פיתוח ג'ויסטיק ממונע נפתח: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

ג'ויסטיק ממונע זה הוא פתרון בעלות נמוכה עבור משתמשי כיסא גלגלים המתקשים להשתמש בתושבי ג'ויסטיק מתנדנדים. זהו איטרציה עיצובית בפרויקט ג'ויסטיק נשלף קודם.

הפרויקט מורכב משני חלקים: חלק מכני (עיצוב הר, הרכבה וכו ') וחלק חשמלי (מעגלים, קוד ארדואינו וכו').

ניתן להכין ולשכפל את מודול הג'ויסטיק הממונע הנשלף על ידי כל אחד על ידי ביצוע ההנחיות המפורטות כאן. אין צורך בידע מוקדם לגבי מעגלים או Arduino או Solidworks. מעט מאוד הלחמה מעורבת בפרויקט זה, וניתן למצוא הוראות הלחמה כאן. יהיה צורך בגישה לפעולות קידוח/עיבוד בסיסיות. הסברים מפורטים על העיצוב מטופלים בחלק המכני ובחלק החשמלי.

שלב 1: תוכן

1. תוכן

2. תכונות ופונקציונליות

   • מנגנון משיכה והרחבה ממונעים
   • מצב שמאל/ימין
   • מודולריות
   • מהירות סיבוב מתכווננת

3. הכנה

   • תוֹכנָה

     ארדואינו

   • חוּמרָה

     • סיכום כל החלקים והכלים הדרושים
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • שבב נהג מנוע: L293D
     • נגדים נפתחים
     • לחצנים ומתגים
     • בחירה מוטורית

   • הפעלה באמצעות כסאות גלגלים

     שימוש ביציאת USB

4. חלק מכני

   • ייצור
   • הצמדת מתג הגבלה
   • הרכבה/פירוק
   • החלפת מנוע
   • דיור אלקטרוניקה

5. חלק חשמלי

   • מעגלים

     • סכמטים
     • פריסת לוח לחם
   • קוד ארדואינו

6. הוראות שלב אחר שלב

   הורד את קובץ ה- PDF של ההוראות

7. פתרון תקלות
8. תיעוד וידאו
9. הפניות

שלב 2: תכונות ופונקציונליות

מנגנון משיכה והרחבה ממונעים

הר הג'ויסטיק הממונע הנפתח יאפשר למשתמשי כיסא גלגלים לסגת או להאריך את הג'ויסטיק באופן אוטומטי. למשתמשים יש אפשרות ללחוץ על שני כפתורים (אחד לביטול ואחד להרחבה) או על כפתור אחד (כפתור יחיד לנסיגה והרחבה) בהתאם להעדפותיהם. מיקום הכפתורים גמיש ויכול להשתנות בהתאם לדרישות משתמש שונות. הכפתורים מחוברים למעגל באמצעות שקעי כפתורים אוניברסליים, כך שניתן להחליף את הכפתורים המשמשים בהדגמה זו בכל כפתור אוניברסלי.

מצב שמאל/ימין

מוצר זה מתאים למשתמשים שמאליים וידניים כאחד. הטכנאי המתקין את המערכת הממונעת לכסא הגלגלים החשמלי של הלקוח יכול לשנות את המצב בקלות על ידי החלפת מתג בתיבת האלקטרוניקה. אין צורך לבצע שינויים בקוד.

מודולריות

המוצר אינו בטוח. אם המנגנון האוטומטי כברירת מחדל או אם המערכת מתוקנת, מנגנון ההנפה הידני לא יושפע. תיאור מפורט של תהליך ההרכבה והפירוק הפשוט כלול בהמשך ההוראות.

מהירות סיבוב מתכווננת

ניתן לכוון את מהירות הסיבוב של המנגנון האוטומטי על ידי שינוי קוד הארדואינו (הוראות ניתנות בחלקים מאוחרים יותר). כאמצעי בטיחות, מהירות הסיבוב לא צריכה להיות מהירה מדי, מכיוון שהמערכת לא יכולה לחוש מה עלול להפריע, שעלול לגרום לפציעה קלה.

שלב 3: הכנה

תוֹכנָה

בפרויקט זה משתמשים ב- Arduino, כך שתצטרך להתקין את Arduino IDE במחשב שלך. הקישור להורדת האפליקציה נמצא כאן. קוד הארדואינו המשמש למוצר זה זמין בחלק מאוחר יותר.

חוּמרָה

סיכום כל החלקים והכלים הדרושים

הטבלה הבאה מכילה את כל החלקים והכלים הדרושים לפרויקט זה.

Arduino Nano (Rev 3.0)

Arduino Nano (Rev 3.0) משמש במוצר זה. עם זאת, אתה יכול להחליף לוח זה בלוחות ארדואינו אחרים המכילים סיכות PWM. סיכות PWM נדרשות בפרויקט זה, שכן נשתמש בארדואינו (תמונה) לשליטה בשבב נהג מנוע (L293D), והשבב צריך להיות נשלט על ידי כניסות PWM. סיכות ה- PWM של Arduino Nano (Rev 3.0) כוללות: סיכת D3 (פין 6), סיכת D5 (פין 8), סיכת D6 (פין 9), סיכת D9 (פין 12), סיכת D10 (פין 13), סיכת D11 (סיכה 14). אם אתה מעוניין בפרטים נוספים אודות Arduino Nano, ניתן להתייחס לפריסת הסיכה שלו ולסכימות כאן.

שבב נהג מנוע: L293D

L293D הוא שבב נהג מנוע DC חזק המאפשר למנוע DC לסובב הן בכיוון השעון והן בכיוון השעון.

הפינים המשמשים בפרויקט זה כוללים: Enable1, 2 pin (Pin 1), קלט 1 (Pin 2), פלט 1 (Pin 3), GND (Pin 4), פלט 2 (Pin 6), קלט 2 (Pin 7), Vcc 1 (פין 8), Vcc 2 (פין 16).

• אפשר 1, 2 פינים (סיכה 1): בקרת מהירות המנוע
• קלט 1 (פין 2): בקרת כיוון המנוע
• פלט 1 (פין 3): התחבר למנוע, הקוטביות לא משנה
• GND (פין 4): התחבר לאדמה
• פלט 2 (פין 6): התחבר למנוע, הקוטביות לא משנה
• קלט 2 (פין 7): בקרת כיוון המנוע
• Vcc 1 (פין 8): הפעל את המעגל הפנימי של השבב, התחבר ל- 5 וולט
• Vcc 2 (פין 16): הפעל את מנוע ה- DC, משתנה בהתאם לדרישת המנוע. המנוע המשמש לפרויקט זה יכול להיות מופעל על 5 וולט.

אם אתה מעוניין בפרטים נוספים אודות L293D, ניתן לגשת לגליון הנתונים שלו כאן וכאן.

נגדים נפתחים

כל כפתור/מתג מזווג עם נגד נפתח. נגדים נפתחים נמצאים כאן כדי לעזור לוודא שהארדואינו יקרא ערך קבוע מהסיכה. אם אינך מזווג את הכפתורים/מתגים שלנו עם נגד, הערך ש- Arduino קורא מהסיכה המתאימה ינוע בין 0 ל -1. במקרה זה, הלחצנים/מתג לא יפעלו כצפוי. מכיוון שאנו משתמשים בנגדים נפתחים, הנגדים יהיו מחוברים בין הסיכה הדיגיטלית המתאימה לקרקע, כך שהלחצנים/המתג יחוייב בין סיכת ההפעלה (+5V) לבין הסיכה הדיגיטלית על הארדואינו ננו. כאשר לוחצים על הכפתור, ה- Arduino יקרא 1 מהסיכה המתאימה. שלושה נגדים של 270 Ω משמשים בפרויקט זה.

לחצנים/מתג

בפרויקט זה, אנו מיישמים שקע כפתורים 3.5 מ מ על לוח הלוח להחלפת כפתורים קלה. מתג דו-פיני (להחלפת מצב שמאל/ימין) מחובר ישירות ללוח הלחם מכיוון שרוב משתמשי הכסא הגלגלים החשמליים לא יצטרכו לקיים אינטראקציה עם המתג והמתג מיועד לאדם המסייע בהתקנת המנגנון כולו.

בחירה מוטורית

השגנו כמה מחזיקי מעמד ידניים הניתנים לשליפה מכיסאות גלגלים חשמליים שונים מבית הבוסטון הום. לאחר בדיקת מפרט המנוע, נבחר מנוע בעל הילוכים DC למעמד המעמד של הג'ויסטיק המוצג קודם כהדגמה להוראות, מאחר שהרכבת הסטנד של הג'ויסטיק דרשה את המומנט הרב ביותר מבין 4 הדגימות שהיו לנו. תרצה לבדוק את כמות הכוח והמומנט הדרושים לזרוע הג'ויסטיק שלך + משקל מכלול הג'ויסטיק עצמו כדי לוודא שהוא יתאים למפרט.

הפעלה באמצעות כסאות גלגלים

רוב כסאות הגלגלים החשמליים מצוידים באספקת חשמל 24V. מוצר ג'ויסטיק אוטומטי נשלף זה דורש כניסת 5V. מכיוון שהמוצר מיועד לקבל חשמל מספק הכוח של כיסא הגלגלים, אין צורך באספקת חשמל חיצונית.

שימוש ביציאת USB

ניתן להזמין מקוון DC-DC 24V-to-5V buck (ניתן להשתמש בממיר buck כדי להוריד את המתח.) עם יציאת USB (זה שהשתמשנו הוזמן מכאן). חבר את הכניסה של ממיר הכסף לאספקת החשמל 24V (יציאת חשמל ליציאת חשמל ויציאת הקרקע ליציאה לקרקע), ולאחר מכן ניתן לחבר את לוח Arduino Nano למודול ממיר הכסף באמצעות יציאת ה- USB.

שלב 4: חלק מכני

כל המדידות והמידות נעשו בהתייחס לזרוע הג'ויסטיק הספציפית בה השתמשנו לפרויקט זה. אלה עשויים להשתנות בהתאם לזרוע ואנו נציין תחומי שונות שונים.

ייצור

ישנם שלושה חלקים נוספים שצריך לייצר כדי ליצור מחדש את החלק המכני (ראו איורים). הזרוע החיצונית של זרוע הג'ויסטיק גם מחייבת שינוי כדי להצמיד את הרכיבים המכניים לתושבת הג'ויסטיק.

1. סוגר עליון
2. סוגר תחתון
3. בלוק מצמד מומנט
4. זרוע חיצונית

שימוש במלאי זווית בצורת אלומיניום L (סוגריים עליונים ותחתונים), מלאי ריבוע מאלומיניום (בלוק מצמד מומנט) וזרוע הג'ויסטיק הקיימת (זרוע חיצונית), עקוב אחר רישומי חלקים ו/או קבצי 3D STL.

הצמדת מתג גבול יש להלחים את החוטים על מתג הגבול לפני החיבור. מיקום מתג הגבול גמיש כל עוד המתג סגור כאשר הזרוע נסוגה ופתוחה כאשר הג'ויסטיק נמצא במצב הרגיל שלו. עיין בקבצים שלב 8 וקבצי "חיצוני_ארם" המקושרים למעלה לפרטים.

שיטת הרכבה

ראה נתונים עבור כל שלב.

1. חבר את המנוע לתושבת המנוע על ידי יישור החורים והברגתם של 6 ברגי M-3 שטוחים (לא יהיה צורך בכל 6 כדי לשמור על המנוע במקום, אך הברג כמה שיותר לאבטחה מירבית; הקפד להשתמש בברגים של אורך נכון בהתאם לעובי הסוגר על מנת למנוע נזק למנוע).
2. יישר את חתיכת הצימוד מתחת לסרגל החיצוני והברג למקומו בעזרת בורג 8-32 ½ אינץ 'שטוח. ייתכן שיהיה עליך לקדוח ולהקיש חור 8-32 בזרוע על מנת לחבר את חתיכת הצימוד לזרוע. *במקרה זה, הזרוע מתנדנדת החוצה נגד כיוון השעון, כך שהבר החיצוני (מנקודת המבט של משתמש הכסא גלגלים) נמצא בצד שמאל. עבור משתמשים ימניים, זה יהיה הפוך.
3. חבר את התושבת העליונה לזרוע הנשלפת בעזרת הבורג M-6 (באופן רופף).
4. הביאו את הזרוע הנשלפת למצב מורחב.
5. חבר את מכלול המשנה של סוגר המנוע-מנוע לזרוע הנשלפת על ידי החדרת פיר המנוע לתוך החור המתאים בחתיכת הצימוד. חלק התושבת צריך להיכנס בין הזרוע לסוגר העליון, וליישר את החורים.
6. השתמש בברג ¼ -20 ובאגוז לנעילה כדי להדק את שני הסוגרים. לאחר מכן, הדק את בורג M6 בסוגר העליון.
7. וודא שההרכב נמצא במצב מורחב, אבטח את המנוע לצימוד בעזרת בורג/הגדרות 10-32.
8. הברג את מתג הגבול עם 2 #2-56 ברגים (ודא שמתג הגבול ייסגר במצב החוצה לחלוטין - במקרה שלנו, בורג הכתף לוחץ עליו).

*הערה לגבי חיבור ברגי סט: ברגי הסט חייבים להתממשק לצד שטוח של פיר D. על מנת להתאים את כיוון הפיר, חבר את המנוע לחשמל עד שהצד השטוח נמצא במיקום הרצוי. לחלופין, הגדר את המעגל כפי שמתואר ב 4.1 מעגלי חלקים חשמליים להלן ושנה את התזמון בשורה 52 של הקוד כפי שצוין ב 4.2 קוד חלק Arduino חשמלי עד שהוא נמצא במיקום הרצוי. זכור להחליף אותו בחזרה לאחר ההרכבה!

פירוק

בצע את הליך ההרכבה בכיוון ההפוך. ראה להלן אם המנוע שלך נשרף וזקוק להחלפה.

החלפת מנוע

1. הסר את בורג הסט שמחזיק את הפיר לחתיכת הצימוד.
2. הברג מהדק סוגר ¼ -20 ואום נעילה.
3. משוך החוצה את מכלול תת סוגר המנוע-מנוע החוצה וברג את המנוע לצורך החלפה.
4. חבר את המנוע החדש לתושבת בעזרת ברגים.
5. הכנס את פיר המנוע החדש לתוך החור שבחתיכת הצימוד, והדק את התושבת למקומה (שחרר את בורג M6 העליון במידת הצורך).
6. הברג את בורג ¼ -20 ואום הנעילה כדי להדק את הסוגריים שוב (הידוק בורג M6 העליון במידת הצורך).
7. לבסוף, אבטח את הפיר לצימוד בעזרת בורג הסט.

דיור אלקטרוניקה

1. מקם את מעגל הלוח המורכב בחלק החשמלי לתוך תיבת הדיור האלקטרוניקה כפי שמוצג בתמונה.
2. בעזרת טחנה ו/או מקדחה, צור חריצים וחורים למחברים (יציאת USB Arduino, שקע כפתורים ומתג מתג).
3. ראה דוגמה למעלה באיור למעלה. מיקומי החריצים והחורים יהיו תלויים ברכיבים ובמעגל שלך.

שלב 5: חלק חשמלי

מעגלים

סכמטים

סכמות המעגל מוצגות באיור 1 בחלק זה, והיא זמינה גם ב- Github. הספק 5V יסופק מכסא הגלגלים החשמלי ללוח ה- Arduino Nano. לוח Arduino Nano מקודד כך שהוא ישלוט בהתנהגות המתג ותנועת מנוע ה- DC. העיצוב והחיווט של המעגל מוסברים בסעיף חומרה (היפר -קישור לחלק החומרה), אם אתה מעוניין בכך.

פריסת לוח לחם

תמונת חיווט לוח קרש מ Fritzing או המעגל מוצגת באיור 2 בחלק זה, ותמונת לוח הלחם הסופי מוצגת באיור 3.

קוד ארדואינו

הקוד המשמש למוצר זה מוצג בצד, ואתה יכול להוריד אותו כאן.

כדי להעלות את הקוד לארדואינו, הורד את Arduino IDE במחשב. השתמש בקוד "Rhonda_v4_onebutton.ino" שהורדת.

לכל שורת קוד יש הסבר שורה אחר שורה בתוך קובץ הקוד.

העלה את הקוד ל- Arduino על ידי (הממשק מוצג כאן):

1. חבר את ה- Arduino למחשב באמצעות מחבר ה- USB

2. מהכרטיסייה כלים בממשק Arduino:

   • הגדר את הלוח ל- "Arduino Nano"
   • הגדר את היציאה ליציאת ה- USB
3. לחץ על כפתור ההעלאה (→)
4. המתן עד שהממשק יכתוב "ההעלאה הושלמה".

המהירות הנוכחית נקבעת למקסימום 255 בשורה 25 "analogWrite (motorPin, 255)" לסיבוב המנוע, ומינימום 0 בשורה 36 "analogWrite (motorPin, 0)" לעצירת המנוע. ניתן להגדיר את טווח המהירות בין 0 ל -255 כמתאים למהירות המנוע.

זמן הסיבוב הנוכחי מתוזמן לתושבת מעמד הג'ויסטיק הספציפי שבחרנו, אך ניתן פשוט לשנות את הקוד (שורה 52) כדי לשנות את זמן הסיבוב ולהתאים לזרוע הג'ויסטיק הספציפית שיש לך. הזמן הוא במיקרו שניות בארדואינו. לדוגמה, אם אנחנו רוצים שזמן הסיבוב יהיה 5 שניות, אז עליך להגדיר את הזמן להיות "5000" בארדואינו.

שלב 6: הוראות שלב אחר שלב הורדה

שלב 7: פתרון בעיות (עודכן 12/12/17)

1. המנוע אינו זרוע נסיגה.

   • וודא שהמתג מכוון לכיוון הרצוי
   • בדוק כדי לוודא שברגי ההגדרה מהודקים
   • בדוק אם יש חסימות מכניות
   • בדוק את החיבורים בין המנוע למעגל
   • בדוק את חיבורי המעגל (מעגל בדיקה עם מנוע בלבד, לא מחובר להרכבה)
   • תומך בג'ויסטיק בכוח כלשהו: אם הזרוע נסוגה כעת עם תמיכה, המנוע שלך אינו חזק מספיק! בדוק אם הכפתור בו השתמשת הוא תפקודי

2. הזרוע נעה רחוק מדי או לא מספיק רחוק.

   שנה את התזמון בקוד Arduino כפי שמתואר בקוד Arduino Read Me

שלב 8: תיעוד וידאו

שלב 9: הפניות

1. למד ועשה נהג מנוע זול L293D משלך (מדריך מלא ל- L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- מדריך מלא ל- l293d/

שלב 10: עדכן 14/5/18

• מוטות זרוע חדשים במכונה מפלדה (בהשוואה לאלומיניום המקורי) עם גובה גדול יותר למניעת העמסת קרן
• עבר למנוע בעל מומנט גבוה יותר (1497 עוז)
• קוד מעודכן שלא נערך
• מכשיר מתוקן שנבדק על כיסא הגלגלים של הלקוח