DIY 电动相机滑轨带云台——Arduino 控制项目

概述

本教程将学习如何制作带云台（俯仰/偏航）的电动相机滑轨。这是一个 100% DIY 的 Arduino 项目，使用 MDF 和胶合板等廉价材料，通过 Arduino、三个步进电机、按钮和摇杆（集成在定制 PCB 上）控制。尽管成本低廉，成品效果令人印象深刻，能实现超平滑的相机运动，拍出专业级电影镜头。

你可以观看下方视频或阅读以下图文教程。

通过控制器可手动移动相机，或设定起止点让相机自动往返。配合支撑臂，甚至可将滑轨安装在小型三脚架上、任意角度，仍能保持稳定运动。

首先用 3D 建模软件设计滑轨。

可在下方下载 3D 模型获取所有尺寸，也可在 Thangs 浏览器中查看。

3D 打印 GT2 带轮链接：Thingiverse

制作相机滑轨

滑轨用 22mm 铜管，长 1 米。铜管易氧化，需抛光（我用牙膏代替抛光剂）。

木质底座用两块 21mm 胶合板胶合，复刻三脚架快装板固定其上，便于安装三脚架。

用 8mm 螺纹杆固定铜管，管上钻 8mm 孔（用简易夹具保证两侧孔对齐，分级钻进 2/4/6/8mm）。

铜管穿过螺纹杆，垫圈螺母锁紧；两端同理固定。

滑动平台用 8mm MDF 切割，装 608Z 轴承（外径 22mm），两轴承间用垫圈和螺母间隔，确保与 22mm 铜管良好接触。为防倾斜滑动时脱轨，底部再加两组轴承。平台滑动顺滑。

小三脚架承重不足，制作支撑臂稳定：木块夹具夹在三脚架腿上，支撑臂开长槽（密集钻 6mm 孔再锉平）以调节角度，效果完美。

加装固定腿（8mm MDF），无需三脚架也能用。

云台部分：按 3D 模型切割胶合板/MDF，制作水平调节铰链、电机安装座和轴承座。

滑轨步进电机一侧固定，另一侧装惰轮，用 GT2 同步带连接平台（螺栓+扎带固定带）。

友人 3D 打印两个 80 齿带轮，配合电机 16 齿轮实现 5:1 减速。

按需剪裁同步带做成闭环，用 401 胶水粘接并贴胶带加固。

云台最终组装：固定俯仰电机，装轴承并用环氧树脂固定；俯仰平台用 8mm 螺栓锁在偏航平台上，同时装上 80 齿带轮和同步带。带子稍松，在电机螺栓处加小轴承作张紧轮解决。

装偏航电机，水平平台上下装轴承、推力轴承、80 齿带轮、同步带，最后装上俯仰头并锁紧螺栓。机械结构完成。

电路图

三个 NEMA17 步进电机由三个 A4988 驱动。滑轨用电位器（模拟输入），云台用摇杆模块（双电位器，两路模拟输入），另有一电位器设自动运行速度。设定起止点用按钮（上拉电阻，数字引脚）。另有复位按钮、电源开关、电源插座、滑轨限位开关、两指示 LED。供电 9V 或 12V。

所需组件：

• 步进电机 (NEMA17)
• A4988 步进驱动
• 12V 2A 适配器
• 摇杆模块
• 电源插座
• Arduino 开发板

PCB 设计

按电路图用 EasyEDA 设计双层 PCB，生成 Gerber 文件，JLCPCB 制板（首单 10 片 $2）。

电子组装

PCB 焊排针，所有模块焊跳线插排针，便于安装拆卸。

控制器外壳用 4mm 透明亚克力，圆锯切割，前面板开孔装按钮、电位器、开关、摇杆。5 分钟环氧胶组装，顶盖用两螺栓穿插螺母固定。

将 Arduino 和 A4988 插 PCB，前面板元件接排针，侧板装电源插座，侧板孔引出跳线连电机和限位开关。热缩管整理线材。最后接三节 3.7V 锂电串联（约 11V）供电，滑轨完工完美运行。

DIY 相机滑轨 Arduino 代码

代码较长，分段讲解，文末附完整代码。基于 Mike McCauley 的 AccelStepper 库，支持多电机同步控制。

引脚定义与变量

#include <AccelStepper.h>
#include <MultiStepper.h>
#define JoyX A0
#define JoyY A1
#define slider A2
#define inOutPot A3
#define JoySwitch 10
#define InOutSet 12
#define limitSwitch 11
#define inLED 8
#define outLED 9
AccelStepper stepper1(1, 7, 6); // 滑轨
AccelStepper stepper2(1, 5, 4); // 偏航
AccelStepper stepper3(1, 3, 2); // 俯仰
MultiStepper StepperControl;
long gotoposition[3];
int JoyXPos=0, JoyYPos=0, sliderPos=0;
int currentSpeed=100, inOutSpeed=100;
int XInPoint=0, YInPoint=0, ZInPoint=0;
int XOutPoint=0, YOutPoint=0, ZOutPoint=0;
int InandOut=0;

setup：初始化与回零

void setup() {
  stepper1.setMaxSpeed(3000); stepper1.setSpeed(200);
  stepper2.setMaxSpeed(3000); stepper2.setSpeed(200);
  stepper3.setMaxSpeed(3000); stepper3.setSpeed(200);
  pinMode(JoySwitch, INPUT_PULLUP);
  pinMode(InOutSet, INPUT_PULLUP);
  pinMode(limitSwitch, INPUT_PULLUP);
  pinMode(inLED, OUTPUT);
  pinMode(outLED, OUTPUT);
  StepperControl.addStepper(stepper1);
  StepperControl.addStepper(stepper2);
  StepperControl.addStepper(stepper3);
  // 回零：撞限位开关设为 0，再退 200 步释放
  while (digitalRead(limitSwitch) != 0) {
    stepper1.setSpeed(3000);
    stepper1.runSpeed();
    stepper1.setCurrentPosition(0);
  }
  delay(20);
  while (stepper1.currentPosition() != -200) {
    stepper1.setSpeed(-3000);
    stepper1.run();
  }
}

loop 主逻辑

限位保护：触发限位或超行程（-64800 步）则停止。

while (digitalRead(limitSwitch) == 0 || stepper1.currentPosition() < -64800) {}

按摇杆按键增加云台速度（每按 +50）。

if (digitalRead(JoySwitch) == 0) { currentSpeed += 50; delay(200); }

设定按钮（InOutSet）切换状态机：

• 第 1 次按：记录 IN 点（三电机当前位置），亮 IN LED。
• 第 2 次按：记录 OUT 点，亮 OUT LED。
• 第 3 次按：读自动速度电位器，将 IN 点写入数组，设三电机最大速度，用 moveTo() 计算各电机速度，runSpeedToPosition() 阻塞移动至 IN 点。
• 第 4 次按：同理移动至 OUT 点，之后在案例 2 和 3 间循环。
• 长按 >0.5s：复位 IN/OUT，熄灭 LED。

switch (InandOut) {
  case 0: InandOut=1; XInPoint=stepper1.currentPosition(); YInPoint=stepper2.currentPosition(); ZInPoint=stepper3.currentPosition(); digitalWrite(inLED,HIGH); break;
  case 1: InandOut=2; XOutPoint=stepper1.currentPosition(); YOutPoint=stepper2.currentPosition(); ZOutPoint=stepper3.currentPosition(); digitalWrite(outLED,HIGH); break;
  case 2: InandOut=3; inOutSpeed=analogRead(inOutPot); gotoposition[0]=XInPoint; gotoposition[1]=YInPoint; gotoposition[2]=ZInPoint; stepper1.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper2.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper3.setMaxSpeed(inOutSpeed); StepperControl.moveTo(gotoposition); StepperControl.runSpeedToPosition(); delay(200); break;
  case 3: InandOut=2; inOutSpeed=analogRead(inOutPot); gotoposition[0]=XOutPoint; gotoposition[1]=YOutPoint; gotoposition[2]=ZOutPoint; stepper1.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper2.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper3.setMaxSpeed(inOutSpeed); StepperControl.moveTo(gotoposition); StepperControl.runSpeedToPosition(); delay(200); break;
  case 4: InandOut=0; digitalWrite(inLED,LOW); digitalWrite(outLED,LOW); delay(1000); break;
}

摇杆控制云台：X 轴控制偏航，Y 轴控制俯仰。模拟值 0-1024，中位约 500。>600 正转，<400 反转，中间停止。电位器控制滑轨同理，且转动越大速度越快（map 映射）。

// 摇杆 X - 偏航
JoyXPos = analogRead(JoyX);
if (JoyXPos > 600) stepper2.setSpeed(currentSpeed);
else if (JoyXPos < 400) stepper2.setSpeed(-currentSpeed);
else stepper2.setSpeed(0);
// 摇杆 Y - 俯仰
JoyYPos = analogRead(JoyY);
if (JoyYPos > 600) stepper3.setSpeed(currentSpeed);
else if (JoyYPos < 400) stepper3.setSpeed(-currentSpeed);
else stepper3.setSpeed(0);
// 滑轨电位器
sliderPos = analogRead(slider);
if (sliderPos > 600) { sliderPos = map(sliderPos, 600, 1024, 0, 3000); stepper1.setSpeed(sliderPos); }
else if (sliderPos < 400) { sliderPos = map(sliderPos, 400, 0, 0, 3000); stepper1.setSpeed(-sliderPos); }
else stepper1.setSpeed(0);
// 执行
stepper1.runSpeed(); stepper2.runSpeed(); stepper3.runSpeed();

完整源代码

/* DIY Camera Slider with Pan and Tilt Head by Dejan Nedelkovski www.HowToMechatronics.com
Library - AccelStepper by Mike McCauley: https://www.airspayce.com/mikem/arduino/AccelStepper/index.html */
#include <AccelStepper.h>
#include <MultiStepper.h>
#define JoyX A0
#define JoyY A1
#define slider A2
#define inOutPot A3
#define JoySwitch 10
#define InOutSet 12
#define limitSwitch 11
#define inLED 8
#define outLED 9
AccelStepper stepper1(1, 7, 6);
AccelStepper stepper2(1, 5, 4);
AccelStepper stepper3(1, 3, 2);
MultiStepper StepperControl;
long gotoposition[3];
int JoyXPos=0, JoyYPos=0, sliderPos=0;
int currentSpeed=100, inOutSpeed=100;
int XInPoint=0, YInPoint=0, ZInPoint=0;
int XOutPoint=0, YOutPoint=0, ZOutPoint=0;
int InandOut=0;
void setup() {
  stepper1.setMaxSpeed(3000); stepper1.setSpeed(200);
  stepper2.setMaxSpeed(3000); stepper2.setSpeed(200);
  stepper3.setMaxSpeed(3000); stepper3.setSpeed(200);
  pinMode(JoySwitch, INPUT_PULLUP);
  pinMode(InOutSet, INPUT_PULLUP);
  pinMode(limitSwitch, INPUT_PULLUP);
  pinMode(inLED, OUTPUT);
  pinMode(outLED, OUTPUT);
  StepperControl.addStepper(stepper1);
  StepperControl.addStepper(stepper2);
  StepperControl.addStepper(stepper3);
  while (digitalRead(limitSwitch) != 0) { stepper1.setSpeed(3000); stepper1.runSpeed(); stepper1.setCurrentPosition(0); }
  delay(20);
  while (stepper1.currentPosition() != -200) { stepper1.setSpeed(-3000); stepper1.run(); }
}
void loop() {
  while (digitalRead(limitSwitch) == 0 || stepper1.currentPosition() < -64800) {}
  if (digitalRead(JoySwitch) == 0) { currentSpeed += 50; delay(200); }
  if (digitalRead(InOutSet) == 0) {
    delay(500);
    if (digitalRead(InOutSet) == 0) { InandOut = 4; }
    switch (InandOut) {
      case 0: InandOut=1; XInPoint=stepper1.currentPosition(); YInPoint=stepper2.currentPosition(); ZInPoint=stepper3.currentPosition(); digitalWrite(inLED,HIGH); break;
      case 1: InandOut=2; XOutPoint=stepper1.currentPosition(); YOutPoint=stepper2.currentPosition(); ZOutPoint=stepper3.currentPosition(); digitalWrite(outLED,HIGH); break;
      case 2: InandOut=3; inOutSpeed=analogRead(inOutPot); gotoposition[0]=XInPoint; gotoposition[1]=YInPoint; gotoposition[2]=ZInPoint; stepper1.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper2.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper3.setMaxSpeed(inOutSpeed); StepperControl.moveTo(gotoposition); StepperControl.runSpeedToPosition(); delay(200); break;
      case 3: InandOut=2; inOutSpeed=analogRead(inOutPot); gotoposition[0]=XOutPoint; gotoposition[1]=YOutPoint; gotoposition[2]=ZOutPoint; stepper1.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper2.setMaxSpeed(inOutSpeed); stepper3.setMaxSpeed(inOutSpeed); StepperControl.moveTo(gotoposition); StepperControl.runSpeedToPosition(); delay(200); break;
      case 4: InandOut=0; digitalWrite(inLED,LOW); digitalWrite(outLED,LOW); delay(1000); break;
    }
  }
  JoyXPos = analogRead(JoyX);
  if (JoyXPos > 600) stepper2.setSpeed(currentSpeed);
  else if (JoyXPos < 400) stepper2.setSpeed(-currentSpeed);
  else stepper2.setSpeed(0);
  JoyYPos = analogRead(JoyY);
  if (JoyYPos > 600) stepper3.setSpeed(currentSpeed);
  else if (JoyYPos < 400) stepper3.setSpeed(-currentSpeed);
  else stepper3.setSpeed(0);
  sliderPos = analogRead(slider);
  if (sliderPos > 600) { sliderPos = map(sliderPos, 600, 1024, 0, 3000); stepper1.setSpeed(sliderPos); }
  else if (sliderPos < 400) { sliderPos = map(sliderPos, 400, 0, 0, 3000); stepper1.setSpeed(-sliderPos); }
  else stepper1.setSpeed(0);
  stepper1.runSpeed(); stepper2.runSpeed(); stepper3.runSpeed();
}

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