Diseño de un sistema sobreactuado para la orientación de una cámara fotográfica.

Abstract

[EN] In this master’s thesis, an over-actuated device for the precise control of a camera’s position is designed and developed. First, the technical requirements of the device are defined, including the range of motion for each axis and the minimum speed necessary for capturing images in different conditions.

Next, an exhaustive comparison of different actuation systems is conducted to select the most suitable actuators in terms of precision, response speed, and compatibility with other components. Position sensors and the microcontroller responsible for processing data and controlling the actuators in real-time are also selected.

With the components selected, the design of the connections between each element is carried out, considering the electrical power supply, communication between sensors, actuators, and the microcontroller, and the integration of adapters if necessary. Schematics are created, and preliminary tests are conducted to ensure that all connections function correctly.

The design of the mechanical structure is crucial and must allow movement in two degrees of freedom, support the weight of the camera, and house all the components. Computer-aided design (CAD) tools are used to design each part, and fabrication is carried out through 3D printing.

Once the structure is fabricated, the control logic is implemented using a command-based communication system, which allows the user to control the device’s position and speed, as well as the camera’s functions. This system is programmed into the microcontroller, and exhaustive tests are conducted to ensure its proper functioning.

To verify the effectiveness of the device, two tests are carried out: a panoramic image to evaluate the precision of the movement and a photograph of the stars to verify the stability and smoothness of the movement over long periods. The results of these tests demonstrate that the device can achieve a level of detail and precision impossible to attain without the assistance of a motorized mount like the one designed.

[ES] En el presente trabajo de fin de máster se diseña y desarrolla un dispositivo sobreactuado para el control preciso de la posición de una cámara fotográfica. Primero, se definen los requisitos técnicos del dispositivo, que incluyen el rango de movimiento de cada eje y la velocidad mínima necesaria para la captura de imágenes en diferentes condiciones.

A continuación, se realiza una comparación exhaustiva de diferentes sistemas de actuación para seleccionar los actuadores más adecuados en términos de precisión, velocidad de respuesta y compatibilidad con otros componentes. También se seleccionan los sensores de posición, así como el microcontrolador encargado de procesar los datos y controlar los actuadores en tiempo real.

Con los componentes seleccionados, se procede al diseño de las conexiones entre cada elemento, considerando la alimentación eléctrica, la comunicación entre sensores, actuadores y el microcontrolador, y la integración de adaptadores si es necesario. Se crean esquemas y se realizan pruebas preliminares para asegurar que todas las conexiones funcionen correctamente.

El diseño de la estructura mecánica es crucial y debe permitir el movimiento en dos grados de libertad, soportando el peso de la cámara y albergando todos los componentes. Se utilizan herramientas de diseño asistido (CAD) para diseñar cada pieza y la fabricación se realiza por medio de impresión 3D.

Una vez fabricada la estructura, se implementa la lógica de control mediante un sistema de comunicación por comandos, que permite al usuario controlar la posición y velocidad del dispositivo, así como las funciones de la cámara. Este sistema se programa en el microcontrolador y se realizan pruebas exhaustivas para asegurar su correcto funcionamiento.

Para verificar la efectividad del dispositivo, se llevan a cabo dos pruebas: una imagen panorámica para evaluar la capacidad de movimiento preciso y una fotografía de las estrellas para verificar la estabilidad y suavidad del movimiento durante largos períodos. Los resultados de estas pruebas demuestran que el dispositivo puede lograr un nivel de detalle y precisión imposible de alcanzar sin la asistencia de una montura motorizada como la diseñada.

[CA] En aquest treball de final de màster es dissenya i desenvolupa un dispositiu sobreactuat per al control precís de la posició d’una càmera fotogràfica. Primer, es defineixen els requisits tècnics del dispositiu, que inclouen el rang de moviment de cada eix i la velocitat mínima necessària per a la captura d’imatges en diferents condicions.

A continuació, es realitza una comparació exhaustiva de diferents sistemes d’actuació per a seleccionar els actuadors més adequats en termes de precisió, velocitat de resposta i compatibilitat amb altres components. També es seleccionen els sensors de posició, així com el microcontrolador encarregat de processar les dades i controlar els actuadors en temps real.

Amb els components seleccionats, es procedeix al disseny de les connexions entre cada element, considerant l’alimentació elèctrica, la comunicació entre sensors, actuadors i el microcontrolador, i la integració d’adaptadors si és necessari. Es creen esquemes i es realitzen proves preliminars per a assegurar que totes les connexions funcionen correctament.

El disseny de l’estructura mecànica és crucial i ha de permetre el moviment en dos graus de llibertat, suportant el pes de la càmera i allotjant tots els components. S’utilitzen eines de disseny assistit per ordinador (CAD) per a dissenyar cada peça i la fabricació es realitza mitjançant impressió 3D.

Una vegada fabricada l’estructura, s’implementa la lògica de control mitjançant un sistema de comunicació per comandos, que permet a l’usuari controlar la posició i velocitat del dispositiu, així com les funcions de la càmera. Aquest sistema es programa en el microcontrolador i es realitzen proves exhaustives per a assegurar el seu correcte funcionament.

Per a verificar l’efectivitat del dispositiu, es duen a terme dues proves: una imatge panoràmica per a avaluar la capacitat de moviment precís i una fotografia de les estrelles per a verificar l’estabilitat i suavitat del moviment durant llargs períodes. Els resultats d’aquestes proves demostren que el dispositiu pot aconseguir un nivell de detall i precisió impossible d’assolir sense l’assistència d’una muntura motoritzada com la dissenyada.