Prototaip Kamera Penstabil (2DOF): 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Pengarang:

Robert de Mello e Souza, Jacob Paxton, Moises Farias

Ucapan terima kasih:

Terima kasih banyak kepada California State University Maritime Academy, program Teknologi Kejuruteraannya, dan Dr. Chang-Siu kerana telah membantu kami menjayakan projek kami dalam masa-masa yang sukar.

Pengenalan:

Peranti penstabil kamera, atau gimbal kamera, adalah pelekap yang mencegah goyangan kamera dan pergerakan lain yang tidak wajar. Salah satu penstabil pertama yang pernah diciptakan menggunakan penyerap kejutan / pegas untuk meredam perubahan mendadak dalam gerakan kamera. Jenis penstabil lain menggunakan giroskop atau fulkrum untuk melaksanakan tugas yang sama. Peranti ini menstabilkan pergerakan yang tidak diinginkan hingga tiga paksi atau dimensi yang berbeza. Ini termasuk paksi x, y, dan z. Ini bermaksud bahawa penstabil dapat meredam pergerakan dalam tiga arah yang berbeza: gulungan, nada, dan menguap. Ini biasanya dicapai dengan menggunakan 3 motor yang dikawal dengan sistem kawalan elektronik yang masing-masing melawan paksi yang berbeza.

Kami sangat berminat dengan projek ini kerana beberapa sebab. Kita semua menikmati pelbagai aktiviti luar seperti papan luncur salji dan sukan lain. Mendapatkan rakaman berkualiti tinggi dari aktiviti ini sukar kerana jumlah pergerakan yang diperlukan. Beberapa daripada kita memiliki penstabil kamera sebenar yang dibeli dari kedai, dan oleh itu, kami ingin menyiasat apa yang diperlukan untuk membuat sesuatu seperti itu. Di makmal dan kelas kuliah kami, kami telah belajar tentang cara berinteraksi dengan motor servo menggunakan Arduino, pengekodan yang diperlukan untuk membuatnya berfungsi, dan teori di sebalik litar elektronik untuk membantu kami merancang litar.

* CATATAN: Oleh kerana COVID-19, kami tidak dapat menyelesaikan projek ini secara keseluruhan. Petunjuk ini adalah panduan untuk litar dan kod yang diperlukan untuk prototaip penstabil. Kami berhasrat untuk menyelesaikan projek ini apabila sekolah disambung semula dan kami mempunyai akses ke pencetak 3D lagi. Versi yang lengkap akan mempunyai litar bateri dan perumahan yang dicetak 3D dengan lengan penstabil (ditunjukkan di bawah). Juga, harap maklum bahawa mematikan motor Servo dari bekalan kuasa Arduino 5v pada amnya adalah amalan yang buruk. Kami hanya melakukan ini untuk membolehkan pengujian prototaip. Bekalan kuasa yang terpisah akan dimasukkan dalam projek akhir dan ditunjukkan dalam rajah litar di bawah.

Bekalan

-Arduino UNO Mikrokontroler

- Papan roti

-Kawat Jumper Kit

-MPU6050 Unit Pengukuran Inersia

-MG995 Servo Motor (x2)

-LCD1602 Modul

-Jodul Modul

Langkah 1: Gambaran Keseluruhan Projek

Di atas adalah video projek kami dan juga menunjukkan demonstrasi yang berfungsi.

Langkah 2: Teori dan Operasi

Untuk penstabilan kamera kami, kami menggunakan dua motor servo untuk menstabilkan sumbu pitch dan roll. Unit Pengukuran Inersia (IMU) merasakan pecutan, pecutan sudut, dan daya magnet yang dapat kita gunakan untuk menentukan sudut kamera. Dengan IMU yang terpasang pada pemasangan, kita dapat menggunakan data yang dirasakan untuk secara automatik mengatasi perubahan pergerakan pegangan dengan servo. Tambahan pula, dengan Joystick Arduino, kita dapat mengendalikan dua paksi putaran secara manual, satu motor untuk setiap paksi.

Dalam Rajah 1 anda dapat melihat gulungan itu dilawan oleh motor servo roll. Oleh kerana pemegang digerakkan ke arah gulungan, motor servo gulungan akan berputar ke arah yang sama tetapi bertentangan.

Dalam Rajah 2 anda dapat melihat sudut nada dikendalikan oleh motor servo yang berasingan yang bertindak dengan cara yang serupa dengan motor servo roll.

Motor servo adalah pilihan yang baik untuk projek ini kerana menggabungkan motor, sensor kedudukan, mikrokontroler bawaan kecil, dan jambatan H yang memungkinkan kita untuk mengawal kedudukan motor secara manual dan automatik melalui Arduino. Reka bentuk awal hanya memerlukan satu motor servo, tetapi setelah beberapa pertimbangan, kami memutuskan untuk menggunakan dua motor. Komponen tambahan yang ditambahkan adalah skrin LCD Arduino dan Joystick. Tujuan layar LCD adalah untuk menunjukkan keadaan penstabil dan sudut semasa setiap servo semasa dalam kawalan manual.

Untuk membuat perumahan untuk menahan semua komponen elektrik, kami telah menggunakan Computer-Aided Design (CAD) dan akan menggunakan pencetak 3D. Untuk memegang komponen elektrik, kami telah merancang badan yang juga akan berfungsi sebagai pegangan. Di sinilah sensor dan joystick IMU akan dipasang. Untuk kawalan paksi dua, kami merancang pemasangan untuk motor.

Langkah 3: Rajah Negeri / Logik

Kod ini terdiri daripada tiga keadaan, masing-masing akan ditunjukkan pada skrin LCD. Apabila Arduino menerima kuasa, layar LCD akan mencetak "Memulakan …" dan komunikasi I2C dimulakan dengan MPU-6050. Data awal dari MPU-6050 direkodkan untuk mencari purata. Selepas itu, Arduino akan memasuki mod kawalan manual. Di sini, kedua-dua motor servo boleh disesuaikan secara manual dengan kayu bedik. Sekiranya butang kayu bedik ditekan, ia kemudian akan memasuki keadaan "Tahap Auto" dan platform penstabilan akan mengekalkan tahap berkenaan dengan Bumi. Sebarang pergerakan ke arah gulungan atau nada akan dilawan oleh motor servo, sehingga menjaga tingkat platform. Dengan menekan butang joystick yang lain, Arduino akan memasuki "Do Nothing State" di mana motor servo akan dikunci. Dalam urutan itu, keadaan akan terus berubah dengan setiap tekan butang kayu bedik.

Langkah 4: Diagram Litar

Gambar di atas menggambarkan rajah litar projek kami dalam mod MATI. Mikrokontroler Arduino menyediakan sambungan yang diperlukan untuk menjalankan MPU-6050 IMU, Joystick, dan paparan LCD. Sel LiPo disambungkan secara langsung ke penukar dan membekalkan kuasa ke kedua Arduino Microcontroller serta kedua-dua motor servo. Semasa mod operasi ini, bateri disambungkan selari dengan penggunaan suis lemparan dua titik (3PDT) 3 titik. Suis membolehkan kita memutuskan beban, sambil menyambungkan pengecas dan menukar sel dari satu siri ke konfigurasi selari secara serentak. Ini juga membolehkan bateri mengecas secara serentak.

Apabila suis dibalik ke mod ON, dua sel 3.7v akan memberi kuasa kepada Arduino dan Servo Motors. Semasa mod operasi ini, bateri dihubungkan secara bersiri dengan penggunaan suis lemparan dua titik (3PDT) 3 titik. Ini membolehkan kita memperoleh 7.4v dari sumber kuasa kita. Kedua-dua sensor Layar LCD dan IMU menggunakan komunikasi I2C. SDA digunakan untuk mengirimkan data, sementara SCL adalah garis jam yang digunakan untuk menyegerakkan pemindahan data. Motor servo mempunyai tiga petunjuk masing-masing: kuasa, tanah, dan data. Arduino berkomunikasi dengan servos melalui pin 3 dan 5; pin ini menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) untuk menghantar data dengan peralihan yang lebih lancar.

* Litar Pengisian Bateri adalah dari Adafruit.com

Langkah 5: Pembinaan

Reka bentuk asas gimbal kamera agak mudah, kerana pada dasarnya hanya pegangan dan pelekap untuk kamera. Gimbal terdiri daripada dua motor servo untuk mengatasi pergerakan apa pun dalam arah gulungan dan nada. Menggunakan Arduino Uno memerlukan sejumlah besar ruang, jadi kami juga menambahkan perumahan di bahagian bawah pemegang untuk memuat semua komponen elektrik. Pemasangan perumahan, pegangan dan motor servo semuanya akan dicetak 3D, yang membolehkan kita meminimumkan kos dan saiz keseluruhan, kerana kita dapat mengawal sepenuhnya reka bentuk. Terdapat beberapa cara seseorang dapat merancang gimbal, tetapi faktor terbesar yang harus dipertimbangkan adalah mengelakkan satu motor servo berputar ke yang lain. Dalam prototaip, satu motor servo pada dasarnya terpasang pada yang lain. Apabila kita mempunyai akses ke pencetak 3D lagi, kita akan mencetak 3D lengan dan platform yang ditunjukkan di atas.

* Reka bentuk untuk lengan dan platform adalah dari

Langkah 6: Penemuan Keseluruhan dan Peningkatan Potensi

Penyelidikan awal yang kami lakukan pada gimbal kamera sangat menakutkan. Walaupun terdapat banyak sumber dan maklumat mengenai perkara ini, nampaknya ia seperti projek yang akan keluar dari liga kami. Kami memulakan perlahan-lahan, melakukan penyelidikan sebanyak yang kami dapat, tetapi menyerap sedikit. Setiap minggu kami akan bertemu dan bekerjasama. Semasa kami bekerja, kami mendapat momentum yang semakin banyak dan akhirnya menjadi kurang takut dan lebih teruja dengan projek ini. Walaupun kami menambahkan kayu bedik dan layar LCD tambahan, masih banyak lagi yang dapat kami tambahkan pada projek ini. Terdapat juga beberapa penambahbaikan yang dapat ditambahkan, seperti sekatan pada kawalan manual yang akan mencegah pengguna memutar satu motor servo ke motor yang lain. Ini adalah masalah kecil dan juga dapat diperbaiki dengan reka bentuk pemasangan yang berbeza. Kami juga membincangkan kemungkinan menambahkan ciri kuali. Ini akan membolehkan pengguna menggunakan motor servo untuk memeriksa kawasan dalam waktu yang ditentukan.

Sebagai satu pasukan, kami semua bekerjasama dengan baik. Walaupun ada keadaan, dan hanya kemampuan untuk bertemu, kami membuat yang terbaik dan terus berkomunikasi. Semua bahagian dan komponen diberikan kepada satu orang dan ini menjadikannya lebih sukar bagi anggota kumpulan yang lain untuk membantu menyelesaikan masalah yang timbul. Kami dapat menyelesaikan masalah yang timbul, tetapi sekiranya kami semua mempunyai bahan yang sama, itu akan menjadikannya lebih mudah untuk membantu. Secara keseluruhan, sumbangan terbesar untuk menyelesaikan projek kami adalah kemampuan setiap anggota mempunyai ketersediaan dan kesediaan untuk bertemu dan berbual mengenai projek tersebut.