Прототип камера стабилизатору (2DOF): 6 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Авторлор:

Роберт де Мелло е Соуза, Джейкоб Пакстон, Моиз Фариас

Ыраазычылыктар:

Калифорния Мамлекеттик Университетинин Деңиз Академиясына, анын Инженердик Технологиялар Программасына жана Доктор Чанг-Сиюга ушундай татаал мезгилде долбоорубузду ийгиликтүү аткарууга жардам бергени үчүн чоң рахмат.

Киришүү:

Камера стабилизатору же камера гимбалы - бул камеранын титиреп кетишине жана башка негизсиз кыймылдарга жол бербөөчү тоо. Биринчи стабилизаторлордун бири камеранын кыймылынын кескин өзгөрүшүн басаңдатуу үчүн колдонулган амортизаторлорду/пружиналарды ойлоп тапкан. Стабилизаторлордун башка түрлөрү ушул эле тапшырманы аткаруу үчүн гироскопторду же таянычтарды колдонушат. Бул түзмөктөр керексиз кыймылдарды үч башка окто же өлчөмдө турукташтырат. Буларга х, у жана z огу кирет. Бул стабилизатор кыймылдарды үч башка багытта басаңдата алат дегенди билдирет: жылдыруу, чайыр жана ийүү. Бул, адатта, ар бир огуна каршы турган электрондук башкаруу системасы менен башкарылган 3 мотордун жардамы менен ишке ашат.

Биз бир нече себептерден улам бул долбоорго өзгөчө кызыкдар болдук. Баарыбыз сноуборд жана башка спорттук оюндар сыяктуу сырткы иш -чаралардан ырахат алабыз. Бул иш-аракеттердин жогорку сапаттагы кадрларын алуу кыймылдын көлөмүнө байланыштуу кыйын. Биздин жубайлар дүкөндөн сатып алынган чыныгы камера стабилизаторуна ээбиз, ошондуктан биз мындай нерсени жаратуу үчүн эмне керек экенин иликтегибиз келди. Лабораториялык жана лекциялык сабактарда биз Arduino аркылуу серво моторлору менен кантип өз ара аракеттенүү керектигин, алардын иштеши үчүн керектүү коддорду жана микросхемалардын дизайнын түзүүгө жардам берүү үчүн электрондук схеманын артындагы теорияны үйрөндүк.

*ЭСКЕРТҮҮ: COVID-19га байланыштуу, биз бул долбоорду толугу менен аягына чыгара алган жокпуз. Бул көрсөтмө стабилизатордун прототипине керектүү схемалар жана коддор үчүн колдонмо болуп саналат. Биз мектеп кайра башталып, 3D принтерлерге кайра кирүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болгондо, биз долбоорду аягына чыгарууну көздөп жатабыз. Толтурулган версияда батарейканын схемасы жана стабилизатордук колдору бар 3D басылган корпусу болот (төмөндө көрсөтүлгөн). Ошондой эле, Arduino 5v электр булагынан Servo моторлорун өчүрүү жалпысынан жаман практика экенин эске алыңыз. Биз муну прототипти сынап көрүү үчүн жасап жатабыз. Өзүнчө энергия булагы акыркы долбоорго киргизилет жана төмөндөгү схемада көрсөтүлгөн.

Жабдуулар

-Arduino UNO микроконтроллери

-Нан тактасы

-Зымдан өтүүчү комплект

-MPU6050 инерциялык өлчөө бирдиги

-MG995 Servo Motor (x2)

-LCD1602 модулу

-Джойстик модулу

1 -кадам: Долбоорго сереп

Жогоруда биздин долбоордун видеосу жана ошондой эле жумушчу демонстрация көрсөтүлгөн.

2 -кадам: Теория жана операция

Камерабыздын стабилдештирилиши үчүн, биз чайырдын жана оромдун огун турукташтыруу үчүн эки серво моторун колдондук. Инерциалдык өлчөө бирдиги (IMU) ылдамданууну, бурчтук ылдамдатууну жана камеранын бурчун аныктоо үчүн колдоно ала турган магниттик күчтү сезет. Ассамблеяга тиркелген IMU менен, биз серверлер менен туткасынын кыймылынын өзгөрүшүнө автоматтык түрдө каршы туруу үчүн сезилген маалыматтарды колдоно алабыз. Мындан тышкары, Arduino Joystick менен биз эки окту кол менен башкара алабыз, ар бир огу үчүн бир мотор.

Figure 1 сиз ролл ролво servo мотору каршы экенин көрө аласыз. Туткасы ролл багытында жылдырылгандыктан, ролл servo мотору бирдей, бирок карама -каршы багытта айланат.

2 -сүрөттө кадамдын бурчу өзүнчө серво мотору тарабынан башкарылганын көрө аласыз, ал түрмөктүн серво моторуна окшош иштейт.

Серво моторлору бул долбоор үчүн жакшы чечим, анткени ал моторду, позиция сенсорун, кичинекей микроконтроллерди жана H-көпүрөнү айкалыштырат, бул бизге Arduino аркылуу мотордун абалын кол менен жана автоматтык түрдө башкарууга мүмкүндүк берет. Баштапкы дизайн бир гана servo моторду талап кылган, бирок бир аз ойлонгондон кийин экөөнү колдонууну чечтик. Кошулган кошумча компоненттер Arduino ЖК экраны жана Джойстик болчу. ЖК экрандын максаты - стабилизатор учурда кандай абалда экенин жана кол менен башкаруу учурунда ар бир сервонун учурдагы бурчун көрсөтүү.

Бардык электрдик компоненттерди кармоого корпус түзүү үчүн биз Компьютердик Дизайнды (CAD) колдондук жана 3D принтерди колдонобуз. Электрдик тетиктерди кармоо үчүн биз туткасы катары да иштей турган корпусту иштеп чыктык. Бул жерде IMU сенсору жана джойстик орнотулат. Кош октук башкаруу үчүн биз моторлорго орнотмолорду иштеп чыктык.

3 -кадам: Мамлекеттик/логикалык диаграмма

Код үч абалдан турат, алардын ар бири ЖК экранда көрсөтүлөт. Arduino кубат алганда, LCD экраны "Initializing …" деп басып чыгарат жана I2C байланышы MPU-6050 менен башталат. MPU-6050 баштапкы маалыматтар орточо табуу үчүн жазылган. Андан кийин, Arduino кол менен башкаруу режимине кирет. Бул жерде эки серво моторун джойстик менен кол менен туураласа болот. Эгерде джойстик баскычы басылса, анда ал "Авто деңгээл" абалына кирет жана стабилдештирүүчү платформа Жерге карата деңгээлди сактап калат. Ролл же чайыр багытындагы ар кандай кыймылга servo моторлор каршы чыгат, ошону менен платформанын деңгээлин сактап калат. Джойстик баскычын дагы бир жолу басуу менен, Arduino "Эч нерсе кылбагыла" абалына кирет, мында servo моторлор кулпуланат. Бул тартипте штаттар джойстик баскычын басуу менен өзгөрүүнү улантат.

4 -кадам: Райондук диаграмма

Жогорудагы сүрөт өчүрүү режиминде биздин долбоордун схемасын көрсөтөт. Arduino Microcontroller MPU-6050 IMU, Джойстикти жана ЖК дисплейди иштетүү үчүн керектүү байланыштарды камсыз кылат. LiPo клеткалары алмаштыргычка түздөн -түз туташып, Arduino микроконтроллерине, ошондой эле серво моторлоруна энергия беришет. Бул иштөө режиминде, батарейкалар 3-чекиттүү кош ыргытуу (3PDT) которгучтун колдонулушу менен параллель туташтырылган. Коммутатор жүктү ажыратууга мүмкүнчүлүк берет, ошол эле учурда заряддагычты туташтырып, клеткаларды сериядан параллель конфигурацияга которот. Бул батарейканы бир убакта заряддоого мүмкүнчүлүк берет.

Которуу ON режимине которулганда, 3.7v эки клетка Arduino жана Servo Motorsко энергия берет. Бул иштөө режиминде, батарейкалар 3-чекиттүү кош ыргытуу (3PDT) колдонуу менен катар туташтырылган. Бул бизге энергия булагынан 7.4v алууга мүмкүнчүлүк берет. ЖК экран жана IMU сенсорлору I2C байланышын колдонушат. SDA маалыматтарды берүү үчүн колдонулат, ал эми SCL - бул маалыматтарды берүүнү синхрондоштуруу үчүн колдонулган саат линиясы. Серво моторлорунда үч жол бар: күч, жер жана маалымат. Arduino 3 жана 5 -пиндер аркылуу сервос менен байланышат; бул казыктар маалыматтарды жылмакай өтүүлөр менен берүү үчүн Pulse Width Modulation (PWM) колдонушат.

*Батареяны кубаттоо схемасы Adafruit.com сайтынан алынган

5 -кадам: Курулуш

Камеранын гимбалынын негизги дизайны абдан жөнөкөй, анткени ал камера үчүн жөн гана туткасы жана тоосу. Гимбал түрмөктөгү жана чайыр багыттарындагы ар кандай кыймылга каршы туруу үчүн эки сервоприводдон турат. Arduino Uno колдонуу үчүн бир топ мейкиндик талап кылынат, андыктан биз бардык электр компоненттерин камтыган туткасынын түбүнө корпус коштук. Корпустун, туткасынын жана серво кыймылдаткычтарынын баары 3D принтерде болот, бул бизге чыгымды жана жалпы көлөмдү азайтууга мүмкүндүк берет, анткени биз дизайнды толук көзөмөлдөй алабыз. Гимбалды долбоорлоонун бир нече жолу бар, бирок эң чоң фактор - бул бир servo мотордун башкасына айланышына жол бербөө. Прототипте бир servo мотор негизинен экинчисине тиркелет. Кайра 3D принтерлерге кирүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болгондо, биз жогоруда көрсөтүлгөн колду жана платформаны 3D басып чыгарабыз.

*Кол жана платформа үчүн дизайндар

6 -кадам: Жалпы жыйынтыктар жана потенциалдуу жакшыртуулар

Камера гимбалдары боюнча биз жасаган алгачкы изилдөө абдан коркунучтуу болчу. Бул темада көптөгөн булактар жана маалыматтар бар болсо да, бул биздин лигадан чыга турган долбоор сыяктуу көрүндү. Биз акырындык менен баштадык, мүмкүн болушунча көп изилдөө жүргүзө баштадык, бирок аз. Ар жума сайын жолугуп, кызматташып турчубуз. Биз иштеп жатканда, биз барган сайын көбүрөөк күчкө ээ болуп, акырында азыраак коркуп, долбоорго көбүрөөк кызыгып калдык. Биз кошумча джойстикти жана ЖК экранды кошконубуз менен, долбоорго дагы көп нерселерди кошо алабыз. Колдонуучуга бир servo моторду экинчисине айландырууга тоскоол боло турган кол менен башкарууга чектөөлөр сыяктуу бир нече жакшыртуулар дагы бар. Бул кичинекей көйгөй жана аны башка монтаж дизайны менен чечсе болот. Биз ошондой эле пан өзгөчөлүгүн кошуу мүмкүнчүлүктөрүн талкууладык. Бул колдонуучуга servo моторлорун белгилүү бир убакытта бир аймакты айланып өтүүгө мүмкүндүк берет.

Команда болуп баарыбыз абдан жакшы иштедик. Шарттарга жана иш жүзүндө жолугушуу мүмкүнчүлүгүнө карабастан, биз аны эң жакшы кылып, тез -тез байланышып турдук. Бардык бөлүктөр жана компоненттер бир адамга берилген жана бул топтун калган мүчөлөрүнө келип чыккан көйгөйлөрдү чечүүгө жардам берүүнү бир аз кыйындатты. Биз пайда болгон маселелерди чече алдык, бирок баарыбызда бирдей материалдар болгондо, жардам берүүнү бир аз жеңилдетмек. Жалпысынан алганда, биздин долбоорду аяктоодогу эң чоң салым - бул ар бир мүчөнүн долбоор менен таанышууга жана баарлашууга даяр болушу.