O princípio do servo gimbal de eixo duplo é revelado: como um pescoço, permite que a câmera gire em todas as direções sem pontos cegos

Quando você está animado e quer fazer um projeto pequeno, como instalar um “pescoço” na câmera de casa para que ela gire livremente para monitorar toda a casa; ou você planeja adicionar um par de “olhos” ao robô para obter um rastreamento visual mais inteligente. Descobriu-se que o comumservos só pode girar para frente e para trás em uma direção e não pode atender às necessidades de cobertura total. Neste momento, o eixo duploservoO gimbal de controle é a resposta que você procura.

O que é um cardan de direção de eixo duplo?

Para ser franco, um eixo duploservogimbal é um “sistema conjunto” composto por dois servos. Um servo é responsável pela rotação horizontal, que normalmente chamamos de “eixo Pan”, e é responsável por balançar a cabeça para a esquerda e para a direita; o outro servo é responsável pelo passo vertical, que é o “eixo de inclinação”, e é responsável por balançar a cabeça para cima e para baixo. Quando dois servos são combinados através de um suporte, eles podem transportar câmeras, sensores ou outros equipamentos para obter cobertura completa de movimento.

Você pode pensar nisso como seu pescoço e sua cabeça. O eixo horizontal é como quando você vira a cabeça para olhar para a esquerda e para a direita, e o eixo vertical é como quando você olha para o céu e para o chão. Ao combinar as duas ações, você pode olhar em qualquer direção. O servo gimbal de eixo duplo faz a mesma coisa, exceto que a “carne e sangue” é substituída por um servo e um suporte de metal, para que a máquina possa girar com flexibilidade.

Para que pode ser usado um gimbal de eixo duplo?

O cenário de aplicação mais comum são câmeras de segurança inteligentes. Você deve ter visto o tipo de câmera doméstica que pode ser controlada e girada remotamente, e nove em cada dez delas usam um servo gimbal de eixo duplo. Basta deslizar pelo APP móvel e a câmera o seguirá. Você pode ver de todos os cantos da casa, pontos cegos? Não existe. Há também uma plataforma pan/tilt de transmissão ao vivo muito popular. Aonde quer que a âncora vá, a câmera segue, tudo contando com esses dois eixos para ajuste em tempo real.

Por exemplo, se você fizer um carro inteligente e instalar um gimbal e uma câmera de eixo duplo, seria mais interessante. Você pode sentar na frente do computador e controlar o movimento do carro através da alça, ao mesmo tempo que controla de forma independente o ângulo de rotação da câmera. Quer ver se há algum obstáculo embaixo do carro? Apenas deixe a câmera olhar para baixo. Quer observar as condições da estrada à distância? Levante a câmera e digitalize para a esquerda e para a direita. Este tipo de flexibilidade é completamente incomparável com câmeras fixas.

Como controlar o gimbal para torná-lo estável

O núcleo do controle de um gimbal de eixo duplo é enviar sinais PWM precisos para os dois servos. Você pode pensar no PWM como a “linguagem” do servo. Ao alterar a largura do pulso, você informa ao servo “quantos graus você deseja girar”. A placa de controle principal, como a STM32, é o tradutor, convertendo suas instruções em sinais elétricos que os servos podem entender e, ao mesmo tempo, direcionando os dois servos para trabalharem juntos para permitir que a câmera aponte com precisão para o local desejado.

Mas não basta que a luz possa girar, ela deve ser capaz de girar de forma estável. Se o servo vibrar com um “clique” assim que for iniciado, ou se tremer algumas vezes após ser colocado na posição, a tela ficará ilegível. Portanto, são necessários algoritmos para intervir, como o controle PID, que pode calcular desvios em tempo real, fazer a direção girar com rapidez e precisão e evitar ultrapassagens. Se quiser fazer o rastreamento automático, é necessário adicionar um giroscópio ou um algoritmo visual para que o gimbal possa ajustar sua postura com base no feedback e manter a imagem sempre estável.

Como escolher um mecanismo de direção adequado

Os servos são divididos principalmente em dois tipos: servos analógicos e servos digitais. Servos analógicos são baratos, mas sua resposta é lenta e sua precisão é média. Eles são adequados para situações com baixas exigências. O servo digital possui resposta rápida, posicionamento preciso e pequena zona morta. Quando usado em um gimbal, pode tornar a rotação mais suave e a imagem mais estável. Embora seja um pouco mais caro, melhora significativamente a experiência, especialmente quando você precisa do gimbal para rastrear rapidamente objetos em movimento, as vantagens dos servos digitais são refletidas.

Também depende do torque e do material da engrenagem. Se o torque for muito pequeno, a câmera não poderá ser movida ou “descairá” sob a menor força externa. Você tem que estimar o peso da carga e deixar alguma margem. Quando se trata de engrenagens, as engrenagens de plástico são baratas, mas sujeitas a desgaste, enquanto as engrenagens de metal são mais duráveis ​​e adequadas para projetos de longa duração. Observe também que os servos comuns geralmente têm um curso de 180 ou 270 graus. Não compre um que possa girar 360 graus continuamente. Ele não pode ser posicionado com precisão e não pode ser usado como gimbal.

É difícil fazer um gimbal sozinho?

Na verdade, o limite é muito menor do que você pensa. Hoje em dia, existem muitos kits de suporte de cardan de dois eixos prontos para uso na Internet. Você pode comprá-los por algumas dezenas de yuans. As peças estruturais já estão montadas para você. Você pode apenas usar parafusos para consertar o servo depois de comprá-lo. O circuito é mais simples. Os três fios do servo (alimentação, terra e sinal) são conectados à placa de driver correspondente ou placa de controle principal. Após o fornecimento da fonte de alimentação, um conjunto de hardware pode ser configurado em poucos minutos.

Para a parte de software, por exemplo, usando a biblioteca Servo integrada, dois servos podem ser acionados com apenas uma dúzia de linhas de código. Primeiro deixe um eixo girar, depois deixe o outro eixo girar e, finalmente, teste a combinação. Se quiser obter um movimento mais suave, você pode ajustar lentamente o incremento do ângulo. Todo o processo é como construir blocos, aprender enquanto faz, e em breve você será capaz de criar um gimbal controlado manualmente, o que lhe dará uma sensação completa de realização.

O que você deve prestar atenção ao comprar um gimbal pronto?

Se você não deseja soldar circuitos e escrever código do zero, comprar um gimbal pronto também é uma boa escolha. Nesse momento, é preciso focar em vários parâmetros: capacidade de carga, ou seja, quantas coisas ela pode carregar; ângulo de rotação, se pode atender à sua faixa de monitoramento; e interface de controle, seja uma entrada PWM simples ou suporte a comandos de porta serial. Quanto mais rica a interface, mais fácil será expandi-la posteriormente.

Além disso, é recomendável encontrar fabricantes com informações completas e bom suporte técnico. Antes de fazer um pedido, você pode acessar o site ou loja oficial para ver se eles fornecem código de amostra, diagramas de fiação e tutoriais de uso. Bons fabricantes fornecem até mesmo SDKs de desenvolvimento secundários, o que pode evitar muitos problemas. Lembre-se, você compra para usá-lo rapidamente. Não escolha um que você ficará confuso sobre como controlar depois de obtê-lo.

Quando você está trabalhando em um projeto de gimbal de eixo duplo, o maior obstáculo que você encontra é a incerteza na seleção do modelo ou a programação instável? Você está convidado a conversar sobre sua experiência na área de comentários, curtir e salvar para poder conferir quando precisar no futuro.