محور الدوران والالتفاف لـ GoPro باستخدام Arduino - Servo و MPU6050 Gyro: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

تم إنشاء هذا التوجيه استيفاءً لمتطلبات مشروع Makecourse في جامعة جنوب فلوريدا (www.makecourse.com)

كان الهدف من هذا المشروع هو بناء 3 محاور Gimbal لـ GoPro باستخدام Arduino nano + 3 محركات مؤازرة + MPU6050 الدوران / مقياس التسارع. في هذا المشروع ، قمت بالتحكم في محورين (لفة وانعراج) باستخدام مقياس الدوران / التسارع MPU6050 ، يتم التحكم في المحور الثالث (الانعراج) عن بُعد ويدويًا بمساعدة تطبيق HC-05 و Arduino BlueControl الموجود في متجر تطبيقات Android.

يتضمن هذا العمل أيضًا جميع ملفات التصميم ثلاثية الأبعاد للمكونات الميكانيكية لـ Gimbal. قمت بمشاركة ملفات.stl للطباعة ثلاثية الأبعاد وملفات التصميم ثلاثي الأبعاد بسهولة في الأسفل.

في بداية مشروعي ، كانت خطتي هي بناء 3 محاور gimbal مع 3 محركات بدون فرش ، لأن المحركات الخالية من الفرشاة تكون سلسة وأكثر استجابة مقارنة بمحركات المؤازرة. تُستخدم المحركات بدون فرش في التطبيقات عالية السرعة ، حتى نتمكن من ضبط سرعة شراء المحرك ESC (جهاز التحكم). ولكن لكي أكون قادرًا على استخدام محرك بدون فرش في مشروع Gimbal ، أدركت أنه يتعين علي قيادة محرك بدون فرش مثل محرك مؤازر. في المحركات المؤازرة ، يكون موضع المحرك معروفًا. لكن في المحرك الذي لا يحتوي على فرش ، لا نعرف موضع المحرك ، لذلك فهو عيب في المحرك عديم الفرشاة والذي لم أتمكن من معرفة كيفية قيادته. في النهاية قررت استخدام 3 محركات مؤازرة MG995 لعزم الدوران العالي المطلوب لمشروع Gimbal. لقد قمت بالتحكم في محركين مؤازرين لمحور الدوران والميل باستخدام MPU6050 الدوران ، وتحكمت في محرك مؤازر محور الانعراج باستخدام HC-05 bluetooth وتطبيق Android.

الخطوة 1: المكونات

المكونات التي استخدمتها في هذا المشروع ؛

1- Arduino Nano (عدد 1) (Micro USB)

2- محركات MG995 مؤازرة (3 وحدات)

3- GY-521 MPU6050 3 محاور التسارع / الجيروسكوب (1 وحدة)

4- وحدة بلوتوث HC-05 (للتحكم في محور الانعراج (Servo3) عن بعد)

4- شاحن محمول 5 فولت micro usb

الخطوة 2: تنفيذ 3 محركات مؤازرة + MPU6050 Gyro + HC-05

الأسلاك المؤازرة

مضاعفات 1 (لفة) ، مضاعفات 2 (خطوة) ، مضاعفات 3 (ياو)

تحتوي المحركات المؤازرة على 3 أسلاك: VCC (أحمر) ، GND (بني أو أسود) ، PWM (أصفر).

D3 => Servo1 PWM (سلك أصفر)

D4 => Servo2 PWM (سلك أصفر)

D5 => Servo3 PWM (سلك أصفر)

5V PIN من Arduino => VCC (أحمر) من 3 محركات مؤازرة.

GND PIN لـ Arduino => GND (بني أو أسود) من 3 محركات مؤازرة

MPU6050 الأسلاك الجيروسكوبية

A4 => SDA

A5 => SCL

3.3 V PIN من Arduino => VCC لـ MPU6050

GND PIN لـ Arduino => GND لـ MPU6050

HC-05 بلوتوث الأسلاك

D9 => TX

D10 => RX

3.3 V PIN من Arduino => VCC لـ HC-05 Bluetooth

GND PIN الخاص بـ Arduino => GND لـ HC-05 Bluetooth

الخطوة 3: التصميم ثلاثي الأبعاد والوظيفة

لقد أكملت التصميم ثلاثي الأبعاد لـ Gimbal من خلال الرجوع إلى Gimbals الأخرى التي يتم بيعها في السوق. هناك ثلاثة مكونات رئيسية تدور بمحركات مؤازرة. لقد قمت بتصميم حامل GoPro الذي يناسب حجمه.

تتم مشاركة ملف.step الخاص بكافة التصميمات ثلاثية الأبعاد في الجزء السفلي لتمكين التحرير بشكل أسهل.

الخطوة 4: آلية التحكم

تستخدم الخوارزمية الرئيسية لمشروع Gimbal الخاص بي دوران الرباعي البديل لزوايا أويلر. لقد استخدمت مكتبة helper_3dmath.h كمرجع لتمكين الحركة السلسة باستخدام خوارزمية Quaternion. على الرغم من أن استجابة محور الانحراف سلسة ، إلا أن محور التدحرج يتأخر في الاستجابة لحركة العصا. باستخدام خوارزمية Quaternion ، تمكنت من التحكم في محركات مؤازرة Roll و Pitch. إذا كنت تريد استخدام محور الانعراج ، فقد تحتاج إلى استخدام MPU6050 الثاني فقط للتحكم في محور الانعراج. كحل بديل ، قمت بتكوين HC-05 وتحكمت في محور الانعراج عن بُعد باستخدام تطبيق android باستخدام الأزرار. في كل ضغطة للضغط على الزر ، تدور مؤازرة محور الانعراج بمقدار 10 درجات.

في هذا المشروع ، المكتبات التي اضطررت إلى استيرادها خارجيًا هي على النحو التالي ؛

1- I2Cdev.h // يستخدم مع wire.h لتمكين الاتصال مع MPU6050

2- "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" // مكتبة الجيروسكوب

3- // يسمح بتحويل المسامير الرقمية إلى دبابيس RX و TX (تحتاج إلى وحدة البلوتوث HC-05)

4-

5- // يسمح بالتواصل مع أجهزة I2C التي تستخدم دبابيس بيانات (SDA و SCL) => MPU6050

تم إنشاء الكود الرئيسي بواسطة Jeff Rowberg ، وقمت بتعديله وفقًا لوظيفة مشروعي وعلقت على جميع الوظائف في ملف ino.