Sensor zur präzisen Erfassung einer 3D-Bewegung

[Elias]

Hallo zusammen!

Ich bin auf der Suche nach Möglichkeiten sehr präzise kleinste Bewegungen in allen drei Dimensionen berührungslos mit möglichst kompakten Hilfsmitteln zu erfassen. Ich möchte mir damit einen Mausersatz bauen (lassen), der berührungslos die Bewegung eines Fingers in einem Raum von ungefähr 3cm x 3cm x 3cm mit einer Sensitivität deutlich kleiner als 1mm erfassen kann. Ich brauche das, da ich aufgrund meiner Behinderung bei herkömmlichen Geräten selbst kleinste Kräfte (Tasten) nicht mehr dauerhaft aufbringen kann und sowas auf dem Markt nicht aufzutreiben ist. Ich mich bereits unter anderem auf dieser Seite umgeschaut. Momentan denke ich an den Einsatz von z.B. Hallsensoren. Da ich allerdings aus der Software-Ecke komme und mich auch erst noch in die Basics der Elektronik einarbeiten muß, würde ich mich über jeden Beitrag, der mir bei der Auswahl eines passenden Sensors (oder auch sonst) behilflich ist, sehr freuen.

Sollte es hier sogar zufällig jemanden geben, der sich mit nicht ausschließlich kommerziellen Interessen für dieses Projekt begeistern kann, könnte man ja auch ausloten, ob sich eine Basis für eine Zusammenarbeit finden lässt. Insbesondere die Hardware-Seite stellt mich noch vor Probleme.

Vielen Dank für Eure Antworten!
Viele Grüße
Elias

[michiE]

hm , vielleicht wären piezo-kreisel ein ansatzpunkt. die dinger , die auch im modellbau verwendet werden , um einen modellhubschrauber um 3 achsen zu stabilisieren. damit kann man beschleunigungen , aber nicht die absolute position messen ...
ich werf das hier einfach mal so in die runde , vll fällt jemand etwas ein , um diese idee weiter zu verfolgen , ich werd mcih auch mal zusammen mit meinen freunden zusammensetzen ...

man könnte das pwm-signal des kreisels mit einem controler auswerten , unddamit die maus steuern , aber ob die präzision stimmt müsste ich zuerst mal an einem ausprobieren , den ich hier hab ...
die frage ist auch , wie schweer die kunstruktion werden darf. eine andere idee (die mir persöhnlich echt gut gefällt) wäre eine beobachtung der augen . du schaust nach rechts und der mauszeiger bewegt sich dahin , wo du gerade hinschaust...

mfg
Michi

[Manf]

Das entspricht in Anwendung und Anforderung gerade dem Prinip von HALIOS.
Manfred

Evaluation Board
http://www.mechaless.com/html/images/pdf/Brosch_%20EVA-Board%20optokey_V_%2004021.pdf

HALIOS
http://www.mechaless.com/html/halios.htm

HALIOS® (High Ambient Light Independent Optical System) erfüllt Optiksensorträume

Die herausragende Innovation dieses optischen Messprinzips ist die Erfassung von Bewegungen über Lichtreflexion in allen drei Dimensionen, wobei Fremdlichteinwirkung beziehungsweise direkte Sonneneinstrahlung keine Auswirkung haben.

Weiterhin ist das HALIOS®-System selbstabgleichend und kompensiert Alterungs- und Temperatureffekte.

HALIOS®-Systeme eröffnen als optisches Messprinzip aufgrund der absoluten Unempfindlichkeit auch gegenüber starken Umgebungslichtquellen völlig neue Anwendungsgebiete im Bereich der Sensorik und Eingabesysteme.

HALIOS® ermöglicht komplexe und störsichere Bedienelemente mit bis zu dreidimensionaler Erfassung einer Bewegung bei kleinster Baugröße.

[Elias]

@Michi:
Das Problem ist, daß ich meinen Finger nur in geringem Maße bewegen kann und das selbst Kräfte von wenigen Gramm schon zu viel sind. Deswegen ist eine berührungslose Methode absolut erstrebenswert. Ist das was Du Dir da vorstellst, berührungslos? - Zugegebenermaßen habe ich es noch nicht wirklich verstanden...
Ein EyeTracking-System habe ich auch schon in Erwägung gezogen. Auf den ersten Blick (<- ;-) ) eine gute Idee, ich habe auch schon einige ausprobiert. Problem hierbei ist, daß diese Geräte leider immer noch sehr störanfällig sind, es viel schwieriger ist, als man zunächst annehmen mag auf einen bestimmten Punkt zu schauen (Das Auge scannt permanent) und daß diese Geräte bislang extrem schwer (10 Minuten Aufbauzeit, etc.) und nicht zuletzt ab 30.000€ losgehen... Kann ich mir einfach nicht leisten ;-). Für das was sie bislang bieten sind sie auch zu teuer. Wenn ich mal in ein paar Jahren meine Bewegungsfähigkeit komplett eingebüßt habe, hoffe ich, daß die Entwicklung deutlich fortgeschritten ist.
Auf jeden Fall aber vielen Dank, daß Du Dir noch gedanken machen willst :-).

@Manfred:
Vielen Dank für den Tip. Sieht interessant aus. Muß allerdings schauen, wie ob die Geräte nicht doch zu groß sind, um sich geeignet vor dem Finger positionieren zu lassen. Werde mich mal morgen mit dem Hersteller in Verbindung setzen.

[Manf]

Nach den Darstellungen hier sollte es gerade für diesen Zweck gehen.
Es wäre sicher interessant von der Reaktion von Mechaless zu hören wenn es Dir nicht viel Mühe macht.
Manfred


http://www.mechaless.com/html/images/zoom/prod_micromouse.jpg
http://www.mechaless.com/html/images/evab_mid_big.jpg

[Elias]

Telefonisch konnte ich von der Mitarbeiterin leider nicht nicht mehr erfahren als aus den Broschüren des Internetauftritts schon ersichtlich ist. Ich habe mich allerdings jetzt dazu durchgerungen, einfach mal ein solches Gerät zu bestellen. Allerdings bisland noch ohne Entwicklungskit. Ich möchte erstmal testen, ob die Sensorik sensibel genug ist, bevor ich mit dem Anpassen anfange. Wenn Interesse besteht, werde ich weiterberichten.

Elias

[Manf]

Ich bin mir sicher dass Interesse besteht.

Die Idee für das Prinzip ist einleuchtend und die Realisierung erscheint einfach. Gleichzeitig kümmert sich die Firma darum, das Prinzip systemfähig verfügbar zu machen.

Ich glaube auch, dass das Prinzip mit den vorgestellten Varianten bei weitem noch nicht ausgeschöpft ist. Von darher ist es sicher eine gute Anregung, vom Einsatz des Sensor-Systems zu hören.

Gleichzeitig kann ich mir vorstellen, dass bei der weiteren Umsetzung ein Erfahrungsaustausch für alle Seiten von Interesse sein wird.
Manfred

[squelver]

Mir fällt spontan die Möglichkeit ein, einen CCD-Chip aus z.B. ner Überwachungscam zu verwenden.
Horizontale Postionierung, darüber ne Plexi- oder Glasscheibe, vielicht entsprechnde Linse, seitliche Infrarot- oder Weisslichtbestrahlung.
Dann kannst du das Bild auswerten, was sich zeigt, wenn du mit dem Finger über der Scheibe bzw. dem Sensor bist \:D/

Wäre das was?

[Andree-HB]

...darf ich mal fragen, wie Du derzeit mit Deiner Umwelt in Kontakt trittst, bzw. hier schreibst - vielleicht per Spracheingabe /-Computer oder so ?

[Elias]

@Manfred:
Habe dann gerade doch noch genauere Infos erhalten können. Entgegen der Produktbeschreibung soll dieses Evaluation Board für den täglichen Mauseinsatz zu ungenau sein... Man will mir jetzt ein Angebot für eine Maus machen, die - wen wundert's - erheblich teurer ausfallen würde. Ich versuche jetzt gerade, Ihnen auf den Zahn zu fühlen, inwiefern dies hardwarebedingt ist, oder ob das nur ein Rumgebastel an der Software werdern würde (glaub ich, kann ich selbst billiger und besser). ... to be continued ...

@Copious:
Auch sowas hatte ich schon in Erwägung gezogen. Nur stellt sich die Frage, wie exakt man so etwas hinbekommt.
Ich habe ja nur höchstens zwei bis drei Zentimeter Bewegungsspielraum; man bräuchte also eine sehr hohe Auflösung. Auch die Bewegung vor und zum Sensor für die dritte Bewegungsrichung, also in Richtung der Fingerachse, exakt auszuwerten ist sicherlich eine Herausforderung. Ich kann nicht einschätzen, ob die Leistungsfähigkeit eines Mikrocontrollers hierfür ausreicht und für mehr reichen meine elektrontechnischen Kenntnis nicht aus.

@Andree-HB:
Kein Problem. Ich bin ja Student und habe deswegen tagsüber auch immer einen Zivi an meiner Seite (der auch momentan diesen Text schreibt ;-). Spracheingabe funktioniert leider nicht, da selbst der gemeine Mensch sich anstrengen muß, um mich zu verstehen. Ich verwende derzeit einen Trackball mit virtueller Tastatur etc. , wenn ich selbst am PC bin. Allerdings fällt es mir mittlerweile so schwer, daß ich selbst mit allen möglichen Tuningmaßnahmen nur noch sehr eingeschränkt über kürzere Zeiten am Rechner sitzen kann.
Ich hab mal versucht, bei Reichelt&Co. nach sensiblen Tastern Ausschau zu halten. Aber selbst die leichtgängigsten (Druck < 10g) sind im Dauereinsatz zu schwergängig.

@all:
Btw vielen Dank für Eurer Engagement ;-).

Grüße
Elias

[squelver]

Könnte man evtl. nen Laufwerklaser Klasse2 (mit Linse und allem drum und dran, nur die Spulen werden nicht angeschlossen), zur Distanzbestimmung nehmen und Anhand der Unebenheiten deiner Fingerkuppe die Bewegung abfragen, als würde ne CD gelesen?

Mir fällt grad ein, das der ja nur zwei Achsen hat :-k

[Elias]

@copious:
Kann ich eben nicht so genau einschätzen, weshalb ich hier um Rat frage ;-). Könnte ich mir allerdings mit zwei Lasern vorstellen. Sind sie mittlerweile gut zu handhaben?

[squelver]

Aber es wäre n Versuch wert, vieleicht sucht grad einer hier im Forum ne Aufgabe und kann Ergebnisse bringen?

Würde es selbst machen, hab nur grad was am laufen \:D/

[Manf]

Ein recht leistungsfähiges System hat man natürlich gleich, wenn man eine optische Maus auf den Rücken legt und mit einem Stück Papier 3x3cm oder entsprechdem am Finger darüberfährt.

Die dritte Dimension kann man mit einem Sharp GP2D12 (120) oder entsprechendem preiswert abdecken. Am einfachsten mit einem Taster *)unter der Maus.
Das sind schon fertige Teilsysteme, bei der Maus mit USB (oder Quadraturimpulse) und beim Sharp mit Analogspannung für jeweils um die 5-15€. Dann kommt natürlich noch die Integration.

Ich (dachte) bin immer noch davon überzeugt, dass Mechaless damit konkurrieren muss. (Mit Preisen, in Bezug auf Kundennutzen entsprechend des Vorteils.)
Manfred

*)oder einem Drucksensor darunter oder einem kapazitiven Näherungssachlter darüber

[jeffrey]

Hallo,
was spricht gegen ein Touchpad, dazu benötigt man doch keine Kraft.
MfG Jeffrey

[Elias]

@Jeffrey:
Du wirst Dich wundern, aber auch ein Touchpad ist für mich schon zu schwer, sie werden ja gerade über Reibung gesteuert. Insbesondere habe ich auch nicht in jeder Fingerposition genügend Kraft und die üblichen Touchpads sind ja ebenmäßig aufgebaut. Für jemanden Außenstehenden mag sich das zugegebenermaßen verrückt anhören, aber für mich ist das wirklich ne ganze Menge. Dennoch danke für den Vorschlag!

[shaun]

Kennst Du die Laser-Projektionstastatur? Das Ding hypete eine Zeit durch die In-Boutiquen und abgesehen von den häufig fehlenden Anschlusskabeln, die ich dann gelötet habe, funktionieren die Dinger recht gut und vor allem: berührungslos. Abgesehn von dem Nutzen als Tastatur könnte man sich natürlich auch eine Maus-Variante vorstellen. Konkretere Vorschläge als die hier bereits zu lesenden habe ich im Moment auch nicht, aber auf die Ergebnisse mit dem Mechaless-Sensor bin ich gespannt

[michiE]

ok, daswas ichbisher vorhatte war nicht berührungslos...
wir hatten hier doch irgendwo einen beitrag zum thema positionsbestimmung eines Objektes im3-Dimensionalen Raum Mit HIlfe von 2 Kamerabildern , oder ?
damit liese sich sicher was machen.

Eyetracking ist im moment tatsächlich zu teuer, wie ich festgestellt habe.

eine Möglichkeit , eine äuserst leichtgängige Tastatur zu bauen wäre vll mit den altbekannten "Sensortastern" möglich. Aber aus meiner sicht keine dauerhafte lösung.

Gibt es Skelettmuskeln, die du wieterhin dauerhaft, wenn auch eingeschränkt bewegen kannst ?
Wir überlegen hier gerade , obman vll die aktionspotentiale dieses Muskeln messen und zur Maussteuerung verwenden kann
mfg
Michi

[Spion]

Hallo

Ich habe mal was von einer Maus gehört die über die Knie gesteuert wird, ist eigentlich für Laute gedacht die keine Hände haben, ist nur die frage wie gut du die Knie bewegen kannst.

mfg Luca

[Elias]

Immer noch von der Vielzahl der Vorschläge und Eurem anhaltenden Interesse begeistert - vielen Dank nochmal - schreibe ich zu den verschieden aufgezeigten Wegen:

@mechaless: Habe heute die freudige Nachricht erhalten, das mein Anliegen doch eine höheres Ohr bei der Firma erhalten hat. Ich werde in Kalenderwoche 04 mit dem Evaluation Board testen dürfen.

@Manfred und Mauslaser: Deine Idee mit dem Mauslaser besticht durch Ihre Einfachheit. Chapeau! ,-) Ich muß jetzt noch testen, wie sich mit spezieller Software eine ausreichende Sensibilität und ein geeigneter Aufbau realisieren läßt.

@Shaun und Projektionstastaturen: Wie funktioniert das im Detail? Habe mir im Netz ein paar Geräte angeschaut. Allerdings scheinen sie nur auf ebenen Projektionsflächen zu arbeiten. Weiterer Problempunkt, der sich evt beheben ließe, wäre, daß ich nicht sehen kann, in welcher Position sich mein Finger befindet.

@Michi und Aktionspotentiale: Du wirst lachen, aber ich hatte diese Idee auch schon mal. Da ich aber in der E-Technik nicht so bewandert bin, habe ich aufgrund der für mich doch relativ komplex anmutenden Verstärkunsschaltungen bisher die Finger davon gelassen.
Meine Nerven funktionieren einwandfrei, nur meine Muskulatur setzt die durch sie empfangenen Reize äußerst eingeschränkt um, so daß ich praktisch gelähmt bin. Dies wird auf lange Zeit (>>5 Jahre) praktisch zur völligen Lähmung (ausgenommen Augen und ein paar andere rudimentärste Funktionen) führen. Von diesem Standpunkt wäre natürlich die Aktionspotential-Auswertung von besonderem Interesse (wenn das umsetzbar ist).
Bzgl. der Sensortasten erlaube ich mir, noch einen zweiten Thread aufzumachen, da ich nämlich mit sowas meiner Schwester, die die gleichen Probleme in geringer Ausprägung hat, eine für sie angepasste Tastatur entwickeln möchte.


@Spion: Leider sind nur je ein Finger an jeder Hand neben eventuell ein paar exponierten Gesichtsmuskeln beweglich. Trotzdem danke.

[michiE]

hm , da fallen mir gleich noch viele andere lustige dinge ein , die dir durchaus von nutzen sein könnten , allerdings mit meinem (momentan ncoh streng geheimen) Jugend-Forscht Projekt zu tun haben. Also wenn du interesse hast , kann ich dir die technologie gerne vorstellen , allerdings noch nicht hier im Forum , sondern vorerst per mail.

@ alle anderen : Hier im Forum wird ein genauer Bericht und eine beschreibung zu diesem Projekt am 15.2.2007 online stehen.

aber back 2 topic: die idee mit dem maussensor gefällt mir sehr gut. Eine andere Idee wäre wie gesagt die Auswertung der Nervensignale. Damit leisen sich auc hganz andere Dinge steuern, und die verstärker müssten sich von uns realisieren lassen.

Ich werde mal mit mienen Freunden darüber reden und wenn du uns diene E-Mail addresse gibst schicken wir dir wie gesagt gerne ein paar Infos zu unserem Projekt und den für dich vielleicht interessanten Erweiterungsmöglichkeiten.

sehe ich also richtig , dass all deine nerven ok sind , und nur die muskeln streiken ?

Ich hätte da sofort ne idee für ein Großprojekt , zu dem ich , wenn das der Fall sein sollte einen neuen Beitrag aufmachen würde.

mfg
Michi

[squelver]

Ich werde mich dem Thema nebenbei ebenfalls annehmen und grübeln ;)