Gyroskop-Stabilisierungssystem für Kamera

[Benjamin Orgis]

Zuerst mal ein herzliches Hallo in die Runde - ich bin ganz neu hier und habe auch erst wenig Erfahrung in der Elektronik. Ich lerne aber sehr gern dazu, daher frag ich euch! :)

Ich arbeite am Schülerfilmprojekt Sedicio (sedicio.org (http://www.sedicio.org)). Da uns dort immer das Geld fehlt, haben wir überlegt, wie man teure Kamerastabilisierungssysteme wie Steadycam ersetzen kann und ich hatte die Idee, den Gyroskop-Effekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Kreiselinstrument) zu nutzen.
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Unsere Kamera ist die Sony EX3 und hat ein Gewicht von ca. 4 kg. Der Plan ist, zwei massive Messingscheiben (je. ca. 400g, siehe Bild) drehbar auf der gleichen Drehachse an der Kamera zu montieren und diese in entgegengesetzen Richtungen mit ca. 20.000 rpm rotieren zu lassen. Dies würde dann auch eine Änderung der Ausrichtung der Kamera hemmen und sie somit bei der Bewegung im Raum stabilisieren bzw. Verwackeln verhindern.

Bisher habe ich die Messingscheiben in Festplattengehäusen auf den Brushless-Motoren (7.200 rpm) statt der Speicherplatten montiert. Die Vorteile dabei sind, dass man dadurch gleich ein richtig gutes und massives Gehäuse hat, was die Kraftübertragung zur Kamera optimal gewährleisten kann und den Schall gut abschirmt. Die Nachteile sind jedoch, dass die original Festplatten-Motorsteuerungen sich nach 90s abschalten, wenn keine Daten eingehen. Außerdem muss man immer sowohl 5V als auch 12V DC bereitstellen. Ich hätte gern eine Möglichkeit, wo ich nur eine Spannung, möglichst 12V DC per Akku, bereitstellen muss.

Ich habe auch versucht, die Abschaltung zu umgehen mit Impulsen am Datenport, aber keine Chance. Außerdem habe ich versucht, die original Brushless-Steuerung durch das BL-20 Heli Element von Conrad zu ersetzen. Aber die Motoren laufen damit nicht immer an und die Drehzahlen werden nicht annähernd so hoch wie mit der originalen Steuerung der Festplatten.

Nun ist meine Frage, was ich am besten tun soll. Am liebsten wäre mir natürlich schon, die Brushless-Motoren in den Festplattengehäusen mit einer neuen Steuerung zum Laufen zu bringen, dann würde ich aber gern Brushless-Motoren von schnelleren Festplatten mit 20.000 rpm nehmen. Wenn es aber eine andere Möglichkeit gibt, vielleicht mit Modellbaumotoren, die die schweren Scheiben zum Anlaufen bekommen, dann wäre ich auch glücklich darüber!

Daher möchte ich euch bitten, mir mal zu schreiben, ob ihr eine Lösung für mein Problem seht.

[DanielSan]

Hi,

Kannst du das Timing des Reglers verändern?
Es kann sein das dein Regler Timing einfach nicht stimmt und die Motoren deswegen nicht anlaufen.
Evtl. liefert dein Regler auch einfach nicht genug Leistung. Sodass der Regler direkt wieder abschaltet, weil er merkt das der Motor nicht dreht.
Oder deine Anlaufgeschwindigkeit ist zu hoch gewählt. Die Scheiben werden ja sicher kurze Zeit brauchen, bis sie auf Arbeitsdrehzahl sind.
Bei den Heli Reglern kann man normalerweise einstellen, das sie langsam hochlaufen.

Gruß Daniel

[Besserwessi]

2 Scheiben die sich gegeneinander drehen, heben sich in der Wirkung auf. Wenn es also 2 Scheiben sein sollen, dann mit der gleichen Drehrichtung. Mit dem Kreisel ist es auch kaum möglich die Kamera kontrolliert zu drehen.

Zur Stabilisierung reicht oft schon einfach eine genügende Masse und ein genügendes Trägheitsmoment - und wichtig eine lose Aufhängung dich am Schwerpunkt.

[Benjamin Orgis]

Der Regler wird mit einem Signal aus einem Servo-Tester gespeist. Dort kann ich an einem Drehpoti die Frequenz des Signals einstellen. Das beeinflusst dann die Geschwindigkeit des Motors. Aber ich hab es bisher nicht geschafft, da einen Soft-Anlauf einzustellen, obwohl das wohl irgendwie gehen soll. Ich glaube allerdings auch, dass die Leistung des Reglers zu gering ist.

Die Festplattensteuerungen fahren den Motor in mehreren Anläufen stufenweise hoch, das dauert bis zu 40 s.

[Benjamin Orgis]

2 Scheiben die sich gegeneinander drehen, heben sich in der Wirkung auf. Wenn es also 2 Scheiben sein sollen, dann mit der gleichen Drehrichtung. Mit dem Kreisel ist es auch kaum möglich die Kamera kontrolliert zu drehen.

Zur Stabilisierung reicht oft schon einfach eine genügende Masse und ein genügendes Trägheitsmoment - und wichtig eine lose Aufhängung dich am Schwerpunkt.

Die Wirkung des Ausweichens rechtwinklig zur Drehachse soll ja auch verhindert werden, daher sollen ja zwei gegenläufige Scheiben eingesetzt werden. Die beiden Scheiben müssten sich doch dann nur noch in einem einig sein: dass sie einer Änderung der Drehachse entgegenwirken. Und das ist ja das einzige, was ich nutzen will - ohne das Ausweichen in der 3. Achse.

Die Profis, die damit Geld verdienen, machen das auch so: www.ken-lab.com (http://www.ken-lab.com/)

[DanielSan]

In der Anleitung von Conrad steht wie man den Regler Programmiert. Ob du das mit einem Servotester hinkriegst weiss ich nicht. Mit einer normalen Fernsteuerung ist das mit den Beepcodes immer schon ein Krampf.

Wenn du es hinkriegst, stell mal das Timing auf 30° und guck obs besser wird.
Ich gehe mal davon aus das der Motor viele Pole hat!?

Gruß Daniel

[Benjamin Orgis]

In der Anleitung von Conrad steht wie man den Regler Programmiert. Ob du das mit einem Servotester hinkriegst weiss ich nicht. Mit einer normalen Fernsteuerung ist das mit den Beepcodes immer schon ein Krampf.

Wenn du es hinkriegst, stell mal das Timing auf 30° und guck obs besser wird.
Ich gehe mal davon aus das der Motor viele Pole hat!?

Gruß Daniel

Ich kriegs eben nicht hin, das mit dem Servotester zu machen, da der Regler das nicht zu registrieren scheint, wenn ich dort auf "Vollgas" stelle.

Der Motor hat 3 Pole.

[DanielSan]

Mit Polen meine ich nicht Kabel die da raus kommen. Sondern wieviele Magnete er hat.

Hast du nicht irgendwoe eine normale Fernsteuerung rumliegen, an die du den Regler zum Programmieren hängen kannst?
Irgendeiner deiner Freunde evtl.?

Gruß Daniel

[Benjamin Orgis]

Mit Polen meine ich nicht Kabel die da raus kommen. Sondern wieviele Magnete er hat.

Hast du nicht irgendwoe eine normale Fernsteuerung rumliegen, an die du den Regler zum Programmieren hängen kannst?
Irgendeiner deiner Freunde evtl.?

Gruß Daniel

Oh, ok. Dann weiß ich nicht, wie viele Magnete er hat. Wie kann ich das rausfinden?

Ich hab leider keinen Zugang zu einer Fernsteuerung. In meinem Umfeld hat sowas keiner. Ich habs grade noch mal probiert und bekomme bei einer bestimmten Poti-Stellung immer ein (_-), also einen tiefen und einen hohen Ton. Aber in der Anleitung steht, dass der Programmiermodus mit (_ _ --) angezeigt wird. Das habe ich bisher noch nicht herbeiführen können.

[DanielSan]

Kurz noch ne andere Frage. Du hast nicht versucht beide Motoren an EINEN Regler zu hängen oder?
Weil das funktioniert nicht!

Kennst du dich mit µC aus? Dann könntest du dir ein Programmiergerät bauen...

[Benjamin Orgis]

Kurz noch ne andere Frage. Du hast nicht versucht beide Motoren an EINEN Regler zu hängen oder?
Weil das funktioniert nicht!

Kennst du dich mit µC aus? Dann könntest du dir ein Programmiergerät bauen...

Nein, ich habe nur einen Motor am Regler. Was auch noch eine Möglichkeit wäre, ist, dafür zu sorgen, dass die Spannung zur original-Steuerung alle 80s kurz unterbrochen wird. Damit umgeht man die Abschaltung der Festplattenelektronik nach 90s. Wäre das irgendwie durch ein IC oder sowas machbar?

Ich weiß nicht, ob ich es hinbekommen würde, mir ein Programmiergerät zu bauen^^. Ich weiß auch nicht, ob man den Regler wirklich irgendwann so perfekt eingestellt bekommt wie die original Steuerungen. Denn aktuell ist der Motor selbst bei der geringeren Drehzahl mit dem neuen Regler lauter als bei der original Steuerung.

[DanielSan]

Nein, ich habe nur einen Motor am Regler. Was auch noch eine Möglichkeit wäre, ist, dafür zu sorgen, dass die Spannung zur original-Steuerung alle 80s kurz unterbrochen wird. Damit umgeht man die Abschaltung der Festplattenelektronik nach 90s. Wäre das irgendwie durch ein IC oder sowas machbar?

Das ist sicherlich einfacher zu realisieren und ich denke auch die Bessere Lösung, da du die Originalregler weiter verwenden kannst.
Leider wüsste ich nur eine Lösung mit einem µC. Es gibt aber sicher so Timer IC´s. Evtl kann das der Ne555.

Gruß Daniel

[Benjamin Orgis]

Das ist sicherlich einfacher zu realisieren und ich denke auch die Bessere Lösung, da du die Originalregler weiter verwenden kannst.
Leider wüsste ich nur eine Lösung mit einem µC. Es gibt aber sicher so Timer IC´s. Evtl kann das der Ne555.

Gruß Daniel

Ja, das fände ich auch besser. Nun bräuchte ich nur eine gute Lösung über ein IC, die ich umsetzen kann. Ich hab zwar zum NE555 was gefunden, aber ich weiß nicht, wie und was genau ich damit anstellen muss, damit es mir alle 80s die Spannung kurz unterbricht.

[lokirobotics]

<OT>N Steadycam Stativ lässt sich wesentlich einfacher und billiger bauen, als solch eine Gyro Stabilisierung. DIY Steadycam (http://www.youtube.com/watch?v=tpDCip3gPWs)</OT>

[Besserwessi]

Bei 2 Kreiseln mit entgegengesetzter Drehrichtung heben sich die negativen Effekte (rechtwinkliges Ausweichen), aber halt auch die positiven Effekte auf. Die Summe der Drehimpulse wird Null und damit halt auch der Effekt in der Summe. Da kann man auch gleich ein ruhendes Gewicht nehmen. Das ist deutlich günstiger, stromsparender und erzeugt nicht auch noch eigene Vibrationen.

Wenn man das mit einem Gyroskop machen will, dann ein kleiner Gyro sensor, eine schnelle Regelung und Aktoren dazu um die Gemessene Drehung zu kompensieren.

[Benjamin Orgis]

Bei 2 Kreiseln mit entgegengesetzter Drehrichtung heben sich die negativen Effekte (rechtwinkliges Ausweichen), aber halt auch die positiven Effekte auf. Die Summe der Drehimpulse wird Null und damit halt auch der Effekt in der Summe. Da kann man auch gleich ein ruhendes Gewicht nehmen. Das ist deutlich günstiger, stromsparender und erzeugt nicht auch noch eigene Vibrationen.

Wenn man das mit einem Gyroskop machen will, dann ein kleiner Gyro sensor, eine schnelle Regelung und Aktoren dazu um die Gemessene Drehung zu kompensieren.

Ich habe es ausprobiert. Und gebe dir recht. So ein Mist. Dann ist ja die ganz Idee im Grunde sinnlos gewesen.

[Benjamin Orgis]

Und was würde passieren, wenn man die beiden Scheiben rechtwinklig zu einander rotieren lässt?

[Besserwessi]

Wenn man die beiden Kreisel in einem Winkel anordnet, addieren sich die Drehimpulse halt als Vektoren. Beim Rechten Winkel hat man dann den 1,41 fachen Drehimpuls in die Richtung der Winkelhalbierenden. Also den gleichen Effekt als hätte man einen etwas größeren Kreisel (bzw. die 1,4 fache Geschwindigkeit) in der Richtung.

Die einfachste Lösung ist einfach die Kamera durch extra Gewichte Träge zu machen, und dicht am Schwerpunkt aufzuhängen. Einen guten Effekt bekommt man schon wenn man die Kamera auf ein zusammengeklapptes Stativ schraubt, und das Stativ etwa am Schwerpunkt nicht zu fest hält. Alles was man braucht ist etwas Gewicht, Größe und eine lockere Halterung.