Inverse Kinematik auf dem Pi 5
Das IK-Lösen vom ESP32 auf einen Raspberry Pi 5 verlagert. Das Rig fliegt jetzt koordinierte Acht-Achsen-Fahrten aus einer einzigen Kamerapfad-Definition.
Das Problem mit IK auf einem Mikrocontroller
Der ESP32 hatte zwei Jobs: ausrechnen, wo acht Gelenke für eine gegebene Kameraposition stehen müssen, und saubere Schrittimpulse für acht TMC2209-Treiber erzeugen. Der zweite Job ist hartes Echtzeit-Timing. Der erste ist Fließkomma-lastig und will Luft zum Iterieren. Auf einem Kern-Budget kämpfen die beiden — und das Symptom war subtiler Timing-Jitter genau dann, wenn der Solve teuer wurde: mitten in den interessantesten Fahrten.
Das Gehirn aufteilen
Die Lösung ist dieselbe Aufteilung, die jedes ernsthafte Motion-System nutzt: ein Planer und ein Schritterzeuger. Der Raspberry Pi 5 besitzt jetzt die Kinematik. Der ESP32 behält den einen Job, in dem er wirklich brillant ist — jitterfreies Schritt-Timing — und konsumiert Gelenkraum-Ziele, die über Serial gestreamt werden.
Kamerapfade werden einmal definiert, in Weltkoordinaten: wo die Kamera ist, wohin sie schaut, wie sie rollt, über die Zeit. Niemand denkt mehr in Gelenkwinkeln. Den Rest rechnet die Maschine aus.
Der Solver
Acht Achsen für eine Kamerapose mit sechs Freiheitsgraden heißt: Das Rig ist redundant — für die meisten Posen gibt es unendlich viele Gelenklösungen. Der Solver nutzt diese Freiheit, statt gegen sie zu kämpfen: Das mitfahrende Gegengewicht folgt dem Arm, um das Basismoment klein zu halten, und der X-Dolly löst Reichweitengrenzen auf, damit der Arm in seinem besten Bereich bleibt.
Es ist ein gedämpfter Least-Squares-Solve über den Posenfehler, die Redundanz wird über Sekundärziele aufgelöst. Numerisch, nicht analytisch — langweilig, robust und schnell genug für ein paar hundert Solves pro Sekunde auf dem Pi.
Latenz und Timing
Der Pi streamt Gelenkziele der Echtzeit voraus in einen Puffer auf dem ESP32, der zwischen ihnen in Schrittauflösung interpoliert. Ein Zwei-Frame-Puffer schluckt Scheduling-Schluckaufs auf der Linux-Seite; die Stepper spüren nichts davon. Läuft der Puffer doch einmal leer, bremst das Rig auf der Bahn kontrolliert ab, statt zu springen — eine Miniatur fünfzehn Zentimeter vor der Linse lässt einen über Fehlermodi nachdenken.
Was das freischaltet
Mechanisch war die Wiederholbarkeit schon da; jetzt ist sie es durchgängig. Ein Kamerapfad ist eine Datei. Heute mit dem Key-Licht fahren, morgen nur mit Practicals — und die Frames liegen übereinander. Das ist das Fundament, auf dem ALIVE steht: Mehrfachpass-Fotografie derselben Fahrt in verschiedenen Lichtzuständen.