解密口袋云台、微型防抖云台硬件结构

18大疆发布了众所周知的osmo packet，其微小的体积和卓越的性能让用户爱不释手。虽然现已是2020年，各大厂商都争先推出相关竞品，大疆凭借强大的技术后盾产品力自然不言而喻。笔者也有使用过部分小品牌口袋云台相机，主要对比了云台稳定性与使用流畅度，性能还是有明显的差距的。对此在这里笔者先对这种小微型防抖云台做一些技术分析，尽量使用一些通俗用语少用专业词汇让更多人看的明白，此篇文章主要是云台硬件部分。


其实这种小型云台最早出现在Mavic Pro和Inspire 1机型中，随后在air机型中也有使用。整个系统的结构可以看做是运动相机+云台稳定器，这里只对云台的机械结构做一介绍，基本不涉及相机部分。

osmo packet全部拆解

一切只为更小

这里首先涉及三个关键模块：相机、电机、线材。这三个是决定微小型云台方案能否成功实现的关键要素。

相机：

云台框架由于特殊的三轴框架限制，会占用较大体积，所以采用了成像模块分离的布局，即只把CCD底板和镜头安装在云台上，让其信号通过排线与相机主板连接。以实现云台体积的最小化，而且镜头规格基本使用较小的板机或者手机这种尺寸的的镜头，通过MIPI通信输出。

相机外壳->相机模组(内置机械对焦)->陀螺仪模组

电机：

——很多人都知道，云台上的电机是外转子无刷直流无刷电机（BLDC），这种电机最早作为动力电机出现在航模上，为了达到伺服电机的平顺转动效果，一般会重新绕线，常规云台绕线方式为星形，选用内阻较大的漆包线（>10ohm）。而大疆的口袋云台电机大概在2.5ohm，增大内阻的缺点是会降低电机的电流以及力矩，这也是为什么云台稳定器的电机力矩总是很小的原因。
——云台的控制是一种闭环控制系统，控制原理在早期Simplebgc这样的方案中有介绍，即相机使用姿态控制。只做相机闭环优点是可以减少电机的接线，提高系统的简易性并降低成本。但是由于电机开环就意味着无法恒定力矩，
恒定力矩简单理解就是：电机需要输出不同大小的力矩来抵消云台不同的晃动幅度。
——如果无法恒定力矩，电机就需要一个固定的电压电流，来抵消不同大小的晃动值，这样意味着即便在静止状态下电机是也是高功率输出，热量会持续积分，功耗很大。
——商业化的云台稳定器电机闭环（FOC）是十分必要的，最常用的电机闭环的位置检测一般有电位器、非接触式磁编码编码（AMS系列）、光电编码器、霍尔。为了更小小体积口袋云台使用了2个布局夹角为120°的SOT-23封装的霍尔元件，直接输出2个相位差90°的正弦波电压值。霍尔元件焊接在电机底部电路板上，通过HRS 或者Panasonic这些品牌的板对板端子连接，当然霍尔是直接测量转子的电角度，当电角度>360°即(一对极代表一个电角度)时，电机在每次开机时都需要自检机械限位，这就是为什么口袋云台每次开机都要往复转一圈。而磁编码通常采用的是外部磁铁，一圈360°机械角度同时也对应1个电角度。所以手持云台单反云台在开机的时候无需自检

可以看出此电机是4对极（4个s极4个n极）就会出现4个电角度，一圈360°机械角度对应4个电角度

线材：

——云台框架属于机电设备，在这种类似机械臂的运动设备中，常用的设备都用硅胶线作为电源和信号连接线材，小型设备或者普通云台使用FPC排线。但是口袋云台使用了显示器上的同轴线缆！线材外层会多一层屏蔽层。并且规格如今已经可以做到46AWG规格，这种线材有很大一部分都是日本生产，前边提到相机镜头模组输出使用MIPI信号，加上陀螺仪的SPI信号线，还有每个电机的电源线，以及霍尔传感器的信号线，最后YAW电机出线数会超过30根线！而这些线还不能产生太大弯折阻力，因为这么小的云台电机力矩本来就已经小的可怜。

采用的是IPEX或者HRS的连接器

——这里引动一张大疆工作室的图片

大致就介绍在这里，这种微型云台涉及的生产装配工艺还有控制程序要求依然苛刻。后续我会单独介绍一些工艺和控制理论，欢迎留言讨论。

笔者也是从小玩航模多年，平时也很少逛论坛和写博客这方面的，自这篇文章开始我后面尽量持续更新????！为了这篇文章我拆了一个osmo packet。但是后面装起来的时候这玩意已经罢工了，自己写代码让它动一下，我知道没有视频是没人收藏点赞的。