Wo die Sensoren sitzen
Ein humanoider Roboter ist eine Kette elektrischer Antriebe, die ihr eigenes Gewicht trägt. Jedes Gelenk muss seine Stellung kennen, das abgegebene Drehmoment und seine Temperatur; Füße und Handgelenke müssen die Kräfte am Kontakt kennen; der Akku muss die Temperatur seiner Zellen kennen. Die Stellung liefern Drehgeber, die Lage eine Inertialmesseinheit, beides digitale Geräte mit eigener Verarbeitung. Der Rest sind klassische analoge Messungen: DMS-Brücken und Widerstandsthermometer, dieselbe Physik wie in einer Waage oder einem Motorschutz, nur auf viel weniger Raum.
Drehmoment und Kraft: DMS-Brücken
Gelenkmomentsensoren und sechsachsige Kraft-Momenten-Sensoren sind Verformungskörper mit Dehnungsmessstreifen in Wheatstone-Brücken. Ihr Ausgang wird wie bei einer Wägezelle angegeben: Millivolt Signal je Volt Speisespannung bei Nennlast. Eine Brücke mit 2 mV/V an 5 V liefert 10 mV bei Vollausschlag; ein Gelenk bei 30 % seines Nennmoments erzeugt also 3 mV, und ein Tausendstel des Messbereichs sind 10 µV. Deshalb sitzen Verstärker und Wandler im Sensor oder direkt daneben: Ein Signal dieser Größe übersteht keinen Weg durch einen bewegten Kabelbaum neben Motorphasen.
Der Wägezellen-Rechner rechnet das für jeden Kennwert, jede Speisespannung und Last. Der DMS-Brückenrechner geht einen Schritt zurück, von der Dehnung der DMS zum Brückensignal, und der ADC-Auflösungsrechner zeigt, was der Wandler hinter der Brücke auflösen kann: Mit 18 rauschfreien Bits und Verstärkung 128 wird ein Brückensignal von 10 mV für 100 N auf etwa 0,0015 N aufgelöst. Er behandelt jeweils eine Brücke. Die Matrix, die die sechs Komponenten eines Kraft-Momenten-Sensors trennt und das Übersprechen beseitigt, stammt aus der Kalibrierung des Herstellers und lässt sich mit einem allgemeinen Rechner nicht nachbilden.
Wo der Momentensensor sitzt, zählt ebenso wie sein Kennwert. Auf der Abtriebsseite des Getriebes gemessen, enthält das Signal, was das Glied tatsächlich abgibt; auf der Motorseite gemessen, liegen Getriebereibung und Spiel zwischen Sensor und Last.
Temperatur: Wicklungen und Zellen
Motorwicklungen werden durch einen im Stator eingebetteten Sensor geschützt, meist einen NTC-Thermistor oder einen PT1000. Beide werden als Widerstand gelesen. Ein gängiger Thermistor 10 kΩ, β = 3950 K sinkt nach dem Beta-Modell bei 80 °C auf etwa 1270 Ω und bei 100 °C auf 698 Ω; ein PT1000 zeigt bei 120 °C 1460,68 Ω. Der NTC-Rechner und der PT100-/PT1000-Rechner rechnen in beide Richtungen.
Die Wahl zwischen beiden ist auch eine Frage der Verdrahtung. In einer Gliedmaße wird der Sensor meist mit zwei dünnen Adern angeschlossen, deren Widerstand sich zum Messwert addiert. Mit 3 m Kupfer 0,205 mm² (AWG 24) zeigt ein PT1000 in Zweileiterschaltung bei 80 °C etwa 0,13 °C zu viel; ein PT100 an denselben Adern etwa 1,3 °C zu viel, zehnmal schlechter, weil sich sein Widerstand je Grad zehnmal weniger ändert. Der Rechner für RTD-Leitungsfehler zeigt das für jede Länge und jeden Querschnitt. Ein Thermistor 10 kΩ ist noch unempfindlicher gegen Leitungswiderstand, um den Preis einer stark nichtlinearen Kennlinie und größerer Streuung zwischen Exemplaren.
Akkupacks verwenden dieselben Thermistoren 10 kΩ an Zellen und Stromschienen. Der Beta-Wert unterscheidet sich je nach Bauteil (3435 K und 3950 K sind beide verbreitet), und ein falscher Wert verschiebt die Anzeige abseits von 25 °C um mehrere Grad; nehmen Sie ihn deshalb aus dem Datenblatt des eingebauten Teils.
Was ein Rechner nicht sagen kann
Die Zahlen oben sind Umrechnungen auf Sensorebene. Sie sagen nichts über die Dynamik, die diese Messungen in einem Roboter schwierig macht: Bandbreite des Momentenregelkreises, thermische Verzögerung zwischen Wicklung und Sensor, Temperaturdrift einer DMS-Brücke oder die Fusion von Drehgeber- und Inertialdaten. Für Drehgeber, Inertialeinheiten, taktile Haut und Bildverarbeitung gibt es auf dieser Website kein Werkzeug.
Die Dichtheit verdient eine eigene Prüfung. Ein Aktor oder Steckverbinder mit IP67 hat eine Prüfung mit zeitweiligem Untertauchen bestanden, die für sich nicht die Strahlwasserprüfungen von IP65 und IP66 umfasst; der IP-Schutzart-Decoder erklärt, welche Schutzart was abdeckt.
Stand: 11. Oktober 2026