Universität Bielefeld - Technische Fakultät - Neuroinformatik



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Abrollverhalten eines FPSR-Sensors

Die abgerundete Form der Fingerkuppe wird durch einen Polyeder angenähert, der auf vier Flächen Kraft- und Positionssensoren trägt. Bei Abrollbewegungen treten an den Kanten Winkel auf, bei denen kein Sensor anspricht. Für diese Winkel ist die Sensorik quasi "`taub"'. Das Problem soll mit Hilfe einer Polsterung gelöst werden, die zwar das Andruckprofil etwas verbreitert, dafür aber Kräfte, die unter relativ steilem Winkel (etwa 60) angreifen, zum Teil auf die Sensorfläche übertragen. Der Entwurf einer solchen Polsterung ist in Abb. 1.3 dargestellt. Die folgenden Messungen wurden allerdings noch ohne die Gummihülle aufgenommen.

Abb. 2.11 und 2.12 zeigen den Verlauf einer Zeitreihe, die während einer gleichförmigen Abrollbewegung aufgezeichnet wurden, die vom Roboterarm durchgeführt wird (vergleiche Abb. 2.4. Zu Beginn der Abrollbewegung (0) ist die Andruckfläche parallel zum vorderen Sensor (vergleiche Abb. 1.3), bei 45 ist sie parallel zum oberen Sensor; die Messung endet bei etwa 60.

Die Zeitachse der Diagramme wurde mit Hilfe der konstanten Winkelgeschwindigkeit der Roboterbewegung in Rollwinkel umgerechnet. Die Messung dauerte 38s bei einer Abtastrate von rund 1.1kHz. Die Datensätze wurden um den Faktor 440 reduziert, indem Pakete von 440 Meßwerten auf Mittelwert und Standardabweichung hin analysiert wurden. Diese Werte sind als Meßpunkte mit Fehlerbalken eingezeichnet.

Die Breite der Fehlerbalken ist vor allem auf die unruhige Bewegung des Roboterarms zurückzuführen. Da der Raum der Gelenkwinkel des Roboters diskretisiert ist, lassen sich Bewegungen nur durch stufige Funktionen annähern. Bei der Übertragung in den kartesischen Raum werden die Stufen je nach Gelenkstellung sehr grob. Daher wackelt die Fingerkuppe während der Messung um mehrere Millimeter in alle Richtungen.

Aus der Messung der Andruckkräfte an den Sensoren (siehe Abb. 2.11) ist der Übergang an der Kante deutlich ersichtlich. Die Polsterung bewirkt dabei, daß in einem großen Winkelbereich beide Sensoren ansprechen und die Summe der beiden Meßwerte etwa konstant bleibt.

Die simultan gemessenen Positionswerte der Sensoren (siehe Abb. 2.12) zeigen die Verlagerung des Druckpunktes besonders deutlich in den Bereichen, in denen sich der entsprechende Kraftwert kaum ändert, beispielsweise von 0 bis 8 für den vorderen Sensor und von 28 bis 50 für den oberen. Die Positionswerte der Sensoren werden unzuverlässig, wenn die dazugehörige Andruckkraft unter einen Schwellwert sinkt. Der Positionswert des vorderen Sensors ist zum Beispiel im Bereich von 0 bis 7 undefiniert, bis der Kraftwert auf etwa 5 Einheiten angestiegen ist. Da die Signalaufbereitungselektronik das Potential an der W-Elektrode des Sensors nicht auf ein definiertes Niveau zwingen kann, zeigen verschiedene Sensoren auch unterschiedliches Verhalten.

Insgesamt zeigt die Messung, daß jeder Bereich der Abrollbewegung eine merkliche Änderung mindestens eines Sensorwerts zur Folge hat. Dadurch ist es möglich, etwa eine geeignete selbstorganisierende Karte auf das Lokalisieren des Druckpunktes auf der Fingerkuppenoberfläche zu trainieren.

  
Figure: Kraftmessung während einer Abrollbewegung: Die Zeitreihe wurde bei gleichförmigem Abrollen von bis aufgenommen.

  
Figure: Positionsmessung während einer Abrollbewegung: Die Messung wird unzuverlässig, wenn die Auflagekraft am Sensor unter etwa 5 Einheiten sinkt.



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Markus Jankowski Jan Jockusch Lars Jansen Michael Jandrey Marjan Tomas , 1996-Dec-06