Abstandssensor mit fächerförmigem Licht?

[toemchen]

Hallo,

bin langsam aber sicher auf der Suche nach Abstandssensoren.

Die Sache mit DistanzMESSUNG per Laser-Triangulation, die an anderer Stelle in diesem Forum hochqualitativ diskutiert wird, ist mir für den Anfang zuviel: Mir würde es genügen, wenn ab einer bestimmten Grenzentfernung ein digitales Signal warnt.

Sharp-Sensoren sind teuer und eindimensional: Trotz mehrerer nach vorne schauender Sensoren kann man fröhlich auf ein schmales Tischbein fahren! Auf ein Servo montieren und damit herumfuchteln möchte ich nicht.

Da kam mir folgende Idee, auch durch die vorgegebenen Montageplätze links und rechts an der breiten Front meines Roboters: Einen begrenzten Lichtfächer aussenden und in einem begrenzten Sektor empfangen. Alles, was innerhalb der Überschneidungen kommt, wird detektiert. Siehe Bild.

Vorteil: Der Detektionsbereich ist geometrisch begrenzt und nicht durch die Reflektionseigenschaften des Hindernisses oder die Leistung einer normalen Reflexlichtschranke.

Ich will ein Bauteil schaffen, das sowohl den roten Fächer ausstrahlt als auch den blauen empfängt, beides in verschiedenen Ebenen. Das montiere ich auf der anderen Seite um 180° gedreht und habe dann zwei überlappende Bereiche. Im Bild ist nur einer gezeichnet.

Kleiner Nachteil: Detektion in zwei verschiedenen Höhen.

Nun endlich die Frage, wertes Forum: Wie diese Fächer erzeugen? Hat jemand eine pfiffige Idee?

Zunächst dachte ich an Laserpointer mit schnell rotierenden Spiegeln. Es gibt auch Linienlaser, sind aber teuer. Einer der beiden Fächer kann durch einen schwenkenden Strahl erzeugt werden, der andere muß aber ständig auf der ganzen Breite empfangen können. Das geht beim schmaleren der beiden vielleicht mit Linse, Schlitzblende und einer großflächigen Fotodiode. Oder beide schwenken sehr sehr schnell, aber unterschiedlich - womit sich die Strahlen in einer Art Schwebung an allen Stellen des Detektionsbereichs irgendwann mal treffen. Natürlich geht auch etwas statisches, vielleicht mit mehreren Sende/Empfangsdioden nach dem Prinzip eines Insektenauges. Infrarot wäre mir ohnehin fast lieber, damit das Wohnzimmer nicht StarWars-mäßig ausgeleuchtet wird.

Modulation und Filterung gegen Fremdlicht sind dann natürlich auch noch ein Thema, aber erstmal ginge es mir um die Optik und vielleicht auch die Lichtleistung/Empfangsstärke. Hat da jemand Erfahrungen gemacht?

Und wie gesagt, nur ja/nein-Entscheidung, keine DistanzMESSUNG.

[sonic]

Hallo,
bin langsam aber sicher auf der Suche nach Abstandssensoren.
[..]
Ich will ein Bauteil schaffen, das sowohl den roten Fächer ausstrahlt als auch den blauen empfängt, beides in verschiedenen Ebenen. Das montiere ich auf der anderen Seite um 180° gedreht und habe dann zwei überlappende Bereiche. Im Bild ist nur einer gezeichnet.

Kleiner Nachteil: Detektion in zwei verschiedenen Höhen.

Nun endlich die Frage, wertes Forum: Wie diese Fächer erzeugen? Hat jemand eine pfiffige Idee?


Also wenn ich's richtig kapiert habe, willst du ein Lichtkreuz projezieren und somit einen Schwellwert der Entfernung detektieren?
Sprich: Du willst einen Kegelförmigen Messbereich vor deinem Roboter?

Also Laserstrahl auffächern:
Leuchte mal mit deinem Laserpointer in einem flachen Winkel auf eine CD oder Spiegel. Reicht dir das? Wenn nicht schau dich mal bei bei Teilen für Lasershows um, ich glaub da hab ich mal sowas als Effektspiegel o. Filter gesehen.
Was auch geht, grade probiert ;-)
Den Laserstrahl auf einen reflektierenden Zylinder richten.
Die Säule von meinem Bohrständer hat ihren Zweck erfüllt ;-)

Aber um die grundsätzlichen Probleme der Detektion kommst du so auch nicht drumrum, in welcher Entfernung soll denn der Schwellwert liegen?

Weil, je näher drann, desto größer muss der Detektionswinkel sein, je weiter weg desto schwächer wird das Signal.

Außerdem, Laserleistung != reflektierte Leistung des projezierten Strich.
Grob,

reflektierte Leistung = ( Laserleistung / Strichlänge ) * Blickfeldbreite des Detektors

oder so ;-)

Gruß, Sonic

[Manf]

Ich habe gerade "an anderer Stelle im Forum" etwas geschrieben, aber das paßt auch nicht ganz zur hier beschriebenen Aufgabe.
Ganz spontan:
Linienlaser sind zu teuer! Das sind Laser mit Optik zur Linienbildung.
Eine Zylindrlinse ist alles durchsichtige Zylindische und sollte im Alltag häufiger vorkommen als Kugellinsen. Ein Glas Wasser ist wohl zu spontan, aber ich habe mal schnell eines fotografiert zusammen mit einem Laserpointer.
Manfred

[Manf]

Das habe ich wohl etwas lange gebraucht für das Glas Wasser, aber schön, auch von Sonic zu hören.
Manfred

[sonic]

[..]aber schön, auch von Sonic zu hören.
Manfred

Danke ;-) bin nicht verschollen, nur tierisch am lernen. Klausuren stehen an...aber bin fleißig am mitlesen.

Gruß, Sonic

[toemchen]

Mein Hirn hat gestern im Bett immer weiter gerattert und noch ein paar Alternativen ausgesponnen, außerdem habe ich mich doch ein bißchen mit der Methode "Laserteppich und CCD-Kamera" angefreundet.

Aber zur besseren Beschreibung des hier diskutierten Prinzips: Ein Objekt wird hier dann detektiert, wenn es sich in der Überschneidung von Sendekegel und Empfangskegel befindet. Ein Objekt außerhalb wird deshalb nicht detektiert, weil es entweder vom begrenzten Lichtkegel nicht beleuchtet wird oder vom begrenzten Empfangskegel nicht gesehen wird. Es geht aber nicht darum, wie stark die Reflexion an einem Objekt ist. Im Prinzip kann man das ganze so empfindlich machen, daß es gerade noch keine Staubteilchen in der Luft mißt. Wenn das technisch machbar ist - und genau das habe ich nicht im Gefühl.
Eine Reflexlichtschranke, bei der Sender und Empfänger etwa in gleiche Richtung schauen, ist es eine Schwellwertfrage und somit auch eine Frage der Reflexionseigenschaften. Eine superempfindliche Reflexlichtschranke dieser Sorte würde quasi immer das gegenüberliegende Raumende sehen.

Ich will einen kontinuierlichen Fächer ausstrahlen, keine Netz projizieren. Ja, der Detektionsbereich ist kegelförmig wie in der Zeichnung. Bei der beschriebenen Verdoppelung der Bauteile ist dann allerdings vor jedem Rad so eine Zacke., während in der Mitte ein Hindernis leider ziemlich nahe an den Roboter herankommen kann.

Noch was: Ich hatte auch schon überlegt, nur zwei Sharp-Sensoren von den gezeichneten Einbaupositionen aus über Kreuz nach vorne sehen zu lassen. Dann müßte auch jedes Hindernis von vorne irgendwann einen oder sogar beide Strahlen kreuzen. Allerdings muß der Controller "auf Zack" sein: Sonst übersieht man ein Stuhlbein, denn innerhalb der kreuzenden Linien sieht man wieder nichts.

[Manf]

Ich habe mir das mit der Lichtverteilung noch einmal angesehen und denke, daß man vielleicht auch mit einer geeigneten Anordnung und vorgefertigten Komponenten etwas ähnliches erreichen kann, ich möchte es zumindest zur Diskussion stellen. Siehe Bild mit 2 unbeweglichen Abstandssensoren, die das Feld vor dem Fahrzeug abtasten. Ich glaube es ist irgendwo auch schon erwähnt worden aber dann haben wir es eben noch einmal.

Bei einer Drehung kann natürlich ein Hindernis hinter den Strahl gelangen, so ist das halt, aber dafür ist die Anordnung einigermaßen einfach.
Manfred

[Manf]

Ja das war dann ungefähr gleichzeitig.
Wenn es also die Überwachung des Feldes in Längsrichtung vor dem Fahrzeug erfolgen soll, dann ist der is471 recht üblich. Es gibt dabei kaum Probleme mit Staub in der Luft.
Sensoren, die beispielsweise in Rauchmeldern arbeiten sind so aufgebaut. daß sie das Licht stark konzentrieren und auch den Fokuspunkt mit der Lupe betrachten. Ich habe hier ein Foto von einer solchen Anordnung ohne Elektronik, linkes Bild. (So wie ein Rauchmelder sollte es dann vielleicht also gerade nicht aussehen, obwohl Rauchmelder auch nicht auf ein bischen Staub ansprechen sollen.)

Der Licht Sensor zur Erkennung von Hindernissen ist im beiliegenden Thread diskutiert.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1875
Der Sensor empfängt über einen recht breiten Winkel siehe Bild rechts.
Manfred

[toemchen]

Ja Manfred, nicht nur gleichzeitig, sondern auch dieselben Ideen. Ich denke auch, fürs erste werde es genauso machen wie Du das gezeichnet hast. Allerdings werde ich Sharp-Sensoren nehmen. Bei zwei Stück ist es finanziell tragbar. Nur einen ganzen "Vorhang" aus diesen aufbauen wäre Wahnsinn gewesen.

Von zwei distanzmessenden Sharp-Sensoren (analog) verspreche ich mir folgendes:
1. Die Detektion, ob überhaupt irgendetwas im Weg ist, kann ich über einen Schwellwert programmtechnisch einfach lösen.
2. Wenn der Meßbereich genug über die Räder hinausragt, kann man mit etwas mehr Programmaufwand vielleicht auch im konstanten Abstand an der Wand entlangfahren und durch das plötzliche Abfallen der Meßdistanz trotzdem bemerken, wenn man in der Ecke angekommen ist.
3. Ich hoffe der Sichtbereich der Sharp-Sensoren ist eher eng. Dann kann ich mit den beiden Strahlen, die sich im spitzen Winkel kreuzen, eine Wand recht genau detektieren, wenn ich langsam senkrecht darauf zufahre.

Und für alles weitere bleibe ich ein eifriger Leser dieses Forums.

PS. Das mit den Staubteilchen war nicht als meßtechnisches Problem gedacht, sondern zur Verdeutlichung des Prinzips: Man muß die Empfindlichkeit nicht auf Entfernung oder Reflexionseigenschaften der Wände abstimmen, sondern kann sie sehr hoch machen. Erst Staubteilchen würden eine (theoretische) Grenze setzen. Aber anscheinend muß man sie bei nach vorne schauenden Reflexsensoren tatsächlich als seltenen Störfaktor in Betracht ziehen?

[Manf]

Ich kann allen drei Punkten (1.2.3.) nur zustimmen.
Vor kurzem habe ich die Breite des Sichtbereichs einmal ausgemessen und als Bild dargestellt.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=1806
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/gp2d12_80cm_analog_.jpg

Ich habe noch nicht davon gehört, daß der Staub anstelle von Hindernissen gemessen wird, außer in ganz speziell dafür vorgesehenen Detektoren. Conrad hatte mal so einen "Luftgütesensor" der anzeigen soll wann wieder gelüftet werde soll. Aber der ist auch wieder gestrichen worden.
Ach ja eine Sache war da noch vor ein paar Tagen als die Geschwindigkeitsbegrenzungstafeln auf der Autobahn 30km/h wegen Nebel vorgeschrieben hatten, bei schönstem Sonnenschein, da wurden ein paar Spinnweben vor dem Sensor als Nebel gedeutet. Auf Spinnweben also sollte man achten.
Manfred

[toemchen]

Hallo Manfred, lese gerade (reichlich spät) Deine letzte Antwort. Da wollte ich nur sagen, daß die Spinnweben natürlich nur solange ein Problem sind, bis der Roboter endlich auch staubsaugen kann. :-)
Gruß von nach München
Tom.