Jede Gimbal-Achse entfernt eine Klasse von Flugbewegungen aus dem Bild: Roll glättet den schiefen Horizont, Nick hält den Bildausschnitt bei wechselnder Geschwindigkeit, Gier absorbiert Kurskorrekturen. Professionelle Kameranutzlasten haben sich aus einem einzigen Grund auf drei Achsen standardisiert — Zoom vervielfacht jede Bewegung, die Sie nicht entfernt haben.
- 1 axisNur Nick — AX-20S
- 2 axesNick und Roll — AX-40D
- 3 axesErgänzt die Gier-Entkopplung
- ±0.01°Präzisionsklasse bei 3-Achs-Kugeln
Kernaussagen
- Roll beseitigt den schiefen Horizont, Nick hält den Bildausschnitt bei Beschleunigung, Gier entkoppelt die Kameraausrichtung vom Kurs des Fluggeräts.
- Gier ist die Achse, die Verfolgung und Inspektion möglich macht: Ohne sie schwenkt das Bild bei jeder Drehung der Zelle weg.
- Achsenzahl und Zielgenauigkeit sind verschiedene Angaben: Ein 3-Achs-Gimbal mit schlechter Genauigkeit bleibt im Zoom schlecht.
- Elektronische Stabilisierung beschneidet und verzerrt. Sie ergänzt Weitwinkelvideo und ersetzt keine mechanischen Achsen bei Zoomoptik und Wärmebildsensoren.
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Was jede Achse leistet
Nur Roll oder nur Nick (eine Achse) eignet sich für FPV-Aufnahmen, bei denen ein Teil der Bewegung gewollt ist. Die einzelne Achse entfernt den störendsten Anteil — meist den schiefen Horizont oder das Abkippen der Kamera — und lässt den Rest stehen, der bei filmischem FPV-Flug zum Stil gehört und kein Fehler ist.
Nick ergänzen (zwei Achsen) hält das Motiv bei Beschleunigung im Bild. Ein Multirotor neigt sich zum Fliegen nach vorn, also nickt die Kamera ohne Nickkompensation bei jedem Beschleunigen zum Boden. Zwei Achsen liefern einen geraden Horizont und einen stabilen Bildausschnitt, was für allgemeine Aufnahmen und leichte Inspektionen genügt.
Gier ergänzen (drei Achsen) entkoppelt die Kameraausrichtung vom Kurs des Fluggeräts, und genau das verändert die Menge der möglichen Aufgaben. Mit stabilisierter Gierachse kann der Bediener ein Ziel halten, während das Fluggerät dreht, ein Bauwerk umfliegen, ohne die Kamera davon zu lösen, und ein bewegtes Objekt verfolgen, ohne dass das Bild bei jeder Kurskorrektur wegschwenkt. Verfolgung und Inspektion hängen beide von dieser Achse ab.
Der Nutzen der Achsen summiert sich nicht einfach, er baut aufeinander auf. Jede zusätzliche Achse beseitigt einen Fehler, den die vorherigen nicht erreichen konnten.
Achsenzahl in der AX-Serie
Der veröffentlichte Steuerbereich macht die Achsenzahl direkt ablesbar: Eine Achse, die stabilisiert und steuerbar ist, taucht in den Bereichsangaben auf.
| Gimbal | Axes | Steuerbereich | Gewicht | Leistung (statisch / blockiert) |
|---|---|---|---|---|
| AX-20S | 1-axis | Pitch ±120° | 20 g with damper | 1.0 W / 5.5 W |
| AX-40D | 2-axis | Nick ±110°, Roll ±45° | 38 g with damper | 2 W / 12 W |
| AX-20T | 3-axis | Nick −105° bis +145°, Roll ±60°, Gier ±160° | 46 g | 1.5 W / 14 W |
| AX-40T | 3-axis | Nick −110° bis +145°, Roll ±45°, Gier ±145° | 58 g with damper | 3 W / 18 W |
| AX-200T | 3-axis | Nick −135° bis +40°, Roll ±50°, Gier ±155° | 125 g with damper | 1.7 W / 23.5 W |
Beachten Sie, was die dritte Achse kostet: Die AX-40T trägt 20 g mehr und zieht ein Watt mehr statische Leistung als die zweiachsige AX-40D derselben Größenklasse. Das ist ein geringer Preis für entkoppelte Ausrichtung, und deshalb bleiben so wenige professionelle Kameranutzlasten bei zwei Achsen.
Steuerbereich ist nicht dasselbe wie stabilisierte Achsen. Integrierte Kugeln geben an, was der Bediener kommandieren kann, und das können weniger Achsen sein, als der Gimbal tatsächlich stabilisiert. Eine Kugel, die nur Nick und Gier aufführt, hält den Roll dennoch — sie lässt Sie nur nicht darüber kommandieren.
Warum Zielgenauigkeit im Zoom wichtiger wird
Bei 120-fachem Zoom verschiebt ein Wackeln von 0,1° das gesamte Sichtfeld. Vergrößerung vervielfacht die sichtbare Bewegung, deshalb wird eine Störung, die im Weitwinkel unsichtbar bleibt, im Tele zum beherrschenden Merkmal des Bildes — und keine optische Qualität gleicht das aus.
This is why axis count alone is an incomplete specification. A 3-axis mount that holds ±0.1° is worse at zoom work than a well-executed design at ±0.01°, and both will be described as „3-axis stabilised“. Read the accuracy figure alongside the axis count — was ±0,01° auf 1000 Meter bedeutet übersetzt diese Winkel in Zentimeter am Ziel, und Technik der Gimbal-Stabilisierung erklärt, wie der engere Wert erreicht wird.
Die AX-200T und die integrierten MV-, OP- und LX-Nutzlasten von UAVThermal sind genau aus diesem Grund auf ±0,01° ausgelegt. Etwa ab 30-facher Vergrößerung begrenzt die Stabilisierung den nutzbaren Zoom, nicht die Optik — siehe Hybridzoom erklärt.
Was eine nicht-orthogonale Anordnung bringt
Ein herkömmlicher Gimbal setzt drei Motoren im 90°-Winkel zueinander und bildet damit die Roll-, Nick- und Gierachsen des Fluggeräts nach. Eine nicht-orthogonale Konstruktion tut das nicht: Die Motoren stehen in anderen Winkeln, und die Steuersoftware rechnet die gewünschte Ausrichtung in die tatsächliche Motorgeometrie um.
Der Vorteil liegt in der Packung. Motoren in schrägen Winkeln lassen sich enger anordnen und um die Kameramasse besser ausbalancieren, was bei gleicher Funktion eine kleinere und besser ausgewogene Nutzlast ergibt. Die bessere Balance senkt wiederum das Drehmoment, das die Motoren zum Halten aufbringen müssen, was sich als geringere Leistungsaufnahme und weniger Wärme zeigt.
Der zweite Vorteil sind weniger Probleme mit dem Gimbal-Lock. In einer orthogonalen Anordnung fallen bei bestimmten Stellungen zwei Achsen zusammen und verlieren einen unabhängigen Freiheitsgrad, sodass sich die Kamera nicht sauber durch diese Ausrichtung führen lässt. Nicht-orthogonale Geometrien verschieben diese Singularitäten in Stellungen, die die Nutzlast seltener braucht.
Der Preis ist die Steuerungskomplexität: Die Umrechnung von der gewünschten Ausrichtung in Motorwinkel ist nicht mehr trivial. Das ist jedoch eine Softwareaufgabe, die der Hersteller einmal löst, und nichts, was der Integrator handhaben muss. IMU, AHRS und Lagefusion erklärt die Schätzseite, die dies speist.
Die Achsenzahl zur Aufgabe passend wählen
Die Zuordnung ist recht eindeutig, sobald man weiß, wofür die dritte Achse da ist.
- FPV und filmische Aufnahmen: eine oder zwei Achsen, Klasse AX-20S. Ein Teil der Bewegung gehört zur Bildsprache, und die Gewichtsersparnis ist real.
- Allgemeine Aufnahmen und leichte Inspektion: zwei Achsen, Klasse AX-40D. Gerader Horizont und stabiler Bildausschnitt ohne den Preis der Gierachse.
- Zoominspektion, Zielverfolgung und Kartierung: drei Achsen, AX-200T und die Serie der integrierten Nutzlasten. Die Gier-Entkopplung ist nicht mehr optional, sobald die Kamera auf dem Motiv bleiben muss.
- Jede Aufgabe jenseits von etwa 30-facher Vergrößerung: drei Achsen mit ±0,01°, denn darunter begrenzt Sie der Gimbal und nicht das Objektiv.
Die ehrliche Ausnahme sind gewichtskritische Aufbauten. Bei sub-250 g aircraftkann der Verzicht auf Achsen darüber entscheiden, ob das Fluggerät überhaupt fliegt, und ein sorgfältig gebauter Ein-Achs-Gimbal ist besser als ein Drei-Achser, den Sie nicht heben können. Klären Sie zuerst die Randbedingung — Nutzlastgewicht gegenüber Flugzeit rechnet das vor.
Weiterführend
- Gimbal-Stabilisierungstechnik: Wie ±0,01° Ruhe erreicht wird
- IMU, AHRS und Lagefusion
- Schwingungsisolierung und Dämpfungsauslegung
- Was ±0,01° Gimbal-Genauigkeit auf 1.000 Meter bedeutet
- Hybridzoom in UAV-Kameras
- Kreiselstabilisierte Kameratypen: Mikro, sphärisch und quadratisch
- Sub-250 g Drones, Real Thermal
- Gimbal-Fehlersuche: Drift, Horizontneigung und Videoaussetzer
- AX-20S — 1-axis micro gimbal
- AX-40D — 2-axis gimbal
- AX-200T — 3-axis gimbal at ±0.01°
- Nutzlasten für die Freileitungsinspektion
FAQ
Ersetzt EIS einen Gimbal?
Nein. Die elektronische Stabilisierung schneidet aus einem größeren Bildfeld aus und verzerrt das Bild, um Bewegung auszugleichen, was Weitwinkelvideo hilft, wo an den Rändern Pixelreserve vorhanden ist. Zoomoptik kann sie nicht mit derselben Verlässlichkeit stabilisieren, weil im Tele der Beschnittspielraum sofort aufgebraucht ist, und für Wärmebildsensoren bringt sie wenig, wo Auflösung knapp und Beschnitt teuer ist. Setzen Sie EIS als abschließenden Feinschliff über mechanischen Achsen ein, nicht an deren Stelle.
Was ist ein nicht-orthogonaler Gimbal?
Eine Anordnung, bei der die Motoren nicht im 90°-Winkel zueinander stehen. Die Steuersoftware rechnet die gewünschte Ausrichtung in die tatsächliche Motorgeometrie um, was kleinere und besser ausbalancierte Nutzlasten erlaubt und die Singularitäten des Gimbal-Locks in Stellungen verschiebt, die die Nutzlast seltener braucht. Die bessere Balance senkt zudem das Haltemoment, was sich als geringere Leistungsaufnahme zeigt. Der Preis ist die Steuerungskomplexität, die der Hersteller einmal löst.
Brauche ich drei Achsen, wenn mein Fluggerät den Kurs gut hält?
Für Zoombetrieb und Verfolgung ja. Selbst ein Fluggerät, das den Kurs gut hält, macht ständig kleine Korrekturen gegen den Wind, und jede davon schwenkt das Bild an einem Gimbal ohne Gierstabilisierung weg. Im Weitwinkel sind diese Korrekturen unsichtbar; in der Vergrößerung werden sie zur beherrschenden Bewegung im Bild. Die Ausnahme sind wirklich gewichtskritische Aufbauten, bei denen ein sauberer Gimbal mit weniger Achsen besser ist als ein schwererer, der das Fluggerät am Abheben hindert.
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