這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

目錄

水平相機支架簡介

設備規格

3D 打印安裝部件

編寫程序

測試！

在上一篇文章中，我們構建了一個伺服控制的無線照明開關。今天，我們打算更上一層樓，嘗試創建一個水平相機支架或云臺。如果您還沒有準備好，請隨時查閱我們的第一個相機云臺項目：第1部分 和 第2部分。

今天的電子食譜

預計完成時間：60分鐘

所需部件：

Arduino UNO R3 或 Arduino Pro Mini

面包板

三軸加速度計 KXR94-2050

Towerpro MG996R 伺服電機

1. 水平相機支架簡介

水平相機支架，通常稱為“穩定器”或“云臺”，過去僅用于高預算生產環境。由于無人機行業的繁榮和新興消費技術，現在利用配備云臺的無人機拍攝高質量的視頻已經非常普遍——用無人機或智能手機都可以。市面上易于操作的相關消費產品有很多種。其中一些產品采用無刷電機進行主觀視角拍攝（噪音、速度等）。

圖1.穩定器

我一直想親手制作一個這樣的設備。上次，我挑戰自己，構建了一個這種設備，具體內容請參見這篇文章，但是結果卻并不理想……

該設備有其自身的魅力……但是如果無法作為穩定器使用，那么也毫無用處。我回顧了之前的項目，發現許多需要改進的地方。最大的問題就是我選擇的伺服電機。之前的電機功率不夠。其扭矩不足以操作智能手機。

出于這個原因，在繼續其他工作之前我想先關注一下設備規格選型。

2. 設備規格

首先，我們來看一下伺服電機。雖然之前使用的伺服電機SG90價格便宜且易于使用，但是顯然其扭矩不夠。因此，這次我們使用MG996R伺服電機，其扭矩幾乎是之前電機的5倍，可能動作會略微延遲/減慢。

另外，其他部件基本就是Arduino和加速度計，所以設置幾乎與上次相同。由于新伺服電機較大，我用適配器為其供電。電路接線也是相同的。

3. 3D 打印安裝部件

對于支架的部件，您可以使用上次的木材和金屬配件。但這一次，我想利用3D打印來制作各個部件。這次我準備的三腳架帶有螺絲孔，即使伺服電機較大，也可以保持穩定。我設計的小三腳架具有方向性，而且可以單手操作。

這是我3D打印的部件。組裝后的樣子如下所示：

請注意，如果使用ABS樹脂進行3D打印，那么材料固化時會發生收縮。我打印部件時發現了這個問題。我注意到部件產生輕微變形，組裝時螺釘很難擰入。經過多次試驗和錯誤后，我決定分別打印安裝在伺服電機上的部件。您可以在這里下載適用于該支架的3D模型： https://github.com/DevicePlus/ServoGimbal

三腳架組裝如下所示：

至于外殼，這取決于您的相機類型等因素。此外，您還可以根據您的手機類型改進/更改部件的整體設計。

4. 編寫程序

對于程序，我們有必要進行校準。首先將加速度傳感器傾斜180度，并根據輸出值調整伺服電機的傾斜度。所以我們稍微改進了第17個程序并進行了校準。讓我們用比較容易理解的方式輸出數字。

首先需要將加速度計傾斜180度，并根據輸出值調整伺服電機的傾斜度來校準加速度計。讓我們稍微修改一下 第1部分 中的程序，以易于理解的方式輸出校準值。

int _maxX = 0;
int _minX = 1000;
int _maxY = 0;
int _minY = 1000;
int _maxZ = 0;
int _minZ = 1000;
 
//******************************************
//Program for acquiring accelerometer values //******************************************
void setup()
{
// initialize the serial monitor
Serial.begin(9600) ;
}
void loop()
{
long x , y , z ;
x = y = z = 0 ;
x = analogRead(1) ; // Ｘ axis
y = analogRead(2) ; // Ｙ axis
z = analogRead(3) ; // Ｚ axis
 
if(_maxX < x){ _maxX = x; }
if(_minX > x){ _minX = x; }
if(_maxY < y){ _maxY = y; }
if(_minY > y){ _minY = y; }
if(_maxZ < z){ _maxZ = z; }
if(_minZ > z){ _minZ = z; }
 
int centerX = (_maxX-_minX)/2+_minX;
int centerY = (_maxY-_minY)/2+_minY;
int centerZ = (_maxZ-_minZ)/2+_minZ;
 
float rotateX = ((float)_maxX-(float)_minX)/180;
float rotateY = ((float)_maxY-(float)_minY)/180;
float rotateZ = ((float)_maxZ-(float)_minZ)/180;
 
 
Serial.print("X:") ;
Serial.print(_minX) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(centerX) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(_maxX) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(rotateX) ;
Serial.print(" Y:") ;
Serial.print(_minY) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(centerY) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(_maxY) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(rotateY) ;
Serial.print(" Z:") ;
Serial.print(_minZ) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(centerZ) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(_maxZ) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.println(rotateZ) ;
delay(50) ;
}

運行此程序后，啟動串口監視器，然后將傳感器分別在X和Y方向-90度到90度之間傾斜，并確認輸出值。將輸出值的最小值和最大值除以180度，獲得的數值為加速度計傾斜值/度，這樣可以與伺服電機的操作同步。

串口監視器上的數值在激活伺服電機的程序中有所反應。

//********************************************
//Program 2 for acquiring accelerometer values
//********************************************
#include 
Servo myservoX;
Servo myservoY;
 
void setup()
{
// initialize the serial monitor
Serial.begin(9600) ;
myservoX.attach( 5 );
myservoY.attach( 6 );
}
 
void loop()
{
int i ;
long x , y;
// read each data 100 times and average
x = y = 0 ;
for (i=0 ; i < 100 ; i++) {
x = x + analogRead(1) ; // read x axis
y = y + analogRead(2) ; // read y axis
}
 
x = x / 100 ;
y = y / 100 ;
 
int rotateX = (x-493)/1.30; //obtain anble
myservoX.write( 90-rotateX );
Serial.print("X:") ;
Serial.print(x) ;
Serial.print(" ") ;
Serial.print(rotateX) ;
 
int rotateY = (y-488)/1.23;
myservoY.write( 90-rotateY );
Serial.print(" Y:") ;
Serial.print(y) ; // Y axis
Serial.print(" ") ;
Serial.println(rotateY) ; // Y axis
delay(10) ;
}

5. 測試！

這次我們有了足夠的功率，但是支架的運動仍然很有趣……

在上面的視頻中，用手握住設備時，加速度計可以捕獲最輕微的搖動。即使傳感器軸對齊，也會出現到一些不同角度的意外運動。解決這個問題對于平滑旋轉和未來改進來說至關重要。

運動（或搖動）與相機（或智能手機）的重量成比例。如果物體小而輕，移動就相對輕微；但是如果放置像智能手機那樣較重的物體，搖晃就會很嚴重。還應該改進該程序以提高性能并提高可靠性。

我們的最終目標是創建一個像下面的產品一樣穩定的云臺：

似乎很多人都嘗試用無人機這樣做。有些無人機可以保持穩定的姿態，所以該設備可能更適合無人機。

今天，我們重新制作了 第1部分 和 第2部分構建的水平相機云臺。我們對云臺的機械設計進行了一些改進，但是隨著項目的進一步推進，我們發現了更多的挑戰。我們仍然無法順利控制云臺。現在，該設備只能說仍處于測試階段，但是我們不會善罷甘休。我們一定會在不久的將來重新解決這個問題，并使其成為一個功能正常的設備。

DevicePlus 編輯團隊

設備升級版適用于所有熱愛電子和機電一體化的人。

審核編輯黃宇