Entwicklung eines modular konfigurierbaren 6-DOF Kraft/Momenten-Sensors für Roboteranwendungen

Kurzfassung

Die Arbeit bestand aus aufeinander aufbauenden Zielen, deren Erreichen nur schrittweise erfolgen konnte. Die erste Zielsetzung bestand im Finden eines neuen und passenden Messverfahrens für Kraft/Momenten-Sensoren. Das nächste Ziel war hierauf die Integration dieser Messtechnik in einen dafür neu konstruierten Sensor. Die Konstruktion sollte dabei so gewählt werden, dass eine wirtschaftlich sinnvolle Fertigung möglich ist. Erstes Ziel: Die Findung des neuen Messverfahrens wurde abgeschlossen. Durch die Vorversuche an einem eigens dafür gebauten Testaufbau mit einer Bügelmessschraube wurde die Funktionalität überprüft und bestätigt. In Kooperation mit Johannes Dietrich wurden die Ergebnisse des Testaufbaus sowie DLR-Erfahrungen mit ähnlichen Verfahren in ein Blockschaltbild mit definierten Randbedingungen des Messverfahrens übertragen. Das neue Verfahren ist im Vergleich zu DMS günstiger und benötigt keine lange Implementierungszeit. Zweites Ziel: Das Grunddesign des Sensors wurde in der vorhergehenden Arbeit aufbauend auf dem ROTEX-Sensor bestimmt. Die Anforderungen des neuen Messverfahrens sowie das Verlangen einer wirtschaftlichen Fertigung zogen eine Neukonstruktion jedes Bauteils nach sich. Die einzelnen Bauteile wurden unter Kapitel 5 beschrieben. Die dazugehörigen Skizzen können im Anhang unter Punkt D eingesehen werden. Das final gewählte Design ist sehr flexibel, vielseitig einsetzbar und mit den aktuellen Kraft/Momenten-Sensoren auf dem Markt nicht zuvergleichen. Je nach Einsatzbereich und Gewichtsbeanspruchung können Deformationskörper installiert bzw. deinstalliert werden. Die Mindestanzahl beträgt 4 Stück in 90°- und maximal 16 Stück in 45°-Anordnung. Um die Symmetrie zu bewahren, darf das Anbringen und Abnehmen von Deformationskörpern nur in Viererschritten erfolgen. Die Steifigkeit kann somit in einem großen Bereich variiert werden. Mithilfe von Simulationen konnte das Design, speziell das der Deformationskörper, optimal angepasst werden. Die Fertigung des Sensors kann momentan ausschließlich in der DLR-Werkstatt durchgeführt werden.