WO1999004233A1 - Taktile sensoranordnung - Google Patents

Abstract

Eine taktile Sensoranordnung besteht aus einem Trägerelement (10, 12), das einen Hohlraum (16) aufweist, der zu einer Oberfläche des Trägerelements (10, 12) hin eine Öffnung (18) aufweist, einem in dem Hohlraum (16) angeordneten Sensorelement (20) und einer Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material, die über dem Hohlraum (16) die Öffnung (18) desselben verschließend angeordnet ist. Der Hohlraum (16) ist mit einem Druckübertragungsmedium gefüllt, derart, daß ein auf die Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material ausgeübter Druck durch die Öffnung (18) und über das Druckübertragungsmedium zu dem Sensorelement (20) übertragbar ist. Die Querschnittfläche (18') der Öffnung (18) ist in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, kleiner als die Querschnittfläche (16') des Hohlraums (16).

Description

Taktile Sensoranordnung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine taktile Sensoranordnung für eine Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einrich- tung, und insbesondere auf eine taktile Sensoranordnung, die auch zur Handhabung großer Lasten geeignet ist.

Die automatisierte Handhabung von Lasten nimmt stetig an Bedeutung zu. Um anspruchsvollere Handhabungsaufgaben zu ermöglichen und die Arbeitssicherheit zu erhöhen ist dabei zusätzliche Sensorik zur Erfassung taktiler Signale nötig. Durch eine derartige Sensorik lassen sich die Festigkeit des Zugriffs regeln, die Lage und die Orientierung des erfaßten Objekts ermitteln und ein Schlupf erkennen.

Zur Erfassung taktiler Daten sind ein oder mehrere verteilte Sensoren an einer Greif-, Schiebe- oder Berühreinrichtung zur Bestimmung der wirkenden Kräfte nötig. Dabei ist es einerseits erforderlich, daß diese Kräfte möglichst genau und reproduzierbar gemessen werden, während andererseits die Sensoren gleichzeitig vor Umwelteinflüssen geschützt werden müssen. Ferner müssen die Sensoren insbesondere bei Vorrichtungen, die zur Handhabung schwerer Lasten verwendet werden können, vor Überlasten geschützt werden. Solche lokale Überlasten können leicht auftreten, wenn beispielsweise ein Objekt nicht an den Flächen desselben, sondern fälschlicherweise an den Kanten oder Ecken gefaßt wird. In diesem Fall können sehr große Kräfte auf sehr kleinen Flächen wirken.

Aus dem Stand der Technik ist eine Mehrzahl verschiedener Sensorprinzipien zur Erfassung taktiler Daten bekannt. Ein Überblick über derartige Prinzipien ist der Schrift H. Nicholls und M. Lee, A Survey of Robot Tactile Sensing Technology, Int. J. of Robotics Research, 8 (1989) , 3 bis 30, zu entnehmen. Beispiele derartiger Sensorprinzipien umfassen beispielsweise die Umwandlung eines Drucks in eine Widerstandsänderung eines leitfähigen Materials, piezoelektrische oder pyroelektrische Effekte, kapazitive Techniken, elektromagnetische Techniken, bei denen durch einen Druck eine Änderung eines magnetischen Flusses oder eines magnetischen Feldes bewirkt wird, sowie mechanische und optische Techniken. Optische taktile Sensoren sind beispielsweise bei P. Dario und D. De Rossi, Tactile sensors and the gripping challenge, IEEE Spectrum, 22 (1985), 46 bis 52, beschrieben.

Die bekannten taktilen Sensorprinzipien basieren jedoch meist auf einem relativ komplizierten Aufbau oder auf Materialeigenschaften, die mit anderen Erfordernissen, beispielsweise einer mechanischen Stabilität, nicht oder nur schwer vereinbar sind. Dies gilt beispielsweise für die Verwendung piezoresistiver Polymere, bei denen gleichzeitig elektrische und mechanische Eigenschaften optimiert werden müssen. Zudem sind die meisten bisherigen Prinzipien nicht für große Lasten und rauhe Umgebungsbedingungen geeignet, da die Sensorelemente ungenügend geschützt sind. Dies gilt insbesondere für Anordnungen, bei denen die Sensoren direkt auf der Greiferoberfläche montiert und von einer Elastomerschicht bedeckt sind.

Das U.S. -Patent 4,817,440 beschreibt ein Sensorprinzip, das insbesondere auf eine hohe Auflösung und auf eine wesentliche Erhöhung des Erfassungsbereichs, der für ein Ansprechen auf eine Berührung verfügbar ist, abstellt. Bei der bekannten Sensoranordnung ist eine gitterartige Vorrichtung vorgesehen, um Kammern zu definieren, wobei die Kammern mit Fluid gefüllt sind und ferner eine Druckerfassungsvorrichtung in der Kammer vorgesehen ist. Auf der Oberseite der gitterartigen Vorrichtung ist eine Hautschicht vorgesehen, die beispielsweise aus einer Naturgummiverbindung besteht. Die derart aufgebaute Sensoranordnung weist aktive Bereiche auf, die durch die von den Kammern besetzte Fläche gebildet sind, sowie inaktive Bereiche, die durch die der Hautschicht zugewandte Oberfläche der gitterartigen Vorrichtung gebildet sind. Die in dem U.S. -Patent 4,817,440 beschriebene Sensoranordnung ist vorzugsweise derart aufgebaut, daß mehr als 90% der Hautschicht aktive Zonen bedecken, um eine möglichst große Flächenbedeckung mit sensitiven Zonen der Sensoranordnung zu erreichen.

Diese bekannte Sensoranordnung ist jedoch nicht für Hochleistungsanwendungen geeignet. Greift ein mit einer derartigen bekannten Sensoranordnung versehener Greifer beispielsweise ein Objekt nicht an den Flächen desselben, sondern an einer Kante oder Ecke, kann die Kante oder Ecke verstärkt im Bereich einer oder mehrerer Kammern auf die Hautschicht drücken und somit ein Einreißen der Hautschicht oder deren Ablösen von der Oberfläche der gitterartigen Vorrichtung bewirken. Ein derartiges Verhalten ist bei Hochleistungsanwendungen nicht tragbar. Insbesondere ist bei der bekannten Sensoranordnung die laterale Größe der Kammer stets mindestens so groß wie die entsprechenden Abmessungen des Sensors, weshalb das genannte Problem des Einreißens nicht unabhängig von der Sensorgröße vermindert werden kann.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für Hochleistungsanwendungen geeignete taktile Sensoranordnung zu schaffen, deren Sensoren vor einer Überlast geschützt sind und die gleichzeitig eine gute Ankopplung der zu messenden Kräfte liefert.

Diese Aufgabe wird durch eine taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine taktile Sensoranordnung mit einem Trägerelement, das einen Hohlraum aufweist, der zu einer Oberfläche des Trägerelements hin eine Öffnung aufweist, einem in dem Hohlraum angeordneten Sensorelement und einer Schicht aus einem deformierbaren Material, die über dem Hohlraum die Öffnung desselben verschließend angeordnet ist. Der Hohlraum ist mit einem Druckübertragungsme- dium gefüllt, derart, daß ein auf die Schicht aus deformierbarem Material ausgeübter Druck durch die Öffnung und über das Druckübertragungsmedium zu dem Sensorelement übertragbar ist. Ferner ist die Querschnittfläche der Öffnung senkrecht zu der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, kleiner als die Querschnittfläche des Hohlraums, was die Optimierung der Stabilität und Überlastsicherheit unabhängig von der Größe des Sensors ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensoranordnung mit einem Druck-, Kraft- oder Deformations-Sensor zur Erfassung taktiler Informationen, die in eine mechanische Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einrichtung montiert bzw. in dieselbe integriert ist, wobei die Sensoren maximal geschützt sind und die zu messenden Kräfte gleichzeitig gut angekoppelt werden. Ferner kann die Sensoranordnung mit einem oder mehreren zusätzlichen Sensoren, beispielsweise einem Temperatursensor, versehen sein, um weitere Größen zu erfassen.

Zur Kompensation von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Druckübertragungsmediums und des den Hohlraum umgebenden Materials kann gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Kompensationsmaterial mit einer geeigneten thermischen Ausdehnung in den Hohlraum eingebracht sein.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung von Drucksensoren als taktile Sensoren auch für große Lasten und rauhe Umgebungsbedingungen. Dies wird dadurch erreicht, daß die eigentlichen Sensoren in schützenden Hohlräumen innerhalb der Greif-, Schiebe- oder Berühreinrichtung eingebaut sind, wobei die von einem Objekt auf die Sensoranordnung ausgeübten Kräfte über eine elastische Schicht, eine Öffnung, deren Querschnittfläche in der Richtung, in der die Kraft auf die Sensoranordnung ausgeübt wird, kleiner ist als die Querschnittfläche des Hohlraums, sowie ein in dem Hohlraum angeordnetes Druckübertragungsmedium auf den in dem jeweiligen Hohlraum befindlichen Sensor übertragen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das unmittelbare Einwirken eines Objekts und ferner das mittelbare Einwirken von Objektkanten auf die Sensoren, wie es beispielsweise bei einer Bedeckung der Sensoren durch eine deformierbare Schicht durch Eindrücken derselben auftreten kann, wirksam verhindert. Dadurch ist der Sensor selbst bei der Handhabung großer Lasten und beim Greifen von Kanten oder Ecken maximal geschützt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Sensoranordnung oder ein Sensorarray, das aus einer Mehrzahl von Sensoranordnungen der oben beschriebenen Art besteht, nahe der einem Objekt zugewandten Oberfläche einer Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einrichtung zur Erfassung von integralen, punktuellen oder ortsaufgelösten Kräften angebracht bzw. teilweise oder ganz in die Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einrichtung integriert sein.

Die genannte Schutzwirkung wird erfindungsgemäß durch die verglichen zur Querschnittfläche des Hohlraums senkrecht zu der Richtung, in der ein Druck ausgeübt wird, verringerte Querschnittfläche der Öffnung bewirkt. Dieser verringerte Querschnitt kann beispielsweise mittels eines auf das Trägerelement aufgebrachten Deckelelements realisiert sein. Ferner kann das Trägerelement selbst mit einer derart verkleinerten Öffnung ausgebildet sein. Ist das Trägerelement durch eine Trägerplatte und ein auf der Trägerplatte angebrachtes Abstandselement gebildet, kann das Abstandselement ausgebildet sein, um den gegenüber dem Hohlraumquerschnitt verringerten Öffnungsquerschnitt festzulegen.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine skizzenartige Draufsichtdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine schematische Querschnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A und 4B zu den in den Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispielen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Trägerelements.

In den unterschiedlichen Zeichnungen sind für jeweils gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird zunächst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Trägerelement ist durch ein festes Grundelement 10, das auch als Trägerplatte bezeichnet werden kann, sowie ein Abstandselement 12 gebildet. Auf dem Abstandselement 12 ist ein Deckelelement 14 angeordnet. Ein Hohlraum 16 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Trägerplatte 10, das Abstandselement 12 und das Deckelelement 14 festgelegt. Das Deckelelement 14 weist an einer beliebigen Stelle oberhalb der den Hohlraum 16 bildenden Aussparung in dem Abstandselement 12 eine Öffnung 18 auf.

Der Hohlraum 16 ist mit einem kompressiblen oder vorzugsweise inkompressiblen Medium gefüllt, beispielsweise einer Flüssigkeit, einer gallertartigen Substanz oder einem Elastomer, wie durch die Kreuzschraffür in Fig. 1 angezeigt ist. In dem Hohlraum befindet sich ferner ein Sensorelement 20, wobei der Sensor durch einen Druck-, Kraft- oder Deformations-Sensor gebildet ist. Über dem Deckelelement 14 befindet sich, die Öffnung 18 desselben verschließend, eine Schicht 22 aus einem deformierbaren Material.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist das Sensorelement 20 bei dem erfindungsgemäßen Sensor von einem Objekt, das im Gebrauch auf die deformierbare Schicht 22 einwirkt, separiert, indem das Sensorelement an einer beliebigen Stelle innerhalb des Hohlraums oder an dessen Wänden, vorzugsweise beabstandet von der Öffnung 18 angeordnet ist. Somit ist sowohl eine unmittelbare Einwirkung des Objekts als auch ein mittelbares Einwirken von Objektkanten auf den Sensor wirksam vermieden.

Durch die verglichen zur Querschnittsfläche des Hohlraums verringerte Querschnittsfläche der Öffnung 18 kann die Stabilität der Anordnung, insbesondere bezüglich eines Ein- reißens der Hautschicht oberhalb der Öffnung, unabhängig von der Größe des Hohlraums, die beispielsweise durch die Größe des Sensorelements 20 nach unten limitiert ist, den für die jeweilige Anwendung relevanten Erfordernissen angepaßt werden.

In Fig. 2 ist eine skizzenhafte Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Sensor dargestellt. In Fig. 2 ist als Kreis ein Ausschnitt der deformierbaren Schicht 22 gezeigt. Ferner ist in Fig. 2 in gestrichelten Linien 16' die Querschnittfläche des Hohlraums 16 in der Richtung, in der im Gebrauch ein Druck auf die Sensoranordnung ausgeübt wird, dargestellt. Das Sensorelement ist durch gestrichelte Linien 20' dargestellt. Ferner ist in gestrichelten Linien 18' die Querschnittfläche der Öffnung 18 gezeigt. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, weist die Öffnung 18 in der Deckelplatte 14 in der Druckausübungsrichtung eine geringere Querschnittfläche auf als der Hohlraum 16.

Das feste Grundelement 10 sowie das Abstandselement 12 kön- nen beispielsweise aus Kunststoff oder Metall gebildet sein, wobei, wenn die Sensoranordnung in einen Greifer integriert ist, diese Bauteile direkt durch das Greifermaterial gebildet sein können. In gleicher Weise kann das Deckelelement 14 aus Kunststoff oder Metall gebildet sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor werden zu messende Kräfte bzw. Drücke, die von einem manipulierten Objekt (nicht gezeigt) zunächst auf die deformierbare Schicht 22 ausgeübt werden, über diese deformierbare Schicht 22 durch die Öffnung 18 in dem Deckelelement 14 auf die Füllung des den Sensor 20 enthaltenden Hohlraums 16 und von dieser Füllung auf das Sensorelement 20 übertragen.

Die deformierbare Schicht 22 kann beispielsweise eine einfache Elastomerschicht sein oder alternativ aus mehreren unterschiedlichen Teilschichten mit verschiedenen Eigenschaften aufgebaut sein, die nicht oder teilweise nicht aus einem Elastomermaterial bestehen müssen. Beispielsweise kann auch ein faserverstärktes Material verwendet werden.

In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt. Elemente, die denen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht bezugnehmend auf Fig. 3 ein weiteres Mal erläutert. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Deckelelement 14 und einer deformierbaren Schicht 32 eine deformierbare Folie oder Membran 34 vorgesehen, die als Durchbiegungsbegrenzungsschicht wirkt. Diese Schicht 34 kann beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder einem Elastomer bestehen und auf das Deckelelement 14 aufgebracht oder, wie in Fig. 3 dargestellt ist, in die deformierbare Schicht 32 integriert sein. Die Durchbiegungsbe- grenzungsschicht 34 bedeckt die Öffnung 18 des Deckelelements 14 und begrenzt die Größe der Durchbiegung der Grenzschicht zwischen der deformierbaren Schicht 32 und der Füllung des Hohlraums 16. Eine derartige Schicht kann ferner zur Abdichtung zwischen der Öffnung 18 und der deformierbaren Schicht 32 vorgesehen sein bzw. diese Abdichtung unterstützen. Diese Folie oder Membran 34 kann entweder lokal über einer jeweiligen Öffnung 18 in dem Deckelelement 14 angeordnet sein, oder alternativ derart ausgeführt sein, daß die gesamte Fläche der Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einrichtung und somit unter Umständen gleichzeitig mehrere Öffnungen von einer Mehrzahl von Sensoren, wie nachfolgend erläutert wird, abgedeckt werden.

In den Fig. 1 und 3 ist die Öffnung 18 mittels eines Deckelelements 14 gebildet. Es ist jedoch auch möglich, diese eine verringerte Querschnittfläche aufweisende Öffnung durch eine geeignete Ausgestaltung des Trägerelements zu realisieren. Dazu können beispielsweise die Abstandselemente mit Vorsprüngen ausgebildet sein, um diese Öffnung festzulegen. In einem solchen Fall ist das separate Vorsehen eines Deckelelements nicht notwendig.

Das Sensorelement 20 kann sich innerhalb des Hohlraums 16 direkt unterhalb der Öffnung 18 befinden, oder auch an jedem beliebigen Ort innerhalb des Hohlraums, da die vom Objekt ausgeübte Kraft auf den gesamten mit einem Druckübertragungsmedium gefüllten Hohlraum 16 übertragen wird. Dabei kann das Sensorelement vorzugsweise derart in dem Hohlraum angeordnet sein, daß dasselbe von im wesentlichen allen Seiten über das Druckmedium mit einer zu messenden Kraft oder einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist. Alternativ kann das Sensorelement an einer Wand des Hohlraums oder dem Boden desselben angebracht sein.

Alternative Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind in den Fig. 4A und 4B dargestellt. Die dort gezeigten Sensoranordnungen weisen jeweils eine Kompensationsvorrichtung 24 auf, die dazu dient, einen Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Füllmaterials des Hohlraums sowie des den Hohlraum umgebenden Materials zu kompensieren. Die Füllmaterialien können beispielsweise ei- nen wesentlich größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das umgebende Material, z.B. Metall oder Kunststoff, aufweisen. Dies kann zu Problemen in der Temperaturabhängigkeit des Sensorεignals führen.

Erfindungsgemäß ist daher bei den in den Fig. 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispielen zusätzlich zu dem Sensor ein Material 24 mit einem sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in den Hohlraum eingebracht, um den Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Füllmaterials und des den Hohlraum umgebenden Materials zu kompensieren. Ein derartiges Kompensationsmaterial könnte beispielsweise auch fein verteilt in den Hohlraum eingebracht werden.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist beispielhaft eine rechteckige Form des Hohlraums 16 gezeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß beliebige andere Formen des Hohlraums ebenfalls möglich sind, beispielsweise zylinderförmige. Die Öffnung 18 in dem Deckelelement 14 , durch die die Ankopplung der äußeren Kräfte auf das Füllmedium des Hohlraums 16 übertragen wird, ist in den Fig. 1 bis 3 beispielhaft als kreisförmig dargestellt, kann jedoch auch andere Formen aufweisen, beispielsweise quadratisch oder rechteckig. Zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften auf den mediengefüllten Hohlraum 16 können die Kanten der Öffnung 18 im Deckelelement 14 abgerundet oder schräg ausgeführt sein. Alternativ kann die Öffnung eine konische Form aufweisen.

Anschlußdrähte für den oder die Sensoren, die sich innerhalb des Hohlraums befinden, können durch abzudichtende Bohrungen oder gefräste Kanäle aus dem Hohlraum herausgeführt werden, wobei jedoch alternativ eine drahtlose Übertragung der Sensordaten, die Bohrungen und dergleichen überflüssig macht, möglich ist.

In den Fig. sind ferner beispielhafte Realisierungen der er- findungsgemäßen Sensoranordnung für eine ebene Ausführung einer Greiferoberflache gezeigt. Realisierungen für andere Geometrien, beispielsweise sphärische, zylindrische oder prismatische Geometrien einer Greiferoberflache, können analog ausgeführt werden. In einem solchen Fall weisen das Grundelement 10, das Abstandselement 12, das Deckelelement 14 und die deformierbare Schicht, oder Teile derselben, keine ebene Form, sondern eine der jeweiligen Geometrie angepaßte Krümmung auf.

Das Deckelelement 14 , das Abstandselement 12 und das Grundelement 10 können, wie in den Fig. 1 und 3 beispielhaft dargestellt ist, separat realisiert sein und dann verbunden werden, um den mit einem Medium gefüllten Hohlraum, in dem sich der oder die Sensoren befinden, zu realisieren. Zur Realisierung eines abgedichteten Hohlraums 16 können die verschiedenen Elemente 10, 12 und 14 dabei untereinander durch einen Schraub- oder Preß-Kontakt, durch Klebe- oder Verguß-Massen oder durch Dichtelemente, beispielsweise elastische Dichtringe, abgedichtet sein. Alternativ können zwei oder alle drei dieser Elemente 10, 12 und 14 einstückig ausgebildet sein, beispielsweise in der Oberfläche einer Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einheit. Die jeweilige Realisierung des Trägerelements, das den Hohlraum festlegt, kann dabei abhängig von dem in dem Hohlraum einzuschließenden Füllmedium durchgeführt werden.

Eine alternative Ausführungsform des den Hohlraum definierenden Trägerelements ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Aufbau ist das Abstandselement 12 etwas nach unten gezogen, wobei der Boden Hohlraums durch Einfügen eines passenden Bodenteils 10a gebildet ist. Dieses Bodenteil 10a kann beispielsweise mittels Pressen, Schrauben oder Kleiben an das Abstandselement angebracht sein.

Obwohl in den Figuren jeweils nur eine Sensoranordnung dargestellt ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein tak- tiles Sensorarray aufgebaut sein, das aus einer Mehrzahl von in einer Ebene örtlich verteilten taktilen Sensoranordnungen der oben beschriebenen Art besteht. Dabei können die für die Ausbildungen der jeweiligen Hohlräume erforderlichen Strukturen entweder in gemeinsamen Grund-, Abstands- und Deckel- Elementen ausgeführt sein, oder für jeden Hohlraum können eigene Grund-, Abstands- und Deckel-Elemente verwendet werden. In dem letztgenannten Fall können die einzelnen Einheiten nach deren Zusammenbau in einer festen Beziehung zueinander auf oder in der Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einheit montiert werden.

Ein derartiges Sensorarray, das aus einer Mehrzahl der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen aufgebaut ist, ermöglicht die ortsaufgelöste Bestimmung von Kräften. Wie erwähnt, kann das Sensorarray als ein eigenständiges Modul ausgeführt sein, das auf oder in einer Greif-, Schiebe- oder Berühr- Einrichtung montiert wird. Ferner können einige oder alle der Elemente 10, 12 und 14 direkt in dem Material der Greif-, Schiebe- oder Berühr-Einheit realisiert sein, so daß nur noch die restlichen Elemente sowie die deformierbare Schicht zusätzlich anzubringen sind.

Claims

Patentansprüche

1. Taktile Sensoranordnung mit folgenden Merkmalen:

einem Trägerelement (10, 12; 10a), das einen Hohlraum (16) aufweist, der zu einer Oberfläche des Trägerelements (10, 12; 10a) hin eine Öffnung (18) aufweist;

einem in dem Hohlraum (16) angeordneten Sensorelement (20) ; und

einer Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material, die über dem Hohlraum (16) die Öffnung (18) desselben verschließend angeordnet ist,

wobei der Hohlraum (16) mit einem Druckübertragungsmedium gefüllt ist, derart, daß ein auf die Schicht (22; 32) aus deformierbaren Material ausgeübter Druck durch die Öffnung (18) und über das Druckübertragungsmedium zu dem Sensorelement (20) übertragbar ist, und

wobei die Querschnittfläche (18') der Öffnung (18) senkrecht zu der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, kleiner ist als die Querschnittfläche (16') des Hohlraums (16) .

2. Taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Öffnung (18) des Hohlraums (16) durch ein Deckelelement (14), das zwischen dem Trägerelement (10, 12; 10a) und der Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material angeordnet ist, festgelegt ist.

3. Taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Schicht (32) aus einem deformierbaren Material zumindest im Bereich der Öffnung (18) mit einer Durch- biegungsbegrenzungsschicht (34) versehen ist.

4. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

3, bei der das Sensorelement (20) von im wesentlichen allen Seiten durch das Druckübertragungsmedium beaufschlagbar in dem Hohlraum (16) angeordnet ist.

5. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

4, bei der das Sensorelement (20) ein Drucksensor, ein Kraftsensor oder ein Deformationssensor ist.

6. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

5, bei der das Druckübertragungsmedium eine Flüssigkeit, eine gallertartige Substanz oder ein Elastomer ist.

7. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

6, bei der die Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material eine Elastomerschicht ist.

8. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schicht (22; 32) aus einem deformierbaren Material aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebaut ist.

9. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

8, bei der auf der dem Trägerelement (10, 12; 10a) zugewandten Seite der Schicht (32) aus einem deformierbaren Material zumindest im Bereich der Öffnung (18) eine Abdeckschicht (34) vorgesehen ist.

10. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

9, bei der die Kanten der Öffnung (18) abgerundet oder schräg ausgeführt sind.

11. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

10, bei der das Trägerelement (10, 12) durch eine Trägerplatte (10) und ein auf der Trägerplatte angebrachtes Abstandselement (12) , das den Hohlraum (16) fest- legt, gebildet ist.

12. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

11, die ferner einen Temperatursensor oder Sensoren für andere Größen aufweist.

13. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis

12, bei der in dem Hohlraum (16) eine Kompensationseinrichtung (24) zum Kompensieren von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Druckübertragungsmediums und des den Hohlraum umgebenden Materials des Trägerelements (10, 12; 10a) vorgesehen ist.

14. Taktiles Sensorarray bestehend auf einer Mehrzahl von örtlich verteilten taktilen Sensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Taktiles Sensorarray gemäß Anspruch 14, bei dem die Hohlräume der einzelnen Sensoranordnungen in einem gemeinsamen Träger gebildet sind, und bei dem eine gemeinsame Schicht aus einem deformierbaren Material über den Öffnungen der jeweiligen Sensoranordnungen vorgesehen ist.

16. Taktiles Sensorarray gemäß Anspruch 14, bei dem einzelne taktile Sensoranordnungen auf einem gemeinsamen Träger angebracht sind.