Fußkraftsensor Humanoidroboter

[Philbot]

Hey Besserwessi,

erstmal danke für deine schnelle Antwort!

Wüsstest du denn ein Beispiel für einen kapazitiven Sensor? Wie gesagt, ich hab leider keinen Brauchbaren gefunden, was insbesondere (und eigentlich an nichts anderem) an der Höhe liegt. Das Dünnste, das ich gefunden habe, waren 4mm.
Der Vorteil an diesen Sensoren ist, dass sie theoretisch bis auf wenige Millimeter berührungsfrei messen könnten. Man könnte also vielleicht darüber nachdenken, sie auf der Oberseite der Sohle anzubringen um damit dickere Sensoren zuzulassen. Dünn genug wäre die Sohle sogar je nach Sensor. Das Problem ist nur, dass sie aus Stabilitätsgründen aus Metall besteht. An der Seite darf auch nichts rausragen.

[Valen]

Fangen wir erst mal von Boden an! Wie sehen diese Fußen aus? Wie können sie daran Befestigt werden? Wie biegsam sind die Fuße?

[Manf]

sehr flach (< 1mm bzw ein Messstreifen)

An den Füßen soll das Gewicht gemessen werden.
Sicher wird es sehr schwierig unterhalb der Füße, denn dort säße der Sensor zwischen der Fussunterseite und der unbekannten Umgebung (hart, weich, uneben, schmutzig).
Reproduzierbar wird es eher in der Aufhängung der Füße oder im Bein.

[Thoralf]

die Unterbringung in den Beinen würde ich auch aus technologischen Gründen für besser halten.
Ansonsten käme noch am ehesten ein induktiver Wegaufnehmer infrage.
Konfiguration:

- Fußsohle aus Eisen
- darüber eine Topfspule (meinetwegen in einem Ferrittopfkern
- bewegt sich die elastisch gelagerte Eisensohle gegenüber der Spule. ändert sich die Induktivität
- Spule mit Kondensator bildet Schwingkreis , dessen Frequenz sich deutlich ändert als f(Abstand)

Elektronisch wäre das noch die einfachste und zuverlässigste Lösung.
Kapazitiv ist durch die äußerst geringen Kapazitäten schwierig und aufwendig.
DMS (wenschon, dann Halbleiter-DMS wegen größerem K-Faktor) sind aufwendig stabil zu messen und ein DMS kostet allein schon 5€

Das Hauptproblem wird aus meiner Sicht die Mechanik innerhalb der Sohle. Eine Tellerfeder wäre da sicher gut. Aber weiß nicht, wie klein und wie weich es die gibt...

[Philbot]

Wie sehen diese Fußen aus? Wie können sie daran Befestigt werden? Wie biegsam sind die Fuße?

Die Füße selbst sind im Prinzip eine einfache, dünne Metallplatte. Also nicht biegsam, dafür bieten sie eine glatte und feste Oberfläche. Die Sensoren könnten an der Unterseite idealerweise angeklebt werden, aber das Wie ist dabei relativ egal, wichtig ist halt, dass es dünn bleibt.

unbekannten Umgebung (hart, weich, uneben, schmutzig)

Der Boden ist bekannt, es handelt sich um einen dünnen Teppichboden (eher so eine Teppich-Matte) auf festem Untergrund. Aber du hast natürlich Recht, toll wärs, wenn der Boden egal wäre.

Reproduzierbar wird es eher in der Aufhängung der Füße oder im Bein.

die Unterbringung in den Beinen würde ich auch aus technologischen Gründen für besser halten.

Das "Problem" ist, der Roboter als solcher existiert bereits und funktioniert. Er läuft und wenn er umkippt, was er zuverlässig erkennt, steht er aus jeder Position wieder auf. Die Sache ist halt, dass er "Laufen" als festen Bewegungsablauf implementiert hat und nicht merkt, wenn ein Hindernis verhindert, dass er nach einem Schritt wieder fest auf dem Boden steht. Dann hebelt er sich aus und kippt um, das soll verhindert werden (in erster Linie, später wäre eine Optimierung der Bewegung unter Einberechnung des aktuellen Schwerpunkts sicher sinnvoll). Ein kompletter Umbau des Roboters wäre dafür aber zu aufwendig und auch zu riskant. Es sollte also möglichst dabei bleiben, etwas Flaches an der Fußunterseite anzubringen oder ggf etwas nicht allzu großes auf der Oberseite des Fußes, die noch weitgehend frei ist, anzubringen.

bewegt sich die elastisch gelagerte Eisensohle gegenüber der Spule

Bin mir nicht sicher, ob ich dich da richtig verstehe. Meinst du das so, dass der Sensor die Neigung des Fußes (also der Sohle) gegenüber der Spule (die in der Gegend des Schienbeins angebracht wäre) misst? Also die Neigung des Fußes könnte durchaus geeignet sein, interessante Idee. Werde mal darüber nachdenken. Denkst du denn, dass das preislich machbar wäre?

ein DMS kostet allein schon 5€

Natürlich ist es auch das Ziel, eine möglichst günstige Lösung zu finden. Aber der Preis von 5€ war durchaus nur auf den Sensor als solchen bezogen, die Elektronik usw ginge nochmal extra.

[Manf]

Nicht biegsame Metallplatte als Fuß und dünner Teppichboden auf der anderen Seite. Der Sensor dazwischen soll die ganze Kraft messen die auf dem Fuß lastet.

Entweder der Sensor leitet die gesamte Kraft zwischen Fuß und Boden, dann berührt der Plattenfuß selbst den Boden nicht mehr oder der Sensor mißt die Kraft auf einem Teil der Fußfläche, dann hängt die Berechnung der Gesamtkraft von der Lastverteilung über der Fußfläche ab, vom Aufstellwinkel der (elastisch?) am Bein befestigten Fußplatte.

[Bernina]

Eventuell reicht ja auch die Bestimmung der dynamschen Kräfte. Dies kann mit einem Beschleunigungssensor geschehen. Die statischen Kräfte sollten ja aus der Masse des Roboters bekannt sein.