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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Metallbanderkennung Sensorleiste


Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Hallo Leute,

ich habe mich für eine recht umfangreiche Bachelorarbeit entschieden in
der es darum geht eine Sensorleiste für ein Metallband, das in den Boden
eingelassen ist, zu entwerfen, optimieren und idealerweise auch noch für
die "Massenproduktion" vorzubereiten.
Diese Leiste wird dann an einen fahrenden Roboter gebabbt und der soll
dann idealerweise nicht mehr von der Spur (dem Metallband) abkommen.
Ich dachte ich schildere mal meine Idee, bin aber eigentlich für alles
offen.
Ich benutze als Sensoren 5 Spulen, die wie ein > angeordnet sind und
einen recht kleinen Durchmesser haben. Alle Spulen bekommen einen 10kHz
Schwingkreis und werden von einem AVR mit den echten 10kHz verglichen.
Je größer der Unterschied, desto mehr Metall ist vorhanden. Über die 5
Werte wird die exakte Position des Metallbandes interpoliert und nach
oben weiter gegeben. Wie der Roboter jetzt seine Position ändert ist
nicht mehr mein Bier.
Die Idee mit den kleinen Spulen kommt daher, dass ich eine Beeinflussung
der Spulen untereinander möglichst ausschließen will und eine große
"Streuung" des Feldes erreichen möchte. Dadurch soll es möglich sein
Bierdeckel, die von den Bauarbeitern im Estrich vergraben sind
frühzeitig zu erkennen und dann rausrechnen zu können. Weitere Probleme
kommen von sogenannten Dehnungsfugen, die ebenfalls aus Metall sind,
allerdings orthogonal zu der Metallleiste. Diese sollen durch die
zweidimensionale Anordnung > erkannt werden. Auch hier ist wieder die
Idee die herannahende Störung frühzeitig zu detektieren und bei der
nächsten Messung rausrechnen.
Mit der Frequenz bin ich mir noch nicht sicher. Diese habe ich von den
Schatzsuchern kopiert, weiß aber nicht ob vielleicht eine niedrigere
Frequenz besser geeignet wäre, da ich ja nicht 2 Meter in die Tiefe
schauen will, sonst macht der Stahlbeton Probleme.
Eine weitere Frage wäre wie ich die Spulen am Besten abschirme,
schließlich ist der Roboter auch aus Metall und die Platine soll sowas
ja auch haben. Gibt es da vielleicht geschickte Methoden die Platine zu
wickeln, dass sie das Feld hauptsächlich nach unten abstrahlt? Klar kann
ich die Sensoren auch eichen, aber je weniger Metall rundherum
detektiert wird, desto sensibler kann ich messen.
Ich freue mich auf Antworten und kreative Vorschläge
Kai

PS: Ich erwarte hier nicht, dass irgendwer meine Arbeit macht. Es geht
lediglich um ein Brainstorming, da die gesamte Entwicklung bis zum
Prototyp den Umfang einer Bachelorarbeit eigentlich sprengt und ich es
mir ersparen will unnötige Aufbauten zu versuchen, die nicht zum Ziel
führen

Autor: Andreas K. (derandi)
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Klingt nicht besonders anspruchsvoll.
Aus was besteht denn das Band?

Billig-version: Drei Magnetische Näherungssensoren (nichts anderes hast 
du in deiner Version am laufen) nebeneinander setzen.
Millerer Sensor alleine = Band erfasst, geradeausfahren.
Linker Sensor (+ evtl mittlerer Sensor) = Linkskurve.
Rechter Sensor analog nach rechts fahren.
Sofern die Kurvenradien des Metallbandes stets gleich sind ist das 
vollkommen ausreichend.


In der Modelleisenbahn-Stadt in Hamburg fahren die kleinen Autos auf 
ihrer Bahn, indem ein Magnet, der an einer beweglichen Lenkachse 
befestigt ist, einem Eisendraht im Boden folgt.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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das Material des Metallbandes weiß ich nicht, ich denke aber mal Blech 
oder Stahl. Das werde ich noch erfragen, magnetisch ist es aber nicht 
und eine einfache binäre Erkennung (Metallband da oder nicht) ist 
bereits im Einsatz und fährt regelmäßig gegen die Wand. Daher kommt die 
Arbeit ja zustande... Wenn es außer dem Metallband nichts metallisches 
geben würde, wäre es sicherlich einfacher, es geht so nur nicht. Die 
Kurven sind ebenfalls keine Rundungen, sondern eckig. So anspruchslos 
wie du das schilderst ist es also nicht. Ich hatte eigentlich auf Tipps 
von bestimmten Spulen gehofft oder eine Erklärung wie sich die Frequenz 
auf die Detektionstiefe auswirkt gehofft.
Kai

Autor: Andreas K. (derandi)
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Wenn man dir alle Randbedingungen aus der Nase ziehen muss wird das aber 
ein unproduktives Brainstorming.
Große Spulen haben eine größere Reichweite, Frequenz ist wohl eher Sache 
des Aufbaus.
Aber es wird dir nicht viel bringen, dein Problem ist wohl eher, das der 
Roboter vom Band runterfährt, die Spur verliert und sich selbstständig 
macht.

Was ich bisher weiß, lässt darauf schließen, das der Roboter durch seine 
Lenkung dem Band nicht folgen kann. Das Problem ließe sich durch eine 
andere Anordnung der Sensoren lösen.

Wenn das Band nicht in sauberen Kurven sondern nur in 90°-winkeln 
verlegt wurde zum Beispiel mit fünf Kreuzförmig angeordneten Sensoren.
Vorderster Sensor stellt fest, das der Roboter vom Band fährt, während 
der mittlere und hintere melden, das das Band noch da ist.
Jetzt melden in kürze der linke oder rechte Sensor das das Band 
links/rechts vom mittleren Sensor weitergeht. Nun muss der Roboter noch 
im Blindflug die Kurve fahren und das Band wieder suchen.
Für 45°-Winkel kommen eben noch 4 Sensoren in den Ecken dazu.

So eine ähnliche Routine hatte ich damals in meinen ASURO eingebaut, 
damit konnte er auch rechteckig verlaufenden Linien folgen, und das 
obwohl er nur einen Phototransistor und zwei LED`s hatte.


Wenn die Leute wollen, das der Roboter auch in verdreckter Umgebung 
nicht die Spur verliert muss man ihm den Weg beibringen, dann wird er 
auch nur dann um eine Kurve fahren, wenn da eine sein sollte und sonst 
den Dreck ignorieren.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Sorry, dass ich noch nicht alle Randbedingungen gepostet habe, ich kenne 
sie eben selbst noch nicht alle.
Ideal wäre eine möglichst nicht auf Kurven spezialisierte Sensorleiste, 
da dadurch das Einsatzgebiet erhöht wird und eine Massenproduktion 
sinnvoller wird.
Was haltet ihr von einer kegelförmigen Spule? Diese müsste doch 
verstärkt in die Richtung der Öffnung abstrahlen oder ist das Quark?
Kai

Autor: Andreas K. (derandi)
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Wäre es nicht klüger, die Randbedingungen klar abzustecken und das 
Ergebnis daraufhin zu optimieren?
Eierlegende Wollmilchsäue sind einfach ein Kompromiss über alle 
Bereiche.
Heisst: Können alles, aber nichts davon wirklich gut. Das gilt erst 
recht für Sensoren jeglicher Art, die werden nur all zu oft auf den 
Anwendungszweck zugeschnitten, das ist einfacher als die Anwendung an 
die Sensoren anzupassen.
Kuck dir mal an was bei IFM alles im Programm ist, nur um dir mal ein 
Bild zu machen wie weitreichend die Einsatzziele sein können.
http://www.ifm.de/ifmde/web/home.htm

Deine Kegelspule wird sich an einem Ende wie eine große Zylinderspule 
verhalten und am anderen Ende wie eine kleine Zylinderspule.
Kommerzielle Sensoren benutzen einfach eine simple, nicht besonders 
geformte Spule in einem RM-Kern, keine Zauberei. Die Unterliegen auch 
üblichen Beschränkungen: kleine Spulen, kleine Reichweite.

Für ein bestmögliches Ergebnis wirst du auch nicht drumherum kommen mit 
den Roboterjungs zusammenzuarbeiten, der Grund dafür steht oben.

Autor: ich (Gast)
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Kai schrieb: Blech oder Stahl.
Gute Nacht!

Autor: Neu (Gast)
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Platte oder Holz?
Draht oder Aluminium?
Folie oder Kupfer?
Becher oder Pappe?

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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wie ich sehe sind hier sehr viele unterwegs, die einfach mal nur was 
posten wollen, Kommentare wie von "ich" oder "Neu" bringen doch keinem 
was.
Es handelt sich um Stahlbleck, 4cm breit.
Als Kurve kommt jeder Winkel bis 90° in Frage, wird also wohl eine 
Wollmilchsau werden müssen ;)
Da das ganze idealerweise für die Massenproduktion taugen soll, werde 
ich wohl normale Spulen nehmen müssen. Ich denke ich werde einfach ein 
wenig damit experimentieren müssen.
Kai

PS: bitte nur noch konstruktive Kommentare

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