DE102022205893A1 - Kraftmessfolie, Bewegungsautomat mit Kraftmessfolie und Verfahren zur Steuerung des Bewegungsautomaten unter Verwendung der Kraftmessfolie - Google Patents

Kraftmessfolie, Bewegungsautomat mit Kraftmessfolie und Verfahren zur Steuerung des Bewegungsautomaten unter Verwendung der Kraftmessfolie Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird eine flexible Kraftmessfolie zur Erfassung einer auf die Kraftmessfolie einwirkenden Kontaktkraft bereitgestellt, wobei die Kraftmessfolie eine flexible Deckschicht zur Aufnahme der Kontaktkraft, eine flexible Anbringschicht, mit der die Kraftmessfolie auf einer Fläche angebracht werden kann, und eine flexible Sensorschicht aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht als Funktion der von der Deckschicht an die Sensorschicht übertragenen Kontaktkraft ändert und wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal abgegriffen werden kann. Ferner wird ein Bewegungsautomat aufweisend die Kraftmessfolie und ein Verfahren zur Steuerung des Bewegungsautomaten unter Verwendung der Kraftmessfolie bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftmessfolie zur Erfassung einer auf die Kraftmessfolie einwirkenden Kontaktkraft. Ferner betrifft die Erfindung einen Bewegungsautomaten aufweisend ein oder mehrere Kraftmessfolien. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Medizintechnikgerät aufweisend ein oder mehrere Kraftmessfolien. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Kraftmessfolie zur Steuerung einer Bewegung eines Bewegungsautomaten bzw. Medizintechnikgeräts. Ferner betrifft die Erfindung ein Computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines Bewegungsautomaten bzw. Medizintechnikgeräts aufweisend ein oder mehrere Kraftmessfolien.
  • Durch fortschreitende Automatisierung werden nicht nur in der Medizintechnik immer mehr Bewegungsabläufe von Geräten mit einem oder mehreren beweglichen Elementen automatisch gesteuert. Solche Geräte werden Bewegungsautomaten genannt. Dazu werden in den Bewegungsautomaten verbaute Aktuatoren, wie Motoren, Servos, Hydraulikeinrichtungen usw., durch entsprechende Steuereinrichtungen angesteuert, um bewegliche Elemente (kurz: Bewegungselemente) dieser Bewegungsautomaten gezielt räumlich zu verfahren.
  • In der Medizintechnik können Bewegungsautomaten beispielsweise Medizintechnikgeräte wie Bildgebungsvorrichtungen, Patientenlagerungsvorrichtungen oder medizinische Roboter zur Untersuchung und/oder Therapie eines Patienten umfassen (oder in diesen umfasst sein). Durch Bewegungselemente, wie automatisch verstellbare Arme, Aufsätze, Hubelemente, Handhabungselemente usw., können medizinische Lagerungs-, Interventions- oder Untersuchungseinrichtungen in Position gebracht werden. Eine Untersuchungseinrichtung kann beispielsweise einen Detektor oder einen Strahler einer medizinischen bildgebenden Modalität umfassen, wie etwa einen Röntgendetektor in einem C-Bogen Röntgengerät. Eine Interventionseinrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung zur Strahlentherapie wie etwa eine Ionenquelle umfassen.
  • Eine Schwierigkeit bei der Automatisierung liegt in der Bewegungskontrolle der Bewegungselemente. So muss sichergestellt werden, dass eine Bewegung gestoppt wird, wenn z.B. Kollisionen innerhalb des Bewegungsautomaten oder mit externen Objekten auftreten. Verkompliziert wird dies bei einer Interaktion mit menschlichen Nutzern bzw. Bedienern, deren Verhalten nicht vorhersehbar ist. Bewegungselemente dürfen aus Sicherheitsgründen Nutzer oder Bediener zudem nur mit einer maximalen Kraft berühren und es muss jederzeit gewährleistet sein, dass eine Bewegung unmittelbar gestoppt wird, wenn ein erhöhter Krafteintrag auf einen Kontakt mit einem Nutzer hindeutet.
  • Herkömmlicherweise werden dafür verschiedenste Sensoren in solche Bewegungsautomaten eingebaut. Beispielsweise können solche Sensoren Kraftsensoren in der Gehäuselagerung der Bewegungsautomaten, Drehmomentsensoren in Drehlagern der Bewegungsautomaten, Lastsensoren in den Aktuatoren der Bewegungsautomaten oder mechanische Taster sowie kapazitive Sensorflächen im bzw. am Gehäuse der Bewegungsautomaten umfassen.
  • Die genannten und andere Sensoren können derzeit allerdings oft nicht alle an sie gestellten Anforderungen erfüllen. So ist bei in der Gerätemechanik verbauten Sensoren keine direkte Messung der wirkenden Kräfte möglich. Dadurch können je nach Berührpunkt und Hebel hohe Kräfte auf einen Nutzer einwirken, bevor eine Bewegung gestoppt wird. Ferner sind viele Messsysteme insbesondere für die Verwendung in Medizintechnikgeräten ungeeignet, deren hohe elektromagnetische Felder die Sensoren stören können. Zudem sind die genannten Sensoren oftmals kostenintensiv.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bewegungsautomaten bereitzustellen, bei dem eine verbesserte Messung einer Kontaktkraft gewährleistet ist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messeinrichtung zur Messung einer Kontaktkraft in einem Bewegungsautomaten breitzustellen. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Bewegungsautomaten unter Verwendung der Messeinrichtung bereitzustellen.
  • Diese und andere Aufgaben werden gelöst von einem Bewegungsautomaten, einem Verfahren zur Steuerung des Bewegungsautomaten, und einer Kraftmessfolie zur Erfassung einer Kontaktkraft. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Bewegungsautomat bereitgestellt, der wenigstes ein Bewegungselement und eine auf einer Fläche des Bewegungselements angebrachte Kraftmessfolie zur Erfassung einer auf das Bewegungselement einwirkenden Kontaktkraft aufweist. Die Kraftmessfolie weist auf: eine Deckschicht zur Aufnahme der Kontaktkraft, eine Anbringschicht, mit der die Kraftmessfolie auf der Fläche angebracht ist, sowie eine Sensorschicht, die derart ausgebildet ist, dass sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht als Funktion der (von der Deckschicht an die Sensorschicht übertragenen) Kontaktkraft ändert und wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal abgegriffen werden kann.
  • Der Bewegungsautomat kann wenigstens ein Funktionselement zur Verrichtung einer Handlung aufweisen. Der Bewegungsautomat kann eine oder mehrere Bewegungsachsen aufweisen um die bzw. entlang derer eine Bewegung zur Positionierung des Funktionselements erfolgen kann. Eine Bewegung des Bewegungsautomaten kann hinsichtlich einer Bewegungsfolge umfassend Bewegungs-Wege bzw. Bewegungs-Winkel zur Positionierung des Funktionselements frei (d. h. ohne mechanischen bzw. menschlichen Eingriff) programmierbar sein. Ferner kann eine solche Bewegung sensorgeführt sein. Der Bewegungsautomat kann ein oder mehrere Aktuatoren zur Durchführung einer Bewegung aufweisen. Ein oder mehrere der Aktuatoren können als Elektromotor, Servomotor und/oder Hydraulik-Aktuator usw. ausgebildet sein. Der Bewegungsautomat kann ein oder mehrere Sensoren zur Steuerung einer Bewegung aufweisen. Der Bewegungsautomat kann insbesondere universell einsetzbar sein.
  • Der Bewegungsautomat kann ein oder mehrere Bewegungselemente aufweisen, die durch eine Bewegung des Bewegungsautomaten z.B. im Rahmen einer Bewegungsfolge im Raum verfahren werden können. Insbesondere können je Bewegungselement ein oder mehrere Aktuatoren des Bewegungsautomaten dafür vorgesehen sein, das Bewegungselement zu bewegen. Das Bewegungselement kann dabei ein um eine Achse des Bewegungsautomaten bewegbares Verbindungselement wie etwa ein Arm oder Drehelement sein. Das Bewegungselement kann ferner ein entlang einer Achse des Bewegungsautomaten verfahrbares, insbesondere ein- und ausfahrbares Element wie etwa ein Hub- oder Teleskopelement sein. An wenigstens einem der Bewegungselemente kann ein Funktionselement zur Verrichtung einer Handlung angebracht sein. Eine Bewegungsfolge eines Bewegungselements kann sich insbesondere in Abhängigkeit einer Bewegungsfolge weiterer Bewegungselemente des Bewegungsautomaten ergeben.
  • Als Kontaktkraft kann eine auf ein Bewegungselement bzw. auf eine an einer Fläche des Bewegungselements angebrachte Kraftmessfolie einwirkende mechanische Belastung oder Kraft verstanden werden. Die Kontaktkraft kann beispielsweise durch ein Objekt vermittelt werden, das in Anlage an das Bewegungselement bzw. die Kraftmessfolie gelangt und eine mechanische Kraft oder Belastung auf das Bewegungselement oder die Kraftmessfolie ausübt. In Anlagen gelangen und eine Kraft ausüben kann das Objekt durch eine Eigenbewegung des Objekts und/oder eine Bewegung des Bewegungselements im Bewegungsautomaten. Das Objekt kann ein externes Objekt außerhalb des Bewegungsautomaten sein. Das Objekt kann ein internes Objekt innerhalb des Bewegungsautomaten sein. Das Objekt kann beispielsweise ein festes oder bewegliches räumliches Hindernis für eine Bewegungsfolge des Bewegungselements sein. Beispielsweise kann das Objekt ein menschlicher Nutzer oder Bediener des Bewegungsautomaten sein.
  • Die Kraftmessfolie ist dazu ausgelegt, eine auf sie und damit auf das unter der Kraftmessfolie liegende Bewegungselement einwirkende Kontaktkraft zu erfassen. Dazu weist die Kraftmessfolie eine Sensorschicht auf. Die Sensorschicht ist derart ausgebildet, dass eine auf die Kraftmessfolie einwirkende Kontaktkraft durch einen in Abhängigkeit der einwirkenden Kontaktkraft veränderlichen elektrischen Widerstand erfassbar ist. Mit anderen Worten kann die Sensorschicht als ein piezo-resistives Kraftmesselement bezeichnet werden. Ferner kann die Kraftmessfolie als piezo-resistive Kraftmessfolie bezeichnet werden. Insbesondere kann die Sensorschicht zwischen der Deckschicht und der Abdeckschicht angeordnet sein.
  • Zur Bereitstellung solcher piezo-resistiven Eigenschaften kann die Sensorschicht ein piezo-resistives Material oder ein oder mehrere piezo-resistive Elemente aufweisen, die einzeln oder in Kombination eine piezo-resistiven Eigenschaft der Kraftmessfolie bereitstellen.
  • „Als Funktion“ oder „in Abhängigkeit“ der Kontaktkraft veränderlich kann dabei insbesondere heißen, dass die Kraftmessfolie bzw. die Sensorschicht wenigstens zwei verschiedene elektrische Widerstandswerte bei unterschiedlichen Kraftwerten der einwirkenden Kontaktkraft bereitstellt. In Ausführungsformen kann der elektrische Widerstand der Kraftmessfolie bzw. der Sensorschicht wenigstens abschnittsweise mit steigender Kontaktkraft zu- oder abnehmen. Insbesondere kann der elektrische Widerstand der Kraftmessfolie bzw. der Sensorschicht wenigstens abschnittsweise proportional zu einer steigenden Kontaktkraft zu- oder abnehmen. Ferner kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass ein Schwellenwert hinsichtlich der einwirkenden Kontaktkraft überwunden werden muss, oberhalb dessen sich der elektrische Widerstand der Kraftmessfolie bzw. der Sensorschicht ändert.
  • Der elektrische Widerstand der Kraftmessfolie bzw. der Sensorschicht wird mittels ein oder mehrerer Messwerte erfasst, die von der Kraftmessfolie bzw. der Sensorschicht abgegriffen werden können. Die Messwerte können beispielsweise elektrische Ströme sein. Zur Ermöglichung des Abgreifens der Messwerte kann die Kraftmessfolie bzw. die Sensorschicht ein oder mehrere elektrische Anschlüsse aufweisen, die Teil einer Schnittstelle der Kraftmessfolie sein können oder mit einer solchen in Verbindung stehen können.
  • Die Kraftmessfolie und damit die darin enthaltenen Schichten können wenigstens abschnittsweise flexibel sein. Flexibel kann insbesondere heißen, dass die Kraftmessfolie und die darin enthaltenen Schichten bis zu einem gewissen Grad in ein oder mehrere Richtungen biegbar sind ohne Schaden zu nehmen.
  • Beispielsweise kann die Kraftmessfolie eine Dicke von 50 um bis zu 10 cm aufweisen. Bevorzugt weist die Kraftmessfolie eine Dicke von 1 mm bis 20 mm auf.
  • Die Deckschicht kann allgemein die nach außen, d.h. von dem Bewegungselement bzw. der Anbringschicht weg, gerichtete Oberfläche oder Schicht der Kraftmessfolie bezeichnen. Die Deckschicht kann Teil der Sensorschicht sein oder separat von dieser ausgebildet sein. Die Deckschicht kann dazu ausgebildet sein, die Kraftmessfolie und insbesondere die Sensorschicht vor Umwelteinflüssen zu schützen und/oder die Kraftmessfolie durch eine Hinterdruckung oder Bedruckung kenntlich zu machen. Die Deckschicht kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Insbesondere kann die Deckschicht aus einem Polymermaterial ausgebildet sein oder ein solches umfassen.
  • Die Anbringschicht kann allgemein eine Oberfläche oder Schicht der Kraftmessfolie bezeichnen, mit der die Kraftmessfolie an eine Fläche angebracht werden kann. Die Anbringschicht kann zum Anbringen der Kraftmessfolie auf eine Fläche ausgebildet sein. D.h. die Anbringschicht kann dazu ausgebildet sein, eine Kontaktfläche oder Anbringfläche zu dieser Fläche bereitzustellen. Die Anbringschicht kann Teil der Sensorschicht sein oder separat von dieser ausgebildet sein. Die Anbringschicht kann ein oder mehrere Anbringelemente zum Anbringen der Kraftmessfolie auf eine Fläche aufweisen. Beispielsweise können diese Anbringelemente Ausnehmungen umfassen, in die entsprechende vorstehende Befestigungselemente der Fläche eingreifen können oder die Anbringelemente können vorstehende Befestigungselemente umfassen, die in entsprechende Ausnehmungen in der Fläche eingreifen können. Insbesondere kann die Anbringschicht wenigstens abschnittsweise ein adhäsives Material zum Aufkleben der Kraftmessfolie auf die Fläche aufweisen. Die Anbringschicht kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Insbesondere kann die Anbringschicht aus einem Polymermaterial ausgebildet sein oder ein solches umfassen.
  • Durch die Bereitstellung eines Bewegungsautomaten mit piezoresistiver Kraftmessfolie wird ein System mit einer kostengünstigen, einfach zu montierenden und flexibel an den Bewegungsautomaten anpassbaren Kraftmesskomponente zur Steuerung des Bewegungsautomaten bereitgestellt. Insbesondere erlaubt die Auslegung als Folie mit dem beschriebenen Schichtaufbau eine flexible Anbringung an Bewegungselemente des Bewegungsautomaten. Durch die piezo-resistiven Eigenschaften kann eine kostengünstige Kontaktkraft-Messstrecke realisiert werden. Zudem ist eine piezo-resistive Messung weniger störanfällig als andere Messprinzipien, da piezo-resistive Eigenschaften weniger stark als andere Messverfahren von hohen elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden, die im Umfeld von Bewegungsautomaten oftmals vorliegen.
  • Gemäß einem Aspekt ist der Bewegungsautomat als Medizintechnikgerät ausgebildet und weist eine medizinische Interventions- und/oder Untersuchungseinrichtung auf, die (direkt oder indirekt) an dem Bewegungselement angebracht ist und durch Bewegen des Bewegungselements räumlich verfahren werden kann.
  • Die medizinische Interventions- und/oder Untersuchungseinrichtung kann als Funktionselement des Bewegungsautomaten ausgebildet sein. Insbesondere kann das Medizintechnikgerät eine bildgebende Modalität aufweisen. Beispielsweise kann die medizinische Interventions- und/oder Untersuchungseinrichtung ein Funktionselement zur medizinischen Bildgebung wie einen Röntgenemitter, einen Röntgendetektor, einen Ultraschallkopf, eine (verfahrbare) Patientenliege, einen Magnetresonanztunnel usw. umfassen. Ferner kann die medizinische Interventions- und/oder Untersuchungseinrichtung eine Komponente zur Durchführung einer therapeutischen Prozedur an einem Patienten umfassen, wie etwa einen chirurgischen Roboter zur Durchführung eines insbesondere minimalinvasiven Eingriffs am Patienten, eine Bestrahlungsquelle usw.
  • Gemäß einem Aspekt weist der Bewegungsautomat ferner eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Bewegungselements basierend auf dem wenigstens einen Messsignal zu steuern, und insbesondere eine Bewegung des Bewegungselements zu stoppen, falls das Messsignal oder eine darauf basierende Kontaktkraft einen Schwellenwert überschreitet.
  • Die Steuereinrichtung kann zum Empfang der Messsignale mit der Kraftmessfolie in Datenverbindung stehen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, basierend auf den Messsignalen ein oder mehrere Steuerbefehle bereitzustellen, die zur Steuerung des Bewegungselements basierend auf den Messsignalen geeignet sind. Die Steuereinrichtung kann mit einem oder mehreren Aktuatoren des Bewegungsautomaten in Datenverbindung stehen, um die Steuerbefehle zur Steuerung des Bewegungselements bereitzustellen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, basierend auf dem bzw. den Messsignalen eine auf die Kraftmessfolie bzw. das Bewegungselement einwirkende Kontaktkraft zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, das oder die Messsignale bzw. die bestimmte Kontaktkraft mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen.
  • Die Recheneinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren aufweisen. Die Recheneinrichtung kann eine Recheneinheit oder einen Teil einer Recheneinheit des Bewegungsautomaten umfassen.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Kraftmessfolie eine Schnittstelle zum Herstellen einer Datenverbindung (z.B. mit der Recheneinrichtung) bzw. zum Übermitteln der Messsignale auf, wobei die Schnittstelle insbesondere als drahtlose Schnittstelle ausgebildet ist.
  • Durch die Schnittstelle können die Messsignale übermittelt werden. Durch die Auslegung als drahtlose Schnittstelle kann die Kraftmessfolie einfach an Steuereinrichtungen o.Ä. angebunden werden, ohne z.B. den Bewegungsautomaten oder Nutzer durch Kabelführungen zu behindern.
  • Die drahtlose Schnittstelle kann beispielsweise als WLAN-, Bluetooth- oder ZigBee-Schnittstelle ausgebildet sein. Als Alternative zu einer draht- oder kabellosen Schnittstelle kann die Schnittstelle auch als Kabel-gebundene Schnittstelle ausgebildet sein (z.B. als USB-Schnittstelle) und/oder sowohl kabellose als auch Kabel-gebundene Kanäle aufweisen.
  • Gemäß einem Aspekt, umfasst die Kraftmessfolie ferner eine Stromversorgungsvorrichtung zum Betreiben der Kraftmessfolie.
  • Dabei kann die Stromversorgungsvorrichtung eine stromführende Leitung aufweisen, mit der eine Kabel-gebundene Stromversorgung der Kraftmessfolie sichergestellt werden kann. Die Stromversorgung kann über die Schnittstelle erfolgen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Stromversorgungsvorrichtung eine Batterie, insbesondere in Form eines Akkumulators, aufweisen. Letzteres hat den Vorteil, dass die Kraftmessfolie frei im Raum positioniert werden kann, ohne auf Zuleitungen Rücksicht nehmen zu müssen. Zum Laden des Akkumulators kann die Stromversorgungsvorrichtung ferner eine Batterieschnittstelle aufweisen, über welche der Akkumulator aufgeladen werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, eine Funktionsüberprüfung der Kraftmessfolie durchzuführen.
  • Durch die Funktionsüberprüfung kann sichergestellt werden, dass die Kraftmessfolie korrekt arbeitet und für die Steuerung des Bewegungsautomaten verlässliche Messwerte liefert.
  • Gemäß einem Aspekt umfasst die Sensorschicht eine erste und eine zweite Sensorlage. Die erste Sensorlage ist derart ausgebildet, dass sich ein elektrischer Widerstand der ersten Sensorlage als Funktion der auf die Kraftmessfolie (bzw. die Deckschicht) einwirkenden Kontaktkraft verändert, und von der ersten Sensorlage ein erster Anteil des Messsignal abgegriffen werden kann, welcher erster Anteil auf dem elektrischen Widerstand der ersten Sensorlage basiert. Die zweite Sensorlage verläuft im Wesentlichen parallel zur ersten Sensorlage und ist derart ausgebildet, dass sich der elektrische Widerstand der zweiten Sensorlage als Funktion der auf die Kraftmessfolie (bzw. die Deckschicht) einwirkenden Kontaktkraft verändert von der zweiten Sensorlage ein zweiter Anteil des Messsignals abgegriffen werden kann, welcher zweiter Anteil auf dem elektrischen Widerstand der zweiten Sensorlage basiert.
  • Insbesondere ist dabei der erste Anteil des Messsignals unabhängig vom zweiten Anteil des Messsignals und umgekehrt. Insbesondere ist die erste Sensorlage von der zweiten Sensorlage elektrisch isoliert.
  • Mit anderen Worten wird eine zweilagige Sensorschicht bereitgestellt, bei der die erste und die zweite Sensorlage übereinander angeordnet sind.
  • Durch die zweilagige Auslegung der Sensorschicht kann eine zweikanalige Erfassung der Kontaktkraft erfolgen (mit den ersten und zweiten Anteilen des Messsignals). Dadurch wird zum einen eine Redundanz geschaffen, sollte eine Sensorlage ausfallen. Ferner kann eine gegenseitige Verifikation der beiden Kanäle erfolgen was die Erfassungssicherheit und Genauigkeit der Erfassung verbessern kann.
  • Gemäß einem Aspekt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine Bewegung des Bewegungselements basierend auf den beiden Anteilen des Messsignals zu steuern, und insbesondere eine Bewegung des Bewegungselements zu stoppen, falls wenigstens einer der Anteile des Messsignals einen Schwellenwert überschreitet.
  • Durch die Berücksichtigung der beiden Kanäle in der Steuereinrichtung kann eine noch zuverlässigere Steuerung und insbesondere Unterbrechung einer laufenden Bewegung erfolgen.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Sensorschicht eine leitfähige Schicht, und eine Messschicht auf. Dabei weist die Messschicht eine Messelektrodenanordnung zur Erfassung des Messsignals auf, und die Messelektrodenanordnung ist, falls keine Kontaktkraft auf die Kraftmessfolie (bzw. die Deckschicht), von der leitfähigen Schicht beabstandet (die Sensorschicht ist derart ausgebildet, dass die Messelektrodenanordnung, falls keine Kontaktkraft auf die Kraftmessfolie bzw. die Deckschicht einwirkt, von der leitfähigen Schicht beabstandet ist) .
  • Ferner kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass die Messelektrodenanordnung mit der leitfähigen Schicht in Kontakt kommt, falls eine Kontaktkraft auf die Kraftmessfolie (bzw. die Deckschicht) einwirkt. Insbesondere kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass die Messelektrodenanordnung mit der leitfähigen Schicht in Kontakt kommt, falls eine Kontaktkraft auf die Kraftmessfolie (bzw. die Deckschicht) einwirkt, die größer als ein (durch die Sensorschicht vorgegebener) Kontaktkraft-Schwellenwert ist.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können die erste und oder die zweite Sensorlage jeweils eine Messschicht und leitfähige Schicht aufweisen, die wie hierin beschrieben ausgestaltet sein können.
  • Mit anderen Worten wirken die leitfähige Schicht und die Messschicht dahingehend zusammen, dass sie ein Sensorelement bereitstellen, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit der auf die Kraftmessfolie einwirkenden Kontaktkraft verändert. Kontaktiert nämlich die Messelektrodenanordnung die leitfähige Schicht, ändert sich der elektrische Widerstand der leitfähigen Schicht. Die Realisierung stellt dabei eine einfache, kostengünstige und gleichzeitige robuste Art und Weise dar, ein piezo-resistives Messelement zu schaffen. Die optionale Kontaktierung erst oberhalb eines Kontaktkraft-Schwellenwerts kann dafür sorgen, dass nur erhebliche Kontaktkräfte erfasst werden, wodurch eine übertriebene Sensibilität der Kraftmessfolie vermieden werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Sensorschicht eine zwischen der leitfähigen Schicht und der Messschicht angeordnete Abstandsschicht auf, die derart ausgebildet ist, dass die Abstandsschicht, falls keine Kontaktkraft auf die Sensorschicht einwirkt, einen Abstand zwischen der leitfähigen Schicht und der Messschicht herstellt, und die Abstandsschicht, bei einer auf die Sensorschicht einwirkenden Kontaktkraft, einen Kontakt zwischen leitfähiger Schicht und Messschicht gestattet.
  • Insbesondere kann die Abstandsschicht derart ausgebildet sein, dass die Abstandsschicht ab dem Überschreiten eines (durch die Abstandsschicht vorgegebenen) Kontaktkraft-Schwellenwerts der auf die Sensorschicht einwirkender Kontaktkraft einen Kontakt zwischen leitfähiger Schicht und Messschicht gestattet. Insbesondere kann die Abstandsschicht derart ausgebildet sein, dass die Abstandsschicht bei zunehmender auf die Sensorschicht einwirkender Kontaktkraft einen zunehmenden Kontakt (z.B. durch eine sich zunehmend vergrö-ßernde Kontaktfläche) zwischen leitfähiger Schicht und Messschicht gestattet.
  • Beispielsweise kann die Abstandsschicht zumindest teilweise aus einem zumindest teilweise elastischen Material ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abstandsschicht aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein oder ein solches aufweisen. Beispielsweise kann die Abstandsschicht beidseitig ein adhäsives Material zum Herstellen einer Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht und der Messschicht aufweisen. Beispielsweise kann die Abstandsschicht eine oder mehrere Ausnehmungen/Durchtritte aufweisen, um einen Kontakt zwischen leitfähiger Schicht und Messschicht zu ermöglichen.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Messelektrodenanordnung eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur auf, wobei die zweite Elektrodenstruktur von der ersten Elektrodenstruktur elektrisch isoliert ist.
  • Dabei kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass die Messelektrodenanordnung derart mit der leitfähigen Schicht in Kontakt kommt, falls eine Kontaktkraft auf das Sensorelement einwirkt, dass über die leitfähige Schicht eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur hergestellt ist. Insbesondere kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass die Messelektrodenanordnung mit der leitfähigen Schicht derart in Kontakt kommt, falls eine Kontaktkraft auf das Sensorelement einwirkt, die größer als ein (durch die Sensorschicht vorgegebener) Kontaktkraft-Schwellenwert ist, dass über die leitfähige Schicht eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur hergestellt ist. Ferner kann die Sensorschicht derart ausgebildet sein, dass die Messelektrodenanordnung derart mit der leitfähigen Schicht in Kontakt kommt, falls eine Kontaktkraft auf das Sensorelement einwirkt, dass eine über die leitfähige Schicht hergestellte elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur umso elektrisch leitfähiger ist, je größer die auf das Sensorelement einwirkende Kontaktkraft ist.
  • Die erste und/oder die zweite Elektrodenstruktur können jeweils Kamm- bzw. Gitter-förmig ausgebildet sein. Insbesondere können die erste und die zweite Elektrodenstruktur Kammförmig ausgebildet sein, wobei die Kammelemente (Zinken) der ersten und die zweiten Elektrodenstruktur wechselseitig ineinandergreifen.
  • Die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur können in oder auf der Messschicht verlaufen.
  • Durch die Verwendung zweier voneinander isolierter Elektrodenstrukturen kann eine einfache und robuste Anordnung geschaffen werden, deren Widerstand mit zunehmender Kontaktkraft durch Überbrückung mittels der leitfähigen Schicht abnimmt.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Messelektrodenanordnung eine Leiterschleife auf. Insbesondere weisen sowohl die erste Elektrodenstruktur als auch die zweite Elektrodenstruktur eine Leiterschleife auf. Insbesondere verläuft die Leiterschleife (verlaufen die Leiterschleifen) in mehreren Leiterschlaufen in bzw. auf der Messschicht. Insbesondere können die Leiterschlaufen mäanderförmig in bzw. auf der Messschicht verlaufen. Insbesondere kann die Leiterschleife der zweiten Elektrodenstruktur wenigstens abschnittsweise parallel zur Leiterschleife der ersten Elektrodenstruktur verlaufen.
  • Durch die Verwendung von Leiterschlaufen können Auswirkungen einer Kontaktierung der Messschicht mit der leitfähigen Schicht am Stromfluss durch die jeweiligen Leiterschleifen erfasst werden. Dabei kann der elektrische Widerstand in der Sensorschicht beispielsweise durch den Stromfluss zwischen der Leiterschleife der ersten Elektrodenstruktur und der Leiterschleife der zweiten Elektrodenstruktur ermittelt werden. Dadurch ist eine zuverlässige Erfassung des elektrischen Widerstands und somit der Kontaktkraft möglich. Zudem kann bei der Verwendung von Leiterschlaufen eine Funktionsüberprüfung der Messelektrodenanordnung und damit der Sensorschicht durch eine Durchflussprüfung der jeweiligen Leiterschleifen erfolgen. Ist eine Leiterschleife in dieser Hinsicht unterbrochen, fließt kein Strom durch die Leiterschleife, was einen Fehler in der Anordnung anzeigt.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Messschicht eine zweite von der Messelektrodenanordnung verschiedene Messelektrodenanordnung zum Erfassen eines weiteren Anteils des Messsignals auf. Insbesondere kann die zweite Messelektrodenanordnung von der Messelektrodenanordnung in bzw. auf der Messschicht separat bzw. elektrisch isoliert von der Messelektrodenanordnung ausgebildet sein.
  • Durch die Verwendung einer zweiten Messelektrodenanordnung kann eine zweikanalige Messung des Messsignals ermöglicht werden. Dadurch wird zum einen eine Redundanz geschaffen, sollte eine Messelektrodenanordnung ausfallen. Ferner kann zum anderen eine gegenseitige Verifikation der beiden Kanäle erfolgen was die Erfassungssicherheit und Genauigkeit der Erfassung verbessern kann.
  • Die zweite Messelektrodenanordnung kann dabei eine Form und Gestalt aufweisen, wie in Zusammenhang mit der Messelektrodenanordnung beschrieben. Insbesondere kann die zweite Messelektrodenanordnung die gleiche Form und Gestalt aufweisen, wie die Messelektrodenanordnung. Bei einer zweilagigen Ausgestaltung kann die zweite Messelektrodenanordnung in der zweiten Sensorlage angeordnet sein, während die Messelektrodenanordnung in der ersten Sensorlage angeordnet ist.
  • Gemäß einem Aspekt verlaufen Leitungselemente der Messelektrodenanordnung wenigstens abschnittsweise orthogonal zu Leitungselementen der zweiten Messelektrodenanordnung (in einer Draufsicht auf die Kraftmessfolie).
  • Beispielsweise können bei einer Kamm-förmigen Ausgestaltung der Messelektrodenanordnung(en) die Zinken der Messelektrodenanordnung in Draufsicht auf die Kraftmessfolie orthogonal zu den Zinken der zweiten Messelektrodenanordnung verlaufen. Ebenso können bei einer Leiterschleifen-Ausgestaltung einzelne Leiterbahn-Abschnitte der beiden Messelktrodenanordnungen in Draufsicht orthogonal zueinander verlaufen.
  • Gemäß einem Aspekt weist die leitfähige Schicht eine leitfähige Polymerschicht auf, die insbesondere als Halbleiter ausgebildet ist.
  • Gemäß einem Beispiel weist die leitfähige Schicht eine graphithaltige halbleitende Polymerschicht auf.
  • Durch die Verwendung einer leitfähigen Polymerschicht kann die leitfähige Schicht kostengünstig und mit großen Freiheiten in der Anordnung und Ausgestaltung bereitgestellt werden. Zudem ist eine solche leitfähige Schicht flexibel und kann die Anbringung der Kraftmessfolie an gekrümmten Flächen unterstützen.
  • Gemäß einem Aspekt ist die leitfähige Schicht derart ausgebildet, dass sich ein elektrischer Widerstand der leitfähigen Schicht als Funktion der auf die leitfähige Schicht einwirkenden Kontaktkraft ändert.
  • Mit anderen Worten kann die leitfähige Schicht damit als Messelement verstanden werden, das eine Veränderung der Kontaktkraft durch einen sich verändernden (Innen-)Widerstand der leitfähigen Schicht anzeigt. Dadurch ist eine genaue Messung der Kontaktkraft möglich. Während sich bei einer leitfähigen Schicht mit konstantem elektrischen Widerstand der Gesamtwiderstand der Anordnung „nur“ durch einen erhöhten bzw. verringerten Kontakt zwischen Messschicht und leitfähiger Schicht in Folge einer Kontaktkraftänderung ergibt, erhält man bei einer leitfähigen Schicht mit veränderlichem Widerstand einen weiteren Beitrag und somit eine gute Signalauflösung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann ein sich als Funktion der auf die leitfähige Schicht einwirkenden Kontaktkraft verändernder elektrischer Widerstand der leitfähigen Schicht beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die leitfähige Schicht eine wenigstens teilweise kompressible Matrix aufweist, in die leitfähige Partikel eingebettet sind. Bei einer Belastung durch eine Kontaktkraft können dann mehr und mehr der leitfähigen Partikel miteinander in Kontakt kommen und den elektrischen Widerstand der leitfähigen Schicht reduzieren.
  • Gemäß einem Aspekt weist die leitfähige Schicht eine flexible Folie auf, auf welche die leitfähige Polymerschicht aufgedruckt ist. Insbesondere kann die flexible Folie aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein oder ein solches aufweisen.
  • Durch die Verwendung einer Folie als Träger der leitfähigen Polymerschicht kann eine stabile und gleichzeitig flexible Auslegung der leitfähigen Schicht erreicht werden. Das Aufdrucken der leitfähigen Polymersicht stellt eine effiziente und genau Art und Weise dar, eine leitfähige Schicht zu definieren. Mit anderen Worten kann die leitfähige Polymerschicht als „Tinte“ zur Bereitstellung eines piezo-resistiven Elements aufgefasst werden.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Messschicht ein flexibles Substrat auf, auf das die Messelektrodenanordnung sowie ggf. die zweite Messelektrodenanordnung aufgedruckt sind. Insbesondere kann das flexible Substrat aus einer flexiblen Folie, insbesondere einer flexiblen Kunststofffolie ausgebildet sein bzw. eine solche aufweisen.
  • Mit anderen Worten kann die Messschicht einen gedruckten Schaltkreis umfassen, was eine kostengünstige und flexible Auslegung der Messsicht ermöglicht.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können die erste und/oder die zweite Sensorlage jeweils eine wie hierin beschriebene Messschicht, leitfähige Schicht und/oder Abstandsschicht aufweisen.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Sensorschicht eine flexible Folie sowie die erste und die zweite Sensorlage auf, wobei die erste Sensorlage und die zweite Sensorlage jeweils eine leitfähige Schicht aufweisen, die leitfähige Schicht der ersten Sensorlage eine leitfähige Polymerschicht aufweist, die auf eine erste Seite der flexiblen Folie gedruckt ist, und die leitfähige Schicht der zweiten Sensorlage eine leitfähige Polymerschicht aufweist, die auf eine zweite Seite der flexiblen Folie gedruckt ist, welche zweite Seite der ersten gegenüberliegt.
  • Mit anderen Worten „teilen“ sich die beiden Sensorlagen die Trägerfolie für die leitfähige Schicht, was einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau einer zweilagigen Sensorschicht ermöglicht.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Sensorschicht wenigstens zwei Sensorfelder auf, die jeweils unterschiedliche Bereiche der Fläche abdecken und an denen jeweils unabhängige Messsignale abgegriffen werden können, die auf der auf das jeweilige Sensorfeld einwirkenden Kontaktkraft basieren.
  • Mit anderen Worten sind die Sensorfelder jeweils derart ausgebildet, dass sich ein elektrischer Widerstand des jeweiligen Sensorfeldes als Funktion der auf das jeweilige Sensorfeld einwirkenden Kontaktkraft ändert und wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal von dem Sensorfeld abgegriffen werden kann. Insbesondere sind die Sensorfelder jeweils unabhängig voneinander ausgebildet. Insbesondere weisen die Sensorfelder jeweils wenigstens einen eigenen Ausgang zum Abgreifen wenigstens eines Messsignals auf (etwa in Form eines oder mehrerer elektrischer Anschlüsse) .
  • Gemäß einem Aspekt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet eine Bewegung des Bewegungselements basierend auf den wenigstens zwei unabhängigen Messsignalen zu steuern, und insbesondere eine Bewegung des Bewegungselements zu stoppen, falls wenigstens eines der unabhängigen Messsignale einen Schwellenwert überschreitet.
  • Durch die Verwendung mehrerer unabhängiger Sensorfelder wird eine ortsaufgelöste und damit genauere Erfassung der Kontaktkraft möglich. Ferner wird die Ausfallsicherheit erhöht und die Kraftmessfolie ist flexibler.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Deckschicht eine wenigstens teilweise transparente Schutzfolie auf, wobei die Schutzfolie hinterdruckt ist, oder an der Innenseite der Schutzfolie eine im wesentlichen intransparente Dekorfolie angeordnet ist.
  • Durch eine transparente Deckschicht kann eine Schutzwirkung mit einer Möglichkeit zur Gestaltung der Kraftmessfolie für den Nutzer kombiniert werden. Dabei kann die Schutzfolie z.B. eine Kunststofffolie aufweisen oder aus einer solchen ausgebildet sein.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Deckschicht eine zumindest teilweise kompressible Knautschschicht auf, die insbesondere einen Schaumstoff aufweist.
  • Insbesondere kann die Knautschschicht 0,5 cm bis 5 cm dick sein. Insbesondere kann die Knautschschicht 1 cm bis 3 cm dick sein. Insbesondere kann die Knautschschicht 2 cm dick sein.
  • Durch die Knautschschicht können zum einen die Auswirkungen einer Berührung des Bewegungselements mit einem Hindernis abgemildert werden. Insbesondere ein menschlicher Nutzer kann so geschützt werden. Zum anderen kann die Kraftmessfolie besser auf dreidimensionalen Flächen angebracht werden, da Unebenheiten in der Anbringung nach außen durch die Knautschschicht kaschiert werden können.
  • Gemäß einem Aspekt ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, eine Funktionsüberprüfung der Kraftmessschicht durchzuführen. Insbesondere ist Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine Funktionsüberprüfung einer Messelektrodenanordnung durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet eine Funktionsüberprüfung einer Messelektrodenanordnung im Wege einer Strom-Durchflussprüfung an der Messelektrodenanordnung durchzuführen.
  • Durch die Funktionsüberprüfung kann sichergestellt werden, dass die Kraftmessfolie korrekt arbeitet und für die Steuerung des Bewegungsautomaten verlässliche Messwerte liefert.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines Bewegungsautomaten bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • - Abgreifen eines Messsignals von der resistiven Kraftmessfolie zur Erfassung einer auf das Bewegungselement einwirkenden Kontaktkraft;
    • - Steuern des Bewegungselements basierend auf dem Messsignal.
  • Die Vorteile des Verfahrens ergeben sich in Analogie zu den Vorteilen der hierin beschriebenen gegenständlichen Ausführungsformen. Das Verfahren kann ganz oder teilweise von der hierin beschriebenen Steuereinrichtung ausgeführt werden. Das Verfahren kann insbesondere durch in Zusammenhang mit der Funktionsweise der Steuereinrichtung beschriebenen Merkmalen weitergebildet werden.
  • Insbesondere kann das Verfahren einen Schritt des Durchführens einer Funktionsüberprüfung der Kraftmessfolie bzw. Messelektrodenanordnung aufweisen, wobei die Funktionsüberprüfung der Messelektrodenanordnung insbesondere im Wege einer Strom-Durchflussprüfung an der Messelektrodenanordnung durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung (Steuereinrichtung) ladbar ist und Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, aufweist, um ein Verfahren Steuerung eines Bewegungsautomaten insbesondere gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen/Aspekten auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt ausgeführt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf welchem lesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens zur Steuerung eines Bewegungsautomaten gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen/Aspekten auszuführen, wenn die Programmabschnitte von dem der Steuerung (Steuereinrichtung) ausgeführt werden.
  • Die Computerprogrammprodukte können dabei eine Software mit einem Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in die Verarbeitungseinheit zu laden ist. Durch die Computerprogrammprodukte können die Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Die Computerprogrammprodukte sind so konfiguriert, dass sie mittels der Recheneinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen können. Die Recheneinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, einen entsprechenden Prozessor, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, sodass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können.
  • Die Computerprogrammprodukte sind beispielsweise auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo sie in den Prozessor der jeweiligen Recheneinheit geladen werden können, der mit der Recheneinheit direkt verbunden oder als Teil der Recheneinheit ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen der Computerprogrammprodukte auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Die Steuerinformationen des computerlesbaren Speichermediums können derart ausgebildet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für computerlesbaren Speichermedium sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Recheneinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen/Aspekte der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten computerlesbaren Speichermedium ausgehen. Die Vorteile der vorgeschlagenen Computerprogrammprodukte bzw. der zugehörigen computerlesbaren Medien entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der vorgeschlagenen Verfahren.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine flexible Kraftmessfolie zur Erfassung einer auf die Kraftmessfolie einwirkenden Kontaktkraft bereitgestellt, wobei die Kraftmessfolie eine flexible Deckschicht zur Aufnahme der Kontaktkraft, eine flexible Anbringschicht, mit der die Kraftmessfolie auf einer Fläche angebracht werden kann, und eine flexible Sensorschicht aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht als Funktion der auf die Kraftmessfolie einwirkenden (bzw. der von der Deckschicht an die Sensorschicht übertragenen) Kontaktkraft ändert und wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal abgegriffen werden kann.
  • Die Vorteile der Kraftmessfolie ergeben sich in Analogie zu den Vorteilen der hierin beschriebenen Ausführungsformen des Bewegungsautomaten. Die Kraftmessfolie kann insbesondere durch in Zusammenhang mit dem Bewegungsautomaten beschriebene Merkmale weitergebildet werden. Umgekehrt kann der Bewegungsautomat durch in Zusammenhang mit der Kraftmessfolie beschriebene Merkmale weitergebildet werden.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Kraftmessfolie wenigstens einen Einschnitt auf, der von einem Rand der Kraftmessfolie her verläuft. Mit anderen Worten ist die Kraftmessfolie an wenigstens einer Stelle von einem Rand der Kraftmessfolie her eingeschnitten.
  • Gemäß einem Aspekt erstreckt sich die Kraftmessfolie in einer ersten Richtung und ist entlang einer zweiten, von der ersten verschiedenen Richtung von wenigstens einem Rand der Kraftmessfolie her eingeschnitten.
  • Die Erstreckungsrichtung kann beispielsweise diejenige Richtung der Kraftmessfolie sein, in der die Kraftmessfolie die größte Längenausdehnung aufweist. Insbesondere kann die Kraftmessfolie in Erstreckungsrichtung eine gewisse Biege-Flexibilität aufweisen.
  • Durch Einschnitte kann die Kraftmessfolie wenigstens in Teilbereichen eine verbesserte Biege-Flexibilität insbesondere in Richtung des Einschnitts aufweisen, da nicht die gesamte Kraftmessfolie, sondern nur ein Teilbereich deformiert werden muss, um beispielsweise einer Wölbung einer Fläche zu folgen, an der die Kraftmessfolie angebracht werden soll. Dadurch kann die Kraftmessfolie einfacher an mehrfach gekrümmt Flächen angebracht werden.
  • Gemäß einem Aspekt weist die Kraftmessfolie wenigstens zwei Sensorfelder auf, die jeweils unterschiedliche Bereiche der Fläche abdecken, und an denen jeweils unabhängige Messsignale abgegriffen werden können, die zu der auf das jeweilige Sensorfeld einwirkenden Kontaktkraft proportional sind. Insbesondere kann die Kraftmessfolie im Bereich der Sensorfelder Deckschicht, Anbringschicht und Sensorschicht aufweisen, während sie in Bereichen außerhalb der Sensorfelder nur Deckschicht und Anbringschicht aufweist.
  • Insbesondere können die Sensorfelder jeweils eine separate Sensorschicht aufweisen. Insbesondere können die Sensorfelder jeweils eine leitfähige Schicht und eine Messschicht wie hierin beschrieben aufweisen. Insbesondere können die Sensorfelder jeweils eine Abstandsschicht wie hierin beschrieben aufweisen. Insbesondere können die Sensorfelder jeweils erste und zweite Sensorlagen wie hierin beschrieben aufweisen.
  • Durch eine Aufteilung in Sensorfelder kann eine bessere Flexibilität und Anpassbarkeit der Kraftmessfolie an eine Fläche gewährleistet werden, an welche die Kraftmessfolie anzubringen ist.
  • Insbesondere können die wenigstens zwei Sensorfelder in Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet sein. Dies kann die Anpassbarkeit der Kraftmessfolie an eine in Erstreckungsrichtung gekrümmte Fläche weiter unterstützen.
  • Insbesondere kann die Kraftmessfolie in Bereichen der Sensorfelder eine höhere Biegesteifigkeit und somit geringere Flexibilität aufweisen als in Bereichen ohne Sensorfelder. Durch eine erhöhte Flexibilität in Bereichen ohne Sensorfelder kann die Kraftmessfolie besser an eine Anbringfläche angepasst werden. Insbesondere kann die Kraftmessfolie in Bereichen ohne Sensorfelder eine geringere Elastizität gegen Zug aufweisen als in Bereichen mit Sensorfelder. Dazu können Deckschicht und Anbringschicht beispielsweise ein geringeres E-Modul als die Sensorschicht aufweisen (deren E-Modul z.B. durch die Messelektrodenanordnung gegeben ist). Dadurch kann ein „Aufziehen“ der Kraftmessfolie Anbringfläche erfolgen, wodurch die Kraftmessfolie besser an die Anbringfläche angepasst werden.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Kraftmessfolie bereitgestellt, die in einem Bereich zwischen zwei Sensorfeldern von einem Rand der Kraftmessfolie her eingeschnitten ist.
  • Durch die Kombination aus Einschnitten und Sensorfeldern wird die Anpassbarkeit der Kraftmessfolie an insbesondere mehrfach gekrümmte Anbringflächen weiter unterstützt, da z.B. benachbarte aber durch Einschnitte getrennte Sensorfelder unterschiedliche Krümmungsradien und Krümmungsrichtungen einnehmen können.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen von Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich. In diesem Zusammenhang genannte Modifikationen können jeweils miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden. In unterschiedlichen Figuren werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur bildgebenden Untersuchung eines Patienten unter Verwendung eines Bewegungsautomaten mit einer oder mehreren Kraftmessfolien.
    • 2 zeigt eine an einer Fläche angebrachte Kraftmessfolie gemäß einer Ausführungsform in einer Schnittansicht von der Seite.
    • 3 zeigt eine Kraftmessfolie gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittansicht von der Seite.
    • 4 zeigt eine Messelektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht.
    • 5 zeigt eine Messelektrodenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht.
    • 6 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Messelektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform.
    • 7 zeigt eine Kraftmessfolie gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittansicht von der Seite.
    • 8 zeigt eine Kraftmessfolie gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht.
    • 9 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Bewegungsautomaten gemäß einer Ausführungsform.
  • In 1 ist ein Medizintechnikgerät 100 zur Durchführung einer bildgebenden Untersuchung eines Patienten oder einer interventionellen Prozedur an einem Patienten dargestellt. Das Medizintechnikgerät 100 weist ein medizinisches Funktionselement 130 zur Durchführung einer bildgebenden Untersuchung eines Patienten oder einer therapeutischen und/oder interventionellen Prozedur an einem Patienten und eine Bewegungsvorrichtung 120 zum insbesondere wenigsten teilautomatischen Verfahren des Funktionselements 130 auf. Die Bewegungsvorrichtung 120 weist wenigstens ein Bewegungselement 110 auf, das um wenigstens eine Achse im Raum bewegbar ist. Insbesondere kann das Bewegungselement 110 motorisch oder hydraulisch bewegt werden. Damit kann das Medizintechnikgerät 100 als Bewegungsautomat 100 ausgebildet sein.
  • Im gezeigten Beispiel ist das Funktionselement 130 als Röntgen-Untersuchungs-Modalität mit einem Röntgen-Emitter und einem entsprechenden Detektor in C-Bogen-Konfiguration ausgebildet. Andere Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. Z.B. kann das Funktionselement 130 eine Bestrahlungs-Modalität zur Durchführung einer Bestrahlungstherapie oder eine Interventionsvorrichtung zur Durchführung eines interventionellen Eingriffs am Patienten umfassen. Das Medizintechnikgerät 100 kann ferner weitere, nicht gezeigte Vorrichtungen aufweisen, wie etwa eine Patientenliege oder weitere Einrichtungen, die ebenfalls durch die Bewegungsvorrichtung 120 bewegt werden können.
  • Das Medizintechnikgerät 100 weist an wenigstens einem Bewegungselement 110 wenigstens eine Kraftmessfolie 200 auf. Im gezeigten Beispiel sind zwei Kraftmessfolien 200 vorhanden, die jeweils an unterschiedlichen Bewegungselementen 110 angeordnet sind. Die Kraftmessfolien 200 können an entsprechenden Flächen der jeweiligen Bewegungselemente 110 angebracht sein - beispielsweise dadurch, dass die Kraftmessfolien 200 auf entsprechende Flächen der Bewegungselemente 110 aufgeklebt sind.
  • Die Kraftmessfolien 200 sind grundsätzlich dazu ausgebildet, eine auf sie - und damit auf das Bewegungselement 110 - einwirkende Kontaktkraft zu erfassen und entsprechende Messsignale MSa, MSb bereitzustellen. Die Messsignale MSa, MSb können dann einer Steuereinrichtung 300 des Medizintechnikgeräts 100 bereitgestellt werden, die dazu ausgebildet ist, das Medizintechnikgerät 100 und insbesondere die Bewegungsvorrichtung 120 basierend auf den Messsignalen MSa, MSb zu steuern.
  • Für die Kraftmessfolie 200 sind verschiedene Implementierungen denkbar. Eine Ausführungsform einer flexiblen Kraftmessfolie 200 ist in 2 in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt.
  • Die Kraftmessfolie 200 weist eine Deckschicht 210, eine Sensorschicht 230 und eine Anbringschicht 220 auf. Die Deckschicht 210 begrenzt die Kraftmessfolie 200 nach außen. Die Sensorschicht 230 ist zur Erfassung einer auf die Kraftmessfolie 200 einwirkenden Kontaktkraft KF ausgebildet. Die Anbringschicht 220 dient dazu, die Kraftmessfolie 200 an einer Fläche wie z.B. einer Außenfläche eines Bewegungselements 110 anzubringen.
  • Die Anbringschicht 220 kann beispielsweise eine adhäsive Schicht aufweisen, mit der die Kraftmessfolie 200 auf eine Fläche aufgeklebt werden kann. Mit anderen Worten kann die Kraftmessfolie 200 daher als selbstklebende Kraftmessfolie 200 ausgebildet sein. Die einzelnen Schichten, 210, 220, 230 der Kraftmessfolie 200 sind bevorzugt wenigstens teilweise flexibel, wodurch die Kraftmessfolie 200 an eine gebogene Flächenkontur angepasst werden kann.
  • Die Deckschicht 210 schließt die Kraftmessfolie 200 nach au-ßen ab und schützt insbesondere die darunter liegende Sensorschicht 230. Die Deckschicht 210 kann beispielsweise eine Schutzschicht oder Folie 211 aufweisen. Die Schutzschicht 211 kann als Kunststoff- bzw. Polymerschicht ausgebildet sein. Ferner kann die Deckschicht 210 zumindest teilweise transparent sein. Ferner kann die Deckschicht hinterdruckt sein, d.h. an der Rückseite bzw. an der zur Sensorschicht 230 gewandten Seite eine Bedruckung 212 aufweisen, die durch die teilweise transparente Deckschicht 210 von außen sichtbar ist. Alternativ kann die Deckschicht 210 an der zur Sensorfolie 230 gewandten Seite eine bedruckte Folie 212 aufweisen. Als weitere Alternative kann die Deckschicht 210 auf der Außenseite bedruckt sein. Beispielsweise kann die Schutzschicht 211 bedruckt sein.
  • Ferner kann die Schutzschicht 211 als Knautschschicht ausgebildet sein, um einen Teil einer auf die Kraftmessfolie 200 und damit auf das Bewegungselement 110 einwirkenden Kontaktkraft KF aufzunehmen. Beispielsweise kann die Knautschschicht zumindest teilweise kompressibel ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Knautschschicht als Schaumstoffschicht ausgebildet sein.
  • Die Sensorschicht 230 kann als resistives Sensorelement ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Sensorschicht 230 als piezo-resistives Sensorelement ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Sensorschicht 230 derart ausgebildet sein, dass sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht 230 in Abhängigkeit einer auf die Kraftmessfolie 200 einwirkenden Kontaktkraft KF ändert. Dabei kann sich der elektrische Widerstand der Sensorschicht 230 beispielsweise proportional zur einwirkenden Kontaktkraft KF ändern. Insbesondere kann der elektrische Widerstand der Sensorschicht 230 mit steigender Kontaktkraft KF zu- oder abnehmen. Ferner kann die Sensorschicht 230 derart ausgebildet sein, dass zunächst ein Kraftschwelle überwunden werden muss (d.h. eine Mindest-Kontaktkraft KF muss auf die Kraftmessfolie 200 einwirken), damit sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht 230 ändert.
  • Insbesondere kann die Sensorschicht 230 derart ausgebildet sein, dass ein oder mehrere Messsignale MSa, MSb von der Sensorschicht 230 abgegriffen werden können, welche Messsignale MSa, MSb auf dem elektrischen Widerstand der Sensorschicht 230 basieren und insbesondere zu diesem proportional sind. Zudem kann die Sensorschicht 230 derart ausgebildet sein, dass ein oder mehrere Kontroll-Messsignale MC1, MC2 von der Sensorschicht 230 abgegriffen werden können, welche eine Funktionsüberprüfung der Sensorschicht 230 ermöglichen. Dazu kann die Sensorschicht 230 beispielsweise einen oder mehrere Anschlüsse aufweisen, die mit einer Auswerteelektronik in Verbindung stehen. Die Auswerteelektronik kann dabei in die Steuereinrichtung 300 integriert sein. Mit den Messsignalen MSa, MSb kann folglich die auf die Kraftmessfolie 200 einwirkende Kontaktkraft KF erfasst werden. Die Auswerteelektronik (die Steuereinrichtung 300) kann dazu ausgebildet sein, basierend auf den Messsignalen MSa, MSb die auf die Kraftmessfolie 200 einwirkende Kontaktkraft KF zu bestimmen.
  • Eine mögliche Realisierung der piezo-resistiven Eigenschaften der Sensorschicht 230 ist in 3 gezeigt. Ein in Abhängigkeit der einwirkenden Kontaktkraft KF veränderlicher elektrischer Widerstand der Sensorschicht 230 wird dabei durch ein Zusammenwirken einer leitfähigen Schicht 232a und einer im Kraftlosen Zustand davon beabstandeten Messelektrodenanordnung 235a realisiert. Die Messelektrodenanordnung 235a ist dabei auf einer Messschicht 234a angeordnet. Beispielsweise können die Messelektrodenanordnung 235a und die Messschicht 234a als gedruckter Schaltkreis auf einem flexiblen Substrat wie einer Kunststofffolie ausgebildet sein.
  • Der Abstand zwischen der Messelektrodenanordnung 235a und der leitfähigen Schicht 234a kann beispielsweise durch ein Abstandselement 233a gewährleistet werden, das zwischen der leitfähigen Schicht 232a und der Messschicht 234a angeordnet ist. Das Abstandselement 233a kann beispielsweise zumindest teilweise kompressibel sein und zum Herstellen einer Verbindung mit der Messschicht 234a und der leitfähigen Schicht 232a doppelseitig adhäsiv ausgebildet sein. Wie in 3 gezeigt, weist das Abstandselement 233a Aussparungen auf, damit die leitfähige Schicht 232a beim Einwirken einer Kontaktkraft KF mit der Messelektrodenanordnung 235a in Kontakt gelangen kann. Beispielsweise kann das Abstandselement mehrere Objekte (z.B. Kugeln oder Zylinder) aus elastischem Material aufweisen, die zwischen der Messsicht 234a und der leitfähigen Schicht 232a angeordnet sind.
  • Die leitfähige Schicht 232a kann beispielsweise eine leitfähige Polymerschicht aufweisen. Die Polymerschicht kann beispielsweise auf eine flexible Trägerfolie 231 aufgedruckt sein. Die Polymerschicht kann hierfür als leitfähige Tinte bereitgestellt sein. Die leitfähige Polymerschicht kann als Halbleiter ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Polymerschicht eine Polymer-Matrix aufweisen, in die elektrisch leitfähige Partikel eingebettet sind. Insbesondere kann die leitfähige Schicht 232a derart ausgebildet sein, dass sich ein elektrischer Widerstand der leitfähigen Schicht 232a als Funktion des auf sie einwirkenden Drucks durch die Kontaktkraft KF ändert.
  • In 4 ist eine beispielhafte Messelektrodenanordnung 235a in einer Draufsicht auf die Kraftmessfolie 200 gezeigt. Die Messelektrodenanordnung 235a kann beispielsweise eine erste Elektrodenstruktur ES1 und eine zweite Elektrodenstruktur ES2 aufweisen, die voneinander getrennt bzw. isoliert voneinander sind. Die erste und die zweite Elektrodenstruktur ES1, ES2 können jeweils Kamm- bzw. Gitter-förmig ausgebildet sein. Die erste und die zweite Elektrodenstruktur ES1, ES2 können jeweils einen externen Anschluss aufweisen. Durch die Messung eines Stroms als Messsignal MSa kann der Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur ES1, ES2 gemessen werden.
  • Wirkt keine Kontaktkraft KF auf die Kraftmessfolie 200 ein, berührt die leitfähige Schicht 232a die Messelektrodenanordnung 235a nicht. Damit sind die erste und die zweite Elektrodenstruktur ES1, ES2 voneinander isoliert und es fließt kein Strom zwischen beiden. Der Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur ES1, ES2 ist damit sehr groß (im Bereich MΩ) und ein Stromfluss als Messsignal MSa zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur ES1, ES2 ist praktisch nicht vorhanden.
  • Wird eine Kontaktkraft KF auf die Kraftmessfolie 200 aufgebracht, berührt ab einer gewissen Kraftschwelle die Messelektrodenanordnung 235a die leitfähige Schicht 232a und zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur ES1, ES2 kann über die leitfähige Schicht 232a ein Strom fließen und der an der Messelektrodenanordnung 235a abgegriffene Widerstand sinkt.
  • Bei einer elektrisch leitfähigen Schicht 235a, deren elektrischer Widerstand sich als Funktion der Kontaktkraft KF ändert, wird zudem die Widerstandsänderung der leitfähigen Schicht 232a mit dem gemessenen Strom ermittelbar. Sinkt beispielsweise der Widerstand der leitfähigen Schicht 232a mit zunehmender Kontaktkraft KF, steigt infolgedessen der Stromfluss als Messsignal MSa.
  • Als weiterer Effekt wird mit zunehmender Kontaktkraft KF die Messelektrodenanordnung 235a stärker an die leitfähige Schicht 232a gedrückt. Infolgedessen werden mehr Elemente der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen ES1, ES2 miteinander verbunden. Dadurch sinkt der Widerstand und der Stromfluss als Messsignal MSa steigt.
  • Eine weitere Ausführungsform einer Messelektrodenanordnung 235a ist in 5 in einer Draufsicht gezeigt. Ein zugehöriges Ersatzschaltbild ist in 6 dargestellt. Die Messelektrodenanordnung 235a weist in dieser Ausführungsform zwei Leiterschleifen LS1 und LS2 auf, die jeweils in mehreren Schlaufen auf bzw. in der Messschicht 234a verlaufen. Die Leiterschleifen LS1 und LS2 bilden in der Messschicht 234a jeweils einen Stromkreis deren Strom über entsprechende Anschlüsse gemessen werden kann. Die zweite Leiterschleife LS2 ist von der Leiterschleife LS1 unabhängig und zumindest ohne Einwirken einer Kontaktkraft KF von der Leiterschleife LS1 isoliert. Die Leiterschlaufen der zweiten Leiterschleife LS2 laufen bevorzugt abschnittsweise parallel zu den Leiterschlaufen der Leiterschleife LS1.
  • Wie in 6 dargestellt, erlaubt die Anordnung zum einen eine Messung des Stromflusses zwischen den beiden Leiterschleifen LS1, LS2 als zum elektrischen Widerstand proportionales Messignal MSa. Das Prinzip der Veränderung des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit der Kontaktkraft KF entspricht dabei dem in Zusammenhang mit 4 diskutierten Prinzip. Ab einer gewissen Kontaktkraft KF werden die erste und die zweite Leiterschleife LS1, LS2 über die leitfähige Schicht 232a miteinander kurzgeschlossen. Es kommt zu einem Stromfluss zwischen den beiden Leiterschleifen LS1, LS2, der als Messsignal MSa messbar wird. Ebenso kann die weitere Widerstandsänderung (der leitfähigen Schicht 232a oder gesamten Anordnung) über den Stromfluss als Messsignal MSa erfasst werden.
  • Zum anderen kann bei den Leiterschleifen LS1, LS2 jeweils eine Messung des Durchlassstroms durch die jeweiligen Leiterschleifen LS1, LS2 selbst erfolgen. Mit den zugehörigen Messsignale MC1 und MC2 kann überprüft werden, ob die Leiterschleifen LS1, LS2 intakt oder z.B. an einer Stelle unterbrochen sind. Mit anderen Worten kann so eine Funktionsprüfung der Sensorschicht 230 erfolgen.
  • Die in den 4 und 5 dargestellten Anordnungen der Messelektrodenanordnungen 235a sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Es sind beliebige weitere Änderungen im Design der Messelektrodenanordnungen 235a denkbar. Beispielsweise können die Leiterschlaufen der Leiterbahnen LS1, LS2 unterschiedlich verlaufen. Ebenso können die Kämme verschieden angeordnet sein.
  • Eine weitere mögliche Realisierung der piezo-resistiven Eigenschaften der Sensorschicht 230 ist in 7 gezeigt. Die gezeigte Ausführungsform weist zwei Sensorlagen SL1 und SL2 auf. Beide Sensorlagen SL1 und SL2 sind dazu ausgebildet, einen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit der einwirkenden Kontaktkraft KF zu verändern. Beide Sensorlagen LS1, LS2 sind ferner jeweils dazu ausgebildet, ein Messsignal MSa, MSb bereitzustellen, das auf dem elektrischen Widerstand der jeweiligen Sensorlage SL1, SL2 basiert. Insbesondere sind die Messsignale MSa, MSb unabhängig voneinander, wodurch eine zweikanalige Messung mit zwei unabhängigen Kanälen ermöglicht wird.
  • Die erste Sensorlage SL1 ist so aufgebaut, wie die in 3 gezeigte Sensorschicht 230. Mit anderen Worten wird ein in Abhängigkeit der einwirkenden Kontaktkraft KF veränderlicher elektrischer Widerstand der ersten Sensorlage SL1 dabei durch ein Zusammenwirken einer leitfähigen Schicht 232a und einer im kraftlosen Zustand davon beabstandeten Messelektrodenanordnung 235a realisiert. Die Messelektrodenanordnung 235a ist dabei auf einer Messschicht 234a angeordnet. Der Abstand zwischen der Messelektrodenanordnung 235a und der leitfähigen Schicht 234a wird durch ein Abstandselement 233a gewährleistet, das zwischen der leitfähigen Schicht 232a und der Messschicht 234a angeordnet ist. Die Messelektrodenanordnung 235a bzw. die Messschicht 234a sowie die leitfähige Schicht 232a und das Abstandselement 233a können dabei wie in Zusammenhang mit 3 bis 6 ausgeführt ausgebildet sein.
  • Auch die zweite Sensorlage SL2 ist im Prinzip so aufgebaut, wie die in 3 gezeigte Ausführungsform der Sensorschicht 230. Mit anderen Worten wird ein in Abhängigkeit der einwirkenden Kontaktkraft veränderlicher elektrischer Widerstand der zweiten Sensorlage SL2 dabei durch ein Zusammenwirken einer leitfähigen Schicht 232b und einer im kraftlosen Zustand davon beabstandeten (zweite) Messelektrodenanordnung 235b realisiert. Die Messelektrodenanordnung 235b ist dabei auf einer Messschicht 234b angeordnet. Der Abstand zwischen der Messelektrodenanordnung 235b und der leitfähigen Schicht 234b wird durch ein Abstandselement 233b gewährleistet, das zwischen der leitfähigen Schicht 232b und der Messschicht 234b angeordnet ist. Die Messelektrodenanordnung 235b bzw. die Messschicht 234a sowie die leitfähige Schicht 232b und das Abstandselement 233b können dabei wie in Zusammenhang mit 3 bis 6 ausgeführt ausgebildet sein.
  • In der in 7 gezeigten Ausführungsform ist die Schichten-Anordnung der zweiten Sensorlage SL2 zur Schichten-Anordnung der ersten Sensorlage SL1 gespiegelt. Dadurch wird es möglich, dass sich die erste leitfähige Schicht 232a und die zweite leitfähige Schicht 232b die gleiche flexible Trägerfolie 231 teilen. Insbesondere kann die flexible Trägerfolie beidseitig mit der Polymerschicht bedruckt sein.
  • In 8 ist eine Kraftmessfolie 200 in einer Draufsicht gemäß einer Ausführungsform gezeigt. In der gezeigten Ausführungsform weist die Kraftmessfolie 200 mehrere Sensorfelder 200F auf. Die Sensorfelder 200F decken unterschiedliche Bereiche der Fläche der Kraftmessfolie 200 ab. Die Sensorfelder 200F stellen voneinander unabhängige piezo-resistive Messbereiche der Kraftmessfolie 200 dar. Die Sensorfelder 200F sind jeweils derart ausgebildet, dass sie einen elektrischen Widerstand aufweisen, der sich in Abhängigkeit der auf das jeweilige Sensorfeld 200F einwirkenden Kontaktkraft KF ändert. Die Sensorfelder 200F sind jeweils dazu ausgebildet, wenigstens ein Messsignal MSa bereitzustellen, das auf einem elektrischen Widerstand des jeweiligen Sensorfelds 200F basiert. Die von verschiedenen Sensorfeldern 200F bereitgestellten Messsignale MSa sind jeweils unabhängig voneinander.
  • Die einzelnen Sensorfelder 200F können dabei so aufgebaut sein, wie in Zusammenhang mit 3 bis 7 ausgeführt. Insbesondere können die Sensorfelder 200F jeweils eine (unabhängige) Sensorschicht 230 aufweisen. Die Sensorschichten 230 der Sensorfelder 200F können dabei so aufgebaut sein, wie in Zusammenhang mit 3 bis 7 ausgeführt. Insbesondere können die Sensorfelder 200F jeweils eine oder zwei Sensorlagen SL1, SL2 aufweisen. Insbesondere können die Sensorfelder 200F jeweils wenigstens eine unabhängige (d.h. nicht mit leitfähigen Schichten anderer Sensorfelder 200F in elektrisch Verbindung stehende) leitfähige Schicht 232a, 232b aufweisen. Die Deckschicht 210 und die Anbringschicht 220 können dabei einstückig über die Sensorfelder 200F verlaufen.
  • Die verschiedenen Sensorfelder 200F ermöglichen zum einen eine ortsaufgelöste Erfassung der auf die Kraftmessfolie 200 einwirkenden Kontaktkraft KF. Zum anderen kann durch die mehreren einzelnen Sensorfelder 200F eine bessere Flexibilität und damit Anpassbarkeit der Kraftmessfolie 200 an eine Flächenbeschaffenheit des Bewegungselements 110 erreicht werden, an das die Kraftmessfolie 200 angebracht werden soll. Insbesondere kann durch die Sensorfelder 200F eine Anpassung der Kraftmessfolie 200 an eine gebogene Flächenkontur in einer ersten Richtung unterstützt werden.
  • Um die Flexibilität und damit die Anpassbarkeit der Kraftmessfolie 200 weiter zu verbessern, kann die Kraftmessfolie 200 von ihren Rändern her an einer oder mehreren Stellen eingeschnitten sein. Im gezeigten Beispiel ist die Kraftmessfolie 200 mit zwei Einschnitten 200S an gegenüberliegenden Rändern versehen. Dadurch kann eine Anpassung der Kraftmessfolie an eine gebogene Flächenkontur in einer zweiten Richtung unterstützt werden, die von der ersten Richtung verschieden ist.
  • Im gezeigten Beispiel sind mehrere Sensorfelder 200F in einer Reihe in einer ersten Erstreckungsrichtung R der Kraftmessfolie 200 angeordnet und ermögliche so eine gute Anpassung an eine gekrümmte Flächenkontur, die entlang der Erstreckungsrichtung gekrümmt ist. Ferner weist die beispielhaft gezeigte Kraftmessfolie 200 zwei Einschnitte 200S senkrecht zu Erstreckungsrichtung R von den Rändern der Kraftmessfolie 200 her auf. Die Einschnitte 200S verlaufen dabei zwischen zwei Sensorfeldern 200F. Dadurch wird eine gute Anpassung der Kraftmessfolie 200 an eine gekrümmte Flächenkontur möglich, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung also entlang der Einschnitte gekrümmt ist. Dadurch kann die Kraftmessfolie 200 an eine derart zweifach gekrümmte Fläche faltenfrei angebracht werden.
  • Die gezeigte Anzahl und Anordnung der Einschnitte 200S ist dabei nur beispielhaft zu verstehen und kann selbstverständlich je nach Fläche, an der die Kraftmessfolie 200 anzubringen ist, variiert werden.
  • 9 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Computer-implementierten Verfahrens zur Steuerung eines Medizintechnikgeräts 100. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist weder durch die dargestellte Abfolge noch durch die gewählte Nummerierung beschränkt. So kann die Reihenfolge der Schritte ggf. vertauscht und einzelne Schritte können weggelassen werden. Außerdem können ein oder mehrere Schritte, insbesondere eine Sequenz von Schritten, und optional das gesamte Verfahren wiederholt ausgeführt werden. Die Schritte werden bevorzugt von einer entsprechend ausgebildeten Steuereinrichtung 300 ausgeführt.
  • In einem ersten (optionalen) Schritt S10 wird eine Funktionsprüfung der Kraftmessfolie 200 durchgeführt. Dabei kann jede Sensorlage SL1, SL2 bzw. jedes Sensorfeld 200F einzeln auf Funktionsfähigkeit überprüft werden. Beispielsweise können die Messelektrodenanordnungen 235a, 235b dahingehend überprüft werden, ob eine Störung vorliegt. Insbesondere kann dies mit einer Durchflussprüfung erfolgen, mit der gegebenenfalls festgestellt werden kann, ob die Messelektrodenanordnungen 235a, 235b unterbrochen sind.
  • In Schritt S20 werden ein oder mehrere Messsignale MSa, MSb an der Kraftmessfolie 300 abgegriffen und der Steuereinrichtung 300 bereitgestellt. Die Messsignale MSa, MSb basieren wie erwähnt auf entsprechenden elektrischen Widerständen der Kraftmessfolie 200, die in Abhängigkeit der auf die Kraftmessfolie 200 einwirkenden Kontaktkräfte KF veränderlich sind. Mit anderen Worten wird in Schritt S20 eine auf die Kraftmessfolie 200 und damit auf das Bewegungselement 110 einwirkende Kontaktkraft KF erfasst.
  • In Schritt S30 werden basierend auf den Messsignalen MSa, MSb Steuerbefehle bestimmt, mit der das Medizintechnikgerät 100 und insbesondere das Bewegungselement 110 angesteuert werden können. Insbesondere kann in Schritt S30 eine Bestimmung dahingehend vorgenommen werden, ob die erfasste Kontaktkraft KF bzw. ein oder mehrere Messwerte MSa, MSb einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten (Feststellung einer Stopp-Bedingung). Wenn dem so ist, kann in Schritt S30 ein Stopp der Bewegung des Bewegungselements 110 durch entsprechende Steuerbefehle an das Medizintechnikgerät 100 veranlasst werden. Ferner können die Steuerbefehle geeignet sein, das Bewegungselement 110 nach Feststellung der Stopp-Bedingung, um einen vorbestimmten Bewegungsbetrag zurückzufahren, um damit eine bis zur Feststellung der Stopp-Bedingung ausgeführte Bewegung wenigstens teilweise wieder zurückzunehmen.
  • In Schritt S30 können verschiedene Messwerte MSa, MSb bzw. verschiedene Kanäle der Messwerte MSa, MSb einzeln oder kumulativ berücksichtigt werden. So kann die Stopp-Bedingung beispielsweise als festgestellt gelten, sobald ein Messwert MSa, MSb oder ein Kanal eines Messwerts MSa, MSb über dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
  • Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale miteinander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.

Claims (15)

  1. Bewegungsautomat (100) mit: - wenigstens einem Bewegungselement (110), und - einer auf einer Fläche des Bewegungselements (110) angebrachten Kraftmessfolie (200) zur Erfassung einer auf das Bewegungselement (110) einwirkenden Kontaktkraft (KF), wobei die Kraftmessfolie aufweist: - eine Deckschicht (210) zur Aufnahme der Kontaktkraft (KF), - eine Anbringschicht (220), mit der die Kraftmessfolie (200) auf der Fläche angebracht ist, sowie - eine Sensorschicht (230), die derart ausgebildet ist, dass - sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht (230) als Funktion der auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF) ändert, und - wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal (MSa, MSb) abgegriffen werden kann.
  2. Bewegungsautomat (100) nach Anspruch 1, ferner mit: einer Steuereinrichtung (300), die dazu ausgebildet ist: - eine Bewegung des Bewegungselements (110) basierend auf dem wenigstens einen Messsignal (MSa, MSb) zu steuern, und - insbesondere eine Bewegung des Bewegungselements (110) zu stoppen, falls das Messsignal (MSa, MSb) einen Schwellenwert überschreitet.
  3. Bewegungsautomat (100) nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinrichtung (300) ferner dazu ausgebildet ist, eine Funktionsüberprüfung der Kraftmessfolie (200) durchzuführen.
  4. Bewegungsautomat (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (230) umfasst: - eine erste Sensorlage (SL1), die derart ausgebildet ist, dass - sich ein elektrischer Widerstand der ersten Sensorlage (SL1) als Funktion der auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF) verändert, und - von der ersten Sensorlage ein erster Anteil (MSa) des Messsignals (MSa, MSb) abgegriffen werden kann, welcher erste Anteil (MSa) auf dem elektrischen Widerstand der ersten Sensorlage (SL1) basiert, und - eine zweite Sensorlage (SL2), die im Wesentlichen parallel zur ersten Sensorlage (SL1) verläuft und derart ausgebildet ist, dass - sich ein elektrischer Widerstand der zweiten Sensorlage (SL2) als Funktion der auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF) verändert, und - von der zweiten Sensorlage (SL2) ein zweiter Anteil (MSa) des Messsignals (MSa, MSb) abgegriffen werden kann, welcher zweite Anteil (MSa) auf dem elektrischen Widerstand der zweiten Sensorlage (232a) basiert.
  5. Bewegungsautomat (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (230) aufweist: - eine leitfähige Schicht (232a, 232b), und - eine Messschicht (234a, 234b) aufweisend eine Messelektrodenanordnung (235a, 235b) zur Erfassung des Messsignals (MSa, MSb), wobei - die Messelektrodenanordnung (235a, 235b), falls keine Kontaktkraft auf das Sensorelement einwirkt, von der leitfähigen Schicht (232a, 232b) beabstandet ist.
  6. Bewegungsautomat (100) nach Anspruch 5, bei dem die leitfähige Schicht (232a, 232b) eine leitfähige Polymerschicht aufweist, die insbesondere als Halbleiter ausgebildet ist.
  7. Bewegungsautomat (100) nach Anspruch 6, bei dem die leitfähige Schicht (232a, 232b) derart ausgebildet ist, dass sich ein elektrischer Widerstand der leitfähigen Schicht (232a, 232b) als Funktion der auf die leitfähige Schicht (232a, 232b) einwirkenden Kontaktkraft (KF) ändert.
  8. Bewegungsautomat (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (230) wenigstens zwei Sensorfelder (200F) aufweist, die jeweils unterschiedliche Bereiche der Fläche abdecken und die jeweils derart ausgebildet sind, dass - sich ein elektrischer Widerstand des jeweiligen Sensorfelds (200F) als Funktion der im Bereich des Sensorfelds (200F) auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF) ändert, und - am jeweiligen Sensorfeld (200F) jeweils mindestens ein Messsignal (MSa, MSb) abgegriffen werden kann, das auf dem elektrischen Widerstand des jeweiligen Sensorfelds (200F) basiert.
  9. Bewegungsautomat (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Deckschicht (210) eine wenigstens teilweise transparente Schutzfolie (211) aufweist, wobei - die Schutzfolie hinterdruckt ist, oder - an der Innenseite der Schutzfolie (211) eine im wesentlichen intransparente Dekorfolie (212) angeordnet ist.
  10. Bewegungsautomat (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Deckschicht (210) eine zumindest teilweise kompressible Knautschschicht (211) aufweist, die insbesondere einen Schaumstoff aufweist.
  11. Computer-implementiertes Verfahren zur Steuerung eines Bewegungsautomaten (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: - Abgreifen (S20) eines Messsignals (MSa, MSb) von der Kraftmessfolie (200) zur Erfassung einer auf das Bewegungselement (110) einwirkenden Kontaktkraft; - Steuern (S30) des Bewegungselements (110) basierend auf dem Messsignal (MSa, MSb).
  12. Flexible Kraftmessfolie (200) zur Erfassung einer auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF), wobei die Kraftmessfolie (200) aufweist: - eine Deckschicht (210) zur Aufnahme der Kontaktkraft (KF) , - eine Anbringschicht (220), mit der die Kraftmessfolie (200) auf einer Fläche angebracht werden kann, und - eine Sensorschicht (230), die derart ausgebildet ist, dass - sich ein elektrischer Widerstand der Sensorschicht (230) als Funktion der auf die Kraftmessfolie (200) einwirkenden Kontaktkraft (KF) ändert, und - wenigstens ein auf dem elektrischen Widerstand basierendes Messsignal (MSa, MSb) abgegriffen werden kann.
  13. Kraftmessfolie (200) nach Anspruch 12, wobei die Kraftmessfolie (200) wenigstens einen Einschnitt (200S) von einem Rand der Kraftmessfolie (200) her aufweist.
  14. Kraftmessfolie nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Kraftmessfolie wenigstens zwei Sensorfelder (200F) aufweist, die jeweils unterschiedliche Bereich der Fläche der Kraftmessfolie (200) abdecken, wobei die die Sensorfelder (200F) derart ausgebildet sind, dass an ihnen jeweils unabhängige Messsignale abgegriffen werden können, die zu der auf das jeweilige Sensorfeld (200F) einwirkenden Kontaktkraft (KF) proportional sind.
  15. Kraftmessfolie nach Anspruch 13 und 14, wobei die Kraftmessfolie (200) in einem Bereich zwischen zwei Sensorfeldern (200F) durch den Einschnitt (200S) eingeschnitten ist.
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