• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieFähigkeitdes Menschen, Gegenständezu greifen und gleichzeitig zu fühlen,also mechanische und geometrische Parameter des gegriffenen Gegenstandeszu bestimmen, machen ihn fürviele Aufgaben, z. B. in der Produktion oder der Chirurgie, unersetzlich.Das Übersetzendieser Fähigkeitin ein technologisches System scheiterte bislang oft an einem Mangelan speziell angepassten Sensoren. Gegenstand dieser Erfindung isteine sensorische Vorrichtung, die die Anforderungen an ein taktilesSensor-System erfülltund gleichzeitig eine günstigeund einfach herzustellende Alternative zu anderen Sensorprinzipiendarstellt.Der Schichtaufbau des Sensors ist derart gestaltet,dass sich bei Einwirkung externer Kräfte der einem Strom durch eineresistive Schicht zur Verfügungstehende Pfad verkleinert oder vergrößert. Der Spannungsabfall über dieserresistiven Schicht ist von der einwirkenden externen Kraft abhängig unddient als Sensorsignal.
    公开号:DE102004026307A1
    申请号:DE102004026307
    申请日:2004-05-31
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Chi-Nghia Ho；Daniel Dr. Med. Kalanovic；Sebastian Schostek；Marc Oliver Prof. Dr. Med. Schurr
    申请人:Novineon Healthcare Tech Partners GmbH；
    IPC主号:G01L1-10
    专利说明:
    [0001] DieFähigkeitdes Menschen, Gegenstände zugreifen und gleichzeitig zu fühlen,also mechanische und geometrische Parameter des gegriffenen Gegenstandeszu bestimmen, machen ihn fürviele Aufgaben, z.B. in der Produktion oder der Chirurgie, unersetzlich.Das Übersetzendieser Fähigkeitin ein technologisches System scheiterte bislang oft an einem Mangelan speziell angepassten Sensoren. Gegenstand dieser Erfindung isteine sensorische Vorrichtung, die die Anforderungen an ein taktilesSensor-System erfüllt undgleichzeitig eine günstigeund einfach herzustellende Alternative zu anderen Sensorprinzipiendarstellt.
    [0002] DieVorrichtung (1), die Gegenstand dieser Erfindung ist, bestehtaus einer Sensorfläche(2), in die mehrere einzelne Sensorelemente (3)integriert sind, siehe 1.
    [0003] Jedesdieser Sensorelemente (3) besteht aus mindestens drei Schichtenmit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Die erste konduktive Schicht(5) und die dritte konduktive Schicht (9) weisenim Vergleich zur zweiten resistiven Schicht (6) einen deutlichgeringeren ohmschen Widerstand auf. Die erste konduktive Schicht(5) und die dritte konduktive Schicht (9) stehenin direktem mechanischen Kontakt mit der zweiten resistiven Schicht(6). Die erste konduktive Schicht (5) und diedritte konduktive Schicht (9) weisen dagegen keine direktemechanische Verbindung untereinander auf. Bei Erzeugen einer elektrischenPotentialdifferenz zwischen der ersten konduktiven Schicht (5)und der dritten konduktiven Schicht (9) muss der elektrischeStrom somit durch die zweite resistive Schicht (6) fließen. Zwischender ersten konduktiven Schicht (5) und der zweiten resistivenSchicht (6) oder zwischen der zweiten resistiven Schicht(6) und der dritten konduktiven Schicht (9) odersowohl zwischen der ersten konduktiven Schicht (5) undder zweiten resistiven Schicht (6) als auch zwischen derzweiten resistiven Schicht (6) und der dritten konduktivenSchicht (9) befindet sich mindestens ein Hohlraum (7).
    [0004] Unter äußerer Krafteinwirkungauf die Sensorfläche(2) mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebene der Lagemindestens einer der Schichten (5), (6) oder (9) ändert sichdie Größe der Kontaktfläche zwischender ersten konduktiven Schicht (5) und der zweiten resistivenSchicht (6) oder zwischen der zweiten resistiven Schicht(6) und der dritten konduktiven Schicht (9) odersowohl zwischen der ersten konduktiven Schicht (5) undder zweiten resistiven Schicht (6) als auch zwischen derzweiten resistiven Schicht (6) und der dritten konduktivenSchicht (9). Durch die Änderungder Größe der Kontaktfläche wirdgleichzeitig auch die Größe des Pfadesverändert,der einem elektrischen Stromfluss zwischen der ersten konduktivenSchicht (5) und der dritten konduktiven Schicht (9)durch die zweite resistive Schicht (6) zur Verfügung steht.Bei angelegter konstanter elektrischer Potentialdifferenz zwischender ersten konduktiven Schicht (5) und der dritten konduktivenSchicht (9) bedeutet das eine direkte Änderung des Stromflusses gemäß der folgendenFormel:
    [0005] Hierbeiist I der Strom, U die angelegte konstante elektrische Potentialdifferenzzwischen der ersten konduktiven Schicht (5) und der drittenkonduktiven Schicht (9), ρ der spezifische elektrischeWiderstand des Materials der zweiten resistiven Schicht (6),d die Dicke der zweiten resistiven Schicht (6) und A dieFlächedes sich aus den Kontaktflächenzwischen der ersten konduktiven Schicht (5) und der zweitenresistiven Schicht (6) sowie zwischen der zweiten resistivenSchicht (6) und der dritten konduktiven Schicht (9)ergebenden dem Strom zur Verfügungstehenden Pfades. Diese Änderungdes Stromflusses wird zur Messung der aufgebrachten äußeren Kraftverwendet.
    [0006] Ineiner vorteilhaften Weiterbildung ist die erste konduktive Schicht(5) eines Sensorelements (3) nach außen hindurch eine vierte elektrisch isolierende Schicht (4) elektrischisoliert. Diese vierte elektrisch isolierende Schicht (4)dient dazu, die externen Kräfteaufzunehmen und sie an die weitere Schichtstruktur weiterzuleiten.Die Schichten (5), (6) und (9) sollendadurch gegen mechanische Beschädigungder berührendenMessobjekte geschütztwerden. Diese vierte elektrisch isolierende Schicht (4) bestehtbeispielsweise aus einem Elastomer, das die von außen einwirkendenKräftean die darunter liegenden Sensorelemente (3) weiterleitet.
    [0007] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die dritte konduktiveSchicht (6) eines Sensorelements (3) nach außen hindurch eine fünfteelektrisch isolierende Schicht (8) elektrisch isoliert.Diese fünfte elektrischisolierende Schicht (8) besteht beispielsweise aus einemmechanisch festen Material und gibt dem Sensorelement (3)eine gewisse mechanische Stabilität. Sie kann beispielsweiseaus einem keramischen Material oder Faserverbund-Werkstoff bestehen.
    [0008] Inweiteren vorteilhaften Weiterbildungen wird die Änderung der Kontaktfläche durcheine Verformung mindestens einer der Schichten (5), (6)oder (9) erreicht. Unter äußerer Krafteinwirkung auf die Sensorfläche (2)mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebene der Lage mindestenseine der Schichten (5), (6) oder (9)verformt sich mindestens eine der Schichten (5), (6)oder (9) derart, dass sie sich an die jeweils benachbarteSchicht anschmiegt und dadurch die Kontaktfläche vergrößert.
    [0009] Inweiteren vorteilhaften Weiterbildungen weist mindestens eine derSchichten (5), (6) und (9) eine unterschiedlichegeometrische Form auf derart, dass sich entweder zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der zweiten resistiven Schicht(6) oder zwischen der zweiten resistiven Schicht (6)und der dritten konduktiven Schicht (9) oder sowohl zwischender ersten konduktiven Schicht (5) und der zweiten resistivenSchicht (6) als auch zwischen der zweiten resistiven Schicht(6) und der dritten konduktiven Schicht (9) mindestensein Hohlraum (7) ausbilden kann. Vorzugsweise weist diedritte konduktive Schicht (9) eine konvexe Wölbung auf.Die zweite resistive Schicht (6) ist hierbei entweder mitder ersten konduktiven Schicht (5) fest verbunden, siehe 2, odermit der dritten konduktiven Schicht (9) fest verbunden,siehe 4.
    [0010] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich eine sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der viertenelektrisch isolierenden Schicht (4) und der fünften elektrischisolierenden Schicht (8). Diese sechste elektrisch isolierende Schicht(13) weist Durchbrücheauf, so dass sich zwischen den Schichten (5), (6)und (9) Hohlräumebilden können.Die sechste elektrisch isolierende Schicht (13) erzeugtin dem Schichtaufbau des Sensorelements (3) eine Struktur,die die Verformungen der einzelnen Schicht (5), (6)und (9) vorgeben kann.
    [0011] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich die sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der viertenelektrisch isolierenden Schicht (4) und der zweiten resistivenSchicht (6), siehe 13. Dieerste konduktive Schicht (5) eines Sensorelements (3)ist hierbei von der ersten konduktiven Schicht (5) einesbenachbarten Sensorelements (3) elektrisch isoliert, während diedritte konduktive Schicht (9) eines Sensorelements (3)mit der dritten konduktiven Schicht (9) eines benachbartenSensorelements (3) in direktem elektrisch leitenden Kontaktsteht. Die zweite resistive Schicht (6) eines Sensorelements(3) erstreckt sich überdie benachbarten Sensorelemente (3). Zur Herstellung einesmechanischen und elektrisch leitenden Kontaktes zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der zweiten resistiven Schicht(6) ist vorzugsweise die Verformung der ersten konduktivenSchicht (5) erforderlich.
    [0012] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich die sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der viertenelektrisch isolierenden Schicht (4) und der dritten konduktivenSchicht (9), siehe 9 und 10.Die erste konduktive Schicht (5) eines Sensorelements (3) isthierbei von der ersten konduktiven Schicht (5) eines benachbartenSensorelements (3) elektrisch isoliert, während diedritte konduktive Schicht (9) eines Sensorelements (3)mit der dritten konduktiven Schicht (9) eines benachbartenSensorelements (3) in direktem elektrisch leitenden Kontaktsteht. Die zweite resistive Schicht (6) eines Sensorelements(3) ist hierbei von der zweiten resistiven Schicht (6)eines benachbarten Sensorelements (3) elektrisch isoliert.Die zweite resistive Schicht (6) kann wahlweise mit der erstenkonduktiven Schicht (5) oder mit der dritten konduktivenSchicht (9) fest verbunden sein. Entsprechend ist der Hohlraum(7) entweder zwischen der ersten konduktiven Schicht (5)und der zweiten resistiven Schicht (6) oder zwischen derzweiten resistiven Schicht (6) und der dritten konduktiven Schicht(9) lokalisiert.
    [0013] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich die sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der fünften elektrisch isolierenden Schicht(8), siehe 6 und 14. Dieerste konduktive Schicht (5) eines Sensorelements (3)steht mit der ersten konduktiven Schicht (5) eines benachbartenSensorelements (3) hierbei in direktem elektrisch leitendenKontakt, währenddie dritte konduktive Schicht (9) eines Sensorelements(3) von der dritten konduktiven Schicht (9) einesbenachbarten Sensorelements (3) elektrisch isoliert ist.Die zweite resistive Schicht (6) eines Sensorelements (3)ist hierbei von der zweiten resistiven Schicht (6) einesbenachbarten Sensorelements (3) elektrisch isoliert. Diezweite resistive Schicht kann wahlweise mit der ersten konduktivenSchicht (5) oder mit der dritten resistiven Schicht (9)fest verbunden sein. Entsprechend ist der Hohlraum (7)entweder zwischen der ersten konduktiven Schicht (5) undder zweiten resistiven Schicht (6) oder zwischen der zweitenresistiven Schicht (6) und der dritten konduktiven Schicht(9) lokalisiert.
    [0014] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich die sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der zweitenresistiven Schicht (6) und der fünften elektrisch isolierendenSchicht (8), siehe 7. Die erstekonduktive Schicht (5) eines Sensorelements (3)steht mit der ersten konduktiven Schicht (5) eines benachbartenSensorelements (3) hierbei in direktem elektrisch leitendenKontakt, währenddie dritte konduktive Schicht (9) eines Sensorelements(3) von der dritten konduktiven Schicht (9) einesbenachbarten Sensorelements (3) elektrisch isoliert ist.Die zweite resistive Schicht (6) eines Sensorelements (3)erstreckt sich überdie benachbarten Sensorelemente (3). Zur Herstellung einesmechanischen und elektrisch leitenden Kontaktes zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der zweiten resistiven Schicht(6) ist vorzugsweise die Verformung sowohl der ersten konduktivenSchicht (5) als auch der zweiten resistiven Schicht (6)erforderlich.
    [0015] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung befindet sich die sechsteelektrisch isolierende Schicht (13) zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der zweiten resistiven Schicht(6), siehe 8. Die erste konduktive Schicht(5) eines Sensorelements (3) steht mit der erstenkonduktiven Schicht (5) eines benachbarten Sensorelements(3) hierbei in direktem elektrisch leitenden Kontakt, während diedritte konduktive Schicht (9) eines Sensorelements (3)von der dritten konduktiven Schicht (9) eines benachbartenSensorelements (3) elektrisch isoliert ist. Die zweiteresistive Schicht (6) eines Sensorelements (3)erstreckt sich überdie benachbarten Sensorelemente (3). Zur Herstellung einesmechanischen und elektrisch leitenden Kontaktes zwischen der erstenkonduktiven Schicht (5) und der zweiten resistiven Schicht(6) ist vorzugsweise die Verformung der ersten konduktivenSchicht (5) erforderlich.
    [0016] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die vierte elektrischisolierende Schicht (4) eine erste geometrische Struktur(14) auf, die sich in das Innere des Sensorelements (3)erstreckt und damit die Bildung eines Hohlraumes (7) ermöglicht.Diese erste geometrische Struktur (14) erstreckt sich entwederbis zur zweiten resistiven Schicht (6) und steht mit dieserin direktem mechanischen Kontakt, siehe 15, oderbis zur dritten konduktiven Schicht (9) und steht mit dieserin direktem mechanischen Kontakt, siehe 11 und 12.
    [0017] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die fünfte elektrischisolierende Schicht (8) eine zweite geometrische Struktur(15) auf, die sich in das Innere des Sensorelements (3)erstreckt und damit die Bildung eines Hohlraumes (7) ermöglicht.Diese zweite geometrische Struktur (15) erstreckt sichentweder bis zur ersten konduktiven Schicht (5) und stehtmit dieser in direktem mechanischen Kontakt, siehe 3 und 16,oder bis zur zweiten resistiven Schicht (6) und steht mitdieser in direktem mechanischen Kontakt, siehe 5.
    [0018] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine kreisrunde Form auf, siehe 17.
    [0019] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine elliptische Form auf, siehe 18.
    [0020] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine dreieckige Form auf, siehe 19.
    [0021] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine quadratische Form auf, siehe 20.
    [0022] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine rechteckige Form auf, siehe 21.
    [0023] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine sechseckige Form auf, siehe 22.
    [0024] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine achteckige Form auf, siehe 23.
    [0025] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine rautenartige Form auf, siehe 24.
    [0026] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Sensorelement(3) eine unregelmäßige Formauf, siehe 25.
    [0027] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung haben alle Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) dieselbe geometrischeForm, siehe 17.
    [0028] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung haben weisen alle Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) dieselbe Größe auf,siehe 17. In einer weiteren vorteilhaftenWeiterbildung weisen mindestens zwei Sensorelemente (3)der Vorrichtung (1) eine unterschiedliche Größe auf,siehe 26.
    [0029] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung haben mindestens zweiSensorelemente (3) der Vorrichtung (1) eine unterschiedlichegeometrische Form, siehe 25.
    [0030] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) in mindestens einer Reiheangeordnet, siehe 24. In einer weiteren vorteilhaftenWeiterbildung sind die Sensorelemente (3) der Vorrichtung(1) orthogonal angeordnet, siehe 17.
    [0031] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) hexagonal angeordnet,siehe 22.
    [0032] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) konzentrisch angeordnet,siehe 26.
    [0033] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) spiralförmig angeordnet,siehe 27.
    [0034] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) punktsymmetrisch angeordnet,siehe 26.
    [0035] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) achsensymmetrisch angeordnet,siehe 17.
    [0036] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Sensorelemente(3) der Vorrichtung (1) unregelmäßig angeordnet,siehe 28.
    [0037] Inweiteren vorteilhaften Weiterbildungen sind die erste konduktiveSchicht (5), die zweite resistive Schicht (6)und die dritte konduktive Schicht (9) zwischen benachbartenSensorelementen (3) jeweils unterschiedlich untereinanderverbunden. Um die elektronische Auslesbarkeit der Sensorelemente(3) zu erhalten muss die Schnittmenge einer Schichtgruppeder ersten konduktiven Schicht (5) und einer Schichtgruppeder dritten konduktiven Schicht (9) ein einzelnes Sensorelement(3) ergeben. Eine Schichtgruppe besteht aus all denjenigenersten konduktiven Schichten (5) bzw. dritten konduktivenSchichten (9) verschiedener Sensorelemente (3),die untereinander direkt elektrisch leitend verbunden sind. Vorzugsweisesind alle ersten konduktiven Schichten (5) der Sensorelemente(3) untereinander elektrisch leitend verbunden, während alledritten konduktiven Schichten (9) der Sensorelemente (3)voneinander elektrisch isoliert sind. Die Auswahl des zu messendenSensorelements (3) erfolgt bei dieser Konfiguration durchHerstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Datenerfassungselektronik undder dritten konduktiven Schicht (9) des entsprechendenSensorelements (3).
    [0038] Diedirekte Verbindung der zweiten resistiven Schichten (6)der Sensorelemente (3) untereinander hat dagegen andereFolgen. Sind die zweiten resistiven Schichten (6) der Sensorelemente(3) untereinander direkt elektrisch verbunden, so kannsich ein Querkopplungseffekt einstellen. Dieser hat zur Folge, dasssich bei der Änderungeines elektrischen Potentials unter dem Einfluss einer äußeren Krafteinwirkungan einem Sensorelement (3) das elektrische Potential anden benachbarten ebenfalls ändert. BeimAuslesen eines Sensorelements (3) haben in diesem Falldie Krafteinwirkungen auf die benachbarten Sensorelemente (3)ebenfalls eine Auswirkung auf das Ergebnis.
    [0039] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung liegt die Vorrichtung(1) in Form einer Sonde vor.
    [0040] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung liegt die Vorrichtung(2) in Form einer Zange vor.
    [0041] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung kommt die Vorrichtung(1) als medizinisches Instrument in Form einer Sonde odereiner Zange in der Chirurgie zum Einsatz.
    [0042] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die vierte elektrischisolierende Schicht (4) mechanisch flexibel und die fünfte elektrischisolierende Schicht (8) mechanisch starr.
    [0043] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist sowohl die vierteelektrisch isolierende Schicht (4) als auch die fünfte elektrischisolierende Schicht (8) mechanisch flexibel.
    [0044] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die erste konduktiveSchicht (5) eines Sensorelements (3) mindestenseine elektrisch leitende Zuleitung (12) auf. Vorzugsweiseführt dieseelektrisch leitende Zuleitung (12) durch das Volumen dervierten elektrisch isolierenden Schicht, siehe 9.
    [0045] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die dritte konduktiveSchicht (9) eines Sensorelements (3) mindestenseine elektrisch leitende Zuleitung (10) auf. Vorzugsweiseführt dieseelektrisch leitende Zuleitung (10) durch das Volumen derfünften elektrischisolierenden Schicht (8), siehe 2.
    [0046] 1 Vorrichtung(1)
    [0047] 2 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0048] 3 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0049] 4 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0050] 5 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0051] 6 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0052] 7 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0053] 8 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0054] 9 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0055] 10 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0056] 11 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0057] 12 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0058] 13 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0059] 14 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0060] 15 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0061] 16 VorteilhafteAusführungder Vorrichtung (1)
    [0062] 17 Vorrichtung(1) mit kreisrunden Sensorelementen (3) in orthogonalerAnordnung
    [0063] 18 Vorrichtung(1) mit elliptischen Sensorelementen (3) in orthogonalerAnordnung
    [0064] 19 Vorrichtung(1) mit dreieckigen Sensorelementen (3) angeordnetin mindestens einer Reihe
    [0065] 20 Vorrichtung(1) mit quadratischen Sensorelementen (3) in orthogonalerAnordnung
    [0066] 21 Vorrichtung(1) mit rechteckigen Sensorelementen (3) in orthogonalerAnordnung
    [0067] 22 Vorrichtung(1) mit sechseckigen Sensorelementen (3) in hexagonalerAnordnung
    [0068] 23 Vorrichtung(1) mit achteckigen Sensorelementen (3) in orthogonalerAnordnung
    [0069] 24 Vorrichtung(1) mit rautenartigen Sensorelementen (3) angeordnetin mindestens einer Reihe
    [0070] 25 Vorrichtung(1) mit unregelmäßig geformtenSensorelementen (3) angeordnet in mindestens einer Reihe
    [0071] 26 Vorrichtung(1) mit kreisrunden Sensorelementen (3) unterschiedlicherGröße konzentrischangeordnet
    [0072] 27 Vorrichtung(1) mit kreisrunden Sensorelementen (3) in spiralförmiger Anordnung
    [0073] 28 Vorrichtung(1) mit kreisrunden Sensorelementen (3) in unregelmäßiger Anordnung
    1 Vorrichtungzur berührendenMessung und örtlichenZuordnung von mechanischenund geometrischen Eigenschaften der Messobjekte 2 Sensorfläche 3 Sensorelement 4 Vierteelektrisch isolierende Schicht 5 Erstekonduktive Schicht 6 Zweiteresistive Schicht 7 Hohlraum 8 Fünfte elektrischisolierende Schicht 9 Drittekonduktive Schicht 10 ElektrischeZuleitung zur dritten konduktiven Schicht (9) 11 ElektrischeZuleitungen 12 ElektrischeZuleitung zur ersten konduktiven Schicht (5) 13 Sechsteelektrisch isolierende Schicht 14 Erstegeometrische Struktur der vierten elektrisch isolierenden Schicht(4) 15 Zweitegeometrische Struktur der fünftenelektrisch isolierenden Schicht(8)
    权利要求:
    Claims (71)
    [1] Vorrichtung zur berührenden Messung und örtlichenZuordnung von mechanischen und geometrischen Eigenschaften der Messobjekte, dadurchgekennzeichnet, dass sie zumindest zwei gleichartige Sensorelementeaufweist, welches jeweils eine erste Schicht, eine zweite Schichtund eine dritte Schicht aufweist, wobei die erste und die dritteSchicht eine höhereelektrische Leitfähigkeitals die zweite Schicht aufweist und wobei sowohl zwischen der ersten Schichtund der zweiten Schicht als auch zwischen der zweiten Schicht undder dritten Schicht eine direkte elektrisch leitende mechanischeVerbindung besteht.
    [2] Sensorelement gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten gemäß Anspruch1 eine unterschiedliche geometrische Form aufweist, derart, dasssich entweder zwischen der ersten konduktiven Schicht und der zweitenresistiven Schicht oder der zweiten resistiven Schicht und der drittenkonduktiven Schicht oder sowohl zwischen der ersten konduktivenSchicht und der zweiten resistiven Schicht als auch zwischen der zweitenresistiven Schicht und der dritten konduktiven Schicht ein Hohlraumbefindet.
    [3] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 2,dadurch gekennzeichnet, dass es derart gestaltet ist, dass sichunter Krafteinwirkung mit einer Kraftkomponenten senkrecht zur Ebeneder Lage mindestens eine der Schichten gemäß Anspruch 1 die Größe der Kontaktflächezwischen der ersten und der zweiten Schicht oder der zweiten undder dritten Schicht oder sowohl zwischen der ersten und der zweitenSchicht als auch zwischen der zweiten und der dritten Schicht verändert.
    [4] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass es eine vierte elektrisch isolierendeSchicht aufweist, die in mechanischem Kontakt mit der ersten konduktivenSchicht steht.
    [5] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, das es eine fünfte elektrisch isolierendeSchicht aufweist, die in mechanischem Kontakt mit der dritten konduktivenSchicht steht.
    [6] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass es derart gestaltet ist, dass sichunter Krafteinwirkung mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebeneder Lage mindestens einer der Schichten gemäß Anspruch 1 die erste Schichtmechanisch verformt.
    [7] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass es derart gestaltet ist, dass sichunter Krafteinwirkung mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebeneder Lage mindestens einer der Schichten gemäß Anspruch 1 die zweite Schichtmechanisch verformt.
    [8] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass es derart gestaltet ist, dass sichunter Krafteinwirkung mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebeneder Lage mindestens einer der Schichten gemäß Anspruch 1 die erste unddie zweite Schicht mechanisch verformt.
    [9] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass es derart gestaltet ist, dass sichunter Krafteinwirkung mit einer Kraftkomponente senkrecht zur Ebeneder Lage mindestens einer der Schichten gemäß Anspruch 1 die erste unddie dritte Schicht mechanisch verformt.
    [10] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es derart gestaltet ist, dass sich unter Krafteinwirkung miteiner Kraftkomponente senkrecht zur Ebene der Lage mindestens einerder Schichten gemäß Anspruch1 die erste, die zweite und die dritte Schicht mechanisch verformt.
    [11] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht sowie die zweite resistive Schichtkeine Wölbungaufweist und die dritte konduktive Schicht mindestens eine Wölbung aufweist.
    [12] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht sowie die dritte konduktive Schichtkeine Wölbungaufweist und die zweite resistive Schicht mindestens eine Wölbung aufweist.
    [13] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht keine Wölbung aufweist und die zweiteresistive Schicht sowie die dritte konduktive Schicht jeweils mindestenseine Wölbungaufweist.
    [14] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht mindestens eine Wölbung aufweistund die zweite resistive Schicht sowie die dritte konduktive Schichtkeine Wölbungaufweist.
    [15] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht sowie die dritte konduktive Schichtjeweils mindestens eine Wölbungaufweist und die zweite resistive Schicht keine Wölbung aufweist.
    [16] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht sowie die zweite resistive Schichtjeweils mindestens eine Wölbungaufweist und die dritte konduktive Schicht keine Wölbung aufweist.
    [17] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht und die zweite resistive Schichtund die dritte konduktive Schicht jeweils mindestens eine Wölbung aufweist.
    [18] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es mindestens eine sechste elektrisch isolierende Schicht aufweist,die sich zwischen der vierten elektrisch isolierenden Schicht gemäß Anspruch4 und der fünftenelektrisch isolierenden Schicht gemäß Anspruch 5 befindet.
    [19] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 18, dadurchgekennzeichnet, dass die sechste elektrisch isolierende Schichtinnerhalb des Bereiches des Sensorelements Durchbrüche aufweist.
    [20] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie mindestenseinem der Ansprüche18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sechste elektrischisolierende Schicht zwischen der vierten elektrisch isolierendenSchicht gemäß Anspruch4 und der zweiten resistiven Schicht befindet und mit diesen indirektem mechanischen Kontakt steht.
    [21] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie mindestenseinem der Ansprüche18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sechste elektrischisolierende Schicht zwischen der vierten elektrisch isolierendenSchicht gemäß Anspruch4 und der dritten konduktiven Schicht befindet und mit diesen indirektem mechanischen Kontakt steht.
    [22] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie mindestenseinem der Ansprüche18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sechste elektrischisolierende Schicht zwischen der fünften elektrisch isolierendenSchicht gemäß Anspruch5 und der ersten konduktiven Schicht befindet und mit diesen indirektem mechanischen Kontakt steht.
    [23] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie mindestenseinem der Ansprüche18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sechste elektrischisolierende Schicht zwischen der fünften elektrisch isolierendenSchicht gemäß Anspruch5 und der zweiten resistiven Schicht befindet und mit diesen indirektem mechanischen Kontakt steht.
    [24] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie mindestenseinem der Ansprüche18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die sechste elektrischisolierende Schicht zwischen der ersten konduktiven Schicht undder zweiten resistiven Schicht befindet und mit diesen in direktemmechanischen Kontakt steht.
    [25] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die vierte elektrisch isolierende Schicht eine erste geometrischeStruktur aufweist.
    [26] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 sowie 25, dadurchgekennzeichnet, dass die erste geometrische Struktur einen direktenmechanischen Kontakt mit der zweiten resistiven Schicht aufweist.
    [27] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 sowie 25, dadurchgekennzeichnet, dass die erste geometrische einen direkten mechanischenKontakt mit der dritten konduktiven Schicht aufweist.
    [28] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 5, dadurchgekennzeichnet, dass die fünfte elektrischisolierende Schicht eine zweite geometrische Struktur aufweist.
    [29] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 5 und 28,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite geometrische Struktur einendirekten mechanischen Kontakt mit der ersten konduktiven Schicht aufweist.
    [30] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 5 und 28,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite geometrische Struktur einendirekten mechanischen Kontakt mit der zweiten resistiven Schicht aufweist.
    [31] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine kreisrunde Form aufweist.
    [32] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine elliptische Form aufweist.
    [33] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine dreieckige Form aufweist.
    [34] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine quadratische Form aufweist.
    [35] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine rechteckige Form aufweist.
    [36] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine sechseckige Form aufweist.
    [37] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine achteckige Form aufweist.
    [38] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine rautenartige Form aufweist.
    [39] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass es eine unregelmäßige Formaufweist.
    [40] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 dieselbe geometrische Form gemäß einemder Ansprüche31 bis 39 aufweisen.
    [41] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 40,dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 dieselbe Größe aufweisen.
    [42] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 40,dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Sensorelementegemäß den Ansprüchen 1 bis3 eine unterschiedliche Größe aufweisen.
    [43] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Sensorelementegemäß den Ansprüchen 1 bis3 eine unterschiedliche geometrische Form aufweisen.
    [44] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 in mindestens einer Reihe angeordnet sind.
    [45] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 orthogonal angeordnet sind.
    [46] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 hexagonal angeordnet sind.
    [47] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 konzentrisch angeordnet sind.
    [48] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 spiralförmigangeordnet sind.
    [49] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 punktsymmetrisch angeordnet sind.
    [50] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 achsensymmetrisch angeordnet sind.
    [51] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 unregelmäßig angeordnetsind.
    [52] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten konduktiven Schichteines Sensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der ersten konduktiven Schicht eines anderen Sensorelementsgemäß den Ansprüchen 1 bis3 keine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [53] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 52,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Schicht einesSensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der dritten Schicht eines anderen Sensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 keine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [54] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 52,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Schicht einesSensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der dritten Schicht mindestens eines anderen Sensorelementsgemäß den Ansprüchen 1 bis3 eine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [55] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 52,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Schicht einesSensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und den dritten Schichten aller anderen Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis 3eine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [56] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Schicht einesSensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der dritten Schicht eines anderen Sensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 keine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [57] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 56,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Schicht eines Sensorelementsgemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der ersten Schicht mindestens eines anderen Sensorelementsgemäß den Ansprüchen 1 bis3 eine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [58] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 56,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Schicht eines Sensorelementsgemäß den Ansprüchen 1 bis3 und den ersten Schichten aller anderen Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis 3eine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [59] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schichten der Sensorelementegemäß den Ansprüchen 1 bis3 zu mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, wobei die ersten Schichtender Sensorelemente innerhalb einer Gruppe eine direkte elektrischleitende Verbindung untereinander aufweisen.
    [60] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Schichten der Sensorelementegemäß den Ansprüchen 1 bis3 zu mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, wobei die dritten Schichtender Sensorelemente innerhalb einer Gruppe eine direkte elektrischleitende Verbindung untereinander aufweisen.
    [61] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 sowie 59und 60, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittmenge aus einerbeliebigen Gruppe aus ersten Schichten der Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und einer beliebigen Gruppe aus dritten Schichten der Sensorelementegemäß den Ansprüchen 1 bis3 genau ein Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis3 zugeordnet werden kann.
    [62] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Schicht einesSensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 und der zweiten Schicht eines anderen Sensorelements gemäß den Ansprüchen 1 bis3 keine direkte elektrisch leitende Verbindung besteht.
    [63] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 aufweist und eine Sonde ist.
    [64] Vorrichtung gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Sensorelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis3 aufweist und eine Zange ist.
    [65] Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 sowie einemder Ansprüche63 und 64, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein chirurgisches Instrumentist.
    [66] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die vierte elektrisch isolierende Schicht gemäß Anspruch4 flexibel ist und dass die fünfteelektrisch isolierende Schicht gemäß Anspruch 5 starr ist.
    [67] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass sowohl die vierte elektrisch isolierende Schicht gemäß Anspruch4 als auch die fünfteelektrisch isolierende Schicht gemäß Anspruch 5 flexibel ist.
    [68] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste konduktive Schicht mindestens eine elektrisch leitendeZuführungaufweist.
    [69] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 68, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Zuführung durch das Volumen der viertenelektrisch isolierenden Schicht führt.
    [70] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die dritte konduktive Schicht mindestens eine elektrisch leitendeZuführungaufweist.
    [71] Sensorelement gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sowie 70, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrische Zuführung durch das Volumen derfünften elektrischisolierenden Schicht führt.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US10724908B2|2020-07-28|Flexible transparent sensor with ionically-conductive material
    Bae et al.2018|Pressure/temperature sensing bimodal electronic skin with stimulus discriminability and linear sensitivity
    Stassi et al.2014|Flexible tactile sensing based on piezoresistive composites: A review
    TWI585616B|2017-06-01|Information input pen
    EP2573533B1|2019-04-10|Kapazitätssensor
    CN106017297B|2018-12-07|接触型探测器
    US7201063B2|2007-04-10|Normal force gradient/shear force sensors and method of measuring internal biological tissue stress
    US4866412A|1989-09-12|Tactile sensor device
    US10418145B2|2019-09-17|Stretchable conductive composites for use in soft devices
    US7302858B2|2007-12-04|MEMS capacitive cantilever strain sensor, devices, and formation methods
    US8695441B2|2014-04-15|Flexible force or pressure sensor array using semiconductor strain gauge, fabrication method thereof and measurement method thereof
    KR102081892B1|2020-02-26|압저항| 전극을 구비한 저항성 압력 센서
    Ying et al.2012|Silicon nanomembranes for fingertip electronics
    Tiwana et al.2011|Characterization of a capacitive tactile shear sensor for application in robotic and upper limb prostheses
    CA2784997C|2018-06-19|Carbon nanotubes based sensing elements and system for monitoring and mapping force, strain and stress
    CA1162288A|1984-02-14|Transducer device having a piezoelectric polymerelement and a method of fabrication of said device
    US20150022224A1|2015-01-22|Touch sensing device and a detection method
    JP3156053B2|2001-04-16|電子変換器
    EP2741064B1|2020-06-17|Kapazitiver Berührungssensor
    US9354281B2|2016-05-31|Magnetic field sensor
    KR101169943B1|2012-08-06|반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법
    US10048141B2|2018-08-14|Pressure sensing element and pressure sensor
    EP2332095B1|2015-06-10|Oberflächensensor
    KR20070038890A|2007-04-11|자기 센서 조립체
    US9310265B2|2016-04-12|Tactile sensor and multi-axial tactile sensor
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004026307B4|2016-02-11|
    US20050262949A1|2005-12-01|
    US7698961B2|2010-04-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2013-09-05| R016| Response to examination communication|
    2014-12-12| R016| Response to examination communication|
    2015-10-13| R016| Response to examination communication|
    2015-10-26| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2016-11-08| R082| Change of representative|Representative=s name: WINTER, BRANDL, FUERNISS, HUEBNER, ROESS, KAIS, DE |
    2016-11-12| R020| Patent grant now final|
    2019-12-03| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004026307.8A|DE102004026307B4|2004-05-31|2004-05-31|Taktiles Instrument|DE102004026307.8A| DE102004026307B4|2004-05-31|2004-05-31|Taktiles Instrument|
    US11/142,633| US7698961B2|2004-05-31|2005-05-31|Tactile instrument|
    [返回顶部]