DE10259930B4

DE10259930B4 - Transducer for detecting guided relative movements

Info

Publication number: DE10259930B4
Application number: DE2002159930
Authority: DE
Inventors: Stefan Schulz
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10259930A1

Abstract

Aufnehmer zur quantitativen Erfassung von geführten Relativbewegungen, umfassend
a) einen verschlossenen und verformbaren Hohlkörper (1) mit Wandungen (2) und mit mindestens zwei Befestigungsmitteln (3) außen am Hohlkörper, wobei im Innern des Hohlkörpers ein Fluid eingeschlossen ist, wobei das Fluid und/oder mindestens ein Teil am Hohlkörper eine elastische Nachgiebigkeit aufweist,
b) einen Druckaufnehmer (4) zum Messen eines Fluiddrucks im Hohlkörper, wobei eine relative Verschiebung der Befestigungsmittel (3) gegeneinander eine Kraft auf den Hohlkörper ausübt und in diesem eine Änderung des Fluiddrucks bewirkt, sowie
c) eine Elektronik (5) mit mindestens einer Kennlinie oder einem Kennfeld, welche die gemessene Änderung des Fluiddrucks einer zugehörigen relativen Verschiebung der Befestigungspunkte (3) zueinander zuordnet
dadurch gekennzeichnet, dass
d) der Hohlkörper (1) ein Schlauch ist oder aus verschweißten Folien gebildet ist, mindestens zwei verschlossene Enden aufweist und die Befestigungsmittel (3) an den Enden angreifen oder integrale Bestandteile der Enden sind.Transducer for the quantitative detection of guided relative movements, comprising
a) a closed and deformable hollow body (1) with walls (2) and with at least two attachment means (3) on the outside of the hollow body, wherein in the interior of the hollow body, a fluid is enclosed, wherein the fluid and / or at least one part of the hollow body an elastic Shows compliance,
b) a pressure transducer (4) for measuring a fluid pressure in the hollow body, wherein a relative displacement of the fastening means (3) against each other exerts a force on the hollow body and in this causes a change in the fluid pressure, and
c) an electronics (5) having at least one characteristic curve or a map, which assigns the measured change in the fluid pressure of a corresponding relative displacement of the attachment points (3) to each other
characterized in that
d) the hollow body (1) is a tube or is formed from welded foils, has at least two closed ends and attack the fastening means (3) at the ends or are integral parts of the ends.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluidischen Aufnehmer zur quantitativen Erfassung von geführten Relativbewegungen gemäß des ersten Anspruchs sowie ein Aufnehmersystem, ein Gelenk und einen Manipulator gemäß der Ansprüche 10 bis 12.The The present invention relates to a fluidic transducer for quantitative Capture of guided Relative movements according to the first Claim and a pickup system, a joint and a manipulator according to claims 10 to 12th

Relativbewegungen zwischen zwei Punkten werden im Allgemeinen über Längenmessaufnehmer quantitativ erfasst. Viele in der Technik für diesen Zweck verbreitete Längenmessaufnehmer und -systeme basieren auf optischen, akustischen, magnetischen, kapazitiven sowie widerstandsbasierenden Messverfahren. Vertreter der optischen Messverfahren sind insbesondere Laser- oder Interferenzgestützte Verfahren, akustische Messverfahren insbesondere Ultraschallmessverfahren, magnetische Messverfahren vor allem berührungslose und berührenden Induktive Messverfahren und kapazitive Messverfahren meist berührungslos und ohne spezielle Ergänzungen nur für kleine absoluten Wege geeignet.relative movements between two points are generally quantified by length sensors detected. Many in the art for this purpose spread length measuring sensor and systems are based on optical, acoustic, magnetic, capacitive and resistance-based measuring methods. representative The optical measuring methods are in particular laser or interference-based methods, acoustic measuring methods, in particular ultrasonic measuring methods, magnetic measuring methods especially non-contact and touching Inductive measuring methods and capacitive measuring methods mostly non-contact and without special supplements only for small absolute ways suitable.

Die GB 1290674 A offenbart ein geführtes Aufnehmersystem mit einem ummantelten Kompressionsvolumen, wobei der Innendruck dieses Volumens nur für die Erfassung einachsiger Längenänderung heranziehbar ist.The GB 1290674A discloses a guided pick-up system with a jacketed compression volume, wherein the internal pressure of this volume can be used only for the detection of uniaxial change in length.

Die DE 1 080 798 offenbart eine Gebirgsdruckmessvorrichtung, bei der zwischen zwei Druckplatten ein unter Druck stehendes Messvolumen angeordnet ist.The DE 1 080 798 discloses a rock pressure measuring device in which a pressurized measuring volume is arranged between two pressure plates.

Die DE 1 294 034 offenbart dagegen ein Aufnehmersystem mit einem unnachgiebigen Messvolumen mit einer Vielzahl von Bohrungen, in deren Tastkolben festkörperreibend gelagert sind.The DE 1 294 034 On the other hand, a pick-up system with an unyielding measuring volume with a multiplicity of bores, in which the sensing piston is mounted in a solid-bodied manner, discloses.

Außerdem ist in der DE 1 920 843 ein Weg-Druckwander ebenfalls mit einem Tastkolben zum Messen kleiner eindimensionaler Wege offenbart.Moreover, in the DE 1 920 843 also discloses a pathway pressure transducer with a stylus for measuring small one-dimensional paths.

Alle genannten Längenmessaufnehmer erfassen Relativbewegungen nur eindimensional, d.h. sie eignen sich für die Erfassung jeweils nur eines Freiheitsgrades. Für die Erfassung von Relativbewegungen mit mehreren Freiheitsgraden sind daher meist auch mehrere derartige Längenaufnehmer erforderlich, welche die jeweils erfassten Längenmesssignale über jeweils einen eigenen Messkanal an ein komplexes mehrachsiges Aufnehmersystem, d.h. einem Messsystem zuführen.All said length measuring transducer detect relative movements only one-dimensional, i. they are suitable for the Detection of only one degree of freedom. For the detection of relative movements with several degrees of freedom are therefore usually also several such Längenaufnehmer required, which each detected length measurement signals over each a separate measuring channel to a complex multiaxial transducer system, i.e. to a measuring system.

Alternativ werden bei der Erfassung von mehrachsigen Relativbewegungen auch bildgebende Verfahren, z.B. unter Verwendung von optischen und akustischen Kameras, eingesetzt. Um den Aufwand einer derartigen Erfassung in Grenzen zu halten, werden die erfassten Bilder oder Filmsequenzen nicht während der eigentlichen Messung ausgewertet, sondern für eine spätere Auswertung aufgezeichnet.alternative become in the detection of multiaxial relative movements also Imaging methods, e.g. using optical and acoustic Cameras, used. To save the effort of such a capture in Limiting the captured images or movies are not while evaluated the actual measurement, but recorded for later evaluation.

Ein Messaufnehmer, welche einfach aufgebaut eine geführte mehrdimensionale Relativbewegung quantitativ über ein Längenmesssignal erfasst, ist dagegen nicht bekannt.One Sensor, which simply constructed a guided multi-dimensional relative movement quantitatively over a length measuring signal is not known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aufnehmer zur Erfassung einer geführten ein- und mehrachsigen Relativbewegung vorzuschlagen, welcher einfach aufgebaut mit einem Messsignal eine eingeschränkte Vielzahl von Relativbewegungen quantitativ erfasst.Of the Invention is therefore the object of a transducer for Capture a guided single and multi-axis relative motion to propose, which is easy built with a measuring signal a limited variety of relative movements recorded quantitatively.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Gelenk und einen Manipulator vorzuschlagen, deren Stellbewegungen mit einem derartigen Aufnehmer quantitativ erfasst werden. Außerdem soll ein Aufnehmersystem unter Verwendung von zwei oder mehreren der vorgenannten Aufnehmern vorgeschlagen werden.Further It is an object of the invention to propose a joint and a manipulator, their positioning movements with such a transducer quantitatively be recorded. Furthermore is a pickup system using two or more the aforementioned sensors are proposed.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten, sowie des zehnten, dreizehnten und fünfzehnten Anspruchs gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The Task is characterized by the characteristics of the first, as well as the tenth, thirteenth and fifteenth Claimed. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims played.

Die Erfindung umfasst im Wesentlichen einen verschlossenen Hohlkörper mit Wandungen, welcher mit mindestens zwei Befestigungsmitteln an mindestens zwei Punkten befestigt ist und im Innern ein Fluid einschließt, sowie einen Druckaufnehmer zum Messen eines Fluiddrucks im Hohlkörper wobei das Fluid und/oder mindestens ein Teil des Hohlkörpers eine elastische Nachgiebigkeit aufweist. Das genannte Teil des Hohlkörpers ist entweder die Wandung selbst oder ein beliebiges anderes Teil, welches in direktem Kontakt zum Fluid steht und von diesem verdrängbar ist. Hierfür bieten sich nicht nur besonders elastische, in die Wandung eingesetzte Segmente, Zuführungsleitungen, Stopfen, Messaufnehmer, Drucksensoren oder Befestigungsmittel, sondern auch komprimierbare Gegenstände oder auch Gasblasen an, welche in das Innere des Hohlkörpers eingelegt sind.The Invention essentially comprises a closed hollow body with Walls, which with at least two fasteners on at least two points is attached and inside a fluid includes, as well a pressure transducer for measuring a fluid pressure in the hollow body wherein the Fluid and / or at least a portion of the hollow body elastic resilience having. The said part of the hollow body is either the wall yourself or any other part which is in direct contact to the fluid and is displaceable by this. Offer for this not only particularly elastic, inserted into the wall Segments, supply lines, Plugs, transducers, pressure sensors or fasteners, but also compressible objects or gas bubbles, which are inserted into the interior of the hollow body are.

Werden die Punkte, an denen der Aufnehmer befestigt ist, gegeneinander verschoben, ist der Hohlkörper bestrebt, sein Volumen zu verändern. Das im Volumen eingeschlossene Fluid erfährt somit eine Druckänderung, hervorgerufen durch die zuvor beschriebene Nachgiebigkeit des Hohlkörpers und/oder des Fluids, messbar durch den Druckaufnehmer. Das Fluid kann grundsätzlich ein Gas und/oder eine Flüssigkeit sein und ist je nach erforderlicher Genauigkeit und Weg der Relativbewegung auszuwählen, wobei die Wandung und das Fluid bzw. die Fluide im Hohlkörper je eine eigene Nachgiebigkeit aufweisen und damit grundsätzlich eine nichtlineare Abhängigkeit von Fluiddruck zu Relativbewegung hervorrufen.If the points at which the transducer is attached, shifted against each other, the hollow body endeavors to change its volume. The trapped in volume fluid thus undergoes a pressure change, caused by the previously described compliance of the hollow body and / or the fluid, measurable by the pressure transducer. The fluid may basically be a gas and / or a liquid and is depending on neces derlicher accuracy and way of relative movement to select, wherein the wall and the fluid or the fluids in the hollow body each have their own compliance and thus basically cause a non-linear dependence of fluid pressure to relative movement.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, das der vorgeschlagene Aufnehmer ohne eine Festkörperreibung und ohne beweglichen Teile funktioniert. Dies reduziert signifikant nicht nur den Verschleiß, sondern auch eine mögliche Funkenbildung, was einen Einsatz insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen erst ermöglicht. Ferner sind bis auf den Druckaufnehmer, welcher über eine dehnsteife Verbindungsleitung separat anordnungsfähig ist, keine metallische Bauteile erforderlich, womit sich der Aufnehmer für die Erfassung von Relativbewegungen in magnetischen und/oder elektrischen Feldern hervorragend eignet. Ein derartiges Einsatzgebiet bietet beispielsweise ein Manipulatoreinsatz im Rahmen einer medizinischen Magnetresonanztomographie (MRT).Of the particular advantage of the invention is that of the proposed Transducer without a solid friction and works without moving parts. This significantly reduces not only the wear, but also a possible one Sparking, what a use especially in explosive Areas only possible. Further, except for the pressure transducer, which has a flexible connecting line separately arrangeable is, no metallic components required, bringing the transducer for the Detecting relative movements in magnetic and / or electrical Fields excellently suitable. Such a field of application offers For example, a manipulator insert in the context of a medical Magnetic resonance imaging (MRI).

Folgt die Relativbewegung vorgegebenen Bewegungsabläufen, so ist der Aufnehmer so gestaltbar, dass jeder einzelne Punkt der Relativbewegungen einem Druck zuordnungsfähig ist. Insofern umfasst die Erfindung auch eine Elektronik mit einer oder mehreren Kennlinien oder einem Kennfeld, welche die gemessene Änderung des Fluiddrucks einer zugehörigen relativen Verschiebung der Befestigungspunkte zueinander in vorteilhafter Weise eindeutig zuordnet.follows the relative movement predetermined movements, so is the pickup so shapable that every single point of the relative movements one Print assignable is. In this respect, the invention also includes electronics with one or multiple characteristics or a map showing the measured change the fluid pressure of an associated Relative displacement of the attachment points to each other in an advantageous Assigning way clearly.

Für den Fall, dass ein Fluiddruckwert zwei möglichen Positionen zuordnungsfähig ist, weist die Elektronik eine Logik auf, welche die zutreffende Position aus dem Fluiddruckverlauf erkennt.In the case, that a fluid pressure value two possible Positions assignable is, the electronics has a logic that the appropriate Detects position from the fluid pressure curve.

Zusätzliche Messaufnehmer oder Signale, beispielsweise aus Steuerungsbefehlen für Gelenkantriebe, sind also nur dann erforderlich, wenn eine eindeutige Positionsbestimmung aus dem Positionsdruckverlauf nicht möglich ist. Insbesondere Temperaturschwankungen bewirken Änderungen der elastischen Material- und Fluideigenschaften, welche im Rahmen einer Auswertung, beispielsweise mit Hilfe von ergänzenden Kennlinien oder -feldern oder auch mit Korrekturfaktoren, zu berücksichtigen sind und entsprechende Temperaturaufnehmer für das Fluid und/oder für die Wandungen des Hohlkörpers erforderlich machen.additional Sensors or signals, for example from control commands for joint drives, are therefore only required if a clear position determination from the position pressure curve is not possible. In particular, temperature fluctuations make changes the elastic material and fluid properties, which in the frame an evaluation, for example, with the help of supplementary Characteristic curves or fields or with correction factors are and corresponding temperature sensor for the fluid and / or for the walls of the hollow body make necessary.

Es bietet sich an, die Eingabe der Kennlinien oder des Kennfeldes mit Hilfe einer selbstlernenden künstlichen Intelligenz durchzuführen. Dabei ist die künstliche Intelligenz entweder als integraler Bestandteil in der Elektronik vorhanden oder als adaptierbares Zusatzelektronikmodul ausschließlich nur für die Eingabe mit der Elektronik zu verschalten.It lends itself to, the input of the curves or the map with Help of a self-learning artificial To perform intelligence. Here is the artificial Intelligence either as an integral part in electronics available or as an adaptable additional electronic module exclusively for input only to interconnect with the electronics.

Aufnehmer, welche elastische Wandungen mit Wanddicken aufweisen, die die lateralen Querschnittsabmessungen, d.h. insbesondere die Durchmesser des Inneren des Hohlkörpers im Bereich der gegenübergestellten Wanddicke wesentlich übersteigen, weisen eine vorteilhaft hohe Knickfestigkeit auf. Das Innere des Hohlkörpers ist aber im Vergleich zu Hohlkörper mit dünneren Wanddicken vergleichsweise formstabil. Eine Relativverschiebung strebt prinzipiell eine geringere Volumenänderung an. Das vorliegende abgeschlossene Volumen des Innern des Hohlkörpers, gefüllt mit einer Flüssigkeit wird wiederum durch die nahezu Inkomprimierbarkeit der Flüssigkeit konstant gehalten, d. h. es kommt zu einer entsprechenden Verformung der Wandungen, welche mit zunehmender Stärke eine zunehmende Gegenkraft auf die Flüssigkeit ausübt. Insofern eignet sich der Einsatz von Aufnehmern mit vergleichsweise dicken und/oder steifen Wandungen, gefüllt mit einem inkompressiblen Fluid, für die Erfassung kleiner Relativbewegungen.pickup which have elastic walls with wall thicknesses that the lateral Cross-sectional dimensions, i. especially the diameter of the interior of the hollow body in the area of faced Significantly exceed wall thickness, have an advantageous high buckling strength. The interior of the hollow body but is compared to hollow body with thinner ones Wall thicknesses comparatively dimensionally stable. A relative shift principally strives for a smaller volume change. The present closed volumes of the interior of the hollow body, filled with a liquid in turn is due to the nearly incompressibility of the liquid kept constant, d. H. it comes to a corresponding deformation the walls, which with increasing strength an increasing counterforce on the liquid exercises. In this respect, the use of transducers with comparatively thick is suitable and / or stiff walls, filled with an incompressible fluid, for the detection of small relative movements.

Alternativ bietet es sich an, ein Fluid mit zwei oder mehreren Fluidfraktionen im Aufnehmer mit einer unterschiedlichen Steifigkeit einzusetzen. Besteht beispielsweise eine Fluidfraktion aus einem kompressiblen Gas und eine andere Fluidfraktion aus einer imkompressiblen Flüssigkeit, erhält man je nach Verschiebungsgrad der Relativbewegung grundsätzlich eine nichtlineare Kennlinie oder Kennfeld. In bestimmten Abstandsbereiche erhält man so durch ein kompressionshartes Fluidverhalten, beispielsweise einer Flüssigkeit, relativ große Drucksignale selbst bei kleinsten Relativbewegungen, während eine kompressionsweiche Fluidfraktion, beispielsweise eines Gases, auch bei größeren Relativverschiebungen eine Änderung des Fluiddrucksignals begrenzt.alternative It makes sense, a fluid with two or more fluid fractions to be used in the transducer with a different rigidity. For example, if a fluid fraction consists of a compressible Gas and another fluid fraction of an incompressible fluid, receives one basically depending on the degree of displacement of the relative movement non-linear characteristic or characteristic diagram. In certain distance ranges receives one thus by a compression-hard fluid behavior, for example a liquid, relatively large Pressure signals even with the smallest relative movements, while a compression soft fluid fraction, such as a gas, too for larger relative displacements a change limited the fluid pressure signal.

Grundsätzlich lässt sich eine Linearität einer Kennlinie oder Kennfeldes auch durch die elastischen Eigenschaften des Materials der Wandungen beeinflussen. Eine äußere relativ dehnsteife aber biegeweiche Hülle, beispielsweise eine Gewebehülle, ein Metallschlauch oder auch eine elastisch dehnbare Hülle, begrenzt oder behindert ab einer bestimmten elastischen Ausdehnung oder, im Falle einer Zugbelastung auf den Hohlkörper, ab einer bestimmten Kontraktion des Hohlkörpers eine weitere Ausdehnung und bewirkt damit eine Änderung des linear-elastischen Zusammenhangs von Fluiddruck zu Relativverschiebung.Basically you can a linearity a characteristic or characteristic field also by the elastic properties of the material of the walls. An outer relatively stiff but flexible shell for example, a fabric wrap, a metal tube or an elastically stretchable envelope, limited or hindered from a certain elastic extent or, in the case of a tensile load on the hollow body, from a certain contraction of the hollow body a further expansion and thus causes a change in the linear-elastic Relation of fluid pressure to relative displacement.

Für einen Einsatz in einem elektrischen oder magnetischen Feld, beispielsweise für die Bestimmung von Relativbewegungen in einem medizinischen MRT- oder CT-System, ist der Druckaufnehmer zur Bestimmung des Fluiddruckes außerhalb des Feldes anzuordnen. Dabei lässt es die Konzeption der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise zu, eine Verbindungsleitung zur Überbrückung der Distanz zwischen Hohlkörper im Feld und Druckaufnehmer außerhalb des Feldes vorzusehen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die aufgrund der Dynamik der Fluiddruckänderungen zu erwartenden Druckmessfehler eine je nach Einsatz bestimmte vertretbare Größe nicht überschreiten.For use in an electrical or magnetic field, for example for the determination of relative movements in a medical MRI or CT system, the pressure transducer for determining the fluid pressure is outside of the field. The concept of the invention makes it possible in a particularly advantageous manner to provide a connecting line for bridging the distance between the hollow body in the field and the pressure sensor outside the field. It should be noted, however, that due to the dynamics of the fluid pressure changes to be expected pressure measurement errors do not exceed a certain depending on the use of justifiable size.

Dennoch bietet es sich an, bei komplexeren oder nicht eindeutigen Relativbewegungen mindestens zwei der vorgenannten Aufnehmer vorzusehen, welche als Aufnehmersystem an eine gemeinsame Elektronik verschaltet sind. In eine hierfür geeignete Elektronik sind mehrere Kennlinien oder Kennfelder für jeden Aufnehmer implementiert, wobei die gemessenen Änderungen der Flüssigkeitsdrücke mehrerer Aufnehmer auch miteinander korreliert und zugehörigen Verschiebungen der Befestigungspunkte zugeordnet werden.Yet It makes sense, with more complex or ambiguous relative movements to provide at least two of the aforementioned transducers, which as Transducer system are connected to a common electronics. In one for this suitable electronics are several characteristics or maps for each Transducer implemented, wherein the measured changes in the fluid pressures of several Transducers also correlated with each other and associated with associated displacements of the attachment points become.

Als konstruktives Konzept für ein derartiges Aufnehmersystem bietet es sich an, die geschlossenen Hohlkörper in einem gemeinsamen Formkörper aus einem elastischen Material zu integrieren, wobei die Wandnungen durch das elastische Material gebildet sind. Als Formkörper eignet sich insbesondere ein Gummikörper, in dem die Hohlkörper als Kanäle oder Kavitäten integriert sind.When constructive concept for Such a pick-up system offers itself, the closed hollow body in a common molding to integrate an elastic material, the walls are formed by the elastic material. Suitable as a shaped body in particular a rubber body, in which the hollow body as channels or wells are integrated.

Die Erfindung wird im folgenden mit Ausführungsformen unter Hinzuziehung der folgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigenThe Invention will be described below with embodiments in consultation closer to the following figures described. Show it

1a bis e den schematischen Aufbau von fünf Ausführungsformen des fluidischen Aufnehmers, 1a to e the schematic structure of five embodiments of the fluidic transducer,

2a bis d Anordnungen eines fluidischen Aufnehmers an Gelenken, sowie 2a to d arrangements of a fluidic sensor at joints, as well

3 eine Ausführungsform des Aufnehmers mit drei Befestigungspunkten. 3 an embodiment of the transducer with three attachment points.

Alle 1a bis e sowie 3 zeigen den Aufnehmer in einer schematischen Schnittdarstellung, umfassend einen verschlossenen Hohlkörper 1 mit einer elastischen Wandung 2, Befestigungsmittel 3, einen Druckaufnehmer 4 sowie der Elektronik 5.All 1a to e as well 3 show the transducer in a schematic sectional view, comprising a sealed hollow body 1 with an elastic wall 2 , Fasteners 3 , a pressure transducer 4 as well as the electronics 5 ,

Bei der in 1a gezeigten Ausführungsform wird die elastische Wandung 2 durch einen Gummischlauch gebildet, welcher auf zwei Stopfen 6 aufgezogen und auf diesen ggf. über Schellen (in 1a nicht dargestellt) zu sichern ist. Der Gummischlauch ist durch eine Gummimanschette oder, wie in 1d dargestellt, durch ein Metallschlauch ersetzbar. Der Druckaufnehmer 4 ist entweder in einem der Stopfen integriert (vgl. 1a) oder extern über einen separaten Verbindungsleitung 8 mit dem Hohlkörper verbunden, wobei es sich anbietet, die Verbindungsleitung über einen der Stopfen an den Hohlkörper anzuschließen (vgl. 1d und e).At the in 1a the embodiment shown, the elastic wall 2 formed by a rubber hose, which on two plugs 6 mounted on this and possibly on clamps (in 1a not shown) is to be secured. The rubber hose is through a rubber cuff or, as in 1d represented, replaceable by a metal hose. The pressure transducer 4 is either integrated in one of the plugs (cf. 1a ) or externally via a separate connection line 8th connected to the hollow body, it is advisable to connect the connecting line via one of the plug to the hollow body (see. 1d and e).

1b zeigt einen Aufnehmner, bei dem zwei Befestigungspunkte 3 an der elastischen Wandung 2 integriert sind. Der Druckaufnehmer 4 dient gleichzeitig als Verschluss des Hohlkörpers 1. Der einfache Aufbau und die geringe Anzahl der Einzelkomponenten lässt diese Ausführungsform für eine Miniaturisierung besonders eignen. 1b shows a pickup, where two attachment points 3 on the elastic wall 2 are integrated. The pressure transducer 4 at the same time serves as a closure of the hollow body 1 , The simple construction and the small number of individual components makes this embodiment particularly suitable for miniaturization.

1c offenbart eine besonders preisgünstig aufzubauende Ausführungsform, bei der die elastische Hülle 2 wie bei der in 1a dargestellten Ausführungsform aus einem Schlauchstück besteht. Die beiden Enden des Schlauchs werden durch einfaches dichtendes zusammendrücken des Schlauches gebildet und stellen gleichzeitig die Befestigungspunkte 3 dar. Der Druckaufnehmer 4 ist ähnlich einem Gummischlauchventil seitlich in der Hülle eingebracht. 1c discloses a particularly inexpensive to construct embodiment, wherein the elastic sheath 2 as with the in 1a illustrated embodiment consists of a piece of hose. The two ends of the tube are formed by simply sealingly compressing the tube and at the same time provide the attachment points 3 dar. The pressure transducer 4 is similar to a rubber hose valve inserted laterally in the shell.

Grundsätzlich, vor allem bei der Bauform nach 1c, bietet es sich an, den Hohlkörper oder das Schlauchstück als eine biegeschlaffe, aber dehnsteife Hülle zu gestalten. Beispielhaft sei hier die Verwendung zweier Kunststofffolien genannt, welche linienförmig zu einer Kunststofftasche verschweißt sind, ein Fluidvolumen einschließen und mit einem Druckaufnehmer versehen sind. Wird als Fluid Gas eingesetzt, ist die erforderliche Flexibilität durch die Komprimierbarkeit des Gases anstelle der flexiblen Wandungen gegeben. Ist das Fluid dagegen, wie bei Flüssigkeiten, imkomressibel, ist eine elastische Ausdehnungsmöglichkeit im Aufnehmer vorzusehen, beispielweise über definierte elastische Bereiche in der Verbindungsleitung und/oder in der Wandung.Basically, especially in the design 1c , it makes sense to make the hollow body or the hose piece as a pliable, but rigid shell. By way of example, mention may be made here of the use of two plastic films which are welded in a line-shaped manner to a plastic bag, enclose a fluid volume and are provided with a pressure sensor. When used as a fluid gas, the required flexibility is given by the compressibility of the gas instead of the flexible walls. If, on the other hand, the fluid is imcompressible, as in the case of liquids, an elastic expansion possibility is to be provided in the transducer, for example via defined elastic regions in the connecting line and / or in the wall.

Eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 1a ist in 1e dargestellt. Der Schlauch weist vorgegebene Knickstellen 12 auf, welche durch Versteifungselemente 7 im Hohlkörper vorgegeben und geführt sind. Die Vorgabe und die Führung dient insbesondere der eindeutigen Zuordnung eines relativen Abstands der Befestigungspunkte zu einem Verformungszustand des Schlauchs und damit der Reproduzierbarkeit der Messung, wobei eine Führung nur dann erforderlich ist, wenn der Schlauch während der Relativbewegung Knickstellen einnimmt. Versteifungselemente und Knickstellen sind dabei so zu gestalten, dass Fluidbewegungen im Hohlkörper 1 nicht behindert werden. Vorzugsweise sind die Versteifungselemente als Rohrelemente, poröse oder kanaldurchzogene Körper oder als profilierte Bleche oder Platten gestaltet. Die Innenseiten des Hohlkörpers ist im Bereich der Knickstellen für einen ungehinderten Durchfluss mit Abstandshaltern oder mit biegeweichen Elementen, wie z.B. orthogonal zur Knickstelle eingelegte Schläuche oder Drahtwendeln zu versehen. Alternativ sind auch außen am Schlauch angebrachte Verstärkungsmanschetten oder eine Gestaltung des Schlauchs mit lokalen Verstärkungen und Sollknickstellen für diesen Zweck einsetzbar.A modification of the embodiment according to 1a is in 1e shown. The hose has predetermined kinks 12 on, which by stiffening elements 7 are specified and guided in the hollow body. The specification and the guide is used in particular for the unambiguous assignment of a relative distance of the attachment points to a deformation state of the tube and thus the reproducibility of the measurement, wherein a guide is only required if the tube occupies kinks during the relative movement. Stiffening elements and kinks are to be designed so that fluid movements in the hollow body 1 not hindered. Preferably, the stiffening elements are designed as tubular elements, porous or channel-traversed body or profiled sheets or plates. The inner sides of the hollow body is in the region of the kinks for an unobstructed flow with spacers or flexible elements, such as orthogonal to the kink inserted hoses or wire to wind. Alternatively, reinforcing collars attached to the outside of the hose or a design of the hose with local reinforcements and predetermined buckling points can also be used for this purpose.

2a bis d zeigen jeweils ein Gelenk mit Gelenkachse 9, zwei Gelenkarmen 10 sowie ein an diese über die zwei Befestigungsmitteln 3 befestigten Aufnehmer 11. Der Aufnehmer in 2a entspricht der Ausführungsform gemäß 1c, weist aber Knickstellen 12 (vgl. 1e) auf, was eine entsprechend vorgenannte Gestaltung des Schlauches mit vorgegebenen Sollknickstellen erforderlich macht. 2b zeigt ein Gelenkt mit aufgesetzten Schlauch als Aufnehmer 11, welcher beidseitig in die Verbindungsleitungen 8 übergeht, d. h. beispielhaft eine Ausführungsform mit mehreren hintereinandergeschalteten Aufnehmern. Im Gegensatz zu 2a und b zeigen 2c und d Ausführungsformen, bei denen die Gelenkachse durch den Aufnehmer verläuft, wobei es bei einer Verstellung des Gelenks nicht zu einer zusätzlichen Kontraktion oder Extraktion des Aufnehmers aufgrund dessen exzentrischen Anordnung kommt. Die Drucksschwankungen des Fluids im Aufnehmer sind bei diesen Ausführungsformen prinzipbedingt kleiner der mögliche durch den Aufnehmer erfassbare Winkelverstellungsbereich des Gelenks prinzipiell größer. Während 2c ein Gelenk mit seitlich angebrachten Aufnehmer wiedergibt, zeigt 2d eine Ausführungsform mit rohrförmigen Gelenkarmen und einen im Gelenk angeordneten Aufnehmer, wobei die Stopfen 6 nicht nur die Wandung 2 verschließen, sondern auch die Aufnehmerenden im Gelenkarm 10 verklemmen und so als Befestigungsmittel 3 dienen. 2a to d each show a joint with joint axis 9 , two articulated arms 10 and a to these over the two fasteners 3 attached transducers 11 , The transducer in 2a corresponds to the embodiment according to 1c , but has kinks 12 (see. 1e ), which requires a correspondingly aforementioned design of the hose with predetermined predetermined bending points. 2 B shows a joint with attached hose as a transducer 11 , which on both sides in the connecting lines 8th passes, that is, for example, an embodiment with a plurality of successive transducers. In contrast to 2a and b show 2c and d embodiments in which the hinge axis passes through the receiver, wherein there is no additional contraction or extraction of the transducer due to its eccentric arrangement in an adjustment of the joint. In principle, the pressure fluctuations of the fluid in the sensor are in principle smaller in this embodiment than the possible angular displacement range of the joint which can be detected by the sensor. While 2c shows a joint with laterally mounted transducer shows 2d an embodiment with tubular articulated arms and a sensor arranged in the joint, wherein the plug 6 not just the wall 2 but also the pickup ends in the articulated arm 10 jam and so as a fastener 3 serve.

Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform stellt der Einsatz von vorzugsweise drei der genannten Aufnehmer in einer Taumelscheibe dar. Eine sog. Taumelscheibe besteht aus zwei gegenüberliegenden Platten mit einem zwischengeschalteten Gelenk, welche eine Verstellung des Winkels der beiden Platten ermöglicht. Parallel zum Gelenk verbinden zusätzlich vorzugsweise drei Aufnehmer die Platten, wobei je Aufnehmer je ein Befestigungsmittel je Platte vorgesehen ist.A another embodiment, not shown represents the use of preferably three of the said transducers in a swash plate. A so-called swash plate consists of two opposite Plates with an intermediate joint, which is an adjustment allows the angle of the two plates. Parallel to the joint connect additionally preferably three transducers the plates, each per one pickup Fastener per plate is provided.

Derartige Gelenke sind beispielsweise als Komponenten in einem Manipulator oder Roboter einsetzbar, wobei es sich anbietet bzw. es bei einem Einsatz in magnetischen oder elektrischen Feldern erfordert, die Fluiddrücke von dem Aufnehmer über eine Fluidleitung 8 zu einem entfernten Druckaufnehmer zu übertragen, wenn die statischen und dynamischen Leitungsdruckverluste in der Verbindungsleitung dies zulassen.Such joints can be used, for example, as components in a manipulator or robot, it being appropriate, or requiring it for use in magnetic or electric fields, to receive the fluid pressures from the sensor via a fluid line 8th to transfer to a remote pressure transducer, if the static and dynamic line pressure losses in the connecting line allow this.

Grundsätzlich ist der Aufnehmer auch für die quantitative Erfassung von Relativbewegungen zwischen mehr als zwei Befestigungspunkten einsetzbar. Eine mögliche Ausführungsform eines hierfür einsetzbaren Aufnehmer mit drei Befestigungspunkten ist in 3 dargestellt.In principle, the transducer can also be used for the quantitative detection of relative movements between more than two attachment points. A possible embodiment of a sensor for this purpose with three attachment points is in 3 shown.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass sich praktisch alle genannten konstruktiven Details für die Schaffung weiterer Ausführungsformen auch kombinieren lassen. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, mehrere Aufnehmer über Verbindungsleitungen nicht nur mit einem gemeinsamen Druckaufnehmer zu verbinden, sondern auch hintereinander zu schalten und nur einen der auf diese Weise korrespondierenden Hohlkörper mit einem Druckaufnehmer zu versehen. Hier wird speziell auch auf die Ausführung verwiesen, bei der der Hohlkörper oder das Schlauchstück als eine biegeschlaffe, aber dehnsteife Hülle gestaltet ist. Über ein linienförmiges Verschweißen zweier aufeinanderliegender Folien aus Kunststoff oder Metall lassen sich nahezu beliebige planare Hohlkörperstrukturen erzeugen.Further It should be noted that virtually all the aforementioned constructive Details for the creation of further embodiments also combine. It is also within the scope of the invention several transducers over Connection lines not only with a common pressure transducer to connect, but also to switch one after the other and only one the corresponding hollow body with a pressure transducer in this way to provide. Here is also specifically referred to the execution, at the hollow body or the hose piece designed as a pliable, but rigid shell. About one line-shaped weld together two superimposed films made of plastic or metal create almost any planar hollow body structures.

11: Hohlkörperhollow body
22: Wandungwall
33: Befestigungsmittelfastener
44: DruckaufnehmerPressure transducer
55: Elektronikelectronics
66: StopfenPlug
77: Versteifungselementstiffener
88th: Verbindungsleitungconnecting line
99: Gelenkachsejoint axis
1010: Gelenkarmarticulated arm
1111: Aufnehmerpickup

Claims

Transducer for the quantitative detection of guided relative movements, comprising a) a closed and deformable hollow body ( 1 ) with walls ( 2 ) and with at least two attachment means ( 3 ) outside the hollow body, wherein a fluid is enclosed in the interior of the hollow body, wherein the fluid and / or at least one part on the hollow body has an elastic compliance, b) a pressure transducer ( 4 ) for measuring a fluid pressure in the hollow body, wherein a relative displacement of the fastening means ( 3 ) exerts a force against each other on the hollow body and causes a change in the fluid pressure in this, and c) an electronics ( 5 ) having at least one characteristic curve or a characteristic map which determines the measured change in the fluid pressure of an associated relative displacement of the attachment points ( 3 ) is assigned to one another characterized in that d) the hollow body ( 1 ) is a hose or is formed from welded foils, has at least two closed ends and the Befestigungsmit tel ( 3 ) attack at the ends or are integral parts of the ends.

Sensor according to claim 1, characterized in that an artificial intelligence is provided, which as a component or as an adaptable additional electronic module of the electronics ( 5 ) an input of the characteristics or the map is used in the electronics.

Sensor according to claim 1 or 2, characterized that a logic is provided which as part of the electronics a relative displacement in the context of a fluid pressure curve recognizes and assigns.

Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement ensures at least lateral movement of the fastening means ( 3 ) against each other.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement at least one tilting movement of the fastening means ( 3 ) against each other.

Transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement is at least a rotational movement of the fastening means ( 3 ) against each other.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the fluid consists of at least two fluid fractions with different compression stiffnesses.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a flexible connecting line ( 8th ) is provided with two ends, said one end in the hollow body ( 1 ) and at the other end of the pressure transducer ( 4 ) is provided.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the walls ( 2 ) each have wall thicknesses which correspond to the cross-sectional dimensions of the interior of the hollow body ( 1 ) substantially exceed.

Sensor system with at least two transducers according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electronics ( 5 ) has a plurality of characteristic curves or a characteristic diagram and correlates the measured changes in the liquid pressures of a plurality of transducers with one another and associated displacements of the attachment points ( 3 ).

Sensor system according to claim 10, characterized in that the closed hollow body ( 1 ) are integrated in a molded body of an elastic material, wherein the walls ( 2 ) are formed by the elastic material.

Sensor system according to claim 11, characterized in that the shaped body comprises a rubber body in which the hollow bodies ( 1 ) are integrated as channels or cavities.

Joint having at least one hinge axis with a transducer according to one of claims 1 to 9 or a transducer system according to claim 1, wherein the joint is a connection between two components or articulated arms ( 10 ), characterized in that the transducer ( 11 ) connects the two components or articulated arms parallel to the joint, wherein each one of the two fastening means engages one of the two components.

Joint according to claim 13, wherein the transducer ( 11 ) eccentric to the joint axes ( 9 ) is arranged.

Manipulator with at least one transducer after one of the claims 1 to 9, a pickup system according to claim 10 or at least one Joint according to claim 13.