Sensors of DLR Hand II
Eine geschickte Roboterhand für Teleoperation und autonomen Betrieb benötigt mindestens eine Reihe von Kraft- und Positionssensoren. Verschiedene andere Sensoren ergänzen dieses Grundschema.
Drehmoment Sensoren
Jedes Gelenk ist mit einem konventionellen, auf Dehnungsmessstreifen basierenden Gelenkdrehmomentsensor ausgestattet.
Neben den Drehmomentsensoren in jedem Gelenk haben wir einen winzigen sechsdimensionalen Kraft-Drehmomentsensor für jede Fingerspitze entwickelt. Die technischen Daten dieses winzigen Sensors sind:
Größe: | Länge = 16 mm |
Ø = 20 mm | |
Gewicht: | 7 g |
ange: | Fx, Fy, Fz = 30 N |
Mx, My, Mz = 150 mNm | |
Auflösung: | 12 Bit |
Dieser winzige Sensor verfügt über eine vollständig integrierte Elektronik und eine digitale serielle Schnittstelle mit 6/8 Leitungen. Der Sensor selbst benötigt 6 Leitungen, wir verwenden zwei zusätzliche Leitungen, um die Integrität unserer flexiblen Leiterplatte zu überprüfen, die den Sensor mit dem Fingerdatenerfassungssystem verbindet.
Positions Sensoren
Jedes Gelenk ist mit einem speziell entwickelten Potentiometer aus leitfähigem Kunststoff ausgestattet. Die Potentiometer sind aus wirtschaftlichen Gründen identisch. Ein Vorverstärker und ein Butterworth-Filter dritter Ordnung befinden sich direkt neben dem Potentiometer für die richtige Signalaufbereitung. Der maximale Abstand zum entsprechenden A/D-Wandler beträgt etwa 20 mm. Die Potentiometer, jeweils mit einem analogen Filter dritter Ordnung, wären nicht unbedingt notwendig, da man die Gelenkposition aus der Motorposition berechnen kann, aber sie liefern uns eine genauere Information über die Gelenkposition und sie können übrigens die Notwendigkeit beseitigen, die Finger nach dem Einschalten zu referenzieren. Würden Sie die Potentiometer nicht verwenden, müssten Sie die Elastizität des Antriebsriemens und den Oberwellenantrieb berücksichtigen. Mit dem Potentiometer erreichen wir eine Auflösung für die Gelenkwinkel von 1/10 Grad, d.h. etwa 10 Bit für das Gelenk.
Geschwindigkeit Sensoren
Um die Kontrollierbarkeit der Aktoren zu erhöhen, schätzen wir Geschwindigkeitssensoren. Der Sensor ist im Grunde ein Positionssensor mit sehr hoher Auflösung, bei dem die Geschwindigkeit durch Differenzierung des Positionssignals berechnet werden kann. Jeder Motor ist mit zwei linearen Hall-Effekt-Sensoren ausgestattet, die auch für die Kommutierung der Motoren verwendet werden. Diese Sensoren liefern zwei sinusförmige Signale mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad. Die Position innerhalb des magnetischen Zyklus des Motors wird aus diesen Signalen berechnet. Durch zusätzliches Zählen der Zyklen kann die Position berechnet werden. Diese Art von Sensor liefert uns nur eine relative Position des Motors und muss daher nach dem Einschalten referenziert werden.
Temperatur Sensoren
Wir verwenden verschiedene Temperatursensoren für die Überwachung der Motortemperaturen und für die Temperaturkompensation.