Raum Aufzeichnen

[Asgar434]

Hi Leute,

bin neu hier. :)

Ich würd gerne einen Raum mittels eines Sensors scannen und dann grafisch auf dem Computer anzeigen lassen.

Hab nur keine ahnung wie ich das anstellen soll weil ich kompletter anfänger bin.

Hab ihr da ein paar tips zur Projekt realisierung?

Grüße Tom

[RoboHolIC]

Ich würd gerne einen Raum mittels eines Sensors scannen und dann grafisch auf dem Computer anzeigen lassen.
Das nennt man "knipsen mit der Digitalkamera" und "Bildbetrachtungssoftware".

Oder meintest du etwa was anderes? ;)
Bitte stelle konkretere Anforderungen zur Diskussion.

[i_make_it]

Kann es sein das hier nach einem 3D scan gefragt wird?
Die Fragestellung lässt wirklich viel Interpretationsmöglichkeit zu.
Eventuell mal nach 3d scan lidar googeln und dann die Fragestellung präzisieren.

[Frank E.]

Ein möglicher Ansatz wäre es - wenn auch unvollkommen, aber gut genug zum Lernen - einen der Sharp-IR-Entfernungsmesser zu beutzen. Du setzt so ein Teil (nachdem du daraus z.B. per Arduino lesen kannst) auf zwei über Kreuz montierte Servos und scannst damit den umgebenden Raum. Die Daten überträgst du live auf einen PC/Mac und zeichnest damit eine Art Karte oder ein einfaches 3D-Modell ...

[HaWe]

Auch wenn ich selber denke, dass die TOP-Frage sich am ehesten auf eine Art map-and-explore-Robot bezieht, denke ich, es wäre klug, zunächst die Antwort des TO abzuwarten, was genau er tatsächlich vorhat...

[Asgar434]

Vielen Dank für die schnellen Antworten.
Hab mich ein bisschen in lidar 3d scan eingelesen. Sehr interessante Technik.

Ich versuch euch mein Projekt ein bisschen genauer zu erklären:
Ich hab einen leeren Raum und der wird am Anfang einmal im Ursprungszustand gescannt.
Dann stellt man selber etwas in den Raum. Der Raum wird nochmal gescannt.
Es wird eine Abweichung festgestellt, wegen dem Gegestand der reingestellt wurde.
Die Abweichung wird dann mit einem Roboter behoben.

Ich les mich auch grad in Sharp-IR-Entfernungsmesser ein. Das klingt schonmal ganz nice.
Mit Arduino hab ich auch schon ein bisschen gearbeitet bei einem anderen Projekt.

Grüße Tom

[i_make_it]

Welche räumliche Auflösung sollen denn die "scans" haben?
Also nicht nur in der Entfernung Sensor-Objekt sondern auch seitlich.
Aus solchen Anforderungen ergeben sich dann schon mal Einschränkungen ob bestimmte Sensoren geeigent sind oder nicht.

[Asgar434]

Ich würde halt Größen und Auflösungen nehmen mit denen ich mich erstmal leichter an die Sache rantasten kann.

Z.b.
Raum: 4qm höhe 2m
Gegentand: (Würfel) 20cm x 20cm x 20cm

Welche Sensoren wären da geeignet?

Grüße

[i_make_it]

Bei einem stationären Sensor kommt man da mit einem einzelnen Sharp Modell schon mal nicht mehr hin, da die Modelle unterschiedliche Minimal- und Maximalreichweiten haben.
30962

Was muß man unter Roboter verstehen?
Einen Mobilroboter der rumfährt und die Würfel z.B. vor sich her schiebt oder einen Industrieroboter (Roboterarm) der den ganzen Arbeitsraum abdecken kann und die Würfel per Pick and Place "wegräumt"?

Bei der Sensorik kann man auch in den Bereich Bildverarbeitung gehen.
Die Laserscanner um Objekte für 3D Drucken einzuskannen arbeiten mit einem Lichtschnitt verfahren.
Also ein Linienlaser und eine Kamera die den Verlauf der Linie auf der Oberfläche von Objekten erfasst.
Hier wird die Auflösung, abhängig von der Entfernung, von der Kameraauflösung bestimmt.
Bsp. für eine einfache Kauflösung:
http://www.3d-drucker-experte.de/3d-scanner/637/david-starter-kit-2-laserscanner?sPartner=Google+XML
Um Objekte von 20cm zu detektieren, kommt man mit IR und US hin, aber wenn es um die Orientierung im Raum geht, um z.B. einen Greifer auszurichten (Griff in die Kiste/Objekterkennung) braucht es eine Auflösung von ca. 4cm damit man über mindestens 4 Datensätze eine Linie legen kann. Also entweder Sensor näher ran oder Auflösung in der "Bildebene" erhöhen.

Auch ein Tincan SAR Radar wäre ein möglicher Sensor.
http://ocw.mit.edu/resources/res-ll-003-build-a-small-radar-system-capable-of-sensing-range-doppler-and-synthetic-aperture-radar-imaging-january-iap-2011/
Bei allen Sensoren mit entsprechender räumlicher Auflösung wird halt der mathematische Aufwand größer.



(http://www.3d-drucker-experte.de/3d-scanner/637/david-starter-kit-2-laserscanner?sPartner=Google+XML)

[Asgar434]

Sensorik:

Ich denke so ein laserscanner wäre wirklich die beste option.

Bin nur am überlegen wie ich es schaffe das es quasi den ganzen raum scannt Decke, Boden, Wände und Objekte.
Vorallem wenn mehrere objekte hintereinander stehen kann das ja kompliziert werden.

Zum Roboter:

Ich denke ein stantionärer Industrieroboter würde am Anfang reichen für den testraum.
Später würde ich eine kombination aus Schienensystem und Industrieroboter benutzen damit man mehrere Räume mit
einem Gerät Scannen und bearbeiten kann.

Grüße

[i_make_it]

Also Fasse ich mal zusammen:
Arbeitsraum - 2m*2m*2m
Objekte - 0,2m*0,2m*0,2m (Würfel)

Roboter - Roboterarm (Industrieroboter, Kinematik offen)

Objekte können hintereinander (übereinander?) stehen.
Objektgewicht unbekannt. (Greifkraft)
Objektfestigkeit unbekannt.(Greifkraft oder formschlüssiger Griff)

Ein Sensor könnte auch am Roboterarm befestigt werden, durch die Meßsysteme des Roboters, ist dessen jeweilige Position und Ausrichtung bekannt.
Damit lassen sich aus verschiedenen Perspektiven scans durchführen und dann überlagern (um Boden Wände und Decke erfassen zu können).
Dadurch kann in einigen Fällen zusätzliche Informationen gewonnen werden.
Ohne Räöntgensystem, wird es aber unmöglich sein in allen möglichen Szenarien zu detektieren wo alle Objekte sind und wie viele es sind.
Bsp. der 2*2*2m Raum ist an 5 Seiten geschlossen (Boden, Wände, Decke) bündig zur sechsten Seite steht eine Wand aus 10*10 Würfeln die die Fläche komplett ausfüllt.
Es ist nicht möglich zu erkennen ob hier "nur" 100 Würfel vorhanden sind oder ob der Raum im gesammten Volumen gefüllt ist, also 1000 Würfel in dem Raum sind.
In diesem Szenario wäre ein Röntgenscanner und ein entsprechend geschulter Auswerter notwendig um dies zu erkennen.

Ich denke jetzt bist Du an dem Punkt wo Du Dir ein detailiertes Lastenheft erarbeiten mußt um nicht in die falsche Richtung loszulegen.
Grade wenn später eine Erweiterung auf mehrere "Räume" mit einer Zusatzachse erfolgen soll.

Auch ist in dem oben genannten Szenario ein formschlüssiger Griff oder überhaupt nur ein Zugreifen für einen Roboter sehr schwer, da alle Würfel ja nur von einer Seite erreichbar sind und es auch noch passieren kann, das beim "Herrausziehen" eines Würfels aller anderen umfallen wenn man nicht dagegen hält.

Also muß man sich auch Gedanken machen welche Szenarien mit einem solchen System beherschbar sind und welche nicht.

[Mxt]

Ich würde das hier mal als Einstieg nehmen
http://pointclouds.org/

Auch ohne Röntgen kommt man damit schon recht weit.

[HaWe]

es gibt auch LIDAR (Laser-) Systeme (z.B. XV11), die sich zum Raum-mapping eignen. Für den Raspi und sogar für den Lego EV3 (Java mit lejos- oder C mit Debian-Jessie-Linux-Betriebssystem) sind solche Programmier-Interface schon vorhanden.

[Asgar434]

danke für die hilfreichen Antworten.

Ich denke Röntgen wird nicht nötig sein.
Auch werden keine Objekte gestapelt.

Zum Anfang wollte ich das Gewicht relativ gering halten. So 100g erstmal.
Wenn sich am Anfang eine andere Form besser eignet dann würde ich diese nehmen.

Nächste Fragen wären dann:

1. Wie bau ich mir einen Roboterarm?
2. Welchen Sensorik passt am besten? (lidar, Lichtschnitt, Tincar) hm

Würde am Anfang auch nur in einem Raum arbeiten.
Und nur ein leichtes Objekt im Raum versetzen.

Übrigens den Sensor am Roboterarm zu befestigen ist eine Super Idee.
Damit kommt man dann zu den meisten Stellen zum scannen.

Grüße

[HaWe]

Roboterarme lassen sich IMO einfach mit Baukästen von Fischertechnik und Lego erstellen und an eigene Bedürfnisse anpassen:

[i_make_it]

Ich dachte eigentlich, das deutlich genug rüber kommt, das Röntgen nicht als ernsthafter Vorschlag gedacht war sondern als Extrembeispiel wie bei bestimmten Szenarien der Aufwand expotentiell wachsen kann.
Sprich das man sich erst Gedanken machen muß, unter welchen Bedingungen man welches Ergebniss erzielen will bevor man sich daran machenkann, herauszufinden was die beste Lösung ist.

Bei einem Raum von 2*2*2m, Objekten von 0,2*0,2*0,2m mit einem Gewicht von 0,1kg in der ersten Testphase, Ojekte die hintereinander stehen können aber nicht übereinander, Kann man natürlich mit einem Roboterarm aus Fichertechnik, Lego oder einem anderen Systembaukasten loslegen.
Das Problem ist halt will man das so machen und später noch einmal von vorne anfangen und dann zusätzlich die Investition tätigen in den Roboterarm den man benötigt um das entgültige Objektgewicht handhaben zu können?
Das man Würfel mit einem Roboterarm handhaben kann wurde in den letzten 40 Jahren schon verschiedentlich bewiesen.
Ist das Projektziel also die Lösung einer konkreten Aufgabenstellung (Handling von Kisten o.ä) kann man sich das sparen und Geld sparen.
Ist das Ziel die erlangung von Know How, ohne das am Ende wirklich eine reale Anlage vorhanden sein muß, ist ein solches Vorgehen in den meisten Fällen die bessere Wahl.
Da man die komponenten recyclen kann und später in anderen Projekten wiederverwenden kann.

Bei der Frage wie man einen Roboterarm baut, steht aber nicht das verwendete System (FT, Lego, etc.) im Vordergrund sondern die Aufgabe.
Welche Kinematik braucht man?
Ein Portalroboter ist einfach zu bauen und einfach von der Kinematik zu berechnen.
Ein 6-Achs Vertikal Knickarm Roboter gilt als am universellsten einsetzbar.
Ob man 6 Achsen braucht oder 5 reichen, hängt davon ab welche Orientierungen das Werkzeug einnehmen können muß.
Stehen alle Würfel mit der Oberseite nach oben oder können sie auch umgefallen oder umgedreht sein und müssen gewendet werden?
Und wie lange darf es dauern/wie oft darf umgegriffen werden um die Operation auszuführen?
Stehen alle Würfel immer waagerecht, oder können sie gekippt stehen?
Ein 5-Achs Vertikal Knickarm Roboter kann das Letzte Szenario nicht immer bewältigen (nur wenn die Kippebene genau tangential zum Mittelpunkt von A1 steht)
Neben der Fähigkeit den TCP (Tool Center Point) entsprechend des Bedarfs im Raum zu orientieren, muß dieser auch jeden Ort des gewünschten Arbeitsraum erreichen können.
Also der Arm muß die entsprechende Reichweite (Armlänge) haben.
Steht der Arm mitten in dem 2*2*2m Raum, muß er 1,55m weit kommen (die halbe Raumdiagonale durch den 2*2*2m Raum) um auch die Ecken erreichen zu können.
Soll der Arm außerhalb des Arbeitsraumes stehen, dann ist das entsprechend mehr.

Also muß man sich erst mal Gedanken darüber machen was für eine Bauform man haben will, welche Größe man braucht und welches Gewicht er schlußendlich handhaben soll (0,1kg oder doch später 10-20kg falls so ein 20cm Würfel mal aus Metall ist oder einen anderen schweren Stoff enthällt).

Erst wenn die Daten vorliegen kann man konkrete Angaben machen wie man so was baut oder ob ein Kauf nicht die günstigere Variante ist.
Da die mechanische Konstruktion eigentlich noch das einfachste an diesem Projekt ist, kann man auch überlegen ob man für einen ersten Testaufbau den Maßstab nicht erst mal reduziert.
Wenn man die Sensorik für den Scan und die dazu notwendige Software im Griff hat, ist es nicht so schwer das auf einen größeren Maßstab umzusetzen.
Ebenso bei der Mathematik für die Inverse Kinematik sowie die Motor und Lageregelung für den Arm.

Für die Sensorart kann man auch mal nach "open source lidar" z.B.: http://www.idaholidar.org/free-lidar-tools/
und "open source 3d-scanner" z.B.: http://www.makerscanner.com/
suchen.

[oberallgeier]

.. Steht der Arm mitten in dem 2*2*2m Raum, muß er 1,55m weit kommen (die halbe Raumdiagonale durch den 2*2*2m Raum) um auch die Ecken erreichen zu können ..Sorry, dass ich hier oberlehrerhaft-pingelig bin, die guten anderthalb Meter reichen nicht (oder in meinem Frühstückskaffee war irgendwas drin).
Fall a) Raummitte/"Basis-a"Roboterarm definiert als senkrechten Abstand 1,0 m von jeder Wand
Fall b) Raummitte/"Basis-b"Roboterarm als Diagonalenmitte der Bodenfläche.
Fall a) der kürzeste Abstand von dieser Mitte in jede der acht Ecken ist 1,732 m (½ * √12)
........ siehe halbe Diagonale des Rechtecks aus Diagonale des Deckenquadrats = 2 * √2 m und einer Raumkante
Fall b) der kürzste Abstand von dieser Mitte zu den vier OBERSTEN Ecken ist 2,446 m (√6)
........ Pythagoras zu halber Diagonale des Bodenquadrats - √2m - und Raumhöhe 2 m

Diese Werte sind die jeweiligen theoretischen Längen vom Drehpunkt der Basis des Roboterarms bis zum TCP.

[TC14]

Asgar, da muss ich dir zustimmen. Allerdings muss man sagen, dass ein stationärer Industrieroboter wirklich nicht ganz günstig ist...

[HaWe]

also zumindest ich hatte den Roboterarm nur als Träger zum Befestigen von Laserpointern oder Distanzsensoren gedacht, mit denen dann der Raum in alle Richtungen "abgepeilt" werden kann 8-)

[i_make_it]

Sorry, dass ich hier oberlehrerhaft-pingelig bin, die guten anderthalb Meter reichen nicht (oder in meinem Frühstückskaffee war irgendwas drin).

Die 1,73m stimmen.
Ich kann ja mal behaupten ich wollte nur sehen ob jemand mitdenkt ;)
War aber einfach nur abgelenkt.

[Asgar434]

Hi Leute,

Bezüglich des Roboterarms:

1. Er sollte im Raum stehen.
2. Ich denke ein 6-Achs Vertikal Knickarm Roboter ist nötig. (vorallem für das scannen und auch weil er so vielseitig einsetzbar ist.)
3. Die Größe des Raumes ist erstmal abgespeckt. Später varieren die Größen.
4. Im ersten abgespeckten Test ist noch nichts gekippt oder muss gewendet werden. Später ist das aber durchaus der Fall.
Vorallem sind die Gegenstände die transportiert werden extrem unterschiedlich. In Form und Gewicht.
Diese müssten auch Teilweise erkannt werden bzw eingeordnet werden/sein damit der Roboter dann Gegenstands Abhängig entscheiden.

Ich werd jetzt erstmal ein Datenblatt erstellen damit ich alles übersichtlich zur Hand habe
und dann dadurch weiß was ich bauen muss.

Grüße :)

[i_make_it]

Vorallem sind die Gegenstände die transportiert werden extrem unterschiedlich. In Form und Gewicht.


Das Gewicht ist nicht so das Problem (solange der Arm für das größte möglicherweise vorkommende Gewicht ausgelegt ist)
Die unterschiedliche Form ist da eher das Problem.
Die meisten in der Industrie verwendeten Greifer sind recht eingeschränkt was die Varianz in Form und Größe der zu händelnden Objekte angeht.
Hier ist also auch speziell für den Greifer eine Definition im Lastenheft notwendig.
Schließlich muß man bei der Armauslegung mit dem Greifer anfangen.
Dessen Gewicht muß der Arm ja zuzügzlich zum Objektgewicht auch handhaben.

[Asgar434]

Die unterschiedliche Form und Größe wären erst später relevant.
Beim Test gibt es ja erstmal nur der Würfel.
Oder meinst du es wäre besser die unterschiedlichen Anwendungen
gleich mit rein zu nehmen?
Einen Teil der Anwendungen weiß ich aber halt nicht alle.
Ich versuch halt erstmal einen Überblick zu bekommen und mich Schritt für Schritt ran zu tasten.
Bin noch neu in dem Bereich und will nicht im Chaos enden weil ich zuviel mache.

Sonst dachte ich halt für später an eine Art Greifer Magazin.
Der am Roboterarm nimmt sich dann am Sockel für die Greifer für
die unterschiedlichen Anwendungen und Gegenstände.

Design vom Arm richtig sich nach dem Greifer.
ok ok :)

[i_make_it]

Greiferwechselsysteme gibt es.
Und die werden auch genau aus dem Grund genutzt, weil oft ein Greifer nicht alle Anwendungsfälle abdeckt.
Man muß sich halt Gedanken über den schwersten Greifer machen und um das Wechselsystem.
Also von wegen Gewicht der Teile.
Der Arm muß dann ausgelegt werden für Objektgewicht plus Gewicht vom Armflansch und Handflansch des Wechslers plus Gewicht des schwersten Greifers plus ggf. noch für Adapterflansche zwichen Arm und Wechsler und Greifer und Wechsler (ist ja nicht so das immer alles wunderbar zusammenpasst).

Das ist der einzige Einflußfaktor der in das Armdesign einfließt (zumindest von der Auslegung bezüglich Stabilität)
Vernachlässigt man das am Anfang, steht man unter Umständen später da und braucht einen stärkeren Arm.
Also auch wenn man es selbst bauen will, macht es Sinn bei den einschlägigen Herstellern mal in den Katalogen (Webseiten) nachzusehen um das Gewicht abzuschätzen.
Dann kann man mit den Gewichtsangaben rechnen.

Allerdings denke ich das sich der Arm jenseits von FT, Lego und sonstigen Spielzeug bewegt.
Eventuell geht so was: http://hackaday.com/2014/10/28/this-home-made-6-axis-robotic-arm-is-quite-the-looker/