Raum Aufzeichnen

**i_make_it** · 03.12.2015, 07:55

Also Fasse ich mal zusammen:
Arbeitsraum - 2m*2m*2m
Objekte - 0,2m*0,2m*0,2m (Würfel)

Roboter - Roboterarm (Industrieroboter, Kinematik offen)

Objekte können hintereinander (übereinander?) stehen.
Objektgewicht unbekannt. (Greifkraft)
Objektfestigkeit unbekannt.(Greifkraft oder formschlüssiger Griff)

Ein Sensor könnte auch am Roboterarm befestigt werden, durch die Meßsysteme des Roboters, ist dessen jeweilige Position und Ausrichtung bekannt.
Damit lassen sich aus verschiedenen Perspektiven scans durchführen und dann überlagern (um Boden Wände und Decke erfassen zu können).
Dadurch kann in einigen Fällen zusätzliche Informationen gewonnen werden.
Ohne Räöntgensystem, wird es aber unmöglich sein in allen möglichen Szenarien zu detektieren wo alle Objekte sind und wie viele es sind.
Bsp. der 2*2*2m Raum ist an 5 Seiten geschlossen (Boden, Wände, Decke) bündig zur sechsten Seite steht eine Wand aus 10*10 Würfeln die die Fläche komplett ausfüllt.
Es ist nicht möglich zu erkennen ob hier "nur" 100 Würfel vorhanden sind oder ob der Raum im gesammten Volumen gefüllt ist, also 1000 Würfel in dem Raum sind.
In diesem Szenario wäre ein Röntgenscanner und ein entsprechend geschulter Auswerter notwendig um dies zu erkennen.

Ich denke jetzt bist Du an dem Punkt wo Du Dir ein detailiertes Lastenheft erarbeiten mußt um nicht in die falsche Richtung loszulegen.
Grade wenn später eine Erweiterung auf mehrere "Räume" mit einer Zusatzachse erfolgen soll.

Auch ist in dem oben genannten Szenario ein formschlüssiger Griff oder überhaupt nur ein Zugreifen für einen Roboter sehr schwer, da alle Würfel ja nur von einer Seite erreichbar sind und es auch noch passieren kann, das beim "Herrausziehen" eines Würfels aller anderen umfallen wenn man nicht dagegen hält.

Also muß man sich auch Gedanken machen welche Szenarien mit einem solchen System beherschbar sind und welche nicht.

**Mxt** · 03.12.2015, 08:15

Ich würde das hier mal als Einstieg nehmen
http://pointclouds.org/

Auch ohne Röntgen kommt man damit schon recht weit.

HaWe · 03.12.2015, 09:16

es gibt auch LIDAR (Laser-) Systeme (z.B. XV11), die sich zum Raum-mapping eignen. Für den Raspi und sogar für den Lego EV3 (Java mit lejos- oder C mit Debian-Jessie-Linux-Betriebssystem) sind solche Programmier-Interface schon vorhanden.

**Asgar434** · 03.12.2015, 17:00

danke für die hilfreichen Antworten.

Ich denke Röntgen wird nicht nötig sein.
Auch werden keine Objekte gestapelt.

Zum Anfang wollte ich das Gewicht relativ gering halten. So 100g erstmal.
Wenn sich am Anfang eine andere Form besser eignet dann würde ich diese nehmen.

Nächste Fragen wären dann:

1. Wie bau ich mir einen Roboterarm?
2. Welchen Sensorik passt am besten? (lidar, Lichtschnitt, Tincar) hm

Würde am Anfang auch nur in einem Raum arbeiten.
Und nur ein leichtes Objekt im Raum versetzen.

Übrigens den Sensor am Roboterarm zu befestigen ist eine Super Idee.
Damit kommt man dann zu den meisten Stellen zum scannen.

Grüße

HaWe · 03.12.2015, 18:39

Roboterarme lassen sich IMO einfach mit Baukästen von Fischertechnik und Lego erstellen und an eigene Bedürfnisse anpassen:

**i_make_it** · 04.12.2015, 08:43

Ich dachte eigentlich, das deutlich genug rüber kommt, das Röntgen nicht als ernsthafter Vorschlag gedacht war sondern als Extrembeispiel wie bei bestimmten Szenarien der Aufwand expotentiell wachsen kann.
Sprich das man sich erst Gedanken machen muß, unter welchen Bedingungen man welches Ergebniss erzielen will bevor man sich daran machenkann, herauszufinden was die beste Lösung ist.

Bei einem Raum von 2*2*2m, Objekten von 0,2*0,2*0,2m mit einem Gewicht von 0,1kg in der ersten Testphase, Ojekte die hintereinander stehen können aber nicht übereinander, Kann man natürlich mit einem Roboterarm aus Fichertechnik, Lego oder einem anderen Systembaukasten loslegen.
Das Problem ist halt will man das so machen und später noch einmal von vorne anfangen und dann zusätzlich die Investition tätigen in den Roboterarm den man benötigt um das entgültige Objektgewicht handhaben zu können?
Das man Würfel mit einem Roboterarm handhaben kann wurde in den letzten 40 Jahren schon verschiedentlich bewiesen.
Ist das Projektziel also die Lösung einer konkreten Aufgabenstellung (Handling von Kisten o.ä) kann man sich das sparen und Geld sparen.
Ist das Ziel die erlangung von Know How, ohne das am Ende wirklich eine reale Anlage vorhanden sein muß, ist ein solches Vorgehen in den meisten Fällen die bessere Wahl.
Da man die komponenten recyclen kann und später in anderen Projekten wiederverwenden kann.

Bei der Frage wie man einen Roboterarm baut, steht aber nicht das verwendete System (FT, Lego, etc.) im Vordergrund sondern die Aufgabe.
Welche Kinematik braucht man?
Ein Portalroboter ist einfach zu bauen und einfach von der Kinematik zu berechnen.
Ein 6-Achs Vertikal Knickarm Roboter gilt als am universellsten einsetzbar.
Ob man 6 Achsen braucht oder 5 reichen, hängt davon ab welche Orientierungen das Werkzeug einnehmen können muß.
Stehen alle Würfel mit der Oberseite nach oben oder können sie auch umgefallen oder umgedreht sein und müssen gewendet werden?
Und wie lange darf es dauern/wie oft darf umgegriffen werden um die Operation auszuführen?
Stehen alle Würfel immer waagerecht, oder können sie gekippt stehen?
Ein 5-Achs Vertikal Knickarm Roboter kann das Letzte Szenario nicht immer bewältigen (nur wenn die Kippebene genau tangential zum Mittelpunkt von A1 steht)
Neben der Fähigkeit den TCP (Tool Center Point) entsprechend des Bedarfs im Raum zu orientieren, muß dieser auch jeden Ort des gewünschten Arbeitsraum erreichen können.
Also der Arm muß die entsprechende Reichweite (Armlänge) haben.
Steht der Arm mitten in dem 2*2*2m Raum, muß er 1,55m weit kommen (die halbe Raumdiagonale durch den 2*2*2m Raum) um auch die Ecken erreichen zu können.
Soll der Arm außerhalb des Arbeitsraumes stehen, dann ist das entsprechend mehr.

Also muß man sich erst mal Gedanken darüber machen was für eine Bauform man haben will, welche Größe man braucht und welches Gewicht er schlußendlich handhaben soll (0,1kg oder doch später 10-20kg falls so ein 20cm Würfel mal aus Metall ist oder einen anderen schweren Stoff enthällt).

Erst wenn die Daten vorliegen kann man konkrete Angaben machen wie man so was baut oder ob ein Kauf nicht die günstigere Variante ist.
Da die mechanische Konstruktion eigentlich noch das einfachste an diesem Projekt ist, kann man auch überlegen ob man für einen ersten Testaufbau den Maßstab nicht erst mal reduziert.
Wenn man die Sensorik für den Scan und die dazu notwendige Software im Griff hat, ist es nicht so schwer das auf einen größeren Maßstab umzusetzen.
Ebenso bei der Mathematik für die Inverse Kinematik sowie die Motor und Lageregelung für den Arm.

Für die Sensorart kann man auch mal nach "open source lidar" z.B.: http://www.idaholidar.org/free-lidar-tools/
und "open source 3d-scanner" z.B.: http://www.makerscanner.com/
suchen.

**oberallgeier** · 04.12.2015, 09:55

.. Steht der Arm mitten in dem 2*2*2m Raum, muß er 1,55m weit kommen (die halbe Raumdiagonale durch den 2*2*2m Raum) um auch die Ecken erreichen zu können ..

Sorry, dass ich hier oberlehrerhaft-pingelig bin, die guten anderthalb Meter reichen nicht (oder in meinem Frühstückskaffee war irgendwas drin).
Fall a) Raummitte/"Basis-a"Roboterarm definiert als senkrechten Abstand 1,0 m von jeder Wand
Fall b) Raummitte/"Basis-b"Roboterarm als Diagonalenmitte der Bodenfläche.
Fall a) der kürzeste Abstand von dieser Mitte in jede der acht Ecken ist 1,732 m (½ * √12)
........ siehe halbe Diagonale des Rechtecks aus Diagonale des Deckenquadrats = 2 * √2 m und einer Raumkante
Fall b) der kürzste Abstand von dieser Mitte zu den vier OBERSTEN Ecken ist 2,446 m (√6)
........ Pythagoras zu halber Diagonale des Bodenquadrats - √2m - und Raumhöhe 2 m

Diese Werte sind die jeweiligen theoretischen Längen vom Drehpunkt der Basis des Roboterarms bis zum TCP.

**~~TC14~~** · 04.12.2015, 13:02

Asgar, da muss ich dir zustimmen. Allerdings muss man sagen, dass ein stationärer Industrieroboter wirklich nicht ganz günstig ist...

HaWe · 04.12.2015, 13:14

also zumindest ich hatte den Roboterarm nur als Träger zum Befestigen von Laserpointern oder Distanzsensoren gedacht, mit denen dann der Raum in alle Richtungen "abgepeilt" werden kann 8-)