Gimbal chống rung là gì và hoạt động ra sao ?

Gimbal cho drone

Có một gimbal được trang bị trên máy bay điều khiển từ xa chất lượng hàng đầu là điều cần thiết để thực hiện các mục đích nhiếp ảnh, lập bản đồ 3D, lidar, photogrammetry và hình ảnh với các loại cảm biến khác. Đối với nhiều loại máy bay điều khiển từ xa được sử dụng rộng rãi trên các lĩnh vực khác nhau, mỗi gimbal phù hợp cho tuỳ loại drone khác nhau.

Dưới đây là tổng quan nhanh về thiết kế và hoạt động của một gimbal của máy bay điều khiển từ xa và các thành phần gimbal. Với kiến ​​thức này, bạn sẽ có thể chọn gimbal cho máy bay điều khiển từ xa tốt nhất cho nhu cầu của bạn.

Việc biết các thành phần gimbal sẽ giúp bạn nếu bạn cần khắc phục mọi vấn đề về gimbal. Từ động cơ không chổi than 3 trục, Thiết bị Điều khiển Gimbal (GCU), IMU và hệ thống chống rung, bạn sẽ tìm thấy nhiều kiến ​​thức rất hữu ích bên dưới.

Gimbal cho drone
Gimbal chống rung ngày nay là bộ không thể không có trên một chiếc drone

Bây giờ, khi nói đến cải tiến và nâng cấp thị trường máy bay điều khiển từ xa thì các hãng sản xuất gimbal chống rung và các loại cảm biến (lidar, nhiệt, siêu âm, vv) đang dần bắt kịp cuộc chơi với các cải tiến đó cho đến nay.

DJI, Walkera và Yuneec cũng đã hợp tác với Flir để cho phép các cảm biến tầm nhiệt được gắn trên máy bay điều khiển từ xa của họ.

Các máy bay điều khiển từ xa mới nhất có các tính năng vận hành gần như hoàn hảo và ổn định với gimbal ngay cả trong điều kiện phức tạp nhất. Sức mạnh của gimbal chống rung chính là kết quả của những cải tiến lớn trong tất cả các thành phần của máy bay điều khiển từ xa bao gồm cả phần mềm kiểm soát các thành phần này.

Ngoài ra, hầu hết các máy bay điều khiển từ xa chất lượng cao ngày nay đều có máy ảnh 4k bao gồm vô số các tuỳ chọn về máy ảnh để chụp ảnh trên không tuyệt vời ngay cả trong mọi điều kiện ánh sáng.

Gimbal chống rung được dùng cho việc gì?

Một gimbal cho dù cầm tay hoặc gắn trên một chiếc cũng được thiết kế để cung cấp cho người bay điều hành máy ảnh độc lập trong quá trình chụp ảnh hoặc quay phim mà không có rung động máy ảnh hoặc lắc.

Nói chung được hỗ trợ bởi ba động cơ không chổi than (3 trục), gimbal có khả năng giữ vững camera trên tất cả các trục (pan, roll, tilt) khi người điều khiển di chuyển camera. Một bộ phận có nhiệm vụ là đơn vị đo quán tính (IMU) phản ứng với chuyển động và sử dụng ba động cơ riêng biệt để ổn định máy ảnh.

Với sự hướng dẫn của các thuật toán, bộ ổn định có thể nhận thấy sự khác biệt giữa chuyển động có chủ ý như pan và theo dõi các rung động không mong muốn. Điều này cho phép máy ảnh có vẻ như đang trôi nổi trong không khí.

Kiểm soát toàn bộ nền tảng ghi hình

Hệ thống điều khiển máy bay điều khiển từ xa và đổi mới gimbal trên không đã nhanh chóng có những thay đổi đáng kể trong vòng 2 năm qua. Chỉ một vài năm trước đây, người dùng có rất ít quyền kiểm soát của máy trên drone. Bạn sẽ phải bật máy ảnh và đặt nó để ghi lại trước khi cất cánh. Bạn không có quyền kiểm soát của gimbal hoặc máy ảnh sau khi cất cánh.

Thực tế tất cả các máy bay điều khiển từ xa mới nhất đều có gimbal và camera tích hợp vào hệ thống điều khiển bay và có thể dễ dàng được điều khiển bởi bộ điều khiển từ xa. Giờ đây, bạn có chế độ FPV với liên kết truyền tải video trực tiếp cũng có thể được truyền trực tiếp tới YouTube.

Gimbal cho drone
Gimbal đã có thể điều khiển qua bộ điều khiển

Các chi tiết của một gimbal chống rung

Gimbal chống rung 2-3 trục

Gimbals 3 trục tăng độ ổn định video tốt hơn so với gimbals 2 trục. Do gimbals 3 trục ổn định video của bạn trên tất cả 3 trục (yaw, pitch và roll) trong khi gimbal 2 trục sẽ ổn định chỉ trên trục pitch và trục roll.

Gimbals 3 trục có thể giảm đáng kể và đôi khi loại bỏ hoàn toàn các rung chuyển jello do động cơ thứ ba, giúp hấp thụ các chuyển động không mong muốn trong trục yaw. Tuy nhiên, gimbals 3 trục nặng hơn và đắt hơn các đối thủ là gimbal 2 trục. Gimbal 3 trục thường được sử dụng với nhiều năng lượng hơn nhờ có nhiều động cơ hơn.

Động cơ và các góc độ của gimbal

Hệ thống 3 mô-đun điều khiển Servo (Pan, Roll, Tilt) để cấp nguồn cho gimbal. Hầu hết các thành phần chi tiết trên máy bay điều khiển từ xa bao gồm các động cơ được thiết kế cho một loại máy ảnh hoặc cảm biến cụ thể.

Phương pháp thiết kế này đạt được gần như hoàn hảo với việc quay phim vì gimbal đã được tinh chỉnh với trọng lượng và cân bằng của từng loại camera được trang bị theo.

Gimbal cho drone
Cấu tạo một hệ thống gimbal 3 trục

Hầu như tất cả gimbals trên máy bay điều khiển từ xa ngày hôm nay được cung cấp bởi động cơ không chổi than. Tại những điều cơ bản của thiết kế động cơ, sự khác biệt giữa động cơ thường và đọng cơ không chổi than.Tuy nhiên, sự khác biệt về thiết kế của chúng phức tạp hơn một chút. Một động cơ không chổi than gắn kết nam châm vĩnh cửu của nó, thường là bốn hoặc nhiều hơn, xung quanh chu vi của rotor trong một chuỗi hoạt động chéo.

Bởi vì rôto là bộ phận duy nhất của nam châm, nó không đòi hỏi nguồn điện, tức là, không có kết nối, không có bộ chuyển mạch và không có chổi. Ở vị trí này, động cơ sử dụng mạch điều khiển.

Chuyển động của các trục gimbal

Trục Pan (Yaw): Một chuyển động yaw là chuyển động một bên của gimbal / camera sang trái hoặc phải. Hầu hết các gimbals bay điều khiển từ xa có thể chuyển động 360 độ.

Nếu bạn có chiếc drone với cánh có thể thu vào, thì bạn có toàn bộ 360 độ tầm nhìn không bị cản trở. Cácloại như DJI Inspire 1 và Walkera Voyager 3 thì dòng drone này có cánh có thể thu vào.

Trục Roll: Tự xoay tâm của trục gimbal / camera sang trái hoặc phải.

Trục Nghiêng (Pitch): Chuyển động lên xuống của gimbal và camera. Trong sơ đồ gimbal ở trên, chúng ta có thể thấy chuyển động này có độ chuyển động từ -90 đến +15..

Gimbal cho drone
Các hướng chuyển động của gimbal

Các công nghệ này được sử dụng vào đâu ?

Hầu hết các dòng drone cao cấp hiện nay đều được trang bị hệ thống chống rung 3 trục. Cùng với khả năng điều khiển gimbal và máy ảnh trên cả 3 trục, giờ đây người dùng có toàn quyền kiểm soát các kỹ thuật quay phim trên. Chỉ trong một vài năm, các hệ thống điều khiển chuyến bay mới nhất cùng với gimbals ổn định tuyệt vời đã cho chúng ta chất lượng phim trên không hoàn hảo.

Bộ phận giảm sốc

Các thiết bị này có chức năng rất quan trọng để giảm hoặc tối ưu tần số rung từ trung bình đến cao từ máy bay điều khiển từ xa đến máy ảnh trong khi vẫn cho phép chuyển động thực tế ở tần số thấp diễn ra cùng với thân máy bay điều khiển từ xa.

Một số bộ giảm chấn chống rung tự làm được làm từ bóng cao su và thậm chí cả cao su tay nghe.

Tuy nhiên, đây là một phần rất quan trọng của thiết bị và không tốn nhiều tiền nên có lẽ bạn nên có bộ giảm xóc tốt nhất mà bạn có thể mua được.

Một van điều tiết gimbal được chế tạo chuyên nghiệp sẽ được làm bằng sợi carbon với tấm chống rung với 4 quả bóng cao su được thiết kế đặc biệt cho gimbal.

Gimbal cho drone
Cao su giảm sốc

IMU trên gimbal

Hầu hết các gimbal trên máy bay điều khiển từ xa bao gồm Zenmuse Z15 ở trên có sẵn một bộ phận IMU (đơn vị đo quán tính). Bộ phận này cũng có thêm một mô-đun hồng ngoại sẵn có. IMU sử dụng các thuật toán được lập trình để tạo ra sự ổn định gần như hoàn toàn và cho phép người dùng điều khiển dễ dàng.

Vì IMU được tích hợp sẵn, gimbal của bạn không yêu cầu thêm thiết bị hoặc dây điện trong khi giảm trọng lượng và cho phép bạn bắt đầu quay phim nhanh hơn. Màn trập có thể được điều khiển từ xa bằng thiết bị nhận tín hiệu hồng ngoại.

IMU có thể được sắp xếp theo thời gian hoặc thậm chí là tự thao tác. Với góc nhìn chính xác, máy ảnh sẽ quay chân trời với một đường thẳng. Khi không được căn chỉnh, bạn có thể gặp vấn đề về độ nghiêng đường chân trời. Có một số cách để sửa lỗi này bao gồm hiệu chỉnh IMU gimbal.

Gimbal Control Unit (GCU)

Gimbal Control Unit cũng được gọi là GCU, về cơ bản là một máy tính đơn giản lấy dữ liệu từ các con quay hồi chuyển và phản hồi bằng cách báo cho động cơ gimbal biết cách di chuyển.

Mô-đun GCU kết nối và giao tiếp với Hệ thống điều khiển chuyến bay để giúp kiểm soát gimbal. Đồng thời, nó sẽ xuất thông tin video và truyền tải về bộ điều khiển.

Ví dụ về các hệ thống điều khiển bay là DJI N3 và DJI A3 và máy tự động Pixhawk từ 3DR.

Gimbal cho drone
Thiết bị GCU của gimbal

Các bộ phận hỗ trợ cho gimbal

Các thiết bị như IOSD Mark II có tích hợp mô-đun BEC hỗ trợ pin LiPo 3S – 6S. Nó cung cấp nguồn điện cho máy ảnh và bộ điều khiển chính, giúp cải thiện độ tin cậy của nguồn điện.

Khi các thiết bị như DJI IOSD MARK II được sử dụng kết hợp với bộ điều khiển bay, bạn sẽ có được trải nghiệm bay tốt hơn và ổn định hơn, có nghĩa là ít rung động hơn đối với gimbal và camera.

Các dòng drone cao cấp có trang bị gimbal

Dành cho quay phim

Dòng sản phẩm Zenmuse của DJI đều được thiết kế cho các máy ảnh cụ thể như Canon, Panasonic và Sony. Máy bay điều khiển từ xa mới nhất của DJI Mavic Air, Mavic 2 Pro, hay loại làm phim chuyên nghiệp như Inspire 2 và Phantom 4 Pro hàng đầu đều có camera tích hợp như một phần của gimbal.

DJI đã vượt xa các camera tiêu chuẩn. Bây giờ họ có Zenmuse Z30, có zoom quang học 30x rất tuyệt vời cho công tác khảo sát địa điểm.

DJI đã phát hành 2 camera cảm biến tầm nhiệt.

  • Zenmuse XT gimbal với cảm biến nhiệt FLIR tích hợp.
  • Zenmuse XT2 tích hợp cảm biến nhiệt FLIR Tau 2 và camera hình ảnh 4K.

Zenmuse XT tương thích với các máy bay điều khiển từ xa DJI M100, M200, Inspire 1, M600.

Zemmuse XT2 tương thích với các model DJI M200 và M600.

Máy bay điều khiển từ xa tải trọng lớn nhất của DJI là Matrice 600 Pro và có thể lắp 7 máy ảnh khác nhau như sau:

  • Zenmuse XT
  • Zenmuse XT2
  • Ronin MX + RED Epic
  • Zenmuse Z15-A7
  • Zenmuse Z15-GH4
  • Zenmuse X5R
  • Zenmuse Z30
  • Hasselblad H6D-100C

Voyager 5 được tích hợp nhiều hệ thống an toàn bay bao gồm cả IMU kép, la bàn kép, và hệ thống GPS kép, để làm cho nó đáng tin cậy hơn và an toàn hơn nhiều.

Có 3 tùy chọn gimbal như sau;

  • Ống kính zoom quang học 30x
  • Camera hồng ngoại nhiệt
  • Máy ảnh nhìn ban đêm

Yuneec Typhoon H CGO3+

Camera chống rung CGO3 + gimbal 3 trục Typhoon H có thể quay video 4K UHD siêu ổn định và hình ảnh tĩnh 12 megapixel. Typhoon H gimbal này cũng có thể xoay qua toàn bộ dải chuyển động 360°.

Camera CGO3 + gimbal có ống kính góc rộng bằng kính chất lượng cao với tầm nhìn 98° và tính năng cài đặt máy ảnh thủ công khi đang bay.

Ngoài ra, Typhoon H cũng có thể được trang bị camera cảm biến C23 1-inch hoặc camera nhiệt và ánh sáng CGOET.

Tornado H920 Plus CGO4

Yuneec đã phát triển CGO4 với sự hợp tác chặt chẽ với Panasonic để kết hợp chất lượng máy ảnh.

Máy ảnh CGO4 có ống kính zoom quang 3x, ảnh 16 megapixel, video độ phân giải 4k và chất lượng hình ảnh không bị biến dạng. Ống kính zoom có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng thanh trượt thu phóng trên màn hình hoặc đẩy thanh trượt K6 đến một vị trí nhất định.