Video-Quadrocopter Gimbal

Hier finden Sie das Bauprojekt für das Video-Quadrocopter-Gimbal, das es leider nicht mehr ins Buch geschafft hatte. An kleineren Multicoptern wie dem DJI Phantom findet man heute überwiegend leichte Gimbals beispielsweise dem DJI Zenmuse- oder dem XAircraft Stella-Gimbal mit einer kleinen Actionkamera. Ein Grund dafür ist vor allem das geringe Gewicht. Multicopter wie der DJI Phantom haben kaum Reserven für Nutzlasten. In der Regel sind 300-500 g schon die Obergrenze.

Wer genauer hinsieht, stellt leicht fest, dass bei Actionkameras sehr viel bei der Bildqualität geschummelt wird. Vor allem wird bereits in der Kamera extrem geglättet und entrauscht. Das führt zum erheblichen Verlust von Details und sicherlich mindestens 50 % der nominellen Auflösung. Das bedeutet, dass bei einem Bildsensor mit 1080p der Film nur etwa 1 Million statt 2 Millionen Bildpunkt pro Bild darstellt. Zwar hat jedes Bild natürlich etwa 2 Millionen Bildpunkte, aber im Schnitt hat jeder Bildpunkt einen identischen Zwilling. Man kann das auch so darstellen, dass ein Film mit der halben Auflösung auf 1080p vergrößert wird und damit dieselben Bildinformationen enthält. So kann man auch einen Film in VGA-Auflösung einfach auf 1080p vergrößern. Technisch ist das kein Problem. Es führt aber nicht dazu, dass die Bilder mehr Information enthalten. Wo sollten diese auch herkommen?

Hinzu kommen die bei Actionkameras verwendeten Mikro-Objektive. Bereits große Optiken an Spiegelreflexkameras haben Verzeichnungen, Aberrationen und auch keine unendlich große Auflösung. Je kleiner die Optiken werden, desto signifikanter werden diese Probleme. Weitere Verluste gibt es bei Farbechtheit, Brillanz und Tiefenschärfe. Aus meiner langjährigen Erfahrung als Fotograf mit Vollformatkameras behaupte ich, dass Actionkameras im Endeffekt maximal die Informationen eines PAL-Bildes (576p) liefern und das genauso bei den 4K-Formaten. Eine echte 4K-Kamera kostet nicht einfach so einige tausend Euro (ohne Objektiv).

Wem das nicht genügt, der kommt um ein deutlich aufwendigeres und teureres System nicht herum. Die nächsthöhere Klasse sind die Bridge- und Systemkameras. Auch hier muss man differenzieren, denn es gibt auch in dieser Klasse Kameras, die nicht viel besser als Actionkameras sind. Auch spielt das Gewicht hier eine entscheidende Rolle. Als gute Lösung für FPV und Videofilmen haben sich die Sony-Nex-Kameras herausgestellt. Die Nex-Serie umfasst verschieden Modelle, die sich in Preis, Gewicht, Ausstattung und Qualität unterscheiden. Ich entscheide mich wegen der Kosten für eine gebrauchte Nex-5N. Aber auch wegen des Gewichts und wegen der Verfügbarkeit eines ultraleichten HDMI Adapters, der ein Ausgangssignal für FPV erzeugt.

Gimbals für Systemkameras der Nex-Klasse kosten schnell einige Tausend Euro. Das DJI Zenmuse Z15-N für Sony Nex-5 und Nex-7 liegt beispielsweise bereits bei weit über 2000 Euro. Das ist mir persönlich deutlich zu teuer und ich entscheide mich für ein 3-Achsen-Gimbal von DYS in Kombination mit einem AlexMOS-Controller. Dies kostet komplett je nach Bezugsquelle „nur“ um die 400,- Euro. Nach der Bestellung bei einem großen Online-Shop warte ich sage und schreibe fast 4 Monate, bis die Lieferung bei mir eintrifft. Bei dem AlexMOS-Controller achte ich darauf, dass es sich um eine lizensierte Variante handelt. Nur diese lässt sich auf neuere Versionen der Firmware updaten.

Nachdem ich Kamera, Gimbal und HDM-Adapter habe, kann die Montage nun erfolgen.

Zusammenbau des Gimbals

Das DYS-Gimbal gibt es als Komplettpaket inklusive Controller. Geliefert wird es in Einzelteilen, wie in der Abbildung zu sehen ist. Für die Montage müssen die drei Kabel an die Motoren und ein Kabel für die Spannungsversorgung gelötet werden.  Die Motorkabel können beliebig angelötet werden. Die Reihenfolge oder Abstimmung mit den Steckern ist nicht relevant. Wie bei allen Brushless-Motoren ändert sich durch Vertauschen von zwei Adern nur die Drehrichtung. Diese kann später in der Konfiguration angepasst werden.

DYS-Gimbal: Kompletter Buasatz

Die Motoren sind bezüglich der technischen Daten identisch. Ein Motor hat eine Hohlwelle. Dieser wird für die Hochachse verwendet. Die Hohlwelle dient dazu, das Motorkabel für die Hochachse durchzuführen. Ohne das könnte das Gimbal nicht um 360° um die Hochachse gedreht werden. Aber Vorsicht, auch das geht nicht beliebige oft, das sich das Kabel immer mehr zusammendreht. Hohlwellen bei den anderen Motoren wären ebenfalls hilfreich gewesen, wie später noch zu sehen ist. Zudem wären ein paar Millimeter mehr Durchmesser der Hohlwelle ebenso hilfreich gewesen.

Zuerst löte ich nun die beiden Motorkabel an die Motoren ohne Hohlwelle an. Das Kabel für den Motor mit Hohlwelle führe ich von vorne durch die Hohlwelle. Dass lose Ende der Kabel kommt auf der Rückseite mit den vier Bohrungen heraus. Danach wird das Kabel durch die Mittelbohrung der oberen Platte geführt, um diese herumgelegt und dann an den Motor angelötet. Nun kann der Motor an der oberen Platte festgeschraubt werden. Die obere CFK-Platte ist so durch das Kabel nicht mehr vom Motor trennbar. Aber prinzipiell muss dies auch nicht mehr gelöst werden, solange der Motor nicht ausgetauscht werden soll.

Als nächsten werden die Einzelteile zusammengeschraubt:

  • Motor X wird mit vier Schrauben an Teil 2 geschraubt. Dabei achte ich darauf, dass das Motorkabel nach unten führt.
  • Motor Y wird mit vier Schrauben and Teil 3 geschraubt. Die runde Vertiefung bleib frei, zeigt also nicht in Richtung Motor. Hier soll das Kabel nach oben führen. So kann ich dieses durch das Langloch zum Controller verlegen.
  • Auf die Vorderseite von Motor Y wird nun Teil 1 geschraubt. Die runde Vertiefung zeigt vom Motor weg.
  • Nun wird Teil 2 mit einer der Rändelmuttern an Teil 1 geschraubt. Die Rändelmuttern werden zusammen mit einem Gewindebolzen befestigt. Ich drehe den Bolzen dazu in das Gewinde, bis es bündig auf der anderen Seite abschließt. Falls der Bolzen mitdreht, können Sie diesen mit einem Inbusschlüssel gegenhalten oder auch gleich mit mittelfester Schraubensicherung sichern. Motor X und Y bilden mit den Befestigungen nun einen rechten Winkel.
  • Auf Motor X wird nun der Mitnehmer befestigt. Dieser befindet sich in der Tüte mit den Rändelmuttern und wird mit 4 Schrauben befestigt.
  • Mit einer Rändelmutter ohne Gewindebolzen wird nun Teil 6 and den Mitnehmer geschraubt.
  • Auf den Schwalbenschwanz von Teil 6 wird Teil 7 geschoben.
  • Teil 4 wird mit Teil 7 mit einer weiteren Rändelmutter und einem Gewindebolzen verschraubt. Hier ist es noch nicht wichtig, in welches Gewinde der Bolzen geschraubt wird. Bis hier steht im Bild unten nun die gesamte untere Konstruktion mit dem nach oben ragenden Teil 3.
  • Zuletzt wird nun noch Teil 5 mit einer Rändelmutter und einem Gewindebolzen an Teil 3 geschraubt. Damit sind alle Aluminiumteile aus dem Bild oben verbaut.
Montage des Gimbals - Teil 1
Montage des Gimbals – Teil 1

Im nächsten schritt geht es an die komplizierteste Aufgabe. Es müssen die beiden CFK-Platten mit den Gummipuffern verbunden werden. Das kann man tun, indem man die Gummilippe zusammenquetscht und versucht, diese durch die Löcher zu drücken. Oder aber man führt eine Schlauf aus isoliertem Draht durch ein Loch, wickelt die Schlaufe unterhalb der Gummilippe um den Gummipuffer und zieht diesen mit dem Draht dann durch das Loch. Mir ist dabei einer der Gummipuffer gerissen und musste ersetzt werden. Ob wirklich alle Gummipuffer gebraucht werden, wird sich noch zeigen. Mit allen Zwölf scheint mir die Aufhängung sehr hart zu sein.

Wenn die Gummipuffer alle montiert sind, müssen noch die vier Aluminium-Abstandsbolzen an der unteren Platte befestigt werden. Die untere Platte trägt die ganze Konstruktion und die Gummipuffer wirken so auf Druck und nicht auf Zug. Mit den vier Aluminium-Abstandsbolzen wird das Gimbal später am Multicopter befestigt. In der nächsten Abbildung sieht man noch einmal, wie die Teile montiert sind. Dort ist bereits auch der Controller an Teil 3 geschraubt und die beiden IMUs befestigt und alles verkabelt.

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Montage des Gimbals – Teil 2

Es gibt zwei IMUs (Inertial Measurement Unit), die die Lage und Beschleunigung der drei Gimbal-Achsen messen. Ein IMU wird an der Kameraplatte befestigt. In welcher Lage und wo an der Platte diese angebracht wird, ist nicht wichtig. Die Konfiguration der Achsen kann später in der Software eingestellt werden. Bei der IMU an der Kameraplatte muss darauf geachtet werden, dass das Langloch in der Mitte offen bleibt, damit später die Kamera noch befestigt werden kann. Genauso sollte die Auflagefläche auf der Kameraplatte frei bleiben. Diese wird von der Nex-5N fast komplett belegt. Die zweite IMU kann entweder – wie im Bild oben – unterhalb der CFK-Platten oder auch oberhalb, also außerhalb des Gimbals am Multicopter befestigt werden. Ich entscheide mich zunächst für unterhalb. Im Prinzip reichte eine IMU an der Kameraplatte aus. Laut Beschreibung des Controllers wird die Genauigkeit der Lageerkennung durch die zweite IMU um den Faktor 30 genauer.

Die beiden IMUs sind an einem gemeinsamen Kabel befestigt, dass durch die erste IMU durchgeschleift wird. Es spielt keine Rolle, welche der IMUs an der Kameraplatte und welche oben angebracht wird. Auch das kann in der Konfiguration später eingestellt werden. Ich verbinde die IMU mit den zwei Steckern an der Kameraplatte. Wichtig ist bei beiden IMUs, dass diese exakt zu den Achsen des Gimbals ausgerichtet sind. Bei der IMU an der Kameraplatte sieht man gut, wie die rechte Kante mit der der Kameraplatte abschließt. Bereits eine kleine Abweichung führt später schnell zu Problemen (Ruckler). Bei der oberen IMU sieht man, dass diese rechts leicht nach unten kippt.

Montage der IMUs
Montage der IMUs

Die Kabel werden an den Aluminumplatten entlang geführt und mit Rasterband befestigt. Achten Sie hierbei genau darauf, dass Kabel nicht eingeklemmt werden. Die drei Achsen müssen leicht beweglich sind und von den Kabeln nicht blockiert werden. Die Kabel müssen vor allem vom Controller zum X- und Y-Motor lang genug und frei sein. Anderenfalls spannen sich die Kabel ab einer bestimmten Verdrehung der Achsen und blockieren sie.

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Verlegung der Kabel

Die Stecker der Motorkabel werden am Controller an die Anschlüsse YAW (Gierachse), PITCH (Nickachse) und ROLL (Rollachse) angeschlossen. Die Stecker können in zwei Richtungen verbunden werden. Welche Sie verwenden, ist nicht relevant. Prinzipiell muss nun lediglich noch die Spannungsversorgung verbunden werden und das Gimbal ist bereit zur Konfiguration. Die Kabel werde ich später noch kürzen, wozu ich diese noch einmal von den Motoren ablöten muss. Aber das Gewirr von Kabeln erscheint mir wenig optimal. Ärgerlich ist, dass die 2,5-mm-Schrauben zur Befestigung des Controller mit Gehäuse nicht beiliegen. Zwar liegen viel zu viele Schrauben bei, diese sind aber alle zu kurz. Leider bekommt man diese Schrauben auch nicht im Baumarkt oder im Elektronikladen um die Ecke. So habe ich diese bestellen müssen. Das hat mich ein paar Tage weitere Wartezeit gekostet.

AlexMOS-Controller
AlexMOS-Controller

Der wichtigste Schritt ist nun, das Gimbal mitsamt der Kamera inklusive Akku und Objektiv auszubalancieren. Ziel ist es, die Positionen von Kamera und den Gimbalkomponenten so einzustellen, dass die Kamera sich alleine durch die Schwerkraft bereits von selbst ausrichtet. Das fordert den Motoren weniger Leistung ab. Insgesamt sollte aber auch darauf geachtet werden, dass die Drehachsen der X- und Y-Motoren in der optischen Achse und dem Nodalpunkt liegen. Ist dass der Fall, dreht sich die Kamera genau um den Mittelpunkt des Sensors. Befindet sich der Drehpunkt nicht in diesem Punkt, verändert sich beim Ausgleichen der Multicopterbewegungen der Bildausschnitt und es kommt zu sichbaren Effekten.

Für das Ausbalancieren werden die Motoren oder Controller nicht mit Spannung versorgt. Alle Komponenten werden so montiert, wie dies später auch beim Fliegen der Fall ist. Die Kamera wird eingeschaltet, damit das Objektiv ausfährt. Ist das Objektiv beim Ausbalancieren nicht ausgefahren, wird die Kamera später permanent den Nick-Motor nach vorn und unten ziehen.

Als erstes stelle ich die Nick-Achse ein. Dazu muss sie nach oben oder unten und nach vorn oder hinten geschoben werden. Im Optimalfall befindet die Motorwelle des Nick-Motors danach auch noch genau auf der Ebene und vertikalen Mitte des Sensors. Wer den Nodalpunkt exakt erwischen will, der richtet die Kamera optisch genau aus und balanciert die Achsen dann über Zusatzgewichte. Nach der Kalibrierung schwingt die Kamera nach verdrehen der Nickachse wieder zurück und zeigt nach vorn. Hundertprozentig exakt geht das nicht. In manchen Fällen sind die Magnete im Motor so ungünstig angebracht, dass die exakte Ausrichtung nach vorn genau zwischen zwei Magneten liegt. Dann kann helfen, den Motor abzuschrauben und um 90° verdreht anzubringen.

Nach der Nickachse ist die Rollachse an der Reihe. Das funktioniert genau wie bei der Nickachse. Hierzu wird die Kamera seitlich verschoben. Das geschieht, indem man die Rändelmutter am Winkel zwischen X- und Y-Motor gelöst und die Kamera nach links oder rechts verschiebt, bis sie in der Waagerechten bleibt. Auch hier muss sie nach bewegen um die Rollachse wieder in die Waagerechte zurückschwingen. Ebenfalls kann die Anordnung der Magnete hier ungünstig sein. Das kann auch hier verbessert werden, indem der Motor um 90° verdreht montiert wird. Im günstigsten Fall bildet die Achse des Roll-Motors danach genau eine Einheit mit der Objektivachse. Auch hier kann über Zusatzgewichte eine Korrektur erfolgen.

Als letztes wird die Hochachse ausbalanciert. Diese muss in den Schwerpunkt der ganzen unteren Konstruktion gerückt werden. Achten Sie dabei darauf, dass Kabel durch die Hochachse nicht einzuklemmen. Zum Ausbalancieren halte ich das Gimbal an der oberen CFK-Platte schräg. Dann drehe ich das untere Alu-Gestell um die Hochachse und lasse es los. Schwingt dieses in eine bestimmte Lage zurück, löse ich die Rändelmutter unterhalb des Z-Motors und verschiebe die Platte oben nach vorn oder hinten. Nach dem Ausbalancieren verdreht sich das Gimbal in der Hochachse nicht mehr, wenn ich dieses an der oberen Platte Schräg halte und es verdrehe.

Balancieren Sie alle drei Achsen so genau wie möglich aus. Das verbessert die Stabilisierung des Gimbals erheblich.

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Ausbalanciertes Gimbal

Wichtig ist noch, dass die Winkel zwischen den Achsen genau 90° sein müssen. Leider werden als Führungen für die langen Aluminiumprofile keine Schwalbenschwänze verwendet. Die kleinen Führungskanten sind auch nicht genau gefräst und können sich leicht ein wenig verdrehen. Stimmt der Winkel nicht, kann man das eventuell korrigieren, in dem man die Rändelmutter leicht löst und die Profile leicht verdreht, soweit es das Spiel zwischen den Führungen zulässt. Wenn die Winkel nicht stimmen, führt die Drehung in einer Achse auch immer zu einer leichten Drehung in der zweiten Achse. Das verschlechtert die Stabilisierung, weil die Bewegung des Multicopter in nur einer Achse eine Verschiebung der Kamera in zwei Achsen erzeugt.

Konfiguration des Gimbals

Im zweiten Schritt geht es an die Grundkonfiguration des Gimbals. Dazu benötige ich nur den USB-Anschluss und noch keine Spannungsversorgung des Gimbals. Im Datenblättchen, das dem Gimbal beiliegt, finden Sie den Link, unter dem Sie die Software herunterladen können. Es muss die Software für die Firmware-Version verwendet werden, die auf dem Gimbal installiert ist. Wird die falsche version verwendet, zeigt diese an, dass eine andere Version verwendet werden oder die Firmware upgedated werden muss.

Der Download der Zip-Datei ist schnell erledigt und man muss diese nur entpacken. Im entpackten Verzeichnis finden sich zwei Dateien SimpleBGC_GUI.exe und SimpleBGC_GUI.jar und einige weitere Verzeichnisse und Dateien. Damit lässt sich die Software auf Windows, Mac OS X und Linux-PCs verwenden. Ich verwende einen Windows-PC mit Windows 7. Ich verbinde den Rechner und das Gimbal per USB-Kabel. Das Gimbal quittiert das mit einem mehrfachen Piepton. Ohne weitere Einstellungen zeigt sich das neue Gerät bei mit als COM-Schnittstelle.

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COM-Anschlüsse

Wenn es mehrere COM-Schnittstellen gibt und nicht erkennbar ist, welche um Gimbal gehört. Öffnen Sie den Gerätemanager unter Windows und zeigen die Schnittstellen an. Bei MAC OS und Linux prüen Sie in der Kommandozeile mit dem LS-Befehl die vorhandenen Einträge in /dev mit der Kennung tty, geben Sie also den Befehl „ls /dev/tty*“ ein. Sie sehen dann die verfügbaren seriellen Schnittstellen, das können sehr viele sein. Trennen Sie nun das Gimbal vom Rechner und aktualisieren die Ansicht. Sie sehen nun, welche COM-Schnittstelle nicht mehr angezeigt wird.

Jetzt starte ich die SimpleBGC-Software. Es erscheint ein Fenster mit Unmengen von Einstellungen. Das Programm hat aber noch keine Verbindung mit dem Gimbal. Diese stelle ich her, indem ich unter Verbindung die COM-Schnittstelle auswähle. Bei mir ist das COM8. Nun lädt das Programm die Einstellungen aus dem Gimbal herunter. Die einstweilen wichtigsten Einstellungen sind Standard, Erweitert, Follow, RC Einstellungen und Software Upgrade. Mein Gimbal wurde mit der Firmware 2.43 b9 ausgeliefert. Aktuell ist aber die Version 2.50 b2 (mittlerweile gibt es V2.55 b3). Wenn Sie die Firmware aktualisieren wollen, laden Sie dazu die neue Version der SimpleBGC-Software, starten diese und machen dann ein Upgrade im Reiter Software Upgrade. Ich habe auf die Version 2.50 b2 upgedatet.

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Fimware-Update

Die Einstellungen sind alles andere als einfach zu verstehen. Die im Buch beschriebenen PID-Einstellungen für Motoren des Multicopters sind noch halbwegs gut zu verstehen. Beim Gimbal erhöht sich die Komplexität um zwei weitere direkte und einige weitere zusätzliche Einstellungen, die zusammen alle aufeinander abgestimmt sein müssen. Bei meinem 3-Achs-Gimbal gibt es 3 PID-Regler für Roll, Pitch, Yaw. Zusätzlich gibt es eine Power-Einstellung (für den Motorstrom) und eine, mit Plus gekennzeichnete, Einstellung für zusätzlichen Strom, wenn die Gimbalmotoren die Synchronisation verlieren.

Für die Motoren müssen unbedingt die richtigen Polzahlen eingetragen werden. Es gibt eine automatische Erkennung, die bei mir zu falschen Werten führt. Ich weiß aber, das meine Motoren alle 22 Pole haben. Je nach dem, wie Sie die Stecker für die Motoren enigesteckt haben, kann die Drehrichtung jedes Motors verkehrt sein. Ist dass der Fall, müssen Sie nicht die Stecker umstecken, sondern können hier mit Umkehren diese ändern. In aufwendigen Tests habe ich die Werte unten für das SimpleBGC-Gimbal mit der Sony-Nex-5N ermittelt. Sie können diese Werte erst einmal als Startwerte übernehmen. Die Drehrichtung der Motoren müssen Sie allerdings selbst ermitteln. Sie können vor der Übernahme der Werte die Auto-Funktion verwenden. Da noch kein Akku das Gimbal mit Strom versorgt, geht das aber noch nicht. Nachdem die Grundwerte eingestellt sind, wähle ich rechts unten die Option Schreiben. Die Änderungen werden dadurch auf das Gimbal zurückgeschrieben. Es empfiehlt sich, jede Änderung mit der Option Profil oben rechts auf die Festplatte zu sichern und dazu in einer Textdatei zu dokumentieren, wie sich das Gimbal damit verhält. So können Sie später immer wieder nachsehen, welche Einstellungen bestimmte Funktionen besser erledigt hat. Wie zu sehen ist, ist die Übersetzung des Programms ins Deutsche leider nicht ganz vollständig.

Ganz wichtig sind die Einstellungen für die Ausrichtung der Sensoren. Da die beiden IMUs beliebig angebaut werden dürfen und sich somit die Achsen-Richtungen vertauschen, muss dem Gimbal-Controll mitgeteilt werden, in welcher Lage die Sensoren angebracht sind. Hierzu sind die Angaben für zwei Achsen notwendig. Die erste gibt an, welche Achse nach oben und die zweite, welche Achse nach rechts zeigt. Auch das kann die Software prinzipiell automatisch bestimmen. Das die Ausrichtung und Kalibrierung stimmt, erkennen Sie an den drei Anzeigen rechts. Sind Nick- und Roll-Achse waagerecht, müssen der schwarze Balken und der Pfeil ebenfalls waagerecht sein. Die obere Einstellung zeigt den Kompaß an. Mit dieser Richtung stellt der Controller fest, ob sich die Hochachse in der gewünschten Stellung befindet. Für die Kalibrierung gibt es eine Funktion (IMU Calibration Helper), mit der Sie Schritt für Schritt durch die Kalibrierung für beide IMUs geführt werden. Nach dem Start der Kalibrierung müssen Sie die IMU möglichst gut mit jeder Achsenseite (-Z,+Z,-X,+X,-Y,+Y) nach oben aufstellen. Dazu muss das Gimbal frei bewegbar sein. Sobald eine Position erkannt ist, zeigt das Programm das an. Das die Kalibirerung nicht stimmt, erkennen Sie daran, dass eine der drei Anzeigen für die Lage nicht mit der echten Position übereinstimmt.

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Grundeinstellungen

Wichtig ist die Schaltfläche MOTORS ON/OFF. Hiermit schalten Sie die Motoren stromlos. D.h. egal welche Anweisungen vom Gimbal an die Motorregler gehen, tun diese nichts. Wenn sich das Gimbal – und das wird häufiger der Fall sein – unerwartet verhält, stellen Sie hier die Motoren ab. Im Notfall können Sie auch einfach den Akku vom Gimbal trennen. Eine solche Situation ist vor allem, wen ein Motor beginnt, sich im Kreis zu drehen und so Kabel aufrollt und diese abzureissen drohen.

Weiter geht es im Reiter Erweitert. Hier stellen Sie die Verbindungsparameter für die seriellen Schnittstelle ein. Ich hatte einen Fall, bei dem nach einer Änderung auf einen anderen als 115200 Baud keine Verbindung zum Gimbal-Controller mehr möglich war. Ich musste dann erst ein neues Profil anlegen und ein wenig herumprobieren, bis das wieder funktionierte. In der Firmware 2.55 gibt es dazu eine Erweiterung, die durch 12-maliges Drücken des Reset-Tasters die Geschwindigkeit auf 115200 Baud im Controller zurücksetzt. Offensichtlich habe nicht nur ich dieses Problem gehabt.

Die wichtigesten Einstellung für den Anfang sind hier ansonsten AHRS und Sensor. Mit der Einstellung Gyro-Einfluss wird eingestellt, wie weit die Daten von Gyroskop und Beschleunigungssensor zur Berechnung herangezogen werden. Je höher der Wert ist, desto mehr Gewicht bekommen die Daten vom Gyroskop. Werte von 80-140 scheinen zu ganz brauchbaren Ergebnissen zu führen. Bei den Sensor-Einstellung ist vor allem die Position der zweiten IMU wichtig. In meinem Aufbau wird die zweite IMU mit der Hochachse mitgedreht, deshalb wähle ich die Einstellung „Below Yaw“, also unterhalb der Hochachse.

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Erweiterte Einstellungen

Mit diesen Grundeinstellungen können Sie die Funktion des Gimbals nun testen. Das tun Sie mit montierter und eingeschalteter Kamera. Zudem müssen Sie nun einen Akku anschließen. Ich lasse das Gimbal mit dem Programm verbunden und schalte vorab die Motoren aus (die Schaltfläche ist dann grau, nicht blau). Den Akku befestige ich für den ersten Test oberhalb des Gimbal-Controllers mit Klettband. Dann halte ich das Gimbal an der oberen Platte fest und schalte die Motoren ein. Das erwartetete Ergebnis ist, dass die Kamera sich ausrichtet und sich ansonsten nichts bewegt. Machen Sie sich bereit, die Motoren sofort wieder auszuschalten.

Mit den Einstellungen oben richtet sich die Kamera bei mir waagerecht aus. Wenn ich nun das Gimbal zu den Seiten oder nach vorn und hinten kippe, behält die Kamera ihre Ausrichtung bei. Selbst bei schnelleren Bewegungen ist das der Fall. Wie gut das funktioniert, hängt ab von der exakten Montage der IMUs, deren Kalibirerung und von den PID- und Stromeinstellungen. Ist der Strom insgesamt zu schwach eingestellt, bringen die Motoren nicht genug Kraft auf, um die Kamera zu bewegen. Daher sollte man meinen, dass möglichst hohe Ströme bessere Ergebnisse bringen. Das ist prinzipiell auch so, allerdings werden die Motoren mit höheren Strömen immer heißer, bis sie theoretisch „durchbrennen“. Hier gilt es eine gute Abstimmung zwischen Kraft und Hitzeentwicklung zu finden. Erst dann kommen die PID-Werte. Wie Sie sehen können, sind diese sehr klein eingestellt und das sollte auch bei Ihnen nicht signifkant ander aussehen. Das alles funktioniert aber überhaupt nur, wenn Sie das Gimbal so eingestellt haben, dass die Kamera bereits ohne Motorunterstützung nahezu von selbst ausgerichtet bleibt.

 

 

Das Gimbal funktioniert bereits einigermaßen, aber am Multicopter gibt es derzeit ein Problem mit heftigen Vibrationen, das ich noch nicht lösen konnte.

Letzte Änderung: 17.09.2015 09:24

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