Fußkraftsensor Humanoidroboter

[Philbot]

der Sensor mißt die Kraft auf einem Teil der Fußfläche

Ja, das war der Gedanke dabei. Ich überlege allerdings, ob eine Sandwich-Lösung vielleicht doch sinnvoll wäre. Zwar nicht mit DMS, da dieser schätzungsweise besonders anfällig für Querkräfte wäre, aber vielleicht mit FSR an den Klebestellen. Also dass man vier oder fünf (falls man noch einen in der Mitte braucht) Klebepunkte hat, die man mit jeweils einem FSR ausstattet. Dann würde sich die komplette Kraft auf diese Sensoren aufteilen. Diese Lösung wäre sicher deutlich sinnvoller, wenn man eine undefinierte Kraftverteilung über die Fußfläche hätte, weil der Roboter zum Beispiel auf ein Hindernis tritt.

Eventuell reicht ja auch die Bestimmung der dynamschen Kräfte.

Also Beschleunigungssensoren sind ja im Roboter drin. Allerdings ist mir gerade nicht ganz klar, wie daraus die Kräfte gemessen werden können, die auf den Fuß wirken, um den Schwerpunkt zu bestimmen. Wie hattest du dir das denn genau gedacht?


@Thoralf: Vorausgesetzt ich habe deinen Vorschlag mit der induktiven Messung ansatzweise richtig verstanden, habe ich mal etwas genauer drüber nachgedacht. Ich habe leider keine Idee, wie ich daraus die genaue Kraft berechnen kann, die auf den Fuß wirkt. Wie hattest du dir das denn überlegt? Abgesehen davon scheint mir die Konstruktion durchaus geeignet um festzustellen, ob der Bewegungsablauf wie geplant ausgeführt wurde bzw wird. Man könnte innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs die tatsächlich Fußneigung mit jener vergleichen, die er gemäß seiner geplanten Bewegung zu diesem Zeitpunkt haben sollte. Weicht dieser Wert zu stark ab, verhindert möglicherweise ein Hindernis die weitere Bewegung ordnungsgemäßg auszuführen. Allerdings hätte ich auch an dieser Stelle keine Idee, wie der Roboter das erkannte Problem dann zielführend beheben kann. Für weitere Hilfe wäre ich dankbar.

[Besserwessi]

Wenn man es richtig macht, ist die Kapazitive Lösung nicht Aufwendig und so kleine sind die Kapazitäten nicht. Eine Auflösung im fF Bereich ist keine große Kunst. Das größere Problem ist der Mechanische Teil. Nicht umsonst arbeiten viele der billigen Waagen (Preisklasse unter 20 EUR) mit einer Kapazitiven Abstandsmessung und nicht mit DMS.

Bei der Induktiven Kraftmessung kann man auch Statische Kräfte messen und nur den entlasteten Zustand beim Laufen gelegentlich als Nullabgleich nutzen.

Induktiv gibt es noch ein andere Möglichkeit: Wenn ein weichmagnetischer Ferritekern mechanisch belastet wird, ändert sich die Induktivität - je nach Kern und Kraft durchaus merklich (mit einem Beispielkern von Pollin (Best.Nr. 250 274) komme ich mit der Kraft der Finger auf gut einen Faktor 2). Für den Sensor hier müsste man aber wohl einen kleineren Kern nehmen.

[Thoralf]

prima Idee mit dem magnetoelastischen Effekt.
Das wäre bei meinem eignen Projekt DIE Lösung.

Selbst kleine Kräfte liessen sich genau messen:

- ein Schwingkreis mit Ferritkern zur Kraftmessung
- ein zweiter Schwinkreis zur Temperaturkompensation
- Differenz = Kraft

leicht messbar und gut auch in beengte Platzverhältnisse einbaubar und vorallem billig

[Besserwessi]

Besonders genau wird eine Messung über den Magentoelastischen Effekt nicht sein - dafür ist vermutlich der Temperatureinfluss, und auch die variable Refelxion von Schallwellen die vom Kern ausgehen verantwortlich. Auch die Kräfter der Spule auf den Kern sind schon ein Problem. Man hat aber einen realtiv hohe Auflösung und kann bei der Anwendung hier kann man relativ leicht wiederholt einen Nullabgleich machen. Der Vorteil ist eher der einfache Aufbau. Ein Kern mit variablem Luftspalt ist ggf. aber besser von der Genauigkeit.

[Thoralf]

Ein Kern mit variablem Luftspalt ist ggf. aber besser von der Genauigkeit

der K-Faktor sollte eigentlich auch größer sein als bei Magnetoelastik.
Du überzeugst mich immer mehr, dass das eine Lösung für mein Problem ist.

[HannoHupmann]

Klingt nach dem Thema meiner Diplomarbeit Ist ne komplizierte Sache und das was ich damals als Lösung verwendet habe ist weit über dem Budget.

Übirgens nur mal so zur Info, der Schwerpunkt des Roboters kann sich auch außerhalb der Fussfläche befinden. Dann wirst du ihn mit den Sensoren nicht mehr bestimmen können.

[Philbot]

Ok, was du so zum magnetoelastischen Effekt schreibst, Besserwessi, hört sich gut an. Bleibt halt nur die Frage, ob sich das auch hinreichend einfach und ebenso günstig wie die Alternativen realisieren lässt. Ich schau mal, ob ich was in der Richtung finde. Aber du hast Recht, der Kern, den du genannt hast, ist in der Tat etwas zu groß. Ich weiß aber nicht, ob es überhaupt so dünne Kerne gibt.

Anfang nächster Woche wird die Entscheidung getroffen, welche Technik wir verwenden. Bis dahin ist noch Zeit für Ideen und Vorschläge. Im Moment ist unser Favorit nachwievor der FSR, weil ich da einige konkret mögliche Sensoren bereits ausfindig gemacht habe und wir von einem funktionierenden Beispiel wissen, bei dem das ebenfalls eingesetzt wird. Also mal schauen ob ich noch was zum magnetoelastischen Ansatz finde, wär sicher ne gute Alternative.

Klingt nach dem Thema meiner Diplomarbeit

Na das hört sich doch super an! Auch wenn wir deine Lösung offenbar nicht verwenden können, hast du vielleicht mit den hier diskutierten Ansätzen in diesem Rahmen irgendwelche Erfahrungen gemacht bzw. Vorschläge, was davon am realistischsten ist? Ein wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachgebiets Mess- und Sensortechnik meiner Uni hat mir bereits eine Studienarbeit geschickt, die erörtert welche Technologien denkbar wären (auch wenns letztendlich um was im Bereich Medizintechnik ging). Das hat für den Anfang sehr geholfen.

Achja, sorry wegen der Formulierung. Streng genommen geht es hintergründig um die Messung des ZMP, nicht des Schwerpunkts. Aber Thema sind ja eh die Sensoren.