Ich habe eine Anfrage, bei der es darum geht, eine größere, gewölbte (!) Wandfläche (ca. 3 x 4m) Touch- oder besser "Impact"-empfindlich zu gestalten, um interaktive Spiele (unterstützt durch Beamer) zu realisieren. Die notwendige Auflösung liegt bei ca. 10cm. Nach längerem Grübeln bin ich auf die Idee gekommen, es mit Sensoren nach dem skizzierten Prinzip zu versuchen. Ich werde in jedem Falle vorher ein oder mehrere Testmodelle bauen - gar keine Frage. Ich wollte aber mal vorab hier zur Diskussion stellen, ob das Prinzip überhaupt Aussichten auf Erfolg haben kann. Bei den geplanten Sensoren handelt es sich im Prinzip um rel. weiche Silikonschläuche mit ca. 5..10mm Durchmesser, die Länge (zunächst) um die 4m. An beiden Enden befindet sich jeweils ein Drucksensor oder ein Mikrofon. Wenn nun seitlich auf den Schlauch gedrückt wird, entsthet eine Druckwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit im Schlauch ausbreitet und zu unterschiedlichen Zeiten an den beiden Mikrofonen ankommt. Daraus sollte sich doch die Position errechnen lassen, oder? Die beiden Öffnungen an den Enden sollen dazu dienen, einen Druckausgleich über längere Zeiträume zu ermöglichen, z.B. bei Temperatueränderungen. Die Positionsbestimmung in der zweiten Achse erfolgt dadurch, dass eine sehr lange solche Anordnung, mäanderförmig auf der Wand verlegt wird ... ähnlich dem Prinzip einer Fußbodenheizung.
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Das will ich jetzt nicht schreien "das klappt nicht", aber wundern würde es mich schon. Vor allem, weil die Schallwellen im Schlauch sich ja unbeschwert ausbreiten können, außen ist ja immer alles leise... Ich hätte ja mit leitfähigem Schaumstoff Druckflächen (als Pixel sozusagen) gemacht und die Widerstandsänderung einzeln ausgewertet. Sitzschalter z.B. gehen so, und es gibt satt und genug "tretbare" Spiele (Klavier usw.), die machen das ähnlich. Es gibt fertige Alarmfußmatten für Demenzpatienten, damit man deren Flucht bemerkt. 50 Stück kaufen, an die Wand kleben, Matrixauswertung dranklöppeln, done.
Die Idee finde ich zumindest interessant. Ein ganz wesentlicher Aspekt
ist aber, wie schnell das "Drücken" ist. Wenn es so langsam wie das
Drücken eines Klingelknopfes ist, wird es keine brauchbare
Phasenverschiebung liefern. Ich schätze, dass es mit einem Schlag geht.
Das Signal kommt an beiden Enden mit unterschiedlichen Amplituden und
unterschiedlich ausgebildeten Flanken an. Daraus zwei Zeitpunkte zu
bestimmen, die ausreichend genau der tatsächlichen Laufzeit
entsprechen... Oh ha. Versuch macht kluch.
Es geht ja um eine ganze Matrix, also in diesem Fall ca. 30 bzw 40
Mäander, ungefähr 1200 "Pixel". Ich glaube, ich würde zunächst über ein
"Capacitive Touch"-System nachdenken - wenn es da überhaupt kapazitiv
etwas zu erkennen gibt. Preiswerte µCs, die das per Hardware auf vielen
Kanälen ("Pixeln") können, gibt es reichlich. Die Daten von z.B. 50
solcher µCs (Stückpreis << 2 €) einzusammeln, kostet noch einmal ein
paar €.
Wenn es denn technisch überhaupt ein Option wäre. Geworfene Plastikbälle
würden damit kaum erkannt. Das wäre eher für die Schläuche. Oder für
eine große Platte (Zylinder) aus Material mit langsamer
Schallgeschwindigkeit und 4 Mikrofonen in den Ecken. Oder oder oder...
Vielleicht geht beim Schlauchsystem auch so etwas wie
Impedanzspektroskopie bzw. ein akustisches Puls-Reflektormeter oder wie
die Dinger heißen. Schon interessant.
Das Bestechende an der Idee ist - sofern es überhaupt funktioniert - eben die Einsparung des doch ansonsten ganz erheblichen Aufwandes einer Matrix-Lösung (Verkabelung, Chips, etc.). Ich bin dran. Zwei "Blutdrucksensoren", wo man den Schlauch direkt draufstecken kann, sind bestellt ...
Wie sieht denn der Impact genau aus? Ist es ein Ball der auf die Wand trifft, oder sollen auch "sanftere" Events (mit dem Finger dagegendrücken) delektiert werden können? Im ersteren Fall (Ball) würde ich über eine akustisch entkoppelte Platte und 4 Körperschallmikrofone an den Ecken nachdenken. Verkabelungsaufwand überschaubar, und Genauigkeit <10cm mit Sicherheit erzielbar.
Frank E. schrieb: > Wenn nun seitlich auf den Schlauch gedrückt wird, entsthet eine > Druckwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit im Schlauch ausbreitet > und zu unterschiedlichen Zeiten an den beiden Mikrofonen ankommt. Daraus > sollte sich doch die Position errechnen lassen, oder? Die "Frequenz", die du mit dem Eindrücken des Schlauches erreichen kannt, liegt bestenfalls im Hz-Bereich. Also hast du dort ein ganz lausige "Flankensteilhit" der "Druckwelle". Es ist also eigentlich eher ein langsames An- und Abschwellen des Drucks. > Ich bin dran. Zwei "Blutdrucksensoren", wo man den Schlauch direkt > draufstecken kann, sind bestellt Bin gespannt, ob du da einen brauchbaren Phasenversatz hinbekommst. Denn für 10cm Auflösung sollte der Druck idealerweise schneller ansteigen als 0,1m/330m/s = 30µs (--> in 10 cm passt eine volle 3kHz-Welle). Lass da mit Tricks und genauer Messtechnik noch eine oder 2 Zehnerpotenzen rausholen, es wird trotzdem so sein, dass du den Touch eher anklopfen als draufdrücken musst...
Das mit den Drucksensoren funktioniert. Die mit DMS kann man extrem hoch auflösen. Da reicht ein Finger tippen um das zu messen. Spannend ist halt die zeitliche Auflösung. Wir haben im Studium Stifte gebaut mit denen wir den Griffdruck gemessen haben. Da hat man sehr viel gesehen.
Für Touch-Empfindlichkeit habe ich keine Idee. Aber für Tennisball-Impacts könntest du Mikrofone am Rand der Fläche anbringen und den Körperschall detektieren. Beton hat eine transversale Schallgeschw. von 2300 m/s. Deine 10cm Auflösung werden in etwa 430µs zurückgelegt. Wenn du mir Faktor 10 digital abtastest, wären das 23 kHz. Mal drei für (mind.) drei Mikrofone.
Die Fläche (Wand), um die es geht, ist etwa 4m lang und 3m hoch, geneigt
(ca. 50cm auf 3m) und gewölbt (etwa 1/4 Kreis). Konstruiert ist diese
Wand aus einem recht massiven Holz-Untergestell (10er Kantholz) und
unter Spannung gebogenen, draufgeschraubten 15mm-Sperrholzplatten. Diese
Wand soll symbolisch den Ausschnitt einer Vulkanwand (Kegelflanke)
darstellen. Das hat sich ein Bühnenbildner ausgedacht und befindet sich
in einem "Erlebnisbereich für Kinder" einem Museum zum Thema Pompeij.
Eigentlich sollten die Kinder daran ("am Vulkan") klettern (es sind zur
Zeit noch so Plastik-Noppen aufgeschraubt), was sie aber nicht tun, weil
es langweilig ist, bei 2m möglicher Kletterhöhe. Hier hatte ich zunächst
die Idee in Richtung "augmented climbing wall" (mal bei youtube suchen),
was der TÜV aber verboten hat, weil die lieben Kleinen vom bösen Beamer
geblendet werden könnten und herunterfallen. Auf dem Boden liegen
übrigens dicke Polstermatten.
Desweiteren sind noch einige Kurzdistanzbeamer übrig, aus ähnlich
misslungenen Erlebniszonen des gleichen "Designers". So kamen ich und
die Museumsleitung auf die Idee, diese Wand irgendwie zwar zu
"augmentieren", aber ohne zu beklettern. Aus Kostengründen und weil das
Umfeld gerade neu renoviert ist, soll diese Wand nicht abgerissen werden
- also bleibt sie so gewölbt.
Wären die Kletternoppen dran geblieben, hätte ich diese mit leitfähiger
Farbe touch-sensibel gemacht, was aber nun entfällt.
Die Idee ist nun, irgenwelche interaktiven Spiele oder Quizze auf die
Wand zu projizieren (mit Kurzdistanzbeamer von Oben, macht wenig
Schatten) und per Hand-auf-Patschen oder evtl. auch mit Bällen zu
bedienen.
Die Schläuche werden, wenn ein Prototyp funktionieren sollte, natürlich
hinter einer Schicht Kunstleder o.ä. verschwinden, die Zwischneräume mit
Schaumgummi gefüllt ...
Wie wäre es mit zwei rotierenden Spiegeln und Lasern und Reflexion nach dem Katzenaugenprinzip? Dazu musst du nur einen Rahmen bauen, der die Punkte in definierte Bereiche zurückwirft - und diesen Bereich nebst Spiegelwinkel überwachen. Riesenvorteil: Du sparst dir sehr viel Elektronik. Nachteil: Ein wenig Rechnen wird nötig sein.
Okay, bei nicht planer Oberfläche fällt das Prinzip Laser natürlich raus.
Eim paar IR- Kameras. Der Raspi wertet das Bild aus. Die warmen Haende sind Punkte, die sich detektieren lassen.
Ggf. geht es schon mit einer. VGA Aufloesung wirst Du dann brauchen. Vorteil ist, dass die Kinder diese beim Klettern nicht beschaedigen koennen.
Dieter schrieb: > Ggf. geht es schon mit einer. VGA Aufloesung wirst Du dann > brauchen. > Vorteil ist, dass die Kinder diese beim Klettern nicht beschaedigen > koennen. Die Position bekäme ich evtl. mit einer Lepton FLIR Kamera (80 x 60pix sind auf 4m x 3m eine Auflsung von 5cm, das wäre ok) heraus, aber wie dedektiere ich den Touch/Impact? Aber im Sommer sind ja nicht nur die Hände nackt und warm ...
Es gibt optische Touchscreens in verschiedenen Varianten, die mit mehreren Lichtquellen und Sensoren arbeiten. Es werden mehrere Lichtquellen (Laser, IR-LEDs, sowas), z.B. in den vier Ecken, sequentiell angesteuert und detektiert, wo die Schatten entstehen. Dadurch lässt sich recht gut die Position der Eingabe erkennen. Alternativ könnte ich mir ein Verfahren vorstellen, bei dem es eine linienförmige Lichtquelle und zwei linienförmige Sensoren gibt. Alternativ zwei Kameras, für x und y, die auf die jeweils gegenüberliegende Lichtleiste gerichtet sind. Sobald ein Finger dazwischenkommt, ist ein Teil der Lichtleiste abgeschattet, und du musst lediglich den Bereich, in dem im Bild die Lichtleiste fehlt, ermitteln. Durch zwei Kameras erhältst du so x und y. Man könnte auch gänzlich auf die Lichtquellen verzichten und nur eine Änderungsdetektion zum leeren Bild versuchen, aber das dürfte sehr beleuchtungsabhängig und unpräzise funktionieren. Das ist natürlich weit weg von präzise, und man kann zudem nur in einer Ebene erkennen, wo die Hand in die Hohlkugel eintritt. Die Anwendung müsste dementsprechend stark unterschiedliche und auseinanderliegende Aktionsfelder haben. Aber vielleicht wäre dieses Verfahren einfacher...
L. C. schrieb: > Es gibt optische Touchscreens in verschiedenen Varianten, die mit > mehreren Lichtquellen und Sensoren arbeiten. ... Du hast schon gelesen, dass die Fläche ziemlich stark gekrümmt ist?
Die Technik sind Differenzbilder um Bewegungen zu erkennen. Das Pixel uber dem Feld wird augewertet.
Piezo Schallwandler sind auch recht günstig. Die geben bei einem "Impact" auch eine schöne amplitude.
Frank E. schrieb: > L. C. schrieb: >> Es gibt optische Touchscreens in verschiedenen Varianten, die mit >> mehreren Lichtquellen und Sensoren arbeiten. ... > > Du hast schon gelesen, dass die Fläche ziemlich stark gekrümmt ist? jups, hab ich... L. C. schrieb: > Das ist natürlich weit weg von präzise, und man kann zudem nur in einer > Ebene erkennen, wo die Hand in die Hohlkugel eintritt. Daher ja auch obiger Hinweis, ggf. reicht es dennoch aus. Details zur Gestaltung der "GUI" gab es ja nicht, aber wenn es weit auseinanderliegende und dementsprechend stark unterscheidbare Regionen sind, würde auch eine Projektion auf die gerade Kugelschnittebene möglicherweise ausreichend genau funktionieren.
Ich würde den Schlauch statt mit Luft mit Flüssigkeit füllen. Nur mit Luft würde ich erwarten daß das Übersprechen des Schalls von Punkt des Aufschlags direkt zu den Mikrophonen so stark ist daß man es nicht mehr sauber von der Schallwelle durch die Mäander des Schlauchs unterscheiden kann. Allerdings hat man dann das Problem, daß die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeit noch deutlich höher ist. Versuch macht klug
Es gibt da keinen wie auch immmer gearteten "Aufschlag", sondern lediglich eine "Berührung", auf die das Ganze sensibel sein soll. Ich würde da je nach benötigter Auflösung den Ansatz mit mehreren kapazitiven Touchfeldern und z.B. dem MTCH101 oder einem seiner Brüder was bastelen. Mit 100 Stück für 27€ lässt sich schon eine "interessante" Auflösung herstellen. Und weil das Touchfeld selber keine beweglichen Teile hat, kann da schon mal nichts kaputt gehen. https://www.mouser.de/ProductDetail/Microchip-Technology/MTCH101-I-OT?qs=VteoEApvSIB767sF5JiK8g%3D%3D https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MTCH101
Lothar M. schrieb: > Mit 100 Stück für 27€ lässt sich schon eine "interessante" > Auflösung herstellen. Ich hatte oben schon einmal ausgerechnet, dass für 3 x 4 m² mit 10 x 10 cm² Auflösung 1200 Felder erforderlich sind. (Wahrscheinlich aber nicht bis in die äußersten Ecken). Deswegen hatte ich µCs mit Capacitive-Touch-Eingängen vorgeschlagen. Mit 50 solcher µCs müsste man für 1200 Felder hinkommen, und die Datensammelei würden die auch erledigen. Aber der große Haken: Es sollen auch Bälle detektiert werden. (Das müssen sehr große Bälle sein, sonst würde das mit dem Schlauch nicht gehen.) Aber Capacitive-Touch würden die wahrscheinlich nicht erkennen - oder?
Der Zahn der Zeit schrieb: > 10 x 10 cm² Auflösung So wie ich das sehe, muss man das nicht fast pixelgenau auflösen. Der "Schallwellenansatz im Schlauch" gibt garantiert schon theoretisch nicht mehr her als die 20cm... > Aber Capacitive-Touch würden die wahrscheinlich nicht erkennen Man müsste die Bälle ggfs. mit entsprechender Metallisierung versehen. Aber genau das erscheint mir die eigentliche "Kunst" an diesem Kunstwerk. Wenn Bälle detektiert werden sollen, dann würde ich die bereits angesprochene (Stereo-)Kamera nehmen. BTW: wurden TOF-Sensoren oder TOF-Kameras schon angesprochen? https://www.st.com/en/imaging-and-photonics-solutions/vl53l1x.html
Lothar M. schrieb: > Es gibt da keinen wie auch immmer gearteten "Aufschlag" Woher ist diese Info? Ich lese: Frank E. schrieb: > und per Hand-auf-Patschen oder evtl. auch mit Bällen zu > bedienen.
Udo S. schrieb: > und per Hand-auf-Patschen Das ist wie gesagt kein "Aufschlag" der brauchbar hohe Frequenzen/Flankensteilheiten erzeugt. Genau wie das Gehör Laufzeitunterschiede nur bei hohen Frequenzen auswerten kann: wenn man dumpfes Donnern mit nur tiefen Frequenzen hört, dann weiß man erstmal nicht, woher das kommt. Erst ein knackiger Blitz mit hübsch hohen Frequenzen gibt Orientierung. Das hatte ich ziemlich früh im Thread schon mal angedeutet... Also schlage ich zuletzt vor, einfach eine XY-Matrix aus solchen Druckschläuchen da reinzubasteln. Dann bekommt man gleich die Koordinaten der Berührung mitgeteilt. Und das funktioniert sogar statisch mit sanftem langsamen Aufdrücken.
Mein Vorschlag: kapazitive X-Y-Matrix aus Alu- oder Kupfer-Klebeband (lötbar), die Streifen mit einer 5-mm-Schaumstofflage trennen. Darüber Stoffwand o.ä. kleistern. Der Schaumstoff braucht einige Zeit zum Zurückfedern, da müßte auch ein Aufprall detektierbar sein. Gruß - Werner
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