Phát triển một cần điều khiển có thể thu vào có động cơ: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Cần điều khiển có thể thu vào có động cơ này là một giải pháp chi phí thấp cho những người sử dụng xe lăn trợ lực gặp khó khăn khi sử dụng giá đỡ cần điều khiển xoay bằng tay. Nó là sự lặp lại thiết kế trên một dự án cần điều khiển có thể thu vào trước đó.

Dự án bao gồm hai phần: một phần cơ khí (thiết kế ngàm, lắp ráp, v.v.) và phần điện (mạch điện, mã Arduino, v.v.).

Bất kỳ ai cũng có thể chế tạo và nhân rộng mô-đun cần điều khiển có thể thu vào có động cơ bằng cách làm theo các hướng dẫn được cung cấp tại đây. Không cần kiến thức trước về mạch hoặc Arduino hoặc Solidworks. Quá trình hàn có rất ít tham gia vào dự án này và bạn có thể tìm thấy hướng dẫn về cách hàn tại đây. Tiếp cận với các hoạt động khoan / gia công cơ bản sẽ là cần thiết. Giải thích chi tiết về thiết kế được đề cập trong Phần Cơ khí và Phần Điện.

Bước 1: Nội dung

1. Nội dung

2. Các tính năng và chức năng

   • Cơ chế rút và mở rộng có động cơ
   • Chế độ tay trái / tay phải
   • Môđun
   • Tốc độ quay có thể điều chỉnh

3. Sự chuẩn bị

   • Phần mềm

     Arduino

   • Phần cứng

     • Tóm tắt tất cả các bộ phận và công cụ cần thiết
     • Arduino Nano (Phiên bản 3.0)
     • Chip điều khiển động cơ: L293D
     • Điện trở kéo xuống
     • Các nút và công tắc
     • Lựa chọn động cơ

   • Cung cấp năng lượng từ Xe lăn điện

     Sử dụng cổng USB

4. Bộ phận cơ khí

   • Chế tạo
   • Tệp đính kèm công tắc giới hạn
   • Assembly / Disassembly
   • Thay thế động cơ
   • Nhà ở Điện tử

5. Phần có điện

   • Chu trình

     • Sơ đồ
     • Bố cục Breadboard
   • Mã Arduino

6. Hướng dẫn từng bước một

   Tải xuống tệp PDF Hướng dẫn

7. Xử lý sự cố
8. Tài liệu Video
9. Người giới thiệu

Bước 2: Tính năng và chức năng

Cơ chế rút lại và mở rộng có động cơ

Giá treo cần điều khiển có thể thu vào có động cơ này sẽ cho phép người sử dụng xe lăn trợ lực tự động thu lại hoặc mở rộng cần điều khiển của họ. Người dùng có tùy chọn nhấn hai nút (một để thu lại và một để mở rộng) hoặc một nút (một nút duy nhất cho cả thu và mở rộng) tùy thuộc vào sở thích của họ. Vị trí của các nút rất linh hoạt và có thể thay đổi để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người dùng. Các nút được gắn vào mạch thông qua giắc cắm nút đa năng, vì vậy các nút được sử dụng trong bản trình diễn này có thể được thay thế bằng bất kỳ nút đa năng nào.

Chế độ tay trái / tay phải

Sản phẩm này phù hợp cho cả người dùng thuận tay trái và tay phải. Kỹ thuật viên lắp đặt hệ thống cơ giới vào xe lăn trợ lực của khách hàng có thể dễ dàng thay đổi chế độ bằng cách bật công tắc trong hộp điện tử. Không cần sửa đổi mã.

Môđun

Sản phẩm không an toàn. Nếu cơ chế tự động được đặt mặc định hoặc nếu hệ thống đang được sửa chữa, cơ chế xoay chuyển bằng tay sẽ không bị ảnh hưởng. Mô tả chi tiết về quy trình lắp ráp và tháo rời đơn giản được đưa vào phần sau của hướng dẫn.

Tốc độ quay có thể điều chỉnh

Tốc độ quay của cơ chế tự động có thể được điều chỉnh bằng cách sửa đổi mã Arduino (hướng dẫn được cung cấp trong các phần sau). Để đề phòng an toàn, tốc độ quay không được quá nhanh, vì hệ thống không thể cảm nhận được những gì có thể cản trở, điều này có thể gây ra thương tích nhẹ.

Bước 3: Chuẩn bị

Phần mềm

Trong dự án này, Arduino được sử dụng, vì vậy bạn sẽ cần phải cài đặt Arduino IDE trên máy tính của mình. Link tải ứng dụng tại đây. Mã Arduino được sử dụng cho sản phẩm này có trong phần sau.

Phần cứng

Tóm tắt tất cả các bộ phận và công cụ cần thiết

Bảng sau đây chứa tất cả các bộ phận và công cụ cần thiết cho dự án này.

Arduino Nano (Phiên bản 3.0)

Arduino Nano (Rev 3.0) được sử dụng trong sản phẩm này. Tuy nhiên, bạn có thể thay thế bảng này bằng bảng Arduino khác có chứa chân PWM. Các chân PWM là bắt buộc trong dự án này, vì chúng tôi sẽ sử dụng Arduino (hình) để điều khiển chip điều khiển động cơ (L293D) và chip cần được điều khiển bởi các đầu vào PWM. Các chân PWM của Arduino Nano (Rev 3.0) bao gồm: chân D3 (Chân 6), chân D5 (Chân 8), chân D6 (Chân 9), chân D9 (Chân 12), chân D10 (Chân 13), chân D11 (Chốt 14). Nếu bạn quan tâm đến chi tiết hơn về Arduino Nano, cách bố trí chân của nó và sơ đồ có thể được tham khảo tại đây.

Chip điều khiển động cơ: L293D

L293D là chip điều khiển động cơ DC mạnh mẽ cho phép động cơ DC quay cả theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Các chân được sử dụng trong dự án này bao gồm: Enable1, 2 pin (Pin 1), Đầu vào 1 (Chân 2), Đầu ra 1 (Chân 3), GND (Chân 4), Đầu ra 2 (Chân 6), Đầu vào 2 (Pin 7), Vcc 1 (Pin 8), Vcc 2 (Pin 16).

• Enable1, 2 pin (Pin 1): điều khiển tốc độ của động cơ
• Đầu vào 1 (Chân 2): điều khiển hướng của động cơ
• Đầu ra 1 (Chân 3): kết nối với động cơ, cực tính không thành vấn đề
• GND (Chân 4): kết nối với đất
• Đầu ra 2 (Chân 6): kết nối với động cơ, cực tính không thành vấn đề
• Đầu vào 2 (chân 7): điều khiển hướng của động cơ
• Vcc 1 (Pin 8): cấp nguồn cho mạch bên trong của chip, kết nối với 5 V
• Vcc 2 (Chân 16): cấp nguồn cho động cơ DC, thay đổi theo yêu cầu của động cơ. Động cơ được sử dụng cho dự án này có thể được cấp nguồn ở 5 V.

Nếu bạn quan tâm đến thêm thông tin chi tiết về L293D, bạn có thể truy cập biểu dữ liệu của nó tại đây và tại đây.

Điện trở kéo xuống

Mỗi nút / công tắc được ghép nối với một điện trở kéo xuống. Các điện trở kéo xuống ở đây để giúp đảm bảo rằng Arduino sẽ đọc một giá trị không đổi từ chân. Nếu bạn không ghép nối các nút / công tắc của chúng tôi với một điện trở, giá trị mà Arduino đọc từ chân tương ứng sẽ nổi giữa 0 và 1. Trong trường hợp này, các nút / công tắc sẽ không hoạt động như mong đợi. Vì chúng ta đang sử dụng điện trở kéo xuống, các điện trở sẽ được nối dây giữa chân kỹ thuật số tương ứng và mặt đất, vì vậy các nút / công tắc sẽ được nối dây giữa chân nguồn (+ 5V) và chân kỹ thuật số trên Arduino Nano. Khi nhấn nút, Arduino sẽ đọc 1 từ chân tương ứng. Ba điện trở 270 Ω được sử dụng trong dự án này.

Các nút / Chuyển đổi

Trong dự án này, chúng tôi triển khai (các) giắc cắm nút 3,5 mm trên bảng mạch để dễ dàng thay thế nút. Một công tắc hai chân (để chuyển đổi chế độ thuận tay trái / phải) được nối trực tiếp trên bảng mạch vì hầu hết người dùng xe lăn trợ lực sẽ không cần phải tương tác với công tắc và công tắc được thiết kế cho người giúp cài đặt toàn bộ cơ chế.

Lựa chọn động cơ

Chúng tôi đã nhận được một số giá đỡ có thể thu vào bằng tay từ các xe lăn trợ lực khác nhau từ The Boston Home Inc. Sau khi kiểm tra các thông số kỹ thuật của động cơ, một động cơ giảm tốc DC đã được chọn cho giá đỡ cần điều khiển được hiển thị trước đây như một bản demo cho hướng dẫn, vì giá đỡ cần điều khiển đó yêu cầu mô-men xoắn cao nhất trong số 4 mẫu chúng tôi có. Bạn sẽ muốn kiểm tra lượng lực và mô-men xoắn cần thiết cho cánh tay cần điều khiển của mình + trọng lượng của bản thân cụm phím điều khiển để đảm bảo rằng nó sẽ phù hợp với thông số kỹ thuật.

Cung cấp năng lượng từ Xe lăn điện

Hầu hết các xe lăn điện đều được trang bị nguồn điện 24V. Sản phẩm cần điều khiển có thể thu vào tự động này yêu cầu đầu vào 5V. Vì sản phẩm được thiết kế để nhận điện từ nguồn điện cho xe lăn, không cần nguồn điện bên ngoài.

Sử dụng cổng USB

Có thể đặt hàng trực tuyến mô-đun bộ chuyển đổi buck DC-DC 24V-5V-5V (Bộ chuyển đổi buck được sử dụng để giảm điện áp xuống.) Với cổng USB có thể được đặt hàng trực tuyến (cái mà chúng tôi đã sử dụng được đặt hàng từ đây). Kết nối đầu vào của bộ chuyển đổi buck với nguồn điện 24V (cổng nguồn với cổng nguồn và cổng nối đất với cổng nối đất) và sau đó, bảng Arduino Nano có thể được kết nối với mô-đun bộ chuyển đổi buck thông qua cổng USB.

Bước 4: Phần cơ khí

Tất cả các phép đo và kích thước được thực hiện liên quan đến cần điều khiển cụ thể mà chúng tôi sử dụng cho dự án này. Những điều này có thể khác nhau tùy thuộc vào nhánh và chúng tôi sẽ lưu ý những khu vực quan trọng của sự thay đổi.

Chế tạo

Có ba bộ phận bổ sung cần được chế tạo để tạo lại bộ phận cơ khí (Xem hình vẽ). Cánh tay bên ngoài của cần điều khiển cũng yêu cầu sửa đổi để gắn các thành phần cơ khí vào giá đỡ cần điều khiển.

1. Dấu ngoặc nhọn trên cùng
2. Khung dưới cùng
3. Khối ghép mô-men xoắn
4. Cánh tay ngoài

Sử dụng nhôm góc hình chữ L (giá đỡ trên và dưới), Nhôm thanh vuông (khối ghép mô-men xoắn) và tay cần điều khiển hiện có (tay ngoài), làm theo bản vẽ bộ phận và / hoặc tệp 3D STL.

Phần đính kèm Công tắc giới hạn Các dây phải được hàn vào công tắc giới hạn trước khi đính kèm. Vị trí công tắc hành trình linh hoạt miễn là công tắc đóng khi cánh tay thu lại và mở khi cần điều khiển ở vị trí bình thường. Xem Assembly Step 8 và các tệp "external_arm" được liên kết ở trên để biết chi tiết.

Phương pháp lắp ráp

Xem số liệu cho từng bước.

1. Gắn động cơ vào giá đỡ động cơ bằng cách căn chỉnh các lỗ và vặn 6 vít đầu phẳng M-3 (không cần tất cả 6 vít để giữ động cơ ở đúng vị trí nhưng vặn càng nhiều càng tốt để đảm bảo an toàn tối đa; hãy đảm bảo sử dụng vít của đúng chiều dài theo độ dày của giá đỡ để tránh làm hỏng động cơ).
2. Căn chỉnh phần khớp nối bên dưới thanh bên ngoài và vặn vào vị trí bằng vít đầu phẳng ½”# 8-32. Bạn có thể cần phải khoan và chạm một lỗ 8-32 vào cánh tay để kết nối miếng ghép nối với cánh tay. * Trong trường hợp này, cánh tay vung ra ngược chiều kim đồng hồ, do đó thanh bên ngoài (theo quan điểm của người sử dụng xe lăn trợ lực) ở bên trái. Đối với người dùng thuận tay phải, điều này sẽ được đảo ngược.
3. Gắn giá đỡ trên vào cánh tay có thể thu vào bằng vít M-6 (lỏng lẻo).
4. Đưa cánh tay thu vào vị trí mở rộng.
5. Gắn cụm phụ khung mô-tơ-mô-tơ vào cánh tay đòn bằng cách đưa trục mô-tơ vào lỗ tương ứng trên miếng ghép nối. Phần giá đỡ phải có rãnh giữa cánh tay và giá đỡ trên cùng, căn chỉnh các lỗ.
6. Sử dụng vít ¼-20 và đai ốc khóa để gắn chặt hai giá đỡ với nhau. Sau đó, vặn chặt vít M6 trên giá đỡ trên cùng.
7. Đảm bảo ngàm ở vị trí mở rộng, cố định động cơ vào khớp nối bằng vít định vị 10-32 / s.
8. Vặn công tắc hành trình bằng 2 vít # 2-56 (đảm bảo công tắc hành trình sẽ được đóng ở vị trí hoàn toàn hướng ra ngoài - trong trường hợp của chúng tôi, chốt ở vai ép nó đóng lại).

* Lưu ý khi gắn vít định vị: vít định vị phải tiếp xúc với mặt phẳng của trục D. Để điều chỉnh hướng trục, hãy gắn động cơ vào nguồn điện cho đến khi mặt phẳng ở vị trí mong muốn. Ngoài ra, hãy thiết lập mạch như được nêu trong 4.1 Mạch Phần Điện bên dưới và thay đổi thời gian ở dòng 52 của mã như được chỉ ra trong 4.2 Mã Arduino Phần Điện cho đến khi nó ở vị trí mong muốn. Hãy nhớ thay đổi nó trở lại sau khi lắp ráp!

Tháo rời

Thực hiện theo quy trình lắp ráp theo hướng ngược lại. Xem bên dưới nếu động cơ của bạn bị cháy và cần thay thế.

Thay thế động cơ

1. Tháo vít định vị giữ trục với mảnh khớp nối.
2. Tháo đai ốc và đai ốc khóa ¼-20.
3. Kéo cụm phụ khung mô tơ-mô tơ ra và tháo động cơ để thay thế.
4. Gắn động cơ mới vào giá đỡ bằng vít.
5. Lắp trục động cơ mới vào lỗ trên miếng ghép nối, luồn giá đỡ vào vị trí (nới lỏng vít M6 trên cùng nếu cần).
6. Vặn vít ¼-20 và đai ốc khóa để vặn chặt các giá đỡ một lần nữa (siết chặt vít M6 trên cùng nếu cần).
7. Cuối cùng, cố định trục vào khớp nối bằng vít định vị.

Nhà ở Điện tử

1. Đặt mạch breadboard được lắp ráp trong Phần Điện vào hộp chứa thiết bị điện tử như trong hình.
2. Sử dụng cối xay và / hoặc khoan, tạo các khe và lỗ cho các đầu nối (cổng USB Arduino, giắc cắm nút và công tắc bật tắt).
3. Xem hình trên để làm ví dụ. Vị trí khe và lỗ sẽ phụ thuộc vào các thành phần và mạch của bạn.

Bước 5: Phần điện

Chu trình

Sơ đồ

Sơ đồ của mạch được hiển thị trong Hình 1 trong phần này và nó cũng có sẵn trên Github. Nguồn điện 5V sẽ được cung cấp từ xe lăn điện tới bảng Arduino Nano. Bo mạch Arduino Nano được mã hóa để nó sẽ điều khiển hành vi chuyển đổi và chuyển động của động cơ DC. Thiết kế và cách đi dây của mạch được giải thích trong phần Phần cứng (siêu liên kết đến phần phần cứng), nếu bạn quan tâm.

Bố cục Breadboard

Hình ảnh đi dây của breadboard từ Fritzing hoặc mạch điện được thể hiện trong Hình 2 trong phần này và hình ảnh của breadboard cuối cùng được hiển thị trong Hình 3.

Mã Arduino

Mã được sử dụng cho sản phẩm này được hiển thị bên cạnh và bạn có thể tải về tại đây.

Để tải mã lên arduino, hãy tải xuống Arduino IDE trên máy tính. Sử dụng mã "Rhonda_v4_onebutton.ino" mà bạn đã tải xuống.

Mỗi dòng mã có giải thích từng dòng bên trong tệp mã.

Tải mã lên Arduino bằng cách (giao diện được hiển thị ở đây):

1. Kết nối Arduino với máy tính bằng đầu nối USB

2. Từ tab Công cụ trên Giao diện Arduino:

   • Đặt Bo mạch thành “Arduino Nano”
   • Đặt cổng thành cổng USB
3. Nhấn nút tải lên (→)
4. Chờ cho đến khi giao diện ghi "tải lên hoàn tất".

Tốc độ hiện tại được đặt ở mức tối đa 255 trong dòng 25 "analogWrite (motorPin, 255)" để quay động cơ và tối thiểu 0 ở dòng 36 "analogWrite (motorPin, 0)" để dừng động cơ. Phạm vi tốc độ có thể được đặt từ 0 đến 255 sao cho phù hợp với tốc độ động cơ.

Thời gian xoay hiện tại được hẹn giờ cho giá đỡ cần điều khiển cụ thể mà chúng tôi đã chọn, nhưng bạn có thể chỉ cần sửa đổi mã (dòng 52) để thay đổi thời gian xoay và thích ứng với tay cần điều khiển cụ thể mà bạn có. Thời gian tính bằng micro giây trong Arduino. Ví dụ: nếu chúng ta muốn thời gian quay là 5 giây, thì bạn nên đặt thời gian là “5000” trong Arduino.

Bước 6: Tải xuống hướng dẫn từng bước

Bước 7: Khắc phục sự cố (Cập nhật ngày 12/12/17)

1. Động cơ không phải là cánh tay thu hồi.

   • Đảm bảo công tắc được đặt theo hướng mong muốn
   • Kiểm tra để đảm bảo rằng các vít định vị đã được siết chặt
   • Kiểm tra xem có kẹt cơ không
   • Kiểm tra kết nối giữa động cơ và mạch
   • Kiểm tra các kết nối mạch (kiểm tra mạch chỉ với động cơ, không gắn với lắp ráp)
   • Hỗ trợ cần điều khiển bằng một số lực: nếu bây giờ cánh tay thu lại với sự hỗ trợ, động cơ của bạn không đủ mạnh! Kiểm tra xem nút bạn đã sử dụng có hoạt động không

2. Cánh tay di chuyển quá xa hoặc không đủ xa.

   Thay đổi thời gian trong mã Arduino như được nêu trong Mã Arduino Đọc tôi

Bước 8: Tài liệu Video

Bước 9: Tham khảo

1. Tìm hiểu và tự chế trình điều khiển động cơ L293D giá rẻ (Hướng dẫn đầy đủ cho L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- Complete-guide-for-l293d /

Bước 10: CẬP NHẬT 14/5/18

• Các thanh tay đòn mới được gia công từ thép (so với nhôm nguyên bản) với chiều cao lớn hơn để ngăn chặn sự lệch dầm khi tải
• Chuyển sang động cơ mô-men xoắn cao hơn (1497 oz-in)
• Đã cập nhật mã không được biên dịch
• Đã thử nghiệm thiết bị sửa đổi trên xe lăn của khách hàng