Polymeroptischer Sensorhandschuh zur Präzisionserfassung von Finger- und Handbewegungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ludger Overmeyer
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401649026

In diesem Forschungsprojekt soll erstmals ein textiler faseroptischer Sensornetzhandschuh zur Präzisionserfassung von Finger- und Handbewegungen erforscht werden. Das Konzept des neuen Sensornetzhandschuhs beruht auf einer textilen Netzstruktur mit integrierten faseroptischen Verformungssensoren in Form von Multi-Mode (MM)-Polymer optischen Fasern (POF) mit verschachtelten Faser Bragg Gitter (FBG)-Sensoren. Wesentliche Merkmale des Systems sind ein - im Vergleich zu herkömmlichen Systemen - geringerer Kalibrieraufwand sowie ein erheblich verbesserter Tragekomfort. Dadurch soll die Performanz des Systems verglichen mit dem Stand der Technik deutlich gesteigert werden, so dass sich deutliche Vorteile in der Anwendung ergeben. Die textile Netzstruktur dient zur Fixierung der Fasersensoren auf der Handrückseite und soll zur Übertragung der Handkinematik auf das faseroptische Verformungssensornetzwerk eingesetzt werden. Mit Hilfe einer MM-POF und drei räumlich angeordneten FBGs, welche durch eine UV-induzierte Brechzahländerung an der Oberfläche der POF eingebracht werden sollen, soll ein neuartiges, faseroptisches Verformungssensorkonzept untersucht werden. Der wesentliche Vorteil dieses Ansatzes gegenüber herkömmlichen faseroptischen Multikern-Verformungssensoren ist, dass durch eine robuste und einfache Verbindungstechnik die Kopplung der faseroptischen Verformungssensoren an die elektrische Auswerteschnittstelle besonders kostengünstig und benutzerfreundlich ausgebildet werden kann.Die wissenschaftlichen Herausforderungen sind: (i) die Erforschung von MM-POF mit verschachtelten FBG-Sensoren zur Verformungsmessung unter Berücksichtigung der relativ geringen Krümmungsradien der Fingergelenke, der relativ hohen Dehnungsänderungen aufgrund von Hautelongation an den Fingergelenken sowie einer möglichst linearen, hysteresefreien Finger-zu-Sensor Bewegungsübertragung, (ii) die Erforschung einer textilen Netzstruktur mit integrierten faseroptischen Verformungssensoren, sowie (iii) die Performanzuntersuchung des resultierenden textilen faseroptischen Sensornetzhandschuhs.Der zu erforschende textile Sensornetzhandschuh soll durch die deutlich verbesserte Performanz speziell im Bereich der Maschinensteuerung neue Anwendungsfelder erschließen. Hierzu könnten unter anderem die Feinpositionierung von XXL-Bauteilen oder die computergestützte Gestenerkennung gehören.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Hans-Christian Jabusch; Professor Dr. Bernhard Roth