Не так давно я уже похвастался, что мою(и Zoltberg-а) статью про Arduino — «Веб-камера на сервоприводах» опубликовали в журнале Хакер. Статья уже выложена на их сайте и её можно прочитать здесь.

Вкратце расскажу про создание такой камеры.

Как видно на фотографии, я собрал поворотную основу для камеры из самых простых и дешёвых маленьких серв — SG-90.
Камера крепится прямо к качалке верхней сервы, которая привинчивается к Г-образной загогулине, вылепленной из ПКЛ (поликапролактон — замечательный пластик для моделирования и прототипирования!). Эта же загогулина другим концом крепится к качалке второй сервы.

Основу я недолго думая вырезал из пластиковой бутылки 🙂 Хотя можно было бы вылепить из того же пластика ПКЛ 😉

Вот и вся механика. Очень просто и быстро. Использовать ПКЛ для таких поделок сплошное удовольствие. Но если у вас нет под рукой паяльной станции с феном, то нужно держать наготове чайник с кипятком 😉
Так же обратите внимание, что массивные детали из пластика будут размегчаться дольше, чем мелкие. Это можно наблюдать по цвету. Нагреваясь пластик становится прозрачным, а в глубине у него может оставаться белый стержень более холодного и твёрдого пластика.

Далее обе сервомашинки напрямую подключаются к 7 и 8 портам контроллера Arduino/CraftDuino :

В данном случае Arduino/CraftDuino играет роль шлюза, т.е. углы поворота сервомашинок передаются контроллеру по последовательному порту от управляющей программы на ПК, а Arduino просто получает значение угла поворота и поворачивает нужную серву на заданный угол.

Для работы с сервомашинками воспользуемся библиотекой Servo, а для общения с контроллером через последовательный порт используем библиотеку Firmata, которая так же как и библиотека Servo уже входит в стандартный набор библиотек Arduino IDE.

Вот какая программа для Arduino у нас получится (фактически — это немного модифицированный пример, поставляемый с библиотекой Firmata)

#include <Firmata.h>
#include <Servo.h>

Servo servo7;
Servo servo8;

void analogWriteCallback(byte pin, int value)
{
    if(pin == 7)
      servo7.write(value);
    if(pin == 8)
      servo8.write(value);
}

void setup() 
{
    Firmata.setFirmwareVersion(0, 2);
    Firmata.attach(ANALOG_MESSAGE, analogWriteCallback);

    servo7.attach(7);
    servo8.attach(8);
   
    Firmata.begin(9600);
}

void loop() 
{
    while(Firmata.available())
        Firmata.processInput();
}

Вот и всё — механика и электроника готовы и остаётся только написать программу для управления этим мини-роботом!

Так как дальнейшие планы научить этого мини-web-cam-бота самостоятельно обнаруживать объекты и следить за ними, то для работы с камерой я воспользуюсь библиотекой OpenCV.

Управляющая программа довольно простая.
Подключаемся к web-камере и показывам её картинку. Так же выведем в окошко с картинкой пару ползунков, с помощью которых будем управлять положением сервомашинок.

Так как в моей конструкции робота web-камеру пришлось закрепить на боку, то в программе приходится это исправлять (поворачивать картинку на 90 градусов против часовой стрелки).
Эта процедура реализуется функцией rotate(), которая является обёрткой вокруг функции OpenCV: cvWarpAffine(), которая и выполняет поворот изображения (Аффинное преобразование).

//
// программа для управления 
// сервомашинками мини-web-cam-бота
// 
// robocraft.ru

#include <cv.h>
#include <highgui.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#include "serial.h"

Serial sg; // для работы с COM-портом

// положение 1-й сервы
int A = 0;
int Amax = 180;

// положение 2-й сервы
int F = 0;
int Fmax = 180;

IplImage* dest = 0;

//
// функции-обработчики ползунков
//
void myTrackbarA(int pos) {
	A = pos;
	// Firmata
	char buf[3];
	buf[0] = 0xE0 | 7;
	buf[1] = A & 0x7F;
	buf[2] = (A >> 7) & 0x7F;
	sg.Send(buf, 3);
	Sleep(100);
}

void myTrackbarF(int pos) {
	F = pos;
	// Firmata
	char buf[3];
	buf[0] = 0xE0 | 8;
	buf[1] = F & 0x7F;
	buf[2] = (F >> 7) & 0x7F;
	sg.Send(buf, 3);
	Sleep(100);

}

// функция поворота изображения на заданный угол
void rotate(IplImage* _image, double _angle=90)
{
	// матрицы трансформации
	CvMat* rot_mat = cvCreateMat(2,3,CV_32FC1);
	// вращение относительно центра изображения
	CvPoint2D32f center = cvPoint2D32f(_image->width/2, _image->height/2);
	double angle = _angle;
	double scale = 1;
	cv2DRotationMatrix(center,angle,scale,rot_mat);
	
	IplImage* Temp = 0;
	Temp = cvCreateImage(cvSize(_image->width, _image->height) , _image->depth, _image->nChannels);

	// выполняем вращение
	cvWarpAffine(_image,Temp,rot_mat);

	// сохраняем результат
	cvCopy(Temp, _image);

	cvReleaseImage(&Temp);
	cvReleaseMat(&rot_mat);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	// получаем любую подключённую камеру
	CvCapture* capture = cvCaptureFromCAM(CV_CAP_ANY);
	assert( capture );

	// устанавливаем ширину и высоту кадра
	cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640);//1280); 
	cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480);//960); 


	IplImage* frame=0;

     // окно для вывода изображения
	cvNamedWindow("capture", CV_WINDOW_AUTOSIZE);

	// инициализация COM-порта
	int port=19; // номер виртуального COM-порта Arduino
	printf("[i] try to open COM-port %d\n", port);
	bool b = sg.Open(port, 9600);
	if(!b)
	{
		printf("[!] Error open COM-port!\n");
		return 1;
	}
	printf("[i] ok\n");

	// добавляем ползунки для управления положением сервомашинок
	cvCreateTrackbar("A", "capture", &A, Amax, myTrackbarA);
	cvCreateTrackbar("F", "capture", &F, Fmax, myTrackbarF);

     // цикл обработки кадров с камеры
	while(true){
		// получаем кадр
		frame = cvQueryFrame( capture );
          // копируем изображение
		dest = cvCloneImage(frame);

		// поворачиваем картинку на 90 градусов
		rotate(dest);

		// показываем
		cvShowImage("capture", dest);

		// освобождаем изображение
		cvReleaseImage(&dest);
	
		char c = cvWaitKey(33);
		if (c == 27) { // нажата ESC
			break;
		}
	}
	// освобождаем ресурсы
	sg.Close();
	cvReleaseCapture( &capture );
	cvDestroyWindow("capture");
	return 0;
}

Вот и всё!
Главное — желание и хорошая идея! 😉

исходники к статье можно скачать по адресу:
/files/opencv/servobot/servobot.zip