Kaamera stabilisaatori prototüüp (2DOF): 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Autorid:

Robert de Mello ja Souza, Jacob Paxton, Moises Farias

Tänuavaldused:

Suur tänu California osariigi ülikooli mereakadeemiale, selle inseneritehnoloogia programmile ja dr Chang-Siule, kes aitasid meil nii keerulisel ajal meie projektiga hakkama saada.

Sissejuhatus:

Kaamera stabilisaator või kaamera kardaan on kinnitus, mis hoiab ära kaamera värisemise ja muud põhjendamatud liigutused. Üks esimesi stabilisaatoreid, mis kunagi leiutas, kasutas kaamera liikumises äkiliste muutuste summutamiseks amortisaatoreid/vedrusid. Teist tüüpi stabilisaatorid kasutavad sama ülesande täitmiseks güroskoope või tugipunkte. Need seadmed stabiliseerivad soovimatuid liikumisi kuni kolmel erineval teljel või mõõtmel. Nende hulka kuuluvad x-, y- ja z-telg. See tähendab, et stabilisaator võib summutada liikumisi kolmes eri suunas: veeremine, tõus ja nihkumine. See saavutatakse tavaliselt kolme mootori abil, mida juhitakse elektroonilise juhtimissüsteemiga, millest igaüks tasakaalustab erinevat telge.

Olime sellest projektist erakordselt huvitatud mitmel põhjusel. Me kõik naudime erinevaid vaba aja tegevusi, nagu lumelauasõit ja muud spordialad. Nendest tegevustest kvaliteetse kaadri saamine on vajaliku liikumise tõttu raske. Paaril meist on poest ostetud tõeline kaamera stabilisaator ja seega tahtsime uurida, mida on vaja sellise asja loomiseks. Meie labori- ja loengutundides oleme õppinud Arduino abil servomootoritega suhtlema, nende tööks vajalikku kodeerimist ja ahelate kujundamisel elektroonilise vooluringi taga olevat teooriat.

*MÄRKUS. COVID-19 tõttu ei saanud me seda projekti tervikuna lõpule viia. See juhend on juhend stabilisaatori prototüübi jaoks vajaliku vooluringi ja koodi jaoks. Kavatseme projekti lõpule viia iga kord, kui kool jätkub, ja meil on taas juurdepääs 3D -printeritele. Valmis versioonil on aku vooluahel ja 3D-trükitud korpus koos stabilisaatoritega (näidatud allpool). Samuti pange tähele, et servomootorite väljalülitamine Arduino 5v toiteallikast on üldiselt halb tava. Me lihtsalt teeme seda, et võimaldada prototüübi katsetamist. Lõppprojekti kaasatakse eraldi toiteallikas ja see on näidatud alloleval lülitusskeemil.

Tarvikud

-Arduino UNO mikrokontroller

-Leivalaud

-Traadi hüppaja komplekt

-MPU6050 inertsiaalne mõõteseade

-MG995 servomootor (x2)

-LCD1602 moodul

-juhtkangi moodul

Samm: projekti ülevaade

Eespool on meie projekti video ja see näitab ka töötavat tutvustust.

2. samm: teooria ja toimimine

Kaamera stabiliseerimiseks kasutasime pigi ja veere telje stabiliseerimiseks kahte servomootorit. Inertsiaalne mõõtmisüksus (IMP) tuvastab kiirenduse, nurkkiirenduse ja magnetjõu, mille abil saame määrata kaamera nurga. Kui koostule on kinnitatud IMU, saame tuvastatud andmete abil käepideme liikumise muutusele servodega automaatselt vastu astuda. Lisaks saame Arduino juhtkangi abil käsitsi juhtida kahte pöörlemistelge, ühte mootorit iga telje jaoks.

Joonisel 1 näete, et rullile on rull -servomootor vastu. Kui käepidet liigutatakse rulli suunas, pöörleb rull -servomootor võrdses, kuid vastupidises suunas.

Joonisel 2 on näha, et kaldenurka juhib eraldi servomootor, mis toimib sarnaselt rull -servomootoriga.

Servomootorid on selle projekti jaoks hea valik, kuna see ühendab mootori, asendianduri, väikese sisseehitatud mikrokontrolleri ja H-silla, mis võimaldab meil Arduino kaudu mootori asendit käsitsi ja automaatselt juhtida. Esialgne disain nõudis ainult ühte servomootorit, kuid pärast mõningast kaalumist otsustasime kasutada kahte. Lisakomponentideks olid Arduino LCD -ekraan ja juhtkang. LCD -ekraani eesmärk on kuvada, millises olekus stabilisaator parajasti on ja iga servo praegune nurk käsitsijuhtimise ajal.

Kõigi elektriliste komponentide hoidmiseks mõeldud korpuse loomiseks oleme kasutanud arvutipõhist disaini (CAD) ja kasutame 3D-printerit. Elektrikomponentide hoidmiseks oleme loonud korpuse, mis toimib ka käepidemena. Siia paigaldatakse IMU andur ja juhtkang. Kaheteljeliseks juhtimiseks konstrueerisime mootoritele kinnitused.

3. samm: oleku/loogika skeem

Kood koosneb kolmest olekust, millest igaüks kuvatakse LCD -ekraanil. Kui Arduino saab voolu, prinditakse LCD-ekraanile “Initializing…” ja I2C-side alustatakse MPU-6050-ga. MPU-6050 lähteandmed registreeritakse keskmise leidmiseks. Pärast seda siseneb Arduino käsitsi juhtimisrežiimi. Siin saab mõlemat servomootorit juhtkangiga käsitsi reguleerida. Kui juhtkangi nuppu vajutatakse, läheb see olekusse „Auto Level” (automaatne nivelleerimine) ja stabiliseerimisplatvorm hoiab Maa suhtes taset. Servomootorid takistavad igasugust liikumist veeremise või sammu suunas, hoides seega platvormi tasasel tasemel. Juhtnupu teise vajutamisega siseneb Arduino olekusse „Ära tee midagi”, kus servomootorid lukustatakse. Selles järjekorras muutuvad olekud iga juhtkangi nupu vajutamisega.

4. samm: vooluahela skeem

Ülaltoodud pilt illustreerib meie projekti lülitusskeemi väljalülitatud režiimis. Arduino mikrokontroller pakub vajalikke ühendusi MPU-6050 IMU, juhtkangi ja LCD-ekraani käitamiseks. LiPo elemendid on vahetult ühendatud vahetajaga ja toidavad nii Arduino mikrokontrollerit kui ka mõlemat servomootorit. Selle töörežiimi ajal ühendatakse patareid paralleelselt 3-punktilise topeltlülitiga (3PDT). Lüliti võimaldab meil koormuse lahti ühendada, ühendades samal ajal laadija ja lülitades rakud seeriast paralleelse konfiguratsiooniga. See võimaldab ka akut üheaegselt laadida.

Kui lüliti lülitatakse ON -režiimi, annavad Arduino ja Servo Motorsile toite kaks 3,7 V elementi. Selle töörežiimi ajal ühendati patareid järjestikku, kasutades 3-punktilist topeltlülitit (3PDT). See võimaldab meil saada oma toiteallikast 7,4 volti. Nii LCD -ekraan kui ka IMU -andur kasutavad I2C -ühendust. Andmete edastamiseks kasutatakse SDA -d, SCL on kellaülekanne, mida kasutatakse andmeedastuste sünkroonimiseks. Servomootoritel on kolm juhet: toide, maandus ja andmed. Arduino suhtleb servodega tihvtide 3 ja 5 kaudu; need tihvtid kasutavad andmete edastamiseks sujuvamate üleminekutega impulsi laiuse modulatsiooni (PWM).

*Aku laadimisahel on pärit Adafruit.com -ist

5. samm: ehitamine

Kaamera kardaani põhidisain on üsna lihtne, kuna see on sisuliselt vaid kaamera käepide ja kinnitus. Kardaan koosneb kahest servomootorist, mis takistavad rull- ja sammusuunas liikumist. Arduino Uno kasutamine nõuab märkimisväärselt palju ruumi, seega lisasime käepideme allservasse ka korpuse, mis sisaldab kõiki elektrilisi komponente. Korpus, käepide ja servomootori kinnitused trükitakse 3D -vormingus, võimaldades meil minimeerida kulusid ja üldist suurust, kuna saame disaini üle täieliku kontrolli all hoida. Kardaani saab kujundada mitmel viisil, kuid suurim tegur, mida kaaluda, on vältida ühe servomootori pöörlemist teise. Prototüübis on üks servomootor sisuliselt teise külge kinnitatud. Kui meil on taas juurdepääs 3D -printeritele, prindime 3D ülaltoodud käe ja platvormi.

*Käe ja platvormi kujundused on pärit saidilt

6. samm: üldised tulemused ja võimalikud parandused

Esialgsed uuringud, mida tegime kaamera kardaanide osas, olid väga hirmutavad. Kuigi sellel teemal oli palju allikaid ja teavet, tundus see väga projektina, mis oleks meie liigast väljas. Alustasime aeglaselt, uurides nii palju kui võimalik, kuid neelates vähe. Igal nädalal kohtusime ja tegime koostööd. Töötades saime üha suuremat hoogu ja lõpuks muutusime projektiga vähem kartlikuks ja põnevamaks. Kuigi me lisasime täiendava juhtnupu ja LCD -ekraani, võiksime projektile veel palju lisada. Samuti on võimalik lisada mõned parandused, näiteks käsitsi juhtimise piirangud, mis takistaksid kasutajal ühe servomootori pööramist teise. See on väike probleem ja selle saab lahendada ka erineva paigalduskujundusega. Arutasime ka pannifunktsiooni lisamise võimalusi. See võimaldaks kasutajal kasutada servomootoreid kindla aja jooksul teatud piirkonnas liikumiseks.

Meeskonnana tegime kõik väga hästi koostööd. Hoolimata asjaoludest ja ainult võimalusest virtuaalselt kohtuda, tegime sellest parima ja suhtlesime sageli. Kõik osad ja komponendid anti ühele inimesele ja see tegi ülejäänud rühmale mõnevõrra raskemaks probleemide tõrkeotsingu. Suutsime tekkinud probleemid lahendada, kuid kui meil kõigil oleks olnud samad materjalid, oleks see hõlbustanud abistamist. Üldiselt oli suurim panus meie projekti lõpuleviimisse iga liikme võimalus olla kättesaadav ja valmis projektiga kohtuma ja vestlema.