Ideas para medir la posición 2D de un objeto restringido al plano XY

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Estoy trabajando en un proyecto, y ha surgido un aspecto en el que me gustaría medir (rastrear continuamente) la posición X e Y de un objeto a través de un plano 2D. El objeto es movido por una persona, con el movimiento del objeto restringido al plano 2D (por lo que no hay desplazamiento del eje Z).

imagen1

Restricciones:

  • Me gustaría una resolución de posición medida de 1 mm, idealmente 0,5 mm o mejor.
  • El espacio sobre el que se mueve el objeto es de 30 cm X 30 cm.
  • Cualquier método de medición que use no debería restringir significativamente el movimiento del objeto.
  • Además, suponga que el plano en el que se mueve el objeto es aire y NO una superficie sólida real (por razones específicas del proyecto que son difíciles de verbalizar).
  • La buena noticia es: el objeto está completamente bien para modificarse según sea necesario (LED en la parte superior, o archivos adjuntos de cadena, o cualquier otra cosa).

¿Cuál podría ser un método para obtener ese tipo de resolución?

Estoy considerando varios enfoques, pero no sé si alguno de ellos cumplirá con el requisito de resolución. Como no hay muchas restricciones en mi sistema actual, estoy de acuerdo con una implementación compleja / voluminosa, siempre que sea lo suficientemente precisa.

Estas son algunas de mis ideas hasta ahora:

(1) Sensores de alcance basados ​​en infrarrojos (solo necesitan dos en realidad) imagen2

(2) Dos pinzas / micrómetros largos conectados desde el objeto a los lados imagen3

(3) Dos cuerdas, cada una conectada desde el objeto a una hoja de galga extensométrica que se dobla libremente imagen4

bocado
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Curiosamente, no me permite insertar imágenes. Un momento por favor ...
mordida del
¡Podrías construir un theremin!
NickHalden
@Nick: Según mi lectura rápida de Wikipedia, el theremin funciona usando la mano como una placa de un condensador (como parte de un circuito LC). ¿Funcionaría en un rango de 30 cm (nunca he jugado un theremin), y esto permitiría una resolución de 0.5 mm?
Mordida el
El rango de 30 cm no sería un problema. Sin embargo, me sorprendería mucho si pudieras obtener una resolución de 0,5 mm. Estoy seguro de que se puede hacer con un buen filtrado y procesamiento de señal ... pero no sería yo quien pregunte al respecto. Por lo tanto, mi sugerencia es un comentario, no una respuesta.
NickHalden
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Coloque un potenciómetro en una esquina y coloque un brazo giratorio sobre él. Luego, al final de este brazo, coloque nuevamente otro potenciómetro con otro brazo. El extremo del segundo brazo se mueve a las distintas posiciones, luego los potenciómetros son proporcionales al ángulo que forman. Con un poco de matemática puedes calcular la posición exacta.
jippie

Respuestas:

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Idea 4: Esto te dará la mejor precisión. Necesitará lo siguiente:

Enlace lineal de codificador deslizante

Adjunte un codificador lineal a cada diapositiva lineal. Organice las dos diapositivas separadas 90º y adjunte el objeto a los controles deslizantes utilizando los enlaces. Los codificadores lineales como este se utilizan para aplicaciones de medición de precisión. Con este método, podría lograr fácilmente una resolución de 0.01 mm y una precisión de 0.1 mm, y probablemente lo hará mucho mejor que eso.

Rocketmagnet
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¡Jaja, esta está resultando ser la respuesta más completa (y una contribución de un solo hombre para eso) para una pregunta de seguimiento de posición!
mordida el
Esto es un poco similar, aunque mejor resolución que mi posibilidad declarada de dos calibradores (que sé que son baratos). ¿Alguna idea sobre lo caros que son estos codificadores lineales?
mordisco
Puede adquirir codificadores lineales en eBay por menos de £ 200. Los rodamientos lineales también pueden ser costosos, pero su aplicación podría salirse con la suya con cilindros cilíndricos más baratos.
Rocketmagnet
Célebre. De hecho, el costo no es un gran factor, ya que este es solo un proyecto único. Sin embargo, me preocupa si este método en particular podría dificultar un poco el movimiento, o ¿los codificadores no son de alta fricción o pesados? (Me acaba de editar la pregunta para indicar que el objeto se debe permitir que se mueva un poco libremente)
boardbite
Los codificadores son sin contacto. La única fricción vendrá de los rodamientos lineales, que serán de muy baja fricción. Si desea cero fricción, use cojinetes neumáticos.
Rocketmagnet
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Idea 3: usar una cámara. No sé qué restricciones tiene sobre su objeto, pero si puede agregar un pequeño LED, entonces el seguimiento con una cámara puede ser un obstáculo.

Seguimiento LED

Jennifer aquí tiene una gama de seguidores LED rojos. Perfecto para deslumbrar y confundir a tus amigos.

Sincronice el LED para que parpadee a tiempo con la velocidad de fotogramas de la cámara, de modo que obtenga una imagen con el LED encendido y otra con el LED apagado. Resta las imágenes, y localizar el LED dentro de la imagen es trivial.

Alternativamente, agregue un filtro IR a la cámara, LED IR alrededor de la lente y almacene un marcador retroreflectante en el objeto. Esto debería aparecer mucho más brillante que el objeto o sus alrededores.

Cinta retro-reflectante

Alex está modelando algunas cintas retro-reflectantes que su madre le hizo usar en su bolso.

Rocketmagnet
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He actualizado la pregunta para indicar que el objeto está abierto a modificaciones / archivos adjuntos.
mordida del
Me gusta la resta de la imagen con la idea de LED parpadeante. Para mayor claridad, ¿podría agregar a la Respuesta un comentario sobre la resolución alcanzable? Hice un comentario en la sección Comentarios anterior, indicando que una imagen de 300X300 píxeles sería suficiente (en teoría) para resolver con una precisión de 1 mm. Pero el hecho de que un LED no sea una fuente puntual podría reducir un poco la resolución.
mordida del
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Idea 1: Use dos potenciómetros de cuerda .

Olla de cuerda

Ordénelos a unos 90º de distancia y a 1 m del cuadrado para que el objeto se mueva, puede medir la distancia entre el objeto y el bote. El puede usar algo de trigonometría para calcular la posición exacta. He visto esto hecho y funciona bien. ¿Puedes obtener la precisión? Debes hacer lo siguiente:

  • Organice las macetas de tal manera que utilicen aproximadamente el 80% de su rango.
  • Guarda las señales de los potes con seguidores de amplificador operacional (opamps de precisión de buena calidad).
  • Utilice un ADC de 12 bits de buena calidad, con una PCB debidamente diseñada.
  • Haga que el sistema sea mecánicamente sólido y rígido.
  • Asegúrese de que las cuerdas emerjan de un pequeño agujero.

De esta manera, puede esperar alcanzar un rango de ADC de aproximadamente 3000 pasos. Esto le da una resolución de aproximadamente 0.1 mm. Ahora, para obtener la precisión. Deberá calibrar el sistema con cuidado. Mida con precisión la posición del objeto en varios lugares y correlacione esas lecturas con las mediciones. Esto podría darle fácilmente una precisión de 1 mm.

Rocketmagnet
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Wow, no sabía que existían estas cosas exactas, ¡gran idea! Basado en un primer par de búsquedas de Google, estas tienen una resolución fantástica (bueno, solo limitado por el ADC, supongo). No sé cuán repetible será (durante muchas retracciones durante la vida útil), pero podría calibrarse. Ahora, para encontrar uno con al menos 30 cm de rango de escala completa.
mordisco
@Inga: están diseñados para aplicaciones de medición de precisión, por lo que espero que sean bastante repetibles. Siempre puedes hacer un chequeo de vez en cuando. Tal vez podría tener algunos enchufes fijos a los que podría unir su objeto.
Rocketmagnet
Célebre. Esto es difícil de superar en simplicidad y franqueza; Voy a probar esto. Y en lo que respecta al rango de escala completa de 30 cm, incluso si la olla de cuerdas particular tenía un rango más corto, siempre podría unirle una cadena más de longitud conocida para alcanzar el tramo de 30 cm.
Mordida el
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Idea 2: Use un sensor de ascensión . Estos le dan 6 grados de libertad (X, Y, Z, balanceo, cabeceo, guiñada) que es mucho más de lo que necesita y puede ser un poco costoso, pero es una solución lista para usar.

Sensor de ascensión

El sistema consta de un transmisor estacionario y un receptor en movimiento. El sistema puede indicarle la posición y orientación del receptor en relación con el transmisor.

La precisión se especifica en 1,4 mm, pero probablemente podría mejorar eso con una calibración cuidadosa.

Rocketmagnet
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Idea 5: bolígrafo digital y papel de puntos con dirección.

Bolígrafo digital

Puede obtener estos increíbles bolígrafos que pueden grabar todo lo que escribe en un sorteo. Los bolígrafos contienen una pequeña cámara que mira el papel mientras escribes. Sin embargo, en realidad no se ve la tinta que ha depositado, sino que se ve en un patrón de pequeños puntos en el papel. (Necesita comprar este papel especial, o puede imprimirlo).

Uno de estos sería fácilmente capaz de cumplir con sus especificaciones.

Rocketmagnet
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Hice un proyecto sobre esto, y el método sextante funciona bien, especialmente a corto alcance, pero tiene su punto ciego, por debajo de cierta distancia, no funcionará. Además, si tiene más fuentes de iluminación, será erróneo. La precisión de la medición es una función de la calidad de la cámara utilizada y la separación entre la cámara y la fuente de iluminación.

¡Espero que ayude!

Anshul
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lo que está describiendo es esencialmente una mesa o tableta digitalizadora.

Cuando trabajaba para un OEM de fotogrametría, nuestras mesas de digitalización tenían aproximadamente un metro cuadrado y luego (y posiblemente ahora) fueron utilizadas por cartógrafos, etc. Consistían en una mesa de vidrio con delgados alambres de cobre unidos a la parte posterior de la mesa en una formación de rejilla. ; y un dispositivo señalador (punto de mira) que contenía una bobina electromagnética.

Los circuitos lógicos enviarían impulsos eléctricos por los cables de cobre en los ejes X e Y; estos impulsos serían recogidos por la bobina y procesados ​​por contadores digitales para calcular la posición XY exacta del dispositivo señalador hasta centésimas de pulgada.

Si por alguna razón no pudieras usar un dispositivo señalador dentro de tu proyecto, puedes intentar conectar un pantógrafo.

usuario35648
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