invalidskega vozička na ploščo Arduino Nano. Plošča Arduino Nano je kodirana tako, da nadzoruje vedenje stikala in gibanje enosmernega motorja. Zasnova in ožičenje vezja je razloženo v razdelku Strojna oprema (hiperpovezava do razdelka strojna oprema), če vas zanima.

Postavitev deske

Slika ožičenja iz Fritzinga ali vezja je prikazana na sliki 2 v tem razdelku, slika zadnje plošče pa na sliki 3.

Koda Arduino

Koda, uporabljena za ta izdelek, je prikazana na strani in jo lahko prenesete tukaj.

Če želite naložiti kodo v arduino, prenesite Arduino IDE v računalnik. Uporabite kodo "Rhonda_v4_onebutton.ino", ki ste jo prenesli.

Vsaka vrstica kode ima v datoteki s kodo razlago vrstice.

Naložite kodo v Arduino z (vmesnik je prikazan tukaj):

1. Arduino povežite z računalnikom s priključkom USB

2. Na zavihku Orodja na vmesniku Arduino:

   • Nastavite ploščo na "Arduino Nano"
   • Vrata nastavite na vrata USB
3. Pritisnite gumb za nalaganje (→)
4. Počakajte, da se na vmesniku izpiše "nalaganje je končano".

Trenutna hitrost je nastavljena na največ 255 v vrstici 25 "analogWrite (motorPin, 255)" za vrtenje motorja in najmanj 0 v vrstici 36 "analogWrite (motorPin, 0)" za ustavitev motorja. Razpon hitrosti lahko nastavite med 0 in 255, kot ustreza hitrosti motorja.

Trenutni čas vrtenja je časovno omejen za določeno držalo igralne palice, ki smo ga izbrali, lahko pa preprosto spremenite kodo (vrstica 52), da spremenite čas vrtenja in se prilagodite določeni ročici igralne palice, ki jo imate. Čas je v mikrosekundah v Arduinu. Na primer, če želimo, da je čas vrtenja 5 sekund, morate v Arduinu nastaviti čas na »5000«.

6. korak: Prenesite navodila po korakih

7. korak: Odpravljanje težav (posodobljeno 12.12.17)

1. Motor se ne umakne.

   • Prepričajte se, da je stikalo nastavljeno v želeno smer
   • Preverite, ali so pritrjeni vijaki
   • Preverite morebitne mehanske zastoje
   • Preverite povezave med motorjem in vezjem
   • Preverite povezave vezja (preskusni tokokrog samo z motorjem, brez pritrditve na sklop)
   • Podprite krmilno palčko z nekaj sile: če se roka zdaj umakne s podporo, vaš motor ni dovolj močan! Preverite, ali je uporabljeni gumb funkcionalen

2. Roka se premakne predaleč ali premalo.

   Spremenite čas v kodi Arduino, kot je opisano v Arduino kodi Preberi me

8. korak: video dokumentacija

9. korak: Reference

1. Naučite se in si naredite svoj poceni gonilnik motorja L293D (Popoln vodnik za L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- complete-guide-for-l293d/

10. korak: Posodobi 14.5.18

• Obdelane nove palice iz jekla (v primerjavi z originalnim aluminijem) z večjo višino, da se prepreči nagibanje odmika žarka
• Preklopljen na motor z večjim navorom (1497 oz)
• Posodobljena koda, ki se ni sestavljala
• Preizkušena prenovljena naprava na invalidskem vozičku stranke