前言：
? ? ? ?這是最近偶爾在網(wǎng)上找資料時(shí)候找到的一篇文章，作者是一名Japanese丧慈。這篇文章發(fā)表在著名教程類網(wǎng)站http://www.instructables.com/上（國(guó)內(nèi)是不是還沒(méi)有類似的網(wǎng)站呢？），這個(gè)網(wǎng)站通過(guò)用戶分享各種東西制作和實(shí)踐操作步驟來(lái)幫助大家make anything。不過(guò)沒(méi)想到是這個(gè)小哥選擇在這樣一個(gè)看似受眾群體偏大眾類的網(wǎng)站上來(lái)發(fā)表這么一篇我在學(xué)術(shù)網(wǎng)站上都找不到的專業(yè)文章怜械。文章內(nèi)容非常豐富颅和，包含了小哥在開(kāi)發(fā)云臺(tái)時(shí)的整個(gè)分析思考過(guò)程，只不過(guò)小哥的英語(yǔ)確實(shí)有點(diǎn)詭異缕允，翻譯成英文的時(shí)候選擇的詞匯都有點(diǎn)不常見(jiàn)峡扩，嚴(yán)重懷疑是用翻譯軟件翻譯之后，再做修改的（文章中他也提到了自己英語(yǔ)不好障本，并且提供了日文原版教届，懂日文的朋友可以直接看日文版）。我這次之所以翻譯這篇文章是為了我自己能把文章看的透徹一點(diǎn)驾霜，同時(shí)也為了給想做無(wú)刷云臺(tái)的朋友提供一篇淺顯易懂的入門文章（這讓我想起了當(dāng)初的我案训，搜遍國(guó)內(nèi)各種論壇，但是關(guān)于云臺(tái)一篇好的文章都找不到）粪糙。
文章原地址：http://www.instructables.com/id/DIY-Brushless-Gimbal-with-Arduino/
正文：
?? ? ? ? ? ? ? ? 《基于arduino來(lái)DIY一個(gè)無(wú)刷相機(jī)自穩(wěn)云臺(tái)》
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 作者：ArduinoDeXXX
? ? ? ?這是利用廉價(jià)的陀螺儀和Arduino來(lái)開(kāi)發(fā)我的第三個(gè)項(xiàng)目的故事强霎。
? ? ? ? 在完成早前的兩個(gè)項(xiàng)目：兩輪平衡小車和三次元書(shū)道（空中畫(huà)筆）后，我有了利用arduino制作相機(jī)穩(wěn)定云臺(tái)的想法蓉冈。隨后我給我自己的項(xiàng)目制定了三點(diǎn)要求城舞。
1.要在云臺(tái)上安裝比gopro大的標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)
2.系統(tǒng)盡可能的簡(jiǎn)單，不需要依賴其他額外的設(shè)備或者套件
3.靠自己：參考越少的網(wǎng)站越好寞酿，并且不靠模仿其他人的項(xiàng)目來(lái)完成家夺。
? ? ? ?在這個(gè)項(xiàng)目剛開(kāi)始的時(shí)候，我打算利用伺服電機(jī)來(lái)做一個(gè)2軸云臺(tái)伐弹。但是后來(lái)清楚的發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)的性能很難滿足要求拉馋。最終我選擇了利用無(wú)刷電機(jī)和arduino做了一臺(tái)三軸云臺(tái)。在下面這個(gè)視頻里惨好，會(huì)突然聽(tīng)到很大的噪聲煌茴。為了充分展示性能和缺點(diǎn)，這個(gè)視頻我沒(méi)有進(jìn)行任何特殊的處理日川，避免使用任何視頻剪輯效果蔓腐。
[介紹視頻]
The Effectiveness of DIY Brushless Gimbal with Arduino
通過(guò)視頻可以看到這個(gè)DIY的三軸云臺(tái)似乎在實(shí)際應(yīng)用中提供了足夠的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。但是想要做到這點(diǎn)是不容易的逗鸣，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中我遇到了下面幾個(gè)難點(diǎn)。
1.單純利用arduinio來(lái)充分控制無(wú)刷電機(jī)
2.利用相當(dāng)簡(jiǎn)陋的工具來(lái)制作一個(gè)精準(zhǔn)的云臺(tái)框架
3.解決陀螺儀與arduino之間利用SPI接口進(jìn)行通信中存在的混亂
4.解決框架顫動(dòng)問(wèn)題
5.加入預(yù)期绰精、平滑的平轉(zhuǎn)和傾斜來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的補(bǔ)償
上面提到的第一問(wèn)題是軟件方面的問(wèn)題撒璧，第二個(gè)則是純硬件方面的問(wèn)題。而其余的問(wèn)題則是同時(shí)涉及軟件和硬件方面的笨使。
這里除了第一個(gè)問(wèn)題以外的四個(gè)問(wèn)題是當(dāng)完成單軸的基礎(chǔ)上加入第二個(gè)軸之后出現(xiàn)的卿樱。這說(shuō)明了單軸和多軸之間的核心程序本質(zhì)方面其實(shí)沒(méi)有什么不同，但是要想制作一個(gè)可靠的多軸云臺(tái)的框架則需要比做單軸的情況下需要付出更多的努力（硬件方面）硫椰。
如何制作出這個(gè)云臺(tái)我將會(huì)在后面的各個(gè)步驟中詳細(xì)說(shuō)明繁调，但是這個(gè)故事并不單單如此萨蚕，這是一個(gè)開(kāi)發(fā)高可用度的三軸無(wú)刷相機(jī)云臺(tái)的完整的故事。下面故事開(kāi)始：
1.用陀螺儀來(lái)制作云臺(tái)時(shí)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
2.利用廉價(jià)的有刷支流電機(jī)來(lái)DIY一個(gè)單軸的云臺(tái)
3.利用伺服電機(jī)來(lái)DIY一個(gè)單軸云臺(tái)
4.利用無(wú)刷電機(jī)來(lái)DIY一個(gè)單軸云臺(tái)
5.多軸控制
6.DIY云臺(tái)的有效性
7.可以改進(jìn)但是還未解決的問(wèn)題
“如何做蹄胰。岳遥。≡Ｕ”主要體現(xiàn)在步驟6到步驟10中浩蓉。其實(shí)僅需要在觀看了DCUMENTARY（12）之后再參考步驟10其實(shí)你們就可以完成絕大部分制作工作了。另一點(diǎn)需要提到的是宾袜，這個(gè)三軸云臺(tái)的最終性能是可以通過(guò)收看上面的INTRODUCTION VIDEO和步驟12中DCUENTARY（15）和步驟13中的DCUMENTARY（17）就能提前了解捻艳。
哦對(duì)了，另外一個(gè)名為《Brushless Gimbal with Arduino》的項(xiàng)目去年就在這個(gè)網(wǎng)站就發(fā)表過(guò)了庆猫。這對(duì)我來(lái)說(shuō)確實(shí)是一個(gè)很好的入門資料认轨。但是我們之間的方法還是存在很大的不同的。具體的不同我會(huì)在步驟5中進(jìn)行介紹月培。
我希望利用文章中插入的視頻和圖片能夠彌補(bǔ)我這蹩腳的英語(yǔ)翻譯嘁字。這個(gè)文章的日文版本相對(duì)于英語(yǔ)版還增加了三個(gè)額外步驟。
步驟1：一個(gè)重要的問(wèn)題-陀螺儀到底應(yīng)該裝在哪里节视？
剛體在空間中的任何運(yùn)動(dòng)都可以通過(guò)兩種簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)方式來(lái)描述：旋轉(zhuǎn)和平移。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以借助一種叫做萬(wàn)向云臺(tái)的設(shè)備來(lái)抵消掉或補(bǔ)償?shù)舻难靶小Ｒ粋€(gè)固定在萬(wàn)向云臺(tái)中心的相機(jī)當(dāng)隨云臺(tái)的支撐部分在空間中運(yùn)動(dòng)的時(shí)霍掺，是可以靠云臺(tái)不同部分各自轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度來(lái)抵消相機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，盡管他不會(huì)抵消掉平移運(yùn)動(dòng)拌蜘。因此如果想通過(guò)電機(jī)控制萬(wàn)向云臺(tái)杆烁，那么相機(jī)的實(shí)時(shí)角度就成為了保持相機(jī)靜止時(shí)最需要知道的信息。
我們可以有多種方法來(lái)觀測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的在空間中的角度位置简卧。這里我們利用了廉價(jià)的陀螺儀模塊兔魂。陀螺儀模塊是可以測(cè)量物體旋轉(zhuǎn)時(shí)的角速度，然后可以利用arduino將角速度轉(zhuǎn)化為物體轉(zhuǎn)動(dòng)的角度【倜洌現(xiàn)在我們討論一下通過(guò)兩種不同方式來(lái)在云臺(tái)中安裝陀螺儀的情況析校。
（1）把陀螺儀安裝在“相機(jī)側(cè)”（安裝在相機(jī)固定框架上）
（2）把陀螺儀安裝在“支撐側(cè)”（安裝在云臺(tái)手持基座上）
這兩種安裝方式最大的不同是：是否能夠得到電機(jī)控制云臺(tái)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的角度反饋信息。當(dāng)使用第一種安裝方式時(shí)铜涉，相機(jī)在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和相機(jī)在外界干擾下共同作用下的角度信息智玻，這兩個(gè)角度是融合的無(wú)法區(qū)分，是測(cè)量?jī)烧吖餐饔孟碌慕嵌冗\(yùn)動(dòng)信息芙代。第二種方式下吊奢，只是測(cè)量外界的干擾運(yùn)動(dòng)的角度，但是不會(huì)測(cè)量電機(jī)在控制下轉(zhuǎn)動(dòng)的角度纹烹。下面我列舉了這兩種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)的優(yōu)缺點(diǎn)页滚。
（1）固定在相機(jī)側(cè)（固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分上）
控制策略：當(dāng)相機(jī)剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)召边，立刻驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)抵消角度運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：并不需要預(yù)估準(zhǔn)確的電機(jī)角度（并不需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)軸到底轉(zhuǎn)了多少度）
缺點(diǎn)：相機(jī)容易產(chǎn)生振動(dòng)除非是電機(jī)控制是充分的（充分是什么意思裹驰？）
（2）固定陀螺儀在云臺(tái)的支撐側(cè)（固定在電機(jī)機(jī)身（定子）上）
控制策略：當(dāng)支撐側(cè)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候隧熙，估算出支撐帶來(lái)的角度并驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行反方向上這個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：由電機(jī)運(yùn)動(dòng)反饋引起的振動(dòng)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生邦马。
缺點(diǎn)：需要正確的估計(jì)出支撐側(cè)和相機(jī)側(cè)的旋轉(zhuǎn)角度贱鼻。
這兩種方法的不同點(diǎn)對(duì)于電機(jī)的選擇是非常重要的依據(jù)。采用第二種方法的時(shí)候滋将，需要同時(shí)預(yù)估出固定側(cè)和電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度信息邻悬，因此伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)都有可能被選用。這兩種電機(jī)是直接通過(guò)角度來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的随闽。
在另一方面父丰，當(dāng)陀螺儀固定在相機(jī)側(cè)，是電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)使得相機(jī)保持在相對(duì)于一個(gè)云臺(tái)外部的固定視角中國(guó)的一個(gè)固定角度下掘宪。因此并不需要預(yù)估支撐側(cè)的旋轉(zhuǎn)角度蛾扇。所以采用便宜的有刷直流電機(jī)就可能行得通。
通過(guò)上面的分析可以發(fā)現(xiàn)從電機(jī)選擇自由性上和不需要預(yù)估準(zhǔn)確的角度信息這兩點(diǎn)來(lái)看采用第一種方式是更好的方式魏滚。
