Kannettavat kameragimbaalit ja niiden mekatroniikka

Abstract

Työn aiheena oli tutkia kirjallisuuskatsauksena kannettavien kameragimbaalien toimintaperiaatteita sekä niissä käytettävää mekatroniikkaa. Kannettavia kameragimbaaleita on moottoroituja ja mekaanisia, mistä moottoroidut vielä jaetaan kolmeen eri tyyppiin vapausasteiden (DOF, degree of freedom) lukumäärän perusteella.

Gimbaalin toimintaa rajoittaa gimbaalilukko. Se on gimbaalin tila, missä kaksi tai useampia gimbaalin akseleista ovat saman suuntaisia tai kaikki gimbaalin akselit ovat samassa tasossa. Tällöin gimbaali menettää yhden vapausasteen. Se voi aiheuttaa ongelmia kameran vakauttamisessa, mutta tämän välttämiseksi on ratkaisuehdotuksia.

Kameragimbaalien tärkeimmät mekatroniset komponentit ovat MEMS (mikrosysteemi, micro-electromechanical system) inertiamittausyksikkö (IMU, inertia measurement unit) ja harjattomat tasavirta- eli BLDC-servomoottorit. Moottoreiden ohjauksessa käytetään PID-säädintä, joka säätää inertiamittausyksikön signaalia virheasennon optimaaliseksi korjaamiseksi.

Työn tavoite oli koota tieteellisistä sekä luotettavista lähteistä informaatiota selkeäksi kokonaisuudeksi. Kameragimbaalien tuoreen kehityksen takia aiheesta ei ole vielä koottu useita tieteellisiin lähteisiin perustuvia kokonaisuuksia. Työtä voidaan hyödyntää yleisen informaation hankkimiseksi sekä tuotekehityksen apuna vastaavia laitteita suunnitellessa. On kuitenkin syytä huomioida, että on useita eri menetelmiä toteuttaa kameragimbaali, eikä tässä käsitellä kaikkia vaihtoehtoja. Pyrin esittelemään yleisimmät toimintaperiaatteet, vaikka muitakin vaihtoehtoja olisi markkinoilla.