舵机云台-机器谱-robotway

机器谱

【R207】舵机云台

作者：机器谱

图文展示3264(1)(1)

副标题

概述

体感姿态跟随

追踪球形目标

舵机云台、云台、六轴陀螺仪、舵机、云台控制、舵机云台制作、舵机云台组装、舵机控制、舵机关节模组、云台执行器、Arduino Uon

2.结构说明

该样机由一个舵机加一个 舵机关节模组 构成。

1.运动功能说明

舵机云台下方的舵机可以提供一个左右摆动的动作，同时上方横置的关节模组可以提供一个上下摆动的动作。在这两部分的配合下，云台的执行端端（即：关节模组的U型支架）可以灵活地走出一个近似半球的运动轨迹。

3.运动功能实现

3.1 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

3.2 编写程序

编程环境：Arduino 1.8.19

舵机云台的控制关键是驱动舵机和舵机关节模组。

云台运动的代码（点击查看：SimultaneousMovement.ino）

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
电池	7.4V锂电池

序号	内容
1	样机3D文件
2	例程源代码

将两个舵机接在扩展板的D3以及D4舵机接口上。

4.扩展样机

使用不同的舵机和支架，可以构建出不同形态的云台，如图所示：

5.资料清单

概述

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体感姿态跟随

1. 功能说明

本文示例将实现R207样机舵机云台根据六轴陀螺仪传感器的数据实现姿态跟随的功能。

2. 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra主控板（兼容Arduino Uno）‍
扩展板	Bigfish2.1扩展板‍
传感器	六轴陀螺仪
电池	7.4V锂电池

物料	‍测试数据
舵机0	0 --- 180‍
舵机1	0 --- 110‍
陀螺仪的加速度包X轴数据	从左到右转动陀螺仪，数据从（+1.01，-1.05）逐渐减小；中值为0；
陀螺仪的加速度包Y轴数据	沿Y轴俯仰陀螺仪时，数据从（-1.15,1.01）逐渐增大；中值为0；

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Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2023-04-24 https://www.robotway.com/

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功能：云台可以根据陀螺仪传感器的数据实现姿态跟随

接线：陀螺仪传感器接在扩展板的Gnd、Vcc（3.3v）、RX、TX；

底座舵机0号接在扩展板的（Gnd、Vcc、D4）；

摆动舵机1号接在扩展板的（Gnd、Vcc、D3）

#include<Servo.h> //调用舵机库函数

#include<Math.h>

Servo myservo[2]; //声明两个舵机

int myservopin[2] = {4, 3}; // 定义舵机的引脚

#define Gyroscope_left_LimitAngle_X -1.05 //读取到陀螺仪 X 轴向左偏的极限数值

#define Gyroscope_Right_LimitAngle_X 1.01 //读取到陀螺仪 X 轴向右偏的极限数值

#define Gyroscope_Middle_LimitAngle_X 0 //读取到陀螺仪 X 轴平放时的数值

#define Gyroscope_left_LimitAngle_Y -1.05 //读取到陀螺仪 Y 轴向左偏的极限数值

#define Gyroscope_Right_LimitAngle_Y 1.01 //读取到陀螺仪 Y 轴向右偏的极限数值

#define Gyroscope_Middle_LimitAngle_Y 0 //读取到陀螺仪 Y 轴平放时的数值

#define Servo_One_Mix_Angle 0 //1号舵机最小角度

#define Servo_One_Max_Angle 180 //1号舵机最大角度

#define Servo_Two_Mix_Angle 0 //2号舵机最小角度

#define Servo_Two_Max_Angle 110 //2号舵机最大角度

#define Servo_Speed 10 //舵机速度

unsigned char Re_buf[11],counter=0;

unsigned char sign=0;

float a[3],w[3],angle[3],T;

int servo_angle_current[2] = {0,0};

float value_init[2]={90,90};

float f = 10.0; //舵机的频率

void setup()

{

Serial.begin(115200); //打开串口，并设置波特率为115200

myservo[0].attach(myservopin[0]);

myservo[1].attach(myservopin[1]);

}

void loop()

{

Get_gyroscope_And_Control(); //根据陀螺仪传感器的数据实现姿态跟随

}

电路连接说明：

① 六轴陀螺仪传感器连接在Bigfish扩展板的GND、VCC（3.3V）、RX、TX；

② 底座舵机0号连接在Bigfish扩展板的（GND、VCC、D4）；

③ 摆动舵机1号连接在Bigfish扩展板的（GND、VCC、D3）。

3. 功能实现

编程环境：Arduino 1.8.19

实现思路：舵机云台可以根据陀螺仪传感器的数据实现姿态跟随。

六轴陀螺仪实物与空间坐标系的对应关系：

3.1 测试数据

① 测试舵机云台的两个舵机初始角度，记录数据；

② 测试六轴陀螺仪传感器的姿态数据。

下表是本实验中测试出的实验数据，大家可参考格式，测试出自己的实验数据。

3.2 示例程序

根据已测数据编写程序，下面提供一个参考例程（body_feeling_attitude.ino）：

注意：本次实验测试数据对应的程序位置如下图所示，大家可尝试输入自己的实验数据参数，修改这段程序，使舵机云台的姿态跟随更加流畅。

4. 资料清单

序号	内容
1	【R207】-体感姿态跟随-程序源代码

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追踪球形目标

1. 功能说明

在R207样机舵机云台上安装一个摄像头，本文示例将实现舵机云台追踪球形物体的功能。

2. 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra主控板（兼容Arduino Uno）‍
扩展板	Bigfish2.1扩展板‍
电池	7.4V锂电池
通信	2510通信转接板
通信	WiFi路由器
其它	摄像头
其它	配置OpenCV的Visual Studio 2015.net环境‍ 的计算机一台

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by 机器谱 2023-04-24 https://www.robotway.com/

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#include <Servo.h>

#define BOTTOM_SERVO_MIN 10

#define BOTTOM_SERVO_MAX 175

#define TOP_SERVO_MIN 85

#define TOP_SERVO_MAX 175

const String CMD_UP = "U";

const String CMD_DOWN = "D";

const String CMD_LEFT = "L";

const String CMD_RIGHT = "R";

Servo myServo[2];

int servo_value[2] = {85, 105};

int port0 = 4;

int port1 = 7;

int servo_move_angle = 1;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

ServoInit();

delay(1000);

}

void loop()

{

String s = SerialRead();

if(s != "")

{

if(s == CMD_UP)

ServoAdjust(port1, -servo_move_angle);

else if(s == CMD_DOWN)

ServoAdjust(port1, servo_move_angle);

else if(s == CMD_LEFT)

ServoAdjust(port0, -servo_move_angle);

else if(s == CMD_RIGHT)

ServoAdjust(port0, servo_move_angle);

}

String SerialRead()

{

String str = "";

while(Serial.available())

{

str += char(Serial.read());

}

return str;

}

void ServoInit()

{

myServo[0].attach(port0);

myServo[1].attach(port1);

for(int i=0;i<2;i++)

{

myServo[i].write(servo_value[i]);

}

void ServoAdjust(int which, int where)

{

switch(which)

{

case 4:

servo_value[0] += where;

if(servo_value[0] <= BOTTOM_SERVO_MIN)

servo_value[0] = BOTTOM_SERVO_MIN;

else if(servo_value[0] >= BOTTOM_SERVO_MAX)

servo_value[0] = BOTTOM_SERVO_MAX;

myServo[0].write(servo_value[0]);

break;

case 7:

servo_value[1] += where;

if(servo_value[1] <= TOP_SERVO_MIN)

servo_value[1] = TOP_SERVO_MIN;

else if(servo_value[1] >= TOP_SERVO_MAX)

servo_value[1] = TOP_SERVO_MAX;

myServo[1].write(servo_value[1]);

break;

default:

break;

}

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows;

using System.Windows.Controls;

using System.Windows.Data;

using System.Windows.Documents;

using System.Windows.Input;

using System.Windows.Media;

using System.Windows.Media.Imaging;

using System.Windows.Navigation;

using System.Windows.Shapes;

using System.Windows.Forms;

using System.Runtime.InteropServices;

using System.Threading;

using System.Net;

using System.Net.Sockets;

namespace Project

{

/// <summary>

/// 形状跟踪，球

/// </summary>

public partial class MainWindow : Window

{

//导入 HoughCircles.dll 动态链接库

[DllImport("HoughCircles_DLL")]

public static extern void HoughCircles([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)]string ip_address, //视频地址

ref int xpos, //跟踪物体中心X坐标

ref int ypos); //跟踪物体中心Y坐标

//定义窗口大小

int cap_w = 320, cap_h = 240;

//跟踪物体中心 x, y 坐标值，物体轮廓半径r

int x = 0, y = 0;

//定义命令变量

string CMD_UP = "", CMD_DOWN = "", CMD_TURN_LEFT = "", CMD_TURN_RIGHT = "";

//结构体

public struct Boundaries

{

public int x_left;

public int x_right;

public int y_up;

public int y_down;

}

Boundaries boundaries = new Boundaries();

public MainWindow()

{

InitializeComponent();

}

private void Window_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)

{

GetIni();

SetPosition();

CmdInit();

StructInit();

}

//变量初始化

private void CmdInit()

{

CMD_UP = "U";

CMD_DOWN = "D";

CMD_TURN_LEFT = "L";

CMD_TURN_RIGHT = "R";

}

//结构体初始化

private void StructInit()

{

boundaries.x_left = 100;

boundaries.x_right = 200;

boundaries.y_up = 80;

boundaries.y_down = 160;

}

//获取ini配置文件信息

private void GetIni()

{

ini_RW.FileName = System.Windows.Forms.Application.StartupPath + "\\Config.ini";

this.videoAddress.Text = ini_RW.ReadIni("VideoUrl", "videourl", "");

this.ipAddress.Text = ini_RW.ReadIni("ControlUrl", "controlUrl", "");

this.portBox.Text = ini_RW.ReadIni("ControlPort", "controlPort", "");

}

//修改配置

private void setBtn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

{

ini_RW.WriteIni("VideoUrl", "videourl", this.videoAddress.Text);

ini_RW.WriteIni("ControlUrl", "controlUrl", this.ipAddress.Text);

ini_RW.WriteIni("ControlPort", "controlPort", this.portBox.Text);

System.Windows.MessageBox.Show("配置成功！请重启程序以使配置生效。", "配置信息", MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Information);

//this.Close();

}

//命令发送函数

void SendData(string data)

{

try

{

IPAddress ips = IPAddress.Parse(ipAddress.Text.ToString());//("192.168.8.1");

IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ips, Convert.ToInt32(portBox.Text.ToString()));//把ip和端口转化为IPEndPoint实例

Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket

c.Connect(ipe);//连接到服务器

byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(data);

c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送测试信息

c.Close();

}

catch (Exception e)

{

System.Windows.Forms.MessageBox.Show(e.Message);

}

//跟踪物体位置界限判断

private void LineDetect(int _x, int _y)

{

if (_x > 0 && _x <= boundaries.x_left)

{

SendData(CMD_TURN_LEFT);

}

else if (x > boundaries.x_right && x < cap_w)

{

SendData(CMD_TURN_RIGHT);

}

else if (_y > 0 && _y <= boundaries.y_up)

{

SendData(CMD_DOWN);

}

else if (_y > boundaries.y_down && _y < cap_h)

{

SendData(CMD_UP);

}

//物体位置初始化#FFACAAAA

private void SetPosition()

{

var color = new SolidColorBrush((System.Windows.Media.Color)System.Windows.Media.ColorConverter.ConvertFromString("#00008B"));

objEllipse.Height = 30;

objEllipse.Width = 30;

objEllipse.Fill = color;

var left_distance = (cap_w - objEllipse.Width) / 2;

var top_distance = (cap_h - objEllipse.Height) / 2;

Canvas.SetLeft(objEllipse, left_distance);

Canvas.SetTop(objEllipse, top_distance);

}

//跟踪物体位置更新函数

private void PositionUpdate(int x, int y)

{

LineDetect(x, y);

Canvas.SetLeft(objEllipse, x);

Canvas.SetTop(objEllipse, y);

posLable.Content = x + " , " + y;

}

//线程函数

private void ThreadCapShow()

{

try

{

while (true)

{

this.Dispatcher.Invoke(

new Action(

delegate

{

string ip = this.videoAddress.Text;

HoughCircles(ip, ref x, ref y);

PositionUpdate(x - 15, y - 15);

}

));

}

catch { };

}

//打开跟踪窗口

private void openBtn_Click(object sender, RoutedEventArgs e)

{

try

{

Thread m_thread = new Thread(ThreadCapShow);

m_thread.IsBackground = true;

m_thread.Start();

}

catch { };

}

电路连接说明：

① 将2510通信转接板连接到Bigfish扩展板的扩展坞上面；

② 用3根母对母杜邦线将2510通信转接板与WiFi路由器连接起来：GND-GND、RX-RX、TX-TX；

③ 找到1根USB线，一端连接到2510通信转接板接口上，另一端连接到WiFi路由器USB接口上；

④ 将摄像头线连接到WiFi路由器接口上。

3. 功能实现

实现思路：实现舵机云台追踪蓝色小球。

3.1 工作原理

① 摄像头采集图像信息；

② 通过WiFi将图像信息传递给PC端（VS2015配置的OpenCV环境）；

③ 在PC端使用OpenCV对图像转化为灰度图像；

④ 检测圆形，并且计算出圆中心坐标；

⑤ 采用九宫格方式对摄像显示图像进行分割；

⑥ 确定目标物体在显示图像的所处九宫格位置；

⑦ 如果目标图像超出九宫格位置的中心，调整摄像头矫正偏移使目标物体在屏幕中心位置；

⑧ 调整摄像头需要上位机通过WiFi给下位机发送矫正指令，下位机需要接收信号，并且让安装了摄像头的舵机云台做出相应的矫正动作。

3.2 示例程序

编程环境：Arduino 1.8.19

① 下位机例程

将参考例程（example.ino）下载到主控板，开启路由器，将路由器与主控板TX、Rx串口进行连接，同时将PC连接至路由器WIFI网络。下位机接收上位机处理的图像信息结果控制舵机云台相应运动，云台跟随目标物体运动。

② 上位机例程

下面提供一个可以实现舵机云台追踪球形物体的参考例程（MainWindow.xaml.cs），大家可参考演示视频完成该实验。

4. 资料清单

序号	内容
1	【R207】-追踪球形目标-例程源代码
2	【R207】-追踪球形目标-样机3D文件

文件下载

【整体打包】-【R207】舵机云台-追踪球形目标-资料附件.zip

42.86MB

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