Gimbal

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Projet réalisé par fma38, laurent, Steeve, Guy, xxx

Abandonné

Présentation

Le but de ce projet est de réaliser un système permettant de positionner une caméra sur une sphère de 360°. Les applications sont multiples : tête panoramique, Stabilisateur Tracker GPS à IMU, etc...

En fait, ils s'agit surtout de trouver des technologies permettant de réaliser les différentes parties avec les moyens de fabrication dont nous disposons, technologies que chacun pourra adapter/combiner en fonction de la finalité. En effet, les contraintes d'une tête panoramique et d'un stabilisateur/tracker ne sont pas tout à fait les mêmes.

Mécanique

Un système intéressant pour les axes pitch et roll est le système de cardan (gimbal, en anglais), où les 2 mouvements sont imbriqués de manière compact.

On peut assembler les axes dans l'ordre pitch puis roll, comme ici :

Gimbal Gyro.jpg Gimbal polakium 1.jpg Gimbal polakium 2.jpg


ou dans l'ordre roll puis pitch, comme ici :

Gimbal craneIII.jpg Gimbal Gaui MRT Crane II.png Gimbal 3XPTR dimensions 4.jpg

Dans les 2 cas, l'axe yaw vient au dessus, et fait pivoter l'ensemble suivant l'axe perpendiculaire aux 2 autres.

Axe roll

La difficulté vient du fait que le centre de rotation de cet axe est fictif, et ne peut donc pas être réalisé par un montage de roulements classique. En fait, il s'agit d'un roulement d'un diamètre très important, ce qui exclu ceux du commerce, trop coûteux et/ou trop lourds.

On peut soit réaliser la rotation par un glissement des 2 parties, ou par la réalisation d'un roulement maison, comme le Turntable Bearing. Mais l'état de surface des pièces imprimées est un peu limite pour ce type d'application. Une alternative envisageable est la découpe laser... Bien sûr, un mix de plusieurs techniques semble incontournable.

Axe pitch

Pas de problème particulier pour cet axe, qui peut se faire au moyen d'un montage de roulements classique, de part et d'autre.

Le montage ci-dessous est intéressant, car très compact :

Gimbal nose gopromount.jpg

Axe yaw

La rotation autour de l'axe yaw de l'ensemble roll+pitch ci-dessus peut se faire très simplement avec un système à base de butée à aiguilles. fma38 avait réalisé une rotation de ce genre pour une tête panoramique manuelle. Voici quelques photos :

L'avantage est la très grande rigidité d'un tel montage. Les pièces en alu peuvent très facilement être réalisées en impression 3D, technique dont fma38 ne disposait pas à l'époque ! Voici ce que cela peut donner avec des pièces imprimées :

Gimbal yaw split print.png Gimbal yaw print.png Gimbal 20D-img 29309.asp.jpg


Il est tout à fait possible d'imprimer la partie basse avec la couronne dentée intégrée, et de l'entrainer directement, comme présenté sur la maquette ci-dessous. Le couplage direct sur le servo demande quelques essais d'impression pour ajuster les divers paramètres, mais il est possible d'obtenir un résultat quasi parfait.

Gimbal yaw test split.png Gimbal yaw test split top.png

Mécanique - alternative

Il existe un autre genre de cinématique :

Gimbal fli.jpg

L'avantage c'est que toutes les rotations sont matérialisées par des montages de roulements classiques. Et ce type de mécanique semble extrèmement rapide :

Erreur dans le widget YouTube
Erreur dans le widget YouTube

Motorisation

Mathématiques

Ce n'est pas le tout d'avoir un joli système de positionnement, encore faut-il savoir le piloter !!!

Annexes

Examples

Gimbal gopro 3axis.jpg

Conventions

Gimbal ypr appareil.png Gimbal ypr avion.jpg Gimbal ypr bateau.png Gimbal ypr tete.jpg

Liens

Appros