Laser Führungssystem? Oder doch ganz anders? Rat gesucht!

Hallo liebe Forengemeinde,

ich hätte da mal eine Aufgabe, für die ich eine betriebssichere, präzise und möglichst einfache Lösung benötige. Ich beschreibe erst einmal eine gedankliche Umgebung, um daran anschliessend die Aufgabe anzuhängen.

Man stelle sich eine glatte, schnurgerade Fahrbahn vor, welche allerdings u.U. auch leicht positiv (Hügel) oder negativ (Tal) gewölbt sein könnte. Diese Fahrbahn ist 100m oder länger, höchstens aber 500m lang.
Man stelle sich im Weiteren eine autarke Maschine vor (Kubus mit angenommenen 1m Kantenlänge), welche diese Fahrbahn mit einer Geschwindigkeit zwischen 5cm/sek. bis 40cm/sek. in die eine Richtung befahren soll, den Rückweg allerdings mit erreichbarer Höchstgeschwindigkeit von angenommenen 2m/sek.
Die Maschine selbst ist angetrieben von 4 Schrittmotoren, welche direkt in den Felgen integriert sind. Jede Achse ist einzeln lenkbar im Bereich von +90° bis -90°, also kann die Maschine sich auch seitwärts im Winkel von 90° zur Fahrbahn bewegen resp. annährend auf der Stelle drehen.

Die Aufgabe besteht nun darin, das diese Maschine einen Streifen von angenommenen 100mm über die ganze Fahrbahn ziehen muss, ohne dabei mehr als 5mm aus der Spur zu kommen. Im Weiteren muss die Maschine weitere Streifen neben den ersten Streifen legen können, möglichst ohne Lücke resp Überlappung zum vorhergehenden Streifen.
Auch wäre es gut, wenn die Maschine über vorgegebene Parameter selbst die zu fahrende Spur findet und den Rückweg neben dieser gelegten Spur fährt.

Meine erste Idee war ein Laser auf einem Stativ, an dem sich die Maschine langhangeln kann, wenn einmal eingerichtet. Diese Idee hat aber etliche Haken: Wenn man den Detektor auf der Maschine nicht horizontal (Spurversatz) und vertikal (Hügel/Täler) nachführt, müsste man für jede Spur den Beam neu stellen und ausgerichten; auch der Rückweg müsste dann in dieser gelegten Spur erfolgen. Sollte die Maschine, sei es durch Seitenwindböen, Steinchen auf der Fahrbahn o.a. Umgebungseinflüsse einmal den Beam verlieren, hat sie kaum eine Change, den Beam selbstständig wiederzufinden.


Gesucht wird also eine telemetrische Lösung, um die Maschine in die Lage zu versetzen, jedweden Punkt dieser gedachten Fahrbahn ansteuern und jedwede Linie entlang der Fahrbahn bearbeiten zu können.
Acho: GPS fällt natürlich aus, da zu ungenau und auch nicht überall verfügbar (z.B. Hallen u.ä. überdachte Strecken).


... irgendwer eine zündende Idee?

Das ist ja ganz schön anspruchsvoll: 5mm genau auf 500000mm

Zitat:

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Zitat von M_I_B

Meine erste Idee war ein Laser auf einem Stativ, an dem sich die Maschine langhangeln kann, wenn einmal eingerichtet. ...

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Bevor du dir über die Implementation Gedanken machst,

Zitat:

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Diese Idee hat aber etliche Haken: ...

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probier mal folgendes: Nim einen Laserpointer und schau dir den Lichtfleck in 100m Entfernung an. Ist er größer als deine genannten 5mm, wird es schwierig mit einem einfachen Laser.

Denk das Problem auch mal rückwärts. Mit welchen Mitteln kannst du aus 500m Entfernung feststellen, daß dein Fahrzeug 5mm aus der Spur ist. Mit demselben Verfahren kannst es dann auch in der Spur halten.

MfG Klebwax

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Das ist ja ganz schön anspruchsvoll: 5mm genau auf 500000mm

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Nun ja, einfach kann ja jeder ;) Aber als so anspruchsvoll empfinde ich das gar nicht ...

Zitat:

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Zitat von Klebwax

... Laserpointer und schau dir den Lichtfleck in 100m Entfernung an. Ist er größer als deine genannten 5mm, wird es schwierig mit einem einfachen Laser.

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Das ist m.E. Nebensache. Auch wenn der Fleck grösser als z.B. 30cm ist, so ist doch das Strahlungsmaxima immer noch im Zentrum. Es wäre hier also immer noch eine differentielle Auswertung möglich... theoretisch zumindest. Aber wie gesagt ist mir diese Lösung eh mit zu vielen Kanten und Ösen unangenehm.

Zitat:

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Zitat von Klebwax

... Mit welchen Mitteln kannst du aus 500m Entfernung feststellen, daß dein Fahrzeug 5mm aus der Spur ist. Mit demselben Verfahren kannst es dann auch in der Spur halten.

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Also so aus dem Stegreif fällt mir keine direkte Möglichkeit ein, diese Abweichung auf diese Entfernung feststellen zu können. Auch mit einem super Fernrohr fehlt zur Feststellung immer ein Referenzpunkt...
Aber im Grunde muss ich am Anfahng der Bahn ja auch nicht die Abweichung feststellen können, sondern die Mascheng direkt an ihrem aktuellen Standort ...

Hallo,

aber einen Referenzpunkt benötigst Du ja mit dem Laser auch.

Um mal beim Laser zu bleiben: Vielleicht kann man mit eine kleine Matrix aus Photodioden aufbauen und dann den Laser auf die Mitte (eine bestimmte Diode) ausrichten. Wenn jetzt die Diode nicht mehr richtig getroffen wird, dann sinkt deren Durchlasswert und Eine daneben steigt an. Dann könnte man nachregeln. Wenn der Strahl breiter wird, könnte man das so regeln das die daneben liegenden Dioden in etwa gleichmässig im Wert steigen müssen.

Das Problem ist denke ich die von Dir beschriebene Berg- und Talfahrt und das nächste Problem der gewünschte Seitenversatz auf der Fahrbahn für die andere Streifen.
Die Berg- und Talfahrt könnte die Maschine mit einer hoch und runter verfahrbaren Matrix erledigen bzw die Dioden die übereinder liegen, also senkrecht in der Matrix, sind in den Spalten gleichwertig und wenn die obere oder untere getroffen weiß die Maschine das es einen Höhenversatz gibt - was auch völlig egal für die Maschine sein könnte, weil es ja um die Seitenabweichung geht.
Wie breit ist die Fahrbahn? Den Laser könnte man auf ein Gestell verfahren lassen das senkrecht zu Fahrtrichtung steht, dann spart man sich des seitliche verfahren der Matrix auf der Maschine.

EDIT: Oder man macht die Matrix gleich so breit das sie über die ganze Maschien reicht, und wenn jetzt eine neue Linie zu machen ist, dann setzt man die relavaten dioden im Programm entsprechend um.

Wie schnell trocknet die Farbe?

... jupp, genau so war es ursprünglich von mir geplant und erste Versuche haben auch ganz gut funktioniert. Ich habe allerdings mit zwei Lasern übereinander probiert, da ich über jeder Achse einen Sensor angedacht hatte, so das vorne und hinten unabhängig voneinander nachgesteuert werden kann. Aber vom Prinzip her genau das, was Du dargestellt hast.
Die Idee mit dem Schienensystem zum Versetzen des Lasers hatte ich allerding noch nicht. Die Idee finde ich ziemlich gut, wenn, ja wenn da nicht der enorme Platzbedarf beim Transport entstehen würde. Letztlich muss das ganze Geraffel transportabel sein und auf eine Europalette resp. diese Paletten passen, die man in den Frachtraum eines Überseefliegers schiebt. Gerade bei Letztgenanntem ist nicht nur das Volumen, sondern auch das Gewicht ein nicht ganz unerheblicher Faktor. Ok, diese Informationen hatte ich im Eingangspost unterschlagen, was ich zu entschuldigen bitte.

Mir kommt da gerade was... Wie machen das denn die riesigen HiTech Land- und Erntemaschinen? Ich sah da mal was, wo an den Ecken des Feldes Geräte aufgestellt wurden, an denen sich die Maschinen orientiert haben und fast auf den mm genau ihre Bahnen zogen... Weiss da jemand was über Aufbau und Funktionsweise dieser Systeme?

Zitat:

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Zitat von M_I_B

... jupp, genau so war es ursprünglich von mir geplant und erste Versuche haben auch ganz gut funktioniert.

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Na dann hast du ja schon einiges erreicht. Welche von deinen oben genannten Bedingungen hast du dabei erfüllt und welche nicht? Beschreib das doch mal, das hilft beim Überlegen.

MfG Klebwax

... wie gesagt waren das nur Vorversuche ohne Fahrzeug darunter. Detektor bestand je Strahl aus einem schwarzen PE-Rohr, jeweils am Ende resp. Anfang mit 3 Fototransistoren bestückt im 120° Versatz, welche jeweils auf eine Schaltung aus OP's arbeiteten. Damit konnte ich auf ca. 170m (mehr Platz hatte ich nicht) Genauigkeiten von etwa 1-2mm hor. und 2-3mm vert. erreichen. Als Laser dienten LowCost ePray Teile in rot mit etwa 2mW, wenn man den Angaben darauf denn vertrauen kann. Die sind mit ihrer Plastelinse und dem inhomogenen Strahlengang alles andere als perfekt, aber sie lagen halt noch in der Schrammelkiste rum...
Das funktioniert also recht gut, ist aber in der Praxis schlecht einsetzbar (siehe Beiträge oben).
Wie gesagt soll die Mascheng später vollkommen autark die vorgegebenen Aktionen ausführen können und muß dafür natürlich selbstständig den Arbeitsbereich aufsuchen und bearbeiten können. D.h. im Klartext, das die Mascheng schon bei Einfahrt in den Arbeitsbereich wissen muß, wo genau sie sich befindet. Das ist mit dieser Konstruktion nicht umsetzbar, auch wenn mich die o.g. LowCost "eben mal hingefrickelt"- Lösung bezgl. ihrer Genauigkeit doch etwas überrascht hat.

Ehrlich gesagt bin ich nun etwas enttäuscht, denn es war in der Aufgabenstellung auch niemals die Rede von das Ding soll "ALLES" allein machen, vermutlich soll es auch schon selbst wissen, wie es mit der Bahn oder dem Flieger zur nächsten Baustelle kommt bzw sich auch noch selbst verladen. Es stellt vermutlich auch das Einmeßsytem selbst auf und richtet sich dann korrekt aus. Sorry, aber jetzt ist mir Deine Aufgabe nun doch irgendwie fremd geworden.

Viele Erfolg

Na klar doch! War Dir das nicht klar?!? Natürlich soll es sich selbst in ein Flugzeug verwandeln können, welches mich zum Zielort gleich mitnimmt, sich dort in eine Limo wandeln, um an den Arbeitsort gefahren zu werden, sich sodann zu der gedachten Arbeitsmaschine wandeln, nicht aber, ohne meinen Gästen und mir vorher entsprechende Drinks gemixt zu haben... War doch klar, oder nicht?!

... au backe, man kann es tatsächlich auch echt total überzeichnet darstellen :naughty: Von einem Forenprofi wie Dir hätte ich etwas anderes erwartet... aber so ist's halt ^^

Was genaueres als Laser fällt mir für diese Entfernung nicht ein.

Du brauchtst im Prinzip eigentlich 2 Sensoren. Der eine liefert dir die Abweichung von deiner Sollposition, der andere die Winkelabweichung deines Fahrzeugs. 3 Sensoren sind möglicherweise noch besser: einer (grob) für den Winkel, ein zweiter (grob) für die Position und einer (fein) für die genaue Position, den genauen Winkel, so wie dein PE-Rohr. Das muß ja schon ziemlich genau ausgerichtet sein, um etwas sinnvolles messen zu können.

Um mit dem vertikalen Winkelversatz durch die Berg- und Talfahrt klar zu kommen, könnte man auch einen Linienlaser verwenden.

MfG Klebwax

Hallo,

Was spricht gegen eine Kamera?
Ist auch nur eine Diodenmatrix ;-)

Einen einzelnen Punkt zu erkennen, ist per Software auch nicht so schwierig, heute kann man schon viel komplexere Dinge erkennen.
Man kann den Punkt noch mit der Bildfrequenz modulieren, sodass er z.B. auf jedem 3ten Bild gerade dunkel ist, dann wird die Erkennung noch einfacher.

Allerdings braucht man für die danebenliegenden Streifen noch den Abstand zum zur Lichtquelle, damit man den Parallaxenfehler kompensieren kann, sonst malt das Ding einen Stern.
Die Genauigkeit müsste noch besser werden, wenn man 2 Kameras nimmt und diese z.B. 1m in der Längsachse versetzt montiert.

Müsste man mal aufzeichnen und alles in Winkelfehler umrechnen, aber dazu bin ich zu faul :rolleyes:

MfG Peter(TOO)

:-b Diese Idee hatten wir auch schon, da wir solche Systeme eh für die Spurhaltung unserer bemannten Messfahrzeuge einsetzen. Erste Versuche damit sind aber, auch mit 2 Kameras, elendig gescheitert, da die zu Grunde liegenden Strecken einfach viel zu unterschiedlich sind und z.T. keinen dafür brauchbar auswertbaren Rand haben. Letztlich hätten wir das sowieso verwerfen müssen, da über ein solches System der aktuelle Standpunkt der Maschine nicht ermittelbar ist.

Zwischenzeitlich (gestern Nachmittag) hatte ich aber eine Idee, die wir heute mal provisorisch testen: Triangulation über an den 4 Ecken des Feldes aufgestellte Linienlaser und rotierender Parabolspiegel auf dem FZ... Eigentlich würden 2 Laser reichen, aber der Genauigkeit wegen (Mittelwert aus den 4 gewonnenen Triangulationswerten) versuchen wir's mal mit 4. Bei einer Auflösung von 6400 Steps (0,9° Stepper im µStep) müsste sich damit eine verdammt gute Auflösung herzaubern lassen.

... schauen wir wal ;)

Na toll, da ließt man bis zum Ende um den 3. Messpunkt hinzuschreiben und dann schreibt der Typ da schon von Triangulation. :-)
Deine Lasermethode scheint ja schon ganz gut funktioniert zu haben. Wann das dann mitm Dreieck, Quadrat oder Raster verfeinert wird, bist du doch aufm guten weg.

Um Korrekturen durchzuführen und Abweichungen beim Fahren festzustellen kannst du evtl noch mitm gyrosensor ausm modellbau gegenmessen,
die sind inzwischen auch bezahlbar, wobei ich nicht weiß ob einen helikopter stabil zu halten mit geradeausfahren vergleichbar ist.

Kommt das Ding in den Straßenbau??
Oder Rollrasen?

Besteht die Möglichkeit die Strecke mit einem kleinen genauen Gerät vorzuzeichnen,
und dann mit der Arbeitsmaschine zu folgen? Gerade beim Arbeiten stelle ich mir eine exakte Messung/Nachführung bei Bodenunbeneheiten und Vibrationen schwerer vor.

Hat wer von euch ein Funkerzeugnis?
Dann könntest du ein Peilsignal aufstellen und mit zwei Sendern unterschiedlicher Frequenz ist der Standort der Maschine sofort ermittelbar.
Ich hab keine Ahnung wie genau das arbeiten würde, ich weiß nur das GPS und Luftfahrtnavigation nach ähnlichem Prinzip arbeiten.

Dem Laser gegenüber hätte das auf jeden Fall den Vorteil, dass dieses System durch Staub nicht "blind" zu kriegen wäre.

Das Berg-und-Tal-Problem bekommt man durch 3 Laser in den Griff, wobei mit einem Spiegelsystem 2 durch einen ersetzt werden können. Es sind dann immer beide Laser aktiv, loten aber einem Z-X und im anderen Falle Z-Y aus. Im Fokuspunkt , genauer anhand dessen Verlaufes, kann man die Höhenänderung und das Seitengefälle messen. Die Zielverfolgung des grösser werdenden Laserpunktes in der Entfernung kann optisch ausgeglichen werden indem man die optik in der Nähe unscharf macht - also die Punktbreiten konstant hält. Dann gibt es genug Überlappung und es kann sensorisch ausgewertet werden. Wie bereits erwähnt, ist die Breite ein untergeordnetes Problem, solange genug Licht zurückkommt.