Камера тұрақтандырғышының прототипі (2DOF): 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Авторлар:

Роберт де Мелло е Соуза, Джейкоб Пакстон, Моиз Фариас

Алғыс:

Калифорния Мемлекеттік Университетінің Теңіз академиясына, оның инженерлік технологиялар бағдарламасына және доктор Чанг-Сиюға бізге осындай қиын уақытта біздің жобада табысқа жетуге көмектескені үшін үлкен рахмет.

Кіріспе:

Камера тұрақтандырғыш құрылғысы немесе камералық гимбал - бұл камераның шайқалуы мен басқа негізсіз қозғалыстарды болдырмайтын бекітпе. Камера қозғалысының кенеттен өзгеруін бәсеңдету үшін қолданылған амортизаторларды/серіппелерді ойлап тапқан алғашқы тұрақтандырғыштардың бірі. Дәл осындай тапсырманы орындау үшін тұрақтандырғыштардың басқа түрлері гироскоптарды немесе тіректерді қолданады. Бұл құрылғылар қажет емес қозғалыстарды үш түрлі оське немесе өлшемге дейін тұрақтандырады. Оларға x, y және z осі кіреді. Бұл тұрақтандырғыш қозғалысты үш түрлі бағытта бәсеңдете алатынын білдіреді: айналдыру, қадам және иіру. Бұл әдетте әр түрлі оське қарсы әрекет ететін электронды басқару жүйесімен басқарылатын 3 қозғалтқыштың көмегімен жүзеге асады.

Біз бірнеше себептерге байланысты бұл жобаға қызығушылық таныттық. Барлығымыз сноуборд және басқа спорт сияқты ашық ауада әр түрлі іс -шараларды ұнатамыз. Қажетті қозғалыс көлеміне байланысты бұл әрекеттердің жоғары сапалы кадрларын алу қиын. Біздің ерлі -зайыптылардың әрқайсысы дүкеннен сатып алынған камера тұрақтандырғышына ие, сондықтан біз осындай нәрсені жасау үшін не қажет екенін зерттегіміз келді. Біздің зертханалық және дәріс сабақтарында біз Arduino көмегімен сервоқозғалтқыштармен қалай әрекеттесу керектігін, олардың жұмыс істеуі үшін қажетті кодтауды және тізбектерді жобалауға көмектесетін электронды схеманың теориясы туралы білдік.

*ЕСКЕРТУ: COVID-19-ға байланысты біз бұл жобаны толығымен аяқтай алмадық. Бұл нұсқаулық тұрақтандырғыштың прототипі үшін қажетті схемаға және кодқа арналған нұсқаулық болып табылады. Біз мектепті жалғастырған кезде және 3D принтерлерге қайта қол жеткізе отырып, жобаны аяқтауға ниеттіміз. Аяқталған нұсқада батарея схемасы мен тұрақтандырғыш тұтқалары бар 3D басып шығарылған корпус болады (төменде көрсетілген). Сонымен қатар, Arduino 5v қуат көзінен Servo қозғалтқыштарын өшіру әдетте жаман тәжірибе екенін ескеріңіз. Біз мұны прототипті сынауға мүмкіндік беру үшін жасаймыз. Бөлек қуат көзі соңғы жобаға қосылады және төмендегі схемада көрсетілген.

Жабдықтар

-Arduino UNO микроконтроллері

-Нан тақтасы

-Сымнан өтуге арналған жинақ

-MPU6050 инерциялық өлшеу бірлігі

-MG995 серво қозғалтқышы (x2)

-LCD1602 модулі

-Джойстик модулі

1 -қадам: Жобаға шолу

Жоғарыда біздің жобаның бейнесі, сонымен қатар жұмыс демонстрациясы көрсетілген.

2 -қадам: Теория және операция

Камераны тұрақтандыру үшін біз қадам мен айналу осін тұрақтандыру үшін екі серво қозғалтқышты қолдандық. Инерциялық өлшеу бірлігі (IMU) үдетуді, бұрыштық үдеуді және камераның бұрышын анықтау үшін қолдануға болатын магниттік күшті сезеді. Аспапқа бекітілген IMU көмегімен, біз сервистің көмегімен тұтқаның қозғалысының өзгеруіне автоматты түрде қарсы тұру үшін сезілген деректерді қолдана аламыз. Сонымен қатар, Arduino Joystick көмегімен біз екі осьтің айналу осін қолмен басқара аламыз, әр ось үшін бір қозғалтқыш.

1 -суретте орамға орама сервоқозғалтқыш қарсы тұрғанын көруге болады. Тұтқаны айналдыру бағытында жылжытқанда, орама сервоқозғалтқышы тең, бірақ қарама -қарсы бағытта айналады.

2 -суретте қадам бұрышы айналмалы серво қозғалтқышына ұқсас әрекет ететін бөлек серво қозғалтқышы арқылы басқарылатынын көруге болады.

Серво қозғалтқыштары-бұл жоба үшін жақсы таңдау, себебі ол қозғалтқышты, орналасу сенсорын, шағын кіріктірілген микроконтроллерді және H-көпірді біріктіреді, бұл бізге Arduino арқылы қозғалтқыштың жағдайын қолмен және автоматты түрде басқаруға мүмкіндік береді. Бастапқы дизайн тек бір серво қозғалтқышты талап етті, бірақ біраз ойланғаннан кейін біз екеуін қолдануға шешім қабылдадық. Қосымша компоненттерге Arduino СКД экраны мен Джойстик қосылды. СКД экранының мақсаты - қолмен басқару кезінде тұрақтандырғыштың қазіргі күйі мен әр серводтың ағымдағы бұрышы.

Барлық электрлік компоненттерге арналған корпус құру үшін біз компьютерлік дизайнды қолдандық (CAD) және 3D принтерді қолданамыз. Электрлік компоненттерді ұстау үшін біз тұтқаның рөлін атқаратын корпусты жасадық. Бұл жерде IMU сенсоры мен джойстик орнатылады. Қос осьті басқару үшін біз қозғалтқыштарға бекітпелер жасадық.

3 -қадам: күй/логикалық диаграмма

Код үш күйден тұрады, олардың әрқайсысы СКД экранында көрсетіледі. Arduino қуат алған кезде, СКД экранында «Initializing …» жазуы шығады және MPU-6050 көмегімен I2C байланысы басталады. Орташа мәнді табу үшін MPU-6050-ден алынған бастапқы деректер жазылады. Осыдан кейін Arduino қолмен басқару режиміне өтеді. Мұнда екі серво қозғалтқышты джойстик көмегімен қолмен реттеуге болады. Егер джойстик түймесі басылса, ол «Авто деңгей» күйіне өтеді және тұрақтандырғыш платформа Жерге қатысты деңгейін сақтайды. Орамдағы немесе қадамдық бағыттағы кез келген қозғалысқа сервоқозғалтқыштар қарсы болады, осылайша платформа деңгейін сақтайды. Джойстик батырмасын тағы бір рет басу арқылы Arduino «ештеңе жасамаңыз» күйіне өтеді, онда серво қозғалтқыштары құлыпталады. Бұл тәртіпте штаттар джойстик түймесін басқан сайын өзгере береді.

4 -қадам: схема

Жоғарыдағы сурет ӨШІРУ режимінде біздің жобаның схемасын көрсетеді. Arduino микроконтроллері MPU-6050 IMU, Джойстик пен СКД дисплейін іске қосу үшін қажетті қосылымдарды қамтамасыз етеді. LiPo ұяшықтары ауыстырғышқа тікелей қосылады және Arduino микроконтроллеріне де, серво қозғалтқыштарына да қуат береді. Бұл жұмыс режимінде батареялар 3 нүктелі қос лақтыру (3PDT) қосқышын қолданумен қатар қосылады. Коммутатор жүктемені ажыратуға мүмкіндік береді, сонымен қатар зарядтағышты қосады және ұяшықтарды сериядан параллель конфигурацияға ауыстырады. Бұл сонымен қатар батареяны бір уақытта зарядтауға мүмкіндік береді.

Коммутатор ҚОСУ режиміне ауысқанда, 3.7в екі ұяшық Arduino мен Servo Motors -ты қуатпен қамтамасыз етеді. Бұл жұмыс режимінде батареялар 3 нүктелі қос лақтыру (3PDT) қосқышын қолдана отырып, тізбектей қосылады. Бұл бізге қуат көзінен 7,4 В алуға мүмкіндік береді. СКД экраны мен IMU сенсоры I2C байланысын қолданады. SDA деректерді беру үшін пайдаланылады, ал SCL - деректерді тасымалдауды синхрондау үшін қолданылатын сағаттық желі. Серво қозғалтқыштарының әрқайсысында үш сым бар: қуат, жер және деректер. Arduino серверлермен 3 және 5 түйреуіштер арқылы байланысады; бұл түйреуіштер импульстік ен модуляциясын (PWM) пайдаланып, деректерді тегіс ауысулармен жібереді.

*Батареяны зарядтау схемасы Adafruit.com сайтынан алынған

5 -қадам: құрылыс

Камера гимбалының негізгі дизайны өте қарапайым, себебі ол камераның тұтқасы мен бекітпесі ғана. Гимбал орамдағы және қадамдық бағыттағы кез келген қозғалысқа қарсы тұру үшін екі серво қозғалтқышынан тұрады. Arduino Uno -ны пайдалану үшін көп орын қажет, сондықтан біз тұтқаның түбіне корпусты қостық, оған барлық электрлік компоненттер кіреді. Корпус, тұтқа және серво қозғалтқыш қондырғылары 3D басып шығарылады, бұл бізге шығындарды және жалпы көлемді барынша азайтуға мүмкіндік береді, өйткені біз дизайнды толық бақылауға аламыз. Гимбалды жобалаудың бірнеше әдісі бар, бірақ ең маңызды фактор - бұл бір серво қозғалтқышының екіншісіне айналуын болдырмау. Прототипте бір серво қозғалтқышы екіншісіне бекітілген. 3D принтерлерге қайтадан қол жеткізе отырып, біз жоғарыда көрсетілген білік пен платформаны 3D басып шығарамыз.

*Қол мен платформаның дизайны https://howtomechatronics.com/ сайтынан алынған.

6 -қадам: Жалпы нәтижелер мен ықтимал жақсартулар

Біз камералық гимбалдарда жасаған алғашқы зерттеулер өте қорқынышты болды. Бұл туралы көптеген ақпарат көздері мен ақпараттар болғанмен, бұл біздің лигадан тыс болатын жоба сияқты көрінді. Біз баяу бастадық, мүмкіндігінше көп зерттеулер жүргіздік, бірақ аз сіңірдік. Біз апта сайын кездесіп, ынтымақтастықта боламыз. Біз жұмыс істей отырып, біз одан сайын серпінге ие болдық, сайып келгенде, қорқыныш пен жобаға деген қызығушылығымыз төмендеді. Біз қосымша джойстик пен СКД экранын қосқанымызбен, жобаға әлі де көп нәрсе қосуға болады. Сондай -ақ, қолданушыға бір серво қозғалтқышты екіншісіне айналдыруға кедергі болатын қолмен басқаруға шектеулер сияқты қосуға болатын бірнеше жақсартулар бар. Бұл кішігірім мәселе және оны басқа монтаждық дизайнмен шешуге болады. Біз сонымен қатар табаны қосу мүмкіндігін талқыладық. Бұл пайдаланушыға серво қозғалтқыштарын белгілі бір уақытта аймақты айналдыруға мүмкіндік береді.

Команда ретінде біз бәріміз өте жақсы жұмыс жасадық. Жағдайларға және тек іс жүзінде кездесу мүмкіндігіне қарамастан, біз оны жақсырақ жасадық және жиі қарым -қатынаста болдық. Барлық бөлшектер мен компоненттер бір адамға берілді, бұл топтың қалған мүшелеріне туындаған мәселелерді шешуге көмектесуді қиындатты. Біз туындаған мәселелерді шеше алдық, бірақ егер бізде бірдей материалдар болса, бұл көмектесуді сәл жеңілдетер еді. Тұтастай алғанда, біздің жобаны аяқтаудағы ең үлкен үлес - бұл әр мүшенің жоба бойынша кездесуге және сөйлесуге дайын болу мүмкіндігі.