Zenmuse H3-2D Gimbal am Phantom

Unscheinbare Lieferung: da ist tolle Technik drin!

Auf zu einer neuen Runde Modellbau für Nicht-Modellbauer: es klingelt an der Tür ... und ein netter Paketlieferant drückt mir Arbeit in Form eines Päckchens in die Hand. Allerdings erfreuliche und schon erwartete Arbeit.

Der Inhalt des Päckchens: der lang erwartete Kamera-Gimbal DJI Zenmuse H3-2D, damit endlich auch ich superruhige Videos mit meinem Phantom Quadcopter filmen kann.

Also machte ich mich gespannt zu einer neuen Bastelrunde an meiner fliegenden Baustelle auf, der ursprünglich mal praktisch-fertig-zum-Fliegen geliefert worden war...

Der Zenmuse H3-2D Gimbal ist so eine Sache für sich. Nach dem fulminanten Erfolg mit ihrem Phantom Quadcopter kämpft DJI anscheinend doch scheinbar etwas, um die Nachfrage danach und nach dem passenden Kamera-Gimbal Zenmuse H3-2D zu befriedigen. Das merkt man meiner Meinung nach daran, dass die Aufrüstung doch noch nicht ganz trivial verläuft und ein wenig Arbeit und Nachdenken erfordert. Vielleicht hilft mein Aufrüstungsbericht ja dem einen oder anderen, der sich ebenfalls an den Einbau des Zenmuse H3-2D traut und sich beim Zusammenbau nicht ganz sicher ist.

Nachdem nun selbst ich als Nicht-Modellbauer die Aufrüstung hinbekommen habe, sollte der Einbau allerdings nicht allzu schwierig sein. Aus meiner Sicht ist der unangenehmste Teil immer noch das Umlöten der Anschlussleitungen, gerade wegen des bleifreien Lots, das irgendwo bei so circa 380 bis 400°C gelötet werden will. Ein 50W-Lötkolben mit regelbarer Temperatur und breiter Spitze wird hier sicherlich gute Unterstützung bieten. Und ansonsten gilt: nichts für Ungeduldige, manchmal kann ein kleiner Schritt fummelig sein. Aber der Lohn in Form superstabiler Bilder ist es wert!

Vorab: Welche Variante für's Phantom soll's denn sein?

Der DJI Phantom Quadcopter ist sicherlich als Einsteigergerät gedacht. Konsequenterweise ist er daher auf das gerade notwendige Minimum beschränkt worden, auch, um den Preis niedrig zu halten. Das führt nun dazu, dass Käufer des Zenmuse H3-2D immer wieder die unerfreuliche Erfahrung machen, dass sie noch ein wichtiges Teil separat mitbestellen müssen.

Achtung: der Zenmuse Gimbal alleine funktioniert noch nicht im Phantom. Es muss entweder das Phantom Connection Kit oder eine PMU V2 zusätzlich mitbestellt werden. Erst dann kann der Zenmuse Gimbal am Phantom betrieben werden.

Gerade für Einsteiger ist es umso ärgerlicher, wenn sie ihren Gimbal bei den aktuellen Lieferschwierigkeiten dann doch endlich in Händen halten und es fehlt noch ein wichtiges Teil. Hier hätte DJI besser eine spezielle, genau auf das Phantom abgestimmte Variante auf den Markt gebracht.

Es gibt hierbei zu allem Überfluss außerdem inzwischen zwei Aufrüstvarianten, die aber beide gleich teuer sind. Im Detail:

1. Separate GCU und PMU: hierfür benötigt man diese beiden DJI-Teile:
• DJI Zenmuse H3-2D ... enthalten sind neben dem eigentlichen Gimbal (Mechanik) noch die dazugehörige Steuereinheit GCU (Gimbal Control Unit). Allerdings reicht das noch nicht für den Betrieb an einem Phantom.
• DJI PMU V2 ... eine leistungsfähigere Spannungsversorgungseinheit, da die im Phantom integrierte keinen zusätzlichen CAN-Bus-Anschluss hat, den erst diese PMU V2 mitbringt. Das ist die Strafe für das Spardiktat des Einsteiger-Phantoms.
2. Neues Mainboard mit integrierten GCU und PMU; hierfür benötigt man dann diese beiden DJI-Teile:
• DJI Zenmuse H3-2D ... enthalten sind neben dem eigentlichen Gimbal (Mechanik) noch die dazugehörige Steuereinheit GCU (Gimbal Control Unit). Wie gehabt, reicht das noch nicht für den Betrieb im Phantom. In Verbindung mit dem Connection Kit ist die beigelegte GCU sogar überflüssig.
• DJI Phantom Connection Kit ... eine neue Hauptplatine speziell für das Phantom, die eine integrierte PMU V2 mitbringt ... und zudem auch noch eine integrierte GCU! Ja, richtig gelesen: die beim Zenmuse mitgelieferte GCU wird nicht benötigt, aber vielleicht findet sie ja später in einem anderen Modell ihren Einsatz. Letztlich kostet also die Platine mit PMU V2 und GCU soviel wie eine PMU V2 einzeln. Das verstehe, wer will.

Noch einmal: preislich sind momentan beide Varianten identisch. Die PMU V2 kostet einzeln genauso viel wie das Phantom Connection Kit, das nicht nur eine PMU V2 enthält, sondern auch noch eine GCU. Dieses Produktportfolio verstehe, wer will.

Mir persönlich gefällt die zweite Variante mit integrierten Hauptplatine besser, auch wenn sie ein wenig mehr Arbeit erfordert. Zunächst einmal ist das Endergebnis aufgeräumter als der Verhau mit einzelner GCU und PMU. Bei der ersten Variante müssen letztlich auch zwei Module an die Akkuversorgung auf der Hauptplatine angeschlossen werden. Und das sehe ich als eine noch ekligere Löterei an, als wenn man die Hauptplatine austauscht und jeweils pro Lötpunkt nur genau ein Motorkabel anlötet ... und nichts sonst.

Los geht's mit der Aufrüstung!

Ready-to-Bastel

Nach dem Auspacken hatte ich dann in etwa den links zu sehenden Haufen diverser Teile vor mir. Der größere Teil davon sollte nun in den nächsten rund dreieinhalb Stunden in mein Phantom hinein und darunter.

Man benötigt nicht alle Teile, weil der Zenmuse H3-2D auch mit anderen Quadcoptern verwendet werden kann. Aus diesem Grund liegen dem Kit beispielsweise verschieden harte Dämpfergummis bei. Je nach Flieger benötigt man zudem unterschiedliche Schraubensätze, um den Gimbal zu befestigen.

Außerdem kommt mit dem Phantom Connection Kit noch ein kürzeres, graues 8-poliges Verbindungskabel zwischen GCU und Gimbal mit. Das habe ich allerdings aus gutem Grund nicht verbaut; mehr dazu unten. 

Da passt schon die Anmerkung eines guten Kollegen, der ebenso wie ich ein Phantom besitzt: war da nicht einmal etwas mit ready-to-fly?

Aber dank der ordentlichen PDF-Dokumentation sowie der Videofilme auf der DJI-Webite konnte es ruhig losgehen. Betonung auf: ruhig. Diese Aufrüstung macht man nicht so mal eben zwischen Tür und Angel. Sondern dafür muss man sich unbedingt Ruhe und Zeit nehmen, damit am Ende kein Haufen Elektronikschrott herauskommt.

Phantom- und Gimbal-Elektronik aufrüsten

Zuallererst: lest euch die DJI-Anleitungen durch und schaut euch die entsprechenden Videos an.

• Einbau des DJI Phantom Upgrade Connection Kit.
• Anleitung zum P330CB-H3-2D DJI Phantom Upgrade Connection Kit. Diese kurze Anleitung liegt auch gedruckt dem Connection Kit bei.

Auch wenn ihr kein Englisch könnt (DJI kann ja auch kein richtiges...), so sollte vieles selbst erläuternd sein. Daher bin ich hier etwas knapper und hebe primär nur solche Dinge hervor, die mir bei meiner Aufrüstung aufgefallen sind.

Die Hauptplatine abnabeln und ausbauen

Bei der von mir gewählten zweiten Variante mit dem Phantom Connection Kit sind zunächst einmal alle Steckverbindungen von der Naza-M Flugsteuerung zu entfernen. Der Naza-M verbleibt vorerst noch auf der Platine.

Dann wird es ernst: wir müssen alle Versorgungsleitungen der Motorsteuerungen von der alten Hauptplatine des Phantoms abgelöten. Da wir es hier mit bleifreiem Lot zu tun haben, muss mit ordentlich Temperatur gelötet werden. Circa 380 bis 400°C sind brauchbare Tempteraturen. Ist das getan, dann wird die alte Hauptplatine ausgebaut.

Den Strahlemann wechseln

Austausch erforderlich:
Nur weil das originale Kabel zu kurz ist...!

Nun müssen wir erst einmal das kleine LED-Platinchen am Heck zu tauschen. Der schlichte Grund hierfür ist ganz offensichtlich: im originalen Phantom sind alle Leitungen ziemlich exakt auf die jeweils nur benötigte Länge ausgelegt. Da nun aber der Naza-M Chip etwas zu Seite wandert, reicht das Kabel nicht. Also muss das LED/USB-Platinchen ersetzt werden. Nun ja, so produziert man Elektronikschrott. (Nicht, dass ich nicht auch noch eine GCU zuviel hätte; das macht alles noch keinen wirklich vollständig durchdachten Eindruck.)

Der Wechsel der LED-Platine erfordert etwas Geduld. Ein schlanker, langer Kreuzschlitz-Schraubendreher ist von Vorteil, wenn man die neue LED-Platine montieren will: am besten durch das geöffnete Batteriefach hindurch die Schrauben mit dem Schraubendreher in ihre Löcher hineinbugsieren und festziehen.

Den Naza-M verpflanzen

Jetzt gilt es, die Naza-M Flugsteuerung von ihrem angestammten Platz auf der alten Hauptplatine zu lösen und auf der neuen Platine aufzukleben. Bitte geht dabei vorsichtig vor und vermeidet zu starke Stöße. Im Naza-M befinden sich Beschleunigungssensoren, die bei sehr harten Stößen klemmen können.

Um den Naza-M zu lösen, habe ich ein Teppichmesser mit einer abbrechbaren Klinge benutzt. Diese habe ich weit ausgefahren und damit dann den Kleber zwischen Hauptplatine und Naza-M rund um den Chip herum eingeschnitten. Danach konnte ich den Naza-M vorsichtig ablösen.

Nun den alten Kleber samt eventueller Rückstände von der Unterseite des Naza-M entfernen. Abschließend dann den Naza-M mit dem beigelegten doppelseitigen Klebestreifen (Kleberahmen) in der richtigen Ausrichtung auf der neuen Platine befestigen. Freundlicherweise packt DJI gleich noch einen zweiten Kleberahmen bei, falls mal im ersten Versuch ein Malheur geschehen sollte.

Die neue Hauptplatine einbauen

Danach kommt die neue Hauptplatine an ihren Platz und die Spannungsversorgung der Motorregler müssen angelötet werden. Ist diese etwas unleidliche Arbeit erledigt, dann müssen alle Leitungen wieder korrekt angeschlossen werden. Die vierpolige Leitung vom/zum GPS-Modul kommt nun von der Hauptplatine, anstatt wie bisher direkt vom Naza-M.

Aber wohin nun mit dem Futaba-Empfänger R7008SB?

Geglückter Umbau auf Phantom Connection Kit mit integrierter PMU und GCU.

Nachdem der Naza-M etwas zur Seite hin gerutscht ist, passt der R7008SB nicht mehr an sein ursprüngliches Plätzchen. Ich habe ihn deshalb wie oben abgebildet auf die linke Seite verlegt und ein wenig mit dem 3M-Hakenband aufgebockt. Wenn ich da an die Isolierband-Orgie aus dem DJI-Video denke, ist das hier sicherlich die bessere Lösung. Die obere Abdeckung passt dann später gerade noch so und lässt sich auch korrekt festziehen.

Eine Empfängerantenne des Futaba R7008SB geht wieder in das nächstliegende Bein, während die zweite Empfängerantenne im Phantom verbleibt. Ich habe sie im Bereich des Hecks verlegt.

Externe Spannungsmessung (Flugakku)

Leider besitzt die neue Hauptplatine kein separates Reserve-Spannungskabel mehr. Ich habe stattdessen das von DJI mit der Hauptplatine mitgelieferte Kabel für Video-Out benutzt, da es ebenfalls die unstabilisierte Akkuspannung führt. Tja, nochmal Glück gehabt! Dieses Kabel habe ich dann mit dem Empfängerkabel für die externe Spannung verlötet und mit Schrumpfschlauch isoliert. Somit habe ich weiterhin den Akkustand im Blick.

Gimbal-Kabel vorbereiten

Zuletzt habe ich anstatt des kürzeren grauen 8-poligen Gimbal-Kabels die längere schwarze Kabelvariante eingebaut. Diese liegt dem Zenmus H3-2D Gimbal selbst bei. Das graue Kabel aus dem Connection Kit ist Berichten zu folge arg kurz und ich wollte mir die frustierende Pfriemelei ersparen, falls es nicht reicht. Das Gimbalkabel ist nur mit Geduld und viel Pfriemeln durch die Durchführung am Bein zu fädeln. Das DJI-Video zeigt einen kleinen Trick, wie es überhaupt geht. Aber den Rest muss man selbst irgendwie hinbekommen. Definitiv nichts für Grobmotoriker oder Choleriker. Hier braucht man, ebenso wie beim LED-Modul, Geduld.

Erster Lebenstest

Zum Abschluss der ersten Phase des Aufrüstens bitte unbedingt noch einmal die Verkabelung überprüfen. Kontrolliert insbesondere die Verkabelung der Stromzuführungen zu den Motorsteuerungen. Da es keine Sicherung in der Stromversorgung direkt aus dem Flugakku gibt, haben vertauschte Anschlüsse und Kurzschlüsse beispielsweise durch Lötbrücken unter Umständen gravierende Schäden zur Folge. Also lieber zweimal kontrollieren!

Ich hatte dann erst einmal das Phantom vor dem Zusammenschrauben testweise unter Strom gesetzt und überprüft, ob alles bislang funktioniert. Natürlich dürfen dabei auch keine Propeller montiert sein! Und vorher bitte immer den Sender erst einschalten! Die wohlbekannte Tonfolge signalisierte dann, dass es meinen Phantom den Umständen entsprechend ging. Soweit, so gut. Die erste Stufe ist erfolgreich genommen, das Phantom lebt nach der Transplantation noch.

Ist das Phantom schließlich ordnungsgemäß zugeschraubt, dann geht es weiter mit der Montage der Gimbal-Mechanik.

Gimbal-Mechanik Montieren

Die beiden Befestigungsschrauben zeigen mit ihren
Köpfen zum Phantom hin. Dazu muss die Dämpferplatte
zunächst von den Dämpfern gelöst werden.

Hier musste ich ein wenig vom DJI-Montagevideo abweichen. Der Grund hierfür ist, dass einerseits die Montage dort meiner Meinung nach teilweise recht umständlich erfolgt und andererseits eine kleine Fertigungsänderung am Gimbal. Zumindest scheint das Video Zwischenschritte zu überspringen, denn wie kommen die Halteschrauben überhaupt erst einmal an ihre Plätze, damit man sie wie im Video gezeigt dann festziehen kann?

In den Gimbal-Unterlagen besitzt der Befestigungssockel, mit dem der Gimbal an die Dämpferplatte montiert wird, noch Sacklöcher. Diese sind offensichtlich inzwischen wegoptimiert worden. Also muss man hier anders als im DJI-Video gezeigt vorgehen, sonst funktioniert die Befestigung nicht. Beim Video frage ich mich sowieso, wie die die Schrauben dort ohne Zerlegen der Dämpfereinheit hinein bekommen haben?

Die Montage des Gimbals geht in etwa so:

1. Die untere Befestigungsplatte (zum Gimbal hin) aus den vier Dämpfern ausklinken.
2. Die obere Befestigungsplatte nun bequem mit den originalen Befestigungsschrauben für die Kamerahalterung an der Unterseite des Phantom befestigen. Achtet auf die korrekte Richtung!
3. Nun die untere Befestigungsplatte mit zwei mitgelieferten Schrauben am Gimbal befestigen. Die Schraubenköpfe tauchen dabei in dafür vorgesehene Senkungen ein, so dass nichts in Richtung oberer Dämpfungsplatte überstehen darf!
4. Das schwarze 8-polige Kabel am Gimbal anschließen.
5. Nun die untere Befestigungsplatte mit dem Gimbal wieder in die vier Dämpfergummis einklinken. Das geht unter Zuhilfenehmen einer Pinzette unkompliziert und schnell.

Fertig! Nun die GoPro HD Hero 3 entsprechend der Anleitung einsetzen und mit dem Bügel fixieren.

Inbetriebnahme des Gimbals und T14SG-Programmierung

Danach kann man, noch ohne Propeller, einen zweiten Trockenlauf durchführen. Wiederum schalten wir zuerst den Sender ein, gell? Dann das Phantom mit Strom versorgen, den Naza-M Assistant starten und das Phantom per USB mit eurem Rechner verbinden. Der Naza-M Assistant muss natürlich auf dem neuesten Stand sein, beim Schreiben dieses Beitrags war das die Assistant-Version 2.16.

Wichtig: Die Konfiguration des eingebauten Zenmuse-Gimbals erfolgt beim Phantom über den Naza-M Assistant(!) und nicht über den separaten Zenmuse Assistant. Letzterer funktioniert nur, wenn man die GCU direkt mit dem PC verbindet; dazu besitzt die GCU einen Micro-USB-Anschluss. Bei der auf der Hauptplatine integrierten GCU ist ein direkter Anschluss sowieso nicht möglich. Insofern also den Zenmuse Assistenten nicht installieren. Die Einstellungen des Gimbals erfolgen alle über den Naza-M Assistant.

Gimbal Inbetriebnahme

Firmware-Versionen Phantom und Gimbal

Auf der Seite Upgrade des Naza-M Assitant sollte neben dem Main Controller und dem GPS nun auch die GCU erscheinen. Lasst euch nicht von der Firmware-Version irritieren: ich vermute, dass die Versionsnummern von eigenständiger GCU und integrierter GCU getrennt gezählt werden (sie sind wahrscheinlich auch aufgrund ihrer jeweiligen Systemintegration unterschiedlich).

Der Naza-M Assistant wird euch schon anbieten, einen Firmware-Update durchzuführen, sobald er dies feststellt.

Hinweis: Ihr müsst den Zenmuse H3-2D Gimbal nicht erst speziell aktivieren. Er ist automatisch aktiviert und lässt sich auch nicht deaktivieren. Der Reiter Gimbal auf der Seite Advanced im Naza-M Assistant betrifft nicht den Zenmuse, sondern wird nur für Gimbal-Systeme benutzt, die ihre Steueranweisungen direkt vom Naza-M erhalten. Der Zenmuse H3-2D hat eine eigenständige GCU. Daher die Gimbal-Funktion des Naza-M bitte nicht aktivieren.

Abschließend müsst ihr noch den Steuerkanal für das Kippen der Kamera kalibrieren. Dafür geht ihr zum Bereich Basic zurück und dort zum Reiter RC. Klickt nun den Button START bei X1 Calibration an. Bewegt als nächstes den linken seitlichen Drehsteller LS am Futaba-Sender T14SG ein paar Male in seine äußersten Stellungen und wieder zurück zur Mitte. Danach noch einmal den Button anklicken und fertig.

T14SG Programmieren

Jetzt nehmen wir noch ein paar kleine Anpassungen beim Futaba-Sender T14SG vor.

Zuerst drehen wir den Kanal 5 in seiner Richtung um. Dazu geht man im Linkage-Menü (LNK doppelt antippen) auf den Punkt [REVERSE] und nimmt sich dort dann den Kanal 5 vor, AUX1 genannt. Kanal 5 muss von [NORM] auf [REVERSE] umkonfiguriert werden. Über den Kanal 5 (AUX1) lässt sich später die Kamera im Gimbal neigen. Mit dieser Konfiguration schwenkt die Kamera nach oben, wenn man den linken Drehsteller von sich weg schiebt. Zieht man ihn zu sich hin, dann schwenkt die Kamera nach unten. Für mich ist das das erwartete Verhalten; je nach persönlichem Geschmack kann es aber auch genau umgekehrt sein.

Außerdem legen wir noch neue Endlagen im Sender fest. Dadurch werden die Stellwege gespreitzt: erst ein Vollausschlag des Drehstellers ergibt den programmierten Maximalwert.

Also wieder hinein in das Linkage-Menü (LNK). Nun geht es zum Menüpunkt [ENDPOINT]. Dann auf die zweite Seite wechseln, zum Kanal 5, auch AUX1 genannt. Hier stellen wir als «linken» Endwert 23 ein, als «rechten» Endwert 76. Es müssten dann in der Zeile AUX1 die folgenden vier Werte stehen: 135 23 76 135. Mit diesen vier Richtigen kann es dann los gehen.

Damit hatte ich nun also endlich auch die zweite Stufe erfolgreich erklommen. Also auf zur Probe auf's Exempel: hat alles auch wirklich so geklappt, dass die Filmaufnahmen nun entwackelt werden??

Erste Flüge

Der Mühe Lohn: Phantom mit Zenmuse H3-2D Gimbal.

Jetzt standen natürlich die ersten vorsichtigen Probeflüge auf dem Programm. Mich haben bereits die ersten Aufnahmen überzeugt: der Gimbal kompensiert die Flugbewegungen des Phantoms einfach meisterhaft. Das Bild bleibt ruhig, auch wenn das Phantom sich neigt und ausregeln muss. Filmen mit Gimbal ist ein Traum, ein echter Genuss. Daher ein paar einfache bewegte (aber nicht verwackelte) Bilder von meinen abendlichen Testflügen mit dem Zenmuse H3-2D.

Nachtrag: mein Videoportrait der Burg Thann zeigt sehr viel schöner, welche Bildqualität mit dem Zenmuse H3-2D Gimbal möglich ist.

Muss es auch, denn der Weg dahin ist ja nicht eben gar zu einfach. Aber die Verarbeitungsqualität des DJI Gimbals (zweite Generation) ist ohne Tadel. Alles funktioniert auf Anhieb ohne jegliche Einstellarbeiten. Und dann dieses absolut stabile Bild, selbst bei etwas rasanteren Bewegungen.

Und jetzt kommen mir meine bisherigen Aufnahmen so fürchterlich verwackelt vor. :)

Fazit

In jedem Fall bin ich vom DJI Zenmuse H3-2D Gimbal sehr beeindruckt. Für sein Geld bekommt man tolle Technik, die in Verbindung mit einer GoPro HD Hero 3 Black Edition wirklich sauber entwackelte Bilder liefert. Die noch etwas unschönen Ecken (Eigenheiten) sind demgegenüber eher nachrangig.

Trotzdem wäre es schön, wenn DJI die eine oder andere Macke oder Eigenart noch beheben könnte.

Gut:

• (+) der Gimbal stabilisiert Videoaufnahmen einwandfrei.
• (+) saubere Verarbeitung des Gimbals.

Schlecht:

• (-) GoPro HD Hero 3 lädt ihren Akku aus dem Flugakku: das geht ja nun mal gar nicht. Das ist wirklich eine schlechte Idee!
• (-) Der Kamera-Haltebügel des Gimbals muss jedes Mal an- und abgeschraubt werden, um die Kamera einzusetzen oder zu entnehmen. Also immer Werkzeug und Ersatzschrauben mitnehmen! Immerhin liefert DJI gleich einen Sack Ersatzschrauben mit.
• (-) der Einbau des Gimbals ist nichts für absolute Anfänger und erfordert Geduld.
• (-) die Variante mit getrennten Kästchen für GCU und PMU ist ein fliegender Bastelverhau, der nicht gerade professionell wirkt. Das sehr gut gemachte Video hat mich deshalb überzeugt, lieber zum Phantom Connection Kit zu greifen.
• (-) die Variante mit Integration von GCU und PMU auf der Hauptplatine ist sauber, dafür sind viele Original-Kabel (Motoren, sonstiges) einfach viel zu knapp bemessen und die Montage geht nur gerade so. Hier rächt sich die Sparsamkeit beim Entwurf des Phantom-Grundmodells. Etwas mehr an Kabellänge wäre ein großes Mehr an Aufrüstfreundlichkeit.