NL1002907C2

NL1002907C2 - Tastsensor en werkwijze voor het bepalen van een afschuifkracht en van slip met een dergelijke tastsensor.

Info

Publication number: NL1002907C2
Application number: NL1002907A
Authority: NL
Inventors: Fulco Zee; Eduwardus Gerardus Mari Holweg; Paulus Petrus Leonardu Regtien; Willem Jongkind
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-10-21
Also published as: EP0894238B1; WO1997040339A1; EP0894238A1; AU2578197A; US6188331B1; DE69723067D1

Description

Tastsensor en werkwijze voor het bepalen van een afschuif-kracht en van slip met een dergelijke tastsensor

De uitvinding heeft betrekking op een tastsensor omvattende een basisplaat welke aan een eerste zijde is voorzien van een meertal een rij vormende elektrisch geleidende draden, en aan een tegenover de eerste zijde gelegen tweede 5 zijde van de basisplaat is voorzien van een meertal een kolom vormende elektrisch geleidende draden die elk kruispunten vormen met de rij vormende elektrisch geleidende draden, waarbij ieder van de kolom vormende draden nabij ieder kruispunt met de rij vormende draden elektrische contacten heeft 10 die gelegen zijn aan de eerste zijde van de basisplaat, en dat op de eerste zijde van de basisplaat een afdeklaag is aangebracht welke een drukafhankelijke elektrische weerstand heeft en welke geschikt is om te zamen met de elektrische contacten van de kolom vormende draden, en de rij vormende 15 draden een of meer stroomwegen te vormen.

Een dergelijke tastsensor is bekend uit het tijdschrift MDe Ingenieur”, jaargang 108, nummer 5, 20 maart 1996, pagina's 28-31. De bekende tastsensor heeft als basisplaat een zogeheten printed circuit board, dat is een print-20 plaat met een bedrukte bedrading. Deze bedrukte bedrading is aangebracht aan weerszijden van de print. De bedrukte bedrading bestaat uit 16 evenwijdige stroken elektrisch geleidend materiaal aan een eerste zijde van de print en 16 evenwijdige stroken geleidend materiaal aan de andere zijde van de print 25 die dwars op de eerstgenoemde stroken zijn aangebracht. Ter plaatse van de kruispunten is slechts voor de stroken aan de eerste zijde een metallische verbinding van de ene zijde naar de andere zijde aangebracht, echter zodanig dat deze elektrische doorverbindingen eilandjes vormen ter plaatse van de 30 kruispunten binnen de stroken geleidend materiaal aan de andere zijde van de print. Op de laatstgenoemde zijde is voorts voorzien in een afdeklaag van een elektrisch geleidende rubber met een drukafhankelijke elektrische weerstand. Door belasting van de sensor aan de zijde van de afdeklaag is het 35 mogelijk zowel positie als kracht te meten van de aangebrach- 1002907 2 te belasting.

De uitvinding stelt zich ten doel deze bekende sensor zodanig te verbeteren, dat ook tangentiële of afschuif-krachten met deze sensor gemeten kunnen worden, en om met de 5 sensor nauwkeuriger en continu het begin en het verloop van slip te kunnen meten.

Daartoe wordt volgens de uitvinding de tastsensor erdoor gekenmerkt, dat de afdeklaag is verdeeld in segmenten, waarbij ieder segment ten minste twee naburige kruispunten 10 bedekt. Op deze wijze is het mogelijk dat een verschil in belasting ten gevolge van optredende afschuifkrachten bij naburige kruispunten gemeten kan worden doordat de segmentatie thans in afwijking van de stand van de techniek de mogelijkheid biedt van onderling afwijkende normaalkrachten ter 15 plaatse van deze naburige kruispunten.

De uitvinding is tevens belichaamd in een werkwijze voor het bepalen van een afschuifkracht bij belasting van een tastsensor zoals hierboven besproken. Deze werkwijze is er volgens de uitvinding door gekenmerkt, dat weerstandswaarden 20 worden bepaald van stroomwegen gevormd tussen de aansluitpun-ten van ieder van de rij vormende elektrisch geleidende draden, en van ieder van de kolom vormende elektrisch geleidende draden, dat deze weerstandswaarden voor iedere stroomweg worden omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de 25 belasting ter plaatse van de kruispunten van de rij vormende en de kolom vormende draden, en dat het verschil tussen de getalswaarden van naburige kruispunten wordt bepaald als maat voor de op de sensor uitgeoefende afschuifkracht.

Indien de tastsensor wordt uitgevoerd zodanig dat 30 ieder segment vier naburige kruispunten bedekt die de hoekpunten van een vierkant vormen, is het mogelijk om de af-schuifkrachten in een willekeurige oriëntatie liggend in het vlak van de afdeklaag te meten door ontbinding van de gemeten krachten in samenstellende orthogonale richtingen welke zijn 35 bepaald door deze vier naburige kruispunten.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van de tastsensor volgens de uitvinding is die waarbij de afdeklaag uit afzonderlijke segmenten is opgebouwd welke onderling geen contact hebben. Bij voorkeur echter is de tastsensor volgens de uit- 1002907 3 vinding zo uitgevoerd dat de afdeklaag een ongedeeld basisvlak omvat dat rust op de eerste zijde van de basisplaat, en dat op het basisvlak onderling gescheiden uitsteeksels zijn voorzien die de segmenten vormen. Deze tastsensor laat zich 5 bijzonder eenvoudig vervaardigen. Met name wanneer de afdeklaag gevormd is uit een elektrisch geleidende rubber met een drukafhankelijke elektrische weerstand wordt deze volgens de uitvinding eenvoudig verschaft doordat in de rubber elkaar kruisende insnijdingen zijn aangebracht, en dat tussen de in-10 snijdingen de segmenten zijn gelegen.

De tastsensor volgens de uitvinding leent zich zoals hierboven genoemd bijzonder goed voor het meten van afschuif-krachten. Daarnaast is met de uitvinding een tastsensor verschaft met verhoogde gevoeligheid voor het bepalen van slip 15 tijdens belasting van de tastsensor. Daartoe wordt volgens de uitvinding deze sensor zodanig toegepast dat weerstandswaar-den worden bepaald van stroomwegen gevormd tussen de aan-sluitpunten van ieder van de rij vormende elektrisch geleidende draden, en van ieder van de kolom vormende elektrisch 20 geleidende draden, dat deze weerstandswaarden voor iedere stroomweg worden omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de belasting ter plaatse van de kruispunten van de rij vormende en de kolom vormende draden, dat deze getalswaarden worden getotaliseerd tot een hoofdwaarde, en dat van 25 een reeks van deze hoofdwaarden een frequentiespectrum wordt bepaald en het voorkomen van voorafbepaalde frequentiekarak-teristieken wordt gedetecteerd ter indicatie van de slip.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening van een niet-beperkend uitvoeringsvoor-30 beeld. In de tekening toont fig. la een bovenaanzicht van de tastsensor volgens de uitvinding; fig. lb een zijaanzicht van de tastsensor volgens de uitvinding; 35 fig. 2a een doorsnede van de tastsensor volgens de uitvinding; fig. 2b een gedeeltelijk bovenaanzicht van de tastsensor volgens de uitvinding; fig. 3 een weerstandskarakteristiek van de afdeklaag 1002907 4 welke deel uitmaakt van de tastsensor volgens de uitvinding; fig. 4a een meetkarakteristiek bij normale belasting van de tastsensor volgens de uitvinding; en fig. 4b een meetkarakteristiek bij belasting met een 5 afschuifkracht van de tastsensor volgens de uitvinding.

In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

In fig. la wordt het bovenaanzicht van de tastsensor 1 getoond, waarbij insnijdingen 2 zijn voorzien in het mate-10 riaal van de afdeklaag aan deze bovenzijde. De afdeklaag wordt bij voorkeur gevormd uit een elektrisch geleidende rubber met een drukafhankelijke elektrische weerstand waarvan een mogelijke karakteristiek getoond is in fig. 3. De insnijdingen zijn zodanig aangebracht dat deze elkaar kruisen waar-15 bij tussen de insnijdingen de segmenten 3 zijn gelegen. Dit is ook duidelijk zichtbaar in fig. lb, waarin tevens getoond is dat de afdeklaag welke in het algemeen met verwijzingscij-fer 4 is aangeduid, is aangebracht op een basisplaat 5.

Zoals duidelijker getoond in fig. 2a, is de basis-20 plaat 5 aan weerszijden voorzien van een gedrukte bedrading, namelijk aan de eerste zijde een gedrukte bedrading 6 en aan de tegenover de eerste zijde van de basisplaat 5 gelegen tweede zijde een bedrading 7. De bedrading 7 kent gemetalliseerde doorboringen 8 en 9 door het materiaal van de basis-25 plaat 5 voor het vormen van elektrische contacten 10 en 11 aan de eerste zijde van de basisplaat. Een gedeeltelijk bovenaanzicht waarbij de afdeklaag 4 niet is weergegeven, wordt getoond in fig. 2b, dat een schematisch bovenaanzicht van een gedeelte van de sensor toont onder weglating van de afdeklaag 30 4. Weergegeven zijn elektrisch geleidende draden 7 welke zijn aangebracht aan de onderzijde van de basisplaat 5, alsmede de met de draden 7 elektrisch verbonden contacten 10 en 11 die zijn aangebracht aan de bovenzijde van de basisplaat 5. Deze contacten 10 en 11 zijn als eilandjes gelegen in elektrisch 35 geleidende draden 6 die aan de bovenzijde van de basisplaat 5 zijn voorzien en die dwars georiënteerd zijn ten opzichte van de geleidende draden 7 aan de onderzijde van de basisplaat 5. Het elektrische contact tussen de contacten 10 en 11 welke in verbinding staan met de geleidende draden 7, en de geleidende

1 0 0 ° Γ T

5 draden 6, wordt verzorgd door de afdeklaag 4. Bij belasting van deze afdeklaag 4 verbetert het elektrisch contact tussen respectievelijk de geleidende draden 6 en de geleidende draden 7 en dit wordt gemeten ter bepaling van de aard en de 5 mate van belasting van de tastsensor 1.

Zoals fig. 3 toont, neemt de weerstandswaarde R van de afdeklaag 4, in dit geval is dat een elektrisch geleidende rubber, af bij toenemende belasting. Volgens de uitvinding is de afdeklaag 4 verdeeld in segmenten 3 waarbij ieder segment 10 ten minste twee naburige kruispunten bedekt. Deze kruispunten zijn de punten waar de elektrische draden 7 en 6 elkaar kruisen. In het in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld getoonde geval vallen deze kruispunten samen met de elektrische contacten 10 en 11. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de tast-15 sensor volgens de uitvinding bedekt ieder segment 3 vier naburige in een vierkant liggende kruispunten, zodat afschuif-krachten in twee orthogonale richtingen kunnen worden bepaald.

In fig. 4a en 4b is een voorbeeld van een tastsensor 20 volgens de uitvinding getoond, waarbij een rij van 16 onderling evenwijdige elektrisch geleidende draden aan de onderzijde van de basisplaat 5 is toegepast, alsmede een dwars daarop geplaatste kolom van 16 onderling evenwijdige elektrisch geleidende draden aan de bovenzijde van de basisplaat 25 5, in welke opstelling in totaal 256 kruispunten aanwezig zijn welke in een matrix zijn georganiseerd. In fig. 4a is het meetresultaat getoond dat ontstaat bij normale belasting van de tastsensor volgens de uitvinding zoals gemeten langs de 16 stroomwegen waarvan één geleidende draad 7 deel uit-30 maakt. Hiertoe zijn langs de X-as de kruispunten, genummerd 1 tot 16, aangeduid welke ieder van een dergelijke stroomweg deel uitmaken. In fig. 4a is getoond dat bij toepassing van een normaalkracht Fn op de tastsensor welke uniform verdeeld is, een zelfde weerstandswaarde zoals uitgezet langs de Y-35 ordinaat voor iedere stroomweg gemeten wordt. Indien, zoals in fig. 4b getoond, behalve een normaalkracht F„ tevens een afschuifkracht Ft wordt toegepast, ontstaat een meetresultaat zoals dat tevens in deze figuur is aangegeven. Getoond is dat van ieder tweetal naburige kruispunten dat zich onder een 1005907 6 segment 3 bevindt, een verschil in weerstandswaarde wordt gemeten. Deze weerstandswaarden worden voor iedere stroomweg omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de belasting ter plaatse van deze kruispunten. Het verschil tussen de 5 getalswaarden van de naburige kruispunten onder één segment 3 zoals hierboven bedoeld, wordt vervolgens bepaald als maat voor de op de sensor 1 uitgeoefende af schuif kracht Ft.

Zoals hierboven reeds opgemerkt, leent de tastsensor volgens de uitvinding zich ook goed voor het bepalen van slip 10 tijdens belasting van de sensor. Hiertoe worden weerstandswaarden bepaald van stroomwegen gevormd tussen de aansluit-punten van ieder van de rij vormende elektrisch geleidende draden 6, en van ieder van de kolom vormende elektrisch geleidende draden 7, dat deze weerstandswaarden voor iedere 15 stroomweg worden omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de belasting ter plaatse van de kruispunten van de rij vormende en de kolom vormende draden, dat deze getalswaarden worden getotaliseerd tot een hoofdwaarde, en dat van een reeks van deze hoofdwaarden een frequentiespectrum wordt 20 bepaald en het voorkomen van voorafbepaalde frequentiekarak-teristieken wordt gedetecteerd ter indicatie van de slip.

10 o 5 c fi 7

Claims

1. Tastsensor omvattende een basisplaat welke aan een eerste zijde is voorzien van een meertal een rij vormende elektrisch geleidende draden, en aan een tegenover de eerste zijde gelegen tweede zijde van de basisplaat is voorzien van 5 een meertal een kolom vormende elektrisch geleidende draden die elk kruispunten vormen met de rij vormende elektrisch geleidende draden, waarbij ieder van de kolom vormende draden nabij ieder kruispunt met de rij vormende draden elektrische contacten heeft die gelegen zijn aan de eerste zijde van de 10 basisplaat, en dat op de eerste zijde van de basisplaat een afdeklaag is aangebracht welke een drukafhankelijke elektrische weerstand heeft en welke geschikt is om te zanten met de elektrische contacten van de kolom vormende draden, en de rij vormende draden een of meer stroomwegen te vormen, met het 15 kenmerk, dat de afdeklaag is verdeeld in segmenten, waarbij ieder segment ten minste twee naburige kruispunten bedekt.

2. Tastsensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ieder segment vier naburige kruispunten die de hoekpunten van een vierkant vormen, bedekt.

3. Tastsensor volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat de afdeklaag een ongedeeld basisvlak omvat dat rust op de eerste zijde van de basisplaat, en dat op het basisvlak onderling gescheiden uitsteeksels zijn voorzien die de segmenten vormen.

4. Tastsensor volgens een der conclusies 1-3, waar bij de afdeklaag gevormd is uit een elektrisch geleidende rubber met een drukafhankelijke elektrische weerstand, met het kenmerk, dat in de rubber elkaar kruisende insnijdingen zijn voorzien, en dat tussen de insnijdingen de segmenten 30 zijn gelegen.

5. Werkwijze voor het bepalen van een afschuifkracht bij belasting van een tastsensor volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat weerstandswaarden worden bepaald van stroomwegen gevormd tussen de aansluitpunten van ieder 35 van de rij vormende elektrisch geleidende draden, en van ieder van de kolom vormende elektrisch geleidende draden, dat 10 0 f· n 7 deze weerstandswaarden voor iedere stroomweg worden omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de belasting ter plaatse van de kruispunten van de rij vormende en de kolom vormende draden, en dat het verschil tussen de getalswaarden 5 van naburige kruispunten wordt bepaald als maat voor de op de sensor uitgeoefende afschuifkracht*

6. Werkwijze voor het bepalen van slip tijdens belasting van een tastsensor volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat weerstandswaarden worden bepaald van 10 stroomwegen gevormd tussen de aansluitpunten van ieder van de rij vormende elektrisch geleidende draden, en van ieder van de kolom vormende elektrisch geleidende draden, dat deze weerstandswaarden voor iedere stroomweg worden omgezet in getalswaarden welke een maat vormen voor de belasting ter 15 plaatse van de kruispunten van de rij vormende en de kolom vormende draden, dat deze getalswaarden worden getotaliseerd tot een hoofdwaarde, en dat van een reeks van deze hoofdwaarden een frequentiespectrum wordt bepaald en het voorkomen van voorafbepaalde frequentiekarakteristieken wordt gedetecteerd 20 ter indicatie van de slip. i 0 0 ?. 9 o 7