Introduzione
Il cuore di molti droni moderni dotati di fotocamera è un dispositivo chiamato 3-axis Brushless Camera Gimbal (giunto cardanico a 3 assi). Esso contiene molte delle stesse tecnologie presenti nel drone stesso. Ecco cos’è e come funziona, spiegato attraverso termini più semplici possibili.
La parola gimbal può essere utilizzata per descrivere qualsiasi fotocamera o supporto regolabile progettato per mantenere costante l’inclinazione del dispositivo. Il giunto cardanico di un quadricottero è semplicemente uno stabilizzatore per fotocamera a 3 assi antivibrante. Esso utilizza motori brushless (potenti, silenziosi e di lunga durata) per regolare la posizione della telecamera. 3 assi sta ad indicare che la fotocamera si regola in tutte le direzioni: su/giù, destra/sinistra e avanti/indietro (3 dimensioni, XYZ).
I gimbals per droni vengono venduti in due modi:
- Come unità separata sulla quale è montata una macchina fotografica (GoPro, per esempio)
- Come unità completa con una fotocamera integrata (DJI, Blade, Yuneec).
Di seguito viene mostrato il giunto cardanico e il montaggio della fotocamera di un DJI Phantom 3:
Gimbal Camera
Le parti meccaniche più grandi di un gimbal sono piuttosto essenziali: il supporto per la fotocamera e 3 motori che lavorano insieme per mantenere il livello di inclinazione e per eliminare le vibrazioni. Tuttavia, ciò che accade dietro le quinte per consentire tutto ciò è molto più complesso. Così avanzato, infatti, che la sospensione cardanica per fotocamere ad uso commerciale era impensabile fino al 2012.
Come funziona?
Un gimbal moderno usa molte delle stesse tecnologie del tuo smartphone, del controller della tua console o del sistema di controllo di volo del tuo drone. Questi nuovi dispositivi elettromeccanici sono conosciuti dall’acronimo MEMS, che sta per Micro-Electro-Mechanical Systems. Li vedrai descritti da nomi e funzioni più specifiche come IMU (Inertial Measurement Unit), accelerometri e giroscopi. Nella maggior parte dei casi, le funzioni sono simili a quelle che utilizzi nella quotidianità: viene ricevuta una forza meccanica (come l’oscillazione della mano con un controller Wii o di uno smartphone) per poi essere convertita in un segnale elettronico che viene lavorato da un computer.
Pensa semplicemente ai MEMS come una livella a bolla. Potremmo creare un livello e poi, utilizzando vari metodi, inviare impulsi elettrici quando il livello non è in piano. Ed i comandi sono relativamente semplici come “inclinare un po’ più a sinistra… ora a destra…OK, è ora in bolla” e così via .
La maggior parte dei componenti elettronici non hanno parti in movimento, sono puramente elettrici, con solamente elettroni che fluiscono attraverso il labirinto all’interno dei chip. I MEMS sono diversi: hanno strutture che si muovono e rispondono quando vengono spinti in una direzione o nell’altra (forza g, gravità, ecc).
Animazione di un Giroscopio MEMS
L’animazione in alto mostra una rappresentazione di un tale dispositivo. Misurando i segnali elettrici può controllare lo stato attuale (se si trova a bolla o meno) del giunto cardanico.
Ora preparati per quello che i chip MEMS sono realmente, una volta visti attraverso un microscopio:
Interno di un chip MEMS
Questa è solo una piccola parte di un dispositivo MEMS, i sensori vedi vengono spinti in una direzione o nell’altra da forze G (movimento del drone, vento, ecc.) e inviano segnali elettrici indicanti in modo dettagliato le forze esatte e la direzione, per poi essere inviati ad un computer all’interno del Gimbal.
Conclusione
Per far funzionare il giunto cardanico viene richiesta molta potenza di calcolo, che è spesso racchiusa in un circuito chiamato controller. Questa scheda contiene anche i MEMS ed il firmware (software incorporato), che viene creato dai produttori di droni.
Questo controller invia migliaia di volte al secondo i comandi ai 3 motori brushless che stabilizzano la fotocamera. Questi comandi non solo servono a mantenere il livello della camera, ma possono essere utilizzati per rimuovere la maggior parte delle vibrazioni causate dalle eliche e dai motori del drone stesso.
