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The simultaneous operation of multiple different semiconducting metal oxide (MOX) gas sensors is demanding for the readout circuitry. The challenge results from the strongly varying signal intensities of the various sensor types to the target gas. While some sensors change their resistance only slightly, other types can react with a resistive change over a range of several decades. Therefore, a suitable readout circuit has to be able to capture all these resistive variations, requiring it to have a very large dynamic range. This work presents a compact embedded system that provides a full, high range input interface (readout and heater management) for MOX sensor operation. The system is modular and consists of a central mainboard that holds up to eight sensor-modules, each capable of supporting up to two MOX sensors, therefore supporting a total maximum of 16 different sensors. Its wide input range is archived using the resistance-to-time measurement method. The system is solely built with commercial off-the-shelf components and tested over a range spanning from 100Ω to 5 GΩ (9.7 decades) with an average measurement error of 0.27% and a maximum error of 2.11%. The heater management uses a well-tested power-circuit and supports multiple modes of operation, hence enabling the system to be used in highly automated measurement applications. The experimental part of this work presents the results of an exemplary screening of 16 sensors, which was performed to evaluate the system’s performance.
Kollaborative Industrieroboter werden für produzierende Unternehmen immer kosteneffizienter. Während diese Systeme für den menschlichen Mitarbeiter eine große Hilfe sein können, stellen sie gleichzeitig ein ernstes Gesundheitsrisiko dar, wenn die zwingend notwendigen Sicherheitsmaßnahmen nur unzureichend umgesetzt werden. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie Zäune oder Lichtvorhänge bieten einen guten Schutz, aber solch statische Schutzvorrichtungen sind in neuen, hochdynamischen Arbeitsszenarien problematisch.
Im Forschungsprojekt BeyondSPAI wurde ein Funktionsmuster eines Multisensorsystems zur Absicherung solcher dynamischer Arbeitsszenarien entworfen, implementiert und im Feld getestet. Kern des Systems ist eine robuste optische Materialklassifikation, die mit Hilfe eines intelligenten InGaAs-Kamerasystems Haut von anderen typischen Werkstückoberflächen (z.B. Holz, Metalle od. Kunststoffe) unterscheiden kann. Diese einzigartige Eigenschaft wird genutzt, um menschliche Mitarbeiter zuverlässig zu erkennen, so dass ein konventioneller Roboter in Folge als personenbewusster Cobot arbeiten kann.
Das System ist modular und kann leicht mit weiteren Sensoren verschiedenster Art erweitert werden. Es kann an verschiedene Marken von Industrierobotern angepasst werden und lässt sich schnell an bestehenden Robotersystemen integrieren. Die vier vom System bereitgestellten Sicherheitsausgänge können dazu verwendet werden - abhängig von der durchdrungenen Überwachungszone - entweder eine Warnung auszugeben, die Bewegung des Roboters auf eine sichere Geschwindigkeit zu verlangsamen, oder den Roboter sicher anzuhalten. Sobald alle Zonen wieder als „eindeutig frei von Personen“ identifiziert sind, kann der Roboter wieder beschleunigen, seine ursprüngliche Bewegung wiederaufnehmen und die Arbeit fortsetzen.