Navigation eines Drahtes im kleinen Raum, möglich ?

[willi54]

Hallo Forumnutzer,

ich habe folgendes Anliegen und würde mich über Denkanstöße und Empfehlungen freuen.

Ziel ist es, in ein einem kleinen wenige Kubizentimeter kleinen Raum (etwa Tennisballgröße) mittels einer Mikrokamera auf einem Touchscreen/Bildschirm darzustellen. In diesem Raum ist eine kleine Öffnung (Druchmesser ca. 3-10mm). Diese Öffnung soll auf einem Touchscreen (oder per Computermaus) vom User definiert (markiert/umfahren) werden. Der "Roboter" soll dann einen Draht, welches an der Kamera-Basis befestigt ist, in diese Öffnung reinschieben. Alternativ könnte der Roboter einen manuell vorzuschiebenden Draht in diese zuvor bestimmte Öffnung navigieren. Die Kamera wird vom Nutzer manuell geführt. Optimaler weise niveliert der Roboter kleine Bewegungen der menschlichen Hand aus. Drahtvorschub ähnlich einem MIG/MAG Schweissgerät. Letztendlich könnte die "Lenkung" des Drahtes mit Hilfe einer durch Servos angetriebene Hülse bewerkstelligt werden.


Ich bin kein Maschinenbauer oder Elektrotechniker. Daher sind meine Überlegungen sicherlich laienhaft.

1. Der Roboter muss wissen wo das Loch ist, auch wenn der Blickwinkel der Kamera sich ändert.
2. Orientieren im Raum: Laserabtastung?
3. Die Koordinaten der Drahtspitze müssen im Raum ständig neu erfasst werden
4. Ich brauch mindestens 2 optische Sensoren, die Raumabtastung erfassen?
5. Wie ambitioniert ist das Vorhaben? Kann man in so einen kleinen Raum navigieren? Ich kann dass noch nicht abschätzen. Das know-how reicht zur Zeit sicherlich nicht aus. Aber ein gesunder Mix aus Eigenleistung und "Outsourcing" bleibt nicht aus.

Oder: es ist zu schwierig, aufwendig und Finger von lassen?

Literaturstellen und möglicherweise Links, die ähnliche Probleme/Fragestellungen bearbeiten oder gelöst haben sind sehr willkommen.

Vielen Dank und Gruß

Willi

[Holomino]

Wenn der Draht immer gerade ist, kannst Du anhand der beiden Richtungswinkel und der Messung des Drahtvorschubes die Position des Drahtendes im Raum bestimmen. Dazu bräuchte man nicht einmal eine Kamera. Eher drei hochauflösende Schrittmotoren (Mikroschritt, ggf. noch ein Getriebe) und eine Lichtschranke, die die Drahtspitze beim Reinschieben bestimmt.

Wie immer die Frage: Wie genau soll's denn werden?

[willi54]

Wenn der Draht immer gerade ist, kannst Du anhand der beiden Richtungswinkel und der Messung des Drahtvorschubes die Position des Drahtendes im Raum bestimmen. Dazu bräuchte man nicht einmal eine Kamera. Eher drei hochauflösende Schrittmotoren (Mikroschritt, ggf. noch ein Getriebe) und eine Lichtschranke, die die Drahtspitze beim Reinschieben bestimmt.

Wie immer die Frage: Wie genau soll's denn werden?

Hallo Holomino,

danke für Deine Antwort.

Der Raum ist variabel und somit immer unterschiedlich in seinen Abmessungen. Stell dir einen mit einer Öffnung (ca. 7cm2) versehenen Tennisball vor, in dem man dann die Kamera rein hält und dann die andere Öffnung aufsucht, am Bildschirm identifiziert und dann den Draht manuell (vermutlich einfacher), aber automatisch gelenkt in die gegenüberliegende Öffnung "trifft". Und jeder Ball ist unterschiedlich groß.

Lichtschranke brauche ich bei manuellem Vorschub nicht, man beendet einfach das Vorschreiten des Drahtes wenn der Zielpunkt erreicht ist.
Der Draht ist gerade.

Genauigkeit: innerhalb weniger Zentimeter (einstellig) mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 10 mm ist der zu treffende Punkt.

Zeit: Vorschubgeschwindigkeit wenige Millimeter bis 1 cm pro Sekunde.

Warum kann man nicht direkt den Draht vorschieben? Weil es keine direkte Sicht auf den zu treffenden Punkt gibt, daher die Kamera.

Ich hoffe, ich konnte für etwas Klarheit sorgen.

Gruß

willi

[oberallgeier]

.. 5. Wie ambitioniert ist das Vorhaben? Kann man in so einen kleinen Raum navigieren? .. ein gesunder Mix aus Eigenleistung und "Outsourcing" ..

Man kann. Nicht nur die Neurochirurgie kann heute "zauberhafterweise" sozusagen ohne direkte Sicht beispielsweise innerhalb des Gehirns operieren. Ohne direkte Sicht, manchmal nach einem statischen Modell und manchmal "online" mit Daten eines MRTs. Da wird aber möglicherweise Deine Eigenleistung im Verhältnis zum Outsourcing etwas klein ausfallen. Beispiel: bist Du sicher dass Dir die Kamera alleine völlig ausreicht? Weil die ja kaum Informationen über den Abstand Draht-Loch gibt, es sei denn, der Draht ist schon reichlich am Loch vorbei. Usw.

[willi54]

Man kann. Nicht nur die Neurochirurgie kann heute "zauberhafterweise" sozusagen ohne direkte Sicht beispielsweise innerhalb des Gehirns operieren. Ohne direkte Sicht, manchmal nach einem statischen Modell und manchmal "online" mit Daten eines MRTs. Da wird aber möglicherweise Deine Eigenleistung im Verhältnis zum Outsourcing etwas klein ausfallen. Beispiel: bist Du sicher dass Dir die Kamera alleine völlig ausreicht? Weil die ja kaum Informationen über den Abstand Draht-Loch gibt, es sei denn, der Draht ist schon reichlich am Loch vorbei. Usw.

Hallo oberallgeier,

MRT oder CT-Bilder wird es nicht geben. Selbst wenn:
Diese Neuronavigation erfolgt ja mit festen Referenzpunkten und hinreichendem Abtasten (Eichen) des z.B. Gesichts mit einem entsprechendem Pointer. Da bewegen sich aber der Referenzpunkt, der fest am Schädel befestigt ist nicht zum übrigen Kopf; wenn dann nur beide zusammen.

Die Kamera soll nur dem Betrachter dienen, damit er überhaupt etwas sehen kann, da man diesen "Ball" nicht unter direkter Sicht einsehen kann. Daher muss man jeden Ball vor Platzierung des Drahtes einmal irgendwie scannen (Laser?). Mit etwas Übung kann man aus dem präsentierten 2D-Bild der Kamera ein "räumliches" Gefühl entwickeln, für den Betrachter sollte daher eine Kamera ausreichen. Aber der µC braucht vermutlich noch viel mehr Informationen.

Es lassen sich auf so kleiner Fläche (an der Spitze der Kamera) wahrscheinlich keine hinreichend genauen Daten generieren. Das ganze müsste ja ohne feste Referenzpunkte funktionieren. Also ständiges Abtasten der Umgebung und wie groß sind der Laser und die Empfangssensoren? Und dann kommen noch die Bewegungen der Kamera durch den Betrachter hinzu, auch wenn diese sehr gering ausfallen würden, verändern sie dass soeben gescannte Bild.

Ich stelle fest, je mehr ich mir Gedanken mache, umso schwieriger erscheint das Ganze; und ich muss noch viel mehr im Forum lesen.

vielen Dank

gruß

willi

[Holomino]

Vielleicht verrätst Du uns, was das Ganze praktisch wird?

So, wie sich das bislang anhört, kannst Du auch einfach mit Druckluft einen Faden durch die eine Öffnung pusten/schießen, der kommt am anderen Ende wieder raus. Damit ziehst Du dann den Draht hinterher.
Aber solch "einfache" Lösungen scheinen Dir nicht vorzuschweben...
...was also ist das komplizierte an Deiner Aufgabe?

[willi54]

... das der Faden dann in der Luftröhre der Puppe landen würde

[Mxt]

Hallo,

so ganz habe ich auch noch kein Bild, was das werden soll.

Da ich beruflich manchmal mit kameragestützem Mikroteilhandling mit Industrierobotern zu tun habe, denke ich da vielleicht auch zu kompliziert. Man kommt da ja auch öfter mal mit Leuten aus dem Bereich Medizintechnik ins Gespräch, daher würde ich zustimmen, dass da Dinge aus dem Bereich Neuro-, Kiefer- usw. Chirurgie in Frage kommen. (Ob auch vom Preis her, bezweifle ich im Moment.)

Da ja Links gewünscht waren, fange ich mal mit einigen an, wenn die Richtung nicht stimmt, kann man vielleicht noch was anderes suchen.

Laserscanner in der Größe kenne ich nicht. Aber die Software die Laserdaten und Kameradaten auswertet und 3D-Welten daraus macht, läuft normalerweise nicht auf Mikrocontrollern. Ist eher sowas in der Art
http://www.duwe-3d.de/de/Products/polyworks
Ob es da was "in billig" gibt, kann ich nicht sagen.

Die Kamera würde ich einem Roboterarm in die Hand geben, sie würde dann nur indirekt vom Menschen bewegt, die Software stellt sicher, dass nichts mit der 3D-Welt kollidiert. Wo wir schon bei Medizin und teuer sind, wie wärs mit diesem:
http://www.kuka-healthcare.com/de/lightweight_robotics/

Bei der Navigation würde ich zusätzlich zur Kamera zu etwas nicht optischem tendieren, z.B. induktiv
http://www.ndigital.com/medical/products/aurora/


So damit wäre der Preis eines Einfamilienhauses erreicht, jetzt muss man nur noch abspecken