Ideas para medir la posición 2D de un objeto restringido al plano X-Y

Question

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 (así que no hay desplazamiento del eje Z).

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.
• Sea cual sea el método de medición que utilice, no debería restringir significativamente el movimiento del objeto.
• Además, por favor, asume que el plano sobre 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 ser modificado como sea necesario (LED en la parte superior, o accesorios de cuerda, o cualquier otra cosa).

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

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

Aquí están un par de mis ideas hasta ahora:

(1) Sensores de alcance basados en infrarrojos (en realidad sólo se necesitan dos)

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

(3) Dos cuerdas, cada una de ellas conectada desde el objeto a una hoja de banda extensométrica de libre flexión en el lado

Answer 1

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

• 2 guías lineales de precisión.
• 2x Precisión codificadores lineales .
• 2x enlaces metálicos.

Coloca un codificador lineal en cada carro lineal. Disponga las dos correderas a 90º de distancia y fije el objeto a las correderas mediante los enlaces. Los codificadores lineales de este tipo se utilizan para aplicaciones de medición de precisión. Utilizando este método podrías conseguir fácilmente una resolución de 0,01 mm y una precisión de 0,1 mm, y probablemente lo harás mucho mejor.

Answer 2

Idea 3: Utilizar una cámara. No sé qué restricciones tienes en tu objeto, pero si puedes añadir un pequeño LED, entonces el seguimiento con una cámara puede ser un juego de niños.

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

Sincroniza el LED para que parpadee al mismo tiempo que la velocidad de fotogramas de la cámara, de modo que obtengas 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, añada un filtro IR a la cámara, LEDs IR alrededor de la lente, y coloque un marcador retro-reflectante en el objeto. Esto debería mostrarse mucho más brillante que el objeto o los alrededores.

Alex está modelando una cinta retro-reflectante muy atractiva que su mamá le hizo poner en su bolso.

Answer 3

Idea 1: Utilizar dos Potenciómetros de cuerda .

Colócalos a unos 90º de distancia y a 1m del cuadrado para que el objeto se mueva, puedes medir la distancia entre el objeto y la maceta. Luego puedes usar algo de trigonometría para calcular la posición exacta. He visto hacer esto y funciona bien. ¿Puedes conseguir la precisión? Deberías hacer lo siguiente:

• Disponga las macetas de manera que se aproveche aproximadamente el 80% de su alcance.
• Tamponar las señales de los potes con seguidores de op-amp (opamps de precisión de buena calidad).
• Utiliza un ADC de 12 bits de buena calidad, con una placa de circuito impreso bien diseñada.
• Hacer que el sistema sea mecánicamente sólido y rígido.
• Asegúrate de que las cuerdas salen de un pequeño agujero.

De esta manera, se puede esperar conseguir un rango de ADC de unos 3000 pasos. Esto le da una resolución de aproximadamente 0,1 mm. Ahora, para conseguir la precisión. Tendrás que calibrar el sistema cuidadosamente. Medir con precisión la posición del objeto en varios lugares, y correlacionar esas lecturas con las mediciones. Esto podría darte fácilmente una precisión de 1mm.

Answer 4

Idea 2: Utilizar un Sensor de Ascensión . Estos le dan 6 grados de libertad (X, Y, Z, roll, pitch, yaw) que es mucho más de lo que necesita, y puede ser un poco caro, pero es una solución de trabajo fuera de la plataforma.

El sistema consta de un transmisor fijo y un receptor móvil. El sistema puede indicar la posición y la orientación del receptor con respecto al transmisor.

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

Answer 5

Idea 5: Bolígrafo digital y papel de puntos de dirección.

Puedes conseguir estos increíbles bolígrafos que pueden grabar todo lo que escribes y dibujas. Los bolígrafos contienen una pequeña cámara que mira el papel mientras escribes. Sin embargo, no mira la tinta que has puesto, sino un patrón de pequeños puntos en el papel. (Tienes que comprar este papel especial, o puedes imprimirlo).

Uno de ellos podría cumplir fácilmente con su especificación.