DE102010049484A1

DE102010049484A1 - Tactile proximity sensor for detecting convergence of objects at sensor and for detecting pressure profiles, comprises layers, where physical operating principle of proximity sensor is provided by change of capacity

Info

Publication number: DE102010049484A1
Application number: DE201010049484
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-05-03

Abstract

The tactile proximity sensor (SR) comprises layers. The physical operating principle of a proximity sensor is provided by the change of the capacity, and is operated in the proximity sensor transmit mode or proximity sensor receiving mode. The proximity sensor forms unit with a tactile sensor, where one layer is made of an elastic conductive polymer. Independent claims are also included for the following: (1) an electrical control circuit for forming a sensor; and (2) an electrical control for measuring the power.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor und eine Messanordnung zur Detektion von sich im Erfassungsbereich des Sensors befindlichen Objekten, sowie im Kontaktfall zur Messung von mechanischen Kräften auf den Sensor bzw. der Erfassung des Druckprofils an der Kontaktstelle Sensor/Objekt nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 und der Vorrichtung nach dem unabhängigen Patentanspruch 7.The invention relates to a sensor and a measuring arrangement for detecting objects located in the detection range of the sensor, and in the contact case for measuring mechanical forces on the sensor or the detection of the pressure profile at the contact point sensor / object according to independent claim 1 and the device according to independent claim 7.

Der Interaktion und Kooperation zwischen Mensch und Roboter wird eine immer größere Bedeutung in den Bereichen Industrie, Service und Chirurgie beigemessen. Hierbei teilen sich Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeitsraum. Es lassen sich zwei Probleme identifizieren, zum einen die Lokalisation von Objekten/Mensch im Arbeitsraum des Roboters bzw. des Robotergreifers, zum anderen die Detektion und Erfassung von mechanischen Kontakten des Roboters bzw. des Robotergreifers mit der Umwelt.The interaction and cooperation between humans and robots is becoming increasingly important in the areas of industry, service and surgery. Here humans and robots share a common working space. Two problems can be identified, one being the localization of objects / human in the working space of the robot or the robot gripper, and the other the detection and detection of mechanical contacts of the robot or robot gripper with the environment.

Insbesondere bei der direkten Kooperation des Roboters mit dem Menschen besteht erhebliches Gefährdungspotential für den menschlichen Benutzer, wenn dieser unzureichend erfasst wird. Durch die ortsaufgelöste Erfassung des unmittelbaren Umgebungsbereiches der Roboteroberfläche können Kollisionen effektiv vermieden werden. Durch die gleichzeitige Erfassung von Druckprofilen an der Roboteroberfläche können Kollisionen erfasst bzw. es kann mit dem Roboter interagiert werden.In particular, in the direct cooperation of the robot with humans, there is considerable danger potential for the human user if this is insufficiently detected. The spatially resolved detection of the immediate surrounding area of the robot surface effectively avoids collisions. Through the simultaneous detection of pressure profiles on the robot surface collisions can be detected or it can be interacted with the robot.

Beim Greifen von Objekten mit einem Robotergreifer ergibt sich das Problem der Erfassung des Objekts vor dem Zugreifen. Eine optische Erfassung ist oft nicht möglich, da der Roboter selbst die Sicht auf das Objekt verdeckt. Ein kapazitiver Näherungssensor erlaubt die Erfassung von Objekten im Greifraum des Sensors vor dem Zugreifen. Ist das Objekt gegriffen, ist es vorteilhaft, Informationen über den Zustand des Griffs zu erlangen, wie z. B. maximal herrschende Kontaktkraft, Druckverteilung an den Kontaktflächen, sowie etwaiges Rutschen des Objekts aus dem Greifer.When gripping objects with a robotic gripper, the problem arises of capturing the object before accessing it. Optical detection is often not possible because the robot itself obscures the view of the object. A capacitive proximity sensor allows the detection of objects in the gripping space of the sensor before accessing. Once the object is gripped, it is advantageous to obtain information about the state of the handle, such as: B. maximum prevailing contact force, pressure distribution at the contact surfaces, as well as any slippage of the object from the gripper.

Zur Lösung der identifizierten Probleme muss der Roboter mit Sinnesleistungen ausgestattet werden, die eine zuverlässige Erfassung des Benutzers und der umgebenden Umwelt gewährleisten schon bevor ein Kontakt entsteht.To solve the identified problems, the robot must be equipped with sensory powers that ensure reliable detection of the user and the surrounding environment even before contact is made.

Bei bestehendem Kontakt benötigt das Robotersystem weitere taktile Informationen über den physischen Kontakt, um eine erfolgreiche Manipulation von Objekten durchführen zu können oder auf die Art des bestehenden Kontakts, z. B. Kollision, zurückzuschließen. Für die genannte Problematik müssen also Informationen kontaktlos über den bevorstehenden Kontakt und den danach erfolgenden Kontakt gewonnen werden.With existing contact, the robot system needs more tactile information about the physical contact in order to successfully manipulate objects or the type of existing contact, e.g. Collision. For the above problem so information must be obtained without contact on the impending contact and the subsequent contact.

Es sind Sensoren bekannt, die auf kapazitivem Prinzip basieren und die Detektion von Objekten im Erfassungsbereich des Sensors ermöglichen. Hierbei beeinflusst das Objekt die kapazitive Kopplung einer Messelektrode an seine Umwelt bzw. die Kopplung zweier oder mehre Elektroden untereinander.Sensors are known which are based on the capacitive principle and enable the detection of objects in the detection range of the sensor. Here, the object influences the capacitive coupling of a measuring electrode to its environment or the coupling of two or more electrodes with each other.

Weiterhin sind Sensoren bekannt, die ebenfalls nach einem kapazitiven Messprinzip arbeiten und Kräfte auf den Sensor ortsaufgelöst messen können, taktile Sensoren.Furthermore, sensors are known which also operate on a capacitive measuring principle and can measure forces on the sensor in a spatially resolved, tactile sensors.

Stand der TechnikState of the art

Die Druckschrift DE 20 2006 013 335 U1 beschreibt eine Einklemmschutzvorrichtung für ein schwenkbares Stellelement, die unter anderem einen Sensor umfasst, der berührungslos eine Annäherung des Sensors an ein Gegenelement und auch Kontaktinformationen erfassen kann.The publication DE 20 2006 013 335 U1 describes an anti-pinch device for a pivotable actuator, which includes, inter alia, a sensor that can detect contactless approach of the sensor to a counter element and contact information.

Der Sensor nach Druckschrift DE 20 2006 013 335 U1 weist einen geschichteten Aufbau auf. Eine der innen liegenden Schichten ist elastisch ausgeführt. Darüber befindet sich der Näherungssensor, der einen Aufbau bestehend aus drei Flächenelektroden, die durch zwei Isolationsschichten voneinander getrennt sind, aufweist. Zwischen dem Krafteinleitpunkt und dem eigentlichen Kraftaufnehmer liegen somit fünf Schichten. Die einzelnen Schichten werden als flexibel, jedoch nicht als elastisch beschrieben. Eine Krafteinleitung in diese Schichten führt zu starker mechanischer Beanspruchung dieser Schichten.The sensor according to publication DE 20 2006 013 335 U1 has a layered structure. One of the inner layers is elastic. Above it is the proximity sensor, which has a structure consisting of three surface electrodes, which are separated by two insulation layers. There are thus five layers between the force introduction point and the actual force transducer. The individual layers are described as flexible but not elastic. An introduction of force into these layers leads to strong mechanical stress on these layers.

Die Druckschrift US 7,679,376 B2 beschreibt einen taktilen Näherungssensor, der ebenfalls auf einem kapazitivem Messprinzip beruht. Dieser weist einen Aufbau aus drei Schichten auf: Zwei Schichten mit Elektroden werden durch ein verformbares Material voneinander getrennt. Die Elektroden der beiden Schichten sind streifenförmig, die obere und die untere Schicht weisen einen orthogonalen Verlauf der Elektroden auf. Durch geeignete Verschalung der Elektroden der oberen Schicht ist es möglich, Objekte in Längsrichtung der Elektroden ohne Kontakt zu erfassen. Im Kontaktfall bilden die Kreuzungspunke der Elektroden der oberen und unteren Schicht einzelne taktile Sensoren, die, insbesondere wenn mehrere Kontaktpunkte bestehen, mit den übrigen Elektroden nachteilig elektrisch interagieren. Eine Möglichkeit, diesen empfindlichen Sensor vor elektrischen Umwelteinflüssen zu schützen, wird nicht angegeben.The publication US 7,679,376 B2 describes a tactile proximity sensor, which is also based on a capacitive measuring principle. This has a structure of three layers: two layers with electrodes are separated by a deformable material. The electrodes of the two layers are strip-shaped, the upper and the lower layer have an orthogonal course of the electrodes. By suitable shuttering of the electrodes of the upper layer, it is possible to detect objects in the longitudinal direction of the electrodes without contact. In the case of contact, the crossing points of the electrodes of the upper and lower layers form individual tactile sensors, which disadvantageously electrically interact with the other electrodes, in particular if there are a plurality of contact points. One way to protect this sensitive sensor from environmental influences is not specified.

Aufgabenstellung task

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Annäherung an den Sensor bzw. mehrerer Sensoren und deren kapazitive Kopplung untereinander zu detektieren und im Kontaktfall ortsauflösende Profile der im Kontaktbereich herrschenden mechanischen Druckprofile erfassen zu können. Dabei ist es wesentlich, die Anzahl der im Kontaktfall belasteten Elektroden zu minimieren, diese robust auszulegen und deren Kontaktierung zu vereinfachen. Ein weiteres Augenmerk muss hierbei auf den wirksamen Schutz des Sensors vor elektrischen Störungen und Einflüssen aus der Umgebung gelegt werden. Durch einen entsprechenden Aufbau und einer vorteilhaften Realisierung soll ein solcher Sensor kostengünstig mit industriellen Standardprozessen wie einer industriellen Leiterplattenfertigung zu produzieren sein. Eine gegenseitige Beeinflussung einzelner Sensorteile untereinander soll ebenfalls weitgehend vermieden werden. Die Aufgabe wird durch den im Folgenden beschriebenen taktilen Näherungssensor gelöst.Thus, the invention has the object to detect the approach to the sensor or more sensors and their capacitive coupling with each other and to be able to detect in the contact case spatially resolving profiles of the prevailing mechanical contact pressure profiles in the contact area. It is essential to minimize the number of loaded in the contact case electrodes to design them robust and to simplify their contact. Further attention must be paid to the effective protection of the sensor against electrical disturbances and influences from the environment. By a corresponding structure and an advantageous realization of such a sensor should be inexpensive to produce with standard industrial processes such as industrial PCB manufacturing. A mutual influence of individual sensor parts with each other should also be largely avoided. The task is solved by the tactile proximity sensor described below.

Die Eigenschaft, ortsaufgelöste Druckprofile erfassen zu können, wird im Folgenden als taktiler Sensor bezeichnet.The property of being able to detect spatially resolved pressure profiles is referred to below as a tactile sensor.

Die Eigenschaft Annäherungen an den Sensor und die Erfassung kapazitiver Kopplungen an Objekte/Umwelt bzw. an weitere Sensoren, wird im Folgenden als Näherungssensor bezeichnet.The property approximations to the sensor and the detection of capacitive couplings to objects / environment or to other sensors is referred to below as a proximity sensor.

Da in den Sensor zur Erfassung des Druckprofils an der Kontaktstelle Kräfte eingeleitet werden müssen, findet eine Deformation und lokale Dehnung der Messelektroden des Näherungssensors statt. Um eine hohe Ortsauflösung des taktilen Sensors realisieren zu können, ist es vorteilhaft, diese Elektrode S1 möglichst dünn auszuführen. Hierdurch beeinflussen sich die darunter liegenden taktilen Kraftsensoren möglichst wenig untereinander. Um ein Beschädigung der Elektrode durch diese Krafteinwirkung zu vermeiden, muss diese Elektrode S1 elastisch verformbar ausgeführt werden, vorzugsweise durch ein elastisches, elektrisch leitfähiges Elastomer.Since forces have to be introduced into the sensor for detecting the pressure profile at the contact point, deformation and local expansion of the measuring electrodes of the proximity sensor take place. In order to realize a high spatial resolution of the tactile sensor, it is advantageous to make this electrode S1 as thin as possible. As a result, the underlying tactile force sensors affect each other as little as possible. To avoid damage to the electrode by this force, this electrode S1 must be made elastically deformable, preferably by an elastic, electrically conductive elastomer.

Durch die Sensibilität der Sensoranordnung lassen sich die Einkopplung von elektrischen Störungen in den Sensor nicht unterbinden. Diese müssen durch einen entsprechenden elektromechanischen Aufbau des Sensors, sowie einer entsprechenden Signalaufbereitung minimiert werden.Due to the sensitivity of the sensor arrangement, the coupling of electrical interference into the sensor can not be prevented. These must be minimized by a corresponding electromechanical structure of the sensor, as well as a corresponding signal conditioning.

Die elektromechanische Ausgestaltung des Sensors wird vorteilhaft in einem Schichtaufbau ausgeführt. Die Schichten im Einzelnen:
S1 Elastische Messelektrode, vorteilhaft aus einem leitfähigen Elastomer
S2 Elastisches Material, vorteilhaft aus einem verformbaren, elektrisch isolierenden Schaumstoff
S3 Strukturierte elektrisch leitfähige, segmentierte Innenelektrode (Taktiler Sensor)
S4 Elektrisch isolierende Schicht
S5 Schaltbare elektrisch leitfähige Elektrode (Schirm/Masse)
S6 Elektrisch isolierende Schicht
S7 Elektrisch leitfähige MasseelektrodeThe electromechanical design of the sensor is advantageously carried out in a layer structure. The layers in detail:
S1 Elastic measuring electrode, advantageously made of a conductive elastomer
S2 Elastic material, advantageously made of a deformable, electrically insulating foam
S3 Structured electrically conductive, segmented inner electrode (tactile sensor)
S4 Electrically insulating layer
S5 Switchable electrically conductive electrode (shield / ground)
S6 Electrically insulating layer
S7 Electrically conductive ground electrode

Die Schichten S3, S4, S5, S6, S7 können vorteilhaft in einem Leiterplattenprozess hergestellt werden, hierbei können sowohl starre Leiterplatten, als auch flexible Leiterplatten eingesetzt werden.The layers S3, S4, S5, S6, S7 can be advantageously produced in a printed circuit board process, in this case, both rigid printed circuit boards, and flexible printed circuit boards can be used.

Zum Schutz vor mechanischen und chemischen Umwelteinflüssen kann dieser Schichtaufbau durch ein dehnbares elektrisch isolierendes Material überzogen werden, vorteilhaft geschieht dies durch ein Elastomer, beispielsweise durch ein Silikon.For protection against mechanical and chemical environmental influences, this layer structure can be coated by a stretchable electrically insulating material, advantageously this is done by an elastomer, for example by a silicone.

Durch eine vorteilhafte elektrische Ansteuerung und Signalauswertung der Schichten S1, S3, und S5 kann der Sensor in die Betriebsmodi „Näherungssensor Sendebetrieb”, „Näherungssensor Empfangsbetrieb” und „taktiler Sensor” versetzt werden.By an advantageous electrical control and signal evaluation of the layers S1, S3, and S5, the sensor can be in the operating modes "proximity sensor transmission mode", "proximity sensor reception mode" and "tactile sensor" are added.

Im Modus „Näherungssensor Sendebetrieb” wird eine Wechselspannung an die Elektrode S1 gelegt. Der Strom, der durch diese Elektrode gesendet wird, wird gemessen. Ebenfalls wird die Amplitude der Sendespannung erfasst. Zur Verringerung der kapazitiven Last der Elektroden in Schicht S3 des taktilen Sensors werden diese elektrisch von der Signalerfassung getrennt. Durch einen Signalverstärker D10 mit dem Verstärkungsfaktor 1 wird die Spannung der Elektrode S1 verstärkt und mit gleicher Phase, Frequenz und Amplitude an die Elektrode S5 geschaltet. Hierdurch wird die kapazitive Last der Schicht S3 minimiert.In "Transmitter proximity sensor" mode, an AC voltage is applied to electrode S1. The current sent through this electrode is measured. Also, the amplitude of the transmission voltage is detected. To reduce the capacitive load of the electrodes in layer S3 of the tactile sensor, they are electrically separated from the signal detection. By a signal amplifier D10 with the gain factor of 1, the voltage of the electrode S1 is amplified and with the same phase, frequency and Amplitude connected to the electrode S5. As a result, the capacitive load of the layer S3 is minimized.

Für den Modus „Näherungssensor Empfangsbetrieb” werden wenigsten zwei Sensoren benötigt, einer davon im Modus „Näherungssensor Sendebetrieb” und wenigstens ein Sensor im Modus „Näherungssensor Empfangsbetrieb”. Der sendende Sensor erfasst vorteilhafterweise die Amplitude der Sendespannung und den gesendeten Strom. Im Folgenden wird die Konfiguration der Sensoren im Modus „Näherungssensor Empfangsbetrieb” beschrieben. In diesem Modus wird die Elektrode in Schicht S1 über eine Einrichtung zur Strommessung D2 an Masse (elektrisches Nullpotential) geschaltet. Der Strom, der von der Elektrode in Schicht S1 nach Masse fließt wird gemessen. Zur Verringerung der kapazitiven Last der Elektroden in Schicht S3 des taktilen Sensors werden diese elektrisch von der Signalerfassung getrennt. Durch einen Signalverstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 wird die Spannung der Elektrode S1 verstärkt und mit gleicher Phase, Frequenz und Amplitude an die Elektrode S5 geschaltet. Hierdurch wird die kapazitive Last der Schicht S3 minimiert.At least two sensors are required for the mode "Proximity sensor receive mode", one of them in the mode "Transmitter proximity sensor" and at least one sensor in the mode "Proximity sensor receiver mode". The transmitting sensor advantageously detects the amplitude of the transmission voltage and the transmitted current. The following describes the configuration of the sensors in the Reproduction Proximity Sensor mode. In this mode, the electrode in layer S1 is switched to ground (electrical zero potential) via a device for measuring current D2. The current flowing from the electrode in layer S1 to ground is measured. To reduce the capacitive load of the electrodes in layer S3 of the tactile sensor, they are electrically separated from the signal detection. By a signal amplifier with the gain factor of 1, the voltage of the electrode S1 is amplified and switched with the same phase, frequency and amplitude to the electrode S5. As a result, the capacitive load of the layer S3 is minimized.

Im Modus „taktiler Sensor” wird eine Wechselspannung an die Elektrode S1 gelegt. Die Amplitude dieser Spannung wird erfasst. Die schaltbare elektrisch leitfähige Elektrode S5 wird auf Masse geschaltet. Die einzelnen Segmente der Schicht S3 bilden jeweils einen Kondensator, durch den ein Strom von der Elektrode in Schicht S1 in das jeweilige Segment fließt. Der Strom durch jeden einzelnen Kondensator wird erfasst und bildet ein Maß für die Kapazität des jeweiligen Kondensators. Die Erfassung des Stroms kann dabei einzeln oder über einen Multiplexer, der die einzelnen Segmente an die Strommessung schaltet, erfasst werden. Werden Kräfte in die Oberfläche des Sensors eingeleitet, verformen sich Schicht S1 und Schicht S2, wodurch lokal Kapazitätsänderungen hervorgerufen werden. Hierdurch lassen sich Druckprofile erfassen.In the "tactile sensor" mode, an AC voltage is applied to the electrode S1. The amplitude of this voltage is detected. The switchable electrically conductive electrode S5 is switched to ground. The individual segments of the layer S3 each form a capacitor, through which a current flows from the electrode in layer S1 into the respective segment. The current through each individual capacitor is detected and provides a measure of the capacitance of the respective capacitor. The detection of the current can be detected individually or via a multiplexer, which switches the individual segments to the current measurement. When forces are introduced into the surface of the sensor, layer S1 and layer S2 deform, causing local capacitance changes. This allows pressure profiles to be recorded.

Die jeweils gemessenen Ströme und Spannungen werden zunächst durch geeignete Messverstärker aufbereitet. Diese aufbereiteten Signale werden zur Unterdrückung von unerwünschten Störungen durch einen Bandpass mit einer Mittenfrequenz, die der Frequenz der Sendespannung entspricht, gefiltert. Dieser Bandpass kann als analoge Schaltung oder vorzugsweise nach einer Analog/Digital-Wandlung des Messsignals als digitaler Filter ausgeführt sein. Nachgeschaltet wird mit dem gemessenen Signal eine Amplitudendemodulation durchgeführt.The measured currents and voltages are first processed by suitable measuring amplifiers. These conditioned signals are filtered to suppress unwanted noise by a bandpass having a center frequency equal to the frequency of the transmission voltage. This bandpass can be designed as an analog circuit or preferably after an analog / digital conversion of the measurement signal as a digital filter. Downstream, an amplitude demodulation is performed with the measured signal.

Durch die Verwendung von mindestens zwei der Sensoren nach Anspruch 1 und dem unabhängigen Anspruch 7 können die einzelnen kapazitiven Kopplungen der Sensoren untereinander erfasst werden und somit eine Kapazitätsmatrix der Anordnung gemessen werden.By using at least two of the sensors according to claim 1 and the independent claim 7, the individual capacitive couplings of the sensors can be detected with each other and thus a capacitance matrix of the arrangement can be measured.

Zur Erstellung einer Kapazitätsmatrix können die Sensoren nach Anspruch 1 und dem unabhängigen Anspruch 7 in einem sogenannten Sendemodus und in einem Empfangsmodus betrieben werden. Im Sendemodus wird der Strom gemessen, der aus der Elektrode des Näherungssensors heraus tritt. Dieser Messwert kann, zusammen mit der Erfassung der Spannungsamplitude der sendenden Elektrode, als Maß für die kapazitive Kopplung des sendenden Sensors an seine Umwelt interpretiert werden.To create a capacitance matrix, the sensors according to claim 1 and the independent claim 7 can be operated in a so-called transmission mode and in a reception mode. In the transmit mode, the current that comes out of the electrode of the proximity sensor is measured. This measured value, together with the detection of the voltage amplitude of the transmitting electrode, can be interpreted as a measure of the capacitive coupling of the transmitting sensor to its environment.

Dieser gesendete Strom eines Sensors im Sendemodus kann von mindestens einem weiteren Sensor im Empfangsmodus empfangen werden. Der empfangende Sensor misst den empfangenen Strom. Durch die Messung der Spannungsamplitude an der sendenden Elektrode des Sensors im Sendemodus, kann auf die kapazitive Kopplung der Sensoren untereinander geschlossen werden.This transmitted current of a sensor in the transmission mode can be received by at least one other sensor in the reception mode. The receiving sensor measures the received current. By measuring the voltage amplitude at the transmitting electrode of the sensor in the transmission mode, the capacitive coupling of the sensors with each other can be concluded.

Durch die Erfassung dieser Kapazitätsmatrizen kann durch Verfahren der kapazitiven Tomographie auf die Permittivitätsverteilung des durch die Sensoren erfassten Raums geschlossen werden.By capturing these capacity matrices, the permittivity distribution of the space sensed by the sensors can be deduced by capacitive tomography techniques.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the remaining claims.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend, unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen, erläutert.The invention will be explained below with reference to the schematic drawings.

1: Schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors 1 : Schematic representation of the functional principle of a sensor

2: Schnitt durch einen Sensor 2 : Cut through a sensor

3: Mögliche Schaltung zur Ansteuerung, Konfiguration und Messung der Sensordaten 3 : Possible circuit for controlling, configuring and measuring the sensor data

4: Beispielhafte Anordnung mehrerer Sensoren als ein Sensorarray 4 : Exemplary arrangement of several sensors as a sensor array

5: Beispielhafte Anordnung zweier Sensoren in einem Finger eines Robotergreifers 5 : Exemplary arrangement of two sensors in a finger of a robot gripper

6: Beispielhafte Integration mehrerer Sensoren in einen Robotergreifer 6 : Exemplary integration of several sensors in a robot gripper

1 Zeigt den prinzipiellen Aufbau einer möglichen Realisierung eines taktilen Näherungssensors. Die Schicht S1 ist elastisch und leitend ausgeführt und somit in der Lage, Ströme i_S zu senden oder Ströme i_E zu empfangen. Beide Messwerte können durch ein im Erfassungsbereich befindliches Objekt oder Sensor beeinflusst werden. Die Schicht S2 ist elastisch ausgeführt und bildet ein verformbares Kondensatorarray mit Schicht S3. Dargestellt ist ein Array mit der Dimension 4 × 4. Der Bereich B2 dient als Träger für die darüber liegenden Schichten S1 und S2. Eine vorteilhafte Ausführung wird durch die Verwendung von Leiterplattenprozessen zum Aufbau und Strukturierung der Lage B2 erreicht. 1 Shows the basic structure of a possible realization of a tactile proximity sensor. The layer S1 is elastic and conductive and thus able to send currents i _S or to receive currents i _E. Both measured values can be influenced by an object or sensor located in the detection area. The layer S2 is made elastic and forms a deformable capacitor array with layer S3. Shown is an array with the dimension 4 × 4. The area B2 serves as a carrier for the overlying layers S1 and S2. An advantageous embodiment is achieved by the use of printed circuit board processes for constructing and structuring the layer B2.

2 zeigt den Schnitt durch eine Realisierung dieses Sensors. Die Lage B1 wird vorteilhafterweise elastisch verformbar realisiert, dies kann durch Verwendung elektrisch leitfähiger Elastomere in Schicht S1 und elektrisch isolierenden Schaumstoffen in Schicht S2 erreicht werden. 2 shows the section through a realization of this sensor. The layer B1 is advantageously realized elastically deformable, this can be achieved by using electrically conductive elastomers in layer S1 and electrically insulating foams in layer S2.

Die Lage B2 kann dagegen als starres, flexibles oder als elastisches Element ausgeführt werden. Diese Lage besteht aus den Schichten S3, S5 und S7, welche jeweils durch die Schicht S4 bzw. S5 elektrisch voneinander isoliert werden.The layer B2, in contrast, can be designed as a rigid, flexible or as an elastic element. This layer consists of the layers S3, S5 and S7, which are each electrically isolated from each other by the layer S4 or S5.

Eine mögliche Abdeckung des Sensors aus elastischem Material zum Schutz des Sensors vor Umwelteinflüssen ist in 1 und 2 nicht dargestellt. A possible cover of the sensor made of elastic material to protect the sensor from environmental influences is in 1 and 2 not shown.

Schicht S1 dient hierbei im Modus „Näherungssensor Sendebetrieb” S(S) als sendende Elektrode und sendet einen Strom i_S in die Umgebung. Der Strom durch diese Elektrode wird erfasst. Zeitnah wird die Spannung, die an der Elektrode anliegt, gemessen. Durch diese Messgrößen lässt sich auf die kapazitive Kopplung des Sensors an die Umgebung schließen. Die Schicht S3 wird in diesem Modus elektrisch abgekoppelt. Die Schicht S5 wird durch einen elektrischen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 angesteuert. Eingangsgröße für den Verstärker ist die Wechselspannung, die Schicht S1 führt. Durch die identische Spannung an den Schichten S1 und S3 werden die Teilkapazitäten C_t des taktilen Sensors unwirksam, die Empfindlichkeit des Sensors in diesem Modus wird erheblich gesteigert. Schicht S7 befindet sich auf einem elektrischen Potential mit der Frequenz 0 Hz, vorzugsweise Masse der elektrischen Schaltung: Einkopplungen in den Sensor und gegenseitige Beeinflussung mehrer Sensoren untereinander werden vermieden.Layer S1 here serves as a transmitting electrode in the mode "proximity sensor transmission mode" S (S) and sends a current i _S into the environment. The current through this electrode is detected. Soon the voltage applied to the electrode is measured. These measurements allow conclusions about the capacitive coupling of the sensor to the environment. The layer S3 is electrically decoupled in this mode. The layer S5 is driven by an amplifier with the gain factor of 1. The input variable for the amplifier is the AC voltage that leads layer S1. Due to the identical voltage at the layers S1 and S3, the partial capacitances C _{t of} the tactile sensor become ineffective, the sensitivity of the sensor in this mode is considerably increased. Layer S7 is at an electrical potential with the frequency 0 Hz, preferably ground of the electrical circuit: Couplings into the sensor and mutual influence of several sensors with each other are avoided.

Im Modus „Näherungssensor Empfangsbetrieb” S(E) empfängt diese Schicht Ströme aus der Umgebung. Für diesen Modus ist wenigstens ein weiterer Sensor notwendig, der sich im Sendemodus S(S) befindet. Ein Teil des gesendeten Stroms i_S kann dabei vom Sensor im Empfangsmodus empfangen werden. Zeitgleich wird die Amplitude der Spannung an Schicht S1 des sendenden Sensors erfasst. Durch diese beiden Messgrößen lässt sich die Kopplung der Sensoren untereinander bestimmen. Die Schicht S3 wird in diesem Modus elektrisch abgekoppelt. Die Schicht S5 wird durch einen elektrischen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 angesteuert. Eingangsgröße für den Verstärker ist die Wechselspannung, die Schicht S1 führt. Durch die identische Spannung an den Schichten S1 und S3 werden die Teilkapazitäten C_t des taktilen Sensors unwirksam, die Empfindlichkeit des Sensors in diesem Modus wird erheblich gesteigert. Schicht S7 befindet sich auf einem elektrischen Potential mit der Frequenz 0 Hz, vorzugsweise Masse der elektrischen Schaltung. Einkopplungen in den Sensor und ungewollte gegenseitige Beeinflussung mehrerer Sensoren untereinander werden vermieden.In mode "Proximity sensor receive mode" S (E), this layer receives currents from the environment. For this mode at least one additional sensor is necessary, which is in the transmission mode S (S). A part of the transmitted current i _S can be received by the sensor in the receive mode. At the same time, the amplitude of the voltage at layer S1 of the transmitting sensor is detected. These two parameters allow the coupling of the sensors to be determined among each other. The layer S3 is electrically decoupled in this mode. The layer S5 is driven by an amplifier with the gain factor of 1. The input variable for the amplifier is the AC voltage that leads layer S1. By the identical voltage to the layers S1 and S3, the partial capacitances C _t are the tactile sensor ineffective, the sensitivity of the sensor in this mode is considerably increased. Layer S7 is at an electrical potential with the frequency 0 Hz, preferably ground of the electrical circuit. Couplings into the sensor and unwanted mutual influence of several sensors with each other are avoided.

Im Modus „taktiler Sensor” sendet diese Elektrode S1 Ströme an die taktilen Sensoren, die aus Teilelementen der strukturierten Schicht S3 gebildet werden. Jeder dieser taktilen Sensoren bestehst aus einer mechanisch verformbaren Teilkapazität C. Mechanische Kräfte auf die Oberfläche des Sensors bewirken eine mechanische Verformung der Schichten S1 und S2. Hierdurch werden die Teilkapazitäten C_t lokal verformt. Durch die räumliche Ausdehnung der Schichten S1 und S2 und die Segmentierung der Schicht S3 in Teilelemente können solche einwirkenden Kräfte ortsauflösend erfasst werden. Durch einen Multiplexer D6 kann jeder Kondensator C_t ausgewählt werden und jeweils der Strom i_C durch die betreffende Kapazität erfasst werden. Durch die zeitnahe Messung der Amplitude der an der Schicht S1 anliegenden Wechselspannung kann auf die Deformation jedes einzelnen Kondensators und damit auf die einwirkende Kraft geschlossen werden. Über die Fläche jedes Teilelements und die räumlich Erfassung können Druckprofile des bestehenden Kontakts gemessen werden. Die Schichten S5 und S7 befinden sich auf einem elektrischen Potential mit der Frequenz 0 Hz, vorzugsweise Masse der elektrischen Schaltung. Einkopplungen in den Sensor und ungewollte gegenseitige Beeinflussung mehrer Sensoren untereinander werden vermieden.In the "tactile sensor" mode, this electrode S1 sends currents to the tactile sensors, which are formed from sub-elements of the structured layer S3. Each of these tactile sensors consists of a mechanically deformable partial capacity C. Mechanical forces on the surface of the sensor cause a mechanical deformation of the layers S1 and S2. As a result, the partial capacitances C _{t are} locally deformed. Due to the spatial extent of the layers S1 and S2 and the segmentation of the layer S3 in sub-elements such acting forces can be detected spatially resolved. By a multiplexer D6 each capacitor C _t can be selected and each of the current i _C are detected by the capacity in question. By the timely measurement of the amplitude of the voltage applied to the layer S1 AC voltage can be concluded on the deformation of each individual capacitor and thus on the applied force. Over the surface of each partial element and the spatial detection pressure profiles of the existing contact can be measured. The layers S5 and S7 are at an electrical potential with the frequency 0 Hz, preferably ground of the electrical circuit. Couplings into the sensor and unwanted mutual influence of several sensors with each other are avoided.

3 zeigt einen erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau zur Ansteuerung und Konfiguration des Sensors und zur Messung der Sensordaten. Ebenfalls ist ein Sensor nach 1 und 2 Bestandteil dieser Zeichnung. 3 shows a circuit construction according to the invention for driving and configuration of the sensor and for measuring the sensor data. Also a sensor is after 1 and 2 Part of this drawing.

Im Modus „Näherungssensor Sendebetrieb” S(S) erzeugt der Wechselspannungsgenerator D1 eine sinusförmige Wechselspannung und ist an den Schalter K1 angeschlossen. Schalter K1 befindet sich in Stellung b). Der Ausgang dieses Schalters ist mit einer Einrichtung zur Erfassung des durch sie fließenden Stroms verbunden. Diese ist auch mit der Schicht S1 des Sensors verbunden. Sendeströme i_S werden durch die Strommessung D2 erfasst und aufbereitet an den Multiplexer D4 gegeben. Zur Messung dieses Stroms i_S wird der Multiplexer D4 durch die Steuereinheit D8 auf den entsprechenden Eingang eingestellt. D4 ist über einen Antialiasing Filter mit einem Analog-Digital-Wandler D5 verbunden. Dieser sendet seine Signale an die Steuereinheit, die die Demodulation beinhalten kann. Bestandteil dieses Demodulators ist ein digitaler Bandpass, dessen Mittenfrequenz mit der Frequenz der Wechselspannung übereinstimmt, die von D1 erzeugt wird. Das Signal von D5 wird zunächst an diesen Bandpass geleitet, das Ausgangssignal dieses Bandpasses wird demoduliert. Die Steuerungseinheit D8 sendet diese Daten an ein übergeordnetes System. Zur Erfassung der Amplitude der Wechselspannung an der sendenden Elektrode S1 ist diese mit der Spannungsmessung D3 verbunden. D3 ist wiederum mit dem Multiplexer D4 verbunden. Zur Auswahl dieses Kanals wird der Multiplexer D4 von D8 entsprechend angesteuert. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt dann ebenfalls durch D5 und D9. In diesem Modus steuert D8 den Schalter K2 so an, dass sich dieser in Stellung c) befindet. Der Ausgang des Verstärkers D10 ist dann mit der Schicht S5 verbunden. Der Eingang des Verstärkers D10 ist an Schicht S1 angeschlossen. Das Ausgangssignal entspricht in Phase, Frequenz und Amplitude dem Signal an der Elektrode in Schicht S1. Der Raum zwischen den Schichten S5 und S1 ist somit feldfrei. Die Teilsegmente der Schicht S3 werden durch entsprechende Ansteuerung des Multiplexers D6 elektrisch abgekoppelt. Die Schicht S7 befindet sich vorzugsweise auf Massepotential der Schaltung.In the mode "proximity sensor transmission mode" S (S), the AC voltage generator D1 generates a sinusoidal AC voltage and is connected to the switch K1. Switch K1 is in position b). The output of this switch is connected to a device for detecting the current flowing through it. This is also connected to the layer S1 of the sensor. Transmission currents i _S are detected by the current measurement D2 and given to the multiplexer D4. To measure this current i _S , the multiplexer D4 is set by the control unit D8 to the corresponding input. D4 is connected via an anti-aliasing filter with an analog-to-digital converter D5. This sends its signals to the control unit, which may include the demodulation. Part of this demodulator is a digital bandpass whose center frequency matches the frequency of the AC voltage generated by D1. The signal from D5 is first passed to this bandpass, the output of this bandpass is demodulated. The control unit D8 sends this data to a higher-level system. For detecting the amplitude of the alternating voltage at the transmitting electrode S1, this is connected to the voltage measurement D3. D3 is in turn connected to the multiplexer D4. To select this channel, the multiplexer D4 is controlled accordingly by D8. The further signal processing is then also done by D5 and D9. In this mode, D8 controls switch K2 so that it is in position c). The output of amplifier D10 is then connected to layer S5. The input of the amplifier D10 is connected to layer S1. The output signal corresponds in phase, frequency and amplitude to the signal at the electrode in layer S1. The space between the layers S5 and S1 is thus field-free. The sub-segments of the layer S3 are electrically decoupled by appropriate control of the multiplexer D6. The layer S7 is preferably at ground potential of the circuit.

Im Modus „Näherungssensor Empfangsbetrieb” S(E) steuert D8 den Schalter K1 an, so dass dieser sich in Stellung a) befindet. Der Eingang der Strommessung D2 befindet sich dann auf Massepotential. Alternativ kann der Wechselspannungsgenerator D1 eine Spannung mit der Frequenz 0 Hz ausgeben. Besteht diese Möglichkeit, wird Schalter K1 nicht benötigt. Der Ausgang der Strommessung D2 ist mit der Elektrode in Schicht S1 verbunden, wodurch diese nahezu auf Massepotential liegt. Eingekoppelte Ströme i_E eines weiteren Sensors SR' können nun mit der Elektrode in Schicht S1 empfangen und durch D2 erfasst werden. Das Ausgangssignal von D2 kann, wie zuvor beschrieben, durch D4 ausgewählt, mit D5 in den digitalen Bereich umgesetzt und mit D9 gefiltert und demoduliert werden. Die Messdaten können an ein übergeordnetes System weitergegeben werden. Zeitnah muss sich der zweite Sensor SR im Sendemodus befinden und die Spannung an seiner Elektrode in Schicht S1 erfassen. Durch diese Messgrößen kann die kapazitive Kopplung der beiden Sensoren untereinander ermittelt werden.In the mode "Proximity sensor receive mode" S (E), D8 controls switch K1 so that it is in position a). The input of the current measurement D2 is then at ground potential. Alternatively, the AC generator D1 may output a voltage of the frequency 0 Hz. If this option exists, switch K1 is not required. The output of the current measurement D2 is connected to the electrode in layer S1, whereby this is almost at ground potential. Coupled currents i _{E of} a further sensor SR 'can now be received with the electrode in layer S1 and detected by D2. The output signal of D2 can be selected by D4 as described above, converted into the digital domain with D5 and filtered and demodulated with D9. The measurement data can be passed on to a higher-level system. In a timely manner, the second sensor SR must be in transmission mode and detect the voltage at its electrode in layer S1. These capacitances allow the capacitive coupling of the two sensors to be determined with each other.

Schalter K2 muss sich in Stellung c) befinden und von D8 entsprechend angesteuert werden. Der Eingang des Verstärkers D10 ist mit S1 verbunden und der Ausgang an den Schalter K2 angeschlossen. Hierdurch wird die Spannung der Elektrode in Schicht S1 mit gleicher Phase, Amplitude und Frequenz an die Elektrode in Schicht S5 gegeben. Hierdurch reduzieren sich die wirksamen Teilkapazitäten zwischen den Schichten S1 und S3 bzw. S3 und S5 erheblich. D6 wird in diesem Zustand von D8 so angesteuert, dass die Teilsegmente der Elektrode in Schicht S3 elektrisch abgekoppelt werden. Die Schicht S7 befindet sich vorzugsweise auf Massepotential der Schaltung.Switch K2 must be in position c) and be controlled accordingly by D8. The input of the amplifier D10 is connected to S1 and the output is connected to the switch K2. As a result, the voltage of the electrode in layer S1 with the same phase, amplitude and frequency is applied to the electrode in layer S5. This considerably reduces the effective partial capacities between the layers S1 and S3 or S3 and S5. D6 is driven in this state by D8 so that the sub-segments of the electrode in layer S3 are electrically decoupled. The layer S7 is preferably at ground potential of the circuit.

Im Modus „taktiler Sensor” erzeugt der Wechselspannungsgenerator eine sinusförmige Wechselspannung und ist an den Schalter K1 angeschlossen. Schalter K1 befindet sich in Stellung b), die sinusförmige Wechselspannung wird an die Elektrode in Schicht S1 gegeben. Die Spannungsmessung D3 ist an die Elektrode in Schicht S1 angeschlossen und gibt den Messwert an Multiplexer D4 weiter. Dieser muss von D8 entsprechend eingestellt werden, damit das Signal von D3 am Ausgang von D4 zur Verfügung steht. Über einen Antiliasing Filter kann der Wandler D5 das Signal umsetzen. Der an D5 angeschlossene Demodulator D9 filtert das Signal mit einem Bandpass und demoduliert es. Der Schalter K2 wird durch D8 so angesteuert, dass er sich in Stellung d) befindet. Hierdurch wird die Elektrode in Schicht S5 auf Massepotential geschaltet. Schicht S7 befindet sich ebenfalls auf Massepotential. Die Eingänge des Multiplexers D6 sind jeweils mit einem Teilsegment der Schicht S3 leitend verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung von D6 durch D8 kann jedes einzelne Teilsegment von S3 sequentiell leitend mit der Strommessung D7 verbunden werden. Hierdurch kann jeder Teilstrom i_C durch die einzelnen Kondensatoren C_t erfasst werden. Zur Erfassung dieses Stroms muss D4 von D8 entsprechend angesteuert werden, damit der Ausgang der Strommessung D7 mit dem Eingang des Antialiasing Filters verbunden wird. Der Wandler D5 kann dieses Signal erfassen, D9 kann das Ausgangssignal von D5 mit einem Bandpass filtern und demodulieren. Durch die Erfassung der Spannung an der Elektrode in Schicht S1 und der Teilströme kann auf die Teilkapazitäten C_t geschlossen werden. Bei einem mechanischen Kontakt der Sensoroberseite mit einem Objekt werden Kräfte in den Sensor eingeleitet. Diese Kräfte verformen die elastischen Schichten S1 und S2. Hierdurch werden lokal die einzelnen Teilkapazitäten C_t verformt, wodurch sich die messbaren Teilströme i_C ändern. Durch den Zusammenhang der Fläche der einzelnen Teilkondensatoren und der lokal eingeleiteten Kraft, können ortsaufgelöste Profile des mechanischen Drucks an der Kontaktstelle erfasst werden.In the "tactile sensor" mode, the AC generator generates a sinusoidal AC voltage and is connected to switch K1. Switch K1 is in position b), the sinusoidal AC voltage is applied to the electrode in layer S1. The voltage measurement D3 is connected to the electrode in layer S1 and transmits the measured value to multiplexer D4. This must be set by D8 accordingly so that the signal from D3 is available at the output of D4. An antiliasing filter allows the D5 converter to convert the signal. The demodulator D9 connected to D5 filters the signal with a bandpass and demodulates it. The switch K2 is controlled by D8 so that it is in position d). As a result, the electrode is switched to ground potential in layer S5. Layer S7 is also at ground potential. The inputs of the multiplexer D6 are each conductively connected to a sub-segment of the layer S3. By appropriate control of D6 by D8, each individual sub-segment of S3 can be sequentially connected to the current measurement D7. As a result, each partial current i _C can be detected by the individual capacitors C _t . To detect this current, D4 must be controlled accordingly by D8 so that the output of the current measurement D7 is connected to the input of the antialiasing filter. The converter D5 can detect this signal, D9 can filter and demodulate the output signal of D5 with a bandpass filter. By detecting the voltage at the electrode in layer S1 and the partial currents can be closed to the partial capacitances C _t . In a mechanical contact of the sensor top with an object forces are introduced into the sensor. These forces deform the elastic layers S1 and S2. As a result, the individual partial capacitances C _t are locally deformed, whereby the measurable partial currents i _C change. Due to the relationship of the area of the individual partial capacitors and the locally introduced force, spatially resolved profiles of the mechanical pressure at the contact point can be detected.

4 zeigt die Realisierung einer flächigen Abdeckung einer Oberfläche mit mehreren taktilen Näherungssensoren. In dieser Art können beispielsweise die Oberflächen eines Roboters abgedeckt werden. 4 shows the realization of a surface coverage of a surface with multiple tactile proximity sensors. In this way, for example, the surfaces of a robot can be covered.

Detektion von Annäherungen: Wenigsten einer der Sensoren in 4 befindet sich im Modus „Näherungssensor Sendemodus” S(S), die restlichen Sensoren können sich im Modus „Näherungssensor Empfangsmodus” S(E) befinden. Befindet sich ein Objekt im Erfassungsbereich der Sensoren, kann deren kapazitive Kopplung untereinander erfasst werden. Eine ortsaufgelöste Annäherungsdetektion ist so möglich.Detection of Approaches: At least one of the sensors in 4 is in "Transmitter proximity sensor" mode S (S), the remaining sensors can be in "Proximity sensor reception mode" S (E) mode. If an object is within the detection range of the sensors, their capacitive coupling can be detected with each other. A spatially resolved approach detection is possible.

Kontaktfall: Wenigstens die Sensoren, die einen mechanische Kontakt mit einem Objekt haben, werden im Modus „taktiler Sensor” betrieben.Contact case: At least the sensors that have mechanical contact with an object are operated in the "tactile sensor" mode.

5 zeigt den Finger eines Robotergreifers. In diesem Finger können einer oder mehrere taktile Näherungssensoren untergebracht sein. In der Abbildung befinden sich zwei Sensoren SR und SR in der Fingerspitze. Hierdurch können Objekte kontaktlos erfasst und im Kontaktfall Informationen über den bestehenden Kontakt ermittelt werden. 5 shows the finger of a robot gripper. One or more tactile proximity sensors can be accommodated in this finger. In the picture there are two sensors SR and SR in the fingertip. As a result, objects can be detected without contact and information about the existing contact can be determined in the case of contact.

6 zeigt die Integration mehrerer solcher Fingerspitzen in einem Greifer mit mehreren Fingern. Durch eine solche Anordnung kann der Arbeitsbereich des Greifers kontaktlos erfasst werden, bzw. im Kontaktfall Objekte sicher gegriffen und manipuliert werden. 6 shows the integration of several such fingertips in a gripper with multiple fingers. By such an arrangement, the working area of the gripper can be detected without contact, or objects are securely gripped and manipulated in the contact case.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

SR, SR '

Sensor or multiple instances

S1

Elastic measuring electrode, advantageously of a conductive elastomer

S2

Elastic material, advantageously made of a deformable, electrically insulating foam

S3

Structured electrically conductive, segmented inner electrode (tactile sensor)

S4

Electrically insulating layer

S5

Switchable electrically conductive electrode (shield / ground)

S6

Electrically insulating layer

S7

Electrically conductive ground electrode

B1

Elastic area

B2

Flexible or rigid area

D1

AC voltage generator

D2

current measurement

D3

voltage measurement

D4

Multiplexer Measured variable selection

D5

Analog to digital converter

D6

Multiplexer cell selection tactile sensor

D7

current measurement

D8

Control and signal processing

D9

demodulator

D10

Analog amplifier, gain factor 1

i e

Received electricity

i p

Sent stream

i C

Current through a partial capacitance of the tactile sensor

C t

Partial capacity of the tactile sensor

S (S)

Sensor configured as a transmitter

S (E)

Sensor configured as a receiver

F, F '

Fingertip with sensors

O

object

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202006013335 U1 [0009, 0010]
US 7679376 B2 [0011]

Claims

Tactile proximity sensor (SR), which is suitable for detecting the proximity of objects to the sensor, and for the spatially resolved detection of pressure profiles, characterized in that its physical working principle is based on a change of capacity and (used in the "proximity sensor Transmission Mode" S S ), "Proximity Sensor Reception Mode" S (E), and in "Tactile Sensor" mode. In this case, proximity sensor and tactile sensor form a unit.

Sensor according to claim 1, characterized in that it comprises at least the layers S1, S2, S3, S4, S5.

Sensor according to claim 2, characterized in that layer S1 consists of an elastic conductive polymer and is used as a transmitting and receiving electrode for alternating currents.

Sensor according to claim 3, characterized in that the layer S2 consists of an electrically non-conductive elastic material.

Sensor according to claim 4, characterized in that layer S3 consists of a conductive structured or segmented material.

Sensor according to claim 5, characterized in that the electrode can be switched in layer S5 via a measuring amplifier to the electrical potential with the same phase, amplitude and frequency of the electrode in layer S1 or to the electrical ground potential of the electrical drive circuit.

Electrical drive circuit, characterized in that it can configure a sensor according to at least one of the preceding claims, control and detect the signals of the sensor and thereby comprises the following units: a) AC voltage generator D1 for generating an AC voltage which can form a unit with switch K1 b ) A circuit for current measurement D2, the currents i _S flowing out of the electrode in layer S1, or currents i _E , which are capacitively coupled into the electrode in layer S1 to be able to measure c) voltage measurement D3, the amplitude d) Amplifier capable of giving the voltage at the electrode in layer S1 of equal phase Frequency and amplitude to the electrode in layer S5 e) Current measurement D7 in unit with a multiplexer D6 for detecting the Currents through the partial capacitances C _t , through the electrode in layer S1 and the structured electrode in Sch Not S3 are formed. f) Control D8, which performs the configuration of the individual units and includes a band pass for filtering the signals and a demodulator D9 for amplitude demodulation of the filtered signals

Electrical control according to claim 7, characterized in that it measures the transmitted current i _S in the mode "proximity sensor transmit mode" S, detects the amplitude of the generated AC voltage at the electrode in S1 in a timely manner and the electrode in layer S5 with the identical electrical Voltage is applied, which is applied to the electrode in layer S1. The detected signals are bandpass filtered and the amplitude demodulated.

Electric control according to claim 7, characterized in that it measures the received current i _S in the mode "proximity sensor receiving mode" S (E) and drives the electrode in layer S5 with the identical electrical voltage applied to the electrode in layer S1. The detected signals are bandpass filtered and the amplitude demodulated.

Electrical control according to claim 7, characterized in that this applies in the "tactile sensor" an AC voltage to the electrode in layer S1 and detects their amplitude, the layer S5 sets to ground potential of the electrical circuit and the partial capacitances C _t selects sequentially and by it measures currents flowing through it i _C. The detected signals are bandpass filtered and the amplitude demodulated.