用你的拳头控制轨道摄像机机器人

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轨道相机钻机

这是一个可以用拳头控制的轨道摄像机机器人。

几乎每个矿井项目都在最后一个项目。我从最新版本中获得的主要响应，一个自动电影制作机器人是'很酷，但你真正用它来用什么？’这是一个很好的观点，尽管我通常只对制作演示感兴趣，但这一次我想我将牢记这一批评，并尝试将我的技术实验应用到更实用的东西上。

我总是在研讨会上建立射击，我有很有趣的电影摄影，所以我一定会钟到像这样的轨道射门。很长一段时间，我也被创造更聪明的研讨会环境所着迷，这是我觉得对我迈向这一概念非常有用的工具之一。我希望能够将更多的焦点放入制作过程而不是我构建时的文档。我发现的解决方案是自动化事物;远程控制您的相机从您所在的位置，所以你不必落后于它。

在这样的设置下，有两种可能的交互。你可以告诉相机开始/停止在你周围的某个方向移动，或者你可以“抓住”相机并移动到环的特定位置。

环本身由8个部分组成，因此您还可以在单​​个部分或沿弧形轨道上操作相机，而不是整个环。还可以使用不同类型的部分来创建一个更复杂和缠绕的轨道。

构建的三个组成部分

»构建MDF的模块化插槽一起铁路系统。

»制作一个步进驱动的马车来运输摄像机。

»用手编写代码以控制步进电机。

制作低成本的互动运动系统

像往常一样，我不期待人们会究竟想要复制这个设置，我真的鼓励你不要！我非常清楚，其中没有多少人可以访问激光切割机，我曾经为此建立框架。但我希望它刺激一些酷炫的想法。

反馈我达到最后一个是Kinect v2的成本，所以这次我学习了一些新内容，以便专门使用Kinect V1工作的手势。

木质机械的挑战

它的“低成本”在于它使用了扁平的木质部分，没有任何金属。我知道铝挤压和线性轴承存在，是运动系统的首选。我现在也意识到木制齿轮的牙齿是相当困难的做得很好。但我确实认为节俭是有好处的。拒绝简单的解决方案是创造性的源泉。我碰巧有一台激光切割机，但没有3D打印机，所以设计一台可以完全由平包装木板制造的机器，是我已经练习了很长时间的事情。

补给品：

手势控制/运动跟踪

»Kinect V1（Xbox 360 Kinect + PC适配器）

适用于跑步机、车厢和其他滑动机构

»标准22mm滑板轴承，适合(松散)在M8螺栓。亚马逊上的散装货又好又便宜。

的驱动

»标准双极步进电机。

»亚马逊上的'9-42V步进驱动'。

建设

独家9毫米MDF。

用这种材料工作很有趣。它的强度足以制造任何规模的东西，而且相对便宜，它可以在标准的80W电子管上进行激光切割。它允许你以平面包的方式制作任何对象。但它确实会产生一些烟雾和残留物。

激光切割尖端：鉴于其厚度，将光束略微低于材料表面的底面，用于底面的清洁切割和较窄的Kerf。

使用MDF需要考虑的主要问题是它最大的弱点是分层。如果你正确地使用它，并在边界和部件连接处放置足够的材料支撑，它可以承受惊人的冲击。否则，它将非常容易撕裂或断裂。就像3D打印一样，你慢慢地会有这种感觉，但这是一个重要的考虑因素，因为通常对于扁平包装，你想使用摩擦配合，即你用木槌将板条状的部件锤在一起，你不想在组装时损坏部件。对于固定，你必须小心的冲击驱动器，你不要试图过紧的螺丝，因为纤维板是足够软的，你可以突然“剥掉”，使螺丝通道无法使用。

如果您确实想要复制它，或者只需查看切割列表，我就会附上.dxf文件。

建设

这个“环”是由8个槽在一起的部分，在外缘有齿轮齿。它们有18毫米厚，由两层9毫米厚的胶粘在一起。这个环的直径为2500毫米。

板材

当我设计出薄薄的东西制成的东西时，我就依赖CAD。它可以帮助我可视化层如何将复杂的几何形状像齿轮齿一样，通过在模拟环境中尽可能多的迭代来节省大量的时间和材料。

替代，“配方”，算法CAD工作流程的建议

尽管最初在Fusion 360、Solidworks或Sketchup中创建功能部件的原型可能很有意义，但我现在只在Grasshopper中工作，这是Rhino的一个可视化脚本界面。它通常被建筑师用于大型结构，但我发现它是一个令人难以置信的有效和通用的方法来设计部分，特别是如果你习惯于编写代码。

这比设计工作流要慢得多，因为你不能以正常的方式用鼠标画线/圈/功能(尽管你可以使用草图功能和导入模型)，而是创建数学定义和描述几何体的构建模块。脚本的逻辑由执行不同任务的不同类型节点之间的连接流决定。

你的模型的每一个功能都可以通过滑块实时调整。这也意味着您可以在不同但相似的项目之间重用大块逻辑。

我个人认为它比传统的工程CAD环境更自由和直观。在创建一个完全参数化的模型的初始阶段，你“浪费”了所有的时间，当你切割部分并发现有些东西不太合适，或者你想彻底改变一些东西，但重复使用一些旧的功能时，你就会回来。只需移动滑块或重新配置几个节点，就能在不到一分钟的时间内输出新部件。我发现其他接口对于像这样不寻常的部件来说是非常禁止的。

轨道系统。下沉式轴承和固定螺栓

由于运输是非常轻量级的设计(只举行网页电话而不是数码单反相机),我决定去一个铁路系统,跟踪所“困扰”一对导轴承两侧,然后允许自由辊通过两个或三个轴承上手机的重量和运输。

使用较厚的堆叠层而不是3D打印的最大限制之一是，你必须在2D而非3D打印中工作更多。我解决这个问题的方法是把承重的轴承和安装在它们上的螺栓沉入薄板中，刚好使轴承从底部伸出来，使马车能在下面的表面上自由滚动。我创建了一个切口，匹配的轮廓螺栓与轴承夹在两个垫圈之间，微调公差，使其紧贴。

木制齿轮齿

据我所知，选择齿轮齿尺寸是一个折扣：较小的牙齿意味着较少的摩擦力和较少的间隙，但在像MDF一样柔软的东西中，太小而且你的风险造成牙齿的牙齿也是如此迅速地。有很多工具可以帮助您设计一个好的牙齿剖面，但理论实际上并不复杂地应用自己。其中一个关键原则是压力角，这决定了齿轮齿的正方形或指向。需要考虑的另一件事是小齿轮的尺寸。它是较大的，从步进电机需要越来越多的扭矩，使其靠在齿条上并驱动托架。

设置驱动器

将步进电机安装到小车上后，我在轴上增加了一个小齿轮，并微调了导向轴承的紧度，使小车可以平稳滚动，但阻力很小，因为步进电机的扭矩有限，即使使用12V 4A电源。我连接了Arduino Mega 2560和步进驱动程序，让事情运行。

步进驱动程序，就像我使用的，让你选择每一步的划分。微步是一个有用的功能，它允许您通过分步移动步进电机，但它也有连锁效应的东西，如扭矩和输出速度。我发现使用4个微步骤能够提供最好的运动轮廓。我不认为这里有一个固定的规则，只是尝试不同的模式，看看什么是最好的。

控制协议

我已经附加了我为这个写的arduino草图'orbital_motion_control.ino'。我基本上是从我的自动摄像装置中获取代码，调整它并添加一些改进。

使用步进电机的吸引力在于，你可以通过计算你所走的步数来测量它运行的距离，从而知道它确切的位置。

对于电机控制，我开始建立我自己的步进类。它允许你抽象的低水平步进驱动器信号与位置目标:你设置数字目的地，步进器将自动步进，如果它不已经在那里。我从我以前的构建中构建了代码，尽管它的一些功能在这里不是真正必要的，因为我一次只控制一个步进电机，我更喜欢对步进电机的低级访问，因为它更适合未来的开发。

归巢和定位

这个类还包括一些方法，用于处理带有限制开关的归航周期。这意味着每次你打开钻机时，它都会尝试朝一个方向移动，直到触碰开关，让你每次都有一个一致的起点，并准确地知道摄像机当前在环上的位置。同样重要的是，如果您决定只使用圆外的一些部分，您需要确保马车只能在正确的范围内移动，而不能继续移动到边缘之外。为了做到这一点，我确定了每个节的步骤数，并为节的数量添加了一个常数，将其相乘以找到步骤中的范围。

知道我需要通过USB控制钻机，并将命令像“开始移动”一样，“移动到特定位置”或“设置速度”，我创建了一个粗略的命令协议，有点像G代码。这样做的原因是我希望能够送出几百个命令一秒钟，所以我想确保我有效地沟通。正如您可以在Arduino代码文件中看到的那样，我决定这样做的方式是通过在每条消息开始时具有命令识别字符，并且在行结尾之前的任何剩余字符被解析为伴随的号码或字符串通知该行动的价值。例如，如果您发送'M'然后'A'或'C'，则会告诉钻机移动，指定的方向分别逆时针或顺时针。

移动以基于拨动的方式完成。如果钻机已经移动并且您发送了移动命令，它将停止移动。同样，如果钻机处于空转状态或进入另一个方向，则它将开始移动或改变方向。

为了处理相机的绝对位置，当你“抓取”然后“拖动”它时，我首先捕获在握紧拳头时的马车的当前位置(以及取消任何其他动作)，然后输出手的后续运动，作为从这个起点的距离增量，可以转换成一个绝对位置，我可以告诉马车移动到。

为了获得手的位置，并确定拳头是张开还是握紧，我使用了Kinect V1传感器。与Kinect V2相比，它的手势识别能力略显不足，但成本较低。

手数据由我的C＃控制台应用程序处理。这包含一个串行类，该级级涉及通过USB的Arduino和步进电机进行通信，以及根据手正在做的方式决定发送到钻机的命令的交互类。主要逻辑是区分短“螺母”或“切换”事件和“抓取和拖动”事件。这涉及记录拖动启动的位置，然后在任一方向上移动手，在任一方向上移动距离达到距离，它们被转换为移动到移动到的步骤。

使用交互框架和Kinect V1

Kinect API提供了各种不同的数据流来访问不同种类的感官信息。如果你想处理这些数据，你必须激活每个流。这些帧流包括彩色帧、深度帧、红外帧和骨架帧。如果我们只是想知道手的位置，我们可以使用骨架流，寻找每个手关节的位置。然而，我们想要某种互动触发，所以我们也需要知道每只手是否在握拳。

这一点就不那么简单了，因为您需要做进一步的处理来识别手的状态。这一点在Kinect V2中表现得更好。这回答帮助我弄清楚了它，正如您从第二个代码片段中看到的，您必须调用一个叫做IInteractionClient的东西。从本质上讲，这需要深度和框架，进行一些分析，并返回一个交互框架，它告诉你拳头是紧握还是松开。

要使用API的这一部分，你需要直接导入Microsoft.Kinect.Toolkit.Interaction，这是不寻常的，因为它需要你实际复制。dll并将其放入项目的输出bin文件夹中，你的可执行文件就在这个文件夹中。

您正在寻找的.dll是kinectinteraction180_32.dll或Kinectinteraction180_64.dll，具体取决于您的项目设置。对我来说，这些被发现程序文件\微软sdk \Kinect\开发者工具包v1.8.0\redist.＼．

如果有需要我详细说明的地方，请告诉我。

我想实现一些改进

»丙烯酸齿轮齿，可提高耐用性

*更好的节间细木工方法。目前，我正在使用一种燕尾连接器，但有时公差和发挥是这样的车厢卡在连接部分。这也不是一个非常持久的方法来组装和拆卸很多次，因为你必须把它们锤在一起，中密度纤维板开始分裂。

»无刷电机和编码器的步进电机。步行者是伟大的简单和保持东西便宜。他们有一个高扭矩和低转速，这意味着他们不需要变速箱。然而，与无刷电机相比，它们的功率重量比非常低。选择BLDC可以让我跑得更快。

把它悬挂在天花板上。胶合板支撑的环是伟大的测试，但我想安装更高的环，以获得头顶上的镜头。即使在2500毫米和广角模式下，视野仍然是有限的，所以这将有助于获得更多的帧。