Prototip Kamera Stabilizatoru (2DOF): 6 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Müəlliflər:

Robert de Mello e Souza, Jacob Paxton, Moises Farias

Təşəkkürlər:

Kaliforniya Dövlət Universiteti Dənizçilik Akademiyasına, Mühəndislik Texnologiyası proqramına və Dr. Chang-Siu-ya belə çətin vaxtlarda layihəmizdə uğur qazanmağımıza görə çox təşəkkür edirəm.

Giriş:

Kamera stabilizatoru və ya kamera gimbal, kameranın sarsılmasını və digər yersiz hərəkətlərin qarşısını alan bir bağdır. İlk stabilizatorlardan biri kameranın hərəkətindəki ani dəyişiklikləri azaltmaq üçün istifadə olunan amortizatorları/yayları icad etdi. Digər növ stabilizatorlar, eyni vəzifəni yerinə yetirmək üçün giroskop və ya dayaq nöqtələrindən istifadə edirlər. Bu qurğular üç fərqli oxda və ya ölçüdə istənməyən hərəkətləri sabitləşdirir. Bunlara x, y və z oxları daxildir. Bu, bir stabilizatorun üç fərqli istiqamətdə hərəkətləri ləngidə biləcəyi deməkdir: yuvarlanma, meydança və yaw. Bu, ümumiyyətlə fərqli bir oxa qarşı olan elektron idarəetmə sistemi ilə idarə olunan 3 mühərrikdən istifadə etməklə həyata keçirilir.

Bir neçə səbəbdən bu layihə ilə çox maraqlandıq. Hamımız snowboard və digər idman növləri kimi müxtəlif açıq fəaliyyətlərdən zövq alırıq. Tələb olunan hərəkət miqdarı səbəbindən bu fəaliyyətlərin yüksək keyfiyyətli görüntülərini əldə etmək çətindir. Bir neçəimiz mağazadan alınan əsl kamera stabilizatoruna sahibik və belə bir şey yaratmaq üçün nəyin lazım olduğunu araşdırmaq istədik. Laboratoriya və mühazirə dərslərimizdə, Arduino istifadə edərək servo mühərriklərlə necə qarşılıqlı əlaqə qurmağı, onların işləməsi üçün lazım olan kodlaşdırmanı və sxemlərin dizaynında bizə kömək edəcək elektron sxemlərin arxasındakı nəzəriyyəni öyrəndik.

*DİQQƏT: COVID-19 səbəbiylə bu layihəni bütünlüklə tamamlaya bilmədik. Bu təlimat, stabilizatorun prototipi üçün lazım olan sxem və kod üçün bir bələdçidir. Məktəb yenidən başlayanda və yenidən 3D printerlərə çıxış əldə etdikdə layihəni başa çatdırmaq niyyətindəyik. Tamamlanmış versiyada bir batareya dövrəsi və stabilizator qolları olan 3D çaplı bir korpus olacaq (aşağıda göstərilmişdir). Həm də unutmayın ki, Servo mühərrikləri Arduino 5v enerji təchizatı ilə təchiz etmək ümumiyyətlə pis bir tətbiqdir. Bunu sadəcə prototipin sınaqdan keçirilməsinə imkan vermək üçün edirik. Ayrı bir enerji təchizatı son layihəyə daxil ediləcək və aşağıdakı dövrə diaqramında göstərilmişdir.

Təchizat

-Arduino UNO mikro nəzarətçisi

-Çörək lövhəsi

-Tel keçid dəsti

-MPU6050 İnertial Ölçmə Birimi

-MG995 Servo Motor (x2)

-LCD1602 Modulu

-Joystick Modulu

Addım 1: Layihəyə Baxış

Yuxarıda layihəmizin bir videosu var və eyni zamanda işlək bir nümayiş nümayiş olunur.

Addım 2: Nəzəriyyə və Əməliyyat

Kameramızın sabitləşməsi üçün meydança və yuvarlanma oxunu sabitləşdirmək üçün iki servo mühərrikdən istifadə etdik. Bir İnertial Ölçmə Birimi (IMU), kameranın bucağını təyin etmək üçün istifadə edə biləcəyimiz sürətlənməni, açısal sürətlənməni və maqnit qüvvəsini hiss edir. Montaja qoşulmuş bir IMU ilə, sapların hərəkətindəki dəyişiklikləri servolarla avtomatik olaraq qarşılaşdırmaq üçün algılanan məlumatlardan istifadə edə bilərik. Bundan əlavə, bir Arduino Joystick ilə hər ox üçün bir motor olan iki fırlanma oxunu əl ilə idarə edə bilərik.

Şəkil 1 -də, rulonun rul servo motor tərəfindən qarşılandığını görə bilərsiniz. Dəstək rulon istiqamətində hərəkət etdikdə, rul servo motor bərabər, lakin əks istiqamətdə dönəcəkdir.

Şəkil 2 -də, meydança bucağının yuvarlanan servo motora bənzər bir şəkildə hərəkət edən ayrı bir servo motor tərəfindən idarə olunduğunu görə bilərsiniz.

Servo mühərrikləri bu layihə üçün yaxşı bir seçimdir, çünki Arduino vasitəsi ilə motor mövqeyini əllə və avtomatik idarə etməyimizə imkan verən mühərriki, mövqe sensoru, kiçik bir daxili mikro nəzarətçi və H körpüsünü birləşdirir. İlkin dizayn yalnız bir servo motor tələb edirdi, ancaq bir az fikirləşdikdən sonra ikisini istifadə etməyə qərar verdik. Əlavə edilmiş komponentlər Arduino LCD ekranı və Joystick idi. LCD ekranın məqsədi stabilizatorun hazırda hansı vəziyyətdə olduğunu və əllə idarə edərkən hər bir servonun cari açısını göstərməkdir.

Bütün elektrik komponentlərini tutacaq korpus yaratmaq üçün Kompüterli Dizayndan (CAD) istifadə etdik və 3D printerdən istifadə edəcəyik. Elektrik komponentlərini tutmaq üçün bir qolu da işləyəcək bir gövdə hazırladıq. IMU sensoru və joystickin quraşdırılacağı yer budur. İki eksenli idarəetmə üçün mühərriklər üçün bağlar hazırladıq.

Addım 3: Dövlət/Məntiq Diaqramı

Kod, hər biri LCD ekranda göstəriləcək üç vəziyyətdən ibarətdir. Arduino güc aldıqda, LCD ekranda "Başlatılır …" yazılacaq və MPU-6050 ilə I2C əlaqəsi başlayacaq. MPU-6050-dən alınan ilkin məlumatlar ortalamanı tapmaq üçün yazılır. Bundan sonra Arduino əllə idarəetmə rejiminə keçəcək. Burada hər iki servo mühərrik joystick ilə əl ilə tənzimlənə bilər. Joystick düyməsinə basıldığı təqdirdə, "Avtomatik Səviyyə" vəziyyətinə girəcək və sabitləşdirici platforma Yerə nisbətdə səviyyəsini qoruyacaq. Roll və ya pitch istiqamətindəki hər hansı bir hərəkət servo mühərriklər tərəfindən qarşısı alınacaq, beləliklə platforma səviyyəsi saxlanılacaq. Joystick düyməsinə başqa bir dəfə basmaqla Arduino, servo mühərriklərin kilidlənəcəyi "Heç nə etmə vəziyyəti" nə girəcək. Bu qaydada, əyalətlər joystick düyməsinə hər basmaqla dəyişməyə davam edəcək.

Addım 4: Dövrə Şeması

Yuxarıdakı görüntü, OFF rejimində olan layihə sxemimizi göstərir. Arduino Microcontroller, MPU-6050 IMU, Joystick və LCD ekranı işə salmaq üçün lazımi bağlantıları təmin edir. LiPo hüceyrələri birbaşa dəyişdiriciyə qoşulur və həm Arduino Mikrokontrolörünə, həm də hər iki servo mühərrikə enerji verir. Bu iş rejimi zamanı batareyalar 3 nöqtəli ikiqat atma (3PDT) açarının istifadəsi ilə paralel olaraq bağlanır. Açar, yükü ayırmaqla yanaşı, eyni zamanda şarj cihazını birləşdirərək hüceyrələri bir seriyadan paralel bir konfiqurasiyaya keçirməyə imkan verir. Bu, eyni zamanda batareyanın doldurulmasına imkan verir.

Açar ON rejiminə keçirildikdə, iki 3.7v hüceyrə Arduino və Servo Motorsa enerji verəcək. Bu iş rejimində, batareyalar 3 nöqtəli ikiqat atma (3PDT) açarı istifadə edərək ardıcıl olaraq bağlanır. Bu, enerji mənbəyimizdən 7.4v əldə etməyə imkan verir. Həm LCD Ekran, həm də IMU sensoru I2C rabitəsindən istifadə edir. SDA məlumatların ötürülməsi üçün istifadə olunur, SCL isə məlumat ötürülmələrini sinxronizasiya etmək üçün istifadə olunan saat xəttidir. Servo mühərriklərin hər birinin üç qurğusu var: güc, yer və məlumat. Arduino 3 və 5 -ci pinlər vasitəsilə servolarla əlaqə qurur; bu sancaqlar məlumatları daha hamar keçidlərlə ötürmək üçün Pulse Width Modulation (PWM) istifadə edir.

*Batareya Doldurma Dövrü Adafruit.com saytındandır

Addım 5: Tikinti

Bir kamera gimbalının əsas dizaynı olduqca sadədir, çünki mahiyyətcə bir kamera üçün bir qol və montajdır. Gimbal, rulon və meydança istiqamətindəki hər hansı bir hərəkəti aradan qaldırmaq üçün iki servo mühərrikdən ibarətdir. Bir Arduino Uno istifadə etmək üçün çoxlu yer tələb olunur, buna görə də bütün elektrik komponentlərini tutmaq üçün sapın altına bir korpus əlavə etdik. Korpus, tutacaq və servo motor qurğularının hamısı 3D çapda olacaq və dizaynı tam nəzarət edə bildiyimiz üçün dəyəri və ümumi ölçüləri minimuma endirməyə imkan verir. Gimbalı dizayn etməyin bir neçə yolu var, amma nəzərə alınmalı olan ən böyük amil bir servo motorun digərinə çevrilməsinin qarşısını almaqdır. Prototipdə bir servo motor əslində digərinə bağlıdır. Yenidən 3D printerlərə çıxış əldə etdikdə, yuxarıda göstərilən qolu və platformanı 3D çap edəcəyik.

*Qol və platforma dizaynları https://howtomechatronics.com/ saytından alınmışdır

Addım 6: Ümumi Tapıntılar və Potensial Təkmilləşdirmələr

Kamera gimbalsında etdiyimiz ilk araşdırma çox qorxuducu idi. Bu mövzuda çoxlu mənbələr və məlumatlar olsa da, bizim liqadan kənar bir layihə kimi görünürdü. Yavaş -yavaş başladıq, bacardığımız qədər araşdırma apardıq, amma az şey udduq. Hər həftə görüşüb əməkdaşlıq edərdik. İşlədikcə daha çox sürət qazandıq və nəticədə layihədən daha az qorxduq və daha çox həyəcanlandıq. Əlavə bir joystick və LCD ekran əlavə etsək də, layihəyə əlavə edə biləcəyimiz daha çox şey var. Əlavə edilə biləcək bir neçə təkmilləşdirmə də var, məsələn, istifadəçinin bir servo motoru digərinə çevirməsinə mane olan manuel idarəetmə məhdudiyyətləri. Bu kiçik bir problemdir və fərqli bir montaj dizaynı ilə də həll edilə bilər. Bir pan xüsusiyyətini əlavə etmək imkanlarını da müzakirə etdik. Bu, istifadəçiyə servo mühərriklərdən istifadə edərək müəyyən bir vaxtda bir ərazini sürüşdürə bilər.

Komanda olaraq hamımız birlikdə çox yaxşı işlədik. Vəziyyətlərə və yalnız faktiki olaraq görüşmə qabiliyyətinə baxmayaraq, ən yaxşısını etdik və tez -tez ünsiyyət saxladıq. Bütün hissələr və komponentlər bir şəxsə verildi və bu, qrupun qalan üzvlərinin ortaya çıxan problemlərin həllinə kömək etməsini bir qədər çətinləşdirdi. Yaranan problemləri həll edə bildik, amma hamımızın eyni materiallarımız olsaydı, kömək etməyi bir az daha asanlaşdırardı. Ümumiyyətlə, layihəmizi tamamlamağa ən böyük töhfə, hər bir üzvün layihə ilə tanış olmaq və söhbət etmək istəyinə malik olmasıdır.