Sensoren für dynamisches Wiegen?

[Stirni]

Hallo zusammen,

für ein Projekt an der Uni steh ich vor folgender Aufgabe: Wir sollen
mit einem Roboter sensorgestützt einen Ausschenkvorgang realisieren. Der
Roboter hat dabei eine Flasche, aus welcher er eine bestimmte Menge an
Flüssigkeit in ein Gefäß ausgießen soll. Diese Menge soll zwischen 40ml
und 160ml liegen bei einer Genauigkeit von etwa 5ml. Die Rückmeldung,
wann die Menge erreicht ist und der Roboter den Ausschenkvorgang beenden
soll, erfolgt über Sensorik, es darf kein handelsüblicher Dosieraufsatz
verwendet werden. Das Gefäß ist aus Metall, hat einen Durchmesser von
etwa 90mm und eine Höhe von etwa 150mm.

Ich hatte bisher folgende Ideen:

1) Das Gefäß steht auf einer Wägezelle, die nach dem Prinzip der
elektrodynamischen Kraftkompensation arbeitet, und den Einfüllvorgang
überwacht. solche wägezellen gibt es bspw. von wipotec
2) Das Gefäß steht auf einem Kraftsensor wie bspw. diesem hier:
https://www.buerklin.com/default.asp?event=ShowArt...
oder diesem:
http://www.me-systeme.de/sensorik/kr...oren/kd45.html
3) das Gefäß steht auf einer mechanischen Konstruktion, ähnlich einer
Balkenwaage. Ein Neigungssensor ist auf dem Balken befestigt und man
zieht aus der Neigung Rückschlüsse auf den Füllstand.
4) ein optischer Sensor oder ein Ultraschallsensor überwacht die
ansteigende Füllstandshöhe im Gefäß.

Was aus ablauftechnischen Gründen nicht geht ist ein kapazitiver
Füllstandsensor, der am Gefäß befestigt wird.
Ich hab ebenfalls schon daran gedacht, eine billige Küchenwaage zu
kaufen und auszuschlachten, aber ich hab in einigen Foren gelesen, dass
Küchenwaagen sich nur für statische Messungen eignen..

Danke für jede Anmerkung!
Flo

[oberallgeier]

... Ausschenkvorgang ... Genauigkeit von etwa 5ml ... Gefäß ... D... 90mm ... H... 150mm ...

Zwei, drei Schnappsgläser voll in einen Litereimer? Na ja, immerhin ist der Boden bei 40 ml schon mal nen halben Zentimeter gefüllt.

Aufpassen: Es gibt den Wägeverzug - je nach Modell (die "elektrodynamische" ist eher langsamer) kanns ein paar Zehntel Sekunden sein. Dazu kommen noch ein paar Zuschläge: die apparative Reaktionszeit wie Ventilverschlussdauer, dann noch der "Rest" im Zulaufstrahl, der ja auch irgendwohin will. Da sind die 5 ml bald ausgereizt. Sinn machts auch die Dämpfungseigenschaften der Waage zu kennen - dann könnte man den Zulaufstrom auf den aperiodischen Grenzfall hin optimieren *ggg* - das wär doch mal ne hübsche Dynamikaufgabe (aber ob ne halbwegs vernünftige Waage überhaupt schwingt???).

... ähnlich einer Balkenwaage ... Neigung Rückschlüsse auf den Füllstand ...

Hmmm, muss mal das Lächeln verkneifen - oder einfach nicht an Dinge wie Massenträgheit, Drall und all diesen Unfug denken.

[Stirni]

Hallo oberallgeier,
danke für deine Antwort! Vlt. sollt ich erwähnen, dass wir tatsächlich vordergründig vorhaben, uns Cocktails von dem Roboter mischen zu lassen. Daher passt auch das Gefäß, hierbei handelt es sich nämlich um einen normalen Shaker wie er in jeder Bar verwendet wird. Es werden in diesen dann Mengen von 40ml bis 160ml nacheinander reingeschüttet.
Es stimmt, die Idee mit der Balkenwaage wird wohl kaum funktionieren, da war ich etwas unüberlegt - wobei chemiestudenten laut forenauskünften mit der balkenwaage anscheinend sehr exakt arbeiten können. aber die haben ja auch die zeit zu warten, bis sich das Ding mal losbewegt hat und dann zur ruhe kommt...
mometan schauts so aus, dass wir einen kraftsensor mit DMS nehmen, sein Signal verstärken, über nen Mikrocontroller auswerten und ein Digitalsignal dann an die Robotersteuerung schicken..

[oberallgeier]

... Cocktails ... mischen ... chemiestudenten ... mit der balkenwaage anscheinend sehr exakt arbeiten können ...

Mal so: meine alte Analysenwaage geht, wie es bei denen üblich ist, auf besser als 0,1 mg. Wäre selbst bei Alkoholika rund 0,1 ml. Aber die Geschwindigkeit - dabei würde einer verdursten, und dann erst das ganze Seminar . . .

Weil Du von Chemiestudenten schreibst. Warum denkst Du nicht ans Pipettieren? Viele Hähne (die brauchste sowieso), ein, zwei, drei 50 ml Kolbenspritzen und reichlich Schläuche. Die richtigen Ventile öffnen (da fließt erstmal garnix), aufziehen (die Menge misst man mit nem Schiebepoti), Ventile umschalten, Spritzen leeren, fertig. Das wäre schon mal sachgerecht - sozusagen auf "Ex" geeicht *ggg*. Und - volumetrisch gehts einfach stylischer bei Cocktails.

Prost - ähhhh - ich meine - viel Erfolg.

[Stirni]

Pipettieren geht deswegen nicht, weil unser Roboter die unveränderte Flasche nehmen und daraus ausschenken soll. der ganze prozess soll sich am menschlichen vorbild orientieren. wir machens deswegen jetzt mit ner wägezelle unterm glas.

[ranke]

wir machens deswegen jetzt mit ner wägezelle unterm glas.

Wägezelle im Flaschengreifer wäre sicher sinnvoller. Da kann man nämlich gleich feststellen wie voll die Flasche noch ist. Wenn man das nicht weiss, muss man den Neigungswinkel der Flasche recht langsam verändern bis was kommt, das sieht zumindest nicht schön aus und dauert.
Wenn ihr Ausgießer auf den Flaschen habt dann kann man sie gleich kippen, es ist dann eher eine Zeitfrage, man muss vielleicht noch messen damit man mitkriegt wann die Flasche leer ist.

[Manf]

Ich würde mir erst einmal Klarheit über den Einfüllvorgang verschaffen. Vielleicht kann man es ja auch einmal mit einer Flasche ausprobieren, wenn sie unterschiedlich voll ist. Wie gut gelingt es, vielleicht mit einem Ausgießer, einen nicht zu schnellen kontinuierlichen Fluss zu realisieren?
Wenn es abhängig vom Füllstand der Flasche und damit abhängig von der Dynamik der Flüssigkeit in der Flasche in den Becher hineinschwappt dann sind 5ml nicht leicht zu erfassen.
Bei einem wiederholbaren Gießvorgang sollte sich der Abbruchzeitpunkt vorausplanen lassen. Eine Wägezelle oder ein Kraftsensor wäre dann sicher geeignet. Beim Gießen mit konstantem Durchfluss könnte man sogar daran denken, die Einfülldauer zu messen.

[Stirni]

ranke, du hast recht, das Gewicht der Flasche zu erfassen wäre sinnvoller, allerdings können wir uns bei der Drehbewegung des Roboterarms und -greifers sowie den anderen Funktionen, die vom Greifer noch zu erledigen sind nicht vorstellen, wo wir da eine Wägezelle hinbringen können. Theoretisch könnte man auch das Moment, das auf ein Gelenk wirkt messen und darüber den Füllstand errechnen, leider hat unser Roboter keine interne Sensorik zum Überwachen der Gelenke.
Manf, rumexperimentieren werden wir auf jeden fall noch müssen In jedem Fall fangen wir mit ganz langsamen Bewegungen an und versuchen dann den Ablauf zu optimieren. Danke für eure Beiträge!

[Manf]

In jedem Fall fangen wir mit ganz langsamen Bewegungen an

Ich gehe davon aus dass die Bewegungen gegen Ende der Versuchsreihe auch nicht sehr viel schneller sein werden.
Alte Regel: Experimente die das Leeren von Flaschen betreffen sollte man gleich dokumentieren, sie sind in der Erinnerung mitunter unvollständig.