Прототип камер тогтворжуулагч (2DOF): 6 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Зохиогчид:

Роберт де Мелло е Соуза, Жэйкоб Пакстон, Моизес Фариас

Талархал:

Ийм хүнд хэцүү үед бидний төслийг амжилттай хэрэгжүүлэхэд тусалсан Калифорнийн мужийн их сургуулийн тэнгисийн академи, инженерчлэлийн технологийн хөтөлбөр, доктор Чан Сиу нартаа маш их баярлалаа.

Танилцуулга:

Камер тогтворжуулах төхөөрөмж буюу камер гимбал нь камерыг сэгсрэх болон бусад үндэслэлгүй хөдөлгөөнөөс хамгаалдаг бэхэлгээ юм. Анхны тогтворжуулагчдын нэг нь камерын хөдөлгөөнд гарсан гэнэтийн өөрчлөлтийг намжаах зорилгоор амортизатор/пүршийг зохион бүтээжээ. Бусад төрлийн тогтворжуулагчид ижил үүргийг гүйцэтгэхийн тулд гироскоп эсвэл тулгуурыг ашигладаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь гурван өөр тэнхлэг эсвэл хэмжээсээр хүсээгүй хөдөлгөөнийг тогтворжуулдаг. Үүнд x, y, z тэнхлэг орно. Энэ нь тогтворжуулагч нь өнхрөх, давирхай, эвхэх гэсэн гурван өөр чиглэлд хөдөлгөөнийг бууруулж чадна гэсэн үг юм. Энэ нь ихэвчлэн өөр өөр тэнхлэгтэй харьцдаг электрон хяналтын системээр хянагддаг 3 мотор ашиглан хийгддэг.

Бид хэд хэдэн шалтгааны улмаас энэ төслийг онцгой сонирхож байсан. Бид бүгдээрээ цасан урлалын болон бусад спорт гэх мэт гадаа хийх олон төрлийн арга хэмжээнд дуртай. Шаардлагатай хөдөлгөөний улмаас эдгээр үйл ажиллагааны өндөр чанартай бичлэг авах нь хэцүү байдаг. Бидний хосууд дэлгүүрээс худалдаж авсан жинхэнэ камер тогтворжуулагчтай тул ийм зүйл бүтээхэд юу шаардлагатай байгааг судлахыг хүссэн юм. Бид лаборатори, лекцийн ангиудаас Arduino ашиглан servo мотортой хэрхэн харьцах, тэдгээрийг ажиллуулахад шаардагдах кодчилол, хэлхээг зохион бүтээхэд туслах электрон хэлхээний онолын талаар олж мэдсэн.

*ТАЙЛБАР: COVID-19-ийн улмаас бид энэ төслийг бүхэлд нь дуусгаж чадаагүй. Энэхүү зааварчилгаа нь тогтворжуулагчийн прототипт шаардлагатай хэлхээ, кодын гарын авлага юм. Бид сургуулиа үргэлжлүүлж, дахин 3D принтер ашиглах боломжтой болоход төслийг дуусгах бодолтой байна. Дууссан хувилбар нь батерейны хэлхээ, тогтворжуулагч гартай 3D хэвлэсэн орон сууцтай байх болно (доор харуулав). Түүнчлэн Servo моторыг Arduino 5v цахилгаан тэжээлээс салгах нь ерөнхийдөө буруу практик гэдгийг анхаарна уу. Прототипийг туршихын тулд бид үүнийг хийж байна. Тусдаа цахилгаан хангамжийг эцсийн төсөлд оруулах бөгөөд доорх хэлхээний диаграммд харуулав.

Хангамж

-Arduino UNO микроконтроллер

-Талхны самбар

-Утас холбогч хэрэгсэл

-MPU6050 инерцийн хэмжих нэгж

-MG995 Servo мотор (x2)

-LCD1602 модуль

-Тоглоомын модуль

Алхам 1: Төслийн тойм

Дээрх нь манай төслийн видео бөгөөд ажлын жагсаал юм.

Алхам 2: Онол ба үйл ажиллагаа

Камераа тогтворжуулахын тулд бид давирхай ба өнхрөх тэнхлэгийг тогтворжуулахын тулд хоёр servo мотор ашигласан. Инерцийн хэмжилтийн нэгж (IMU) нь камерын өнцгийг тодорхойлоход ашиглаж болох хурдатгал, өнцгийн хурдатгал, соронзон хүчийг мэдэрдэг. IMU -ийг угсралтад хавсаргасан тул бид мэдэрсэн өгөгдлийг ашиглан бариулын хөдөлгөөний өөрчлөлтийг автоматаар эсэргүүцэх боломжтой болно. Цаашилбал, Arduino Joystick -ийн тусламжтайгаар бид тэнхлэг тус бүрт нэг мотортой хоёр тэнхлэгийн эргэлтийг хянах боломжтой.

1 -р зурагт өнхрөхийг өнхрөх servo мотор эсэргүүцэж байгааг харж болно. Бариулыг өнхрөх чиглэлд хөдөлгөхөд өнхрөх servo мотор тэнцүү боловч эсрэг чиглэлд эргэх болно.

Зураг 2 -т давирхай өнцгийг тусдаа servo мотороор удирддаг болохыг харж болно.

Servo моторууд нь мотор, байрлал мэдрэгч, жижиг оврын микроконтроллер, H-гүүрийг хослуулдаг тул энэхүү төслийн хувьд хамгийн сайн сонголт юм. Анхны загвар нь зөвхөн нэг servo моторыг шаарддаг байсан боловч нэлээд удаан ярилцсаны эцэст бид хоёр хөдөлгүүрийг ашиглахаар шийдсэн. Нэмэлт бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь Arduino LCD дэлгэц, Joystick байв. LCD дэлгэцийн зорилго нь гарын авлагын удирдлагад тогтворжуулагч ямар төлөвт байгаа болон серво бүрийн өнөөгийн өнцгийг харуулах явдал юм.

Цахилгааны бүх эд ангиудыг багтаах орон сууцыг бий болгохын тулд бид Компьютерийн тусламжтай дизайн (CAD) ашигласан бөгөөд 3D принтер ашиглах болно. Цахилгаан эд ангиудыг барихын тулд бид бариулын үүргийг гүйцэтгэх биеийг зохион бүтээжээ. Энд IMU мэдрэгч ба джойстик суурилуулах болно. Давхар тэнхлэгийг удирдахын тулд бид моторын бэхэлгээг зохион бүтээсэн.

Алхам 3: Төлөв/логик диаграм

Код нь гурван төлөвөөс бүрдэх бөгөөд тус бүрийг LCD дэлгэц дээр харуулна. Arduino хүчийг хүлээн авмагц LCD дэлгэц нь "Initializing …" гэж хэвлэх бөгөөд IUC холболтыг MPU-6050 ашиглан эхлүүлнэ. Дундаж утгыг олохын тулд MPU-6050-ийн анхны өгөгдлийг бүртгэдэг. Үүний дараа Arduino гарын авлагын хяналтын горимд орно. Энд servo мотор хоёуланг нь джойстик ашиглан гараар тохируулж болно. Хэрэв джойстик товчлуур дарагдсан бол "Авто түвшин" төлөвт орж тогтворжуулах платформ нь Дэлхийтэй харьцуулахад түвшинг хадгалах болно. Өнхрөх эсвэл давирхай чиглэлийн аливаа хөдөлгөөнийг servo мотор эсэргүүцэж, ингэснээр тавцангийн түвшинг хадгална. Жойстик товчлуурыг дарахад Arduino нь "Юу ч хийхгүй байх" горимд орж, servo мотор түгжигдэх болно. Ийм дарааллаар мужууд joystick товчлуурыг дарах бүрт өөрчлөгдөх болно.

Алхам 4: Хэлхээ диаграм

Дээрх зураг нь манай төслийн схемийг OFF горимд харуулав. Arduino микроконтроллер нь MPU-6050 IMU, Joystick, LCD дэлгэцийг ажиллуулахад шаардлагатай холболтуудыг өгдөг. LiPo эсүүд нь солигчтой шууд холбогддог бөгөөд Arduino микроконтроллер болон servo мотор хоёуланг нь тэжээлээр хангадаг. Энэ горимын үед батерейг 3 цэгийн хоёр шидэлт (3PDT) унтраалга ашиглахтай зэрэгцүүлэн холбодог. Шилжүүлэгч нь ачааллыг салгаж, цэнэглэгчийг нэгэн зэрэг холбож, эсүүдийг цувралаас зэрэгцээ тохиргоонд шилжүүлэх боломжийг олгодог. Энэ нь батерейг нэгэн зэрэг цэнэглэх боломжийг олгодог.

Шилжүүлэгчийг асаах горимд шилжихэд 3.7v -ийн хоёр үүр нь Arduino болон Servo Motors -ийг тэжээх болно. Энэ горимын үед батерейг 3 цэгийн хоёр шидэлт (3PDT) шилжүүлэгч ашиглан цувралаар холбосон. Энэ нь 7.4V -ийг эрчим хүчний эх үүсвэрээс авах боломжийг бидэнд олгодог. LCD дэлгэц ба IMU мэдрэгч хоёулаа I2C холболтыг ашигладаг. SDA нь өгөгдөл дамжуулахад хэрэглэгддэг бол SCL нь өгөгдөл дамжуулах синхрончлоход ашигладаг цаг шугам юм. Серво моторууд нь хүч, газардуулга, өгөгдөл гэсэн гурван хар тугалгатай байдаг. Arduino нь 3 ба 5 -р тээглүүрээр servos -той холбогддог; Эдгээр тээглүүр нь өгөгдлийг илүү зөөлөн шилжүүлэхийн тулд Pulse Width Modulation (PWM) ашигладаг.

*Батерейг цэнэглэх хэлхээг Adafruit.com дээрээс авсан болно

Алхам 5: Барилга

Гимбал камерын үндсэн загвар нь маш энгийн бөгөөд энэ нь үндсэндээ камерын бариул, бэхэлгээ юм. Гимбал нь өнхрөх ба давирхай дахь аливаа хөдөлгөөнийг эсэргүүцэх хоёр servos мотороос бүрдэнэ. Arduino Uno ашиглах нь ихээхэн хэмжээний зай шаарддаг тул бариулын доод хэсэгт бүх цахилгаан эд ангиудыг багтаасан орон сууц нэмж өгсөн. Орон сууц, бариул ба servo моторын бэхэлгээг бүхэлд нь 3D хэлбэрээр хэвлэх бөгөөд дизайныг бүрэн хянах боломжтой тул өртөг, нийт хэмжээг багасгах боломжтой болно. Gimbal -ийг зохион бүтээх хэд хэдэн арга байдаг боловч хамгийн чухал хүчин зүйл бол нэг servo моторыг нөгөө рүү эргүүлэхээс зайлсхийх явдал юм. Прототипт нэг servo мотор үндсэндээ нөгөөдөө наалддаг. 3D принтерт дахин нэвтрэх боломжтой бол бид дээрх гар болон платформыг 3D хэвлэх болно.

*Гар ба тавцангийн загварыг https://howtomechatronics.com/ дээрээс авна уу.

Алхам 6: Ерөнхий үр дүн ба боломжит сайжруулалт

Бидний камерын gimbals дээр хийсэн анхны судалгаа маш аймшигтай байсан. Энэ сэдвээр олон тооны эх сурвалж, мэдээлэл байсан ч энэ нь манай лигээс гарах төсөл шиг санагдсан. Бид аажмаар эхлүүлж, аль болох их судалгаа хийж байсан ч бага хэмжээгээр шингээж авлаа. Долоо хоног бүр бид уулзаж, хамтран ажиллах болно. Ажиллаж байхдаа бид улам бүр эрч хүчээ авч, эцэстээ төслийн талаар айдас, сэтгэл хөдлөлөө бууруулж эхлэв. Бид нэмэлт джойстик болон LCD дэлгэц нэмсэн ч төсөлд нэмж оруулах зүйлүүд их байгаа. Түүнчлэн гарын авлагын хяналтыг хязгаарлах гэх мэт хэд хэдэн сайжруулалтыг нэмж болно, ингэснээр хэрэглэгч нэг servo моторыг нөгөө рүү эргүүлэхээс сэргийлнэ. Энэ бол жижиг асуудал бөгөөд угсралтын өөр загвараар засах боломжтой. Бид мөн хайруулын таваг нэмэх боломжуудын талаар ярилцсан. Энэ нь хэрэглэгчийг servo мотор ашиглан тодорхой хугацаанд талбайг тойрон гарах боломжийг олгоно.

Багаар бид бүгдээрээ маш сайн хамтарч ажилласан. Нөхцөл байдал, зөвхөн уулзах чадвартай байсан ч бид хамгийн сайнаараа хийж, байнга харилцдаг байсан. Бүх эд анги, эд ангиудыг нэг хүнд өгсөн бөгөөд энэ нь бусад гишүүдэд гарч ирсэн аливаа асуудлыг шийдвэрлэхэд туслахад хэцүү болгосон. Бид үүссэн асуудлуудыг шийдвэрлэх боломжтой байсан, гэхдээ бүгд ижил материалтай байсан бол энэ нь туслахад арай хялбар болно. Ерөнхийдөө манай төслийг дуусгахад оруулсан хамгийн том хувь нэмэр бол гишүүн бүр төслийн талаар уулзаж, ярилцах боломжтой байх, бэлэн байх явдал юм.