Roll and Pitch Axis Gimbal untuk GoPro Menggunakan Arduino - Servo dan MPU6050 Gyro: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Instruksional ini dibuat untuk memenuhi keperluan projek Makecourse di University of South Florida (www.makecourse.com)

Matlamat projek ini adalah untuk membina Gimbal 3 paksi untuk GoPro dengan menggunakan Arduino nano + 3 servo motor + MPU6050 gyro / accelerometer. Dalam projek ini, saya mengawal paksi 2 (Roll and yaw) dengan menggunakan giro mikro / akselerometer MPU6050, paksi ketiga (menguap) dikendalikan dari jarak jauh dan manual dengan bantuan aplikasi HC-05 dan Arduino BlueControl yang terdapat di Android App Store.

Karya ini juga merangkumi semua fail reka bentuk 3D komponen mekanikal Gimbal. Saya berkongsi fail.stl untuk mencetak 3D dan fail reka bentuk 3D dengan mudah di bahagian bawah.

Pada awal projek saya, rancangan saya adalah untuk membina gimbal 3 paksi dengan 3 motor tanpa berus, kerana motor tanpa berus halus dan lebih responsif berbanding motor servo. Motor tanpa berus digunakan dalam aplikasi berkelajuan tinggi, jadi kita dapat menyesuaikan kecepatan ESC (pengawal) pembelian motor. Tetapi untuk dapat menggunakan motor tanpa berus dalam projek Gimbal, saya menyedari bahawa saya harus menggerakkan motor tanpa berus seperti servo. Pada motor servo, kedudukan motor diketahui. Tetapi pada motor tanpa berus, kita tidak mengetahui kedudukan motor, jadi ini adalah kelemahan motor tanpa berus yang tidak dapat saya fikirkan bagaimana menggerakkannya. Pada akhirnya saya memutuskan untuk menggunakan 3 motor servo MG995 untuk projek Gimbal yang memerlukan tork tinggi. Saya mengawal 2 motor servo untuk sumbu gulungan dan nada dengan menggunakan MPU6050 giro, dan saya mengawal motor servo sumbu yaw dengan menggunakan aplikasi bluetooth dan Android HC-05.

Langkah 1: Komponen

Komponen yang saya gunakan dalam projek ini;

1- Arduino Nano (1 unit) (Micro usb)

2- Motor servo MG995 (3 unit)

3- GY-521 MPU6050 3 axis Accelerometer / Gyroscope (1 unit)

4- Modul Bluetooth HC-05 (Untuk mengawal paksi yaw (Servo3) dari jarak jauh)

Pengecas mudah alih mikro usb 4- 5V

Langkah 2: Melaksanakan 3 Servo Motors + MPU6050 Gyro + HC-05

Pendawaian Servo

Servo1 (Roll), Servo2 (Pitch), Servo3 (Yaw)

Motor servo mempunyai 3 wayar: VCC (merah), GND (coklat atau hitam), PWM (kuning).

D3 => Servo1 PWM (wayar kuning)

D4 => Servo2 PWM (wayar kuning)

D5 => Servo3 PWM (wayar kuning)

5V PIN Arduino => VCC (merah) 3 motor servo.

PIN GND Arduino => GND (coklat atau hitam) 3 motor servo

Pendawaian gyro MPU6050

A4 => SDA

A5 => SCL

3.3 V PIN Arduino => VCC MPU6050

PIN GND Arduino => GND MPU6050

Pendawaian Bluetooth HC-05

D9 => TX

D10 => RX

3.3 V PIN Arduino => VCC Bluetooth HC-05

PIN GND Arduino => GND Bluetooth HC-05

Langkah 3: Reka Bentuk dan Fungsi 3D

Saya melengkapkan reka bentuk 3D Gimbal dengan merujuk kepada Gimbal lain yang dijual di pasaran. Terdapat tiga komponen utama yang berputar dengan motor servo. Saya merancang pemasangan GoPro yang sesuai dengan saiznya.

Fail.step semua reka bentuk 3D dikongsi di bahagian bawah untuk memudahkan penyuntingan.

Langkah 4: Mekanisme Kawalan

Algoritma utama projek Gimbal saya menggunakan putaran Quaternion yang merupakan alternatif kepada sudut Euler. Saya menggunakan perpustakaan helper_3dmath.h sebagai rujukan untuk membolehkan pergerakan lancar dengan menggunakan algoritma Quaternion. Walaupun tindak balas sumbu Pitch lancar, Paksi gulungan ketinggalan untuk bertindak balas pergerakan tongkat. Dengan menggunakan algoritma Quaternion, saya dapat mengawal motor servo Roll and Pitch. Sekiranya anda ingin menggunakan sumbu yaw, anda mungkin perlu menggunakan MPU6050 kedua hanya untuk mengawal sumbu yaw. Sebagai penyelesaian alternatif, saya mengkonfigurasi HC-05 dan mengawal sumbu yaw dari jauh dengan aplikasi android dengan menggunakan butang. Pada setiap butang tekan untuk menekan, servo sumbu yaw berputar 10 darjah.

Dalam projek ini, perpustakaan yang perlu saya import dari luar adalah seperti berikut;

1- I2Cdev.h // Digunakan dengan wire.h untuk membolehkan komunikasi dengan MPU6050

2- "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" // Perpustakaan giroskop

3- // Ia memungkinkan untuk menukar pin digital menjadi pin RX dan TX (Ia memerlukan modul bluetooth HC-05)

4-

5- // Ia memungkinkan untuk berkomunikasi dengan peranti I2C yang menggunakan dua pin data (SDA dan SCL) => MPU6050

Kod utama dibuat oleh Jeff Rowberg, dan saya mengubahnya mengikut fungsi projek saya dan mengulas semua fungsi dalam fail ino.