DE3307012A1

DE3307012A1 - Beruehrungsabtaster

Info

Publication number: DE3307012A1
Application number: DE19833307012
Authority: DE
Inventors: Jack NMN 27511 Cary N.C. Rebman
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-09-29
Also published as: GB2115935A; GB2115935B; DE3307112C2; IT1170305B; JPS58192790A; FR2522407A1; DE3307112A1; US4521685A; GB8305096D0; IT8347822A0; CA1189163A; FR2522407B1

Description

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Die vorliegende Erfindung "betrifft das Gebiet der Berührungsabtastung und insbesondere ein Gerät, das eine Anzahl von mechanischen Kontaktvorgängen wie Anwesenheit, Druck, Druckprofil, beginnendes Gleiten, Gleiten, Beschaffenheit, Härte und Oberflächengestalt ermitteln, unterscheiden und erkennen kann.

Es gibt viele Bereiche, in denen es wünschenswert ist, einen künstlichen Berührungssinn zu besitzen. Die im allgemeinen meist erwähnten Anwendungen umfassen den Bereich der Automatisation, insbesondere industrielle Roboter, Fern-Bearbeitungen, wie sie beider Unterwasser-Fernbedienung Anwendung finden, in der Weltraumfahrt oder bei außerirdischen Landefahrzeugen und ebenfalls im Bereich der Kunstglieder für amputierte oder gelähmte Menschen. In all diesen Anwendungsbereichen ist es, um Information über einen Gegenstand, der berührt oder behandelt wird, zu erhalten, notwendig, eine Beschreibung des Gegenstandes bezüglich der Größe, Gestalt, des Gewichts, Orientierungssinnes und anderer Bezugspunkte vorzunehmen. Anschließend können dann, basierend auf derartiger Beschreibung, computergesteuerte Entscheidungen über eigenständiges Greifen, Bewegen, Bedienen, Anbringen und Lösen des Gegenstandes vorgenommen werden.

Betrachtet man den Bereich von Industrie—Robotern, die insbesondere für Geräte mit Berührabtastfähigkeit eine gute Anwendung zu sein scheinen, so wird angenommen, daß annähernd 75 ^l/<> der in den USA gefertigten Produktion von kleinem Umfang oder Einzelanfertigungen in Handarbeit sind und annähernd 50 ^c/o des Bruttosozialprodukts betragen.

Ersatz der menschlichen Arbeit durch Maschinen in wenigstens einem Teil derartiger Tätigkeiten kann verbesserte Genauigkeit, Qualität, Geschwindigkeit, Sicherheit, Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit hervorrufen. Es ist festgestellt

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worden, daß der Preis für menschliche Arbeitskraft allein in den letzten 10 Jahren um das fünffache der Kosten für Roboterarbeit zugenommen hat. Ferner berücksichtigt diese Schätzung nicht, daß Roboter z.B. Maschinenwerkzeuge mit einer wiederholbaren Genauigkeit bearbeiten können, für deren Erzeugung ein Mensch viele Jahre benötigen würde. Handwerkliche Arbeiten, die möglicherweise von Geräten durchgeführt werden könnten, die Berührabtastfähigkeiten besitzen, umfassen u.a. Zusammenbau, schnelles anpassungsfähiges Greifen oder das Aufheben von zufällig ausgerichteten Teilen auf Fließbändern, den Behälter-Transport, das Schleifen, Entgraten, Polieren und Schweißen.

Berührabtastanordnungen sind seit kurzem eingeführt worden, haben jedoch einen geringen Erfolg aufzuweisen und ihre praktische Anwendung ist begrenzt. Beispielsweise sind typische Berührabtastanordnungen der bekannten Art im U.S. Patent Kr. 4.014.217 von Lagasse et. al. und in der U.S. Patentanmeldung Nummer 6 -225 500 von Raibert et. al. unter dem Titel "Berührabtastanordnung" dargestellt und von MTIS beziehbar. Die Berühraufhebeanordnung von Lagasse umfaßt eine fortlaufende äußere Materialschicht, die eine variable spezifische elektrische Leitfähigkeit als Punktion ihres Druckzustandes besitzt. Eine Matrix von Meßelektroden, die an der Schicht der variablen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit angebracht sind, sind in der Lage, das elektrische PeId, das durch den Druck der Schicht in Erwiderung auf einen Kontakt mit einem Gegenstand erzeugt wird, zu messen. In dieser Ausführung spricht die fortlaufende äußere Schicht selbst elektrisch an auf die Kraft, die sich durch den Kontakt mit einem Gegenstand äußert. Beim Zusammendrücken verändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Schicht am und angrenzend an den Berührungspunkt,und dieser

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geänderte Zustand wird durch, die Elektroden abgetastet.

Ein Problem der Lagasse-Ausführung stellt die niedrige Auflösung dar, die durch die fortlaufende Art der druckabtastenden elektrisch-leitfähigen äußeren Schicht bewirkt wird. Während die Plazierung eines Gegenstandes auf die äußere Schicht es zur Veränderung veranlaßt und auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit der Schicht direkt unter dem Objekt verändert, kann eine derartige Abweichung nicht auf den begrenzten Bereich der Objektausdehnungen begrenzt oder isoliert werden. Das tritt deshalb ein, weil Abschnitte der Außenschicht, die direkt an solche Abschnitte, die den Gegenstand berühren, grenzen, ebenfalls abgelenkt oder wenigstens um einige Grad durch den Gegenstand zusammengedrückt werden müssen. Das Zusammendrücken von aneinandergrenzenden oder sich berührenden Abschnitten der Schicht bewirkt einen Strom, der durch die Elektroden wahrgenommen wird. Anstatt den Strom nur an solchen Orten entlang der Außenschicht, die gerade von einem Gegenstand berührt werden, abzutasten, ziehen Geräte der bekannten Art, wie derartige von Lagasse et. al. darauf ab, falsche oder nicht korrekte Signale von angrenzenden Bereichen zu erzeugen, die in relativ niedriger Auflösung oder ungenauer Bestimmung einer Anwesenheit, eines Drucks, einer Größe, einer Gestalt und ähnlichen Berührungsparametern des Gegenstandes resultieren. Pur den Pail, daß derartige falsche Signale oder "Übersprechen" ("cross-talk") bei Lagasse et. al. umgangen würden, würden komplexe lernende Systeme benötigt.

In der Beschreibung des Standes der Technik und ebenfalls der Struktur und der Vorteile dieser Erfindung wird der Begriff Kontrast bzw. Auflösung im Vergleich zu dem Ausmaß, in dem eine Berührabtastanordnung fähig ist, die Abgrenzungen eines Gegenstandes, der die Abtastoberfläche

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des Gerätes berührt, abzutasten, benützt. Der Begriff Auflösung bezieht sich auf die minimale Änderung in der Belastung, die abgetastet werden kann, unter Berücksichtigung der Größe und Lage derartiger Belastung auf der Abtastoberfläche. Daher können derartige Bezeichnungen, beispielsweise beim Beschreiben einer Berührabtastanordnung, die hohen oder niedrigen Kontrast besitzt, als ein Nachweis der Fähigkeit oder Unfähigkeit der Anordnung zur genauen Beschreibung der Abgrenzungen eines Gegenstandes, der die Abtastungsoberfläche des Gerätes berührt, betrachtet werden.

In der Raibert-Patentanmeldung wird eine Berührabtastanordnung offenbart, die insofern dem Lagasse-System ähnelt, als daß eine Schicht oder ein Stück des Materials über einem Feld oder Matrix von Meßelektroden angeordnet ist, die imstande sind, ein Signal in Erwiderung der Berührung eines Gegenstandes mit der Oberfläche der Schicht zu erzeugen. Ein Stück des druckempfindlichen leitfähigen Kunststoffes bildet die Schicht im Raibert-Patent und die Widerstandsfähigkeit des Stücks verändert sich in bekannter Weise als Punktion seiner Verformung. Das PeId oder die Matrix der Meßelektroden nimmt eine derartige Veränderung in der Widerstandsfähigkeit wahr und überträgt diese Information zur Verarbeitung zu den elektrischen Bestandteilen. Aus denselben Gründen wie im Falle des Lagasse-Patents beschrieben, gestattet diese Annäherung eine begrenzte Auflösungsfähigkeit, da es schwierig ist, die Umformung, der in einem begrenzten Bereich, in dem eine kontinuierliche Berührabtastoberfläche benutzt wird, wahrgenommen werden soll, auferlegt wird, zu lokalisieren oder zu isolieren.

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Zusätzlich erfolgt eine gewöhnliche Begrenzung des Überzugsmaterials gemäß dem genannten Stand der Technik dadurch, daß derartiges Material nicht widerstandsfähig ist und leicht in der rauhen Umgebung, wie sie bei Herstellungsprozessen üblich ist, zu Fehlern neigt. Ein Schnitt, eine Abschürfung oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten können leicht die leitenden und nicht leitenden Eigenschaften der äußeren Schichten bei Lagasse bzw. Raibert verändern. Wenn die Empfindlichkeit jeder Anordnung von der Vollständigkeit der äußeren Schicht abhängt, wobei die Schicht die aktuelle Abtastfunktion erfüllt, so ist es logisch, daß die Veränderung der Schicht die Anordnung arbeitsunfähig macht. Ferner weisen elektrisch-leitfähige oder nicht leitende Elastomere oder andere Polymere im allgemeinen eine schlechte Hysteresen-übertriebenes Härten (set) und geringe mechanische Stärke auf. Alle diese physikalischen Eigenschaften machen solche Materialien für die Anwendung in vielen Berührabtastanordnungen unerwünscht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Berührabtastanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, hohe Auflösung beim Abtasten der Größenordnung und Lage der Abweichung, infolge der Berührung durch einen Gegenstand mit der Abtastoberfläche der obengenannten Anordnung, zu erreichen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Berührabtastanordnung vorzusehen, die imstande ist, bei der Berührung eines Gegenstandes Kennwerte wie u.a. Anwesenheit, Druck, Größe, Form, Lage und Orientierung abzutasten.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Berührabtastanordnung vorzusehen, die die doppelte Fähigkeit der Ermittlung der Scher- und der ITormalkräfte, die durch die Berührung eines Gegenstandes aufgebracht werden, besitzt.

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Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Berührabtastanordnung vorzusehen, die eine .Berührungsoberfläche mit individuellen voneinander abgesonderten Abtasteinrichtungen für die Berührung mit einem Gegenstand besitzt, die geringe oder gar keine Abweichung bei Berührung eines Gegenstandes mit den angrenzenden Abtasteinrichtungen hervorbringt.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Berührungsoberfläche von rauher Beschaffenheit vorzusehen, die dazu dient, Last in Form mechanischer Bewegung zur Messung durch Abtasteinrichtungen zu übertragen.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abtastanordnung vorzusehen, die eine Berührungsoberfläche mit abtastfähigen Stellen besitzt, deren Nachgiebigkeit durch Materialwahl und/oder durch geometrische Gestaltung gesteuert wird, um die Abweichung als Erwiderung derartiger Stellen auf die Berührung mit einem Gegenstand abzuwandeln.

Diese Aufgaben werden in der vorliegenden Erfindung von einer Berührabtastanordnung gelöst, die im wesentlichen vier Bestandteile aufweist: eine Berührungsoberfläche mit einer Vielzahl von abtastfähigen Stellen, Übertrageinrichtungen, die mit jeder der abtastfähigen Stellen zur Umwandlung einer mechanischen Erwiderung in ein elektrisches Signal verbunden sind, örtliche Datenverarbeitungseinrichtungen und letztendlich äußere Signalverarbeitungseinrichtungen, die einen Steuercomputer, einen Puffer und eine Anzeige umfassen.

In einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist diese Kombination von Komponenten imstande, die Abweichung bzw. Durchbiegung der Berührungsoberfläche in Erwiderung der liormalkräfte abzutasten, die durch einen die Berührungs-

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fläche berührenden Gegenstand aufgebracht werden, und die Größenordnung und Örtlichkeit derartiger Durchbiegung auszuwerten, um derartige Kontaktparameter wie Anwesenheit, Druck, D_ruckprofil, Beschaffenheit, Härte und Oberflächengestalt des Gegenstandes zu ermitteln.

Wie nachfolgend in allen Einzelheiten beschrieben, berührt ein auf oder gegen die Berührungsoberfläche der Berührabtastanordnung plazierter Gegenstand eine Anzahl von abtastfähigen Stellen, die von der Größe des Gegenstandes abhängt und veranlaßt derartige abtastfähige Stellen, sich durchzubiegen. Die Ausdehnung derartiger Durchbiegung oder mechanischen Erwiderung wird durch individuelle Signalumformereinrichtungen, die mit jeder der abtastfähigen Stellen verbunden sind, abgetastet. Ein Analogsignal wird durch jeden Signalumformer erzeugt. Die Analogsignale werden durch einen an den Überträger angrenzenden Stromkreis, wie nachfolgend beschrieben, in Digitalformat gebracht. Die Digitalsignale werden dann zu den äußeren Signalverarbeitungseinrichtungen gesendet, die einen Computer enthalten, in dem sie umgewandelt und auf einer Sichtanzeige oder anderen Vorrichtungen dargestellt werden, um verschiedene mechanische Kontaktparameter des obengenannten Gegenstandes anzuzeigen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung können Scherermittlungssignalumformer zur Berührabtastanordnung ergänzt werden, um mit wenigstens mäßiger Auflösung die Größe, Lage und Richtung der Scherkraft des auf die Berührungsfläche aufgebrachten Gegenstandes zu ermitteln. Dies sieht die Berührsbtastanordnung dieser Erfindung mit den zusätzlichen Fähigkeiten zur Ermittlung von Gleiten und beginnendem Gleiten eines die Berührungsoberfläche berührenden Gegenstandes vor.

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Der Aufbau, der Betrieb und die Vorteile der vorliegenden Erfindung wird unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den hegleitenden Zeichnungen offenhart.

Es stellen dar:

Figur 1 eine Draufsicht auf die Berührabtastanordnung der vorliegenden Erfindung, die die Berührungsoberfläche und ein PeId von abtastfähigen Stellen zeigt;

Figur 2 einen Teilquerschnitt in vollem Aufriß der Berührabtastanordnung entlang der Linie 2-2 von Figur 1;

Figur 3 einen vergrößerten Teilquerschnitt eines Ausführungsbeispiels der Signalumformereinrichtung, die mit einer abtastfähigen Stelle in einer nichtabgelenkten Stellung verbunden ist.

Figur 3a eine Teilansicht der Signalumformereinrichtung von Figur 3, wobei sich diese abtastfähige Stelle in einer abgelenkten Stellung befindet;

Figur 4 einen Teilquerschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels der Signalumformereinrichtung mit abtastfähiger Stelle in einer nicht abgelenkten Stellung;

Figur 4a eine Teilansicht der Signalumformereinrichtung von Figur 4, deren abtastfähige Stelle sich in einer abgelenkten Stellung befindet;

Figur 5 einen Teilquerschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Signalumformereinrichtung, deren abtastfähige Stelle sich in einer nicht-abgelenkten Stellung befindet;

Figur 5a eine teilweise Ansicht der Signa!umformereinrichtung von Figur 5 mit der abtastfähigen Stelle in einer abgelenkten Stellung;

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Figur 6 eine Ansicht eines Teilquerschnitts entlang der Linie 6-6 von Figur 2 eines Ausführungsbeispiels der Scherermittlungssignalumformer mit einer sich in Normalposition befindlichen Berührungsoberfläche;

Figur 6a eine Ansicht der Scherermittlungssignalumformer von Figur 6 mit einer Scherkraft S₁, die auf der Berührungsoberfläche wirksam ist;

Figur 6b eine andere Ansicht der in Figur 6 gezeigten Scherermittlungssignalumformer mit einer Scherkraft von Sg senkrecht zu S., die auf der Berührungsoberfläche wirksam ist;

Figur 7 eine Ansicht des Teilquerschnitts eines anderen Ausführungsbeispiels der Scherermittlungssignalumformer;

Figur 7a eine Ansicht einer anderen Form der Scherermittlungssignalumformer von Figur 7 entlang der Linie 7a-7a;

Figur 7b eine Ansicht einer anderen Form des in Figur 7 gezeigten Scherermittlungssignalumformers entlang der Linie 7a-7a von Figur 7;

Figur 8 eine Ansicht eines Teilquerschnitts von einen weiteren Ausführungsbeispiel der Scherermittlungssignalumformer;

Figur 8a eine Ansicht der Scherermittlungssignalumformer von Figur 8 entlang der Linie 8a-8a;

Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Scherermittlungssignalumformer der vorliegenden Erfindung;

Figur 9a eine Teilansicht des in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiels entlang der Linie 9a-9a von Figur 9 und

Figur 10 eine schematische Ansicht der örtlichen und der äußeren Datenverarbeitungseinrichtung.

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In den Zeichnungen, insbesondere den Figuren 1 und 2, ist die Berührabtastanordnung der vorliegenden Erfindung mil; der Vergleichsnummer 11 markiert. Wie oben erwähnt, besteht die Anordnung 11 aus im wesentlichen vier Komponenten, die eine Berührungsoberfläche mit einem Feld von abtastfähigen Stellen, Signalumformereinrichtungen zur Peststellung der normalen last, örtliche Signalverarbeitungseinrichtungen und äußere Signalverarbeitungseinrichtungen umfassen. Zusätzlich kann die Anordnung 11 getrennte Scherungsnachweis-Signalumformereinrichtungen enthalten, die zum Erfassen derartiger Berührungskennwerte wie G-Ie it en und beginnendes Gleiten benötigt werden.

Spezielle umfaßt die Anordnung 11 eine Deckplatte 12 und eine Auflageplatte 13, die aneinander befestigt sind und mit vierundsechzig abgeschrägten Öffnungen 15, die in einer Matrixstruktur mit acht senkrechten Reihen und acht waagrechten Spalten angeordnet sind.

Es ist zu beachten, daß, während in Figur 1 ein 8 χ 8-Feld aufgezeigt ist, andere Matrizen verwendet werden können, die von dem Raum- und Größenbedarf einer besonderen Anwendung abhängig sind. Eine Berührungsoberfläche 17 umfaßt abtastfähige Stellen, die in einer Matrixstruktur entsprechend den Öffnungen 15 in den Platten 12 und 13 angeordnet sind. Die Berührungsoberfläche 17 stellt ein Einheitselement dar, das aus elastischem Material, wie Elastomer oder ein passendes funktionelles Äquivalent, besteht, das in seiner Ausführung zerklüftet bzw. zerfurcht ist und imstande ist, einer harten Umgebung ohne ersichtlichen Schaden oder Eigenschaftsverschlechterung zu widerstehen.

Jeder dieser abtastfähigen Stellen 19 umfaßt einen erhobenen Abschnitt 20 aus elastischem Material, der sich von dem Rest der Berührungsoberfläche nach oben gerichtet erstreckt.

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Eine Stiftanordnung 21, die sich, nach unten durch die Öffnungen 15 in den Auflageplatten 12 und 13 gerichtet erstreckt, ist mit jedem der erhobenen Abschnitte 20 vollständig verbunden. Der Durchmesser der Stiftanordnung 21 ist geringer als der des erhobenen Abschnitts 20, so daß ein ringförmiger hohler Abschnitt 22 zwischen der Stiftanordnung 21 und der angrenzenden Öffnung in der Auflageplatte 13 gebildet wird« Die Berührungsoberfläche ist mit allen Stiftanordnungen 21 in den Öffnungen 15 an der Auflageplatte 12 durch Klebstoff oder ein anderes passendes Mittel befestigt.

Jede der abtastfähigen Stellen 19 ist elastisch, so daß sie sich einer senkrechten Durchbiegung bei Einwirkung einer Normalkraft auf dem erhobenen Abschnitt 20 unterziehen, wie es z.B. vorkommt, wenn ein Gegenstand auf die Berührungsoberfläche 17 gesetzt wird. Jede der abfestfähigen Stellen 19, die der Gegenstand berührt, wird nach unten gerichtet abgelenkt, was nachfolgend die Stiftanordnung 21 der beeinflußten abtastfähigen Stellen 19 veranlaßt, sich abwärts zu bewegen.

Im Sinne der vorliegenden Beschreibung wird diese Durchbiegung als mechanische Erwiderung der Anwendung einer Ήοτ-malkraft auf die Berührungsoberfläche 17 genannt. Der Rest der Komponenten der Anordnung 11 umfaßt Mittel zur Abtastung dieser mechanischen Erwiderung, die elektrische Signale als ein Maß des Vorhandenseins, der Lage und der Größenordnung der Erwiderung erzeugt und anschließend derartige Signale verarbeitet, so daß Berührungskennwerte des Gegenstandes, die die mechanische Erwiderung veranlassen, interpretiert und identifiziert werden können.

Ein Basisabschnitt 23 ist unter der Platte 13 angeordnet und durch nachgebende Halterungen 25, die an jeder der

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vier Ecken der Basis 23 und Platte 13 befestigt sind, damit verbunden. Die Halterungen 25 sind in Scherrichtung mäßig nachgebend und auf Druck relativ starr, so daß eine Bewegung der Platte 13 bezüglich des Basisabschnitts 23 entlang einer horizontalen Ebene parallel zur Ebene der Platte 13, aber eine sehr geringe vertikale Bewegung der Platte 13 unter Berücksichtigung des Basisabschnittes 23 möglich i^t. Eine Signalumformerplattform 27, die unter der Platte 13 angeordnet ist und eine Elektronikplattform 29, die sich zwischen der Signalumformerplattform 27 und der Basis 23 befindet, sind miteinander und mit der Platte 13 durch Bolzen 31 oder anderen passenden selbsttragenden Elementen verbunden. Daher sind die Plattformen 27 und 29 zu der Platte 13, wie eine Einheit bezogen auf den feststehenden Basisabschnitt 23, beweglich.

Wie oben erwähnt, wird ein Gegenstand, der auf einer abtastfähigen Stelle 19 angeordnet wird, die Stiftanordnung 21 zwingen, senkrecht nach unten auszuweichen. Die Größenordnung einer derartigen Abweichung oder die mechanische Erwiderung ist direkt proportional zum Gewicht des Gegenstandes oder der Größe der aufgebrachten Normalkraft. Diese mechanische Erwiderung wird von einer Vielzahl von Signalumformern, die auf der Signalumformerplattform 27 in einem PeId der Matrix entsprechend der abtastfähigen Stellen 19, angebracht sind, so daß jede Stiftanordnung 21 mit einem individuellen Signalgeber versehen ist, gemessen.

In dem in den Figuren 1-3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Struktur des Stiftes 21 im wesentlichenunterbrochen, außer für eine Öffnung oder ein Penster 35, das sich an einem gesonderten Ort entlang der Längsrichtung befindet,

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Die Signalumformer 39 der vorliegenden Erfindung "bestehen aus einem Photoemitter 41, "betriebsbereit, um einen Lichtstrahl durch eine Linsenöffnung 43 zu senden und einen Photoempfänger 45, der imstande ist, den Betrag und die Intensität des von dem Emitter 41 gesendeten Lichtes festzustellen. Der Empfänger 45 und der Emitter 41 sind derart an der Signalumformerplattform 27 angebracht, daß sich die Stiftanordnung 21 in die dazwischen liegende Lücke 40 erstreckt. In einer nicht abgelenkten, unbelasteten Stellung, wie in Figur 3 gezeigt, blockiert der tiefste Teil des Stiftes 21 die Lichtpassage zwischen dem Emitter 41 und dem Empfänger 43. Wenn sich jedoch der Stift 21 in Erwiderung eines Kontaktes durch ein sich auf die Berührungsoberfläche 17 plazierender Gegenstand nach unten bewegt, bewegt sich das Fenster 35 in dem Stift 21 in den Weg des Lichtstrahls, der durch den Emitter 41 erzeugt wird, was z.B. einen Betrag des Lichtes unmittelbar proportional zur Größe der Abweichung D erlaubt, von dem Empfänger 43 empfangen zu werden. (Siehe Figur 3a). Nachfolgend erzeugt der Empfänger 43 ein Signal, das direkt proportional zur Intensität des Lichts, das er abtastet, ist, und das er zu der örtlichen Elektronik-Schaltung zur Verarbeitung sendet,.wie.nachfolgend beschrieben ist. Diese Methode der E kennung der mechanischen Erwiderung auf die Berührungsοberflache 17 kann als unterbrochene Lichtübertragung bezeichnet werden.

Ein zweiter Typ von Übertragungseinrichtung ist in Figur 4 und 4a aufgezeigt, in denen ein Signalgeber 50 in Zusammenhang mit einer abgeänderten Stiftanordnung 51 dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Boden des Stiftes 51 mit einer reflektierenden Oberfläche 53 ausgebildet. Ein Photoemitter 55 und ein Photoempfänger 57 sind nebeneinander auf der Signalumformerplattform 27 unmittelbar unter dem Spiegel 53 des Stiftes 51 befestigt. Der Emitter 55 ist be-

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triebsbereit, um einen Lichtstrahl zu erzeugen und der Empfänger 57 erzeugt ein Signal, direkt proportional zu der Intensität des Lichtes, das abgetastet wird.

In einer nicht abgelenkten Stellung, wie in Figur 4 gezeigt, ist der Spiegel 53 in einer relativ großen Entfernung vom Emitter 55 angeordnet, so daß ein leicht abweichender Betrag des Lichtes durch den Spiegel 53 reflektiert wird und von dem Empfänger 57 umgewandelt wird. Die in Erwiderung des Kontaktes mit einem auf der Berührungsoberfläche 17 plazierten Gegenstand erfolgende Abwärtsbewegung des Stiftes 21, wie in Figur 4a gezeigt, veranlaßt die Intensität des Lichtes, das durch den Spiegel 53 zu dem Empfänger 57 zurückreflektiert wird, in direktem Verhältnis zur Nähe des Spiegels 53 anzusteigen. Diese Methode der. Umformung wird in dieser Beschreibung als reflektierte Lichtübertragung bezeichnet.

Ein dri ttes Ausführungsbeispiel der Übertragungseinrichtung zur Abtastung der mechanischen Erwiderung der Berührungsoberfläche 17 aufgrund eines Kontaktes mit einem darauf plazierten Gegenstand ist in Figur 5 und 5a gezeigt. Eine Vielzahl von Hall-Effekt-Signalumformern 59 sind auf der Signalumformerplattform 27 direkt unter jeder der abtastfähigen Stellen 19 ist mit einer Stiftanordnung 61 ausgebildet, die ein Magnet 63, der am unteren Ende angrenzend an die Hall-Effekt-Signalumformer 59 angebracht oder eingelassen ist, aufweist. V/ie oben erwähnt, bewegt sich der Stift 61 in Erwiderung einer Normalkraft, die durch einen auf der Berührungsoberfläche 17 plazierten Gegenstand aufgebracht wird, abwärts. Der Hall-Effekt-Signalumformer 59 ist betriebsbereit, um die Intensität des magnetischen Feldes abzutasten, das durch den Hagnet 63 erzeugt wird, der in den Stift 61 in einer nicht-abgelenkten oder abgelenkten Stellung eingelassen ist, wie in Figur 5 und 5a gezeigt wira.

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Die Intensität des magnetischen Feldes, das durch den HaIl-Effekt-Signalumformer 59 übertragen wird, ist unmittelbar proportional zur Nähe des Magneten 63 und entspricht der Normalkraft, die auf die Berührungsfläche 17> die die diesbezügliche Stellung des Magneten 63 steuern, aufgebracht wird.

Die oben beschriebenen Signalumformer arbeiten so, daß sie die mechanische Erwiderung von der Berührungsoberfläche 17 einer darauf aufgebrachten Normallast, die durch den Kontakt mit einem Gegenstand entsteht, abtasten. Wie anschließend beschrieben, werden die von Signalgebern erzeugten Signale in den beiden örtlichen und äußeren Elektronikschaltkreisen verarbeitet, um eine optische Anzeige oder einsi geschriebenen Kennwert von sogenannten mechanischen Kontakt-Phänomenen oder Parametern für einen Gegenstand zu erzeugen. Derartige Kontaktparameter umfassen u.a. Nähe, Druck, Beschaffenheit, Härte und Oberflächengestalt oder Formen. Wenn die Anordnung 11 beispielsweise an die Hand oder den Greifteil eines Armes eines Industrieroboters angepaßt wurde, werden die von der Erfindung vorgesehenen mechanischen Kontaktparameter der Informationen den Roboter befähigen, den Gegenstand richtig zu beschreiben, so daß Entscheidungen über das Greifen, Bewegen, Beeinflussen, Plazieren, Lösen oder andere Behandlungen des Gegenstandes gefällt werden können.

Unter Berücksichtigung der Normallast ist die Anordnung 11 insbesondere fähig, einen großen Kontrast oder eine gut beschriebene Charakteristik eines Gegenstandes, den sie berührt, eine genaue Entscheidung über die Größe, der durch derartigen Kontakt hervorgerufenen Normallast und wenigstens die Entscheidung über die Form oder den Umriß des Gegenstandes mitzuteilen.

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Das kommt in erster Linie daher, daß Normallasten, von einem aufgelegten, die BerührungsOberfläche 17 berührenden Gegenstand eine Durchbiegung von nur denjenigen individuellen abtastfähigen Stellen 19 hervorrufen, die sich direkt unter dem Gegenstand befinden, wobei diese Durchbiegung oder mechanische Erwiderung durch abgesonderte Signalumformermittel, die mit jeder abtastungsfähigen Stelle 19 verbunden sind, abgetastet wird. In Bezug auf die Anwesenheit der Platten 12 und 13 und die abgeteilte Ausführung der abtastfähigen Stellen veranlassen die durch Aufbringen eines Gegenstandes auf die Berührungsfläche 17 verursachten Normallasten wenig oder gar keine feststellbare Durchbiegung der abtastfähigen Stellen 19, die nicht unmittelbar belastet werden. In Zusammenhang dieser mechanischen Isolation der angrenzenden abtastfähigen Stellen 19 isoliert die Verbindung von jeder abtastfähigen Stelle 19 mit voneinander getrennten Signalumformermitteln wirksam die elektronische Erscheinung der Signalumformereinrichtung und verhindert Mitsprechen (cross-talk) und vermeidet den Bedarf von komplizierten Mode11-Erkennungssystemen.

Zusammenfassend ist anzumerken, daß die Gestaltung der vorliegenden Erfindung erfunden wurde, um einen viel besseren Kontrast vorzusehen, als bei bekannten Berührabtastanordnungen, in denen eine fortlaufende Berührungsoberfläche beim Kontakt mit einem Gegenstand elektrisch angesprochen wird.

Andere Vorteile liegen dem Bau der abtastfähigen Stellen der Berührungsoberfläche 17 zugrunde, die die Vielseitigkeit der Anordnung 11 erhöht. In den Abbildungen werden die abtastfähigen Stellen 19, die einen kegelförmig-abgeflacht-geformten, erhobenen Abschnitt 20 mit einem ringförmigen hohlen Abschnitt 22 zwischen der Stiftanordnung 21 und den Öffnungen 15 in den Platten 12 und 13 besitzen,

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gezeigt. Zwei Faktoren "beeinflussen den Betrag der Durchbiegung, die durch die Aufbringung einer gegebenen Last auf eine abtastfähige Stelle 19 bewirkt wird« Diese Faktoren sind die geometrische Gestaltung der abtastfähigen Stellen 19 und die Art des Materials, das zur Fabrikation einer derartigen Stelle 19 benutzt wird. Alles zusammen betrachtet, bestimmen diese Faktoren die Nachgiebigkeit einer abtastfähigen Stelle 19. Die Nachgiebigkeit einer abtastfähigen Stelle kann durch Veränderung der äußeren Gestalt der abtastfähigen Stelle und/oder durch Benutzen eines elastomerischen Materials mit niedrigem oder hohem Elastizitätsmodul beeinflußt werden.

Die Brauchbarkeit der Veränderung der Nachgiebigkeit der abtastfähigen Stellen 19 ist ein zu schätzender Vorteil dieser Erfindung gegenüber Geräten der bekannten Art, weil sie erlaubt, die Durchbiegung und die Druckempfindlichkeitsbedingungen verschiedener Anwendungen gleich gut auf eine einzelne Anordnung 11 anzupassen.

Beispielsweise sei angenommen, daß die Anordnung 11 als Greiferhand eines Industrieroboters benutzt wird. Ebenso sei angenommen, daß ein schwerer Gegenstand zu behandeln ist, der anfänglich eine große Greifkraft zum Heben erfordert und bei dem anschließend die Erkennung der Oberfläche des Gegenstandes für die eigentliche Handhabung und Plazierung benötigt wird. Bei dieser Anwendung würde die Anordnung 11 vorzugsweise relativ niedrige Empfindlichkeit oder Auflösung bis zu der zum Heben des Gegenstandes geforderten Kraft, aber hohe Empfindlichkeit bei höheren Belastungen, aufweisen, so daß die Umrisse des Objekts festgestellt werden könnten.

Um diese Anforderung anzupassen, könnte die äußere Form der abtastenden Stelle 19 oder der Materialfaktor, der zur Her-

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stellung "benötigt wird, geändert werden, um eine minimale Durchbiegung der Stiftanordnung 21 "bis zu der von dem Gewicht des Gegenstandes auferlegten Last oder eine vermehrte Durchbiegung in der Stiftanordnung 21 durch Kräfte größeren Umfangs hervorzurufen. Wie oben "besprochen, tasten die Übertragungsmittel die Durchbiegung der Stiftanordnung 21 ab und erzeugen ein Signal unmittelbar proportional zu dieser Durchbiegung. Eine minimale Abwärtsbewegung der Stiftanordnung 21 würde eine entsprechende minimale Veränderung in dem Signal, das durch die Signalumformer erzeugt wird, erzeugen. Im oben aufgeführten Beispiel würde die Anordnung 11 auf diese Weise eine niedrige Empfindlichkeit in Erwiderung derartiger Minimalbewegungen der Stiftanordnung 21 aufweisen. Wenn sich jedoch die Stiftanordnung 21 in einer größeren Ausdehnung infolge der erhöhten Last nach unten bewegt, die über das Gewicht des Gegenstandes aufgebracht wird, wird eine entsprechend höhere Veränderung in dem durch die Signalumformer erzeugten Signal hervorgerufen. Auf diese Weise erzeugt die Anordnung 11 eine hohe Empfindlichkeit bei derartig höheren Belastungen.

In einem anderen Beispiel kann es wünschenswert sein, die Anordnung 11 mit einer hohen Empfindlichkeit oder Auflösung unter relativ niedrigen Belastungsbedingungen und anschliessender geringerer Empfindlichkeit unter leichteren Belastungen vorzusehen. Die Beeinflussung und Entschlüsselung von leichtgewichtigen Objekten oder leichtgewichtigen und schwergewichtigen Objekten durch ein einzelnes Gerät könnte unter diese Kategorie fallen. Die äußere Form einer abtastfähigen Stelle 19 könnte durch Reduzierung der Stärke des Elastomers in dem erhobenen Abschnitt 20 geändert werden, so daß eine schnelle Abwärtsabbiegung der ütiftanordnung 21 unter relativ geringen Belastungen bewirkt würde,

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bis der erhobene Abschnitt 20 gegen die Deckplatte 12 trifft, wodurch eine minimale weitere Durchbiegung erreicht wird.

Dir Signalumformer würden auf diese Weise eine relativ große Veränderung in der Durchbiegung der Stiftanordhung unter geringer Belastung ermitteln und eine proportionale Veränderung in ihrem Signal, das dem Elektronikstromkreis übertragen wird, erzeugen. Die Anordnung 11 würde auf diese Weise eine hohe Empfindlichkeit unter derartigen Belastungsbedingungen erreichen. Wenn jedoch einmal der erhobene Abschnitt 20 ruckartig angezogen würde, würde nur eine minimale Durchbiegung der Stiftanordnung 21 erzielt und die Empfindlichkeit der Anordnung 11 würde relativ niedrig sein.

Die verschiedenen geometrischen und materiellen Unterschiede, oder Kombinationen von beidem, in bezug auf die Ausbildung der empfindlichen Stellen 19, sehen einen breiten Raum von Möglichkeiten im Erreichen einer linearen oder variablen nichtlinearen Erwiderung der Durchbiegung der Stiftanordnung 21 vor, die durch den Kontakt eines Gegenstandes mit der Berührungsoberfläche der Berührabtastanordnung 11 verursacht wird. Die Empfindlichkeit gegenüber der Größenordnung von llormallasten, die auf die Anordnung 11 aufgebracht werden, können auf diese Weise wie gewünscht geändert werden, um die Anforderungen an eine Vielfalt von Anwendungen anzupassen.

In mancher Hinsicht kann es wünschenswert sein, die Scherkräfte, die durch einen Gegenstand auf der Berührungsoberfläche 11 aufgebracht v/erden, zu ermitteln. Beispielsweise kann ein Roboterarm erforderlich sein, um einen Gegenstand zu greifen, seine Form au erkennen und anschließend den Gegenstand durch Windung oder Drehung vor dem Lösen zu behandeln. Während die Erkennung der Normalkräfte noch für

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eine derartige Anwendung gefordert sein kann, um die Anwesenheit, die Größe, die Form des Gegenstandes zu bestimmen, müssen die Scherkräfte, die zwischen dem Gegenstand und der Berührungsoberfläche 17 der Anordnung entstehen, bestimmt werden, um beginnendes Gleiten und ein Gleiten, wenn der Gegenstand befestigt, gehoben und anschließend behandelt wird, zu ermitteln.

Ein anderes Merkmal der Ausführung der abtastfähigen Stellen 19 sollte in Verbindung mit der Aufbringung von Scherkräften auf die Berührungsoberfläche 17 erwähnt werden. Wie .in den Abbildungen gezeigt, ist die Stiftanordnung jeder abtastfähigen Stelle 19 verlängert und dehnt sich nach unten gerichtet durch die Öffnungen in den Platten 12 und 13 aus. Die relativ enge Passung zwischen den Stiftanordnungen und den Öffnungen 15 hat eine wesentliche Beseitigung jeder Schlagbewegung der Basis der Stiftanordnung zur Folge, die andererseits bezogen auf die Seitenkomponente der Scherkräfte, die auf die Berührungsoberfläche aufgebracht werden, vorkommen können. Eine derartige Schlagbewegung könnte sich, wenn nicht beseitigt, nachteilig auf die Genauigkeit der Messungen der Stift-Durchbiegung, die durch die verschiedenen hier angeordneten Signalumformer vorgenommen werden, auswirken. Deshalb sind die Einrichtungen zur Ermittlung der Normal- und Scherkräfte von der Ausführung der abtastfähigen Stellen 19 gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam entkuppelt.

Bezogen auf die Abbildungen 2 und 6a - b ist ein Ausführungsbeispiel der Scherkraftermittlungssignalumformereinrichtung der Anordnung 11 gezeigt. Ein Paar Klammern 71 sind an jedem Ende des Basisabschnitts 23 angebracht und erstrecken sich nach oben zur Platte 13. Ein Flansch. 73 ist am oberen Ende jeder Klammer 71 befestigt, die sich einwärts zwischen

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einem Photoemitter 75, der auf der unteren Oberfläche der Platte 13 nahe der Mitte angebracht ist, erstreckt und ein Feld von Photoempfängern ist auf der oberen Oberfläche der Signalumformerplattform 27 unter dem Photoemitter 75 angebracht. Wie in Figur 6 gezeigt, gibt es vier Photoempfänger 79a, b, c und d, die in gleichen Intervallen zerlegt, angeordnet sind. Obwohl vier Photoempfänger gezeigt werden, sei zu erwähnen, daß sowohl zwei Empfänger oder auch mehr benutzt werden können, um das hierin beschriebene Scherermittlungsverfahren durchzuführen. Ein Fenster 81 ist an jedem der Flansche 73 angebracht, um zu ermöglichen, daß Licht vom Emitter 75 von dem Empfänger 79a - d abgetastet werden kann.

In der nicht abgelenkten Stellung passiert das gesamte Licht, das von dem Emitter 75 erzeugt wird, das Fenster 81 in den Flanschen 73 und wird von dem Empfänger 79a -d abgetastet. Angenommen, eine Scher- oder Schubkraft S₁ wird auf die Berührungsoberfläche 17, wie in Figur 6a gezeigt, aufgebracht, so werden die Platte 13 und die Signalumformerplattform 27 zusammen bewegt und bewirken, daß der Empfänger 79c wenigstens teilweise bedeckt wird. Die Verminderung in der Intensität des Lichts, das durch den Empfänger 79c abgetastet wird, wird unmittelbar proportional zur Größe der Scher- oder Schubkraft S₁ sein. Gleichfalls wird der Empfänger 79^ hei der Aufbringung einer Scher- oder Schubkraft S^ auf die Berührungsoberfläche 17 wenigstens teilweise von der abzutastenden Lichtintensität, die direkt proportional zum Umfang der Scher- oder Schubkraft S₂ ist, bedeckt. Scherkräfte, die im schiefen oder spitzen Winkel zur Richtung der Scherkräfte S^ und S₂ innerhalb der Ebene der Platte 13 angreifen, werden unterschiedliche Beträge der Lichtintensi-

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sität erzeugen, die beide in Betrag und Richtung durch die Empfänger 7>a - d ermittelt und durch den unten beschriebenen Elektronikstromkreis verarbeitet werden.

Weitere Ausführungsbeispiele der Signalumformereinrichtung zum Ermitteln des Betrages und der Position der Scherkräfte, die an die Berührungsfläche angreifen, sind in den Abbildungen 7 - 9a aufgezeigt. In den Abbildungen 7 - 7h ist eine lichtreflektierende Scherermittlungseinrichtung dargestellt. In Figur 7a ist ein einzelner Emitter 82 von vier räumlich gleich angeordneten Empfängern 83θ - d umgeben, die alle an jedem Ende der Oberseite der Signalumformerplattform 27 angebracht sind. Es ist nur eine der Emitter-Empfänger-Gruppen in den Zeichnungen dargestellt. An dem Flansch 73 der Klammer 7I direkt über dem Emitter 82 befindet sich eine reflektierende Oberfläche 84. Eine Bewegung der Signalumformerplattform 27 mit der Berührungsoberfläche 17 in Erwiderung einer Scherkraft veranlaßt verschiedene der Empfänger 83a - d, mehr oder weniger reflektiertes Licht von der Oberfläche 84 zu empfangen. Derartige Veränderungen im Umfang des empfangenen Lichtes bewirken die Übertragung proportional veränderter Signale zum Elektronikschaltkreis. Figur 7b stellt eine Abänderung von Figur 7a dar, worin zwei Empfänger 85a, b zum Messen von Veränderungen des Betrages des von der Oberfläche 84 zurückreflektierten Lichtes benutzt werden.

Eine weitere Variation der lichtreflektierten Scherkraftsignalumformereinrichtungen wird in den Abbildungen 8 und 8a gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein vierseitiger Stift 86, der reflektierende Oberflächen 87a - d besitzt, an der Bodenplatte auf jeder Seite der Platte I3 angebracht. In den Abbildungen wird nur ein Stift 86 gezeigt. Vier Blöcke 88a — d, wobei jeder einen Emitter 89 und einen Empfänger besitzt, die übereinander daran angebracht sind, sind unmittelbar gegenüber den betreffenden reflektierten Ober-

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flächen 87a - d des Stifts 86 angeordnet. Die Blöcke 88a d sind an ihrem unteren Ende an dem Flansch 73 der Klammer 71 angebracht« Wie man anhand der Abbildung 8c erkennen kann, wird eine seitliche Bewegung des Stifts 86 mit der Platte 13 in jede Richtung mehr oder weniger Licht hervorbringen, das vom Emitter 89 zum Empfänger 90 auf den betreffenden Block 88a - d reflektiert werden kann. Die Veränderung in der durch jeden der Empfänger 90 wahrgenommenen Lichtintensität bewirkt, daß ein proportional geändertes Signal von den Empfängern 90 zum Elektronikschaltkreis übertragen wird.

Eine andere Scherkraftsignalumformereinrichtung ist in den Abbildungen 9, 9^a dargestellt, worin sich ein magnetisierter Stift 91 von jedem Ende der Unterseite der Platte I3 nach unten gerichtet erstreckt. Erneut wird nur ein Ende der Platte I3 in den Abbildungen gezeigt. Vier Hall-Effekt-Signalumformer 92a - d sind absatzweise an der oberen Oberfläche der Flansche 73 angebracht und nach oben um den Stift 91 gerichtet. Auf diese Weise veranlaßt die Bewegung des Stifts 91 mit Platte I3 in Erwiderung einer Scherkraft einen oder mehrere Hall-Effekt-Signalumformer 92, eine geänderte magnetische Feldintensität festzustellen. Ein Signal, das sich proportional zu einer derartigen Veränderung verhält, wird anschließend durch die betreffenden Hall-Effekt—Signalumformer zum Verarbeitungsschaltkreis übertragen, wie nachfolgend beschrieben wird.

Bezogen auf Figur 11 wird ein schematisches Schaltbild (Blockschaltbild) des Elektronikstromkreises, der für die Berührabtastanordnung 11 der vorliegenden Erfindung benutzt wird, aufgezeigt. Wie oben erwähnt, besteht der hierin beschriebene Stromkreis aus Komponenten, die als lokaler Stromkreis dargestellt wurden und die an der Elektronikplattform 29 angebracht sind , und aus einem externen Strom-

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kreis, "bestehend aus einem Computer, einem Puffer oder einer peripheren Schnittstelle und der Sichtanzeige. Die Gestaltung und die Betriebsweise des unten beschriebenen Stromkreises sind nicht auf diese Ausführung beschränkt und es könnten viele Abänderungen oder Substitutionen gemacht werden, um signalverarbeitende Bedingungen der Anordnung 11 zu erfüllen.

Die auf der Elektronikplattform 29 angebrachten Einheiten umfassen eine Norm-Datenübertragungs-Steuereinheit (Standardmultiplexer) 100, einen . Signalformer 102, einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 104 und eine Steuerung 106. Der äußere Stromkreis umfaßt einen Computer 108, eine periphere Schnittstelle 110, die den Computer 108 elektrisch mit den Komponenten auf der Elektronikplattform 29 verbindet, einen Massenspeicher 112 und eine Videoanzeige 114.

Die Elektronik arbeitet wie folgt ι Jede der Signalumformereinrichtungen, verbunden mit den abtastfähigen Stellen 19t erzeugt ein fortlaufendes Signal, zuerst in Form eines Stromes und dann in Form einer Analogspannung im Bereich von 0-1 Volt, die über einem Widerstand anliegt. Im in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel der Anordnung 11 gibt es vierundsechzig abtastfähige Stellen 19 und somit werden vierundsechzig Signale parallel durch eine Analog-Datenleitung 116 zur Datenübertragungs-Steuereinheit 100 übertragen. Die Bauteile auf der Elektronik-Plattform 29 verwandeln jedes der vierundsechzig Analogsignale in Digitalformat zur Eingabe in den Computer 108.

Die Analog-Digital-Umwandlung wird wie folgt durchgeführt: Ein Datenabtastsignal wird über eine Datenabtastleitung 118 vom Computer 108 zur Steuerung I06 übertragen. Das Datenabtastsignal befiehlt der Steuerung IO6 eine Adresse für die Datenübertragungs—Steuereinheit 100 vorzusehen,

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die dann jedes der vierundsechzig Signale der abtastfähigen Stellen 19 untereinander abtastet. Beispielsweise können die Signale der abtastfähigen Stellen 19, beginnend mit der Stelle 19' und sich von links nach rechts und oben nach unten bewegend, abgetastet werden, bis alle Stellen I9 abgefragt sind.

Die Datenübertragungs-Steuereinheit 100 erkennt die Adresse von der Steuerung IO6 als einen Befehl, die vierundsechzig Signale in einer wie oben vorgeschlagenen Art und Weise abzufragen und jedes abgetastete Analogsignal durch die Schaltsignalleitung 103 zum Signalformer 102 zu schalten. Der Signalformer 102 verstärkt die Signale von O-1 Volt auf eine Spannung im Bereich von 1-10 Volt und legt das verstärkte Signal an den A/D-Wandler 104 an.

Jedes der vierundsechzig Signale der abtastfähigen Stellen wird als Folge einer gesonderten Adresse, die von der Steuerung 106 zu der Datenübertragungs-Steuereinheit 100 gesendet wurde, abgetastet. Die Steuerung I06 berücksichtigt die mit der Abtastbearbeitung und der Verstärkung des Signals in dem Signalformer 102 verbundene Verzögerung, so daß zu der Zeit, in der das verstärkte Signal am A/D-Wandler 104 anliegt, ein Umwandlungsstartsignal von der Steuerung I06 durch die Umwandlungsstartleitung 107 zu dem A/D-Wandler 104 gesendet wird. Dieses Signal befiehlt dem A/D-Wandler, das verstärkte über eine Signalleitung I09 übertragene Signal von dem Signalformer zu akzeptieren und es in Digitalformat umzuwandeln. Venn die Umwandlung beendet ist, liefert der A/D-Wandler 104 über die Signalleitung 111 ein "Umwandlung-beendet"-Signal zur Steuerung I06. Die Steuerung I06 befiehlt dann der Datenübertragungs-Steuereinheit 100, das nächste Signal abzutasten und der Prozeß wiederholt sich für jedes der vierundsechzig Signale.

Nach, der Umwandlung eines Analogsignal³ iⁿ ein Digitalsignalforinat, das vom Computer 108 gelesen werden kann, liefert der A/D-Wandler 104 über eine Leitung 113 ein "Daten-fertig" -Signal zu dem Computer 108. Der Computer 108 akzeptiert dann das Digitalsignal über die Digitaldatenleitung 115. Wenn alle Analogsignale von den abtastfähigen Stellen 19 hintereinander empfangen worden sind, in Digitalform umgewandelt und zum Computer 108 übertragen wurden, setzt die Steuerung I06 zurück und wartet auf den nächsten Dateneingang.

Nach, dem Lesen der Digitaldaten auf jedes "D_aten-fertig"-Signal hin, ist der Computer 108 imstande, derartige Daten in eine Vielfältigkeit von Formen, die von den Bedingungen einer Anwendung abhängen, zu verarbeiten. Der Computer 108 kann unter Benutzung bekannter Techniken programmiert werden, um die Daten zu verarbeiten und sie auf einer Videosichtanzeige 114 anzuzeigen oder derartige Daten im Massenspeicher 112 für zukünftigen Vergleich und Gebrauch zu speichern. Es sind beispielsweise Programme zum Anzeigen der Daten im numerischen Gitterformat auf einer Videosichtanzeige 114 mit einer Zahl entsprechend dem Betrag des Signals von jeder abtastfähigen Stelle I9» die auf einem 8x8 Gitter angezeigt wurden, geschrieben worden. Viele andere Anzeigeformate sind möglich.

Die vorangegangene Beschreibung hat die Art und Weise aufgezeigt, in der die von der mit den abtastfähigen Stellen I9 verbundenen Signalumformereinrichtung erzeugten Signale durch den hier beschriebenen Elektronikstromkreis verarbeitet verden. Unter Berücksichtigung der Signale, die durch derartige Scherermittlungs-Signalumformereinrichtungen, wie sie in Figur 6 - 9^a dargestellt sind, erzeugt werden, ist die Verarbeitung,abgesehen von einigen Abwandlungen, insbe-

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sondere im Programm für den Computer 108 im wasentließen gleich.

Jedes von den mit den hier dargestellten Scherermittlungs-Signalumformern verbundenen Empfängern erzeugte Signal wird parallel zu der Datenübertragungs-Steuereinheit 100 übertragen und die Bearbeitung der Umwandlung derartiger Signale vom Analog- in Digitalformat beginnt. Die Digitalsignale werden in Serie zum Computer 108 geleitet, so daß der Computer 108 feststellen kann, welches Signal von welchem Empfänger kommt. Eine Summation der durch die Scherermittlungssignalumformer erzeugten Signale, die sich auf jeder Seite der Berührungsfläche 17 befinden, würden einen Ausgang, der die Translation der Berührungsoberfläche 17 in Bezug auf die Basis 23 darstellt, ergeben. Die Differenz der durch die Scherermittlungsübertrager erzeugten Signale, die an jeder Seite der Berührungsoberfläche angeordnet sind, würden einen Ausgang, der der Rotation der Berührungsoberfläche 17 in. Bezug auf eine Basis 23 entspricht, ergeben. Wenn die Entfernung zwischen den Seherermittlungssignal— umformern bekannt ist, können Programme für den Computer 108 geschrieben werden, um die durch den Computer 108 berechneten Ausgangssignale zu benutzen, die die Translation und Rotation der Berührungsoberfläche I7 darstellen, um die Größe, den Ort und die Richtung der auf die Berührungsoberfläche 17 einwirkenden Scher- oder Schubkräfte mit wenigstens mäßiger Auflösung zu bestimmen.

Da die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann naheliegend, daß verschiedene Veränderungen vorgenommen und Elemente durch äquivalente ersetzt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ergänzend ist zu sagen, daß viele Abänderungen

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■vorgenommen werden können, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Rahmen zu verlassen. Daher ist die Erfindung nicht auf das besondere Ausführungsbeispiel als beste Art der Erfindung beschränkt, sondern umfaßt alle Ausführungen, die in den Bereich der Ansprüche fallen.

Eine Berührabtastanordnung, die im wesentlichen vier Komponenten aufweist, wie eine Berührungsoberfläche mit einer Vielzahl mechanisch und elektrisch isolierter abtastfähiger Stellen, eine Signalumformereinrichtung, verbunden mit jeder der abtastfähigen Stellen zur Umwandlung einer mechanischen Erwiderung auf ein elektrisches Signal, eine erste signalverarbeitende Einrichtung zur Abtastung der durch die Signa lumformereinrichtung erzeugten Signale und zur Umwandlung derartiger Signale in Digitalformat und eine zweite signal— verarbeitende Einrichtung, die einen Computer zur Interpretation und zum Anzeigen der Daten umfaßt. Das System bewirkt einen hohen Kontrast, hohe Normalkraftauflösung, hinreichende Raumauflösung und hohe Empfindlichkeit, um mechanische Kontaktparameter wie Anwesenheit, Druck, Druckprofil, Beschaffenheit, Härte und Oberflächengestalt eines Gegenstandes, der die Berührungsoberfläche berührt, zu bestimmen. Zusätzlich sind gesonderte Einrichtungen enthalten, die die Anordnung verändern, um Ort, Größe und Richtung der auf die Berührungsoberfläche aufgelegten Scherkräfte zu ermitteln.

Leerseite

Claims

^FUfIiS₁ Dr.ItarttolB OOU/U I<C

Postfasii VO 0-3-45

SchnsckonfrcisiraSo 27

D-6000 Frankfurt am Main 70

Telefon (0811) 817079

25. Februar 1?83

FuKk/G Lord Corporation, 2000 West Grandview Blvd., Erie, U.S.A.

Berührungsabtaster

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abtasten von Berührungsparametern eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- eine Berührungsoberfläche (17) zur Berührung mit dem Gegenstand,

- eine Vielzahl von in einem Feld auf der Berührungsoberfläche (17) angeordneten abtastfähigen Stellen (19)₅ die eine mechanische Erwiderung durch die Berührung mit dem Gegenstand erfahren,

- mit jeder der abtastfähigen Stellen (19) verbundene Signalumformer, die magnetische Mittel (63) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und elektromagnetische Abtasteinrichtungen (59) zur Abtastung der Intensität des durch die magnetischen Mittel (63) erzeugten magnetischen Feldes aufweisen, wobei die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) derart in Bezug zu den magnetischen Mittel (63) angeordnet sind, daß die mechanische Erwiderung der abtastfähigen Stellen (19) auf den Kontakt mit einem Gegenstand eine direkte proportionale Veränderung der Nähe und dadurch der Intensität des magnetischen Feldes, das durch die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) abgetastet wird, die ein elektrisches Signal direkt proportional zu der Veränderung der Intensität erzeugen,

und

- signalverarbeitende Einrichtungen, die die elektrischen Signale von den elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) den Signalumformer empfangen und Information zur Identifizierung der Berührungsparameter des Gegenstandes vorsehen,

umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumformer einen Stift (61) aufweisen, der von wenigstens einer der abtastfähigen Stellen (19) abgelehnt wird, wobei der Stift (61) einen magnetisierten Abschnitt (63) aufweist, derart in Bezug zu den elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) angeordnet ist, daß das durch den magnetisiertenÄbschnitt (63) erzeugte Magnetfeld durch die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) abgetastet wird, und angepaßt ist, um von wenigstens einer der abtastfähigen Stellen (19) in Erwiderung des Kontaktes eines Gegenstandes mit den abtastfähigen Stellen (19) den magnetisierten Abschnitt (63) in Richtung der elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59) zu bewegen, so daß ein Magnetfeld mit einer Intensität proportional der Abweichung des Stiftes (61) durch die elektromagnetische Abtasteinrichtungen (59) abgetastet wird.

3. Vorrichtung zur Abtastung von Berührungsparametern eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Berührungsoberfläche (17) zur Berührung mit dem Gegenstand, eine Vielzahl von in einem Feld auf der Berührungsoberfläche (17) angeordneten abtastfähigen Stellen (19)» die eine mechanische Erwiderung durch die Berührung mit dem Gegenstand erfahren, mit jeder der

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abtastfähigen Stellen (19) verbundene Signalumformer, die lichtreflektierende Einrichtungen (53), Photoemitter (57), die einen Lichtstrahl zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (53) richten, und Photoempfänger (55) zum Empfangen des durch die lichtreflektierenden Einrichtungen (53) reflektierten Lichtes von dem Photoemitter (57), wobei die Photoemitter (57) und die Photoempfänger (55) derart in Bezug zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (53) und den abtastfähigen Stellen (19) angeordnet sind, daß die mechanische Erwiderung der abtastfähigen Stellen (19) auf den Kontakt mit einem Gegenstand eine direkte proportionale Veränderung in der Intensität des von den lichtreflektierenden Einrichtungen (53) zu den Photoempfängern (55) reflektierten von den Photoemittern (57) erzeugten Lichtes "bewirkt, und wobei die Photoempfänger (55) ein elektrisches Signal, das direkt proportional zu der Veränderung der Intensität des von den Photoemittern (57) erzeugten Lichtes ist, umfassen und signalverarbeitende Einrichtungen, die die elektrischen Signale von dem Photoempfänger (55) der Signalumformer empfangen und Informationen zur Identifizierung der Berührungsparameter des Gegenstandes vorsehen, umfaßt.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumformer einen Stift (51) auf v/eisen, der von wenigstens einer der abtastfähigen otellen (19) abgelenkt wird, wobei der Stift (51) eine lichtreflektierende Oberfläche (53) besitzt, die diesem Lichtstrahl von den Photoemittern (57) zugekehrt ist, bearbeiten, derart in Bezug zu den Photoemittern (57) und Photoempfänger (55) angeordnet ist, daß das Licht durch die lichtreflektierende Oberfläche (53) des Stiftes (51) von den Photoemittern (57) zu den Photoempfängern (55) reflektiert wird, und angepaßt ist,

um von wenigstens einer der abtastfähigen Stellen (19) in Erwiderung des Kontaktes eines Gegenstandes mit den abtastfähigen Stellen (19) den Stift (51) zu bewegen, so daß Licht von einer Intensität proportional zur Ablenkung der abtastfähigen Stelle (19) durch diese lichtreflektierende Oberfläche (53) des Stiftes (51) von den Photoernittern (57) zu den Photoempfängern (55) reflektiert wird.

Vorrichtung zur Ermittlung, Unterscheidung und Identifizierung einer Anzahl von mechanischen Kontaktparametern bei der Berührung eines Gegenstandes, die die Anwesenheit, Druck, Druckprofil, Oberflächengestalt, beginnendes Gleiten einschließen, dadurch gekennzeichnet daß sie

- eine Berührungsoberfläche (17) zur Berührung mit einem Gegenstand, die in einer horizontalen Ebene bewegbar ist,

- eine Vielzahl von abtastfähigen Stellen (19), die in einem PeId auf dieser Berührungsoberfläche (17) angeordnet sind, wobei diese abtastfähigen Stellen (19) in Erwiderung einer durch den Kontakt mit dem Gegenstand aufgebrachten Normalkraft abgelenkt werden und wobei diese Berührungsoberfläche (17) in Erwiderung einer Schwerkraft, die durch den Kontakt mit einem Gegenstand aufgelegt wird, seitlich in horizontaler Ebene bewegt wird,

- einen Normalkraftempfangssignalumformer, der mit jeder der abtastfähigen Stellen (19) verbunden ist, wobei dieser Normalkraftempfangssignaluinformer die Abweichung der abtastfähigen Stellen (19) abtastet und ein elektrisches Signal proportional zur Größenordnung der Abweichung erzeugt,

- eine signalverarbeitende Einrichtung, um die elektrischen Signale von dem Normalkraft- und Schwerkraftsignal umformer zu empfangen und Information zur Identifizierung der Kontaktparameter des Gegenstandes vorzunehmen, umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit jeder der abtastfähigen Stellen (19) verbundene: Hormalkraftempfangssignalumformer

- magnetische Mittel (63), die ein magnetisches Feld und elektromagnetische Abtasteinrichtungen (59) erzeugen können, die die Intensität dieses magnetischen Feldes, das durch die magnetischen Mittel (63) erzeugt wird, abtasten, wobei die

- elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (59), die in Bezug zu den magnetischen Mitteln (63) und den abtastfähigen Stellen (19) so angeordnet sind, daß die Abweichung dieser abtastfähigen Stellen (19) von einer nicht-abgelenkten Stellung in Erwiderung einer Hormallast eine direkt proportionale Veränderung der Nähe und dadurch der Intensität des magnetischen Feldes, das durch die elektromagnetische Abtasteinrichtung (59) abgetastet wird, verursachen, und ein elektrisches Signal direkt proportional zur Veränderung der Intensität des magnetischen Feldes erzeugen, aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Berührungsoberfläche (17) verbundene Schwerkraftempfangssignalumformer magnetische Mittel (91) die ein magnetisches Feld erzeugen können und elektromagnetische Abtasteinrichtungen (92), die die Intensität des durch die magnetischen Mittel (91)

erzeugten magnetisehen Feldes abzutasten aufweisen, wobei die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (92) derart in Bezug zu den magnetischen Mitteln (91) und der Berührungsoberfläche (17) angeordnet sind, daß die seitliche Bewegung der Berührungsoberfläche (17) in Erwiderung einer Scherlast eine direkt proportionale Veränderung der Nähe und dadurch der Intensität des magnetischen Feldes, das durch die elektromagnetische Abtasteinrichtung (92) abgetastet wird, hervorruft, und sie ein elektrisches Signal direkt proportional zur Veränderung der Intensität des magnetischen Feldes erzeugen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine feststehende unter der Berührungsoberfläche (17) angeordnete Stützeinrichtung (71, 73) aufweist, wobei die Berührungsoberfläche (17) in Bezug zur feststehenden Stützeinrichtung (71, 73) seitlich bewegbar ist und die magnetischen Mittel (91) des Scherkraftempfangssignalumformers entweder an der Berührungsoberfläche (17) oder an der feststehenden Stützeinrichtung und die elektromagnetischen Abtssteinrichtungen (92) des Scherkraftempfangs Signalumformers entsprechend entweder an der Berührungsoberfläche (17) oder an der feststehenden Stützeinrichtung (71, 73) befestigt sind, sowie angrenzende magnetische Mittel (91), wobei sich nach der Aufbringung einer Scherlast auf die Berührungsoberfläche (17) diese magnetischen Mittel (91) und die elektromagnetischen Mittel (91) und die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (92) seitlich in Bezug zueinander bewegen, so daß die Nähe und dadurch die Intensität des durch die magnetischen Mittel (91) erzeugten und durch die elektromagnetischen Abtasteinrichtungen (92) abgetasteten magnetischen Felder im direkten Verhältnis zur seitlichen Bewegung der Berührungsoberfläche (17) sich verändert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit jeder der abtastfähigen Stellen (19) verbundenen Normalkraftempfangssignalumformer, die lichtreflektierende Einrichtungen,

- Photoemitter (57), die einen Lichtstrahl zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (53) richten, und

- Photoempfänger (55) zum Empfangen des durch diese lichtreflektierende Einrichtung (53) reflektierenden Lichts von den Photoemittern (57), wobei die Photoemitter (57) und Photoempfänger (55) in Bezug zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (55) und den abtastfähigen Stellen (19) derart angeordnet sind, daß die Ablenkung der abtastfähigen Stellen (19) in Erwiderung einer Normallast eine direkt proportionale Veränderung der Intensität des von den lichtreflektierenden Einrichtungen (53) zu den Photoempfängern (55) reflektierten von den Photoemittern (57) erzeugten Lichtes bewirkt, und wobei die Photoempfänger (55) ein elektrisches Signal direkt proportional zu der Veränderung der Intensität des von den Photoemittern (57) erzeugten Lichtes erzeugen, umfassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Berührungsoberfläche (17) verbundene Scherkraftempfangsumformer lichtreflektierende Einrichtungen (84), Photoemitter, die einen Lichtstrahl zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (84) richten und Photoempfänger zum Empfangen des durch diese lichtreflektierenden Einrichtungen (84) reflektierten Lichtes von den Photoemittern, wobei die Photoemitter und die Photoempfänger in Bezug zu den lichtreflektierenden Einrichtungen (84) und der Berührungsoberfläche (17) derart angeordnet sind, daß die seitliche Bewegung

der Berührungsoberfläche (17) in Erwiderung einer darauf aufgebrachten Scherlast eine direkt proportionale Veränderung der Intensität des von den lichtreflektierenden. Einrichtungen (84) zu den Photoempfängern reflektierten von den Photoemittern erzeugten Lichtes bewirkt, wobei die Photoempfänger ein elektrisches Signal direkt proportional zu der Veränderung der Intensität des von den Photoemittern erzeugten Lichtes erzeugen, umfassen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit der Berührungsoberfläche (17) fest verbundene Plattform (27), die sich seitlich mitbewegt, und feststehende zwischen der Plattform (27) und der Berührungsoberfläche (17) angeordnete Stützeinrichtungen (71, 73) aufweist, wobei die lichtreflektierenden Einrichtungen (84) entweder an der Plattform (27) oder an der feststehenden Stützeinrichtung und die Photoemittereinrichtungen und Photoempfängereinrichtungen entsprechend an der Plattform (27) oder an der feststehenden Stützeinrichtung (71, 73) auf die lichtreflektierenden Einrichtungen (84) ausgerichtet, angebracht sind, wobei nach der Aufbringung einer Scherlast auf die Berühr ungs oberfläche (17) sich diese lichtreflektierenden Einrichtungen (84) und die Photoempfängereinrichtungen und Photoemittereinrichtungen seitlich in Bezug zueinander bewegen, so daß sich die Intensität des durch die lichtreflektierenden Einrichtungen (84) zu den Photoempfängereinrichtungen reflektierten von den Photoemittereinrichtungen erzeugten Lichtes direkt proportional zur seitlichen Bewegung der Berührungsoberfläche (17) ändert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Photoemitter (82) und vier individuelle Photοempfänger (83) in gleichen Abständen um den Photoemitter (82) angeordnet sind, wobei nach Aufbringung einer Scherlast auf die Berührungsoberfläche (17) sich dieser Photoemitter (82) und die vier Photoempfänger (83) seitlich in Bezug zu der lichtreflektierenden Einrichtung (84) bewegen, so daß sich die Intensität des durch die lichtreflektierende Einrichtung (84) zu den Photoempfängern (83) reflektierten von dem Photoemitter (82) erzeugten Lichtes direkt proportional zur seitlichen Bewegung der Berührungsoberfläche (17) ändert.

13.. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Photoemitter (82) und zwei individuelle Photoempfänger (85) räumlich um den Photoemitter (82) angeordnet sind, wobei nach Aufbringung einer Scherlast auf die Berührungsoberfläche (17) sich dieser Photoemitter (82) und die beiden Photoempfänger (85) seitlich in Bezug zu der lichtreflektierenden Einrichtung (84) bewegen, so daß sich die Intensität des durch die lichtreflektierende Einrichtung (84) zu den Photoempfängern (85) reflektierten von dem Photoemitter (82) erzeugten Lichtes direkt proportional zur seitlichen Bewegung der Berührungsoberfläche (17) ändert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine feststehende unter der Berührungsoberfläche (17) angeordnete Stützeinrichtung (71, 73) aufweist,einen Stift(86) mit vier Seiten, wobei jede eine lichtreflektierende Oberfläche (87) besitzt, der entweder an der Berührungsoberfläche (17) oder an der feststehenden Stützeinrichtung (71, 73) befestigt ist,

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vier Blöcke (88), wovon jeder auf eine der "betreffenden Seite des Stiftes (86) ausgerichtet ist und entweder entsprechend an der Berührungsoberfläche (17) oder an der feststehenden Stutζeinrichtung (71, 73) angeordnet ist, wobei jeder der vier Blöcke (88) einen Photoemitter (89) und einen dazu engebrachten Photoempfanger (90) besitzt, wobei der Photoemitter (89) von jedem der Blöcke (88) einen Lichtstrahl auf die lichtreflektierende Oberfläche (87) der entsprechenden zu dem Block (88) gerichteten Seite des Stiftes (86) richtet, und der zugehörige Photoempfänger (90) der Blöcke (88) das von der entsprechenden lichtreflektierenden Oberfläche (87) reflektierte Licht empfängt, so daß nach Aufbringung einer Scherlast auf die Berührungsoberfläche (17) dieser Stift (86) und die Blöcke (88) sich seitlich in Bezug zueinander bewegen, so daß sich die Intensität des durch die lichtreflektierenden Oberflächen (87) des Stiftes (86) reflektierten und durch die entsprechenden Photoempfänger (90) der Blöcke (88) empfangenen Lichtes direkt proportional zu der seitlichen Bewegung der Berührungsoberflache (17) ändert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkraftsignalumformer Hall-Effekt-Signalumformer (92) darstellen.

16. Vorrichtung zur Ermittlung, Unterscheidung und Identifizierung mechanischer Kontaktparameter bei der Berührung eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- eine Berührungsoberfläche (17) für die Berührung mit einem Gegenstand, die in einer horizontalen Ebene in Erwiderung einer durch den Kontakt mit einem

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Gegenstand aufgebrachten Scherkraft seitlich bewegbar ist,

- Signalumformer, die mit der Berührungsoberfläche (17) verbunden sind, wobei diese Signalumformer die seitliche Bewegung der Berührungsoberfläche (17) abtasten und ein elektrisches Signal proportional zu dieser seitlichen Bewegung erzeugen, und

- signalverarbeitende Einrichtungen umfaßt, die elektrische Signale von den Signalumformereinrichtungen, empfangen, um die Größenordnung, den Ort und die Richtung der auf die Berührungsoberfläche (17) durch die Berührung mit einem Gegenstand aufgebrachten Scherkraft festzustellen.

17. Berührabtastanordnung zur Ermittlung, Unterscheidung und Identifizierung einer Anzahl von mechanischen Kontaktparametern bei der Berührung eines Gegenstandes, die die Anwesenheit, Druck, Oberflächengestalt einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- einen Basisabschnitt (23),

- Platten (12, 13) mit einer Vielzahl von öffnungen (15) in einem Feld, wobei diese Platten (12, 13) über dem Basisabschnitt (23) angeordnet und durch federnde Verbindungen daran befestigt sind,

- eine einheitliche Berührungsoberfläche (17) mit einer Vielzahl von abtastfähigen Stellen (19) in einem PeId, wobei entsprechend dieses Feldes von Öffnungen (15) in der Platte (12) jede der abtastfähigen Stellen (19) einen erhobenen Abschnitt (20) aufweist, der sich nach oben von der Berührungsoberfläche (17) für den Kontakt mit einem Gegenstand erstreckt, und eine Stiftanordnung, die mit dem erhobenen Abschnitt (20) vollständig verbunden ist, wobei diese Stiftanordnungen durch

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die Öffnungen in den Platten (12, 13) zum Anfügen an die Berührungsoberfläche (17) eingefügt werden, wobei die abtastfähigen Stellen (19) die Stiftanordnungen flexibel verändern, um eine senkrechte Abwartsabweichung in Erwiderung einer durch die Berührung eines Gegenstandes mit den abtastfähigen Stellen (19) aufgebrachten Normalkraft zu bewirken, eine untere Plattform (29), die angrenzend an den Basisabschnitt (23) angeordnet ist, und eine obere Plattform (27) zwischen der unteren Plattform (29) und den Platten (12, 13), wobei die obere und die untere Plattform (27, 29) miteinander und mit den Platten (12, 13) zwecks einheitlicher Bewegung verbunden sind,

eine Vielzahl von Signalumformereinrichtungen, die in dem Feld auf der oberen Plattform (27) angebracht sind, wobei eine der Signalumformereinrichtungen angrenzend an die sich nach unten erstreckende Stiftanordnung von jeder der abtastfähigen Stellen (19) angeordnet ist, wobei diese Signalumformereinrichtungen die Größenordnung der Abweichung der Stiftanordnungen unter Aufbringung einer durch den Kontakt mit dem Gegenstand aufgelegten Uormalkraft abtasten und ein Signal proportional zur Grössenordnung der Abweichung erzeugen, örtliche auf der unteren Plattform (29) angeordnete Datenverarbeitungseinrichtungen, die die von den Signalumformern erzeugten elektrischen Signale erhalten und diese von Analog- in Digitalformat in Serie umwandeln, und

entfernte mit den örtlichen Datenverarbeitungseinrichtungen verbundene Datenverarbeitungseinrichtungen, die von den örtlichen Datenverarbeitungseinrichtungen digitale Signale erhalten und verarbei-

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-fcen, um Informationen zur Auswertung der Kontaktparameter des Gegenstandes vorzusehen, aufweist.

18. Berührabtastanordnung zur Ermittlung, Unterscheidung und Identifizierung einer Anzahl von mechanischen Kontaktparametern bei der Berührung eines Gegenstandes die u.a. die Anwesenheit, Druck, Druckprofil, Oberflächengestalt, Gleiten, beginnendes Gleiten einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- einen Basisabschnitt (23),

- Platten (12, 13) mit einer Vielzahl von Öffnungen (15) in einem Feld, wobei diese Platten (12, 13) über dem Basisabschnitt (23) angeordnet und durch federnde Verbindungen daran befestigt sind,

- eine einheitliche Berührungsoberfläche (17) mit einer Vielzahl von abtastfähigen Stellen (19) in einem Feld, wobei entsprechend dieses Feldes von Öffnungen (15) in der Platte (12) jede der abtastfähigen Stellen (19) einen erhobenen Abschnitt (20) aufweist, der sich nach oben von der Berührungsoberfläche (17) für den Kontakt mit einem Gegenstand erstreckt, und eine Stiftanordnung, die mit dem erhobenen Abschnitt (20) vollständig verbunden ist, wobei diese Stiftanordnungen durch die Öffnungen in den Platten (12, 13) zum Anfügen an die Berührungsoberfläche (17) eingefügt werden, wobei die abtastfähigen Stellen (19) die Stiftanordnungen flexibel verändern, um eine senkrechte Abwärtsabweichung in Erwiderung einer durch die Berührung eines Gegenstandes mit den abtastfähigen Stellen (19) aufgebrachten Normalkraft zu bewirken, und wobei die Berührungsoberfläche (17) in einer horizontalen Ebene seitlich in Erwiderung einer Scherkraft, die durch den Kontakt mit dem Gegenstand auf die Berührungsoberfläche (17) aufgebracht wird, bewegbar ist,

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• eine untere Plattform (29), die angrenzend an den Basisabschnitt (23) angeordnet ist, und eine obere Plattform (27) zwischen der unteren Plattform (29) und den Platten (12, 13), wobei die obere und die untere Plattform miteinander und mit den Platten (12, 13) zwecks einheitlicher Bewegung verbunden sind,

• eine Vielzahl von Signalumformereinrichtungen, die in dem Feld auf der oberen Plattform (27) angeordnet sind, wobei eine der Signalumformereinrichtungen angrenzend an die sich nach unten erstreckende Stiftanordnung von jeder der abtastfähigen Stellen (19) angeordnet ist, wobei diese Signalumformereinrichtungen die Größenordnung der Abweichung der Stiftanordnungen unter Aufbringung einer durch den Kontakt mit dem Gegenstand aufgelegten Normalkraft abtasten und ein Signal proportional zur Größenordnung der Abweichung erzeugen,

Schererkennungsaignalumformereinrichtungen, die auf die Berührungsoberfläche (17) angepaßt sind, um die seitliche Bewegung der Berührungsoberfläche (17) in Erwiderung einer auf diese wirkenden Schwerkraft bei der Berührung mit einem Gegenstand abzutasten, und die ein elektrisches Signal proportional zu der seitlichen Abweichung der Berührungsoberfläche (17) erzeugen,

örtliche auf der unteren Plattform (29) angeordnete Datenverarbeitungseinrichtungen, die die von den Normalkrafterkennungs- und den Schererkennungssignalumformereinrichtungen erzeugten elektrischen Signale erhalten und diese von Analog- in Digitalformat in Serie umwandeln, und

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entfernte mit den örtlichen Datenverarbeitungseinrichtungen verbundene Datenverarbeitungseinrictitungen, die von den örtlichen Datenverarbeitungseinrichtungen digitale Signale erhalten und verarbeiten, um Informationen zur Auswertung der Kontaktparameter des Gegenstandes vorzusehen, aufweist.

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