Kamera-Gimbal gleicht Ruckler aus
Für die Aufhängung von Foto-Drohnen nutzt man das gleiche System wie zur Lagerung von Kompassen: Der Gimbal ist eine kardanische Aufhängung in zwei Ebenen mit rechtwinklig zueinander angeordneten Lagern. Diese Anordnung und ein ausgewogener Schwerpunkt ermöglichen dem mittig zu lagernden Objekt eine dreidimensionale Bewegung. Bei entsprechend ausgerichteten Schwerpunkt werden Bewegungen der Umgebung automatisch ausgeglichen. Bei Kameras genügt allerdings das Prinzip Schwerpunkt nicht, um das Videobild ordentlich zu stabilisieren. Die geringen Bewegungen bzw. Ruckler der Drohne sind zu schnell für die träge Reaktion der Masse der Kamera. Somit würden Schwingungen und Bewegungen zwar gedämpft aber nicht eliminiert werden.
Hängt man den Kamera-Gimbal statt an eine drehbare Lagerung an einen Elektromotor, lässt er sich stabil halten. Zum Einsatz kommen hier bürstenlose Motoren von Constar, die extrem schnell sind. Über einen IMU Sensor werden Lage und Beschleunigung der Kamera in Echtzeit gemessen. Über die ermittelten Lagedaten wird die Kamera in Position gehalten. Erkennen die Sensoren selbst eine minimale Lageänderung der Kamera, werden die entsprechenden Motoren an der Gimbal-Lagerung angesteuert, um sie entsprechend entgegengesetzt zu bewegen und damit in Position zu halten.
Um die schnellen und präzisen Bewegungen ausführen zu können, muss die Kamera in der Lagerung extrem ausgewogen sein. Der Schwerpunkt muss auch hier genau mittig liegen, so dass die Motoren in der „Nullstellung“ eigentlich keine Kraft benötigen und die Kamera sich nicht bewegt, obwohl sie in alle Richtungen beweglich gelagert ist. Nur so kann die volle Kapazität und Kraft der Motoren effizient für die Bildstabilisierung und für den Bewegungsausgleich genutzt werden. Die Technik ist mittlerweile so gut und schnell, dass Verzögerungen nicht mehr erkennbar sind.
Neben dem nötigen Ausgleich der Kamera muss sie sich auch noch selbst bewegen lassen. Mit dem Gimbal lässt sie sich zusätzlich fernsteuern. Dieser wird dann nicht mehr nur zur Bildstabilisierung, sondern auch zur aktiven Ausrichtung der Kamera per Fernsteuerung verwendet.
Motoren und elektronischer Drehzahlregler für unbemannte Flugzeuge
Seit 2006 entwickelt und fertigt Constar Motoren und elektronischen Drehzahlregler für Modellflugzeuge (UAV). Die dabei entstandenen bürstenlosen Innen- und Außenläufermotoren werden von UAV-Herstellern verwendet. Derzeit baut der Spezialist für Kleinmotoren 20 professionelle Produktionslinien mit einer Gesamtkapazität von 2 Millionen Stück pro Monat. Nachfolgend ein Auszug aus dem Portfolio:
Die Serie an kleinen, leichten Außenläufer-Motoren bietet eine lange Lebensdauer und gute Wärmeableitung. Zudem sind sie sehr zuverlässig und überlastfähig. Die Innenläufer Brushless-Serie beansprucht ebenfalls einen kleinen Bauraum und bietet eine hohe Drehzahl, Zuverlässigkeit und Effizienz. Bei der Edelmetallbürsten-Serie kommen eine eisenlose Spulenwicklung, Edelmetallbürsten, Hochleistungs-NdFeB-Magneten sowie hochfeste, fein lackierte Drähte zum Einsatz. Dadurch sind sie sehr agil und eignen sich für Mikro-UAV. Die Rotationsträgheit der leistungsfähigen Motörchen ist niedrig und ihr Stromverbrauch gering. Der UAV Kardan-Motor eignet sich für den Einsatz in Kamera-Aufhängungen (Gimbel). Der leistungsstarke Motor verwendet eine bürstenlose Außenrotor-Struktur, läuft sehr präzise und stabil. Er hat ein sensibles Ansprechverhalten und eine lange Lebensdauer.
Für die elektronischen Drehzahlregler hat Constar eine eigene Soft- und Hardware entwickelt, in der hochwertige Materialien und Bauteile verwendet werden. Die bürstenlosen Gleichstrommotoren PCB und SMT sind sehr effizient und verursachen nur niedrige Temperaturen und Interferenzen. Damit stören sie keine anderen Empfänger in der Umgebung. Ein integriertes Multi-Motor Programm garantiert einen stabilen Flug. Die Drosselklappe reagiert schnell und unterstützt eine Bildwiederholfrequenz von 490 Hz. Das macht die Flugsteuerung zuverlässig. Die PPM-Empfänger-Empfindlichkeit berührt 2048 Ebenen und gestattet damit eine stabile Geschwindigkeitsanpassung.
