Untersuchung eines Messsystems zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung in zweidimensionalen resistiven Sensorarrays

Die Soft-Robotik und die tragbare Elektronik treiben die Entwicklung hochdehnbarer, flexibler Dehnungssensoren voran. Moderne Robotersysteme werden zunehmend mit zusätzlichen Sensoren und erweiterten Funktionalitäten ausgestattet, um menschenähnliche Wahrnehmungs- und Interaktionsfähigkeiten zu erreichen. Eine zentrale Rolle spielt dabei die taktile Wahrnehmung - also die Fähigkeit, Berührungen und mechanische Einflüsse zu erkennen - die der menschlichen Haut nachempfunden ist.

Flexible, zweidimensionale Dehnungssensoren stellen hierfür eine vielversprechende Lösung dar. Sie ermöglichen die Erfassung sowohl großflächiger als auch lokal begrenzter Dehnungen und eignen sich besonders zur präzisen Detektion komplexer Bewegungsabläufe und Kontaktkräfte. Für eine zuverlässige Auswertung der Sensordaten sind jedoch geeignete Mess- und Auswertungsschaltungen erforderlich.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine bestehende Messschaltung des Instituts für Elektrische Messtechnik der JKU Linz detailliert untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung für dehnbare Widerstandssensoren analysiert. Zunächst werden die elektrischen Eigenschaften eines einzelnen Messkanals theoretisch und messtechnisch charakterisiert, bevor das Verhalten in einer Matrixanordnung unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Gitterpunkten untersucht wird.

Zur Validierung werden analytische Berechnungen, Simulationen und experimentelle Messungen herangezogen. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Kalibrierungsverfahren entwickelt, das die Genauigkeit der Bestimmung absoluter Widerstandswerte verbessert.

Abschließend wird das Verfahren auf einen hochdehnbaren, zweidimensionalen Dehnungssensor angewendet, der unter verschiedenen mechanischen Belastungen vermessen wird.

Schlagwörter: Dehnungsmessung, Sensorarray, zweidimensional, Kalibrierung, resistiv, ortsaufgelöst, hochdehnbar, Gitter