NL8400708A

NL8400708A - Tastsensoren voor robotgrijpers.

Info

Publication number: NL8400708A
Application number: NL8400708A
Authority: NL
Original assignee: Wright Barry Corp
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1984-03-05
Publication date: 1984-10-16
Also published as: JPS59175992A; US4492949A; GB2137022B; DE3406093A1; IT1177555B; CA1233865A; GB8404628D0; IT8447679A0; CH664831A5; FR2542659B1; FR2542659A1; GB2137022A

Description

‘ N.0. 32275 1

Tastsensoren voor robotgrijpers.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op industriële robots en heeft in het bijzonder betrekking op tastsensoren voor gebruik in deze robots.

Industriële robots zijn in de techniek welbekend. Deze robots heb-5 ben tot doel menselijke werknemers in een grote verscheidenheid van as-sembleertaken te vervangen. Men heeft inge2ien dat het, om deze robots op effectieve wijze menselijke werknemers in toenemende delicate en gedetailleerde taken te vervangen, nodig is om tastinrichtingen voor de robots te verschaffen die functioneel gezien equivalent zijn aan de 10 verschillende zintuigen waarmede menselijke werknemers op natuurlijke wijze begiftigd zijn, bijvoorbeeld zicht, gehoor, etc.

Van bijzonder belang voor delicate en gedetailleerde assembleerta-ken is de zintuig van het aanraken of voelen. Aanraking of aanvoeling kan voor ingesloten asembleerwerk, waarbij het zicht door armen of an-15 dere voorwerpen belemmerd of verduisterd wordt, van belang zijn en aanraking kan van belang zijn om de tastterugkoppeling te verschaffen die nodig is om delicate voorwerpen stevig aan te vatten zonder hen te beschadigen. Eveneens kan aanraking een nuttig middel zijn om voorwerpen met verschillende afmetingen, vormen of gewichten te onderscheiden.

20 Dienovereenklomstig zijn er verscheidene tastsensoren ontwikkeld voor gebruik bij industriële robots.

Een dergelijke door William D. Hillis en John Hollerback ontwikkelde tastsensor is beschreven in het artikel "How Smart Robots Are Becoming Smarter" van Paul Kunnucan, High Technology Magazine, september/ 25 oktober uitgave, biz. 32-36, van Technology Publishing Company. Deze tastsensor heeft 256 drukgevoelige elektrische schakelaars die in een 16 x 16 roosterpatroon zijn aangebracht. Wanneer een voorwerp in contact met de sensor is gebracht worden de juiste schakelaars getrokken waardoor een patroon van elektrische signalen opgewekt wordt dat over-30 eenkomt met het "voelen (tasten)" van het de sensor contacterende voorwerp. Hillis en Hollerback hebben hun tastsensor gemaakt door als een sandwich een stuk gewone pantykous aan te brengen tussen een bovenlaag, bestaande uit een stuk van met geleidend grafiet langs 16 evenwijdige lijnen geïmpregneerd, niet-geleidend siliciumrubber, en een onderlaag 35 bestaande uit een printschakelingsplaat met 16 daarin aangebrachte evenwijdige geleidende lijnen. Hillis en Hollerback hebben hierbij de boven- en onderlagen ten opzichte van elkaar zodanig gericht dat de 16 evenwijdige geleidende lijnen In de bovenlaag onder een rechte hoek 84 0 0 7 Ö 8 r , ·ί 2 liepen ten opzichte van de 16 evenwijdige geleidende lijnen in de onderlaag, zodat op deze wijze een sensorgroepering gevormd werd bestaande uit 256 in een 16 x 16 roosterpatroon aangebrachte gesuperponeerde doorsnijdingspunten. De geleidende lijnen van de bovenlaag zijn normaal 5 door de pantykous van de geleidende lijnen van de onderlaag gescheiden. Wanneer echter een voorwerp in contact met de sensor komt en de vereiste minimale druk op de sensor uitoefent, maken de geleidende lijnen door de mazen van de pantykous in die doorsnijdingspunten onder de drukpunten contact met elkaar waardoor er in gekozen plaat een stroom 10 gaat vloeien tussen de boven- en onderlagen zodat een patroon van elektrische signalen opgewekt wordt dat overeenkomt met het "voelen" van het de sensor contacterende voorwerp.

Dit zelfde idee wordt naar men meent weergegeven in een andere pu-blikatie "Active Touch Sensing" van William Daniel Hillis, welke publi-15 katie als A.I. Memo 629 door het MIT Artificial Intelligence Laboratory is gedistribueerd. In deze tweede publikatie beschrijft Hillis eveneens het vervangen van de tussenlaag van de pantykous door een andere schei-dingslaag bestaande uit niet-geleidende verf. Deze niet-geleidende verf is rechtstreeks als een fijne mist op de onderzijde van de bovenlaag 20 gesproeid zodat deze mist als een verzameling onderling gescheiden, niet-geleidende stippen daaraan gehecht wordt.1 De geleidende lijnen van de bovenlaag zijn normaal door de mistlaag van niet-geleidende verf gescheiden van de geleidende lijnen van de onderlaag. Wanneer een voorwerp in contact met de sensor komt en de vereiste minimale druk op de 25 sensor uitoefent, maken de geleidende lijnen van de bovenlaag via de tussen aangrenzende stippen van niet-geleidende verf bestaande spleten in de onder de drukpunten gelegen doorsnijdingspunten contact met de geleidende lijnen van de bovenlaag waardoor er een stroom in gekozen plaatsen tussen de boven- en onderlaag gaat vloeien zodat een patroon 30 van elektrische signalen opgewekt wordt dat overeenkomt met het "voelen" van het de sensor contacterende voorwerp.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.208.648 beschrijft een andere tastsensor die 256 in een 16 x 16 roosterpatroon aangebrachte drukge-voelige elektrische schakelaars heeft zodanig dat, wanneer een voorwerp 35 in contact of aanraking met de sensor wordt gebracht, de juiste schakelaars getrokken worden teneinde een patroon van elektrische signalen op te wekken dat overeenkomt met het "voelen" van het de sensor contacterende voorwerp. De in het Amerikaanse octrooischrift 4.208.648 weergegeven tastsensor verschilt in belangrijke mate van de eerder genoemde 40 sensoren in vele van de details van de konstruktie en werking daarvan.

8400708 * * ' 3

Heer in het bijzonder heeft de in het Amerikaanse octrooischrift 4.208.648 beschreven sensor drie verschillende lagen die in sandwich-opstelling aangebracht zijn. De bovenlaag bestaat uit een veerkrachtig elektrisch isolerend materiaal waarin een eerste stel van 16 evenwijdi-5 ge geleidende lijnen is aangebracht. De onderlaag bestaat uit een veerkrachtig elektrisch isolerend materiaal waarin een tweede stel van 16 evenwijdige geleidende lijnen is aangebracht. De onderlaag is zódanig ten opzichte van de bovenlaag aangebracht dat het tweede stel geleidende lijnen zich onder een rechte hoek uitstrekt tot het eerste stel ge-10 leidende lijnen zodat zij samen een tastgroepering vormen bestaande uit 256 in een 16 x 16 roosterpatroon aangebrachte gesuperponeerde door-snijdingspunten. De tussenlaag bestaat uit een synthetisch harsmateriaal dat in zijn natuurlijke ongespannen toestand enigermate elektrisch geleidend is en waarvan het geleidingsvermogen door samendrukking ver-15 groot wordt. Wanneer een voorwerp de vereiste minimale druk op de sensor uitoefent, wordt het geleidingsvermogen van de tussenlaag in die plaatsen onder de drukpunten veranderd. Als gevolg hiervan wordt de tussen de eerste en tweede stellen geleidende lijnen vloeiende stroom in de door druk beïnvloede plaatsen eveneens veranderd en er wordt een 20 patroon van elektrische signalen opgewekt dat met het "voelen” van het de sensor contacterende voorwerp overeenkomt.

Ongelukkig genoeg hebben de boven beschreven tastsensoren te lijden van een of meer van de volgende beperkingen: (1) slechte betrouwbaarheid, (2) slechte duurzaamheid, (3) hoge kosten van vervaardiging, 25 (4) een vervaardiging die behoorlijk gecompliceerd is, (5) beperkte ge voeligheid, (6) een complicerende signaal "overspraak", waarbij het stroomsignaal op andere plaatsen dan die onder de drukpunten gelegen door de tussenlaag vloeit, en (7) een druk-stroombetrefcking van beperkt gebruik.

30 Dienovereenkomstig beoogt de uitvinding een verbeterde vorm van tastsensor te verschaffen die de boven vermelde beperkingen overwint of vermindert.

Deze doeleinden van de uitvinding worden in een voorkeursuitvoering verkregen door een tastsensor te verschaffen die drie verschillen-35 de in een sandwich-opstelling aangebrachte lagen heeft. De bovenlaag bestaat uit een buigzaam elektrisch isolerend materiaal en een aantal evenwijdige buigzame geleidende staven. De onderlaag bestaat uit een elektrisch isolerend materiaal en een aantal evenwijdige geleidende staven die zich onder rechte hoeken tot de geleidende staven van de bo-40 venlaag uitstrekken en hierbij een tastgroepering vormen bestaande uit 8400708 ί· * · 4 een aantal in een roosterpatroon gelegen gesuperponeerde doorsnijdings-punten. De tussenlaag bestaat uit een veerkrachtig elektrisch isolerend materiaal waarin een aantal evenwijdige geleidende posten is aangebracht die zich loodrecht .op de vlakken van de drie lagen uitstrekken.

5 Deze posten bestaan uit een veerkrachtig geleidend materiaal. Elke geleidende post is in een van de bovengenoemde doorsnijdingspunten van de sensor aangebracht teneinde op elektrische wijze een van de geleidende stanven van de bovenlaag te verbinden met een van de geleidende staven van de onderlaag. De geleidende staven zijn met een gekozen dwarsdoor-10 snede uitgevoerd teneinde te bewerkstelligen dat veranderingen in de grootte van de op de sensor uitgeoefende druk overeenkomstige veranderingen in het contactoppervlakgebied zullen teweeg brengen en daarmede een verandering in de elektrische contactweerstand tussen de geleidende staven en die onder de drukpunten gelegen geleidende posten. Als gevolg 15 van deze konstruktie is de sensor beter in staat een patroon van elektrische signalen te verschaffen dat door middel van een geschikte computer en computersoftware een bepaling zal geven die beter het "voelen" van een de sensor contacterend voorwerp benadert.

De uitvinding zal aan de hand van een voorkeursuitvoering nader 20 worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin in de ver- * schillende figuren dezelfde verwijzingscijfers overeenkomen met gelijke onderdelen en waarin: figuur 1 een fragmentarisch perspectivisch aanzicht met weggebroken delen geeft van de voorkeursuitvoering van de uitvinding; 25 figuur 2 een doorsnede-aanzicht geeft langs de in figuur 1 aange geven lijn 2-2; figuur 3 een schaalweergave geeft van de dwarsdoorsnede van de in de voorkeursuitvoering van de figuren 1 en 2 toegepaste geleidende staven; 30 figuur 4 een blokschema geeft van een volgens de uitvinding toege paste elektronische stuurschakeling; en de figuren 5 tot 8 andere uitvoeringsvormen tonen van de uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoering.

35 In de figuren 1 en 2 omvat de tastsensor 2 in het algemeen drie verschillende lagen die in sandwich-opstelling zijn aangebracht: een bovenlaag 4, een tussenlaag 6 en een onderlaag 8.

De bovenlaag 4 bestaat uit een buigzaam elektrisch isolerend materiaal dat slijtbestendig is. Bij voorkeur is de bovenlaag 4 gevormd uit 40 een polymeermateriaal, zoals een elastomeer, bijvoorbeeld een mengsel 3400708 » % 5 van polybutadieen en natuurlijk rubber, welk materiaal een hardheid heeft van tussen 50 en 60 durometer op de Shore A-2 schaal. De laag 4 heeft een planair bovenoppervlak 10 en een planair onderoppervlak 12 voorzien van een aantal evenwijdige groeven 14. In de voorkeursuitvoe-5 ring zijn er 16 groeven 14.

Elke groef 14 heeft een daarin door middel van een kleefmiddel of equivalent middel bevestigde geleidende staaf 18A, 18B, 18C, etc. De staven 18A, 18B, 18C etc. zijn gevormd uit een buigzaam geleidend materiaal. Bij voorkeur zijn de staven 18A, 18B, 18C etc. gemaakt van een 10 polymeerelastomeer, bijvoorbeeld chloropreen, dat met een geschikt geleidend materiaal, bijvoorbeeld carbonzwart, gedoteerd is. De staven 18A, 18B, 18C, etc. zijn zodanig uitgevoerd dat zij een hardheid van tussen ongeveer 70 en 80 durometer op de Shore A-2 schaal hebben.

De geleidende staven 18A, 18B, 18C etc, zijn zodanig gevormd dat 15 zij elk in hun tussendelen, dat wil zeggen die delen van de staven die naast de tussenlaag 6 lopen, een dwarsdoorsnedeprofiel hebben dat in het algemeen gelijk is aan het dwarsdoorsnedeprofiel van een "romp” van een schip. Het dwarsdoorsnedeprofiel van de tussendelen van de staven 18A, 18B, 18C, etc. is in meer detail in figuur 3 aangegeven. Zoals uit 20 figuur 3 blijkt zijn de tussendelen van de geleidende staven uitgevoerd met een dubbele kromming van een gekozen functioneel karakter en hebben zij een uitstekend neusdeel 19. De groeven 14 en de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. hebben ten opzichte van elkaar zodanige afmetingen dat de uitstekende neusdelen 19 van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, 25 etc. zich tot onder het bovenoppervlak 12 van de toplaag 4 (zie figuur 2) uitstrekken. Zoals hierna in meer detail zal toegelicht worden hebben de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. aan hun einddelen, dat wil zeggen die delen van de staven die tot buiten het gebied van de tussenlaag 6 zich uitstrekken, een zodanige vorm dat zij elk een in wezen 30 rechthoekige dwarsdoorsnede hebben zoals aangegeven in figuur I bij 18’D, 18% 18% etc.

De onder of bodemlaag 8 bestaat uit een stijf elektrisch isolerend materiaal, zoals een niet-geleidende polymeer of het soort materiaal dat kenmerkend gebruikt wordt om schakelingsbordsubstraten, bijvoor-35 beeld met hars geïmpregneerde vezelglasbladen, te fabriceren. De laag 8 heeft een planair bovenoppervlak 20 en een planair onderoppervlak 22, en is voorzien van een aantal vlakke geleidende koperbusgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. Bij de voorkeursuitvoering zijn er 16 busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. De busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. zijn bij voorkeur 40 vast op hun plaats op het bovenoppervlak 20 van de onderlaag 8 beves- 8400708 6 0 * 4» tigd door hechting of andere equivalente middelen. De husgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. hebben ten opzichte van de onderlaag 8 een zodanige afmeting dat het einddeel van elke busgeleider zich tot buiten het einde van de onderlaag 8 uitstrekt zoals aangegeven is in de figuren 1 en 2.

5 De onderlaag 8 heeft eveneens een aantal daarop aangebrachte ge leidende staven 28A, 28B, 28C, etc. Deze geleidende staven 28Δ, 28B, 28C, etc. zijn bij voorkeur gelijk aan de bovenbeschreven geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. behalve dat zij geen vlakke uitstekende einddelen, die overeenkomen met de bovenvermelde uitstekende einddelen 10 18'D, 18’E, 18’F, etc., hebben. In de voorkeursuitvoering zijn er 16 staven 28A, 28B, 28C, etc. De staven 28A, 28B, 28C, etc. zijn bij voorkeur zoals aangegeven in de figuren 1 en 2 door middel van een hecht of ander equivalent middel vast op hun plaats aangebracht zodat deze staven 28A, 28B, 28C, etc. een goed geleidend contact maken met de busge-15 leiders 26A, 26B, 26C, etc.

De onderlaag 8 is zodanig ten opzichte van de bovenlaag 4 geplaatst dat de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. zich onder rechte hoeken tot de geleidende staven 18Δ, 18B, 18C, etc. uitstrekken zodat daardoor een tastgroepering gevormd wordt bestaande uit 256 in een 16 x 20 16 roosterpatroon aangebrachte gesuperponeerde doorsnijdingspunten. Bij voorkeur hebben de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. onderling een uniforme afstand en hetzelfde geldt voor de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc.

De tussenlaag 6 bestaat uit een vul of dempingslaag 30 gevormd uit 25 een niet-geleidend elastomeer materiaal, zoals polyurethaan, welke laag een hardheid heeft van tussen 40 en 60 durometer op de Shore A-2 schaal. De vullaag 30 heeft planaire boven- en onderoppervlakken 32 en 34. De tussenlaag 6 heeft eveneens een aantal dwars verlopende geleidende posten 36. De posten 36 strekken zich loodrecht uit op het hoofd-30 vlak van de vullaag 30 en zij lopen tussen en doorsnijden de boven en onderoppervlakken 32 en 34 van de vullaag 30. De geleidende posten 36 zijn uit een elastomeermateriaal gemaakt dat elektrisch geleidend is.

De posten 36 zijn bij voorkeur gevormd uit een materiaal van gekozen geleidingsvermogen, bijvoorbeeld een polymeer zoals chloropreen dat ge-35 mengd is met carbonzwart teneinde geleidend te zijn en dat een hardheid heeft van tussen ongeveer 50 en 60 durometer op de Shore A-2 schaal. Zoals uit de figuren 1 en 2 blijkt is een geleidende post 36 bij elk van de eerder genoemde doorsnijdingspunten van de sensor geplaatst teneinde op elektrische wijze een van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, 40 etc. van de bovenlaag 4 te verbinden met een van de geleidende staven 8400708 * « 7

V

28Α, 28Β, 28C, etc. van de onderlaag 8.

Zoals uit figuur 2 blijkt zullen, wanneer er geen kracht op het bovenoppervlak 10 van de sensor wordt uitgeoefend, alleen de uitstekende neusdelen van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. de geleidende 5 posten 36 contacteren en zullen alleen de uitstekende neusdelen van de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc, de geleidende posten 36 contacteren. Wanneer er echter een voorwerp in aanraking of contact komt met het bovenoppervlak 10 van de sensor en een bepaalde vereiste monimale druk op de sensor uitoefent, worden de lagen 4, 6 en 8 samengedrukt zo-10 dat de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. elkaar bij de drukpunten naderen. Wanneer de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. bij de drukpunten bij elkaar gedrukt worden, drukken de geleidende staven in de zachtere tussenlaag 6 zodat hun effectief contactoppervlak 15 met de bij de drukpunten gelegen geleidende staven 36 vergroot worden.

Als gevolg hiervan neemt de tussen de geleidende staven en de onder de drukpunten gelegen geleidende posten teweeg gebrachte elektrische contactweerstand dienovereenkomstig af waardoor er voor een gegeven tussen de staven 18A, 18B, 18C, etc. en de staven 28A, 28B, 28C, etc. toege-20 voerde spanning de stroomdoorgang groter zal worden in omgekeerde betrekking met de veranderingen in de contactweerstand.

Op basis van bovenvermelde konstruktie zal het duidelijk zijn dat er bij elk van de doorsnijdingspunten van de sensor een drukgevoelige schakelaar is gevormd. Wanneer het geheel op een juiste elektrische 25 schakeling is aangesloten zijn deze schakelaars tezamen in staat om een patroon van elektrische signalen op te wekken dat overeenkomt met het "voelen" van een de sensor contacterend of aanrakend voorwerp.

Het zal duidelijk zijn dat de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. over hun lengte voldoende buigzaam of soepel moeten zijn zodat de 30 plaatselijke uitoefening van druk bij een doorsnijdingspunt niet in betekenisvolle wijze bij aangrenzende doorsnijdingspunten zal uitwerken. Tegelijkertijd moeten echter de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. ten opzichte van de componenten in de tussenlaag 6 voldoende hardheid hebben zodat het de laag 6 is, en niet de geleidende staven, die bij 35 uitoefening van druk een vervorming ondergaat. De voor de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. gekozen dwarsdoorsnedegeometrie (in detail in figuur 3 aangegeven) is zodanig dat de druk-stroombetrekking van de sensor 2 een niet-lineaire responsie van in wezen logaritmische vorm heeft die het mogelijk maakt 40 zeer kleine veranderingen van druk bij zeer lichte belasting evenals 8400708 4 8 grote veranderingen van druk bij zeer zware belasting op nauwkeurige wijze weer te geven. Opgemerkt wordt dat de dwarsdoorsnedevorm van de staven 18A, 18B, 18C, etc. en van de staven 28A, 28B, 28C, etc. gelijk zijn aan het dwarsdoorsnedeprofiel van de romp van een schip met symme-5 trische dubbele krommingen die met de neusdelen 19 samenwerken om het gewenste effect te geven. Het zal eveneens duidelijk zijn dat de nauwkeurige druk-stroombetrekking van de sensor 2 eveneens zal afhangen van een aantal andere factoren, zoals laagdikten, laagsamenstellingen, en eveneens de relatieve hardheden van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, 10 etc. en 28A, 28B, 28C, etc. en de geleidende staven 36. Door op selectieve wijze de bovenvermelde factoren in te stellen is het mogelijk een tastsensor te maken met de gewenste gevoeligheid.

Teneinde de tastsensor 2 in wezen ontoegankelijk voor de invloeden van bepaalde onvriendelijke klimaten, zoals water of olie, te maken 15 wordt er de voorkeur aan gegeven de randen van de bovenlaag 4 en de onderlaag 8 tot buiten de randen van de tussenlaag 6 te laten uitstrekken zodat de twee lagen bij elkaar gebracht en verbonden kunnen worden om een afgedicht geheel te vormen. Meer in het bijzonder wordt er de voorkeur aan gegeven dat de bovenlaag 4 op de in figuur 2 aangegeven wijze 20 omlaag gevouwen en gehecht wordt met de onderlaag 8. Tegelijkertijd worden teneinde de sensor aan te kunnen sluiten op een juiste elektrische schakeling, de uitstekende einddelen 18Ά, 18’B, 18’C, etc. van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, omlaag gedraaid zoals aangegeven in figuur 1 zodat zij langs het bovenopporvlak 20 van de onderlaag 8 lopen 25 naar de omtrek van de sensor, waarbij deze uitstekende einddelen (uitgevoerd met een in wezen rechthoekige dwarsdoorsnede zoals boven vermeld) en de busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. zich tot buiten de afgedichte zijranden van de sensor uitstrekken en hierbij beschikbaar zijn voor aansluiting op een juiste elektrische schakeling.

30 Figuur 4 toont de wijze waarop een voorkeursuitvoering van de tastsensor 2 verbonden kan worden met een elektrische schakeling voor gebruik bij een industriële robot. Deze schakeling heeft in het algemeen een computer 50 die verbonden is met de ingangslijn van een 16 lijns demultiplexer 52. De computer 50 is eveneens via een stuurlijn 35 (in streep lijn weergegeven) met de demultiplexer 52 verbonden. De 16 uitgangslijnen van de demultiplexer 52 zijn respectievelijk bevestigd met de 16 uitstekende einddelen van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. van de sensor 2. De 16 uitstekende einddelen van de busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. van de sensor 2 zijn respectievelijk verbonden met 40 de 16 ingangslijnen van een stroom-spanningomzetter 54. De 16 uitgangs- 8400708 ' 9 ♦ lijnen van de omzetter 54 zijn respectievelijk bevestigd met de 16 in-gangslijnen van een multiplexer 56. De uitgangslijn van de multiplexer 56 is verbonden met een analoog-digitaalomzetter 58 en de stuurlijn van de multiplexer 56 (in streep lijn aangegeven) is verbonden met de com-5 puter 50. Het uitgangssignaal van de omzetter 58 wordt aan de computer 50 toegevoerd. De uitgang van de computer 50 is verbonden met een robot computer 60 die zelf verbonden is met de robot behandelingsstuuror-ganen 62. Het robot behandelingsstuurorgaan 62 bestuurt een arm of een ander robotorgaan dat in samenwerking met de tastsensor 2 werkt. Het 10 zal duidelijk zijn dat de computer 50, de demultiplexer 52, de stroom-spanningomzetter 54, de multiplexer 56, de analoog-digitaalomzetter 58, de robotcomputer 60 en de robotbehandelingsstuurorganen 62 alle van het in de techniek bekende soort zijn.

In een kenmerkend geval is de sensor 2 op een robotorgaan of aan-15 hangsel (appendage) gemonteerd zodat de stijve onderlaag 8 tegenover het orgaan ligt en daaraan bevestigd is, waarbij de buigzame bovenlaag 4 naar buiten gericht is in een positie om in aangrijping met een te hanteren voorwerp te komen.

Tijdens bedrijf van de robot wordt de aanwezigheid van een voor-20 werp op de sensor 2 op de volgende wijze door de stuurschakeling bepaald. De computer 50 geeft een signaal af aan de demultiplexer 52 om de geleidende staaf 18A te bekrachtigen. Daar de geleidende staaf 18A door middel van de geleidende posten 36 in de gesuperponeerde doorsnij-dingspunten van de sensor verbonden is met elke staaf van de geleidende 25 staven 28A, 28B, 28C, etc. zal de bekrachtiging van de geleidende staaf 18A een stroom opwekken in elke geleidende staaf 28A, 28B, 28C, etc. Zoals eerder is beschreven echter zal de in elke lijn 28A, 28B, 28C, etc. vloeiende stroom van de ene lijn tot de andere variëren overeenkomstig de grootte van de druk die aan de sensor in de doorsnijdingen 30 van de geleidende staaf 18A met de geleidende staven 28A, 28B, 280, etc. wordt uitgeoefend. De omzetter 54 neemt de in elke staaf 28A, 28B, 28C, etc. aanwezige stroom op als gevolg van de verbindingen daarvan met de busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. en zet de in elke staaf 28A, 28B, 28C, etc» vloeiende stroom om in een overeenkomstige spanning. Het 35 uitgangssignaal van de omzetter 54 wordt vervolgens toegevoerd aan de multiplexer 56* De computer 50 gebruikt de multiplexer 56 als een poortmechanisme teneinde hem sequentieel het uitgangssignaal van elke geleidende staaf 28A, 28B, 28C, etc. te doen bemonsteren en om de uitgangssignalen toe te voeren aan de omzetter 58. Deze laatste omzetter 40 zet deze analoge uitgangsspanningen om in digitale signalen die automa- 841) 0 7 0 8 ‘ * * '. 10 tisch aan de computer 50 toegevoerd worden. Vervolgens instrueert de computer de demultiplexer 52 om’ de bekrachtiging van de geleidende staaf 18A weg te nemen en om de geleidende staaf 18B te bekrachtigen. Daar de geleidende staaf 18B door middel van geleidende staven 36 bij 5 de gesuperponeerde doorsnijdingspunten van de sensor verbonden is met elke staaf 28A, 28B, 28C, etc. zal de bekrachtiging van de geleidende staaf 18B een stroom in elke geleidende staaf 28A, 28B, 28C, etc. teweeg brengen. Zoals eerder vermeld zal de in elke lijn 28A, 28B, 28C, etc. vloeiende stroom echter van de ene lijn tot de andere variëren 10 overeenkomstig de grootte van de in de doorsnijdingen van de geleidende staaf 18B met de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. aan de sensor toegevoerde druk. De computer gebruikt vervolgens de schakeling zoals boven aangegeven om sequentieel het van de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. afgeleide uitgangssignaal te bemonsteren en om de uitgangs-15 signalen toe te voeren aan de omzetter 58. Dit proces wordt alsmaar herhaald totdat de computer 50 de elektrische signalen van alle 256 doorsnijdingspunten op de sensor heeft bemonsterd en de digitale gegevens heeft gecoördineerd teneinde een conclusie te vormen ten aanzien van de aanwezigheid van enig voorwerp de tastsensor. De computer 50 20 brengt deze digitale informatie vervolgens over aan de robotcomputer 60 die automatisch de robotbehandelingsstuurorganen 62 zoals gewenst zal instellen.

Voordelen van de uitvinding.

De beschreven en hier weergegeven voorkeursuitvoering van de uit-25 vinding heeft vele voordelen ten opzichte van de bekende techniek.

Eerst heeft de hierin weergegeven tastsensor een breed bereik van gevoeligheid. De unieke geometrie van de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en 28A, 28B, 28C, etc, waarborgt dat het uitgangssignaal van de sensor logaritmisch met de contactdrukken zal variëren opdat de sen-30 sor in staat zal zijn zeer kleine veranderingen in druk onder zeer lage belasting evenals grote veranderingen van druk onder zeer zware belasting te bepalen.

Ten tweede is de hier beschreven tastsensor relatief betrouwbaar, duurzaam, goedkoop te maken en eenvoudig te vervaardigen.

35 Ten derde heeft de hierin beschreven tastsensor een tussenlaag die alleen in de gesuperponeerde doorsnijdingspunten van de sensor geleidend is zodat er alleen signalen in de doorsnijdingspunten tussen de geleidende staven van de boven- en onderlagen kunnen passeren.

Ten vierde is de tastsensor volledig ten opzichte van de omgeving 40 afgedicht teneinde hem onder een verscheidenheid van behandelingsom- 8400708 φ 9- Ψ 11 standigheden operationeel te laten zijn.

Wijzigingen van de voorkeursuitvoering.

Het is natuurlijk mogelijk om binnen het kader van de uitvinding wijzigingen aan te brengen in de voorkeursuitvoering.

5 Zo kan de tastsensor 2 bijvoorbeeld uitgevoerd zijn met meer of minder dan 16 geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en meer of minder dan 16 geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. Ook kunnen de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. zich onder enige andere hoek dan een rechte hoek ten opzichte van el-10 kaar uitstrekken.

Eventueel kunnen de geleidende posten 36 uitgevoerd zijn met een dwarsdoorsnedevorm die verschilt van de in de figuren 1 en 2 aangegeven cirkelvorm, bijvoorbeeld een vierkante of andere willekeurige vorm.

Eveneens kunnen de geleidende staven 18A» 18B, 18C, etc. en de staven 15 28A, 28B, 28C, etc. uitgevoerd zijn met een dwarsdoorsnedevorm die ver schilt van de vorm aangegeven in de figuren 1 tot 3, bijvoorbeeld een driehoekige vorm.

Verder behoeft de onderlaag 8 van de sensor geen stijve of vaste laag zijn maar kan hij uitgevoerd zijn van een buigzaam materiaal, zo-20 als dat gewoonlijk gebruikt wordt om buigzame printplaten te maken, of een materiaal dat hetzelfde of overeenkomstig is aan een materiaal waarvan de bovenlaag 4 is gemaakt.

Vanzelfsprekend kan de wijze waarop de tastsensor 2 verbonden is met de in figuur 4 aangegeven elektrische schakeling eveneens veranderd 25 worden. Zo kunnen bijvoorbeeld de uitgangslijnen van de demultiplexer 52 verbonden zijn met busgeleiders 26A, 26B, 26C, etc. en kunnen de in-gangslijnen naar de omzetter 54 verbonden zijn met de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. Eveneens kan de computer 50 geprogrammeerd worden om de door de doorsnijdingspunten van de sensor vloeiende stroom in een 30 opvolging te bemonsteren die een ander is dan de aangegeven volgorde.

Ook kan de sensor 2 gebruikt worden met een schakeling diue geheel verschilt van die in figuur 4 aangegeven.

Zoals in figuur 5 aangegeven kan het materiaal tussen de groeven in de bovenlaag 4 in de lengte uitlopen zoals aangegeven bij 100, zodat 35 de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. normaal gezien niet de in de tussenlaag 6 aangebrachte posten 36 contacteren. Deze konstruktie heeft tot gevolg dat de sensor enige niet aan nul gelijk zijnde drempeldruk nodig heeft voordat er een elektrisch signaal tussen de geleidende staven 18A 18B, 18C, etc. van de bovenlaag 4 en de geleidende staven 28A, 40 28B, 28C, etc. van de onderlaag 8 kan passeren.

8400708 * v » 12

Op andere wijze kan zoals aangegeven in figuur 6 de tussenlaag 6, aangegeven in de figuren 1 en 2, vervangen worden door een nieuwe tussenlaag 6' bestaande uit een uniform blad van een elastomeermateriaal dat geleidend is, bijvoorbeeld een silicoonrubberlaag die geïmpregneerd 5 is met geleidende deeltjes, zoals deeltjes van koolstof, zilver, koper en dergelijke (zie Amerikaans octrooischrift 4.208.648).

Eveneens kunnen zoals aangegeven in figuur 7 de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. en de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. zodanig uitgevoerd zijn, dat zij in wezen rechthoekige of vierkante dwarsdoor-10 sneden over hun hele lengte hebben, en de geleidende staven 36 kunnen zodanig uitgevoerd zijn dat hun uitstekende einden dwarsdoorsnedepro-fielen hebben gelijk aan de romp van een schip zoals eerder beschreven in samenhang met de staven 18A, 18B, 18C, etc. en de staven 28A, 28B, 28C, etc. Natuurlijk zullen in dit verband de staven 18A, 18B, 18C, 15 etc. en 28A, 28B, 28C, etc. een hardheid hebben kleiner dan de hardheid van de geleidende staven 36 opdat de staven 18A, 18B, 18C, etc. en 28A, 28B, 28C, etc. bij het uitoefenen van druk op het vlak van de sensor 2 zullen vervormen terwijl de staven 36 in wezen onvervormd zullen blijven.

20 Men heeft eveneens voorzien om zoals aangegeven in figuur 8 de t > tussenlaag 6 in zijn geheel weg te laten. In dit geval zullen de geleidende staven 18A, 18B, 18C, etc. de geleidende staven 28A, 28B, 28C, etc. rechtstreeks contacteren en door een of beide stellen van staven uit relatief zachte samenstellingen te maken kunnen de vereiste drukva-25 riaties van het contactoppervlakgebied (en dientengevolge de elektrische contactweerstand) bij de beïnvloede doorsnijdingspunten verkregen worden.

Verder kan de sensor zodanig uitgevoerd zijn dat alleen de geleidende staven van de bovenlaag een hardheid hebben groter dan die van de 30 tussenlaag, of zodanig dat alleen de geleidende staven van de onderlaag een hardheid hebben groter dan die van de tussenlaag.

Men heeft eveneens voorzien om het bovenoppervlak 10 van de bovenlaag 4 een weefselvorm of een stapvormige contour te geven teneinde de trek of aandrijving (traction) te verbeteren. Verder behoeft de sensor 35 over zijn oppervlakken niet planair te zijn maar in plaats daarvan kunnen elk oppervlak en de daarbij behorende structuur segmenten van een bolvorm of cilinder zijn.

1400708

Claims

1. Tastsensor voor het aftasten van de door een voorwerp in contact daarmede uitgeoefende druk, welke sensor omvat een sandwich-op-stelling met 5 (a) een bovenlaag bestaande uit een buigzaam elektrisch isolerend mate riaal en een eerste aantal van buigzame geleidende staven die zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken] (b) een onderlaag bestaande uit een elektrisch isolerend materiaal en een tweede aantal van geleidende staven die zich evenwijdig aan elkaar 10 uitstrekken, welke onderlaag zodanig ten opzichte van de bovenlaag is aangebracht dat de staven van het eerste aantal staven zich onder een hoek tot de staven van het tweede aantal staven uitstrekken teneinde een sensorgroepering te vormen bestaande uit een aantal van in een roosterpatroon gelegen gesuperponeerde doorsnijdingspunten; en 15 (c) een tussenlaag bestaande uit een veerkrachtig elektrisch isolerend materiaal en een aantal geleidende posten die zich dwars op de boven, de onder en tussenlagen uitstrekken, welke geleidende posten uit een veerkrachtig materiaal zijn gemaakt en zodanig aangebracht zijn dat een van de geleidende posten bij elk van de doorsnijdingspunten is ge-20 plaatst teneinde een van de geleidende staven van de bovenlaag elektrisch te verbinden met een van de geleidende staven van de onderlaag.

2. Tastsensor volgens conclusie 1, waarin de geleidende staven van de boven- en onderlagen alle een dwarsdoorsnedeprofiel hebben dat in wezen dezelfde is als het dwarsdoorsnedeprofiel van figuur 3.

3. Tastsensor volgens conclusie 2, waarin alle geleidende staven uit buigzaam materiaal zijn gevormd.

4. Tastsensor volgens conclusie 3, waarin de geleidende staven van tenminste een van de boven- en onderlagen een hardheid hebben groter dan de hardheid van de tussenlaag.

5. Tastsensor volgens conclusie 4, waarin het buigzame elektrisch isolerende materiaal van de bovenlaag bestaat uit een polymeer, het elektrisch isolerende materiaal van de onderlaag bestaat uit een polymeer, het veerkrachtige elektrisch isolerende materiaal van de tussenlaag bestaat uit een polymeer, en de geleidende posten bestaan uit een 35 met een geleidend materiaal gemengd polymeer.

6. Tastsensor volgens conclusie 3, waarin de geleidende staven uit polymeren bestaan.

7. Tastsensor volgens conclusie 6 voorzien van 16 geleidende staven in de bovenlaag en 16 geleidende staven in de onderlaag.

8. Tastsensor voor het aftasten van een voorwerp in contact daar- 8400708 • > f 1. mede, welke sensor omvat (a) een uit een buigzaam elektrisch isolerend materiaal gemaakte bovenlaag die omvat een aantal eerste geleidende staven die zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken, welke eerste geleidende staven over hun lengte 5 buigzaam zijn en een dwarsdoorsnedeprofiel hebben in wezen dezelfde als het in figuur 3 aangegeven proefiel; (b) een uit een elektrisch isolerend gemaakte onderlaag die omvat een aantal tweede geleidende staven die zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken, welke tweede geleidende staven een dwarsdoorsnedeprofiel heb- 10 ben in wezen dezelfde als het in figuur 3 aangegeven profiel, waarbij de onderlaag zodanig ten opzichte van de bovenlaag is geplaatst dat de tweede geleidende staven zich uitstrekken onder een hoek tot de eerste geleidende staven, en op deze wijze een aftastgroepering vormen bestaande uit een aantal van in een roosterpatroon gelegen gesuperponeer-15 de doorsnijdingspunten; en (c) een tussenlaag die uit een veerkrachtig materiaal is gemaakt dat elektrisch geleidend is.

9. Tastsensor volgens conclusie 8, waarin de eerste geleidende staven en de tweede geleidende staven van hetzelfde materiaal zijn ge- 20 maakt.

10. Tastsensor volgens conclusie 9, waarin de eerste geleidende staven en de tweede geleidende staven een hardheid hebben groter dan de hardheid van de tussenlaag.

11. Tastsensor volgens conclusie 10 waarin het buigzame elektrisch 25 isolerende materiaal van de bovenlaag van een polymeer is gemaakt, het elektrisch isolerende materiaal van de onderlaag van een polymeer is gemaakt, en de tussenlaag van een met een geleidend materiaal gemengde polymeer is gemaakt.

12. Tastsensor volgens conclusie 11 voorzien van 16 geleidende 30 staven in de bovenlaag en 16 geleidende staven in de onderlaag. ********* 8400708