تطوير عصا تحكم آلية قابلة للسحب: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

تعتبر عصا التحكم الآلية القابلة للسحب حلاً منخفض التكلفة لمستخدمي الكراسي المتحركة الكهربائية الذين يواجهون صعوبة في استخدام حوامل عصا التحكم اليدوية للتأرجح بعيدًا. إنه تكرار للتصميم في مشروع عصا تحكم سابق قابل للسحب.

يتكون المشروع من جزأين: جزء ميكانيكي (تصميم التركيب ، التجميع ، إلخ) وجزء كهربائي (الدوائر ، كود Arduino ، إلخ).

يمكن تصنيع وحدة عصا التحكم الآلية القابلة للسحب وتكرارها من قبل أي شخص باتباع الإرشادات الواردة هنا. ليس هناك حاجة إلى معرفة مسبقة عن الدوائر أو Arduino أو Solidworks. يتم تضمين القليل جدًا من عمليات اللحام في هذا المشروع ، ويمكن العثور على تعليمات اللحام هنا. سيكون الوصول إلى عمليات الحفر / التشغيل الأساسية ضروريًا. يتم تناول التفسيرات التفصيلية للتصميم في الجزء الميكانيكي والجزء الكهربائي.

الخطوة 1: المحتويات

1. محتويات

2. الميزات والوظائف

   • آلية السحب والتمديد الآلية
   • وضع اليسار / اليمين
   • نمطية
   • سرعة دوران قابلة للتعديل

3. تحضير

   • برمجة

     اردوينو

   • المعدات

     • ملخص لجميع الأجزاء والأدوات المطلوبة
     • Arduino Nano (Rev 3.0)
     • رقاقة سائق المحرك: L293D
     • المقاومات المنسدلة
     • الأزرار والمفاتيح
     • اختيار المحرك

   • تعمل بالطاقة من الكراسي المتحركة الكهربائية

     باستخدام منفذ USB

4. الجزء الميكانيكي

   • تصنيع
   • الحد من مرفق التبديل
   • التجميع / التفكيك
   • استبدال المحرك
   • إسكان الإلكترونيات

5. الجزء الكهربائي

   • الدوائر

     • المخططات
     • تخطيط اللوح
   • كود اردوينو

6. تعليمات خطوه بخطوه

   قم بتنزيل ملف التعليمات بتنسيق PDF

7. استكشاف الأخطاء وإصلاحها
8. توثيق بالفيديو
9. مراجع

الخطوة 2: الميزات والوظائف

آلية السحب والتمديد الآلية

سيمكن حامل عصا التحكم القابل للسحب الميكانيكي هذا مستخدمي الكراسي المتحركة الكهربائية من سحب أو تمديد عصا التحكم تلقائيًا. يتوفر للمستخدمين خيار إما الضغط على زرين (أحدهما للسحب والآخر للتمديد) أو زر واحد (زر واحد للسحب والتمديد) حسب تفضيلاتهم. يتميز وضع الأزرار بالمرونة ويمكن أن يتغير لتلبية متطلبات المستخدم المختلفة. يتم توصيل الأزرار بالدائرة من خلال مقابس الأزرار العامة ، لذلك يمكن استبدال الأزرار المستخدمة في هذا العرض التوضيحي بأي زر عام.

وضع اليسار / اليمين

هذا المنتج مناسب لمستخدمي اليد اليمنى واليسرى. يمكن للفني الذي يقوم بتثبيت النظام المجهز بمحرك على الكرسي المتحرك الكهربائي للعميل تغيير الوضع بسهولة عن طريق تبديل مفتاح في صندوق الإلكترونيات. لا حاجة لإجراء أي تعديلات على الكود.

نمطية

المنتج آمن من الفشل. في حالة تعثر الآلية التلقائية أو إذا كان النظام قيد الإصلاح ، فلن تتأثر آلية التأرجح اليدوي. يتم تضمين وصف تفصيلي لعملية التجميع والتفكيك البسيطة لاحقًا في التعليمات.

سرعة دوران قابلة للتعديل

يمكن ضبط سرعة دوران الآلية الآلية عن طريق تعديل كود Arduino (يتم توفير الإرشادات في أقسام لاحقة). كإجراء احترازي للسلامة ، يجب ألا تكون سرعة الدوران سريعة جدًا ، حيث لا يستطيع النظام استشعار ما قد يكون في الطريق ، مما قد يتسبب في إصابة طفيفة.

الخطوة الثالثة: التحضير

برمجة

في هذا المشروع ، يتم استخدام Arduino ، لذلك ستحتاج إلى تثبيت Arduino IDE على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. رابط تنزيل التطبيق موجود هنا. يتوفر كود Arduino المستخدم لهذا المنتج في قسم لاحق.

المعدات

ملخص لجميع الأجزاء والأدوات المطلوبة

يحتوي الجدول التالي على جميع الأجزاء والأدوات اللازمة لهذا المشروع.

Arduino Nano (Rev 3.0)

يستخدم Arduino Nano (Rev 3.0) في هذا المنتج. ومع ذلك ، يمكنك استبدال هذه اللوحة بلوحات Arduino أخرى تحتوي على دبابيس PWM. دبابيس PWM مطلوبة في هذا المشروع ، حيث سنستخدم Arduino (صورة) للتحكم في شريحة محرك المحرك (L293D) ، ويجب التحكم في الشريحة بواسطة مدخلات PWM. تشمل دبابيس PWM في Arduino Nano (Rev 3.0): D3 pin (Pin 6) و D5 pin (Pin 8) و D6 pin (Pin 9) و D9 pin (Pin 12) و D10 pin (Pin 13) و D11 pin (دبوس 14). إذا كنت مهتمًا بمزيد من التفاصيل حول Arduino Nano ، فيمكن الرجوع إلى تخطيط الدبوس والخطط هنا.

رقاقة سائق المحرك: L293D

L293D عبارة عن شريحة محرك DC قوية تمكن محرك التيار المستمر من الدوران في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة.

تشمل المسامير المستخدمة في هذا المشروع: 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 (دبوس 8) ، Vcc 2 (دبوس 16).

• Enable1 ، 2 pin (Pin 1): التحكم في سرعة المحرك
• الإدخال 1 (دبوس 2): التحكم في اتجاه المحرك
• الإخراج 1 (دبوس 3): الاتصال بالمحرك ، لا يهم القطبية
• GND (دبوس 4): قم بالاتصال بالأرض
• الإخراج 2 (دبوس 6): الاتصال بالمحرك ، لا يهم القطبية
• الإدخال 2 (دبوس 7): التحكم في اتجاه المحرك
• Vcc 1 (دبوس 8): قم بتشغيل الدائرة الداخلية للرقاقة ، قم بالاتصال بـ 5 فولت
• Vcc 2 (Pin 16): قم بتشغيل محرك التيار المستمر ، ويختلف حسب متطلبات المحرك. يمكن تشغيل المحرك المستخدم في هذا المشروع بقدرة 5 فولت.

إذا كنت مهتمًا بمزيد من التفاصيل حول L293D ، فيمكن الوصول إلى ورقة البيانات الخاصة به هنا وهنا.

المقاومات المنسدلة

يتم إقران كل زر / مفتاح بمقاوم منسدل. توجد المقاومات المنسدلة هنا للمساعدة في التأكد من أن Arduino سيقرأ قيمة ثابتة من الدبوس. إذا لم تقم بإقران الأزرار / المفتاح بمقاوم ، فإن القيمة التي يقرأها Arduino من الدبوس المقابل ستطفو بين 0 و 1. في هذه الحالة ، لن تعمل الأزرار / المفتاح كما هو متوقع. نظرًا لأننا نستخدم مقاومات منسدلة ، فسيتم توصيل المقاومات بين الدبوس الرقمي المقابل والأرض ، لذلك سيتم توصيل الأزرار / المفتاح بين دبوس الطاقة (+ 5 فولت) والدبوس الرقمي في Arduino Nano. عند الضغط على الزر ، سيقرأ Arduino 1 من الدبوس المقابل. تم استخدام ثلاث مقاومات 270 في هذا المشروع.

الأزرار / التبديل

في هذا المشروع ، نقوم بتنفيذ مقبس (مقابس) زر مقاس 3.5 مم على لوحة التجارب لاستبدال الأزرار بسهولة. يتم توصيل مفتاح ثنائي السنون (للتبديل بين وضع اليد اليسرى / اليمنى) مباشرة على اللوح حيث أن معظم مستخدمي الكراسي المتحركة الكهربائية لن يحتاجوا إلى التفاعل مع المفتاح وتم تصميم المفتاح للشخص الذي يساعد في تثبيت الآلية بأكملها.

اختيار المحرك

لقد حصلنا على بعض حوامل الحامل القابلة للسحب يدويًا من كراسي متحركة كهربائية مختلفة من The Boston Home Inc. تم اختبار وحساب مقدار القوة وعزم الدوران اللازمين لسحب كل هذه العينات. بعد التحقق من مواصفات المحرك ، تم اختيار محرك موجه DC لحامل حامل عصا التحكم الموضح من قبل كعرض توضيحي للتعليمات ، نظرًا لأن حامل حامل عصا التحكم يتطلب أكبر عزم دوران من بين العينات الأربعة التي لدينا. سترغب في اختبار مقدار القوة وعزم الدوران اللازمين لذراع عصا التحكم + وزن مجموعة عصا التحكم نفسها للتأكد من ملاءمتها للمواصفات.

تعمل بالطاقة من الكراسي المتحركة الكهربائية

تم تجهيز معظم الكراسي المتحركة الكهربائية بمصدر طاقة بجهد 24 فولت. يتطلب منتج عصا التحكم القابل للسحب الآلي هذا إدخال 5 فولت. نظرًا لأن المنتج مصمم لتلقي الطاقة من مزود طاقة الكرسي المتحرك ، فلا حاجة إلى مصدر طاقة خارجي.

باستخدام منفذ USB

يمكن طلب محول باك DC-DC 24V-to-5V (يتم استخدام محول باك لخفض الجهد.) عبر الإنترنت (تم طلب الوحدة التي استخدمناها من هنا). قم بتوصيل مدخل محول باك بمصدر طاقة 24 فولت (منفذ طاقة بمنفذ طاقة ، ومنفذ أرضي إلى منفذ أرضي) ، ويمكن بعد ذلك توصيل لوحة Arduino Nano بوحدة محول باك عبر منفذ USB.

الخطوة 4: الجزء الميكانيكي

تم إجراء جميع القياسات والأبعاد بالرجوع إلى ذراع عصا التحكم المحدد الذي استخدمناه لهذا المشروع. قد تختلف هذه حسب الذراع وسنلاحظ مجالات التباين المهمة.

تصنيع

هناك ثلاثة أجزاء إضافية يجب تصنيعها لإعادة تكوين الجزء الميكانيكي (انظر الأشكال). يتطلب الذراع الخارجي لذراع عصا التحكم أيضًا تعديلًا لإرفاق المكونات الميكانيكية بحامل عصا التحكم.

1. القوس العلوي
2. القوس السفلي
3. كتلة مقرنة عزم الدوران
4. الذراع الخارجي

باستخدام قوس الألومنيوم على شكل L على شكل L (الأقواس العلوية والسفلية) ، ومخزن قضيب مربع من الألومنيوم (كتلة مقرنة عزم الدوران) ، وذراع عصا التحكم الموجودة (الذراع الخارجية) ، اتبع الرسومات الجزئية و / أو ملفات STL ثلاثية الأبعاد.

يجب أن يتم لحام الأسلاك بمفتاح الحد قبل التوصيل. يكون وضع مفتاح الحد مرنًا طالما أن المفتاح مغلق عند سحب الذراع وفتحه عندما تكون عصا التحكم في وضعها الطبيعي. انظر خطوة التجميع 8 وملفات "Outer_arm" المرتبطة أعلاه للحصول على التفاصيل.

طريقة التجميع

انظر الأرقام لكل خطوة.

1. قم بتوصيل المحرك بقوس المحرك عن طريق محاذاة الثقوب والبراغي في 6 مسامير مسطّحة الرأس M-3 (لن تكون هناك حاجة إلى 6 مسامير لإبقاء المحرك في مكانه ولكن برغي أكبر عدد ممكن لتحقيق أقصى قدر من الأمان ؛ تأكد من استخدام براغي الطول الصحيح وفقًا لسمك الدعامة من أجل منع تلف المحرك).
2. قم بمحاذاة قطعة الاقتران أسفل الشريط الخارجي والمسمار في مكانه باستخدام برغي مسطح الرأس”# 8-32. قد تحتاج إلى الحفر والنقر على ثقب 8-32 في الذراع لتوصيل قطعة التوصيل بالذراع. * في هذه الحالة ، يتأرجح الذراع للخارج عكس اتجاه عقارب الساعة ، بحيث يكون الشريط الخارجي (من منظور مستخدم الكرسي المتحرك الكهربائي) على اليسار. بالنسبة للمستخدمين الذين يستخدمون اليد اليمنى ، سيتم عكس ذلك.
3. قم بتوصيل الدعامة العلوية بالذراع القابل للسحب باستخدام المسمار M-6 (غير محكم).
4. اجلب الذراع القابل للسحب إلى الوضع الممتد.
5. قم بتوصيل المجموعة الفرعية لقوس المحرك بالمحرك بالذراع القابل للسحب عن طريق إدخال عمود المحرك في الفتحة المقابلة على قطعة التوصيل. يجب أن يكون جزء الحامل فتحة بين الذراع والقوس العلوي ، مع محاذاة الثقوب.
6. استخدم البرغي ¼-20 وصامولة القفل لربط القوسين معًا. ثم شد المسمار M6 على القوس العلوي.
7. تأكد من أن الحامل في الوضع الممتد ، قم بتثبيت المحرك في أداة التوصيل باستخدام مجموعة المسمار / المسمار 10-32.
8. برغي على مفتاح الحد مع مسامير 2 # 2-56 (تأكد من إغلاق مفتاح الحد في الوضع الخارجي بالكامل - في حالتنا ، يضغط مسمار الكتف عليه).

* ملاحظة بشأن ربط مسامير التثبيت: يجب أن تتداخل براغي التثبيت مع الجانب المسطح من عمود D. من أجل ضبط اتجاه العمود ، قم بتوصيل المحرك بمصدر الطاقة حتى يصبح الجانب المسطح في الموضع المطلوب. بدلاً من ذلك ، قم بإعداد الدائرة كما هو موضح في 4.1 دوائر الجزء الكهربائي أدناه وقم بتغيير التوقيت في السطر 52 من الكود كما هو موضح في 4.2 الجزء الكهربائي من كود Arduino حتى يكون في الموضع المطلوب. تذكر تغييره مرة أخرى بعد التجميع!

التفكيك

اتبع إجراءات التجميع في الاتجاه العكسي. انظر أدناه إذا كان محرك سيارتك محترقًا ويحتاج إلى استبدال.

استبدال المحرك

1. قم بإزالة المسمار اللولبي الذي يثبت العمود بقطعة التوصيل.
2. قم بفك قفل قوس ¼-20 وصامولة القفل.
3. اسحب المجموعة الفرعية لقوس المحرك المحرك للخارج وفك المحرك للاستبدال.
4. قم بتوصيل محرك جديد بالقوس باستخدام البراغي.
5. أدخل عمود المحرك الجديد في الفتحة الموجودة في قطعة التوصيل ، مع شق القوس في مكانه (قم بفك المسمار العلوي M6 إذا لزم الأمر).
6. قم بربط المسمار ¼-20 وصامولة القفل لربط الأقواس مرة أخرى (شد المسمار العلوي M6 إذا لزم الأمر).
7. أخيرًا ، قم بتثبيت العمود في أداة التوصيل بمسمار الضبط.

إسكان الإلكترونيات

1. ضع دائرة اللوح المجمعة في الجزء الكهربائي في صندوق الإلكترونيات كما هو موضح في الصورة.
2. باستخدام مطحنة و / أو مثقاب ، قم بإنشاء فتحات وثقوب للموصلات (منفذ Arduino USB ، ومقبس الزر ، ومفتاح التبديل).
3. انظر الشكل أعلاه للحصول على مثال. ستعتمد مواضع الفتحات والفتحات على المكونات والدائرة.

الخطوة 5: الجزء الكهربائي

الدوائر

المخططات

تظهر مخططات الدائرة في الشكل 1 في هذا القسم ، وهي متوفرة أيضًا على Github. سيتم توفير طاقة 5 فولت من الكرسي المتحرك الكهربائي إلى لوحة Arduino Nano. تم ترميز لوحة Arduino Nano بحيث تتحكم في سلوك التبديل وحركة محرك التيار المستمر. يتم شرح تصميم الدائرة وأسلاكها في قسم الأجهزة (ارتباط تشعبي إلى قسم الأجهزة) ، إذا كنت مهتمًا.

تخطيط اللوح

تظهر صورة أسلاك اللوح من فريتزينج أو الدائرة في الشكل 2 في هذا القسم ، وتظهر صورة اللوح النهائي في الشكل 3.

كود اردوينو

يظهر الرمز المستخدم لهذا المنتج على الجانب ، ويمكنك تنزيله من هنا.

لتحميل الكود على اردوينو ، قم بتنزيل Arduino IDE على الكمبيوتر. استخدم الكود "Rhonda_v4_onebutton.ino" الذي قمت بتنزيله.

يحتوي كل سطر من التعليمات البرمجية على شرحه سطريًا داخل ملف التعليمات البرمجية.

قم بتحميل الكود إلى Arduino بواسطة (تظهر الواجهة هنا):

1. قم بتوصيل Arduino بالكمبيوتر باستخدام موصل USB

2. من علامة التبويب Tools (الأدوات) على واجهة Arduino:

   • اضبط اللوحة على "Arduino Nano"
   • اضبط المنفذ على منفذ USB
3. اضغط على زر التحميل (→)
4. انتظر حتى تقرأ الواجهة "اكتمل التحميل".

تم ضبط السرعة الحالية على الحد الأقصى 255 في السطر 25 "analogWrite (motorPin ، 255)" لتدوير المحرك ، والحد الأدنى 0 في السطر 36 "analogWrite (motorPin ، 0)" لإيقاف المحرك. يمكن ضبط نطاق السرعة بين 0 و 255 بما يتناسب مع سرعة المحرك.

تم ضبط وقت الدوران الحالي لحامل حامل عصا التحكم المحدد الذي اخترناه ، ولكن يمكنك ببساطة تعديل الكود (السطر 52) لتغيير وقت الدوران والتكيف مع ذراع عصا التحكم المحدد لديك. الوقت بالميكروثانية في اردوينو. على سبيل المثال ، إذا أردنا أن يكون وقت الدوران 5 ثوانٍ ، فيجب عليك ضبط الوقت ليكون "5000" في Arduino.

الخطوة 6: تنزيل التعليمات خطوة بخطوة

الخطوة 7: استكشاف الأخطاء وإصلاحها (تم التحديث في 12/12/17)

1. المحرك لا يتراجع عن الذراع.

   • تأكد من ضبط المفتاح على الاتجاه المطلوب
   • تحقق للتأكد من ربط براغي التثبيت
   • تحقق من وجود أي انحشار ميكانيكي
   • تحقق من التوصيلات بين المحرك والدائرة
   • تحقق من توصيلات الدائرة (اختبار الدائرة بالمحرك فقط ، غير متصل بالتجميع)
   • ادعم عصا التحكم ببعض القوة: إذا تراجع الذراع الآن مع الدعم ، فإن محركك ليس قويًا بما يكفي! تحقق مما إذا كان الزر الذي استخدمته يعمل

2. يتحرك الذراع بعيدًا جدًا أو ليس بعيدًا بدرجة كافية.

   قم بتغيير التوقيت في كود Arduino كما هو موضح في Arduino Code Read Me

الخطوة 8: توثيق الفيديو

الخطوة 9: المراجع

1. تعلم واصنع برنامج تشغيل محرك L293D رخيص خاص بك (دليل كامل لـ L293D) https://just4electronics.wordpress.com/2015/08/28/learn-make-your-own-cheap-l293d-motor-drivera- دليل كامل لـ l293d /

الخطوة 10: تحديث 5/14/18

• قضبان ذراع جديدة مصنوعة آليًا من الفولاذ (مقارنة بالألمنيوم الأصلي) بارتفاع أكبر لمنع انحراف العارضة من التحميل
• تم التبديل إلى محرك ذو عزم دوران أعلى (1497 أونصة في)
• كود محدث الذي لم يتم تجميعه
• جهاز تم اختباره على كرسي متحرك للعميل