3-Achs-Gimbalmechanik von rOsewhite

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r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#1
Nachdem nun ein lange geplantes Konzept einer 32-bittigen BL-Gimbal Regelung ernsthafte Aussichten auf Fertigstellung hat, habe ich mich mal an einer eigenen Gimbalmechanik ausgetobt.

Anforderungen:
- wahlweise 2 oder 3 Achsen
- passen für Cams von Gopro bis Sony Nex / Black Magic (auch mit größeren Objektiven)
- geringes Eigengewicht bei absoluter Steifheit
- konfigurierbare Vibrationsentkopplung
- nicht an einen bestimmten Motortyp gebunden

Einige technische Details haben sich schon bei meinem großen Gimbal bewährt. Wer ihn kennt, dem wird zunächst der Bügel bekannt vorkommen. Der kleine Bügel ist nicht weniger steif, ich habe mich heute mittag sogar mit meinem zwar geringen (60kg) aber gesamten Körpergewicht drauf gestellt. Auch die Rohrschellen mit der Spannschraube und den beiden Fixierungsschrauben habe ich vom großen Gimbal übernommen, nachdem ich durch Belastungstests herausgefunden habe, dass beim Verdrehen der Arme gegeneinander eher das Rohr brechen würde, als dass die Schellen auf dem Rohr rutschen.

Die Schaukel habe ich bewusst beidseitig aufgehängt. Das erschwert zwar den Einstellungsaufwand, um die Höhe korrekt einzustellen, doch es ist die einzig sinnvolle Möglichkeit, um nicht nur einen verzugsfreien, sondern auch vibrationsfreien Gimbal zu haben. Natürlich geht es auch mit einem Arm, doch dann müsste die Mechanik unverhältnismäßig schwerer ausgelegt werden. Hinzu kommt, dass die Motorlager für Hebelkräfte, wie sie z.B. eine Sony Nex mit großem Objektiv verursacht, überhaupt nicht ausgelegt sind. Dazu reicht ein Blick in ein Tabellenbuch, wenn man die Lagergrößen kennt. Auf der rechten Seite ist die Schaukel zudem doppelt gelagert (mit Motorseite also insgesamt 4-fach), damit sich Schaukel und Gabel gegenseitig versteifen.

Die Motoren auf Pitch und Roll sind außen montiert. Die Kraftübertragung erfolgt mit Klemmringen auf den Wellen. Auf diese Weise passt quasi jeder Motor mit am Boden herausstehender Welle an den Gimbal. Für die 32-Bit-Regelung dürften die kleinen Motoren ausreichen, da sie die Motoren deutlich effektiver ansteuert, doch ich wollte den Gimbal auf jeden Fall auf andere Motoren einfach umrüstbar machen. Die Klemmringe haben zudem beim Einstellen den Vorteil, dass man nur die Klemmschraube leicht lösen muss und sich die Achse dann ohne das wenn auch leichte aber lästige Rastmoment der Motoren frei drehen kann.

Um den Gimbal von 3 Achsen auf 2 rückzurüsten, muss lediglich die runde CF-Scheibe zwischen Yaw-Motor und Bügel ersetzt werden. Das Dämpfer Magazin wird in beiden Varianten dabei sein. Eine größere Version hat schon beim großen Gimbal sehr gute Ergebnisse erzielt. Es lässt sich mit 4 oder 8 dreiteiligen Alphagel-Dämpfern bestücken, die es in 2 Härtegraden gibt. Allerdings dürften bei dem geringen Gewicht nur die weichen in Frage kommen. Die Dinger sind zwar im Gegensatz zu einfachen Alphagel-Blöcken sündhaft teuer, lohnen sich aber meiner Erfahung nach. Außerdem werden sie rein auf Druck belastet und zeigen auch nach bald einem Jahr keine Verschleißerscheinungen. Ein Lösen beider Platten voneinander ist bei den Dämpfern ausgeschlossen, da durch die Geldämpfer eine Metallbuchse läuft und die großen Unterlegscheiben nicht durch die Bohrungen der oberen Platte passen würden.

Der gesamte Gimbal wiegt inklusive der drei Motoren knappe 320 Gramm. Die zweiachsige Version dürfte demnach bei etwa 250 Gramm liegen, wenn die Gewichtsangabe von Tiger für den MT3506 stimmt. Der Bügel wird übrigens in beiden Versionen verschiebbar sein, denn auch wenn kein Yaw-Motor vorhanden ist, unter dem der Gimbal in den Schwerpunkt gebracht werden muss, ist dies auch für die Alphagel-Dämpfer erforderlich, damit sie gleichmäßig belastet sind.













[video=vimeo;71262839]http://vimeo.com/71262839[/video]



EDIT: Natürlich ist das noch keine Version, die ich jemandem zu Testzwecken geben kann. Es haben sich einige kleine Fehler eingeschlichen, die ich erst noch beseitigen muss. Beim Bügel habe ich meine üblichen 0,05mm Toleranz bei den Verzapfungen vergessen, so dass ich manche Verzapfungen von Hand nacharbeiten musste. Auch beim Schlitz für die Stativschraube scheine ich mich vermessen zu haben, so dass ich ihn heute auf die brutale Methode mit dem Dremel erweitert habe.

Das ärgerlichste ist wohl, dass ich nicht mitgekriegt habe, dass Tiger nun praktisch genau die hier verwendeten Motoren als Gimbalmotoren gewickelt anbietet. Die Mistarbeit mit dem Umwickeln hätte ich mir schenken können.
 
Zuletzt bearbeitet:

hartmaennchen

Erfahrener Benutzer
#2
Hallo,

Sieht super aus :)

Schonmal drüber nachgedacht die Kabel über Schleifringe zu führen ?

Ich hab das mal mit selbstgebauten Schleifringen versucht und das hat ganz gut geklappt.

LG Jan
 

r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#3
Hallo Jan,

ja, darüber haben wir schon diskutiert. Momentan ist da noch wenig Bedarf, da unser Controller nur über einen YAW-Ausgleich verfügt. Sprich: Er korrigiert lediglich die zwangsläufig bei Schräglage entstehenden YYAW-Winkelfehler und wird nicht aktiv gesteuert. Für die Steuerung wird es einen zweiten Antrieb im Tamara-Landegestell geben, der Gimbal mitsamt LG dreht.

Für andere Steuerungen muss ich mir da aber noch etwas einfallen lassen. Wie hast du den Schleifring in der Lagerung untergebracht? Die einzige sinnvolle Möglichkeit, die mir einfällt, ist ein Rohr als Achse, indem der Slip Ring Platz findet und entsprechend großen Lagern. Oder hast Du einen Schleifring außen um die Welle herum gelegt?
 

hartmaennchen

Erfahrener Benutzer
#4
Hallo,

Ich hatte mich mal eine Zeit lang theoretisch damit auseinandergesetzt, aber habe dann vor dem praktischen wegen den Preisen (fast 200 € für einen Schleifring als Schüler) zurückgeschreckt.

Meiner Meinung nach gibt es zwei Möglichkeiten.

http://www.maccon.de/de/elektromechanik/schleifringe/trommelschleifringe-sm.html
ImageUploadedByTapatalk1375135511.196354.jpg

Einmal einen Trommelschleifring der an der verlängerten Motorwelle befestigt wird, oder einen Tellerschleifring der um den Motor geht.

Ich hatte dazu auch was in Inventor gezeichnet/animiert das könnte ich falls es interessiert morgen die Tage hochladen.

LG

Jan
 

r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#6
Hallo Jan,

der Preis ist schon stolz, doch irgendwie wirkt dieser Trommelschleifring wertiger als das Pstikzeugs, was ich bislang gefunden hatte. Vielleicht sollte ich mir einfach mal einen zu Testzwecken bestellen.

Natürlich würde ich mich über Deine Grafiken freuen. Da mindestens unter dem Dämpfermagazin viel Platz in die Breite ist, ich aber ungern weitere Höhe verschenken würde, wäre ein Tellerschleifring hier vermutlich die bessere Wahl. Ist Dein Schleifring offen oder hast du ihn gegen Staub geschützt?
 

hartmaennchen

Erfahrener Benutzer
#7
Hallo,

Mein Schleifring ist glaube ich kein besonders guter Vertreter der Schleifringe :)

Ich hab als Gimbalmotor den von Flyduino für GoPro größe.
Der hat einen Außendurchmesser von 27,5 mm . Also hab ich mit beim Schlosser ein Stück 30x28 mm Kupferrohr geholt und habs in kleine Ringe von 2 mm gesägt.
Dann hab ich mit dem 3D Drucker "Verbindungsstücke" für die Ringe gedruckt. Aus dünnem Kupferblech hab ich die Kontakte geschnitten die dann in eine gedruckte Halterung kamen.

Ich glaube man muss die Schleifringe dann vor Staub und Feuchtigkeit schützen, weil die Kontakte bestimmt ziemlich Filligran sind.
 

0n3 70uch

Erfahrener Benutzer
#8
Nabend,

Gimbal sieht schick aus. Zum Thema Schleifring:

Es gibt Kupferschleifer für die Carrera Autos, vielleicht kann man diese ja zweckentfremden. Die Schleifer gibt es auch geflochten als Meterware...

Gruß
Fabi


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sausarus

Unikatbastler
#9
das sieh ja richtig lecker aus! vor allen dingen gefällt mir das gewicht sehr gut, endlich kein neuer bleiklotz... gibt es denn schon eine grobe idee in sachen lieferbarkeit und preis?
grüße, jörg
 

r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#10
@Fabi: ich kenne die Schleifer, da ich selber bis in die jüngste Zeit eine Carrera-Bahn habe, doch die sind viel zu unzuverlässig. Die geflochtene Litze hat nur sehr wenig Anpressdruck und sammelt zudem jeglichen Dreck auf. Wenn auf der Bahn mal zwischendurch ein paar Millimeter ausfall sind, kriegt man das kaum mit. Der Gimbal würde dagegen völlig aus dem Ruder laufen.


@Jörg: Ich fürchte, das Gewicht lässt sich nicht mit anderen Steuerungen halten, da sie erfahrungsgemäß größere Motoren brauchen und das Gewicht maßgeblich von den Motoren abhängt. Selbst mit diesen kleinen Motoren reden wir über 170g Leergewicht plus 150g Motorengewicht. Das ist fast die Hälfte. Bei größeren Motoren wird demnach das Gewicht über die Hälfte betragen.

Über Dinge wie Lieferbarkeit und Preis zu reden ist für mich tabu, denn ich möchte die Forenregeln respektieren und will hier nicht das Gefühl erwecken, zu werben. Für mich geht es hier nur ums Fachsimpeln und später Erfahrungsaustausch. Erstmal werde ich diesen Gimbal etwas durch die Luft bewegen, noch ein paar Kameras draufschrauben und schauen, ob alles so funktioniert, wie es gedacht war. Wahrscheinlich werde ich hier dann ein paar Stück unter den aktivieren Mitgliedern zum Testen verteilen. Vielleicht kommt da noch der eine oder andere Verbesserungsvorschlag.

Momentan ist da eh noch nichts so weit. Einiges wie die eingelegten Gewebegummi-Streifen in der Trägerplatte oder die modifizierten Wellenklemmringe kann man bei ein paar Stück noch von Hand machen, doch bei größeren Mengen müsste man sich einen Fertiger suchen. Alleine das präzise Überarbeiten eines Klemmrings mit der Fräse braucht locker 20 Minuten. Macht 80 Minuten für die Klemmringe eines Gimbals.
 

Exocet

Tiefflieger
#11
@Fabi: ich kenne die Schleifer, da ich selber bis in die jüngste Zeit eine Carrera-Bahn habe, doch die sind viel zu unzuverlässig. Die geflochtene Litze hat nur sehr wenig Anpressdruck und sammelt zudem jeglichen Dreck auf. Wenn auf der Bahn mal zwischendurch ein paar Millimeter ausfall sind, kriegt man das kaum mit. Der Gimbal würde dagegen völlig aus dem Ruder laufen.
Vor dem Problem stehe ich auch gerade. Mein Schleifring liegt hier, ich weiß aber nicht, wie ich die Abnehmer machen soll...
Momentan habe ich ein 20cm langes Kabel, welches sich um den Yaw Motor wickeln kann. Die 20cm reichen für eine Umdrehung in jede Richtung.
 

schneipe

Erfahrener Benutzer
#12
Wieso löst ihr das Problem nicht mit einer Hohlachse auf der nicht angetriebenen Seite der Schaukel? So hab ich es gelöst, hat Super geklappt.
Großes Dünnringlager eingesetzt, in der Mitte eine 10er Hohlachse. Da wurden die Kabel durchgeführt.
Hab das Projekt aufgegeben, da ich gerne mal Objektiv wechsel, und nicht jedes mal neu ausbalncieren und einstellen will. Das Gewicht mit den 5010er Motoren war dann doch schon heftig.

Gimbal2.jpg Gimbal3.jpg

Würde gerne als Tester fungieren...

grüssle Peter
 

hartmaennchen

Erfahrener Benutzer
#13
Hallo,

Ich glaube das Problem liegt an der Roll Achse wenn man noch einen die Kabel eines Yaw Motors darüber laufen lassen muss.

LG

Jan
 

0n3 70uch

Erfahrener Benutzer
#14
@Fabi: ich kenne die Schleifer, da ich selber bis in die jüngste Zeit eine Carrera-Bahn habe, doch die sind viel zu unzuverlässig. Die geflochtene Litze hat nur sehr wenig Anpressdruck und sammelt zudem jeglichen Dreck auf. Wenn auf der Bahn mal zwischendurch ein paar Millimeter ausfall sind, kriegt man das kaum mit. Der Gimbal würde dagegen völlig aus dem Ruder laufen.
Schade... aber eine Idee war es Wert :). Vielleicht etwas abwegig, aber hat mal jemand versucht Spannung über ein Kugel- oder Nadellager zu übertragen? Das wäre doch auch eine feine Lösung. Allerdings müsste man sich Gedanken über die Befestigung der Kabel machen (anschweißen...).

Andererseits:
Braucht man das überhaupt. Eigentlich reicht eine beschränkte Drehbewegung vollkommen aus. Klar sieht es nett aus, wenn sich das Gimbal endlos drehen lässt. Aber wirklich benötigt wird es nicht :).

Gruß
Fabi



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r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#15
@Peter: Der Schleifring wäre nur für eine unendlich drehende Yaw-Achse potentiell sinnvoll.

Da ich die Motoren außen montiert habe, brauche ich bei Pitch- und Rollmotor nichts. An eine Hohlwelle hatte ich zwar für die Kabel von der Kamera gedacht, die Idee aber schnell verworfen, weil quasi jede Cam ihre Kabel zur Motorseite raus geführt hat.

Für die Yaw-Winkelkorrektur werde ich auch keinen Schleifring brauchen. Bei 45° ist der Yaw-Fehler = halber Rollfehler, was bedeutet, dass die Yaw-Korrektur nur wenige Grad dreht.

Bleibt das unendlich drehende Landegestell mit Gimbal. In diesem Fall könnte es durchaus Sinn machen, wenn der Kameramann völlig autonom seinen Gimbal steuern kann und nicht nach einer Umdrehung wieder zurück muss. Doch in dem Fall braucht der Schleifring nicht mehr viele Kontakte zu haben. Der Empfänger für den Gimbal lässt sich ebenso wie die Gimbalsteuerung am Landegestell anbringen. Es bleibt also nur die Spannungsversorgung. Theoretisch könnte man im Ernstfall sogar einen eigenen Akku am Landegestell unterbringen, doch das wäre vermutlich unnötiges Gewicht. Mal schauen, jetzt wird das Ding erstmal geflogen...
 

hexakopter

Erfahrener Benutzer
#16
Da ich die Motoren außen montiert habe, brauche ich bei Pitch- und Rollmotor nichts. An eine Hohlwelle hatte ich zwar für die Kabel von der Kamera gedacht, die Idee aber schnell verworfen, weil quasi jede Cam ihre Kabel zur Motorseite raus geführt hat.
Hallo r0sewhite,

deine Konstruktion sieht wie immer echt klasse aus. :D
Großes Lob von mir an deine Baukunst. ;) (Wenn ich es so nennen darf)

Jetzt aber mal zu der Idee mit den Hohlwellen. Was spricht eigentlich dagegen den Motor der Pitch-Achse auf der rechten Seite zu montieren? Ich sehe immer nur Brushless Motoren die auf der linken Seite montiert sind und verstehe garnicht wieso immer nur dort. Liegt es daran, dass das Objektiv (z.B. der NEX) auf der linken Seite der Kamera liegt und deshalb das Gewicht des Akkus sozusagen das Gewicht des Motors "ausgleicht"?
Ist nur so eine spontane Idee von mir. Vielleicht habe ich ja einen Denkfehler. :D

Grüße, hexakopter
 

nico_99

Erfahrener Benutzer
#17
@r0sewhite,

tolle Arbeit, es macht Spaß die Entwürfe zu sehen. :D
 

Patscherpofel

Erfahrener Benutzer
#18
wie immer wirklich super schön!
die konstruktion details die du dir ausdenkst,klasse!

was mich an den gimbals wahnsinng macht sind die kabel die überall laufen und hängen
nimmt man mal die nex zb
dann sind da hdmi konverter
vielleicht ein infrarot auslöser
vielleicht ein servo um den zoom zu bedienen (mit bl gimbal macht das dann so richtig spass)
video signal
imu kabel

das macht bei mir zur zeit zb der tiltachse schon mal 9-10 kabel...ein große hohlwelle auf der nicht motorseite ist da schon mal ne riesen hilfe finde ich


was bei mir auch nie gut funktioniert hat ist die vibrationentkopplug so hoch über dem schwerpunkt des gimbals zu setzen
es kommt dann leicht zu pendeleffekten des gimbals und des copters was wiederum eine art aufschwingen des gimbals verursachen kann


was bei mir geholfen hat war die entkopplung tiefer setzen und das haptbatterie gewicht über die copter centerplate gegen zu balancieren..dadurch fliegt auch der copter allgemein besser und es kommt zu weniger rucklern, zb bei abwärtsflügen und windböen


was anders...würdest du mir vielleicht eines verraten, wo bekommt man die gewinde die im cfk versenkt sind her?
sind die eingeklebt oder eingeklemmt? oder beides? schaut super aus und ist sicher sehr sehr praktisch

weiter so!
 

r0sewhite

Erfahrener Benutzer
#19
Was spricht eigentlich dagegen den Motor der Pitch-Achse auf der rechten Seite zu montieren? Ich sehe immer nur Brushless Motoren die auf der linken Seite montiert sind und verstehe garnicht wieso immer nur dort.
Weil Kameras ihren Akkugriff an der rechten Seite haben und man mit dem Motor das Übergewicht mehr oder weniger kompensieren kann.


[...]das macht bei mir zur zeit zb der tiltachse schon mal 9-10 kabel...ein große hohlwelle auf der nicht motorseite ist da schon mal ne riesen hilfe finde ich
Die Kabel der Kamera kommen dummerweise in den meisten Fällen auf der Motorseite raus. Praktischerweise ist genau auf dieser Seite sogar schön viel Luft zwischen Kamera und Schaukel, wenn der Schwerpunkt stimmt. Ich habe Zweifel, dass es sinnvoll ist, das Gewurschtel rüber auf die rechte Seite zu führen.


was bei mir auch nie gut funktioniert hat ist die vibrationentkopplug so hoch über dem schwerpunkt des gimbals zu setzen. es kommt dann leicht zu pendeleffekten des gimbals und des copters was wiederum eine art aufschwingen des gimbals verursachen kann
Einen Pendeleffekt kannst Du nur haben, wenn das Gimbal nicht in allen Achsen (insbesondere YAW) in der Waage liegt. Das geht dummerweise bei vielen Gimbals nicht, ist aber bei meinem eh Voraussetzung. Ist die Hochachse in der Waage, kann es keinen Pendeleffekt geben, da eigentlich keine seitlichen Kräfte herrschen. Das lässt sich auch gut durch diverse Videos veranschaulichen, in denen Copter Bier- oder Colagläser tragen, ohne dass etwas verschüttet wird.


was anders...würdest du mir vielleicht eines verraten, wo bekommt man die gewinde die im cfk versenkt sind her? sind die eingeklebt oder eingeklemmt? oder beides? schaut super aus und ist sicher sehr sehr praktisch
Die findest Du hier: http://www.kvt-koenig.de/. Ich glaube aber, es werden nur Gewerbetreibende beliefert.
 
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