Strukturelle Integration kraftsensorischer Elemente in nachgiebige Greiferfinger

Abstract

Um sowohl Kräfte innerhalb eines Greifersystems als auch von außen einwirkende Kräfte zu messen, werden in der Praxis verschiedene Messmodultypen eingesetzt, die am Greifermodul befestigt werden. Durch deren Masse wird jedoch die verbleibende Nutzlast der Handhabungsvorrichtung eingeschränkt. Deutlich masseärmer ist hingegen die Integration von kraftsensorischen Funktionen in die Struktur der Greiferfinger. Das in dieser Arbeit untersuchte Prinzip einer hybriden Fingerstruktur ermöglicht die Herstellung von kompakten und leichten Greiferfingern, die Kräfte in drei Raumrichtungen messen können. Im Kern bestehen die Greiferfinger aus einem metallischen Körper, auf dem Dehnungsmessstreifen zur Verformungsmessung appliziert sind. Zum Schutz der Sensortechnik vor Beschädigung und zur Dämpfung der Kontaktkräfte wird die Kernstruktur mit Silikonelastomer ummantelt. Durch die gezielte Schwächung des Fingerkerns mittels Ausschnitten können die durch eine Last hervorgerufenen Dehnungen in definierten Bereichen konzentriert werden. Damit wird die physikalische Entkopplung der Elementarsensoren zur Messung der drei Richtungsanteile einer Kraft unterstützt. Bei einer schlechten physikalischen Entkopplung ermöglicht eine mit den Kalibrierwerten durchgeführte Kompensationsrechnung die Bestimmung der einzelnen Richtungsanteile. Auf diese Weise kann der Fertigungsaufwand für einen sensorischen Greiferfinger deutlich gesenkt werden, ohne dass sich die Güte der Messergebnisse verschlechtert. Zur Ummantelung der Fingerkerne wird flüssiger Silikonkautschuk vom Typ RTV-2 eingesetzt. In dieser Arbeit werden sowohl die Voruntersuchungen zur Entwicklung des Gussverfahrens als auch die praktische Evaluierung der Ummantelungsmethode vorgestellt. Als besonders vorteilhaft haben sich der Schwerkraftguss und ein händisches Spritzgussverfahren herausgestellt. Messversuche mit sensorischen Fingerkernen vor und nach der Ummantelung zeigen, dass das Silikonmaterial das Messverhalten nicht negativ beeinflusst. Die auf der Greiffläche aufgebrachte Silikonschicht dämpft den Kraftanstieg beim Kontakt mit einem harten Objekt und kann somit das Regelverhalten beim Einsatz eines kraftgeregelten Greifers verbessern.