Lastsensor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastsensor zum Messen mechanischer Belastungen, eine Roboteranordnung mit dem Lastsensor und ein Verfahren zum Messen mechanischer Belastungen mittels des Lastsensors.

Lastsensoren werden insbesondere an Robotern eingesetzt, um auf die Roboter wirkende Belastungen, beispielsweise aus Umweltkontakten, insbesondere

Kollisionen, oder dergleichen zu messen.

Dabei werden elastische Verformungen des Lastsensors infolge der auf ihn wirkenden Belastungen gemessen. Für eine gute Messauflösung und/oder einen großen

Messbereich sind daher große Verformungen vorteilhaft.

Auf der anderen Seite beeinträchtigen solche Verformungen die Stabilität,

beispielsweise eines auf einem Lastsensor angeordneten Roboters. Für eine gute Stabilität sind daher umgekehrt kleine Verformungen bzw. eine hohen Steifigkeit des Lastsensors vorteilhaft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Messung von Belastungen,

insbesondere einer Roboteranordnung, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch einen Lastsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 17, 18 stellen eine Roboteranordnung mit einem hier

beschriebenen Lastsensor und ein Verfahren zum Messen mechanischer

Belastungen mittels des hier beschriebenen Lastsensors unter Schutz. Die

Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Lastsensor zum Messen mechanischer Belastungen ein Gestell und ein erstes Messsystem auf, das ein optisches Sendemittel zum Senden, insbesondere zum Erzeugen, Umlenken und/oder Teilen, von Messlicht und ein optisches Empfangsmittel zum Detektieren einer Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel aufweist. Eine mechanische Belastung kann in einer Ausführung Kräfte und/oder Drehmomente in einer oder mehreren, insbesondere jeweils drei, Richtungen aufweisen,

insbesondere sein. Entsprechend ist der Lastsensor in einer Ausführung ein Kraft- und/oder (Dreh)Moment(en)sensor, insbesondere ein mehr-, insbesondere

sechsachsiger, Sensor.

In einer Ausführung ist das Sendemittel an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung das Empfangsmittel an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende

Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu

vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das erste Messsystem wenigstens ein optisches Umlenkmittel zum Umlenken von Messlicht von dem Sendemittel auf, das in einem Strahlengang (des Messlichts) zwischen Sende- und Empfangsmittel angeordnet ist. In einer Weiterbildung ist dieses an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist. Dabei können zusätzlich auch, wie vorstehend ausgeführt, das Sende- und/oder das Empfangsmittel (jeweils) an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet sein, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Gleichermaßen können das Sende- und/oder das Empfangsmittel auch, wenigstens im Wesentlichen, außerhalb eines Kraftflusses einer zu messenden Belastung angeordnet bzw. so angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass sie, wenigstens im Wesentlichen, durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden.

Hierdurch wird jeweils eine Art„optischer Hebel" realisiert, der eine elastische

Verformung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), über den optischen Weg zwischen dem damit (jeweils) verbundenen optischen Element und einem weiteren der optischen Elemente verstärkt. Auf diese Weise kann in einer Ausführung vorteilhaft eine Messgenauigkeit und/oder ein Messbereich und/oder eine Steifigkeit des Lastsensors erhöht werden.

In einer Ausführung weist der Lastsensor ein oder mehrere, insbesondere wenigstens zwei, weitere Messsysteme auf, die (jeweils) ein optisches Sendemittel zum Senden, insbesondere Erzeugen, Umlenken und/oder Teilen, von Messlicht, und ein optisches Empfangsmittel zum Detektieren einer Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel aufweisen.

In einer Ausführung ist das Sendemittel eines oder mehrerer der weiteren

Messsysteme (jeweils) an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung das Empfangsmittel eines oder mehrerer der weiteren Messsysteme (jeweils) an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zusätzlich oder alternativ weisen in einer Ausführung ein oder mehrere der weiteren Messsysteme (jeweils) wenigstens ein optisches Umlenkmittel zum Umlenken von Messlicht von dem Sendemittel auf, das in einem Strahlengang (des Messlichts) zwischen Sende- und Empfangsmittel dieses Messsystems angeordnet ist. In einer Weiterbildung ist dieses an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Dabei können zusätzlich auch, wie vorstehend ausgeführt, das Sende- und/oder das Empfangsmittel dieses Messsystems (jeweils) an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet sein, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu ausgebildet ist. Gleichermaßen können, wie vorstehend ausgeführt, das Sende- und/oder das Empfangsmittel dieses Messsystems (jeweils) auch, wenigstens im Wesentlichen, außerhalb eines

Kraftflusses einer zu messenden Belastung angeordnet bzw. so angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass sie, wenigstens im Wesentlichen, durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden.

Hierdurch können in einer Ausführung mehrachsige Belastungen gemessen werden.

In einer Ausführung sind das erste Messsystem und ein oder mehrere der weiteren Messsysteme so ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass der

Strahlengang des Messlichts des ersten Messsystems und der Strahlengang des Messlichts des weiteren Messsystems bzw. der weiteren Messsysteme einander kreuzen, insbesondere überkreuzen bzw. nicht schneiden oder durchkreuzen bzw. schneiden. In einer Ausführung verlaufen der Strahlengang des Messlichts des ersten Messsystems und der Strahlengang des Messlichts des weiteren Messsystems bzw. der weiteren Messsysteme nicht parallel zueinander, wobei sich in einer Weiterbildung der Strahlengang des Messlichts des ersten Messsystems und der Strahlengang des Messlichts wenigstens eines weiteren Messsystems nicht schneiden, sondern (jeweils) einen Punkt minimalen Abstands voneinander aufweisen, und/oder der Strahlengang des Messlichts des ersten Messsystems und der Strahlengang des Messlichts wenigstens eines weiteren Messsystems sich in einem Schnittpunkt schneiden, wobei in einer Ausführung diese Punkte minimalen Abstands bzw. dieser Schnittpunkt innerhalb des Lastsensors liegen.

Hierdurch können in einer Ausführung die optischen Wege bzw.„Hebel" vorteilhaft verlängert werden.

In einer Ausführung sind das erste Messsystem und die weiteren Messsysteme äquidistant längs eines Umfangs des Gestells verteilt, insbesondere drei Messsystem jeweils um 120° gegeneinander versetzt.

Hierdurch können in einer Ausführung mehrachsige Belastungen vorteilhaft gemessen werden.

Durch das ersten und wenigstens zwei der weiteren Messsysteme können in einer Ausführung vorteilhaft in drei Translations- und drei Rotationsrichtungen bzw. ein sechsachsiger Belastungszustand gemessen werden. In einer Ausführung weist der Lastsensor außer dem ersten Messsystem noch wenigstens drei der weiteren Messsysteme auf. Hierdurch kann vorteilhaft eine redundante Messung erfolgen und/oder die Messgenauigkeit durch Mittelung vergrößert werden.

In einer Ausführung weisen ein oder mehrere Messsysteme, insbesondere das erste Messsystem und/oder ein oder mehrere der weiteren Messsysteme, (jeweils) ein oder mehrere optische Umlenkmittel zum Umlenken von Messlicht von dem Sendemittel des Messsystems auf, die derart ausgebildet und in einem Strahlengang (des

Messlichts) zwischen Sende- und Empfangsmittel des Messsystems angeordnet sind, dass sie eine Verschiebung der Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel an, insbesondere auf, dem Empfangsmittel des Messsystems, die sich infolge der elastischen Verformung wenigstens einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells infolge der zu messenden Belastung ergibt, vergrößern.

Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine Messgenauigkeit und/oder ein Messbereich (weiter) vergrößert werden.

Ein oder mehrere dieser Umlenkmittel können (jeweils) an einer Struktur,

insbesondere Stütze, des Gestells, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist, angeordnet bzw. ein vorstehend genanntes Umlenkmittel sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Verschiebung der Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel an dem Empfangsmittel des Messsystems, die durch diese(s) Umlenkmittel vergrößert wird, (auch) aus der elastischen Verformung einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells infolge der zu messenden Belastung resultieren, an der das Sendemittel und/oder das Empfangsmittel und/oder ein oder mehrere weitere optische Umlenkmittel des entsprechenden Messsystems angeordnet sind. Entsprechend können in einer Ausführung ein oder mehrere dieser Umlenkmittel zur Vergrößerung der Verschiebung der Auftreffposition auch (jeweils), wenigstens im Wesentlichen, außerhalb eines Kraftflusses einer zu messenden Belastung

angeordnet bzw. so angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass sie, wenigstens im Wesentlichen, durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden.

In einer Ausführung weisen ein oder mehrere der Umlenkmittel des ersten

Messsystems und/oder eines oder mehrere der weiteren Messsysteme (jeweils) eine, insbesondere ebene, konkave oder konvexe, Spiegelfläche zum Reflektieren von Messlicht von dem Sendemittel des Messsystems auf. Zusätzlich oder alternativ weisen in einer Ausführung ein oder mehrere der Umlenkmittel des ersten

Messsystems und/oder eines oder mehrere der weiteren Messsysteme (jeweils) eine Linse, insbesondere eine Zerstreuungs- oder Sammellinse, zum Brechen von

Messlicht von dem Sendemittel des Messsystems auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Verschiebung der Auftreffposition vorteilhaft vergrößert werden.

In einer Ausführung bildet die Spiegelfläche eines oder mehrerer der Umlenkmittel mit dem Strahlengang des darauf auftreffenden Messlichts des entsprechenden

Messsystems (jeweils) einen Winkel, der (betragsmäßig) kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 45°, insbesondere kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 20°, und/oder größer als 5° ist. Durch eine solche, insbesondere flache, Reflexion kann in einer Ausführung die Verschiebung der Auftreffposition vorteilhaft vergrößert werden.

Zusätzlich oder alternativ bildet in einer Ausführung die Spiegelfläche eines oder mehrerer der Umlenkmittel mit dem Strahlengang des darauf auftreffenden Messlichts des entsprechenden Messsystems (jeweils) einen Winkel, der (betragsmäßig) größer als 45°, insbesondere größer als 60°, und/oder kleiner als 90°, insbesondere kleiner als 85°, ist. Durch eine solche, insbesondere steile bzw. direkte, Reflexion kann in einer Ausführung insbesondere eine mehrfache Hin- und Rückleitung zwischen einander zugewandten Spiegelflächen begünstigt werden. In einer Ausführung sind wenigstens zwei Spiegelflächen des ersten Messsystems und/oder eines oder mehrere der weiteren Messsysteme (jeweils) einander gegenüber so angeordnet, dass Messlicht mehrfach zwischen ihnen reflektiert wird bzw. der Strahlengang mehrfach zwischen ihnen hin- und hergeht.

In einer Ausführung weisen ein oder mehrere Messsysteme, insbesondere das erste Messsystem und/oder ein oder mehrere der weiteren Messsysteme, (jeweils) ein, insbesondere gestellfestes, Referenzlichtsendemittel zum Senden, insbesondere Erzeugen, Umlenken und/oder Teilen, von Referenzlicht zu dem Empfangsmittel des Messsystems auf, wobei das Messsystem derart ausgebildet ist, dass eine

Referenzposition von an, insbesondere auf, dem Empfangsmittel auftreffendem Referenzlicht durch eine elastische Verformung wenigstens einer der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), des Messsystems infolge der zu messenden Belastung in einer oder mehreren Referenzbelastungsrichtungen, insbesondere durch eine Biegung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), in einer oder zwei Richtungen, weniger verändert wird als die Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel durch diese elastische Verformung, insbesondere - wenigstens im Wesentlichen - durch die elastische Verformung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), durch die die Auftreffposition von auftreffendem Messlicht auf dem

Empfangsmittel verschoben wird, nicht verändert wird. Insbesondere ist in einer Ausführung das Messsystem derart ausgebildet, dass eine Referenzposition von an, insbesondere auf, dem Empfangsmittel auftreffendem Referenzlicht durch eine zu messende Belastung in einer oder mehreren Referenzbelastungsrichtungen weniger verändert wird als die Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem

Sendemittel durch diese zu messende Belastung, insbesondere - wenigstens im Wesentlichen - durch die zu messende Belastung, durch die die Auftreffposition von auftreffendem Messlicht auf dem Empfangsmittel verschoben wird, nicht verändert wird.

In einer Ausführung sind das bzw. die Messsysteme (jeweils) derart ausgebildet, dass eine Relativposition von Auftreff- und Referenzposition an dem Empfangsmittel bei belastungsfreiem Sensor, insbesondere bei einer Erwärmung des belastungsfreien Sensors von 20°C auf 30°C, insbesondere 40°C, wenigstens im Wesentlichen konstant ist bzw. bleibt.

Hierdurch können in einer Ausführung Einflüsse anderer Verformungen als der durch die zu messende Belastung induzierten reduziert, vorzugsweise - wenigstens im Wesentlichen - eliminiert bzw. kompensiert werden, insbesondere thermische Verformungen: mit der Referenzposition von an dem Empfangsmittel auftreffendem Referenzlicht steht eine Referenz zur Verfügung, die andere Verformungen als die durch die zu messende Belastung induzierten, wenigstens im Wesentlichen, quasi „mitmacht", so dass eine Differenz zwischen der Auftreff- und der Referenzposition wenigstens teilweise, insbesondere wenigstens im Wesentlichen, vorzugsweise ausschließlich, durch die zu messende Belastung induziert wird bzw. bedingt ist. In einer Weiterbildung ist hierzu ein Strahlengang des Referenzlichts an einem oder mehreren, insbesondere allen, optischen Elementen des Messsystems vorbeigeführt, die an einer durch die zu messende Belastung elastisch verformbaren Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet sind bzw. durch eine zu messende Belastung bewegt werden.

In einer anderen Weiterbildung ist das Messsystem hierzu so ausgebildet, dass ein Strahlengang des Referenzlichts durch eine elastische Verformung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), infolge der zu messenden Belastung in einer

Referenzbelastungsrichtung weniger umgelenkt wird als ein Strahlengang des

Messlichts des Messsystems, in einer Ausführung durch diese Verformung - wenigstens im Wesentlichen - nicht umgelenkt wird.

Insbesondere kann ein Messsystem so ausgebildet sein, dass eine zu messende Belastung in einer ersten Referenzbelastungsrichtung einer Struktur, insbesondere Stütze, diese, wenigstens im Wesentlichen, in einer Richtung, insbesondere einer Hauptrichtung der Struktur, insbesondere Stütze, biegt und dies eine entsprechende Verschiebung der Auftreffposition des Messlichts bewirkt, jedoch - wenigstens im Wesentlichen - keine Verschiebung der Referenzposition. Dies kann in einer

Ausführung insbesondere dadurch bewirkt werden, dass Referenzlicht und Messlicht an der Struktur, insbesondere Stütze, jeweils von einer Spiegelfläche reflektiert werden, wobei die Spiegelfläche, die Referenzlicht reflektiert, wenigstens im

Wesentlichen parallel zu der Referenzbelastungs- und/oder Biegerichtung orientiert ist, während die Spiegelfläche, die Messlicht reflektiert, mit der Referenzbelastungs- und/oder Biegerichtung einen von Null verschiedenen Winkel bildet, der in einer Ausführung wenigstens 30° und/oder höchstens 60° beträgt. Hierdurch bewirkt eine Verformung, insbesondere Biegung, der Struktur, insbesondere Stütze, infolge einer Belastung in der ersten Referenzbelastungsrichtung durch eine damit verbundene Bewegung der schrägen Spiegelfläche eine deutliche(re) Verschiebung der

Auftreffposition, während die damit verbundene Bewegung der parallelen

Spiegelfläche die Referenzposition, wenigstens im Wesentlichen, unverändert lässt.

Allgemein weist in einer Ausführung wenigstens ein optisches Umlenkelement wenigstens eines Messsystems, das an einer Struktur, insbesondere Stütze, des Gestells angeordnet ist, die durch eine zu messende Belastung in einer ersten

Referenzbelastungsrichtung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist, zwei gegeneinander abgewinkelte

Spiegelflächen auf, von denen eine erste im Strahlengang des Messlichts und die andere bzw. zweite im Strahlengang des Referenzlichts des Messsystems angeordnet sind, wobei in einer Weiterbildung eine zu messende Belastung in der ersten

Referenzbelastungsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, eine Verkippung der ersten Spiegelfläche und eine Verschiebung der zweiten Spiegelfläche parallel zu der zweiten Spiegelfläche bewirkt bzw. induziert.

In einer Ausführung verlaufen der Strahlengang des Messlichts und der Strahlengang des Referenzlichts durch einen oder mehrere gemeinsame Strahlteiler. Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft dieselbe Lichtquelle für Messlicht und

Referenzlicht genutzt und/oder Messlicht und Referenzlicht vor dem Auftreffen auf das Empfangsmittel wieder zusammengeführt und so eine Detektionsfläche des

Empfangsmittels reduziert und/oder die Kompensation verbessert werden. Ein

Strahlteiler kann in einer Ausführung wenigstens einen halbdurchlässigen Spiegel aufweisen, insbesondere sein.

In einer Ausführung sind ein oder mehrere Messsysteme, insbesondere das erste Messsystem und/oder ein oder mehrere der weiteren Messsysteme, (jeweils) derart ausgebildet, dass die Referenzposition von auf das Empfangsmittel auftreffendem Referenzlicht durch eine elastische Verformung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), infolge der zu messenden Belastung in einer weiteren bzw. zweiten, insbesondere zu der einen bzw. ersten Referenzbelastungsrichtung senkrechten, Referenzbelastungsrichtung stärker verändert wird als die Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel, wobei in einer Weiterbildung das Messsystem so ausgebildet ist, dass ein Strahlengang des Messlichts durch eine elastische Verformung der Struktur(en), insbesondere Stütze(n), infolge der zu messenden Belastung in der weiteren bzw. zweiten Referenzbelastungsrichtung weniger umgelenkt wird als ein Strahlengang des Referenzlichts des Messsystems, in einer Ausführung durch diese Verformung - wenigstens im Wesentlichen - nicht umgelenkt wird.

Somit kann in einer Ausführung Licht gleichzeitig als Messlicht für die eine (erste) Referenzbelastungsrichtung und als Referenzlicht für die weitere (zweite)

Referenzbelastungsrichtung fungieren und umgekehrt weiteres Licht gleichzeitig als Referenzlicht für die eine (erste) Referenzbelastungsrichtung und als Messlicht für die weitere (zweite) Referenzbelastungsrichtung. Dies kann insbesondere durch die vorstehend erläuterte Ausbildung mit zwei gegeneinander abgewinkelten Spiegelflächen realisiert sein: eine zu messende Belastung in der einen Referenzbelastungsrichtung bewirkt bzw. induziert, wenigstens im Wesentlichen, eine Verkippung der ersten Spiegelfläche und eine Verschiebung der zweiten Spiegelfläche parallel zu der zweiten Spiegelfläche, während eine zu messende Belastung in der anderen Referenzbelastungsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, eine Verschiebung der ersten Spiegelfläche parallel zu der ersten Spiegelfläche und eine Verkippung der zweiten Spiegelfläche bewirkt bzw. induziert.

In einer Ausführung gehen Mess- und Referenzlicht wenigstens eines Messsystems von einer gemeinsamen Lichtquelle oder zwei Lichtquellen aus, die in einer

Weiterbildung derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ihre Relativposition zueinander durch eine zu messende Belastung des Lastsensors, wenigstens im Wesentlichen, nicht verändert wird.

Ein Empfangsmittel zum Detektieren einer Auftreff- und Referenzposition kann in einer Ausführung einteilig ausgebildet sein bzw. eine gemeinsame Fläche zum

Detektieren der Auftreff- und Referenzposition aufweisen. Gleichermaßen kann es mehrteilig ausgebildet sein bzw. eine Fläche zum Detektieren der Auftreffposition und eine weitere Fläche zum Detektieren der Referenzposition aufweisen, wobei dann in einer Weiterbildung die beiden Flächen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ihre Relativposition zueinander durch eine zu messende Belastung des Lastsensors, wenigstens im Wesentlichen, nicht verändert wird.

In einer Ausführung sind Mess- und/oder Referenzlicht eines oder mehrerer

Messsysteme, insbesondere des ersten Messsystems und/oder eines oder mehrerer der weiteren Messsysteme, (jeweils) Laserlicht. Hierdurch kann in einer Ausführung die Präzision der Messung verbessert werden.

In einer Ausführung ist das Empfangsmittel eines oder mehrerer Messsysteme, insbesondere des ersten Messsystems und/oder eines oder mehrerer der weiteren Messsysteme, (jeweils) dazu ausgebildet, eine Verschiebung einer Position von auftreffendem Licht in wenigstens zwei Richtungen zu detektieren. In einer

Ausführung kann das Empfangsmittel eine CCD-Kamera aufweisen, insbesondere sein. Hierdurch können in einer Ausführung mehrachsige Belastungen vorteilhaft gemessen werden.

In einer Ausführung weist eine Roboteranordnung einen Roboter, insbesondere einen Roboter mit einem Roboterarm und/oder einer Traglast von wenigstens 25 kg, und einen hier beschriebenen Lastsensor auf, auf dem sich eine Basis des Roboters abstützt. Hierdurch können vorteilhaft eine Stabilität des Roboters erhöht und/oder auf den Roboter wirkende Belastungen mit hoher Messgenauigkeit und/oder über einen großen Messbereich gemessen werden.

In einer Ausführung weist der Roboter bzw. Roboterarm ein oder mehrere Glieder, insbesondere einen Schwinge, eine Hand oder dergleichen auf, durch die die Basis mit einem distalen Roboterend- bzw. Arbeits-, insbesondere Werkzeugflansch gelenkig verbunden ist, wobei die Basis und ein basisnächstes bzw. auf die Basis folgendes dieser Glieder in einer Ausführung durch ein(e) (kinematisch(e)) erste(s) bzw. proximale(s) bzw. umgebungsnächste(s), insbesondere aktuierbare(s), Gelenk bzw. Achse des Roboters bzw. seiner Kinematik verbunden sind, der bzw. die in einer Ausführung wenigstens drei, insbesondere wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben Gelenke bzw. Achsen aufweist. Mit anderen Worten ist die Basis in einer Ausführung ein erstes bzw. Anfangselement des Roboters bzw. Roboterarms.

In einer Ausführung werden, insbesondere automatisiert, Positionen von an, insbesondere auf, dem Empfangsmittel eines oder mehrerer der Messsysteme auftreffendem Licht detektiert und hieraus eine, insbesondere mehrachsige, Belastung des Lastsensors ermittelt: eine Belastung des Lastsensors bewirkt eine elastische Verformung einer oder mehrerer seiner Strukturen, insbesondere Stützen, und damit eine Verschiebung der Auftreffposition in einem oder mehreren seiner Messsysteme, aus der bzw. denen dann die Belastung des Lastsensors ermittelt werden kann.

Hierzu kann der Lastsensors in einer Weiterbildung kalibriert werden bzw. sein, beispielsweise durch sukzessives Aufprägen von Kräften und/oder (Dreh)Momenten in unterschiedlicher Höhe bzw. Größe und/oder in unterschiedlichen Richtungen, und Zuordnung, insbesondere Abspeicherung, der dabei erfassten (Verschiebungen der) Auftreffposition(en). In einer Ausführung wird wenigstens eine detektierte Auftreffposition auf Basis der Referenzposition fehler-, insbesondere temperaturkompensiert, insbesondere, indem die Belastung auf Basis einer Relativverschiebung der Auftreff- gegenüber der

Referenzposition ermittelt wird. In einer Ausführung sind eine oder mehrere der hier genannten Strukturen,

insbesondere Stützen, als frei (aus)kragende Balken ausgebildet, die an einem

Flansch des Gestells angeordnet und bis auf diese Anbindung von dem restlichen Gestell beabstandet sind. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte elastische Verformung realisiert werden. In einer Ausführung sind eine oder mehrere der hier genannten Strukturen,

insbesondere Stützen, zur Weiterleitung, insbesondere Ein- oder Ausleitung, von zu messenden Belastungen vorgesehen bzw. ausgebildet bzw. in einem zu messenden Kraftfluss angeordnet. In einer Weiterbildung weisen eine oder mehrere der hier genannten Strukturen, insbesondere Stützen, Schnittstellen zur, insbesondere zerstörungsfrei lösbaren oder nicht zerstörungsfrei lösbaren, insbesondere

stoffschlüssigen, Befestigung des Lastsensors an einer Messfläche auf, insbesondere Bohrungen, Bolzen, Kupplungen oder dergleichen. In einer Ausführung ist bzw. wird eine Messfläche einer Anordnung, an der Belastungen gemessen werden sollen, insbesondere die Roboterbasis, insbesondere nur, an einer oder mehreren der hier genannten Strukturen, insbesondere Stützen, eines oder mehrerer der hier genannten Messsysteme, insbesondere zerstörungsfrei lösbar oder nicht zerstörungsfrei lösbar, insbesondere stoffschlüssig, befestigt.

In einer Ausführung weist der Lastsensor eine Oberseite zur, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbaren, insbesondere stoffschlüssigen, oder zerstörungsfrei lösbaren Befestigung, insbesondere Verschraubung, an bzw. mit einer Messfläche einer Anordnung, an der Belastungen gemessen werden sollen, insbesondere der Roboterbasis, auf, die die Schnittstelle(n) aufweisen, insbesondere hieraus bestehen kann. Zusätzlich oder alternativ weist der Lastsensor in einer Ausführung eine, insbesondere der Oberseite (in einer Abstützrichtung) gegenüberliegende, Bodenseite, insbesondere -fläche, zur Anordnung, insbesondere Befestigung an einer Umgebung auf. In einer Ausführung ist/sind die Oberseite und/oder die Bodenseite plan bzw. eben und/oder parallel zueinander (ausgebildet). Hierdurch kann in einer Ausführung die Abstützung verbessert werden.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung ein, insbesondere minimaler, maximaler oder mittlerer, Abstand zwischen Boden- und Oberseite des Lastsensors kleiner als eine maximaler Abmessung bzw. Ausdehnung des Lastsensors,

insbesondere eines Außengehäuses des Lastsensors senkrecht zu diesem Abstand zwischen Boden- und Oberseite bzw. der (Abstütz)Richtung, in der Boden- und

Oberseite einander gegenüberliegen, insbesondere beträgt diese maximale

Ausdehnung des Lastsensors senkrecht bzw. quer zur (Abstütz)Richtung, in der

Boden- und Oberseite einander gegenüberliegen, in einer Ausführung höchstens 90%, insbesondere höchstens 75%, insbesondere höchstens 50%, insbesondere höchstens 25%, insbesondere höchstens 15%, und/oder wenigstens 1 %, insbesondere

wenigstens 5%, des, insbesondere minimalen, maximalen oder mittleren, Abstands zwischen Boden- und Oberseite (in Abstützrichtung). Durch eine solche flache

Bauweise kann in einer Ausführung die Abstützung und/oder Messpräzision verbesser werden.

In einer Ausführung ist bzw. wird der Lastsensor zwischen einer Messfläche einer Anordnung, an der Belastungen gemessen werden sollen, insbesondere der Basis des Roboters bzw. Roboterarms, und einer Umgebung, insbesondere einem Sockel der Roboteranordnung, angeordnet, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar, insbesondere stoffschlüssig, oder zerstörungsfrei lösbar, insbesondere durch

Verschraubung oder dergleichen, an der Messfläche, insbesondere Basis, und/oder nicht zerstörungsfrei lösbar, insbesondere stoffschlüssig, oder zerstörungsfrei lösbar, insbesondere durch Verschraubung oder dergleichen, an der Umgebung,

insbesondere dem Sockel, befestigt bzw. hierzu eingerichtet bzw. verwendet. In einer Ausführung ist der Lastsensor ein von dem Roboter separat ausgebildetes Bauteil bzw. kein Glied des Roboters, insbesondere seiner Basis bzw. mit dieser nicht durch ein oder mehrere, insbesondere aktuierte, Gelenke bzw. Achsen des Roboters verbunden. In einer Ausführung ist der Lastsensor ohne Gelenke mit aufeinander gleitenden Lagerflächen ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine Messpräzision verbessert werden.

In einer Ausführung weist der Lastsensor eine Auswerteeinheit zum Ermitteln einer, insbesondere mehrachsigen, Belastung des Lastsensors aus detektierten Positionen von an dem Empfangsmittel auftreffendem Messlicht und in einer Weiterbildung Referenzlicht auf, die zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist und/oder Mittel zur Fehler-, insbesondere Temperaturkompensation, wenigstens einer detektierte Auftreffposition auf Basis einer zugehörigen

Referenzposition, insbesondere zum Ermitteln der Belastung auf Basis einer

Relativverschiebung der Auftreff- gegenüber der Referenzposition, aufweist.

Wie vorstehend bereits erwähnt, wird unter einem Senden von (Mess- bzw.

Referenz)Licht vorliegend sowohl ein Erzeugen als auch ein Umlenken oder Teilen von Licht verstanden, da ein optisches Element, welches einfallendes Licht umlenkt oder teilt, im Sinne der Optik auch als (neue) Lichtquelle betrachtet werden kann. So kann beispielsweise ein Strahlteiler oder Spiegel ebenso wie eine Lichtquelle jeweils ein Sendemittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sein.

Unter einem Umlenken von (Mess- bzw. Referenz)Licht wird vorliegend insbesondere ein Abändern eines Strahlengangs von Licht, insbesondere ein Reflektieren oder Brechen von Licht, verstanden.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

Fig eine Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden

Erfindung;

Fig 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 ;

Fig 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4: einen Fig. 3 entsprechenden Schnitt nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5: einen Strahlengang eines Messsystems eines Lastsensors nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 6: einen Fig. 3, 4 entsprechenden Schnitt nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7: einen Schnitt längs der Linie Vll-Vll in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt eine Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden

Erfindung mit einem Roboter 100, dessen Basis 110 an drei Stützen 11 , 21 , 31 von drei Messsystemen 10, 20, 30 eines Lastsensors 40 verschraubt sind. Die in Fig. 1 oberen planen Flächen der Stützen 11 , 21 , 31 bilden somit eine Oberseite des

Lastsensors 40, an der die Messfläche (Unterseite der Basis 110) lösbar befestigt ist. Die hierzu parallele, in Fig. 1 untere plane Bodenfläche des Lastsensors 40 kann mit der Umgebung, insbesondere einem Sockel (nicht dargestellt) verschraubt sein. Dabei ist in Fig. 1 die (in vertikaler Richtung der Fig. 1 ) flache Bauweise des Lastsensors 40 schematisch angedeutet, der somit zwischen Basis 110 und Umgebung bzw. Sockel angeordnet bzw. befestigt ist.

Fig. 2 zeigt in einem Schnitt längs der Linie II-II eine Draufsicht auf den Lastsensor 40, in der man sein Gestell 41 und die drei jeweils um 120° gegeneinander versetzten Messsysteme 10, 20, 30 erkennt, insbesondere deren Stützen 1 1 , 21 , 31 und strich- doppelpunktiert angedeutete Messlicht-Strahlengänge 12, 22, 32.

Fig. 3 zeigt in einem Schnitt längs der Linie III-III einen Querschnitt durch das erste Messsystem 10. Die anderen beiden Messsysteme 20, 30 sind identisch aufgebaut, so dass hierzu auf die Beschreibung des ersten Messsystems 10 Bezug genommen wird.

Das erste Messsystem 10 weist ein optisches Sendemittel 13 zum Senden von Messlicht in Form eines Laserstrahls und ein optisches Empfangsmittel in Form einer CCD-Kamera 14 zum Detektieren einer Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel 13 auf.

Sende- und Empfangsmittel sind gemeinsam an der Stütze 11 des Gestells 41 angeordnet, die durch eine zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zusätzlich weist das erste Messsystem 10 ein optisches Umlenkmittel in Form einer ebenen Spiegelfläche 150 zum Umlenken von Messlicht von dem Sendemittel 13 auf, das bzw. die in dem strich-doppelpunktiert angedeuteten Strahlengang 12 des Messlichts zwischen Sende- und Empfangsmittel angeordnet ist und mit dem

Strahlengang 12 des darauf auftreffenden Messlichts einen Winkel bildet, der größer als 60° ist.

Eine Belastung des Roboters 100 wird über dessen Basis 1 10 in die drei Stützen 11 , 21 , 31 eingeleitet. Entsprechend verformen sich die Stützen infolge einer zu messenden Belastung des Lastsensors. Dadurch verschiebt sich eine Auftreffposition von Messlicht vom Sendemittel 13 an dem Empfangsmittel 14. Durch die Reflektion an der Spiegelfläche 150 wird der optische Weg verlängert und die Verschiebung vorteilhaft vergrößert.

Eine Auswerteeinheit 50 empfängt die von den Empfangsmitteln der drei

Messsysteme 10, 20, 30 detektieren Auftreffpositionen bzw. deren Verschiebungen und ermittelt hieraus die sechsachsige Belastung, d.h. die von der Roboterbasis 1 10 auf die Stützen 1 1 , 21 , 31 ausgeübten Kräfte und Momente.

Fig. 4 zeigt einen Fig. 3 entsprechenden Schnitt nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.

In der Ausführung der Fig. 4 ist umgekehrt nur die Spiegelfläche 150 an der Stütze 1 1 des Messsystems 10 angeordnet, die durch die zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist. Sende- und Empfangsmittel 13, 14 sind in der Ausführung der Fig. 4 im Wesentlichen außerhalb des Kraftflusses der zu messenden Belastung angeordnet bzw. so angeordnet und ausgebildet, dass sie durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden.

Zudem weist das Messsystem in der Ausführung der Fig. 4 ein weiteres optisches Umlenkmittel in Form einer zweiten Spiegelfläche 151 auf, die mit dem Strahlengang 12 des darauf auftreffenden Messlichts einen Winkel α bildet, der kleiner als 45° ist und durch diese flache Reflexion die Verschiebung der Auftreffposition an dem

Empfangsmittel 14 weiter vergrößert.

Man erkennt im Schnitt der Fig. 2, dass das erste Messsystem 10 und die beiden weiteren Messsysteme 20, 30 so ausgebildet und äquidistant längs eines Umfangs des Gestells 41 verteilt sind, dass ihre Strahlengänge 12, 22, 32 einander kreuzen.

In Fig. 3, 4 sind jeweils Abwandlungen gestrichelt angedeutet. So kann die

Spiegelfläche 150 jeweils auch eine konkave (vgl. Fig. 3) oder konvexe (vgl. Fig. 4) Spiegelfläche 152 sein. Zusätzlich oder alternativ können im Strahlengang 12 jeweils weitere optische

Umlenkmittel angeordnet sein, um eine Verschiebung der Auftreffposition von auftreffendem Messlicht von dem Sendemittel 13 an dem Empfangsmittel 14, die sich infolge der elastischen Verformung der Stütze 11 des Gestells 41 infolge der zu messenden Belastung ergibt, zu vergrößern. Exemplarisch sind hierzu in Fig. 3 gestrichelt eine Zerstreuungslinse 153 und eine Sammellinse 154 angedeutet. In Fig. 4 ist gestrichelt eine weitere Spiegelfläche 155 zur Mehrfachreflektion von Messlicht mit der Spiegelfläche 150 angedeutet.

Fig. 5 zeigt den Strahlengang 12 des Messsystems 10 nach einer weiteren

Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Merkmale sind wieder durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende

Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird. Man erkennt das vorstehend beschriebene Sendemittel 13 und Empfangsmittel 14, die, wie zu Fig. 4 erläutert, im Wesentlichen außerhalb des Kraftflusses der zu messenden Belastung angeordnet bzw. so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie, wenigstens im Wesentlichen, durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden. Dies ist in Fig. 5 jeweils durch eine schräg schraffierte feste Bezugsebene angedeutet. Man erkennt zudem die Spiegelfläche 150, die an der Stütze 1 1 des Messsystems 10 angeordnet ist (vgl. Fig. 4), die durch die zu messende Belastung elastisch verformbar ist, insbesondere verformt wird bzw. hierzu vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

Zudem weist die Ausführung der Fig. 5 ein gestellfestes Referenzlichtsendemittel in Form eines Strahlteilers in Form eines halbdurchlässigen Spiegels 160 zum Senden von Referenzlicht zu dem Empfangsmittel 14 des Messsystems 10 auf. Dieses

Referenzlicht wird durch einen weiteren gestellfesten Spiegel 161 in einen weiteren Strahlteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels 162 umgelenkt, in dem es wieder mit dem Messlicht zusammen- und zu dem Empfangsmittel 14 weitergeführt wird. Der Strahlengang des Referenzlichts ist in Fig. 5 mit 12' bezeichnet. Die

Strahlteiler 160, 162 sowie der Spiegel 161 sind jeweils ebenso wie Sendemittel 13 und Empfangsmittel 14 außerhalb des Kraftflusses der zu messenden Belastung angeordnet bzw. so ausgebildet, dass sie, wenigstens im Wesentlichen, durch die zu messende Belastung nicht bewegt werden. Auch dies ist in Fig. 5 durch eine schräg schraffierte feste Bezugsebene angedeutet.

Somit ist der Strahlengang 12' des Referenzlichts an dem optischen Element 150 des Messsystems 10 vorbeigeführt, das an der durch die zu messende Belastung elastisch verformbaren Stütze 11 des Gestells 41 angeordnet ist.

Entsprechend ist das Messsystem 10 der Ausführung der Fig. 5 derart ausgebildet, dass eine Referenzposition von an dem Empfangsmittel 14 auftreffendem

Referenzlicht durch eine (elastische Verformung der Stütze 11 des Messsystems 10 infolge der zu) messenden Belastung im Gegensatz zu der Auftreffposition des

Messlichts nicht verändert wird, während zugleich eine Relativposition von Auftreff- und Referenzposition an dem Empfangsmittel 14 bei belastungsfreiem Sensor, insbesondere bei einer Erwärmung des belastungsfreien Sensors, wenigstens im Wesentlichen konstant ist bzw. bleibt. Fig. 6 zeigt einen Fig. 3, 4 entsprechenden Schnitt nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie Vll-Vll in Fig. 6.

Einander entsprechende Merkmale sind wieder durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.

In der Ausführung der Fig. 6, 7 weist ein optisches Umlenkelement des Messsystems 10 zwei gegeneinander abgewinkelte Spiegelflächen 150, 156 auf, von denen die erste Spiegelfläche 150 im Strahlengang 12 des Messlichts und die andere bzw.

zweite Spiegelfläche 156 im Strahlengang 12' des Referenzlichts des Messsystems 10 angeordnet ist.

Eine zu messende Belastung in einer in Fig. 6 vertikalen (ersten)

Referenzbelastungsrichtung x bewirkt infolge einer Biegung des Balkens 1 1 in seiner einen Hauptrichtung eine Verkippung der ersten Spiegelfläche 150 und eine

Verschiebung der zweiten Spiegelfläche 156 parallel zu der zweiten Spiegelfläche. Umgekehrt bewirkt eine zu messende Belastung in einer hierzu senkrechten weiteren, entsprechend in Fig. 7 vertikalen (zweiten) Referenzbelastungsrichtung y infolge einer Biegung des Balkens 11 in seiner anderen Hauptrichtung eine Verkippung der zweiten Spiegelfläche 156 und eine Verschiebung der ersten Spiegelfläche 150 parallel zu der ersten Spiegelfläche. Somit fungiert Licht eines Strahlenganges 12 bzw. 12' jeweils zugleich als Messlicht zum Messen von Belastungen in der einen der beiden Referenzbelastungsrichtungen x, y und als Referenzlicht zur Kompensation beim Messen von Belastungen in der anderen der beiden Referenzbelastungsrichtungen.

Entsprechend wird beispielsweise der Strahlengang 12' des Referenzlichts durch eine elastische Verformung der Stütze 1 1 infolge der zu messenden Belastung in der einen Referenzbelastungsrichtung x (vertikal in Fig. 6) weniger umgelenkt als der

Strahlengang 12 des Messlichts des Messsystems.

In der Ausführung der Fig. 6, 7 gehen Mess- und Referenzlicht von zwei Lichtquellen 13, 13' aus, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass ihre Relativposition zueinander durch eine zu messende Belastung des Lastsensors, wenigstens im Wesentlichen, nicht verändert wird.

Der Roboter 100 weist eine Traglast von wenigstens 25 kg auf.

Die Auswerteeinheit 50 ermittelt automatisiert aus den Positionen von an den

Empfangsmitteln 14 der Messsysteme 10, 20, 30 auftreffendem Mess- und

gegebenenfalls Referenzlicht eine mehrachsige Belastung des Lastsensors 40.

Dabei werden die detektierten Auftreffpositionen bzw. deren Verschiebungen auf Basis der zugehörigen detektierten Referenzpositionen fehler-, insbesondere temperaturkompensiert, indem die Belastung auf Basis einer Relativverschiebung der Auftreff- gegenüber den jeweiligen Referenzpositionen ermittelt wird.

Die Stützen 1 1 , 21 , 31 sind als frei kragende Balken ausgebildet, die an einem

Ringflansch des Gestells 41 angeordnet und bis auf diese Anbindung von dem restlichen Gestell beabstandet sind.

Die Roboterbasis 110 ist, in den Ausführungsbeispielen durch angedeutete

Schrauben 60, nur an den drei Stützen 11 , 21 , 31 der drei Messsysteme 10, 20, 30 zerstörungsfrei lösbar befestigt.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen

Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die

Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die

Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten

Merkmalskombinationen ergibt. Bezuqszeichenliste

10 erstes Messsystem

1 1 Stütze

12 Messlicht-Strahlengang

12' Referenzlicht-Strahlengang

13, 13' Sendemittel

14 Empfangsmittel

20, 30 weiteres Messsystem

21 , 31 Stütze

22, 32 Messlicht-Strahlengang

40 Lastsensor

41 Gestell

50 Auswerteeinheit

60 Schraube

100 Roboter

1 10 Basis

150, 151 ,

152 Spiegel(fläche) (Umlenkmittel)

153 Zerstreuungslinse (Umlenkmittel)

154 Sammellinse (Umlenkmittel)

155, 156 Spiegel(fläche) (Umlenkmittel)

160, 162 Strahlteiler

161 Spiegel(fläche) (Umlenkmittel)