乞丐级手持三轴云台

乞丐级手持三轴云台——聊聊DIY的那点事儿

 

前些时候MOVI风光了好一阵,让人眼红啊!可是乱七八糟辅助设备加一起,早就大大超过了六位数,这着实让人消受不起。在山寨大国生活了那么久,让俺知道一个宇宙真理:这个世界上没有什么东西不能被山寨的,手机如是,飞机如是,三轴无刷云台亦如是。

网上有各种无刷云台的DIY零件,价格都不算贵,卖家也很多,但就是没有哪一个家愿意代客攒机的,这说明一个问题:无数看似靠谱的东西,捏合起来也许就是一个非常不靠谱的东西了。是我们孤陋寡闻还是怎么了?迄今为止,也没有在网上看到比较成功的DIY装配实例,是吧?

散件的案例不好找,可成品单反云台最近却涌现了好几个。市面上有几款国产的单反云台商品,价格都上了五位数,但从放出的视频来看,效果实在是一般般。

话说十一之前俺还曾在一家网店订过一个单反航拍云台来着,但是那卖家跳票了,几个月都不见动静,没准是要黄了。我决定不等了,自己上。“有困难要上,没有困难,创造困难也要上!”用这句戏谑的豪言壮语,来形容俺的这一次DIY工程,真是再合适不过了。自打淌了这潭浑水之后,郁闷与兴奋、崩溃与狂喜,便成为了拧巴生活的主旋律,磕磕绊绊历时超过一个半月,到今天,终于可以长舒一口气了。

来说一下,俺对三轴云台的基本要求:
首先要稳,这不是废话吗?不稳就不折腾它了。

具体要求:

1)俯仰、横滚与方向三个轴均能无线遥控

2)水平方向能锁头,能自动追头

3)俯仰能追头

4)无线视频监看

5)无线跟焦

6)良好的便携性

7)尽可能低的资金投入

怎么样?胃口还不小吧?这要是全部采用国外某品牌的,起码要二十万起步吧?但是咱搞的这个,你猜猜多少银子?嘿嘿,四位数。(后文有清单)

好了,来看现在完成95%的乞丐版手持三轴云台。

基本上搞完了,剩下的是个别地方再完善一下,大改不可能了,改动太大就不如重打鼓另开张了。
特别提醒:跟焦器和T型支架是俺的原创哈。
下面是一小段测试视频。

应该说经过测试,基本上达到了预想的效果。

【架子】
先说架子,当时网购的时候,手持架子可选的不多,有两种一千多元的。因为没有对比过实物,说实话俺也不知道哪一个比较好一些,就选了这一种,连三个5208电机,不到两千元。

三个轴一般这样定义:X轴(横滚),Y轴(俯仰)、Z轴(航向),理想的状态是每个轴都贯穿云台的平衡重心,在未加电的情况下,只要轻轻用手拨动云台,每个轴都能轻松旋转至少一圈。
这个架子的优点是轻,Z轴多了一道保险,不易脱落。至于缺点,当时根本不知道。
装起架子,把控制板也焊好了,加电一试,傻了,这架子根本不能用!横滚轴的设计简直是弱智到家了。
从上图中可看到,横滚出轴的部位是一个非常大的受力点,这个点要挑起前面一千多克至两千克的设备,如果是一根贯穿电机的通轴到还好,可是这个电机不是出轴电机,说白了就是轴藏在肚子里面,根本不露头的,外面另有一个铝制连接器,跟横滚轴连接上。空架子还行,装上机器受力太大了,立马就耷拉下来了,整个架子中最受力的一个轴居然变成弯的了,你说能好使吗?

 

我发现网上售卖的架子很多都有这样的问题:横滚轴的轴承受力设计不合理,导致阻尼巨大,电机根本带不动,响应慢,力矩也大大的不够。我总算明白为什么卖家都拒绝代客安装调机了,原来这玩意儿根本就不靠谱!
眼看前景黯淡,很是郁闷了几天。但是天无绝人之路,正当俺一筹莫展的时候,偶然发现X宝上有个卖家出了这么个架子,见图。

这个架子跟我那个几乎完全一样,区别只是在横滚轴的位置,做了加强。看来卖家明白这个架子的关键问题在哪里。我赶紧旺旺联系这个卖家,人家挺好说话,答应90块钱卖给我这个加强部分。横滚轴改成了双轴承的加强结构后,受力问题总算是圆满解决了,加电后横滚电机终于可以在不受外力的情况下,勉强维系住云台的水平状态了。

【控制板】
下面再来说说板子,这是最折磨人的事。    无刷云台的控制板,DIY只能选择开源的,开源的定义俺就不在这儿说了,不清楚的同学可以去百度一下。
眼下集成三轴的板子好像还没有,三轴的控制器,都是由两块控制板拼成的。一种是两块板,另一种一块半,前者是用两个两轴板拼凑,后者是用一个两轴板加一块第三轴小板子拼凑的。
网上能买到的板子主要有三种:一种是立陶宛的V1.3版,另两种是BGC2.0和BGC3.0。立陶宛的据说很难调,咱以前没接触过,就敬而远之了;BGC的板子实际上也有好多种,大致分所谓正版的、破解版的和不正不盗的,正版是Alexmos授权的,能从BASECAM官网升级固件。目前的固件版本到了2.3;破解版的只能刷卖家提供的固件,无法在官网升级最新版本。我当初买板子的时候好像还没有3.0的,怕破解的不靠谱,买了BGC正版的,一块半。下图,BGC2.0两轴板、第三轴扩展板和三轴陀螺。

搜狗截图13年12月10日2310_2.jpg

正版的板子当时死贵,有千元了。卖家神马都不懂,一问三不知,X宝店里网页介绍的文字和图示也是错误百出,连上USB线电脑也不能识别硬件,一时间真是晕菜了。
上BGC官网,英文和俄文的,咱英文不行啊,看着忒费劲儿。倒是有中文的调参软件说明,下载了一看,顿时脑袋崩溃了。这无刷直驱云台本来就是新生事物,好多名词咱以前都木有听说过,即便找个国语大师来,也未准能给俺说道明白呢。手头上的这份说明书,是由俄文翻译成英文,再由英文翻译成中文,要命的是,给网站上传中文这厮,丫也忒不负责任了,竟然这中文译文是由机器翻译的,那能叫中文吗?那叫火星语懂不懂?本来这点儿破事儿就横竖整不明白呢,还让咱看呢吗火星文,想不变成老年痴呆都难!    简短捷说,经过了一周多老年痴呆症的体验,俺终于大体上闹明白了调参的这点事儿,记不清调了多少次了,云台终于能自己稳住了。
XYZ三轴中,航向Z轴最吃力(有可能的话,最好用更大功率的电机,当然要有足够功率的控制板来驱动),其次是X横滚轴,最省力的是Y俯仰轴了。俺在调参软件上设的X和Z已经接近满功率了,Y大概只是半功率多一点儿。

截图.jpg

试拍了一下,只能说,能有稳定器的意思,但是效果很勉强。主要的问题是这种2.0板子原本是给GOPRO或卡片机云台用的,最多用到微单一级的,单反相机太重了,即使重心调得很好,云台轴若要克服惯性迅速响应,各个轴的驱动力量明显不够,使用以这种板子装的单反云台,必须格外小心,不可有大的激烈动作,因为横滚轴偏移超过10°,电机就托不住,于是整个系统就崩溃了,一泻千里的感觉。
不太爽,不甘心,于是又开始打主意,想增大功率的办法。这时候发现网上已经有不少BGC3.0的板子出现了,看了介绍才知道,这个所谓的3.0,使用的是MOD管,输出电流可以到5A,而原来那种,电流这个的还不到一半。于是又赶紧张罗着换板子。

搜狗截图13年12月10日2315_5.jpg

上图是3.0的板子,据说没有纯正版的,我买的这个板子还不到200块,据说是不能直接刷官方的固件,好在这板子比较新,是BGC2.2的固件版本。虽说不是纯正版,但做工工艺比先前那块正版明显强了很多,值得一提的是三轴陀螺,超迷你,尚不及小拇指的指甲盖大。也就在同时,网上还出现了一种号称电流可达40A的第三轴扩展板,但都是与2.0两轴板一起捆绑销售,好不容易找到一家肯单独拆卖第三轴板的,快递几乎用了一个星期才递到,拆包一看尼玛还是原来那种小功率的,被忽悠了。
换上3.0板子后,横滚轴的力量大增,从一楼的测试视频中可以看到,X轴电机表现良好,任凭怎么折腾都不会崩溃了。Z轴力量还稍差一些,暂时没有找到合适的替代方案。
【镜头】
相机原厂的自动头的调焦环拧到无限远,没有锁止,可以继续转下去,所以把自动镜头装上机械的跟焦器就有点扯了,跟焦轮往返几次,位置就全乱了。为了能使用遥控跟焦,需要配一个手动镜头。
权衡之后,网上淘了个二手的大姑妈28/3.5,M42口的。这镜头的优点是调焦环超级顺滑,阻尼适中,镜头锐度也不错,价格很便宜。

试拍后发现解析度和反差都不错,就是逆光眩光比较厉害,毕竟是老头,镀膜工艺摆在那儿了。
【跟焦器】

既然是乞丐版,当然就不可能出现高富帅。这个跟焦器造价低廉,跟焦准确,速度奇快,至于可靠性嘛,偶尔用用应该没问题,至于高强度频繁使用的情况,就没把握了。
这就是俺原创的跟焦器了。

 

没了两个16mm管夹,在机身下方的碳纤管上,用管夹固定一个片片(什么材质无所谓,结实就行),向前面探出一部分,再将一只航模用的舵机用扎带和3M胶牢牢固定在上面。舵机上装的这个大轮盘是网淘的机器人小车零件,孔径大致与舵机输出轴接近,即使差点也没事,只须以各种暴力手段以及各种粘胶对付之。
用两根跟焦齿条,一根绑在轮盘上,一根绑在镜头调焦环上,一开始还担心两根橡胶齿条能否成为搭档,实际试用,啮合程度非常好,动作很利索。

 

驱动轮盘的是HITEC HS-77BB短身舵机,4.8V时力矩是4.4kg/cm。这颗大姑妈镜头,镜身很短,必须使用武大郎式的矮子舵机,或者是比标准舵机小一大圈的小型舵机。如果是用别的镜头,或许可以使用标准尺寸舵机,那选择余地就大多了。

舵机的安装位置非常微妙,差了一点点,两个齿条都无法良好的啮合。这个要花些心思反复尝试,不同的机身、镜头,位置差了很多,没用过俺真的不好说。不过大姑妈的28/3.5和35/3.5的尺寸差不多,24/3.5虽然镜身长了,但调焦环的位置与前两者大体一致,所以这三支镜头可以任意更换。
77BB是一款模拟舵机,市场上还有大量这类尺寸的数字舵机,而且扭力比这个大很多,价钱也未必比它贵。之所以没选择数字舵机,是因为数字舵机是个不甘寂寞的家伙,待机时也会不停的发出响声。使用舵机做跟焦器,一个明显的缺点就是噪音大,机内录音肯定是废了,现场同期录音也有些麻烦,要注意尽量规避。现在市场上静音的舵机似乎没有,有了也未必能买得起。

使用手持稳定器就是为了能在较大的范围内移动拍摄,时远时近,有全(景)有特(写),所以,采用无线跟焦器,由助理来跟焦就非常必要了。

【遥控器】

既然是无线,就需要有无线的遥控设备。最省事的办法就是买现成的RC模型遥控器,这类遥控器过去价格昂贵,现在国产的中低端产品价格非常便宜了,不过RC遥控器的摇杆通道和开关通道的设置方式和位置,都不太符合摄影的业内习惯。

俺玩遥控飞机已经十几年了,手上各种遥控器好几个,但我觉得都不适合用在这种场合,于是在X宝上花一百多元买了一套2.4G的无线遥控板,就是下图这个,有八个遥控通道,带天线的是发射机,另一个是接收机。

 

这板子物美价廉,卖家号称遥控距离达百米,实测在被人体遮挡的情况下,距离不小于30米,当然遇墙壁等屏蔽物会更短,不过这距离已经基本够用了。目前使用了四个通道,一个用于跟焦,另外三个用于XYZ三轴。
下面是俺设计的无线跟焦云台遥控器,原创造型,严禁仿冒,呵呵呵。

中间大旋钮相当于跟焦轮,下面两个旋钮一个管俯仰一个管横滚,上面那个管方向。一块7.4V/650mAh的锂聚合物电池为发射机供电,实际使用时间还没有测试过,估计不会少于2小时。
板子上有个LED的蓝灯,装进盒子就看不见了,经常开机一两小时都忘记关机。后来想了个办法,在蓝灯上方的盒盖上打个洞,放进一个透明材料,像光导纤维一样把蓝光导出,一目了然。做过拼装模型的人,一定对透明座舱盖不会陌生,透明注塑件,都有一个外框,剪一段放在此处即可。

【无线视频】
我觉得这套手持云台的另一个亮点就是无线视频传输,视频信号通过5.8G的无线发射,多个接收设备同时接收,这种一点对多点的传输方式,改变了创造团队的合作方式,它把摄影师的包产单干变成了互助组、合作社,从一人忙活变成了多人忙活。
发射机用的是200mW的发射模块,传输二三十米信号稳定。如果嫌这个天线的效果不好,可以到网上去找一种蘑菇天线,那是一种全向天线,发射和接收都用蘑菇天线,视频更稳定一些。当然也可以换用功率更大的模块,400mW至1W的都有,但是功率大了,对其它设备的干扰也大,能否适用不好说。


5DII有个AV输出口,可以把复合视频信号接到发射模块上。但是原配的视频输出线不能用,因为这个云台没有给全幅机器预留出足够的空间,必须使用有90°转角插头的AV线。我找了根SONY规格的视频线,刚好能插上,于是剪了线,接在发射模块的输入端,但是怎么鼓捣都没有信号输出,为这困惑了好久,最后才明白,同样是3.5的四芯插头,SONY与CANON的定义不一样,猴吃麻花——满(蛮)拧。

提醒一句:刷魔灯后要关闭耳机输出,否则这个AV插口没有视频信号输出。
监视器有点儿意思,原是为了FPV定做的,在一个普通的7英寸监视器的壳子里面,集成了5.8G接收机和7.4V、3000mAh锂聚合物电池。据称能持续使用2个小时以上,实际工作时间有待测试。

上图这个监视器是用魔术腿和蟹钳夹在架子横梁上的,随时都可以取下,不过这样摄影师可就要盲拍了。

因为有了无线,所以有必要引入第二至第N个监视器,跟焦员、云台手一个,导演一个。

【支架】    支架是手持云台必备的附件,整个云台加相机起码有三、四公斤,总是拎着可受不了,另外调机也需要把机器架好,陀螺自检时还要保持相机水平静止,所以必须有一个可靠的支撑架。
恕我直言,目前各个成品手持云台所搭配的支撑架,都不够理想,要么结实不好带,要么好带不结实,再就是既不好带也不结实。我曾在网上买过一个支撑架,铝方管的,就不在这儿贴照片了,给人家留点儿面子。那东西严重不靠谱,好几次差点儿把机器翻了砸了,只好弃之不用。
以后想依照国外的架子自己DIY一个,看了几个款式都不甚满意。乎一日看见四轴飞行器的起落架,突然开窍了,于是上网找各种零配件,终于找到了这个:

于是买了12mm碳纤管,有了俺的这个原创支撑架。

四根碳管,两个三通,全重100克,非常结实稳当,承载二三十公斤毫无问题。四只超软的减震球分别套在两根立管上,让插进手柄内的部分,能和管壁紧密结合,平时提起手持架,两只脚也不会掉下来,如果你不嫌累赘,插在上面也基本不影响正常的拍摄。
不是自吹,咱这个支撑架,比国内外那一家的都靠谱!
【电池】
一开始计划的是采用影视通用的电池,V口电池太重了,不想给自己找不自在,不予考虑。一直偏爱F970电池,容量够大,价格便宜,通用性也好,需要一个挂板,把电压转成12V输出。换用大功率的BGC3.0板后,感觉耗电量大了不少,担心电池能否给力。
最后还是使用了航模用的锂聚合物电池,这种电S的11.1V的电池供电(一说板子可以承受4S14,8V,未验证),据说这板子对电压比较敏感,使用不同片数的电池,要重新调参。耗电量跟动作的激烈程度有关,具体多少还没有来得及测试,我估计一块4200mAh的电池用个把小时不在话下。

 

监视器内部也集成了一块2S锂电。
为安全起见,所有的电池必须使用专用的平衡充电器,这个钱绝对不能省,不明白的人可以查询锂聚合物电池的相关常识,不在这里展开了。
遥控器上把电池的平衡充电插头引出,不用取出电池即可充电。

 

遥控接收板用7.4V的2S电池供电,原来也试过加个变压装置,云台与控制板共用一块电池,但不知为什么工作不正常,可能是有干扰。分开供电的好处是把三轴云台从遥控、视频等设备中独立出来,这样在调整相机或观看视频回放
的时候,可以将云台系统关闭。

 

哈,这个裸奔的就是遥控接收板,上面的回型纹样就是2.4G接收天线,如果嫌遥控距离不够,可以找卖家买另一种带塑胶天线的版本。黑盒子内是BGC一块半的控制板,激烈运动会发热,所以盒子的前后盖之间,留了10mm的开缝,用来散热,也方便各种引线进进出出。    后盖上两个开关,一个控制云台,一个控制接收和视频。

 

 

后面飞线多了点儿,影响美观哈。最后说说令人尴尬的事儿吧,安装好控制板和接收板后,经试拍才发现,后面的导线在方向轴做大范围横摇时,偶尔会被挂住。眼看大功告成了却发生了这么不靠谱的事儿,于是卷了个纸卷,塞在碳管里,等于把管子延长了一截,这样就不会把线挂住了。

__________________________________
【成本清单】
好吧,就来说一下成本清单吧。造价这是大家最关心的问题。不怕诸位笑话,因为完全不懂,走了一些弯路,有些钱白花了,就不列在清单里面了,下面只罗列此次工程中确定为有用的物品清单:

手持云台部分:大约2600-3000

1)手持架(5208电机三个) 1900

2)手持架加强件                   90

3)BGC3.0两轴板                 200

4)BGC第三轴扩展板            270

5)20mm、16mm管夹         50

遥控部分:大约600-700

1)2.4G无线遥控模块        148

2)电位器、旋钮等 (X4) 45

3)跟焦橡胶齿条  (X2)   60

4)舵机轮盘                       10

5)魔术手+蟹钳                 150

6)HITEC HS-77BB 舵机    165

7)外壳                              3

无线视频:大约1000-1200

2)5.8G/200mW无线发射模块       180

3)一体化监视器(含接收、电池)  600

电池:大约200-300

1)7.4V/650mAh电池              35

2)7.4V/850mAh电池              40

3)11.1V/4200mAh电池(X2)  170

支架:240

5)ABS三通  (X2)              30

6)12mm碳纤管 (X4)        160

9)脚架护套、减震球等          40

相机镜头:大约700-800

14)S Takumar 28/F3.5镜头        650

15)M42-EOS 电子转接环            55

16)49mm广角遮光罩                  20

其它:大约1000-1500

1)各种辅料                      200

2)工具                             40

3)锂电池测电器                75

4)智能充电器                   450

5)定制携带箱                   500

(以上费用仅供参考,邮费未计在内)

这上面的数字大约5K,不过要做好出超的心理准备,别的不说,单是邮费一项,就要多加上几百块钱呢。
还有一些没有计算的,比如专用的拆装维修工具、锂电池专用电池测电器、锂电池平衡充电器等等,也未计算在内。
事实上我实际花销要远远大于上面的数字,还买过一些东西,最后都没有用上,大概还要多出一两千元,就算是付出的学费吧。

不管怎么说吧,一路磕磕绊绊总算是过来了,虽然一开始自己也不知道这项工程到底要消耗多少银两,但四位数是个底线,再多了打死也不玩儿了。是有些冒险,也做了鸡飞蛋打的思想准备,值得欣慰的是,最终还是基本上实现了预先的设想,总算是让这玩意儿有了使用价值吧。另外收获的就是经验和信心,这东西可不是仅仅靠花钱就能买来的,是吧?
回想近两个月来的DIY经历感触颇多。若论电子知识和机加工经验,俺基本上是个白丁,现在看来,鼓捣拼凑这个玩意儿,真正的技术难度并不大,难的是在信息不对称的情况下,如何寻找可贵的前人经验。无刷云台是个新事物,想找个粗通皮毛的人都非常难,99.99%的人根本不知你说的是啥;知道这东西的99.9%出于商业的或其他的原因,不能告诉你技术细节;真正能告诉你细节的99%你根本找不到,好不容易找到一个,人家还没有功夫搭理你……
相信其他的DIYer们也跟俺的境遇差不多,套用老人家的一句话就是“摸着石头过河”,其中艰辛自不必说。过河以后低头一看,喔靠,小意思,这水还没过膝盖嘛!
那位看官说了:明明边上有座桥,你放着桥不走,非要摸石头过河,所为何来?
俺回他一句:你丫眼瞎啦?没看见桥头写着“过桥收费”吗?

 

来源:http://www.filmaker.cn/?2066

在此感谢老师...

 

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