步驟1：硬件設(shè)計+構(gòu)建+ 3D打印

作為構(gòu)建滑塊的第一步，我們將從物理部件開始。所有部件都設(shè)計為3D打印，STEP和STL文件可以在這里下載

從上面的圖片可以看出，有很多單獨的部件。我將在這里簡要介紹一下他們的目的

電機安裝 - 此部件用于保持負責(zé)橫向移動攝像機的電機。這部分也像項目的立場。該部件通過10 mm螺紋桿和m10螺母連接到電子設(shè)備外殼。

電子設(shè)備外殼 - 此部件包含控制相機滑塊的所有電子設(shè)備。 Arduino和Roboclaw電機控制器滑入主要的大型隔間。旁邊是一個較小的電池隔間。我為這個電池調(diào)整了這個隔間的大小，但你可以修改我的電池文件。 2 M10螺母也可以插入凹孔，通過M10螺紋桿將電子設(shè)備外殼連接到電機座上。在電子元件支架的頂部，有一個用于屏幕的凹槽和用于旋轉(zhuǎn)編碼器和啟動按鈕的孔。

惰輪 - 與電機座+電子元件相對，在滑塊的另一側(cè)是惰輪側(cè)。惰輪部分使用滾珠軸承讓皮帶自由旋轉(zhuǎn)。該部件也通過M10螺紋桿固定在攝像機滑塊上，使用M10螺母夾緊零件的兩側(cè)。

滑塊底座 - 當(dāng)滑塊的主電機旋轉(zhuǎn)時，該部分實際上是左右移動的部分。該部件通過每側(cè)2 lm8uu軸承連接到8mm光滑桿上。我使用2個軸承來穩(wěn)定平臺并防止振動。該部件還在其底部印有Gt2皮帶齒，因此您可以輕松地將皮帶從電機座安裝到該部件上。該部件在零件的兩側(cè)使用2個標準滑板軸承。這些軸承將攝像機安裝部件連接到此滑塊底座，使攝像機支架能夠以最小的摩擦自由旋轉(zhuǎn)。最后，還有將旋轉(zhuǎn)馬達連接到該部件的空間。電機座的設(shè)計使您可以在擰緊前滑動電機，以確保電機齒輪和攝像機支架齒輪之間的最佳連接。

相機裝載 - 此部分也非常獨特。它有一個四分之一英寸螺絲孔，可用于將零件連接到任何相機。該部件還有一個圓柱形擠壓件，通過2個滾珠軸承安裝在滑塊底座內(nèi)。這有助于防止摩擦。最后，該部件具有內(nèi)部環(huán)形齒輪，其與滑塊底座中的旋轉(zhuǎn)電機連接，并有助于旋轉(zhuǎn)攝像機支架。

我如何設(shè)計齒輪：

建立這個項目，我制作了大約30個原型，其中15-20個是齒輪。我想確保最大的平滑度和準確度，所以我不得不使用高傳動比（大馬達運動=小相機運動）。使用Fusion 360的McMaster集成，無需重新CAD即可輕松嘗試不同的齒輪。通過點擊Fusion 360中的添加部件選項卡，我可以打開整個McMaster部件目錄，只需選擇我需要的齒輪。這樣做允許我將這些齒輪的CAD版本導(dǎo)入到我的項目中，我可以簡單地將它們添加到我現(xiàn)有的零件中而無需自己加工。

第2步：電子

接下來讓我們繼續(xù)討論電子產(chǎn)品。電子產(chǎn)品是該項目具有很大靈活性的地方。

讓我們從這個項目的核心開始 - 2個有刷直流電機。

我選擇有刷直流電機有幾個原因。

與步進電機相比，有刷電機的布線和操作更加簡單

有刷直流電機比直流電機輕得多，這對于旋轉(zhuǎn)軸電機尤其重要電機在相機上橫向移動并使其盡可能輕，對于防止主攝像機滑塊電機過度拉緊非常重要。

我選擇了這種特殊的直流電機。這臺電機給了我極大的扭矩，這是移動如此沉重的相機負載所必需的。此外，高傳動裝置意味著峰值RPM很慢，這意味著我可以拍攝較慢的運動，而高傳動裝置也會導(dǎo)致更高的位置精度，因為輸出軸的360度旋轉(zhuǎn)意味著電機編碼器的計數(shù)為341.2。

這將我們帶到了RoboClaw運動控制器。 Roboclaw電機雙直流電機控制器通過簡單的代碼命令從Arduino獲取簡單的指令，并執(zhí)行所有繁重的處理和電源傳輸，使您的電機按預(yù)期運行。 Arduino可以通過PWM，模擬電壓，簡單串行或數(shù)據(jù)包串行向Roboclaw發(fā)送信號。數(shù)據(jù)包序列是最好的方法，因為它允許您從Roboclaw獲取信息，這是位置跟蹤所必需的。我將在下一步（編程）深入深入了解Roboclaw的軟件/編程部分。

從本質(zhì)上講，由于RoboClaw能夠進行位置控制，Roboclaw可以將帶有編碼器的DC有刷電機轉(zhuǎn)換為更像伺服。然而，與傳統(tǒng)伺服不同，現(xiàn)在您的有刷直流電機具有更大的扭矩，由于高電機齒輪傳動而具有更高的定位精度，最重要的是，您的直流電機可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)360度，這是傳統(tǒng)伺服無法做到的。

下一個電子部件是屏幕。對于我的屏幕，我選擇這款OLED面板因為它的尺寸和高對比度。這種高對比度令人難以置信，使得屏幕在陽光直射下非常容易使用，同時不會發(fā)出太多可能干擾潛在暗相機拍攝的光線。此屏幕可以輕松換成另一個U8G兼容屏幕。此處提供了兼容屏幕的完整列表。實際上這個項目是在U8G庫周圍有意編碼的，所以像你這樣的DIY建造者在他們的部件中有更多的靈活性

這個項目的最終電子部件是旋轉(zhuǎn)編碼器，以及用于啟動滑塊運動的按鈕。編碼器允許您導(dǎo)航屏幕菜單并僅使用一個撥盤配置所有滑塊菜單。旋轉(zhuǎn)編碼器沒有像傳統(tǒng)電位器那樣的“終點”位置，這對于調(diào)整屏幕上對象跟蹤的x和y坐標特別有用。按鈕專門用于啟動滑塊的運動，而無需擺動旋轉(zhuǎn)編碼器。

第3步：編程相機滑塊

編碼是迄今為止最難的挑戰(zhàn)這個項目。你看，從一開始我就想讓滑塊可以在屏幕上控制。為了使這個項目與盡可能多的屏幕兼容，我不得不使用U8Glib庫來代替Arduino。該庫支持超過32個屏幕。但是，U8Glib庫使用圖片循環(huán)在屏幕上繪制菜單，這與Arduino同時收集攝像機角度計算功能所需的攝像機位置信息的能力相矛盾（這將在接下來的幾段中介紹） ）。 U8Glib2通過使用稱為全頁緩沖區(qū)選項的東西替代了圖片循環(huán)，但是由于Arduino Uno的內(nèi)存限制，庫占用了太多內(nèi)存并且難以適應(yīng)其余代碼。這意味著我被U8G困住了，不得不通過防止屏幕在滑塊處于運動狀態(tài)時更新屏幕并且Arduino需要從Roboclaw收集位置數(shù)據(jù)來解決這個問題。當(dāng)我進入子菜單時，我也被迫觸發(fā)滑塊開始移動到菜單循環(huán)之外，我將進入圖片循環(huán)，滑塊將無法正常工作。我還通過單獨的物理按鈕觸發(fā)滑塊的移動來規(guī)避這個問題。

下一步我們來談?wù)勑D(zhuǎn)跟蹤元件。這部分看起來非常復(fù)雜，但它實際上相當(dāng)簡單。這個實現(xiàn)是在我的Arduino代碼中的‘motor（）’函數(shù)下。第一步是制作一個二維網(wǎng)格，并決定放置要跟蹤的對象的位置?；诖?，您可以在當(dāng)前位置繪制三角形。您可以從電機的編碼器值獲取當(dāng)前位置。如果要以cm/mm為單位配置被跟蹤對象的位置，則需要將編碼器值轉(zhuǎn)換為cm/mm值。這可以通過將攝像機滑塊移動1 cm并測量編碼器值的增加來完成。您可以在encoder_mm變量下的代碼頂部輸入此值。

繼續(xù)前進，現(xiàn)在我們將使用反正切函數(shù)來獲取相機必須面對的角度以指向?qū)ο?。反正切取自三角形的相對?cè)和相鄰側(cè)。三角形的另一側(cè)永遠不會改變，因為它是從滑塊到對象的y距離。然而，相機滑塊的相鄰側(cè)確實改變了?？梢酝ㄟ^獲取對象的x位置并從中減去當(dāng)前位置來計算此相鄰邊。當(dāng)滑塊移動其運動范圍時，它將繼續(xù)更新編碼器值上的Arduino。 Arduino將重復(fù)將此編碼器值轉(zhuǎn)換為cm/mm x位置值，然后計算相鄰邊長，最后計算相機需要始終面對的角度以指向?qū)ο蟆?/p>

現(xiàn)在我們的Arduino正在動態(tài)處理攝像機角度，我們可以解決將此角度轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)電機移動到的位置值的問題。這讓我們了解了RoboClaw這個項目的最大特色。通過賦予Roboclaw一個位置值，它基本上可以使DC有刷電機像伺服一樣工作。除了伺服之外，我們的電機具有更大的扭矩，更高的精度，還可以旋轉(zhuǎn)360度。

將Roboclaw移動到某個位置的Arduino代碼如下：

roboclaw.SpeedAccelDeccelPositionM1（地址，‘速度’，‘加速’，‘減速’，‘你要去的位置’，1）;

調(diào)整電機的位置值以對應(yīng)使用相機角度，您需要手動將相機板移動180度。接下來看看從將攝像機板從0度移動到180度后編碼器值的變化程度。這為您提供了編碼器范圍。您可以在將Arduino攝像機角度映射到位置值的電機功能中輸入此范圍。這也在代碼中注釋，因此應(yīng)該很容易找到*****

RoboClaw還讓我能夠調(diào)整其他因素，如加速度，減速度和PID值。這進一步使我能夠平滑旋轉(zhuǎn)軸運動，特別是當(dāng)角度變化很小并且增加了沒有高“D”PID值的加速度時。您還可以通過Roboclaw的桌面應(yīng)用程序自動調(diào)整PID值。

步驟4：操作相機滑塊

現(xiàn)在我們來到有趣的部分，操作滑塊菜單有4個主要選項卡。頂部標簽專用于速度控制。菜單的中間行包含用于以mm為單位配置被跟蹤對象的X和Y位置的選項卡，還可以配置我們是否希望滑塊旋轉(zhuǎn)和跟蹤我們的對象，或者只是進行簡單的滑動而不旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器允許我們導(dǎo)航菜單的不同選項。要配置任何選項，請導(dǎo)航至該選項并按下旋轉(zhuǎn)編碼器。按下后，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器將改變突出顯示的子菜單的值，而不是擦除菜單。達到所需值后，可以再次單擊旋轉(zhuǎn)編碼器?，F(xiàn)在您返回主菜單，可以在不同選項卡之間導(dǎo)航。準備好后，只需按下屏幕旁邊的“開始”按鈕，滑塊即可完成任務(wù)！

確保完成使用相機滑塊后，相機處于“原位”位置：滑塊側(cè)面開始。原因是電機編碼器不是絕對編碼器，這意味著Roboclaw/Arduino無法分辨編碼器的位置。它們只能說明自上次上電以來編碼器的變化程度。這意味著當(dāng)您關(guān)閉相機滑塊時，滑塊將“忘記”滑塊位置并將編碼器重置為0.因此，如果關(guān)閉另一側(cè)滑塊的電源，打開電源時，滑塊將嘗試比邊緣移動更多并撞到滑塊墻。此編碼器行為也是相機在每次相機滑動移動后重置其旋轉(zhuǎn)角度的原因。旋轉(zhuǎn)軸還保護自身不會撞到其運動范圍的末端。

您可以通過在啟動時添加終點停止和歸位過程來解決此問題。這就是3d打印機使用的方法。

第5步：最后的想法+未來的改進

我強烈建議每個構(gòu)建者自己制作這個滑塊的版本而不是構(gòu)建完全相同的滑塊。調(diào)整我的設(shè)計將允許您根據(jù)您的確切規(guī)格構(gòu)建滑塊，同時更好地了解電子設(shè)備和代碼的工作方式。

我使代碼盡可能可讀和可配置，以便您可以調(diào)整/校準滑塊規(guī)格的不同代碼變量。代碼也完全圍繞函數(shù)構(gòu)建，因此如果要復(fù)制/調(diào)整/重寫滑塊的某些行為，則無需對整個代碼進行反向工程和返工，而只需要編輯要編輯的部分。

最后，如果我制作了2.0版，我會做一些改進

旋轉(zhuǎn)軸電機的齒輪比更高。較高的傳動比意味著我可以做出更精確的小動作。當(dāng)相機遠離物體并且相機角度變化非常緩慢時，這一點尤其重要。目前，我的電機沒有過高的轉(zhuǎn)速，當(dāng)相機滑塊運行得太慢或旋轉(zhuǎn)角度變化很小時，它可能導(dǎo)致略微不平穩(wěn)的運動。添加高‘D’PID值有助于我擺脫這一點，但代價是略低的目標跟蹤精度。

模塊化長度。這是一個牽強附會的目標，但我希望相機滑塊的長度模塊化，這意味著您可以輕松地為更長的軌道連接相機滑上。這是非常困難的，因為完全必須對齊兩個軌道并找出如何使帶系統(tǒng)工作。不過，這將是一個很酷的升級！

自定義運動Keyframing。我很想將關(guān)鍵幀運動的概念引入此相機滑塊。關(guān)鍵幀是一種在視頻和音頻制作中非常常用的技術(shù)。它可以實現(xiàn)非線性相機移動，相機移動到某個位置，等待，然后以不同的速度移動到另一個位置，等待，然后進入第三個位置等。

藍牙/無線電話控制。能夠無線配置攝像機滑塊的參數(shù)并能夠在難以訪問的位置部署攝像機滑塊真的很酷。手機應(yīng)用程序還可以提供集成關(guān)鍵幀的機會，如上一段所述。