प्रोटोटाइप कैमरा स्टेबलाइजर (2DOF): 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

लेखक:

रॉबर्ट डी मेलो ए सूजा, जैकब पैक्सटन, मोइसेस फरियासो

पावती:

कैलिफ़ोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी मैरीटाइम एकेडमी, इसके इंजीनियरिंग टेक्नोलॉजी प्रोग्राम और डॉ. चांग-सिउ को इस तरह के जटिल समय में हमारी परियोजना के साथ सफल होने में मदद करने के लिए बहुत-बहुत धन्यवाद।

परिचय:

कैमरा स्टेबलाइजर डिवाइस, या कैमरा जिम्बल, एक माउंट है जो कैमरा कंपन और अन्य अनुचित गतिविधियों को रोकता है। कैमरे की गति में अचानक बदलाव को कम करने के लिए इस्तेमाल किए गए शॉक एब्जॉर्बर / स्प्रिंग्स का आविष्कार करने वाले पहले स्टेबलाइजर्स में से एक। अन्य प्रकार के स्टेबलाइजर्स इसी कार्य को पूरा करने के लिए जाइरोस्कोप या फुलक्रम्स का उपयोग करते हैं। ये उपकरण अवांछित गतिविधियों को तीन अलग-अलग अक्षों या आयामों तक स्थिर करते हैं। इनमें x, y और z-अक्ष शामिल हैं। इसका मतलब है कि एक स्टेबलाइजर तीन अलग-अलग दिशाओं में आंदोलनों को कम कर सकता है: रोल, पिच और यॉ। यह आमतौर पर एक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली के साथ नियंत्रित 3 मोटर्स का उपयोग करके पूरा किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक एक अलग धुरी का प्रतिकार करता है।

हम कई कारणों से इस परियोजना में असाधारण रुचि रखते थे। हम सभी विभिन्न बाहरी गतिविधियों जैसे स्नोबोर्डिंग और अन्य खेलों का आनंद लेते हैं। आवश्यक आंदोलन की मात्रा के कारण इन गतिविधियों के उच्च-गुणवत्ता वाले फ़ुटेज प्राप्त करना कठिन है। हम में से एक जोड़े के पास स्टोर से खरीदा गया एक वास्तविक कैमरा स्टेबलाइजर है, और इसलिए, हम जांच करना चाहते थे कि ऐसा कुछ बनाने में क्या लगता है। हमारी प्रयोगशाला और व्याख्यान कक्षाओं में, हमने सीखा है कि Arduino का उपयोग करके सर्वो मोटर्स के साथ कैसे बातचीत करें, उन्हें काम करने के लिए आवश्यक कोडिंग, और सर्किट को डिजाइन करने में हमारी सहायता करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी के पीछे सिद्धांत।

*नोट: COVID-19 के कारण, हम इस परियोजना को पूरी तरह से पूरा करने में असमर्थ रहे। यह निर्देश स्टेबलाइजर के प्रोटोटाइप के लिए आवश्यक सर्किटरी और कोड के लिए एक गाइड है। जब भी स्कूल फिर से शुरू होगा, हम परियोजना को पूरा करने का इरादा रखते हैं और हमारे पास फिर से 3D प्रिंटर तक पहुंच है। पूर्ण संस्करण में एक बैटरी सर्किट और स्टेबलाइजर आर्म्स के साथ एक 3D-मुद्रित आवास होगा (नीचे दिखाया गया है)। इसके अलावा, कृपया ध्यान दें कि Arduino 5v बिजली की आपूर्ति से सर्वो मोटर्स को बंद करना आम तौर पर खराब अभ्यास है। हम केवल प्रोटोटाइप के परीक्षण की अनुमति देने के लिए ऐसा कर रहे हैं। अंतिम परियोजना में एक अलग बिजली आपूर्ति शामिल की जाएगी और नीचे सर्किट आरेख में दिखाया गया है।

आपूर्ति

-अरुडिनो यूएनओ माइक्रोकंट्रोलर

-ब्रेड बोर्ड

-वायर जम्पर किट

-MPU6050 जड़त्वीय मापन इकाई

-MG995 सर्वो मोटर (x2)

-एलसीडी१६०२ मॉड्यूल

-जॉयस्टिक मॉड्यूल

चरण 1: परियोजना अवलोकन

ऊपर हमारी परियोजना का एक वीडियो है और एक कामकाजी प्रदर्शन भी दिखाता है।

चरण 2: सिद्धांत और संचालन

हमारे कैमरे के स्थिरीकरण के लिए, हमने पिच और रोल अक्ष को स्थिर करने के लिए दो सर्वो मोटर्स का उपयोग किया। एक जड़त्वीय मापन इकाई (IMU) त्वरण, कोणीय त्वरण और चुंबकीय बल को महसूस करती है जिसका उपयोग हम कैमरे के कोण को निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं। असेंबली से जुड़े IMU के साथ, हम सेंस्ड डेटा का उपयोग स्वचालित रूप से सर्वो के साथ हैंडल की गति में परिवर्तन का प्रतिकार करने के लिए कर सकते हैं। इसके अलावा, एक Arduino जॉयस्टिक के साथ, हम रोटेशन के दो अक्षों को मैन्युअल रूप से नियंत्रित कर सकते हैं, प्रत्येक अक्ष के लिए एक मोटर।

चित्रा 1 में आप देख सकते हैं कि रोल सर्वो मोटर द्वारा रोल का विरोध किया जाता है। जैसे ही हैंडल को रोल दिशा में ले जाया जाता है, रोल सर्वो मोटर एक समान लेकिन विपरीत दिशा में घूमेगी।

चित्र 2 में आप देख सकते हैं कि पिच कोण को एक अलग सर्वो मोटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो रोल सर्वो मोटर के समान कार्य करता है।

सर्वो मोटर्स इस परियोजना के लिए एक अच्छा विकल्प हैं क्योंकि यह मोटर, एक स्थिति सेंसर, एक छोटा अंतर्निर्मित माइक्रोकंट्रोलर, और एच-ब्रिज को जोड़ती है जो हमें Arduino के माध्यम से मोटर स्थिति को मैन्युअल रूप से और स्वचालित रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देती है। प्रारंभिक डिजाइन में केवल एक सर्वो मोटर की आवश्यकता थी, लेकिन कुछ विचार-विमर्श के बाद, हमने दो का उपयोग करने का निर्णय लिया। जोड़े गए अतिरिक्त घटक एक Arduino LCD स्क्रीन और जॉयस्टिक थे। एलसीडी स्क्रीन का उद्देश्य यह प्रदर्शित करना है कि वर्तमान में स्टेबलाइजर किस स्थिति में है और मैन्युअल नियंत्रण में प्रत्येक सर्वो का वर्तमान कोण है।

सभी विद्युत घटकों को रखने के लिए आवास बनाने के लिए, हमने कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) का उपयोग किया है और एक 3 डी प्रिंटर का उपयोग करेंगे। बिजली के पुर्जों को रखने के लिए हमने एक बॉडी डिजाइन की है जो एक हैंडल की तरह भी काम करेगी। यहीं पर IMU सेंसर और जॉयस्टिक लगे होंगे। डबल-अक्ष नियंत्रण के लिए, हमने मोटरों के लिए माउंट तैयार किए हैं।

चरण 3: राज्य/तर्क आरेख

कोड में तीन राज्य होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एलसीडी स्क्रीन पर इंगित किया जाएगा। जब Arduino को शक्ति प्राप्त होती है, तो LCD स्क्रीन "इनिशियलाइज़िंग …" प्रिंट करेगी और I2C संचार MPU-6050 के साथ शुरू होता है। औसत खोजने के लिए MPU-6050 से प्रारंभिक डेटा दर्ज किया गया है। इसके बाद, Arduino मैनुअल कंट्रोल मोड में प्रवेश करेगा। यहां, दोनों सर्वो मोटर्स को जॉयस्टिक के साथ मैन्युअल रूप से समायोजित किया जा सकता है। यदि जॉयस्टिक बटन दबाया जाता है, तो यह "ऑटो लेवल" स्थिति में प्रवेश करेगा और स्थिर प्लेटफॉर्म पृथ्वी के संबंध में स्तर बनाए रखेगा। रोल या पिच दिशा में किसी भी आंदोलन को सर्वो मोटर्स द्वारा विरोध किया जाएगा, इस प्रकार प्लेटफॉर्म स्तर को बनाए रखा जाएगा। जॉयस्टिक बटन के एक और प्रेस के साथ, Arduino एक "डू नथिंग स्टेट" में प्रवेश करेगा जहां सर्वो मोटर्स लॉक हो जाएंगे। उस क्रम में, जॉयस्टिक बटन के हर धक्का के साथ राज्य बदलते रहेंगे।

चरण 4: सर्किट आरेख

ऊपर दी गई छवि हमारे प्रोजेक्ट सर्किट आरेख को ऑफ मोड में दिखाती है। Arduino माइक्रोकंट्रोलर MPU-6050 IMU, जॉयस्टिक और LCD डिस्प्ले को चलाने के लिए आवश्यक कनेक्शन प्रदान करता है। LiPo सेल सीधे चेंजर से जुड़े होते हैं और Arduino माइक्रोकंट्रोलर के साथ-साथ सर्वो मोटर्स दोनों को बिजली की आपूर्ति करते हैं। ऑपरेशन के इस मोड के दौरान, बैटरियों को 3-पॉइंट डबल-थ्रो (3PDT) स्विच के उपयोग के साथ समानांतर में जोड़ा जाता है। स्विच हमें लोड को डिस्कनेक्ट करने की अनुमति देता है, साथ ही साथ चार्जर को जोड़ता है और कोशिकाओं को एक श्रृंखला से समानांतर कॉन्फ़िगरेशन में स्विच करता है। इससे बैटरी एक साथ चार्ज भी हो जाती है।

जब स्विच को ON मोड में फ़्लिप किया जाता है, तो दो 3.7v सेल Arduino और Servo Motors को शक्ति प्रदान करेंगे। ऑपरेशन के इस मोड के दौरान, 3-पॉइंट डबल-थ्रो (3PDT) स्विच के उपयोग के साथ श्रृंखला में जुड़ी बैटरी। यह हमें हमारे शक्ति स्रोत से 7.4v प्राप्त करने की अनुमति देता है। LCD स्क्रीन और IMU सेंसर दोनों ही I2C संचार का उपयोग करते हैं। एसडीए का उपयोग डेटा संचारित करने के लिए किया जाता है, जबकि एससीएल डेटा ट्रांसफर को सिंक्रनाइज़ करने के लिए उपयोग की जाने वाली घड़ी की रेखा है। सर्वो मोटर्स में प्रत्येक में तीन लीड होते हैं: पावर, ग्राउंड और डेटा। Arduino पिन 3 और 5 के माध्यम से सर्वो के साथ संचार करता है; ये पिन स्मूथ ट्रांज़िशन के साथ डेटा ट्रांसमिट करने के लिए पल्स विड्थ मॉड्यूलेशन (PWM) का उपयोग करते हैं।

*बैटरी चार्जिंग सर्किट Adafruit.com से है

चरण 5: निर्माण

कैमरा जिम्बल का मूल डिज़ाइन काफी सरल है, क्योंकि यह अनिवार्य रूप से कैमरे के लिए केवल एक हैंडल और माउंट है। रोल और पिच दिशाओं में किसी भी गति का प्रतिकार करने के लिए जिम्बल में दो सर्वो मोटर्स होते हैं। Arduino Uno का उपयोग करने के लिए एक महत्वपूर्ण मात्रा में स्थान की आवश्यकता होती है, इसलिए हमने सभी विद्युत घटकों को शामिल करने के लिए हैंडल के नीचे एक आवास भी जोड़ा। आवास, हैंडल और सर्वो मोटर माउंट सभी 3 डी प्रिंटेड होंगे, जिससे हमें लागत और समग्र आकार को कम करने की अनुमति मिलती है, क्योंकि हम डिजाइन पर पूर्ण नियंत्रण रख सकते हैं। जिम्बल को डिजाइन करने के कई तरीके हैं, लेकिन विचार करने के लिए सबसे बड़ा कारक एक सर्वो मोटर को दूसरे में घूमने से बचाना है। प्रोटोटाइप में, एक सर्वो मोटर अनिवार्य रूप से दूसरे से जुड़ी होती है। जब हमारे पास फिर से 3D प्रिंटर तक पहुंच होगी, तो हम ऊपर दिखाए गए आर्म और प्लेटफ़ॉर्म को 3D प्रिंट करेंगे।

*हाथ और प्लेटफॉर्म के लिए डिजाइन https://howtomechatronics.com/ से हैं।

चरण 6: समग्र निष्कर्ष और संभावित सुधार

कैमरा गिंबल्स पर हमने जो शुरुआती शोध किया वह बहुत डराने वाला था। जबकि इस विषय पर बहुत सारे स्रोत और जानकारी थी, यह एक ऐसी परियोजना की तरह लग रहा था जो हमारी लीग से बाहर हो जाएगी। हमने धीरे-धीरे शुरू किया, जितना हम कर सकते थे उतना शोध कर रहे थे, लेकिन थोड़ा अवशोषित कर रहे थे। हर हफ्ते हम मिलते और सहयोग करते। जैसे-जैसे हमने काम किया, हमने अधिक से अधिक गति प्राप्त की और अंततः परियोजना के बारे में कम भयभीत और अधिक उत्साहित हो गए। जबकि हमने एक अतिरिक्त जॉयस्टिक और एलसीडी स्क्रीन को जोड़ा, अभी भी बहुत कुछ है जो हम इस परियोजना में जोड़ सकते हैं। कुछ सुधार भी हैं जिन्हें जोड़ा जा सकता है, जैसे कि मैनुअल नियंत्रण पर प्रतिबंध जो उपयोगकर्ता को एक सर्वो मोटर को दूसरे में घुमाने से रोकेगा। यह एक छोटी सी समस्या है और इसे एक अलग माउंटिंग डिज़ाइन के साथ भी ठीक किया जा सकता है। हमने पैन फीचर जोड़ने की संभावनाओं पर भी चर्चा की। यह उपयोगकर्ता को एक निर्दिष्ट समय में एक क्षेत्र में पैन करने के लिए सर्वो मोटर्स का उपयोग करने की अनुमति देगा।

एक टीम के तौर पर हम सबने मिलकर बहुत अच्छा काम किया। परिस्थितियों के बावजूद, और केवल वस्तुतः मिलने की क्षमता के बावजूद, हमने इसका सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन किया और लगातार संचार में रहे। सभी भागों और घटकों को एक व्यक्ति को दिया गया था और इससे बाकी समूह के लिए आने वाली किसी भी समस्या का निवारण करने में मदद करना थोड़ा कठिन हो गया था। हम उन मुद्दों के माध्यम से काम करने में सक्षम थे जो उत्पन्न हुए थे, लेकिन अगर हम सभी के पास समान सामग्री होती, तो मदद करना थोड़ा आसान हो जाता। कुल मिलाकर, हमारी परियोजना को पूरा करने में सबसे बड़ा योगदान प्रत्येक सदस्य की उपलब्धता और परियोजना के बारे में मिलने और बातचीत करने की इच्छा रखने की क्षमता थी।