Gimbal แกนหมุนและขว้างสำหรับ GoPro โดยใช้ Arduino - Servo และ MPU6050 Gyro: 4 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

คำแนะนำนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการ Makecourse ที่มหาวิทยาลัยเซาท์ฟลอริดา (www.makecourse.com)

เป้าหมายของโครงการนี้คือการสร้าง Gimbal แบบ 3 แกนสำหรับ GoPro โดยใช้ Arduino nano + เซอร์โวมอเตอร์ 3 ตัว + ไจโร/มาตรความเร่ง MPU6050 ในโครงการนี้ ฉันควบคุม 2 แกน (ม้วนและหัน) โดยใช้เครื่องวัดการหมุนวน/มาตรความเร่ง MPU6050 แกนที่สาม (หันเห) ถูกควบคุมจากระยะไกลและด้วยตนเองโดยใช้แอป HC-05 และ Arduino BlueControl ซึ่งอยู่ใน Android App Store.

งานนี้ยังรวมถึงไฟล์การออกแบบ 3D ทั้งหมดของส่วนประกอบทางกลของ Gimbal ฉันแชร์ไฟล์.stl เพื่อการพิมพ์ 3 มิติและไฟล์การออกแบบ 3 มิติที่ด้านล่างอย่างง่ายดาย

ในช่วงเริ่มต้นของโครงการ แผนของฉันคือสร้างกิมบอล 3 แกนด้วยมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน 3 ตัว เนื่องจากมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีความนุ่มนวลและตอบสนองได้ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเซอร์โวมอเตอร์ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นความเร็วสูง ดังนั้นเราจึงสามารถปรับความเร็วของมอเตอร์ที่ซื้อ ESC(คอนโทรลเลอร์) ได้ แต่เพื่อให้สามารถใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่านในโครงการ Gimbal ได้ ฉันรู้ว่าฉันต้องขับมอเตอร์ไร้แปรงถ่านเหมือนเซอร์โว ในเซอร์โวมอเตอร์ จะทราบตำแหน่งของมอเตอร์ แต่ในมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน เราไม่ทราบตำแหน่งของมอเตอร์ จึงเป็นข้อเสียของมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน ซึ่งผมไม่รู้ว่าจะขับอย่างไร ในตอนท้ายฉันตัดสินใจใช้เซอร์โวมอเตอร์ MG995 3 ตัวสำหรับโครงการ Gimbal ที่ต้องการแรงบิดสูง ฉันควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ 2 ตัวสำหรับแกนม้วนและระยะพิทช์โดยใช้ไจโร MPU6050 และฉันควบคุมเซอร์โวมอเตอร์แกนหันเหโดยใช้แอปบลูทูธ HC-05 และ Android

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนประกอบ

ส่วนประกอบที่ฉันใช้ในโปรเจ็กต์นี้

1- Arduino Nano (1 หน่วย) (ไมโคร usb)

2- MG995 เซอร์โวมอเตอร์ (3 ยูนิต)

3- GY-521 MPU6050 มาตรความเร่ง 3 แกน/ไจโรสโคป (1 ยูนิต)

4- HC-05 โมดูลบลูทู ธ (เพื่อควบคุมแกนหันเห (Servo3) จากระยะไกล)

ที่ชาร์จแบบพกพาขนาดเล็ก 4- 5V

ขั้นตอนที่ 2: การใช้เซอร์โวมอเตอร์ 3 ตัว + MPU6050 Gyro + HC-05

การเดินสายไฟเซอร์โว

Servo1 (ม้วน), Servo2 (พิทช์), Servo3 (หันเห)

เซอร์โวมอเตอร์มี 3 สาย: VCC(สีแดง), GND(สีน้ำตาลหรือสีดำ), PWM(สีเหลือง).

D3 => Servo1 PWM (สายสีเหลือง)

D4 => Servo2 PWM (สายสีเหลือง)

D5 => Servo3 PWM (สายสีเหลือง)

PIN 5V ของ Arduino => VCC (สีแดง) ของเซอร์โวมอเตอร์ 3 ตัว

GND PIN ของ Arduino => GND (สีน้ำตาลหรือสีดำ) ของเซอร์โวมอเตอร์ 3 ตัว

การเดินสายไจโร MPU6050

A4 => SDA

A5 => SCL

3.3 V PIN ของ Arduino => VCC ของ MPU6050

GND PIN ของ Arduino => GND ของ MPU6050

HC-05 เดินสายบลูทูธ

D9 => TX

D10 => RX

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

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

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ 3D และฟังก์ชันการทำงาน

ฉันเสร็จสิ้นการออกแบบ 3D ของ Gimbal โดยอ้างอิงจาก Gimbal อื่นๆ ที่จำหน่ายในตลาด มีส่วนประกอบหลักสามอย่างซึ่งหมุนด้วยเซอร์โวมอเตอร์ ฉันออกแบบเมาท์ GoPro ให้พอดีกับขนาดของมัน

ไฟล์.step ของการออกแบบ 3D ทั้งหมดจะถูกแชร์ที่ด้านล่างเพื่อให้แก้ไขได้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 4: กลไกควบคุม

อัลกอริทึมหลักของโครงการ Gimbal ของฉันใช้การหมุน Quaternion ซึ่งเป็นทางเลือกแทนมุมออยเลอร์ ฉันใช้ไลบรารี helper_3dmath.h เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อให้การเคลื่อนไหวราบรื่นโดยใช้อัลกอริธึม Quaternion แม้ว่าการตอบสนองของแกน Pitch จะราบรื่น แต่แกนม้วนจะล่าช้าเพื่อตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของแท่ง ด้วยการใช้อัลกอริธึม Quaternion ฉันสามารถควบคุมเซอร์โวมอเตอร์แบบโรลและพิทช์ได้ หากคุณต้องการใช้แกนหันเห คุณอาจต้องใช้ MPU6050 ตัวที่สองเพื่อควบคุมแกนหันเห เป็นทางเลือกอื่น ฉันกำหนดค่า HC-05 และควบคุมแกนหันเหจากระยะไกลด้วยแอพ android โดยใช้ปุ่ม ในการกดแต่ละครั้งเพื่อกดปุ่ม เซอร์โวแกนหันเหจะหมุน 10 องศา

ในโครงการนี้ ห้องสมุดที่ฉันต้องนำเข้าจากภายนอกมีดังนี้;

1- I2Cdev.h // ใช้กับ wire.h เพื่อเปิดใช้งานการสื่อสารกับ MPU6050

2- "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" // Gyroscope library

3- // อนุญาตให้แปลงพินดิจิตอลเป็นพิน RX และ TX (จำเป็นสำหรับโมดูลบลูทู ธ HC-05)

4-

5- // อนุญาตให้สื่อสารกับอุปกรณ์ I2C ซึ่งใช้ดาต้าพินสองตัว (SDA และ SCL) =>MPU6050

รหัสหลักถูกสร้างขึ้นโดย Jeff Rowberg และฉันแก้ไขมันตามฟังก์ชันการทำงานของโครงการของฉัน และแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับฟังก์ชันทั้งหมดในไฟล์ ino