{"id":6880,"date":"2019-06-19T09:05:57","date_gmt":"2019-06-19T07:05:57","guid":{"rendered":"urn:uuid:658fb722-8c79-43b0-8479-de173bb9f93d"},"modified":"2019-06-25T07:34:05","modified_gmt":"2019-06-25T05:34:05","slug":"projekt-murmeltier-studiengang-photonics","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/projekt-murmeltier-studiengang-photonics\/","title":{"rendered":"Projekt Murmeltier Studienangebot Photonics"},"content":{"rendered":"<p>Im Rahmen der Vorlesung Lichtsysteme und optische Systeme war das Ziel auf einer Holzplatte eine Murmel im Kreis fahren und einlochen zu lassen. Anstatt wie das sonst bekannte Geschicklichkeitsspiel f\u00fcr Kinder, dieses Mal automatisch mit einem selbst entwickelten System. Als Startpunkt gab es eine Murmelplatte mit zwei Achsen, die Servos, ein Raspberry Pi3+ und eine Raspberry Kamera 2.<br \/>\nDamit die Platte nicht leblos auf dem Tisch herumliegt, war das erste Ziel einen kompletten Aufbau mit allen Halterungen zu konstruieren. Dazu geh\u00f6ren die Beine, Servo-\/Achsenhalter, Seitenarme und Kamerahalter. Aus den Konstruktionen der Teilelemente aller Teilnehmenden wurden die besten Ideen zu zwei verschiedene Murmeltier Grundger\u00fcsten zusammengef\u00fcgt. Die Elemente wurden von den Studierenden mit ihrer eigenen Fr\u00e4sstrategien auf der CNC-Fr\u00e4se herausgearbeitet.<\/p>\n<div class=\"slider-img slider-img-663473d37cd7f\" id=\"slider-663473d37cd7f\" data-slider=\"663473d37cd7f\">\n            <div class=\"slider-image-container\">\n                            <img srcset=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/murmeltier_1-lbox-400x267-ececec.webp 400w, https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/murmeltier_1-lbox-1000x667-ececec.webp 1000w\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" sizes=\"100vw\" width=\"1000\" height=\"667\" loading=\"lazy\" alt=\"\">\n            \n            <button class=\"slider-fullscreen-wrapper\" title=\"Open in full view\" data-fullscreen-index=\"0\" data-fullscreen-id=\"663473d37cd7f\">\n    <svg xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 30 30\"  width=\"30\" height=\"30\" class=\"slider-fullscreen-icon\" 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Wie Installation der notwendigen Bibliotheken, f\u00fcr die Ansteuerung der Servos und die Bildverarbeitung. Erste M\u00f6glichkeiten der Detektion sowie eine m\u00f6gliche Filterung anhand eines Physikmodells der Murmel.<\/p>\n<p>Um die Teams im zweiten Teil weiter zu motivieren, wurden drei Meilensteine\/Herausforderungen angesetzt, um einen Konkurrenzdruck zwischen den Teams zu generieren. Die beiden Teams traten gegeneinander an, um eine Herausforderung schneller zu erf\u00fcllen und so die bessere Performance ihres Projekts demonstrieren zu k\u00f6nnen. Anfangs war es noch Mensch gegen Mensch. Ziel: Wer durch die bessere Ansteuerung der Servos die Kugel schneller in das Loch lenken konnte gewann. Als zweites musste das Murmeltier, dies automatisch tun. Hier wurde eine robuste und schnelle Bildverarbeitung vorausgesetzt, welche die Kugel detektieren kann. Sowie einen abgestimmten PID-Regler damit die Kugel weder von der Platte kugelt, jedoch schnell genug, um zu gewinnen. Die letzte Aufgabe, welche auch der Abschluss der Endpr\u00e4sentation war, soll die Murmel in einer vorgegebenen Kreisbahn zehn Runden drehen ohne dabei die Begrenzung zu \u00fcbertreten. Geschwindigkeit war der Schl\u00fcssel zum Sieg, also musste alles noch einmal optimiert werden. Servos wurden von analogen zu digitalen gewechselt, ein kleineres ROI (Region of Intrest) gew\u00e4hlt und die PID-Regler nochmal \u00fcberarbeitet.<\/p>\n<p>Der Studienleiter glaubte nicht an die Machbarkeit, deshalb forderte er das Murmeltier heraus: Mensch gegen Maschine. Durch anf\u00e4nglichen Betrug mit einem Magneten unter dem Loch und einer Stahlkugel konnte er zwar in F\u00fchrung gehen, jedoch fiel das Magnet schnell auf und mit dem Ersatz durch eine gleichartige Glas-Murmel konnte er keine weiteren Erfolge mehr verbuchen.<\/p>\n<h3>Murmeltierbildverarbeitung 101<\/h3>\n<p>F\u00fcr die Detektion der Murmel auf dem Holztisch haben wir OpenCV verwendet. Erstes Ziel war es einen Livestream von der Kamera zu bekommen, welcher m\u00f6glichst viele Bilder und fast wichtiger mit m\u00f6glichst wenig Verz\u00f6gerung (Latenz) besitzt. Damit die Erkennung auch robust und die Integrationszeit der Kamera klein war, setzen wir f\u00fcr die letzte Herausforderung eine zus\u00e4tzliche Beleuchtung ein.<\/p>\n<p>F\u00fcr die Detektion einer Murmel hatten wir zwei einfache Methoden versucht. Einmal die optimierte Hough-Transformation f\u00fcr Kreise um die Kante der Kugel zu detektieren. Sowie die simplere Blob-Analyse, in welcher wir alle Pixel untern einem bestimmten Wert (Threshold) als eine m\u00f6gliche schwarze Kugel bestimmten. Danach filtern wir alle zusammenh\u00e4nge Pixel, ob sie anhand ihrer Gr\u00f6sse und Rundheit unsere Kugel sein k\u00f6nnen.\u00a0 Die Geschwindigkeit der Murmel verursachte bei der Raspberry Kamera eine Bewegungsunsch\u00e4rfe, weshalb die Hough-Transformation wegfiel. Obwohl diese f\u00fcr das ganze Bild schneller war. Damit eine m\u00f6glichst gute Performance erreicht werden konnte, wurde nur in einem kleinen Bildausschnitt (Region of Intrest ROI) die Murmel gesucht. Der ROI wurde um den letzten bekannten Punkt der Murmel gesetzt.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div class=\"slider-img slider-img-663473d38529b\" id=\"slider-663473d38529b\" data-slider=\"663473d38529b\">\n            <div class=\"slider-image-container\">\n                            <img srcset=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/murmeltier_3-lbox-400x267-ececec.webp 400w, https:\/\/blog.fhgr.ch\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/murmeltier_3-lbox-1000x667-ececec.webp 1000w\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" sizes=\"100vw\" width=\"1000\" height=\"667\" loading=\"lazy\" alt=\"\">\n            \n            <button class=\"slider-fullscreen-wrapper\" title=\"Open in full view\" data-fullscreen-index=\"0\" data-fullscreen-id=\"663473d38529b\">\n    <svg xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 30 30\"  width=\"30\" height=\"30\" class=\"slider-fullscreen-icon\" focusable=\"false\" aria-hidden=\"true\" 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Somit wurden die Werte Schritt f\u00fcr Schritt manuell angepasst bis die Resultate stimmten.<\/p>\n<p>Die analogen Servos die zuerst eingesetzt wurden, besassen bei einem Richtungswechsel eine bis zu 6.5\u00b0 grosse Hysterese, weshalb diese durch Digitale ersetzt wurden.<\/p>\n<p>Das Murmeltier-Projekt war f\u00fcr alle ein voller Erfolg. Die Teilnehmenden haben ihr im Studium gelerntes Wissen aus den verschiedenen Bereichen anwenden und vertiefen k\u00f6nnen. Durch den Konkurrenzdruck unter den Teams sind Spannungsgebiete entstanden, welche f\u00fcr die pers\u00f6nliche Entwicklung f\u00f6rderlich waren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":18,"featured_media":6883,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[216],"tags":[164,17,213,249,30],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v15.7 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Projekt Murmeltier Studienangebot Photonics - FHGR Blog<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/blog.fhgr.ch\/blog\/projekt-murmeltier-studiengang-photonics\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Projekt Murmeltier Studienangebot Photonics - 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