Miniaturized multiaxial force/torque sensor with a rollable hexapod structure

Abstract Miniaturized force/torque sensors are relevant components for robotic interaction with humans and unknown environments. This paper presents a disruptive manufacturing process for multiaxial force/torque sensors based on a Stewart-Gough platform. The deformation element consists of a hexapod geometry with six sensing elements with a total diameter of 9 mm. The sensor manufacturing process is divided into three steps: 1. Milling a planar arrangement of sensing elements out of a 2 mm steel (1 .4301) plate, 2. applying twelve strain gauges in half-bridge configuration and 3. rolling the elements into a hexapod structure. The dimensions of the sensing elements are scalable to adjust the size and nominal measurement range of the sensor. The first prototype has a measuring range of 4 N and 66 mNm. The characterization of the sensor shows a maximal linearity and hysteresis error of 1.16% and a cross-sensitivity smaller than 2.76% . Zusammenfassung Miniaturisierte Kraft-Momenten-Sensoren sind notwendige Komponenten für die Interaktion von Robotern mit Menschen und unbekannten Umgehungen. In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Fertigung solcher Sensoren auf Basis einer Stewart-GoughPlattform präsentiert. Der so gefertigte Sensor basiert auf einem sechseckigen Verformungskörper mit einem Durchmesser von 9 mm. Der Fabrikationsprozess besteht aus drei Schritten: 1. Fräsen einer planaren Struktur mit aus einer Stahlplatte mit einer Dicke von 2 mm, 2. Applikation von zwölf Metallfolien-DMS in einer Halbbrücken-Konfiguration und 3. Aufrollen des Verformungskörpers. Die Größe des Verformungskörpers kann dabei einfach an verschiedene Messbereiche angepasst werden. Der erste so gefertigte Prototyp weist einen Messbereich von 4N bzw. 66 mNm auf. Der Linearitäts- und Hysteresefehler beträgt 1,16%, das Übersprechen maximal 2,76%.