Rotacijski i pomak osovine za GoPro pomoću Arduina - Servo i žiroskop MPU6050: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Ova instrukcija nastala je u skladu s projektnim zahtjevima Makecoursea na Sveučilištu Južne Floride (www.makecourse.com)

Cilj ovog projekta bio je izgraditi troosni Gimbal za GoPro korištenjem Arduino nano + 3 servo motora + žiroskop/akcelerometar MPU6050. U ovom projektu kontrolirao sam 2-osi (Roll and yaw) pomoću žiroskopa/akcelerometra MPU6050, trećom osi (yaw) upravlja se daljinski i ručno uz pomoć HC-05 i Arduino BlueControl aplikacije koja se nalazi u Android App Storeu.

Ovaj rad također uključuje sve datoteke 3D dizajna mehaničkih komponenti Gimbala. Dijelio sam.stl datoteke za jednostavno 3D ispis i datoteke za 3D dizajn na dnu.

Na početku mog projekta, moj plan je bio izgraditi troosni gimbal s 3 motora bez četkica, jer su motori bez četkica glatki i osjetljiviji u usporedbi sa servo motorima. Motori bez četkica koriste se u aplikacijama velike brzine, pa možemo prilagoditi brzinu motora kupujući ESC (kontroler). Ali da bih mogao koristiti motor bez četkica u projektu Gimbal, shvatio sam da moram voziti motor bez četkica kao servo. U servo motorima poznat je položaj motora. Ali u motoru bez četkica ne znamo položaj motora pa je to nedostatak motora bez četkica za koji nisam mogao shvatiti kako ga upravljati. Na kraju sam odlučio koristiti 3 servo motora MG995 za projekt Gimbal potreban za veliki okretni moment. Upravljao sam sa 2 servo motora za rotaciju i osovinu pomoću žiroskopa MPU6050, a servo motor s osi zakretanja upravljao sam pomoću HC-05 bluetooth i Android aplikacije.

Korak 1: Komponente

Komponente koje sam koristio u ovom projektu;

1- Arduino Nano (1 jedinica) (mikro usb)

2- Servo motori MG995 (3 jedinice)

3- GY-521 MPU6050 troosni akcelerometar/žiroskop (1 jedinica)

4- Bluetooth modul HC-05 (Za daljinsko upravljanje osi zakretanja (Servo3))

Prijenosni punjač 4- 5V micro usb

Korak 2: Implementacija 3 servo motora + žiroskop MPU6050 + HC-05

Servo ožičenje

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

Servo motori imaju 3 žice: VCC (crvena), GND (smeđa ili crna), PWM (žuta).

D3 => Servo1 PWM (žuta žica)

D4 => Servo2 PWM (žuta žica)

D5 => Servo3 PWM (žuta žica)

5V PIN za Arduino => VCC (crveno) od 3 servo motora.

GND PIN za Arduino => GND (smeđi ili crni) od 3 servo motora

Ožičenje žiroskopa MPU6050

A4 => SDA

A5 => SCL

3.3 V PIN za Arduino => VCC za MPU6050

GND PIN za Arduino => GND za MPU6050

HC-05 Bluetooth ožičenje

D9 => TX

D10 => RX

3.3 V PIN za Arduino => VCC za HC-05 Bluetooth

GND PIN za Arduino => GND za HC-05 Bluetooth

Korak 3: 3D dizajn i funkcionalnost

Završio sam 3D dizajn Gimbala uzimajući u obzir ostale Gimbale koji se prodaju na tržištu. Tri su glavne komponente koje se okreću sa servo motorima. Dizajnirao sam GoPro nosač koji odgovara njegovoj veličini.

Datoteka.step svih 3D dizajna dijeli se pri dnu radi lakšeg uređivanja.

Korak 4: Mehanizam upravljanja

Glavni algoritam mog projekta Gimbal koristi kvaternionsku rotaciju koja je alternativa Eulerovim kutovima. Koristio sam biblioteku helper_3dmath.h kao referencu kako bih omogućio glatko kretanje pomoću Quaternion algoritma. Iako je odziv na pomak osi gladak, os valjanja zaostaje kako bi odgovorila na pomak štapa. Koristeći Quaternion algoritam uspio sam kontrolirati Roll i Pitch servo motore. Ako želite koristiti os zakretanja, možda ćete morati upotrijebiti drugi MPU6050 samo za upravljanje osi zakretanja. Kao alternativno rješenje, konfigurirao sam HC-05 i daljinski upravljao osi zakretanja pomoću android aplikacije pomoću gumba. Svakim pritiskom na gumb servo servo osi se okreće za 10 stupnjeva.

U ovom su projektu knjižnice koje sam morao uvoziti izvana sljedeće:

1- I2Cdev.h // Koristi se sa wire.h za omogućavanje komunikacije s MPU6050

2- "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" // Biblioteka žiroskopa

3- // Omogućuje pretvaranje digitalnih pinova u RX i TX pinove (potrebno je za HC-05 bluetooth modul)

4-

5- // Omogućuje komunikaciju s I2C uređajima koji koriste dva podatkovna pina (SDA i SCL) => MPU6050

Glavni kôd kreira Jeff Rowberg, a ja sam ga izmijenio u skladu sa svojim projektnim funkcionalnostima i komentirao sve funkcije u ino datoteci.