Messung von Kräften

Hallo Leute,
ich lese hier schon eine ganze Weile mit und hab jetzt
auch mal ne Frage bzw. Vielleicht hat ja schon jemand das Problem
gelöst.
Das Problem selbst: An einem Hexapod sollen verschiedene
Kräfte gemessen werden. zB die Auflagekraft auf dem Boden
um den Körper in einer bestimmten Höhe halten zu können.

Im Moment helfe ich mir so, daß in der Schubmechanik eine
Zug/Fruckfeder durch die Zug/Druckkräfte verformt wird
und einen Ferritkern in einer Spule Verschiebt. Diese Spule ist
Teil eines HF-Oszillators. Das wird dann runtergeteilt und
gibt als Frequenz so halbwegs die auftretenden Kräfte wieder.

Der Nachteil: Durch die Feder habe ich keine starre Geometrie und kann die Gelenkpositionen nicht mehr wirklich berechnen. Hat vieleicht jemand
ne Idee, wie mann sowas ohne Feder hinbekommt?

Ich bin da für jede Anregung offen..
mfg
Andreas

Das kann man über "Kraftsensoren" machen, wie unten abgebildet. Leider hab ich weder Ahnung, woraus das G besteht (hängt vmtl von der Belastung ab), noch wo man die Teile herbekommt. An den Seiten sind DehnMessStreifen angebracht die bekanntermaßen den Widerstand bei Verformung ändern.
Grüß
NRicola

Danke für den Tipp...
Ja, darüber hab ich auch schon nachgedacht..
Conrad hat oder hatte da wohl ein paar im Sortiment
Was mich davon im Moment abhält, sind die Kosten, da ich
schon eine größere Menge brauche um die Kräfte an jedem der
18 Motoren und dazu noch die Auflagekräfte in verschiedenen
Winkeln zu messen. Dazu kommt noch, daß die ja dann auch auf einem
federnden Werkstück aufgeklebt werden müssen und Dieses recht genau
berechnet werden muß um den Aufnehmer nicht zu überdehnen usw.

Was willst du denn überhaupt machen? Wenn du dauerhaft wissen willst, welche Kräfte grad an welchem Schenkel angreifen, dann reicht es die Kräfte an den Füßen bzw Unterschenkeln zu wissen. Den Rest kann man sich ja ausrechnen. Ansatzweise Überlegungen waren ja schon hier
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=12482
gewesen. Und wenn du überhaupt wissen willst, wie groß die Kräfte denn da sind (also evtle Berechnungen überprüfen), dann kannst du ja die erforderlichen 6 Sensoren immer mal woanders einbauen. Das spart Geld und Arbeit (zwecks Datenauswertung).
Grüß
NRicola

ädit: die Winkel lassen sich sogar errechnen. Man kann die Messstreifen so anordnen, dass die Verschiebung in jede Raumrichtung erfasst wird. Dadurch misst quasi jeder Messstreifen eine Kraftkomponente, wodurch sich dann die resultierende vom Betrag sowie vom Richtungssinn beschreiben lässt.

Jo, klar vieleicht hab ich mich nicht richtig ausgedrückt, Es geht nicht (mehr)
um konstruktive Fragen sondern die Messungen sollen während des Betriebs erfolgen. an allen 6 Beinen gleichzeitig. Da kommt dann schon was zusammen. Und jawohl diesen Beitrag hatte ich irgendwie übersehen.
Danke für den Link.
Dehnungsmeßstreifen hin oder her, Ich brauch dann halt irgendwas von definierter Elastizität um sie draufzukleben. Das ist halt schon das erste Problem für den Privatmann, da was zu finden was Langzeitstabil ist und
Kräfte bis zu 30kg aufnehmen mit einer brauchbaren Wiederholbarkeit
abzubilden. Ich hatte im ersten Moment irgendwie an Piezos gedacht, denke aber mittlerweile, daß das auch nix wird, da es nur auf Druckunterschiede reagiert. Werd mir morgen mal den Link genauer zu Gemüte führen und noch ein bischen Nachdenken.
schönen Abend
Andreas

Naja, aber auch da können Einsparungen gemacht werden: so'n Bot ist ja in der Regel symmetrisch aufgebaut. Sprich: eine Seite zu verkabeln dürfte eigentlich auch ausreichen!
Und wenn nicht:
Es gäbe ja noch (weil du Piezos angesprochen hattest) die Möglichkeit die kompletten Beine entsprechend zu gestalten. Mir schwirrt ein nichtdurchgängiger Rechteck- bzw Quadratquerschnitt im Baustellenkranstyle vor den Augen rum. (Ganz) Unten ist mal ein Bildchen dazu (vom Querschnitt). Sprich: an den Enden hast du jeweils eine viereckige Platte an der du dann Gelenke und Co befestigst und dazwischen (zwischen diesen Randplatten) erstreckt sich der Schenkel via 4 in die jeweiligen Ecken gesetzer Stäbe. Diese Stäbe unterteilst du (vielleicht 2 Mal). In diese Unterteilungen (vielleicht eine am Ende, eine am Anfang) haust du dann die Piezoelemente rein. So kannst du dann über die verschiedenen Druckspannungen mal die Kräfte herleiten. Und wer jetzt ganz aufmerksam mitgelesen hat, wird genau in DIESEM Moment hineinschreien und da rufen: "Ha-alt! Damit misst man doch aber nur die Momente!" Da könnte ein jener welcher sogar recht haben! Was tun dagegen:
Die Piezos brauchen in dem Fall vielleicht nicht die Druckspannung längs der Schenkelausdehnung messen (man würde wie gesagt hier schon Druckkräfte messen) sondern quer. Dazu könnte man die Stangen (von denen 4 da sind) an den Verbindungsstellen mit den Platten an den Schenkelenden in Piezos "betten". Das sieht dann so wie im oberen der beiden Bildchen aus. Dann könnte man die horizontalen Piezos abfragen und die vertikale Kraft daraus ermitteln und mit den vertikalen die horizontale Kraft.
Alles klar??? :Ostern
Grüß
NRicola

ja, so ähnlich hab ich das machen wollen, NUR müsste ich die Piezos
permanent abfragen, da die ja nur eine Spannung abgeben wenn sich der
Druck ändert. Ich kann also nicht mal schnell die Kraft abfragen sondern müßte permanent die Änderungen registrieren. Das ist das Problem welches ich mit Piezos habe und wesegen ich wieder davon abgekommen bin.
Bei den Dehnungsmeßstreifen gibts dieses Problem nicht. Ist schon klar.
Da issses halt erstmal ne Preisfrage und auch eine Frage der elastischen Aufhängung. Wie ich gestern bereits schrieb.

Ich frage mich halt, ob es vieleicht noch ne andere Möglichkeit gibt, auf die ich bisher nicht gekommen bin. Das mit den Federn hätte recht gut funktioniert, wenn es nicht die Instabilitäten gegeben hätte.

Wenn es ein Roboter ist, der sich selbst bewegt, könnte man ja auch versuchen die Kräfte (einige) über die notwendigen Motorströme bei der Bewegung zu messen.
Manfred

Hallo Manfred, Das mit dem Motorstrom stimmt schon
Ich habe halt nur dann einen Messwert wenn ich den Motor bewege
und auch nur dann wenn die Bewegung entgegen dem Widerstand gerichtet
ist.
Ich seh schon, es ist alles nicht so einfach.
Um mal zu erklären was ich machen will:
Beispielsweise sollte das Kniegelenk abhängig von der darauf wirkenden
Kraft bewegt werden.
Der Fuss wird ja ein Kreissegment beschreiben sodaß das Knie je nach
Position mehr oder weniger gebogen ist. Um die Regelung des
Kniegelenkes zu vereinfachen dachte ich halt die auf das Steuergestänge einwirkende Kraft zu messen und den Motor nachzufahren, daß diese Kraft möglichst gering wird. Beim Seitwärtslaufen hilft das zwar nicht aber sonst, denke ich kann ich die Kniegelenke allein über das Torsionsmoment des Beines steuern...
oder irre ich mich?

Es kommt sicher darauf an wofür man es braucht.
Die geschilderte Anwendung klingt recht kompliziert, Kraft im Bein messen und dann Knie bewegen, wenn der Fuß auf dem Boden ist?

Jetzt fangen die Spekulationen an: könnte man nicht die Piezos zu Schwingungen anregen und die "Amplituden" (Leichtfüßigkeit des Stromflusses??? Rückkopplung??? ...kA wie dazu sagen) registrieren. Große Amp =wenig Belastung und inversum. Dann bräuchte man nicht ständig messen. Ginge sowas?
Grüß
NRicola

vergeßt Piezos. In der professionellen Kraftmeßtechnik werden die auch nur selten eingesetzt.
Die DMS-Variante ist schon nicht schlecht und als Verformungskörper hast du ja die Roboterbeine. Wenn die als Biegestab (quasi Spinnenbein) nicht zu stark belastet werden, so daß die Biegung noch reversibel ist, bekommt man brauchbare Meßwerte, die ziemlich stabil, auch langzeitstabil sind. Ich hab dazu in nem anderen thread schon was geschrieben. Vielleicht kannst dus gebrauchen.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...781&highlight=

Ergänzung/ kleiner Tip: Für die aufgeklebten DMS kannst du auch durch einfaches "dranhängen" einer definierten Gewichtsgröße eine Kennlinie aufnehmen ...


nimm statt der feder einfach einen kleinen öldruckstossdämpfer
ausm modellbauladen :)


also, öldruckstossDÄMPFER wird da nix bringen, du meinst wohl einen hydraulikzylinder. mit dem könntest du dann den druck messen und der wird auch nicht nachgeben

(schreib doch einen Namen drunter, das ist besser für eine Diskussion, Manf)

Bin begeistert, suche seit über einer woche etwas, um die kraft einer automatischen türe (das zudrücken von zb lifttüre (max 300-400N)) zu messen.
genau sowas wie der 2. beitrag dieses threads (von NRicola) ist das was ich mir da vorgestellt habe-nur wo gibts es sowas (erschwinglich)(und wozu sind da 2 dms (links und rechts) drauf?).
weiter im text steht da, das der grosse c einen dms (oder vielleicht das ganze gerät) im programm hat - finde nichts, kann mir da wer weiterhelfen!
aber auch wenn ich google nach einem dms finde ich kein erschwingliches angebot das für mich privat in österreich zugänglich wäre.
könnte mir da wer beschaffungstipps geben?
danke, frohes schaffen,
steve

@ root

Zitat:

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Im Moment helfe ich mir so, daß in der Schubmechanik eine
Zug/Fruckfeder durch die Zug/Druckkräfte verformt wird
und einen Ferritkern in einer Spule Verschiebt. Diese Spule ist
Teil eines HF-Oszillators. Das wird dann runtergeteilt und
gibt als Frequenz so halbwegs die auftretenden Kräfte wieder.

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Wenn man nicht den Ferritkern in einer Luftspule verschiebt, sondern den Luftspalt in einem (sonst geschlossenen) Ferritkern ändert, dann reagiert der Schwinkreis schon auf wenige Prozent Änderung des Luftspalts. Bei entsprechend kleinem Luftspalt kann man also sehr kleine Bewegungen messen. Damit kann die Feder sehr steif werden. Ist allerdings nichtlinear und man bekommt auch so Dinge wie Wärmedehnungen mit in die Messung.
@ steve:

Zitat:

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nur wo gibts es sowas (erschwinglich)

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erschwinglich ist relativ...
Google mal nach "Kraftmessdose" oder "Wägezelle". Eher teuer. Alternative ist Selbstbau, wie ihn Thoralf in https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...781&highlight= beschreibt. Ich habe nur von anderen Leuten gehört, daß die Kleberei nicht so ganz trivial sein soll.

Zitat:

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wozu sind da 2 dms (links und rechts) drauf?

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Man benützt meistens mehrere (2 oder 4) DMS pro Meßstelle. Gründe sind z.B. daß die temperaturabhängigkeit des einen DMS durch den anderen DMS kompensiert wird. Man kann durch geeignete Anordnung auch unerwünschte Kraftkomponenten aus der Messung herausnehmen.
Beispiel von NRicola's G:
Wenn die Kraft F wie in der Zeichnung wirkt, dann wird der linke DMS verlängert (Widerstandserhöhung), der rechte gestaucht(Widerstandsverminderung). Durch eine geeignete Brückenschaltung verdoppelt sich damit der Effekt der Widerstandsänderung. Wird dagegen am oberen Ende eine Richtung des Pfeils "L" aufgegeben, dann werden beide DMS entweder verlängert oder gestaucht. Durch die Brückenschaltung wird das kompensiert. Bei nur einem DMS hätte man ein Signal bekommen für etwas, was man gar nicht messen wollte.

Vergißt Piezo?
Dann frag mal die Jungs von Kistler. Piezokraftmessdosen sind meiner Meinung nach ziemlich weit verbreitet. Gerade wo es auf eine praktisch Wegfreie Messung ankommt sind die sehr beliebt. Hab damit auch gearbeitet klappt ohne Probleme. Der Trick ist das die irgendwie gepulst betrieben werden. Genaues weiß ich auch nicht, ein Techniker von Kistler hat die damals in betrieb genommen. Nachteil ist denk ich mal der hohe Preis und die vorhandenen Nullpunkt drift. Probleme wegen zu kurzer Auslesezeit und nur Kraftänderungen waren mal.

Gruß Johann!

Hmm, mir ist auch grad eingefallen (lustigerweise noch bevor ich diesen letzten Post hier gelesen hab - und fühlte mich doch gleich mal eben durch diesen bestätigt) dass man ja gar nicht kontinuierlich die Piezos ausmessen muss. Es reicht doch auch einen Kondensator mit reinzuschalten und ihn zu laden. Dann kann man eben pulsweise die Ladung dessen abfragen. Hat er seine Ladung verändert, muss der Piezo sich gerührt haben. Man kann daraus die gesamte Piezobewegung ablesen und dann auch mal eben den Kondi wieder aufladen. Oder gleich das ganze im ungeladenen Zustand betrieben - und wenn ne Ladung da ist, dann auf Piezoaktivität schließen.
Was haltet ihr von dieser Theorie?
Grüß
NRicola

Hallo, NRicola,
Ich würde mal sagen, das funktioniert so nicht, da die Ladung des Kondensators immer nur gelesen wird. Will sagen die Piezobewegung wird immer nur die Differenz nachladen oder abziehen. So ein Kondensator hat halt auch Verluste und die Meßschaltung ist nicht unbegrenzt belastungsfrei. Es müßte dann wohl immer mal wieder wie beim DRAM einen Refresh geben, wobei das beim DRAM insorfern noch einfacher ist weil die absolute Ladung nicht interresant ist. Dh man kann, wenn man eine log. 1 erkennt den Kondensator voll machen. Hier in diesem Falle müßte der Ladungsbetrag exakt wieder hergestellt werden. Weis nicht wie man das machen könnte.
Ich werd mich bald mal mit der weiter oben beschriebenen Luftspaltverschiebung eines Ferritkernes beschäftigen, sobald ich ein Federmaterial gefunden habe welches die benötigten Eigenschaften hat.
Diese Idee klingt mir recht vielversprechend. Es sind nur noch ein paar Kleinigkeiten zu klären wie magnetische Schirmung, der Frequenzbereich, HF-Eigenschaften und und und...
mfg
Andreas

Ich werd für meinen Hexapoden Foliendrucksensoren benutzen:
"Drucksensoren sind ähnlich wie Folienschalter, ändern aber, im Gegensatz zu konventionellen Schaltern, den Widerstand bei in Normalrichtung aufgebrachtem Druck. Ein Fingerdruck von 10 g bis 10 kg auf einen Sensor bewirkt, dass der Widerstand von ca. 2 MΩ auf ca. > 3 kΩ abfällt, ca. 10 000 000 Auslösungen."

Einen davon an jedem Bein.
Damit auch gemessen werden kann wenn das Bein nicht ganz senkrecht aufsetzt, will ich Halbkugeln aus Silikon aufbringen.

Diese Sensoren gibts z.B bei Conrad - einfach nach "Drucksensoren" suchen.
Wenn man die über einen Spannungsteiler und AD-Wandler ausliest, sollte es doch funktionieren, oder ?

Gruß, da Fox

hallo ezfox.
Hast du damit schonmal rumgespielt? Ich glaube jetzt genau einen solchen Drucktaster (ebenfalls von Conrad) hier zu haben und ich habe eigentlich festgestellt, dass es quasi auch nur eine 1/0-Differenz gibt. Sprich der Widerstand ist nicht proportional bzw indirekt prop. zum "Fingerdruck", sondern wenn ein gewisser Druck erreicht ist, fällt der Widerstand schlagartig auf genannten Wert. Leider hab ich hier nicht die Mittel um das genauer begutachten zu können, deshalb musste ich immer mit dem (ungenauen) Fingern probieren. Aber gut, vielleicht sind das ja auch nicht die gleichen Sensoren, von denen wir hier reden. Meiner wäre der mit der Best-Nr: 182397.
Grüß
NRicola

ädit: Nagut, ich muss mich wohl korrigieren. Mit ein paar Spielereien hab ich nun festgestellt, dass der doch "sanfte" Abstufungen macht.

Ja, genau den meine ich !
Laut PDF-Datenblatt liegt der Widerstandswert bei
0.5N bei ca. 100kOhm
1N bei ca. 10kOhm
10N bei ca. 5kOhm und bei
100N bei ca. 2kOhm

Werde heut Abend mal mit nem Multimeter testen - dann kann ich Dir meine Ergebnisse mitteilen.
Das ganze soll bei mir von 2 PCF8591 AD-Wandler digitalisiert werden und dann per I²C vom PICAXE ausgelesen werden.

Gruß, da Fox

Wie Du selbst auch noch geschrieben hast - klappt wunderbar.
Ich kann mit dem Druck eines Fingers auf den Sensor den Widerstandswert zwischen 60 und 6 kOhm schwanken lassen.

Gruß, da Fox

Ja nun, hab mir das PDF-Datenblatt grademal angesehen und folgendes
ist mir aufgefallen:
Der Sensor eignet sich nicht für statischen Druck. Dh. steht der Hexapod auf seinen Beinen, und das wird er wohl die meiste Zeit tun, ändern sich die Meßergebnisse um so 5%/h wenn ich das Datenblatt richtig verstanden habe. Das passiert wohl auch im abgeschalteten Zustand.
Will bedeuten, daß der Meßwert irgendwann mal an einem seiner Limits angekommen ist, wenn das Ding ein paar Tagé in der Ecke steht.
Ich würde sagen damit hat sich der Sensor für DIESEN Einsatzbereich disqualifiziert.
mfg
Andreas

Ich werd meinen Hexapod nicht stunden oder tagelang auf seinen Beinen stehen lassen - wäre viel zu ermüdend für die Servos und Akkus.
Wenn er nicht läuft, setzt er seinen Körper auf dem Boden ab, so wie das Spinnen ja auch tun.
Dann haben die Beine keinen Bodenkontakt und der Sensor kann sich "regenerieren".
Aber danke für den Hinweis - hatte ich überlesen !

Gruß, da Fox