Projekt: Motorisierter Kamera-Roller

8 Sep

Die letzten zwei Projekte sind noch nicht mal fertig, da fängt der schon wieder das nächste an … tja, was soll man machen wenn überall noch Teile fehlen und die Inspiration zuschlägt: zumindest schon einmal vorplanen und nach Kitbashing-Teilen suchen. Und heute, im örtlichen Billig-Markt, fand sich in der Ecke mit Schreibwaren ein geradezu ideales Readymade-Gehäuse für einen Kamera-Dolly (also: ein Ding mit Rollen mit dem man eine Kamerafahrt kontrolliert ausführen kann).

Die Bauteile-Liste

Noch nicht ganz vollständige Einzelteile …
  • 1x Karteikasten aus Klarsicht-Plastik für DIN A6 (2 €)
  • 2x Schrittmotor 28BYJ-48 mit Treiber-IC ULN2003 (je ca. 1,50 €)
  • 1x Arduino Nano V3 (ca. 9 € im 5er-Pack)
  • 3x Potentiometer 50kΩ linear
  • 4x Micro-Taster 1 pol.
  • Diverse Kabel und Schrauben, u.a. 4 x M4x20 mit 2 Unterlegscheiben und je 3 selbstsichernde Muttern zur Montage der Motoren an den Seitenwänden
  • 2x Rundprofil-Dichtringe als Lauffläche für die Räder
  • 1x USB-Powerbank 2200 mAh (klein genug um ins Gehäuse zu passen)
  • (optional) 1x SSD1306 Mini-OLED-Display mit I2C, durch das Klarsichtgehäuse auch ohne Sichtfenster lesbar

Die Idee

  • Geschlossen soll der Karteikasten die komplette Mechanik und Elektronik enthalten, mit so wenig überstehenden Teilen wie möglich
  • geöffnet und aufgeklappt soll in der einen Hälfte die Elektronik und obendrauf die Bedienung sein, in der anderen Hälfte die Motoren
  • Obendrauf Platz für eine Pocket- oder Action-Kamera auf einem kleinen Kugelkopf
  • Der Karteikasten wandert dann entweder mit der Kamera darauf geradeaus, oder in frei wählbaren Kurven die durch die unterschiedlich eingestellten Motoren entstehen
  • Auf jeder glatten Fläche aufstellbar

Bedienung

  • Für jeden Motor ein Potentiometer. In Mittelstellung bewegt sich der Motor nicht, somit ist Vor- und Rücklauf möglich. Das Auslesen erfolgt über die Analog-Eingänge (Verteilen von 0-1023 zu -255 – 0 – +255)
  • Das dritte Potentiometer stellt die Gesamt-Geschwindigkeit ein. Je höher es aufgedreht wird, desto länger ist die Verzögerung in der Haupt-Programmschleife. Damit kann eine schnelle Testfahrt gemacht und danach für die echte Aufnahme beliebig langsam wiederholt werden.
  • Vier Knöpfe:
    • Start – Beginnt oder setzt die Fahrt fort
    • Stop – Hält die Motoren sofort an
    • Einrichten – liest permanent die Potentiometer aus und zeigt die Werte auf dem OLED an
    • Zurück – fährt beide Motoren ohne Verzögerung wieder auf die Einschalt-Position

Notizen

  • Jeder Schrittmotor akzeptiert 5 Volt, bei Voll- bzw. Halbschritten zwischen 100 und 200 mA gemessen. (eine oder zwei Spulen aktiv, manche Datenblätter weisen auch höheren Verbrauch aus.). Nicht aus dem Arduino versorgen, sondern alle drei Komponenten (Arduino und die zwei Treiber-Platinen) parallel an die Batterie anschließen (den Arduino über die Pins GND und VIN)
  • Der 28BYJ-48 hat ein eingebautes Untersetzungsgetriebe 1:64, und braucht daher 4096 Schritte für eine ganze Umdrehung. Das bringt Kraft, kostet aber Zeit. Für eine weiche Kamerafahrt sollte das aber von Vorteil sein.
  • Wegen des Getriebes ist die Abtriebsachse versetzt, kann daher auch problemlos ein kleineres Laufrad direkt aufnehmen.
  • Theoretisch sollte man während der kurzen Verzögerungspause sogar den Strom durch den Motor komplett abschalten können, da alleine durch das Getriebe die Haltekraft so hoch ist, dass man den Motor nur schwer drehen kann. Muss ich mal testen …
  • Die Anpassung bzw. Verzögerung bei den Drehzahlen sollte sich durch 32-Bit-Zähler je Motor handhaben lassen, welche in der Hauptschleife des Programms um einen Wert von 0-255 (aus den Potentiometern) hoch- bzw. heruntergezählt werden. Die niederwertigsten Bits 0-7 werden dann zur regelmäßigen Motor-Ansprache einfach komplett verworfen und nur die Bits 8, 9, 10 bei Halbschritt (bzw. 9 und 10 bei Vollschritt) zur Auswahl eines zu schaltenden Spulen-Musters aus einem Array verwendet.
  • Bis zum Zähler-Überlauf (bzw. ab dann wird die "Zurück"-Funktion zu früh anhalten weil sie eine „Null“ erkennt) sind das also 16,7 Millionen Motorschritte = 4096 ganze Umdrehungen, oder bei 2 cm geplantem Rad-Durchmesser * π * 4096 = 257,36 Meter. Das sollte für den Alltagsgebrauch reichen …

Erste Schritte

  1. Trotz allem Optimismus: Dichtgummis lassen sich nicht von 16 auf 20 mm dehnen und dann auch noch über ein dünnes PLA-Speichenrad ziehen.
  2. Auch wenn es „mathematisch passen müsste“, trägt beim 3D-Druck das Material weit genug auf, dass man 1/10 mm mehr Platz lassen sollte …
  3. Man sollte aber nicht 2/10 mm mehr Platz lassen, sonst schlackert es auf der Achse. War aber nicht so wild, schließlich war mir die Pass-Rille zu flach, der Durchmesser wieder etwas zu klein und der Gummiring damit zu locker. Und weil so kleine Teile recht schnell gedruckt sind (Minuten statt Stunden! Was für eine unerwartete Erfahrung!) und sich damit auch noch ein paar Rest-Wickel an Rohplastik aufbrauchen ließen, gilt:
  4. Aller guten Dinge sind drei.

Und mit Glück kommt morgen der Rest des Arbeitsmaterials.

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