Mengembangkan Joystick Bermotor yang Dapat Ditarik: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Joystick bermotor yang dapat ditarik ini adalah solusi berbiaya rendah untuk pengguna kursi roda bertenaga yang mengalami kesulitan menggunakan dudukan joystick ayun manual. Ini adalah iterasi desain pada proyek joystick yang dapat ditarik sebelumnya.

Proyek ini terdiri dari dua bagian: bagian mekanis (desain pemasangan, perakitan, dll.) dan bagian listrik (sirkuit, kode Arduino, dll.).

Modul joystick ditarik bermotor dapat dibuat dan direplikasi oleh siapa saja dengan mengikuti petunjuk yang diberikan di sini. Tidak diperlukan pengetahuan sebelumnya tentang sirkuit atau Arduino atau Solidworks. Sangat sedikit penyolderan yang terlibat dalam proyek ini, dan instruksi penyolderan dapat ditemukan di sini. Akses ke operasi pengeboran/pemesinan dasar akan diperlukan. Penjelasan rinci tentang desain dibahas di Bagian Mekanik dan Bagian Elektrikal.

Langkah 1: Isi

1. Isi

2. Fitur dan Fungsi

   • Mekanisme Tarik dan Perpanjang Bermotor
   • Mode Tangan Kiri/Kanan
   • Modularitas
   • Kecepatan Rotasi yang Dapat Disesuaikan

3. Persiapan

   • Perangkat lunak

     Arduino

   • Perangkat keras

     • Ringkasan Semua Bagian dan Alat yang Dibutuhkan
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • Chip Pengemudi Motor: L293D
     • Resistor pull-down
     • Tombol dan Sakelar
     • Pemilihan Motor

   • Bertenaga dari Kursi Roda Listrik

     Menggunakan port USB

4. Bagian Mekanik

   • Manufaktur
   • Batasi Sakelar Lampiran
   • Perakitan/Pembongkaran
   • Penggantian Motor
   • Perumahan Elektronik

5. Bagian Listrik

   • sirkuit

     • skema
     • Tata letak papan tempat memotong roti
   • Kode Arduino

6. Petunjuk langkah demi langkah

   Unduh file PDF Instruksi

7. Penyelesaian masalah
8. Dokumentasi Video
9. Referensi

Langkah 2: Fitur dan Fungsi

Mekanisme Tarik dan Perpanjang Bermotor

Dudukan joystick bermotor yang dapat ditarik ini akan memungkinkan pengguna kursi roda listrik untuk menarik kembali atau memperpanjang joystick mereka secara otomatis. Pengguna memiliki pilihan untuk menekan dua tombol (satu untuk menarik dan satu untuk memperpanjang) atau satu tombol (satu tombol untuk menarik dan memperpanjang) tergantung pada preferensi mereka. Penempatan tombol fleksibel dan dapat berubah untuk memenuhi kebutuhan pengguna yang berbeda. Tombol-tombol tersebut terpasang ke sirkuit melalui jack tombol universal, sehingga tombol yang digunakan dalam demo ini dapat diganti dengan tombol universal apa pun.

Mode Tangan Kiri/Kanan

Produk ini cocok untuk pengguna tangan kiri dan tangan kanan. Teknisi yang memasang sistem bermotor ke kursi roda listrik klien dapat dengan mudah mengubah mode dengan mengaktifkan sakelar di kotak elektronik. Tidak ada modifikasi yang perlu dilakukan pada kode.

Modularitas

Produk ini aman dari kegagalan. Jika mekanisme otomatis default atau jika sistem sedang diperbaiki, mekanisme swing-away manual tidak akan terpengaruh. Penjelasan rinci tentang perakitan sederhana dan proses pembongkaran disertakan kemudian dalam instruksi.

Kecepatan Rotasi yang Dapat Disesuaikan

Kecepatan rotasi mekanisme otomatis dapat disesuaikan dengan memodifikasi kode Arduino (instruksi disediakan di bagian selanjutnya). Sebagai tindakan pencegahan keselamatan, kecepatan rotasi tidak boleh terlalu cepat, karena sistem tidak dapat merasakan apa yang mungkin menghalangi, yang dapat menyebabkan cedera ringan.

Langkah 3: Persiapan

Perangkat lunak

Dalam proyek ini, Arduino digunakan, jadi Anda harus menginstal Arduino IDE di komputer Anda. Tautan untuk mengunduh aplikasi ada di sini. Kode Arduino yang digunakan untuk produk ini tersedia di bagian selanjutnya.

Perangkat keras

Ringkasan Semua Bagian dan Alat yang Dibutuhkan

Tabel berikut ini berisi semua bagian dan alat yang diperlukan untuk proyek ini.

Arduino Nano (Rev 3.0)

Arduino Nano (Rev 3.0) digunakan dalam produk ini. Namun, Anda dapat mengganti board ini dengan board Arduino lain yang berisi pin PWM. Pin PWM diperlukan dalam proyek ini, karena kita akan menggunakan Arduino (gambar) untuk mengontrol chip driver motor (L293D), dan chip perlu dikontrol oleh input PWM. Pin PWM Arduino Nano (Rev 3.0) antara lain: pin D3 (Pin 6), pin D5 (Pin 8), pin D6 (Pin 9), pin D9 (Pin 12), pin D10 (Pin 13), pin D11 (Pin 14). Jika Anda tertarik dengan detail lebih lanjut tentang Arduino Nano, tata letak pin dan skemanya dapat dirujuk di sini.

Chip Pengemudi Motor: L293D

L293D adalah chip driver motor DC yang kuat yang memungkinkan motor DC berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam.

Pin yang digunakan dalam proyek ini antara lain: 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): mengontrol kecepatan motor
• Input 1 (Pin 2): mengontrol arah motor
• Output 1 (Pin 3): sambungkan ke motor, polaritas tidak masalah
• GND (Pin 4): terhubung ke ground
• Output 2 (Pin 6): sambungkan ke motor, polaritas tidak masalah
• Input 2 (Pin 7): mengontrol arah motor
• Vcc 1 (Pin 8): memberi daya pada sirkuit internal chip, sambungkan ke 5 V
• Vcc 2 (Pin 16): daya motor DC, bervariasi dengan kebutuhan motor. Motor yang digunakan untuk proyek ini dapat ditenagai pada 5 V.

Jika Anda tertarik dengan detail lebih lanjut tentang L293D, datasheet-nya dapat diakses di sini dan di sini.

Resistor pull-down

Setiap tombol/saklar dipasangkan dengan resistor pull-down. Resistor pull-down ada di sini untuk membantu memastikan bahwa Arduino akan membaca nilai konstan dari pin. Jika Anda tidak memasangkan tombol/sakelar kami dengan resistor, nilai yang dibaca Arduino dari pin yang sesuai akan mengambang antara 0 dan 1. Dalam hal ini, tombol/sakelar tidak akan berfungsi seperti yang diharapkan. Karena kita menggunakan resistor pull-down, resistor akan dihubungkan antara pin digital yang sesuai dan ground, sehingga tombol/saklar akan dihubungkan antara pin daya (+5V) dan pin digital pada Arduino Nano. Ketika tombol ditekan, Arduino akan membaca 1 dari pin yang sesuai. Tiga resistor 270 digunakan dalam proyek ini.

Tombol / Sakelar

Dalam proyek ini, kami menerapkan jack tombol 3,5 mm pada papan tempat memotong roti untuk penggantian tombol yang mudah. Sakelar dua pin (untuk beralih ke mode tangan kiri/kanan) dihubungkan langsung pada papan tempat memotong roti karena sebagian besar pengguna kursi roda listrik tidak perlu berinteraksi dengan sakelar dan sakelar dirancang untuk orang yang membantu memasang seluruh mekanisme.

Pemilihan Motor

Kami memperoleh beberapa dudukan dudukan yang dapat ditarik secara manual dari kursi roda listrik yang berbeda dari The Boston Home Inc. Jumlah gaya dan torsi yang diperlukan untuk menarik kembali semua sampel ini diuji dan dihitung. Setelah memeriksa spesifikasi motor, motor bergigi DC dipilih untuk dudukan dudukan joystick yang ditunjukkan sebelumnya sebagai demo untuk instruksi, karena dudukan dudukan joystick itu memerlukan torsi paling besar di antara 4 sampel yang kami miliki. Anda akan ingin menguji jumlah gaya dan torsi yang diperlukan untuk lengan joystick Anda + berat rakitan joystick itu sendiri untuk memastikannya sesuai dengan spesifikasi.

Bertenaga dari Kursi Roda Listrik

Sebagian besar kursi roda listrik dilengkapi dengan catu daya 24V. Produk joystick yang dapat ditarik otomatis ini memerlukan input 5V. Karena produk dirancang untuk menerima daya dari catu daya kursi roda, tidak diperlukan catu daya eksternal.

Menggunakan port USB

Konverter buck DC-DC 24V-ke-5V (Konverter buck digunakan untuk menurunkan tegangan.) Modul dengan port USB dapat dipesan secara online (yang kami gunakan dipesan dari sini). Hubungkan input buck converter ke catu daya 24V (port daya ke port daya, dan port ground ke port ground), dan board Arduino Nano kemudian dapat dihubungkan ke modul buck converter melalui port USB.

Langkah 4: Bagian Mekanik

Semua pengukuran dan dimensi dibuat dengan mengacu pada lengan joystick khusus yang kami gunakan untuk proyek ini. Ini dapat bervariasi tergantung pada lengan dan kami akan mencatat area variabilitas yang penting.

Manufaktur

Ada tiga bagian tambahan yang perlu dibuat untuk membuat kembali bagian mekanis (Lihat gambar). Lengan luar lengan joystick juga memerlukan modifikasi untuk memasang komponen mekanis ke dudukan joystick.

1. Braket Atas
2. Bagian bawah braket
3. Blok Torsi Coupler
4. Lengan Luar

Menggunakan Angle Stock berbentuk L Aluminium (braket atas dan bawah), Aluminium Square Bar Stock (blok coupler torsi), dan lengan joystick yang ada (lengan luar), ikuti gambar bagian dan/atau file STL 3D.

Limit Switch AttachmentWires harus disolder ke limit switch sebelum dipasang. Pemosisian sakelar batas fleksibel selama sakelar tertutup saat lengan ditarik dan terbuka saat joystick dalam posisi normal. Lihat Langkah Perakitan 8 dan file "outer_arm" yang ditautkan di atas untuk detailnya.

Metode Perakitan

Lihat angka untuk setiap langkah.

1. Pasang motor ke braket motor dengan menyejajarkan lubang dan memasang sekrup di 6 sekrup flathead M-3 (tidak semua 6 akan diperlukan untuk menjaga motor tetap di tempatnya tetapi kencangkan sebanyak mungkin untuk keamanan maksimum; pastikan untuk menggunakan sekrup dari panjang yang benar sesuai dengan ketebalan braket untuk mencegah kerusakan pada motor).
2. Sejajarkan bagian kopling di bawah palang luar dan kencangkan pada tempatnya dengan sekrup flathead” #8-32. Anda mungkin perlu mengebor dan mengetuk lubang 8-32 ke lengan untuk menghubungkan bagian kopling ke lengan. *Dalam hal ini, lengan diayunkan berlawanan arah jarum jam, sehingga palang luar (dari sudut pandang pengguna kursi roda listrik) berada di sebelah kiri. Untuk pengguna tangan kanan, ini akan dibalik.
3. Pasang braket atas ke lengan yang dapat ditarik dengan sekrup M-6 (longgar).
4. Bawa lengan yang dapat ditarik ke posisi diperpanjang.
5. Pasang sub rakitan braket motor-motor ke lengan yang dapat ditarik dengan memasukkan poros motor ke dalam lubang yang sesuai pada bagian kopling. Bagian braket harus ditempatkan di antara lengan dan braket atas, menyelaraskan lubang.
6. Gunakan sekrup -20 dan mur pengunci untuk mengencangkan kedua braket. Kemudian, kencangkan sekrup M6 pada braket atas.
7. Pastikan dudukan dalam posisi diperpanjang, kencangkan motor ke kopling dengan 10-32 set-sekrup/dtk.
8. Sekrup pada sakelar batas dengan 2 sekrup #2-56 (pastikan sakelar batas akan ditutup pada posisi keluar sepenuhnya - dalam kasus kami, baut bahu menekannya hingga tertutup).

*Catatan tentang pemasangan set-screws: set-screws harus berhadapan dengan sisi datar dari D-shaft. Untuk mengatur arah poros, pasang motor ke catu daya sampai sisi datar berada pada posisi yang diinginkan. Atau, atur rangkaian seperti yang dijelaskan dalam 4.1 Rangkaian Bagian Listrik di bawah ini dan ubah pengaturan waktu pada baris 52 dari kode seperti yang ditunjukkan pada 4.2 Bagian Listrik Kode Arduino hingga berada di posisi yang diinginkan. Ingatlah untuk mengubahnya kembali setelah perakitan!

Membongkar

Ikuti prosedur perakitan dengan arah sebaliknya. Lihat di bawah jika motor Anda terbakar dan perlu diganti.

Penggantian Motor

1. Lepaskan set-screw yang menahan poros ke bagian kopling.
2. Buka sekrup pengencang braket -20 dan mur pengunci.
3. Tarik sub rakitan motor-motor braket keluar dan buka sekrup motor untuk penggantian.
4. Pasang motor baru ke braket dengan sekrup.
5. Masukkan poros motor baru ke dalam lubang di bagian kopling, pasang braket ke tempatnya (longgarkan sekrup M6 atas jika perlu).
6. Pasang sekrup -20 dan mur pengunci untuk mengencangkan braket lagi (kencangkan sekrup M6 atas jika perlu).
7. Terakhir, kencangkan poros ke kopling dengan set-screw.

Perumahan Elektronik

1. Tempatkan sirkuit papan tempat memotong roti yang dirakit di Bagian Listrik ke dalam kotak perumahan elektronik seperti yang ditunjukkan pada gambar.
2. Dengan menggunakan gilingan dan/atau bor, buat slot dan lubang untuk konektor (port USB Arduino, jack tombol, dan sakelar sakelar).
3. Lihat gambar di atas untuk contoh. Posisi slot dan lubang akan tergantung pada komponen dan sirkuit Anda.

Langkah 5: Bagian Listrik

sirkuit

skema

Skema rangkaian ditunjukkan pada Gambar 1 di bagian ini, dan juga tersedia di Github. Daya 5V akan disuplai dari kursi roda listrik ke papan Arduino Nano. Board Arduino Nano diberi kode sehingga akan mengontrol perilaku saklar dan gerak motor DC. Desain dan pengkabelan sirkuit dijelaskan di bagian Perangkat Keras (hyperlink ke bagian perangkat keras), jika Anda tertarik.

Tata letak papan tempat memotong roti

Gambar pengkabelan papan tempat memotong roti dari Fritzing atau sirkuit ditunjukkan pada Gambar 2 di bagian ini, dan gambar papan tempat memotong roti akhir ditunjukkan pada Gambar 3.

Kode Arduino

Kode yang digunakan untuk produk ini ditampilkan di samping, dan Anda dapat mengunduhnya di sini.

Untuk mengunggah kode ke arduino, unduh Arduino IDE di komputer. Gunakan kode "Rhonda_v4_onebutton.ino" yang sudah kamu download.

Setiap baris kode memiliki penjelasan baris demi baris di dalam file kode.

Unggah Kode ke Arduino dengan (antarmuka ditampilkan di sini):

1. Hubungkan Arduino ke komputer menggunakan konektor USB

2. Dari Tab Alat pada Antarmuka Arduino:

   • Atur Papan ke "Arduino Nano"
   • Setel Port ke Port USB
3. Tekan tombol unggah (→)
4. Tunggu hingga antarmuka membaca "unggahan selesai."

Kecepatan arus diatur pada maksimum 255 pada baris 25 "analogWrite(motorPin, 255)" untuk memutar motor, dan minimum 0 pada baris 36 "analogWrite(motorPin, 0)" untuk menghentikan motor. Rentang kecepatan dapat diatur antara 0 hingga 255 sesuai keinginan untuk kecepatan motor.

Waktu rotasi saat ini diatur untuk dudukan dudukan joystick tertentu yang kami pilih, tetapi Anda cukup memodifikasi kode (baris 52) untuk mengubah waktu rotasi dan menyesuaikan dengan lengan joystick tertentu yang Anda miliki. Waktu dalam mikrodetik di Arduino. Misalnya, jika kita ingin waktu rotasi menjadi 5 detik, maka Anda harus mengatur waktu menjadi "5000" di Arduino.

Langkah 6: Unduh Petunjuk Langkah demi Langkah

Langkah 7: Pemecahan Masalah (Diperbarui 12/12/17)

1. Motor tidak menarik lengan.

   • Pastikan sakelar diatur ke arah yang diinginkan
   • Periksa untuk memastikan sekrup-set dikencangkan
   • Periksa apakah ada kemacetan mekanis
   • Periksa koneksi antara motor dan sirkuit
   • Periksa koneksi sirkuit (sirkuit uji hanya dengan motor, tidak terpasang ke rakitan)
   • Dukung joystick dengan beberapa kekuatan: jika lengan sekarang ditarik dengan dukungan, motor Anda tidak cukup kuat! Periksa apakah tombol yang Anda gunakan berfungsi

2. Lengan bergerak terlalu jauh atau tidak cukup jauh.

   Ubah waktu dalam kode Arduino seperti yang diuraikan dalam Kode Arduino Baca Saya

Langkah 8: Dokumentasi Video

Langkah 9: Referensi

1. Pelajari dan Buat Driver Motor L293D Murah Sendiri (Panduan Lengkap L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- panduan lengkap-untuk-l293d/

Langkah 10: PERBARUI 14/5/18

• Batang lengan baru yang dikerjakan dari baja (dibandingkan dengan aluminium asli) dengan ketinggian yang lebih besar untuk mencegah defleksi balok dari pemuatan
• Beralih ke motor torsi yang lebih tinggi (1497 oz-in)
• Kode yang diperbarui yang tidak dikompilasi
• Perangkat yang direvisi diuji di kursi roda klien