Automaitscher Panoramastativkopf - Suche Tipps zur Motorisie

[lordoflinux]

Hallo,

ich hoffe die Länge meines Posts schreckt niemanden ab, aber ich wollte lieber gleich eine ausführliche Beschreibung liefern, damit hoffentlich alles wichtige Klar ist und beisammen steht.

Projektvorstellung:
Seit einiger Zeit beschäftige ich mich mit dem Thema Panoramafotografie. Vor einigen Wochen habe ich nun begonnen, mich nach Panoramastativköpfen/Nodalpunktadaptern umzusehen. Auf Grund der Preise fertiger Produkte und den interessanten Selbstbauprojekten, die man so findet, habe ich mich entschieden, es gleich mit einem Selbstbau zu versuchen.

Ziel ist ein System ähnlich dem GigaPanBot(http://www.gigapanbot.de/). Ich selbst kümmere mich dabei vorrangig um die Elektronik, ein Freund kümmert sich um den Entwurf der "Hardware", also sozusagen um das mechanische. Somit kümmert sichjeder um sein Fachgebiet. Er ist absolvent des TGs mit Profilfach Technik, hat also daher einiges an Erfahrung in dem Bereich Metallverarbeitung, ich bin TG-ITler, hatte also Informationstechnik als Profilfach. Daher habe ich Erfahrung im Bereich µCs (Atmel).

Fragen

Folgende Fragen stehen nun am Anfang unserer Konzeptionsphase, weitere kommen vielleicht im Laufe der Entwicklung noch dazu:

1.) Der Einfachheit wegen möchten wir wenn möglich direkt von mit Schrittmotor (ggf. mit Getriebe) ohne weitere Getriebebasteleien die Drehachsen betreiben. Allerdings ist dabei vor allem die Kraft der Schrittmotoren ausschlaggebend. Insbesondere in der Vertikalen werden vermutlich starke kräfte wirken.
Ähnlich wie beim GigaPanBot(http://www.gigapanbot.de/gigapanbot.htm#Kopf) soll die Spiegelreflex auf einer Schiene sitzen, die eben möglichst direkt per Schrittmotor gedreht und gehalten werden soll. Hat jemand erfahrung auf dem Gebiet und kann ggf. starke Schrittmotoren empfehlen, die für solch einen Einsatzzweck geeignet sind? (in einem anderen Thread zum Thema wurde hier folgender Motor empfohlen: http://de.rs-online.com/web/3514647.html)
Gibt es vielleicht eine Formel, die dabei helfen kann, die notwendige Kraft näherungsweise zu bestimmen? Leider war ich noch nie die gößte Leuchte in Physik
Der Ausleger wird vermutlich 20-25cm lang, damit je nach Objektiv genügend Spielraum bleibt. Grunsätzlich denke ich, sollten ca. 2 - 2,5 kg Maximalgewicht machbar sein.

2.) Im Wiki ist eine Beispielsteuerung für Schrittmotoren (http://www.rn-wissen.de/index.php/Sc..._L298_und_L297) hinterlegt. Wie stark dürfen damit angesteuerte Motoren maximal sein? Und sind wirklich 36V notwendig?
Was für Alternativschaltungen gibt es, die möglichst auch mit weniger Spannung klar kommen? Der Stativkopf sollte möglichst portabel sein, da sind 36V eher hinderlich denke ich.


3.) Ich bin am überlegen, was für einen Atmel ich einsetze. Für den Anfang werde ich mir von Pollin oder einem anderen Hersteller ein Evaluation Board holen und plane, direkt einen Atmega644 zu nehmen, um auf jeden fall genügend Luft zum Experimentieren zu haben. Spricht irgendetwas dagegen, einfach nen großen zu nehmen?
Beim Erstellen der passenden Schaltung später werde ich dann ja wissen, wie viel Speicher ich brauche und kann auch nen kleineren nehmen.


Ähnliche Projekte hier im Roboternetz
https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...ag.php?t=37010 (und Fortsetzung: https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...ag.php?t=47728)
https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...c.php?p=449216


So, ich hoffe ich habe jetzt niemanden mit der Textmenge erschlagen.

[Besserwessi]

zu 1:
Zum Drehen alleine ist fast keine Kraft nötig. Man braicht nur ein wenig zum beschleunigen und bremsen. Wenn man dem Motor zeit gibt und eine langsame Beschleunugung vorsieht geht auch ein kleiner Motor.
Bedenklich wäre eventuell die Stabilität der Achse. Man müßte also eventuell auch noch ein Gegengewischt vorsehen. Eventuell könnte schon die eine Version mit der 6,3 mm Welle von Pollin reichen. Das wäre wohl die Günstigste variante.

zu 2:
Die hohe Spannung braucht man wenn der Motor sehr schnell drehen soll. Die erreichbare Drehzahl ist etwa proportional zu Spannung. Hier wird man aber eher extrem langsam dehen. Es reicht also wenn man die Nennspannung der Motoren erreicht. Oft sind das nur 3 bis 5 V. Für die Zeit des Fotos kann man evetuell den Strom noch absenken um weniger Akkukapazität auszukommen. Je nach Motor könnte auch ein L293 oder ähnliches ausreichen. Allerdings brauchen die auch schon recht viel Spannung. Es sollten sich aber auch H-Brücken für weniger Spannung, wie z.B. 5-6 V finden lassen.

Damit man keine großen Probleme mit Schwingungen krigt, sollte man überlegen die Motoren im Mikroschrittmodus zu betreiben. Die Endposition sollte dann aber wieder ein ganzer Schritt sein.


zu 3)
So sehr umfangreich sieht mir die Steuerung der einen Rotoation nicht aus. Auh die zahl der Nötigen IO Pins sollte eher klein bleiben. Normalerweise sollte da eine Mega48 schon reichen, ein Tiny13 eventuell auch noch. Wenn man weiss welche Funktionen mal haben will, geht die Abschätzung genauer. Ein bischen Reserve ist immer nicht schlecht bei einem Einzelstück. Wenn man in einer Hochsprache programmiert ist der Umstieg ja auch kein Problem.

Es macht aber nicht viel einen etwas größern µC zu nehmen. Der Preisunterschied ist nicht so groß und auch der Stromverbraucht nur ganz minimal höher. ICh würde nur nicht ohne Not einen Mega128 oder ähnliches nehmen, wegen der SMD Bauform.

[lemmings]

ich hoffe die Länge meines Posts schreckt niemanden ab

ich bin da oft schlimmer

sieh Dir mal den TMC222 Controller von Trinamics an

http://www.trinamic.com/tmc/media/Do..._datasheet.pdf

Du kannst die maximale Beschleunigung bei Moves komfortabel einstellen, wegen der dynamischen Stromregelung verbrätst Du nur immer soviel Energie, wie gerade für's Halten der Position notwendig ist.

Vorteil: "kühlere" Schrittmotoren, längere Batterielaufzeit (das wird doch etwas portables, oder?)

Die Controller nehmen dir die Details für die Schrittmotorsteuerung ab und stellen sich dem µC gegenüber wie ein serielles SPI-Gerät dar.

im Prinzip sollte es reichen, mit einem ATtiny, einem IR-Empfänger (Fototransistor) und 2 Stück TMC222 die x- und y- achse zu steuern - den fototransistor natürlich für die zweckenfremdete Fernbedienung um das ding komfortabel remote zu steuern

[lordoflinux]

Hallo,

danke für eure beiden schnellen Antworten. Leider konnte ich noch nicht früher wieder Antworten.

zu 1:
Zum Drehen alleine ist fast keine Kraft nötig. Man braicht nur ein wenig zum beschleunigen und bremsen. Wenn man dem Motor zeit gibt und eine langsame Beschleunugung vorsieht geht auch ein kleiner Motor.

Langsame Beschleunigung (und ggf. Abbremsung) habe ich sowieso angedacht. Allerdings weiß ich nicht, ob ich auf der Befestigungsschiene für die Kamera ausreichend Gegengewicht aufbringen kann. Und gerade bei wenig Gegengewicht denke ich, dass die Kamer-Objektiv-Konstruktion doch einiges an Kraft über den Hebel auf die Drehachse ausübt.
Ich habe mir mal den Wikipedia-Artikel Hebelgesetz durchgelesen. Nach der dortigen Rechnung habe ich am Lastarm allein bei 10 cm Hebel und einem Gewicht von 2 kg schon 200 Ncm. Das müssten dann ja umgerechnet 2 Nm sein. Außerdem variert die Kameraposition, also die länge des Hebels ja auch je nach Optik. Leider habe ich dazu noch keine Ahnung, da ich den Nodalpunkt meiner Objektive noch nicht kenne. Dazu brauch ich dann schon einen stärkeren Schrittmotor oder was ist an meiner Überlegung falsch? (Ich habe auch mal meine aktuelle Ausrüstung gewogen: Kamera mit Objektiv (Weitwinkel und Tele ähnlich): ca. 1,4 kg.)
Welche Motoren bei Pollin meinst du eigentlich? Leider haben die auch keinerlei Angaben zur Kraft der Motoren.

Außerdem brauche ich wahrscheinlich entweder einen Motor mit Getriebe oder ein extra Getriebe, denn nur 200 Schritte pro Umdrehung sind für mich sowieso zu ungenau. Aber lasst uns zuerst das Thema "notwendiges Drehmoment" klären.


Zu 2.:
Ich denke auch die Frage zwei sollte nach Wahl des Motors weiter diskutiert werden.


Zu 3.:
Da ich noch nicht endgültig entschieden habe, wie ich die Steuerung aufbaue, werde ich vermutlich mit einem ATmega32 oder 64 oder etwas ähnlichem auf einem Evaluation-Board experimentieren. Dann habe ich genügend Luft im Speicher und kann dann später die endgültige Auswahl treffen.


@lemmings:
Ich werde mir den TMC222 auch mal anschauen.

Wobei ganz so einfach ist das mit der Steuerung nicht. Ich möchte ja alles automatisch laufen lassen, nicht fernsteuern. Dabei will ich mir einige Freiheiten lassen, den Ablauf unterwegs zu programmieren. Daher muss ich mal abwarten, wie ich das umsetze, bevor ich mich für einen konkreten µC entscheide.

[Besserwessi]

Das Drehmoment durch das Gewicht der Kamera betrift die belastung für die Achse und ggf. die Lager. Das könnte man durch ein gegengewischt reduzieren. Bei einem Weitwinkel könnte es aber schwer werden außerhalb des Bildes zu bleiben.

Solange die Drehache Vertikal bleibt, muß der Motor ein Drahmoment nur für die Reibung, das Beschleunigen und den Windeinfluß aufbringen. Da sollten also auch die ganz kleinen reichen. Interessanter wird eventuell die Steifigkeit, damit man keine so langsamen Drehschwingungen kriegt. Bei einem Getriebe kommt da ein Getriebespiel dazu, das Probleme machen kann.

Den Motor den ich meine ist Best.Nr. 310 421 von Pollin. Da paßt der kleine Schrittwinkel, die Spannung und die Dicke Achse. Den Winkel könnte man auch noch halbieren durch Halbschrittbetrieb. Wenn das nicht reicht müßte halt ein Getreibe her.

Welche Winkelauflösung soll denn erreicht werden ?

[lemmings]

Außerdem brauche ich wahrscheinlich entweder einen Motor mit Getriebe oder ein extra Getriebe, denn nur 200 Schritte pro Umdrehung sind für mich sowieso zu ungenau. Aber lasst uns zuerst das Thema "notwendiges Drehmoment" klären.

ich hab mal irgendwo Schrittmotoren mit einem Haltemoment von 5Nm gesehen, das wäre also ein machbarer Ansatz.
200 Schritte sind natürlich viel zu wenig aber ich glaube, 2000 (10:1 Getriebe) sind auch noch nicht wirklich genug.
Anyway, mit Getriebe erhöht sich auch das Drehmoment, in der Folge reicht dann ein kleinerer Motor.

Bei einem 50:1 Getriebe hättest du für einen vollständigen Schwenk 10.000 Schritte - würde das reichen?

Wenn du den motor mit max 400 U/min laufen lässt und der /50 untersetzt ist sind das 8 U/min ab Getriebeausgang, d,h, ein 360° Schwenk würde etwa 8 Sekunden dauern

400 U/min ist eine "Failsafe Annahme", ich denke, dass die 3-fache Geschwindigkeit mit ordentlicher Regelung funktionieren wird... aber besser nicht zu Beginn alles ausreizen

Viel schneller würde ich aber auch nicht schwenken, sonst fällt dir nur das Stativ um

[lordoflinux]

@Besserwessi:
Dass auf die Lager starke Kräfte wirken ist mir klar. Gegengewicht ist wie du selbst festgestellt hast nicht machbar. Daher brauch ich eben am Neigungshebel einen Antrieb, der das mitmacht. Dies ist auch die Drehachse, um die ich mir von der Kraft her ein bisschen sorgen mache. Aber ein Getriebe brauche ich sowieso allein schon wegen der Schrittzahl.
Bei diesem Hebel hätte ich wenn möglich gerne ein Drehmoment von 4 Nm, um im Extremfall auch bei nem 2kg Gerät und 20 cm Hebel arbeiten zu können. Ich habe lieber ein bisschen Luft als mich nacher zu ärgern.
Die vertikale Drehachse ist weniger das Problem. Dort brauch ich jedoch auch genügend Schritte, daher auch hier vermutlich ein Getriebe.

Der Vorschlag von lemmings ist nicht schlecht. 10.000 Schritte würden mir mehr als ausreichen, wobei ich denke, auch 2.000 könnten vielleicht genügen. Das ist dann vorrangig eine Entscheidung, welches Getriebe mir besser gefällt.

Hinweis: Es gibt einen guten kleinen Panoramarechner [url]http://blog.vimagic.de/2009/01/07/mein-panorama-rechner/[/ulr], der die nötigen Schritte für ein Panorama abhängig von der Objektivbrennweite u.ä. berechnet. Bei 300mm Tele sind für 360° meines Wissens ca. 110 Bilder notwendig, leider scheint gerade der Server off zu sein, daher kann ich nicht genauer nachprüfen.

Bei Pollin stört mich ein bisschen, dass die dort fast keine Infos zu den Motoren veröffentlicht haben. Und bei Suchen mit den Modellnummern habe ich auch nichts wirklich aufschlussreiches gefunden.


@lemmings:
Ich denke, eigentlich sollten, wenn der Panorama-Rechner stimmt, das werde ich aber noch recherchieren, 2.000 Schritte wirklich gut reichen. Das sind immerhin 0,18° Schritte. Und wie die obige Angabe zeigt, dürften bei 300mm Objektivbrennweite jeder "Schuss" ca. 3,2° abdecken. Ein bisschen Überlappung ist ja sowieso nötig, von daher sollte dass eigentlich ganz gut sein. Ist halt nur ne Frage der Kraf (Drehmoment).

Die Schwenks möchte ich auch garnich alzu schnell machen. Aber deine Rechnung stimmt trotzdem nicht: Bei einem 50:1 Getrieb hat man bei 400 U/min am Motor doch wohl 8 U/m am Getriebe und nicht 8 Sekunden pro Umdrehung!? EDIT: Schande über mich. Natürlich habe ich gerade beim Verbessern selbst nicht bedacht, das es ja upm sind.
Außerdem sind die einzelnen Schwenks der Kamera ja nur Bruchteile einer Umdrehung.


Könnt ihr mir außerdem nen Tipp geben, wo es fertige Getriebe gibt?

[lemmings]

@lemmings:
Aber deine Rechnung stimmt trotzdem nicht: Bei einem 50:1 Getrieb hat man bei 400 U/min am Motor doch wohl 8 U/m am Getriebe und nicht 8 Sekunden pro Umdrehung!?

*g*

Du hast natürlich Recht - ich habs vereinfacht gesagt

Das sind natürlich 8U/min - und jede 360¬ Drehung dauert dann 1/8 von 60 Sekunden, also 7,5 und nicht 8 Sekunden.

Außerdem sind die einzelnen Schwenks der Kamera ja nur Bruchteile einer Umdrehung.

Die meiste Zeit zwischen den Aufnahmen wird sowieso nötig sein, um zu warten, bis das nach dem schwenk wieder stabil ist und nicht mehr wippt - wenn's denn auf Zeit ankommt.

Was mir aber spontan einfällt: mach auf den Kopf einen Beschleunigungssensor
sobald der Ruhe gibt ist das Bild stabil - Wenns 'ne Spiegelreflex (sich mechanisch was bewegt beim Auslösen) ist hast du direkt die Rückmeldung, ob es ausgelöst wurde (Start zur nächsten Position), oder, wenns 'ne aussenkamera ist ein Sturm/Vogelsensor

vernünftig kombiniert (Auslöser auch darüber steuern) ist das eine Garantie gegen verwackelte Aufnahmen - egal wie lang das Teleobjektiv ist

Dann funktioniert das nur nicht mehr ohne festen Boden unterm Stativ (auf Booten z.B., wobei Kreuzfahrtschiffe sollten wiederum OK sein.

Wenn Du das brauchst könnte man aber einen 2. Beschleunigungssensor (z.B. per Funk) anbinden, der fest "an Deck" befestigt ist und als Referenz für die Bewegung sorgt.

Könnt ihr mir außerdem nen Tipp geben, wo es fertige Getriebe gibt?

http://cgi.ebay.ch/ws/eBayISAPI.dll?...m=180320167025

sowas?

[lordoflinux]

@lemmings:
Aber deine Rechnung stimmt trotzdem nicht: Bei einem 50:1 Getrieb hat man bei 400 U/min am Motor doch wohl 8 U/m am Getriebe und nicht 8 Sekunden pro Umdrehung!?

*g*

Du hast natürlich Recht - ich habs vereinfacht gesagt

Das sind natürlich 8U/min - und jede 360¬ Drehung dauert dann 1/8 von 60 Sekunden, also 7,5 und nicht 8 Sekunden.

Oh man, war doch schon bissel spät
Deine Antwort kam aber heute morgen auch recht früh.

Außerdem sind die einzelnen Schwenks der Kamera ja nur Bruchteile einer Umdrehung.

Die meiste Zeit zwischen den Aufnahmen wird sowieso nötig sein, um zu warten, bis das nach dem schwenk wieder stabil ist und nicht mehr wippt - wenn's denn auf Zeit ankommt.

Damit liegst du vermutlich garnicht so falsch. Muss ich dann halt genauer austüfteln.

Was mir aber spontan einfällt: mach auf den Kopf einen Beschleunigungssensor
sobald der Ruhe gibt ist das Bild stabil - Wenns 'ne Spiegelreflex (sich mechanisch was bewegt beim Auslösen) ist hast du direkt die Rückmeldung, ob es ausgelöst wurde (Start zur nächsten Position), oder, wenns 'ne aussenkamera ist ein Sturm/Vogelsensor

vernünftig kombiniert (Auslöser auch darüber steuern) ist das eine Garantie gegen verwackelte Aufnahmen - egal wie lang das Teleobjektiv ist

Dann funktioniert das nur nicht mehr ohne festen Boden unterm Stativ (auf Booten z.B., wobei Kreuzfahrtschiffe sollten wiederum OK sein.

Wenn Du das brauchst könnte man aber einen 2. Beschleunigungssensor (z.B. per Funk) anbinden, der fest "an Deck" befestigt ist und als Referenz für die Bewegung sorgt.

Das muss ich mir mal überlegen und anschauen, wo ich so Sensoren bekommen würde und wie ich die Ansteuere. Aber ich denke, es sollte ja auch so mit ner gewissen Zeit zwischen Schwenk und Auslösen recht gut lösbar sein. Für den Anfang werde ich es jedenfalls so ausprobieren.

Könnt ihr mir außerdem nen Tipp geben, wo es fertige Getriebe gibt?

http://cgi.ebay.ch/ws/eBayISAPI.dll?...m=180320167025

sowas?

Recht schön und gut, aber ich kann keine Infos finden, wie das Getriebe übersetzt, was für ein Drehmoment es aushält etc.
Und dann ist da noch die Sache, dass ich gerne nen deutschen Händler hätte. Oder wenigstens Europäisch. Ich habe mal für ein Bastelprojekt ein paar kleine Bauteile in den USA bestellt. Geld bezahlt und nie wieder was von dem Händler gehört.

[lemmings]

Beschleunigungssensor

Das muss ich mir mal überlegen und anschauen, wo ich so Sensoren bekommen würde

==> http://www.sparkfun.com/commerce/pro...roducts_id=692

noch ein Kompass dazu gefällig?

==> http://www.sparkfun.com/commerce/categories.php?c=83

Könnt ihr mir außerdem nen Tipp geben, wo es fertige Getriebe gibt?

http://cgi.ebay.ch/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=180320167025
sowas?

Recht schön und gut, aber ich kann keine Infos finden, wie das Getriebe übersetzt, was für ein Drehmoment es aushält etc.
Und dann ist da noch die Sache, dass ich gerne nen deutschen Händler hätte. Oder wenigstens Europäisch. Ich habe mal für ein Bastelprojekt ein paar kleine Bauteile in den USA bestellt. Geld bezahlt und nie wieder was von dem Händler gehört.

Das mit der fehlenden Angabe "Getriebeübersetzung" ist mir auch aufgefallen - da hab ich mich auch gefragt, was das Inserat soll (komplett sinnlos).

Was ich sagen wollte ist, dass es Motoren, Motoren mit Getriebe und Getriebe gibt, d.h. was du da miteinander kombinierst musst du selbst sehen.

Such mal bei Ebay nach CNC-Motoren, die CNC-Fraktion setzt die Motoren als Spindelmotoren ein (Fräser etc) , die brauchen auch viel Drehmoment, das gibt es oft als Kombination Motor&Getriebe.