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ROPrototyping-Projekte für Ideen, die praktisch geprüft werden
Hier werden reale Projekte vorgestellt, in denen Ideen von der Konzeptphase in eine physische, funktionsfähige oder testbare Form überführt wurden, damit sie vor größeren Investitionen leichter verständlich und bewertbar werden.
Projekte in drei Richtungen: Physisches Modell • Vernetzter Prototyp • Funktionaler Pilot
Wie die Projekte dargestellt werden
Sie werden weder als fertige Produkte noch als aufgeblähte Fallstudien präsentiert. Jedes Projekt zeigt eine reale Arbeitsphase: welche Idee untersucht wurde, was gebaut wurde, was getestet wurde und was vor dem nächsten Schritt klarer wurde.
Projekt 01 · HVAC · Smart Home · Funktionsfähiger Prototyp
Modulares Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung und OpenHAB-Integration
Ein funktionsfähiger Prototyp für modulare Lüftung, der gebaut wurde, um Luftvolumenstrom, Filtration, Wärmeübertragung, Sensoren, Aktoren und Steuerung innerhalb eines Smart-Home-Systems gemeinsam zu testen.
Das System besteht aus Modulen, die einzeln eingesetzt oder gemeinsam koordiniert werden können. Je nach gewähltem Szenario können die Einheiten gleichzeitig, abwechselnd oder auf Basis der gemessenen Werte arbeiten.
Ventilator, Luftklappe, Filter, keramischer Wärmetauscher, Sensoren und elektronische Steuerung in einem modularen Prototyp.
Was der Prototyp umfasst
- bürstenloser Ventilator mit PWM-Ansteuerung und Drehzahlregelung;
- servomotorbetätigte Luftklappe zur Regelung des Luftvolumenstroms;
- Vorfilter und Aktivkohlefilter;
- keramisches Element für Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung;
- Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Luftgeschwindigkeit;
- ESP32-Controller zur Erfassung, lokalen Logik und Ansteuerung der Aktoren;
- Kommunikation über Wi-Fi oder Modbus, abhängig von der gewählten Integrationsart;
- die Möglichkeit, mehrere Einheiten in einem gemeinsamen Szenario zu koordinieren.
Ziel des Projekts war es, in einem realen System das Zusammenspiel von Mechanik, Filtration, Messung, elektronischer Steuerung und Smart-Home-Automatisierung zu überprüfen und nicht nur eine isolierte Lüftungseinheit zu bauen.
Zentrale Überwachung und Steuerung
Funktionsfähige Integration in OpenHAB
Der Prototyp wurde in OpenHAB integriert, um Messwerte anzuzeigen und die Hauptfunktionen zu steuern. Dadurch kann das System als Teil einer umfassenderen Automatisierung überwacht und bedient werden, nicht nur direkt über die lokale Elektronik.
OpenHAB-Oberfläche zur Überwachung der Luftparameter und zur Anpassung des Betriebs-Sollwerts.
Über die Integration verfügbare Funktionen
- Anzeige von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und weiteren betriebsrelevanten Werten;
- Überwachung der Bedingungen von Zu- und Abluft;
- Anpassung des Temperatur-Sollwerts und des Systemverhaltens;
- Steuerung von Ventilator und Luftklappe durch manuelle Befehle oder Automatisierungsregeln;
- Betrieb auf Basis von Innen- oder Außenbedingungen oder eines Zeitplans;
- Grundlage für die Erweiterung des Systems mit zusätzlichen Modulen und Smart-Home-Szenarien.
Status: funktionsfähiger Prototyp mit Sensoren, Aktoren, lokaler ESP32-Steuerung und aktiver OpenHAB-Integration. Künftige Iterationen können sich auf die Optimierung des Luftstroms, die Verfeinerung des Gehäuses und die Erweiterung der Automatisierungsregeln konzentrieren.
Projekt 02 · Assistive Technologie · Computer Vision · Experimenteller Prototyp
Steuerungsschnittstelle für einen Rollstuhl durch Blickerfassung
Ein Prototyping-Experiment, das die Blickrichtung mithilfe von Miniaturkameras, Bildverarbeitung, Mikrocontrollern und einer mechanischen Joystick-Schnittstelle in Steuerbefehle für einen elektrischen Rollstuhl übersetzen sollte.
Das Projekt ging von der Idee aus, dass eine Person mit stark eingeschränkter Mobilität eine Bewegungsabsicht übermitteln kann, ohne den Joystick direkt zu bedienen. Das System war als Lern- und Integrationsprototyp gedacht, nicht als fertiges Medizinprodukt.
Architekturskizze: Blickerfassung, OpenCV-Verarbeitung, Steuerung über ESP32, Joystick, Hindernissensoren und die Möglichkeit zur manuellen Übernahme der Steuerung.
Wie das System konzipiert wurde
- eine Miniatur-USB-Kamera, die aus einer Inspektionskamera entnommen wurde, war für die Montage nahe am Auge zur Blickerfassung vorgesehen;
- eine zweite Kamera war in Fahrtrichtung vorgesehen, um den Weg zu beobachten und die Hinderniserkennung zu untersuchen;
- ein Raspberry Pi 4 mit SSD führte OpenCV zur Bildaufnahme und -auswertung aus;
- die daraus resultierenden Befehle wurden über eine serielle Schnittstelle an ESP32-Mikrocontroller gesendet;
- der Joystick des Rollstuhls wurde mechanisch mit PWM-gesteuerten Servomotoren betätigt, ohne die Möglichkeit der manuellen Bedienung vollständig zu entfernen;
- das Konzept umfasste auch Ultraschallsensoren für nahe Hindernisse oder Höhenunterschiede wie Stufen und Kanten.
Neben der Blicksteuerung sah das Konzept eine Funkverbindung für eine Person vor, die die Steuerung übernehmen könnte, einen Not-Aus-Taster und die Möglichkeit einer AR-ähnlichen Oberfläche zur Anzeige von Richtung oder Systemstatus.
Physische Integration und Praxistests
An Schutzbrille integrierte Miniaturkamera
Die praktische Herausforderung bestand nicht nur in der Bildverarbeitung, sondern auch darin, die Kamera möglichst nah am Auge zu integrieren, ohne dass die Konstruktion untragbar wird. Die Kamera wurde aus einem Inspektionsmodul herausgelöst und zusammen mit der für Tests erforderlichen Verkabelung an einer Schutzbrille befestigt.
Erste physische Anordnung zur Erprobung der Kameraposition, der Verkabelung und der Machbarkeit der Blickerfassung.
Was das Projekt klären konnte
- welcher Kameratyp für die Blickerfassung in einer kompakten Konstruktion angepasst werden kann;
- wie die OpenCV-Verarbeitung mit einem physischen Steuermechanismus verbunden werden kann;
- welche Probleme zwischen der im Bild erkannten Absicht und der tatsächlichen Bewegung des Joysticks auftreten;
- der Bedarf an Redundanz: Not-Aus, Funkübernahme der Steuerung und Bestätigung von Hindernissen;
- die Grenzen eines aus verfügbaren Komponenten aufgebauten Prototyps, bevor auf dedizierte Hardware und Gehäuse übergegangen wird.
Kernkomponente: Miniatur-Inspektionskamera
Das Kameramodul wurde aus einer Inspektionskamera entnommen. Seine geringe Größe ermöglichte die Montage an der Brille und Experimente mit der Position, die für die Erfassung der Blickrichtung erforderlich ist.
Status: exploratives Projekt und Integrationsübung zwischen Computer Vision, Raspberry Pi, ESP32, Servosteuerung, Miniaturkameras und dem Mechanismus eines elektrischen Rollstuhls. Der Prototyp wurde nicht zu einer finalen Version weiterentwickelt, lieferte aber eine praktische Grundlage zum Verständnis der Herausforderungen einer blickgestützten Steuerung.
Was diese Projekte gemeinsam haben
Prototypen dieser Art verfolgen dasselbe Ziel: eine Idee in eine funktionale Grundlage zu überführen, die getestet, gemessen und verbessert werden kann. Manchmal liegt der Schwerpunkt auf Form, Abmessungen und Visualisierung. In anderen Fällen geht es um Sensoren, Aktoren, Daten, Steuerung oder eine einfache Arbeitsschnittstelle. Teilweise kommen auch ergänzende physische Elemente, Halterungen oder einfache Gehäuse hinzu, wenn sie beim Testen und Verstehen helfen.
Gutes Prototyping bedeutet nicht, zu früh zu viel zu bauen. Es bedeutet, genug zu klären, um zu wissen, ob sich der nächste Schritt lohnt.
Wie ich solche Projekte angehe
- Ich beginne mit dem, was validiert werden muss, nicht mit der idealen Endversion
- Ich wähle eine minimale, aber nutzbare Variante
- Ich teste in kurzen Schritten und iteriere auf Grundlage der Ergebnisse
- Ich verbinde Hardware und Software nur so weit, wie es für echte Klarheit notwendig ist
- Ich vermeide Komplexität, die den Test nicht unterstützt
- Ich hinterlasse eine bessere Grundlage für Fortsetzung und Erweiterung
Zusammenarbeit und Grenzen
Bei einigen Prototypen arbeite ich direkt an Logik, Integration, grundlegender Elektronik und der für den Test erforderlichen Software. Bei anderen können je nach Projekt ergänzende Beiträge erforderlich sein: Industriedesign, weiterführende Fertigung, finale Gehäuse, erweiterte Dokumentation oder andere Spezialisierungen. Mein Ziel ist es, eine Idee in eine funktionsfähige und klare Form zu überführen, nicht zu behaupten, dass jeder Prototyp bereits im ersten Schritt zu einem vollständigen Endprodukt wird.
Was diese Seite zeigt
Diese Seite ist weder eine Liste fertiger Produkte noch ein Versprechen, dass jede Idee sofort in eine große Entwicklung überführt werden muss. Sie dokumentiert Projekte und Arbeitsphasen, die auf Test, Messung, Verständnis und praktische Entscheidungen ausgerichtet sind.
Hast du eine Idee, die getestet werden muss?
Wenn du eine Idee hast, die durch einen Prototypen validiert werden muss, schick mir die aktuelle Situation. Ich sage dir, was zuerst getestet werden sollte, was als minimale Variante gebaut werden kann und was besser für die nächste Phase bleibt.