Mfano Udhibiti wa Kamera (2DOF): Hatua 6

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Waandishi:

Robert de Mello e Souza, Jacob Paxton, Moises Farias

Shukrani:

Asante sana kwa Chuo Kikuu cha Majini cha California State University, mpango wake wa Teknolojia ya Uhandisi, na Dk Chang-Siu kwa kutusaidia kufanikiwa na mradi wetu katika nyakati ngumu kama hizi.

Utangulizi:

Kifaa cha kutuliza kamera, au gimbal ya kamera, ni mlima ambao unazuia kutetemeka kwa kamera na harakati zingine zisizohitajika. Mojawapo ya vidhibiti vya kwanza kuwahi kuvumbua vito vya kutumia mshtuko / chemchemi ili kupunguza mabadiliko ya ghafla katika mwendo wa kamera. Aina zingine za vidhibiti hutumia gyroscopes au fulcrums kukamilisha kazi hii hiyo. Vifaa hivi huimarisha harakati zisizohitajika hadi shoka au vipimo vitatu tofauti. Hizi ni pamoja na x, y, na z-axis. Hii inamaanisha kuwa kiimarishaji kinaweza kupunguza harakati kwa mwelekeo tofauti: roll, lami na yaw. Hii kawaida hukamilika kwa kutumia motors 3 zinazodhibitiwa na mfumo wa kudhibiti elektroniki kila moja inapingana na mhimili tofauti.

Tulivutiwa sana na mradi huu kwa sababu kadhaa. Sisi sote tunafurahiya shughuli anuwai za nje kama vile kuteleza kwenye theluji na michezo mingine. Kupata picha za hali ya juu za shughuli hizi ni ngumu kwa sababu ya kiwango cha harakati zinazohitajika. Wanandoa wetu tunamiliki kiimarishaji halisi cha kamera kilichonunuliwa kutoka duka, na kwa hivyo, tulitaka kuchunguza inachukua nini kuunda kitu kama hicho. Katika maabara yetu na madarasa ya mihadhara, tumejifunza juu ya jinsi ya kuingiliana na motors za servo kutumia Arduino, usimbuaji unaohitajika kuwafanya wafanye kazi, na nadharia nyuma ya mizunguko ya elektroniki kutusaidia kubuni mizunguko.

* KUMBUKA: Kwa sababu ya COVID-19, hatukuweza kukamilisha mradi huu kwa ukamilifu. Hii inaweza kufundishwa kwa mwongozo wa mzunguko na nambari inayohitajika kwa mfano wa kiimarishaji. Tunakusudia kukamilisha mradi wakati wowote shule itaanza tena na tunaweza kupata printa za 3D tena. Toleo lililokamilishwa litakuwa na mzunguko wa betri na nyumba iliyochapishwa ya 3D na mikono ya utulivu (iliyoonyeshwa hapa chini). Pia, tafadhali kumbuka kuwa kuzima motors za Servo mbali na usambazaji wa umeme wa Arduino 5v kwa ujumla ni tabia mbaya. Tunafanya hivi tu kuruhusu upimaji wa mfano. Ugavi tofauti wa umeme utajumuishwa katika mradi wa mwisho na umeonyeshwa kwenye mchoro wa mzunguko hapa chini.

Vifaa

-Arduino UNO Mdhibiti mdogo

-Bodi ya mkate

Kitanda cha Jumapili cha Wire

-MPU6050 Kitengo cha Upimaji wa Inertial

-MG995 Servo Motor (x2)

Moduli ya -LCD1602

Moduli ya Furaha

Hatua ya 1: Muhtasari wa Mradi

Hapo juu ni video ya mradi wetu na pia inaonyesha maonyesho ya kufanya kazi.

Hatua ya 2: Nadharia na Uendeshaji

Kwa utulivu wa kamera yetu, tulitumia motors mbili za servo kutuliza uwanja na mhimili unaotembea. Kitengo cha Upimaji wa Inertial (IMU) huongeza kasi, kasi ya angular, na nguvu ya sumaku ambayo tunaweza kutumia kuamua pembe ya kamera. Pamoja na IMU iliyounganishwa na mkutano huo, tunaweza kutumia data iliyohisi ili kukabiliana moja kwa moja na mabadiliko ya harakati ya kushughulikia na servos. Kwa kuongezea, tukiwa na Arstino Joystick, tunaweza kudhibiti shoka mbili za mzunguko, gari moja kwa kila mhimili.

Katika Mchoro 1 unaweza kuona roll hiyo inakabiliwa na motor servo motor. Wakati mpini unahamishwa kwenye mwelekeo wa roll, motor servo motor itazunguka kwa usawa lakini mwelekeo tofauti.

Katika Mchoro 2 unaweza kuona pembe ya lami inadhibitiwa na motor tofauti ya servo ambayo hufanya kwa njia sawa na motor servo motor.

Motors za Servo ni chaguo nzuri kwa mradi huu kwa sababu inachanganya motor, sensor ya msimamo, microcontroller ndogo iliyojengwa, na daraja la H ambalo linaturuhusu kudhibiti mikono na kiotomatiki nafasi ya gari kupitia Arduino. Ubunifu wa awali ulihitaji injini moja tu ya servo, lakini baada ya kutafakari, tuliamua kutumia mbili. Vipengele vya ziada vilivyoongezwa vilikuwa skrini ya Arduino LCD na Joystick. Madhumuni ya skrini ya LCD ni kuonyesha ni hali gani ambayo kiimarishaji iko sasa na pembe ya sasa ya kila servo wakati inadhibitiwa kwa mwongozo.

Ili kuunda nyumba kushikilia vifaa vyote vya umeme, tumetumia Ubunifu wa Kompyuta (CAD) na tutatumia printa ya 3D. Kushikilia vifaa vya umeme, tumebuni mwili ambao pia utafanya kama mpini. Hapa ndipo sensor ya IMU na fimbo ya kufurahisha itawekwa. Kwa udhibiti wa mhimili mara mbili, tuliunda milimani kwa motors.

Hatua ya 3: Mchoro wa Jimbo / Mantiki

Nambari hiyo ina majimbo matatu, ambayo kila moja itaonyeshwa kwenye skrini ya LCD. Wakati Arduino inapokea nguvu, skrini ya LCD itachapisha "Inazindua…" na mawasiliano ya I2C yanaanza na MPU-6050. Takwimu za awali kutoka kwa MPU-6050 zimerekodiwa kupata wastani. Baada ya hapo, Arduino itaingia katika hali ya kudhibiti mwongozo. Hapa, motors zote za servo zinaweza kubadilishwa kwa mikono na fimbo ya furaha. Ikiwa kitufe cha starehe kimeshinikizwa, basi itaingia katika hali ya "Kiwango cha Kiotomatiki" na jukwaa la kutuliza litasimamia kiwango kwa heshima na Dunia. Mwendo wowote katika mwelekeo wa roll au lami utapigwa na motors za servo, na hivyo kuweka kiwango cha jukwaa. Na kitufe kingine cha kitufe cha furaha, Arduino ataingia "Usifanye chochote Jimbo" ambapo motors za servo zitafungwa. Kwa utaratibu huo, majimbo yataendelea kubadilika kwa kila msukumo wa kitufe cha shangwe.

Hatua ya 4: Mchoro wa Mzunguko

Picha hapo juu inaonyesha mchoro wa mzunguko wa mradi katika hali ya OFF. Arduino Microcontroller hutoa unganisho muhimu ili kuendesha MPU-6050 IMU, Joystick, na onyesho la LCD. Seli za LiPo zimeunganishwa moja kwa moja na kibadilishaji na usambazaji wa nguvu kwa Arduino Microcontroller na motors zote mbili za servo. Wakati wa hali hii ya operesheni, betri zimeunganishwa sambamba na utumiaji wa ubadilishaji wa alama-tatu (3PDT). Kubadilisha huturuhusu kukata mzigo, wakati huo huo unganisha sinia na ubadilishe seli kutoka kwa safu hadi usanidi sawa. Hii pia inaruhusu malipo ya betri wakati huo huo.

Wakati swichi imegeuzwa kwa hali ya ON, seli mbili 3.7v zitatoa nguvu kwa Arduino na Servo Motors. Wakati wa hali hii ya operesheni, betri zilizounganishwa katika safu na utumiaji wa switch-point-3-point-3 (3PDT). Hii inatuwezesha kupata 7.4v kutoka kwa chanzo chetu cha nguvu. Screen za LCD na IMU hutumia mawasiliano ya I2C. SDA hutumiwa kusambaza data, wakati SCL ni laini ya saa inayotumika kusawazisha uhamishaji wa data. Motors za servo zina tatu zinazoongoza kila mmoja: nguvu, ardhi, na data. Arduino huwasiliana na servos kupitia pini 3 na 5; pini hizi hutumia upigaji wa upana wa Pulse (PWM) ili kusambaza data na mabadiliko laini.

* Mzunguko wa Kuchaji Batri unatoka Adafruit.com

Hatua ya 5: Ujenzi

Muundo wa kimsingi wa gimbal ya kamera ni rahisi sana, kwani kimsingi ni kushughulikia tu na kuweka kamera. Gimbal ina motors mbili za servos ili kukabiliana na harakati yoyote katika mwelekeo wa roll na lami. Kutumia Arduino Uno inahitaji nafasi kubwa, kwa hivyo pia tumeongeza nyumba chini ya mpini ili iwe na vifaa vyote vya umeme. Nyumba, kushughulikia na milima ya servo zote zitachapishwa 3D, ikituwezesha kupunguza gharama na saizi ya jumla, kwani tunaweza kuwa na udhibiti kamili juu ya muundo. Kuna njia kadhaa ambazo mtu anaweza kubuni gimbal, lakini jambo kubwa zaidi la kuzingatia ni kuzuia moja ya servo motor kutoka kupokezana kwenda kwa nyingine. Katika mfano, injini moja ya servo kimsingi imeambatishwa kwa nyingine. Wakati tutapata tena printa za 3D, tutachapisha 3D mkono na jukwaa lililoonyeshwa hapo juu.

* Miundo ya mkono na jukwaa ni kutoka

Hatua ya 6: Matokeo ya Jumla na Maboresho yanayowezekana

Utafiti wa awali ambao tulifanya kwenye gimbals za kamera ulikuwa wa kutisha sana. Ingawa kulikuwa na vyanzo vingi na habari juu ya mada hii, ilionekana kama mradi ambao ungekuwa nje ya ligi yetu. Tulianza pole pole, tukifanya utafiti mwingi kadiri tulivyoweza, lakini tukichukua kidogo. Kila wiki tungekutana na kushirikiana. Tulipokuwa tukifanya kazi, tulipata kasi zaidi na mwishowe tukawa chini ya hofu na kufurahi zaidi juu ya mradi huo. Wakati tuliongeza kiboreshaji cha ziada cha kufurahisha na skrini ya LCD, bado kuna mengi zaidi ambayo tunaweza kuongeza kwenye mradi huo. Pia kuna maboresho machache ambayo yanaweza kuongezwa, kama vile vizuizi kwa udhibiti wa mwongozo ambao utamzuia mtumiaji kuzungusha gari moja ya servo kwenda nyingine. Hili ni shida ndogo na inaweza pia kurekebishwa na muundo tofauti wa kuweka. Tulijadili pia uwezekano wa kuongeza kipengee cha sufuria. Hii itamruhusu mtumiaji kutumia motors za servo kuelea juu ya eneo kwa wakati maalum.

Kama timu, sisi sote tulifanya kazi pamoja vizuri sana. Licha ya hali hiyo, na uwezo tu wa kukutana karibu, tulifanikiwa zaidi na tuliwasiliana mara kwa mara. Sehemu zote na vifaa vimepewa mtu mmoja na hii ilifanya iwe ngumu kidogo kwa wengine wa kikundi kusaidia kusuluhisha shida zozote zilizokuja. Tuliweza kushughulikia maswala yaliyoibuka, lakini ikiwa sote tungekuwa na vifaa sawa, ingefanya iwe rahisi kusaidia. Kwa ujumla, mchango mkubwa katika kukamilisha mradi wetu ulikuwa uwezo wa kila mwanachama kuwa na upatikanaji na nia ya kukutana na kuzungumza juu ya mradi huo.