Триосьовий підвіс. Двоосьовий підвіс для квадрокоптера

Як і раніше, я постараюся розповісти Вам про проблему, яка забрала у мене багато сил і часу та правильний спосіб її вирішення.

Небагато теорії про відеозйомку з квадрокоптера

У процесі польоту будь-який мультироторний літальний апарат (трикоптер, квадрокоптер, гексакоптер, октакоптер і т.д., а далі назвемо його умовно) дроном) багаторазово виробляє нахили та повороти корпусу в різні боки. Тільки рахунок нахилів корпусу дрон здатний переміщатися у горизонтальній площині, а процесі опору вітру ці нахили стають різкіше, сильніше і частіше.

У дешевих дронах відеокамера жорстко прикріплена до корпусу літального апарата, іноді закріплена на платформі віброгасіння, але в обох випадках камера нахиляється слідом за будь-якими нахилами корпусу дрона. Що ми маємо в результаті: Якщо зйомка велася ширококутним об'єктивом (наприклад, як в Екшн-камерах, типу GoPro), то відео виглядає трохи нестабільним, хитається, трохи неідеальним. А якщо об'єктив камери дешевий і вузькокутний (як наприклад у дроні Syma X5C), то нестабільність відео досягає таких меж, що через деякий час зосередженого перегляду починає крутитися голова.

Для вирішення цієї проблеми було сконструйовано дво- та три-осьові стабілізаційні підвіси для камери! Стабілізаційний підвіс - це електронний пристрій, що утримує камеру рівно і в певному положенні (як правило в горизонтальному) незалежно від будь-яких нахилів та поворотів дрону.

Трохи теорії про стабілізаційні підвіси

Підвіс забезпечений одним або двома датчиками гіроскопа/акселерометра і двома або трьома безколекторними електромоторами. Датчики дають інформацію про поточне розташування дрона та камери у просторі, а електромотори нахиляють камеру в задане положення та утримують у ньому.

Двоосьовий підвіс забезпечений двома електродвигунами і стабілізує камеру по двох осях:

• Вісь тангажу - Pitch - нахил камери вниз і вгору
• Вісь крену - Roll - нахил (не поворот!) камери вліво і вправо

Прихильники двоосьових підвісів вважають, що повороти навколо третьої осі обертання можна здійснювати поворотом самого дрона.

У триосьовому підвісі до перерахованого вище додається ще один електродвигун і ще одна вісь стабілізації:

• Ось нишпорення - Yaw - поворот камери вліво і вправо навколо вертикальної осі.

Вибір моделі підвісу

Якщо не розглядати супердорогі професійні моделі, то весь оптимальний вибір на китайському ринку зводиться до двох різновидів підвісу на основі Storm32:

• Двоосьовий підвіс за 35-40$ ,
• Триосьовий підвіс за 50-55$ .

Враховуючи невелику різницю в ціні, а також поширену думку, що триосьовий підвіс настільки добре стабілізує відео, що його можна використовувати без подальшої обробки, я звичайно вирішив придбати саме триосьовий підвіс HakRC Storm32 .

Перший досвід використання

Увага!Підвіс забороняється вмикати без встановленої камери!

Підвіс запрацював одразу «з коробки», не вимагаючи додаткових налаштувань. Живлення 3S-батареї (12вольт) йому цілком вистачило і на столі він швидко і чітко вирівнював камеру при нахилах дрону. Ще пара проводів, і я вже міг керувати з Апаратури управління нахилом камери по вертикалі (вісь тангажу - pitch), і я вже пишався отриманим результатом! Проте вже перший політ показав, наскільки я помилявся!

У першому ж польоті виявилася сильна тряска по осі тангажу (pitch). На жаль, помітив я цей факт лише після посадки, при перегляді відеозапису, коли він уже був безнадійно зіпсований.

Саме з цього випадку розпочалося моє детальне вивчення питань налаштування триосьового підвісу.

Важливі етапи налаштування підвісу

Пам'ятайте, що всі налаштування підвісу ви виконуєте для роботи з однією камерою, і налаштування виконуються під її конкретну вагу, розмір і її розташування! При заміні камери на іншу модель, можливо, доведеться виконувати налаштування заново!

Фахівці радять при налаштуванні виконувати наступні етапи:

1. Огляд та перевірка механічної частини підвісу
2. Встановлення камери, врівноважування всіх осей
3. Перепрошивка контролера на останню версію прошивки
4. Калібрування обох гіродатників по 6-ти точках
5. Виконання візарду «Налаштування підвісу» (Setup gimball)
6. Перевірка та налаштування всіх параметрів, крім PID
7. Налаштування PID

І якщо бути чесним, то пункти 3 і 4 я не виконував, сподіваючись на чесність складання та налаштування в Китаї, і поки що все працює. А тепер давайте докладно пройдемося цими пунктами:

1. Механіка: Всі деталі кронштейна повинні бути щільно з'єднані, повинні бути не деформовані, всі двигуни повинні вільно обертатися без опору, нічого не повинно люфтити!
2. Камера має бути врівноважена по всіх осях. Якщо вам не вдається встановити камеру в геометричному центрі платформи і платформа зважується, скажімо, праворуч, значить з лівого боку необхідно приклеїти противагу, наприклад кілька монеток.
3. По прошивці в інтернеті є багато матеріалу (у тому числі відеоуроків), який буде точнішим і зрозумілішим за мої розповіді, т.к. я цим ще не робив.
4. Калібрувати потрібно окремо датчик на платі та датчик на кронштейні камери, по одній або шести точках. Найкращий результат досягається по шести точках. Розповідати докладно не буду, а чому? Дивись пункт 3!
5. Майстер (візард) дозволяє за мінімальних дій користувача налаштувати первинні параметри підвісу, а саме: кількість полюсів електромоторів, і найголовніше: яке положення камери в просторі є правильним і початковим, і до якого положення підвісу потрібно прагнути! Адже не у всіх підвіс знаходиться нижче корпусу квадрокоптера, у деяких спереду або зверху, є люди які ставлять підвіс на велосипед, а деякі взагалі переробляють цей пристрій в ручний стабілізатор для мобільного телефону!
6. Інші налаштування більш-менш зрозумілі, хоч і розподілені на різних сторінках програми налаштування. Наприклад: спосіб утримування камери (Hold або Pan), реакція на команди з Апаратури керування, поріг низької напруги живлення для відключення підвісу тощо. і т.п.
7. Налаштування PID - це більш обширна тема, яка заслуговує якщо не окремої статті, то хоча б окремого розділу в нашій статті!

Налаштування PID

ПІД-регулювання (пропорційно-інтегрально-диференціюючий) - це спосіб регулювання, управління якоюсь системою із зворотним зв'язком. Якщо коротко, то налаштування PID-системи здійснюється трьома параметрами, які у спрощеному варіанті можна описати так:

• P - Наскільки сильно показання датчика зворотного зв'язку (у нашому випадку - показання гіродатчика) повинні впливати на поворот регульованої системи (на електромотор)
• I — Наскільки має збільшуватись вплив датчика зворотного зв'язку, якщо датчик показує необхідність дії протягом якогось тривалого часу
• D — Наскільки сильно необхідно діяти наслідкам надто сильного впливу перших двох параметрів.

Цією ж методикою керуються і деякі налаштування в управлінні самим дроном, але сьогодні ми їх не розглядаємо. Отже! Про налаштування ПІД-ів у підвісі інформації в інтернеті дуже мало і вона недостатня. І найкращих результатів я досяг, діючи за методикою Юліана з RC SchoolModels, незважаючи на те, що він у своєму відео налаштовував підвіс іншого виробника. Якщо адаптувати його метод під наш підвіс Storm32 то він виглядатиме приблизно так:

1. Прибрати на нуль усі значення параметрів P, I, D, VMax по всіх трьох осях. Підвіс повисне без напруги.
2. Всі наступні дії (пункти 3-7) слід проводити по черзі для кожної з осей, в такій послідовності: Roll, Pitch, Yaw:
3. Налаштувати VMax (максимальна напруга на двигун). Підвищувати параметр від нуля до того моменту, поки двигун не почне утримувати камеру в певному положенні. Високе значення параметра може призвести до перегріву моторів або сильного розряду акумуляторів. Мені вистачило значень 80-110 з різних осей.
4. Налаштувати I. Повільно додавати параметр, поки підвіс не почне самостійно ворушити камерою. При цьому необов'язково домагатися вирівнювання камери досить просто якогось самостійного руху. Мені вистачило значень на 1-2 розподіли від нуля, тобто зовсім мало!
5. Налаштувати P. Повільно додавати параметр від нуля, доки підвіс не почне притягувати камеру саме до її нормального (горизонтального) положення. При цьому на вібрацію чи тряску звертати увагу не потрібно.
6. Налаштувати D. Повільно додавати цей параметр до тих пір, поки не припиниться вібрація. При надто великому значенні параметра може початися високочастотна вібрація вказаної осі.
7. Якщо за допомогою параметрів P, I, D не вдається врівноважити осі або позбутися вібрацій, спробуйте зменшити параметр Vmax по цій осі і повторіть пункти 4-7.
8. Повторити пункти 3-7 для осей, що залишилися.
9. Перевірити роботу всіх осей, зберегти налаштування.

У ПЗ налаштування підвісу можна зберігати налаштування у файл. Раджу робити це до та після будь-яких змін.

DJI Ronin - це триосьовий стедики з електронним стабілізуючим підвісом, що дозволяє знімати плавне відео без трясіння в кадрі, використовуючи більшість існуючих на ринку DSLR і кінокамер невеликого розміру.

Спадкоємець Zenmuse

DJI Ronin став логічним продовженням досвіду компанії з підвісами Zenmuse для GoPro, DSLR камер, таких як Canon 5D MarkII, BMPCC, Panasonic GH3/GH4, Sony NEX та інших. Після Zenmuse – підвісу для квадро та мультикоптерів, Ronin отримав у спадок відмінну стабілізацію з триосьовою конструкцією стедикаму, гнучкі налаштування та можливість встановлення широкого списку камер DSLR та інших, від компактних Blackmagic Pocket Cinema Camera та Sony NEX до професійних камер RED.

Створено для професіоналів

У процесі розробки DJI Ronin взяли участь не лише співробітники компанії DJI Innovations, а й провідні кінематографісти, досвід яких був врахований для створення зручного ручного стедикаму з 3D-стабілізацією. Цей пристрій має полегшити роботу оператора та знімальної групи, не лише спрощуючи поводження з камерою, але й значно розширюючи можливості для зйомки (див. відео). Крім зручної конструкції з декількома гумовими ручками DJI Ronin оснащений надійною підставкою і верхньою ручкою, що знімається, що дає можливість швидко розмістити підвіс на знімальному крані.

Зручна конструкція підвісу

Система триосьового електронного підвісу Ronin має три варіанти хвата - за дві ручки, в низькому положенні камера за верхню ручку і в положенні камери вище за голову оператора в нижній частині. Алюмінієві елементи конструкції із застосуванням карбонових деталей роблять підвіс досить легким та створюють практично ідеальний баланс. Відсутність кабелів, що бовтаються, і завершена конструкція спрощують щоденне поводження з цим електронним стедикамом, дозволяючи використовувати його навіть у несприятливих погодних умовах.

Стабілізація та автоматичне налаштування під камеру

DJI Ronin забезпечує стабілізацію та плавне відео з точністю до ±0.02°, що відповідає сучасному професійному рівню зйомки та дозволяє не використовувати програмну стабілізацію відео при постобробці. Завдяки технології, успадкованій від Zenmuse для початку роботи, потрібно просто закріпити камеру з широкого списку сумісних і налаштувати баланс, а налаштування стабілізації автоматично зробить програмне забезпечення стедикаму. Вбудований 32-бітовий процесор візьме на себе швидке початкове налаштування за допомогою функції Auto Tune Stability, достатню для початку зйомки. Точніші налаштування вносяться через відповідне ПЗ при підключенні Ronin до комп'ютера.

Віддалене керування та трансляція відеосигналу

За допомогою Bluetooth та програми під iOS можна підключитися до DJI Ronin, перетворивши смартфон або планшет Apple на панель керування другого оператора з можливістю перегляду відео та керування триосьовим підвісом. Так само підвісом у трьох напрямках можна керувати за допомогою комплектного пульта, подібного до пульта управління квадрокоптерами DJI або підвісом Zenmuse. Першому оператору стедикаму можна сконцентруватися на русі камери та плавних проводках, а другий зможе стежити за побудовою кадру та налаштуванням фокусу.

Для систем Follow Focus у комплекті риг 2х15мм. Крім того технологія SmootTrack дозволить працювати і одному оператору, здійснюючи плавні переміщення кадру за рухом оператора. Ronin підтримує та встановлення на мультикоптери з незалежним керуванням підвісом та камерою. А завдяки підтримці установки модуля DJI LightBridge можна транслювати відео з роздільною здатністю 1080p в діапазоні розладів близько 1,5 кілометрів, використовуючи відповідну систему відеолінку.

Час роботи та харчування

Електронний стедикам оснащений знімними розумними батареями, подібними до акумуляторів квадрокоптерів DJI. Підтримується швидка заміна, перегляд рівня заряду, що залишився, на вбудованих індикаторах і заряджання комплектним зарядним пристроєм. Як роз'єми для підключення живлення система оснащена двома виходами 12В, виходом USB 5В, а також живленням для модуля LightBridge. Час роботи підвісу Ronin від одного акумулятора складає до 4 годин.

Нові методи зйомки

DJI Ronin не тільки полегшує роботу оператора та знімальної групи, але й відкриває новий підхід до зйомок та прийомів. Стедікам з камерою може переміщатися з рук оператора на знімальний кран, встановлюватись на платформи або злітати на квадрокоптері і все це в рамках одного плану! Від інших електронних 3D-стедікамів Ronin відрізняє інтеграція з мобільними пристроями, цілий список технологій, що підтримуються від DJI з коробки і можливість гнучкого нарощування функціоналу за допомогою додаткових модулів.

особливості:

• Трьохосьовий електронний стедикам для зйомки як з рук, так і з кранів або квадрокоптерів.
• Оригінальний дизайн, надійна конструкція, алюмінієві та карбонові елементи
• Висока якість стабілізації за трьома напрямками
• Три варіанти хвату для оператора
• Швидкознімна ручка для установки на кран
• Риг для систем Follow Focus у комплекті
• Автоматичне налаштування стабілізації під камеру всього за 5 хвилин
• Підтримка аксесуарів та технологій від DJI
• Пульт управління підвісом та додаток для другого оператора
• 4 години роботи від акумулятора з можливістю швидкої заміни

Інтернет-магазин "Юний Папа" пропонує до покупки тривісний підвіс для камери DJI 3-axis Gimbal RONIN. З вбудованою системою регулювання балансування немає потреби в підгонці та налаштуванні. Балансування стабілізатора Ronin та зміна настройок для відеокамер відбуваються швидко та просто. Цим забезпечується більша ефективність за умов професійної зйомки. Вбудована технологія Автоматично настроюваної стабілізації (ATS) використовує інтелектуальні алгоритми для автоматичного налаштування системи Ronin на роботу з Вашою камерою - просто натисніть кнопку.

Також дуже важливо, що стабілізатор Ronin розроблений для застосування з багатьма видами камер і легко налаштовується з будь-яким типом обладнання від невеликих камер стандарту Мікро 4:3 до габаритних систем Red Epic.

Ще одна особливість від DJI – підвіси Zenmuse. Такі підвіси стали першими системами у світі для професійної аерофотозйомки та відеозйомки. Лінія підвісів Zenmuse - це стандарт, на нього дорівнюють інші виробники. Стабілізатор Ronin розроблений з використанням точно такої ж технології і має безліч режимів управління і вбудований інерційний вимірювальний блок (IMU).

особливості:

• Підтримує камери вагою до 7 кг
• Точність: ±0.02°
• Дистанційне керування обертанням
• Балансування без інструментів
• Додаток Assistant для iOS та Windows
• Бездротове з'єднання Bluetooth для налаштування
• 15mm штанги + точки монтажу для акесуарів
• USB та PowerTap виходи
• Поставляє у надміцному кейсі Pelican

Комплектація:

• Стедікам
• Акумулятор
• Зарядний пристрій
• Пульт ДУ
• Підставка
• Кріплення
• Інструкція російською мовою

Характеристики:

Периферійні пристрої

• Роз'єми живлення для допоміжного обладнання: Два регульовані входи P-tap на 12 В кожен, один роз'єм USB на 500 мВт, один роз'єм для модему DJI Lightbridge
• Живлення блоку керування підвісом (GCU: Акумуляторна батарея Ronin, 4S
• З'єднання: Для пульта дистанційного керування на частоті 2.4 ГГц, модуля Bluetooth, роз'єм USB
• Вимоги до ОС ПК для встановлення програми Assistant: indows XP SP3; Windows 7; Windows 8 (32 або 64-бітна)
• Вимоги до ОС моб. устр. для встановлення програми Assistant: iOS версії 6.1 або вище для мобільних пристроїв, iPhone 4s, iPhone 5, iPhone 5s, iPod touch 4, iPod touch 5, iPad 3, iPad 4, iPad mini

Механічні та електричні характеристики

• Робочий струм: Статичний струм 300 мА (при напрузі 16 В), Динамічний струм: 600 мА (при напрузі 16 В), Струм загальмованого двигуна макс. 10 А (при напрузі 16 В)
• Робоча температура: від -15 °C до 50 °C (від 5 °F до 120 °F)
• Вага: 4.20 кг (9.26 фунтів) при повному навантаженні з верхньою ручкою
• Розміри підвісу: 620 x 280-380 x 500 мм
• Габарити камер, що підтримуються: Максимальна глибина центру мас опорної плити камери: 140 мм, Максимальна висота, що вимірюється від верху опорної плити камери: 225 мм, Максимальна ширина: 195 мм

Експлуатаційні характеристики

• Максимальне навантаження (довідкове значення): 7.25 кг (16 фунтів)
• Точність регулювання кута: 0.02°
• Макс. регульована швидкість повороту: По осі повороту: 90°/сек, По осі нахилу: 100°/сек, По осі нахилу: 30°/сек
• Діапазон управління поворотом: Управління по осі повороту 360 °, Управління по осі нахилу Від 45 ° вгору до 120 ° вниз, Управління по осі нахилу ± 25 °

2 осьові підвіси для квадрокоптерів необхідні для стабілізації камери та для рівної зйомки відео. Для кожного виду камери є свої типи підвісів. Слід зазначити, що у комплекти з квадрокоптерами, призначеними для відеозаписів, вже включені підвіси. Але якщо Ви вирішили змінити «рідну» камеру квадрокоптера на професійнішу, то доведеться купити підвіс.

На даний момент існують як два осьові підвіси, так і три осьові. 2D підвіси стабілізують камеру за двома напрямками, а 3D, очевидно, за трьома. Працюють вони з допомогою балансиров, виконаних, переважно, з алюмінію. Але якщо Ви не знаєте, то розберемо кожен із них.

Двоосьовий підвіс для Cheerson CX-20

З двох осьових підвісів варто відзначити китайську модель, що йде на Cheerson CX20. Призначений для будь-якої камери із моторчиками безколекторного типу. Його вага становить приблизно 220 грамів.

При збиранні на деяких моделей коптерів може виявитися, що підвіс тисне на шасі і загороджує USB-вхід. Це легко виправляється простим підпилюванням амортизаційних пластин.

Модуль телеметрії бажано приклеїти на бік, тим самим зміщуючи до кришки акумулятора. У корпусі самого коптера поблизу блоку батареї доведеться просвердлити невеликий отвір для телеметрії і проводів. У комплект із підвісом також входить провід живлення JST, його потрібно спаяти з проводом регулятора, який відповідає за живлення. Забезпечення енергією ведеться з модуля живлення на акумулятор коптера.

Електронну схему з датчиком ухилу бажано розташувати на інший бік пластини, що виступає як основа камери. Інакше можна зіткнутися з тим, що при орієнтуванні камери вниз роз'єм з проводом схеми упиратиметься в найближчу пластину і смикати камеру.

Для налаштування регуляторів можна використовувати програму для регулювання підвісу SimpleBGC-GUI-2-2b2. В основному, таке налаштування потрібно, коли камера вібрує і двигун видає писки через надмірну напруженість. Достатньо просто підключити підвіс до ноутбука та завантажити готові налаштування для GoPro у підвіс.

Звичайно, при встановленні додаткового навісного обладнання на квадрокоптер збільшується його вага. Це веде до скорочення часу польоту приблизно на 15-20%. Зате якість зйомки буде чудовою і стабільною.

Двоосьовий підвіс DYS BLG2A та Black CNC FPV

Також існує двоосьова підвіска DYS BLG2A для камер GoPro. Підтримує відеокамери GoPro2 та GoPro3. Має потужні безколекторні двигуни BGM2208-70. Виконаний із алюмінієвого сплаву, який відрізняється високою жорсткістю та міцністю фіксації кріплення камери. Орієнтовна вага становить 240 грам, що трохи більше вищеописаної моделі.

Досить невеликі розміри, що становлять 120х70х180 міліметрів. Верхні демпфери дають додаткову стабілізацію квадрокоптера при польотах. Весь процес збирання займає не більше 60 хвилин. На жаль, у комплект не входить плата контролера. Але має досить невисоку ціну та якісний пристрій.

Виходячи із записів на форумах про дешеві підвіси, люди часто купують універсальні підвіси Black CNC FPV, що йдуть на багато популярних видів квадрокоптерних камер. З ним також, як з моделлю на Cheerson CX20, може знадобитися трохи повозитися, якщо він буде мішатися шасі або закривати роз'єм USB. Але, в цілому, основна проблема у користувачів полягає у великій трясці камери та підвищена чутливість при керуванні.

Подібна проблема зустрічається з підвісами, що мають контролери від компанії BASECAM Electronics. Вирішується вона досить просто, аналогічно варіанту з Cheerson CX20. Достатньо встановити SimpleBGC_GUI_2_2b2 та завантажити налаштування у плату.

Пластикові підвіси від виробника Walkera

Крім алюмінієвих підвісів, існують пластикові. Активно розробкою пластикових підвісів займається компанія Walkera, яка вже відома на ринку квадрокоптерів. Відрізняються вони невисокою ціною (приблизно на 15% нижче за алюмінієві аналоги) і низькою вагою, яка становить всього 160 грам. Міцність пластикового підвісу, звичайно, трохи менше алюмінієвого, але якщо Ваш коптер вріжеться в тверду поверхню і на великій швидкості, що приведе до поломки підвісу, то його можна просто склеїти дихлоретановим клеєм без втрати початкової міцності, а з алюмінієвим так зробити не вийде.

3D підвіси для GoPro

Триосьові підвіси мають набагато більші показники стабілізації, але ціна на них, очевидно, вища.

Наприклад, підвіс Zenmuse H3-3D призначений для фіксації камер GoPro3, у тому числі GoPro3+, для коптерів лінійки Phantom 2. Точність фіксації камери може досягати ±0,08˚. Також має підтримку всіх контролерів для польотів, що випускаються виробником DJI Innovations, у тому числі для вертольотів Ace One, Naza H та Wookong H.

Виконаний з алюмінію, що робить підвіс дуже міцним і відносно легким. Сумісний із польотними платформами Flame Wheel. Розміри його становлять 97х95х73 міліметрів при вазі 168 грам. Максимальна швидкість відпрацьовування становить 130 в секунду.

Також має вбудований модуль управління, що дозволяє обертатися в діапазоні Tilt від -130˚ до +45˚. Нові високоточні сенсори у вбудованому контролері, енкодери та модулі безколекторних моторів забезпечують стабілізацію камери на піксельному рівні.

Варто зазначити, що відео, зроблене за допомогою камери на 3D підвісі, можна не піддавати подальшій обробці. Крім того, підвіси мають можливість управління незалежно від самого квадрокоптера.