DE10013059A1 - Kraft-Momenten-Sensor - Google Patents

Kraft-Momenten-Sensor

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    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges

Abstract

Ein annähernd kreisringförmiger Aufnahmeteil (1) eines Kraft-Momenten-Sensors weist jeweils mindestens drei entlang des Umfangsbereichs des Aufnahmeteils ausgebildete biegesteife Abschnitte (10 bis 12), dazwischen ausgebildete biegsame Abschnitte (13 bis 15) und jeweils von den biegsamen Abschnitten ausgehende Verbindungsstege auf. Die Verbindungsstege (16 bis 18) sind fest mit einem senkrecht zur Mittenebene des Aufnahmeteils (1) ausgerichteten, achssymmetrischen starren Teil (2) verbunden. Auf den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) sind Dehnungsmeßstreifen (4¶1¶ bis 4¶6¶) und auf dem unteren Teil des achssymmetrischen Tragteils sind vier weitere parallel oder schräg zu dessen Mittenachse ausgerichtete Dehnungsmeßstreifen (4¶7¶ bis 4¶10¶ bzw. 4¶7¶' bis 4¶10¶') aufgebracht. Diese Meßstreifen sind nach dem Prinzip einer Wheatstonebrücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Vollbrücken in der Weise geschaltet, daß aus den dadurch erhaltenen Meßwerten bis zu drei Momente und drei Kräfte ermittelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft Kraft-Momenten-Sensoren.
Beispielsweise werden bezüglich der Feinmanipulation einer Roboterhand große Ansprüche an einen sogenannten intelligen­ ten mehrdimensionalen Kraft-Momenten-Sensor gestellt, der in den Fingerspitzen der Roboterhand vorgesehen ist. Obendrein bedingt der sehr beengte Bauraum in den Fingerspitzen einen mechanisch sehr kompakt aufgebauten Sensor.
Es gibt verschiedene Bauformen von Kraft-Momenten-Sensoren, die in Fingerspitzen von Roboterhänden untergebracht sind. So ist beispielsweise ein in Zylinderform ausgeführter Sechs- Komponenten-Sensor mit sechs auf einem Zylinder angeordneten Dehnungsmeßstreifen bekannt. (Siehe Antonio Bicchi "A crite­ rion for optimal design of multi-axis force sensors" in Robo­ tics und Autonomous Systems 10 (1992) S. 269 bis 286 in Else­ vier Science Publishers B. V) Die von Bicchi gewählte Zylin­ derform erschwert jedoch zum einen ein bezüglich der vorgege­ benen Ausrichtung korrektes Aufkleben der Dehnungsmeßstreifen und ist zum anderen hinsichtlich der Kalibration sehr kom­ plex. Ferner ist bei diesem Sensor kein mechanischer Über­ lastschutz vorgesehen.
Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Sechs- Komponenten-Sensors sind auf einem Quader sechs Dehnungsmeß­ streifenpaare angeordnet. (Siehe Ch. Schwarzinger, L. Supper und Dr. H. Winsauer "Dehnungsmeßstreifen als Sensoren für die Regelung der manipulativen Roboterhand ÖDIPUS, Meßtechnische Briefe 27 (1991), Heft 1, S. 12 bis 17). Der bei dieser Sen­ sorausführung verwendete Quader benötigt hinsichtlich seiner Länge und seines Querschnitts verhältnismäßig viel Platz in der Fingerspitze. Obendrein können mit dieser Sensorausfüh­ rung nur Kräfte und Momente gemessen werden, die direkt an der Fingerspitze angreifen. Ferner ist auch bei dieser Aus­ führungsform kein Überlastschutz vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, miniaturisierte Kraft- Momenten-Sensoren zu schaffen, mit welchem je nach deren Aus­ legung mindestens drei Komponenten, jedoch auch bis zu sechs Komponenten, d. h. bis zu drei Momenten und drei Kräften fest­ gestellt und entkoppelt ermittelt werden können.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem miniaturi­ sierten Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gelöst. Hierbei werden gemäß der Erfindung durch Messen festgestellt und ermittelt mittels des miniaturisierten Kraft-Momenten-Sensors nach Anspruch 1 drei Komponenten, näm­ lich zwei Momente und eine Kraft, mittels des Kraft-Momen­ ten-Sensors nach Anspruch 2 fünf Komponenten, nämlich zwei Momente und drei Kräfte und mittels des Kraft-Momenten- Sensors nach Anspruch 3 sechs Komponenten, nämlich drei Mo­ mente und drei Kräfte.
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie Einsatz- und Verwendungs­ möglichkeiten der Erfindung sind Gegenstand der auf einen der Ansprüche 1 bis 3 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche.
Bei der Grundausführung eines Kraft-Momenten-Sensors gemäß der Erfindung weist ein annähernd kreisringförmiges Aufnahme­ teil mindestens drei, vorzugsweise gleich große, in beliebi­ gen, vorzugsweise gleichen Winkelabständen entlang des Um­ fangsbereichs des Aufnahmeteils ausgebildete, biegesteife Ab­ schnitte, mindestens drei zwischen den biegsamen Abschnitten ausgebildete, biegsame Abschnitte und mindestens drei jeweils von den drei biegsamen Abschnitten ausgehende, radial ausge­ richtete Verbindungsstege auf. Diese Verbindungsstege sind mit einem senkrecht zu der Mittenebene des Aufnahmeteils ausgerichteten, achssymmetrischen, starren Tragteil verbunden, wobei diese Mittenebene in einem orthogonalen Koordinatensy­ stem, beispielsweise der XY-Ebene entsprechen würde. Bei der Grundausführung des Kraft-Momenten-Sensors sind auf den bieg­ samen Abschnitten jeweils vorzugsweise zwei ein Dehnungsmeß­ streifenpaar bildende Dehnungsmeßstreifen aufgebracht.
Diese Dehnungsmeßstreifen sind nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Vollbrücken geschaltet, so daß aus den mittels der Dehnungsmeßstreifen bei einer Belastung erfaßten Dehnungen oder Stauchungen Meßwerte abgeleitet werden können. Aus diesen Meßwerten wer­ den in einer Datensignalverarbeitungseinrichtung bei der Grundausführungsform insgesamt drei Komponenten, nämlich die in der - beispielsweise der XY-Ebene eines orthogonalen Koor­ dinatensystems entsprechenden - Mittenebene erzeugten Momente Mx und My, und eine dazu senkrecht, - d. h. in Richtung der Z- Achse des angenommenen Koordinatensystems wirkende - Kraft Fz ermittelt.
Die Dehnungsmeßstreifenpaare enthaltenden, in einer als Me­ ßebene dienenden Ebene liegenden Meßbrücken geben eine Rück­ meldung über die Momente ab, die in dieser Meßebene wirken sowie über eine hierzu senkrecht - d. h. in Richtung der Z- Achse - wirkende Kraft.
Um außer der Kraft Fz auch noch zwei weitere - in Richtung der X- und Y-Achse des angenommenen Koordinatensystems wir­ kende - Kräfte zu ermitteln, sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf dem achssymmetrischen Teil mindestens vier weitere parallel zu dessen - der Z-Achse des angenommenen orthogonalen Koordinatensystems entsprechenden - Mittenachse ausgerichtete Dehnungsmeßstreifen aufgebracht; diese Dehnungsmeßstreifen sind ebenfalls beispielsweise in Form von Viertel-, Halb- oder Vollbrücken geschaltet, so daß auf diese Weise aus den erhaltenen Meßwerten zwei weitere in Richtung der X- bzw. der Y-Achse wirkende - Kräfte Fx und Fy ermittelt werden können.
Um auch noch das Moment Mz zu ermitteln, sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf dem achssymmetrischen Tragteil vier Dehnungsmeßstreifen schräg zu dessen Mittenachse ausgerichtet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der annähernd kreisringförmige Aufnahmeteil der einzelnen Kraft-Momenten-Sensoren zwischen zwei miteinander verbundenen Ringen gehalten, deren Durchmesser jeweils dem größten Durch­ messer des Aufnahmeteils entspricht. Hierbei weisen die End­ bereiche der einzelnen Verbindungsstege sowohl auf ihrer Ober- als auch auf ihrer Unterseite in Form von Abstufungen ausgeführte Endausschläge auf. Hierdurch sind gemäß der Er­ findung im Unterschied zu den bekannten Ausführungen Kraft- Momenten-Sensoren automatisch mit einem mechanischen Über­ lastschutz ausgestattet.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Kraft-Momenten- Sensors in Verbindung mit einer Roboterhand liegt dessen gro­ ßer Vorteil gegenüber bekannten Sensoren zum einen darin, daß der erfindungsgemäße Kraft-Momenten-Sensor in einer sehr fla­ chen Bauart ausgeführt ist, und zum anderen vor allem darin, daß Kräfte/Momente gemessen werden, die entlang der gesamten Fingerspitze der Finger einer Roboterhand angreifen, in wel­ chen der erfindungsgemäße Kraft-Momenten-Sensor untergebracht ist. Auch ist bei dem erfindungsgemäßen Kraft-Momenten-Sensor generell das Verhältnis des Meßbereichs der Momente zu dem Meßbereich der Kräfte im Vergleich zu bekannten Sensoren sehr gut.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Kraft-Momenten- Sensors;
Fig. 2 eine Vorderansicht des Kraft-Momenten-Sensors der Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Kraft-Momenten- Sensors der Fig. 1;
Fig. 4 in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines fertig mon­ tierten Kraft-Momenten-Sensors, und
Fig. 5a bis 5j verschiedene Beispiele von möglichen Schal­ tungsanordnungen von nach dem Prinzip einer Wheatsto­ ne-Brücke ausgeführten, zu Halb- oder Viertelbrücken geschalteten Dehnungsmeßstreifen.
In Fig. 1 und Fig. 3 ist in Draufsicht bzw. in perspektivi­ schen Darstellung ein kreisringförmiger Aufnahmeteil 1 darge­ stellt, welcher drei vorzugsweise in gleichen Winkelabständen entlang seines Umfangsbereichs ausgebildete, biegesteife Ab­ schnitte 10 bis 12 aufweist, zwischen welchen biegsame, in Form von dünnen Stegen ausgebildete Abschnitte 13 bis 15 vor­ gesehen sind. Von dem Mittenbereich jeder der drei biegsamen Abschnitte 13 bis 15 gehen im wesentlichen radial ausgerich­ tete Verbindungsstege 16 bis 18 aus, welche fest mit einem achssymmetrischen starren Tragteil 2 verbunden sind, der senkrecht zu der - beispielsweise einer XY-Ebene eines orthogonalen Koordinatensystems entsprechenden - Mittenebene des Aufnahmeteils 1 ausgerichtet ist.
Durch die drei Verbindungsstege 16 bis 18 in der Ausführungs­ form der Fig. 1 und 3 sind die biegsamen Abschnitte 13 bis 15 jeweils vorzugsweise in zwei etwa gleich große Teilabschnitte 13a, 13b bis 15a, 15b unterteilt. Jeweils auf der Oberseite eines Teilabschnitts, beispielsweise der Teilabschnitte 13a bis 15a sind Dehnungsmeßstreifen 4 1, 4 3 und 4 5 aufgebracht. Auf der Unterseite der anderen zu denselben Abschnitten 13 bis 15 gehörenden Teilabschnitte 13b bis 15b sind weitere gestrichelt wiedergegebene Dehnungsmeßstreifen 4 2, 4 4 und 4 6 aufgebracht, wobei durch deren gestrichelte Wiedergabe ange­ deutet ist, daß letztere auf der Unterseite der jeweiligen Teilabschnitte 13b bis 15b vorgesehen sind.
Wie in Fig. 1 durch ein punktiert wiedergegebenes Quadrat an­ gedeutet, weist der untere an die Verbindungsstege 16 bis 18 angrenzende Bereich 20 des Tragteils 2 einen quadratischen Querschnitt auf. Wie der Vorderansicht der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind dadurch im unteren Bereich 20 des Tragteils 2 ebene rechteckige Flächen geschaffen, auf welchen in Fig. 2 jeweils Dehnungsmeßstreifen 4 7 bis 4 10 aufgebracht sind, wobei in Fig. 2 der auf der rückseitigen rechteckigen Fläche aufge­ brachte Dehnungsmeßstreifen 4 9 durch eine gestrichelte Be­ zugslinie angedeutet ist.
Ferner ist in der Vorderansicht der Fig. 2 deutlich zu erken­ nen, daß der biegsame Abschnitt 13 als ein dünner Steg ausge­ bildet ist, welcher durch den in seinem Mittenbereich vorge­ sehenen Verbindungssteg 16 in die beiden etwa gleich großen Teilabschnitte 13a und 13b unterteilt ist. Hierbei ist auf der Oberseite des Teilabschnitts 13a der Dehnungsmeßstreifen 4 1 und auf der Unterseite des Teilabschnitts 13b der Deh­ nungsmeßstreifen 4 2 angedeutet. Insbesondere in der perspektivischen Darstellung der Fig. 3 sind an den äußeren Enden der Verbindungsstege 16 bis 18 auf deren Ober- und Unterseite ausgebildete Endanschläge 16a bis 18a in Form von Abstufungen zu erkennen.
Während in der Vorderansicht der Fig. 2 die Dehnungsmeßstrei­ fen 4 7 bis 4 10 auf den im unteren Bereich 20 des Tragteils 2 ausgebildeten rechteckigen Flächen parallel zu dessen durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Mittenachse A ausge­ richtet sind, sind in der perspektivischen Darstellung eines montierten Kraft-Momenten-Sensors der Fig. 4 die entsprechen­ den Dehnungsmeßstreifen 4 7' bis 4 10' schräg zu der ebenfalls durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Mittenachse A des Tragteils 2 aufgebracht. In Fig. 4 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur die Dehnungsmeßstreifen 4 7' und 4 10' wie­ dergegeben.
Ferner sind in Fig. 4 zwei miteinander durch Verbindungsele­ mente wie Schrauben 6 verbundene Ringe 5 und 5' dargestellt, zwischen welchen der annähernd kreisringförmige Aufnahmeteil untergebracht ist, von welchem lediglich ein Teil des biege­ steifen Abschnitts 11 und des biegsamen Abschnitts 14 zu er­ kennen sind. Hierbei sind die Durchmesser der beiden Ring 5 und 5' so bemessen, daß sie dem größten Durchmesser des kreisringförmigen Aufnahmeteils entsprechen. Anhand der Aus­ führungsform in Fig. 4 kann auch nachvollzogen werden, weshalb die auf der Ober- und Unterseite der Verbindungsstege 16 bis 18 ausgebildeten Abstufungen 16a bis 18a (siehe Fig. 2 und 3) die Funktion von Endanschlägen haben, und somit dadurch ein Überlastungsschutz geschaffen ist.
Auf den biegsamen Abschnitten 13 bis 15 des annähernd kreis­ ringförmigen Aufnahmeteils 1 sind insgesamt sechs Dehnungs­ meßstreifen 4 1 bis 4 6 vorgesehen, welche als Dehnungsmeß­ streifenpaare 4 1 und 4 2, 4 3 und 4 4 sowie 4 5 und 4 6 in Fig. 5a bis 5c in Form von nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke ausgeführten Halbbrücken geschaltet sind. Hierbei sind in Fig. 5a bis 5c jeweils die Dehnungen/Stauchungen ε1 bis ε6 der Dehnungsmeßstreifenpaare 4 1, 4 2; 4 3, 4 4 und 4 5, 4 6 in den bei­ den linken Zweigen eingetragen, während in beiden restlichen Zweigen der Halbbrücken jeweils gleich dimensionierte Wider­ stände R vorgesehen sind. Die in der Diagonale der jeweiligen Halbbrücken der Fig. 5a bis 5c erhaltenen Spannungen U1 bis U3 sind in Fig. 5a bis 5c unterhalb der entsprechenden Halbbrüc­ ken bezogen auf die angelegte Spannung US angegeben.
Aus den Dehnungen/Stauchungen ε1 bis ε6 der jeweiligen Deh­ nungsmeßstreifen 4 1 bis 4 6 lassen sich mit Hilfe der nachste­ hend wiedergegebenen Gl.'en (1) bis (3) die Momente Mx, My sowie eine Kraft FZ ermitteln. Durch die Indizies x, y und z ist ein orthogonales Koordinatensystem angedeutet, bei wel­ chem die XY-Ebene wiederum in der gedachten Mittenebene des annähernd kreisringförmigen Aufnahmeteils 1 liegt, während die Z-Achse in Richtung der in Fig. 1 durch einen Punkt und in Fig. 2 und 3 durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Mittenachse A des Tragteils 2 verläuft. Ferner sind in den nachstehend wiedergegebenen Gleichungen mit Kx, Ky und KZ Ver­ stärkungsfaktoren bezeichnet, bei welchen gilt:
Hierbei ergibt sich für das Drehmoment Mx gemäß Gl. (1):
für das Moment My gemäß Gl. (2):
für die in Richtung der Z-Achse wirkenden Kraft FZ gemäß Gl. (3):
Fz = Kz[(ε1 - ε2) + (ε3 - ε4) + (ε5 - ε6)] (3)
Wenn, wie in der Draufsicht der Fig. 1 sowie in der Vorderan­ sicht der Fig. 2 angedeutet bzw. dargestellt, auf dem unteren Bereich 20 des Tragteils 2 zusätzlich Dehnungsmeßstreifen 47 bis 4 10 parallel zu dessen Achse A aufgebracht sind, können mit Hilfe von in Gl.'en (4) und (5) angegebenen Momenten M'x und M'y zusätzlich noch die Kräfte Fx und Fy gemäß Gl.'en (6) und (7) berechnet werden, wobei wiederum mit K'x und K'y Ver­ stärkungsfaktoren sind, für welche gilt: K'x = K'y.
M'x = K'x(ε7 - ε8) (4)
M'y = K'y(ε9 - ε10) (5)
Fx = (Mx - M'x)/h (6)
Fy = (My - M'y)/h (7)
Mittels in Fig. 5d und 5e wiedergegebenen Halbbrücken ergeben sich bezogen auf die angelegte Spannung Us Spannungen U4 bis U5, die sich aus Dehnungen/Stauchungen ε1 bis ε10 der Deh­ nungsmeßstreifen 4 7 bis 4 10 berechnen lassen.
Wenn Dehnungsmeßstreifen 4 7' bis 4 10' so wie in Fig. 4 darge­ stellt, d. h. schräg zu der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Achse A, auf den unteren Flächen des Tragteils 3 aufgebracht sind, werden beispielsweise mit den in Fig. 5f bis 5j dargestellten Viertelbrücken bezogen auf die angelegte Spannung US Spannungen U7 bis U10 erhalten, die sich aus Deh­ nungen/Stauchungen ε7 bis ε10 der Dehnungsmeßstreifen 4 7' bis 4 10' berechnen lassen. Mit Hilfe der Spannungen U7 bis U10 können die Momente Mx, My, Mz entsprechend den nachstehend wiedergegebenen Gl.'en 8 bis 10 bestimmt werden:
Mx = Kx(U7 - U8) (8)
My = Ky(U9 - U10) (9)
Mz = Kz((U7 - U9) + (U8 - U10)) (10).
Bezugszeichenliste
1
kreisringförmiger Aufnahmeteil
10
,
11
,
12
biegesteife Abschnitte
13
,
14
,
15
biegsame Abschnitte
13a, b-15a, b Teilabschnitte von
13-15
16
,
17
,
18
radial ausgerichtete Verbindungsstege
16
a,
17
a,
18
a Abstufung
2
achssymmetrisches Tragteil
20
rechteckige Aufnahmeflächen im unteren Bereich von
2
4 1
-
4 6
Dehnungsmeßstreifenpaare
47
bis 410
,
4 7
' bis
4 10
' Dehnungsmeßstreifen
5
,
5
Ringe
6
Verbindungselemente (Schrauben)

Claims (15)

1. Kraft-Momenten-Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein annähernd kreisringförmiger Aufnahmeteil (1)
  • a) mindestens drei entlang des Umfangsbereichs des Aufnahme­ teils (1) ausgebildete, biegesteife Abschnitte (10 bis 12),
  • b) mindestens drei zwischen den biegesteifen Abschnitten ausgebildete biegsame Abschnitte (13 bis 15), und
  • c) mindestens drei jeweils von den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) ausgehende, radial verlaufende Verbindungsstege (16 bis 18) aufweist, welche
  • d) fest mit einem senkrecht zu einer Mittenebene des Aufnah­ meteils (1) ausgerichteten, achssymmetrischen starren Tragteil (2) verbunden sind, und daß
  • e) auf den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) jeweils Deh­ nungsmeßstreifenpaare (41, 42 bis 45, 46) aufgebracht sind, die nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke je­ weils zu Viertel-, Halb- oder Vollbrücken in der Weise geschaltet sind, daß aus den dadurch erhaltenen Meßwerten zwei Momente (Mx, My) und eine Kraft (Fz) ermittelbar sind.
2. Kraft-Momenten-Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein annähernd kreisringförmiger Aufnahmeteil (1)
  • a) mindestens drei entlang des Umfangsbereichs des Aufnahme­ teils (1) ausgebildete, biegesteife Abschnitte (10 bis 12),
  • b) mindestens drei zwischen den biegesteifen Abschnitten ausgebildete biegsame Abschnitte (13 bis 15), und
  • c) mindestens drei jeweils von den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) ausgehende, radial verlaufende Verbindungsstege (16 bis 18) aufweist, welche
  • d) fest mit einem senkrecht zu einer Mittenebene des Aufnah­ meteils (1) ausgerichteten, achssymmetrischen starren Tragteil (2) verbunden sind, und daß
  • e) e') sowohl auf den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) jeweils Dehnungsmeßstreifenpaare (4 1, 4 2 bis 4 5, 4 6) als auch auf dem achssymmetrischen Tragteil (2) vier weitere parallel zu dessen Mittenachse ausgerichtete Dehnungsmeßstreifen (47, bis 410) aufgebracht sind, die nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Voll­ brücken in der Weise geschaltet sind, daß aus den dadurch erhaltenen Meßwerten zwei Momente (Mx, My) und drei Kräf­ te (Fx, Fy, Fz) ermittelbar sind.
3. Kraft-Momenten-Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein annähernd kreisringförmiger Aufnahmeteil (1)
  • a) mindestens drei entlang des Umfangsbereichs des Aufnahme­ teils (1) ausgebildete, biegesteife Abschnitte (10 bis 12),
  • b) mindestens drei zwischen den biegesteifen Abschnitten ausgebildete biegsame Abschnitte (13 bis 15), und
  • c) mindestens drei jeweils von den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) ausgehende, radial verlaufende Verbindungsstege (16 bis 18) aufweist, welche
  • d) fest mit einem senkrecht zu einer Mittenebene des Aufnah­ meteils (1) ausgerichteten, achssymmetrischen starren Tragteil (2) verbunden sind, und daß
  • e) e") sowohl auf den biegsamen Abschnitten (13 bis 15) jeweils Dehnungsmeßstreifenpaare (4 1, 4 2 bis 4 5, 4 6) als auch auf dem achssymmetrischen Tragteil (2) vier weitere, schräg zu dessen Mittenachse ausgerichtete Dehnungsmeßstreifen (47, bis 410) aufgebracht sind, die nach dem Prinzip einer Wheatstone-Brücke jeweils zu Viertel-, Halb- oder Voll­ brücken in der Weise geschaltet sind, daß aus den dadurch erhaltenen Meßwerten drei Momente (Mx, My, Mz) und drei Kräfte (Fx, Fy, Fz) ermittelbar sind.
4. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens drei biege­ steifen Abschnitte (10 bis 12) gleich groß und in belie­ bigen Winkelabständen entlang des Umfangsbereichs der Aufnahmeteils (1) ausgebildet sind.
5. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß die mindestens drei bie­ gesteifen Abschnitte (10 bis 12) gleich groß und in glei­ chen Winkelabständen entlang des Umfangsbereichs der Auf­ nahmeteils (1) ausgebildet sind.
6. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die radial verlaufen­ den, jeweils vom Mittenbereich der drei biegsamen Ab­ schnitte (13 bis 15) ausgehenden Verbindungsstege (16 bis 18) jeder der biegsamen Abschnitte (13 bis 15) in zwei Teilabschnitte (13a, 13b; 14a, 14b; 15a, 15b) aufgeteilt ist, auf welchen jeweils ein Dehnungsmeßstreifen (4 1, 4 3, 4 5; 4 2, 4 4, 4 6) eines Dehnungsmeßstreifenpaares (4 1, 4 2; 4 3, 4 4; 4 5, 4 6) aufgebracht ist.
7. Kraft-Momenten-Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eine Dehnungsmeßstreifen (4 1, 4 3, 4 5) jedes Dehnungsmeßstreifenpaares auf der Oberseite des ei­ nen Teilabschnitts (13 a, 14 a, 15 a) jedes der drei biegsa­ men Abschnitte (13 bis 15) und der andere Dehnungsmeß­ streifen (4 2, 4 4, 4 6)jedes Dehnungsmeßstreifenpaares auf der Unterseite des zweiten Teilabschnitts (13 b bis 15 b) jedes der drei biegsamen Abschnitte (13 bis 15) aufge­ bracht ist.
8. Kraft-Momenten-Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im unteren an den Aufnahmeteil (1) angrenzenden Bereich (20) des Trägerteils (2) dieser einen qua­ dratischen Querschnitt aufweist und auf den dadurch ge­ bildeten ebenen, rechteckigen Flächen des Trägerteils (2) jeweils die parallel zu dessen Mittenachse (A) ausgerich­ tetn Dehnungsmeßstreifen (4 7 bis 4 10) aufgebracht sind.
9. Kraft-Momenten-Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im unteren an den Aufnahmeteil (1) angren­ zenden Bereich (20) des Trägerteils (2) dieser einen qua­ dratischen Querschnitt aufweist und auf den dadurch ge­ bildeten, ebenen, rechteckigen Flächen die jeweils schräg zu dessen Mittenachse (A) ausgerichteten Dehnungsmeß­ streifen (4 7' bis 4 10') aufgebracht sind.
10. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 sowie 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Abschnitte (13 bis 15) als verhältnismäßig dünne Stege ausgebildet sind.
11. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der annäherend kreisringförmige Aufnahmeteil (1) zwischen zwei miteinan­ der verbundenen Ringen (5, 5') mit jeweils einem dem Durchmesser des Aufnahmeteils (1) entsprechenden Durch­ messer gehalten ist, und die Endbereiche der Verbindungstege (16 bis 18) auf ihrer Ober- und Unterseite Endanschläge (16a bis 18a) in Form von Abstufungen aufweisen.
12. Kraft-Momenten-Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 11 zur Verwendung im Greifbereich einer mechanischen Greifein­ richtung eines Roboters.
13. Kraft-Momenten-Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 11 zur Verwendung in mindestens einer Fingerspitze einer Robo­ terhand.
14. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung in in der Medizintechnik eingesetzten Greifeinrichtungen.
15. Kraft-Momenten-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung in in der Raumfahrttechnik eingesetzten Greifeinrichtungen.
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