DE202012101535U1

DE202012101535U1 - Trägerstruktur zum Messen einer Biegung und Vorrichtung, welche die Trägerstruktur aufweist

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Publication number: DE202012101535U1
Application number: DE201220101535
Authority: DE
Original assignee: TEICHERT SYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: TEICHERT SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-07-26
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE102013104009A1

Abstract

Trägerstruktur zum Messen eines Biegens, wobei der Trägerstruktur eine Aussparung mit einer Axialbeabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der Trägerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung und/oder Orthogonalbeabstandung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbeabstandung und/oder eine Orthogonalbeabstandung messtechnisch von einem Sensor, insbesondere einem Wegsensor oder einem Drucksensor, überbrückt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur zum Messen einer Biegung, wobei die Trägerstruktur eine Aussparung mit einer Axialbeabstandung und/oder Orthogonalbeabstandung aufweist, sodass bei einem Biegen der Trägerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung oder einer Orthogonalbeabstandung erfolgt, und eine Vorrichtung, welche die Trägerstruktur aufweist, sowie eine Daisy-Chain-Schaltung mit einem erstem Mikrocontroller und einem nachfolgend angeordneten zweiten Mikrocontroller, wobei die beiden Mikrocontroller über einen Bus verbunden sind und an die Mikrocontroller jeweils wenigstens ein Sensor angeschlossen ist, und eine Leiterfolie, welche die Daisy-Chain-Schaltung aufweist.
Ein Verbiegen einer Kabelmittellinie zu messen ist schwierig. Es sind zwar auf Folie laminierte Biegesensoren erhältlich. Diese messen Verbiegungen jedoch nur in einer Dimension und sind in den restlichen Dimensionen starr. Sie können also nicht für eine zweidimensionale Biegemessung im Kabelquerschnitt verwendet werden.
Können keine Biegesensoren, direkt in der Kabelseele untergebracht werden, müssen Sensoren in einer äußeren Messschicht untergebracht werden. Diese messen dann eine Stauchung oder Dehnung der Außenschicht gegenüber der Mittellinie. Alle Sensorsysteme, die dafür eine Wegstrecke vermessen, haben das Problem, dass sie in der Messschicht an zwei axial versetzten Punkten befestigt werden müssen. Um eine Biegung des Kabels zu ermöglichen, muss auch die Messschicht des Kabels flexibel (elastisch oder plastisch) sein. Es wird dann schwierig zu bestimmen, ob sich die Messstrecke des Sensors bewegt oder die flexiblen Bereiche um die Sensorbefestigung.
Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Trägerstruktur zum Messen einer Biegung, wobei die Trägerstruktur eine Aussparung mit einer Axialbeabstandung und/oder Orthogonal beabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der Trägerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung erfolgt, wobei die Axialbeabstandung und/oder eine Orthogonalbeabstandung messtechnisch von einem Sensor, insbesondere einem Wegsensor oder einem Drucksensor, überbrückt ist.
Somit kann eine Trägerstruktur bereitgestellt werden, dessen Lage/Ausprägung im Raum direkt erfassbar ist. Insbesondere kann dies dadurch umgesetzt werden, dass die Trägerstruktur in ein biegsames räumliches Gebilde eingearbeitet wird oder das räumliche Gebilde mit der Trägerstruktur umschlossen/umwickelt wird.
Insbesondere können die räumliche Gebilde Linien, Kabel, Schläuche oder Seile sein.
Zudem ist die Verortung – Bestimmen der räumlichen Lage – von Komponenten umsetzbar. Umsetzungen sind beispielsweise Maschinenteile, die nicht über einfache mechanische Verbindungen (Lager, Gelenke, Linearführungen) mit anderen Verbunden sind (z.B. Raumlenkerkonstruktionen oder Schiebeführungen mit komplexen Gangpolbahnen) und deren Lage auch nicht mit einfachen Sensoren (Drehwertgeber, Linearsensor) erfasst werden können.
Auch können Fahrzeugverbindungen verortet werden, z.B. zwischen Kraftfahrzeug und Anhänger. Es können somit verschiedene Fragen beantwortet werden: Befindet sich der Anhänger in einer kritischen Lage? Besteht Taumelgefahr? Sollte das Fahrzeug stoppen? Sollte die Geschwindigkeit verringert werden? Sollte die Verbindung gelöst werden? Sollte der Anhänger selbsttätig bremsen?
Weiterhin können Schläuche von Zapfsäulen verortet werden. Es kann festgestellt werden, ob die Zapfpistole auf dem Boden liegt oder ob der Schlauch zu sehr gestreckt wird, z.B. wenn vergessen wurde, ihn abzunehmen. In beiden Fällen kann die Förderpumpe der Zapfsäule sofort abschalten.
Zu den weiteren umsetzbaren Szenarien gehören Kameras in Fernsehstudios. Mit der Umsetzung ist jederzeit ein Modell von der Verteilung der Kameras vorhanden. In der Regie könnte so auf einer Übersichtskarte angezeigt werden, welche Kameras wo wählbar sind und welche Bilder sie liefern.
Ganz besonders interessant ist das Verorten der Strukturen in Rettungs- oder Katastrophenszenarien, da beispielsweise Feuerwehrschläuche und die bedienenden Einsatzkräfte verortbar sind – selbst, wenn schlechte Sichtverhältnisse gegeben sind und in Gebäuden keine exakte Positionsbestimmung per Funk möglich ist. Ebenfalls können Roboter in Katastrophenszenarien verortet werden – auch, wenn schlechte Sichtverhältnisse gegeben sind und in Trümmern keine exakte Positionsbestimmung per Funk möglich ist.
Grundsätzlich kann mit der Erfindung Formbestimmung von kabelartigen Objekten realisiert werden. Dazu gehören die aktuelle Lage von Endoskopen oder Rohrrobotern. Dabei können z.B. folgende Fragestellungen geklärt werden: Welchen Weg hat die kabelartige Verbindung eingenommen? Wie ist das verortet, was gerade betrachtet wird? Wie müssen Werkzeuge positioniert werden, um eingreifen zu können?
Auch kann ein Kabelende oder ein Teil der Trägerstruktur als Eingabegerät für Computer genutzt werden. Z.B. in Spieleszenarien oder zum Gestalten von grafischen Modellen.
Neben den kabelartigen Strukturen können auch flächige Formsensoren (eingeschweißte, eingenähte Formsensoren) insbesondere durch eine parallele Anordnung von Formsensoren oder eine Formerfassung von Sitzen, Polstern und Betten erfolgen. Auch ist das Erfassen von Profilen zur Ergonomieverbesserung und Überwachung umsetzbar, z.B. können demente Patienten überwacht werden, die sich nicht mehr regelmäßig selber im Bett drehen können. Generell können Maschinen, die flexible flächige Teile verwenden, überwacht werden.
Weiterhin sind Gitteranordnungen von Formsensoren realisierbar.
Insbesondere kann eine Formerfassung zur 3D-Modellierung verwendet werden, wenn andere Formerfassungsverfahren (z.B. optische) schlecht möglich, technisch zu aufwändig oder zu teuer sind. Weiterhin kann ein Gitter als Eingabegerät für Computer genutzt werden. Z.B. in Spieleszenarien oder zum Gestalten von grafischen Modellen.
Grundsätzlich kann weiterhin mit der Erfindung eine Anordnung von Formsensoren entlang von Teilobjekten realisiert werden. So kann ein Überwachen von aufblasbaren Objekten und Maschinen, die aufblasbare Körper verwenden, überwacht werden. Als Beispiel seien hier Notrutschen für Flugzeuge oder Rettungsinseln von Schiffen angeführt, bei denen jeweils ermittelt werden kann, ob diese sich richtig entfaltet haben.
Zudem kann ein Überwachen von Kleidung erfolgen. Zu den nun realisierbaren Anwendungen gehört insbesondere das sog. Motion-Capturing, welches präziser realisierbar ist als das klassisch punktbasierte Motion-Capturing, da es z.B. auch für gekrümmte Rückenpartien realisierbar ist. Zudem gäbe es keine Probleme mit Verdeckung (wie bei optischen Sensoren), Störung der magnetischen Feldgeometrie (wie bei Flock-of-Birds Techniken) und keine Probleme mit Drift (wie bei Inertialsensoren). Besonders vorteilhaft ist, dass eine Überwachung von Arbeitsanzügen (Taucheranzüge, Sicherheitsanzüge, Waldarbeiterkombis) realisierbar ist. Dabei ist sog. Tracking und Monitoring von Körperteilen möglich (bewegt sich der Arbeiter noch?). Bei dem Verwenden von diesbezüglichen Waldarbeiterkombis kann z.B. festgestellt werden, wo sich eine Säge relativ zum Körper befindet und ggfs. kann die Säge gestoppt werden.
Allgemein können räumliche Formsensoren realisiert werden, sodass beispielsweise eine räumliche Verformung anhand von Sensorgittern überwachbar ist. So können auch Verformungen bei Bewegungen vermessen werden (z.B. bei Crashtests).
Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Eine „Trägerstruktur" ist dergestalt aufgebaut, dass bei einem Biegen das die Trägerstruktur bildende Material im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Beim Biegen folgt die Trägerstruktur dem Biegen, wobei sich das Biegen insbesondere auf die „Aussparungen" auswirkt. Vereinfacht ausgedrückt wirkt sich das Biegen auf die Aussparungen aus, jedoch nicht auf das Material, welches die Struktur der Trägerstruktur bildet. Es sei dabei angemerkt, dass selbstverständlich das Material der Trägerstruktur oder die Trägerstruktur selbst ebenfalls durch ein Biegen verändert werden kann, jedoch ist dies gegenüber den Auswirkungen auf die Aussparungen vernachlässigbar, da diese Auswirkungen auf die Aussparungen wenigstens fünfmal, besonders bevorzugt zehnmal, größer sind als auf das Material der Trägerstruktur oder der Trägerstruktur – beispielsweise durch radiale Torsion – selbst.
Eine einfache Formumsetzung der Trägerstruktur ist eine Schraubenfeder. Die helikale Form wird durch einen gebogenen Stahldraht hergestellt. Zwischen einzelnen Helikalbögen sind die Aussparungen. Gegenüberliegende Halikalbögen bilden eine „Axialbeabstandung" auf. Wird die Schraubenfeder um eine Mittelachse gebogen, bleibt der Stahl im Wesentlichen unbeeinflusst und die Biegung wirkt sich im Wesentlichen auf die Abstände der gegenüberliegenden Helikalbögen (Axialbeabstandung) aus, wobei die radiale Torsion des Schraubenfederprofils vernachlässigbar ist. So rücken einige Helikalbögen näher zusammen – es erfolgt eine Stauchung – und um 180° versetzte Helikalbögen weiter auseinander, sodass eine Dehnung erfolgt. Statt des Stahldrahts kann eine gewickelte Folie die helikale Form bilden.
Die Trägerstruktur kann insbesondere einer zweidimensionalen Biegung folgen. Beide Dimensionen werden insbesondere von zwei linear unabhängigen Achsen gebildet, welche orthogonal zu der Mittelachse ausgerichtet sind.
Durch den Ort (auf der Mittelachse) und somit einer Linearachse und den beiden linear unabhängigen Achsen kann mittels eines kartesischen Koordinatensystems ein Punkt im Raum eindeutig bestimmt werden.
Die „Orthogonalbeabstandung" ist insbesondere eine (Teil-)Distanz eines Bestandteils der Trägerstruktur in Richtung der Mittelachse. Am Beispiel einer schraubenförmigen Trägerstrukturr ist die Orthogonalbeabstandung insbesondere der kürzeste Abstand eines Helikalbogens zur Mittellinie und somit entspricht die Orthogonalbeabstandung insbesondere einer Radialbeabstandung. Auch Bruchteile dieses kürzesten Abstandes sind umfasst.
Durch den Begriff der „Axialbeabstandung" sind ebenfalls Bruchteile, aber auch größere Distanzen mit umfasst.
Beim „messtechnischen Überbrücken" wird die Axialbeabstandung und/oder die Orthogonalbeabstandung bestimmt. Dabei können die Abstände direkt – mittels Wegsensoren – oder indirekt – mittels Drucksensoren – bestimmt werden. Bevorzugt werden zum Bestimmen der Axialbeabstandung Wegsensoren verwendet, wobei zum Bestimmen der Orthogonalbeabstandung bevorzugt Drucksensoren eingesetzt werden. Es können Drucksensoren auch für das Bestimmen der Axialbeabstandung und Wegsensoren für das Bestimmen der Orthogonalbeabstandung eingesetzt werden.
Um einen räumlichen Verlauf zu bestimmen, kann die Trägerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Sensoren aufweisen. Zudem kann durch das mehrfache Anbringen von Sensoren die zweidimensionale Ausdehnung bestimmt werden.
So können zwei Sensoren 90° zueinander versetzt angebracht werden, um diese Bestimmung grundsätzlich zu ermöglichen.
Um sowohl die Dehnungen und Stauchungen zu Bestimmen und um Messfehler zu korrigieren, können vier Sensoren jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet werden.
Um eine Ortsauflösung der Biegung zu ermöglichen, können entsprechend viele Sensoren entlang der Mittelachse angeordnet sein.
In einer Ausführungsform sind die zwei, drei, vier oder mehr Sensoren, versorgungstechnisch, messtechnisch, steuerungstechnisch, regelungstechnisch und/oder informationstechnisch, insbesondere mittels eines Bussystems, miteinander verbunden. Dadurch kann eine optimierte Auswertung und Versorgung der einzelnen Sensoren gewährleistet werden. Zudem kann somit eine platzsparende Energieversorgung und Informationsauswertung realisiert werden.
Bei dem „Bussystem" sind insbesondere serielle Bussysteme bevorzugt. So kann beispielsweise ein RS-232, RS-485, SPI, I²C oder CAN Bus eingesetzt werden um Informationen (Daten und/oder Signale) zu übertragen und auszuwerten.
Um trotz des Biegens eine Versorgung der Sensoren zu gewährleisten, kann die Verbindung zwischen zwei oder mehr Sensoren helikal oder mäanderförmig ausgestaltet sein. In beiden Fällen ermöglichen es die durch die Helikal- oder Mäanderform gegebenen Schlaufen trotz Dehnung eine Versorgung mit Energie oder den Transfer von Daten. Zudem kann die Trägerstruktur selbst helikale oder mäanderförmige Bestandteile aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist einer der Sensoren ein resistiver, kapazitiver, induktiver, optischer und/oder drucksensitiver Sensor. Dadurch können unterschiedliche Sensortypen eingesetzt werden. Zudem können entsprechend den Messanforderungen bestimmte Sensoren entsprechend der Genauigkeit oder der Kosten ausgewählt werden.
Dabei sei folgendes Begriffliche erläutert:

– Resistiv: Zwischen zwei Elektroden kann ein Material eingefügt werden, welches bei einer Längenänderung eine Widerstandsänderung zeigt. Sollen Messungen im Millimeter- bis einige Zentimeterbereich erfolgen, kann man zum Beispiel mit Graphit versetzte Schäume einsetzen. Gegenüber den klassischerweise zur Bestimmung von Längenänderungen eingesetzten Dehnungsmessstreifen hat das den Vorteil, dass nicht nur Längenänderungen im Mikrometerbereich gemessen werden können.
– Kapazitiv: Wenn der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Elektroden verändert wird, ändert sich die Kapazität dieses Aufbaus. Die Auswertung kann über klassische Brückenschaltungen erfolgen.
– Induktiv: Dabei werden magnetische Felder ausgewertet, welche von einem Sender (z.B. Elektromagnet) ausgesandt werden. Bei dieser Art der Messung können die Kabel abgeschirmt werden, damit durch das Signal, welches durch das Kabel gesendet werden, das Messsignal nicht verfälscht wird. Insbesondere kommt diese Methode bei Lichtleitern zum Einsatz, da diese bei der Signalübertragung keine Magnetfelder erzeugen.
– Optisch: Die zu messenden Abstände liegen im Millimeter- bis einige Zentimeterbereich. In diesem Bereich kann ausgenutzt werden, dass typische LED-Sender eine Strahl-Charakteristik besitzen, die einen starken Gradienten der Intensität seitlich der Mittellinie zeigen. Dies kann im Nahbereich ausgenutzt werden, um mit Photodioden oder -transistoren die von der Weglänge abhängige Intensität zu empfangen und auszuwerten. Über Serienwiderstände kann eine Spannung abgeleitet werden, die direkt einer Analog/Digital-Wandlerstufe zugefügt werden kann. Die Abhängigkeit dieser Spannung von der Abstandsveränderung kann in engen Bereichen als proportional genähert werden. Wird eine größere Genauigkeit gewünscht, können die Werte mit Funktionen korrigiert werden, deren Parameter sich aus dem Kalibriervorgang ergeben. Die optische Abstandsmessung im Nahbereich funktioniert sogar dann noch gut, wenn die Messschicht komplett mit einem flexiblen Material gefüllt wird, dass optisch diffundierend wirkt, wie z.B. Silikon. Durch die homogene Füllung wird insbesondere die Herstellung eines Sensorkabels vereinfacht und es ergeben sich von außen betrachtet relativ homogene Kabeleigenschaften. Durch ein Verwenden eines opaken Mantels, ist die optische Übertragung sehr robust gegenüber äußeren Störeinflüssen und Bauteile sowie Aufbau ermöglichen eine hohe Langzeitstabilität der Sensoreigenschaften.

Es sind noch weitere optische Messverfahren möglich, z.B. das FPI (Fabry-Pérot Interferometer) oder FBG (Fiber Bragg grating).

– Drucksensitiv: Dieser Sensortyp vermisst nicht wie die oben genannten Sensoren direkt eine Wegstrecke, sondern die Kräfte in der Kabelquerschnittsfläche, die durch Stauchung oder Dehnung hervorgerufen werden. Auch diese Sensoren können, wie alle zuvor beschriebenen Sensortypen, direkt auf einer helikalen oder mäanderförmigen Leiterfolie (Material der Trägerstruktur) aufgebracht werden. Diese könnte insbesondere Zungen oder Ausbuchtungen besitzen, die derart abknickbar sind, dass ihre Flächennormalen parallel zur Kabelmittelinie zeigen (siehe 4).

Um Biegungen über eine größere Distanz zu bestimmen oder zu beschreiben, kann die Trägerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Aussparungen aufweisen. Je enger die Aussparungen und je größer die Anzahl der Aussparungen ist, desto besser kann die Biegung bestimmt und somit aufgelöst werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Sensor einen Sender und einen Empfänger auf, wobei insbesondere der Empfänger ein ortsauflösender Empfänger ist. Je nach eingesetztem ortsauflösendem Empfänger kann die Biegung mathematisch beschrieben werden. In der einfachsten Form detektiert der Empfänger lediglich ein Signal (oder kein Signal) und trifft somit eine Aussage, ob die Trägerstruktur gebogen ist oder nicht. Auch Photodioden, Fototransistor oder CCD-Detektoren können empfängerseitig eingesetzt werden. Senderseitig können Dioden (z.B. IR oder UV) oder LASER eingesetzt werden. Es können auch Ultraschallsender und Ultraschallempfänger zur Wegbestimmung eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein einzelner Sensor einen Mikrocontroller auf, welcher ein Sensorsignal auswertet, oder weist mehrere Sensoren auf, welche jeweils einen Mikrocontroller aufweisen, welche jeweils Sensorsignale auswerten. Somit können die durch die Sensoren gemessenen Signale direkt ausgewertet und/oder transportiert werden.
Um die Anzahl der Mikrocontroller zu reduzieren, können mehrere Sensoren einen gemeinsamen Mikrocontroller aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Mikrocontroller mehrere A/D-Wandler aufweist und/oder wenn die Sensoren gemultiplext an einen A/D-Wandler übergeben werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein einzelner Sensor eine Signalkonditionierung auf oder weisen mehrere Sensoren jeweils eine Signalkonditionierung auf. Somit können die Signale der Sensoren ausgewertet werden ohne externe Signalaufbereitung bereitzustellen.
Um die Signalkonditionierung mikrocontrollerseitig zu realisieren, kann der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Wandler aufweisen. Somit können kompakte Bauformen realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform bilden zwei Mikrocontroller eine Daisy-Chain-Kette. Somit kann über einen Mikrocontroller der jeweils anderen Mikrocontroller angesteuert, geregelt und/oder ausgelesen werden.
Um Leitungseffekte zu minimieren, kann ein Mikrocontroller ortsnah zum Sender und Empfänger platziert sein. Zudem können Sendercharakteristika wie Latenzzeiten beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine durch den Wegsensor gemessene Strecke kleiner 5,0cm und größer als 0,01cm, insbesondere ist die gemessene Strecke kleiner 3,0cm und größer 0,03cm, wobei die Strecke insbesondere der Aussparungsbreite entspricht.
Um eine alternative Ausgestaltung der Trägerstruktur bereitzustellen, kann die Trägerstruktur als ein Gelenk ausgestaltet sein. Somit können nicht nur kontinuierliche Biegungen detektiert werden, sondern auch knicke, welche über ein Gelenk erfolgen.
Insbesondere kann das Gelenk aus zwei Segmenten von Hohlkugeln unterschiedlicher Radien bestehen. Die Radien der Hohlkugeln können so gewählt werden, dass Elemente aufeinander gesteckt werden können, sodass eine Kette gebildet werden kann (siehe 5). Die aufeinander gesteckten Kugeln wirken wie ein Kugelgelenk zwischen zwei Elementen. Entlang der Kette können so Biegungen approximiert werden. Die Kugeln können mit Nutführungen in axialer Richtung ausgestattet werden, die eine Torsion verhindern und einen maximalen Biegeradius vorzugeben.
In jedem Element kann zwischen den Kugeln eine Platine befestigt sein, deren Flächennormal in axialer Richtung der Elementkette zeigt. Auf dieser Platine sind die Bauelemente zur Realisierung der Messstrecke aufgebracht. Jeweils auf einer Seite Sender- und auf der anderen Seite Empfängerelemente. So werden Messstrecken durch die Kugeln realisiert. Die Platinen können auch noch zusätzliche Bauelemente für die Leitungsanbindung tragen.
Die Messstrecken können mit unterschiedlicher Sensortechnologie überbrückt werden (siehe vorherige Ausführungen). Gegenüber der obigen Beispielsvariante sind hier insbesondere die Messstrecken länger (bei ähnlichen Sensoreigenschaften). Sie liegen insbesondere im Millimeter bis Zentimeterbereich.
Die Messung einer Biegung / eines Knicks (ist ebenfalls eine Biegung) kann in der axialen Mittellinie erfolgen. Bei einem optischen Messsystem genügt dann als Sender eine einzelne Leuchtdiode. Als Empfänger kann eine positionsempfindliche Photodiode (PSD) eingesetzt werden. Da bei kleinen Kugelgrößen immer noch der (oben beschriebene) Naheffekt ausgenutzt werden kann, können auf der Empfängerseite auch deutlich günstigere Photodioden oder -transistoren verteilt angebracht werden. Diese können die Platine in Empfangssektoren unterteilen, um damit Biegungen in unterschiedliche Richtung unterscheiden zu können. Da durch die starren Kugelverbindungen keine Stauchungen oder Dehnungen erfolgen, genügen zwei orthogonal angeordnete Empfangssektoren, um Kugelverdrehungen in den entsprechenden Dimensionen zu detektieren.
Werden mehr Sensoren eingesetzt, können die zusätzlichen Informationen genutzt werden, um Messungenauigkeiten auszugleichen. Um die Länge der Messstrecken klein zu halten, kann die Sendediode von der Platine abstehen und weiter ins Kugelzentrum ragen.
Werden mehr Sendedioden eingesetzt, kann die axiale Mittellinie der Elemente frei für eine Seele eines Kabels werden, die mit verschiedenen Nutzfunktionen ausgestattet werden kann. Das funktioniert insbesondere dann, wenn die Biegeradien relativ klein sind und so die Seele nicht in die Messstrecken ragt.
Um für längliche Strukturen den Verlauf im Raum abzubilden, kann die Trägerstruktur zwei, drei, vier oder mehr Gelenke aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist eines der Gelenke geführt, wobei insbesondere die Führung mittels einer Nutführung erfolgt. Somit kann eine Torsion vermieden werden und die Anzahl der Sensoren reduziert werden.
Um eine möglichst einfache und praktische Form der Trägerstruktur auszubilden, kann die Trägerstruktur als Helix oder Mäanderform ausgestaltet sein.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst von einer Vorrichtung, welche eine zuvor beschriebene Trägerstruktur aufweist. Dabei kann die Trägerstruktur um ein Gebilde herumgewickelt werden oder gefertigter Bestandteil der Vorrichtung sein.
Um die Erfindung möglichst vielfältig einzusetzen, kann die Vorrichtung als ein Kabel, ein Schlauch, eine Leiterfolie, ein Endoskop, ein Kleidungsstück, ein Reifen, ein Tuch, ein Gewebe, ein Gitter oder ein Polster ausgestaltet sein. Bei all diesen Vorrichtungen kann die Lage im Raum bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung oder die Trägerstruktur einen Ergänzungssensor, insbesondere einen Inertialsensor, Gyrosensor oder Kompasssensor, auf. Somit können ergänzende Positionsdaten zum Abgleich ermittelt werden.
Um ergänzende Informationen über Position und Bewegung zu ermitteln, kann die Vorrichtung oder die Trägerstruktur zusätzlich einen Inertialsensor, Gyrosensor oder Kompasssensor aufweisen.
Als Zusatzsensoren für weitere Größen kann die Vorrichtung oder die Trägerstruktur u.a. Sensoren zum Messen der (äußeren) Lichtintensität – auch Infrarot und auch als Kamerabildinformation, der (äußeren) Druckeigenschaften, der Größen zum Betrieb von Näherungssensoren, der Temperatur, der elektromagnetische Feldstärken, der Vibrationen, und/oder des pH-Werts aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung oder die Trägerstruktur einen Aktor auf. Somit kann nicht nur die Position (im Raum) bestimmt werden, sondern es kann noch zusätzlich ein gesteuertes/geregeltes Verändern der Biegung im Raum mittels des Aktors erfolgen. Es können mehrere Aktoren eingesetzt werden, um in beiden Dimensionen biegen zu können. Werden diese dann auch noch in axialer Länge mehrfach eingesetzt, können komplexe Formen im Raum nachgestellt werden.
Um die Vorrichtung gegen Torsion zu schützen, können andere Teile als die Trägerstruktur torsionssteif ausgestaltet sein. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Seele eines Kabels derart ausgestaltet wird, dass Torsionen nicht möglich sind, z.B. durch Kardangelenke für jeden Windungs-/Mäanderabschnitt. Weiterhin kann der Mantel eines Kabels so ausgestaltet sein, dass Torsionen nicht möglich sind, z.B. durch eine Streckmetallhülle oder durch die zuvor beschriebenen Kugelelemente (Gelenk-Trägerstruktur). Zudem kann das Kabel so in andere Materialen eingenäht oder eingeschweißt sein, dass eine Torsion nicht mehr möglich ist oder die Torsion konstant oder bekannt ist und bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.
Um die Vorrichtung in abrasiven oder unter unwirtlichen Bedingungen einzusetzen, kann der Sensor und/oder der Mikrocontroller und/oder das Gelenk licht- und/oder staubdicht ausgestaltet sein.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch eine Daisy-Chain-Schaltung, welche insbesondere eine zuvor beschriebenen Trägerstruktur aufweist, mit einem erstem Mikrocontroller und einem nachfolgend angeordneten zweiten Mikrocontroller, wobei die beiden Mikrocontroller über einen Bus verbunden sind und an die Mikrocontroller jeweils wenigstens ein Sensor angeschlossen ist, wobei der erste Mikrocontroller den nachgeordneten Mikrocontroller steuert oder regelt.
Somit kann auf einer Trägerstruktur eine Schaltungsanordnung aufgebracht werden, welche einfach auszulesen ist und welche einfach zu programmieren ist.
Um eine Daisy-Chain-Schaltung über die gesamte Ausdehnung der Trägerstruktur bereitzustellen, können weitere jeweils zu dem vorherigen Mikrocontroller nachgeschaltete Mikrocontroller, welche jeweils nachfolgende Mikrocontroller steuern oder regeln vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Sensor einen Sender und einen Empfänger auf, wobei mikrocontrollergesteuert der Sender ein- und ausschaltbar ausgestaltet ist. Dadurch kann eine energiesparende Daisy-Chain-Schaltung bereitgestellt werden. Insbesondere kann dem Ansteuerverhalten eines Senders Rechnung getragen werden. Die Sender müssen also nicht ständig in Betrieb sein, sondern können für die lokale Messung eingeschaltet werden – und danach wieder aus, um Energie zu sparen. Die (analogen) Empfängerelemente benötigen nach dem Einschalten der Sender etwas Zeit, um Transienten abzubauen. Bei zeitlichen Eigenschaften ausgewählter Komponenten, genügt es somit, wenn die Sender durch den vorgeschalteten Mikrokontroller eingeschaltet werden und dann erst im übernächsten Takt wieder ausgeschaltet werden.
Für Vorrichtungen mit Trägerstruktur ist das sehr günstig, denn dort können Sender und Empfänger auf unterschiedlichen Windungen/Mäander der Leiterfolie (Trägerstruktur) liegen – oder auf unterschiedlichen Platinen. So kann der Sender in die Nähe des schaltenden Mikrokontrollers gesetzt werden und es kann eine Leitung entlang der Leiterfolie entfallen.
Um ein optimiertes Programmieren der Mikrocontroller auf der Trägerstruktur zu realisieren, können die Mikrocontroller mittels der Steuerung umprogrammiert sein.
Die Programmierung der Mikrokontroller kann vor der Bestückung auf die Leiterfolien oder Platinen erfolgen. Soll die Funktion jedoch später noch optimiert werden, ist es unumgänglich, dass die Mikrokontroller auch im eingebauten Zustand programmiert werden können. Eine parallele Programmierung ist bei markterhältlichen Mikrokontrollern nicht möglich, da diese individuelle Rückmeldungen an die programmierende Einrichtung senden. Die Programmierung erfolgt dann einzeln sequenziell. Die Aktivierung des Programmiermodus kann durch den jeweils vorgeschalteten Mikrokontroller erfolgen, der die Information dazu wieder über die Signalweiterreichung erhält. Die Daten werden danach von einer zentralen Programmiereinrichtung über den seriellen Bus (der sonst zur Datenausgabe genutzt wird) zum Mikrokontroller geschrieben. Für diese Programmiermethode wird die herstellerseitige Programmiereinrichtung noch um das Auswahlverfahren erweitert.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Leiterfolie, welche eine zuvor beschriebene Daisy-Chain-Schaltung aufweist. Die Leiterfolie kann dabei beispielsweise um eine Struktur gewickelt werden oder auf der Struktur mäanderformig verlaufen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Leiterfolie starr und/oder flexibel ausgestaltet. Eine starre Form ist beispielsweise ein Gelenk, eine flexible ist eine biegsame Folie oder die zuvor beschriebene Trägerstruktur.
Um effektiv zuvor beschriebene Vorrichtungen zu schaffen, ist die Leiterfolie Bestandteil einer zuvor beschriebenen Vorrichtung.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen optischen Sensor zum Bestimmen eines Abstandes, wobei der Sensor einen Sender und einen Empfänger aufweist und der Sender einen ausreichend weitwinkelige Abstrahlungscharakteristik aufweist, wobei der Abstand Werte von 0,01cm bis 5,00cm, insbesondere von 0,01cm bis 3,00cm oder insbesondere von 0,03cm bis 1,50cm, aufweist und der Sender insbesondere als eine Leuchtdiode ausgestaltet ist.
Somit kann ein neuartiger Wegsensor bereitgestellt werden.
Weiterhin weist die Messstrecke in einer diesbezüglichen Ausführungsform eine Diffusionsschicht auf, welche die weitwinkelige Abstrahlungscharakteristik des optischen Senders noch unterstützt. Insbesondere können in beschriebenen Vorrichtungen und in Trägerstrukturen die jeweiligen Messstrecken mit einem Material (z.B. Silikon) gefüllt sein, welche die Diffusionsschicht bildet.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere eine kabelartige Struktur, wobei eine Lage der Vorrichtung in einem Raum messtechnisch ermittelt wird, wobei die Information für die Lage innerhalb der Vorrichtung ermittelt wird.
So wird bei einem Kabel die Lageinformation in der Seele oder innerhalb der Messschicht ermittelt. Messinformationen außerhalb des Mantels sind nicht erforderlich.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Kabels mit einer Messschicht,
2 eine schematische Darstellung eine Kabels mit umwickelter Trägerstruktur und optischen Sende-/Empfängereinrichtungen,
3 eine schematische Darstellung eines gebogenen Kabels mit umwickelter (gebogenen) Trägerstruktur,
4 eine schematische Darstellung eines Kabels mit eingearbeiteter Trägerstruktur und orthogonal angeordneten Drucksensoren,
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Kugelgelenks mit optischer Sende- und Empfangseinheit und
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Auswerteelektronik.
Im Weiteren wird die Erfindung an dem Aufbau eines Kabels mittels der 1 bis 4 näher erläutert.
Grundsätzlich ist ein Kabel symmetrisch um eine Mittellinie 1 aufgebaut. In der Mitte liegt die sogenannte Seele 2, welche beispielsweise den optischen Leiter bei einem Lichtwellenleiter umfasst. Erfindungsgemäß folgt von innen nach außen betrachtet eine Messschicht 3, welche achsparallel zur Mittellinie 1 verläuft. Um das Aussenden von elektrischen Feldern oder den Störeinfluss eines äußeren elektrischen Feldes zu verhindern, folgt eine Abschirmschicht aus vernetztem oder gewobenem Metalldraht und nach Außen wird das Kabel durch eine Schutzschicht aus nichtleitendem Kunststoff abgeschlossen. Diese Schutzschicht wird im Allgemeinen als Mantel 5 bezeichnet.
Im Weiteren wird die Messschicht 3 näher erläutert. Die Trägerstruktur wird durch eine gewickelte Leiterfolie 6 gebildet. Die Form der Leiterfolie 6 ist helikal (schraubenförmig). Die Zwischenräume sind mit transparentem Silikon 3 ausgefüllt. Beiderseits der Zwischenräume sind eine Leuchtdiode 7 (2.) und eine Photodiode 9 (2.) angeordnet. Der Messabstand 8 (2.) von Leuchtdiode 7 (2.) und Photodiode 9 (2.) entspricht ca. dem Zwischenraum. Leuchtdiode 7 (2.) und Photodiode 9 (2.) bilden einen optischen Sensor. Ein solcher Sensor ist alle 90° vorgesehen, sodass für jeden Freiheitsgrad sowohl eine Stauchungsinformation als auch eine Dehnungsinformation ermittelt wird. Eine solche Viereranordnung von Sensoren ist mehrfach entlang des gesamten Kabels angebracht.
Die Geometrie einer gebogenen Leiterfolie 6 ist in 3 zu sehen. Die abgewickelte Leiterfolie habe die Breite L. Durch den Steigungswinkel γ der Wicklung ergibt sich eine in Axialrichtung effektive Leiterfolienbreite: l = L/cosγ. Ein Segment s soll aus der effektiven Leiterfolienbreite l und einem Abstand a bestehen: s = a + l. Da die Segmente klein sein sollen gegenüber dem Biegeradius r, werden alle axialen Längenangaben mit Bogenlängen entlang der Biegekrümmung approximiert, das verringert den Rechenaufwand.
Sollte eine feinere Modellierung notwendig werden, werden auch Effekte aus Stauchung und Dehnung berücksichtigt.
Die Bogenlänge eines Segments ergibt sich aus: s = φ r. Dabei beschreibt φ den eingeschlossenen Winkel im Bogenmaß. Die Bogenlänge an der inneren Biegeseite beträgt s_i = φ(r – D/2) und an der äußeren Biegeseite: s_a = φ(r + D/2). Dabei beschreibt D den Windungsdurchmesser. Bei einem idealen Sensoraufbau bleibt der Abstand entlang der Mittellinie unverändert: a₀ = s₀ – l. Für den Abstand an der inneren Biegeseite ergibt sich: a_i = φ(r – D/2) – l und an der äußeren Biegeseite: a_a = φ(r + D/2) – l. Der Abstand nimmt also beim Biegen alle Längenveränderungen eines Segmentes auf, da die effektive Folienlänge konstant bleibt.
Dieses wird angewendet, so dass sich die Messstrecke 8 (2.) des Kabels beim Biegen ändert. Dies wird durch Wegmessung der Messstrecke 8 (2.) entlang des gesamten Kabels ermittelt. Die einzelnen Daten und Werte werden an eine Recheneinheit auf einem Bussystem übermittelt und, ausgehend von einem bekannten Punkt des Kabels, die Orientierung im Raum modelliert.
Das Biegen des Kabels wird alternativ drucksensitiv mittels Drucksensor 8 (4.) ermittelt. Dabei werden die Kräfte in der Kabelquerschnittsfläche, die durch Stauchung oder Dehnung hervorgerufen werden, ermittelt. Auch diese Drucksensoren 8 (4.) werden direkt auf der gewickelten Leiterfolie 6 aufgebracht. Diese weisen dafür Zungen/Ausbuchtungen 7 (4.) auf, die so abgeknickt sind, dass Ihre Flächennormalen parallel zur Kabelmittelinie 1 zeigen.
Eine weitere Ausführungsalternative wird in 5 dargestellt. Dort wird ein Knick in einem Kugelgelenk bestimmt. Das Kugelgelenk besteht aus zwei Segmenten von Hohlkugeln 1 unterschiedlicher Radien. Die Radien der Hohlkugeln 1 sind so gewählt, dass Kugelgelenke aufeinander gesteckt werden können, so dass eine Kette gebildet wird.
Entlang der Kette können so Biegungen approximiert werden. Die Hohlkugeln 1 sind mit Führungsstiften 2 und Nutführungen 3 in axialer Richtung ausgestattet, sodass eine Torsion verhindert wird. In jedem Kugelgelenk ist zwischen den Hohlkugeln 1 eine Platine 4 befestigt, deren Flächennormale in axialer Richtung der Kugelgelenkkette zeigt. Auf dieser Platine 4 sind Sender 7 und Empfänger 6 des Wegsensors aufgebracht, wobei der Wegsensor den Abstand der Messstrecke zwischen Sender 7 und Empfänger 6 bestimmt.
So werden Messstrecken durch die Kugeln realisiert. Alternativ weisen die Platinen zusätzliche Bauelemente 5 für die Leitungsanbindung auf. Diese sind als Faltenbalg oder alternativ elastisch ausgeführt, um die Biegung aufzunehmen. Sie nehmen die Verbindungsleitungen zwischen den Platinen auf oder halten diese außerhalb des Messbereichs. Die Verbindungen sind helikal oder alternativ mäanderförmig im oder außerhalb des Bauelementes 5 geführt.
Die Messstrecken zwischen den Sendern 7 und den Empfängern 6 können mit sämtlich beschrieben Wegsensoren bestimmt werden, wobei vorliegend ein optischer Sensor eingesetzt ist. Die Auflösung des optischen Sensors liegt im Millimeter bis Zentimeterbereich.
Vorliegend wird die optische Erfassung beschrieben. Die Messung erfolgt in der axialen Mittellinie. Als Sender wird eine einzelne Leuchtdiode 7 verwendet. Als Empfänger dient eine positionsempfindliche Photodiode (PSD). Da bei kleinen Kugelgrößen der Naheffekt (Verteilung der LED Strahlcharakteristik) ausgenutzt wird, werden alternativ auf der Empfängerseite auch deutlich günstigere Photodioden oder -transistoren 6 verteilt angebracht. Diese unterteilen dann die Platine X in Empfangssektoren, um damit Biegungen in unterschiedliche Richtung zu unterscheiden.
Da durch die starren Kugelverbindungen keine Stauchungen oder Dehnungen erfolgen, genügen zwei orthogonal angeordnete Empfangssektoren, um Kugelverdrehungen in den entsprechenden Dimensionen zu detektieren.
Werden mehrere Sensoren eingesetzt, werden die zusätzlichen Informationen genutzt, um Messungenauigkeiten auszugleichen. Um die Länge der Messstrecken klein zu halten, steht die Sendediode 7 von der Platine 4 ab, um weiter ins Kugelzentrum zu ragen.
Beim Einsatz mehrerer Sendedioden 7, wird die axiale Mittellinie der Elemente frei für eine Seele, die mit verschiedenen Nutzfunktionen ausgestattet ist. Das funktioniert, da bei relativ kleinen Biegeradien die Seele nicht in die Messstrecken ragt.
Die elektronische Verschaltung der beschriebenen Komponenten ist in 6 als Blockschaltbild dargestellt. Es gibt einen (Host)Rechner 1, der Teil der gewünschten Anwendung ist. Er rechnet die Daten der Messstrecken in die gewünschten Informationen um. Insbesondere werden in einem Zwischenschritt lokale Biegewinkel berechnet. Diese Informationen stehen dann für die gesamte axiale Länge zur Verfügung.
Insbesondere werden die Biegewinkel zur Visualisierung der Raumsausprägungen benutzt. Dies erfolgt mit üblichen Visualisierungsumgebgungen wie z.B. DirectX oder Java3D, die es ermöglichen, in einem virtuellen Raum (Teil-)Segmente der Trägerstruktur darzustellen. An deren Ende wird ein neues Koordinatensystem zugordnet, an das das folgende (Teil-)Segment gebunden wird. Die Koordinatensysteme werden dann mit den zugehörigen lokalen Biegewinkeln parametrisiert. Dadurch ist eine Gesamtdarstellung einfach möglich.
Für Überwachungsanwendungen werden die Werte der lokalen Biegewinkel überwacht. Insbesondere ist das in einem einfachen Fall durch die Vorgabe von lokalen Schwellwerten möglich. In einer weiteren Ausgestaltung werden beliebige Kombinationen von Biegewinkelausprägungen überwacht. Die Vorgabe erfolgt typischerweise durch Musterkombinationen mit dem gewünschten Ausgabeergebnis. Damit das System auch für Biegewinkelkombinationen, die den Musterkombinationen nur ähnlich sind, auch ähnliche Ausgaben erzeugt, werden übliche Mustererkennungsverfahren, wie z.B. SVM (Support-Vektor-Machines) eingesetzt, die diese gewünschten Generalisierungseigenschaften realisieren.
Der (Host)Rechner 1 ist über eine serielle Verbindung 24 mit dem Programmiergerät 2 verbunden. Alternativ kann dies auch ein anderer (Host)Rechner sein, der dann die Entwicklungsumgebung für die Mikrocontroller betreibt. Programmiert werden die Mikrocontroller über einen seriellen Bus 7 z.B. anhand SPI. Jeder der drei dargestellten Mikrocontroller 4–6 ist an den Bus 7 mit den Abgriffen 11–13 angeschlossen.
Zur Programmierung verwenden die meisten Mikrokontroller einen dedizierten Input-Port, der für diesen Zweck aktiv gesetzt wird. Dies erfolgt vorliegend nicht über die Verbindungsleitungen der Trägerstrukturen, da dafür für jeden Mikrocontroller eine eigene Verbindung realisiert werden müsste. Dieser Input-Port zum Programmieren wird direkt vom vorgeschalteten Mikrocontroller betätigt. Dafür sind die Leitungen 15, 16 und 17 vorgesehen. Der vorgeschaltete Mikrocontroller „weiß" aus einer besonderen Speicherkonfiguration, die beim Programmieren mit in den Baustein geschrieben wird, dass er selbst gerade programmiert wurde und nun der nächste Mikrocontroller programmiert werden soll. Damit das Programmiergerät dafür den richtigen Zeitpunkt vorgibt, gibt es noch eine globale Signalisierungsleitung 14 mit den Abgriffen 21–23. Zur Initiierung der gesamten Programmierung wird von Mikrocontroller 3 ein Schalter 15 betätigt.
Mikrocontroller 3 hat eine besondere Aufgabe. Über den Datenbus 7 liest er die Messwerte der lokalen Mikrocontroller 4–6 und reicht sie an den (Host)Rechner 1 über die serielle Verbindung 25 weiter. Er übernimmt auch die Steuerung der Auswahl des messenden Mikrocontrollers. Dies geschieht über die Auswahlleitungen 18–20, die eine Auslesefunktion im Daisy-Chain Verfahren ermöglicht. In dieser Variante werden über diese Leitungen auch gleich die Sender der Messstrecken 8 und 9 aktiviert. In dieser Ausgestaltung werden sie vom Auswahlsignal des vorgeschalteten Mikrocontrollers mit geschaltet. Die Messstrecken haben dann vor der eigentlichen Messung noch Zeit Transienten abzubauen. In einer anderen Ausführung werden die Sender auch an einen Ausgangs-Port eines lokalen Mikrocontrollers angeschlossen. Ist ein Auswertungszyklus z.B. des Mikrocontrollers 5 erfolgt, benachrichtigt er den nächsten Mikrocontroller 6 über die Verbindung 20. Den globalen Takt bestimmt der Mikrokontroller 3 über die zur Laufzeit nicht benötigte Programmierleitung 14 und deren Abgriffe 21–23. In einer anderen Ausführung erfolgt das auch über eine separate Verbindung.
Zu einem Auswertezyklus gehören das Wandeln der Sensorwerte der Messstrecken 8 und 9 von analogen in digitale Werte und das Weiterreichen dieser Informationen über die Abgriffe 11–13 auf der Busleitung 7 zu Mikrocontroller 3, der sie dem (Host)Rechner 1 über die Verbindung 25 zur Verfügung stellt. Diese Verbindung ist eine rechnertypische Schnittstelle, wie z.B. USB, Firewire, Ethernet. Die Schaltung in 6 wird zur rechten Seite von weiteren Mikrocontrollern fortgesetzt, deren Beschaltung und Funktion der von den Mikrocontrollern 5 und 6 entspricht.

Claims

Trägerstruktur zum Messen eines Biegens, wobei der Trägerstruktur eine Aussparung mit einer Axialbeabstandung aufweist, sodass bei dem Biegen der Trägerstruktur im Wesentlichen eine Änderung der Axialbeabstandung und/oder Orthogonalbeabstandung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbeabstandung und/oder eine Orthogonalbeabstandung messtechnisch von einem Sensor, insbesondere einem Wegsensor oder einem Drucksensor, überbrückt ist.
Trägerstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei, drei, vier oder mehr Sensoren.
Trägerstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, drei, vier oder mehr Sensoren, versorgungstechnisch, messtechnisch, steuerungstechnisch, regelungstechnisch und/oder informationstechnisch, insbesondere mittels eines Bussystems, miteinander verbunden sind.
Trägerstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen zwei oder mehr Sensoren helikal oder mäanderförmig ausgestaltet ist.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren ein resistiver, kapazitiver, induktiver, optischer und/oder drucksensitiver Sensor ist.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei, drei, vier oder mehr Aussparungen.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei insbesondere der Empfänger ein ortsauflösender Empfänger ist.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor einen Mikrocontroller aufweist, welcher ein Sensorsignal auswertet, oder mehrere Sensoren jeweils einen Mikrocontroller aufweisen, welche jeweils Sensorsignale auswerten.
Trägerstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren einen gemeinsamen Mikrocontroller aufweisen.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor eine Signalkonditionierung aufweist oder mehrere Sensoren jeweils eine Signalkonditionierung aufweisen.
Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Wandler aufweist.
Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mikrocontroller eine Daisy-Chain-Kette bilden.
Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller ortsnah zum Sender platziert ist.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Wegsensor gemessene Strecke kleiner 3,0cm und größer als 0,1cm, insbesondere kleiner 1,2cm und größer 0,3cm, ist, wobei die Strecke insbesondere der Aussparbreite entspricht.
Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur als ein Gelenk ausgestaltet ist.
Trägerstruktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei, vier oder mehr Gelenke aufweist.
Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gelenke geführt ist, wobei insbesondere die Führung mittels einer Nutführung erfolgt.
Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur als Helix oder mäanderförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung, welche eine Trägerstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als ein Kabel, ein Schlauch, eine Leiterfolie, ein Endoskop, ein Kleidungsstück, ein Reifen, ein Tuch, ein Gewebe, ein Gitter oder ein Polster ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder die Trägerstruktur einen Ergänzungssensor, insbesondere einen Inertialsensor, Gyrosensor oder Kompasssensor, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder die Trägerstruktur einen Zusatzsensor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder die Trägerstruktur einen Aktor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass andere Teile als die Trägerstruktur torsionssteif ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor und/oder der Mikrocontroller und/oder das Gelenk licht- und/oder staubdicht ausgestaltet sind.
Daisy-Chain-Schaltung, welche insbesondere eine Trägerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist, mit einem erstem Mikrocontroller und einem nachfolgend angeordneten zweiten Mikrocontroller, wobei die beiden Mikrocontroller über einen Bus verbunden sind und an die Mikrocontroller jeweils wenigstens ein Sensor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mikrocontroller den nachgeordneten Mikrocontroller steuert.
Daisy-Cain-Schaltung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch weitere jeweils zu dem vorherigen Mikrocontroller nachgeschaltete Mikrocontroller, welche jeweils nachfolgende Mikrocontroller steuern.
Daisy-Cain-Schaltung nach einem der Ansprüche 26 oder 27, wobei der Sensor einen Sender und einen Empfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mikrocontrollergesteuert der Sender ein- und ausschaltbar ausgestaltet ist.
Daisy-Cain-Schaltung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrocontroller mittels der Steuerung umprogrammiert sind.
Leiterfolie, welche eine Daisy-Cain-Schaltung nach einem der Ansprüche 26 bis 29 aufweist.
Leiterfolie nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass diese starr und/oder flexibel ist.
Leiterfolie nach einem der Ansprüche 30 bis 31, gekennzeichnet dadurch, dass die Leiterfolie Bestandteil einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25 ist.