Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Laser als Sensor ?
Nebirosh
10.12.2003, 05:53
Da ich mich viel ( meine freundin würde sagen zu viel ) mit autonomer navigation beschäftige würde mich mal interessieren was ihr von laser entfernungsmessern halötet, hat jemand von euch damit erfahrung ? :roll:
Den Beitrag hab ich jetzt erst gesehn! Das ist ja eine echt gute Idee. Wenn man mal davon absieht das das nicht ganz ungefährlich ist, dann müsste man mit einem schwenkbaren Laser Abstandsmesser das Umfeld viel besser erfassen können als mit US und IR Sensoren. Man könnte Hindernisse schon aus der Entfernung genau vermessen.
Wie aufwendig/teuer die Elektronik ist, weiss ich allerdings momentan noch nicht. Aber die Sache klingt gut!
Gruß Frank
Es gibt ja sowas fertig zu kaufen, allerdings sind die Teile:
1. teuer
2. Schwer ( glaub um die 2 kg )
3. Groß
Man sieht sie aber ab und zu auf den Robotern der Unis. Man kann damit schon sehr gut den Raum um den Roboter herum ausmessen, aber wie gesagt aufwendig und teuer....
MfG Kjion
Aber so schwer/teuer können die doch nicht sein, es gibt doch auch Wasserwaagen wo Laser-Entfernungsmesser integriert sind. Oder?
Matthias
30.12.2003, 12:16
Hallo,
Man könnte auch ne Gameboycamera und nen Laser benutzen, wobei der Laser in einem bestimmten Winkel zur Kamera steht. Dann mussman nurnoch herausfinden wo sich der punkt auf dem bild befindet. Danach kann man ganz einfach die Entfernung errechnen. das problem mit dem fremdlicht ist auch einfach zu beheben, indem man nen IR-Filter und nen IR-Laser benutzt. Das Ganze wäre schön leicht billig und klein.
Matthias
Matthias
30.12.2003, 12:21
Ich meine natürlich nen Tageslichtfilter
Im professionellen Bereich sieht man eigentlich fast auschließlich die Laserscanner der Firma sick (www.sick.com). Der Preis für so ein Teil liegt aber glaub ich im vierstelligen Bereich, dafür gibts die auch Wetterfest für den Outdoor-Einsatz :) Naja, für den Privatgebrauch jedenfalls nicht zu verwenden.
In diesen Scannern befindet sich ein rotierender Spiegel, der das Licht einer Laser-Diode ablenkt. Der Meßbereich beträgt etwa 180° bei 1° Winkelauflösung. Max. meßbare Entfernung etwa 40 Meter.
Hier: http://www.tu-chemnitz.de/etit/proaut/de/forschung/mobile_robotik.htm gibts ein Bild von unserem Roboter Hans mit einem solchen Laserscanner (der blaue Kasten oben auf dem Bot).
Grüße,
zefram
Genau die Dinger meinte ich. Mir war nur gerade der Name entfallen ;)
Und was wird dann in diesen Wasserwaagen benutzt? Die sollen doch auch recht genau sein? Kann man sowas nicht nachbauen
Ich denke mal, das teuerste in den SICKs ist die Konstruktion mit dem rotierenden Spiegel. Der dreht sich 75 mal pro Sekunde, die maximale Winkelauflösung beträgt übrigens sogar 0,25° (dann hat man aber nicht mehr 180° Meßbereich). Die Meßwerte stehen in Echtzeit an einer RS232 Schnittstelle zur Verfügung. Das alles robust und geländetauglich zu bauen ist sicher recht aufwendig.
Ich kenne die Wasserwagen nicht, aber ich denke das Meßprinzip ist wohl das gleiche. Nur spart man eben die Mechanik. Wie weit und wie genau kann man denn mit den Dingern messen?
Grüße,
zefram
Bin mir nicht ganz sicher, aber ich glaube die Wasserwagen und Geräte aus dem Baumarkt oder Baubereich arbeiten fast alle mit Ultraschall. Die benutzen dann höchstens den Laser zum Zielen. Messen tun sie dann anders. Hab zumindest noch keinen Entfernungsmesser auf Laserbasis in solchen Geräten gesehen.
Ach und zum Auswerten von Kamerabildern mit dem Laserpunkt drauf (s.o.) kann man auch erst ein Bild mit Laser an (Punkt da) und dann noch ganz schnell hinterher ein Bild mit Laser aus (Punkt weg) machen und dann die Bilder voneinander abziehen. Damit müsste der Punkt schon recht gut aus dem Rest herausgefiltert werden können.
Ja stimmt. Die meisten Laserwaserwaagen können garnicht die Entfernung messen. Sie können nur waagerecht einen Laserpunkt ausstrahen um ein Objekt in die Waage zu bringen.
Leider :-(
Info: http://www.laserliner.com/deutsch/agr/i_100.htm
Wenn jemand eine günstige Möglichkeit finden würde um mit einem Laser die Umgebung abtasten zu können, das wäre schon was feines!
Gruß Frank
man könnte nen laser und nen sehr empfindlichen fototransistor benutzen und durch die verzögerung & Lichtgeschwindigkeit die entfernung des laserpunktes berechnen...wenn man dann einige zusammen nimmst, kann man entweder eine durchschnittliche entfenung berechnen oder die niedrigste, oder rausfinden in welche richtung der bot ausweichen soll...oder, oder, oder...
gibt es so empfindilche foto-transistoren?
:-) Mit welcher Elektronik willst DU denn Lichtgeschwindigeit messen?
immerhin hast du 12 ns pro m Zeit ;)
Na wenn es so ist :-) Da kann ich ja fast die Sanduhr nehmen!
Im ernst: Ich glaub das Lichtgeschwindigkeit nur Wissenhaftler mit aufwendiger Technik messen können. Glaube das Messverfahren hat mit Neuronenbeschuss oder sowas zu tun. Jedenfalls Zuhause wird man es garantiert nicht messen können
Na wenn es so ist :-) Da kann ich ja fast die Sanduhr nehmen!
Im ernst: Ich glaub das Lichtgeschwindigkeit nur Wissenhaftler mit aufwendiger Technik messen können. Glaube das Messverfahren hat mit Neuronenbeschuss oder sowas zu tun. Jedenfalls Zuhause wird man es garantiert nicht messen können
ICH will auch nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern dir entfernung des Laserpunktes berechnen, MITHILFE der Lichtgeschwindigkeit, welche ja bekannt ist...du weisst schon...V = s/t
Ja aber die Zeit ist doch viel zu kurz - da müsstest Du schon Lichtgeschwindigkeit messen können wenn Du Zeit zwischen Ausstrahlung und Reflektion messen willst.
ICH will auch nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern dir entfernung des Laserpunktes berechnen, MITHILFE der Lichtgeschwindigkeit, welche ja bekannt ist...du weisst schon...V = s/t
Ist ja schön und gut, aber wie willst du denn die Zeiten messen??? Wenn das Licht einen Meter zurücklegt vergehen 12 ns. Das heißt um Entfernungen im Zentimeterbereich zu bestimmen, muss man Zeiten die kleiner als 1 ns sind messen. Und das ist mit den normalen 8-Bit Mikrocontrollern ohne weiteren nicht möglich....
MfG Kjion
Judgeman
03.01.2004, 11:11
Alleine die Schaltzeit eines Phototransistors wäre im Vergleich zu der Verzögerung durch die Laufzeit des Lichts gigantisch. Dann kommt noch dazu, dass auch die Schaltzeit eine gewisse Toleranz besitzt, somit ist die Unsicherheit durch den Transistor schon größer als die zu messende Zeit. Dann kommen noch die Signallaufzeiten in den Kabeln dazu, die auch "nur" mit annähernde Lichtgeschwindigkeit funktioniert,...
Dann kommen noch die Signallaufzeiten in den Kabeln dazu, die auch "nur" mit annähernde Lichtgeschwindigkeit funktioniert,...
Deshalb ist in den Unis auch teilweise bei dem Kabeln die Durchlaufzeit angegeben....
MfG Kjion
Um noch einmal auf die eigentliche Frage zu kommen:
hat irgend jemand hier Erfahrung im Selbstbau von solchen Laserscannern? Die commerziellen Teile liegen im Preisbereich, der für Hobbyrobotiker jenseits von gut und böse liegt.
Insbesondere würde mich interessieren wie der prinzipielle Aufbau ist...
Die Seite
http://www.muellerr.ch/engineering/laserscanner/default.htm bringt mir da nicht gar so viel
Das hier ist so was ähnliches
http://www.muellerr.ch/engineering/laserscanner/default.htm
Gruß
Torsten
:oops: Sorry, als ich den Beitrag geschrieben habe, habe ich das nicht gesehen.
Hmm, ist das nicht beides mal der selbe Link ??
Um nochmal zur Frage zurück zu kommen. Der Aufbau scheint folgender zu sein.
Mit dem Laser auf dem Schrittmotor wird das Objekt abgefahren. Die Kamera die daneben steht registiert die Position des Laserstrahls und errechnet dann aus den ganzen Daten ein 3D Bild des Objekts. Allerdings wird das vermutlich relativ Rechenaufwendig sein....
Außerdem dauert das ne ganze Weile
approximate scan time 40s
bzw.
approximate scan time 120s
Scheint also für Roboter erstmal nicht einsetzbar zu sein...
MfG Kjion
Um nochmal zur Frage zurück zu kommen. Der Aufbau scheint folgender zu sein.
Mit dem Laser auf dem Schrittmotor wird das Objekt abgefahren. Die Kamera die daneben steht registiert die Position des Laserstrahls und errechnet dann aus den ganzen Daten ein 3D Bild des Objekts. Allerdings wird das vermutlich relativ Rechenaufwendig sein....
Außerdem dauert das ne ganze Weile
approximate scan time 40s
bzw.
approximate scan time 120s
Scheint also für Roboter erstmal nicht einsetzbar zu sein...
MfG Kjion
Schon richtig wenn man unbedingt dreidimensional scannen will.
So viel Ehrgeiz habe ich nicht; ich wollte mich über Odometrie schlau machen und stolperte über Bots, die mittels Laserscanner die Umwelt in den Speicher abbilden (siehe z.B.: http://www-ra.informatik.uni-tuebingen.de/lehre/ss01/pro_mobrob/proseminar_hirt_ss2001.pdf ). Und, bevor ich das Rad zum x-ten Mal neu erfinde, dachte ich dass hier irgend jemand schon Erfahrungen damit hat und mir netterweise Tipps geben kann (woher, wie gut, Probleme...)
rolf
Also ich habe mir den Laserscanner auch mal durch den Kopf gehen lassen.
Ich denke, es gibt eine Möglichkeit, die das ganze bedeutend verenfachen würde. Wenn man an jede Ecke im Raum ein 'Katzenauge' montiert, kann mit einem Fototransistor die Reflexion wieder erkannt werden. Aus den Winkeln zwischen den Reflektoren kann man Trigonometrisch die Position im Raum errechnen. Wenn man nurn über Odometrie die Position ermittelt und nur ab und zu abgleicht würde das sicherlich gehen.
Ich denke, dass die andere Variante sehr aufwändig ist, gerade was das 'Erkennen' der Laserpunktes und die Laufzeitmessung betrifft. Ich denke das ist für einen Hobbybasstler nicht so einfach möglich - lasse mich aber gerne überzeugen, dass es doch möglich ist.
Grüße
flite
Hallo
Du hast sicher recht flite! Nur ist das mit der Ecke in der Praxis nur in leeren Räumen möglich. Mich würde vielmehr interessieren wie ein Roboter sich in einer realen Wohnung, die nun mal mit Möbeln zugestellt ist, zurecht kommt.
Die meisten Verfahren orientieren sich oft an Wänden oder dem Boden. Man sollte vielleicht mal bedenken das die Decke eines Raumes der einzige Bereich ist der fast von überall sichtbar ist. Also müsste man mit Laser und bestimmten Deckenmarkierungen irgendwas machen können.
Gruß Frank
Hallo Frank,
ich denke, dass man mit der Odometrie die Strecke, innerhalb der Empfang durch Möbel gestört ist, überbrücken kann. Man kann ja auch mehrere Sensoren aufstellen, dann wird nur die Mathematik etwas komplizierter. Geht aber auf jeden Fall (wenn die Position der Sensoren bekannt ist).
Wenn der ganze Raum mit Möbeln vollsteht, wirds natürlich schwierig. Eine Möglichkeit wäre ihn dann solange 'blind' weiterfahren zu lassen (mit Abstandssensoren), bis er seine Position wieder lokalisieren kann.
Mit Lasersensoren, die an die Decke strahlen wäre ich vorsichtig. Selbst wenn man Laser der niedrigen Klassen verwendet ist es zumindest nervig, wenn man ihn ständig ins Gesicht gestrahlt bekommt.
Eine Idee mit Ultraschall hätte ich noch - passt jedoch nicht in diesen Thread rein ...
Aber denkt weiter drüber nach, wie man einen solchen Laserscanner realisieren könnte!! Vielleicht geht es ja doch!
Grüße
flite
Die Webcam habe ich schon.
Jetzt brauche ich nur noch ein bischen Hardware für den Scanner ;-).
Und dann viel Spass beim schreiben der Software ;)
Ich habe mich auch mit diesem Thema beschäftigt.
Dazu habe ich einen Laserpointer über einen rotierenden Spiegel (ausgschlachteter Laserdrucker) eine Linie auf den Boden erzeugen lassen. Mit einen QuickCAM den Bereich aufgenommen, u. mit einer Bildanalyse die Position der Linie festgestellt. Mittels Dreiecksberechnung kann man dann Entfernungen erhalten. Mehr noch. Trifft der Strahl auf ein Hinderniss hat er eine andere Position gegenüber dem Standardstrahl. Daraus kann man Entfernung u. Eventuell eine 3D-Landschaft erzeugen , wenn der Rob sich weiter bewegt. Einen Haken hat das Ganze . So ein Pointer funktioniert nur im abgedunkelten Raum da er zu schwach ist. Stärke Laser verbieten sich .
Probiers mal mit nem IR-Laser und nem Tageslichtfilter vor der Kamera, der nur IR durchlässt. Das könnte dann besser funktionieren !
1. man kann auch dei raumbeleuchtung anpassen (blaue lampen und roter laser)
2. mit einem PC ist das sicher noch moeglich, mit einem microcontroller wirds aufwaendiger
3. man kann mit lasern durch bestimmung der signallaufzeiten unf wenige MILLIMETER genau messen
hi!
gib es auch IR-laser? und kameras, die dann dieses licht einfangen
können? (bin in der laser-technologie nicht sonderlich bewandert -
daher diese dumme frage....)
diese ir-laser wäre dann zumindest nicht gefährlich für die netzhaut,
oder?
ciao,
simon
Es gibt IR Laser - imho sogar ne recht große Auswahl.
Aber VORSICHT! Die Gefahr von Netzhautverbrennungen ist viel größer als bei sichtbarem Laser. Der Laser kann dir ins Auge leuchte, ohne dass du es merkst und dein Augenlid schließt. Damit kann er unbemerkt dein Auge beschädigen (Lidschlussreflex schützt hier NICHT). Beim Umgang mit IR Lasern ist äußerste Vorsicht geboten!
Ach ja: Jede normale CCD Kamera 'sieht' auch infrarotes Licht (imho sogar besser, als 'sichtbares'). Möchte man das verhindern, muss man das Licht vorher mit entsprechnden Filtern filtern :)
Grüße
Flite
upps....
dann macht es ja doch nicht so viel sinn, den robby seine gegend
mit ir-lasern abtasten zu lassen, wenn er meine netzhaut gleich
mit abtastet....
danke! (du hast meine netzhaut gerettet ;-) )
ciao,
simon
Immerhin haben schon die Laserdioden von Conrad einen Hinweis auf die Gefährlichkeit!
hi max!
ja, ist mir schon klar, dass laserdioden gefährlich sind ;-)
mir war nur nicht klar, dass das auch für ir-laser gilt!
und da ich mir noch nie eine laserdiode gekauft habe,
hatte ich bis jetzt auch noch keine gelegenheit, die
warnhinweise zu betrachten....
ciao,
simon
Die Gefährlichkeit gilt vor allem für stehende Strahlen. Da kann sowas schon passieren. Muss man halt vorsichtig mit umgehen. Wenn man den Strahl allerdings schnell bewegt, dann sinkt die Gefährlichkeit für das Auge um ein vielfaches. Wenn Du also den Polygonspiegel aus dem Laserdrucker verwendest und damit den Strahl schnell bewegst, dann ist die Strahlung nahezu unbedenklich. Man muß halt besonders beim Basteln aufpassen und eventuelle Streustrahlung berücksichtigen.
In den großen Discos wird auch nix anderes praktiziert. Die Laser da haben in der Regel eine Leistung zwischen 1-3 Watt !!! Damit kann man sich schon mal ne Zigarette anzünden (kein Witz). Damit die Strahlen auch ins Publikum gelangen dürfen müssen halt strenge Auflagen erfüllt werden. Zum einen müssen die Strahlen aufgeweitet werden (meist von 2-3 mm auf 2-3 cm), wodurch der Laserstrahl drastisch an Flächenbezogener Leistung verliert und zum anderen dürfen eigentlich (habs auch schon anders erlebt, aber mit stark aufgeweiteten Strahlen) keine stehenden Strahlen ins Publikum gelangen. Der Laserstrahl muss ständig in Bewegung sein, damit der Laser nie zu lange ins Auge trifft. Dafür gibts dann auch entsprechende Schutzschaltungen....
Also:
Das mit dem Infrarotlaser kann man schon machen, wenn man beim Basteln entsprechend vorsichtig ist und beim Betrieb des Rob darauf achtet, das der Strahl ständig in Bewegung ist. Für die meisten Anwendungen reicht es ja auch aus den Boden vor dem Rob abzutasten und nicht gleich den ganzen Raum und in Augenhöhe....
Seid trotzdem vorsichtig mit den Laserdioden (jeglicher Art).
Ach, auch die ultrahellen / superhellen / und hypergalagtischhellen :-) Leuchtdioden können bereits Netzhautschäden verursachen... IR-Dioden genauso.
nicht nur laserdioden sind gefaerlich, sondern ALLE laser, insbesondere groesse festkoerperlaser oder grosse gaslaser (die haben 20W-100kW), mit den kann man nicht nur eine zigarette anzuenden, sondern auch einen tresor aufschmelzen (ist ernst gemeint :) ).
Bei einer solchen leistung ist die streustralung lebensgefärlich!!
Na von denen hab ich ja auch nicht gesprochen...! Papier kriegst du ab ein paar hundert mW zum brennen. Kein Thema. Und wenn schon bei Laserdioden im Bereich einiger mW die Streustrahlung fürs Auge gefährlich sein kann, dann ergibt sich das ja entsprechend für die größeren Laser. Nur schätze ich haben die wenigsten Roboterbastler hier nen Laser zu Hause, der nehr als ein paar mW hat ;-)
Also....Jungs und Mädels ! Verbrutzelt euch keine Körperteile mit irgendeiner Strahlung
Haben wir's jetzt geklärt ?
Moin!
Da wir ja nun langsam wirklich alle verstanden haben, dass Laser im Wesentlichen Augen und Brieftaschen in Rauch auflösen, weiss vielleicht jemand ne ernstzunehmende Alternative?
Etwas präziser:
Ich möchte mir eine (am Besten dreidimensionale) Rasterkarte bauen, indem ich einen "SENSOR" auf eine (zumindest für die Dauer der Messung) stationäre, aber dreh- und schwenkbare Plattform tue und damit im Raum die Runde mache. Dabei soll dann der Abstand zum nächsten Objekt in der Richtung (irgendwie 0,3 - 7m) und der horizontale und vertikale Winkel relativ zu einem Bezugsvektor (Koordinatenachse oder sowas) gemessen werden (--> Winkelmesser an den Schwenkantrieb).
Ich baue mir also über die trigonometrischen Funktionen aus einem Fixpunkt (Position der Platform), 2 Winkeln und ner Hypotenusenlänge eine absolute Koordinate im Raum.
Die Winkel sind nicht das Thema, ich habe es auch nicht sonderlich eilig (1-2 Messungen pro Sekunde sind voll ausreichend), aber damit das Ganze funktioniert müsste die Messung natürlich die Entfernungen auf ca. 1% genau auflösen und extrem richtungspräzise sein (0,1° Messfenster wäre toll, 0,3° ist auch gerade noch ok), und zwar sowohl horizontal, als auch vertikal.
Die Aussage "Irgendwo vor Dir ist in 50cm Entfernung ein Hindernis (wie sie die Ultraschall-Sensoren liefern) ist also für meine Zwecke nicht zu gebrauchen :(
Deshalb hatte auch ich mit dem Laserscanner geliebäugelt, aber wie schon übereinstimmend festgestellt wurde sind die Dinger einfach nicht zu bezahlen.
Weiss jemand ne andere Möglichkeit, wie man sowas für unter 200 Euro hinkriegen kann, oder da zumindest in die Nähe kommt?
Wie gesagt, ich brauche nicht gleich ne 3D-Echtzeitkarte, einfach nur was, was unterscheiden kann, ob der Baum EXAKT vor mir steht oder 2° daneben...
Gruß vom Bastler aus Hamburg
Schon wieder ich! (kaum 2 Beiträge geschrieben, schon nervig! ;-)
Wo wir gerade bei Trigonometrie sind:
Angenommen man hat für die Messung ein bisschen Zeit (und Platz), wie wäre es denn mit 2 Lasern und einer Kamera?
1. Man lege mit einem Laser(-pointer, für die Strahlenschutzbeauftragten) eine Messrichtung fest.
2. Man montiere eine Kamera möglichst nah an der Laserachse, mit möglichst hoher Auflösung
3. Man montiere einen 2. Laserpointer möglichst weit weg vom Ersten auf einer schwenkbaren Plattform in der gleichen Ebene wie den Ersten Laser.
Nun müsste es doch theoretisch möglich sein, über Bildverarbeitung und Drehung der Plattform die beiden Laserpunkte "übereinanderzulegen" und anschließend die Verdrehung der Plattform zu messen!
Damit hätte man dann wieder ein Dreieck mit zwei bekannten Winkeln und einer bekannten Strecke (die Distanz zwischen den beiden Lasern), könnte also sämtliche Strecken berechnen.
Um sicherzustellen, dass man nicht z. B. auf eine sehr schräge Oberfläche hereingefallen ist könnte man einen dritten Laser hinzunehmen und eine horizontale und eine vertikale "Überlagerung" erzeugen und dann (über lineare Ausgleichsmatritzen und Defektvektor) zusammenrechnen.
Zugegeben, diese Messmethode ist relativ langsam, nicht für kontinuierliche Messungen geeignet und durch die Mechanik auch nicht ungedingt robust, aber Laserpointer kriegt man inzwischen auf jeder Messe hinterhergeschmissen und eine präzise Winkelmessung ist auch relativ leicht zu realisieren. Die CPU-Last ist vernachlässigbar gering (pro Messung eine Sinusgleichung und ein zweidimensionales lineares Ausgleichsproblem), der einzige Haken wäre halt die zuverlässige Erkennung der beiden Laserpunkte durch das optische Subsystem, aber wenn der Raum nicht allzu bunt ist müsste man sowas z. B. mit der CMUCam doch eigentlich hinkriegen, oder nicht?
Und wenn man auf diese Weise wirklich nur z. B. die Entfernung von einigen wenigen Fixpunkten im Raum (markierte Ecken etc) bestimmen will, um periodisch die aktuelle Position zu bestätigen müsste das doch reichen!
Hat jemand sowas schonmal probiert?
Gruß vom Bastler
ich hab da noch eine idee. es gibt bei sick ein wie schon gesagt sehr treues modull was das alles kann. http://www.sick.de/de/products/categories/auto/lasermesssysteme___nav200/lms211outdoor/de.html
was das ding genau kostet weiß ich nicht. falls da jemand ein preis findet kann er den ja mal posten aber ich denk schon das es 5000 € aufwärts sind, ist ja halt für die industrie gebaut.
so sieht der aufbau ungefähr aus.
das problem was ich hab wie wertet man das aus? hat da schon wer erfahrungen?
Die Beschreibung des Produktes gibt Hinweise auf das Meßprinzip:
Es gibt Reflektormarken, die beim Scannen besonders hell reflektieren und es ermöglichen, die Winkel zu den Marken zu messen. Bei den vielen Marken, bis zu 28 pro Ebene, sind die Anordnungen wohl schon an Muster zu erkennen. Positionsbestimmung duch Trigonometrie.
Das genannte Gerät kann darüberhinaus auch die Entfernung durch Laufzeit messen. (Wenn mit der Winkelmessung alles so einfach und eindeutig wäre, dann hätte man wohl die Laufzeitmessung nicht gebraucht.)
War das soweit schon klar? Sollte man versuchen noch die Systemparameter zu bestimmen? Meßverfahren, Genauigkeit..
Manfred
Aus der Produktbeschreibung:
Messbar präziser: Das Messprinzip von NAV 200.
Das NAV 200-Prinzip gleicht einem optischen Radar. Der Scanwinkel von 360 °erlaubt einen Rundumblick und sorgt so für die Erfassung aller Reflektormarken innerhalb der jeweiligen Arbeitsumgebung. Im Gegensatz zu her- kömmlichen Lasermess- systemen vermisst der NAV 200 zusätzlich die Entfernung der Reflektoren.Basis des Systems bildet die bewährte und hoch störsichere Puls- laufzeitmessung.Der Bord- computer erhält von NAV 200 die Information über absolute Fahrzeugposition und Aus- richtung,bezogen auf das absolute Koordinatensystem der Umgebung.Die Kombi- nation aus Entfernungswert und Erfassungswinkel des jeweiligen Reflektors ge- währleistet höchste Messgenauigkeit.
Ich habe noch mal nach Laser Entferungsmessern gesucht und folgende Interessante Produktreihe von Laseroptronix gefunden, die sogar mit Preisliste aufgeführt ist.
Eines der kleineren Modelle kostet 450$ aber für 275$ ist wohl auch schon was dabei. Nach oben ist die Reihe im Preis wie erwartet wenig begrenzt. Ein "low cost" Ultraschall Messgreät ist auch im Programm, aber die anderen Geräte messen mit Licht.
Manfred
http://www.laseroptronix.se/disph/ph30eng.html
This small unit is like a laser tape replacing traditional tapes and scales used by many technicians. The system can measure up to 30 meter in darkness where there is not too much light in the area. In sun shine it can measure to about 6 meter and it measures to natural reflectors and it needs no reflex tape or prisms. Dark surfaces redure the range and accuracy a a bit.The repetability is about 1-2 mm and the absolute error is less 5 mm in worsk case. The beam is clearly visible and have a red 635 nm laser source. Laser safety class is class 2 to IEC 825-1 standards equal to not dangerous.
Was mit Laser habe ich für das LEGO System gesehen:
http://www.philohome.com/sensors/lasersensor.htm
Wird aber soweit ich verstanden habe nicht zur Entfernungsmessung verwendet, sondern zum Auffinden eines markierten Objektes verwendet (mit Reflektor-Tape markiert).
Ist aber für bestimmte Anwendungen sicher eine interessante Sache.
(z.B. markierte Ladestation die der Roboter dann damit auffinden kann)
Ups hab die anderen Postings übersehen und auch noch einloggen vergessen.
Wie gesagt zur Entfernungsmessung taugt die besagte Konstruktion recht wenig.
LinuxFan
07.06.2004, 21:41
Ich selber möchte in dieses Thema gerne auch mal einsteigen.
Frage: Wie stellen Kameras ihren Autofokus ein? Kameras wissen doch immer, wie weit ein Objekt entfernt ist, und stellen die Linse danach perfekt ein.
Frage: Wie stellen Kameras ihren Autofokus ein? Kameras wissen doch immer, wie weit ein Objekt entfernt ist, und stellen die Linse danach perfekt ein.
Ich glaube auch um die Entfernung "perfekt" einzustellen muss die Entfernungsmessung gar nicht so besonders genau sein.
Wie genau die Entfernungsmessung sein muss, dürfte von der gewählten Blende abhängen.
Soweit ich weiss bedeutet die grösste Blende die geringste Tiefenschärfe, d.h. hier müste die genaueste Entfernungsmessung erfolgen.
Aber selbst bei einer grossen Blende sollte nicht nur die Nasenspitze des Motivs sondern auch noch Dinge in einem gewissen Bereich davor und dahinter scharf dargestellt werden.
D.h so schrecklich genau muss die Kamera hier die Entfernung nicht messen.
Bei grösseren Entfernungen ist es dann sowieso egal, da beginnt der Bereich den man bei manuellen Kameras als "unendlich" einstellt, d.h. da wird gar nicht mehr gemessen.
Die guten alten Ritsch-Ratsch-Klick Kameras hatten früher weder Autofocus noch eine manuelle Einstellmöglichkeiten und haben mit ihrem "Fixed Focus" Objektiven ausser im Nahbereich auch so scharfe Fotos hinbekommen.
In welchem Bereich so ein Autofocus misst und einstellt, kann man bestimmt in Datenlättern und Beschreibungen zu besseren Kameras finden.
LinuxFan
07.06.2004, 22:16
Jo, es ging mir ja auch net um eine Kamera :) Ich werde mal über das Thema Entfernugnsmessung schlafen :D Danke!
Kann man nicht auf einen Laser einen Sinus aufmodulieren und die Frequenz dessen so lange erhöhen, bis die empfangene Frequenz der Reflektion genau die umgekehrte Phasenlage hat wie das abgesendete Signal. Dann sollten sie sich doch, wenn man sie mit gleichem Pegel (durch AGC) additiv mischt, eigentlich auslöschen und der Betrag des Signals auf null zurückgehen, was sich auswerten lassen müsste. Für kurze Entfernungen (10cm) würde dies denke ich auch noch gehen, wenn man die Frequenz bis auf ca. 1,5 GHz laufen lässt(Wellenlänge dann ca 20cm). Die Laserdioden können das heut zu tage, sonst wären ja keine Gigabit-Laser-Links möglich.
Es gibt hier eine Realisierung die in diese Richtung geht.
Mit LEDs das ganze Feld mit 20MHz moduliert beleuchten und dann sogar ein Abstandsbild des gesamten Feldes aus der Phasenlage der einzelnen Bildpunkte berechnen.
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1857
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/p_531_3d_tof_principle.jpg
LinuxFan
08.06.2004, 06:44
WoW, ich hab mir das mal durchgelesen: Einzigartig! In den Beiträgen gibt es weiter u nten auch ein Modul für die USB-Schnittstelle.
Gibt es das schon irgendwo zu bestellen?
Ihr wisst nicht zufällig, wie man das ganze dann auswertet? Doch, ich hätte ne Idee: Ich glaube "pink" ist ja die Farbe dafür, das ein Objekt ganz nah ist. Im Prinzip kann man ja ein Programm schreiben, dass wenn es die Farbe pink "sieht", den Roboter anhält :D (das wäre dann die einfachste Variante). Eine andere, etwas komplexere Variante: Prüfen, ob sich ein Objekt auf den Robo zubewegt. Wenn "blau" jetzt eine mittlere Entfernung z.B. darstellt: Das Programm könnte sich erstmal das Bild in grobe Flächen aufteilen. Wenn eine bestimmte Anzahl von Flächen (>= 1) z.B. min. 60 % blau eingefärbt sind, soll sich der Robo das speichern. Wenn dann nach ein paar späteren Messungen bemerkt wird, das ungefähr genauso viele Flächen (es müssten mehr werden -> Optik -> Objekt wird größer dargestellt wenn es näher kommt), und das noch ein weiteres Mal bemerkt wird, sollte der Roboter zunächst langsamer fahren und dann spätestens zum Stillstand kommen, wenn das Objekt "pink" ist. Ist doch klasse, nicht? :D
Du kannst ja mal anfragen was das Gerät kostet. Ich glaube es ist noch etwas neu und könnte auch etwas teuer sein.
Die Auswertung beschäftigt auch noch ein paar Chips gleichzeitig.
Wichtig finde ich, das es soetwas auch schon gibt. Wenn man nur einen Punkt (eine Richtung) gleichzeitig braucht, dann könnte man damit anfangen, erst einmal nur in einer Richtung zu messen.
Dafür kann man dann wie gesagt einen Laser einsetzen der auch weiter reicht als die LEDs, die ja die ganze Fläche beleuchten.
Manfred
Volker-01
08.06.2004, 12:31
Gast vom 7. Juni, 22:42
Hallo,
also für eine Kamera wird es mir nicht reichen, da wir das Halbleiterlabor leider nicht für private Zwecke nutzen dürfen :-(.
Aber mit nem Laser und einer PIN-Photodiode kann ich in den Semesterferien mal versuchen eine Schaltung aufzubauen. Dürfte gar nicht so schwer sein. Würde mich ja vielleicht sogar mal mit nem DSP dran wagen, jetzt da wir das im Studium ja gerade lernen. Dann hab ich in den Semesterferien auch eine kleine beschäftigungstherapie nebenher.
MfG Volker
LinuxFan
08.06.2004, 14:13
Nur leider verstehe ich nicht so ganz, wie das mit einem Laser funktionieren soll: Man hat zwar den Abstand zwischen Laser und Sensor und einen rechten Winkel, doch es fehlt doch noch min. 1 Winkel um das mit den Winkelfunktionen zu berechnen, oder sagt der Sensor mir etwa den Winkel?
@Volker-01 das klingt sehr interessant und vor allem scheint alles nicht gerade leicht aber mehr oder weniger erreichbar zu sein. Ich könnte sicher irgendwie mitmachen.
@LinuxFan ich dachte gerade es wäre von Dir gewesen, aber es war von Gast (Gestern um 23:42, noch vor der Geisterstunde) es ist bei der Kamera wie im Vorschlag mit dem Laser eine Laufzeitmessung ohne Winkelbestimmung.
@sonic was ist mit dem zu schnell? Die 20MHz sind eine feste Frequenz oder vielleicht besser ein voreingestellter Sweep. Es muß sicher noch untersucht werden wie man diesen zur Auswertung der Phasenlage mit der Sendefrequenz mischt, denn dann erhält man je nach Frequenz unterschiedliche Phasenlagen aus deren Abfolge sich ein Signal ergibt das sehr viel besser als nur eine starre Phasenlage mit einem festen Pegel messen läßt.
Es ist dann wieder diese charakteristische Signal mit einer Frequenz, die nicht im Sender vorhanden ist, und das sich dadurch besonders gut störungsfrei verstärken läßt.
Manfred
Volker-01
08.06.2004, 15:25
@Manf Wie gesagt, muss leider noch warten bis die Semesterferien beginnen. Zuerst mal kommen die Klausurwochen, auf die ich zur Zeit hinarbeite. Dann vom 16.07. bis 5.10. Vorlesungsfrei. Davon gehen noch drei Wochen für'n Urlaub drauf. Den Rest hab ich noch nicht weiter verplant.
Was würdest du zu der Idee mit dem DSP sagen? Ich hab zwar noch nie eine Hardware mit DSP selbst aufgebaut, aber schon mit einigen unterschiedlichen MCU's (ATMEL, PIC, 80C517, 80C167,...).
Meine erfahrung im programmieren der DSP's lässt jedoch noch sehr zu wünschen übrig, da in der ersten Teilvorlesung (SS) fast nur die Theorie von der Mathematischen Seite angegangen wird. Erst in MC/DSV kommt die Praxis an der Hardware. Nichts desto trotz bin ich schon immer ein Bastler gewesen und würde mich auch dran wagen. Hast du schon mal was mit DSP realisiert ?
Volker
P.S. so wie ich das hier im Forum sehe, sollte ich wohl mein Roboter-Projekt auch mal in den Ferien Fotografieren, denn das Teil ist auch ganz imposant, wenn auch noch nicht Fretig.
@sonic was ist mit dem zu schnell? Die 20MHz sind eine feste Frequenz oder vielleicht besser ein voreingestellter Sweep.
Nein, Nein, Nein... 8-[ -->ICH<-- war zu schnell ](*,)
Mit dem posten, Sorry :cheesy:
Gruß, Sonic
LinuxFan
08.06.2004, 16:05
Hi!
und wieviel kostet so ein Lasersensor? Wie gibt er dann die Entfernung weiter?
Ich schätze mal als Binärcode in Zentimeter?
also 101 wären demnach beispielsweise 5 cm? Oder wie wird das gemacht? Oder analog?
Volker-01
08.06.2004, 16:34
Das wäre dann eine Sache der Realisierung, wie das Ergebniss weitergegeben wird. Man kann es z.B. über RS232, SPI, I2C, CAN, oder oder oder ...... wietergeben. Kommt nur darauf an, wie die Hardware dann endgültig aussieht. Aber bis da hin geht noch viel Wasser den Bach runter und es sind zudem bestimmt auch noch einige mehr oder weniger grosse Steine aus dem Weg zu räumen. Etwas genaues lässt sich halt jetzt noch gar nicht sagen und ich lasse mich daher auch nicht von vornherein auf irgend etwas festlegen.
Zuerst einmal müsste ein Versuchsaufbau erstellt werden, der die Optischen Probleme löst und die ersten Messwerte in bezug auf Empfangssignal und etwaqige Störungen liefert. Dann müsste man sich um die Signalaufbereitung kümmern und zuletzt die Signalverarbeitung in angriff nehmen. Du siehst also, es handelt sich nicht gerade um ein Projekt, das man mal gerade von heute auf morgen macht. Da geht schon einiges an Zeit für drauf und die kosten sind bestimmt auch nicht gerade so aus der Portokasse zu zahlen.
Zumindest für einen Student.
Gruß Volker
Was würdest du zu der Idee mit dem DSP sagen?
Hast du schon mal was mit DSP realisiert ?
Volker
P.S. so wie ich das hier im Forum sehe, sollte ich wohl mein Roboter-Projekt auch mal in den Ferien Fotografieren, denn das Teil ist auch ganz imposant, wenn auch noch nicht Fretig.
Das ist eine gute Einstellung.
Ein Kollege von mir hat DSP Realisierungen gemacht und ich habe kräftig mitgelitten, ich kann aber nicht sagen daß ich es selbst gemacht hätte. Ich kenne also nur die grobe Linie und nicht die Implementierungsdetails.
Ich habe eine gut dokumemtierte Einführung in DSP, das Gröbste auf 640 Seiten, gut strukturiert. Das allein wäre es Wert überflogen und diskutiert zu werden. Wenn man sich das klarmacht, dann kann man die Schaltung damit relisieren oder auf andere Weise. Ein DSP ist ja immer nur eine Impementierung zu der es auch Alternativen gibt. Aber es ist ein sehr wichtiges Thema.
Ich empfehle also das kostenfreie Buch:
http://www.dspguide.com/pdfbook.htm
Kennst Du das Umfeld aus dem Bereich Nachrichtentechnik schon? , ich hatte den Eindruck.
Manfred
Bei den Kosten meine ich immer, wenn es keine preiswerte Lösung gibt, dann hat man sie nur noch nicht gefunden. So fest die die Anforderungen ja nicht. Nimm beispielsweise den Preis für das tolle Buch.
Excalibur
08.06.2004, 18:52
Wie wäre es mit diesem Aufbau. Ein Laser in der Mitte, rechts und links davon 2 nach vorne gerichtete empfänger. Die Empfänger sind natürlich nicht symetrisch zum Sender angeordnet. Der Sender sendet modulierte und polarisierte Pulse. Vor den Empfängern haben wir Polfilter, gegebenenfalls Rotlicht- oder Tageslichtfilter. Hinter dem Empfänger einen schmallbandigen Bandpaß für die Modulationfrequenz. Jetzt muß die Stärke des Signals qauntitativ erfasst werden. Aus dem Verhältnis der Werte beider Empfänger erhalte ich 2 Winkel. Die Strecke zwichen beiden Empfängern ist bekannt. Danach einfache Trigonometrie.
Das Problem: Gibt es Empfänger, die 1. empfindlich genug dafür sind, 2. zueinander nur geringste Toleranzen haben und die 3. so stabil sind das man die Ergebnisse über Tabellen kalibieren kann. Ansonsten müßte man die Sensoren leider weiter auseinander anbringen. Das Problem dabei, je weiter auseinander, desto größer die Einflüsse der nicht idealen Reflektion.
Je näher die Sensoren bei einander stehen, destobesser müssen die Empfänger sein.
Was haltet Ihr von der Idee.
Michael
dass die entfernung mittels moddulirtem laserlicht gemessen wird, kann ich mir nicht vorstellen, man braucht naemlich halbleiter die bei den frequenzen noch arbeiten und die sind nicht ganz billig. bei manchen kameras geht das ja noch manuell (und sehr zuverlaessig wenn mans kann)
Es gibt hier eine Realisierung die in diese Richtung geht.
Mit LEDs das ganze Feld mit 20MHz moduliert beleuchten und dann sogar ein Abstandsbild des gesamten Feldes aus der Phasenlage der einzelnen Bildpunkte berechnen.
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1857
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/p_531_3d_tof_principle.jpg
Naja gehen tut es schon, es war ja gerade die Rede davon, das man es etwas einfacher machen sollte. Hier wird der Abstand zu mehr als 10.000 Punkten gleichzeitig in Echtzeit gemessen.
Allgemein: Die Schärfe Einstellung bei einer Kamera wird häufig nach dem Helligkeitsunterschied nahe beieinander liegender Bildpunkte eingestellt. Wenn die ausgewählten Punkte beim Einstellen des Objektivs maximale Helligkeitsunterschiede haben dann ist das Bild scharf.
@Excalibur: Die Ideen sind sicher gut aber die Strategie die dahinter steckt kommt noch nicht raus, das müste wohl noch erläutert werden, was die beiden Empfänger unterschiedliches tun und wie ihre Signale zur Entfernungsmessung genutzt werden. Wenn der Sender auf beide Empfänger strahlt warum braucht man dann unterschiedliche Filter? Oder sind die Filter gar nicht unterschiedlich?
Manfred
Volker-01
08.06.2004, 20:49
@hrrh: Die Landvermesser haben Geräte, die mit diesem Verfahren arbeiten und bis auf wenige mm genau messen. Jedoch kann eine einzelne Messung bis zu 60 sec. dauern, da sie bei mehreren verschiedenen Frequenzen messen. Die Daten hab ich erfahren, als ich 1996/97 bei einem Vermessungsteam an der Linachtalsperre einen Tag lang dabei war und mal ein wenig zusehen konnte, wie die ihre Arbeit machen.
Volker-01
08.06.2004, 20:56
@Manf: Das Buch ist echt nicht schlecht, bin da eben glatt drin versunken. Werd mir mal eine Papier-Verion in der FH-Druckerei machen lassen und dann noch ein wenig mehr lesen.
Die erfahrungen, die ich im bereich Nachrichtentechnik gemacht habe, stammen fast alle aus dem Amateurfunk und aus sehr viel eigenem Interesse in sachen Datenübertragung per Funk. Den Bereich Physik hab ich von meinem Onkel.
P.S. hab dir noch ne Private nachricht geschickt.
Matthias
08.06.2004, 20:57
Nochmal @hrrh: Es gibt, ich glaub bei ELV, Lasermodule, die man Modulieren kann. Ich hab das Teil nicht auf die Schelle gefunden, such gleich aber weiter.
Excalibur
09.06.2004, 00:38
@ Manf: 1. Es war so gemeint, das vor den beiden Empfängern die gleichen Filter sitzen. Die Idee dahinter ist, schon vor dem Empfänger soviel irrelevantes Llicht herauszufiltern wie möglich. Also Licht mit der falschen Polarisation und außerhalb der gewünschten Wellenlänge wird vorher ausgefiltert und beeinflußt das Meßergebniss nicht. Die Modulation ist nicht gedacht um über phasenverschiebungen etwas auszuwerten, sondern um das eigene Signal von verbleibenden Fremdlicht noch besser trennen zu können. Das heißt eine Modulation von wenigen Khz sollte reichen.
2. Der Laser strahlt nach vorne. Am Ziel erscheint ein Leuchtpunkt. Das davon reflektierte Licht hat unterschiedlich lange Wege zu den Empfängern, da die sich ja nicht symetrisch vom Sender entfernt befinden. Sondern z.B. 5 cm links und 10 cm rechts. Die Laufzeitunterschiede zu messen ist mit Hobbymitteln wohl nicht möglich. Aber der unterschiedlich lange Weg, führt beim weiter entfernten Empfänger ja auch zu einem geringeren Empfangsignal. Die Differenz sollte mit Hobbymitteln erfassbar sein.
Die Differenz des Signals, sollte das Verhältnis der Winkel der beiden Empfänger zum reflektierten Lichtpunkt darstellen.
MfG
Michael
LinuxFan
09.06.2004, 06:24
Hi
@Excalibur: Aber unterschiedliche Objekte reflektieren auch unterschiedlich stark. So schluckt schwarz mehr Licht als weiß und du bekommst dann beim Enpfänger unterschiedliche Werte.
Was ist denn an Ultraschall so schlecht?
Ja, danke ich habe noch darüber nachgedacht und bin auch auf diese Richtung gekommen. Zum ersten Punkt stimme ich zu.
Polarisation habe ich bisher nicht einbezogen, aber man kennt das ja von Fensterscheiben, unter speziellen Randbedingungen kann man dabei sehr viel gewinnen.
Mit den TSOP Empfängern hat man eine ganze Menge Funktionen preisgünstig realisiert, die man dann im Sender noch ergänzen kann um zu einer wirklich guten Fremdlicht Unterdrückung zu kommen.
Der Internsitätsunterschied der Strahlung durch unterschiedliche Weglänge ist natürlich ein Kriterium das besteht, das aber durch beste Kompensation bestimmt werden müßte. Der Gesamtabstand dürfte nicht zu groß werden um bei der kleinen Basisbreite noch relevant zu sein. Im Beispiel sind die Strecken Objekt Empfänger bei 10cm Abstand immerhin noch 141mm und 112mm bei einem Meter Abstand nur noch 1005mm und 1001,25mm.
Intensitätsunterschiede sind dann entsprechend klein und die Unterschiede in der Relflexionsrichtung sind bei starrem Sender nicht erfassbar. Exemplarstreuungen in Empfindlichkeit und deren Linearität bei den Empfängern müßten auch kompensiert werden. Ideal wäe es hierzu wenn die Empfänger ihre Position tauschen könnten oder ein Empfänger abwechselnd in unterschiedlichem Abstand vom Objekt angeordnet werden könnte. Es käme dann nur noch auf die Homogenität der Richtcharakterisitk des reflektierten Lichtes an.
So ganz begeistert bin ich noch nicht. Irgendetwas feht noch.
Manfred
Excalibur
09.06.2004, 09:34
@LinuxFan Es stimmt unterschiedliche Materialien reflektieren unterschiedlich. aber das wäre in dem Fall unerheblich, weil nicht die absolute reflektionsstärke ausgewertet wird. sondern das verhältnis der Stärke zueinander. Ich finde Ultraschall nicht schlecht, es ist nur nicht Thema dieses Threads. Ursprünglich geht mein Vorschlag ja eigentlich auf das Ortungsverfahren der Flattermänner zurück. Die Billig us-Sensoren die man als hobbyist kaufen, können das leider gerade mal ansatzweise immitieren. Na ja, ursprünglich wurden die ja auch zur Fernsteuerung von Fernsehern entwickelt und sind auf dieser Entwicklungsstufe stehengeblieben. *grins*. Aber der Vergleich zeigt was auf diesem Gebiet eigentlich möglich ist. Nämlich Genauigkeiten von unter einen mm, sowie eine art Materialerkennung.
http://www.informatik.uni-bremen.de/grp/saus/Vortraege/Fledermaeuse/node9.html
@Manf Das mit der unterchiedlichen Reflektionsrichtung ist natürlich ein Problem. Deshalb dachte ich ja auch das die Empfänger nicht zu weit auseinander angebracht werden dürfen, was andererseits aber die Intensitätsunterschiede minimiert. Deine Idee mit einem Empfänger auf wechselnden Positionen aufgreifend. Wie wäre es mit einem Empfänger hinter dem sener der sein licht über spiegel zugeführt bekommt. Abwechselt von links und recht. Damit sollten doch die Fehler die durch Fertigungstoleranzen bei Empfänger und Filter entstehen, sich gegenseitig aufheben.
Das mit dem geringen Unterschied der Entfernung wenn die Basislänge (also die Breite des Meßgerätes) kleiner ist als die Meßentfernung, ist bei der Amplitudenmessung schon ein ernstes Problem. Wenn dann die Empfänger nicht weit auseinander sein sollen wird der Effekt erheblich stören.
Zwei Spiegel kompensieren sich nicht und auch nicht die Empfangscharakteristik des Empfängers geht in die Messung ein, wenn er von unterschiedlichen Seiten das Licht bekommt.
Eine Kompensation der Effekte könnte man mit einer Referenz-Entfernugnsmessung durchführen, aber wie gesagt, den entscheidenden Vorteil des Verfahrens sehe ich bis jetzt nicht.
Wenn die Richtcharakteristik der Reflexion stört, vielleicht sollte man sie als Meßgröße verwenden. Das erinnert mich an einen Kollegen der mir davon berichtet hat, dass er einmal einen hochgenauen Straßenbahndetektor gebaut hat, mit dem er vom Labor aus bestimmen konnte, wann die Straßenbahn nicht sichtbar am Gelände vorbeifährt. Die Beschreibung klang erher nach einer optischen Übertragungsstrecke und das sollte es auch werden, aber die erste zuverlässige Funktion war das Anzeigen, wenn die Straßenbahn vorbeifährt.
Manfred
Excalibur
09.06.2004, 14:23
Den entscheidenden Vorteil des Verfahrens sehe ich darin, das es mit Hobbymitteln zu verwirklichen ist. Vorausgesetzt es funktioniert und das erörtern wir ja gerade.
Die Spiegel komponsieren sich nicht. Das ist klar. Aber die Fehler der Filter und des Empfängers sollten sich kompensieren, da es nur einen Empfänger gibt, wirken sich viele seiner Fehler auf beide Messungen gleich aus und sollten sich dadurch gegeneitig aufheben. Das eine Referenzmessung notwendig ist zur Kalibrierung ist klar. Schon allein wegen dem Linearitätsfehler. Der Gedanke dabei ist, je weniger vermeidbare Fehler das Meßergebnis verfälschen und nicht in die Kalibrierung eingehen, desto besser das Ergebnis. Ich hoffe dadurch ist es auch bei der geringen Basislänge möglich brauchbare Ergebnisse zu erzielen.
MfG
Michael
Excalibur
09.06.2004, 14:26
Ups, ein Problem mit den Spiegeln habe ich gerade selbst entdeckt. Das würde nur bei Stillstand funktionieren, da die Messungen nacheinander und nicht simultan durchgeführt werden.
mfG
Michael
Bei der Kompensation ergibt sich immerhin der gleiche Bewegungsablauf der Spiegel, der eben als Ganzes kompensiert werden muß.
Die Linearität des Sensors geht voll ins Ergebnis ein. Da liegt wohl ein Hauptproblem. Man sollte mal überlegen, in welchem Entferungsbereich gemessen werden soll.
Für die obengenannten Werte mit 5cm und 10cm habe ich einmal das Verhältnis der Entferungen zu den Sensoren in Abhängigkeit von der Meßentfernung in cm aufgetragen.
Der Wert fällt eben recht rasch ab und geht dann irgendwann im Rauschen unter. Wie weit soll es gehen 60cm? darüber ist die Differenz nur noch wenige mm, und das Verhältnis unter 1%.
Manfred
BlueLoop
07.07.2004, 12:27
Mir fallen gerade 2 praktikable Lösungen ein, wobei beide eine Kamera vorraussetzen:
1)
Linienlaser nehmen (die sind heller als wenn man einen rotierenden Spiegel verwendet und nicht so gefährlich, da sie nich stillstehen können, also können sie ruhig 5mW haben) und horizontal, leicht nach unten geneigt, von einer möglichst hohen Stelle des Roboters nach vorne leuchten. Eine Kamera kann jetzt in jeder Spalte die y-Position des Lasers bestimmen und erhält eine Karte der Hindernisse.
Theoretisch geht das sogar mit einer analog Kamera, diese montiert man so um 90° gedreht das zeilen, spalten sind. Jetzt kann man mit einem schnell getakteten PIC/Atmel (der nichts anderes tun sollte) auf den Bildanfang wareten und in jeder Zeile die Zeit messen bis der Puls kommt, das ist dann schon mehr oder weniger die Entfernung.
Das funktioniert tatsächlich, ich hab dazu schonmal eine webseite gesehen, mit bildern, finde sie jetzt aber nicht mehr.
2)
Nur Entfernung in eine Richtung messen. Laserpointer nach vorne abstrahlen (möglichst moduliert mit 38kHz) horizintal dazu in einigen cm Entfernung eine Linse die das Bild vor dem Robo auf eine Platine projeziert, auf der 5-10 Photodioden angebracht sind. Je nach Empfernung bekommt eine andere Diode das stärkste Signal. Besser eignet sich dazu ein 32 oder 64er Diodenarry wie es bei Conrad gibt. Die Zwischenwerte können getrost interpoliert werden.
Hi,
wenn ich deinen 2ten Vorschlag richtig deute soll darin der Bereich vor dem Roboter geflimt und das Bild auf die Foto Dioden projeziert werden?
Also Quasi <Monitor + Linse + Diode> bilden die verbindung zum MC?
Ist es nicht moeglichmit einer linse direkt das "Bild" auf son Dioden Array zu prokezieren?
Das würde bedeuten man baut sich eine Digicam sleber..und dann wieder die Brennweite...
Also ohne Camera gehts nich....?!?!?!?
mfg
Involut
BlueNature
06.08.2004, 16:17
Mit Laser kann man nicht auf der gleichen Achse messen wie die der Strahlrichtung. Das hab ich auch schon mal aus Spass durchgerechnet und es ist mit normalen Mitteln nie möglich.
Die einzigste Möglichkeit die ich noch sehe ist ein rotierender Spiegel der das Laserlicht auf einer horizontalen Linie auslenkt. Der Spiegel oder das Prisma müsste einen Triggerpunkt besitzen und damit den Anfang der Oszillation als Flanke liefern an eine Zeitmessung die dann gestartet wird. In einem Winkel der bekannt ist und der genau auf der selben Höhe der Laserlienie liegt müsste man den Moment als Stopbedingung verwenden an dem ein Lichtimpuls von der Linie die auf das Objekt projeziert wird einen Lichtblitz liefert. Die Differenz ist dann die Distanz. Das Ergebnis ist dann aber recht komplex zu errechnen und man braucht Sin/Cos-Gleichungen. Zusem müssen die Sende und Empfängereinheit möglichst weit auseinanderliegen um eine genaue Messung zu erreichen. Zudem mus die Drehzahl des rotierenden Spiegels sehr genau geregelt werden in der Drehzahl. Also exakt konstante Drehzahl, sonst ist die Delta-Zeit nichts wert.
Viel Spass dabei. Sick ist billiger und sicherer in der Funktion.
Grüsse Wolfgang
Mit Laser kann man nicht auf der gleichen Achse messen wie die der Strahlrichtung. Das hab ich auch schon mal aus Spass durchgerechnet und es ist mit normalen Mitteln nie möglich.
Das Gerät auf de Seite vorher mißt aber schon auf der Achse, aber das arbeitet vielleicht nicht mit normalen Mitteln es kostet ja auch mehr als 300Euro.
Die einzigste Möglichkeit die ich noch sehe ist ein rotierender Spiegel der das Laserlicht auf einer horizontalen Linie auslenkt. .... Das Ergebnis ist dann aber recht komplex zu errechnen und man braucht Sin/Cos-Gleichungen.
Ein bischen rechnen muß man meistens, wenn man einen Sensor selbst baut, wenn er dann gebaut ist, dan liest man den Wert eben noch ab.
Manfred
Hi Manf,
du hast dir doch die TSOP's schon genauer angeschaut. Ich bin immer noch am Überlegen was für einen Sensor man am besten für die "Laserabstandsmessung" aus unserem alten Thread nehmen könnte und ein TSOP wäre doch im statischen Betrieb durchaus dafür geeignet.
Wenn sich der Strahl allerdings bewegt, dann kommt man zur Preisfrage.
Wie schnell darf er sich bewegen um noch ein erkanntes Signal auszulösen. Bzw. wieviele Pulse braucht der um ein Signal zu erkennen?
Weist du das zufällig?
Gruß, Sonic
Nach 5 Pulsen mitllerer Leistung kommt das Signal am Ausgang. Bei schwächeren Signalen vielleicht bis 7-8 Pulse. Später kommt nichts sicheres mehr.
Manfred
HI
Ich lebe in Basel und habe diesen interessanten Chat gefunden. Ich freue mich über den Hinweis :
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1857
Der hat mir sehr weitergeholfen. Danke Dir =D>
Michael W
Der Dank ging an Robotik Einstein alias Manf oder war es anders herum?
Auf jeden Fall Danke !!!!
Michael W
gruess euch, ..mein erster betrag;
mein vorschlag: den gesamten autofocus der kamera ausbauen und vom af-motor eventuell mit poti den abstand erhalten
billig
http://electronics.howstuffworks.com/autofocus2.htm
oder elegant
http://electronics.howstuffworks.com/autofocus3.htm
kann sich das jemand vorstellen ?
Es sind die wesentlichen Verfahren genannt: Laufzeit, Triangulation und Bildschärfe.
Für die Laufzeitmessung gibt es die separaten US Wandler SRF08, für die Triangulation die Sharp Sensoren.
Für die "elegante Methode" muß ja die Kamera mit Bildauswertung aktiv sein. Das gibt es nicht separat und wäre etwas neues.
Leider ist die Genauigkeit an die Erfordernisse der Kamera angepasst und nur im Makro Bereich genau, ab 50cm verliert sich die Genauigkeit erheblich. Die Genauigkeit wird durch die anderen Verfahren leicht erreicht. Speziell wenn die Strecke mit Poti ausgemessen werden soll.
Die nächste Steigerung wäre das Ausmessen der Linsenposition durch die Streckenmeßsensoren der Kamera für manual Focus Betrieb, die in der Kopfnuss-Rubrik angesprochen sind.
Hast Du vor das Thema weiter zu verfolgen?
Manfred
naja...hab mir gedacht, wenn man schon mal eine spiegelreflexdigicam hat kann man ja auch gleich was sinnvolles daraus machen ;P
..aber danke fuer den hinweis O:)
Ich habe in der letzten Zeit ein paar alte Zoomobjektive untersucht und bin erstaunt wieviel präzise Steuerungs und Meßtechnik darin zu Consumer Preisen enthalten ist.
Die "kleinsten" Schrittmotoren beispielsweise mit 2mm Spindeltrieb und 30mA Spulenstrom zur Linearpositionierung im Zehntel bis Hunderstel mm Bereich finde ich faszinierend.
Manfred
Warum versucht ihr es nicht doch mit einer Laufzeitmessung?
So weit ich weiß Funktionieren einige Abstandmessgeräte nach diesem Prinzip.
Laser -> Triangulation
US -> Laufzeit
Sehr viel mehr ist im Bastelbereich schlecht machbar. Profis haben mehr Wissen und auch mehr Möglichkeiten.
Schau mal hier: www.acam.de
Mit TDC's ist die Zeitmessung nicht mehr das Hauptproblem.
hallo, ich höre hier immer mit laserlicht hier und laserlicht da.
seit ihr auch in der lage die sicherheitsbestimmungen einzuhalten falls sich menschen in der experimentiergruppe befinden. manchmal habe ich den eindruck bei euch gehts nach dem motto: dran, drüber drauf und hauruck ohne über das leben andere nachzudenken.
mfg pebisoft
Mit TDC's ist die Zeitmessung nicht mehr das Hauptproblem.
Ich glaub nicht, daß die Zeitmessung selbst das Hauptproblem sein wird.
Man kann immer eine schnelle Rampe mit einem Trigger abtasten und schon mit einfachen Mitteln beispielsweise auf einem Steckbrett eine 5ns Rampe (mit Multisampling zur effektiven Reduktion des Abtasterwiderstands) in 256 Spannungswerte auflösen.
Schwieriger wird es schon sein, das schwache Singal mit hoher zeitlicher Auflösung unabhängig vom Reflexionsfaktor des Meßobjektes zu bewerten. Ich gehe davon aus, daß bei den guten Geräten dort der Aufwand steckt und für jede Messung ein automatischer Abgleichvorgang läuft.
Auch die Optik wird parallaxefrei mit Strahlteilern arbeiten müssen um für alle Entferungen die optimale Lichtausbeute zu erhalten.
Alles nicht unmöglich aber zum Teil etwas ungewohnt und mit einigem Aufwand beim Aufbau verbunden.
Hast Du dafür Vorschläge?
Manfred
Zur Optik (ist ja immer das was nie so funktioniert wie man meint bzw. wie es soll): Filter und Linse wird schon sein müssen damit es auch bei größeren Abständen funktioniert.
Ich dachte die Zeitmessung mit hoher Auflösung sei das Problem.
Signal: wie wärs damit...
(nach dem z. B. Transimpedanzverstärker)
1. Fotostrom messen
2. Laser einschalten und wieder messen
3. Komparator auf 50% Signaldifferenz
4. Laser aus und Start der Zeitmessung
5. Stop sobald Komparator unter 50% Signal
Mögliche Erweiterung:
Linienlaser parallel zum Boden
Mehrere Fotodioden und Multistopp des TDC's nutzen.
Aus der Zeitdifferenz der Fotodioden untereinander und über Triangulation Abstand und Richtung des nächsten Objekts errechnen.
Was hältst du davon?
Wolfgang
Man könnt' doch auch die geschwindigkeit des Robbys anhand der Rot-Blauverschiebung messen.
Du meinst den Dopplereffekt nutzen? Spektrometer?
Ja, wenn er schnell fährt, wird er rot vor Anstrengung
Filter und Linse oder Spiegel sind sicher nötig, speziell für den Rückweg, wenn auf dem Hinweg ein Laser mit Kollimator eingsetzt wird. Ich meine auch man wird mit Einspiegelung über einen Strahlteiler die Parallaxe ausschalten müssen damit den den Lichtfleck nicht erst suchen muß.
Bei der Signalverarbeitung wird man sich wohl richtig Mühe geben müssen und die verfügbare Dynamik des Verstärkers voll in die Filterung einbringen. Der Verstärker ist ja schnell, er soll die zeitliche Auflösung ermöglichen. Da kann man die Schaltschwelle auch mit Hilfe des Mittelwerts bei einer schnellen Pulsfolge ermitteln. Da auch die Amplitude beim Abgleich mit der schnellen Pulsfolge gemessen werden kann, müßte sie auch zur Bestimmung des Triggerpegels herangezogen werden. Wenn so gemessen wird, dann braucht man nicht den gesamten Frequenzbereich durch den Empfänger zu verstärken. Es müßte vor allem möglich sein, den Gleichpegel und tiefe Frequenzen auszuflitern.
Dann mehrfach messen. Zeit genug für mehrere Messungen wird man ja haben.
Manfred
Verstehe noch nicht so ganz, was du mit der Einspiegelung meinst.
Laser: Am besten vielleicht ein VCSEL. Strahl lässt sich leicht kollimieren und der unterliegt nur geringen Leistungsschwankungen.
Wie du das mit der Signalverarbeitung meinst versteh ich ebenfalls nur zum Teil. Kannst du evtl. mal eine Skizze machen?
Wolfgang
was du mit der Einspiegelung meinst.
Die Parallaxe auschließen und den Strahl hin und zurück auf der identischen Achse führen. Im Meßgerät dann halt teilen zwischen Sender und Empfänger. Mit einem Strahlteiler, einem halbdurchlässigen Spiegel.
Zum Empfänger: Alles was an Bandbreite durchgeht und nicht für das Nutzsignal notwendig ist, verringert den Signal-Rauschabstand oder -Störabstand wenn es sich um Signale aus der Umgebung handelt.
Die Form des Nutzsignals muß in jedem Fall einen schnellen Anstieg ermöglichen, sie hat aber nach dem schnellen Anstieg kaum noch Bedeutung, was später kommt trägt nur wenig zur Zeitinfomation bei.
Deshalb sollten tiefe Frequenzen ausgefiltert werden vor allem auch DC. Die Signalform bezüglich Schwellwert und Signalamplitude kann in der Amplitudenabgleichphase gemessen werden in der noch nicht die Zeit aufgenommen wird.
Manfred
Ich hätte jetzt gesagt, dass ein Parallaxenfehler vernachlässigt werden kann. Die Mindestentfernung muß vermutlich sowieso mindestens 1-2 Meter betragen. Den Signalverlust durch den Spiegel fänd ich jetzt auf Anhieb erstmal kritischer.
Elektrisch ist jetzt klar.
Mal schauen ob ich ein paar Muster TDCs bekommen kann.
Wolfgang
Hier mal die AppNotes von ACAM zum Thema Entfernungsmessung:http://www.acam.de/Documents/English/AN001_e.pdf
Der Vorgeschlagene Messaufbau ähnelt dem von Manfred.
Wolfgang
Ein TDC-GP1 von ACAM kostet 23€.
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