گیمبال و كاربرد آن در ربات هاي پرنده

یکی از قطعات جانبی بسیار مهم و حیاتی در بهینه سازی ربات های پرنده برای تصویربرداری هوایی حرفه ای، قطعه ای به نام گیمبال Gimbal، مانت دوربین است. گیمبال در واقع جایگاه نصب دوربین است. گیمبال شامل یک پلاتفرم جهت اتصال دوربین به آن، موتورهای براشلس، کنترلر و قطعات مربوط به اتصال آن به ربات پرنده است. کار گیمبال در واقع چرخش دوربین به جهات مختلف، موازی کردن خودکار دوربین با راستای افق و در نهایت گرفتن لرزش های موجود در فریم و ارتعاشات موتور است. گیمبال ها معمولا دارای دمپرهای لرزشگیر در صفحه بالایی خود محل اتصال گیمبال و ربات پرنده اند. این دمپرها مانع از انتقال لرزش و ارتعاش موتورها به دوربین هستند.

گیمبال ها معمولا دارای کنترلر هوشمند (استابیلایزر) هستند، کار استابیلایزر در واقع موازی کردن سطح دوربین با راستای افق در هنگام تغییر جهت ربات پرنده است. برای مثال در هنگامی که شما قصد تغییر جهت ربات خود را دارید، ربات به آن سمت متمایل می شود، اگر شما دوربین خود را مستقیما با یک گیره ساده به ربات خود بسته باشید، دوربین هم به همراه ربات پرنده شما کج و متمایل به آن سمت خواهد شد. اما اگر دوربین شما در داخل گیمبال نصب شده باشد و دارای سیستم استابیلایزر باشد، در هنگام تغییر جهت ربات، سطح دوربین به صورت آنی و خودکار موازی با راستای افق می شود وجود این قابلیت در تهیه تصاویری حرفه ای و بدون لرزش بسیار مهم و حیاتی است. دوربین های مختلف دارای گیمبال های مختلف اند.

همچنین گیمبال به خلبان این قابلیت را می دهد که دوربین را به جهات مختلف بچرخاند به وسیله گیمبال (Gimbal) تصویر در در زاویه مشخصی حفط می شود و با چرخش و یا کج شدن ربات تصویر در زاویه تنظیم شده باقی می ماند ،، گیمبال ها دو نوع هستند ، دو محوره و سه محوره ، در گیمبال دو محوره دوربین در دو محور x و y می تواند تغییر زاویه دهد ولی در گیمبال سه محوره دوربین می تواند به دور خودش نیز بچرخد .


به عبارت دیگر ، گیمبال نوعی استدی کم یا استابیلیزر می باشد که دوربین را در ۳ محور مختلف پایدار نگه می دارد . برخلاف استدی کم های مکانیکی که در تصویر نیز باعث لرزش می شد این دستگاه مجهز به ۳ یا ۴ موتور براشلس می باشد که دوربین را در ۳ محور (پن ، تیلت و یاو) پایدار می سازد با استفاده از این دستگاه نه تنها کیفیت تصویربرداری چندین برابر می شود و هیچ گونه لرزشی رد تصاویروجود نخواهد داشت بلکه باعث تسریع فیلمبرداری و کاهش هزینه ها خواهد شد . با این دستگاه بدون محدودیتی می توانید تمامی پلان های حرکتی خود را به زیبایی به تصویر بکشید گیمبال قطعه ای است که در قسمت زیر یک ربات پرنده نصب می شود. عملکرد گیمبال، گرفتن لرزش های موجود در تصویر و همچنین موازی قراردادن دوربین با راستای افق در هنگام تغییر جهت ربات پرنده است.

پهباد هایی که امروزه به فروش می رسند، معمولا به گیمبال های دو محوره یا سه محوره براشلس مجهز شده اند. هر کدام از این گیمبال ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و در موقعیت هایی مشخص مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین انتخاب یکی از این دو نوع گیمبال به نوع کاربری و اهداف مورد نظر کاربران بستگی دارد.

در گیمبال های دو محوره همانطور که از نام آن ها پیداست از بین بردن لرزش موجود در تصاویر و ویدئو ها از طریق دو محور صورت می پذیرد.
اما مشکل اینجاست که این دو محور فقط می توانند لرزش های ناشی از حرکات Pitch (عمودی) و Roll (چرخشی) را از بین ببرند.
به همین دلیل در بسیاری از ویدئو های تهیه شده توسط گیمبال دو محوره هنوز هم بخش اعظمی از لرزش های افقی قابل تشخیص هستند.
با این وجود این نوع گیمبال ها از وزن سبکی برخوردار هستند و گزینه ای ایده آل برای پهباد ها و کوادکوپتر های سایز کوچک به حساب می آیند.

گیمبال های سه محوره با وجود اینکه به مراتب سنگین تر از مدل های دو محوره هستند و با قیمت بیشتری نیز به فروش می رسند، اما یک مزیت ویژه دارند که آن ها را به گزینه اول بسیاری از کاربران تبدیل کرده است.
این نوع گیمبال می تواند ثبات دوربین را در هر سه محور Yaw، Roll و Pitch فراهم کند و هرگونه لرزش موجود در تصاویر و ویدیو های هوایی را از بین ببرد. علاوه بر آن در گیمبال سه محوره یک موتور اضافی وجود دارد که می تواند هر گونه حرکت اضافی را خنثی کند.

در این نوع گیمبال ها یک محور اضافه قرار داده شده است تا تمام لرزش های افقی به وجود آمده در طول پرواز تاثیری روی دوربین نداشته باشد.
بنابراین علی رغم مصرف برق بیشتر و کاهش مدت زمان پرواز کوادکوپتر، گیمبال های سه محوره امکان تهیه ویدیو هایی با وضوح و ثبات بیشتر را فراهم می کنند.
با توجه به چنین ویژگی هایی می توان گفت گیمبال های سه محوره برای تصویر برداران و فیلم سازان حرفه ای که به تصاویر هوایی نیاز دارند یک ابزار حیاتی به حساب می آید. البته نباید فراموش شود که استفاده از این نوع گیمبال ها مستلزم تهیه باتری های اضافه است تا در پایان نتیجه ای مطلوب حاصل شود.


گیمبال براشلس نوع دیگری از گیمبال های مورد استفاده در پهباد های مخصوص فیلم برداری است که ویژگی های مثبت زیادی دارد.
مهم ترین مزیت این گیمبال وضوح تصویری فوق العاده بالای آن است که نیاز اصلی بسیاری از فیلم سازان به حساب می آید. گیمبال های براشلس در مقایسه با سایر مدل ها از سرعت واکنش بالاتری برخوردار هستند و به همین دلیل می توانند حرکات روان تری داشته باشند. در نتیجه ویدیو های تهیه شده توسط گیمبال های براشلس فوق العاده روان هستند و هیچ گونه نویزی در آن ها مشاهده نمی شود.