测量受 XY 平面约束的对象的 2D 位置的想法

电器工程 传感器 红外线的 距离 接近传感器
2022-01-23 05:00:57

我正在做一个项目,并且出现了一个方面,我想测量(连续跟踪)物体在 2D 平面上的 X 和 Y 位置。对象由人移动,对象的移动被限制在 2D 平面(因此没有 Z 轴位移)。

图像1

约束:

  • 我想要 1 毫米的测量位置分辨率,最好是 0.5 毫米或更好。
  • 物体移动的空间是 30 cm X 30 cm。
  • 无论我使用什么测量方法,都不应该显着限制物体的运动。
  • 另外,请假设物体移动的平面是空气,而不是实际的固体表面(出于难以用语言描述的项目特定原因)。
  • 好消息是:对象完全可以根据需要进行修改(顶部的 LED,或字符串附件,或其他任何东西)。

获得这种分辨率的方法可能是什么?

我正在考虑各种方法,但我不知道它们是否能满足分辨率要求。由于我现有的系统没有太多限制,即使是复杂/庞大的实现我也可以,只要它足够精确。

到目前为止,这是我的一些想法:

(1) 红外测距传感器(实际只需要两个) 图2

(2) 从物体到侧面连接两个长卡尺/千分尺 图3

(3) 两根弦,每根弦从物体连接到侧面的可自由弯曲的应变片 图4

4个回答

想法4:这会给你最好的准确性。您将需要以下内容:

直线滑轨编码器联动

将线性编码器连接到每个线性滑轨。将两张幻灯片分开 90º,然后使用连杆将对象连接到滑块上。像这样的线性编码器用于精密测量应用。使用这种方法,您可以轻松实现 0.01 毫米的分辨率和 0.1 毫米的精度,并且可能会做得更好。

想法3:使用相机。我不知道你对你的对象有什么限制,但如果你可以添加一个微小的 LED,那么用相机跟踪可能是轻而易举的事。

LED追踪

詹妮弗在这里穿着一系列红色 LED 追踪器。非常适合让您的朋友眼花缭乱和困惑。

使 LED 与相机的帧速率同步闪烁,这样您就可以在 LED 开启时获得一张图像,在 LED 关闭时获得一张图像。减去图像,在图像中定位 LED 是微不足道的。

或者,将红外滤光片添加到摄像头、镜头周围的红外 LED,并在物体上放置一个回射标记。这应该比物体或周围环境更亮。

反光带

亚历克斯正在为他妈妈让他戴在包上的一些引人入胜的反光胶带建模。

想法1:使用两个字符串电位器

串锅

将它们排列成相距约90º,距离正方形1m,使物体四处移动,您可以测量物体与锅之间的距离。您可以使用一些三角函数来计算确切的位置。我已经看到这样做并且效果很好。你能得到准确度吗?您应该执行以下操作:

  • 以这样的方式安排底池,以利用其范围的约 80%。
  • 使用运算放大器跟随器(优质精密运算放大器)缓冲来自电位器的信号。
  • 使用具有正确布局 PCB 的优质 12 位 ADC。
  • 使系统在机械上是健全的和刚性的。
  • 确保琴弦从一个小孔中伸出。

这样,您可能期望实现大约 3000 步的 ADC 范围。这为您提供了大约 0.1 毫米的分辨率。现在,要获得准确性。您需要仔细校准系统。准确测量物体在多个位置的位置,并将这些读数与测量值相关联。这可以很容易地为您提供 1 毫米的精度。

想法 2:使用提升传感器这些为您提供了 6 个自由度(X、Y、Z、滚动、俯仰、偏航),这远远超出了您的需要,而且可能有点贵,但它是一种现成的解决方案。

提升传感器

该系统由一个固定的发射器和一个移动的接收器组成。系统可以告诉您接收器相对于发射器的位置和方向。

精度指定为 1.4 毫米,但您可以通过仔细校准来提高它。