Türsensor

Türsensor

Manuel Ziegler

Problemstellung
Das Institut für Maschinen- und Energietechnik entwickelt ein neues Türkonzept, das die herkömmlichen Eingangstüren von Wohnungen ersetzen soll. Dabei kommt eine neuartige Schiebetüre zum Einsatz, welche dank der raffinierten Mechanik im geschlossenen sowie im geöffneten Zustand kaum wahrgenommen wird. Für diese Türe soll ein elektronischer, berührungsloser Sensor entwickelt werden. Dieser bewegt sich mit der Türe mit und muss zuverlässig vor einem Einklemmen jeglicher Objekte schützen. Zusätzlich soll die Höhe von Objekten im Durchgangsbereich erfasst werden.

Lösungskonzept
Nach entsprechender Recherche und Analyse fiel die Wahl auf die Überwachung mittels optischer Kamera und zwei Linienlasern. Die im oberen Bereich der Türplatte montierten Laser projizieren auf den Boden und den Türrahmen jeweils eine durchgehende Linie, welche mit der Kamera überwacht wird. Sobald sich ein Objekt innerhalb des Türbereichs befindet, nimmt die Kamera aufgrund der mechanischen Anordnung eine verschobene Laserlinie wahr.

Realisierung
Ein erster Prototyp des Sensors wurde an einer gefertigten Holztüre mittels Raspberry Pi und entsprechender Kamera aufgebaut. Zur Projektion einer einzelnen Linie kommt ein roter Linienlaser zum Einsatz. Durch dazugehörige 3D gedruckte Adapterhalter können Kamera und Laser mit den geforderten Neigungswinkeln und Abständen oberhalb der Türplatten montiert werden.

Ergebnisse
Aufgrund fehlender Tiefeninformation der Kamera kann die Höhe von Objekten nicht abgeschätzt werden. Der sicherheitsrelevante Einklemmschutz funktioniert aufgrund der geometrischen Anordnung von Lasern und Kamera noch nicht im kompletten Durchgangsbereich. Objekte entlang des Bodens führen praktisch zu keiner Verschiebung der Laserlinie. Die Laufzeit des Algorithmus beträgt dabei ca. 250ms, wodurch die angezielte 100ms Reaktionszeit klar überschritten ist. Auch funktioniert der Algorithmus nur für eine stationäre Türposition. Bei zu kleinem Türspalt können Lichtreflexionen und Fehldetektionen auftreten.

Ausblick
Für eine zukünftige Entwicklung sollen die mechanischen sowie die ästhetischen Einschränkungen gelockert werden. Idealerweise wird zudem der Sensor in die zwei Bereiche (Einklemmschutz / Objektlokalisation) unterteilt. Weiter müssen die gültigen Normen als wichtige Grundlage bezüglich Reaktionszeit und minimale Objektgrösse miteinbezogen werden.

Studienbetreuer Kilian Schuster
Preisstifter Hochschule Luzern, Institut für Elektrotechnik , Institut für Maschinen- und Energietechnik

CAD Modell der geöffneten Schiebetüre
Skizze der Linienprojektion auf den Boden sowie den Türrahmen (Komponenten: links/rechts: je 1x Laser, mittig: 1x Kamera)
Ein Objekt führt zur gewünschten perspektivischen Verschiebung der Laserlinie.

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