Die Erstellung einer DIY Brushless Gimbal mit Arduino

14 Schritt:Schritt 1: ein wichtiges Anliegen, welche Seite Gyro In festen Händen? Schritt 2: Kann Günstige Bürste DC-Motor Applied zu Gimbal sein? Schritt 3: Herstellung der Einzelservo Gimbal (Teil 1) Schritt 4: Herstellung der Einzelservo Gimbal (Teil 2) Schritt 5: Die Erzeugnisse aus dem DIY Brushless Gimbal in Web Schritt 6: Dreh Brushless Motor über bestehende Programme Schritt 7: Testen einer Single Axis Brushless Gimbal Mit bestehenden Programms Schritt 8: kopernikanische Wende und Brushless wie Servo Schritt 9: Erstellen einer Precision Single Axis Brushless Gimbal mit Arduino Schritt 10: Wie man die Single Axis Brushless Gimbal mit Arduino Stellen Schritt 11: Erstellen Sie die 2-Achsen-Brushless Gimbal mit Arduino Schritt 12: Erstellen Sie die 3-Achsen Brushless Gimbal mit Arduino Schritt 13: Aufnehmen mit DIY 3-Achsen Brushless Gimbal Schritt 14: Room for Improvement Mehr

Dies ist eine Geschichte von meinem dritten Projekt mit billigen Kreisel und Arduino.
Nach den früheren zwei Projekte, Easy Inverted Pendulum und 3D-Kalligraphie, habe ich zu machen Kameraausrichtung mit Arduino gedacht. Dann hatte ich drei Strategien für das Projekt.
Ausgestattet mit Standard-Kamera GoPro größer als einfach wie möglich ohne spezielle Vorrichtung noch kit Bootstrap: Siehe weniger Websites wie möglich zu beenden, ohne Nachahmung
Zu Beginn des Projekts hatte ich die Absicht, 2-Achsen kardanisch mit Servomotoren. Aber es wurde klargestellt, dass es schwierig ist, eine angemessene Leistung zu sehen mit Servomotor. Folglich ist eine 3-Achsen kardanisch mit bürstenlose Motoren und Arduino gemacht worden. Unten EINFÜHRUNG Video zeigt die Wirksamkeit des DIY Gimbal. In dem Video wäre ziemlich plötzlich Geräusche zu hören sein. Es ist ohne jeden Abzug links nach Stärken und Schwächen der kardanischen zeigen. Beliebige Filmbearbeitung vermieden.
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[Einführung VIDEO]

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Es scheint, dass die DIY 3-Achsen kardanisch in diesem Video stellt genügend Ausgleich für die Praxis. Aber es war nicht leicht, sie zu dieser Ebene. Zum Beispiel habe ich mit Schwierigkeiten unten erfüllt.
Steuern Brushless Motor ausreichend mit Arduino allein Erste ein Präzisionsrahmen aus Gimbal mit Hilfe eher schlecht Werkzeug Lösung der Störung der SPI Schnittstelle zwischen Kreisel und Arduino Einschwingzeit Rahmen Rattern Hinzufügen von beabsichtigten und glatt schwenken oder zu neigen, um eine gute Entschädigung
Das erste Problem oben ist eine Frage der Programmierung. Im Gegensatz dazu die zweite ist eine reine Hardware-Angelegenheit. Und die übrigen sind im Schnittpunkt der beiden Fragen gefunden.
Auch vier Probleme mit Ausnahme der ersten angetroffen wurden, wenn die zweite Achse zu der einzelnen Achse kardanischen zugegeben. Es bedeutet, dass der Kern des Programms der mehrachsigen Kardanrahmen ist hier nicht von der einzelnen Achse eins. Aber die gute Rahmen für Multi-Achsen benötigt man viel mehr Anstrengungen, um als eine einzige Achse geholt werden.
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Hier "Wie können Sie das DIY einzigen Achse Brushless Gimbal mit Arduino" ist im Detail in einem späteren Schritt erzählt. Aber es ist eher ein spezielles Thema, die ganze Geschichte über den Prozess der Entwicklung einer DIY Kamera Gimbal mit Arduino der hoch genug für die praktische Anwendung zu berichten. Die Geschichte ist wie folgt.
Ein wichtiger Punkt, um eine kardanisch mit Gyro DIY einzelne Achsen Halterung mit billigen Bürste DC-Motor DIY einzelne Achsen Halterung mit Servo Motor DIY einzelne Achsen Halterung mit Brushless DC Motor Multi-Achsen gesteuert Wirksamkeit der DIY kardanisch ungelösten Probleme für Verbesserungen zu machen
"How to ..." in Schritt 6 bis 10 zumeist erzählt. Und die minimale Arbeit könnte es etwa nach dem Ansehen EINFÜHRUNG VIDEO in der Lage, nur mit Bezug auf Inhalt in Schritt 10, nachdem ich DCUMENTARY (12) in Schritt 9. Auf der anderen Seite die Leistung des DIY 3-Achsen kardanisch würde gesehen werden durchgeführt werden können oben DCUMENTARY (15) in Schritt 12 und DCUMENTARY (17) in Schritt 13.
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By the way, hat ein weiteres Projekt mit dem Titel "Brushless Gimbal mit Arduino" zu Instructables im vergangenen Jahr veröffentlicht. Es hat mir die "gute Ressource für einen Ausgangspunkt." Aber ihre Vorgehensweise im Gegensatz zu mir. Wäre der Unterschied zwischen ihnen in Schritt 5 erzählt werden.
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Ich hoffe, dass die angehängten Videos und Bilder wäre für mein schlechtes Englisch zu kompensieren. Die japanische Version dieses instructable hat drei weitere Schritte zusätzlich.

Schritt 1: ein wichtiges Anliegen, welche Seite Gyro In festen Händen?

Bewegung eines starren Körpers im Raum kann durch zwei unabhängige Elemente beschrieben; Drehung und Parallelverschiebung. Das ehemalige kann oder abgebrochen werden durch ein Instrument kardanisch genannt kompensiert. Ein auf der innersten kardanisch gelagert Kamera könnte frei von einer Drehbewegung, wenn der Träger des kardanischen bewegt, auch wenn es nicht frei von Parallelverschiebung sein kann. Damit für die Kardan-Motor, Winkel (oder Körperhaltung) der Kamera angesteuert wird die wichtigen Informationen, um sie ruhig zu halten.
Wir haben mehrere Alternativen, um den Winkel des Objekts in Bewegung zu schätzen. Hier günstige Gyro Modul (e) ist / sind, verwendet. Die Winkelgeschwindigkeit des Objekts kann durch Kreisel gemessen werden. Arduino und übersetzt sie in geschätzten Grad der Winkelverschiebung des Objekts. Jetzt haben wir die nächsten Alternativen für die neue Sache, die Seite der kardanisch der Kreisel angeschlossen ist.
(1) Anbringen Kreisel auf die "Kameraseite" (Befestigung an der Kamerahalterung)
(2) Anbringen Kreisel auf die "Trägerseite" (Befestigung an der Griffbasis)
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Die anderen Punkt zwischen ihnen ist, ob die Rückführung des absicht Drehung des Motors die Steuerung der Kardanrahmen wird geworden ist oder nicht. Beim Anbringen Kreisel (1) Kameraseite wird vorsätzliche Bewegung nicht von unbeabsichtigten einen aus und nur die Summe von ihnen gemessen wird. Auf der anderen Seite beim Anbringen Kreisel (2) Trägerseite wird nur der unbeabsichtigten Drehung gemessen, sondern vorsätzliche man nicht. Daher sind sie gute und schlechte Punkte haben jeweils wie unten.
(1) Anbringen Kreisel an der Kameraseite (Befestigung an der oben (oder Rotor) des Motors)
Strategie: Wenn die Kamera dreht sich ein wenig, fahren Sie den Motor sofort aufheben es. Vorzüge: Es ist nicht erforderlich, um den Winkel richtig einzuschätzen. (. So ist es nicht erforderlich, zu wissen, wie viel sich der Motor seine Spindel) Nachteile: Die Kamera leicht vibriert, es sei denn der Motor ausreichend kontrolliert.
(2) Anbringen Kreisel auf der Trägerseite (Befestigung an der Base (oder Stators) des Motors)
Strategie: Wenn die Stütz dreht, abzuschätzen, den Grad und richtig drehen Motor so groß wie die auf die Rückwärtsrichtung. Vorzüge: Vibration durch die Rückkopplung der Motordrehung verursacht nie auftritt. Nachteile: Die korrekte Schätzungen sowohl für Drehung des Trägers und der Kamera benötigt.
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Diese Unterschiede sind wichtig für die Motorwahl. Wenn der Kreisel auf die (2) Trägerseite angebracht ist, die beiden Winkelgraden der Ober- und der Unterseite des Motors müssen richtig abgeschätzt werden. Daher Servo- oder Schrittmotor wird voraussichtlich verwendet werden, was den Winkel direkt steuern kann.
Andererseits, wenn der Kreisel auf die (1) Kameraseite befestigt ist, sollten nur die Drehung der Oberseite des Motors aus dem Festpunkt an der irgendwo außerhalb begrenzt werden. Dann wird das Ausmaß dieser Drehung muss nicht unbedingt geschätzt werden. So ist die günstige Bürste DC-Motor funktionieren könnte.
Nun scheint es, dass die (1) Kameraseite ist besser, Kreisel, um anzubringen, aus dem Blickwinkel von entweder Freiheit Motor Wahl oder weniger Anstrengungen erforderlich, um die richtigen Grad Winkel zu schätzen.

Schritt 2: Kann Günstige Bürste DC-Motor Applied zu Gimbal sein?

Einige billige Bürste DC-Motor könnte für das Gimbal arbeiten, wenn der Kreisel auf die (1) Kameraseite angebracht. Die Spindel aber für diese Art von Motor würde mit höherer Geschwindigkeit für kardanische einzuschalten. Daher Getriebe oder Riemenscheibe ist notwendig, um Geschwindigkeit richtig zu reduzieren.
Hier ein einfaches umgekehrtes Pendel Roboter aller Zeiten gemacht wird wie eine einzelne Achsen Halterung verwendet wird, um zu sehen, ob Bürste DC-Motor könnte zu Kameraausrichtung angewendet werden. Mit einem modifizierten Programm zur kardanischen Dieser Roboter kann rau Kompensation gegen die Drehung ihrer Unterstützung. Obwohl es nicht so schlecht, tritt eine große Schwingung, die nicht durch die Standardgegen aufgelöst werden kann. Sie können sehen, detailliert in DOCUMENTARY (1) unten.
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[DOCUMENTARY (1)] Single Axis Gimbal mit Bürste DC-Motor

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Spiel der Zahnräder zu reduzieren Ursachen dieser anhaltenden Vibrationen. Es ist notwendig, um zu jedem Zeitpunkt, ob Räder kämmen oder nicht, es zu lösen wissen. Aber es ist nicht einfach, sie in Echtzeit zu kennen.
Die Senkung Sensorempfindlichkeit diese Schwingung ist in der Lage, geschwächt werden. (Siehe DOCUMENTARY (2) unten.) Aber die Aufhängung wird links unkontrollierte, während Räder nicht Mesh. Daher ist eine Präzisionszahnräder zu reduzieren, wie kein Spiel spürbar ist notwendig, um günstige Bürste DC-Motor, um Kamera kardanisch anzuwenden. Aber es scheint zu hart, um wie Zahnräder in diesem Projekt zu bekommen.
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[DOCUMENTARY (2)] Modifizierte Single Axis Gimbal mit Bürste DC-Motor

Schritt 3: Herstellung der Einzelservo Gimbal (Teil 1)

In diesem Schritt und dem nächsten wird Servo Motor für einen einzigen Achsen Kameraausrichtung versucht.
In Schritt 1 wird beschrieben, dass Servo Motor könnte in jedem Fall, in dem Kreisel (1) Kameraseite oder (2) Trägerseite Kardanrahmen angebracht zu arbeiten. In diesem Schritt wird dem Kreiselkompaß (1) Kameraseite befestigt. Obwohl es nicht erforderlich ist, um die korrekte Winkelgraden in diesem Fall unbedingt, wurden zwei alternative Strategien angenommen wurden. Die beobachteten Ergebnisse sind wie folgt.
Die Strategie "Drehmotor so viel wie geschätzte Grad der Drehung des Trägers des kardanischen auf die Rückwärtsrichtung", kann nicht genug aufheben die Drehung. Die andere Strategie ", Drehmotor bis zum Aufheben Kamera-Rotation," führt zu verzögerten Entschädigung oder Vibration der Kamera montieren. Daher ist es nicht leicht zu entscheiden, wie viel Servo dreht.
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Der ehemalige Strategie oben wird für den Kreisel an der (2) Trägerseite angebracht vorbereitet. Obwohl es wird angenommen, dass für den Kreisel intuitiv zur (1) Kameraseite befestigt, wie gut funktionieren, kompensiert er nur die Hälfte der Rotation auf Reflexion.
Auf der anderen Seite die zweite Strategie für den Fall, in dem Kreisel (1) Kameraseite befestigt vorbereitet. Hier Servo Motor erhält direkt den Grad der Winkel zu drehen. So ist es nicht einfach, die Winkelgeschwindigkeit oder Beschleunigung.
Durch Ändern der Grad schrittweise zu drehen, kann man die Winkelgeschwindigkeit in einem gewissen Ausmaß zu steuern. Aber wir mit Vibration in höherer Geschwindigkeit oder verzögerte Entschädigung in unteren Drehzahl problemlos erfüllen würden.
Der Vorteil der Servo Motor ist richtig Drehen mit dem empfangenen Grad. Daher bei Verwendung Servo Motor sollte besser, dass der Kreisel zum (2) Trägerseite aus dem Gesichtspunkt der Effizienz der Kontrolle, wobei die Schwingung durch Rückkopplung verursacht wurden, konnten nicht beobachtet werden kann angebracht werden.

Schritt 4: Herstellung der Einzelservo Gimbal (Teil 2)

Im vorherigen Schritt haben wir gelernt, dass es nicht eine bessere Befestigung Kreisel (1) Kameraseite bei Verwendung von Servo Motor. So Servo Motor wird erneut mit Befestigungs Kreisel (2) Trägerseite versucht. Die beobachteten Ergebnisse sind wie folgt.
Servo Motor ist nicht gut, wo eine schnelle Beschleunigung oder Verzögerung ist erforderlich Vor allem braucht es mehr Zeit bei Verzögerung zu stoppen Es ist schwierig, die Beschleunigung oder Verzögerung eines jeden Servo Motor ändern
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Die Abbildung oben zeigt die Änderung in der Winkelgeschwindigkeit eines Servomotors von Anfang bis Ende. Es vier verschiedenen Blickwinkeln mit 8, 15, 30 und 60 Grad gegeben und vier Linien in dieser Figur repräsentieren diese Winkel auf. Die Steigung jeder Linie zeigt Winkelbeschleunigung. Wir können Beschleunigung und Verzögerung von Anfang zu stoppen wissen. So ist die Zahl sagt uns, wie folgt.
Die Beschleunigung von Anfang bis Maximaldrehzahl nahezu konstant und für alle Winkel gegeben. Auf der anderen Seite die Verzögerung zu stoppen sinkt schrittweise, aber das Muster ist ähnlich zueinander Winkel gegeben. Daher ist die erforderliche Zeit, um von der maximalen Geschwindigkeit zu stoppen, ist etwa zwei bis dreimal länger als die benötigte Zeit bis zur maximalen Geschwindigkeit von Anfang erreichen. Wenn die gegebene Winkel weniger als 15 Grad beträgt, ist die maximale Geschwindigkeit des Motors nicht von Anfang bis Ende zu erreichen.
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Die ersten drei Punkte oben bedeuten, dass Servo Motor ausführt, stoppen Bewegungs sorgfältiger als zu beginnen. Und der letzte Punkt oben bedeutet, dass Servo Motor nicht schnell genug reagieren, um unregelmäßige Änderung des Winkels. So ist es sagt uns, dass Drehgeschwindigkeit (wie maximale Geschwindigkeit in einer stetigen Kurvenfahrt), einer der beliebtesten Leistung Maß für Servo Motor, ist nicht so kritisch in diesem Projekt.
Die sorgfältige Verzögerung des Servo Motor zu stoppen, wird angenommen, dass die Absicht, Risiko von Vibrationen zu vermeiden. Aber diese vorsichtig Verzögerung verdirbt schnelle Antwort für Kamera kardanisch benötigt. Wir können sowohl verzögerte Ausgangs & Drop Verzögerung auf Anhalten des Servomotors in dem Dokumentarfilm (3) zu sehen.
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[DOCUMENTARY (3)] Testing Verfolgungsgeschwindigkeit der Servomotor

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Kameraausrichtung muss gegen irreguläre Rotation der seine Unterstützung zu kompensieren. Daraus ergibt sich die Motor-Antriebs ist es erforderlich, nicht nur höhere Maximalgeschwindigkeit, sondern auch genug Beschleunigung und Verzögerung für schnelle Spurhaltung.
Von diesem Standpunkt aus Servo Motor wird angenommen, dass zu viel Vorsicht für das Risiko von Vibrationen vermeidet auf Kosten der Beschleunigung und Verzögerung können. Obwohl das Ausmaß dieser Kompromiss hängt von jedem Modell der Servo Motor liefert keine genug Entschädigung, die ich getestet habe. In der Dokumentation (4) unter dem besten Servo Motor unter ihnen verwendet wird, die kleiner Körper, höhere Geschwindigkeit und schneller Antwort. Aber wir können nicht erkennen, dass es funktioniert, adäquat in dem Video.
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[DOCUMENTARY (4)] der letzte Test der Single Axis Servo Gimbal

Schritt 5: Die Erzeugnisse aus dem DIY Brushless Gimbal in Web

Im vorherigen Schritt hat deutlich gemacht, dass Servo Motor kaum genug Entschädigung für kardanisch bereitzustellen. So Brushless Motor gilt als aufgebracht, um anstelle von Servo Motor Kardan werden.
Aber ich hatte noch nie Brushless Motor und keine besonderen Kenntnisse über sie zu dieser Zeit gesehen. So kaufte ich ein relativ preiswert ein für ein Forschungs. Aber ich fand keine Papierhand aber wie einen Motor in der Verpackung. Dann bekam ich wenig Informationen gegeben, es zu benutzen.
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Jetzt, wo die Dinge waren zu dieser Pass zu kommen, habe ich auf Websites, auf nützliche Informationen zu Brushless Motor verwenden zu suchen. Ich fand eine beträchtliche Anzahl von Artikeln und Videos zu DIY mit Brushless Motor. Und ich wusste, dass spezielle Vorrichtung namens ESC oder Gimbal-Controller verwendet, um jede Brushless Motor im Allgemeinen zu fahren.
Auf der anderen Seite keine spezielle Vorrichtung wäre in diesem Projekt nach Einleitung beschrieben, verwendet werden. Nur Arduino sollte zur kardanischen steuern. Deshalb konzentrierte ich mich auf eine seltene Artikel in Instructables vorgestellten, in der weder ESC noch Gimbal-Controller verwendet wird. Sein Titel "Brushless Gimbal mit Arduino" trifft ins meines Projektes. Aber es ist schade, dass die in gezeigt kardanisch scheint nicht ausreichend zu arbeiten, so die Autoren sagen, "wir haben nie die kardanisch wir gesucht habe".
, Ihre Artikel stellt jedoch einige andere Artikel konsultiert. Und einer von ihnen zeigt, wie man Brushless Motor mit Arduino (von eLABZ) zu drehen. Es gab mein Projekt den Ausgangspunkt zu dieser Zeit. Die Einzelheiten des konsul Artikel wird im nächsten Schritt beschrieben. Hier der erste Artikel, die sich auf es wird erwähnt.
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Dieser Artikel beschreibt in Instructables einem früheren Projekt von zwei Studenten ausgeführt gehören zu einer Universität in den USA. Es scheint drei Berührungspunkte zwischen ihr Projekt und meine.
Wir beide wollen eine Kamera Gimbal mit Brushless Motor funktionieren gut ohne spezielle Gimbal-Controller. Kurzum wir nur Arduino verwenden würde, um kardanisch steuern. Aber wir kein ähnliches Projekt, das eine dieser beiden Voraussetzungen erfüllt, außer uns zu finden.
Auf der anderen Seite ihr Projekt unterscheidet sich von mir wie folgt.
Sie nutzen GoPro als montierten Kamera. Sie nutzen fertige Set auf dem Markt als Rahmen und Motoren Sie verwenden das Programm in andere Website zur Verfügung gestellt, um Brushless Motor drehen Sie verwenden eine spezielle Vorrichtung, wie Kreiselmodul (a MPU6050 Träger)
Sie nutzen das Programm von anderen bereitgestellt, um dieses Modul zu nutzen

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Wir beide teilen sich ein Ziel (Driving Brushless Motor ausreichend durch Verwendung Arduino allein, ohne Sonder Controller) und eine Situationserkennung (wobei keine Artikel Erreichung dieses Ziels für die Kameraausrichtung). Und sie nutzen eher positiv sowohl bestehende Programme von anderen und auf dem Markt verkauft fertige Set zur Verfügung gestellt.
Dieser Ansatz scheint wie eine Strategie, wie "Das Erreichen einer Einzigartige Ziel mit Hilfe der Anderen" oder "Wie Sie eine allgemeine Funktion mit speziellen Materialien oder Methoden". Damals brachte ich den Begriff in meinem Kopf eindrucksvoll, Horizontal Arbeitsteilungen (*).
(*) Ich hatte gehört, dass horizontale Arbeitsteilung zu belästigen japanischen Industrie, die Vorteile in Vertikale Integration hat. Die in Einleitung beschriebenen dritten Politik "Bootstrap: Siehe unter Websites und beenden ohne Nachahmung", näher Vertikale Integration als Horizontal Arbeitsteilung zu spüren.
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Zurück zum Thema, in dem Artikel in Instructables hier vorgestellten eine spezielle Kreiselmodul verwendet, das MPU6050 Sensor hat. Dieser Sensor hat eine besondere und sehr mächtige Funktion namens DMP (Digital Motion Processor). Diese Funktion bietet nicht nur eine größere Rauschunterdrückung als Standard-Gyro-Sensor, sondern auch Schätzung der 3D-Drehkoordinatensystem (* 1) in Echtzeit (* 2).
(* 1) Es ist nicht eine Drehung um eine feste Achse auf gyro sondern eine Drehung der 3D-Koordinatensystem in der feststehenden Systems.
(* 2) Dies ist nicht eine einfache Berechnung. Daher ist eine bekannte Freeware-Arbeits in PC, Herstellung, ist nicht in Echtzeit in meinem früheren Projekt verwendet.
Obwohl der Sensor mit DMP ist erstaunlich, wäre es "Spezialgerät" im Augenblick sein. Deshalb habe ich beschlossen, nicht mit dem Modul mit diesem Sensor in diesem Projekt. Übrigens eine beliebte Motortreiber, L298, wird in diesem Projekt, das oben in dem Artikel verwendet wird, eingesetzt. Ich bin dankbar, dass die Autoren dieses Artikels.

Schritt 6: Dreh Brushless Motor über bestehende Programme

Gehen wir zurück zu meinem Projekt, "How to ..." wird hier zum ersten Mal in diesem instructable beschrieben.
In der in den vorherigen Schritt Autoren erwähnten Artikel drehen Brushless Motor mit Hilfe Arduino. Dort finden Sie in einem früheren Artikel von eLABZ geschrieben . Und sie verwenden das Programm in vorgesehen. Im konsultiert Artikel erklärt der Autor eLABZ, wie man ein Stroboskop machen mit Brushless Motor aus einem alten DVD-Laufwerk hat.
Soweit ich weiß, (*), ist dies der einzige Artikel, der die vollständige Palette von Informationen, um Brushless Motor mit Hilfe Arduino allein drehen enthält. Dieser Artikel ist aus 3 Teilen aufgebaut. (* Fand ich ein weiteres Video im Moment. Es muss nur die Mindestinformationen.)
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Im zweiten Abschnitt über zwei alternative Programme für Arduino sind vorgesehen, um Brushless Motor zu drehen. Ich las sie und seinen Kommentar mit einer Abbildung in dem Artikel. Und ich verstand, dass ich nur liefern drei Wechselspannungen, die Phasen um 120 Grad zu den drei Leitungen mit Brushless Motor in keiner bestimmten Reihenfolge verschoben. In der Tat der bürstenlose Motor habe ich gekauft dreht leicht mit Arduino und Imitation-Programm, das die einzigen Zeilen, um diese drei Spannungen an den Motor enthält. Die Dokumentation (5) zeigt den bürstenlosen Motor dreht sich nur mit Arduino.
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[DOCUMENTARY (5)] Dreh 3-Phasen Brushless Motor mit Arduino und AC Rechteck

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Hier erkläre ich, wie man Brushless Motor mit Hilfe Arduino UNO drehen. Sie müssen sich eine 3-Phasen Brushless Motor zu bekommen. Ich denke, es hat drei Drähte.
Jedes dieser Programme wird auf dem Original aus eLABZ bereitgestellt werden. Ein High-Torque-Motor-Typ für kardanisch würde sofort bei Upload fertig zu drehen. Auf der anderen Seite einige High-Speed-Typ für RC-Modell ist vielleicht nicht mit der Kraft von Arduino drehen. Dann einige äußere Batterie und Motortreiber-IC verwendet werden. In der Dokumentation (6) unter äußeren Batterien und Treiber-IC verwendet. In der ersten Hälfte dieses Video ein Hochdrehmomenttyp gedreht wird, und in der letzteren eine Hochgeschwindigkeits-Typ ist jeweils gedreht.
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[DOCUMENTARY (6)] Drehende Zwei Arten von Brushless Motor mit Arduino, Outer Batterien und Sinus AC

Schritt 7: Testen einer Single Axis Brushless Gimbal Mit bestehenden Programms

Im vorherigen Schritt sahen wir, dass einfache Programme hochgeladen Arduino kann Brushless Motor leicht drehen. Diese Programme imitieren den Kern der bestehenden Programme durch eLABZ geschrieben. Die hochgeladenen Programme gesehen werden kann, wenn das Herunterladen der PDF-Dateien nach dem Ende des vorhergehenden Schritts gebunden. Wir können Drehzahl der Motor in einem gewissen Ausmaß, indem der Wert der Variablen motorDelayActual in Zeile 1 in diesen Programmen zu steuern.
Hier wird ein Prüfstand als eine einzige Achse Brushless Gimbal mit Arduino gemacht. Und das Programm für diesen Prüfstand wird hergestellt, auch auf einer in dem vorherigen Schritt verwendet wird. Bitte beachten Sie, dass der Drehwinkel des Motors ist nicht so gut, gemessen wie in dem Fall mit einem billigen Bürste DC-Motor in Schritt 2. Daher sollte der Kreisel (1) Kameraseite angebracht werden und einige richtige Gegenmaßnahme erforderlich ist, um Vibrationen zu vermeiden. Die Dokumentation (7) unten zeigt die Anwendung dieser Prüfstand durch das Programm mit Standard-Gegenmaßnahme, um Vibrationen kontrolliert.
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[DOCUMENTARY (7)] Single Axis Brushless Gimbal Mit 3-Phasen-Sinus AC

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Der Prüfstand kann die Drehung der seine Unterstützung (oder Base) in etwa in dem Video oben zu kompensieren. Aber einige Probleme sind wie folgt dargestellt.
Verzögerter Start auf Ersatz Unsteady Drehung unter Kompensation (pulsierende Bewegung) Einige Vibrationen zu stoppen verbleibenden
So dass das Programm hochgeladen erfährt wiederholt Verbesserungen und Tests, um diese Probleme zu lösen. Die Dokumentation (8) unten zeigt die Leistung des Prüfstandes von der schließlich verbesserte Programm gesteuert.
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[DOCUMENTARY (8)] Verbesserte Brushless Gimbal Mit 3-Phasen-Sinus AC

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Die verbesserte Programm kann die oben genannten Probleme zu einem gewissen Grad abschwächen. Aber es schien nicht gut für die Kamera kardanisch zu arbeiten. Auch die Aufhängung mit ihm kaum besser als Servo Gimbal arbeiten in Schritt 4.

Schritt 8: kopernikanische Wende und Brushless wie Servo

In Schritt 5 ein Artikel in Instructables eingeführt wird, die eine Herausforderung für einen 2-Achsen-Brushless Gimbal von Arduino kontrolliert bekommen beschreibt. Diese Herausforderung wird von einem bestehenden Programm von eLABZ vorgesehen unterstützt. Aber als Autoren zu erkennen, ist es schade, dass die Aufhängung dorthin gekommen scheint nicht ausreichend funktionieren.
Im vorherigen Schritt imitierte ich die gleiche ursprüngliche Programm von eLABZ bereitgestellt und wendete sie auf die einzelne Achse Brushless Gimbal. Aber es war noch nie gut funktioniert trotz der Ausführung Verbesserungs ich denken konnte.
Denn es steht geschrieben im Artikel über das ursprüngliche Programm , die "diese Schaltung wurde für eine ziemlich einfache Anwendung (...) entwickelt - die Last ist so leicht (...) Wenn (...) Ihr Motor nicht. Hall-Sensoren (vielen BLDC-Motoren zu tun), dann ist dieses vereinfachte Schaltung nicht geeignet für Ihre Anwendung. "
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Am Ende meiner Ressourcen, wie niedergeschlagen den Blick auf die kardanische Arbeits, schien es ziemlich unzuverlässig noch zu sein. Ich fast aufgegeben. Dann traf mich eine Idee, "Das Wichtigste ist hier nicht, um den Motor schnell und gleichmäßig drehen, sondern um es zu halten zu stoppen dicht an der Stelle".
Es war eine revolutionäre Verschiebung des Ziels für mich fühlte. So zog ich eine Figur zu vereinfachen Brushless Motor und darauf basierenden I berechnet die beste Operation, um die Bremskraft des Motors bei beliebigen Winkel zu maximieren (* 1). Next, bereitete ich eine ganz neue Programm, um die Operation auszuführen und lud es zu Arduino. Dann sah ich die Brushless Motor wurde gehalten Halt an der Objektivwinkel sehr stark wie noch nie gesehen (* 2). Und Ändern des Winkels gegeben, gedreht der bürstenlose Motor sofort und hielt an der veränderten Winkel wieder dicht.
(* 1) Ich habe gelernt, grundlegende Kenntnisse der Brushless Motor durch Bezugnahme auf einen Artikel in der Website von Ijima-san (in Japanisch). Obwohl es ähnlich zu dem Artikel von eLABZ in Schritt 6, wird ein weiterer Abschnitt über das alternative Verbindungen, Y- oder Delta erwähnt. Jeder Brushless Motor in diesem Projekt verwendete Y-Verbindung. (Anfangs hatte ich die falsche Vorstellung, dass jeder Motor hatte Delta-Verbindung. Aber später fand ich Y-Verbindung im Motor auseinandergebaut. Ich Ramirez_MecaUPQ 's Frage zu schätzen wissen.)
(* 2) Die früheste Berechnung wurde die Zuordnung der Steckplätze (Coils), basierend auf dem Gelände des Ijima-san erläutert. Aber kein Drehmoment wurde geworden. Nach der Recherche fand ich ein Handbuch zu Brushless Motor-Kit zu bauen (in Japanisch). Es hat mich gelehrt, dass es Alternativen zu Y oder Delta-Verbindungen.
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Der neue Betrieb und Programm könnte einen bürstenlosen Motor Arbeit wie als Servomotor zu machen. So dass sie geändert wurden, um in der Lage, mit Gyro zusammenzuarbeiten. Die Dokumentation (9) zeigt, dass sie funktionieren gut auf dem Prüfstand, und schlägt eine deutlich bessere Leistung könnte als Servo Gimbal erwarten.
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[DOCUMENTARY (9)] Brushless Motor gemacht Arbeit wie als Servo Motor

Schritt 9: Erstellen einer Precision Single Axis Brushless Gimbal mit Arduino

Der neue Betrieb im vorherigen Schritt eingeführt würde es ermöglichen, einen bürstenlosen Gimbal mit Arduino von praktischem Nutzen zu erhalten. Nun wird ein Brushless Motor kann wie als Servo zu arbeiten.
Bei diesem Vorgang Kreisel kann zur (2) Trägerseite angebracht werden. Der Prüfstand in Step 7 vorbereitet wird zu einer neuen einachsigen Brushless Gimbal unter dieser Operation. In dem Dokumentarfilm (10) unter dem neuen Gimbal mit einer Kamera ausgestattet ist, getestet.
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[DOCUMENTARY (10)] Die erste Brushless Gimbal durch das neue Programm Operated

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Im Video oben können wir die Leistung des neuen einachsigen Brushless Gimbal unter zwei Gesichtspunkten wie DOCUMENTARY (4) in Schritt 4 mit Servo Gimbal sehen. Jetzt können wir erkennen, dass die neue Brushless Gimbal funktioniert besser als Servo Gimbal in Schritt 4, obwohl die neue hat einige grobe Entschädigungen noch nicht. Zum Glück haben wir noch mehrere Zimmer für Verbesserungen, wie beispielsweise Wertauswahl für den Parameter in das Programm gesetzt.
Wir können auch einige zusätzliche Daten durch das Anbringen eines anderen Kreisels (1) der Kameraseite der kardanischen erhalten. In der Tat den Vergleich von Daten aus beiden Kreiseln Ich habe verstanden, es gibt drei Dinge übrig.
Zeitverzögerung am Anfang oder Ende des Kompensations Abschwächen shake am Anfang oder Ende der Ausgleichswinkelverschiebung nach der Kompensation: Nicht kompensierte Verschiebung verbleibenden
Unter diesen drei Dingen die zweite würde durch die Standardsteuerung unter Verwendung des PD aufgenommen Kreisel im Betrieb neu gelöst werden. Auch der dritte wird angenommen, dass durch einen angemessenen Werte für Parametersatz oder mit dem Kreisel aufgenommen gelöst werden. In dem Dokumentarfilm (11) Im Folgenden kann die Wirksamkeit der Ausnutzung der Mehr Kreisel an der Operation sehen.
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[DOCUMENTARY (11)] Die Wirksamkeit der Ausnutzung Added Gyro im New Betrieb

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Oben im Video wir, dass jede der drei Punkte in dem vorhergehenden Video (10) gesehen erkennen viel jeweils durch Ausnutzung der Kreisel hinzugefügt verbessert werden. Und wir haben noch andere Räume zu verbessern.
Beispielsweise die dem Motor zugeführte Leistung beträgt etwa 5 V in diesen Videos oben obwohl die empfohlene Spannung von 11 bis 15V. In dem Dokumentarfilm (12) unter vier AA-Batterien werden hinzugefügt, um genug Kraft, um den Motor zu liefern und die Werte der Parametersatz eingestellt.
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[DCUMENTARY (12)] Die Wirksamkeit ausreichende Stromversorgung zu Motor

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Im Video oben sehen wir, dass das erste Problem, "Time-Lag am Anfang oder Ende der Entschädigung", so sehr unter der genug Strom versorgt geschwächt. Jetzt haben wir von der Bühne mit dem Prüfstand als Einzel Kardanring in die nächste Phase machen 2-Achsen kardanisch von praktischem Nutzen bewegen.

Schritt 10: Wie man die Single Axis Brushless Gimbal mit Arduino Stellen

Bevor er die nächste Stufe in dem 2-Achsen kardanisch gemacht wird, zeige ich hier, wie Sie den DIY einzigen Achse Brushless Gimbal mit Arduino, die in der DCUMENTARY (12), die im vorherigen Schritt funktioniert. Um den lang Rezept Ich nehme an, die Leser hier haben genug Erfahrung mit Arduino und Kreisel zu vermeiden, wie meine früheren Projekt.
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[Materialien]
3-Phasen Brushless Motor für Gimbal (x1): Begrenzt auf 14-polig, 12-Steckplatz (Obwohl beide Y und Delta-Verbindung sind akzeptabel, Zuordnung der Steckplätze müssen dieselben sein, wie die in diesem Handbuch gezeigten Abbildung .) Arduino UNO (x1 ) L3GD20 Kreisel Chip Träger (x2): SPI-Schnittstelle mit 4 Zeilen (* 1) AA-Batterien (X4-8) L298 Motortreiber (x1) Platten (x2): Zur Unterstützung der kardanisch und der Kamera montieren Sonstiges: Beliebt Bekleidung arbeiten mit Arduino
(* 1) Ich habe Akizuki des Frachtführers Hier. Ich weiß, dass andere von Pololu hergestellt L3GD20 Träger . Letzteres ist auch außerhalb Japans erhältlich. Wenn anstelle der ehemaligen verwendet wurden, wird das Bild mit schema oben sollte betrachtet werden.
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[Programm (oder Skizze)]
Laden Sie die pdf-Datei am Ende dieser Stufe angebracht Öffnen Sie in einem geeigneten Lesegerät-Anwendung Kopieren Sie den gesamten Text in ihm Fügen Sie die Kopie für Arduino und korrekte Druckfehler IDE Laden korrigierte Programm mit Arduino IDE Obwohl diese Skizze ist für Delta-Verbindung optimiert Es ist anwendbar für Y-Verbindung Das Zeichen der Ausgang der Sekundär Kreisel an der (1) Kameraseite ist abhängig von der Art und Weise, es zu befestigen Wenn die Aufhängung nicht zu stoppen noch kompensieren, sondern dreht sich in die falsche Richtung (* 1), versuchen Sie, die letzte Punkt "Verdrahtung" unten zuerst Wenn die Aufhängung immer noch nicht gut funktioniert, sollten die zwei Zeilen in diesem Programm, kommentierte statt Auskommen die alternative zwei Linien, A und B wirksam gemacht, wenn die Aufhängung immer noch nicht gut funktioniert werden, versuchen Sie, der letzte Punkt der "Verdrahtung" unten wieder
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[Verdrahtung]
Siehe Abbildung am Anfang der Schritt und folgen ihm drei Drähte mit Brushless Motor sind an Pin 3, 5 und 6 auf Arduino UNO in beliebiger Reihenfolge Wenn die Aufhängung nicht zu stoppen noch kompensieren, sondern dreht sich in die falsche Richtung (* 2), Ändern Sie diese Verbindung in geeigneter Weise
(* 1, * 2) Um die kardanisch Arbeit gut zu machen, beide Ausgänge von Kreiseln und Verdrahtung muss korrekt eingestellt werden. Manchmal ist die Ausgabe des Kreisels werden könnte abnorme trotz korrekter Einstellung. Dann schneiden Sie die Stromversorgung aus, um Arduino und Gyros einmal.
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[Kalibrierung]
Zurücksetzen Arduino Sie den kardanisch berühren nicht für 6-10 Sekunden: Halten Sie beide Kreisel noch

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Der grobe Ablauf des Programms in der beigefügten pdf-Datei unten könnte durch Sehen sie auf einer Block-für-Block-Basis zu verstehen. Auf der anderen Seite die Details einigen Blöcken möglicherweise nicht so klar sein. Es braucht viel mehr Schritte, um sie zu erklären. If many requests were gotten in future they might be told in another story.

Step 11: Making the 2-Axis Brushless Gimbal with Arduino

We have gotten the single axis Brushless Gimbal with Arduino on a test bench, which works as expected at the start of this project. Now the multi-axis gimbal of practical use should be made. Here 2-axis Brushless Gimbal with Arduino is made and tested.
It compensates un-intended rotation around two axes: TILT (looking up/down) and ROLL (rotating horizontal line) . It needs two motors and six pins with PWM. So in this step a richer Arduino board, MEGA , is used instead of UNO. The main materials to build the frame of this gimbal are plastic plates and stainless steel brackets. The former plate is a goods for hobby named " Universal Plate ". It has many regular pinholes and needs no special tool to be cut and so on.
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The next two points take much time to build the frame.
Hunting good material for camera mount Installing a pair of pin and pinhole for the TILT axis
In the former, some steel flat bar with regular pinholes is looked for, which is suitable both to the center of gravity of the camera and to the existing pinholes on the frame. On the other hand the latter work is required to be equipped with a camera bigger than GoPro .
Generally a Brushless Motor works as a good pair of pin and pinhole on arbitrary axis. It supports a cantilever by itself. So an ultra-lightweight camera like GoPro could be mounted on a cantilever with few problems. But cantilever could not support a bigger camera well . Hence a pair of pin and pinhole should be installed on the axis at the opposite side of the motor across the camera. The pin, pinhole and the motor should provide a good pair of fulcrums on the TILT axis to rotate camera smoothly without little backlash .
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Once the frame is built, the 2-axis Brushless Gimbal with an augmented program for two axes becomes available to test. This naive gimbal has two problems as follows. The detail and the cause of them, and the countermeasures to these problems are described in the final step.
Chattering of the frame Biased output from gyro to Arduino: Disturbance on SPI interface
Most of electrical components of the gimbal made here are plugged into a solderless breadboard and connected to Arduino, gyro or motors by jumper wires as yet.
In the DCUMENTARY (13) below we can see the 2-axis gimbal tested here is working, which is given some countermeasures to the problems above and allowed intentional TILTing additionally . In this video the gimbal seems to work well.
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[DCUMENTARY (13)] 2-Axis Brushless Gimbal with Arduino Working (1)

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On the other hand, in the DCUMENTARY (14) below, we can observe not only the gimbal working but also film shot by the camera on the gimbal in one picture. This video shows that there remains some room to improve for the compensation to ROLL (rotating horizontal line).
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[DCUMENTARY (14)] 2-Axis Brushless Gimbal with Arduino Working (2)

Step 12: Making the 3-Axis Brushless Gimbal with Arduino

The two problems met in making the 2-axis gimbal in the previous step, Gimbal Chattering and SPI Disturbance, are able to be weakened by some conventional symptomatic treatments . Their details are described in the final step. And the room to improve observed in DCUMENTARY (14) could be resolved or reduced by adjusting values of parameter set in the program.
So here, the third Brushless Motor is attached additionally to the top of the frame of the gimbal, which could compensate un-intentional rotation around the axis for PAN (looking at right/left) newly. Next, electrical components are moved from a breadboard to a DIY Shield for Arduino MEGA .
At the same time, the program is augmented again to compensate the un-intentional PAN and to allow the intentional PANing . And the values of parameter set in the program are adjusted to reduce the room for improvement observed in DCUMENTARY (14) . Now the DIY 3-axis Brushless Gimbal with Arduino for practical use has been gotten . Its performance can be seen in the DCUMENTARY (15) .
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[DCUMENTARY (15)] 3-axis Brushless Gimbal with Arduino Working

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In the video above the camera mounted on the 3-axis gimbal shoots itself in front of a mirror . We can see both the gimbal working and the stability of mounted camera. As comparing this video with the DCUMENTARY (14) in the previous step, it is clear that the compensation for un-intentional ROLL is much improved in this step . This is the moment to go out with the gimbal and shoot various scenes to see its performance.

Step 13: Shooting with DIY 3-Axis Brushless Gimbal

We can see new matters in outdoor shooting, which are met with hardly in indoor testing. Therefore the values of parameter set are needed to be adjusted repeatedly again by shooting after shooting. We can see the films shot for this adjusting in the DCUMENTARY (16) below. There we should remember that a gimbal cancels out some rotation but it does not compensate any parallel shifts. Hence the vertical (up-and-down) motion in walking is not subject to compensation in the videos below.
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[MAKING VIDEO (16)] Films Shot in Outdoor for Fine Adjusting

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In the adjusting above, the main issue is the adequate compensation for the un-intentional ROLL . Watching a horizontal line in distant view in the video above, the degree of its rotational stability is different between scenes (shot under different values for parameter set).
The DCUMENTARY (17) below is a film shot in the adjusting also. It is good to see the performance of the gimbal adjusting here, because it has more stable compositions where the motion of horizontal line is observed well and it has a scene of battery is dead suddenly.
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[DCUMENTARY (17)] Film Shot in Outdoor for Fine Adjusting (Shooting Forward/Backward)

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On the other hand the six videos below are films shot with some adjusted values for parameter set. In the first one, SAMPLE (1) , intentional PANing is used so frequently that we can see its effect well. The second SAMPLE (2) is uncut video shot by going up and down the stairs at a quick pace. And the rest videos, SAMPLE (3) to (6) , have scenes shot under so various conditions that they would give us good information to estimate the efficiency of the DIY camera gimbal gotten in this project.
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[SAMPLE (1)] Effect of Intentional PANing (Turning 540 Degrees)

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[SAMPLE (2)] Up and Down Stairs (From Running to Quick Steps: Uncut)

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[SAMPLE (3)] Walking in a Park (Flowers and Persons)

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[SAMPLE (4)] Walking on Dirt Path in Woods

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[SAMPLE (5)] Uncut of the Gimbal Working from Power On to Off

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[SAMPLE (6)] Low Angle Shooting

Step 14: Room for More Improvement

I have shown a story getting the DIY 3-axis Brushless Gimbal with Arduino of practical use. As searching web, there are few sites which describe driving Brushless Motor using only Arduino without other special devices. And it is a pity that the rare program provided in a precious article describing it has turned out to be unsuitable for the camera gimbal . (See Step 7 .) Therefore I have prepared a new program independently and developed the DIY gimbal in order of single, two- and three- axis while augmenting the program .
The policies shown in Introduction , finishing this project with no imitation and no special device , seem to be kept finally. On the other hand I don't know the merits and demerits of this DIY gimbal well because I have not seen camera gimbal except for it. Here I describe the left room for improvement at the end of story.
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(1) High Frequency Noise
The program prepared in Step 8 makes Brushless Motor have strong torque in stopping or rotating. But the operated motor generates noise around 500Hz continuously. This noise has little negative effect to the picture of video. But recorded sound is so contaminated by it.
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(2) Chattering of the Gimbal Frame
I met with the persistent chattering of frame in the stage where the 2-axis gimbal of practical use was made from the single axis test bench. In contrast to the noise above, this chattering negatively effects picture . In the video shot with this chattering, the shape of object undulates . Though I do not know the accurate frequency of the chattering it is felt like about 50Hz. As touching some point of the frame by a finger, this chattering stops immediately. But it would disturb gimbal working.
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[DCUMENTARY (18)] Disturbed Picture Caused by Gimbal Chattering

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This persistent chattering is thought to be caused by some lower frequency noise from the Brushless Motor, which might have smaller power than the high frequency one but equal to the natural frequency of the gimbal . In this project the chattering is reduced by some conventional symptomatic treatments as follows. But more drastic measures are required for the fundamental solution such as weakening motor noise or improving frame rigidity .
Adjusting values for parameter set in the program: Loosening compensation a little Lowering power: Decreasing supply voltage to motor (7.5V) at two thirds of the lower level recommended one (11 to 15V) Increasing size of the handle and attaching some brackets to it: Absorbing the vibration by the palm or changing the natural frequency of the gimbal by clutching bigger handle with brackets tightly.
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(3) Un-intentional ROLL Still Remaining
When seen from the outside, the DIY gimbal seems to compensate enough against the un-intentional rotation of its support. But seen from the mounted camera, the rotational stability of a horizontal line is not perfect. It is thought important to improve it that the following matters are resolved.
Inappropriate values for parameter set in the program: Loosening compensation to reduce the gimbal chattering Insufficient power supply: Decreasing supply voltage to motor at two thirds of the recommended one to reduce the gimbal chattering Discrepant coordinate system between gyros and frame of gimbal
The first two matters come from the conventional countermeasure against the gimbal chattering . Then the fundamental solution to the chattering is required here also. On the other hand the last matter concerns the calibration of gyro .
The program prepared to control the gimbal in this project is assuming that all four gyros and frame of gimbal have the same coordinate system (or the same three orthogonal axes) . But in reality, each of them should be thought specific (*) and the three axes of each system would not be orthogonal strictly. It is possible to know the posture of each system of gyros comparing with the system of the frame. But it does not seem to be so easy and its cost-effectiveness is not clear. Hence it has not been executed in this project as yet.
(*) No special measuring or adjusting has not been done when the four gyros were attached to the frame of the 3-axis gimbal.
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(4) Disturbance on SPI interface
The outputs of gyros are transmitted to Arduino by SPI interface in this project. Though it is used for a short range communication between digital devices, there ought to be no problem within three feet of distance. Indeed few matters has been met with while the electrical materials are plugged into a breadboard and connected to Arduino by jumper wires. But after replacing these jumper wires with ribbon cables , the behavior of the gimbal has become abnormal .
For a while (some days) the cause has not been unknown at all. Through a considerable process of trial and error it was made clear that SPI interface is sometimes disturbed when some special lines is put close. Especially the disturbance occurs very often when Clock-line (SCK) is brought near Output-line (MISO) . No article which describes such a phenomenon has been able to be found. Hence it is thought that this is a specific problem between Arduino and the gyro sensor used here. Though the true cause has not been known, the problem can be resolved by choice the proper combination of bundled wires.