Was Ist Kraft-Sensoren?
Kraft-Sensoren sind Sensoren, die Kraft messen, und ein typischer Sensor ist ein “Drucksensor”. Sie werden z. B. an der Fingerspitze eines Roboters angebracht, um den Tastsinn zu reproduzieren, oder in Plattenform zur Messung der Druckverteilung verwendet.
Verwendungszwecke von Kraft-Sensoren
Diese Sensoren werden hauptsächlich zur Messung der auf den Sensor ausgeübten Kraft verwendet. Während die Struktur als Sensor grundsätzlich gleich ist, variiert die Form von blockartig bis blattartig. Aufgrund ihrer Fähigkeit, dünn geformt zu werden, können sie wie Blätter oder Bänder geformt werden und haben den Vorteil, dass sie leicht installiert werden können, indem doppelseitiges Klebeband auf der Rückseite des Sensors angebracht wird – eine Eigenschaft, die auch im Bereich der Robotik nützlich ist. Im Allgemeinen werden sie als taktile Sensoren am Ende von Roboterarmen und als Sensoren zur Erkennung von Tastendrücken auf Eingabegeräten wie Tastaturen verwendet.
Prinzip Des Kraft-Sensors
Das Prinzip eines typischen Kraft-Sensors mit Dehnungsmessstreifen wird beschrieben.
Bei Dehnungsmessstreifen-Sensoren hat das Teil, auf das die Last aufgebracht wird, eine elastische Struktur, und wenn hier eine Kraft aufgebracht wird, wird dieser elastische Körper leicht verformt. Zu diesem Zeitpunkt verformt sich auch der am Messpunkt angebrachte Dehnungsmessstreifen und sein Widerstand ändert sich. Durch die Erfassung dieser winzigen Widerstandsänderung mittels einer “Wheatstone-Brückenschaltung” wird eine Spannung ausgegeben, die proportional zur an die Brücke angelegten Spannung ist.
Wenn der Widerstand des Dehnungsmessstreifens “R (Ω)” ist und die durch Dehnung oder Stauchung verursachte Widerstandsänderung “ΔR (Ω)” beträgt, kann die Dehnung “ε” nach folgender Formel berechnet werden.
ΔR / R = K/ε
K” in dieser Gleichung ist die dem Dehnungsmessstreifen innewohnende Proportionalitätskonstante und wird als Dehnungsfaktor bezeichnet.
Wenn an die Brückenschaltung eine Spannung “E” angelegt wird, der Widerstand des Dehnungsmessstreifens “R(Ω)” und die durch Dehnung oder Stauchung verursachte Widerstandsänderung “ΔR(Ω)” ist, wird die Ausgangsspannung “e” durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
e = 1/4・K・ε・E (*ΔR / R = K・ε)
Auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Betrag der Dehnung und der nach dem obigen Prinzip gemessenen Spannung kann die auf den Sensor ausgeübte Kraft gemessen werden.