DE3713144A1 - Schichtfoermiger tastfuehler, insbesondere fuer roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen schichtförmigen Tastfühler, insbe­ sondere für Roboter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In den letzten Jahren ist die Anwendung automatischer Herstellungsverfahren, vor allem in der Industrie ständig angestiegen. Der Bedarf von Robotern zur Durchführung einer ständig steigenden Anzahl von Aufgaben hat einen Bedarf für ausgefeiltere Roboterausstattungen geschaffen. So soll zum Beispiel der Roboter eine Tastfühleinrichtung aufweisen.

Mit einer derartigen Fähigkeit kann ein Roboter einen Gegen­ stand unter gesteuerter Greifkraft halten und in einigen Fällen den gehaltenen Gegenstand identifizieren.

Ein Beispiel für ein Tastfühlen ist aus der US-PS 45 55 954 (Kim) bekannt geworden, welche am 03.12.1985 patentiert wurde. Diese Patentschrift zeigt eine Schalttafel 102 mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten leitenden Folien 104, von denen jede mit einem Dekoder 106 verbunden ist, um über die verschiedenen individuellen Folien zielgerichtet und selektiv Spannungen anzulegen. Ein anisotropischer Lei­ tungsweg 107 weist elektrische Leitungsstreifen 108 auf, die die Folie 104 überdecken, die aber von der Folie durch vor­ stehende Isoliervorsprünge 116 getrennt sind. Jeder der Strei­ fen 108 ist mit einem Multiplexer 115 verbunden. Die lei­ tenden Streifen 108 werden entsprechend einer angelegten Kraft deformiert, so daß die Lage und Größe der angewand­ ten Kraft durch die an dem Multiplexerausgang anliegenden Spannung bestimmt werden kann.

Die US-PS 45 55 953 (Dario), welche am 03.12.1985 erteilt worden ist, zeigt einen Sensor mit einer Oberflächenschicht 1, einer tiefen Tastschicht 2 und einer Zwischenschicht 3 zwi­ schen der Schicht 1 und 2. Die tiefe Tastschicht weist eine obere Schicht eines ferroelektrischen Polymers und eine Reihe von Metallelektroden 6 unterhalb des Filmes 4 auf. Die Oberflächenschicht umfaßt mehrere Metallelektroden 20, die sandwichartig zwischen zwei Schichten des ferroelektrischen Polymers angeordnet sind.

Diese Tastsensoren sind für bestimmte Gegenstände befrie­ digend, beispielsweise zum qualitativen Erspüren der Ma­ terialhärte, der Oberflächenbeschaffenheit bzw. -struktur oder des Schlupfes. Die hohen Kosten jedoch führen dazu, daß der im Gebrauch nur in wenigen spezialisierten Fällen stattfindet. Folglich sind sie nicht geeignet, in der Praxis die Sicherheit allgemein in automatischen Herstellungsver­ fahren durch weit verbreiteten Einsatz zu erhöhen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tastsensor, insbesondere für eine Roboterausrüstung zu schaf­ fen, mit dem die Sicherheit für eine derartige Roboteraus­ rüstung, für die Bearbeitungsgegenstände und insbesondere für die Bearbeitungspersonen, die in der Nähe dieser Aus­ rüstung arbeiten, verbessert wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine äußerst kostengünstige Tastfühlstruktur sicherzustel­ len, um diese bei einem Roboterarm oder bei anderen be­ wegbaren Gliedern als "Haut" einzusetzen, die im wesentlichen den ganzen Oberflächenbereich des Armes oder der Glieder abdeckt.

Zur Lösung dieser oder anderer Aufgaben ist eine Tastfühl­ haut für bewegbare Glieder vorgesehen. Die Haut umfaßt einen ersten flexiblen dielektrischen Film, der eine erste lsolierschicht bildet, die auf der Außenfläche eines beweg­ baren Gliedes vorgesehen ist, mit einer ersten Fläche, die von dem Glied nach außen weist. Ein zweier flexibler und dielektrischer Film bildet eine zweite Isolierschicht benach­ bart zur ersten Isolierschicht, und weist eine zweite Fläche auf, die auf die erste Fläche zu weist.

Auf eine der ersten oder zweiten Oberflächen wird eine im wesentlichen gleichförmige elektrische Leitungsverbindung auf der Basis von Karbon aufgelegt. Auf die andere der Oberflächen wird eine elektrisch leitende Metallverbindung aufgelegt, so daß die metallische Verbindung und die Kar­ bonverbindung über die Zwischenfläche zwischen der ersten und zweiten Isolierschicht benachbart liegen. Die metalli­ sche Verbindung wird getrennt aufgelegt, um mehrere dis­ krete Paare eines ersten und zweiten elektrischen Leitungs­ bereiches und einer dielektrischen Lücke zwischen den Lei­ tungsbereichen zu bilden. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine im wesentlichen konstante Potentialdifferenz zwi­ schen dem ersten Leitungsbereich und dem zweiten Leitungs­ bereich in jedem Paar zu erzeugen. Eine erste Schicht einer elastischen Faser (Fiber) bildet eine erste flexible Schicht, die auf der nach auswärts gerichteten Fläche der zweiten Isolierschicht angebracht ist, wobei eine elastische deformierbare Außenschicht auf der nach auswärts gerich­ teten Oberflächenseite der ersten flexiblen Schicht befestigt ist. Eine Steuereinrichtung, die auf eine Änderung der Höhe des elektrischen Stromes anspricht, der zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Leitungsbereich in jedem Paar fließt, steuert und kontrolliert die Bewegung der bewegba­ ren Glieder.

Die Einrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen konstan­ ten Potentialdifferenz kann einen ersten Leitungsweg in einer elektrischen Verbindung mit jedem der ersten Leitungs­ bereiche, einen zweiten Leitungsweg in jeder elektrischen Verbindung mit jedem der zweiten Leitungsbereiche, und eine Einrichtung zum Einstellen eines positiven Spannungs­ levels bzw. Spannungspegels in dem ersten Leitungsweg um­ fassen.

Der flexible dielektrische Film besteht vorzugsweise aus Polyester, wobei die bevorzugte Metallverbindung aus Silber­ oxid besteht. Eine zweite Schicht kann zwischen dem Glied und der ersten Isolierschicht vorgesehen sein.

Die Verbindung auf Karbonbasis, die das Silberoxid abdeckt, überbrückt die dielektrische Lücke zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Leitungsbereich. Aufgrund der Reaktion zwischen dem Silberoxid und Karbon steigt die Leitfähigkeit zwischen diesen Bereichen in Abhängigkeit der auf die zweite und dritte Schicht einwirkenden Kraft, und zwar im wesentli­ chen linear. Bei gegebener konstanter Potentialdifferenz über die Leitungsbereiche steigt die Amperezahl notwendigerweise mit dem Druck.

Die Abdeckung, Umhüllung oder Haut kann im wesentlichem ein bewegbares Glied umgeben, beispielsweise einen Roboter­ arm. Ein Kontakt zwischen dem bewegbaren Arm und einem Gegenstand führt zu einer elastischen Deformation der Außen­ schicht in der Nähe des Kontaktbereiches, wobei lokal der Druck zwischen der zweiten und dritten Schicht ansteigt, wo­ durch der durch jedes nachfolgende Paar der Leitungsbereiche fließende Strom ansteigt. Eine Steuer- und Kontrolleinrichtung, die auf eine steigende Amperezahl anspricht, kann den Arm verlangsamen, stoppen oder zurückziehen.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin begründet, daß der durch die diskreten Paare der Leitungs­ bereiche fließende Strom im wesentlichen linear abhängig ist zu einem Anstieg der Temperatur sowie einem Anstieg des Druckes. Somit ist die Steuereinrichtung geeignet, den Ro­ boterarm zu stoppen oder zurückzuziehen, bevor der Arm oder das in dem Arm gehaltene Bearbeitungsstück einer starken Hitze ausgesetzt wird.

Auf einer breiteren Fühlskala kann zwischen einem Gegenstand mit Umgebungstemperatur und einem erwärmten Gegenstand, beispielsweise einer menschlichen Hand unterschieden werden. Somit kann die Umhüllung und Abdeckung des Roboterarmes eine Verletzung der Bedienungsperson verhindern. Ebenso wird es dadurch möglich, daß eine Bedienungsperson einen fehl­ laufenden Roboterarm einfach durch einen Kontakt mit seinem Arm oder seiner Hand gestoppt werden kann.

Die Abdeckung erfordert eine minimale Anzahl von verschie­ denen Schichten. Somit muß nur eine der als Zwischenschicht angeordneten elektrisch leitenden Flächen, d.h. die Silber­ oxidfläche in diskreten Leitungsbereichen ausgebildet wer­ den. Dies vermindert die Kosten der Abdeckung, wodurch hierdurch der Anwendungsbereich vergrößert wird, weil die Abdeckung ökonomisch eingesetzt werden kann.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung wer­ den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung mit einem Ab­ schnitt eines Roboterarmes, der von einer erfindungsgemäßen Tastfühlhaut umgeben ist;

Fig. 2 : eine Querschnittsdarstellung der Tastfühlhaut;

Fig. 3: eine Querschnittsdarstellung längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4: eine alternative Anordnung der Leitungsbereiche in der Haut.

Nachfolgend wird auf die Figuren Bezug genommen. Dabei ist in Fig. 1 ein Abschnitt eines Roboterarmes 16 gezeigt, der mit einer Tastfühlhaut oder Umhüllung 18 umgeben ist. In der Umhüllung 18 sind mehrere getrennte bzw. diskrete Paare 20 von elektrisch leitenden Bereichen gebildet, die in der Umhüllung eingebettet sind und die deshalb strich­ liert gezeigt sind. Jedes Paar 20 umfaßt einen ersten leiten­ den Bereich 22, einen leitenden Bereich 24 und eine dielektri­ sche Lücke 26 zwischen den Bereichen 22 und 24. Ein lei­ tender Bereich 28 ist gegenüberliegend zu dem ersten und zweiten leitenden Bereich angeordnet. Falls gewünscht, kön­ nen zahlreiche zusätzliche Paare von leitenden Bereichen an ausgewählten Stellen in der gesamten Umhüllung 18 vor­ gesehen sein.

Eine positive Spannungsquelle V+ wird an einen ersten Draht 30 angelegt, der eine elektrische Leitung zu dem leitenden Bereich 22 darstellt. Ein zweiter Draht 32 bildet eine Lei­ tung von dem leitenden Bereich 24 zur Masse, längs der ein Amperemeter 34 geschaltet ist. Der Ausgang des Ampereme­ ters 34 ist ein Signal, welches entsprechend des dort hin­ durchfließenden Stromes variiert. Dieses Signal wird an einen Eingang eines ersten Komparators 36 über einen Signalver­ stärker 38 gelegt. Ein Signal von einer ersten Referenzquelle 40 wird an einen zusätzlichen Eingang an den Komparator gegeben. Ein auf dem Vergleich des Verstärkersignals mit dem Referenzsignal basierenden Differenzsignal wird an eine Leistungsversorgung 42 gelegt, welche wiederum die Bewegung des Roboterarmes 16 steuert. Obwohl nur ein Steuerkreis gezeigt ist, ist es selbstverständlich, daß für jedes Paar 20 ein derartiger Steuerkreis vorgesehen ist.

Um die Armsteuerungsmöglichkeit zu verbessern, kann auch der Ausgang des Verstärkers 38 an einen zweiten Komparator 34 gelegt werden, wo ein Vergleich mit dem Eingang einer zweiten Referenzquelle 46 stattfindet. Diese Anordnung er­ laubt eine Zweistufen-Empfindlichkeit bei angestiegenem Strom zwischen den ersten und zweiten leitenden Bereichen 22 und 24. Zum Beispiel kann bei einem ersten, niedriger festgestellten gemessenen Stromniveau die Leistung von der Lei­ stungsversorgung 42 vermindert werden, um die Geschwin­ digkeit des Armes 16 zu verringern. Sollte der Strom weiter­ hin ansteigen und ein zweites Niveau übersteigen, welches durch eine Signalamplitude angezeigt wird, die größer ist als die der zweiten Referenzquelle 46, dann kann die Leistung von der Leistungsversorgung 42 abgeschaltet werden, um den Arm zu stoppen.

Im Betrieb kann das Signal von der Referenzquelle 40 so eingestellt werden, daß dann, wenn das Verstärkersignal vom Amperemeter 34 einen ausgewählten Wert übersteigt, der Komparatorausgang die Leistungsversorgung unterbricht, um die Armbewegung zu beenden, oder alternativ die Lei­ stungsversorgung so ansteuert, daß die Armbewegung ver­ zögert oder die Richtung der Armbewegung umgekehrt wird.

Fig. 2 illustriert verschiedene Schichten der Tastfühlhaut 18. Benachbart zum Roboterarm 16 ist eine erste Schicht 50, die aus flexibler Faser (Fiber) gebildet ist, und die beispielsweise aus Faser der Marke Kevlar besteht. Die Um­ hüllung 18 ist üblicherweise nicht fest und permanent an dem Arm 16 angebracht bzw. angebondet, sondern rutscht über den Arm um ähnlich einer Hülse, einen Reibeingriff mit dem Arm zu bilden.

Wenn gewünscht, kann Epoxy verwendet werden, um die Umhüllung permanent und ständig zu befestigen. Auf der nach außen gerichteten Fläche der Schicht 50 ist eine Bond­ schicht aus Epoxykleber 52 vorgesehen, mittels der ein erster flexibler elektrischer Isolierfilm 54 an der Schicht 50 angebracht ist. Der Film 54 kann aus flexiblem Polyester bestehen, wie der, der beispielsweise unter dem Warenzeichen Mylar verkauft wird.

In vielen Anwendungsfällen ist eine Schicht 50 nicht notwen­ dig. In diesen Fällen ist der Film 54 direkt auf dem Arm 16 angebracht. Wenn jedoch laterale (horizontal, wie in Fig. 2 gezeigt) Spannungen zwischen benachbarten Schichten erwartet werden, dann ist die Schicht 50 zum Absorbieren und Aufnehmen einer derartigen Spannung gut geeignet. Auf der nach oben weisenden Fläche des Filmes 54 ist eine erste Lei­ tungsschicht 56 gebildet, die aus einer auf Karbon basie­ renden Verbindung besteht, und die Karbonpartikel in einem Harz-Bindemittel umfaßt.

Direkt nach außen gewandt von dem ersten Film 54 ist ein zweiter flexibler und elektrisch isolierender Film 58 vorge­ sehen, der vorzugsweise auch aus einem Polyesterfilm be­ steht. Wie mit den strichlierten Linien bei 60 angedeutet ist, können die Isolierfilme 54 und 58 aus einem einzigen Band eines Polyesterfilmes bestehen, der längs einer Seite gefaltet ist. Eine Metallverbindung, vorzugsweise Silberoxid (Ag₂O) in einem Bindemittel, ist auf die nach innen gerich­ tete Seitenfläche des zweiten Filmes 58 gelegt, um eine zweite Leitungsschicht 62 zu bilden, wodurch eine Zwischen­ und Berührungsfläche zwischen den Filmen 54 und 58 gebil­ det ist, über welche die Karbon- und Silberoxid-Schichten sich berühren bzw. aneinandergrenzen.

Die Anwendung kann vervollständigt werden, indem ein Sei­ densiebdruck, Ätzen oder andere geeignete Maßnahmen durchgeführt werden. Während Silberoxide bevorzugt wer­ den, können auch Gold- oder Kupferverbindungen ebenfalls verwendet werden.

Eine Bondschicht 64 aus Epoxykleber befestigt eine zweite Schicht 66 auf der nach auswärts gerichteten Seitenfläche des zweiten Isolierfilmes 58. Wie die Schicht 50, ist die zweite Schicht 66 vorzugsweise aus Keflar-Faser gebildet.

Von der Außenfläche der zweiten Schicht 66 ist eine Bond­ schicht 68 aus Epoxykleber vorgesehen, welche eine ela­ stisch deformierbare Außenschicht 70 gegenüber der zweiten Schicht bindet. Die Außenschicht 70 besteht vorzugsweise aus strukturiertem bzw. gewebtem Material, vorzugsweise Gummi, Urethan oder strukturiertem Neopren und kann eine aufgerauhte Außenfläche, wie gezeigt, aufweisen, um das Greifen von Gegenständen zu verbessern. Die zweite Schicht 66 absorbiert querwirkende Kräfte zwischen der Außenschicht 70 und dem zweiten Film 58 und schützt ferner den zweiten Film 58 vor übermäßigen Kräfteeinwirkungen.

Eines der diskreten Paare 20 ist in Fig. 3 gezeigt, um den getrennten Aufbau zu verdeutlichen, wie Silberoxide auf der nach innen weisenden Seitenfläche des zweiten Iso­ lierfilmes 58 aufgebracht sind. Das Paar umfaßt seine zugeord­ nete erste Leitungsschicht 22, die zweite Leitungsschicht 24 und die dielektrische Lücke 26, die die Leitungsschichten voneinander trennt. Seidensiebdruck, Ätzen oder andere ge­ eignete Verfahren werden angewandt, um die Silberoxide auf­ zubringen.

Die auf Karbon basierende Schicht 56 liegt den Silberoxiden gegenüber und wird nicht so aufgetragen, um Muster von Leitungsbereichen zu bilden, sondern sie ist im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Außenoberfläche des ersten Filmes 54 verlaufend vorgesehen. Bei bestehendem gegensei­ tigen Kontakt zwischen der auf Karbon basierenden und der Silberoxid-Schichten 56 und 62 wird durch die auf Karbon basierenden Schicht 56 die Lücke zwischen den benachbarten ersten und zweiten Leitungsbereichen überbrückt. wodurch ein Stromfluß zwischen diesen Bereichen ermöglicht wird. Vorzugsweise bildet die Lücke 26 einen nicht regelmäßigen, Zick-Zack-Weg, um deren Länge bezogen auf die Größe der Bereiche 22 und 24 zu vergrößeren, um die Leitung zu ver­ stärken.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Paar 120, welches einen drit­ ten elektrischen leitenden Bereich 122 und einen vierten elektrischen leitenden Bereich 124 umfaßt, die voneinander durch eine isolierende Lücke 126 getrennt sind. Die leitenden Bereiche und die Lücke verlaufen parallel zueinander, im wesentlichen in einer Spiralmuster-Form. Ein besonderer Vorteil dieser Konstruktion liegt in der ausreichenden Länge der Lücke 126 in Bezug auf den Oberflächenbereich der lei­ tenden Bereiche. Auch im Hinblick auf die relativ nahen und schmalen Bogenbereiche, ist das alternative Paar 120 ver­ glichen mit dem Paar 20 gefühlsintensiver bzw. tastintensiver bzgl. stark lokalisierter Nadelpunktdrücken. Es wird ange­ merkt, daß die folgende Betriebsbeschreibung, die im Zusam­ menhang mit den ersten und zweiten Leitungsbereichen 22 und 24 gegeben wird, genauso auch auf die dritten und vierten Leitungsbereiche 122 und 124 angewandt werden kann.

Die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Bereichen wird durch chemische Interaktion zwischen dem Karbon und dem Silberoxid beeinflußt und wird folglich durch ein Ansteigen der Temperatur im Hinblick auf die leitenden Bereichspaare 20 verstärkt. Der Strom reagiert ebenso empfindlich auf den auf den zweiten Film 58 durch die äußere Schicht 70 ange­ wandten Druck, der den Film 58 gegen den Film 54 zudrücken sucht. Die Amperezahl tendiert zum Ansteigen, wenn der Druck ansteigt und weil die Filme 54 und 58 und die Außen­ schicht 70 zusammengepreßt werden, wodurch eine Neigung zur Hitzeerzeugung in diesen Schichten besteht.

Der Roboterarm 16, wenn er in einem bestimmten automati­ schen Herstellungsverfahren angewandt wird, hat eine wohl definierte Arbeitshüllkurve bzw. Arbeitsbereich, z. B. einen Bogensektor, der von dem Arm überstrichen wird, wenn er ein Werkstück an einer Stelle aufgreift und an einer anderen Stelle abstellt. Jeder Gegenstand, der in diesen Arbeitsbe­ reich hineingerät, kann möglicherweise auf den Roboterarm auftreffen. Ein solches Auftreffen kann so unbedeutend, wie das Beiseiteschieben eines störenden Werkstückes, oder so ernst­ haft sein, wie ein Einklemmen oder andere körperliche Verletzun­ gen einer Bedienungsperson. Mit einem mit der Tastfüllhaut 18 umgebenen Arm können ernsthafte Verletzungen vermieden werden, da ein bewegter Arm 16 beinahe augenblicklich beim Auftreffen auf einen Gegenstand gestoppt werden kann.

Dem Zusammentreffen mit einem Roboterarm 16 geht eine Bewegung eines Gegenstandes relativ zu dem Roboterarm auf den Arm zu voraus, wie dies durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist.

Kurz nach dem Kontakt wird eine elastische Vertiefung in der Außenschicht 70 gebildet, wie dies mit den strichlierten Linien bei 72 angedeutet ist, und wie sich dies entsprechend der Größe und Form des Gegenstandes ergibt. Die Vertiefung absorbiert nicht die gesamte Kraft des Kontaktes zwischen dem Gegenstand und dem Arm. Die verbleibende Kraft wird durch die Außenschicht 70 auf den zweiten Film 58 übertra­ gen, die ihn gegen den ersten Film 54 preßt. Für jedes Paar 20 der leitenden Bereiche im Gebiet des angestiegenen Druckes wird die Leitfähigkeit zwischen den ersten und zweiten Bereichen 22 und 24 vergrößert. Im Hinblick auf das konstante zwischen den leitenden Bereichen aufrechter­ haltene Potential resultiert dies in einem angestiegenen Strom.

Eine fortgesetzte Armbewegung auf den Gegenstand zu erhöht den Druck zwischen den Filmen 54 und 58, wodurch die Amperezahl ansteigt. Möglicherweise übersteigt die Ampere­ zahl den vorbestimmten Betrag, so daß der Arm 16 verzö­ gert, gestoppt oder in Übereinstimmung mit dem voreinge­ stellten Signal an der Leistungsversorgung 42 zurückgezogen wird.

Ein Gegenstand mit einer Temperatur oberhalb der Umgebungs­ temperatur überträgt auch Wärme auf den Arm 16 durch die Umhüllung 18, und zwar entsprechend der Hitzeleitfähigkeit und Dicke der Schichten innerhalb der Umhüllung 18 und der Temperaturdifferenz zwischen dem Arm 16 und dem Ob­ jekt. Eine solche Wärmeübertragung läßt die Temperatur an der Grenzfläche zwischen den Filmen 54 und 58 ansteigen.

In Kooperation mit dem angestiegenen Druck trägt dies zu einem beschleunigten Ansteigen der Amperezahl bei. Folglich kann der Roboterarm 16, der von der Umhüllung 18 umge­ ben ist, zwischen einem Objekt bei Zimmertemperatur und einem wärmeausstrahlenden Gegenstand "unterscheiden".

Die zum Aufrechterhalten einer jeden ersten Leitungsschicht bei einer positiven Spannung notwendige Leistung ist sehr gering, da der Strom in dem 1-1000 micro Amperezahl­ bereich ein zufriedenstellendes Signal für die Komparatoren 36 und 44 erzeugt, insbesondere, wenn es durch den Ver­ stärker 38 verstärkt wird. Die positive Spannung für V+ wird aus dem Bereich von .05 bis 15 V ausgewählt. Wenn die Temperatur- und Druckempfindlichkeit im wesentlichen linear ist, insbesondere im Bereiche von + oder -5% des ausgewählten Stromniveaus, kann auch die Empfindlichkeit des Armes 16 bezüglich des Druckes und der Temperatur verbessert oder durch Änderungen des Ausgangs der Referenz­ quellen 40 oder 46 verringert werden.

Die Umhüllung 18 kann als Haut montiert werden, die im wesentlichen die gesamte äußere Fläche des Armes 16 oder andere bewegbare Glieder abdeckt. Somit kann sie den Ro­ boterarm von Staub und anderen Dingen schützen, sowie vor drohenden Kollisionen mit unerwarteten Gegenständen im Arbeitsbereich des Roboters warnen und einer Bedienungsperson eine Gelegenheit zum Stoppen des Roboterarmes bieten, in dem einfach auf einen Abschnitt der Umhüllung an oder in der Nähe eines Paares der Leitungsbereiche geschlagen oder in ande­ rer Weise berührt werden.

Eine Vielschicht-Tastfühleinrichtung bzw. -haut ist für einen Roboterarm 16 oder dergleichen bestimmt. Die Haut oder Umhüllung 18 umfaßt benachbarte Schichten von elektrisch isolierenden Filmen 54, 58 , die mit gegenüber­ liegenden in Berührung stehenden Flächen versehen sind. Eine elektrisch leitende und auf Karbon basierende Verbin­ dung ist gleichmäßig auf die eine der Oberfläche aufgetra­ gen, während die andere Oberfläche ausschnittweise mit Silberoxid beschichtet ist, um eine Reihe von Paaren 20, 120 von ersten und zweiten elektrisch leitenden Bereichen 22, 122; 24, 124 zu bilden, die voneinander über eine dielektrische Lücke 26, 126 getrennt sind. Der auf Karbon basierende Leiter überbrückt die Lücke 26, 126 zwischen den leitenden Bereichen 22, 122; 24, 124 in jedem Paar 20, 120 , wodurch ein elektrischer Stromfluß zwischen diesen Bereichen erlaubt wird. Der Stromfluß steigt dann an, wenn der Druck über die Grenzfläche zwischen den Filmschichten 54, 58 ansteigt, wobei der Anstieg der Amperezahl benutzt werden kann, um ein Signal für die Roboter-Leistungsver­ sorgung zu triggern, um die Armbewegung zu verzögern, zu stoppen oder umzukehren.

Claims (8)

1. Schichtförmiger Tastfühler für bewegbare Glieder gekenn­ zeichnet durch einen ersten flexiblen dielektrischen Film (54), der eine erste Isolierschicht bildet, die in Bezug auf die Außenfläche eines bewegbaren Gliedes (16) mon­ tiert ist und mit einer ersten nach außen von dem Glied (16) weg gerichteten Fläche;
einen zweiten flexiblen und dielektrischen Film (58), der eine zweite Isolierschicht benachbart zu der ersten Isolierschicht (54) bildet und der eine zweite gegen­ über zur ersten Oberfläche liegende Fläche aufweist;
eine auf Karbon basierende elektrische Leitungsverbin­ dung (56), die im wesentlichen gleichförmig auf eine der beiden ersten und zweiten Flächen aufgetragen ist,
eine elektrisch leitende Metallverbindung (62), die getrennt auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, wobei die metallische Verbindung (62) und die auf Karbon basierende leitende Verbindung (56) über eine Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Film (54, 58) in Berührung stehen, wobei die Metallverbindung (62) getrennt vorgesehen ist, um mehrere diskrete Paare (20; 120) von ersten und zweiten elektrisch lei­ tenden Bereichen (22, 24; 122, 124) und eine dielek­ trische Lücke (26; 126) zwischen den leitenden Be­ reichen (22, 24; 122, 124) eines jeden Paares (20; 120) zu bilden;
eine Einrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen konstanten Potentialdifferenz zwischen dem ersten lei­ tenden Bereich (22; 122) und dem zweiten leitenden Bereich (24; 124) in einem jeden Paar (20; 120);
einer ersten Schicht (66) aus elastischem Fibermaterial, die eine erste flexible Schicht bildet, die auf der nach außen gerichteten Außenfläche des zweiten Filmes (58) angebracht ist:
eine elastisch deformierbare Außenschicht (70), die auf der nach außen gerichteten Oberfläche der ersten flexi­ blen Schicht angebracht ist; und
eine Steuereinrichtung (30-42), die auf Veränderungen in der Größe des elektrischen Stromes, der zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitenden Bereichen (22, 24; 122; 124) fließt, zur Steuerung der Bewe­ gung des Gliedes (16) anspricht.

2. Schichtförmiger Tastfühler nach Anspruch 1, ferner ge­ kennzeichnet durch eine zweite Schicht (50) aus elastischem Fibermaterial, die eine zweite flexible Schicht (50) benachbart zu der nach außen gerichteten Fläche des bewegbaren Gliedes (16) bildet, wobei der erste Film (54) an der nach außen gerichteten Oberfläche der zweiten Schicht (50) angebracht ist.

3. Schichtförmiger Tastfühler nach Anspruch 1 oder 2, ge­ kennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten Potentials, umfassend eine erste Leitung (30) als elektrische Verbindung mit jedem der er­ sten elektrisch leitenden Bereiche (22; 122) und eine zweite Leitung (32) als elektrische Verbindung mit jedem der zweiten elektrisch leitenden Bereiche (24; 124) und Ein­ richtungen zur Bereitstellung eines positiven Spannungs­ niveaus (V+) in der ersten elektrischen Leitung (30).

4. Schichtförmiger Tastfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten flexiblen Filme eine einzige Schicht aus Polyesterfilm auf­ weisen.

5. Schichtförmiger Tastfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Metallver­ bindung (62) Silberoxid umfaßt.

6. Schichtförmiger Tastfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lücke (26; 126) längs eines unregelmäßigen Weges geformt ist, um deren Länge bezogen auf die Größe der Bereiche (22, 122; 24, 124) zu vergrößern.

7. Schichtförmiger Tastfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder erste leitende Bereich (122), der zweiten leitenden Bereiche (124) und der Lücke (126) in einem Spiralmuster angeordnet sind.

8. Schichtförmiger Tastfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Filme (54, 58), die erste Schicht (66) und die Außenschicht (70) im wesentlichen das gesamte bewegbare Glied (16) in umge­ bender Anordnung überdecken.