Laser-Facetracking

Mithilfe KI-unterstützter Software einen Laser das Gesicht in einem Raum aktiv verfolgen

Zieldefinition: Ein Lasertracking-System auf Basis von KI-unterstützter Software, welches   Multifunktional (hier konkret das Gesicht) verfolgen soll. Die Lösung soll Low-   Budget orientiert, jedoch möglichst effektiv, als auch wiederholbar sein.

Gliederung: Initialgedanke

Kategorisierung der benötigten Teile

Grobe Erläuterung der Gestaltung

Schnittstelle der Mechanik und Elektronik

Implementierung der Software ins mechatronische System

Zusammenfassung und abschließende Worte

Initialgedanken in der Skizze verdeutlicht:

Inspiration habe ich mir auf Basis moderner Kameraüberwachungssysteme, als auch militärischer Verteidigungssysteme eingeleitet.

Vorab sollte der Gedanke sein, dass für eine aktive Verfolgung das System sowohl auf der x1-x3-Ebene, als auch x1-x3-Ebene sich Bewegen können muss, da diese Bewegung sich als "hoch runter", und "links rechts" definiert.

Ein schwenkbares System erfolgt auf erster  und direkter Ebene durch mechanische Bewegung. Diese Bewegung werde ich mit Servomotoren des Modells MG90S umsetzen. Das umfassende Material muss dadurch, dass Reibung für Bewegung unausweichlich sein wird, nicht leicht verformbar sein.

Zudem ist eine Bestimmung der Bewegungsart notwendig, wo beispielsweise die Achse des geschwenkten Systems liegen soll, da dies folgende Konsequenzen mit sich potenziell  bringt:

Sphärische Bewegungsart am hinteren Stück: Hochsensibel für eventuelle kleine Fehladjustierungen des Systems

Sphärische Bewegungsart am vorderen Stück: Durch erhöhtem Aufwand der Bewegung eventuelle Problematik bei schnellerer bzw. aktiver Bewegung.

Um die notwendigen Teile zu fertigen, muss ich selbstverständlich mich an dem Servomotor und den Maßen dessen orientieren. Im Internet findet man diesbezüglich bereits ein Datenblatt mit allen relevanten Maßen. 

Selbstverständlich ist mit einem höheren Budget eine verbesserte Gestaltung des Projekts an dieser Stelle möglich, jedoch ist ebenfalls die Intention des Projekts eine preiswertige, und dementsprechend auch effiziente Lösung.

Orientierend an meinen Initialgedanken habe ich anschließend als erstes die x1-x3-Ebene, also die vertikale Schwenkung, als Fokus gelegt.

Die komplette Gestaltung des Projekts erfolgt in Autodesk Fusion 360, und sind von mir eigenständig erstellt, geplant und designt.

Das Fundament des Systems soll eigenständig stehen können, was intuitiv lösbar ist. Additional soll der Servomotor sich in einer festen, unbeweglichen Position befinden, welche ich durch eine Presspassung in Anbetracht der eigenen Toleranzen meines 3D-Druckers realisiert habe. Um diese Bedingung sicher zu gewährleisten, habe ich außerdem Löcher eingefügt, in welche man die Schrauben mit angemessenem Druck beim einschrauben anbringen kann, welche den Servomotor in das Material des Fundaments klemmen.

Zu beachten ist auch der Verlauf der Kabel, jene durch die Gestaltung eines Schlitzes in der Breite der Kabel selber sichergestellt wird. 

Nachdem das Modell auf Basis einer 3mf-Datei im Programm Orcaslicer gesliced, und dementsprechend für den 3D-Druck vorbereitet wurde, konnte fehlerfrei das Fundament gedruckt werden. 

Der Motor kann nun eingesetzt werden, und es kann eine Bewegung in der x1-x3-Ebene erfolgen (basierend auf der Perspektive, dass der äußere Schlitz nach links vom Beobachter aus öffnet) 

Die anschließende Gestaltung der nächsten Ebene beschränkt sich nicht lediglich auf die x1-x2-Ebene, sondern auch auf die Übertragung der Bewegung verursacht durch den Servomotor im Fundament. 

Diese Ebene greift die vorherige Bewegung durch die sich auf der Rückseite befindenen Löcher auf, auf denen ein unilateraler Servomotorarm angebracht wird, welcher durch eine Schraube dort statisch festgehalten wird. Die ausgewirkte Kraft bei der Bewegung auf der x1-x3-Ebene wird dann in eine Schwenkung des Systems umgewandelt, da der Arm sich gegen die in der 2. Ebene befindenden Schraube drückt und somit das System bewegt, anstelle den Arm selbst zu bewegen. Um auch eine leichte Befestigung des Arms nach der Installation zu gewährleisten, befindet sich eine Öffnung auf der vorderen Seite gegenüber der Löcher.

Dasselbe Konzept wie im Fundament greift nun hier ein für die Befestigung des Servomotors und dem Kabelausgang.  Die Anbringung des Servomotors ermöglicht für die finale Ebene eine Bewegung auf der x1-x2-Ebene, auf welcher sich ebenfalls der Laser dann befinden wird.