DE3713144A1 - Schichtfoermiger tastfuehler, insbesondere fuer roboter - Google Patents
Schichtfoermiger tastfuehler, insbesondere fuer roboterInfo
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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.
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.
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