Ideias para medir a posição 2D de um objeto restrito ao plano XY


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Estou trabalhando em um projeto e surgiu um aspecto em que eu gostaria de medir (rastrear continuamente) a posição X e Y de um objeto em um plano 2D. O objeto é movido por uma pessoa, com o movimento do objeto restrito ao plano 2D (portanto, nenhum deslocamento no eixo Z).

image1

Restrições:

  • Gostaria de medir a resolução da posição de 1 mm, idealmente 0,5 mm ou melhor.
  • O espaço sobre o qual o objeto se move é de 30 cm x 30 cm.
  • Qualquer que seja o método de medição que eu use, não deve restringir significativamente o movimento do objeto.
  • Além disso, suponha que o plano no qual o objeto se move é o ar, e NÃO uma superfície sólida real (por razões específicas do projeto que são difíceis de verbalizar).
  • A boa notícia é: O objeto está completamente OK para ser modificado conforme necessário (LED na parte superior, anexos de cordas ou qualquer outra coisa).

Qual poderia ser um método para obter esse tipo de resolução?

Estou considerando várias abordagens, mas não sei se alguma delas atenderá ao requisito de resolução. Como não há muitas restrições no meu sistema existente, estou bem com uma implementação complexa / volumosa, desde que seja suficientemente precisa.

Aqui estão algumas das minhas idéias até agora:

(1) sensores de alcance baseados em infravermelho (na verdade, são necessários apenas dois) image2

(2) Dois compassos de calibre / micrômetros longos conectados do objeto aos lados image3

(3) Duas cordas, cada uma conectada do objeto a uma folha de strain gage livremente dobrada no lado image4


Estranhamente, não está me deixando inserir imagens. Um momento, por favor ...
boardbite 28/09/12

Você poderia construir um theremin!
NickHalden

@ Nick: De acordo com minha rápida leitura na Wikipedia, o theremin funciona usando a mão como uma placa de um capacitor (como parte de um circuito de LC). Isso funcionaria acima de 30 cm (nunca joguei um theremin) e permitiria uma resolução de 0,5 mm?
boardbite

A faixa de 30 cm não seria um problema. Eu ficaria muito surpreso se você pudesse obter uma resolução de 0,5 mm. Tenho certeza de que isso pode ser feito com uma boa filtragem e processamento de sinal ... mas não seria o único a perguntar sobre isso. Portanto, minha sugestão é um comentário, não uma resposta.
NickHalden

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Coloque um potenciômetro em um canto e prenda um braço rotativo nele. Em seguida, no final deste braço, coloque novamente outro potenciômetro com outro braço. O final do segundo braço é movido para as várias posições e, em seguida, os potenciômetros são proporcionais ao ângulo que fazem. Com um pouco de matemática, você pode calcular a posição exata.
precisa saber é

Respostas:


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Ideia 4: isso lhe dará a melhor precisão. Você precisará do seguinte:

Corrediça linear Encoder Linkage

Anexe um codificador linear a cada slide linear. Disponha os dois slides 90º um do outro e prenda o objeto aos controles deslizantes usando as ligações. Codificadores lineares como este são usados ​​para aplicações de medição de precisão. Usando esse método, você pode facilmente obter uma resolução de 0,01 mm e precisão de 0,1 mm e provavelmente fará muito melhor que isso.


Haha, esta está sendo a resposta mais abrangente (e uma contribuição individual;) para uma pergunta de rastreamento de posição de todos os tempos!
boardbite

Isso é um pouco semelhante, embora com uma resolução melhor do que minha possibilidade declarada de dois compassos de calibre (que eu sei que são baratos). Alguma idéia de quanto esses codificadores lineares são caros?
boardbite

Você pode adquirir codificadores lineares no eBay por menos de £ 200. Os rolamentos lineares também podem ser caros, mas sua aplicação poderá se safar com os cilíndricos mais baratos.
Rocketmagnet

Notado. De fato, o custo não é um fator muito grande, pois esse é apenas um projeto único. No entanto, estou preocupado se esse método em particular pode impedir um pouco o movimento ou os codificadores não são muito atritos ou pesados? (I apenas editada a questão de estado que o objecto deve ser permitido para ser movido um pouco livremente)
boardbite

Os codificadores são sem contato. O único atrito virá dos mancais lineares, que serão de muito baixo atrito. Se você deseja atrito zero, use rolamentos de ar.
Rocketmagnet

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Ideia 3: Use uma câmera. Não sei quais restrições você tem no seu objeto, mas se você pode adicionar um pequeno LED, rastrear com uma câmera pode ser uma bobagem.

Rastreamento de LED

Jennifer aqui ostenta uma variedade de rastreadores de LED vermelhos. Perfeito para deslumbrar e confundir seus amigos.

Sincronize o LED para piscar a tempo com a taxa de quadros da câmera, para obter uma imagem com o LED aceso e outra com o LED apagado. Subtraia as imagens e a localização do LED dentro da imagem é trivial.

Como alternativa, adicione um filtro de infravermelho à camea, LEDs de infravermelho ao redor da lente e armazene um marcador retrorrefletor no objeto. Isso deve aparecer muito mais brilhante que o objeto ou o ambiente.

Fita retro-reflexiva

Alex está modelando algumas fitas retrorrefletoras que a mãe o fez usar na bolsa.


Atualizei a pergunta para afirmar que o objeto está realmente aberto a modificações / anexos.
boardbite

Eu gosto da subtração de imagem com a idéia de LED piscando. Para maior clareza, você poderia adicionar à resposta um comentário sobre a resolução alcançável? Fiz um comentário na seção Comentários acima, afirmando que uma imagem de 300X300 pixels seria suficiente (teoricamente) para resolver com precisão de 1 mm. Mas o fato de um LED não ser uma fonte pontual pode reduzir um pouco a resolução.
boardbite

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Idéia 1: use dois potenciômetros de corda .

String Pot

Organize-os a cerca de 90º de distância e a 1m do quadrado, para que o objeto se mova, você pode medir a distância entre o objeto e o pote. Você pode usar alguma trigonometria para calcular a posição exata. Eu já vi isso feito e funciona bem. Você pode obter a precisão? Você deve fazer o seguinte:

  • Organize os vasos de maneira a fazer uso de cerca de 80% do seu alcance.
  • Faça o buffer dos sinais dos potes com os seguidores do amplificador operacional (opamps de precisão de boa qualidade).
  • Use um ADC de 12 bits de boa qualidade, com uma PCB adequadamente projetada.
  • Torne o sistema mecanicamente sólido e rígido.
  • Verifique se as cordas emergem de um pequeno orifício.

Dessa forma, você pode esperar atingir um intervalo ADC de cerca de 3000 etapas. Isso fornece uma resolução de cerca de 0,1 mm. Agora, para obter a precisão. Você precisará calibrar o sistema com cuidado. Meça com precisão a posição do objeto em vários locais e correlacione essas leituras com as medições. Isso pode facilmente fornecer precisão de 1 mm.


Uau, eu não sabia que essas coisas exatas existiam, ótima idéia! Com base nas primeiras pesquisas no Google, elas têm uma resolução fantástica (bem, limitada apenas pelo ADC, suponho). Não sabe o quão repetível será (ao longo de muitas retrações ao longo da vida), mas pode ser calibrado. Agora, encontre um com pelo menos 30 cm de alcance em escala real.
boardbite

@Inga - Eles são projetados para aplicações de medição de precisão, então espero que sejam bastante repetíveis. Você sempre pode fazer uma verificação de vez em quando. Talvez você possa ter alguns soquetes fixos nos quais pode anexar seu objeto.
Rocketmagnet

Notado. É difícil superar a simplicidade e a franqueza; Eu vou testar isso. E no que diz respeito ao alcance da escala completa de 30 cm, mesmo que o pote de cordas específico tenha um alcance menor, eu sempre poderia anexar mais cordas de comprimento conhecido a ele, para atingir o intervalo de 30 cm.
boardbite

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Idéia 2: Use um sensor de ascensão . Isso oferece 6 graus de liberdade (X, Y, Z, rotação, inclinação, guinada), que é muito mais do que você precisa e pode ser um pouco caro, mas é uma solução pronta para uso.

Sensor de Ascensão

O sistema consiste em um transmissor estacionário e um receptor em movimento. O sistema pode informar a posição e a orientação do receptor em relação ao transmissor.

A precisão é especificada em 1,4 mm, mas você provavelmente poderia melhorar isso com uma calibração cuidadosa.


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Idéia 5: Caneta digital e papel pontilhado para endereços.

Caneta digital

Você pode obter essas canetas incríveis que podem gravar tudo o que você escreve. As canetas contêm uma pequena câmera que olha o papel enquanto você escreve. No entanto, na verdade, ele não olha para a tinta que você colocou, mas para um padrão de pequenos pontos no papel. (Você precisa comprar este papel especial ou pode imprimi-lo).

Um deles poderia facilmente atender às suas especificações.


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Eu fiz um projeto sobre isso, e o método sextante funciona bem, especialmente em curto alcance, mas tem seu ponto cego, abaixo de uma certa distância, não funciona. Além disso, se você tiver mais fontes de iluminação, isso será errado. A precisão da medição é uma função da qualidade da câmera usada e da separação entre a câmera e a fonte de iluminação.

Espero que ajude!


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o que você está descrevendo é essencialmente uma tabela ou tablet de digitalização.

Quando trabalhei para um OEM de fotogrametria, nossas mesas de digitalização tinham cerca de um metro quadrado e eram então (e possivelmente agora) usadas pelos cartógrafos, etc. Elas consistiam em uma mesa de vidro com fios finos de cobre presos ao fundo da mesa em uma formação de grade ; e um dispositivo apontador (mira) que continha uma bobina eletromagnética.

Os circuitos lógicos enviariam impulsos elétricos pelos fios de cobre nos eixos X e Y; esses impulsos seriam captados pela bobina e processados ​​por contadores digitais para calcular a posição XY exata do dispositivo apontador até centésimos de polegada.

Se, por algum motivo, você não puder usar um dispositivo apontador dentro do seu projeto, tente anexar um pantógrafo.

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