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Patent Searching and Data


Title:
CONTACT SENSOR ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/004233
Kind Code:
A1
Abstract:
A contact sensor assembly consists of a supporting element (10, 12) which has a cavity (16), said cavity having an opening (18) toward the surface of the supporting element (10, 12). A sensor element (20) is located in the cavity (16) and a layer (22, 32) made of deformable material is laid over the opening (18) located above the cavity (16) thus sealing them both. The cavity (16) is filled with a pressure transmission medium. Exerted pressure on the layer (22, 32) made of deformable material passes through the opening (18) and is transmitted by the pressure transmission medium to the sensor element (20). The cross-sectional area (18') of the opening (18) is perpendicular to the direction in which the pressure is exerted and is smaller than the cross-sectional area (16') of the cavity.

Inventors:
PASCHEN UWE (DE)
LEINEWEBER MICHAEL (DE)
ZIMMER GUENTER (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/003769
Publication Date:
January 28, 1999
Filing Date:
July 15, 1997
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
PASCHEN UWE (DE)
LEINEWEBER MICHAEL (DE)
ZIMMER GUENTER (DE)
International Classes:
B25J13/08; B25J19/02; G01L1/20; G01L5/22; (IPC1-7): G01L1/20; B25J13/08; G01L5/22
Foreign References:
US4817440A1989-04-04
EP0467677A21992-01-22
US4754365A1988-06-28
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 007 (P - 419) 11 January 1986 (1986-01-11)
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Fritz (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Taktile Sensoranordnung mit folgenden Merkmalen : einem Trägerelement (10,12 ; 10a), das einen Hohlraum (16) aufweist, der zu einer Oberfläche des Trägerele ments (10,12 ; 10a) hin eine Öffnung (18) aufweist ; einem in dem Hohlraum (16) angeordneten Sensorelement (20) ; und einer Schicht (22 ; 32) aus einem deformierbaren Mate rial, die über dem Hohlraum (16) die Öffnung (18) des selben verschließend angeordnet ist, wobei der Hohlraum (16) mit einem Druckübertragungsme dium gefüllt ist, derart, daß ein auf die Schicht (22 ; 32) aus deformierbaren Material ausgeübter Druck durch die Öffnung (18) und über das Druckübertragungsmedium zu dem Sensorelement (20) übertragbar ist, und wobei die Querschnittfläche (18') der Öffnung (18) senkrecht zu der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, kleiner ist als die Querschnittfläche (16') des Hohlraums (16).
2. Taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Öffnung (18) des Hohlraums (16) durch ein Deckelelement (14), das zwischen dem Trägerelement (10,12 ; 10a) und der Schicht (22 ; 32) aus einem deformierbaren Material angeordnet ist, festgelegt ist.
3. Taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Schicht (32) aus einem deformierbaren Material zumindest im Bereich der Öffnung (18) mit einer Durch biegungsbegrenzungsschicht (34) versehen ist.
4. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Sensorelement (20) von im wesentlichen allen Seiten durch das Druckübertragungsmedium beauf schlagbar in dem Hohlraum (16) angeordnet ist.
5. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Sensorelement (20) ein Drucksensor, ein Kraftsensor oder ein Deformationssensor ist.
6. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Druckübertragungsmedium eine Flüssig keit, eine gallertartige Substanz oder ein Elastomer ist.
7. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schicht (22 ; 32) aus einem deformierba ren Material eine Elastomerschicht ist.
8. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schicht (22 ; 32) aus einem deformierba ren Material aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aufgebaut ist.
9. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der auf der dem Trägerelement (10,12 ; 10a) zu gewandten Seite der Schicht (32) aus einem deformierba ren Material zumindest im Bereich der Öffnung (18) eine Abdeckschicht (34) vorgesehen ist.
10. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Kanten der Öffnung (18) abgerundet oder schräg ausgeführt sind.
11. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Trägerelement (10,12) durch eine Trä gerplatte (10) und ein auf der Trägerplatte angebrach tes Abstandselement (12), das den Hohlraum (16) fest legt, gebildet ist.
12. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, die ferner einen Temperatursensor oder Sensoren für andere Größen aufweist.
13. Taktile Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der in dem Hohlraum (16) eine Kompensationsein richtung (24) zum Kompensieren von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Druckübertra gungsmediums und des den Hohlraum umgebenden Materials des Trägerelements (10,12 ; 10a) vorgesehen ist.
14. Taktiles Sensorarray bestehend auf einer Mehrzahl von örtlich verteilten taktilen Sensoranordnungen nach ei nem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Taktiles Sensorarray gemäß Anspruch 14, bei dem die Hohlräume der einzelnen Sensoranordnungen in einem ge meinsamen Träger gebildet sind, und bei dem eine ge meinsame Schicht aus einem deformierbaren Material über den Öffnungen der jeweiligen Sensoranordnungen vorgese hen ist.
16. Taktiles Sensorarray gemäß Anspruch 14, bei dem einzel ne taktile Sensoranordnungen auf einem gemeinsamen Trä ger angebracht sind.
Description:
Taktile Sensoranordnung Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine taktile Sen- soranordnung für eine Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einrich- tung, und insbesondere auf eine taktile Sensoranordnung, die auch zur Handhabung großer Lasten geeignet ist.

Die automatisierte Handhabung von Lasten nimmt stetig an Be- deutung zu. Um anspruchsvollere Handhabungsaufgaben zu er- möglichen und die Arbeitssicherheit zu erhöhen ist dabei zu- sätzliche Sensorik zur Erfassung taktiler Signale nötig.

Durch eine derartige Sensorik lassen sich die Festigkeit des Zugriffs regeln, die Lage und die Orientierung des erfaßten Objekts ermitteln und ein Schlupf erkennen.

Zur Erfassung taktiler Daten sind ein oder mehrere verteilte Sensoren an einer Greif-, Schiebe-oder Berühreinrichtung zur Bestimmung der wirkenden Kräfte nötig. Dabei ist es ei- nerseits erforderlich, daß diese Kräfte möglichst genau und reproduzierbar gemessen werden, während andererseits die Sensoren gleichzeitig vor Umwelteinflüssen geschützt werden müssen. Ferner müssen die Sensoren insbesondere bei Vorrich- tungen, die zur Handhabung schwerer Lasten verwendet werden können, vor Überlasten geschützt werden. Solche lokale Über- lasten können leicht auftreten, wenn beispielsweise ein Ob- jekt nicht an den Flächen desselben, sondern fälschlicher- weise an den Kanten oder Ecken gefaßt wird. In diesem Fall können sehr große Kräfte auf sehr kleinen Flächen wirken.

Aus dem Stand der Technik ist eine Mehrzahl verschiedener Sensorprinzipien zur Erfassung taktiler Daten bekannt. Ein Überblick über derartige Prinzipien ist der Schrift H.

Nicholls und M. Lee, A Survey of Robot Tactile Sensing Tech- nology, Int. J. of Robotics Research, 8 (1989), 3 bis 30, zu entnehmen. Beispiele derartiger Sensorprinzipien umfassen beispielsweise die Umwandlung eines Drucks in eine Wider- standsänderung eines leitfähigen Materials, piezoelektrische oder pyroelektrische Effekte, kapazitive Techniken, elektro- magnetische Techniken, bei denen durch einen Druck eine Än- derung eines magnetischen Flusses oder eines magnetischen Feldes bewirkt wird, sowie mechanische und optische Techni- ken. Optische taktile Sensoren sind beispielsweise bei P.

Dario und D. De Rossi, Tactile sensors and the gripping challenge, IEEE Spectrum, 22 (1985), 46 bis 52, beschrieben.

Die bekannten taktilen Sensorprinzipien basieren jedoch meist auf einem relativ komplizierten Aufbau oder auf Mate- rialeigenschaften, die mit anderen Erfordernissen, bei- spielsweise einer mechanischen Stabilität, nicht oder nur schwer vereinbar sind. Dies gilt beispielsweise für die Ver- wendung piezoresistiver Polymere, bei denen gleichzeitig elektrische und mechanische Eigenschaften optimiert werden müssen. Zudem sind die meisten bisherigen Prinzipien nicht für große Lasten und rauhe Umgebungsbedingungen geeignet, da die Sensorelemente ungenügend geschützt sind. Dies gilt ins- besondere für Anordnungen, bei denen die Sensoren direkt auf der Greiferoberfläche montiert und von einer Elastomer- schicht bedeckt sind.

Das U. S.-Patent 4,817,440 beschreibt ein Sensorprinzip, das insbesondere auf eine hohe Auflösung und auf eine wesentli- che Erhöhung des Erfassungsbereichs, der für ein Ansprechen auf eine Berührung verfügbar ist, abstellt. Bei der bekann- ten Sensoranordnung ist eine gitterartige Vorrichtung vorge- sehen, um Kammern zu definieren, wobei die Kammern mit Fluid gefüllt sind und ferner eine Druckerfassungsvorrichtung in der Kammer vorgesehen ist. Auf der Oberseite der gitterarti- gen Vorrichtung ist eine Hautschicht vorgesehen, die bei- spielsweise aus einer Naturgummiverbindung besteht. Die der- art aufgebaute Sensoranordnung weist aktive Bereiche auf, die durch die von den Kammern besetzte Fläche gebildet sind, sowie inaktive Bereiche, die durch die der Hautschicht zuge- wandte Oberfläche der gitterartigen Vorrichtung gebildet sind. Die in dem U. S.-Patent 4,817,440 beschriebene Sensor- anordnung ist vorzugsweise derart aufgebaut, daß mehr als 90% der Hautschicht aktive Zonen bedecken, um eine möglichst große Flächenbedeckung mit sensitiven Zonen der Sensoranord- nung zu erreichen.

Diese bekannte Sensoranordnung ist jedoch nicht für Hochlei- stungsanwendungen geeignet. Greift ein mit einer derartigen bekannten Sensoranordnung versehener Greifer beispielsweise ein Objekt nicht an den Flächen desselben, sondern an einer Kante oder Ecke, kann die Kante oder Ecke verstärkt im Be- reich einer oder mehrerer Kammern auf die Hautschicht drücken und somit ein Einreißen der Hautschicht oder deren Ablösen von der Oberfläche der gitterartigen Vorrichtung bewirken. Ein derartiges Verhalten ist bei Hochleistungsan- wendungen nicht tragbar. Insbesondere ist bei der bekannten Sensoranordnung die laterale Größe der Kammer stets minde- stens so groß wie die entsprechenden Abmessungen des Sen- sors, weshalb das genannte Problem des Einreißens nicht un- abhängig von der Sensorgröße vermindert werden kann.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vor- liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für Hochlei- stungsanwendungen geeignete taktile Sensoranordnung zu schaffen, deren Sensoren vor einer Überlast geschützt sind und die gleichzeitig eine gute Ankopplung der zu messenden Kräfte liefert.

Diese Aufgabe wird durch eine taktile Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine taktile Sensoranord- nung mit einem Trägerelement, das einen Hohlraum aufweist, der zu einer Oberfläche des Trägerelements hin eine Öffnung aufweist, einem in dem Hohlraum angeordneten Sensorelement und einer Schicht aus einem deformierbaren Material, die über dem Hohlraum die Öffnung desselben verschließend ange- ordnet ist. Der Hohlraum ist mit einem Druckübertragungsme- dium gefüllt, derart, daß ein auf die Schicht aus deformier- barem Material ausgeübter Druck durch die Öffnung und über das Druckübertragungsmedium zu dem Sensorelement übertragbar ist. Ferner ist die Querschnittfläche der Öffnung senkrecht zu der Richtung, in der der Druck ausgeübt wird, kleiner als die Querschnittfläche des Hohlraums, was die Optimierung der Stabilität und Überlastsicherheit unabhängig von der Größe des Sensors ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensoranordnung mit einem Druck-, Kraft-oder Deformations-Sensor zur Erfassung taktiler Informationen, die in eine mechanische Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einrichtung montiert bzw. in dieselbe integriert ist, wobei die Sensoren maximal geschützt sind und die zu messenden Kräfte gleichzeitig gut angekoppelt werden. Ferner kann die Sensoranordnung mit einem oder meh- reren zusätzlicnen Sensoren, beispielsweise einem Tempera- tursensor, versehen sein, um weitere Größen zu erfassen.

Zur Kompensation von unterschiedlichen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten des Druckübertragungsmediums und des den Hohlraum umgebenden Materials kann gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Kompensationsmaterial mit einer geeig- neten thermischen Ausdehnung in den Hohlraum eingebracht sein.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung von Drucksensoren als taktile Sensoren auch für große Lasten und rauhe Umgebungsbedingungen. Dies wird dadurch erreicht, daß die eigentlichen Sensoren in schützenden Hohlräumen inner- halb der Greif-, Schiebe-oder Berühreinrichtung eingebaut sind, wobei die von einem Objekt auf die Sensoranordnung ausgeübten Kräfte über eine elastische Schicht, eine Öff- nung, deren Querschnittfläche in der Richtung, in der die Kraft auf die Sensoranordnung ausgeübt wird, kleiner ist als die Querschnittfläche des Hohlraums, sowie ein in dem Hohl- raum angeordnetes Druckübertragungsmedium auf den in dem jeweiligen Hohlraum befindlichen Sensor übertragen werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das unmittelbare Ein- wirken eines Objekts und ferner das mittelbare Einwirken von Objektkanten auf die Sensoren, wie es beispielsweise bei ei- ner Bedeckung der Sensoren durch eine deformierbare Schicht durch Eindrücken derselben auftreten kann, wirksam verhin- dert. Dadurch ist der Sensor selbst bei der Handhabung großer Lasten und beim Greifen von Kanten oder Ecken maximal geschützt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Sensoranordnung oder ein Sensorarray, das aus einer Mehrzahl von Sensoran- ordnungen der oben beschriebenen Art besteht, nahe der einem Objekt zugewandten Oberfläche einer Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einrichtung zur Erfassung von integralen, punktuellen oder ortsaufgelösten Kräften angebracht bzw. teilweise oder ganz in die Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einrichtung inte- griert sein.

Die genannte Schutzwirkung wird erfindungsgemäß durch die verglichen zur Querschnittfläche des Hohlraums senkrecht zu der Richtung, in der ein Druck ausgeübt wird, verringerte Querschnittfläche der Öffnung bewirkt. Dieser verringerte Querschnitt kann beispielsweise mittels eines auf das Trä- gerelement aufgebrachten Deckelelements realisiert sein.

Ferner kann das Trägerelement selbst mit einer derart ver- kleinerten Öffnung ausgebildet sein. Ist das Trägerelement durch eine Trägerplatte und ein auf der Trägerplatte ange- brachtes Abstandselement gebildet, kann das Abstandselement ausgebildet sein, um den gegenüber dem Hohlraumquerschnitt verringerten Öffnungsquerschnitt festzulegen.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab- hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ; Fig. 2 eine skizzenartige Draufsichtdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ; Fig. 3 eine schematische Querschnittdarstellung eines wei- teren Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung ; Fig. 4A und 4B zu den in den Fig. 1 und Fig. 3 dargestell- ten Ausführungsbeispielen alternative Ausführungs- beispiele der vorliegenden Erfindung ; und Fig. 5 eine Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Träger- elements.

In den unterschiedlichen Zeichnungen sind für jeweils glei- che Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird zunächst ein bevorzugtes Aus- führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Trägerelement ist durch ein festes Grundelement 10, das auch als Trägerplatte bezeichnet werden kann, sowie ein Abstands- element 12 gebildet. Auf dem Abstandselement 12 ist ein Deckelelement 14 angeordnet. Ein Hohlraum 16 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Träger- platte 10, das Abstandselement 12 und das Deckelelement 14 festgelegt. Das Deckelelement 14 weist an einer beliebigen Stelle oberhalb der den Hohlraum 16 bildenden Aussparung in dem Abstandselement 12 eine Öffnung 18 auf.

Der Hohlraum 16 ist mit einem kompressiblen oder vorzugs- weise inkompressiblen Medium gefüllt, beispielsweise einer Flüssigkeit, einer gallertartigen Substanz oder einem Ela- stomer, wie durch die Kreuzschraffur in Fig. 1 angezeigt ist. In dem Hohlraum befindet sich ferner ein Sensorelement 20, wobei der Sensor durch einen Druck-, Kraft-oder Defor- mations-Sensor gebildet ist. Über dem Deckelelement 14 be- findet sich, die Öffnung 18 desselben verschließend, eine Schicht 22 aus einem deformierbaren Material.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist das Sensorelement 20 bei dem erfindungsgemäßen Sensor von einem Objekt, das im Gebrauch auf die deformierbare Schicht 22 einwirkt, separiert, indem das Sensorelement an einer beliebigen Stelle innerhalb des Hohlraums oder an dessen Wänden, vorzugsweise beabstandet von der Öffnung 18 angeordnet ist. Somit ist sowohl eine un- mittelbare Einwirkung des Objekts als auch ein mittelbares Einwirken von Objektkanten auf den Sensor wirksam vermieden.

Durch die verglichen zur Querschnittsfläche des Hohlraums verringerte Querschnittsfläche der Öffnung 18 kann die Sta- bilität der Anordnung, insbesondere bezüglich eines Ein- reißens der Hautschicht oberhalb der Öffnung, unabhängig von der Größe des Hohlraums, die beispielsweise durch die Größe des Sensorelements 20 nach unten limitiert ist, den für die jeweilige Anwendung relevanten Erfordernissen angepaßt wer- den.

In Fig. 2 ist eine skizzenhafte Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Sensor dargestellt. In Fig. 2 ist als Kreis ein Ausschnitt der deformierbaren Schicht 22 gezeigt. Ferner ist in Fig. 2 in gestrichelten Linien 16'die Querschnittfläche des Hohlraums 16 in der Richtung, in der im Gebrauch ein Druck auf die Sensoranordnung ausgeübt wird, dargestellt.

Das Sensorelement ist durch gestrichelte Linien 20'darge- stellt. Ferner ist in gestrichelten Linien 18'die Quer- schnittfläche der Öffnung 18 gezeigt. Wie Fig. 2 zu entneh- men ist, weist die Öffnung 18 in der Deckelplatte 14 in der Druckausübungsrichtung eine geringere Querschnittfläche auf als der Hohlraum 16.

Das feste Grundelement 10 sowie das Abstandselement 12 kön- nen beispielsweise aus Kunststoff oder Metall gebildet sein, wobei, wenn die Sensoranordnung in einen Greifer integriert ist, diese Bauteile direkt durch das Greifermaterial gebil- det sein können. In gleicher Weise kann das Deckelelement 14 aus Kunststoff oder Metall gebildet sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor werden zu messende Kräfte bzw. Drücke, die von einem manipulierten Objekt (nicht ge- zeigt) zunächst auf die deformierbare Schicht 22 ausgeübt werden, über diese deformierbare Schicht 22 durch die Öff- nung 18 in dem Deckelelement 14 auf die Füllung des den Sen- sor 20 enthaltenden Hohlraums 16 und von dieser Füllung auf das Sensorelement 20 übertragen.

Die deformierbare Schicht 22 kann beispielsweise eine einfa- che Elastomerschicht sein oder alternativ aus mehreren un- terschiedlichen Teilschichten mit verschiedenen Eigenschaf- ten aufgebaut sein, die nicht oder teilweise nicht aus einem Elastomermaterial bestehen müssen. Beispielsweise kann auch ein faserverstärktes Material verwendet werden.

In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer er- findungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt. Elemente, die denen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ent- sprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht bezugnehmend auf Fig. 3 ein weiteres Mal erläu- tert. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Deckelelement 14 und einer deformierbaren Schicht 32 eine deformierbare Folie oder Membran 34 vorge- sehen, die als Durchbiegungsbegrenzungsschicht wirkt. Diese Schicht 34 kann beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder einem Elastomer bestehen und auf das Deckelelement 14 aufge- bracht oder, wie in Fig. 3 dargestellt ist, in die defor- mierbare Schicht 32 integriert sein. Die Durchbiegungsbe- grenzungsschicht 34 bedeckt die Öffnung 18 des Deckelele- ments 14 und begrenzt die Größe der Durchbiegung der Grenz- schicht zwischen der deformierbaren Schicht 32 und der Fül- lung des Hohlraums 16. Eine derartige Schicht kann ferner zur Abdichtung zwischen der Öffnung 18 und der deformierba- ren Schicht 32 vorgesehen sein bzw. diese Abdichtung unter- stützen. Diese Folie oder Membran 34 kann entweder lokal über einer jeweiligen Öffnung 18 in dem Deckelelement 14 an- geordnet sein, oder alternativ derart ausgeführt sein, daß die gesamte Fläche der Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einrich- tung und somit unter Umständen gleichzeitig mehrere Öffnun- gen von einer Mehrzahl von Sensoren, wie nachfolgend erläu- tert wird, abgedeckt werden.

In den Fig. 1 und 3 ist die Öffnung 18 mittels eines Deckel- elements 14 gebildet. Es ist jedoch auch möglich, diese eine verringerte Querschnittfläche aufweisende Öffnung durch eine geeignete Ausgestaltung des Trägerelements zu realisieren.

Dazu können beispielsweise die Abstandselemente mit Vor- sprüngen ausgebildet sein, um diese Öffnung festzulegen. In einem solchen Fall ist das separate Vorsehen eines Deckel- elements nicht notwendig.

Das Sensorelement 20 kann sich innerhalb des Hohlraums 16 direkt unterhalb der Öffnung 18 befinden, oder auch an jedem beliebigen Ort innerhalb des Hohlraums, da die vom Objekt ausgeübte Kraft auf den gesamten mit einem Druckübertra- gungsmedium gefüllten Hohlraum 16 übertragen wird. Dabei kann das Sensorelement vorzugsweise derart in dem Hohlraum angeordnet sein, daß dasselbe von im wesentlichen allen Sei- ten über das Druckmedium mit einer zu messenden Kraft oder einem zu messenden Druck beaufschlagbar ist. Alternativ kann das Sensorelement an einer Wand des Hohlraums oder dem Boden desselben angebracht sein.

Alternative Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sen- soranordnung sind in den Fig. 4A und 4B dargestellt. Die dort gezeigten Sensoranordnungen weisen jeweils eine Kompen- sationsvorrichtung 24 auf, die dazu dient, einen Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Füllmaterials des Hohlraums sowie des den Hohlraum umgebenden Materials zu kompensieren. Die Füllmaterialien können beispielsweise ei- nen wesentlich größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das umgebende Material, z. B. Metall oder Kunststoff, aufweisen. Dies kann zu Problemen in der Temperaturabhängig- keit des Sensorsignals führen.

Erfindungsgemäß ist daher bei den in den Fig. 4A und 4B dar- gestellten Ausführungsbeispielen zusätzlich zu dem Sensor ein Material 24 mit einem sehr kleinen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten in den Hohlraum eingebracht, um den Un- terschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Füll- materials und des den Hohlraum umgebenden Materials zu kom- pensieren. Ein derartiges Kompensationsmaterial könnte bei- spielsweise auch fein verteilt in den Hohlraum eingebracht werden.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist beispielhaft eine rechteckige Form des Hohl- raums 16 gezeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß belie- bige andere Formen des Hohlraums ebenfalls möglich sind, beispielsweise zylinderförmige. Die Öffnung 18 in dem Deckelelement 14, durch die die Ankopplung der äußeren Kräf- te auf das Füllmedium des Hohlraums 16 übertragen wird, ist in den Fig. 1 bis 3 beispielhaft als kreisförmig darge- stellt, kann jedoch auch andere Formen aufweisen, beispiels- weise quadratisch oder rechteckig. Zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften auf den mediengefüllten Hohlraum 16 können die Kanten der Öffnung 18 im Deckelelement 14 ab- gerundet oder schräg ausgeführt sein. Alternativ kann die Öffnung eine konische Form aufweisen.

Anschlußdrähte für den oder die Sensoren, die sich innerhalb des Hohlraums befinden, können durch abzudichtende Bohrungen oder gefräste Kanäle aus dem Hohlraum herausgeführt werden, wobei jedoch alternativ eine drahtlose Übertragung der Sen- sordaten, die Bohrungen und dergleichen überflüssig macht, möglich ist.

In den Fig. sind ferner beispielhafte Realisierungen der er- findungsgemäßen Sensoranordnung für eine ebene Ausführung einer Greiferoberfläche gezeigt. Realisierungen für andere Geometrien, beispielsweise sphärische, zylindrische oder prismatische Geometrien einer Greiferoberfläche, können ana- log ausgeführt werden. In einem solchen Fall weisen das Grundelement 10, das Abstandselement 12, das Deckelelement 14 und die deformierbare Schicht, oder Teile derselben, kei- ne ebene Form, sondern eine der jeweiligen Geometrie ange- paßte Krümmung auf.

Das Deckelelement 14, das Abstandselement 12 und das Grund- element 10 können, wie in den Fig. 1 und 3 beispielhaft dar- gestellt ist, separat realisiert sein und dann verbunden werden, um den mit einem Medium gefüllten Hohlraum, in dem sich der oder die Sensoren befinden, zu realisieren. Zur Realisierung eines abgedichteten Hohlraums 16 können die verschiedenen Elemente 10,12 und 14 dabei untereinander durch einen Schraub-oder Preß-Kontakt, durch Klebe-oder Verguß-Massen oder durch Dichtelemente, beispielsweise ela- stische Dichtringe, abgedichtet sein. Alternativ können zwei oder alle drei dieser Elemente 10,12 und 14 einstückig aus- gebildet sein, beispielsweise in der Oberfläche einer Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einheit. Die jeweilige Reali- sierung des Trägerelements, das den Hohlraum festlegt, kann dabei abhängig von dem in dem Hohlraum einzuschließenden Füllmedium durchgeführt werden.

Eine alternative Ausführungsform des den Hohlraum definie- renden Trägerelements ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Aufbau ist das Abstandselement 12 etwas nach unten gezogen, wobei der Boden Hohlraums durch Einfügen eines passenden Bodenteils l0a gebildet ist. Dieses Boden- teil l0a kann beispielsweise mittels Pressen, Schrauben oder Kleiben an das Abstandselement angebracht sein.

Obwohl in den Figuren jeweils nur eine Sensoranordnung dar- gestellt ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein tak- tiles Sensorarray aufgebaut sein, das aus einer Mehrzahl von in einer Ebene örtlich verteilten taktilen Sensoranordnungen der oben beschriebenen Art besteht. Dabei können die für die Ausbildungen der jeweiligen Hohlräume erforderlichen Struk- turen entweder in gemeinsamen Grund-, Abstands-und Deckel- Elementen ausgeführt sein, oder für jeden Hohlraum können eigene Grund-, Abstands-und Deckel-Elemente verwendet wer- den. In dem letztgenannten Fall können die einzelnen Einhei- ten nach deren Zusammenbau in einer festen Beziehung zuein- ander auf oder in der Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einheit montiert werden.

Ein derartiges Sensorarray, das aus einer Mehrzahl der er- findungsgemäßen Sensoranordnungen aufgebaut ist, ermöglicht die ortsaufgelöste Bestimmung von Kräften. Wie erwähnt, kann das Sensorarray als ein eigenständiges Modul ausgeführt sein, das auf oder in einer Greif-, Schiebe-oder Berühr- Einrichtung montiert wird. Ferner können einige oder alle der Elemente 10,12 und 14 direkt in dem Material der Greif-, Schiebe-oder Berühr-Einheit realisiert sein, so daß nur noch die restlichen Elemente sowie die deformierbare Schicht zusätzlich anzubringen sind.