Hey Leute,

ich versuche, die Füße eines humanoiden Roboters mit Kraftsensoren auszustatten, um zu messen, mit welcher Kraft der Roboter auf den Boden drückt. Daraus soll letztendlich der Schwerpunkt des Roboters berechnet werden. Zur Wahl des richtigen Sensors würde ich mich über eure Erfahrungen und Tipps sehr freuen. Aber alles der Reihe nach...

Anforderungen
Die Sensoren sollen an der Fußunterseite angebracht werden. Selbige besteht aus einem harten Material. Der Untergrund ist weich, überwiegend Teppichboden. Der Roboter nutzt das Rutschen seiner Füße um schneller zu sein, dieser Effekt darf nicht verloren gehen. Des Weiteren soll das gewünschte Sensorsystem (wie auch immer geartet), günstig und mit möglichst geringem Aufwand reproduzierbar sein, da mehrere Roboter damit
ausgestattet werden sollen. Die Messwerte werden durch einen µC ausgewertet.

Daraus ergeben sich im Wesentlichen folgende Kriterien:
  • sehr flach (< 1mm bzw ein Messstreifen)
  • einfach anzusteuern, passiv, gut montierbar
  • möglichst unempfindlich gegen Querkräfte (Rutschen soll Messwerte nicht signifikant verfälschen)
  • 5V Spannungsversorgung
  • Preis pro Stück unter 5€ (bzw pro Fuß für Sensoren max 15-20€)
  • Messbereich: 0...100N



Ansätze
  1. FSR: Erscheint mir naheliegend, erfüllt auch die im Wesentlichen Kriterien. Allerdings habe ich gelesen, dass diese Sensoren sehr störanfällig sind und für quantitative Messungen weniger geeignet. Was meint ihr dazu? Nichtsdestotrotz benötige ich Alternativen, um abwägen zu können.
  2. DMS: Dieser Sensortyp ist mir bei meiner Suche gefühlte tausend Mal über den Weg gelaufen und scheint in Sachen Qualität der Messung durchaus gut. Allerdings hilft er mir nicht weiter, da ich ja mit einem weichen Untergrund arbeite. Habt ihr vielleicht eine Idee, ihn dennoch irgendwie nutzen zu können? So Sandwich-mäßig eine zweite Sohle anzubringen mit Sensor dazwischen wäre vielleicht ein Ansatz, bleibt die Frage nach einfacher Befestigung sowie dem Preis.
  3. Biegesensor: Bin ich eher zufällig drauf gestoßen. Die Problematik hierbei wäre eine sinnvolle Konstruktion um ihn zur Kraftmessung zu nutzen und natürlich die Frage, ob das nicht zu viel Aufwand im Vergleich zu den Alternativen wäre.
  4. Piezoelektrischer Sensor: Liefert wohl auch gute Ergebnisse, ist günstig usw, aber misst nur eine Kraftänderung. Wäre aber praktisch, da man die Werte etwas leichter messen könnte, als beim FSR (wegen Ladungsänderung statt Widerstandsänderung). Hat damit vielleicht jemand Erfahrungen?
  5. Kapazitive Sensoren: Hab ich bisher nichts Konkretes finden können, das die Anforderungen erfüllt. Scheint mir im Prinzip aber durchaus vielversprechend. Lediglich wegen eventueller Scherung durch die Querkräfte müsste man aufpassen.


Soweit mal meine eigenen Ansätze im Groben. Im Prinzip ist aber alles möglich, was die oben genannten Anforderungen erfüllt. Wünschenswert ist dabei eine möglichst lineare Kennlinie.

In erster Linie geht es mir im Moment um die geeignetste Technik und darum, ob ihr vielleicht noch andere Ideen für Ansätze habt oder Erfahrungen mit der Thematik. Welcher Sensor letztendlich gekauft werden sollte, würde ich hier zwar auch gerne klären (hab bisher zu jedem Ansatz das ein oder andere Modell), aber das können wir auch gerne erstmal hinten anstellen.

Ich hoffe das ist jetzt nicht zu viel Text auf einmal...

Über eure Hilfe jeder Art würde ich mich sehr freuen!

Viele Grüße,
Phil