Składamy quadrokopter DJI F 450 ARF cz.4


 

Gimbal w modelu- zacząłem zastanawiać się nad rozwiązaniem bardziej profesjonalnym czyli gimbalem. Są to dość drogie urządzenia, ale przeszukując  internet  natrafiłem na gimbal HSM-2208B z Kontrolerem w obecnej cenie ok. 230 zł, co jak na ten typ sprzętu nie było wartością wygórowaną. Gimbal ten co prawda jest dedykowany kamerze Go Pro, no ale od czego jest się modelarzem, więc dopasowanie mocowania do Mobiusa nie stanowiło jakiegoś specjalnego problemu.

 

Gimbal dwuosiowy HSM-2208B

Gimbal HSM  i Mobius A zamocowane po modelem

 

Gimbal został zamocowany na dodatkowych 8 gumowych wibroizolatorach.  Dodatkowo poprawiłem sztywność półki niosącej konstrukcję gimbala dwoma węglowymi kształtkami przyklejonymi na żywicę. Sterowanie gimbala jest autonomiczne więc nie wymaga podłączania do Kontrolera Głównego modelu. Gimbal zapewnia stabilizacją kamery w dwu poziomych osiach

Dodatkowy wibro-izolator szt. 8

 

I jego wykorzystanie w mocowaniu gimbala

 

jak i również dodatkowe sterowanie tych osi z nadajnika.  Do uzyskania pochylenia kamery wystarczy podpiąć jeden kanał z odbiornika do wejścia na płytce odpowiedniej osi sterownika.  Zasilanie układu jest 12 V więc można podpiąć się bezpośrednio pod pakiet 3S napędowy modelu. Do zaprogramowania sterownika gimbala podobnie jak w przypadku DJI trzeba pobrać  Driver i oprogramowanie „Simple BGC_GU” ze strony producenta. Dodatkowo konieczne może się okazać zainstalowanie aplikacji pomocniczej Java z o czym zostaniemy poinformowani przy próbie uruchomienia oprogramowania.  Mocowanie kamery zrealizowałem na jak na zdjęciu używając do tego odciętego kawałka stalowej śruby M6 o długości 23 mm wkręconego w gniazdo uchwytu kamery. Gniazdo kamery ma co prawda gwint calowy, więc nie całkiem pasujący do gwintu M6, ale 2-3 zwije dają się całkiem spokojnie wkręcić ręką dając dobre pasowanie bez luzów. Zastosowanie dwu kontr z nakrętek M6 wzmacnia sztywność całej konstrukcji, bowiem główną zasadą mocowania kamery jest uzyskanie maksymalnie wysokiej sztywności całego ruchomego układu gimbala. Kamerę mocujemy tak aby układ był  wyważony – tj. środek ciężkości kamery powinien  leżeć na przecięciu się osi silników gimbala. W praktyce oznacza to, że kamera po wychyleniu ręką którejś osi powinna wrócić sama do położenia poziomego. Jeżeli  wyważenie kamery nie będzie prawidłowe będzie to skutkować pogorszeniem precyzji stabilizacji gimbala. Programowanie sterownika gimbala zaczynamy od podania napięcia zasilania  12V, podłączenia urządzenia do portu USB komputera i wywołaniu oprogramowania.  Komputer wykryje nowe urządzenie i poprosi o zainstalowanie do niego Drivera.

 

Ekran programu Simple BGC GUI z danymi pod kamerą Mobius A

 

Po tym wywołujemy oprogramowanie gimbala które zgłasza się ekranem „SimpleBGC GUI v2,2 b2”. Wybieramy dostępny COM i wciskamy zakładkę Connect/Disconnect. Na ekranie pojawią się dane fabrycznie zapisane w sterowniku gimbala. Pierwszą czynnością będzie sprawdzenie (wprowadzenie) zorientowania układu pomiarowego położenia osi gimbala pole  „Sensor” AxisTop=-z i RIGHT=x. Następnie  kalibrujemy  żyroskopy (Calib Gyro) i akcelerometry (Calib ACC). Model musi wtedy stać nieruchomo a  jego kamera w pozycji dokładnie poziomej o czym mówią wyzerowane wskaźniki-zegary Roll i Pitch. Ważnymi parametrami stabilizacji są „P” – wielkość tłumienia drgań niskiej częstotliwości oraz parametr „D”   - tłumienie drgań  wysokiej częstotliwości. Im te parametry są wyższe tym mamy mocniejsze tłumienie drgań. Jednakże przyjęcie  zbyt wysokich parametrów powoduje wejście gimbala w samo oscylacje, dla tego proponuję przyjąć na początek nastawy, które dobrałem doświadczalnie i obecnie używam czyli P=26 i D=13.  Następnymi parametrami jest POWER czyli moc dostarczana do silników. Układ gimbala idealnie wyważony  potrzebuje jej nie wiele, ale pozostaje opór od podłączonych kabli i dynamiczne przeciążenia podczas lotu dlatego przyjąłem  wartości ROLL=80 i PITCH=60. Są to podstawowe wartości jakie trzeba sprawdzić i ustawić -  pozostałe, mogą opierać się na ustawieniach fabrycznych. Zapisujemy do kontrolera ustawione wartości zakładką WRITE.  Dotykamy delikatnie ręką kamery - nie powinno to wzbudzać jej oscylacji. Po przekrzywieniu kamery na siłę, powinna ona powoli wrócić sama do położenia poziomego. Delikatne piszczenie zasilonych silników gimbala jest rzeczą normalną. Bierzemy model do ręki i przekrzywiamy go lewo/prawo i przód/tył – kamera powinna stać nieruchomo. Podłączamy kablem np. wolny kanał 7 w odbiorniku do pinów Pitch Control Connector na płycie sterownika gimbala i uzyskujemy możliwość sterowania pochyleniem kamery w dół. Zakres i sposób wychylenia kamery ustawiamy w nadajniku RC. W moim modelu używam trójpołożeniowego  wychylenia kamery (poziomo, w dół i mocno w dół) przełączanego trójpołożeniowym przełącznikiem,  gimbal sam zapewnia   płynne przejście pomiędzy poszczególnymi położeniami. Po wykonaniu lotów próbnych z Gimbalem i nagraniu kilku ujęć powinniśmy się cieszyć stabilnym obrazem bez drgań. Pamiętajmy jednak, że nasz gimbal jest wersją ekonomiczną i jakieś minimalne drgania w ciężkich warunkach (porywisty wiatr) mogą się czasem na ekranie pojawić.  Jeżeli jednak obsłuży on nam prawidłowo 99% czasu lotu to i tak jest to b.dobry wynik.

 

Mobius A z podłączonym sygnałem A/V

 

Pokrętło obrotu poziomego w nadajniku RC

 

Automatyzacja obrotu poziomego – jednym z typowych ujęć kamery jest „panoramowanie” czyli wykonywanie  wolnego poziomego obrotu o 360 stopni.  Okazuje się, że przy takim ujęciu potrzebna jest precyzja czyli mała i stabilna prędkość obrotowa modelu, której ręka kierująca drążkiem w nadajniku  nie jest w stanie zapewnić. Przeważnie model obraca się za szybko i nie jednostajnie dając na filmie efekt jaki widzimy np. z  karuzeli.  Dlatego, aby uzyskać stabilny i wolny obrót zautomatyzowałem  tę operację wykorzystując w nadajniku  pokrętło poziome , które podłączyłem programowo jako mixer do  drążka obrotu na 15% jego zakresu. Chcąc wykonać powolny obrót modelu skręcam pokrętło w lewo lub w prawo od jego pozycji  neutralnej i model posłusznie wykonuje powolny i jednostajny obrót w wybraną stronę dając ładne stabilne ujęcie.

 

Nadajnik antena i pakiet toru FPV widziane od spodu modelu

 

Anteny odbiorcze dookólna tzw. "koniczynka" i kierunkowa

 

Celownik kamery – czyli tor radiowy FPV. Kamera Mobius posiada możliwość jednoczesnego wysyłania sygnału video i nagrywania filmu. Sygnał video z tej kamery można więc doprowadzić do niewielkiego nadajnika  i przesłać na monitor stojący na ziemi uzyskując w ten sposób dokładny podgląd nagrywanego obszaru w czasie rzeczywistym. Spotkałem się z opiniami że kamera Mobius lubi się zawieszać jeżeli wykorzystujemy jej tor A/V - nie potwierdzam tego bo nie doświadczyłem  ani jednego takiego przypadku. Do swojego modelu wybrałem mini nadajnik Boscam TS5823 32CH 5G8 200 mW o wadze zaledwie 7,3 g. Często dyskutowana jest konieczna moc nadajników do FPV. Wiele głosów twierdzi, że im większa moc tym ze względu na uzyskiwany zasięg lepiej. „Obcy” nadajnik pracujący obok odbiornika RC modelu mimo, że posiada inną częstotliwość roboczą (ale występują zakłócenia harmoniczne) jest źródłem emisji promieniowana elektromagnetycznego mogącego wpływać na łączność. Dlatego używanie małych mocy nadajnika FPV wydaje się rozwiązaniem rozsądnym tym bardziej, że  odpowiednio duży  zasięg można również  uzyskać stosując niedużą moc nadawczą  i dobre anteny przede wszystkim odbiorcze.  W swoim nadajniku zamieniłem od razu antenę nadawczą  z fabrycznej prętowej na dookólną tzw. „koniczynkę”. Zestaw ten zapewnił mi łączność video na odległość do 500 m czyli poza zasięg wzrokowy modelu. Drugą sprawą jest zasilanie nadajnika. Nadajnik wymaga napięcia 12-18V więc teoretycznie można by go było podpiąć pod pakiet 3S zasilający model, ale ze względu właśnie na możliwość zakłóceń przenoszonych również przez zasilanie zdecydowałem się na osobny mały pakiet LiPol 3s 700mAh. W ten sposób tor radiowy został odseparowany od pozostałej elektroniki modelu. Do podłączenia kamery do nadajnika użyłem kabli dostarczonych w zestawie z nadajnikiem jednak samą wtyczkę Mini USB jakiej potrzebuje Mobius musiałem wykonać sam. Musi ona być kątowa (prosta zaczepia o konstrukcję gimbala). W sklepach z częściami elektronicznymi można zakupić wtyczki kątowe Mini USB do samodzielnego złożenia.

Mini odbiornik TS5823 32CH 5G8 200 mW

 

Opis połączeń tylnego gniazda kamery Mobius A z sygnałem AV-Out

 

Wykorzystałem część metalową takiej wtyczki lutując przewody zgodnie ze schematem z tabeli a następnie zagiąłem przewody pod kątem 90 stopni i zalałem na gorąco klejem z pistoletu. W ten sposób powstała hermetyczna i lekka wtyczka. Dla sygnału FPV wystarczy wykorzystać przewody GND i Video-Out. Ważne jest mostkowanie Pin#4 i Pin#5 bo po tym kamera rozpoznaje czy uruchomić ryb Video-Out.  Druga wtyczka od strony nadajnika została zabezpieczona przed samo-wysunięciem również gorącym klejem. W samym nadajniku owiniętym szczelnie termokurczliwą osłoną wyciąłem  ostrym nożem dojście do przełączników wyboru kanałów, oraz od strony płyty radiatora dojście do chodzenia powietrzem. Nadajnik został przymocowany do jednej z nóg podwozia, tak aby jego antena zwisała w dół. Uwaga: ponieważ antena stanowi  obciążenie elektryczne nadajnika nie wolno go włączać bez podłączonej anteny - inaczej  spalimy końcówkę mocy urządzenia. Do wyświetlania obrazu z kamery użyłem monitora 7”. Monitorów do FPV na rynku jest sporo. Myślę jednak, że przydatny monitor powinien mieć zintegrowany odbiornik FPV (a najlepiej dwa- tzw diversity), własne wbudowane zasilanie, składaną osłonę przeciwsłoneczną oraz co najbardziej istotne odpowiednio mocne podświetlenie.  Na rynku możemy już spotkać monitory o podświetleniu 1000 cd/m2 i to w zupełności wystarczy na każde warunki, nawet w najbardziej słoneczna pogodę. Pierwszym moim monitorem był  Boscam Galaxy 800x480 D2. Ale jego jasność przy słonecznej pogodzie  była nie do końca zadawalająca, więc pojawił się monitor Monitor Feelworld LCD 7" 800x480 PVR-733 wyposażony w  nagrywarkę DVR z którym mogę pracować już bez ograniczeń przy jasności ustawionej na 70%.

 

Boscam Galaxy 800x480 D2, jasność 400 cd/m2

Monitor Feelworld LCD 7" 800x480 PVR-733 z diversity i DVR- jasność 1000cd/m2 - mocowanie na statywie

 

Monitor wyposażyłem w jedną antenę dookólną „koniczynka” a drugą kierunkową o wzmocnieniu 11 dBi. Na początku monitor umieszczałem wprost na nadajniku, jednak szybko okazało się, że przenoszenie wzroku z modelu na monitor i odwrotnie jest niekomfortowe, więc w drugim wariancie monitor został zamocowany na wysokości oczu na naramiennym statywie fotograficznym. Używam też alternatywnie mocowania monitora na statywie - wybór wariantu zależy od warunków filmowania. No i nareszcie widziałem co filmuję w zasięgu 500 m. Uwaga do toru FPV - w położeniu modelu przodem do nas antena nadajnika FPV jest przysłaniana przez metalowy gimbal co powoduje osłabienie zasięgu sygnału FPV. Nie ma tego problemu przy oddalaniu się modelu, bo wtedy antena nadawcza FPV bezpośrednio "widzi" cały czas odbiornik na ziemi, natomiast jeżeli model obrócimy przodem do siebie zjawisko to może nastąpić gdy model jest daleko. Dlatego lecąc na oddalone ujęcia dobrze jest  po ich wykonaniu wycofać model tyłem.

 

Stabilny i dobrej jakości  film – na uzyskanie dobrej jakości obrazu ma wpływ parę czynników. Drgania samej platformy które pochodzą od wirujących śmigieł. DJI F450 ma śmigła nakręcane na gwintowaną oś silników. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie do montażu i demontażu śmigieł podczas przewożenia modelu, ale ma też jedną wadę nie że można tych śmigieł wyważyć (sprawdzić). Śmigła oferowane w zestawie (białe) są plastikowe i dość giętkie a wiadomo że sztywność końcówki śmigła podczas jego pracy ma spore znaczenie. Dlatego dokupiłem dodatkowe śmigła DJI zbrojone węglem i jak podaje producent   wyważane indywidualnie.   Po założeniu i lotach próbnych mogę stwierdzić, że warto było je zamienić bo efekt na filmach był zauważalny.

Tuningowe Carbonowe śmigła

 

Widok na zamocowanie gimbala i stroboskop LED z przodu modelu

 

Drugi czynnik  to mocowanie samego gimbala. Jest on mocowany do przedniej dolnej półki  ramy modelu. Półka ta jest  w tej części jest niepotrzebnie (wg. mnie) ażurowana a przez to giętka. Po założeniu ciężkiego gimbala, stała się ona dodatkowym źródłem niestabilności kamery. Dlatego musiałem miejscowo  wzmocnić półkę poprzez naklejenie na nią dwu prostokątnych kształtowników węglowych. Zamocowanie ramy gimbala do ramy modelu (niezależnie od miękkiej amortyzacji fabrycznej)  trzeba było wykonać wzbogacić o  twarde wibro-amortyzatory gumowe z zawulkanizowanymi śrubami M3. W ten sposób drgania o wysokiej i niskiej częstotliwości przenoszone na gimbal zostały dość skutecznie osłabione. F 450 jest platformą 4 wirnikową a więc bardziej czułą na turbulencje powietrza niż modele 6 czy 8 wirnikowe. Dlatego latanie w porywistym wietrze (szybki lot z wiatrem czy szybkie zniżanie) może (ale nie musi) powodować chwilowe i nie zamierzone lekkie drgania obrazu. Słychać to po pracy śmigieł które zaczynają wtedy wyraźnie „warczeć”.   I ostatnia rzecz, obróbka na edytorze Video samego filmu. Mimo że w oryginale film wygląda dobrze, często po jego obróbce i kompresji pojawiają się szarpania i drgania obrazu szczególnie widoczne przy scenach „panoramowania”. O obróbce filmów będzie więcej w następnym odcinku poświęconym kamerze Xiaomi Yi 2K.

Moduł Mini OSD

Informacje dostępne z modułu Mini OSD

 

Czy stosować moduł OSD  - mając już funkcję FPV można na obraz z kamery nałożyć informacje dostępne w Kontrolerze Głównym modelu przy pomocy dodatkowego modułu DJI  iOSD mini. Moduł ten podłącza się do gniazda CanBus w module PMU. Do modułu doprowadzamy wtedy masę i sygnał z kamery a OSD uzupełnia go o informacje telemetryczne  i przesyła taki zmiksowany sygnał do nadajnika FPV. Wówczas na ekranie monitora oprócz obrazu z kamery wyświetla się szereg dodatkowych parametrów jak: wysokość, odległość , pozycja, napięcie pakietu, kąt przechyłu modelu, ilość widzianych satelit GPS, tryb lotu (GPS, ATTI, Manual), azymut, kompas, prędkość wznoszenia/opadania, prędkość lotu i linia horyzontu. Zastanawiałem czy moduł taki założyć do mojego modelu, ale po namyśle stwierdziłem że raczej nie. Pomijając to że moduł OSD wprowadza na pokład dodatkowy niewielki ciężar to  łączy masy kamery, nadajnika FPV z Kontrolerem Głównym modelu a przecież stosując osobny pakiet zasilający dla nadajnika FPV chciałem takiej sytuacji uniknąć. Na pewno informacje wyświetlane przez moduł OSD są bardzo przydatne dla osób latających w okularach lub poza zasięg wzroku, natomiast  w moim przypadku dobrze widoczna dioda sygnalizacyjna modułu LED w zupełności mi wystarcza. Później po roku zmieniłem zdanie i obecnie mój model lata z zamontowanym modułem Mini OSD.

Barwne oznakowanie przodu modelu

 

Widok z pokładu modelu - klatka z filmu

 

Oznakowanie strony modelu – model fabrycznie zaopatrzony jest w polietylenowe podwozie typu „nogi pająka” które chronią gimbal i kamerę przed zetknięciem z ziemią. Podwozie to jest dość spreżyste i w związku z tym model lądując na nim podskakuje czasami kilka razy bez sensu. Dlatego końcówki swojego podwozia zaopatrzyłem w kule piankowe zapożyczone od podwozia treningowego dla śmigłowców.  Poprawiło to od razu sytuację i obecnie nawet cięższe przyziemienie nie powoduje już podskoku. Kule podwozia pomałowałem farbą akrylową na kolor czerwony i biały a podwozie od przodu modelu okleiłem wzorzystą taśmą samoprzylepną. W ten sposób w locie łatwiej jest mi określić położenie przodu modelu. Z przodu zamontowałem LED - owy stroboskop który nie pobiera dużo energii (w przeciwięństwie do stosowanych linijek diodowych)  za to jego błyski są widoczne z dużej odległości i pozwalają łatwo zorientować przód modelu.

 

DJI F450 w akcji

 

I ostro do przodu :-)

 

Bezpieczeństwo i odpowiedzialność - lot mojego DJI F450 zawsze wzbudza sensację wśród osób go obserwujących. Są to reakcje jak najbardziej pozytywne, jak uśmiechy czy  przyjazne  machanie rękami do kamery. Również duża ilość zadawanych pytań świadczy o popularności i pozytywnym podejściu do tej nowej techniki. Dlatego powinniśmy tak latać naszymi modelami, aby tego dobrego klimatu nie popsuć. Naszym zachowaniem budujemy opinię o całej  „Braci Latającej”. Quadrokopter w rozumieniu prawa jest normalnym choć małym statkiem powietrznym podlegającym przepisom państwowym. Coś więcej a ten temat dowiedzieć można się na stronie internetowej http://www.f-lex.pl/prawo-lotnicze-dla-fotografa/. Wspomnę też, że posiadanie ważnego ubezpieczenia  OC na przypadek nieszczęśliwego zdarzenia  z modelem jest i powinno być naszym obowiązkiem

Swoim modelem latam już ponad dwa lata. Poznawałem go rozbudowywałem i doskonaliłem stopniowo. W tej chwili spełnia on już wszystkie moje oczekiwania dając możliwość kręcenia  filmów na poziomie półprofesjonalnym. Dzięki niemu powstają kolejne modelarskie filmy  oraz filmy z wypraw rodzinnych. Dzięki łatwo zdejmowanym śmigłom i poręcznej wielkości model jest wygodny do transportu i spokojnie podróżuje sobie z nami na tylnym siedzeniu samochodu. Model do tej pory nie zawiódł mnie ani razu i był w zawsze pełni przewidywalny, nawet wtedy kiedy próbował ucieczki podczas moich prób z F/S, gdy nie miał skalibrowanego po rozbudowie kompasu J. Ale mimo to przed każdym lotem zdaję sobie sprawę, że wszystko co cięższe od powietrza może kiedyś niespodzianie spaść na ziemię, więc każdy lot staram się wykonywać z  pełną rozwagą i skupieniem. Zdaję sobie sprawę, że artykułem tym nie wyczerpałem nawet części zagadnień związanych z budową i lataniem quadrokopterem, ale myślę, że zamieściłem szereg informacji pomocnych i zachęcających do budowy własnego statku powietrznego DJI F450.

 

W następnym odcinku o DJI F450 - jak zamontować w modelu kamerę Xiaomi Yi 2K.

 

Takie loty raczej po nabraniu doświadczenia - klatka z filmu

 Lot nad małą zadrzewioną działką - klatka z filmu

 

Przydatne linki do artykułu:

Składanka z lotów mojego modelu DJI F450 z kamerą Mobius A V3 na pokładzie:  https://goo.gl/adM0l2

Budżetowy gimbal do DJI F450: https://goo.gl/Pptwzv

Monitor FPV którego używam: https://goo.gl/bjfYm1

Dodatkowy wibro-izolator do mocowania gimbala: https://goo.gl/ZP5M5L

Mini nadajnik Boscam TS5823 200mW :  https://goo.gl/VrViCd

 

 

Luty 2017,  Piotr Kozakow, Zdjęcia: archiwum własne