Suche Technik zur Positionsbestimmung/ Sensorik für Abstandsbestimmung

[EfesPilsener]

Hallo,

ich suche eine Technik die es mir ermöglicht berührungslos die Position und Orientierung eines Körpers (KOS1) relativ zu einem anderen Körper (KOS2) zu ermitteln. Die KOS der jeweiligen Körper bewegen sich innerhalb eines Abstandes von maximal 15 cm zueinander. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung sollte mindestens 1/2 mm betragen. Zwischen den beiden KOS kann sich menschliches Gewebe, Knochen usw. (z.b eine Hand) bewegen. Die dazu benötigte Sensortechnik darf auch nicht all zuviel platz einnehmen.

Gibt es eine Technik/Sensorik die für die hier beschriebene Aufgabe geeignet sein könnte?

Gruß,
Alton

[Ceos]

ohne sichtverbindung wird das technisch anspruchsvoll!

nur um es nochmal zusammen zu fassen:

2 sensorträger sollen ihre relative position zueinander inklusive orientierung erkennen können ohne sichtverbindung (menschliche hand dazwischen)

da fällt mir spontan nur eine absolute erkennung der eigenen position/orientierung ein und dann per funk an den anderen übertragen, alles andere ohne sichtverbindung ist technisch extrem anspruchsvoll und geht in richtung radar

[HaWe]

woraus bestehen die KOS Körper?

[EfesPilsener]

ohne sichtverbindung wird das technisch anspruchsvoll!

nur um es nochmal zusammen zu fassen:

2 sensorträger sollen ihre relative position zueinander inklusive orientierung erkennen können ohne sichtverbindung (menschliche hand dazwischen)

da fällt mir spontan nur eine absolute erkennung der eigenen position/orientierung ein und dann per funk an den anderen übertragen, alles andere ohne sichtverbindung ist technisch extrem anspruchsvoll und geht in richtung radar

Du hast es exakt erfasst.

Für den ersten Schritt reicht es vielleicht zunächst erst aus wenn man Position eines Punktes auf dem anderen Körper feststellen kann (ohne Orientierung und Ausrichtung). Ich habe das mal in Matlab darstellen lassen (siehe Bild im Anhang). Die 4 Roten Punkte sind auf dem Körper 1 in fester geometrischer Beziehung zueinander (sie liegen im KOS1) angeordnet. Die 4 magentafarbenen Linien sind die Abstände zum gesuchten Punkt (blau). Wen jeweils von den roten Punkten zu dem blauen Punkt ein Abstand gemessen werden kann (unter den genannten Bedingungen), dann kann ich durch die 4 Abstände die eindeutige Position des blauen Punktes berechnen (in KOS1 ausgedrückt).

Jetzt bräuchte man 4 Abstandssensoren die vielleicht über elektromagnetische Wellen diese Abstände aufnehmen könnten?

- - - Aktualisiert - - -

Aus Metall und Kunststoff. Inwiefern könnte das eine Rolle spielen?

- - - Aktualisiert - - -


ohne sichtverbindung wird das technisch anspruchsvoll!

da fällt mir spontan nur eine absolute erkennung der eigenen position/orientierung ein und dann per funk an den anderen übertragen, alles andere ohne sichtverbindung ist technisch extrem anspruchsvoll und geht in richtung radar

Wie erfolgt die absolute Positionbestimmung? Über GPS?

[HaWe]

Wie kommst du auf GPS? GPS ortet mit einer Genauigkeit von Metern, maximal cm, niemals mm!

welche EM Wellen sollen farbige Markierungen detektieren können?
Farbe ist ja eine Eigenschaft des sichtbaren Lichts, und sichtbares Licht wird durch Hände etc. abgedeckt, und das behindert folglich die Erkennung;
IR und UV fallen daher ebenfalls weg, wenn sich Körpergewebe dazwischen befinden kann, was auch hier die Ortung behindert!

Was bleibt im kurzwelligeren EM Bereich sind Röntgen und Gammastrahlung, das ist aber für Menschen viel zu gefährlich und wird an der Strahlenschutzverordnung scheitern; dennoch wäre hier ein gangbarer Weg, denke ich. Allerdings wird Rö meist auch von Knochen abgeschirmt.

Langwelliger als Licht wären Radar, Micro- und Funkwellen, die über Reflexion messen müssten, denn sie müssen ja Gewebe durchdringen, also was reflektiert sie?

Das Material ist also sehr wohl interessant: die Wellen müssten vom KOS reflektiert werden, aber Fleisch und Knochen durchdringen: Bei Metall könnte ich mir das zumindest theoretisch vorstellen.

Metall hat im Vergleich zu Kunststoff oder Wasser/Gewebe auch andere Einflüsse auf elektrische Felder (Dielektrizitätskonstanten) oder Magnetfelder.
Dennoch wird die Bewegung einer Hand die Messung elektrischer Felder verfälschen, und auf unter 1mm Genauigkeit kommt man damit sicher auch nicht.
Wenn einer der KOS aber ferromagnetisch ist (und der andere nicht), könnte man ggf über die Änderung des Magnetfelds bei Bewegung etwas erreichen, wenn man sehr viele Magnetspulen einsetzt und sehr viel Mathematik für stochastische Filter zur Fehlerminimierung.

Als "Wellen-Strahlung" fällt mir noch Ultraschall ein, der aber fällt sofort ebenso weg wie Licht, da US genau wie auch Licht auch von Händen etc. reflektiert wird.

Gibt nicht viel, was noch übrig bleibt, fürchte ich...

[EfesPilsener]

welche EM Wellen sollen farbige Markierungen detektieren können?
Farbe ist ja eine Eigenschaft des sichtbaren Lichts, und sichtbares Licht wird durch Hände etc. abgedeckt, und das behindert folglich die Erkennung;
IR und UV fallen daher ebenfalls weg, wenn sich Körpergewebe dazwischen befinden kann, was auch hier die Ortung behindert!


Die farbigen Markierungen existieren nur in dem Modell und repräsentieren Positionen zwischen denen gemessen werden sollen, diese könnten Sender undoder Empfänger sein.
Ich denke an Radiowellen. Mein Radio sendet und empfängt ja diese Radiowellen und diese können auch durch Materie hindurchgehen...

[HaWe]

Die farbigen Markierungen existieren nur in dem Modell und repräsentieren Positionen zwischen denen gemessen werden sollen, diese könnten Sender undoder Empfänger sein.
Ich denke an Radiowellen. Mein Radio sendet und empfängt ja diese Radiowellen und diese können auch durch Materie hindurchgehen...

ich zumindest kenne keine Entfernungsmessmetode per Radiowellen im Genauigkeitsbereich von Millimetern oder gar -bruchteilen, und auf welche Materialeigenschaft sollen die auch ansprechen?

[Ceos]

ch zumindest kenne keine Entfernungsmessmetode per Radiowellen im Genauigkeitsbereich von Millimetern oder gar -bruchteilen

ich kenne mind. 1 firma und 1 forschungsinstitut, die für namenhafte stahlwalz firmen radar sensoren gebaut haben um die welligkeit in der bramme auf weniger als 1mm genau bei voller geschwindigkeit messen zu können um die direkt nachfolgende walze so zu regeln dass die bramme danach weniger als 0.5mm welligkeit aufweist :)

ich habe auch zufällig gerade von TI ein demo board auf arbeit mit dem man bei kurzdistanzmessung bis auf 1mm sogar mehrere punkte erfassen kann ... allerdings stellt die technische anforderung, der preis und die algorhitmische anforderung dabei eine für eine privat person fast unüberwindliche hürde dar :(

dafür braucht man einfach zu viel zeit um es ansatzweise praktisch durchführen zu können

absolute positionsbestimmung war ein allgemeiner begriff, wie du es konkret durchsetzt ist dir überlassen, GPS ist denkbar ungenau und erlaubt keine zuverlässige information über die ausrichtung ... die einzig sinvollen verfahren die mir einfallen ist eine kameraerfassung aus vogelperspektive


was ich damit sagen möchte, dass die aufgabenstellung nur mit viel finesse und einer rgewieften idee gelöst werden kann, für die ich gerade entweder betriebsblind bin oder die mir nicht einfällt, hoffe jemand hat da eine eingebung

[zerebrator]

Also mir fällt spontan Kinect ein.
Was sicherlich anspruchsvoll ist und so ähnlich in deine Richtung tendiert.

Probiere ROS und Rviz aus.
Dazu brauchst du Linux und einen rel starken Rechner.
Die Software freenect die bereits unter Raspi Läuft und Ergebnisse liefert zeigt an etlichen Beispielen die Entfernungen der Körper.

Was auch möglich ist und läuft unter Windows ist die ganze Kinect SDK ( bei Kinect 360 in der 1.8 Vers.)

Allerdings kannst du hiermit keine Stoffe durchdringen. Also alles was verdeckt ist wird als Hindernis erkannt.
Dazu brauchst du hochfrequente wellen wie bspw. in der Röntgentechnik oder SCIFI wie bei den Film CORE wo durch ein 50 cm dicke Bleiwand eine Vase detektiert wird....




Gruß
Chris

[HaWe]

das schwierige ist ja gerade die zeitweise Abdeckung durch Körpergewebe, d.h. überwiegend sowohl mit Wasser und Eiweiß als auch mit Calciumsalzen, die nicht nur Blick-dicht sondern teilw. sogar Strahlungs-dicht sind.
Selbst Röntgen-CTs als auch MRTs kommen da aber schon sehr an die Grenzen der geforderten Auflösung.
Strahlungsquellen außerhalb Licht inkl. IR+UV lassen sich auch kaum fokussieren, wie z.B. Licht mit Linsen für Kameras.
Also, wie geasgt: Aktuelle Hightech-Forschungsprojekte außen vor..: ich kenn da ebenfalls nichts auf dem End-User-Markt.

[EfesPilsener]

Ich denke die am ehesten geeignetste Lösung ist eine die nach dem GPS Prinzip arbeitet (Abstände werden über Laufzeiten von Radiosignalen ermittelt). Gibt es hierzu eine bestehende und geeignete Technik?

[HaWe]

ja, gibt es, kenne ich aber nur mit Genauigkeit im Bereich ± mehrere cm, keinesfalls mm!

[Mxt]

Es gibt im Medizinbereich Trackingsysteme, die im oder am Körper mit kleinen Spulen arbeiten
https://www.ndigital.com/medical/products/aurora/
ist aber schweineteuer.

[EfesPilsener]

Danke an alle für den Input. Falls euch noch was einfällt .. immer her damit :)