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Wie berechnet man die Konstruktion einer Bewegung?
Universität / Fachhochschule
Tags: Bewegung, Kinematik, Roboterarm
 
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Hallo, ich möchte eine Kamera derart bewegen, dass sie zuerst ca. 20cm oberhalb des Boden ist und leicht nach oben schaut, dann eine schnelle Bewegung in ca. 2 Meter Höhe macht und dabei den fokussierten Punkt beibehält. So etwas wird normalerweise mit einem Roboterarm gemacht. Ich brauche aber nur eine einzige Bewegung, . das ganze muss nicht programmierbar sein, sondern nur wiederholbar: Sie müsste unten anfangen, sich dann vielleicht etwas vom Motiv entfernen, dann nach oben "flutschen" und oberhalb des Motivs enden, vielleicht bei cm. Ich würde gerne erreichen, dass das per Muskelkraft bewegt wird, also beispielsweise indem man einen Hebel nach unten drückt. Sowas in der Art dieser kinematischen Maschine hier, nur größer, und eben mit der gewünschten Kurve. www.youtube.com/watch?v=96a7g_I2jUc Warum das? Ich möchte Leute mit einer Highspeed-Kamera filmen, während sie einen Move machen. Dadurch, dass die Kamera Highspeed filmt und sich dann auch noch schnell bewegt, entsteht ein Matrix-ähnlicher Effekt, so wie hier: youtu.be/Qssp7Sam6Fg Hier wurde was ähnliches schon mal gemacht: www.youtube.com/watch?v=V67E4hkmF-4 Bin ich dafür im richtigen Forum hier? Man könnte die Bewegung ja als Kurve beschreiben und Berechnen, aber wie würden die Komponenten aussehen? Am besten wäre es, wenn ich ein mechanisches System entwickeln könnte, das einfache Kurven sozusagen per Verschraubung programmierbar machen würde. Es könnte aus Scheiben und Stangen mit Gelenken und verschiebbaren Elementen bestehen. Ich vermute, ich bin da im Bereich der Kinematik? Das ist dich sicher auch Mathematik? :-) Kann mir jemand einen Tip geben, wie ich damit anfangen könnte? Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert): "Ich bräuchte bitte einen kompletten Lösungsweg." (setzt voraus, dass der Fragesteller alle seine Lösungsversuche zur Frage hinzufügt und sich aktiv an der Problemlösung beteiligt.) |
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Hallo du willst eine Bewegung nach oben, und gleichzeitig eine Drehung, so dass ein fester Punkt im Abstand immer im Mittelpunkt bleibt? dann hängt die Drehung vom Abstand ab, eine schnelle Änderung von auf ist schon mal schwer ohne Schwingung hinzukriegen, also wird dein Ding schwer. Dann noch den Neigungswinkel ändern erfordert ein Drehgelenk, und wieviel das dreht hängt von ab. Die Mechanik dazu (mit einem Griff) stell ich mir recht kompliziert vor, schon für festes . Aber das hat wenig mit Mathe zu tun, die könnte höchstens nem Robot die richtigen Bewegungsgleichungen erstellen, einfach Translation Drehung. Gruß ledum |
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Hallo du willst eine Bewegung nach oben, und gleichzeitig eine Drehung, so dass ein fester Punkt im Abstand immer im Mittelpunkt bleibt? dann hängt die Drehung vom Abstand ab, eine schnelle Änderung von auf ist schon mal schwer ohne Schwingung hinzukriegen, also wird dein Ding schwer. Dann noch den Neigungswinkel ändern erfordert ein Drehgelenk, und wieviel das dreht hängt von ab. Die Mechanik dazu (mit einem Griff) stell ich mir recht kompliziert vor, schon für festes . Aber das hat wenig mit Mathe zu tun, die könnte höchstens nem Robot die richtigen Bewegungsgleichungen erstellen, einfach Translation Drehung. Gruß ledum |
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Hallo ledum, vielen Dank. Der Abstand zum Motiv ist nicht unbedingt einzuhalten, allerdings sollte der Fokuspunkt gleich bleiben. Wie meinst du das: höchstens ein Robot könnte die richtige Bewegungsgleichung erstellen? Ein Programm? Gruß! Martin |
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Was meinst du mit "Focuspunkt" wenn nicht der Punkt. auf den scharf eingestellt wird? ich meinte ich kann vielleicht Gleichungen FÜR eine Robotarm schreiben, je nach dessen Bewegungsmöglichkeiten. Gruß ledum |
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Einen kinematischen Vorgang zu konstruieren, der sowohl die gewünschte Kamerabahn erzeugt, als auch die Kamera ständig auf das Objekt gerichtet lässt, stelle ich mir schwierig vor und ist vermutlich in der konkreten Realisierung auch recht wackelig. Eine Robo-Lösung mit mind. drei Servomotoren scheint zu aufwändig zu sein. Wie wärs mit einem Rohr - gebogen zu einem Kreisbogen, auf welchem ein beweglicher Schlitten möglichst reibungs- und vibrationsarm montiert ist? Eventuell zur besseren Stabilität auch zwei solche Rohre nebeneinander, wie man das bei manchen Achterbahnen in groß sehen kann. Die Kamera, wenn sie auf den Schlitten montiert wird, zeigt dann immer zum (gedachten) Mittelpunkt des Rohrkreisbogens, wodurch nicht nur die Ausrichtung immer stimmt, sondern wegen des konstanten Abstands auch der Fokus nicht verändert werden muss. Der Schlitten könnte dann einfach mit einem Seil über eine entsprechende Übersetzung manuell hochgezogen werden. Oben und unten noch weiche Anschlagpuffer dran zur Sicherheit. Natürlich kannst du, wenn du mutig bist, den Schlitten auch über einen Hebel wie beim "Hau den Lukas" in die Höhe schießen ;-) Ich könnte mir vorstellen, dass es solch Konstruktionen, zumindest den Einschienen-Läufer, fertig zu kaufen gibt (auch wenn ich jetzt nicht wüsste, wonach konkret man da suchen sollte). Das Gestell, in dem du das dann einbaust, müsste wohl ein Kompromiss aus Standfestigkeit und Vibrationsarmut einerseits und Transportabilität anderseits sein. EDIT: Habe gerade diesen Link gefunden: www.videoaktiv.de/2015102914223/news/zubehor/radialer-multislider-crowdfunding-fur-bewegliche-kameraschienen.html Da scheint es zwar eher um langsamere Kamerafahrten zu gehen, aber das System könnte man vl auch missbrauchen.  |
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Hallo! @ledum: Vielen Dank für die Antwort. Mit Fokuspunkt meine ich schon den Punkt, auf den fokussiert wird, aber er muss ja während der Bewegung nicht zwingend fix sein. Vielleicht regelt man einfach nach. Das mit dem Roboterarm wollte ich eben gerade nicht, weil so ein Ding viel zu teuer ist. Wenn man einen hat, hat man vermutlich eh auch die Software, die Kurve zu beschreiben.. @Roman-22: Hallo Roman wieder! Vielen Dank! Das mit dem Schienensystem könnte ich mache, ja, ich habe so etwas sogar fertig hier. Tatsächlich schwebte mir eine kinematische Konstruktion vor, die eben bestimmte Kurven beschreiben kann. Unter Zuhilfenahme von drehbaren Verbindungen, Schlitten, vielleicht auch Scheiben etc. Diese kinematische Maschine hier beschreibt eine Gerade: www.youtube.com/watch?v=iDwL5FOKUxo Was würde beispielsweise passieren, wenn man eines der Zahnräder oval machen würde? Bei dieser Maschine ist die Bewegungskurve auf eine Scheibe "gelegt": www.youtube.com/watch?v=hdPsskgQ-0k Mir geht es darum, ein System als Ersatz für Roboterarme zu finden. Eine Art per Verschraubung/Stecken/Schieben programmierbarer Pantograf. Natürlich kann ein solches System nicht dreidimensional arbeiten, aber es wäre schon mal fantastisch, ein gewisses Set an möglichen Bewegungen generieren zu können. Gruß! Martin |
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Naja, sogenannte Geradführungen sind ein nicht enden wollendes Thema in der Kinematik - meist nicht unbedingt so exakt wie in deinem Link durch Planetenbewegeung sondern eher angenähert durch Schwingen, Kurbeln, Schubkurbeln oder einfach durch Gelenkvierecke , Koppelgetriebe. Ein populäres Beispiel ist die Bewegung der "Beine" des bekannten Strandbiests von Theo Jansen de.wikipedia.org/wiki/Strandbeest gifer.com/en/8dTe Es ist nicht so einfach, mit solchem Mitteln vorgegebene Kurven zu erzeugen und es bedarf sicher an Erfahrung, viel Zeit, eines ausgeprägten Spieltriebs und sinnvollerweise auch einer Simulationssoftware, in der man seine Idee möglichst einfach modellieren kann. In deinem Fall sehe ich zusätzlich noch einige Schwierigkeiten, denn du möchtest ja nicht nur, dass ein Punkt eine in etwa vorgegebene Bahn beschreibt. Du möchtest ja eine Kamerabahn ähnlich des von mir vorgeschlagenen Kreissegments erzeugen, möchtest aber vermutlich deine ganze Konstruktion hinter der Kreisbahn haben, also nichts zwischen Kamera und Objekt. Ich vermute, dass das mit einem einfachen Gelenkviereck nicht leicht zu realisieren sein wird. Das habe ich vorhin schon angesprochen und es scheint mir das gravierendere Problem zu sein. Nämlich, dass die Kamera ja immer auf das Motiv gerichtet bleiben soll. Hier wäre also für die Kameraaufhängung eine eigene kinematische Konstruktion vonnöten, die diese Aufgabe mechanisch übernimmt. Das stelle ich mir schwierig vor, so etwas zu entwickeln. Natürlich könnte man die Kamera auch einfach beweglich aufhängen und die Schwerkraft die Ausrichtung erledigen lassen. Damit könnte man sie zumindest durchgehend waagerecht halten (auch nicht das Gewünschte). Allerdings wird man da vermutlich zu kämpfen haben, die auftretenden Schwingungen der Kamera zu dämpfen/kompensieren. Im Anhang siehst du ein einfaches Gelenkviereck mit starr mit der Koppel verbundener Kamera, die dann bald nur Richtung Decke zielt. Abgesehen davon liegt der linke Lagerpunkt bereits zwischen Kamera und Objekt. Die rechte Kurbel ist Meter lang und die beiden Lagerpunkte haben einen Abstand von 4 Meter. Das ganze ist also auch noch hinreichend unhandlich. Hier findest du eine Animation dazu workupload.com/file/eYntARJLxj4 und das wird wohl auch mein letzter Beitrag zu dem Thema bleiben, denke ich, da ich von den vier oben genannten Notwendigkeiten wohl nur den Spieltrieb mein eigen nennen kann ;-)  |
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Wow, das sieht ja aber schon mal spannend aus. Die Maße wären auch erträglich, ein Roboter, der sowas kann, wiegt etwa 400kg und muss verschraubt werden. Ist auch nicht handlich. Also wirklich schon mal gut. Danke. Ich vermute, das wäre eine gute Anwendung würde für AI. Die Strandbiester sind auch aus einem AI-Programm, wenn ich richtig erinnere. Aber da habe ich keinerlei Zugang... |
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Wow, das sieht ja aber schon mal spannend aus. Wirklich? Hast du die Blickrichtung der Kamera betrachtet? Das scheint mir das Hauptproblem zu sein, das Motiv im Bild zu halten. Und da es sich um keine Kreisbahn handelt, müsste auch irgendwie nachfokusiert werden. Mit dem Strandbeest hatte ich mich schon vor ein paar Jahren ein wenig rumgespielt, alternative Maße ausprobiert und Animationen erstellt. Im Anhang ein paar Bilder, in denen die Bahn des "Fußes" und auch die eines weiteren Punkts angegeben sind. Alle anderen beweglichen Punkte der Konstruktion bewegen sich ja auf Kreisbahnen, da sie direkt mit einem der beiden festen Lagerpunkte (im ersten Bild rot eingezeichnet) verbunden sind. Du kannst auch das Strandbiest-Bein nehmen und um Grad drehen und nur einen Teil der Kurve als Kamerabahn verwenden. Das Problem, die Kamera auf das Motiv richten zu müssen, hast du da allerdings auch. Siehe zB: workupload.com/file/X4Mb6qLSVtL  |
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Hallo Roman, deine Animation hilft trotzdem extrem weiter. Bis hierher stand ich vor der Option, einen Bolt-Roboterarm zu 8000€/Tag anmieten zu müssen, nur um eine dämliche Halbkurve beschreiben zu können. Ok, ja, mit Ausrichtung der Kamera. Wenn ich aber nun die Gelegenheit bekomme, eine Halbkreisbewegung zu vollführen, mechanisch, mit Muskelkraft und damit also auch noch charmant, und dabei die Kameraausrichtung über EINEN Steppermotor nachjustiere, dann ist mir damit riesig geholfen. Ein Roboterarm mit 6 Achsen ist wow. Ein muskelbetriebener Aufbau mit einem Steppermotor ist viel, viel, viel wower! Wirklich. Ich komme aus der Eventbranche. Ein Roboterarm würde goutiert. Ein mechanischer Arm würde gefeiert. Deshalb wirklich ganz herzlichen Dank! |
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Fein, wenn dir doch damit geholfen ist. Die Ausrichtung mit dem Steppermotor sehe ich allerdings noch nicht so recht, da ja bei Betätigung mit Muskelkraft der Ablauf zeitlich nicht immer gleich ist, so wie beim freien Fall. Und da beide Bewegungen, die ich gepostet hatte, keine Kreisbahn erzeugen, müsste man vl sogar auch noch den Fokus nachjustieren. Falls du noch Infos benötigst (zB die genauen Stablängen, die bei den Animationen verwendet wurden) gib Bescheid. |
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Die Stablängen kann ich eigentlich schon ausreichend aus deiner Zeichnung entnehmen. Ich könnte mir vorstellen, dass man an der Konstruktion irgendwo ein Poti anbringt, das eine Information über die Winkel mitteilt. Wenn man das hat, dürfte es kein Problem sein, einen Schrittmotor zu triggern. Ich frage mich allerdings, welche Kräfte da auftreten. Ziel wäre, dass die Kamera so schnell wie möglich bewegt wird. Ich werde das vielleicht erstmal als Modell bauen. Also danke nochmal! |
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Ja, ein Modell zu bauen würde ich auch dringend empfehlen. Da kannst du dann auch mit den Stablängen ein wenig experimentieren. Gerade beim Strandbeest bewirken auch schon kleine Änderungen der Längen einen deutlichen Unterscheid (wie du an den 10 Bildern von 01:26 Uhr, 03.10.2020 siehsts). Beim früher geposteten einfachen Gelenkviereck ist das vermutlich nicht so deutlich. Bei diesem müsste man das Werkel natürlich mit der linken Kurbel in Bewegung versetzen und die würde ich dann aber mittels eines Gelenkparallelogramms nach rechts zum zweiten Lagerpunkt führen. Oder du arbeitest da mit Zahnrädern und kannst dadurch auch eine andere Übersetzung realisieren, die dann zur gewünschten recht schnellen Bewegung führt. |
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