計畫

低空四軸無人機鏡頭拍攝困難:GPS 高度精度粗糙,障礙物避讓也比直接飛越一切困難許多。電影級 Rover 無人機較少見,但能解決上述許多問題,尤其是拍攝對象離地不高時。身為卡丁車、輕量裝置與攝影的愛好者,這似乎是個不錯的專案:打造機械穩定化影像平台、遠端操控並捕捉戶外動態。

為此我們需要三樣主要物品:

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此外還有大量中間硬體來串連所有東西,但真正的目標是取得拍攝對象移動但仍在畫面中的鏡頭。

這可以用於任何情境,從在結凍湖面上疾馳的狂想裝置,到在測試賽道上近距離觀察懸吊幾何。

平台

能承載現代單眼相機的底盤需要相當大,才能同時容納穩定機構(如三軸雲台)又不至翻覆。

這是一輛 1/5 比例的遙控車,旁邊有真人做比例參考,用作 Losi 5 平台的行銷照。這些車輛的尺寸幾乎就是真車的五分之一。尺寸既有優點也有缺點,也就是所有東西都又大又重。大而重有利於防止整個平台翻覆,但也導致其他所有部件變大,從控制電子元件(VESC)到誇張的大型 3D 列印件皆是如此。

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雲台

我們都有那種會轉發硬體「危險」好康的朋友,可能是市集上的奇特品,或是 Craigslist 上的罕見物件。我很幸運被分享到一台功能完整的 Movi M10,價格非常划算。感謝 Bayley。 這款是 Freefly 系統首次推出的全尺寸相機雲台,之後才有 M5 與 M15。不管怎樣,以約 124 美元的價格入手,實在是個划算的交易,並在 2025 年冰上賽事中派上用場。

這款雲台是「雲台低語者」Shane Colton 的第一個作品,充滿熱情。這款產品至今仍在製造與迭代,近十年過去仍持續進化,足見其表現之優異。

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M10 的詳細規格可參考這裡,以及支援文件這裡

為了加快開發速度,我希望能將雲台-相機-發射器組件以單一單元的方式拆裝,而非留下一堆懸吊的電源與通訊線材。為此我們需要額外的電源供應。在雲台工作電壓範圍、接收器工作電壓範圍、相機輔助電源電壓範圍,以及無線影像發射器電壓範圍之間,存在一個舒適的中間值:約 14V,也就是 DTAP 電池的 12-16.8V 範圍。

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雖然需要供電的裝置不少,但仍需注意細節以保持總重量盡可能低,尤其是雲台中活動最劇烈的部分。

無線電與遙測

這輛車需要長距離回傳影像資訊。傳統上這是畫質、延遲與頻寬之間的取捨。我也受限於影像來源,通常是具備 HDMI 輸出的單眼相機。傳統上我使用 900 MHz 頻段進行長距離控制,但對於影像傳輸,5.8 GHz 似乎更合適。我找到了一對原本用於無人機的 Amimon CONNEX 無線高清傳輸套件,價格 100 美元。

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升級性

雖然本專案的目標是快速做出可運作的東西,但我也規劃了空間,以便日後整合伴隨運算裝置來實現自動追蹤。對於 Pixhawk 系統而言,這意味著需要足夠空間與安裝點來放置單板電腦,用於視覺處理或基於視覺的障礙物避讓。保有未來擴充空間的最佳方式之一,是擁有整個系統的精確機械模型,因此保持 CAD 檔案更新是優先事項。

檢視底盤

這台車是我從 BMI surplus [連結] 購得,當時與 Jake Hecla [連結] 及神秘的 Arsenio [連結] 一起去探險。簡單背景是,BMI surplus 是麻薩諸塞州一家非常有趣的剩餘物料大賣場,雖然不開放參觀,但可以提前購買後取貨。我們很幸運有機會在裡面參觀那些堆得密密麻麻的機器、裝置與小玩意。很多東西似乎來自林肯實驗室,也就是當地的「幽靈」單位。我稍微殺價,以約 50 美元加稅購得這台神秘的遙控底盤,還有其他一些物品。

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關於這台車的用途、為何上面 bolted 了一個奇怪的 Z 軸線性致動器,完全沒有任何資訊。我試著查詢,但找不到任何相關報告、技術文件或關於這「東西」的資料。也許是用來測量,也許是用來在車門高度拍攝影像?完全不知道。

幸好致動器是簡單的直流有刷馬達線性致動器,很容易控制。以下是這台裝置運作時的等比例推軌鏡頭。

此處有一段動畫影片標籤。

雖然這台裝置很有趣,但我完全不想把全尺寸相機雲台裝在上面,所以拆掉幾顆螺絲後就把 Z 軸移除了,底下露出水刀切割的板件,以及我見過最可笑的 4-40 支撐柱。4 英寸長的 4-40 支撐柱實在太誇張了。

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硬體模擬裝配

為了了解這台車可能的樣貌,以及是否會過於笨重,我決定暫時使用現有的安裝板,製作一個 3D 列印轉接件,來初步了解狀況。

首先移除 Movi M10 原生的手把組件,這會讓整個雲台上下顛倒。我有點擔心這四顆 M3 螺絲會承受多大的負荷,但這是未來 Dane 需要解決的問題。下圖顯示雲台與安裝點。未來我可能會改用中央的四顆螺絲,並在機械結構上提供額外支撐。

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我在底盤的長平面上快速安裝熱熔螺母。使用平頭螺絲可以吸收一些公差誤差,鬆開時還能沿著頂板前後滑動。這次列印只是暫用,但讓我清楚看到整個堆疊的高度。

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最後進行第一次試裝,看看雲台裝在底盤上的模樣。雖然只是快速模擬,但也讓我了解如果不主動控制高度,整個組件的高度很容易迅速增加。相機與組件的高度越低,整輛車的有效重心就越低,穩定性越高,也能減少翻覆力。製作模擬件雖然花時間,但能省下一輪迭代,因為你手上擁有的是可以在實驗桌上互動的實物,而非模糊不清的 CAD 模型。

此處有一段動畫影片標籤。

它真的很大。我也趁機測試電池安裝位置。很明顯,用電池當保險桿不是好主意。兩組電池最好盡可能放低,但仍要方便同時熱插拔兩組。唯一合理的位置是沿著兩側,不干涉雲台也不影響離地高度。

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新機械結構

更具結構強度的雲台安裝座

那些裝在可愛 4-40 支撐柱上的鬆動鋁板無法勝任,我需要更具結構強度的東西。雖然雲台本身重量不算重,但安裝點必須盡可能降低,以減少翻覆風險。理想情況是雲台-相機組件能從車架上拆卸,這樣我就能在不把其他東西搞得亂七八糟的情況下,測試與調整馬達控制參數、擋泥板等。該啟動 CNC 了,車製合適的支撐柱,並與車架剛性連接。

基本構想是在機械上盡可能靠近車架,為雲台與避震安裝座提供穩固的基礎。幸好副車架底板是鋁製的。我還是會選擇使用支撐柱將平台抬高,避開驅動馬達,但改用較大的圓棒來提供穩固的安裝。

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經過快速加工、鑽孔與攻牙後,我們得到了新的升高雲台平台,並使用沉頭 M8 平頭螺絲。這塊平台刻意只比驅動馬達高一點點,並讓彈簧避震器安裝座的圓形部分凹入,以保持 Z 軸偏移高度盡可能低。

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支撐柱的間距以能找到共平面且不干涉馬達座/伺服座的最接近位置為準。雖然位置略偏後,但能讓較重的電池有放置空間,最終讓整體質量趨近中心。

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經過多次確認位置後,我在底盤上打孔,並使用帶法蘭的 M8 螺絲將新平台牢牢固定在底盤上。最初只鎖到幾牛頓米,最後組裝時則塗上少量螺絲固定劑,以防震動導致鬆脫。

冰上賽事的擋泥板

在泥濘表面賽車的一大問題是泥漿到處飛濺。我沒有傳統底盤,所以必須自己想辦法擋住泥漿,同時保持一定彈性。這是 3D 列印零件的絕佳應用,因為形狀與輪廓都很奇特;然而這也是戰鬥機器人跨界,奇妙的是,彈性物件往往比固定物件表現更好。最初為了快速迭代與原型製作,擋泥板使用普通 PLA 列印。

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老實說,到目前為止我從未用過市售 TPU,這是常用的彈性彈性體。沒有比 RC 車擋泥板更好的應用場景了。就像通勤自行車一樣,輪胎路徑覆蓋得越多,噴到相機與雲台上的泥漿就越少。計畫是先用硬質安裝點(這裡是鋁角料),再用標準 PLA 零件在靠近輪胎處提供安裝點,最後再轉接 TPU 零件包覆輪胎。

我一開始試用 85A TPU,但因為料捲架阻力太大,列印很不穩定,容易發生擠出不足。我改用較硬的 95A 線材,在一個悠閒的週末完成後輪彈性擋泥板的列印。後輪安裝座是左右對稱的,都使用三顆 M6 帶法蘭螺絲固定。在調整參數讓擋泥板能穩定列印後,接下來應該規劃 TPU 前保險桿,以避免這台車太容易被撞壞。

單個輪擋泥板的列印時間在 Prusa MK4 上接近一天半。這次列印我選擇高牆數、25% 填充率,應該能做出相當堅固且能吸收衝擊的零件。

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雖然四個擋泥板最好是相同零件,但前輪轉向需要更多空間,因此半徑較大。列印件仍使用相同的硬質安裝點。

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我還沒提到大型 TPU 列印移除支撐材料有多麻煩。由於它非常能吸收衝擊與力量,移除過程相當耗時。但層與層之間的附著力非常強。

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最後是在支撐塊上啟動底盤,由兩組串聯的 DeWalt 電池供電。從朋友那裡學到,在這種情況下全轉速超出馬達與傳動系統規格,因為我現在使用的是 10S / 約 40V。短暫的全速衝刺足以讓人感受到這台怪獸有多嚇人。

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為了安裝側板,我用長尖頭記號筆標記列印件與底盤對齊的位置,再用沖頭轉印這些位置以便後續攻牙。

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在雲台立柱攻牙並在底盤鑽出對應孔後,終於可以組裝了。由於車輛右側較簡單,我選擇先安裝右側蓋板,只有兩條線需要處理。該讓電動螺絲起子上工了。六顆 M3 螺絲固定鋁製頂板,另外六顆 M3 螺絲將列印件底部固定到車架。

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電池安裝座

雲台安裝板的兩側各裝有一塊藍色列印板,上面有主電源開關、預充電與電池安裝點。列印件上方有 M3 攻牙孔,下方有 M3 熱熔螺母,用來從底盤固定。

列印安裝座再與市售射出成型的 DeWalt 電池端子連接,使用四顆 M4 螺絲固定。電池鎖定後,耐用程度出乎意料。下圖是標準的 DeWalt 6AH 20V 電池模組。橘色蓋板會包覆電池轉接頭外露的線材。理想情況是把縫隙蓋住,以減少冰泥入侵,但這是未來 Dane 的問題。

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底盤左側蓋板有更多功能:主電源開關、預充電、電池電壓顯示,以及背面的相關配線。後方還有為轉向伺服與指示燈供電的 DC/DC 轉換器,以及控制頭燈/尾燈的遙控繼電器。

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「頭燈與尾燈」

在這台裝置上增加視覺指示很有幫助,尤其是黃昏來得很快。一組小型頭燈與後方紅色尾燈應該是快速的加裝項目:

頭燈我選擇這款防水小型模組,原本是第三方汽車燈具。它支援寬電壓範圍,所以我可以使用一直閒置的 15W DC/DC 模組。尾燈則重複使用很久以前為其他專案購買的 12V 指示燈。雖然亮度不算高,但在合理距離內仍可看見。

我們手上的無線電有多個通道可用,包括開關。如果燈光干擾相機或造成反光,能夠遠端關閉燈光會很有用。為此我選擇簡單的 RC 控制繼電器。

裝上簡單的 3D 列印支架後,我對成果相當滿意。

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解決高清 FPV 問題

目前長距離影像傳輸有四種選擇:低解析度低延遲的類比傳輸、高畫質高價的 DJI 硬體、上一代小眾電影級硬體,以及開源自製解決方案。

撰寫本文時,FCC 已禁止大多數 DJI 硬體產品 [連結]。雖然現有世代的 DJI 硬體尚未被禁,但未來世代已被禁止,因此價格變得非常高。僅發射器就要 1100 美元。我們需要能同時滿足低延遲、高解析度與……的三個理想規格的替代方案。

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讓我們來看看「過去的小眾電影級硬體」,看看有沒有划算的選擇。

進入 Amimon 的 CONNEX

這款產品於 2015 年推出,距今約十年,但規格在當時非常出色。1 公里的傳輸距離?-10°C 工作溫度?體積不算巨大?聽起來很不錯!

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以下是手冊中列出的功能概要。1 公里 / 0.6 英里的傳輸距離對該解析度與延遲來說非常出色,而 5.8GHz 天線硬體現在也相當容易取得。由於我們無法預知 Rover 與駕駛員的相對方向,因此 Rover 端必須使用全向天線。與四軸無人機不同,Rover 實際位於地面,天線離地僅約 40 公分。實際測試的距離可能會比規格短,但這已經是很好的起點。

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這款產品規格非常優秀,二手市場上約 100-200 美元就能買到,但等等,為什麼我從來沒聽過這些東西? Amimon 後來被 Teradek 收購,而 Teradek 賣的類似產品價格是它的五倍。太好了。

我從 eBay 買了一組發射器與地面站無線電,開始研究如何整合到這輛車上。使用「較舊」硬體的風險不在硬體本身,而在支援軟體。

旁白聲音「出現軟體問題了」

規格在紙面上相當亮眼,尤其是 1ms 延遲。我也對 -10°C 的工作溫度印象深刻。在 Rover 端,我們需要將相機的 Mini HDMI 訊號輸入「空中單元」,並從雲台電池取得約 14V 電源。

Connex Amimon 的手冊副本可在此處取得 [連結],本地備份在此處 [連結]。

製作顯示器與 FPV 接收器安裝座

戶外使用的螢幕有點棘手,因為你必須與陽光對抗。我一直很喜歡 Liliput,選擇了他們的 7 吋 1800 尼特螢幕,支援 1080P,且布滿 1/4-20 安裝點。它們就是能用,輸入電壓範圍廣,比亞馬遜的神秘四字品牌耐用多了。

Connex 接收器體積有點大,且天線必須朝上,因此我們把整個接收器裝在 Liliput 螢幕背面。Connex 接收器背面有四個 M2 螺牙孔,所以我們會設計零件夾住 Liliput 兩側,並提供四顆螺絲固定接收器,讓它緊貼螢幕背面。幸好接收器的所有輸入輸出都在側面,只要妥善固定線材,應該就能做出相當不錯的小型組合。

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經過多次迭代與試裝後,我做出一個機械強度稍高的零件,在與螢幕側面連接的部分使用環氧樹脂固定的 M3 螺絲作為機械補強。M3 熱熔螺母則提供固定 HDMI 與電源線的位置,同時保持開關與連接埠的通路暢通。

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現在我們有了手持控制部分的螢幕與接收器。無線電部分,我選擇 Taranis X7,主要是因為我在 Guardian 的剩餘物料堆裡撿到一台。我很喜歡 X7,曾用它來控制 SnowBot [連結]。唯一的缺點是它沒有可以安裝外部裝置的地方,如果有 M6 或 1/4-20 螺牙安裝點就太好了。

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很久以前,Guardian Agriculture 曾是 Kiwi Agriculture

我需要一台無線電來進行遠端控制,並打算搭配一台可攜式顯示器跟隨無線電一起移動。如 FRED 所說,我可以架設地面站與三腳架,但我在寒冷環境中踢倒三腳架的機率非常高。所以我們先從 X7 唯一真正的安裝點——頸帶安裝孔——開始。

我們還有一個可以利用的「硬點」,就是外殼射出成型的天線凸起。如果能同時抓住頸帶安裝孔與天線硬點,並緊貼外殼輪廓,應該就能做出第一版的螢幕安裝座。

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經過多次迭代後,我使用 M6 長型熱熔螺母抓住項鍊安裝孔,並用厚壁孔抓住天線安裝點。這個零件延伸出一個 M4 熱熔螺母用來固定螢幕,以及兩個輔助 M3 熱熔螺母供後續調整間距使用。請注意,我為這個零件選擇高填充率與高牆數,因為螢幕的力臂相當長。

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結果相當不錯,尤其是第一版。螢幕很重,原廠的軟性安裝座限制很大,所以還需要繼續迭代。

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配置 Connex Amimon

這兩台無線電的配對程序相當簡單,不需要搭配軟體。配對步驟如下:

  • 為空中單元供電
  • 按住連結鍵 5 秒,直到快速閃爍
  • 為地面站單元供電(最好連接螢幕)
  • 按住連結鍵 5 秒,直到快速閃爍
  • 按照空中單元畫面上的指示,會顯示配對進度條

我按照指示操作,但沒成功。地面單元在配對模式停留 5 分鐘以上後逾時。

我找了找設定工具。它開箱即用,對約 10 年前的軟體來說已經很不錯,但我遇到了第一個困境。地面單元與空中單元的韌體版本差異極大。我試過各種配對程序變體,但每次它們雖然能互相偵測,卻拒絕配對。軟體工具有更新功能,但它太聰明了,會主動連線到伺服器檢查新版相容韌體。那些伺服器已經不存在了。下圖顯示「無伺服器連線!」訊息,同時也顯示空中單元與地面單元的韌體版本不符。

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該找人幫忙了。2016 年至今,這款硬體/軟體的原始開發者被收購至 Teledek,這通常導致舊硬體被擱置。我聯絡到一位支援工程師,得到了史上最棒的支援信件:原來有離線更新模式。

啟用 Connex Amimon 離線更新模式

啟用離線更新模式的步驟如下:

  • 下載 Connex 管理工具

工具可從廠商網站取得 [連結],本地備份在此處 [連結]

解壓縮並安裝管理工具

本文假設你在 Windows 系統上操作

在程式目錄中放置空白檔案

在程式資料夾 C:\Program Files (x86)\Amimon\Connex 中建立一個空白的「local.txt」檔案

取得最新韌體檔案

最新韌體檔案可在此處取得 [連結],備份副本在此處 [連結]。請下載並儲存到本機

解壓縮韌體後,你會看到所有美國、歐盟與其他地區的韌體版本

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啟動 Connex 軟體 點擊更新並瀏覽至正確的韌體

Offline Update

有了這個秘密離線更新模式,我們就能將兩台裝置更新到相同韌體版本。我先更新空中單元,再更新地面單元。下圖顯示更新過程,OBS 擷取畫面雖然錯過了「開啟視窗瀏覽實際檔案」的步驟,但供參考,我使用的最終目標韌體是「PR_ID_UAV10100US000_PR_NAME_ConnexUS_VER_4_5_61.amn」。

此處有一段動畫影片標籤。

成功了!

推進電子元件

這台車原本配備 Castle Creations 馬達控制器,但我想要能調整設定點,並在未來有更多自動化彈性的方案。我選擇 VESC 75V100,主要是我手邊正好有一台,而且之前用過。75V100 價格親民,只需要一些矽膠就能讓它承受震動與衝擊。內部有一顆大型電解電容沒有任何機械固定。

最初的啟動測試我使用 30V 實驗電源,這其實不太建議。實驗電源不是四象限裝置,馬達減速時的回饋電流可能會讓電源過壓並造成問題。我主要是想確認 VESC 能否以無感測器模式驅動馬達。

vesc settings

幸好,即使是基本調校也能得到我們想要的結果:馬達特性為 5 mOhm 相電阻與低相電感。有了這些基本資訊,我們就可以進行快速啟動測試,記得不要快速減速。

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本影片有馬達啟動音訊,點擊取消靜音

說到 75V100,它是相當不錯的平價控制器,但有一個缺點:飛翔的電容。三顆大型電解電容負責直流母線穩定,但它們的固定方式非常不牢靠。其中一顆似乎有少許膠水,但後面兩顆完全在空中晃動。我塗上透明 RTV 矽膠來固定它們,並防止水分入侵。RTV 也塗在電纜固定頭入口與頂部 LED 光路,以防止水分進入。

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還需要改進的是預充電。計畫是使用兩組 DeWalt 電池串聯,相當於 10S 電池。這是標稱「36V」系統,最高 42V。直接將低內阻的 40V 施加到控制器上並不理想,因此需要一種能慢慢為控制器電容組充電,然後再完全接通直流電池母線的方式。無論採用何種方法,都必須能承受震動與衝擊。有些繼電器,尤其是斷路器,耐振性能很差。

由於時間限制,我選擇「手動操作」而非自動預充電。使用一個簡單的 10 歐姆電阻與按鈕,跨接在主接觸器開關兩端。使用者按住按鈕 5 秒,讓馬達控制器電容充滿後,再切換「ON」開關。這麼做的缺點是使用者可能會直接用切換開關硬啟動控制器,進而損壞母線電容。幸好他們選擇了 100V 耐壓的電容,我看過有些控制器的母線電容耐壓嚴重不足。

無負載測試

經過一些平台測試後,我輸入齒輪比並進行無負載推進測試。請記住,輪子懸空測試的速度數據會有很大誤差,且全轉速可能損壞馬達,但我們至少能得到功率需求與遙控速度映射的粗略估計。

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我原本希望能得到更穩定的瓦數與直流母線電流數據。我估計實際速度會比無負載速度低約 30%,因此速度模式 1 最高約 20MPH,模式 2 約 30MPH,模式 3 則是未經測試的最高速度。只要藍牙連線能維持足夠久,應該就能在系統負載下重複測試。

電源分配

我們有兩個獨立的供電系統:相機-雲台組件與底盤。

底盤

底盤由兩組 5S 可換裝 電池模組串聯而成,相當於 10S 電池組。這是 36V 標稱電池,可提供約 40-50A 電流。對這顆馬達來說容量偏小,但目前還不清楚這尺寸的底盤是否真的需要約 3kW 功率。約 36V 標稱電池需要緊急停止與預充電機制,以安全地將電源送至控制器。需要 DC/DC 轉換器為轉向伺服供電,伺服在 5V 時可能拉到 5A 以上。底盤的 900 MHz 無線電接收器需要 5V 邏輯電源。另外,12V 輔助電源對指示燈也很有用。

相機-雲台組件

相機-雲台組件使用單一約 14V 電池,直接供應雲台、相機輔助電源 DC/DC 轉換器與影像發射器。雲台控制用的 900 MHz 接收器則由這組電池經 5V DC/DC 轉換器供電。

緊急停止

大型按鈕式緊急停止對阻止失控底盤很有用。一般來說,在戰鬥機器人中,最重要的測試之一是失效安全測試:將需要失效安全的通道命令設為 100%,然後關閉無線電。這等同於訊號遺失,系統應該進入失效安全狀態,通常是完全停止。雲台-相機本身不需要這個,只需要一個開關就能啟用 DTAP 電池對所有相關系統的供電。

遙測

推進接收器

900 MHz FRSKY 接收器原廠天線原本是用於遙控飛機,雖然性能不錯,但很難防水且不易安裝在固定式應用上。打開接收器後,我很幸運地發現它有 UFL 連接器,這種連接器很常見,也很容易找到轉接至 SMA / RPSMA 天線的轉接頭。移除原廠天線時,需要小心撬開固定膠點,以免損壞板上連接器。損壞配對天線連接器的機率很高。

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安裝 SMA 面板安裝連接器後,我將 UFL 轉接線路由到板子上,並用 DP100 雙液型環氧樹脂加強固定。回想起來熱熔膠應該也行,但無論如何,線材現在已經相當牢固。接下來要連接所有相關訊號線。電纜固定頭用來防止水分進入接收器盒,盒內有灌膠固定的接收器板。

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我取下底盤上的一顆原有螺絲,換成長一點的平頭螺絲,將接收器盒固定到車架上。使用兩支 3dBi 全向天線。這些天線並未完全固定,所以可能需要額外安裝硬體,以免它們被電連接器扯掉。我們的輸入包括 VESC 的基本 PPM 控制、轉向伺服通道、頭燈/尾燈繼電器通道,以及電流/電壓感測器的 SBUS 資料。

遠端相機鏡頭控制

馬達驅動鏡頭並不新鮮,但從 RC 控制器遠端控制變焦鏡頭目前沒有現成解決方案。第一個要解決的問題是到底要怎麼遠端控制鏡頭。我常用的相機與鏡頭組合是 M4/3 或 Micro Four Thirds,這在技術上是開放標準。但你仍然需要付費才能閱讀/查看標準,所以「開放」只是相對的說法。

控制鏡頭的一種方式是直接與它通訊,也就是學習相機與鏡頭之間的 SMBUS / SPI 通訊,然後發送縮放進/出的封包。這有點麻煩,因為需要一個安裝在卡口上的通訊攔截環。

幸好有遙控快門埠,原本是用來遙控對焦與快門。它使用 1/8 吋耳機插孔,而事實證明也可以用來控制變焦與對焦?和大多數事情一樣,這完全沒有文件記載。為了測試,我買了一個非常便宜的遙控變焦控制器,它同時支援 Panasonic 與 LANC 模式。

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我打開控制器,找到三針連接器,並在轉動變焦旋鈕時觀察訊號波形。我原本以為是修改過的序列訊號,但發現 Panasonic 其實只使用類比電壓值。

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一開始我以為這是電壓訊號,也就是 DAC 送出特定數值,但後來發現,在 Panasonic 模式下,控制器端實際上並沒有足夠電源同時驅動微控制器與模擬各種電壓狀態。

我在三線插孔的 CH1 通道上觀察到:

  • 空檔變焦位置

760 mV

變焦進位置

1.44 V

變焦出位置

0.80 mV

看來控制器端實際上是提供不同的電阻值,由相機內部處理。因為我打算用微控制器接收 RC PPM 訊號,然後控制相機錄影/變焦狀態,所以用數位電位器與相機介面應該會比較簡單。

我後來找到一款同時支援變焦對焦控制的平價遙控器。由於這些電阻值未知,而我已經著手進行,讓我們先建立電阻值對照表,了解相機對不同電阻的反應。有了這張對照表後,再讓微控制器處理輸入的 PPM 訊號,並透過快門埠控制 10k 數位電位器來完整控制相機。

電源指示

第一次震動測試

現在是第一次震動測試的時間了。撰寫本文時,麻薩諸塞州正值陰沉灰暗的季節,街道上的積雪已經融化到一定程度。這次測試我將 Panasonic GH4 裝在 Movi M10 上,GoPro Hero 10 則硬固定在車架上,另外還有一台相機靜態架設在街上,用來顯示第三人稱視角。

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M10 在機械平衡上表現非常差,而這其實非常重要。再多的軟體調校也無法補償相機傾斜軸如此嚴重的偏移平衡。我還發現 HDMI 線材被卡住,導致雲台在行程末端掙扎。我很開心整個裝置能在 30 MPH 下倖存,對這種偏移質量的車輛來說,這速度已經很快了。

我得到一些雲台操作的準則:

  • 完美平衡

字面上的意思:傾斜軸在機械上應該非常容易翻轉。我完全跳過這步驟,結果在畫面上很明顯。

剛性(速率增益)盡可能調高,但不要產生振盪