Projekt Seilkamerasystem

Mit Materialien aus dem Baumarkt und etwas Elektronik lässt sich recht einfach ein Modell eines Seilkamerasystems herstellen. Dabei hängt ein Kameramodul an vier Schnüren, deren effektive Länge jeweils über eine von einem Schrittmotor getriebene Winde verändert werden kann.

Im Steuerprogramm müssen Seillängen und Differenzen ermittelt und in Motorumdrehungen umgerechnet werden: Um die Kamera von einem Startpunkt P1  zu einem gewünschten Zielpunkt P2  zu bewegen, werden für beide Punkte die jeweiligen Längen der vier Tragseile berechnet. Für jede der vier Schnüre ergibt sich somit eine Längendifferenz, die der zugehörige Schrittmotor entsprechend auf- oder abrollen muss. Zur informatischen Umsetzung der mathematischen Beziehungen auf einem MiniComputer (z. B. Raspberry Pi) eignen sich einfache, schulnahe Programmierumgebungen (z. B. Scratch) genauso wie höhere Sprachen (z. B. Python).

Foto der Spidercam	Simluation der Spidercam in GeoGebra - ggb-Datei

Die Berechnungen der Seillängen kann leicht entweder mithilfe des Satz des Pythagoras oder der Vektorrechnung erfolgen.

Bei konstanter gleicher Geschwindigkeit der Windenmotoren (grün) bewegt sich die Kamera nicht auf einer geradlinigen Verbindungslinie zwischen Start- und Zielpunkt. Dies bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Vertiefung und Elaboration der verwendeten Methoden. Im ersten Video ist ein Vergleich zwischen der einfachen Methode und einer Möglichkeit, bei der die Geschwindigkeiten der Windenmotoren auf die größte Längenänderung normiert sind  (blau), zu sehen. Wird der Pfad zwischen Start- und Zielpunkt mit Hilfe von Zwischenpunkten segmentiert ("Diskretisierung des Weges"), ergibt sich ein Verlauf, wie er im zweiten Video zu sehen ist. Nähere Informationen finden Sie hierzu auch in den zugehörigen Publikationen.