Roll and Pitch Axis Gyro untuk GoPro Menggunakan Arduino - Servo dan MPU6050 Gyro: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Instruksi ini dibuat untuk memenuhi persyaratan proyek Makecourse di University of South Florida (www.makecourse.com)

Tujuan dari proyek ini adalah untuk membangun Gimbal 3-sumbu untuk GoPro dengan menggunakan Arduino nano + 3 motor servo + gyro/akselerometer MPU6050. Dalam proyek ini, saya mengontrol 2-sumbu (Roll dan yaw) dengan menggunakan MPU6050 gyro/accelerometer, sumbu ketiga (yaw) dikendalikan dari jarak jauh dan manual dengan bantuan aplikasi HC-05 dan Arduino BlueControl yang ada di Android App Store.

Pekerjaan ini juga mencakup semua file desain 3D dari komponen mekanis Gimbal. Saya membagikan file.stl untuk pencetakan 3D dan file desain 3D dengan mudah di bagian bawah.

Pada awal proyek saya, rencana saya adalah membangun gimbal 3 sumbu dengan 3 motor brushless, karena motor brushless lebih halus dan lebih responsif dibandingkan dengan motor servo. Motor brushless digunakan dalam aplikasi kecepatan tinggi, sehingga kita dapat mengatur kecepatan pembelian motor ESC (pengontrol). Tetapi untuk dapat menggunakan motor brushless dalam proyek Gimbal, saya menyadari bahwa saya harus menggerakkan motor brushless seperti servo. Pada motor servo, posisi motor diketahui. Namun pada motor brushless, kita tidak mengetahui posisi motor, jadi kekurangan dari motor brushless yang saya tidak tahu bagaimana cara mengendarainya. Pada akhirnya saya memutuskan untuk menggunakan 3 motor servo MG995 untuk proyek Gimbal yang membutuhkan torsi tinggi. Saya mengontrol 2 motor servo untuk sumbu roll dan pitch dengan menggunakan gyro MPU6050, dan saya mengontrol motor servo sumbu yaw dengan menggunakan bluetooth HC-05 dan aplikasi Android.

Langkah 1: Komponen

Komponen yang saya gunakan dalam proyek ini;

1- Arduino Nano (1 unit) (Micro usb)

2- Motor servo MG995 (3 unit)

3- GY-521 MPU6050 3 sumbu Akselerometer/Giroskop (1 unit)

4- Modul Bluetooth HC-05 (Untuk mengontrol sumbu yaw (Servo3) dari jarak jauh)

Pengisi daya portabel micro usb 4- 5V

Langkah 2: Menerapkan 3 Motor Servo + MPU6050 Gyro + HC-05

Kabel Servo

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

Motor servo memiliki 3 kabel: VCC (merah), GND (coklat atau hitam), PWM (kuning).

D3 => Servo1 PWM (kabel kuning)

D4 => Servo2 PWM (kabel kuning)

D5 => Servo3 PWM (kabel kuning)

5V PIN Arduino => VCC (merah) dari 3 motor servo.

PIN GND Arduino => GND (coklat atau hitam) dari 3 motor servo

Kabel gyro MPU6050

A4 => SDA

A5 => SCL

3.3 V PIN Arduino => VCC dari MPU6050

PIN GND Arduino => GND MPU6050

Kabel Bluetooth HC-05

D9 => TX

D10 => RX

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

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

Langkah 3: Desain dan Fungsi 3D

Saya menyelesaikan desain 3D Gimbal dengan mengambil referensi dari Gimbal lain yang dijual di pasaran. Ada tiga komponen utama yang berputar dengan motor servo. Saya merancang dudukan GoPro yang sesuai dengan ukurannya.

File.step dari semua desain 3D dibagikan di bagian bawah untuk memudahkan pengeditan.

Langkah 4: Mekanisme Kontrol

Algoritma utama dari proyek Gimbal saya menggunakan rotasi Quaternion yang merupakan alternatif dari sudut Euler. Saya menggunakan library helper_3dmath.h sebagai referensi untuk memungkinkan pergerakan yang mulus dengan menggunakan algoritma Quaternion. Meskipun respons sumbu Pitch mulus, sumbu gulungan tertinggal untuk merespons gerakan tongkat. Dengan menggunakan algoritma Quaternion, saya dapat mengontrol motor servo Roll dan Pitch. Jika Anda ingin menggunakan sumbu yaw, Anda mungkin perlu menggunakan MPU6050 kedua hanya untuk mengontrol sumbu yaw. Sebagai solusi alternatif, saya mengonfigurasi HC-05 dan mengontrol sumbu yaw dari jarak jauh dengan aplikasi Android menggunakan tombol. Di setiap tekan untuk menekan tombol, servo sumbu yaw berputar 10 derajat.

Dalam proyek ini, perpustakaan yang harus saya impor secara eksternal adalah sebagai berikut;

1- I2Cdev.h // Digunakan dengan wire.h untuk mengaktifkan komunikasi dengan MPU6050

2- "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" // Perpustakaan giroskop

3- // Memungkinkan untuk mengubah pin digital menjadi pin RX dan TX (Diperlukan untuk modul bluetooth HC-05)

4-

5- // Memungkinkan untuk berkomunikasi dengan perangkat I2C yang menggunakan dua pin data (SDA dan SCL) => MPU6050

Kode utama dibuat oleh Jeff Rowberg, dan saya memodifikasinya sesuai dengan fungsionalitas proyek saya dan mengomentari semua fungsi dalam file ino.