Universität Bielefeld - Technische Fakultät - Neuroinformatik



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Das Design der Fingerkuppe

Die    Roboterhand, die mit Sensoren ausgestattet werden soll, besteht aus drei gleichartigen anthropomorphen Fingern. Die Finger ähneln einem um etwa 10% vergrößerten menschlichen Zeigefinger. Die   Bewegungsfreiheitsgrade sind ebenfalls dem biologischen Vorbild nachempfunden, wie Abb. 1.1 zeigt. Jeder Finger hat zwei Gelenkfreiheitsgrade an der Fingerwurzel und einen für die miteinander gekoppelten Gelenke am zweiten und dritten Glied (siehe auch [Ran94]).

  
Figure 1.1: Freiheitsgrade eines Fingers der TUM-Hand: (a) Zwei Antriebskolben an der Fingerwurzel ermöglichen die Seitwärtsbewegung des Fingers (ca. ) und das Einknicken an der Fingerwurzel, wie in (b) im Profil gezeigt. Der dritte Kolben befindet sich im ersten Fingerglied und bewegt die miteinander gekoppelten Gelenke zum zweiten und dritten Fingerglied.

Die Sensoren in der Fingerkuppe sollen so stark wie möglich an die einzelnen Freiheitsgrade gekoppelt sein. Die in Abb. 1.1(a) gezeigte Seitwärtsbewegung des Fingers motiviert Sensoren an den Seiten der Kuppe. Für die Kraftregelung beim Einknicken des Fingers (siehe Abb. 1.1(b)) erscheinen Sensoren an der Vorder- und Oberseite der Kuppe geeignet. Bei Abrollbewegungen sollen keine "`tauben Bereiche"' auftreten, deshalb muß die Lage und Form der Sensoren der Krümmung der Fingerkuppe angepaßt werden.

Die verwendeten Foliensensoren werden vom Hersteller nur in quadratischen oder runden Standard-Formaten angeboten; diese Bauformen sind für das Design der Fingerkuppe ungeeignet. Für die Sensoren lassen sich jedoch selbst hergestellte Elektroden auf Platinenstücken verwenden, die das Austatten von beinahe beliebig geformten Flächen mit Sensoren erlauben. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Elektroden auf Folienbasis, um Sensoren herzustellen, die sich in Kegel- oder Zylinderform biegen lassen. Hier wurde von dieser Methode aus zwei Gründen Abstand genommen: die geätzten Folien sind außerordentlich teuer, und die druckempfindliche Folie ändert durch die mechanische Vorbelastung ihre Kennlinie und liefert daher schwerer auswertbare Daten als bei ebenen Sensoren.

Die Konstruktion einer Fingerkuppe mit solchen Sensoren ist in Abb. 1.2 dargestellt. Der Aluminiumträger in Abb. 1.2(a) wird anstelle der Gummikuppe an das dritte Fingerglied geschraubt. Die Sensoren an den Seiten der Kuppe sind um 18 nach vorn geneigt, um den "`tauben Bereich"' an der Kante besser zu überbrücken (siehe unten). Der vordere Bereich der Fingerkuppe ist in zwei Flächen aufgeteilt, die einen 135-Winkel bilden. Der gesamte Polyeder ist gegenüber der Normalen der Basisfläche um 15 nach hinten geneigt, um die beiden vorderen Flächen besser an die Einknickbewegung anzupassen (siehe Abb. 1.3).

Die Bestückung des Aluminiumträgers mit Kraft- und Positionssensoren (siehe Kapitel 2) ist in Abb. 1.2(b) dargestellt. Die Fingerkuppe wird durch Eingießen in elastische   Abformmasse abgerundet (siehe Abb. 1.2(c)). In die Abformmasse werden entlang der Kanten Furchen gezogen, die bewirken, daß eine an der Kante angreifende Auflagekraft auf die beiden benachbarten Sensoren verteilt wirdgif.

  
Figure 1.2: Phasen der Herstellung einer Fingerkuppe ohne Gleitsensorik: (a) Aluminiumträger. (b) Anbringung von vier Kraft- und Positionssensoren. (c) fertig vergossene Fingerkuppe mit Flachband-Anschlußkabel.

Die verwendeten Sensoren sind in der Lage, neben der Andruckkraft auch eine Koordinate des Schwerpunkts des Andruckprofils zu messen. Die Achsen für diese Positionsdetektion   werden in Abb. 1.3(b) dargestellt.



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