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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Zimmermann

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Publikationen

Publikationen (gesamt)

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Erstellt: Mon, 16 Jul 2018 06:43:58 +0200 in 1.9343 sec


Stroetmann, Nicco
Evaluation und Anpassung von Auswertungsmethoden innerhalb der FEM-Prozesskette für ermüdungsbeanspruchte Tragwerke im statischen Lastfall. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2018

Die Auslegung und Berechnung von Bauteilen und Baugruppen mittels Finite-Elemente-Software birgt, je nach Größe und Komplexität der zu berechnenden Struktur, einen sehr hohen Zeitaufwand. Neben der Berechnung und der Modellerstellung hat daran auch die Auswertung der Ergebnisse einen beträchtlichen Anteil. Insbesondere die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit benötigt dazu mehrere Schritte. Um eine effiziente Prozesskette zu realisieren und deren Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist in Bezug auf die Ergebnisqualität eine verlässliche wie auch zeiteffiziente Auswertemethode notwendig. In dieser Bachelorarbeit werden auf Basis der Analyseergebnisse eines Prozesses des Berechnungsdienstleisters EDAG Engineering GmbH mögliche Ansätze zur Prozess-optimierung ermittelt und diese bezüglich ihrer Umsetzung weiter ausgeführt. Im ersten Teil erfolgt mit der Auswertung durch zusätzliche kommerzielle Software neben speziellen Standardisierungsmaßnahmen und der Skriptprogrammierung eine Darstellung der Möglichkeiten zur Automatisierung des Prozesses. Als gewählter Ansatz zur Beschleunigung der Auswertung wird daraufhin im zweiten Teil die Skriptprogrammierung erarbeitet und in den Prozess implementiert. Anhand eines Tragwerkmodells, das die Anforderungen in Bezug auf die vorhandenen Verbindungselemente und die geometrische Struktur abbildet, erfolgt eine Validierung der erarbeiteten Lösung. Das in der Programmiersprache tcl/tk geschriebene Skript zur automatisierten Schrauben-auswertung mit dem Postprocessopr HyperView ® (Altair Engineering) erspart dem Berechnungsingenieur die manuelle Ermittlung der zur Berechnung der Schraubverbindung notwendigen Ergebnisgrößen. Darüber hinaus können nach den Empfehlungen der Richtlinie VDI 2230 die Sicherheitsfaktoren gegen Fließen, Flächenpressung und Dauerbruch aller Schrauben innerhalb von kurzer Zeit ermittelt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/102668109X.txt
Platl, Vivien
Belastungsanalyse eines Antriebs- und Getriebesystems für das Weltraumlabor Ekoplasma. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2018

Die Konzeptionierung von neuen Experimenten für die Verwendung auf der Internationalen Raumstation erfordert spezielle Belastungsanalysen der verwendeten Komponenten. Neben der Auslegung in Bezug auf die Verwendung in Schwerelosigkeit und den besonderen Anforderungen des Experimentes selbst, sind diese äußert wichtig um die Experimente auf ihre Beständigkeit während des Transportes zur ISS zu überprüfen. Die Arbeitsgruppe Komplexe Plasmen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt zum Zeitpunkt dieser Arbeit das Ekoplasma Labor, welches der Nachfolger von PK-4 wird. Das Kernstück des Labors ist die Zyflexkammer, in welcher es möglich ist, komplexes Plasma zu erzeugen und in Schwerelosigkeit zu untersuchen. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Analyse des in der Zyflexkammer verbauten Antriebs- und Getriebesystems, im weiteren Verlauf als Motionsystem bezeichnet, hinsichtlich dessen Realisierbarkeit, Funktionalität und Belastbarkeit. Es werden Versuche definiert, die die dynamischen Belastungen während des Raketenstarts und Orbitalflugs zu simulieren und es ermöglichen zu überprüfen, ob das Motionsystem auch nach den Belastungen noch funktionstüchtig ist.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1024717348platl.txt
Will, Christoph
Continuum models for biologically inspired tactile sensors : theory, numerics and experiments. - Ilmenau. - xi, 164 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation, 2018

In der Biologie existiert ein hoch effizientes und mächtiges Tastorgan: die Sinushaare von Säugetieren. Unter Verwendung dieser Sinushaare können sich Tiere in ihrer Umgebung zurechtfinden, ohne auf die Unterstützung durch andere Sinne angewiesen zu sein, Abstände zu Objekten erkennen, die Oberflächenbeschaffenheit abschätzen und Konturen unterscheiden. Um das Prinzip der Konturerkennung auch in technischen Anwendungen nutzen zu können, werden in dieser Arbeit zunächst die fundamentalen Eigenschaften dieses taktilen Sinnesorgans analysiert: Das Tier erlangt Informationen aus seiner Umgebung, indem es ein langes, schlankes Haar gegen ein Objekt bewegt. Durch die dabei auftretende Verformung des Haares kann der Kontakt in der Lagerung, dem Follikel-Sinus-Komplex, registriert werden. Auf diesen Eigenschaften basierend wird ein unter klaren Annahmen formuliertes, ebenes, quasi-statisches Modell im Rahmen der Kontinuumsmechanik aufgestellt, welches das Problem der Objektabtastung in dimensionsloser Form beschreibt. Nach einer sorgfältigen Analyse des Modells dient dieses dazu die Observablen - jene Informationen, die dem Tier zur Verfügung stehen - zu generieren und im Anschluss, wenn die Observablen bekannt sind, den Kontaktpunkt von Haar und Objekt zu rekonstruieren. Sobald hinreichend viele Kontaktpunkte bekannt sind, kann die Objektkontur abgeschätzt werden. Nachdem die Tauglichkeit der Rekonstruktionsmethode mit Messdaten erfolgt ist, werden die Modellannahmen erweitert. Dies ermöglicht es auch den Einfluss einer elastischen Lagerung, der konischen Form der Haare und einer erweiterten Klasse von Objektkonturen während der Objektabtastung zu bestimmen. Um das Modell zusätzlich zu erweitern und weitere Eigenschaften des biologischen Vorbilds untersuchen zu können, wird auch ein Modell basierend auf der Finiten Elemente Methode verwendet und dessen Ergebnisse denen des kontinuierlichen Modells gegenübergestellt. Mit Hilfe des Finiten Elemente Modells ist es möglich, die Observablen für beliebig geformte Objekte, sowie für vorgekrümmte Haare zu bestimmen. Die entworfenen Modelle können für die Entwicklung von taktilen Sensoren, die Simulation von unterschiedlichen Kontaktbedingungen und die Einschätzung der Lagerreaktionen für diverse Anwendungsgebiete verwendet werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/1020514787.PDF
Nunuparov, Armen ; Becker, Felix; Bolotnik, Nikolai; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Capsubot with an opposing spring: simulation and experiments. - In: MATHMOD 2018 extended abstract volume : extended abstracts of 9th Vienna Conference on Mathematical Modelling, Vienna, Austria, February 21-23, 2018. - Vienna : ARGESIM Publisher / MATHMOD ; 9 (Vienna) : 2018.02.21-23., ISBN 978-3-901608-91-9, (2018), S. 71-72

https://doi.org/10.11128/arep.55.a55251
Henning, Stefan ; Linß, Sebastian; Schorr, Philipp; Zentner, Lena
PC-Programm zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken mit unterschiedlichen Aussparungsgeometrien. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018 : 15./16. Februar 2018, EPFL Lausanne. - Duisburg-Essen : DuEPublico, Universität Duisburg-Essen / IFToMM D-A-CH Konference ; 4 (Lausanne) : 2018.02.15-16. - Duisburg-Essen : DuEPublico, Universität Duisburg-Essen, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/45331
Schorr, Philipp ; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Einfluss der Orientierung von Festkörpergelenken auf die elastokinematischen Eigenschaften. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018 : 15./16. Februar 2018, EPFL Lausanne. - Duisburg-Essen : DuEPublico, Universität Duisburg-Essen / IFToMM D-A-CH Konference ; 4 (Lausanne) : 2018.02.15-16. - Duisburg-Essen : DuEPublico, Universität Duisburg-Essen, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/45330
Will, Christoph ; Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim
Object contour scanning using elastically supported technical vibrissae. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15214001, Bd. 98 (2018), 2, S. 298-305
https://doi.org/10.1002/zamm.201600161
Schümann, Malte ; Morich, Julian; Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus; Odenbach, Stefan
A mechanical characterisation on multiple timescales of electroconductive magnetorheological elastomers. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 453 (2018), S. 198-205
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.01.029
Dietzel, Andreas
Modellgestützte Ermittlung und Bewertung der Formgebungsgrenzen von Rotbuchenfurnier. - Aachen : Shaker Verlag. - xxx, 241 Seiten. - (Berichte aus der Mechanik)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation, 2017

ISBN 3844056734 = 978-3-8440-5673-0

Gegenstand dieser Arbeit ist die kontinuumsmechanische Beschreibung des Werkstoffes Furnier bei zweidimensionaler Umformung. Die experimentellen Betrachtungen werden an quer gemessertem, industriell hergestelltem Rotbuchenfurnier (Fagus sylvatica L.) durchgeführt. Umformversuche sind dabei Kurzzeitversuche. Auf Basis bekannter Materialmodelle von Vollholz (Kurzzeitbereich) werden verschiedene Umformmodelle für Furnier entwickelt. Besonderes Augenmerk liegt auf der Erfassung der Kennwertdifferenzen zwischen Vollholz und Furnier, der stark von den Parametern Holzfeuchte und Temperatur abhängigen Zug-Druck-Asymmetrie des Werkstoffes sowie des plastischen Verformungspotentials bei Druckbelastung. Darauf aufbauend werden, anhand mikroskopischer Untersuchungen, fertigungsbedingte Werkstoffschädigungen von Furnier (Messerrisse und Oberflächendefekte) charakterisiert und quantifiziert. Die Ergebnisse werden mit Blick auf die bei Vollholz und Furnier stark differierenden mechanischen Werkstoffkennwerte diskutiert und die Kennwertdifferenzen m.H. eines Schichtmodells erfasst. Des Weiteren werden ein neu entwickelter Biegeversuch und eine entsprechende Prüfvorrichtung zur Erfassung der zweidimensionalen Formungseigenschaften von Furnier vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt in der Aufzeichnung der Randfaserdehnungen der Biegeprobe m.H. eines digitalen Bildkorrelationsmesssystems. Anhand umfangreicher Versuche werden die Biegeeigenschaften und das Versagensverhalten von Furnier in Abhängigkeit der Parameter Furnierdicke, Holzfeuchte, Faser- und Krümmungsrichtung (offene, geschlossene Furnierseite) ermittelt. Furnier zeigt dabei asymmetrische Biegeeigenschaften sowie ein sehr komplexes Versagensverhalten, mit sukzessiv zunehmender Werkstoffschädigung. Die minimal erreichbaren Biegeradien werden in Bezug auf die daraus resultierenden Oberflächendefekte des Furniers ausgewertet und diskutiert. Im Gültigkeitsbereich der entwickelten Umformmodelle zeigen die Versuchsergebnisse eine gute Übereinstimmung. Hin zu sehr kleinen Radien ist aus den Dehnungsmessungen ersichtlich, dass in der Zugrandfaser die, aus uniaxialen Zugversuchen bekannten, Bruchdehnungen deutlich überschritten werden. Es wird aufgezeigt, wie die zugrunde gelegte Werkstoffmodellbeschreibung zu erweitern ist, um auch diesen Grenzbereich der Furnierformung im Umformmodell abbilden zu können.


http://d-nb.info/1151721964/04
Breitenstein, Sarah
FEM-Untersuchung und -Analyse der Steifigkeitsanforderungen an Lenkräder im Insassenschutz. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2018

Die Sicherheit in unserer Gesellschaft erhält einen immer größeren Stellenwert. Dies gilt gleichermaßen für die Fahrzeugsicherheit. Systeme, die die Folgen von Unfällen vermindern oder diese gar verhindern werden zunehmend verbessert und neu entwickelt. Im Rahmen der verletzungsreduzierenden Sicherheitseinrichtungen soll die Insassensicherheit des Fahrers eines PKW im Fokus dieser Arbeit stehen. Bedingt durch die Funktion befindet sich das Lenkrad grundsätzlich in unmittelbarer Nähe zum Insassen. Somit kommt diesem Bauteil eine wichtige Bedeutung bei der Betrachtung des Verletzungsrisikos zu. Daher werden in dieser Arbeit Untersuchungen auf Basis der Finiten Elemente durchgeführt, die die Analyse von Wechselwirkungen zwischen dem Lenkrad und dem Insassen während eines Unfallgeschehens ermöglichen. Außerdem werden die maßgeblichen Eigenschaften des Lenkrads identifiziert, die dessen mechanische Steifigkeit beeinflussen und sich auf die physikalische Belastung des Fahrers auswirken. Dafür werden vor allem Szenarien mit "Worst-Case"-Charakter betrachtet, um somit auch Unfallkonstellationen zu berücksichtigen, die sich besonders ungünstig auf den Gesundheitszustand des Insassen auswirken. Abschließend werden Anforderungen an die Lenkradsteifigkeit definiert, mit denen das Verletzungsrisiko gesenkt und eine Verbesserung der Insassensicherheit erzielt wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1011619180breit.txt
Volkova, Tatiana I. ; Zimmermann, Klaus; Borin, Dmitry Yu.; Stepanov, Gennady V.; Storozhenko, P. A.
Dynamic response of a sensor element made of magnetic hybrid elastomer with controllable properties. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 449 (2018), S. 77-82
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.09.081
Schorr, Philipp ; Sumi, Susanne; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Dynamical investigation of a vibration driven locomotion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Vibration, control and stability of dynamical systems / Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" ; 14 (Łód´z) : 2017.12.11-14. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-935312-5-7, (2017), S. 485-496

Dubovikova, Nataliia ; Gerlach, Erik; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
An approach to the mechanical modeling of contact problems in the application to friction stir welding. - In: Engineering dynamics and life sciences / Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" ; 14 (Łód´z) : 2017.12.11-14. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-935312-4-0, (2017), S. 173-182

Behn, Carsten ; Siedler, Konrad
Tracking control of a muscle-like actuated double pendulum. - In: Engineering dynamics and life sciences / Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" ; 14 (Łód´z) : 2017.12.11-14. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-935312-4-0, (2017), S. 45-56

Scharff, Moritz ; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten; Alencastre, Jorge
Influence of vibrissa morphology on artificial tactile sensors for surface texture detection. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 17 (2017), 1, S. 219-220
https://doi.org/10.1002/pamm.201710079
Chavez Vega, Jhohan ; Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Becker, Tatiana; Zimmermann, Klaus; Martens, Michael; Schilling, Meinhard; Gundermann, Thomas; Odenbach, Stefan
Field-induced plasticity of magneto-sensitive elastomers in context with soft robotic gripper applications. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 17 (2017), 1, S. 23-26
https://doi.org/10.1002/pamm.201710007
Schorr, Philipp ; Zeidis, Ingo; Zimmermann, Klaus
Motion by variation of the contact force on an inclined plane. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 17 (2017), 1, S. 167-168
https://doi.org/10.1002/pamm.201710053
Müller, Thomas
Modellierung der dynamischen Eigenschaften von Statoren und Rotoren in elektrischen Motoren. - Ilmenau. - 155 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Statoren von EMaschinen für den KFZEinsatz sind in Form von imprägnierten Blechpaketen (Verbundwerkstoffe) aufgebaut. Die numerische Beschreibung solcher Komponenten zieht unterschiedliche Herausforderungen, die für eine fortlaufende Entwicklung und ein Verständnis des Systemverhaltens gelöst werden müssen, nach sich. Schwerpunkt der Arbeit ist die Untersuchung der dynamischen Eigenschaften, respektive Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften, von imprägnierten und nicht-imprägnierten Blechpaketen. Dazu werden unterschiedliche Materialmodelle und Homogenisierungsmethoden angewandt. Es werden ein nicht-imprägniertes Blechpaket eines Versuchsaufbaus, ein nicht- und ein imprägniertes Statorblechpaket experimentell und numerisch untersucht. Es hat sich gezeigt, dass Blechpakete, unabhängig von der Imprägnierung, nicht mit isotropen Materialmodellen beschrieben werden können. Ein transversal isotropes Material auf Basis von Druckversuchen zeigt im Gegensatz dazu deutlich bessere Ergebnisse. Die Definition von modalen Dämpfungen zeigen in diesem Kontext ebenfalls bessere Ergebnisse als konstante Dämpfungseigenschaften. Die Untersuchung einer weiteren Homogenisierungsmethode (RVE), mit der Materialeigenschaften von sich periodisch wiederholenden Verbundwerkstoffen bestimmt werden können, wird aufgrund sehr guter Ergebnisse als zielführend bewertet. Der abschließende Teil der Arbeit fasst die wichtigsten Erkenntnisse zusammen und es werden Vorschläge für weiterführende Untersuchungen getroffen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1007167939muell.txt
Frisch, Andreas
Analytische und numerische Untersuchung von erzwungenen und (selbst-) erregten Schwingungsvorgängen. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die Bachelor-Arbeit behandelt das Thema Schwingungen. Es soll zunächst die freie ungedämpfte sowie die freie gedämpfte Schwingung betrachtet werden. Dabei wird die Auslenkung des Systems über die Zeit t untersucht. Diese Betrachtung gibt Rückschlüsse über maximale Auslenkungen sowie das Verhalten des Schwingers über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$). Zudem werden die Phasenportait betrachtet. Diese liefern Rückschlüsse darüber ob das System Energie aufnimmt oder diese abgibt. Danach wird die erzwungene Schwingung anhand der periodischen harmonischen Anregung betrachtet. Hierbei wird die Kreisfrequenz $\Omega$ der Erregung mit der der freien ungedämpften Schwingung $\omega_0$ verglichen. Zudem wird untersucht, welchen Einfluss das Verhältnis der beiden auf das System hat. Da eine rein harmonische Anregung in der Praxis der Technologie nicht genügt, wird die Auswirkungen eines Stoßes auf ein System betrachtet. Hierbei wird der Zeitverlauf untersucht, um erneut festzustellen, welche maximalen Auslenkungen das System durchläuft sowie wie sich dieses über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$) verhält. In der Fahrwerksauslegung spielt dies eine wichtig Rolle. Diese Untersuchungen ermöglichen es hier den Fahrkomfort auch bei Unebenheiten wie Bodenwellen zu gewährleisten. Infolgedessen wird betrachtet die periodische stoßhafte Anregung. Hierbei werden die Amplitudenspektren verschiedener Anregungen verglichen. Diese geben Rückschlüsse, welche Anteile der Anregungen maßgeblichen Einfluss auf das System haben. In der Praxis der KFZ-Technik dient diese Analyse erneut der Optimierung des Fahrkomfort. Um weitere Rückschlüsse über technische Systeme zu erhalten, werden die Ergebnisse auf den Freiheitsgrad 2 übertragen. Hierbei wird untersucht, welchen Einfluss zwei gekoppelte Massen aufeinander haben, wenn eine der beiden angeregt wird. Da in der Praxis das technische System des Fahrzeuges aus vielen oszillierenden sowie rotierenden Teilen bestehen, ist die Betrachtung der Kopplung zweier Bauteile notwendig, um weitere Rückschlüsse auf den Fahrkomfort zu erhalten. Die beiden letzten Themenbereiche entsprechen nicht-linearen Schwingungen. Im Folgenden wird die Reibschwingung einer PKW-Scheibenbremse betrachtet. Hierbei werden der Zeitverlauf und das Phasenportrait angenähert. Dies gibt erneut Rückschlüsse über: maximale Auslenkungen, den Zeitverlauf $t\rightarrow\infty$, sowie über Energieauf- wie auch Energieabgabe. Die Ergebnisse hieraus liefern Randbedingungen für die Konstruktion der Bremsanlage, um eine Havarie im Betrieb zu vermeiden. Abschließend wird die selbsterregte Schwingung anhand der Radialkraftschwankung eines PKW-Reifens beschrieben. Hierbei sollen Stabilität, Phasenportrait sowie der Zeitverlauf betrachtet werden. Diese Betrachtungen dienen erneut der Auslegung, um Havarie sowie Resonanzerscheinungen im Betrieb zu vermeiden, welche in der Praxis schwere Unfälle zur Folge hätten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1005257086frisc.txt
Günther, Lars ; Becker, Felix; Becker, Tatiana I.; Stepanov, Gennady V.; Zimmermann, Klaus
Development of an acceleration sensor incorporating a magneto-sensitive elastomer. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-055:3
Stubbig, Leon ; Lichtenheldt, Roy; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
Model-based development of a compliant locomotion system for a small scout rover. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 20 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-012:0
Scharff, Moritz ; Alencastre, Jorge H.; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Investigations on the mechanical relevance of prominent vibrissa features for surface texture detection. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-094:0
Behn, Carsten ; Ackermann, Lisa; Will, Christoph; Helbig, Thomas; Steigenberger, Joachim
Vibrissa-based design of tapered tactile sensors for object sensing. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 13 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-050:5
Merker, Lukas ; Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Object contour sensing using artificial rotatable vibrissae. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 13 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-049:9
Kräml, Jonas ; Behn, Carsten
Multi-segmented artificial locomotion systems with adaptively controlled gait transitions. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 14 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-047:1
Siedler, Konrad ; Behn, Carsten
Control of compliant robotic systems with muscle-like actuators and saturated feedback. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-048:9
Lichtenheldt, Roy ; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
Screw-driven robot for locomotion into sand. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 13 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-005:6
Steinmeier, René ; Becker, Felix; Günther, Lars; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Approaches to the application of magnetic fluids in electromechanical drive systems. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 12 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-057:9
Chigarev, Vitalij ; Zimmermann, Klaus; Becker, Felix; Minchenya, Vladimir
Theoretical and experimental investigations of micro robots based on piezoelectric triangular plates. - In: Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : proceedings. - Ilmenau : ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 59 (Ilmenau) : 2017.09.11-15., (2017), insges. 19 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-004:8
Becker, Tatiana I. ; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Zimmermann, Klaus
Surface shape stability analysis of a magnetic fluid in the field of an electromagnet. - In: Journal of fluid mechanics. - Cambridge [u.a.] : Cambridge Univ. Press, ISSN 14697645, Bd. 830 (2017), S. 326-349
https://doi.org/10.1017/jfm.2017.488
Kleinschroth, Max
Inversaufgaben und Rückwärtstransformationen in der Kinematik und Kinetik für mechanische Bewegungssysteme. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

In der vorliegenden Arbeit wird exemplarisch an verschiedenen mechanischen Bewegungssystemen die sogenannte Inversaufgabe der Kinematik und Kinetik gelöst. Betrachtet werden drei Pendelroboter mit Freiheitsgrad n=1 bzw. n=2, wobei die beiden komplexeren Systeme untereinander verglichen werden, ein Feder-Masse-Dämpfer-System mit n=3 und ein System zur aktiven Federung eines Starrkörpermodells mit n=4. Hierbei werden für die jeweiligen Systeme Bewegungen vorgegeben, die Rückwärtstransformation ermöglicht im Anschluss die Bestimmung der nötigen Antriebsgrößen, um die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Mit den wieder in die Bewegungsgleichung eingesetzten Antriebsgrößen können die Systeme numerisch simuliert werden. Die Ergebnisse der Simulation werden anschließend mit den Soll-Werten verglichen und auftretende Abweichungen diskutiert. Die numerischen Simulationen wird mit den Programmen Matlab und Maple durchgeführt und die Ergebnisse der beiden Programme miteinander verglichen, um numerische Einflüsse abschätzen zu können. Es zeigte sich, dass ein System mit einem Dreh- und einem Schubgelenk die vorgegebenen Bewegungen besser einhalten konnte als eines mit zwei Drehgelenken. Einer der Pendelroboter hat strukturell die Form eines Doppelpendels, womit sich die Problematik ergibt, dass für fast jeden Bahnpunkt zwei mögliche Gelenkstellungen existieren. Dies führt bei diesem Modell in dieser Arbeit jedoch zu keinen Problemen. Bei drei Systemen werden die Eigenkreisfrequenzen analytisch bzw. numerisch berechnet und auftretende Schwingungen diskutiert. Bei der letzten Aufgabe gibt es bei der Inversen Kinetik die Problematik, dass von den vier vorliegenden Freiheiten nur für zwei direkt eine Soll-Vorgabe formuliert werden kann. Es muss ein Weg gefunden werden, für die anderen eine geeignete Abhängigkeit von den Erregungen zu finden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1000639959klein.txt
Previtero, Coralie Lysiane
Untersuchung von Lokomotionssystemen mit peristaltischem Fortbewegungsprinzip auf Basis von Tensegrity-Strukturen. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Erprobung und Untersuchung eines mobilen Roboters auf Basis einer nachgiebigen Tensegrity-Struktur. Der Roboter mit wurmartiger Fortbewegung besteht aus drei kaskadiert zusammengesetzten Grundsegmenten. Diese können jeweils durch einen integrierten Aktor ihre Form ändern. Durch die koordinierte Aktuierung der Segmente kann eine Fortbewegung des Roboters innerhalb eines Tunnels realisiert werden. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden experimentelle Untersuchungen zum Verformungs- und Bewegungsverhalten des Roboters. Dabei werden verschiedene Steuerungskonzepte erprobt und dessen Leistungsfähigkeit in verschiedenen Umgebungsbedingungen, wie Tunnelsteigungen und Reibpaarungen, auf Basis von Video Tracking ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden zur Verifikation eines mathematischen Modells des Wurmroboters herangezogen. Abschließend werden konstruktive Verbesserungsvorschläge diskutiert, um den Roboter zuverlässiger, funktionaler und leitungsfähiger zu gestalten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898939623previ.txt
Rudolph, Sascha
Modellreduktion zur Berechnung dynamischer Fundamentlasten von drehzahlvariablen Turbomaschinen. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

In der vorliegenden Arbeit steht die Verwendung eines modal transformierten Finite-Element-Modells zur Erzeugung eines flexiblen Körpers in Mehrkörpersimulationsmodellen im Vordergrund. Dabei ist das Ziel eine Methodik zur Modellreduktion anhand des Modells eines drehzahlvariablen Turbogetriebes zu entwickeln, dessen Freiheitsgrade soweit wie möglich zur vereinfachten Berechnung der dynamischen Fundamentlasten reduziert werden sollen. Aus diesem Grund wird zu Beginn der Arbeit ein Überblick über die gängigen Methoden zur Reduktion von Finite-Element-Modellen gegeben. Dann wird eine vereinfachte Berechnungsmethodik zur Ermittlung dynamischer Fundamentlasten aus statischen Ersatzlasten vorgestellt, auf deren Basis dann die Frage beantwortet wird, inwiefern die einfache Methode durch Aufbau eines Finite-Element-Modells verbessert werden kann. Die Reduktion der Finite-Element-Struktur mit der Methode nach Craig-Bampton zum Erhalt der Eigenschaften unter dynamischer Belastung im Frequenzbereich der Antriebsdrehzahl wurde mit Eigenmoden der an den externen Knoten fixierten Struktur durchgeführt. Anschließend wird der Vergleich der Eigenmoden der Struktur mit denen des ungebundenen, flexiblen Körpers durchgeführt. Dann wird die modale Synthese des flexiblen Körpers im Mehrkörpersystem erläutert und anschließend der Aufbau eines Mehrkörpermodells in zwei Schritten vorgestellt, welches als Ausgangspunkt für eine weitere Modellordnungsreduktion dienen kann. Dabei wurde das Übertragungsverhalten der dynamischen Kräfte über die Lagerstellen der Antriebswelle am Gehäuse zum Fundament als Maß für den Vergleich der Mehrkörpermodelle mit dem ursprünglichen Finite-Element-Modell verwendet. Abschließend werden eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeiten und ein Ausblick gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898802237rudol.txt
Beck, Rainer
Entwurf und dynamische Analyse eines Führungsgetriebes zur Erzeugung planarer parametrisierter Bahnbewegungen. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Der Entwurf und die Analyse eines Führungsgetriebes zur Erzeugung planarer parametrisierter Bahnbewegungen, am Beispiel eines Laborshakers, wird dargestellt. Die dazu verwendeten Simulationen wurden mit alaska durchgeführt. Es lässt sich feststellen, dass die Ergebnisse der Simulation sich mit Vermutungen decken. Zum einen gibt es Mechaniken die zur Selbstzerstörung in Folge von Aufschwingen neigen, zum anderen ist ein Zwanglauf sinnvoll für das betrachtete System. Ein Linearshaker mit einer Übersetzung von 1:20 wurde auf Grundlage der Simulationsergebnisse als am Besten geeignet bewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/898451752beck.txt
Becker, Tatiana I. ; Raikher, Yuriy L.; Stolbov, O. V.; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Dynamic properties of magneto-sensitive elastomer cantilevers as adaptive sensor elements. - In: Smart materials and structures. - Bristol : IOP Publ, ISSN 1361665X, Bd. 26 (2017), 9, S. 095035, insges. 9 S.
https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa75ec
Kaufhold, Tobias ; Schale, Florian; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Indoor locomotion experiments of a spherical mobile robot based on a tensegrity structure with curved compressed members. - In: 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) : 3-7 July 2017. - [Piscataway, NJ] : IEEE / IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (Munich) : 2017.07.03-07., ISBN 978-1-5090-6000-9, (2017), S. 523-528

https://doi.org/10.1109/AIM.2017.8014070
Pozo Fortuni´c, Edmundo ; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Cuellar, Francisco
Bristle-bots in swarm robotics - approaches on agent development and locomotion. - In: 2017 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) : 3-7 July 2017. - [Piscataway, NJ] : IEEE / IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (Munich) : 2017.07.03-07., ISBN 978-1-5090-6000-9, (2017), S. 1424-1429

Bristle-bots are vibration-driven mobile robots characterized by small size, high speed, simple design and low costs for production and application - qualities which are advantageous for agents of swarm robotics. Current studies have focused on their natural behaviour on confined spaces, navigation capabilities through pipes, and mathematical modelling of the bristle-based motion, however, trajectory generation capabilities were not evaluated. Therefore, this paper presents our robot "Donipodis", a mobile micro-robot for swarm robotics research. Our robot uses a single vibro-motor controlled over an 8-bit microprocessor that generates locomotion using bristles. It possess two IR receivers at its front as antennae and one IR transmitter at its back for peer-to-peer communications, an RGB colour identifier and IrDA communication for master host programming. A modelling of the micro-robot was also developed. Simulations and experimental results show a proper modelling of the locomotion and performance over displacement with slightly curved trajectories. Translation and rotation speeds characterization results show potential for controllable trajectory generation by varying the motor speed properties (PWM frequency and duty cycle) and direction.


https://doi.org/10.1109/AIM.2017.8014218
Tan, Xiao
Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von magneto-sensitiven Elastomeren für sensorische Anwendungen. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In den letzten Jahren haben magneto-sensitive Elastomeren eine große Aufmerksamkeit erregt. Magneto-sensitive Elastomere sind Kompositwerkstoffe, die aus hart- oder weichmagnetischen Partikeln und einer Elastomermatrix bestehen. Ihr Verhalten und ihre Eigenschaften ändern sich unter dem Einfluss von Magnetfeldern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der theoretischen und experimentellen Untersuchungen der Eigenschaften von Balken bestehend aus einem magneto-sensitiven Elastomer in Abhängigkeit von verschiedenen Stärke des homogenen Magnetfeldes. Für das Experiment werden Proben mit verschiedenen Geometrie und Partikel-Konzentrationen entworfen und hergestellt. Die Eigenschaften der Balken einschließlich der ersten Eigenfrequenz und des Elastizitätsmoduls werden aus den experimentellen Daten berechnet. Das theoretische Modell für die Berechnung der ersten Eigenfrequenz des Balkens ist validiert. Die Beziehung zwischen Eigenfrequenz und Magnetfeld wurde theoretisch und experimentell untersucht und verglichen. Es wurde gezeigt, dass das theoretische Modell verwendet werden kann, um die Amplituden-Frequenz-Charakteristiken des magneto-sensitiven Elastomer-Balken zuverlässig vorhersagen zu können.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/896009440tan.txt
Su, Jun
Experimentelle Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von magneto-sensitiven Elastomeren für sensorische Anwendungen. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) gehören zur Gruppe der "intelligenten Materialien", deren mechanische Eigenschaften durch äußere Einwirkungen verändert werden können. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes kann man eine Änderung des Materialverhaltens beobachten. Deswegen sind sie sehr attraktiv für viele technische Implementierungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE, die in einem äußeren, homogenen Magnetfeld periodisch bewegt werden. Der Fokus liegt dabei auf der Ermittlung mechanischer Schwingungseigenschaften. Für die Untersuchungen wird die Neukonstruktion eines Prüfstandes ausgeführt. Der praktisch umgesetzte Prüfstand ermöglicht die Untersuchung eines Prüfkörpers aus MSE, der mit Hilfe eines Shakers zu erzwungenen Schwingungen erregt wird. Der Amplituden-Frequenzgang und der Phasengang des Schwingungssystems werden für verschiedene Parameter ermittelt und mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/89539572Xsu.txt
Becker, Felix ; Seith, Rebecca; Köhring, Sebastian; Voges, Danja; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus
Mehrkörperdynamische Modelle und Methoden der Bewegungsanalyse zur Diagnostik und Prävention von Störungen der Bewegungskontrolle. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen / Erfurter Tage ; 23 (Erfurt) : 2017.11.30-12.02. - [Jena : Verlag Bussert & Stadeler, ISBN 978-3-942115-45-2, (2017), S. 377-384

Faenger, Bernd ; Michaelis, Anne; Schumann, Nikolaus-Peter; Lutherdt, Stefan; Becker, Felix; Witte, Hartmut; Pezoldt, Kerstin; Scholle, Hans-Christoph
Generation 50plus auf der Überholspur - Nahfeld-Mobilitätssysteme im Vergleich. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen / Erfurter Tage ; 23 (Erfurt) : 2017.11.30-12.02. - [Jena : Verlag Bussert & Stadeler, ISBN 978-3-942115-45-2, (2017), S. 345-348

Carlstedt, Matthias
A contribution to the experimental validation in Lorentz force eddy current testing. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (xviii, 143 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation, 2017

Die zerstörungsfreie Materialprüfung elektrisch leitfähiger Komponenten und Baugruppen ist ein integraler Bestandteil im Produktlebenszyklus heutiger technischer Produkte. Insbesondere im Automobilbau sowie der Luft- und Raumfahrttechnik ist durch den Einsatz moderner Leichtbaumaterialien die Entwicklung immer leistungsfähigere mechanischer Komponenten möglich. Diese hochbeanspruchbaren Bauteile müssen sowohl in der Fertigungsphase als auch in der späteren Betriebsphase auf ihre strukturelle Integrität geprüft werden, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb gewährleisten zu können. Die in dieser Arbeit untersuchte Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung ist eines der Prüfverfahren, welche in diesem Zusammenhang erforscht und weiterentwickelt werden. Nach einer kurzen Einführung in den Stand der Technik der zerstörungsfreien Materialprüfung und einer Vorstellung der relevanten Märkte, werden die vorangegangen Arbeiten auf dem Gebiet der bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfverfahren beleuchtet. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf den experimentellen Untersuchungen, welche in vorangegangenen Machbarkeitsstudien erfolgreich durchgeführt wurden. Die Betrachtung der für das Messprinzip relevanten physikalischen Phänomene ermöglicht mittels der durchgeführten Dimensionsanalyse einen vertiefenden Einblick in die Wechselwirkungen der elektromagnetischen und geometrischen Größen. Umfassende numerische Studien begleiten diese Untersuchung und führen zur Formulierung von praktischen Skalierungsregeln. Den umfassendsten Teil der Arbeit bilden die Klassifizierung und die systematische Beschreibung des untersuchten Messverfahrens, sowie die repräsentative Darstellung experimenteller Studien. Hierbei kommt ein mehrkomponentiges Sensorsystem zum Einsatz, welches die zeitgleiche Erfassung der auftretenden Messkräfte sowie deren Beschleunigungswirkung auf den Messaufbau ermöglicht. Das idealisierte Messverfahren wird durch die Betrachtung der beteiligten physikalischen Größen als Zufallsvariablen zu einem realen Messprozess erweitert. Dabei zeigt sich, dass die statistischen Eigenschaften des Messprozesses nicht zeitunabhängig sind und somit ein Messsignal einer einzelnen Messung kein vollständiges Messergebnis, im Sinne einer experimentellen Standardabweichung, liefern kann. Aus dieser Einsicht heraus werden Ansätze für die Bildung von künstlichen Signalscharen beschrieben und in unterschiedlichen experimentellen Studien erprobt. Diese Signalensembles, welche aus Einzelsignalen bestehen, ermöglichen dabei erstmals eine statistische Auswertung der Messergebnisse. Einen Neuheitswert stellt ebenfalls die in der Arbeit vorgestellte Erweiterung des Messmodells zu einem nicht rückwirkungsfreien Messverfahren dar, welches die mechanische Wechselwirkung der Lorentzkraft und des mechanischen Messaufbaus beschreibt. Hierfür werden für zwei praktisch relevante Beispiele geeignete Verfahren zur Systemidentifikation vorgestellt, welche sowohl in der Signalvorverarbeitung als auch der modellspezifischen Parameterschätzung eine einfache Modellbildung des mechanischen Systems ermöglichen. Aus den so gewonnenen mechanischen Modellen wird anschließend beispielhaft der Entwurf digitaler Filter zur Kompensation des frequenzabhängigen Übertragungsverhaltens dargestellt.


https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032753
Becker, Felix ; Zimmermann, Klaus; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir
New methods for designing the moving robots using biological prototypes. - Minsk. - 1 Online-Ressource (1 Seite)
Online-Ausgabe: Novye napravlenija razvitija priborostroenija : materialy 10-j meždunarodnoj naučno-techničeskoj konferencii molodych i studentov, Minsk, 26-28 aprelja 2017 g. / Belorusskij Nacional'nyj Techniceskij Universitet. Redkol.: O.K. Gusev. - Minsk, 2017. - T. 1, S. 226
http://rep.bntu.by/handle/data/30963
Helbig, Thomas ; Zárate, José; Voges, Danja; Behn, Carsten; Witte, Hartmut
Mechanical bearings with tunable compliance - the follicle-sinus-complex as paragon. - In: Bionik: Patente aus der Natur / Bionik-Kongress ; 8 (Bremen) : 2016.10.21-22. - Bremen : Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C), ISBN 978-3-00-055030-0, (2017), S. 261-267

Stubbig, Leon
Modellbasierte Entwicklung eines mobilen Scouts für extreme Gelände in der planetaren Exploration. - Ilmenau. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Seit knapp 50 Jahren werden radgetriebene Fahrzeuge, genannt Rover, zur planetaren Exploration des Sonnensystems eingesetzt. Diese Rover sind gemessen an ihren Missionszielen erfolgreich, müssen aber auf Grund des Risikos auf rauem und sandigem Terrain stecken zu bleiben sehr langsam und vorsichtig betrieben werden. In dieser Arbeit wird ein alternatives Fortbewegungskonzept untersucht, welches sich bei erdgebundenen Robotern als erfolgreich erwiesen hat: das mantellose Rad, auch bekannt als Whegs (Kofferwort aus wheel und leg). Dieser Ansatz zur robotischen Lokomotion repräsentiert einen Kompromiss zwischen Rädern und Beinen, indem diskrete Schritte gemacht werden, das Rad aber immer noch volle Umdrehungen durchführt. Ersteres verhindert den Bedarf einer kontinuierlichen Fahrbahn und Letzteres vereinfacht den Mechanismus und seine Steuerung deutlich. Diese Eigenschaften wie auch seine inhärente Redundanz (mehrere Speichen pro Rad, mehrere Räder pro Roboter), machen das mantellose Rad besonders geeignet für einen Einsatz in der planetaren Exploration. Zuerst werden analytische Zusammenhänge zur Kinematik des mantellosen Rades hergeleitet und verschiedene mechanische Modelle nachgiebiger Speichen untersucht. Die resultierenden Schlussfolgerungen zum Überwinden von Stufen, dem Rennen auf einer Ebene und dem Verhalten auf rauem Terrain werden anhand von numerischen Mehrkörpersimulationen weiter untersucht und verifiziert. Geeignete Parameter für einen zukünftigen Erkundungsroboter werden mit Hilfe einer Parameter-Variation hergeleitet. Ein einzelnes mantelloses Rad wird konstruiert und getestet, um die vorangegangenen modellbasierten Betrachtungen zu überprüfen. Diese Experimente werden auf einem Prüfstand am DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik durchgeführt und bestätigen die getroffenen Annahmen. Das entwickelte Fortbewegungssystem hat das Potential, einem Erkundungsroboter die Lokomotion auf rauem Terrain zu ermöglichen und die Effizienz der Fortbewegung auf flachen und harten Oberflächen zu verbessern.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/893528889stubb.txt
Möller, Alexander
Erweiterung eines strukturmechanischen FE-Berechnungsalgorithmus im Programmsystem MATLAB®. - Ilmenau. - 304 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der vorliegenden Masterarbeit werden Lösungsalgorithmen zur geometrisch linearen Finite-Elemente-Berechnung von Stab-, Balken und Scheibenelementen vorgestellt. Ausgehend von den notwendigen Grundlagen für die Analyse der genannten Elementtypen erfolgt durch die Erarbeitung verschiedener Lösungsmethoden die Bestimmung von Knotenverschiebungen, inneren Elementkräften, Eigenfrequenzen und kritischen Knicklasten. Zu diesem Zweck wird ein bestehender Algorithmus um die genannten Elementtypen erweitert und für die Entwicklung von Lösungsansätzen von einfachen und komplexen Problemstellungen benutzt. Die Umsetzung der Berechnungen erfolgt dabei durch das numerische Berechnungsprogramm MATLAB, die Ergebnisse werden durch die kommerzielle FE-Software ANSYS Mechanical APDL verifiziert. Als Ergebnis dieser Arbeit liegt neben den erzeugten Programmcodes eine ausführliche Dokumentation zu den Lösungsansätzen der gewählten Problemstellungen vor.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/892903112moell.txt
Bauer, Tobias Linus
Entwicklung eines Sensorsystems zur Magnetfeldmessung. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Magnetfeldmesssystems für einen Teststand, an welchem Schwingversuche mit magento-sensitiven Elastomeren durchgeführt werden. Die herrausstechende Eigenschaft dieser recht neuen Stoffklasse ist, dass ihre mechanischen Eigenschaften über ein außen anliegendes Magnetfeld beeinflusst werden können. Im Zuge dieses Entwicklungsprozesses wurde der aktuelle Stand der Technik zu magneto-sensitiven Elastomeren und Messprinzipien zur Magnetfeldmessung ermittelt. Das Prinzip des Hall-Sensors wurde für die nachfolgende Konstruktion ausgewählt. Es wurde ein konstruktiver Entwicklungsprozess nach Ilmenauer Schule durchgeführt. Anhand der Informationen über die geplanten Messungen wurde eine Anfoderungsliste erstellt und die Aufgabenstellung abstrahiert. Von dieser Abstrahierung ausgehend wurde im Anschluss methodisch hin zur Erstellung von drei Varianten konkretisiert. Zudem war ein Vergleich mit einer Kauflösung angedacht. Auf Basis der anschließenden Marktrecherche wurden Komponenten für die drei erstellen Varianten sowie die Kauflösung ausgewählt und anhand der konkreten Bauteildaten die Erfüllung der wichtigsten Anforderungen nachgewiesen. Mit Hilfe von aus der Anforderungsliste abgeleiteten und nach Relevanz gewichteten Kriterien erfolgte nun eine Bewertung und ein Vergleich der Varianten. Für die technisch wertigste Variante wurden Anmerkungen zur technischen Umsetzung gegeben. Abschließend wurde über die Anwendbarkeit von klassischer Konstruktionsmethodik auf Elektronikentwürfe ein Fazit gezogen, die Arbeit zusammenfassend dargestellt und ein Ausblick auf weiterführende Forschung gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/892790253bauer.txt
Siedler, Konrad ; Behn, Carsten
Adaptively controlled dynamical behavior of sensory systems based on mechanoreceptors. - In: International journal of structural stability and dynamics : IJSSD. - Singapore [u.a.] : World Scientific, ISSN 02194554, Bd. 17 (2017), 5, S. 1740002, insges. 14 S.
https://doi.org/10.1142/S0219455417400028
Merker, Lucas
Objektabtastung und -konturerkennung durch rotatorisch gelagerte, taktile Sensoren mittels nichtlinearer Balkentheorie. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Aktuelle Forschungsthemen in der Bionik beschäftigen sich mit der Analyse und Synthese der Umgebungswahrnehmung von Säugetieren mithilfe ihrer Vibrissen (spezielle Tasthaare). Durch Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans sind beispielsweise Ratten und Mäuse in der Lage mithilfe weniger Berührungen Objektabstände, -konturen oder -oberflächenbeschaffenheiten zu detektieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung und Untersuchung eines biologisch inspirierten mechanischen Modells zur Objektabtastung und Konturrekonstruktion. Vibrissen, als Reizaufnehmer, werden häufig durch einen zylindrischen oder konischen Euler-Bernoulli-Balken modelliert, der einseitig eingespannt ist und zum Zwecke der Abtastung translatorisch an einem Objekt entlanggeführt wird. Mit Blick auf das biologische Vorbild wird die Abtastprozedur in der vorliegenden Arbeit um eine Rotationsbewegung erweitert. Die Modellierung der Vibrisse erfolgt mithilfe eines langen schlanken Balkens, der eine vorgekrümmte, konische Form aufweist und drehbar gelagert ist. Die Rotationsabtastung eines streng konvexen Profils wird im quasi-statischen Fall betrachtet. Dabei erfährt der Balken große Verformungen, die mithilfe der nichtlinearen Euler-Bernoulli-Theorie beschrieben werden. Zunächst wird für das Modell das beschreibende Differentialgleichungssystem hergeleitet. Anschließend wird zwischen der Phase des Spitzen- und des Tangentialkontakts (Phase A und Phase B) mit dem Objekt unterschieden und für beide Fälle die zugehörigen Randbedingungen aufgestellt. Die entstandenen Randwertprobleme werden auf verschiedenen Abstraktionsebenen betrachtet. Der rotatorische Vorbeizug einer geraden zylindrischen Vibrisse an einer streng konvexen Profilkontur wird weitestgehend analytisch beschrieben. Anschließend wird durch Lösung eines Anfangswertproblems gezeigt, wie die Kontaktlokalisierung möglich ist, wenn ausschließlich Informationen an der Lagerstelle (Lagerreaktionen, Lagerposition und Stellwinkel), die möglicherweise auch den Tieren zur Verfügung stehen, ausgewertet werden. Auf Grundlage des mechanischen Modells wird ein Matlab-Programm aufbereitet, das die Simulation des rotatorischen Vorbeizugs einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil sowie dessen Rekonstruktion anhand der berechneten Lagerreaktionen ermöglicht. Der Abbruch des Algorithmus, der auf ein in der Realität stattfindendes Ablösen der Vibrisse vom Profil hindeuten könnte, wird genauer untersucht. Die Abtastprozedur wird um eine Rotationsbewegung in entgegengesetzter Richtung und eine Variation der Lagerposition erweitert. Durch Überlagerung der entstehenden Abtastbereiche kann anschließend ein Großteil des Profils rekonstruiert werden. Zuletzt werden Parameterstudien durchgeführt, um das Potential einiger durch die Biologie vorgegebener Eigenschaften zur Verbesserung des Abtastverhaltens zu untersuchen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/891225641merke.txt
Kemper, Thilo
Simulation von Ein- und Mehrmassenschwingern mit nichtlinearen Koppelelementen. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Diese Arbeit behandelt die Erstellung von MKS-Simulationsmodellen von Koppelelementen. Bei dynamischen Messungen zeigen viele reale Bauteile eine Hysterese im Kraft-Weg-Diagramm. Um diese, teilweise nichtlinearen, Effekte nachzubilden, werden Ersatzmodelle bestehend aus Feder, Dämpfer und Reibelementen in der Simulationssoftware "alaska" aufgebaut. Die Struktur der Modelle lehnt sich an bekannte rheologische Ersatzmodelle an. Die so erzeugbaren Kraft-Weg-Verläufe dienen als Vorlage für die Modellierung realer Bauteile. Dies ermöglicht die Simulation als Mehrkörpersystemen. Durch die Kombination der Ersatzmodelle wird das Verhalten, z.B. die Dämpfungseigenschaften, von realen Bauteilen nachgebildet. In der Arbeit werden die aus Versuchen bekannten Kraft-Weg-Verläufe der realen Bauteile Gummi-Metall-Element, Hydrolager und Metallkissen modelliert. Für die zunächst als "black box" betrachteten Bauteile werden durch das Zusammenschalten von Feder-, Dämpfer- und Reibelementen solche Ersatzmodelle aufgebaut, die die entsprechenden Kraft-Weg-Verläufe erzeugen. Eine Validierung der Modelle erfolgt durch den Vergleich mit den real gemessenen Verläufen. In einem Modellkatalog wurden die einzelne Ersatzmodelle zusammengefasst, um die Erstellung von weiteren Simulationsmodellen zu erleichtern.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/890442460kempe.txt
Ebert, Andreas
Tragfähigkeitsanalyse von Hohlrädern mit Kranzeinfluss. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Für die Drehzahlübersetzung elektrischer Antriebsachsen von Elektrofahrzeugen hat sich in der Elektromobilität das Planetengetriebe etabliert. Aufgrund der Lastaufteilung auf mehrere Zahnräder (Planetenräder) ist die Übertragung von großen Momenten bei einem relativ kleinen axialen Bauraum möglich. Die Größe des Getriebes in Radialrichtung wird durch das äußere Rad, dem sog. Hohlrad, festgelegt. Da es bei der Belastung von dünnwandigen Hohlrädern zu einer nicht zu vernachlässigbaren radialen Verformung kommt, sind die gängigen Berechnungsmethoden zur Zahnfußtragfähigkeit von Stirnrädern nur bedingt geeignet. Die Berechnungsverfahren der ISO 6336-3 sowie der VDI 2737 berücksichtigen zwar den Einfluss der radialen Verformung auf die Zahnfußsicherheit, sind jedoch nur für Hohlräder mit freiem Zahnkranz - d. h. keine Anschlussgeometrie an der äußeren Mantelfäche - gültig. Die in der Abteilung "Planetenradsätze und Differentiale" der Schaeffler AG eingesetzten Hohlräder sind mit einer zusätzlichen Außenverzahnung im Gehäuse gelagert und können demnach mit den Berechnungsmethoden der ISO 6336-3 oder VDI 2737 nicht exakt ausgelegt werden. In dieser Abschlussarbeit werden zunächst die Auslastung der Innen- sowie Außenverzahnung verschiedener Hohlräder der Schaeffler AG miteinander verglichen. Anschließend erfolgt ein Vergleich der mit der Verzahnungssoftware KISSsoft möglichen Berechnungsmethoden. Zentraler Aspekt dieser Abschlussarbeit ist schließlich die Erarbeitung eines Hilfsprogramms zur Vorabschätzung der Zahnfußtragfähigkeit von Hohlrädern für den Modulbereich von 1 bis 2 mm. Zuletzt werden Auslegungsrichtlinien für Hohlräder der Schaeffler AG definiert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/888122462ebert.txt
Böhm, Valter ; Sumi, Susanne; Kaufhold, Tobias; Zimmermann, Klaus
Compliant multistable tensegrity structures. - In: Mechanism and machine theory : the scientific journal of the International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, Bd. 115 (2017), S. 130-148

In this paper, a method to identify compliant tensegrity structures with multiple states of self-equilibrium is described. The considered algorithm is based on the repeated use of a form-finding procedure, using the static Finite-Element-Method. The algorithm can be used in the development process of compliant multistable tensegrity structures with simple topologies, consisting of only few members. As examples four planar tensegrity structures with two or three stable equilibrium configurations are considered and verified experimentally. Furthermore, a specific kind of multistable tensegrity structures, which have identical convex hulls, but differing prestressed states in their equilibrium configurations, is investigated. The potential technical use of the considered structures is discussed in the context of shape-changing locomotion systems using transitions between their equilibrium configurations.


https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.013
Böhm, Valter ; Kaufhold, Tobias; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamic analysis of a spherical mobile robot based on a tensegrity structure with two curved compressed members. - In: Archive of applied mechanics : (Ingenieur-Archiv). - Berlin : Springer, ISSN 14320681, Bd. 87 (2017), 5, S. 853-864

The use of mechanically compliant tensegrity structures in mobile robotics is an attractive research topic. The mechanical properties and therefore the locomotion performance of mobile robots based on these structures can be adjusted reversibly during locomotion. In the present work, a rolling mobile robot, based on a simple tensegrity structure, consisting of two rigid disconnected curved members connected to a continuous net of eight prestressed tensioned members with pronounced elasticity, is considered. Pure rolling uniaxial locomotion and also planar locomotion can be realized with small control effort, induced by the movement of two internal masses. After kinematic considerations, the nonlinear equations of motion are derived and transient dynamic analyses are performed, to study the system behavior. Also the dependency of the rolling movement behavior on structural and actuation parameters is discussed. The uniaxial and planar locomotion performance of the system are verified experimentally.


https://doi.org/10.1007/s00419-016-1183-z
Sumi, Susanne ; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
A multistable tensegrity structure with a gripper application. - In: Mechanism and machine theory : the scientific journal of the International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, Bd. 114 (2017), S. 204-217
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.005
Gast, Simon
Modellierung von Tensegrity-Strukturen als Mehrkörpersystem und Simulation des dynamischen Verhaltens. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der vorliegenden Arbeit werden Tensegrity-Strukturen auf ihre dynamischen Eigenschaften hinsichtlich einer Anwendung als Bewegungssystem untersucht. Dies erfolgt mit der dynamischen Analyse dieser Systeme in dem Mehrkörpersystem-Simulationstool alaska. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Modellierung und Realisierung einer Lokomotion. Für die Fortbewegung wird jeweils ein System mit geraden und gekrümmten Stäben vorgestellt und simuliert. Die Implementierung der Bogenelemente erfolgt durch ein analytisch ermitteltes Ersatzmodell. Mit der Realisierung beliebiger Trajektorien sind die Grundlagen für eine Bahnplanung oder eine geregelte Fortbewegung gelegt. Für die Lokomotion der Strukturen kommen zusätzliche Massen zum Einsatz, die entlang vorgegebener Bahnen verschoben werden. Der Großteil der Fortbewegung ist durch eine Steuerung der Position der Massen gekennzeichnet. Für die Struktur mit geraden Stäben stellt die Arbeit einen Ansatz für eine geregelte Fortbewegung vor. Eine Untersuchung der Systemzustände zeigt, dass diese einfach messbar und für eine geregelte Lokomotion nutzbar sind. Ferner wird in dieser Arbeit ein Tensegrity-ähnlicher Aufbau mit mehreren Gleichgewichtslagen untersucht. Hierbei liegt der Fokus auf der Einstellbarkeit und Variation zweier Zustände hinsichtlich einer technischen Nutzbarkeit als Lagerelement. Dazu wird das gefundene System einer Eigenfrequenzanalyse unterzogen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/884800954gast.txt
Kunze, Oliver
Untersuchung von Festkörperreibung unter mechanischen Vibrationen und Anwendung zum Entwurf von mobilen, miniaturisierten Robotern. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Ziel dieser Masterarbeit sind die Beschreibung und experimentelle Untersuchung von Reibungsminderung unter Einfluss von Vibration und die Umsetzung dieser in einem mobilen Roboter. Die Vibration wird dabei durch einen piezoelektrischen Schallwandler zwischen den Reibungspartnern realisiert. Dazu wurden zunächst die Beschreibung und Gegenüberstellung etablierter Reibungsmodelle durchgeführt. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden Reibungsmodelle mittels Matlab/Simulink numerisch untersucht und mit Ergebnissen der Literatur verglichen. Im experimentellen Teil wurde zunächst ein Vorversuch, der die prinzipielle Wirkungsweise der vibrationsinduzierten Reibungsreduzierung verdeutlicht, durchgeführt. Anschließend wurde die Reibungsminderung in Abhängigkeit von verschiedenen Frequenzen und Relativgeschwindigkeiten anhand mehrerer Prüfkörper untersucht. Es konnte reproduzierbar eine Reibungsminderung bei drei Zugproben festgestellt werden. Anschließend wurde die Geschwindigkeitsabhängigkeit untersucht und bei steigender Frequenz eine steigende Abhängigkeit nachgewiesen. Die Natur der Schwingung des piezoelektrischen Schallwandlers erforderte, dass das mechanische Prinzip der Simulation auf die Experimente angepasst werden musste. Im Anschluss wurde überprüft, ob die angepasste Simulation das Verhalten der frequenzabhängigen Reibungsänderung darstellen kann. Das präsentierte Modell ist in Grenzen dazu in der Lage und bildet eine erste Möglichkeit, die Reibungsveränderung durch die flächige Vibration des Schallwandlers abzubilden. Mit Hilfe der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde ein mobiler Roboter entworfen, der nach dem Prinzip einer durch gesteuerte Vibration erzeugter, anisotroper Reibung funktioniert. Die Funktionsweise des Roboters wurde experimentell geprüft und die Form der Bewegung wurde dargestellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/884623017kunze.txt
Volkova, Tatiana I. ; Böhm, Valter; Kaufhold, Tobias; Popp, Jana; Becker, Felix; Borin, Dmitry Yu.; Stepanov, Gennady V.; Zimmermann, Klaus
Motion behaviour of magneto-sensitive elastomers controlled by an external magnetic field for sensor applications. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 431 (2017), S. 262-265
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.10.009
Volkova, Tatiana I. ; Böhm, Valter; Naletova, Vera A.; Kaufhold, Tobias; Becker, Felix; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
A ferrofluid based artificial tactile sensor with magnetic field control. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 431 (2017), S. 277-280

The paper deals with a tactile sensor inspired by biological hairs of mammals. The working principle is based on the effect of the magnetic force exerted on a paramagnetic body submerged into a ferrofluid volume under the influence of a nonuniform magnetic field. The deflection of the sensor's rod caused by external mechanical stimuli may be unambiguously identified by the distortion of the magnetic field, which occurs due to the motion of the attached body in the ferrofluid. The magnetic force acting on the body is evaluated experimentally and theoretically for the nonuniform magnetic field of a permanent magnet. The controlled oscillations of the rod are realised by applying a nonuniform magnetic field of perodically altering direction.


http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.09.105
Niederschuh, Sandra J. ; Helbig, Thomas; Zimmermann, Klaus; Schmidt, Manuela; Witte, Hartmut
Kinematic response in limb and body posture to sensory feedback from carpal sinus hairs in the rat (Rattus norvegicus). - In: Zoology. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, ISSN 18732720, Bd. 121 (2017), S. 18-34

One of the most challenging adaptations within the therians has been to ensure dynamic stability of the trunk during rapid locomotion in highly structured environments. A reorganization of limb mechanics and development of new sensors has taken place within their stem lineage. Rats, which have a similar lifestyle to the first therians, possess sinus hairs specialized for tactile sensing. It is supposed that carpal sinus hairs have a role in sensing substrate properties and can thus induce adjustments in limb kinematics and body posture according to the different surface diameters and structures detected. This implies a shared sensorimotor control loop of sinus hairs and body posture. To investigate the role of the carpal sinus hairs during locomotion and to explore a possible interaction between limb and spine motion, spatiotemporal and kinematic parameters as well as the contact mechanics of the hairs with regard to the surface were quantified. Locomotion on a treadmill with continuous and discontinuous substrates was compared in the presence/absence of the carpal sinus hairs across a speed range from 0.2 m/s to 0.6 m/s. Recordings were taken synchronously using x-ray fluoroscopy and normal-light high-speed cameras. Our investigation revealed that the three tactile hairs made a triangle-like contact with the ground approximately 30 ms before touchdown of the forelimb. Within that time, it is likely that both the body posture and its oscillation are adjusted according to the different surface textures. The sensory input of the carpal sinus hairs induces a stabilization of the trajectory of the center of mass and, therefore, improves the dynamic stability of the trunk; conversely, the absence of the sensors results in a more crouched frontal body posture, similar to that seen in rats when they are moving in an unknown terrain. The carpal sinus hairs also sense the animal's speed during surface contact. This implicates an adjustment of the limb and spine kinematics, by increasing the speed-dependent effect or by increasing the distance between the trunk and the ground when the rat is walking faster.


http://dx.doi.org/10.1016/j.zool.2017.02.001
Siedler, Konrad
Numerische und experimentelle Verifikation von adaptiven Regelungsstrukturen an einem mechatronischen, nachgiebigen System. - Ilmenau. - 200 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der vorliegenden Masterarbeit werden durch eine Simulationsstudie adaptive Regelungsstrategien dahingehend untersucht, einen Roboterarm mit Doppelpendelstruktur - angetrieben durch antagonistisch angeordnete, muskelähnliche Aktoren - möglichst schnell und präzise auf vorgegebenen Bahnen zu regeln. Parallel dazu wird ein derartiger Roboter als Prototyp aufgebaut und die untersuchten Regelungsstrategien am realen Modell verifiziert. Über erste Simulationen mit einem Modell mit Freiheitsgrad n=1 werden die Wirkprinzipien der adaptiven Regler untersucht (v.a. mit Blick auf die Absolutwerte von Rückführung und Verstärkungsfaktor, Einregelzeit und Genauigkeit der Einhaltung von Zielvorgaben) und eine Vorauswahl der als am besten eingeschätzten Regler getroffen, um diese anschließend auf ein System mit Freiheitsgrad n=2 anzuwenden. Dazu werden vorerst Modellanpassungen bzgl. der realen Mechanik des Prototypen vorgenommen und daraus eine Intensitätensteuerung ermittelt, mit der die Reglergrößen der Regler auf die jeweiligen Muskelpaare aufgeteilt werden können. Es folgt eine Simulationsstudie an einem System mit Freiheitsgrad n=2 (Doppelpendelstruktur). Die vorher beschriebenen und analysierten Regelungsstrukturen werden bzgl. einer Referenzposition mit Positionswechsel und einer Referenzbahn untersucht. Hierbei werden für eine Optimierung des Simulationsergebnisses verschiedene Ansätze eingeführt, wie bspw.: Begrenzung der Muskelleistung, Einführung eines Fehlervektors, adaptives Ermitteln von Faktoren einer beschränkten Regelung. Während oben genannten Simulationsarbeiten wird der zur Verifikation einzusetzende Prototyp der TU Ilmenau aus vorherigen, älteren Untersuchungen rekonstruiert und optimiert: Dabei müssen fehlende Teile neu konstruiert, sowie die Ansteuerung neu entworfen werden. Hierfür wird der Microcontroller "Arduino" eingesetzt. Vor einem möglichen Betrieb des Roboterarms müssen zunächst Messdaten zur Ermittlung des Kontraktionsverhaltens und der Muskelleistung der pneumatischen Muskeln ermittelt werden. Anschließend werden weitere Simulationen mit den Systemparametern des Prototypen durchgeführt. Mithilfe der Regelungsstrukturen wird dem Prototyp die Verfolgung einer Bahn ermöglicht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/882881833siedl.txt
Linß, Sebastian ; Schorr, Philipp; Zentner, Lena
General design equations for the rotational stiffness, maximal angular deflection and rotational precision of various notch flexure hinges. - In: Mechanical sciences : MS : an open access journal for theoretical and applied mechanics. - Göttingen : Copernicus Publ, ISSN 2191916X, Bd. 8 (2017), 1, S. 29-49

Notch flexure hinges are often used as revolute joints in high-precise compliant mechanisms, but their contour-dependent deformation and motion behaviour is currently difficult to predict. This paper presents general design equations for the calculation of the rotational stiffness, maximal angular elastic deflection and rotational precision of various notch flexure hinges in dependence of the geometric hinge parameters. The novel equations are obtained on the basis of a non-linear analytical model for a moment and a transverse force loaded beam with a variable contour height. Four flexure hinge contours are investigated, the semi-circular, the corner-filleted, the elliptical, and the recently introduced bi-quadratic polynomial contour. Depending on the contour, the error of the calculated results is in the range of less than 2 % to less than 16 % for the suggested parameter range compared with the analytical solution. Finite elements method (FEM) and experimental results correlate well with the predictions based on the comparatively simple and concise design equations.


https://doi.org/10.5194/ms-8-29-2017
Mittag, Hannah
Untersuchung des Bewegungsverhaltens einer nachgiebigen Tensegrity-Struktur für einen Zweifingergreifer. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

In dieser Arbeit wird das mechanische Verhalten eines Zweifingergreifers auf Basis einer ebenen Tensegrity-Struktur mit zwei stabilen Gleichgewichtskonfigurationen theoretisch und experimentell betrachtet. Im Fokus der Untersuchungen liegt die Beschreibung des Bewegungsverhaltens, der Greifkraft sowie der mechanischen Nachgiebigkeit des betrachteten Kraftschlussgreifers. Nach Umkonstruktion eines vorhandenen Prototypen und dessen Neuaufbau wird in einem ersten Schritt sein Bewegungsverhalten mit und ohne Greifobjekt während der Aktuierung untersucht und analysiert. Hierfür wurde ein Algorithmus in Matlab entwickelt, der die Bewegung charakteristischer Punkte des Greifers aus Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen ermittelt. Anschließend wird ein Messstand zur Messung der Greifkraft und mechanischer Nachgiebigkeit konzipiert, konstruiert und aufgebaut. Die Ergebnisse der durchgeführten Messungen werden mit Ergebnissen aus theoretischen Untersuchungen verglichen. Letztere wurden mit Hilfe eines vorliegenden FE-Berechnungsalgorithmus ermittelt. Abschließend werden auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse konstruktive Verbesserungsvorschläge für den Zweifingergreifer gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/882803638mitta.txt
Kräml, Jonas
Erarbeitung von objektiven Bewertungskriterien für einen Spurwechselassistenten anhand des menschlichen Verhaltens im realen Straßenverkehr. - Ilmenau. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Um das Ziel des autonomen Fahrens möglichst schnell zu erreichen, spielen Fahrerassistenzsysteme bei der Entwicklung von Automobilen eine immer größere Rolle. Diese erhöhen den Komfort und die Sicherheit für den Fahrer. Damit Fahrerassistenzsysteme vom Kunden als angenehm und komfortabel empfunden werden, müssen sie das Verhalten des Menschen in den jeweiligen Fahrsituationen bestmöglich abbilden. Ziel der vorliegenden Master-Arbeit ist das Analysieren des menschlichen Verhaltens und der Wahrnehmung beim Spurwechsel. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Auslegung des Spurwechselassistenten der BMW Group ein. Hierzu wird eine Probandenstudie mit einem Versuchsfahrzeug im Realverkehr durchgeführt. Führt der Fahrer einen Spurwechsel aus, so werden relevante Fahrzeugsignale und Bewegungsgrößen umliegender Objekte aufgezeichnet und das subjektive Empfinden des Fahrers beim Spurwechsel erfragt. Im ersten Schritt ist die Probandenstudie zu planen und zu organisieren. Dazu müssen zunächst die relevanten Szenarien im Verkehr festgelegt werden, woraus objektive und subjektive Kennwerte für einen Spurwechsel abgeleitet werden. Anschließend werden Hypothesen über den Zusammenhang von objektiven und subjektiven Größen formuliert. Nach der Durchführung der Studie werden die erfassten Daten ausgewertet. Hierfür werden zunächst die aufgezeichneten Daten nach der Entwicklung eines neuartigen Datenverarbeitungsalgorithmus aufbereitet. Anschließend wird die in der Abteilung bestehende Objektivierungsmethodik erweitert und mit deren Anwendung die Hypothesen überprüft. Zusätzlich wird erstmalig ein Durchschnittsprofil aus den Daten aller Fahrer hinsichtlich des Spurwechsels erstellt. Abschließend wird mit den Ergebnissen eine Auslegungsempfehlung für den Spurwechselassistenten abgegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/882348779kraem.txt
Müller, Jeanine
Modellbildung und numerische Simulation biologisch inspirierter Schwingungssysteme von Vibrissen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Vibrissen sind die taktilen Tasthaare von Ratten und anderen Säugetieren und dienen der Umgebungswahrnehmung. In der Schnauzenregion, dem mystazialen Vibrissenfeld, ist jede Vibrisse in einem separaten sensoraktorischen Apparat eingebettet, dem Follikel-Sinus-Komplex (kurz FSC). Der widerstandsfähige Haarschaft fungiert als Reizaufnehmer, welcher sowohl aktiv durch das Tier, als auch passiv durch äußere Einflüsse ausgelenkt werden kann. Die aufgenommenen mechanischen Stimuli erzeugen in der Basis des Haarschafts ein Moment, dass seinerseits von Mechanorezeptoren im FSC registriert und als Signal an das Zentralnervensystem (ZNS) des Tieres geleitet wird. Es besteht die Annahme, dass der FSC als viskoelastisches Lager mit einer Blutdruckregulierung betrachtet werden kann, worüber eine adaptive Regelung durch ein Steuermoment möglich ist, dass den Stellwinkel der Vibrisse variiert. Elektrische Impulse die vom ZNS ausgehen, aktivieren zusätzlich die Muskeln des FSC und versetzen damit das Tasthaar in Schwingungen. Dieses Bewegungsverhalten, auch Whiskern genannt, muss in zwei Arten unterschieden werden: dem Erkundungs-Whiskern und dem Fovealen Whiskern. Dieses Verhalten und die aktive Steuerung des Vibrissenwinkels ermöglicht es den Tieren Oberflächen und dreidimensionale Gegenstände auch unter dem Einfluss von Störkräften zu erkennen und zu unterscheiden. Bisherige biologische Modelle sind aufgrund ihrer Detailliertheit zu Simulationszwecken ungeeignet, weshalb sich die vorliegende Arbeit mit der Modellierung, mathematischen Beschreibung und Simulation einfacher Grundprinzipien des Tasthaar-FSC-Systems befasst. In der ersten Abstraktionsstufe wird dafür das dynamische Verhalten einer Vibrisse analysiert. Diese wird als langer, dünner, homogener, starrer Stab betrachet, an dessen unterem Stabende ein viskoelastisches Festlager befestigt ist. Eine indirekt Anregung über das Gehäuse veranlasst das System zum Schwingen. Eine Berücksichtigung zweier unterschiedlich langer, über ein Feder-Dämpfer-System gekoppelter Vibrissen mit teils variierenden Erregungen, führte zu einer Erhöhung der Komplexität der Modelle in der zweiten und dritten Abstraktionsstufe. In allen Stufen und Verhaltensweisen (Erkundungs/Foveales Whiskern) werden die Vibrissen unterschiedlichen Störkräften ausgesetzt. Mit dem Ansatz der adaptiven Regelung können qualitative Rückschlüsse aus den Winkelpositionen der Vibrissen, sowie ihrer generierten Steuermomente auf die Störkräfte getroffen werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/882024388muell.txt
Keßler, Tobias
Optimierung der Konstruktion omnidirektionaler Räder von mobilen Robotern. - Ilmenau. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung der Konstruktion omnidirektionaler Räder von mobilen Robotern am Beispiel des Ethon-Roboters. Zwangserregte Schwingungen auf der Roboterplatform beinflussen das Kamerasystem negativ und beeinträchtigen somit die Orientierung. Die Arbeit präsentiert eine Vibrationsanalyse und untersucht die Radgeometrie der verwendeten Allseitenräder. Die resultierende Erregung wird systemtheorethisch modelliert. Das Robotersystem wird dabei mit konzentrierten Variablen und mittels Impedanz Analogie beschrieben. Zirkularitätsfehler der Räder die zu periodischen Stößen durch Diskontinuitäten zwischen den passiven Rollern führen, generieren vertikale Vibrationen und werden in der Vibrationanalyse untersucht. Zwei erarbeitete Messmethoden; eine indirekte Methode und eine neuartige direkte Methode, werden vorgestellt, um die zwangserregten Schwingungen durch Reaktionskräfte auf der Roboterplatform zu bestimmen und die dazugehörigen Erregerfrequenzen der Räder anhand von Beschleunigungsmessungen nachzuweisen. Die Erregerfrequenzen mit den dazugehörigen Oberwellen der periodischen Stöße des omnidirektionalen Rades werden mittels Frequenzanalyse der Leistungsspektren identifiziert. Die Annahmen bezüglich Linearität des Systems und Geschwindigkeitsabhängigkeit werden durch Messungen nachgewiesen. Die Reaktionskräfte basierend auf den ermittelten absolut Werten aus den Leistungsspektren werden berechnet und diskutiert. Beide Messmethoden werden auf ihre Konsistenz durch einen Vergleich der entstehenden Frequenzen geprüft. Resultierend wird eine erarbeitete Prototypenkonstruktion mit einem äußeren Durchmesser von 200 mm, basierend auf dem Continuous Alternate Wheel (CAW) Model, vorgestellt. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse bestätigt die zwangserregten Schwingungen, welche durch die omnidirektionalen Räder ausgelöst werden und präsentiert eine alternative Prototypenkonstruktion zur Minimierung der vertikalen Vibrationen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/882021346kessl.txt
Hennen, André
Untersuchung des Einflusses der Streifenhonung auf das dynamische Verhalten der Kolbengruppe bei Dieselmotoren. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Der Inhalt dieser Masterarbeit stellt die Untersuchung des Einflusses der Streifenhonung auf das dynamische Verhalten der Kolbengruppe bei Dieselmotoren dar. Insbesondere stehen dabei die Parameter Reibung, Verschleiß und Ölverbrauch im Fokus. Die Einführung der Arbeit ergibt sich aus einer kurzen Vorstellung des Unternehmens und einer Einführung in das Thema. Es folgen eine Analyse des Standes der Technik bezüglich der Streifenhonung und eine Übersicht über die nötigen theoretischen Grundlagen. Anschließend wird die konkrete Problemstellung dargelegt und ein theoretisches Modell zur Beschreibung der Kolbenbewegung entwickelt. Ferner erfolgt eine Auslegung von Prototypen des Kurbelgehäuses hinsichtlich der Oberflächenrauheit und der axialen Aufteilung der Streifenhonung. Darüber hinaus ist der Einfluss der Zylinderrohrverzüge Gegenstand dieser Arbeit. Final folgt eine Versuchsreihe mit befeuerten Motormessungen sowohl im Serienzustand als auch mit streifengehonten Zylinderlaufflächen. Hierdurch wird der Einfluss der Streifenhonung im befeuerten Motorbetrieb untersucht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/881368067henne.txt
Holota, Danny
Entwicklung eines Prüfstandes zur Messung von Reibungskräften zwischen vibrierenden Oberflächen. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Gleitreibung entsteht bei der Berührung zweier sich relativ zueinander bewegender Körper. Sie ist eine Eigenschaft, die in technischen Systemen häufig nachteilig ist und reduziert werden soll. Typische Methoden zur Reibungsreduzierung sind die Variation der Materialpaarung sowie der Einsatz von Schmiermitteln. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Reibkraft ist die hochfrequente mechanische Anregung der Reibpartner, die virbrationsinduzierte Reibungsreduzierung. Durch diese Technik kann die Reibung vermindert und in Grenzen gesteuert werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prüfstand zur Messung von Reibungskräften zwischen vibrierenden Oberflächen entwickelt. Die Konzeption beinhaltet die Erstellung einer Anforderungsliste und die Betrachtung verschiedener Auslegungsvarianten. Weiterhin erfolgt die Auslegung potenziell kritischer Stellen und die Fertigung des Versuchsaufbaus. Nach der Inbetriebnahme erfolgt die Justierung, um das angestrebte Betriebsverhalten der konstruierten Führung des Prüfstandes zu realisieren. Mit Hilfe des Prüfstandes werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Abhängigkeit der Reibungsreduktion von festgelegten Parametern durchgeführt. Im Anschluss erfolgen die Auswertung der aufgenommenen Messwerte, Interpretation, Dokumentation und Fehlerbetrachtung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Reibungsreduktion von bis zu 90 % für die untersuchten Parameter möglich.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/880570075holot.txt
Trefflich, Thomas
Aufbau und Inbetriebnahme eines Prüfstandes zur Untersuchung des Haftkontaktes bei unterschiedlichen Kontaktflächen. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Als physikalisches Phänomen, welches Wissenschaftler schon seit Jahrhunderten beschäftigt, ist die Reibung bis heute nicht vollständig analysiert. Vor ca. 200 Jahren leistete Charles Augistin Coulomb, mit dem nach ihm benannten Gesetz, einen bahnbrechenden Beitrag zum Verständnis der Reibung. Noch heute findet seine Formel zur Berechnung von Reibungskräften Anwendung, wenn auch klar ist, dass sie Werte liefert, die nur in erster Näherung korrekt sind. Denn durch Untersuchungen aus der Tribologie ist bekannt, dass die Reibungskraft von Größe oder Beschaffenheit einer Oberfläche abhängig ist. Da Coulomb von dem Gegenteil ausgegangen ist, spiegelt seine Formel lediglich die Materialpaarung des Reibvorgangs wider und geht auf keinerlei Abhängigkeiten der Reibungskraft von den Parametern der Oberfläche ein. Aus diesem Grund ist das Ziel dieser Arbeit die Untersuchung der Einflüsse von Art bzw. Größe der Kontaktfläche und deren Beschaffenheit auf die auftretende Haftreibungskraft während eines Reibversuches. Die Reibversuche basieren auf dem Prinzip des Reibschwingers, welcher auch analytisch betrachtet wurde. Zur Durchführung der Reibversuche und der Messung der Haftreibungskraft wurde ein Prüfstand realisiert. Dieser umfasst zwei voneinander unabhängige Messsysteme, ein Fließband zur Ausführung der Reibversuche und ein Koppelelement zur Verwendung verschiedener Prüflinge. Außerdem wurde eine Software zur Durchführung der Messungen und zur Weiterverarbeitung sowie Auswertung der Messwerte entwickelt. Die Untersuchungen einiger Prüflinge ergaben, dass die Variation von Art und Form der Kontaktfläche deutlichen Einfluss auf die übertragbare Haftreibungskraft hat. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss verschiedener Parameter der Kontaktfläche auf die übertragbare Kraft nachgewiesen und der Grundstein für weitere Untersuchungen gelegt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/880566930treff.txt
Lavayen Farfán, Daniel
Non-linear beam theory in context of bio-inspired sensing of flows. - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die folgende Arbeit ist ein Teil eines Forschungsprojekts, das Vibrissen-inspirierte Tastsensoren für Objekt- und Strömungserkennung zu analyzieren versucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines technischen und mathematischen Modells für Objekterkennung unter dem Einfluss einer Strömung. Dazu wird ein mechanisches Modell auf Basis der nicht-linearen Euler-Bernoulli Biegungstheorie entwickelt. Das Modell enthält Hauptmerkmale, die in einer natürlichen Vibrisse gefunden werden, z.B. intrinsische Vorkrümmung, die Veränderung des Querschnitts, elastische Lagerung. Diese Hauptmerkmale werden als Parameter des Modells dargestellt. Das Modell wird dann einer Kontakt- und einer Strömungsbelastung ausgesetzt, die durch eine konzentrierte Kraft und eine verteilte Kraft repräsentiert werden. Dann wird das Modell in eine dimensionslose Form für weitere Untersuchungen transformiert. Eine Variation der Größe dieser Lasten, sowie die Vibrissen-Parameter wird analysiert. Eine direkte numerische Näherung durch das Finite-Differenzen-Verfahren wird zusammen mit dem Schießverfahren verwendet, um eine Lösung für das Modell zu erhalten. Danach soll der Kontaktvorgang zwischen Objekt und Vibrisse simuliert werden. Dabei wird ein quasi-statisches Vorbeiziehen der Vibrisse an der Objektkontur betrachtet, während die Lagerreaktionen bestimmt und aufgezeichnet werden. Diese Prozedur wird dann in Kombination einer Strömungsbelastung wiederholt, die eine Strömung simulieren soll. Es werden zwei Arten von Kontaktphasen identifiziert und die Bedingungen für jede Gruppe festgelegt. Schließlich werden die gemessenen Größen verwendet, um die Größe der Strömungskraft zu bestimmen und die Profilkontur der Oberfläche zu rekonstruieren. Das entwickelte Modell wird wieder für die Rekonstruktion verwendet, eine Analyse der Observablen wird vorgenommen, um zu identifizieren und vorherzusagen, in welcher Kontaktphase die Vibrisse ist. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Identifikation der Fluidströmungsbelastung sowie eine Rekonstruktion des Profils, die Differenz zwischen dem rekonstruierten Profil und dem Originalprofil wird dann als ein Maß für die Rekonstruktionsqualität berechnet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/879899522lavay.txt
Günther, Lars
Entwicklung und Konstruktion von Sensoren basierend auf magneto-sensitiven Elastomeren. - Ilmenau. - 123 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Grundlagen für die Entwicklung von adaptiven Sensorsystemen auf der Basis von magneto-sensitiven Elastomeren zu erarbeiten. Diese Klasse von funktionellen Materialien zeichnet sich dadurch aus, dass ihre mechanischen Eigenschaften durch magnetische Felder wesentlich beeinflusst werden können. Zunächst wurde der Stand der Technik zu magneto-sensitiven Elastomeren, Beschleunigungs- und Magnetfeldsensoren recherchiert und analysiert. Die Beeinflussbarkeit der mechanischen Eigenschaften von Elastomeren mit weich- und hartmagnetischen Partikeln wurde anhand von Ausschwingversuchen im homogenen Magnetfeld untersucht. Aus den Messergebnissen wurden die erste Eigenfrequenz, der effektive Elastizitätsmodul und der Dämpfungsgrad für magnetische Flussdichten zwischen 0 und 60 mT ermittelt. Des Weiteren wurde ein Beschleunigungssensor mit einer Adaptivität von Messbereich und Sensitivität unter Ausnutzung der Einstellbarkeit der mechanischen Eigenschaften von magneto-sensitiven Elastomeren durch ein äußeres Magnetfeld entwickelt und konstruiert. Zur Messung der Auslenkung der seismischen Masse wird die durch diese hervorgerufene Magnetfeldänderung, welche durch einen entsprechenden Magnetfeldsensor detektiert wird, genutzt. Es wurden zunächst eine Anforderungsliste und die Hauptfunktion des Sensors erstellt. Aufbauend auf einer Funktionsstruktur wurden für die Funktionselemente "Magnetfelderzeugung", "Federung und seismische Masse", "Dämpfung" und "Magnetfeldsensor" verschiedene Lösungsprinzipe anhand einer morphologischen Matrix aufgezeigt. Diese wurden mithilfe geeigneter Bewertungskriterien gegenübergestellt sowie Vor- und Nachteile für deren Verwendung herausgearbeitet. Auf dieser Grundlage wurden drei Sensorkonzepte in Form von technischen Prinzipen erstellt. Anhand eines Bewertungssystems mit gewichteten Bewertungskriterien wurde ein technisches Prinzip zur weiteren Betrachtung ausgewählt. Das Schwingungssystem und das ausgewählte Prinzip zur Magnetfelderzeugung wurden auf Basis analytischer Betrachtungen dimensioniert. Weiterhin wurde ein Magnetfeldsensor ausgewählt und der Beschleunigungssensor konstruktiv umgesetzt. Die Anordnung des Magnetfeldsensors relativ zur seismischen Masse aus magneto-sensitivem Elastomer geht aus experimentellen Untersuchungen hervor. Der entworfene Beschleunigungssensor besteht aus einem Schwingungssystem aus magneto-sensitivem Elastomer mit weichmagnetischen Partikeln, dessen Steifigkeit durch das Magnetfeld einer Helmholtzspulenanordnung angepasst werden kann. Die Auslenkung der seismischen Masse wird mittels Hall-Sensor anhand proportionaler Magnetfeldänderungen detektiert. Das Sensorsystem liegt als technischer Entwurf mit 3D-CAD-Dateien, Zusammenbauzeichnung und Stückliste vor.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/878703896guent.txt
Vogel, Hannah
Analyse autonomer und heteronomer, nichtlinearer Differentialgleichungssysteme bei der Objektabtastung durch taktile Sensoren. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Modell eines taktilen, stiftführenden Sensors, mit dem Objekte mit streng konvexer, stetig differenzierbarer Umrissfunktion durch rotatorisches Scannen rekonstruiert werden können. Der Sensor ist durch Tasthaare, wie sie viele Säugetiere besitzen, inspiriert. Als Modell dient ein langer, schlanker Biegebalken mit kreisrundem Durchmesser, konstantem Flächenträgheitsmoment und konstantem Elastizitätsmodul, der durch ein Festlager gelagert ist. Das rotatorische Scannen wird durch ein Moment in der Lagerung gesteuert und läuft quasi-statisch ab. Zuerst wird das autonome Differentialgleichungssystem, welches die Verformung des Balkens beschreibt, hergeleitet und alle Größen dimensionalisiert. Danach werden Aussagen über Existenz und Eindeutigkeit von Anfangswert- und Randwertproblemen vorgestellt. Zur Lösung des autonomen Differentialgleichungssystems sind zwei Methoden denkbar: Methode 1 nutzt das Schießverfahren, um drei Unbekannte zu erhalten, bei Methode 2 wird durch analytische Betrachtungen vorab die Anzahl der Unbekannten verringert, sodass nur eine Unbekannte mit Hilfe des Schießverfahrens ermittelt werden muss. Beim rotatorischen Scannen wird zwischen Spitzenkontakt (Phase A) und Tangentialkontakt (Phase B) des Balkens mit dem Objekt unterschieden. Bei Spitzenkontakt werden Formeln für $x(\varphi)$, $y(\varphi)$ und Kraft $F$, bei Tangentialkontakt Formeln für $x(s)$, $y(s)$, $F$ und das Bogenmaß $s_1$, an dem der Kontakt stattfindet, hergeleitet. Dabei entstehen Elliptische Integrale, die in Kombinationen aus Elliptischen Integralen 1. Art und 2. Art überführt werden. Damit kann für beide Phasen der Kontaktpunkt zwischen Balken und Objekt bestimmt werden. Für die Rekonstruktion des Objekts mit Hilfe der Randbedingungen an die Lagerung und die Lagerreaktionen selbst, das bedeutet mit den Größen, die einem Tier mit Vibrissen beim Objektabtasten zur Verfügung stehen würden, wird eine Formel hergeleitet, mit der entschieden werden kann, ob sich der Balken in Phase A oder Phase B befindet. Bei quasi-statischer Rotation des Balkens kann so eine Folge von Kontaktpunkten bestimmt werden, welche die Umrissfunktion des Objekts approximiert. Zum Schluss werden Simulationen mit einem Matlab-Programm zur Rekonstruktion verschiedener Umrisse durchgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/877967474vogel.txt
Hermenau, Jakob
Aufbau eines Prüfstandes zur Ermittlung der mechanischen Parameter von Elastomerelementen mit Erarbeitung von Vorschlägen für die Messdurchführung und -auswertung. - Ilmenau. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Das Trennergebnis in Zentrifugen wird durch Vibrationen beeinträchtigt. Diese können beim Anfahr- und Bremsvorgang, und dem damit verbundenen Durchlaufen von Resonanzfrequenzen, auftreten. Ziel ist es, die Schwingamplituden mit texturierten Elastomerflächen, die aufeinander reiben, zu dämpfen. Dafür wird ein Kontaktmodell benötigt, mit dem es möglich ist, das Schwingungsverhalten von Zentrifugen in einer Mehrkörpersimulationsumgebung abzubilden. Flächenhafte Kontakte von zwei texturierten Elastomerkörpern sind nach Stand der Technik nicht berechenbar. Aus diesem Grund wird ein Prüfstand benötigt, der es ermöglicht die mechanischen Kontakteigenschaften messtechnisch zu bestimmen, bevor sich diese Eigenschaften in die Parameter für ein Kontaktmodell überführen lassen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Schwingprüfstands mit dem die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und Dämpfung von aufeinander reibenden, texturierten Elastomerflächen erfasst werden können. Mit dem Prüfstand ist es möglich, das Kontaktverhalten messtechnisch nicht nur mit verschiedenen Dämpfungsfaktoren, sondern auch in den drei Schwingzuständen, unterkritisch, überkritisch sowie in Resonanz aufzuzeichnen. Weiterhin ist es möglich den Einfluss der Normalkraft, der Kontaktgeschwindigkeit und des Kontaktwegs zu untersuchen. Darüber hinaus wird die Kontaktmodellbildung für ein 3 - Parameter - Modell beschrieben und Vorschläge für die Messdurchführung und Auswertung, in Anlehnung an Normen für Prüfverfahren von Elastomeren bei erzwungener Schwingung, sowohl außerhalb als auch im Resonanzbereich dargelegt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/876130201herme.txt
Behn, Carsten ; Schale, Florian; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Bolotnik, Nikolai
Dynamics and motion control of a chain of particles on a rough surface. - In: Mechanical systems and signal processing : mssp. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, ISSN 10961216, Bd. 89 (2017), S. 3-13

In this paper the mechanics and control of the motion of a straight chain of three particles interconnected with kinematical constraints are investigated. The ground contact is described by dry (discontinuous) or viscous (continuous) friction. Here, we understand this model as a methodological basis for the design of worm-like locomotion systems, i.e., non-pedal mobile robots. This kind of robots will prove an efficient form of locomotion in application to inspection of pipes or for rescue missions. In this paper, a number of issues related to the dynamics and control of artificial limbless locomotion systems are discussed. Simplest models of a limbless locomotor are two-body or three-body systems that move along a horizontal straight line. In the first part of the paper, the controls are assumed in the form of periodic functions with zero average, shifted on a phase one concerning each other. Thus, there is a traveling wave along the chain of particles. In the second part, actuator models are discussed. It is supposed that there are unknown actuator data or the worm system parameter are not known or exactly as well. The focus is on adaptive control algorithms for the worm-like locomotion systems in order to track given reference trajectories, like kinematic gaits. Finally, a prototype together with its signal processing and control software is presented. Theoretically (analytically and numerically) calculated results of the dynamical behavior of the mobile system are compared to experimental data.


http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2016.11.001
Volkova, Tatiana ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
A biologically inspired sensor mechanism for amplification of tactile signals based on parametric resonance. - In: Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing / MAMM ; 4 (Ilmenau) : 2016.10.05-07., ISBN 978-3-319-45387-3, (2017), S. 27-38

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_3
Scharff, Moritz ; Darnieder, Maximilian; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Towards the development of tactile sensors for determination of static friction coefficient to surfaces. - In: Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing / MAMM ; 4 (Ilmenau) : 2016.10.05-07., ISBN 978-3-319-45387-3, (2017), S. 39-48

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_4
Becker, Felix ; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir T.; Kunze, Oliver; Zimmermann, Klaus
Locomotion principles for microrobots based on vibrations. - In: Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing / MAMM ; 4 (Ilmenau) : 2016.10.05-07., ISBN 978-3-319-45387-3, (2017), S. 91-102

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_9
Sumi, Susanne ; Böhm, Valter; Schale, Florian; Roeder, Richard; Karguth, Andreas; Zimmermann, Klaus
A novel gripper based on a compliant multistable tensegrity mechanism. - In: Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing / MAMM ; 4 (Ilmenau) : 2016.10.05-07., ISBN 978-3-319-45387-3, (2017), S. 115-126

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_11
Pollok, Fabian ; Mandach, Christoph; Griebel, Stefan; Böhm, Valter; Zentner, Lena
Investigation of the Novelty brackets "Gold-S". - In: Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing / MAMM ; 4 (Ilmenau) : 2016.10.05-07., ISBN 978-3-319-45387-3, (2017), S. 199-211

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_18
Böhm, Valter ; Sumi, Susanne; Kaufhold, Tobias; Zimmermann, Klaus
Compliant multistable tensegrity structures with simple topologies. - In: New trends in mechanism and machine science / EUCOMES ; 6 (Nantes) : 2016.09.20-23. - Cham : Springer, ISBN 978-3-319-44155-9, (2017), S. 153-161

Sumi, Susanne ; Böhm, Valter; Schale, Florian; Zimmermann, Klaus
Compliant gripper based on a multistable tensegrity structure. - In: New trends in mechanism and machine science / EUCOMES ; 6 (Nantes) : 2016.09.20-23. - Cham : Springer, ISBN 978-3-319-44155-9, (2017), S. 143-151

Scharff, Moritz; Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim; Alencastre, JorgeScharff, Moritz; Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim; Alencastre, Jorge
Towards the development of tactile sensors for surface texture detection. - In: InfoWare 2016 / InfoWare ; 11 (Barcelona) : 2016.11.13-17. - [Wilmington, Del.] : IARIA, ISBN 978-1-61208-066-6, (2016), S. 33-38

Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim; Sauter, Anton; Will, Christoph
Pre-curved beams as technical tactile sensors for object shape recognition. - In: InfoWare 2016 / InfoWare ; 11 (Barcelona) : 2016.11.13-17. - [Wilmington, Del.] : IARIA, ISBN 978-1-61208-066-6, (2016), S. 7-12

Recent research topics in bionics focus on the analysis and synthesis of animal spatial perception of their environment by means of their tactile sensory organs: vibrissae and their follicles. Using the vibrissae, these mammals (e.g., rats) are able to determine an obstacle shape using only a few contacts of the vibrissa with the object. The investigations lead to the task of creating models and a stringent exploitation of these models in form of analytical and numerical calculations to achieve a better understanding of this sense. The sensing lever element vibrissa for the stimulus transmission is frequently modeled as an EulerBernoulli bending rod. We assume that the rod is one-sided clamped and interacts with a rigid obstacle in the plane. But, most of the literature is limited to the research on cylindrical and straight, or tapered and straight rods. The (natural) combination of a cylindrical and pre-curved shape is rarely analyzed. The aim is to determine the obstacles contour by one quasi-static sweep along the obstacle and to figure out the dependence on the precurvature of the rod. To do this, we proceed in several steps: At first, we have to determine the support reactions during a sweep. These support reactions are equate with the observables an animal solely relies on and have to be measured by a technical device. Then, the object shape has to be reconstructed in using only these generated observables. The consideration of the precurvature makes the analytical treatment a bit harder and results in numerical solutions of the process. But, the analysis of the problem results in an extension of a former decision criterion for the reconstruction by the radius of pre-curvature. Is is possible to determine a formula for the contact point of the rod with the profile, which is new in literature in context of pre-curvature.


Kräml, Jonas ; Behn, Carsten
Gait transition in artificial locomotion systems using adaptive control. - In: ICINCO 2016 / International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics ; 13 (Lisbon) : 2016.07.29-31. : . - [Setúbal, Portugal] : SCITEPRESS - Science and Technology Publications, Lda., (2016), S. 119-129
Naletova, Vera A. ; Pelevina, Daria A.; Merkulov, Dmitri I.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Bi-stability of the deformation of a body with a magnetizable elastomer in a magnetic field. - In: Magnetohydrodynamics : . - Salaspils : Inst. of Physics, Univ. of Latvia, ISSN 0024998x, Bd. 52 (2016), 3, S. 357-368
Sinn, Gregor
Entwurf und Aufbau eines Differentialantriebsmoduls. - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Differentialantriebsmoduls für einen kleinen mobilen Roboter. Das Modul soll über einen Motor verfügen der zwei Räder antreibt und drehbar in ein Roboterchassis integrierbar sein. Zur Ausrichtung des Moduls soll eine variable Drehzahldifferenz zwischen den Rädern hergestellt werden. Dazu werden drei mögliche Antriebsprinzipe in Form von technischen Prinzipen entworfen und vorgestellt. Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Prinzip ausgewählt und zu einem konkretisierten Entwurf weiterentwickelt. Auf Basis dieses Entwurfs wird ein Mehrkörpersimulationsmodell entwickelt. Anschließend werden Fahrversuche mit dem einzelnen Modul und abschließen mit drei drehbar in einem Chassis gelagerten Modulen unternommen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/874941415sinn.txt
Klaus, Vanessa
Untersuchung der Wirkung von Metallkissen zur Schwingungsbeeinflussung in senkrecht stehenden elastisch gelagerten Rotorsystemen. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Wirkverhaltens von Ganzmetallkissen (GMK), die zur Optimierung des Schwingungsverhaltens in senkrecht stehenden, elastisch gelagerten Rotorsystemen verwendet werden. Die GMK werden durch ein Umformverfahren aus einem Chrom-Nickel-Stahldraht hergestellt. Für die Analyse des Schwingungsverhaltens der GMK werden zunächst die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeits- und Dämpfungscharakteristik untersucht. Hierfür werden statische und dynamische Messungen mittels ausgewählter Prüfvorrichtungen durchgeführt und diskutiert. Danach wird ein Mehrkörper-Modell der GMK erstellt und deren dynamisches Verhalten simuliert. Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und Schlussfolgerungen für den Einsatz der GMK in Rotorsystemen abgeleitet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/873954092klaus.txt
Mahler, Konstantin
Erweiterung eines nichtlinearen FE-Berechnungsalgorithmus zur Formfindung von Tensegrity-Strukturen. - 180 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Formfindung von Tensegrity-Strukturen unter Nutzung der Finiten-Elemente-Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie. Es werden die theoretischen Grundlagen für die Anwendung von massebehafteten Stab- und Balkenelementen, sowie von Mischstrukturen dieser Elementtypen dargestellt. Anschließend erfolgt die Implementierung der Finiten Elemente zur Verifizierung der zuvor getroffenen Erkenntnisse. Zuletzt wird ein bestehender Algorithmus zur Formfindung von Tensegrity-Strukturen um die betrachteten Elementtypen und -eigenschaften erweitert und anhand verschiedener praktischer Beispiele untersucht. Die Implementierungen erfolgen in MATLAB, zur Verifizierung der Ergebnisgrößen wird die kommerzielle Software Mechanical APDL von ANSYS genutzt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/872825337mahle.txt
Rudersdorf, Stefan
Analyse und Optimierung eines Schwingungsprüfstandsaufbau für bewegliche Heckspoiler. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse und Optimierung eines Schwingungsprüfstands für bewegliche Heckspoilermodule. Der Prüfstand dient zur Absicherung der Betriebsfestigkeit und soll besonders in frühen Entwicklungsphasen die Erprobung der Komponente im Gesamtfahrzeug substituieren. In einer früheren Arbeit wurden die Schädigungen am Montageträger des Moduls auf dem Prüfstand und im Fahrversuch verglichen. Der Vergleich zeigte, dass die Schädigungshöhen und -verteilungen nicht übereinstimmen. Zur Identifizierung der Ursache werden in dieser Arbeit mögliche Optimierungspotentiale hinsichtlich des Versuchsaufbaus am Prüfstand, des dynamischen Verhaltens der Komponente und der Anregungsmethodik untersucht. Dies geschieht durch die modale Analyse des Prüfgestells und des Heckspoilers, die Spektrographie des Fahrsignals und die bandpassgefilterte Rainflow-Zählung der Dehnungen im Fahrversuch. Mithilfe der hieraus gewonnen Erkenntnisse werden Maßnahmen zur Optimierung abgeleitet und erprobt. Eine bessere Überdeckung des Schadensbildes am Montageträger wird durch die Erstellung eines neuen Anregungssignals und die Erweiterung des Prüfumfangs realisiert. Die hierbei erwartete Prüfdauer ist kürzer als die bisher vorgesehene Zeit. Eine abschließende Validierung der Ergebnisse muss über eine vollständige Betriebsfestigkeitsprüfung erfolgen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/872453855ruder.txt
Heckert, Tommy
Untersuchung eines Lokomotionssystems mit rollender Fortbewegung auf Basis einer nachgiebigen Tensegrity-Struktur. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die derzeit bekannten Fortbewegungssysteme weisen Defizite hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit und Effektivität auf. Neuartige Mobilitätssysteme eröffnen die Möglichkeit, effizienter Energie zu nutzen und zusätzliche Funktionen bereit zu stellen. Hierfür werden aktuell Systeme entwickelt, bei denen nachgiebige Tensegrity-Strukturen verwendet werden. Die Realisierung von Systemen mit rollender Fortbewegung auf Basis dieser Strukturen ist ein neues Forschungsfeld. Ein solches im Entwicklungsprozess stehendes Lokomotionssystem soll genauer untersucht werden. Das reale Systemverhalten dieses mobilen Roboters steht dabei im Zentrum der Betrachtungen. Dazu werden zunächst Steuerungsparameter für verschiedene Bewegungsarten implementiert, um die Fortbewegung anschließend mit einem Motion Capturing Verfahren aufzunehmen. Die so erhaltenen Bewegungsdaten von Punkten des Lokomotionssystems werden danach in Matlab® importiert und weiterverarbeitet. Das erstellte Matlab®-Programm rekonstruiert die Fortbewegung des Roboters und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung des digitalisierten komplexen Systemverhaltens auch von verschiedenen Bewegungsarten. Die Erkenntnisse aus diesen Analysen ermöglichen eine gezielte Weiterentwicklung des Roboters.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/871736381hecke.txt
Böhm, Valter ; Kaufhold, Tobias; Schale, Florian; Zimmermann, Klaus
Spherical mobile robot based on a tensegrity structure with curved compressed members. - In: 2016 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) : 12-15 July 2016. - [Piscataway, NJ] : IEEE / IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (Banff) : 2016.07.12-15., ISBN 978-1-5090-2065-2, (2016), S. 1509-1514

The use of mechanically compliant tensegrity structures in mobile robots is an attractive research topic. This paper describes a new concept for rolling locomotion of mobile robots based on tensegrity structures. In particular, an untethered locomotion system based on a simple tensegrity structure, consisting of two rigid disconnected compressed curved members connected to a continuous net of twelve prestressed tensioned members with pronounced elasticity, is considered. The locomotion is induced by the movement of two internal masses. The working principle of the system is discussed with the help of kinematic considerations and verified with experimental tests.


http://dx.doi.org/10.1109/AIM.2016.7576984
Kirst, Thomas
Ein Beitrag zur Optimierung von Versuchs- und Simulationsparametern bei Karosseriedichtungen. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die vorliegende Abschlussarbeit befasst sich mit der Optimierung der Zielgenauigkeit von Messwerten aus Komponentenprüfungen im Vergleich zu Simulationsergebnissen. Diese wird am Beispiel eines Türdichtungssystems am Kraftfahrzeug durchgeführt. Der Abgleich zeigt sowohl bei den Prüfanforderungen und den Prüfmitteln im Versuchslabor sowie bei den Materialparametern und den Randbedingungen der Simulation Optimierungspotentiale. Diese spiegeln sich in Abweichungen der quantitativen Ergebnisse und der qualitativen Verformungsbilder wider. Unter Beachtung der Gegebenheiten am Fahrzeug wird durch eine gezielte Optimierung der vorgegebenen Prüfanforderungen und der eingesetzten Prüfmitteln eine Reproduzierbarkeit der Komponentenprüfungen unter fahrzeugnahen Prüfbedingungen geschaffen. Die aufgenommenen Prüfergebnisse dienen anschließend als Basis für eine Untersuchung der Simulationseingangsgrößen und deren Sensitivitäten. Diese zeigt Einflüsse durch die Skalierung der Materialsteifigkeit und durch die Variation der Reibungskoeffizienten auf. Mit den gewonnenen Erkenntnissen der Einflussidentifikation an den Komponentenprüfungen und in der Simulation wird eine Empfehlung ausgesprochen, um zukünftig die Zielgenauigkeit von Versuch und Simulation projektbegleitend zu verbessern. Mit diesem Empfehlungskatalog kann in der frühen Entwicklungsphase ein höherer Reifegrad des Produkts erzielt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/871621290kirst.txt
Seith, Rebecca
Ein Beitrag zur Anwendung mehrkörperdynamischer Modelle und Methoden bei der Ganganalyse des Menschen. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Untersuchung menschlicher Bewegungen mit Hilfe von mechanischen Modellen und Methoden wird als Biomechanik bezeichnet. Bedeutende biomechanische Modelle wurden von HANAVAN und ZATSIORSKY entwickelt und bilden die Grundlage für digitalisierte Menschmodelle zur computergestützten Bewegungsanalyse. Diese Mehrkörpersystemmodelle ermöglichen die Berücksichtigung individueller Körperproportionen und sind daher ein wichtiger Bestandteil der instrumentellen 3D-Ganganalyse. Weitere Bestandteile sind simultan verwendete kinematische und kinetische Messmethoden sowie die dynamische Elektromyographie. In dieser Arbeit werden unter Verwendung des Simulationswerkzeugs ALASKA/DYNAMICUS® Bewegungsanalysen auf Grundlage kinematischer und kinetischer Daten durchgeführt. Hierzu werden zunächst die Grundlagen beschrieben und ein umfassender Einblick in die Biomechanik des menschlichen Ganges gegeben. In einem Bewegungsanalyselabor werden die kinematischen und kinetischen Daten eines Probanden beim Gehen und Aufstehen aus dem Sitzen messtechnisch erfasst. Die Eignung des verwendeten MKS-Simulationstools zur Analyse menschlicher Bewegungsmuster wird bewertet. Eine Aussage über die dynamische Stabilität wird durch die Berechnung des sogenannten "Zero Moment Points" sowie der temporären Fußunterstützungsfläche mittels DYNAMICUS® getroffen. Ausgehend von den gemessenen Bodenreaktionskräften und berechneten Körperschwerpunktverläufen werden für die photometrische Bewegungserfassung Markerreduktionen vorgenommen. Dabei kann gezeigt werden, dass DYNAMICUS® die Möglichkeit bietet, aufgrund qualitativer und quantitativer Bewertungsgrundlagen, einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Bewegungsrekonstruktion sowie -berechnung und dem Messaufwand, z.B. in Form von Markeranzahl, zu finden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/871619369seith.txt
Straub, Lisa
Beiträge zur Approximation von Eigenkreisfrequenzen biegeschwingender kontinuierlicher Strukturen. - 149 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Kenntnisse über das Schwingungsverhalten von Systemen sind in der Technik von großer Bedeutung. Denn nur so wird es möglich die Systeme zu beeinflussen, sodass Resonanzerscheinungen vorgebeugt oder Schwingungen effizient genutzt werden können. Dazu müssen die Eigenschwingen eines Systems betrachtet und dessen Eigenkreisfrequenzen berechnet werden. Da die exakte Berechnung mit zunehmender Komplexität der Systeme hinsichtlich Arbeits- und Rechenzeitaufwand nicht praktikabel ist, werden Approximationsmethoden verwendet. Deshalb behandelt diese Arbeit verschiedene Methoden zur Berechnung der Eigenkreisfrequenzen. Dabei werden freie, ungedämpfte Schwingungen von biegeschwingenden, kontinuierlichen Strukturen in konservativen Systemen betrachtet. Zu Beginn wird zunächst auf die Theorie der Biegeschwingungen eingegangen und die exakte Berechnung der Eigenkreisfrequenzen aufgezeigt. Es folgt eine Darstellung verschiedener Approximationsmethoden: der Rayleigh-Quotient, das Rayleigh-Ritz-Verfahren, die Finite-Elemente-Methode, die Formeln von Southwell und Dunkerley und die Approximation durch ein Mehrkörpersystem. Anschließend werden die Methoden mittels einleitender Beispiele betrachtet, wobei eine Fokussierung auf den Rayleigh-Quotienten und das Rayleigh-Ritz-Verfahren erfolgt. Da die Genauigkeit der Näherungen dieser Methoden stark von der Wahl der Ansatzfunktionen abhängen, werden in den folgenden Ausführungen neue Möglichkeiten untersucht, die die Ansatzvarianten der beiden Verfahren erweitern. Dazu werden die Hyperbelfunktionen, die statischen Biegelinien und eine abschnittsweise Behandlung komplexerer Systeme in Betracht gezogen. Diese Ansatzmöglichkeiten werden zunächst am Rayleigh-Quotienten untersucht. Erweisen sich die Methoden dort als geeignet, folgt eine Ausweitung auf das Rayleigh-Ritz-Verfahren. Abschließend werden zwei komplexe Beispiele betrachtet, bei denen die Erkenntnisse aus den Betrachtungen der Arbeit Anwendung finden sollen und ihre Praxistauglichkeit geprüft wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/870647156strau.txt
Faller, Joachim
Validierung der Geräuschberechnung von Lagern. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Validierung der Geräuschberechnung von Lagern. Im Vordergrund steht die Untersuchung der durch Anschliffe auf Wälzkörpern angeregten Starrkörperschwingungen. Diese werden durch ein kontaktbasiertes Mehrkörpersimulationsmodell beschrieben. Die Zielgrößen der Simulation werden mit Methoden der Signalanalyse ausgewertet. Die Güte der Modellierung wird anhand der kinematischen Beziehungen und Modellen niedrigerer Ordnung überprüft. Anschließend erfolgt die Validierung der Modelle durch den Abgleich mit Versuchen auf einem Geräuschprüfstand.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/870646656falle.txt
Schorr, Philipp
Mechanische Grundlagen der Fortbewegung als Basis für den Entwurf mobiler Systeme in widerstandserzeugenden Medien. - 118 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Anwendungsgebiete herkömmlicher Bewegungssysteme auf Basis von Vortriebselementen wie Rädern, Flossen, Beine, etc. sind aufgrund deren Miniaturisierungsmöglichkeiten begrenzt. Vor allem in Bereichen der Medizintechnik, wie z.B. die minimalinvasive Chirurgie, ist ein Einsatz dieser Bewegungskonzepte oftmals nicht möglich. Dementsprechend ist die Erforschung von innovativen, nichtklassischen Lokomotionsprinzipien notwendig. Hierbei haben sich auf dem Gebiet der mobilen Robotik vibrationsbasierte Bewegungssysteme durchgesetzt. Diese Systeme ermöglichen eine gerichtete Bewegung durch eine periodische Anregung in Form von bewegten Massen und benötigen keine weiteren Vortriebselemente. Innerhalb dieser Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung einer nichtklassischen vibrationsbasierten Fortbewegung untersucht. Die unterschiedlichen Lokomotionsprinzipe werden bezüglich deren Bewegungscharakteristik untersucht. Ebenso wird der Wirkungsgrad sowie Optimierungsmöglichkeiten derartiger Systeme analysiert. Zur experimentellen Untersuchung der theoretischen Erkenntnisse wird auf Basis eines ausgewählten Lokomotionsprinzips ein Prototyp entwickelt und gefertigt. Die mit dem Prototyp durchgeführten Versuche werden ausgewertet und den theoretischen Daten gegenübergestellt. Anhand dieses Vergleiches können die theoretischen Erkenntnisse gegebenenfalls validiert werden. Abschließend wird eine Zusammenfassung und ein Ausblick über weiteres Untersuchungs- und Forschungspotential gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/870113771schor.txt
Hermann, Svenja
Entwurf und Steuerung von Formschluss- und Kraftschlussgreifern. - 139 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Das Greifen von fragilen Gegenständen und Objekten mit großem Aspektverhältnis stellt eine Herausforderung in der Greifertechnik dar. Um die Beschädigung des Objektes zu vermeiden, ist hier der Einsatz von Formschlusseffektoren vorteilhaft. Diese zeichnen sich häufig durch ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit aus, aufgrund derer sie sich an Greifobjekte anpassen können. Da magnetosensitive Elastomere (MSE) ihre Nachgiebigkeit durch Magnetfelder reversibel steuern lassen, eignen sie sich als Konstruktionswerkstoff für den Entwurf eines Endeffektors. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prototyp eines adaptiven Effektors auf Basis magnetosensitiver Elastomere entwickelt. Es werden Materialstudien an MSE durchgeführt, auf deren Basis die Werkstoffauswahl erfolgt. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wird das plastische Verhalten des magnetosensitiven Elastomers im Magnetfeld nachgebildet. Anhand von Untersuchungen verschiedener Effektorgeometrien erfolgt die Form- und Prinzipfindung für das Greiferelement. Es wird ein Prototyp angefertigt, der sich an verschiedene Formen und Oberflächenbeschaffenheiten von Greifobjekten anpassen und diese in einer Kombination aus Form- und Kraftschluss halten kann.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/870046187herma.txt
Kautzmann, Loic
Bewegung mechanischer Systeme in der Umgebung der Resonanz. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

In dieser Masterarbeit wird ein Lokomotion System entwickelt, welches auf eine Steuerung von internen Massen basiert. Unwuchtmassen werden von Motoren in Bewegung gesetzt und führen so zu einer Bewegung des Gesamtsystems. Die Erstellung eines mathematischen Modells soll zum einen das dynamische Verhalten des Systems beschreiben und zum anderen bei der Dimensionierung des Systems helfen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen zu einer konstruktiven Entwicklung führen, die als Basis für den Aufbau des Prototyps dienen sollen. Darüber hinaus wird eine Position- und Geschwindigkeitsregelung entworfen, die auf einem Mikrocontroller implementiert werden soll. Diese regelt den Phasenversatz und die Winkelgeschwindigkeit der Unwuchtmassen. Die Dynamik des Prototyps wird aufgenommen, ausgewertet und mit dem mathematischen Modell verglichen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/869240161kautz.txt
Mixanek, Florian
Untersuchungen zum Einsatz von magneto-sensitiven Elastomeren in sensorischen Anwendungen. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Kompositwerkstoffe aus einer Elastomermatrix, in deren Materialstruktur hart- oder weichmagnetische Partikel eingeschlossen sind. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern kann eine Änderung des Materialverhaltens beobachtet werden. Diese besondere Eigenschaft bietet Potential für die Entwicklung adaptiver sensorischer und aktorischer Konzepte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte eines äußeren Magnetfeldes sowie der Volumenkonzentration der verwendeten Carbonyl-Eisen-Partikel (CIP). Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung des Steifigkeits- und Dämpfungsverhaltens der Probenkörper. Für die Untersuchungen wird ein Konzept für einen experimentellen Aufbau ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Es werden Probenkörper gestaltet und mit verschiedenen Partikelkonzentrationen hergestellt. Die Materialeigenschaften der Proben werden in Ausschwingversuchen, unter Einfluss eines magnetischen Gleichfeldes variabler Stärke untersucht. Die gesammelten Messdaten werden unter Verwendung eines mechanischen Modells für Biegeschwingungen von Balken mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/867161914mixan.txt
Fuchsberger, Sven
Entwurf und numerische Analyse von diversen Regelungskonzepten für mechanische Bewegungssysteme. - 227 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Um ihre Umgebung wahrzunehmen, besitzen Arachniden mehrere Sinnesorgane, z.b. Spaltsensillen oder Trichobothrien. Damit können sie u.a. Objekte detektieren und äußere Umwelteinflüsse registrieren. Mit Hilfe dieser Sinnesorgane werden die externen Reize über ein Reizweiterleitungssystem zur Informationsauswertung an das Nervensystem weitergeleitet. Die auftretenden äußeren Reize erfordern allerdings ein unterschiedliches Maß an Reaktion. Da die externen Reize ununterbrochen auftreten (Wind, Regen), erfolgt die Reaktion adaptiv, d.h. sie passt sich ständig den Umgebungsbedingungen an. Die vorliegende Masterarbeit untersucht verschiedene adaptive Regelungsstrategien, welche an einem biologisch inspirierten Sensorsystem vorgestellt werden. Das Ziel ist, einen quantitativen Vergleich der adaptiven Regelungsstrategien mit Hilfe einer in dieser Arbeit entwickelten Bewertungsfunktion zu ermöglichen. Dazu werden unterschiedliche Regelungsvarianten aus vorangegangenen Arbeiten am Fachgebiet Technische Mechanik zusammengetragen und erläutert. Als technisches Modell dient ein Feder-Masse-Dämpfer-Schwinger mit indirekter Erregung über das Gehäuse und direkter Steuerkrafteinprägung an der Masse. Alle numerischen Simulationen werden mit der Software MATLAB durchgeführt. Um einen quantitativen Vergleich der Regelungsstrategien zu ermöglichen, werden in Abhängigkeit von der äußeren Erregung zwei Bewertungsfunktionen erarbeitet. Unter Anwendung dieser Bewertungsfunktionen werden die Regelungsstrategien unter dem Einfluss von insgesamt vier unterschiedlichen Erregungen numerisch ausgewertet. Hinzu kommen drei neue Regelungsansätze: ein Adaptionsgesetz mit Steuerkraft $u(t)$, eine modifizierte Offset-Regelung, sowie eine Rückführungsstruktur mit zuschaltendem Integral-Glied. Zwei dieser drei Varianten werden ebenfalls mit den Bewertungsfunktionen ausgewertet und die Ergebnisse mit den bisherigen Strategien verglichen. Es werden drei weitere Regelungsvarianten untersucht, die auf eine Ableitung des Systemausgangs verzichten: P-Rückführung, Regler der Ordnung 2 und Regelung mittels Differenzenquotienten. Die insgesamt "besten" Adaptionsgesetze und Rückführungen nach den Bewertungsfunktionen werden auf ein Modell eines Spurhalteassistenten angewandt und ein weiteres Mal ausgewertet. Die Simulationen zeigen, wie erfolgreich und effektiv die vorgestellten Regler die Systeme beherrschen und regeln. Die Auswahl dieser Reglerstrategien mit der Bewertungsfunktion führt zu einem sehr guten Ergebnis.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/867030062fuchs.txt
Sieme, Sebastian
Anwendung und Austestung der dehnungsbasierten Lebensdauertools nCode und Fe-Safe auf die Lebensdauerberechnung von Nutzfahrzeugbremsträgern. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Gegenstand dieser Abschlussarbeit ist die Berechnung des Versagenszeitpunkts von gusseisernen LKW Scheibenbremsenbauteilen im Bereich der Zeitfestigkeit. Die verwendete Methode basiert auf einer FEM-Berechnung, welche entweder linear elastisches oder elastisch-plastisches Werkstoffverhalten verwendet. Die Zielgröße für alle Berechnungen sind Daten von Prüfstandsversuchen. Analytische Grundlagen werden erklärt und eine neue Berechnungsrichtlinie erstellt. Die Programme nCode und Fe-Safe werden herangezogen und gegen den aktuellen, firmeninternen Standard SWL99 getestet. Unterschiede zwischen den Prüfstandsergebnissen und errechneten Lebensdauern werden analysiert. Als Bewertungsmaßstab gilt die Treffsicherheit auf die Prüfstandsdaten. Am Ende der Arbeit wird eine Empfehlung für ein Berechnungsverfahren ausgesprochen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/866983694sieme.txt
James, Emmanuel
Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Messung von Vorschub-Drehmoment-Charakteristiken bei Einschraubvorgängen. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Versuchsaufbaus zur Messung von Vorschub-Drehmoment-Charakteristiken bei Einschraubvorgängen in sandige Böden. Dieser muss ein vertikales Eingraben einer schraubenförmigen Geometrie erlauben. Methodisch orientiert sich der konstruktive Entwicklungsprozess an den VDI-Richtlinien 2221 und 2222. Zu Beginn werden, neben dem Stand der Technik, kurz ein Prototyp der TU Ilmenau und verschiedene Roboter, die sich in Böden hinein bewegen können, diskutiert. Für die prinzipielle Lösung der Problemstellung werden zwei Varianten erarbeitet und bewertet. Das gewählte Prinzip nutzt eine statische Struktur mit Sensoren und Antrieb außerhalb der Vortriebseinheit. Die Eignung dieses Prinzips wird experimentell bestätigt. Für die technische Realisierung werden erneut mehrere Varianten präsentiert, von denen eine anhand von festgelegten Bewertungskriterien ausgewählt wird. Der so entworfene Prüfstand wird aufgebaut und Messungen durchgeführt. Verschiedene Probeschrauben werden mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt und der Zusammenhang zwischen Eindringtiefe und Drehmoment für verschiedene gewählte Parameter der Schrauben ermittelt. Eine rechnerische Fehlerbetrachtung wird durchgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/866200150james.txt
Gilsdorf, Jonas
Entwicklung von Lokomotionssystemen mit peristaltischem Fortbewegungsprinzip auf Basis von Tensegrity-Strukturen. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

In dieser Arbeit werden Tensegrity-Strukturen mit wurmartiger Lokomotionsform zur Anwendung in der mobilen Robotik untersucht. Betrachtet werden dazu TensegrityStrukturen mit einem kaskadiertem Aufbau, bestehend aus mehreren Einzelstrukturen mit identischer Topologie. Auf Basis eines vorhandenen Konzeptes für eine TensegrityStruktur werden zunächst verschiedene Topologien für die Einzelstrukturen durch Anwendung eines statischen Formfindungsalgorithmus ermittelt. Anschließend erfolgt die theoretische Untersuchung der Formänderung der Einzelstrukturen während ihrer Aktuierung. Mehrere Prototypen werden konstruiert, aufgebaut und experimentell erprobt. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet im Anschluss die Entwicklung der wurmartigen Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen und Prototypen. Im abschließenden Teil der Arbeit werden die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick über mögliche künftige Entwicklungsrichtungen gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/866085653gilsd.txt
Becker, Richard
Skalierbarer Entwurf von biologisch inspirierten taktilen Sensorstrukturen - Modellbildung, Simulation und Design von Prototypen. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Mit der wachsenden Komplexität der Aufgaben für die Robotik steigt auch deren Bedarf an Sensorik zur Orientierung und Interaktion mit der Umwelt. Als Inspirationsquelle für die Entwicklung neuartiger Sensorik kann z.B. die Natur dienen. Über Millionen von Jahre entwickelten Lebewesen bereits sehr spezifische Sinnessysteme zur Untersuchung von Objekten und Vermeidung von Kollisionen mit diesen. Als biologisches Vorbild eines taktilen Sensors zur nicht-visuellen Charakterisierung von Substratkontakten dient für diese Arbeit das Tasthaar-Sinnessystem von Säugetieren - den so genannten Vibrissen. Eine Besonderheit der Vibrissen ist die Fassung des Vibrissenhaares im Follikel-Sinus-Komplex. Durch diesen Follikel kann das Tier zum Einen Auslenkungen des Tasthaares detektieren und zum Anderen Eigenschaften der Vibrisse an die Umgebung anpassen. In dieser Arbeit werden mathematisch-mechanische Modelle nach dem Vorbild der Vibrisse entwickelt und deren Systemverhalten simuliert. Bei dem Modell, mit einem in Ferrofluid eingetauchten Körper am unteren Ende eines drehbar gelagerten Tastelementes, wird zusätzlich die Skalierbarkeit untersucht. Aufbauend auf den Simulationsergebnissen erfolgen experimentelle Untersuchungen mit Prototypen in zwei Skalierungsgrößen. Zum Einen kann ein neues Sensorkonzept experimentell bestätigt werden, bei dem durch die Auslenkung eines Tastelementes, die Änderung eines äußeren, angelegten Magnetfeldes detektiert wird. Die Skalierung des Systems zeigt einen direkten Einfluss auf die Messempfindlichkeit des Sensorkonzeptes. Zum Anderen wird eine dem "Whisking" von Tieren nachempfundene, aktive Bewegung des Tastelementes erzeugt. Der Zusammenhang zwischen Amplitude und Whisking-Frequenz konnte experimentell ermittelt werden. Die Untersuchungen zeigen, dass für taktile Sensorsysteme nach dem bestehenden Modell im Miniatur- bis Mikrobereich ein alternatives Sensorkonzept sowie eine alternative Lagerung von Tastelementen zu entwickeln ist. Als Grundlage für die weiteren Entwicklungen dient ein Versuchsmuster mit einem Sensorfeld aus neun Tastelementen. Durch Abtastung und Rekonstruktion einer Oberfläche mit dem Versuchsmuster kann dessen Funktionalität gezeigt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/865913234becke.txt
Becker, Felix ; Faenger, Bernd; Mixanek, Florian; Wik, Alexander; Brandl, Michael; Köhring, Sebastian; Lutherdt, Stefan; Scholle, Hans-Christoph; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus
Messung und Beurteilung der Schwingungsbelastung durch Ganz-Körper-Schwingungen - eine Anleitung zur Nutzung von VDI 2057-1 und ISO 2631-5 mit Gegenüberstellung der Ergebnisse am Beispiel. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen / Erfurter Tage ; 22 (Erfurt) : 2015.12.03-05. - [Quedlinburg] : Verlag Bussert & Stadeler$h2016, ISBN 978-3-942115-39-1, (2016), S. 345-352

Täglich ist der Mensch Schwingungen ausgesetzt. Die Normen ISO 2631-5 und VDI 2057-1 haben den Anspruch, standardisierte Mess- und Auswertungsmethoden bereitzustellen, um das Gefährdungspotential solcher mechanischen Einwirkungen einschätzen zu können. Jedoch ist ihre Anwendung nicht trivial. Besonders die Signalaufnahme, -umrechnung und -auswertung erfordern Expertenwissen. In diesem Artikel werden, die in den Normen beschriebenen Vorgehensweisen zur Gefährdungseinschätzung von Ganz-Körper-Schwingungen erläutert, exemplarisch durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Als Beispiel dient ein Proband in einem elektrischen Rollstuhl. Messaufbau, Umrechnungen des Messsignals und die Bewertung der Gefährdung werden dargestellt. Es wird gezeigt, welche Einflüsse die verschiedenen zeitlichen Einwirkungsparameter auf die Berechnungsergebnisse haben. Es kann zusammengefasst werden, dass durch Anwendung der Normen nur unzureichende Prognosen für die Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren getroffen werden können, da die individuellen Eigenschaften der Probanden nicht berücksichtigt werden. Die Normen haben unterschiedliche Anwendungsbereiche und führen zu verschiedenen Gefährdungsbeurteilungen für ein und dieselbe Schwingungsbelastung.


Volkova, Tatiana ; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Zimmermann, Klaus
The dynamical behavior of a spherical pendulum in a ferrofluid volume influenced by a magnetic force. - In: Archive of applied mechanics : (Ingenieur-Archiv). - Berlin : Springer, ISSN 14320681, Bd. 86 (2016), 9, S. 1591-1603

The paper deals with a spherical pendulum inside a spherical ferrofluid volume in the presence of an uniform magnetic field. The problem is motivated by biological tactile sensors of mammals. These thin long hairs, called vibrissae, grow from a special follicle incorporating a capsule of blood and are used by mammals for exploration of the surrounding area. We propose a continuum model of the viscoelastic support of a vibrissa inside the follicle as a spherical volume filled with ferrofluid. It is a stable colloidal suspension of nanoscale ferromagnetic particles in a viscous carrier liquid. The tactile hair is modeled as a rigid rod with a spherical body at the end, which is submerged inside the ferrofluid. Using analytic expressions for the magnetic force acting on a paramagnetic body in the presence of an uniform magnetic field, Euler's equations of motion of the spherical pendulum are derived. The conditions for the maximum possible magnitude of the magnetic force acting on the body are analyzed. It is shown that the dynamical behavior of the pendulum may be controlled by means of an uniform applied magnetic field. The results are important for the development of artificial tactile sensors.


http://dx.doi.org/10.1007/s00419-016-1137-5
Becker, Felix ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Cuéllar, Francisco; Pozo Fortuni´c, Juan Edmundo; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir T.
Bristlebots in swarm robotics - new approaches in modeling and agent development. - In: Vibracionnye technologii, mechatronika i upravljaemye mašiny / Meždunarodnaja Naučno-Techničeskaja Konferencija Vibracija ; 12 (Kursk) : 2016.05.18-20. : sbornik naučnych statej : po materialam XII meždunarodnoj naučno-techničeskoj konferencii "Vibracija-2016". - Kursk, ISBN 978-5-7681-1116-8, (2016), S. 75-84

Bristlebots are vibration-driven mobile robots. They are characterized by small size, high speed, simple design and low costs of production and application, which are advantageous qualities for agents of swarm robotic systems. In this paper, new approaches in modeling and development of swarm agents are given. It is shown that a simple mass point model can be used to simulate the motion behavior of a bristlebot as complex as necessary for swarm studies. A robot prototype is presented, which has on-board everything needed as a robotic agent. The results of simulations and experiments are presented and compared.


Becker, Felix ; Börner, Simon; Lichtenheldt, Roy; Zimmermann, Klaus
Enabling autonomous locomotion into sand - a mobile and modular drilling robot. - In: Robotics in the era of digitalisation / International Symposium on Robotics ; 47 (München) : 2016.06.21-22. - Berlin ; Offenbach : VDE Verlag$h[2016], ISBN 978-3-8007-4231-8, (2016), S. 307-312

Established robots for locomotion into sandy soil are dominated by hammering systems. In this paper, we study an alternative design using a screw-driven mechanism. A testbed to find an efficient design is developed. Dependencies between velocity, drilling torque and depth are measured for different screw prototypes. The results show that the design of the screw is critical for the creation of fast and efficient mobile robots. Based on the experimental results, a prototype of an autonomous drilling robot is designed. With a torque of 0.66 Nm it is able to reach a depth of 20 cm within 2 min.


Wolfenstetter, Michael
Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein neuartiges haptisches Eingabegerät. - 86, 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die Bachelorarbeit beschreibt die Optimierung (Entwurf und Konstruktion) eines neuartigen haptischen Eingabegerätes zur mechanischen Bewegungserfassung der Hand und des Armes, für Aufgaben der teleassistierten Chirurgie. Grundlage bildet das Ergebnis der Master-Arbeit "Entwurf einer integrierten Orientierungseinheit eines haptischen Gerätes" von N. Ziegenspeck. Ausgehend von einer umfassenden Analyse des bestehenden Systems und einer eingehenden Literaturrecherche werden unterschiedliche Lösungskonzepte erarbeitet und anschließend bewertet. Die konstruktive Realisierung in einem CAD-Entwurf erfolgt für das, auf der Grundlage der Bewertung ausgewählte Konzept. Dabei beschränkt sich die Arbeit auf zwei der drei Drehachsen der Orientierungseinheit. Mit der dritten Achse befasst sich E. Meta in der Bachelorarbeit "Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein haptisches Eingabegerät". Ein kreisrunder Lagerflansch mit einer Hohlwelle repräsentiert die Schnittstelle zwischen beiden Arbeiten.


Fern, Florian
Analytische und numerische Untersuchungen zu Durchbiegungen und Schwingungen von 2d-Kontiuna. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der analytischen und numerischen Untersuchung von Plattenbauteilen. Zu Beginn wird eine Übersicht über die Anwendungsgebiete, sowie verschiedene Theorien im Bereich der Plattenstatik gegeben. Nachfolgend wird die Kirchhoff-Theorie für dünne Platten näher betrachtet. Nach einer Eingrenzung der Randbedingungen, unter denen die beschreibende partielle Differentialgleichung gelöst werden kann, wird in verschiedenen Beispielen eine analytische Lösung für die Durchbiegung berechnet. Bei den Berechnungen sind verschiedene Vereinfachungen möglich, deren Einfluss auf die Lösung diskutiert wird. Die Ergebnisse der Berechnungen werden zusätzlich mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode verifiziert. Weiterführend wird das Differentialgleichungssystem der Plattentheorie nach Mindlin und Reissner aufgestellt und am Beispiel der allseitig gelenkig gelagerten Platte mit der Kirchhoff-Theorie verglichen. Im zweiten Teil der Arbeit erfolgt eine Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Platten. Es wird die freie Schwingung von Rechteckplatten nach der Kirchhoff-Theorie, unter verschiedenen Randbedingungen, untersucht und mit den Ergebnissen einer FEM-Modalanalyse verglichen. Der letzte Abschnitt dieser Arbeit widmet sich dem Ritz-Verfahren für Kirchhoff-Platten. Nach der Herleitung für beliebig viele Ansatzfunktionen werden anhand einiger Beispiele aus Statik und Dynamik die Vorteile und Nachteile des Verfahrens aufgezeigt. Die Resultate der gesamten Arbeit werden im Hinblick auf den nötigen Rechenaufwand untereinander vergleichen. Den Abschluss bildet ein Ausblick auf die elastische Lagerung am Plattenrand und die Modellierung einer Platte mittels des Mehrkörpersystems.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/863535607fern.txt
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Schale, Florian; Flores-Alvarez, Pedro Alonso
Mechanics of mobile robots with mecanum wheels. - In: ROMANSY 21 - Robot design, dynamics and control / RoManSy ; 21 (Udine) : 2016.06.20-23. - [Cham] : Springer, ISBN 978-3-319-33713-5, (2016), S. 103-111

Cicconofri, Giancarlo ; Becker, Felix; Noselli, Giovanni; Desimone, Antonio; Zimmermann, Klaus
The inversion of motion of bristle bots: analytical and experimental analysis. - In: ROMANSY 21 - Robot design, dynamics and control / RoManSy ; 21 (Udine) : 2016.06.20-23. - [Cham] : Springer, ISBN 978-3-319-33713-5, (2016), S. 225-232

Bristle bots are vibration-driven robots actuated by the motion of an internal oscillating mass. Vibrations are translated into directed locomotion due to the alternating friction resistance between robots' bristles and the substrate during oscillations. Bristle bots are, in general, unidirectional locomotion systems. In this paper we demonstrate that motion direction of vertically vibrated bristle systems can be controlled by tuning the frequency of their oscillatory actuation. We report theoretical and experimental results obtained by studying an equivalent system, consisting of an inactive robot placed on a vertically vibrating substrate.


Behn, Carsten ; Heinz, Leo; Krüger, Martin
Kinematic and dynamic description of non-standard snake-like locomotion systems. - In: Mechatronics : the science of intelligent machines : an international journal. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, Bd. 37 (2016), S. 1-11
http://dx.doi.org/10.1016/j.mechatronics.2015.10.010
Bolotnik, Nikolay ; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
On the motion of lumped-mass and distributed-mass self-propelling systems in a linear resistive environment. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15214001, Bd. 96 (2016), 6, S. 747-757
http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201500091
Schardt, Philipp
Modellbildung, Schwingungsanalyse und Regelung eines biologisch-inspirierten, mechanischen Bewegungssystems mit einstellbarer Lagerviskoelastizität. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und anderen Säugetieren, um ihre Umgebung zu erkunden und bestimmte Objekte zu erkennen. Dabei erfolgt die Reizaufnahme nicht direkt über das leblose Tasthaar, sondern über die Mechanorezeptoren im Follikel-Sinus-Komplex, der einer visko-elastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten befinden sich die Vibrissen vor allem in der Schnauzenregion, welche durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. Es gibt schon einige biologischen Modelle zu einzelnen Vibrissen und dem kompletten Vibrissenfeld, welche aber alle sehr detailliert und daher für die Analyse und Untersuchungen mit Mitteln der Mechanik und Bionik ungeeignet sind. Während sich die bestehenden mechanisches Modelle auf die Beschreibung der Tasthaare und ihren Eigenschaften konzentrieren, liegt in dieser Arbeit der Fokus auf der Entwicklung von Modellen in unterschiedlichen Abstraktionsstufen, welche die Eigenschaften und die Funktionsweise des Follikel-Sinus-Komplexes beschreiben. Dafür wird eine passende Regelung gewählt und in das Modell implementiert. Diese Modelle werden dann mathematisch beschrieben und analysiert. Ein erstes Modell besteht aus einem zylindrischen Stab, der in einem Drehgelenk beweglich gelagert ist und über eine Feder mit einer vorgegebenen Schwingung erregt wird. Die erzeugten Bewegungen entsprechen den Schwingungen der Vibrisse, die bei Ratten durch die umliegende Muskulatur eingestellt wird. Diese Referenzbewegung wird für eine Regelung für ein Steuerdrehmoment verwendet, welches dann für verschiedene äußere Störeinflüsse auf das System analysiert wird. Ein weiteres Modell ist ein, über eine Feder indirekt erregtes, Loslager einer Vibrisse, welche drehbar gelagert ist. Ein letztes Modell besteht aus einer Vibrissendose, die ebenfalls drehbar auf einem Loslager gelagert ist und indirekt über eine Feder in Bewegung versetzt wird. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Verläufe der Steuerdrehmomente, bei unterschiedlichen angreifenden Störkräften. Dadurch kann festgestellt werden, dass die Momente direkt mit den Störeinflüssen zusammenhängen und es wird eine Idee entwickelt, wie unbekannte Störeinflüsse identifiziert werden können, wenn man die sonstigen Modellparameter kennt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/860172724schar.txt
Böhm, Valter
Mechanik von Tensegrity-Strukturen und ihre Anwendung in der mobilen Robotik. - Ilmenau. - xiv, 225 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift, 2016

Eine größere Effizienz mobiler Roboter wird zukünftig neue, nicht konventionelle Fortbewegungsprinzipien erfordern. Bei der Inspektion von komplexen, unstrukturierten Umgebungen ist der Einsatz von formvariablen Lokomotionssystemen mit ausgeprägter mechanischer Nachgiebigkeit vorteilhaft bzw. unbedingt erforderlich. Mechanisch vorgespannte nachgiebige Strukturen erlauben eine solche geforderte Formvariabilität mit nur wenigen Aktuatoren bei gleichzeitig einfachem Aufbau. Eine Klasse dieser Strukturen bilden nachgiebige Tensegrity-Strukturen. Das Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Anwendung von nachgiebigen Tensegrity-Strukturen in Lokomotionssystemen zu leisten. Im Vordergrund steht dabei der systematische, modellbasierte Entwurf von Systemen basierend auf nichtkonventionellen Strukturen, nichtklassischer Aktuierung und Fortbewegungsart. Nach einleitenden Betrachtungen zu Tensegrity-Strukturen, ihrer Anwendung in der mobilen Robotik werden zunächst bekannte Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen in der Arbeit klassifiziert. Anschließend erfolgen Betrachtungen zu den Besonderheiten eines Berechnungsverfahrens nach der statischen FE-Methode in Hinblick auf die Formfindung von nachgiebigen Tensegritätsstrukturen. Weiterhin werden Nachgiebigkeit und Formvariabilität charakterisierende Kenngrößen diskutiert. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden Untersuchungen zu drei Klassen von Lokomotionssystemen auf Basis der betrachteten Strukturen: Systeme mit rollender und vibrationsinduzierter Fortbewegung sowie Systeme mit Fortbewegung auf Basis von multistabilen Tensegrity Strukturen mit mehreren Gleichgewichtskonfigurationen. Abschließend werden eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeiten und ein Ausblick gegeben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/859799271boehm.txt
Pozo Fortuni´c, Juan Edmundo
Design and implementation of a bristle bot swarmsystem. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Schwarmrobotik ist ein Wissenschaftsgebiet, das sich auf die Untersuchung und Entwicklung von Robotersystemen fokussiert, die aus einer großen Menge von Einzelrobotern (Agenten) bestehen. Die Agenten interagieren dabei miteinander und erreichen so ein gemeinsames Verhalten. Das Ziel ist die kooperative Erfüllung von Aufgaben und die Überwindung von Hindernissen. Bristlebots sind vibrationsbasierte mobile Roboter. Sie sind durch eine geringe Größe, eine hohe Geschwindigkeit, einen einfachen Aufbau und geringe Kosten für Produktion und Betrieb gekennzeichnet, was vorteilhafte Eigenschaften für Agenten in einem Roboterschwarm darstellen. Die in der Literatur bisher vorgestellten Systeme besitzen keine Steuerung oder arbeiten mit zwei oder mehr Antrieben. An dieser Stelle setzt die vorliegende Masterarbeit an. Ziel ist die Entwicklung eines Bristlebot-basierten Agenten für einen miniaturisierten Roboterschwarm. Der Roboter soll ein Lokomotions-, Sensor-, Informationsverarbeitungs-, Kommunikations- und Energiespeicherungssystem besitzen. Neue Beiträge zu Modellierung und Entwicklung von Schwarmrobotern werden geleistet und ein neuartiger Prototyp wird vorgestellt. Der Prototyp wird von einem einzigen Gleichstrommotor angetrieben und benutzt ein Fortbewegungssystem auf Basis von Borsten. Der Systementwurf erfolgte unter den Kriterien einer möglichst geringen Masse, Größe und Komplexität. Mit dem entwickelten Prototyp wurden Experimente durchgeführt, um seine Bewegungsfähigkeiten zu analysieren. Das System bewegt sich auf leicht gekrümmten Trajektorien vorwärts. Die Richtung der Kurvenfahrt kann durch die Rotationsrichtung des Motors gesteuert werden. Eine Vergrößerung der Drehzahl führt zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Roboters. Übersteigt die Drehzahl einen kritischen Wert, invertiert sich das Kurvenverhalten und die translatorische Geschwindigkeit sinkt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/859496090pozo.txt
Preiß, Tobias
Anwendung nichtlinearer Biegetheorie auf elastische, konische, vorgekrümmte Balken zur Objektabtastung. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Eines der aktuellen Forschungsschwerpunkte der Bionik beschäftigt sich mit der Analyse und Synthese tierischer Umgebungserkennung anhand ihrer Tastsinnesorgane, besonders den Vibrissen. Zum Verständnis hierfür sind Modelle und ihre Berechnungen zielführend. Die meisten Literaturquellen beschränken sich dabei auf Untersuchungen von zylindrischen und nicht vorgekrümmten, von zylindrischen und vorgekrümmten, oder von konisch und nicht vorgekrümmten Vibrissen. An diesem Punkt setzt diese Bachelo-Arbeit an. Zunächst wird eine, für stark vorgekrümmte Biegebalken geltende, exakte Theorie hergeleitet. Dem folgt eine Reihenentwicklung dieser, welche beim ersten Glied abgebrochen wird und eine Grenzfall-Betrachtung für sehr kleine Vorkrümmungen, welche auf die Euler-Bernoulli-Biegetheorie für den leicht vorgekrümmten Balken führt. Für den Biegebalken mit rechteck- und kreisförmigen Querschnitt werden die sogenannten "geometrischen Steifigkeiten" berechnet. Nachfolgend werden Fehlerfunktionen bezüglich der exakten Theorie und ihrer Taylor-Entwicklung formuliert. Dem folgt die Anwendung der drei Theorien auf den einseitig eingespannten Biegebalken unter richtungstreuem Kraftangriff unter Variation der Systemparameter. Hierfür werden Grenzwerte zwischen den Theorien so bestimmt, dass ein definierter Fehler nicht überschritten wird. Dem folgt eine Auswertung der Fehlerfunktionen von der exakten Theorie bezüglich ihrer Taylor-Entwicklung und die Anwendung dieser Fehlerfunktionen zur Verschiebung der gefundenen Berechnungsgrenzen, durch die Erhöhung der Gliedzahlen von der Taylor-Reihe ohne Fehlererhöhung. Nach der Berechnung der zuvor definierten Fehler einiger Beispielvibrissen, wird das Abtastverhalten von konisch verlaufenden und vorgekrümmten Vibrissen untersucht. Dies soll mit besonderem Augenmerk auf die Möglichkeit eines spannungsfreien Ablösevorgangs und dem äquivalenten Verhalten der Vibrisse zu einer zylindrischen gleichen Volumens geschehen. Abschließend werden linear veränderliche Vorkrümmungen mit Integralmittelwerten von Null betrachtet und auf ihre Vorteile bezüglich ihres Abtastverhaltens überprüft.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/858953498preis.txt
Will, Christoph ; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Bio-inspired technical vibrissae for quasi-static profile scanning. - In: Informatics in control, automation and robotics / International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics ; 11 (Vienna) : 2014.09.02-04. : 11th International Conference, ICINCO 2014 Vienna, Austria, September 2-4, 2014 : revised selected papers. - Cham ; Heidelberg ; New York ; Dordrecht ; London : Springer, ISBN 978-3-319-26451-6, (2016), S. 277-295

A passive vibrissa (whisker) is modeled as an elastic bending rod that interacts with a rigid obstacle in the plane. Aim is to determine the obstacle's profile by one quasi-static sweep along the obstacle. To this end, the non-linear differential equations emerging from Bernoulli's rod theory are solved analytically followed by numerical evaluation. This generates in a first step the support reactions, which represent the only observables an animal solely relies on. In a second step, these observables (possibly made noisy) are used for a reconstruction algorithm in solving initial-value problems which yield a series of contact points (discrete profile contour).


Wozniakowski, Peter
Aufbau und Inbetriebnahme einer automatisierten Messeinrichtung für die Messung von Schallabstrahlungen an Maschinen. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Mit Einführung der Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung am 6. März 2007 in Deutschland sind die Hersteller von Arbeitsmaschinen verpflichtet worden, Angaben zur verursachten Geräuschemission ihrer Produkte bei üblichen Einsatzbedingungen zu machen. Lärmschwerhörigkeit gehört nach wie vor zu den führenden Berufskrankheiten in Deutschland, weshalb die Hersteller entsprechend Wert darauf legen, vorgeschriebene Geräuschemissionskennwerte ihrer Produkte einzuhalten. Dazu ist es notwendig, den emittierten Schall einer Maschine genau, reproduzierbar und möglichst effektiv zu bestimmen. In dieser Arbeit wird ein vorhandener Portalaufbau mit Handachsen erweitert und in Betrieb genommen, um später als Messroboter automatisiert Schallabstrahlungen an Maschinen messen zu können. Basierend auf der Modellierung der kinematischen Struktur wird es dem fünf-achsigen Roboter ermöglicht, beliebige Trajektorien im dreidimensionalen Raum mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen abzufahren. Dabei werden die Eigenschaften kubischer Splines genutzt, um aus dem vorgegebenen Positionierverlauf des Roboters umsetzbare Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile zu generieren. In zahlreichen praktischen Tests hat sich gezeigt, dass die Lageregelungen ihren Sollwert mit einem kleinen Schleppfehler gut folgen können, jedoch mit der verwendeten Software nicht in jedem Fall ein glatter Positionierverlauf umgesetzt werden kann. Ein Vorschlag zur Verbesserung des Positionierverhaltens wird aus dem Fazit heraus getroffen. Darüber hinaus finden alle im Arbeitsraum vorhandenen Hindernisse in der Programmierung Berücksichtigung, indem ausgehend von der Modellierung des Konfigurationsraumes das Potentialverfahren zur Kollisionsvermeidung angewandt wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857616919wozni.txt
Darnieder, Maximilian
Artificial tactile sensors for surface texture detection - finite element models and numerical treatment. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Das Vorbild für taktile Sensorkonzepte auf Basis von Balkenstrukturen sind die im Tierreich weit verbreiteten Tasthaare oder Vibrissen. Die nachgewiesene Leistungsfähigkeit des Sensorkonzeptes ist beeindruckend, jedoch lässt die bisherige technische Umsetzung auf Grund der Komplexität und des unvollkommenen Verständnisses noch viele Fragen offen. Dies gilt insbesondere für eine kürzlich entdeckte Funktionalität des Sensors, die sich auf die Unterscheidung verschiedener Oberflächen bezieht. Der Großteil der vorhandenen Veröffentlichungen basiert auf einer empirischen Vorgehensweise, bei der nichtlineare mechanische Aspekte und tribologische Gesichtspunkte oft nur unzureichend in Betracht gezogen werden. An dieser Stelle setzt die aktuelle Arbeit an, die auf einem nichtlinearen mechanischen Modell des Sensorsystems in Verbindung mit Coulomb'scher Reibung basiert. In drei Modellierungsstufen wird, beginnend mit einem punktuelle Kontakt, zunächst die Kontaktformulierung verfeinert und darauffolgend dynamische Effekte in die Berechnung einbezogen. Für die Berechnung wird auf die Finite-Elemente-Methode in ANSYS zurückgegriffen. Die Eigenschaften des biologischen Sensorsystems, wie elastische Lagerung, Konizität und Vorkrümmung, werden modelliert und deren Effekt mit der angestrebten Sensorfunktion in Beziehung gesetzt. Besondere Beachtung findet die Bestimmung der Grenzen des Arbeitsbereiches des Sensors, die auch in einem parallel durchgeführten Experiment beobachtet werden können. Das untersuchte komplexe statische Verhalten des Sensors wird durch eine erste, beispielhafte dynamische Berechnung des Sensors ergänzt, durch die, in Gegenüberstellung mit dem Experiment, eine konkrete Messstrategie für das Sensorkonzept erarbeitet wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857438239darni.txt
Scharff, Moritz
Artificial tactile sensors for surface texture detection - analytical and numerical investigations. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Natürliche Vibrissen, z.B. von Ratten und Mäusen, erfüllen eine Reihe von Funktionen. So kann neben dem Abstand zu einen fremden Objekt und dessen Kontur auch die Oberflächenbeschaffenheit untersucht werden. Ausgehend vom natürlichen Vorbild soll der Prozess Oberflächenuntersuchung für eine technische Anwendung adaptiert werden. Ein erster theoretischer Ansatz wurde von der Gruppe um Steigenberger und Behn formuliert. In diesem wird die Vibrisse durch einen Euler-Bernoulli-Balken und der Vibrissen-Oberflächenkontakt mittels des Coulomb'schen Reibgesetztes modelliert. Im Zuge des Kontaktes mit der Oberfläche wird die Vibrisse verformt. Beim Einleiten einer linearen Bewegung des Fußpunktes der Vibrisse, so dass die Vibrisenspitze geschoben wird, haftet selbige anfangs an der Oberfläche. Die Reibungskraft verhindert eine Bewegung der Vibrissenspitze bis der entsprechende statische Reibkoeffizient überschritten ist. Durch das Anhaften der Vibrissenspitze wird die Vibrisse verformt. Die Bewegung des Fußpunktes geht einher mit einer Änderung der wirkenden Kräfte und der Momente. Aus diesen Änderungen soll der vorhandene statische Reibkoeffizient bestimmt werden. Die Einflüsse einer elastischen Lagerung, eines konischen Balkens, eines vorgekrümmten Balkens und einer geneigten Kontaktebene auf die wirkenden Kräfte und das Moment werden anhand von Parameterstudien analysiert. Aus den Untersuchungen zur elastischen Lagerung, dem vorgekrümmten Balken und der geneigten Kontaktebene können Rückschlüsse auf die Effekte für einen realen taktilen Sensor gezogen werden. Die Ergebnisse für den konischen Balken sind nur von theoretischer Relevanz. In einem nächsten Schritt werden die Ergebnisse eines quasi-statischen Modells experimentell ermittelten Daten gegenübergestellt. Die lineare Bewegung wird durch das schrittweises Weitersetzen der Sensoraufnahme realisiert. Mittels Bildverarbeitung werden alle Verformungszustände des Sensors ausgewertet. Diese Daten werden mit den Ergebnissen der Simulation verglichen. Die Grundidee des Messprinzip kann erfolgreich angewendet werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/85735678Xschar.txt
Volkova, Tatiana ; Zeidis, Igor; Witte, Hartmut; Schmidt, Manuela; Zimmermann, Klaus
Analysis of the vibrissa parametric resonance causing a signal amplification during whisking behaviour. - In: Journal of bionic engineering. - Cham : Springer International Publishing, ISSN 25432141, Bd. 13 (2016), 2, S. 312-323
http://dx.doi.org/10.1016/S1672-6529(16)60304-9
Roeder, Richard
Entwicklung, Bau und Test eines Antriebs für eine Tensegrity-Struktur. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Für einen existierenden Greifer, basierend auf einer Tensegrity Struktur, ist ein elektrischer Antrieb zu entwickeln. Die beiden charakteristischen Gleichgewichtslagen und die grundlegenden Eigenschaften der Struktur müssen auch mit dem Antrieb erhalten bleiben. Vorbereitend auf die Entwicklung eines miniaturisierten Greifersystems wurden verschiedene Fertigungsverfahren untersucht und bewertet. Zwei Funktionsmuster mit unterschiedlichen Antrieben wurden entwickelt und getestet. Je ein System mit translatorischem und rotatorischem Antrieb. Beide Prototypen bestehen aus Aluminiumstäben, die durch 3D-gedruckte Kunststoffteile verbunden sind. Zusätzlich wurde ein verkleinerter Greifer entworfen, um die Eigenschaften von Silikonfedern in Tensegrity Strukturen zu testen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857193163roede.txt
Yang, Yan
Fallstudien zur Auswertung von nichtlinearen erzwungenen und erregten Schwingungsvorgängen. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der grundlegenden Untersuchung von erzwungenen, parametererregten und selbsterregten Schwingungen. Die Schwingungsanalyse der (linearen) Systeme mit unterschiedlichem Freiheitsgrad wird dadurch realisiert, dass ein Beispielmodell mechanischer Schwingungssysteme zuerst vorgestellt und dessen Charakteristik dann mit mathematischer Beschreibung - Bewegungsdifferenzialgleichung - analysiert wird. Die Ergebnisse werden mithilfe der Softwarepakete Maple oder MATLAB numerisch simuliert. Als Grundlagen werden zunächst die erzwungenen Schwingungen von linearen Systemen mit einem Freiheitsgrad durch harmonische Erregungen diskutiert, deren Beispiele in direkte und indirekte Erregungen unterteilt sind. Danach werden die Schwingungsantworten eines Feder-Masse-Dämpfer-Systems, das durch Testerregungen (z.B. Sprung- und Stoßfunktionen) angeregt wird, analysiert. Im Anschluss wird die Untersuchung eines Zweimassensystems durch direkte und indirekte harmonische Erregungen durchgeführt, um gewonnene Erkenntnisse aus den Fällen mit Freiheitsgrad 1 zu übertragen. Danach werden die Schwingungen von Einmassen- und Zweimassensystemen durch T-periodische Erregungen mithilfe der Fourier-Reihen-Analyse diskutiert. Den Abschluss bilden die Untersuchungen von parameter- und selbsterregten Schwingungen durch typische Beispiele, wie ein Fadenpendel mit periodisch bewegtem Aufhängepunkt oder mit veränderlicher Pendellänge für parametererregte Schwingungen. Selbsterregte Schwingungen werden durch die Beispiele Reibschwingung und Rattern von Werkzeugmaschinen demonstriert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856958530yang.txt
Perez Tineo, Cesar Augusto
Theoretische und numerische Untersuchungen der parametrischen Resonanz mechanischer Vibrissen. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Tasthaare von Säugetieren werden als Vibrissen oder Schnurrhaare bezeichnet. Sie dienen der Erkundung der Umgebung und befinden sich an verschiedenen Stellen des Tierkörpers. Mystaziale Vibrissen sind im Bereich der Schnauze zu finden. Karpale Vibrissen befinden sich an der Unterseite der Vordergliedmaßen von Säugetieren. Das Vibrissenhaar hat eine konische Form und wächst aus einem speziellen, stark innervierten Haarfollikel, der in einem Blutsinus eingegliedert ist. Da das Haar selbst keine Rezeptoren hat, kann es als ein Übertragungssystem für Kräfte und Momente zum Rezeptorsystem im Follikel betrachtet werden. Kräfte und Momente entstehen aus dem Kontakt des Haars zu einem Objekt. - In der vorliegenden Masterarbeit wird die Schwingung der Vibrisse während eines natürlichen Erkundungsprozesses aus dem Blickwinkel der Mechanik untersucht. Das Phänomen der parametrischen Resonanz der Vibrisse wird analytisch und numerisch betrachtet. Im ersten Teil der Arbeit werden zwei Modelle eines elastischen Balkens aus der Literatur verwendet. Das erste Modell besteht aus einem geraden Balken mit einer kreisrunden Querschnittsfläche mit linear abnehmenden Radius. Im zweiten Modell wird die natürliche Krümmung der Vibrisse in Form eines zylindrischen Balkens mit kreisbogenförmiger Stabachse berücksichtigt. Unter Verwendung der Euler-Bernoulli-Balkentheorie und asymptotischen Methoden der Mechanik werden kleine transversale Schwingungen des Balkens analysiert. Sie werden am Stabende durch eine periodische, der Verformung folgenden Kraft ausgelöst. - Im zweiten Teil der Arbeit folgt die numerische Analyse des Problems mit Hilfe der Finiten Elemente Methode. Verwendet wird das Programmpaket ANSYS 16.2. Für jedes Modell wird die dynamische Antwort der parametrischen Erregung für verschiedene Frequenzwerte simuliert. - Es wird analytisch und numerisch gezeigt, dass für spezifische Wertebereiche der Erregungsfrequenz das Phänomen der parametrischen Resonanz des Balkens entsteht. Das heißt, die Schwingungsamplitude des Balkens wächst über die Zeit exponentiell an, wenn es mit einer Frequenz aus dem Bereich der parametrischen Resonanz erregt wird. Dieser Bereich ist abhängig von geometrischen Parametern, Materialeigenschaften und von der Amplitude der periodischen Erregung.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856634018perez.txt
Bolotnik, Nikolay ; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
The motion of a two-body limbless locomotor along a straight line in a resistive medium. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15214001, Bd. 96 (2016), 4, S. 429-452
http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201400302
Flores Alvarez, Pedro Alonso
Modelling, simulation and experimental verification of a wheeled locomotion system based on omnidirectional wheels. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die folgende Arbeit konzentriert sich auf die kinematische und dynamische Studie eines vierrädrigen Roboter, der mit Mecanum Rädern ausgestattet ist. Das Hauptziel der Arbeit ist, ein mathematisches Modell zu erhalten, aus denen sowohl die Kinematik und Kinetik des Roboters analysiert werden kann. Darüber hinaus stellt die Studie eine Methodik der Drehmomente (und nachfolgende zugehörige Spannungen) von jedem der Motoren auf den Roboter für eine bestimmte Flugbahn bereitgestellt zu optimieren. Ein System, in dem ein nicht-angetriebenen Anhänger von dem Roboter gezogen wird auch bei einer kinematischen Ebene analysiert. In dieser Stufe werden vier verschiedene Fälle betrachtet. Die Konstruktion des Anhängers ist auch auf dieser Arbeit beschrieben. Im ersten Kapitel, das weltweit Stand der Technik bei der Analyse und Kontrolle der omnidirektionalen Roboter (mit Schwerpunkt auf Roboter mit Mecanum Räder) wird vorgestellt. Im zweiten Kapitel werden die physikalischen Überlegungen für die allgemeine Bewegung des Roboters werden analysiert, um die kinematische Bedingungen des Bewegungsapparates abzuleiten. Die Differentialgleichung der Bewegung wird dann Lagrange-Gleichungen mit Multiplikatoren abgeleitet wird. In diesem Kapitel werden auch die kinematische Analyse für einen Roboter-Anhänger-System. Das dritte Kapitel beschreibt den allgemeinen Prozess von der Konstruktion des Anhängers, auch die abgelehnten Ideen für den Bau. Das vierte Kapitel konzentriert sich auf die endgültigen Ergebnisse des Designprozesses zu überprüfen, sowie Tests, die Mobilität des Systems zu überprüfen. Schlussfolgerungen und zukünftige Arbeit auf dem letzten Teil des Dokuments analysiert, sowie die Referenzen und der Danksagung an alle Leute in das Projekt involviert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856294748flore.txt
Chavez Vega, Jhohan Harvey
Investigations on electrical conducting magnetic hybrid materials for sensor and actuator systems. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Wissenschaftler und Ingenieure sind motiviert, neue Elemente und Materialien zu untersuchen und zu verstehen. Materialien mit neuen Eigenschaften wecken besonderes Interesse der Forschung und daraus entstehen zumeist auch innovative Anwendungsmöglichkeiten. Einer dieser modernen Stoffe sind Ferrofluide. Diese weisen ein spezielles, smartes Verhalten unter dem Einfluss von magnetischen Feldern auf. Daraus ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise für Stoßdämpfer bei Automobilen sowie unter anderem für die Messung der Viskosität von Flüssigkeiten. Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Materialien, die ähnliche Eigenschaften wie Ferrofluide aufweisen. Der wesentliche Unterschied liegt in dem festen Zustand des Materials, unabhängig von der An- oder Abwesenheit eines magnetischen Feldes. MSE weisen eine Polymer-Matrix auf, die magnetische Partikel enthält. Diese ermöglicht dem Material intelligentes Verhalten bei magnetischen Feldern. Im vorliegenden Projekt waren die magnetischen Partikel Eisenpulver und einige Mengen Graphit, die hinzugefügt wurden, um elektrische Leitfähigkeit zu ermöglichen. Mehrere Proben magneto-sensitiver Elastomere wurden auf ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften hin bei Einfluss eines magnetischen Feldes untersucht. Das magnetische Feld wurde mit Hilfe von Permanentmagneten induziert und durch die variierendere Position der Magnete mit einem motorisierten Positionierungssystem verändert. Die aus den Ergebnissen gewonnenen Schlussfolgerungen können im Design und Bau von Sensoren und Stellteilen Anwendung finden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/855364017chave.txt
Otterbach, Jan Marc
Entwicklung von kaskadierten Lokomotionssystemen und Implementierung von Reglungsalgorithmen. - 139 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist eine Testumgebung zur experimentellen Untersuchung der Bewegung kaskadierter, wurmartiger Lokomotionssysteme. Diese Systeme bestehen aus N Segmenten, die durch N - 1 Antriebe relativ zueinander verschoben werden. Durch die synchronisierte Ansteuerung der Antriebe können verschiedene Bewegungsmuster des Systems realisiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es einen Algorithmus zur Realisierung einer konstanten Geschwindigkeit des Kopfsegments auf dem bestehenden Roboterprototyp zu implementieren und experimentell zu testen. Dabei bildet die Neuprogrammierung einer verbesserten, lizenzunabhängigen Bedienoberfläche zur Ansteuerung der Testumgebung und der effizienten Auswertung von Messdaten einen zentralen Punkt. Mit den aus der Analyse der vorhandenen Testumgebung gewonnenen Erkenntnissen werden im ersten Teil dieser Arbeit konkrete Verbesserungsvorschläge formuliert. Nach der Einführung in die kinematische Theorie zur Berechnung von Bewegungsmustern erfolgt die mathematische Formulierung des Algorithmus zur Realisierung einer konstanten Kopfgeschwindigkeit und dessen Überprüfung in einer Computersimulation. Darüber hinaus wird für die verbesserte Ansteuerung ein serielles Kommunikationsprotokoll für den Austausch von Daten entwickelt und die bestehende, auf dem Roboterprototypen implementierte, Software verbessert und um zusätzliche Algorithmen erweitert. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchung des implementierten Algorithmus werden diskutiert und mit den numerischen Ergebnissen der Simulation verglichen. Abschließend sind aus den gewonnenen Erkenntnissen Optimierungsmöglichkeiten für den vorhandenen Roboterprototypen aufzeigen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848028171otter.txt
Tuchscherer, Matthias
Analyse von Regelstrategien für Roboterstrukturen mit muskelähnlichen Antrieben und numerische Simulationen. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

In der vorliegenden Bachelorarbeit sind Aktoren mit muskelähnlichen Eigenschaften im Vordergrund. Es wird der Frage aus der Steuerungstechnik nachgegangen, unter welchen Bedingungen eine Intensitätensteuerung für ein antagonistisches Muskelpaar zur Stabilisierung von Gleichgewichtslagen oder Verfolgung von Bahnkurven eingesetzt werden kann. Dabei ist es das Ziel zu klären, inwiefern sich verschiedene Ansätze für die Intensitäten, zum Beispiel unterschiedlich starke Aktoren und neue Regelstrategien theoretisch umsetzen lassen. Zu Beginn der Arbeit wird daher ein Einblick in den Stand der Technik aktueller technischer Muskel-Modelle und deren Einsatz bei bisherigen Prototypen gegeben. Darauf aufbauend werden analytische Muskel-Modelle vorgestellt, die sich leicht numerisch implementieren lassen, um oben angesprochene Simulationen durchzuführen. Anschließend werden numerische Simulationen von Roboterstrukturen mit dem Freiheitsgrad n=1 und n=2 ausgeführt, um Rückschlüsse auf die Steuerung im Grenzverhalten zu erhalten. Ebenso werden die Intensitäten und deren Differenz analysiert, die für die Entwicklung einer Steuerung mit adaptiven und einschränkenden Eigenschaften notwendig sind. Im Ergebnis der Arbeit zeigt sich, dass der Betrieb von Aktoren mit unterschiedlichen Stärken sowohl bei wechselnder, als auch bei paralleler Aktivität eine Steuerungsmöglichkeit ist. Eine weitere Erkenntnis ist, dass eine kombinierte Steuerung aus einem adaptiven und beschränkten Regler ebenfalls eine Variante ist, die sich von vornherein im vorgegebenen Steuerbereich befindet. Die Vorteile dieser gegenüber einer beschränkten Steuerung ist eine bessere Positionierung in relativ kurzer Zeit. Die klassische und die adaptive Steuerung kommen für eine Anwendung auf Intensitäten basierende Steuerung nicht in Frage, da diese keine Grenzen für ihr Steuerergebnis von Anfang an besitzen und somit den Steuerbereich verlassen könnten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847197999tuchs.txt
Haffner, Lukas
Entwicklung und Simulation des dynamischen Verhaltens einer Kameraaufhängung an einem Tragschrauber. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Zur Aufnahme von Bildern und Videoaufnahmen aus der Luft sind Hubschrauber ein häufig gewähltes Trägermedium der Kameraeinheit. Für einfache Aufgaben mit kurzer Dauer und kleiner Reichweite werden sie inzwischen häufig durch Drohnen ersetzt. Die zwei Personen tragende, ultraleichte Fluggeräteart der Tragschrauber bietet aufgrund ihrer geringen Betriebskosten, den guten Flugeigenschaften und der großen Reichweite viele Vorteile und besetzt daher eine Marktlücke, wenn es um Luftbildaufnahmen geht. Bei der Verwendung von Kamerasystemen an Fluggeräten ist der Wunsch ein ruhiges Bild zu erhalten, so dass die Kamera durch einen aktiven Bewegungsmechanismus immer in der gleichen Ausrichtung verbleiben soll. Diese Arbeit behandelt daher die Auswahl geeigneter Mechanismen für die Aufgabe und die anschließende Simulation selbiger Kinematiken mittels der Software alaska. Ziel ist die Untersuchung der Funktion und Dynamik bei Verwendung am Tragschrauber. Die Arbeit schließt mit einer groben Dimensionierung von Bauteilen der untersuchten Systeme ab.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847086615haffn.txt
Biniszewski, Dominik
Untersuchungen von Einflussfaktoren unter Einsatz einer materialspezifischen Sensitivitätsanalyse bei der FE-basierten Prozesssimulation von gewebeverstärkten Thermoplasten. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

In dieser Masterarbeit wird ein neu entwickeltes Materialmodell untersucht, welches speziell für die Simulation des Umformprozesses von endlosfaserverstärkten Thermoplasten konzipiert ist. Das Ziel besteht in der Analyse dieses Materialmodells unter Einsatz einer materialspezifischen Sensitivitätsanalyse. Für ein besseres Modellverständnis sind anfangs die Eingangsgrößen des Materialmodells identifiziert und anhand der Bestandteile eines gewebeverstärkten Thermoplasts klassifiziert. Diese Eingangsgrößen wurden parametrisiert und deren Einfluss auf die Hauptbelastungszustände mittels einer Sensitivitätsanalyse ermittelt. Anschließend erfolgte eine Anpassung der Materialparameter über eine Reverse-Engineering-Anwendung, so dass das Materialverhalten in der Simulation dem der Realität bestmöglich entspricht. Das dadurch kalibrierte Materialmodell diente als Grundlage für die anschließende Erstellung einer FE-basierten Verarbeitungsprozesssimulation für ein konkretes Bauteil. Anhand dieser wurden die Einflüsse numerischer, material- und prozessspezifischer Modifikationen auf das Simulationsergebnis untersucht. Abschließend wurden die Simulationsergebnisse anhand eines Referenzmodells validiert und künftige Entwicklungsrichtungen und -aufgaben aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/84544767Xbinis.txt
Eichfelder, Gabriele ; Gerlach, Tobias; Sumi, Susanne
A modification of the [alpha]BB method for box-constrained optimization and an application to inverse kinematics. - In: EURO journal on computational optimization. - Berlin : Springer, ISSN 21924414, Bd. 4 (2016), 1, S. 93-121

For many practical applications it is important to determine not only a numerical approximation of one but a representation of the whole set of globally optimal solutions of a non-convex optimization problem. Then one element of this representation may be chosen based on additional information which cannot be formulated as a mathematical function or within a hierarchical problem formulation. We present such an application in the field of robotic design. This application problem can be modeled as a smooth box-constrained optimization problem. We extend the well-known alphaBB method such that it can be used to find an approximation of the set of globally optimal solutions with a predefined quality. We illustrate the properties and give a proof for the finiteness and correctness of our modified alphaBB method.


http://dx.doi.org/10.1007/s13675-015-0056-5
Bemmerl, Patric
Modellbasierte Systementwicklung eines Torsionsdämpfers und 2-Gang Starters mit der Simulationssoftware DyfaSim und deren Wechselwirkung anhand des Motorstarts. - 134 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Thema der Bachelorarbeit ist die modellbasierte Systementwicklung eines Torsionsdämpfers und eines 2-Gang Starters um das Motorstartverhalten zu verbessern. Während des Motorstarts entstehen unter anderem ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine Schwingungen, welche sich in der Fahrerkabine als Vibrationen spürbar machen. Wieso hilft eine Verbesserung beider Komponenten beim Starten einer Verbrennungskraftmaschine? Die Auslegung des 2-Gang Starters realisiert eine höhere Start-Drehzahl des Verbrennungsmotors als der konventionelle Ritzelstarter. Dadurch verringert sich die Zündphase, bei der die Resonanz zu spüren ist. Zudem verringern sich die Ausschläge der Schwingungen. Das alles generiert ein vibrationsärmeren Motorstart. Außerdem wird in der Systementwicklung die Optimierung des Zweimassenschwungrads betrachtet. Das ZMS sitzt im Antriebsstrang zwischen Motor und Kupplung und reduziert durch sein Federdämpfungssystem die entstehenden Schwingungen in der Verbrennungskraftmaschine. Dadurch, dass durch den 2-Gang Starter höhere Start-Drehzahlen erreicht werden können, können die einzelnen Parameter wie Bogenfedersteifigkeit, Massenträgheitsmomente der Schwungräder und Schmierungen im Federkanal diesen neuen Bedingungen angepasst und optimiert werden. Durch beide Verbesserungen werden Vibrationen in der Fahrerkabine stark reduziert und der Fahrkomfort während des Motorstarts wesentlich gesteigert.


Will, Christoph
Bio-inspired tactile sensors for contour detection using an FEM based approach. - In: 13th International Conference Dynamical Systems Theory and Applications / International Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 13 (Łód´z) : 2015.12.07-10. - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, (2015), S. 304
Enthalten in Abstracts
Behn, Carsten ; Heinz, Leo; Krüger, Martin
Non-classical models of worm- and snake-like robotic systems. - In: Paper / International Conference Mechatronics: Ideas for Industrial Applications ; 3 (Gda´nsk) : 2015.05.11-13. - [Gda´nsk], (2015), insges. 9 S.
Sauter, Anton ; Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Artificial tactile sensors with pre-curvature for object scanning. - In: Mathematical and numerical approaches / Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 13 (Łód´z) : 2015.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-7283-706-6, (2015), S. 425-436

Böhm, Valter ; Kaufhold, Tobias; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamic analysis of the rolling locomotion of mobile robots based on tensegrity structures with two curved compressed components. - In: Mathematical and numerical approaches / Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 13 (Łód´z) : 2015.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-7283-706-6, (2015), S. 105-116

Behn, Carsten ; Bolotnik, Nikolai; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Mechanics of terrestrial locomotion systems in application to mobile robots. - In: Mathematical and numerical approaches / Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 13 (Łód´z) : 2015.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-7283-706-6, (2015), S. 91-104

Siedler, Konrad ; Behn, Carsten
Long-term behavior of adaptive strategies for artificial sensors due to receptors. - In: Control and stability / Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 13 (Łód´z) : 2015.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-7283-708-0, (2015), S. 551-562

Carlstedt, Matthias ; Bauer, Hartmut; Zimmermann, Klaus; Gerlach, Erik; Uhlig, Robert Peter
Identification of mechanical systems in Lorentz force eddy current testing. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2015), No. 4(61), S. 16-31

The paper deals with the mechanical modeling of the dynamics of force-proving instruments in the framework of Lorentz Force Eddy Current Testing (LET). An experimental setup for this kind of measurements is presented and the obtained Lorentz force signals are analyzed. The process of system identification is discussed for two different scenarios, using force profiles, computed in numerical field simulations, as known input signals. In the first case, two independent Single-lnput/Single-Output models were used to describe the dominant dynamical behavior of the experimental setup at relative high velocities. In the second case, a Multi-Input/Multi-Output model with three degree of freedoms is used to model the dynamics of a modified setup with a complex Haibach structure instead of a cylindrical permanent magnet. The signal analysis and the derivation of the Multi-Input/Multi-Output transfer function are emphasized and discussed in detail. LET requires a high velocity constancy during the linear motion of the specimen. Therefore, a mechanisms and its control is discussed, which is generating such aproperty on the output.


Larbig, Julian
Einfluss des Herstellungsprozesses auf die Unwucht von Kupplungslamellenträgern. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2015

Der Trend der Automobilindustrie führt derzeitig zum Downsizing der Antriebsaggregate und immer mehr Gewichtseinsparungen am Fahrzeug, um zukünftig geltenden Anforderungen gerecht zu werden. Durch die Reduzierung des Hubraumes, werden besonders im Sportwagenbereich immer höhere Drehzahlen benötigt, um den Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Unter diesen Aspekten gewinnen Schwingungseffekte, insbesondere im Antriebsstrang, immer mehr an Bedeutung, da weniger Masse und geringere Trägheiten mit höherer Schwingungsanfälligkeit einhergehen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von fertigungsinduzierten Unwuchten bei der Herstellung von Kupplungslamellenträgern für Doppelkupplungen, wie sie in Klein- bis Oberklassewagen, aber auch im Bereich der Sport- und Supersportwagen vermehrt zu finden sind. Ziel war es, den Herstellprozess dieser rotationssymmetrischen Bauteile genau zu analysieren und Ansatzpunkte zur Minimierung von Unwuchten im Verlauf der Fertigung zu finden. Zu diesem Zweck wurden nach den einzelnen Prozessschritten Messungen hinsichtlich eingebrachter Unwuchten und möglicher Geometrieabweichungen durchgeführt. Anhand der sich ergebenden Menge an Messdaten wurde eine Korrelationsanalyse realisiert, um mögliche Interdependenzen zwischen einer Unwucht und geometrischen Abweichungen aufzudecken. Im Verlauf der Untersuchungen, konnte ein erheblicher Einfluss der beim Umformprozess zwangsläufig eingebrachten Eigenspannungen im Material des Lamellenträgers und sich daraus ergebenden ungewollten Verformungen bei nachfolgenden Fertigungsschritten konstatiert werden. Diese Erkenntnis wurde im Zuge der Konzeption von Optimierungsvorschlägen aufgegriffen. Mittels Versuchsreihen konnte ein deutliches Verbesserungspotential festgestellt werden. Am Ende der vorliegenden Abschlussarbeit werden relevante Ergebnisse reflektiert und Schlussfolgerungen gezogen sowie weitere Ansatzpunkte zum Umgang mit fertigungsbedingten Unwuchten in Blechumformteilen aufgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/846475316larbi.txt
Will, Christoph ; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Obstacle scanning by technical vibrissae with compliant support. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mathematik. - Online-Ressource (PDF-Datei: 22 S., 773,5 KB). - (Preprint. - M15,07)

Rodents, like mice and rats, use tactile hairs in the snout region (mystacial vibrissae) to acquire information about their environment, e.g. the shape or contour of obstacles. For this, the vibrissa is used for the perception of stimuli due to an object contact. Mechanoreceptors are processing units of this stimuli measured in the compliant support (follicle sinus complex). We use this behavior from biology as an inspiration to set up a mechanical model for object contour scanning. An elastic bending rod interacts with a rigid obstacle in the plane. Analyzing only one quasi-static sweep of the rod along the obstacle (in contrast to literature), we determine a) the support reactions (the only observables of the problem), and then b) the (discrete) obstacle contour in form of a set of contact points. In doing this, we first assume a stiff support (clamping) of the vibrissa, but in a next step we increase the elasticity of the support in focussing on a bearing with a rotational spring (also to control or delimitate the bending moment at the support). Thereby, we present a fully analytical treatment of the non-linear differential equations emerging from Bernoulli's rod theory and a representation by Standard Elliptic Integrals.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26923
Kohlhof, Hendrik; Zimmermann, Klaus; Marschner, Uwe; Witte, Hartmut
A biomechatronic approach to support explantation of endoprostheses. - In: Biomedical engineering : joint journal of the German Society for Biomedical Engineering in VDE and the Austrian and Swiss Societies for Biomedical Engineering. - Berlin [u.a.] : de Gruyter - Berlin [u.a.] : de Gruyter, ISSN 1862278X, Bd. 60Bd. 60.2015, S1, S. S148
http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5006
Zimmermann, Klaus ; Steigenberger, Joachim
Das Fachgebiet Technische Mechanik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte : . - Jena : Vopelius, ISSN 21986746, Bd. 18 (2015), S. 381-400
Behn, Carsten
Modeling, analysis and control of mechanoreceptors with adaptive features. - In: Informatics in control, automation and robotics / ICINCO ; 10 (Reykjavík) : 2013.07.29-31. : 10th International Conference, ICINCO 2013, Reykjavík, Iceland, July 29 - 31, 2013 ; revised selected papers. - Cham [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-319-10890-2, (2015), S. 349-366

Helbig, Thomas; Voges, Danja; Schilling, Cornelius; Niederschuh, Sandra; Husung, Isabel; Volkova, Tatjana; Zimmermann, Klaus; Schmidt, Manuela; Witte, Hartmut
Vom Tasthaar zum Sensor - Technische Biologie und Biomechatronik am Beispiel der Sinushaare von Rattus norvegicus. - In: Bionik: Patente aus der Natur / Bionik-Kongress ; 7 (Bremen) : 2014.10.24-25. - Bremen : Bionik-Innovations-Centrum, ISBN 978-3-00-048202-1, (2015), S. 204-210

Bolotnik, Nikolay ; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Control of a chain-like locomotion system subject to undulatory excitation. - In: IFAC-PapersOnLine. - Frankfurt : Elsevier, ISSN 24058963, Bd. 48 (2015), 1, S. 836-841
http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.012
Becker, Felix
An approach to the dynamics of vibration-driven robots with bristles. - In: IFAC-PapersOnLine. - Frankfurt : Elsevier, ISSN 24058963, Bd. 48 (2015), 1, S. 842-843
http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.120
Merker, Lukas
Simulation des dynamischen Verhaltens von Laborzentrifugen mit Unwuchtkompensation. - 70 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer Laborzentrifuge. Dazu werden auf der Grundlage einer ausführlichen Analyse der Zentrifuge mechanische Modelle entwickelt, welche das charakteristische Verhalten typischer Rotorsysteme wiederspiegeln. Es werden Abschätzungen bzgl. der mechanisch relevanten Systemparameter, wie z.B. der Wälzlagersteifigkeit gemacht, um die Modelle mithilfe quantitativ, realistischer Parameter zu vervollständigen. Anhand der Modelle wird das dynamische Zentrifugenverhalten mittels eines Mehrkörpersimulationsprogramms systematisch untersucht. Aus der mechanisch zweckmäßigen Forderung einer rotationssymmetrischen Masseverteilung des Zentrifugenrotors ergeben sich Einschränkungen für die Beladung der Zentrifuge. In der Praxis kann man einer gleichmäßigen Beladung nicht immer gerecht werden. Eine große Herausforderung besteht daher in der Verringerung der infolge einer Unwuchterregung auftretenden Schwingungen und dynamischen Kräfte. Die Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge ermöglicht eine Erhöhung der Lebensdauer mechanisch beanspruchter Bauteile (insbesondere der Wälzlager) sowie eine Minimierung der Vibrationen und Störgeräusche während des Zentrifugenbetriebes. Es werden verschiedene konstruktive Optimierungsmöglichkeiten entwickelt und miteinander verglichen, der Einfluss wichtiger mechanischer Einflussparameter untersucht und daraus konkrete Vorschläge zur Verbesserung der Zentrifugendynamik abgeleitet. Anschließend werden Möglichkeiten der Unwuchtkompensation aufgezeigt und deren Wirksamkeit in der Simulation bestätigt. Die gewonnen Erkenntnisse bzgl. einer geeigneten Wahl mechanisch relevanter Systemparameter können in einem nächsten Schritt anhand von Messungen auf deren Gültigkeit überprüft werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/838247601merke.txt
Becker, Felix
Zur Mechanik vibrationsgetriebener Roboter für terrestrische und aquatische Lokomotion. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 149 S., 11,82 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Der Gegenstand der Arbeit ist die Mechanik von mobilen Robotern für terrestrische und aquatische Lokomotion. In den untersuchten Systemen wird die periodische Erregung eines inneren Antriebs durch nicht symmetrische Systemeigenschaften in eine gerichtete Fortbewegung gewandelt. Eine zweidimensionale Steuerbarkeit der Systeme wird durch frequenzabhängige mechanische Eigenschaften erreicht. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der mathematisch-mechanischen Beschreibung der Roboter mittels analytischer und numerischer Methoden sowie ihrer experimentellen Untersuchung. Prototypen mobiler Roboter dienen dem funktionellen Nachweis. Auf Basis von mechanischen Grundlagen werden terrestrische und aquatische Lokomotionsarten vorgestellt und klassifiziert. Mit Blick auf die praktische Realisierung von mobilen Robotern für unterschiedliche Umgebungsbedingungen werden Antriebssysteme in ihrer Eignung als Vibrationsquellen bewertet. Piezoelektrische Antriebe besitzen dabei besonderes Potential. Eine umfassende Analyse des Standes der Technik zeigt die Anwendbarkeit von vibrationsgetriebener Lokomotion für miniaturisierte technische Anwendungen. Systeme mit Borsten dienen der unidirektionalen terrestrischen Lokomotion. Mittels eines Mehrkörpersystemmodells und experimentellen Untersuchungen werden die verschiedenen Wirkungsmechanismen analysiert. Ein Prototyp für die Fortbewegung in Röhren wird vorgestellt. Für eine steuerbare zweidimensionale Lokomotion mit nur einem Antrieb müssen die Grenzen von klassischen Starrkörpersystemen überwunden werden. Der verfolgte Lösungsansatz nutzt das frequenzabhängige Schwingungsverhalten von elastischen Systemen, wie Balken oder Platten. Zur Untersuchung werden kontinuumsmechanische Modelle sowie Finite-Elemente-Methoden verwendet und durch experimentelle Untersuchungen erweitert. Die Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines programmier- und fernsteuerbaren Prototyps benutzt. Sein Bewegungsverhalten kann durch die Änderung der Antriebsfrequenz auf verschiedenen Untergründen gesteuert werden. Das System erreicht Geschwindigkeiten bis 100 mm/s und kann das Fünffache seiner Masse transportieren. Abschließend wird ein innovativer Prototyp vorgestellt, der mit einem einzigen Antrieb eine steuerbare Lokomotion auf festem Untergrund und an der Oberfläche von Flüssigkeiten durchführen kann. Das terrestrische und aquatische Bewegungsverhalten wird untersucht und die Tragfähigkeit solcher Systeme auf Basis eines hydrostatischen Modells bestimmt.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26306
Credo, Tanj
Untersuchung des dynamischen Verhaltens biologisch-inspirierter Reizaufnehmer unter Randdämpfung in der taktilen Sensorik. - 128 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Tasthaare treten unter anderem in der Schnauzenregion von Nagern auf. Sie bestehen aus einem Follikel-Sinus-Komplex mit intrinsischer Muskulatur und der Vibrisse. Die Vibrisse ist der sichtbare Teil des Tasthaares. Als Nahsinnorgan dienen sie zur Orientierung im Raum und zur Erkennung von Objekten. Ziel ist es, die Objektabstandsdetektion mit biologisch nahen Modellen zu realisieren, um die Ergebnisse in die Entwicklung von taktilen Sensoren einfließen zu lassen. Die vorliegende Arbeit handelt von der Entwicklung und der detaillierten Analyse neuer Vibrissenlagerungen. Vibrissen werden als Biegebalken modelliert. Zu Beginn wird ein Einblick in die Biegeschwingungstheorie von Euler-Bernoulli-Balken mit kleinen Auslenkungen gegeben. Der mathematische Formalismus zur Bestimmung der Eigenwerte und zugehörigen Eigenkreisfrequenzen wird an drei einführenden Beispielen erläutert. Im Folgenden wird der Stand der Technik analysiert. Hierbei stehen die Biologie eines Tasthaares und seine aktuellen bionischen Modelle im Fokus. Die entwickelten Modelle beziehen sich auf die linksseitige Lagerung eines Biegebalkens. Es wird zunächst von einem fest und rotationsviskoelastisch gelagerten Balken ausgegangen. Durch diese Lagerung wird die Bewegung des Follikel-Sinus-Komplex modelliert. Als Erweiterung dieses Modells wird dann das Festlager durch eine Translationsviskoelastizität ersetzt. Die Translationsviskoelastizität modelliert die Elastizität der Haut und der intrinsischen Muskulatur. Die Analyse der entwickelten Modelle erfolgt zunächst analytisch, wobei von einem konstanten Querschnitt ausgegangen wird. Um die Ergebnisse und das aufgetretene atypische Verhalten der analytischen Berechnung des Eigenkreisfrequenzspektrums zu verifizieren bzw. zu falsifizieren, werden die Modelle im Anschluss mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode untersucht. Bis zu diesem Zeitpunkt wird von einer zylindrischen Vibrisse ausgegangen. Biologische Vibrisse besitzen einen konischen Längsschnitt. Dieser wird mit Hilfe einer linearen bzw. einer exponentiellen Funktion für die technische Vibrisse nachgebildet. Die Analyse der Eigenkreisfrequenzspektren erfolgt mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode. In den bisherigen Analysen besitzen alle Modelle ein freies rechtes Ende. Daher wird zum Schluss die Objektabstandsmessung betrachtet. Hierbei wird die jeweils rechte Seite der Modelle auf einem, entlang der Balkenachse verschiebbaren Festlager für starre Objekte bzw. einer, entlang der Balkenachse verschiebbaren Translationsviskoelastizität für elastische Objekte gelagert. Die Abhängigkeit des Frequenzspektrums von den Kontaktparametern wird analysiert und diskutiert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/837156424credo.txt
Ackermann, Lisa
Parameteranalysen beim statischen und dynamischen Biegeverhalten von vorgekrümmten, konischen Reizaufnehmern in der taktilen Sensorik. - 243 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Viele bekannte Tierarten besitzen einen erweiterten Tastsinn über sogenannte Vibrissen. Diese modifizierten Körperhaare sitzen vorwiegend im Schnauzenbereich des Tieres und liefern ihm durch eine Verformung an Objekten und Hindernissen zusätzliche Informationen über die Umgebung. Forschungen im Bereich der Sensor- und Aktorbionik haben sich das Ziel gesetzt, Vorteile und relevante Eigenschaften der natürlichen Vibrisse für technische Innovationen zu nutzen. Hierfür ist unter anderem eine genaue Kenntnis über das Biegeverhalten der Vibrisse notwendig. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Analyse des statischen und dynamischen Biegeverhaltens von technischen Vibrissen, insbesondere im Hinblick auf deren natürliche konische Form. Ausgehend von den allgemeinen Grundlagen der entsprechenden Biegetheorien wird das Modell einer einseitig eingespannten, zylindrischen Vibrisse auf verschiedene konische Vibrissen erweitert. Hierbei findet sowohl eine lineare als auch exponentielle Durchmesseränderung Berücksichtigung. Des Weiteren werden entsprechend des natürlichen Vorbilds neben vollen auch hohle Profile betrachtet. Letztere werden dabei durch eine innere und äußere Durchmesseränderung beschrieben und ermöglichen damit zusätzliche Geometrievariationen. Anhand der gefundenen Geometrien erfolgt die Herleitung der entsprechenden Verformungsdifferentialgleichungssysteme. Das statische und dynamische Biegeverhalten wird in Abhängigkeit von verschiedenen geometrischen Parametern untersucht und verglichen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die Konizität der Vibrisse hierbei im Vergleich zu einer zylindrischen Vibrisse einen großen Einfluss auf das Biegeverhalten besitzt. Gemäß der biologischen Struktur einer Vibrisse, welche aus drei Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht, wird das Modell im Anschluss auf ein Mehrschichtsystem erweitert und der Einfluss verschiedener Elastizitätsmodule der Schichten analysiert. Ein bestehendes Modell zur Simulation der Objektabtastung durch eine Vibrisse wird bezüglich der konischen Vibrissenform erweitert. Dabei werden die entsprechenden Observablen, das heißt, die Lagerreaktionen, die während der Objektabtastung an der Einspannung der Vibrisse entstehen und in einem Experiment gemessen werden können, sowie der Fehler innerhalb der Profilrekonstruktion berechnet. Diesbezüglich erfolgt eine Analyse des Einflusses der Konzität auf die Lagerreaktionen und das Fehlerverhalten. Während die konische Form der Vibrisse in den Simulationen einen großen Einfluss auf die generierten Observablen besitzt, so wird der Rekonstruktionsfehler durch eine veränderte Geometrie kaum beeinflusst. Ausgehend von den gefundenen Zusammenhängen zum Biegeverhalten konischer Vibrissen werden die Vor- und Nachteile der vorgestellten Geometrieformen diskutiert. Eine erste Beispielrechnung bringt zusätzlich die natürliche Vorkrümmung einer Vibrisse mit der konischen Geometrie in Verbindung.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/837151309acker.txt
Krone, Karl-Heinz Herbert
Modellbildung und Schwingungsanalysen von mechanischen Bewegungssystemen inspiriert durch ein Vibrissenfeld. - 143 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und andere Säugetiere zur Erkennung von Objekten und Erkundung der Umgebung. Sie sind unter der Haut in einem Follikel-Sinus-Komplex gelagert, der einer viskoelastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten gibt es im Bereich der Schnauzenregion eine Ansammlung von Vibrissen, die durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. In bisherigen Arbeiten wurden häufig Modelle einzelner Vibrissen betrachtet und analysiert, jedoch gibt es nur wenige Arbeiten über die Kopplung von Vibrissen bzw. den Vibrissenfeldern. Die bisherigen biologischen Modelle von Vibrissenfeldern sind sehr detailliert und daher für Mechanik und Bionik ungeeignet. Deshalb werden in dieser Arbeit Vibrissenfelder in geeigneten Abstraktionsstufen entwickelt, mathematisch beschrieben und analysiert. Dazu werden neue Modelle für Einzelvibrissen mit Follikel-Sinus-Komplex benötigt. Ein erstes Modell besteht aus einem, über eine Feder indirekt erregtem Loslager und einer Vibrisse, die auf diesem Loslager drehbar gelagert ist. Ein weiteres Modell ist eine Vibrisse, die in einer Vibrissendose gelagert ist. Die Vibrissendose ist dabei ebenfalls drehbar gelagert und wird indirekt über eine Feder erregt. Danach werden durch Kombination der Modelle der Einzelvibrissen Modelle zu Vibrissenfeldern entwickelt und analysiert. Dazu werden zunächst zwei Loslager miteinander über Translationselastizität gekoppelt und die darauf gelagerten Vibrissen mittels einer Torsionselastizität ebenfalls direkt miteinander gekoppelt. Ein weiteres Modell besteht aus einem Vibrissenfeld aus zwei in Vibrissendosen gelagerten Vibrissen. Die Vibrissendosen sind ebenfalls mit einer Translationselastizität gekoppelt und die Vibrissen mit einer Torsionselastizität. Damit lässt sich die Bewegung des Vibrissenfelds dem natürlichen Vorbild annähern. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Systemverhalten bei indirekter Erregung über eine Feder. Durch Einführung eines Regelmoments werden die Vibrissen in eine vorgegebene Bewegung versetzt und dann das Verhalten in verschiedenen Bewegungsmodi und beim Einwirken von Kräften untersucht. Das Regelmoment simuliert dabei, wie die Follikel-Sinus-Komplexe die Vibrissenbewegungen beeinflussen können, während sie durch die Muskulatur erregt werden. Durch die Analyse der Modelle konnte festgestellt werden, dass sich das Vibrissenfeldmodell mit indirekter und direkter Kopplung der Vibrissen zur Nachbildung des biologischen Vorbilds eignet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/837148820krone.txt
Behn, Carsten ; Loepelmann, Peter; Steigenberger, Joachim
Analysis and simulation of adaptive control strategies for uncertain bio-inspired sensor systems. - In: Mathematics in engineering, science and aerospace - Cambridge : Cambridge Scientific Publ., ISSN 20413165, Bd. 6 (2015), 3, S. 567-588

We consider mechanical systems, that are not known precisely. In detail, we assume that the system parameters are unknown (uncertainty of system). Moreover, we allow for uncertainties with respect to perturbations from the environment (ground excitations). Such (non-linearly perturbed) systems need adaptive controllers which achieve a pre-defined control objective. Almost all known controllers offer the same drawback: (possibly unboundedly) monotonically increasing gain parameters. For application it is necessary to design improved adaptation laws. We present numerical simulations of several models primarily in application to a bio-inspired sensor model.


Wilke, Steven
Simulation der Dynamik unwuchtiger mehrteiliger Rotoren im Antriebsstrang. - 127 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit dem Auswuchtvorgang von mehrteiligen Gelenkwellen. Nach einem Überblick über den aktuellen Stand der Technik folgen Betrachtungen der theoretischen Grundlagen zum Verständnis des Themenkomplexes des Auswuchtens. Da eine unwuchtbehaftete Gelenkwelle negative Auswirkungen auf den Fahrkomfort und die Lebensdauer benachbarter Baugruppen haben kann, ist der Auswuchtvorgang von entscheidender Bedeutung. Hierbei ist die zu erreichende Wuchtgüte von den verwendeten Gelenken abhängig. Zur Beurteilung des Auswuchtvorganges wird ein Simulationsmodell der Gelenkwelle mit dem MKS - Programm alaska erstellt und der Einfluss konstruktiver Parameter auf das dynamische Verhalten untersucht. Durch das Auftreten von Axialspiel eines Kreuzgelenks bzw. Radialspiel im Längenausgleich wird eine Unwucht der Gelenkwelle simuliert und jene Auswirkungen auf die Wuchtgüte in den Ausgleichsebenen untersucht. Neben der Variation jener Parameter erfolgt die Betrachtung des Einflusses der Lagersteifigkeit des Zwischenlagers einer zweiteiligen Gelenkwelle auf den Auswuchtvorgang. Anhand der Auswertung der Simulationsergebnisse werden Schlussfolgerungen getroffen, die für die Auswahl der Gelenke und das Ausmaß von Axial- bzw. Radialspiel von Bedeutung sind.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/834609975wilke.txt
Kräml, Jonas
Simulative Lenkungsauslegung in der frühen Phase der Fahrdynamikentwicklung. - 79 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In dieser Arbeit soll das Simulationstool GAST1 Grundauslegungsstufe 1) der BMW Group, welches zur Grundauslegung in der Fahrdynamikentwicklung eingesetzt wird, um die Möglichkeit zur Bewertung der Lenkungseigenschaften eines Fahrzeugs erweitert werden. Hierzu wird zunächst ein Lenkungsmodell entwickelt, welches unter Nutzung der verfügbaren Datensätze und Ausgangsgrößen anderer Teilsysteme relevante Lenkungsgrößen bestimmt. Die Validierung des Lenkungsmodells auf Basis der Zahnstangenkraft als zentrale Größe der Lenkung wird im Vergleich mit dem etablierten Referenzfahrzeugmodell ISAR für quasi-statische und dynamische Fahrmanöver durchgeführt. Anschließend wird ein einfaches Reifenmodell entwickelt, welches das Bohrmoment des Reifens in Abhängigkeit von der Radlast abbilden kann. Dies ist erforderlich, um während des Parkiervorgangs die resultierende Zahnstangenkraft zu berechnen. Um die Berechnungskomplexität und die Anzahl der notwendigen Parameter gering zu halten, müssen Vereinfachungen getroffen werden (bspw. eine konstante Druckverteilung im Reifenlatsch). Zur Validierung des Reifenmodells wird der Verlauf der Zahnstangenkraft über dem Zahnstangenhub während des Parkierens zum einen mit Messdaten und zum anderen mit Mehrkörpersimulationsergebnissen (ADAMS) verglichen. Zur Auswertung der funktionalen Größen der Servoeinheit (Servoleistung und Servokraft) sollen das gebremste Parkieren und das Sinuslenken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80km/h betrachtet werden. Hierfür werden das entwickelte Lenkungsmodell und das entwickelte Reifenmodell verwendet. Abschließend werden zur Ableitung des Servokennfeldes zwei Parametrisierungsoptionen für den Verlauf des Lenkmoments über der Fahrzeugquerbeschleunigung erstellt. Dabei soll sowohl ein fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängiges, als auch ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiges Servokennfeld generiert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/834515121kraem.txt
Böhm, Valter; Naletova, Vera A.; Popp, Jana; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Material transport of a magnetizable fluid by surface perturbation. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 395 (2015), S. 67-72
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.07.036
Faenger, Bernd; Becker, Felix; Brandl, Michael; Fränzel, Norbert; Fremerey, Maximilian-Otto; Köhring, Sebastian; Lawin, Meike; Lutherdt, Stefan; Michaelis, Anne; Weichert, Frank
Mobilitätssysteme für Best Ager (50plus): neue Präventionsansätze - Update 2014. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen / Erfurter Tage ; 21 (Erfurt) : 2014.12.04-06. : 21. Erfurter Tage ; [ vom 4. bis 6. Dezember 2014]. - Quedlinburg : Bussert & Stadeler, ISBN 978-3-942115-35-3, (2015), S. 355-375

Ringler, Elmar
Experimentelle und nummerische Untersuchung von frequenzabhängiger Materialdämpfung in Balken. - 86 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit frequenzabhängiger Materialdämpfung in Balken. Hierzu werden frei und erzwungene Biegeschwingungen von Balken aus Stahl und Aluminium untersucht. Im Grundlagenteil werden Dämpfungsphänomene und Modelle vorgestellt. Der Schwerpunkt wird auf die in ANSYS verfügbaren Beschreibungsformen gelegt. Es folgt die analytische Betrachtung eines gedämpften Ein-Massen-Schwingers, um den Einfluss viskoser Reibung nachzuvollziehen und typische Effekte zu wiederholen. Anschließend werden die experimentellen Aufbauten, Messverfahren und gewonnenen Ergebnisse beschrieben. Dämpfungswerte werden aus Ausschwingvorgängen und aus Frequenz-Amplituden-Verläufen der zu erzwungenen Schwingungen angeregten Balken bestimmt. Dazu wurde ein elektromagnetischer Schwingungserreger benutzt. Die ermittelten Werte liegen deutlich über den Materialdämpfungswerten aus der Literatur. Grund hierfür ist die starke Fügestellendämpfung an der nicht idealen Einspannung. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Werten, die durch FE-Simulationen ermittelt wurden verglichen. Dabei kamen verschiedene Dämpfungsmodelle zum Einsatz.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/832364711ringl.txt
Zhao, Xin
A contribution to the computer aided development of an electrical window regulator system : mechatronic models, parameter identification and numerical simulations. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XX, 192 S., 23,03 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Die Arbeit orientiert sich daran, Modelle und Simulationen von elektrischen Fensterhebersystemen zu entwickeln. Das Ziel ist ein verbessertes Verständnis des Systemverhaltens und Einfluss von Parametern zu erlangen. Vor dem Hintergrund, dass Fensterhebersysteme komplizierte mechatronische Systeme darstellen, wird die Simulation als Werkzeug vermehrt eingesetzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Simulationen von mechatronischen Systemen auf unterschiedlichen Ebenen verglichen. Applikationen von Fensterhebersimulationen werden zusummengefasst und bewertet. Basierend auf dieser Auswertung wurde die Systemsimulation mit der Modellierungssprache, VHDL-AMS, als Methode ausgewählt. Bevor sich tiefgründig mit der Modellierung von Fensterhebersystemen beschäftigt wird, soll zuvor ein stark abstrahiertes analytisches Modell für die Bewertung des dynamischen Verhaltens erstellt werden. Grundlegend besitzt das Modell 2 Freiheitsgrade und besteht aus 2 Massen, die über eine Feder und einen Dämpfer verbunden sind. Eine Masse stellt die Glasscheibe und die andere die Massenträgheit des Motorankers dar. Mit der Mittelwertmethode wird das analytische Modell hinsichtlich der Stabilitätsbedingungen untersucht. Die Modellbildung des Fensterhebersystems beginnt mit der Aufteilung des Systems in einzelne Komponenten, basierend auf deren Funktion. Die Komponenten, wie z.B. elektrische Motoren, Hebemechaniken, Türrahmen, Elektroniken, etc., werden untersucht und anschließend Modelle erstellt, um ihre elektrische oder mechanische Funktionsweise zu beschreiben. Abhängig von der Komplexität wird die Technik der Modellierung ausgesucht, zum Beispiel physikalische oder verhaltensmäßige Modellierung oder eine Kombination von beiden. Die Parameter der Modelle wurden anhand von gesammelten Informationen von Komponentenlieferanten, existierenden Datenbanken und Messungen ermittelt. Komponentenmodelle wurden anhand von Messdaten verifiziert, z.B. Motorkennlinie. Die Systemsimulation beschäftigt sich mit der Integration von allen Komponentenmodellen in eine Simulation und imitiert Ausführung der Fensterhebersysteme in verschiedenen Lastfällen. In einer konkreten Applikation wurden die Ergebnisse der Messung und der Simulation anhand der Werte von wichtigen Signalen, die den Status des Systems abbilden, wie zum Beispiel Drehzahl und Strom des Motors, verglichen. Außerdem wurde die Einklemmschutzfunktion quantitativ durch Messung der Einklemmkräfte bei verschiedenen Spannungen verglichen. Trotzdem sind die Simulationen nicht auf die demonstrierten Beispiele dieser Arbeit limitiert. Teilsystemsimulationen mit dem Schwerpunkt auf der Untersuchung von Komponenten können auch mit den Komponentenmodellen entwickelt werden.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26178
Reich, Michael
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchung von mobilen Systemen mit neuartigen Antriebskonzepten. - 55 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einem neuartigen Antriebskonzept untersucht, welches eine Umkehr der Bewegungsrichtung ermöglicht. Die Bewegung wird durch eine Vielzahl angewinkelter Borsten übertragen, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt in der Ermittlung der Anregungskräfte dieses neuartigen Antriebskonzeptes. Die Ergebnisse werden in ein Mehrkörpersimulationsmodell implementiert und mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden anhand eines Prototyps die Fortbewegungsrichtung und die Geschwindigkeit gemessen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich des Bewegungsverhaltens des Simulationsmodells und des Experimentalsystems zeigt sich, dass das entwickelte Simulationsmodell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/831826541reich.txt
Sauter, Anton
Einfluss der Vorkrümmung von Stäben auf das statische und dynamische Biegeverhalten von taktilen Sensoren. - 183 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Bei der Entwicklung taktiler Messsysteme zur Umgebungserkennung dient häufig die sog. Vibrisse (Tasthhaar) von Säugetieren als Vorbild. In zahlreichen Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind die Vibrissen als gerader, zylindrischer oder konischer Stab modelliert. Die Tatsache, dass in der Natur Vibrissen grundsätzlich vorgekrümmt sind, wird in den meisten Fällen vernachlässigt. In dieser Arbeit liegt der Fokus der Betrachtungen auf der Vorkrümmung der Vibrissen, wobei besonders auf die Anwendung der Vibrissen bei der Objektabtastung eingegangen wird. Es werden zunächst die Spannungs- und Verformungsgleichungen für den vorgekrümmten Stab anhand der sog. Winkler-Bach-Theorie hergeleitet. Weiterhin wird gezeigt, dass für gewisse Grenzfälle die Gleichungen erheblich vereinfacht werden können. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit bisher durchgeführten Untersuchungen zu vorgekrümmten Stäben bzw. technischen Vibrissen. Dabei werden Forschungsergebnisse vor allem im Bereich der Objektabtastung präsentiert, welche später als Orientierung für die durchgeführten Untersuchungen dienen. Um die Eigenschaften des vorgekrümmten Stabes besonders im Vergleich zum geraden Stab herauszuarbeiten, werden daraufhin eingehende Untersuchungen zum statischen Biegeverhalten vorgekrümmter Stäbe durchgeführt. Es werden Parameter wie Art und Richtung des Kraftangriffes, Betrag der Kraft, Art der Lagerung und Größe der Stabvorkrümmung variiert. Weiterhin wird die konkrete Anwendung vorgekrümmter Stäbe bei der Objektabtastung untersucht. Dabei werden mehrere Simulationen durchgeführt, bei denen verschieden vorgekrümmte, einseitig eingespannte, technische Vibrissen durch die Verschiebung der Einspannstelle an unterschiedlich geformten, konvexen Profilen entlangstreichen. Anhand der ermittelten Lagerreaktionen und der Position der Einspannstelle (Observablen) können die Profile rekonstruiert werden. Dabei wird grundsätzlich sowohl mit Vibrissen konstanter, als auch variabler Krümmung gearbeitet. Es wird gezeigt, dass bei geeigneter Wahl eines variablen Krümmungsradius der Abtastvorgang optimiert werden kann. Darauf aufbauend werden Experimente/Messungen an einem Versuchsstand zu Abtastvorgängen mit verschieden vorgekrümmten Vibrissen durchgeführt. Abschließend wird ausblickshaft auf das Schwingungsverhalten unterschiedlich vorgekrümmter Stäbe eingegangen. Dabei werden die Eigenfrequenzen zum einen für "natürlich" vorgekrümmte Stäbe und zum anderen für gerade Stäbe, die durch äußere Belastungen vorgespannt (und damit vorgekrümmt) sind, bestimmt. Hier erfolgt jeweils der Vergleich mit einer FEM-Simulation.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/829980857saute.txt
Wicha, Matthias
Bestimmung von Wanddicken aufgrund des Werkstoffes/Leichtbau prEN-GJS-500-14. - 75 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Aufgabe der Arbeit war, zu analysieren ob bei Niederhaltern für Karosserieblechwerkzeuge aus dem bisherigen Gusswerkstoff EN-GJS-500-7 durch den neuen Gusswerkstoff EN-GJS-500-14 eine Wanddickenreduzierung und eine dafür entwickelte Leichtbaugeometrie möglich ist. In einem ersten Schritt werden die vorherrschenden Bedingungen für Niederhalter in der Presse untersucht. Auf Grundlage dieser werden der bestehende Werkstoffe EN-GJS-500-7 und der neu zu Untersuchende analysiert. Dazu werden die zulässigen Spannungen ermittelt mit denen der Niederhalter ausgelegt werden kann. In einem weiteren Schritt wird eine Simulation für die Niederhalter sowie die verschiedenen Werkstoffe erstellt. Nach Analyse der Ausgangsmodelle werden die Wanddicken reduziert und gegebenenfalls umkonstruiert sodass die zulässigen Spannungen ausgenutzt werden. Danach werden die Modelle und deren Konstruktion mit Hilfe von Gestaltungsvorschriften auf Gießbarkeit überprüft. Mit den gießbaren Modellen wird im Anschluss eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/82838522Xwicha.txt
Zimmermann, Klaus
Mechanische Systeme. - In: Taschenbuch der Mechatronik : . - München : Hanser, Carl, ISBN 978-3-446-43857-6, (2015), S. 224-271

Literaturangaben
Siedler, Konrad
Simulations- und Parameterstudien von Reglern für ein biologisch inspiriertes, mechanisches Sensorsystem zur Identifikation von Bodenerregungen. - 157 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird nach einer Regelungsstrategie gesucht, mit deren Hilfe die auf einen Sensor wirkende Erregung gemessen und identifiziert werden kann. Der Sensor wird durch ein mechanisches System in Form eines Feder-Masse-Dämpfer-Schwingers mit Freiheitsgrad 2 und indirekter Erregung über das Gehäuse modelliert. Die Sensoreigenschaften werden den aus der Natur stammenden Eigenschaften von Mechanorezeptoren nachempfunden, welche ihre Reaktion den aus der Umgebung einwirkenden Reizen anpassen können. Aus diesem Grund werden adaptive Reglerverstärkungen in dieser Arbeit verwendet. Während sich nicht ändernder Erregungen soll der Sensor weiterhin Änderungen in der Umgebung wahrnehmen und Absolutwerte identifizieren können. Zusätzlich soll er möglichst universell einsetzbar sein und einen möglichst geringen Wert des Verstärkungsfaktors benötigen. Zunächst werden bereits bestehende Regelungsstrategien zusammengetragen, untersucht und modifziert. Anschließend werden diese auf ein Sensorsystem des Freiheitsgrads 1 angewendet. Dies erfolgt über eine Simulationsstudie mithilfe der Software "MatLab", in dem das Sensorsystem mit allen Regelungsvarianten implementiert wird. Die sich als am wirkungsvollsten erweisenden Regelungsstrategien werden auf das System mit Freiheitsgrad 2 angewendet. Die Regler mit den besten Ergebnissen zur Identifikation von Bodenerregungen werden zum Schluss auf ihr Langzeitverhalten, sowie ihre Reaktion auf verschiedene Erregungsformen und zufällig gewählte Systemparameter erfolgreich und leistungsstark geprüft.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/827347189siedl.txt
Mahler, Konstantin
Stabilitätsuntersuchung der Bewegung eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems. - 84 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung zur Beschreibung des Bewegungszustandes eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems bei Variation der beschreibenden Parameter wird die Stabilität der zu erwartenden Bewegung analysiert und beurteilt. Hierzu werden Methoden der numerischen Mathematik in MATLAB und der Stabilitätstheorie genutzt. Im Einzelnen werden die folgenden Aufgaben bearbeitet: 1. Literaturrecherche zur Beschreibung der Rotordynamik, sowie zur Stabilität von Rotorbewegungen; 2. Vorgabe des mechanischen Modells und Aufstellung des Bewegungsgleichungssystems über die Lagrange'sche Gleichung zweiter Art; 3. Erarbeitung der numerischen Lösung des Systems in MATLAB zur Ermittlung der Eigenfrequenzen des Mehrkörpersystems; 4. Erarbeitung einer Stabilitätskarte auf Basis der Methode der Störungsrechnung und Beschreibung der Auswirkungen von Parametervariationen auf die Stabilität der Bewegung. Auf Basis eigens entwickelter Programme kann in MATLAB das Gleichungssystem für das vorliegende Problem automatisiert aufgestellt und gelöst werden. Die integrierte Eigenwertanalyse zeigt einen deutlichen funktionalen Zusammenhang zwischen den Eigenfrequenzen des Systems und der Drehzahl des Rotors.Auf Basis der Störungsrechnung können Näherungslösungen für die Stabilitätsgrenzen des mechanischen Systems erzielt werden. Diese werden in Form einer Stabilitätskarte abgebildet. Aufgrund von Parametervariation kann die Stabilität des Systems für unterschiedliche Zustände beurteilt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/825524865mahle.txt
Eichfelder, Gabriele ; Gerlach, Tobias; Sumi, Susanne
A modification of the [alpha]BB method for box-constrained optimization and an application to inverse kinematics. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mathematik. - Online-Ressource (PDF-Datei: 25 S., 1,58 MB). - (Preprint. - M15,04)

For many practical applications it is important to determine not only a numerical approximation of one but a representation of the whole set of globally optimal solutions of a non-convex optimization problem. Then one element of this representation may be chosen based on additional information which cannot be formulated as a mathematical function or within a hierarchical problem formulation. We present such an application in the field of robotic design. This application problem can be modeled as a smooth box-constrained optimization problem. For determining a representation of the global optimal solution set with a predefined quality we modify the well known BB method. We illustrate the properties and give a proof for the finiteness and correctness of our modified BB method.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26001
Steigenberger, Joachim ; Behn, Carsten; Will, Christoph
Mathematical model of vibrissae for surface texture detection. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mathematik. - Online-Ressource (PDF-Datei: 18 S., 489,3 KB). - (Preprint. - M15,03)

The plane elastic bending rod serves as a model of biological and artificial vibrissae. One task of vibrissae is to scan surfaces in order to detect their textures. We sketch the theory of static bending rod problems with a view to this field of applications. The solutions of the respective autonomous boundary value problems are given analytically. Numerical simulations are done in some worked out examples. Being aware of the fact that (1) in papers, object detecting by means of touch is seemingly exclusively investigated under the assumption of ideal contact (no stiction or friction), and (2) our present omission of this assumption is based upon simplifying model properties, the conclusions give some corresponding discussions and proposals for improvements and necessary work in future.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25964
Börner, Simon
Entwicklung und Konstruktion eines mobilen Roboters zur Fortbewegung in unverfestigten Sedimenten. - 139 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines mobilen Roboters zur Fortbewegung in Quarzsand. Mit einem einfachen Aufbau soll sich dieser im Akkumulatorbetrieb vertikal in den Boden eingraben können. Roboter dieser Art können zur Erkundung von Böden auf der Erde und anderer Himmelskörper eingesetzt werden oder Rettungsmissionen in Trümmerhaufen unterstützen. Methodisch orientiert sich der konstruktive Entwicklungsprozess an den VDI-Richtlinien 2221 und 2222. Zu Beginn werden neben dem Stand der Technik auch Ansätze zur Modellierung der Bodenwiderstandskräfte betrachtet. Für die prinzipielle Lösung der Problemstellung werden mehrere Varianten erarbeitet und bewertet. Das gewählte Prinzip nutzt eine rotierende Schraubengeometrie zur Erzeugung der Vortriebskraft, wobei der notwendige Drehmomentenausgleich über Widerstandsflächen erfolgt. Die Eignung dieses Prinzips wird experimentell mit einem vorläufigen Prototypen bestätigt. Für den maßstäblichen Entwurf werden erneut mehrere Varianten präsentiert, von denen eine ausgewählt und zu einem technischen Entwurf mit den notwendigen Nachweisrechnungen ausgearbeitet wird. Die Funktionsfähigkeit des konstruierten Roboters wird experimentell bestätigt, wobei Ansätze für nachfolgende Untersuchungen gegeben werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/823177033boern.txt
Hermann, Svenja
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchung von mechanischen Vibrissen mit ferrofluidischer Lagerung. - 93 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die langen, seitlich abstehenden Tasthaare im Schnauzbereich von Säugetieren werden als mystaziale Makrovibrissen bezeichnet. Sie wachsen einzeln in speziellen Follikeln und werden in der Haut von einer mit Blut gefülltem Kapsel umschlossen. Diese Lagerung wird Follikel-Sinus-Komplex genannt und ist mit verschiedenen Muskeln verbunden, welche die Schnurrhaare in Schwingungen versetzen können ("Whiskerbewegung"). Da die Vibrisse in der Natur als Tastsinnesorgan benutzt wird, sieht man sie auch als biologisches Vorbild für taktile Sensoren. In der vorliegenden Arbeit wird eine mechanische Vibrisse als starrer Stab modelliert, der drehbar gelagert ist und an dessen Ende sich ein paramagnetischer Körper befindet. Die viskoelastische Lagerung wird mit einem Ferrofluid nachgebildet. Um die Vibrisse in Bewegung zu versetzen, soll die magnetische Kraft auf den Körper genutzt werden, welche mit einem äußeren Magnetfeld im Ferrofluid erzeugt werden kann. Es erfolgen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen der Kraftwirkung in Abhängigkeit der äußeren Magnetfeldstärke sowie Volumen und Form des Körpers im Ferrofluid. Die quantitative Analyse zeigt, dass die Stärke der Kraft in erster Linie vom Volumen des Körpers abhängt und weniger von der Form. Die numerische Berechnung liefert trotz vereinfachender Annahmen eine gute Annäherung an die im Experiment gemessenen Werte.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/821903810herma.txt
Cordes, André
Entwicklung eines Messsystems zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von mobilen Robotern auf Basis von Tensegrity-Strukturen. - 56 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Eine Erhöhung der Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein relativ moderner Ansatz ist die Nutzung von Tensegrity-Strukturen zur Fortbewegung. Diese Arbeit beschreibt die Konstruktion und Inbetriebnahme eines Messsystems zur experimentellen Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Tensegrity-Strukturen. Der Messstand besteht aus einer einfachen Tensegrity-Struktur, die durch dynamische Anregung mit einem tubularen Linearmotor in Schwingung versetzt werden kann. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera lassen sich die Bewegungen der Struktur digital aufzeichnen und grafisch darstellen. Die Untersuchungsergebnisse belegen einen direkten Zusammenhang zwischen Anregungsfrequenz und Bewegungsverhalten der Tensegrity-Struktur.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/821756591corde.txt
Mathes, Rafael
Energiemethoden der analytischen Mechanik mit Anwendung auf Fallbeispiele aus dem Maschinenbau. - 65 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In der vorliegenden Bachelor-Arbeit werden die Energiesätze von Castigliano und Menabrea aus der analytischen Mechanik sowie deren Anwendung auf Beispiele aus dem Maschinenbau behandelt. Zu Beginn der Arbeit wird die Herleitung der beiden Energiesätze nachvollzogen. Hierbei werden die vereinfachenden Annahmen getroffen, dass keine schiefe Biegung auftritt und der Querkraftschub vernachlässigt werden kann. Für die Herleitung wird der Zusammenhang zwischen Formänderungsarbeit / -energie, Kraft, Weg und Spannung in die Sätze von Castigliano und Menabrea eingesetzt. Die Formeln werden anschließend so umgeformt, dass sie in der Praxis einfach anzuwenden sind. Anhand immer komplexer werdender Beispielaufgaben wird die Anwendung der Energiesätze demonstriert. Hierbei wird auf übliche Vorgehensweisen und typische Fehler eingegangen. Im folgenden Kapitel wird die schiefe Biegung in die Theorie mit einbezogen. Die Formeln werden um die notwendigen Terme erweitert und in einigen Beispielaufgaben angewendet. Alle Erfahrungen und Ratschläge, die in der bisherigen Arbeit enthalten sind, werden im nächsten Kapitel in Form einer umfassenden Anleitung zusammengefasst. Diese dient als Grundlage für alle folgenden Aufgaben der Aufgabensammlung. Abschließend werden ausgewählte, symbolische Lösungen mit Zahlenwerten hinterlegt und mit Ergebnissen der kommerziellen Berechnungssoftware "Ansys" verglichen und verifiziert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/821748181mathe.txt
Krey, Maximilian
Approximationsrechnungen zu speziellen Beispielen von Balkenschwingungen unter Randdämpfung. - 56 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die Mehrkörperapproximation schwingender Kontinua ist eine leistungsfähige Methode zur Untersuchung der Eigenkreisfrequenzen nahezu beliebiger Systeme. Die Theorie hinter diese Methode wird ausführlich erklärt und angewendet. Diese Arbeit zeigt, dass die in [BWS14] beschriebenen atypischen Eigenschaften von viskoelastisch gelagerten Biegebalkenkontinua in der Mehrkörperapproximation selbiger ebenso auftreten. Dieses Verhalten stellt sich in einer sprunghaften Änderung der Eigenkreisfrequenzen dar. Wenn z.B. die Federsteifigeit erhöht wird und der Dämpferkennwert gleich bleibt, kann die Eigenkreisfrequenz von Null auf einen Wert springen. Außerdem steigen für manche konstanten Federsteifigkeiten die Eigenkreisfrequenzen mit dem Dämpferkennwert an. Kleinere Abweichungen zwischen Kontinuum und Mehrkörpersystem wurden beobachtet. Da im Mittelpunkt dieser Bachelorarbeit die Approximationsrechnungen zur näherungsweisen Bestimmung von Eigenkreisfrequenzen durch Mehrkörpersysteme stehen, werden Parametervariationen an diversen Systemen durchgeführt, wie z.B. die Längenaufteilung der diskreten Elemente, um eine möglichst exakte Approximation zu erreichen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/821467689krey.txt
Böhm, Valter ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
An approach to the dynamics and control of a planar tensegrity structure with application in locomotion systems. - In: International journal of dynamics and control. - Berlin : Springer, ISSN 21952698, Bd. 3 (2015), 1, S. 41-49
http://dx.doi.org/10.1007/s40435-014-0067-8
Huang, Jing
Aufbau einer Versuchseinrichtung für Remote Center Compliance (RCC)-Mechanismen bei automatisierten Fügevorgängen. - 68 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Für Fügeprozesse mittels Industrierobotern werden wegen der unzureichenden Genauigkeit der Roboter Fügehilfen eingesetzt, damit die Positions- und Winkelabweichungen zwischen den zu fügenden Werkstücken bei automatisierten Fügevorgängen ausgeglichen werden. Die RCC-Mechanismen sind als Fügehilfe am weitesten verbreitet. Sie gehören zu passiven Fügemechanismen und ermöglichen die Ausgleichsbewegung ohne Sensoreinsatz. Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion von RCC-Mechanismen. Dabei lag der Fokus vor allem auf der Erarbeitung prinzipieller Lösungen. Abschließend wurde eine Versuchseinrichtung für die Messungen der bei den Fügevorgängen auftretenden Kräfte aufgebaut und die Ergebnisse bewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/81914858Xhuang.txt
Mory, Xavier-Arthur
Experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum quasistatischen Verhalten von elektrisch leitenden magneto-sensitiven Elastomeren. - 84 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Zu Beginn dieser Arbeit wurde der Stand der Technik dokumentiert. Die eletrisch leitenden magneto-sensitive Elastomeren sind Materialien an den man seit neuestem viele Interesse hat, da es die Verkopplung der Eigenschaften der elektrisch leitenden Elastomeren sowie der magneto-sensitiven Elastomeren ermöglicht. Anschließend folgte die Herstellung der zwei verschiedenen elektrisch leitenden magneto-sensitiven Elastomeren. Die zwei Probetypen bestehen aus Silikon-Elastomer, Carbonyl-Eisen-Pulver sowie Ruß, aber die Weise diesen herzustellen unterschiedlich ist. Eine ist nämlich mit ausgerichtete Rußpartikeln hergestellt. Andere Füllstoffe wurden untersucht wie Kupfer und Silber als Ersatz für den Ruß und Mu-Metal als Ersatz für das Eisen. Eine zentrale Aufgabe stellt die Entwicklung eines Messaufbaus zur Untersuchung der Widerstandsänderung bei uniaxialer Deformation in Abhängigkeit des Graphitgehalts sowie zur Untersuchung des elastischen Werkstoffverhaltens in Abhängigkeit des Eisengehalts und der Größe eines homogenes Magnetfeldes dar. Zuerst wurde den uniaxialen Zugprüfstand mit einem motorisierten Positioniersystem sowie einem selbst aufgebauten Kraftsensor mittels eines Feders im Labor entworfen. Danach wurde ein Meßverfahren der Widerstandsmessungen mittels eines Spannungsteilers entwickelt. Endlich wurde ein Aufbau zum Einstellen eines Magnetfeldes auf den Proben mittels Ansys entwickelt. Schließlich wurden experimentelle Untersuchungen zum statisch-mechanischen Materialverhalten zur Gewinnung der Spannungs-Dehnungs Kurven, Widerstands-Dehnungs Kurven, des Mullins-Effekts mit und ohne Anwendung eines Magnetfeldes durchgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/817977309mory.txt
Pinther, Marco
Entwicklung einer Felge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für einen Formula Student Rennwagen. - 106 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Felge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für einen Formula Student Rennwagen. Ausgehend von der Betrachtung des Standes der Technik und zur Berechnung von CFK-Strukturen wurden verschiedene Lösungskonzepte entwickelt. Die theoretische Untersuchung dieser Konzepte auf Basis der Finite-Elemente-Methode bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Die Simulationen wurden mit Ansys Workbench ® und Ansys Composite PrepPost ® durchgeführt. Nach dem Vergleich und der Bewertung der Konzepte wurde mit weiterführenden Theorieuntersuchungen in mehreren iterativen Entwicklungsschritten eine Carbonfelge entworfen, welche die gestellten Anforderungen erfüllt. Im abschließenden Teil der Arbeit erfolgte die Konstruktion der zur Herstellung dieser Felge notwendigen Laminierwerkzeuge.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/81615757Xpinth.txt
Mette, Marco
Untersuchung von Mechanismen zur Realisierung von Scanvorgängen mit konstanter Bahngeschwindigkeit. - 37 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Zur Erfassung von technischen Parametern werden statt Einzelpunktmessungen oft Scanbewegungen genutzt. In der vorliegenden Bachelorarbeit wurden ebene Bewegungssysteme (insbesondere parallelkinematische) zur Realisierung von Scanvorgängen mit konstanter Bahngeschwindigkeit untersucht und bewertet. Hierfür wurden theoretische Grundlagen der Kinematik, Anforderungen an die Mechanismen und prinzipielle Lösungen erarbeitet. Anschließend wurden geeignete Mechanismen in der Mehrkörpersimulations-Software alaska als Modelle erstellt und verschiedenen Bewegungsaufgaben simuliert und bewertet. Abschließend erfolgte ein Vergleich der getesteten Mechanismen.


Behn, Carsten ; Will, Christoph; Steigenberger, Joachim
Unlike behavior of natural frequencies in bending beam vibrations with boundary damping in context of bio-inspired sensors. - In: InfoWare 2014 / InfoWare ; 9 (Seville) : 2014.06.22-26. - [Wilmington, Del.] : IARIA, (2014), S. 75-84

In this paper, we introduce certain models which arise in investigating some vibration problems of bio-inspired, vibrissa-like sensor models. Some approaches to the modeling of the biological paragon vibrissa use rigid body models in which a rod-like vibrissa is supported by a combination of spring and damping elements modeling the viscoelastic properties of the follicle-sinus complex. However, all the rigid body models can only offer limited information about the functionality of the biological sensory system. Therefore, we deal with bending problems of continuous beam systems. We present various beams with different supports (clamped and pivoted with discrete viscoelastic couplings) which are to model the biological tissues. This is new in and different from literature. We focus on investigations of the natural frequency spectra of various systems. The knowledge of dynamical characteristics is important for the design of artificial sensors. A close examination of vibrissa-like beam models with boundary damping exhibits features which are unlike in comparison to classical vibration systems.


Becker, Felix ; Börner, Simon; Lysenko, Victor; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
On the mechanics of bristle-bots - modeling, simulation and experiments. - In: ISR/Robotik 2014 : 41st International Symposium on Robotics : 2-3 June 2014. - [Piscataway, NJ] : IEEE / ISR/Robotik ; 45 (Munich) : 2014.06.02-03., (2014), insges. 6 S.

Bristle-bots are simple and tiny robots, which use bristles and internal vibration sources to perform locomotion. In this paper, the locomotion behavior of such systems is studied. An analytical model is presented and solved numerically for different configurations and parameters. The goal is to obtain the influence of the system parameters to the locomotion velocity. The numerical results are compared with experimental studies of a prototype. Furthermore the state of the art of mobile robots with bristles is presented.


http://ieeexplore.ieee.org/document/6840103/
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Böhm, Valter; Kaufhold, Tobias; Volkova, Tatiana; Krautz, Maria; Waske, Anja; Schrödner, Mario; Popp, Jana; Kästner, Markus; Spieler, Christian
Mechanics of actuators based on magnetic hybrid materials with applications for robotics, fluid control and sensor technology. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2014), No. 4(57), Seite 23-41
Becker, Felix ; Bondarev, Olga; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Abdelrahman, Mohamed; Adamov, Boris
An approach to the kinematics and dynamics of a four-wheel mecanum vehicle. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2014), No. 2(55), Seite 27-37
Köhring, Sebastian ; Lutherdt, Stefan; Michaelis, Anne; Becker, Felix; Brandl, Michael; Faenger, Bernd; Holder, Silvio; Fremerey, Max; Lawin, Meike; Fränzel, Norbert; Weichert, Frank; Witte, Hartmut
Nahfeldmobilität - der Schlüssel zu einem selbstbestimmten Leben im Alter. - In: Mobilogisch! - Berlin : Umkehr e.V., ISSN 09311688, (2014), 4, S. 1-5
Bolotnik, Nikolay; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamics and control of a two-module mobile robot on a rough surface. - In: Advances on theory and practice of robots and manipulators / RoManSy ; 20 (Moscow) : 2014.06.23-26. : proceedings of Romansy 2014 XX CISM-IFToMM Symposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators. - Cham [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-319-07057-5, (2014), S. 141-148

Behn, Carsten
Modeling the adjustment of receptor cells via adaptive [lambda]-stabilizing control. - In: Journal of Mechatronics. - Valencia, Calif : American Scientific Publishers, ISSN 23262893, Bd. 2 (2014), 4, S. 275-290

This paper deals with the (adaptive) control of a sensory system. It is inspired by biological ideas concerning the behavior of animal receptor cells for the processing of information of the tactile sense. The equations of motion fall into the category of quadratic, finite-dimensional, nonlinearly perturbed, multi-input, multi-output systems (MIMO-systems) of relative degree two. Then, the typical adjustment of the receptor cells to continuing signals (described as perturbations from the environment) is realized via a universal adaptive control strategy, which also allows system parameter uncertainties, i.e., lack of precise knowledge. We present three control strategies, analytical proofs and simulations.


http://dx.doi.org/10.1166/jom.2014.1069
Heinz, Leo
Modellbildung, Dynamiksimulation und Regelung von Lokomotionssystemen in der Ebene. - 68 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die Entwicklung biologisch inspirierter, kriechender Rettungsroboter orientiert sich meist an Würmern und Schlangen als Vorbildern aus der Biologie. Seit Jahren finden am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau Untersuchungen zu wurmartigen Bewegungssystemen statt. Der Fokus lag dabei auf der mathematischen Modellbildung (Reibung, unidirektionale Bewegung, Aktuatoren), auf Regelungsaspekten zur optimalen Fortbewegung und auf dem Protoypendesign zur Verifikation der theoretischen Ergebnisse. Aktuelle Arbeiten versuchen die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse aus der 1d-Bewegung des künstlichen Wurms in die 2d-Bewebung einer Schlange zu übertragen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Arbeit an. Anders als die meisten Veröffentlichungen in der Literatur zur Thematik schlangenartige Bewegung, die meist nur den Entwurf von Prototypen beschreiben, wird in dieser Arbeit ein mechanisches Modell vorgestellt, die analytischen Bewegungsgleichungen abgeleitet und anschliessend das Berechnungsmodell numerisch für Simulationen integriert. Dabei ist es nicht das Ziel, eine Schlange eins zu eins nachzuahmen, sondern die Haupteigenschaften wurm- und schlangenartiger Bewegung zu identifizieren und in einem Modell umzusetzen (Bionik). Im Gegensatz zur Literatur fokussiert die Modellbildung passive Gelenke und die Peristaltik von Würmern, welche in dieser Arbeit zur schlangenähnlichen Fortbewegung genutzt werden sollen und neu sind in der Literatur. Es werden mehrere, zunehmend komplexe Modelle aufgestellt und simuliert, beginnend mit einer Kette von Massenpunkten. Jeder Massenpunkt repräsentiert ein Segment des Bewegungssystems, welches mit einer drehbaren Kufe versehen ist, die die no side slip-Bedingung umsetzen soll. An der Unterseite eines jeden Massenpunktes befinden sich ideale Spikes, die den Kontakt zum Untergrund definieren und die Bewegung entlang der Kufe in eine Richtung verhindern. Somit entsteht eine Vorzugsrichtung eines jeden Segmentes. Die Kufen werden gemäß\ einem vorgegebenen Mechanismus gesteuert, mit welchen sich diverse Fahrmanöver fahren lassen. Die Segmentabstände sind zeitabhängig vorgegeben. Die Gesamtheit der zeitlich vorgegebenen Segmentabstände wird Gait genannt. Unterschiedliche Gaits werden in Simulationen verglichen und die Möglichkeit des Umschaltens zwischen diversen, optimalen Gaits im Betrieb für eine optimale Fortbewegung des Systems berücksichtigt. Bei der dynamischen Beschreibung werden die Segmentabstände mithilfe von Aktoren eingestellt. Im Voraus die notwendigen Aktorkräfte zu berechnen ist nahezu unmöglich, weshalb ein adaptiver Regler genutzt wird, um die Aktorkräfte entsprechend der Gait-Vorgabe und der jeweiligen Gesamtsituation des Systems anzupassen und einzustellen. Die interne Generierung einer Veränderung der Struktur des Systems in Zusammenhang mit den Spikes als Bodenkontakt führt zu einer globalen, autonomen Fortbewegung des Systems, welche dem Vorbild der kriechenden Schlange ähnelt: undulatorische Lokomotion. Weiterhin werden Ansätze zur Formulierung eines Mehrkörper-Modells (Segment-Gelenk und Drehpunkt der Kufe sind getrennt) mittels Starrkörper-Kinematik bzw. Dynamik und zur technischen Umsetzung des speziellen Untergrundkontaktes über Spikes-besetzte Kufen vorgestellt und kritisch hinterfragt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/814162088heinz.txt
Fremerey, Max; Köhring, Sebastian; Nassar, Omar; Schöne, Manuel; Weinmeister, Karl; Becker, Felix; Џorџevi´c, Goran; Witte, Hartmut
Design of a phase-shifting double-wheg-module for quadruped robots. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 10 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-037:5
Hennen, Andre
Analyse des Verschleißverhaltens von hydraulischen Spannelementen in Kettentrieben von Verbrennungsmotoren. - 62 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Der Inhalt dieser Bachelorarbeit ist die Analyse des Verschleißverhaltens von hydraulischen Spannelementen in Kettentrieben von Verbrennungsmotoren. Inhaltlich werden zunächst die notwendigen theoretischen Grundlagen aufgezeigt. Anschließend werden die Feldteile auf ihr Verschleißbild untersucht und Möglichkeiten aufgezeigt Verschleiß quantifizierbar darzustellen. Um den Verschleiß nachzubilden, ist eine vorhandene Vorrichtung optimiert und an einem Hydropulser aufgebaut worden. Es folgt eine Übersicht der gelaufenen Versuche mit dieser Vorrichtung. Weiterhin wird ein alternatives Konzept einer Prüfvorrichtung vorgestellt und ebenfalls eine Übersicht der damit durchgeführten Versuche dargestellt. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird eine Empfehlung für den durchzuführenden Dauerlauf abgeleitet. Außerdem werden Einflussparameter auf den Verschleiß hin diskutiert und auf Grundlage dieser Einflussparameter werden Bauteilvariationen vorgestellt und bewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/806997443henne.txt
Schmidt, Manuela; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus; Niederschuh, Sandra; Helbig, Thomas; Voges, Danja; Husung, Isabel; Volkova, Tatiana; Will, Christoph; Behn, Carsten
Technical, non-visual characterization of substrate contact using carpal vibrissae as a biological model: an overview. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 15 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-175:8
Baldeweg, Daniel ; Will, Christoph; Behn, Carsten
Transversal vibrations of beams in context of vibrassae consisting of foundations, discrete supports and various sections. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 20 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-081:7
Becker, Felix; Börner, Simon; Kästner, Tobias; Lysenko, Victor; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Spy bristle bot - a vibration-driven robot for the inspection of pipelines. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 7 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-042:4
Abdelrahman, Mohamed; Zeidis, Igor; Bondarev, Olga; Adamov, Boris; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
A description of the dynamics of a four-wheel Mecanum mobile system as a basis for a platform concept for special purpose vehicles for disabled persons. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 10 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-041:7
Will, Christoph ; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Quasi-static object scanning using technical vibrissae. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 16 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-015:5
Heinz, Leo ; Krüger, Martin; Behn, Carsten
Contribution to snake-like locomotion: mechanical and mathematical models. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 18 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-013:9
Lutherdt, Stefan; Becker, Felix; Brandl, Michael; Faenger, Bernd; Fränzel, Norbert; Fremerey, Max; Köhring, Sebastian; Lawin, Meike; Michaelis, Anne; Weichert, Frank
Silver-Mobility - near field mobility concepts for the age group 50+. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 12 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-151:2
Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
An approach to magnetically actuated miniaturized compliant locomotion systems. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 10 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-110:4
Zhao, Xin; Petkun, Sergey; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamical behavior of window regulator systems. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-051:4
Gorges, Stephan; Riehs, Christopher; Zimmermann, Klaus; Kästner, Tobias
A cascaded worm-like locomotion system - constructive design, software and experimental environment. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 7 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-046:5
Becker, Felix; Börner, Simon; James, Emmanuel; Minchenya, Vladimir; Zimmermann, Klaus
Low-cost piezoelectric actuators - analytical, numerical and experimental studies with a focus on mobile robotics. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 12 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-043:2
Noll, Andreas ; Behn, Carsten
Fuzzy-adapted lane assist of vehicles with uncertainties. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 20 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-014:7
Behn, Carsten ; Schwebke, Silvan
Gear shift patterns in uncertain terrestrial locomotion systems. - In: Applied non-linear dynamical systems / International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" (Łód´z) : 2013.12.02-05. : [the 12th International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" (DSTA) was held on December 2 - 5, 2013, in Łód´z, Poland]. - Cham [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-319-08265-3, (2014), S. 37-48

The paper focusses on various gear shift patterns in an uncertain terrestrial locomotion system, i.e., in a wormlike locomotion system (WLLS). A WLLS in this theory is understood as a system living in a straight line (one dominant linear dimension) with no active (i.e., driving) legs nor wheels. A mechanical model comprises a chain of discrete mass points (1) connected by viscoelastic force actuators and (2) having ground interaction via spikes which make the velocities unidirectional. A spike means any device which realizes this restriction. The distances between two consecutive mass points are changed by an adaptive controller. In combination with the ground contact spikes, this results in an undulatory locomotion of the system. Optimal gaits which achieve a defined number and succession of resting mass points as well as the resulting velocity are developed in numerical investigations. We present a gait shifting procedure incorporating a combination of speed adjustment and gait change that enables optimal crawling for predefined limits of actuator or spike force load.


Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Abdelrahman, Mohamed
Dynamics of mechanical systems with mecanum wheels. - In: Applied non-linear dynamical systems / International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" (Łód´z) : 2013.12.02-05. : [the 12th International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" (DSTA) was held on December 2 - 5, 2013, in Łód´z, Poland]. - Cham [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-319-08265-3, (2014), S. 269-279

Reinwald, Max
Entwicklung von Modulen für einen Versuchsstand zur Kraft- und Momentenmessung an technischer Vibrissen. - 60 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung verschiedener Module für einen Versuchsaufbau zur Kraft- und Momentenmessung im Zuge der näheren Erforschung einer technischen Vibrisse. Säugetiere sind in der Lage, mit Hilfe dieser Vibrissen (sogenannten Tasthaare), Objekte und deren Strukturen zu erkennen. Die technische Umsetzung und Nutzung der Vibrisse, als taktiler Sensor, ist seit einigen Jahren Forschungsthema verschiedener Arbeiten. Der Versuchsstand setzt sich aus mehreren, unterschiedlichen Modulen zusammen. Dazu gehören unter anderem ein Gestell, eine Antriebseinheit sowie ein verfahrbarer Schlitten, an den verschiedene geometrische Messobjekte geklemmt werden können. Neben der Konstruktion und Auslegung dieser Module, erfolgt die Inbetriebnahme des Messaufbaus, wie auch eine Überprüfung hinsichtlich der Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit des Schlittens.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/803500734reinw.txt
Fiedler, Bernd; Gerlach, Erik; Husung, Isabel; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Füßl, Roland; Manske, Eberhard; Hausotte, Tino; Theska, René
Positioning with nanometre precision requires a high tech Nanopositioning and Nanomeasuring Machine and an optimal machine setup. - In: Shaping the future by engineering : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; proceedings. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12., (2014), insges. 8 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-029:6
Heyne, Raik
Entwicklung eines kaskadierten Lokomotionssystem mit Sensorik zur Neigungsbestimmung der Auflage. - 53 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die vorliegende Arbeit gibt einen kurzen Überblick über das biologische Vorbild und den derzeitigen Stand der Forschung in Bezug auf wurmartige Lokomotionssysteme. Verschiedene Sensorarten zur Bestimmung der Neigung von Testobjekten werden vorgestellt. Der Stand des Forschungsobjektes \grqq Chainbot\grqq{} an der TU Ilmenau wird erläutert, sowie welche Veränderungen an diesem im Rahmen dieser Arbeit vorgenommen werden. Des Weiteren wird die Neukonzipierung der Testumgebung zur Erprobung des \grqq Chainbot\grqq{} in den einzelnen Bereichen erklärt. Auf Grundlage der Änderungen an der Wurmrobotik und der Testumgebung wird erläutert, inwieweit die Benutzeroberfläche und die Kommunikation überarbeitet wird. Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und zukünftige Aufgabenfelder aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/799310077heyne.txt
Dürr, Daniel
Entwicklung eines kaskadierten wurmartigen Lokomotionssystems mit Sensorik zur Haftbedingungsprüfung. - 57 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines viersegmentigen wurmartigen Lokomotionssystems und der Integration eines Maussensors zur Schlupferkennung in den Roboter. Dazu wurde die Elektronik des Roboters programmiert. Hierzu gehört die Motorregelung, die Kommunikation innerhalb des Wurms über den CAN-Bus sowie das Auslesen des Maussensors. Weiterhin wird die aus dem Maussensor gewonnene Information zur Absolutpositionsmessung jedes Segments verwendet. Sollte es in einem der Wurmsegmente zu Schlupf kommen, wird automatisch das Gangmuster des Roboters angepasst. Dadurch kann der Roboter auch größere Steigungen überwinden. Diese Informationen werden über ein Funkmodul an einen Computer gesendet und in einer Matlab-Benutzeroberfläche angezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/799271012duerr.txt
Will, Christoph ; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Object contour reconstruction using bio-inspired sensors. - In: Proceedings of the 11th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, Vienna, Austria, 1 - 3 September, 2014; [including the Special Session on Intelligent Vehicle Controls & Intelligent Transportation Systems (IVC&ITS), and the Special Session on Adaptive Stochastic Algorithms and their Applications at Human-Machine Interfaces (ASAAHMI)] / International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics ; 11 (Vienna) : 2014.09.01-03. : . - [S.l.] : SCITEPRESS, ISBN 978-989-758-039-0, (2014), S. 459-467

This work is inspired and motivated by the sophisticated mammals sense organ of touch: vibrissa. Mammals, especially rodents, use their vibrissae, located in the snout region - mystacial vibrissae - to determine object contacts (passive mode) or to scan object surfaces (active mode). Here, we focus on the passive mode. In order to get hints for an artificial sensing prototype, we set up a mechanical model in form of a long slim beam which is one-sided clamped. We investigate in a purely analytical way a quasi-static sweep of the beam along a given profile, where we assume that the profile boundary is strictly convex. This sweeping procedure shows up in two phases, which have to be distinguished in profile contact with the tip and tangentially contact (between tip and base). The analysis eventuates in a phase decision criterion and in a formula for the contact point. These are the main results. Moreover, based on the observables of the problem, i.e. the clamping moment and the clamping forces, which are the only information the animal relies on, a reconstruction of the profile is possible - even with added uncertainty mimicking noise in experimental data.


Faenger, Bernd; Becker, Felix; Brandl, Michael; Fränzel, Norbert; Holder, Silvio; Köhring, Sebastian; Lutherdt, Stefan; Michaelis, Anne; Weichert, Frank
Mobilitätssysteme für Best Ager (50plus): neue Präventionsansätze. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen / Erfurter Tage ; 20 (Erfurt) : 2013.12.05-07. : 20. Erfurter Tage [5.12.-7.12. 2013]. - [Quedlinburg] : Bussert & Stadeler, ISBN 978-3-942115-99-5, (2014), S. 363-375

Fremerey, Max; Köhring, Sebastian; Nassar, Omar; Schöne, Manuel; Weinmeister, Karl; Becker, Felix; Џorџevi´c, Goran S.; Witte, Hartmut
A phase-shifting double-wheg-module for realization of wheg-driven robots. - In: Biomimetic and biohybrid systems : third international conference, Living Machines 2014, Milan, Italy, July 30 - August 1, 2014 ; proceedings. - Cham [u.a.] : Springer / International Conference on Biomimetic and Biohybrid Systems ; 3 (Milan) : 2014.07.30-08.01., ISBN 978-3-319-09435-9, (2014), S. 97-107

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-09435-9_9
Prehn, Elisabeth
Entwicklung radbasierter Lokomotionssysteme. - 122 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

In dieser Arbeit wird im aktuellen Forschungsthema radgetriebener Lokomotionssysteme mit Mecanumrädern mittels theoretischer Untersuchungen anhand von Bahnkurvengleichungen derartiger Systeme die Modifikation vorhandener Strukturen vor ihrer experimentellen Umsetzung getestet. Anhand einer Analyse des Standes der Technik mit Hilfe einer PATON-Recherche wird die Grundlage für eine konzeptuelle Modifikation vorhandener Systeme geschaffen und ein Überblick über konventionelle und neuartige Systeme gewonnen. Hierbei werden sowohl Radkonstruktionen als auch Fahrwerkskonfigurationen untersucht. Zur Untersuchung der Systeme werden kinematische Analysen ausgewählter konventioneller und neuartiger Fahrwerkskonfigurationen durchgeführt und die Bahnkurvengleichungen der Systeme hergeleitet. Zur Veranschaulichung der Bewegungsfreiheit der Systeme werden ausgewählte Bahnkurvengleichungen simuliert und analysiert. Dabei wird vor Allem die Modifikation eines Mecanumrades mit veränderlichem Winkel zwischen Rollen- und Radachse unter Variation der Antriebsgeschwindigkeiten untersucht. Anschließend wird auf Basis der vorangehenden Ergebnisse eine Anpassungskonstruktion für einen Prototyp eines solchen neuartigen Rades konzeptuell umgesetzt, indem verschiedene Technische Prinzipien zum Einsatz kommen und auf ausgewählte konstruktive Problematiken eines solchen Systems eingegangen wird. Ein grober Entwurf der Anpassungskonstruktion zum omnidirektionalen Rad mit verstellbarem Winkel zwischen Rollen- und Radachse als Modifikation des konventionellen Mecanumrades bildet den Abschluss der Arbeit als Basis zur Weiterentwicklung.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/797425691prehn.txt
Bolotnik, Nikolai ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamics of two-module vibration driven robot. - In: Shaping the future by engineering / Ilmenau Scientific Colloquium. Technische Universität Ilmenau ; 58 (Ilmenau) : 2014.09.08-12. : 58th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 8 - 12 September 2014 ; programme. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, ISBN 978-3-86360-085-3, (2014), S. 64-65

Abdelrahman, Mohamed
A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons : dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVII, 225 S., 15,34 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Die Arbeit diskutiert die mathematische Modellbildung von ausgewählten Fortbewegungssystemen mit Rädern. Die Kinematik und Dynamik eines radgetriebenen Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird beschrieben. Die dynamischen und kinematischen Modelle sind die Voraussetzung für Simulationsrechnungen und gleichzeitig für die praktische Anwendung beim Betrieb der Systeme. Außerdem wird das Bewegungsverhalten von Behinderten während der Fahrt im Rollstuhl für verschiedene Umgebungsbedingungen analysiert. Nach der Darlegung der Motivation der Arbeit wird eine Analyse des Standes der Technik auf dem Gebiet der Fahrzeuge mit Mecanum-Rädern vorgestellt. Eine Übersicht über aktuelle Aspekte der Fortbewegungssysteme für Behinderte und ihre Vor- und Nachteile ist ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Im Kapitel 2 sind die mathematischen Grundlagen, die in dieser Arbeit verwendet werden, zusammengefasst. Es handelt sich um die Kinematik der starren Körper und ausgewählte Prinzipien und Gleichungen der analytischen Mechanik. Die Transformationsmatrizen für ebene Drehungen, die Arten der kinematischen Zwangsbedingungen, die Dynamik der starren Körper mit einem speziellen Fokus auf die LAGRANGE Gleichung 2. Art mit Multiplikatoren werden vorgestellt. Die Fortbewegungssysteme sind vor allem mit analytischen Methoden in der Kinematik und Dynamik beschrieben worden. Der Fokus liegt auf 2 Grundmodellen, die auch aktuell technisch genutzt werden. Das erste Modell gilt für zweirädrige Bewegungssysteme, wie zum Beispiel für einen Rollstuhl. Das zweite Modell wurde für ein vierrädriges Fahrzeug mit Mecanum-Rädern entwickelt. Detaillierte Herleitungen für die kinematischen und dynamischen Modelle sind für beide Fortbewegungssysteme dargestellt. Für die Dynamik des Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird eine exakte Methode, basierend auf den Grundlagen der nichtholonomen Mechanik mit einer zweiten, häufig in der Literatur angeführten, Näherungsmethode verglichen. Aus der nichtholonomen Mechanik werden die LAGRANGE Gleichungen mit Multiplikatoren als effizientes Verfahren eingesetzt, um ein exaktes Modell zu generieren. Diese Modellgleichungen können alle möglichen Bewegungsbahnen des Fahrzeuges mit vier Mecanum-Rädern erfassen. Das Approximationsverfahren aus der Literatur nutzt eine Pseudoinverse Matrix und kann nur ausgewählte Standardtrajektorien abbilden. Simulationsergebnisse, basierend auf der numerischen Integration der Dynamikgleichungen aus beiden Verfahren werden in Kapitel 4 vorgestellt. Die resultierenden Bewegungsbahnen sind für vorgegebene Antriebsmomente dargestellt. Ein virtuelles 3D-Modell des vierrädriges Mecanum-Fahrzeuges ist mit Hilfe von MATLAB®, SIMULINK® und VIRTUAL REALITY TOOLBOX® erstellt worden. Ein Vorteil der 3D-Umgebung ist die anschauliche Darstellung komplexer Bewegungsbahnen bei kombinierten Translations- und Rotationsbewegungen des Systems. Zwei Experimentalfahrzeuge, eines mit klassischer Vierradstruktur inklusive Vorderachslenkung und ein weiteres mit vier omnidirektionalen Rädern vom Typ Mecanum, wurden aufgebaut. Sie dienen als Demonstratoren eines möglichen Plattformkonzeptes für Behindertenfahrzeuge. In der Arbeit werden die aus Simulationsrechnungen gewonnenen Trajektorien mit den tatsächlichen Bahnen des Prototyps verglichen. In einem abschließenden Kapitel wird für ausgewählte Szenarien mittels Motion Capturing Verfahren die Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel von Rollstuhlfahrern untersucht. Die Bewegung des menschlichen Körpers und des Rollstuhls wurde in ihren kinematischen Daten erfasst und mit den Werkzeugen ALASKA-DYNAMICUS® und ERGO TOOL® analysiert.


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Baldeweg, Daniel
Schwingungsanalyse von kontinuierlichen, gebetteten, abgesetzten balkenähnlichen Strukturen mit diskreten Elementen. - 137 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Diese Arbeit befasst sich mit der Schwingungsanalyse von balkenähnlichen Strukturen. Anhand von mechanischen Modellen, die auf Vibrissen von Ratten und Mäusen basieren, soll ein Beitrag zur Abstandsdetektion mithilfe mechanischer Sensoren geleistet werden. Die bereits in der Literatur bestehenden Modelle werden verbessert und realistischer gestaltet: Die Elastizität des Follikel-Sinus-Komplexes (Lagerung der Vibrisse) und der Hautaustrittsstelle, sowie und der konische Verlauf werden berücksichtigt und deren Einfluss auf die dynamische Analyse wird bestimmt. Der Follikel-Sinus-Komplex ist durch eine Feder- und Dämpferbettung, die Hautaustrittsstelle durch eine diskrete Feder-Dämpfer-Paarung, der konische Verlauf durch drei Durchmesser und der Objektkontaktpunkt durch ein Festlager dargestellt. Außerdem werden zusätzlich unterschiedliche Arten der Lagerung (Einspannung, Festlager, Frei) betrachtet. Aufgrund der Komplexität des Modells erfolgt eine erste Einteilung in konservative und nicht konservative Systeme. Bei den konservativen Systemen werden drei Modelle untersucht. Hierbei wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Verlauf der Eigenwerte bestimmt. Außerdem werden drei Algorithmen entwickelt. Diese sollen mithilfe der Eigenwerte die Objektdistanz eindeutig bestimmen. Als erstes wird für die Analyse der Zusammenhang an den Übergangsstellen zwischen den Eigenkreisfrequenzen hergeleitet. Als zweites erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Im Anschluss an die konservativen Systeme werden die nicht konservativen Systeme betrachtet. Hierbei werden als erstes drei Modelle mit einem diskreten Dämpfer und als zweites drei Modelle, mit einer Dämpferbettung betrachtet. Außerdem kann durch eine Veränderung der Dämpferkonstante (Veränderung der Lagerbedingungen) der Einfluss auf den Verlauf der Eigenkreisfrequenz bestimmt werden. Dazu wird als erstes der Zusammenhang an der Übergangsstelle zwischen den Separationsvariablen hergeleitet. Anschließend erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Den Abschluss der Ergebnisse dieser Arbeit bildet ein experimenteller Aufbau, so dass Messungen die Anwendbarkeit der entwickelten Algorithmen gewährleisten und validieren.


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Böhler, Andreas
Modellbildung und dynamische Untersuchungen biologisch inspirierter Sensoren am Beispiel Tiervibrisse. - 127 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Zur Unterstützung ihres visuellen Sinnessystems verfügen Säugetiere in mehr oder weniger ausgeprägter Form über Sinneshaare zur zusätzlichen taktilen Informationserfassung. Ratten sind damit beispielsweise in der Lage, sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Hindernisse zu detektieren und auch Informationen über ihre Größe, Form und Oberflächenstruktur zu erhalten. In dieser Arbeit soll das biologische Vorbild Vibrisse als technischer Schwingungssensor modelliert und sein dynamisches Verhalten unter Nutzung der Biegebalkentheorie der Kontinuumsmechanik analysiert werden. Dazu werden mehrere von Tiervibrissen inspirierte Modelle, die sich jeweils in ihrer Geometrie und Lagerung voneinander unterscheiden, aufgestellt und in Form einer morphologischen Matrix zusammengefasst. Für die Analyse der Dynamik sind einheitliche Parameterwerte für Vibrissen nötig, welche aus zusammengetragenen Literaturwerten ausgemacht werden. Anschließend werden unter Variation von Geometrie und Lagerung die Eigenkreisfrequenzen einzelner Modelle sowohl für einen technischen als auch für einen biologischen Satz aus Parameterwerten berechnet und miteinander verglichen. Anhand von Messwerten zum Eigenkreisfrequenzspektrum des gesamten Vibrissenfeldes aus der Literatur werden diese Ergebnisse schließlich eingeordnet, und es wird auf Modellparameter geschlossen, mit welchen den Literaturwerten entsprechende Ergebnisse erzielbar sind.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/792073606boehl.txt
Börner, Christian
Entwicklung eines Lagerungssegmentes für Schulteroperationen. - 60 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

In der folgenden Bachelorarbeit wird das Thema "Entwicklung eines Lagerungssegments für Schulteroperationen" untersucht. Es wird eine Neukonstruktion, Optimierung und rechnerische Auslegung eines medizinischen Produkts dargestellt. Dabei ist das Ziel, vorhandene Nachteile zu reduzieren und wenn möglich zu beseitigen. Zu Beginn erfolgt eine Vorstellung des aktuellen Modells. Dazu gehören eine Analyse von Nachteilen im Praxiseinsatz und der Vergleich mit Modellen von Mitbewerbern. Anschließend erfolgt die systematische Entwicklung eines neuen Schulterlagerungssegments bis hin zu einem ersten Funktionsmuster. Der Entwicklungsprozess beginnt mit dem Schreiben eines Lastenhefts. Darauf aufbauend folgt eine Prinzipfindung mit anschließendem Variantenvergleich und sicherheitsgerechter Dimensionierung. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet eine CAD erstellte Lösung eines ersten Funktionsmusters. In einem Ausblick werden Probleme sowie Verbesserungspotential erläutert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/790135183boern.txt
Dannberg, Oliver
Entwicklung einer Orientierungseinheit für ein haptisches Eingabegerät. - 71 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Diese Bachelorarbeit beschreibt den konstruktiven Entwicklungsprozess eines haptischen Eingabegeräts zur Aufnahme der Bewegung des menschlichen Arm-Hand-Apparates. Dafür wurden zu Beginn bestehende Systeme analysiert und deren Schwächen aufgezeigt. Anschließend wurden Haupt- und Nebenfunktionen ermittelt und jeweils geeignete technische Prinzipe dafür gesucht. Diese wurden nach geeigneten Kriterien bewertet und anschließend jeweils die beste Variante ausgewählt. Die zur direkten kinematischen Transformation benötigte Rotationsmatrix wurde hergeleitet und daran das Problem der Singularitäten gezeigt. Die funktionsrelevanten Komponenten wurden dimensioniert und deren Parameter mit den Anforderungen verglichen. Aus dem konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, anhand dessen die Umsetzung der Teilfunktionen erläutert wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/789524805dannb.txt
Quast, Roland
Dynamische Grundlagenuntersuchungen an Abgasturbolader-Gehäusen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. - 66 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Der Einsatz von Abgasturboladern ermöglicht die Effizienzsteigerung und das Downsizing von Verbrennungsmotoren. Um die Entwicklungskosten für diese Komponenten gering zu halten, wird in der heutigen Forschung und Entwicklung verstärkt auf numerische Simulationsprogramme zurückgegriffen. Mit Hilfe dieser Programme können, bereits ohne kostenintensive Versuche mit Prototypen, erste aufschlussreiche Untersuchungen an einer Neuentwicklung durchgeführt werden. Die Einsatzbedingungen von Abgasturboladern sind, bedingt durch den motornahen Einbau in den Abgasstrang, dominiert von einer hohen thermisch-zyklischen Beanspruchung sowie von Motorschwingungen. Eine realitätsnahe theoretische Abbildung des Systemverhaltens erfordert eine Nachbildung des sich durch den Betriebszustand einstellenden Belastungszustandes mit niedrigem Abstraktionsgrad. Die Entwicklung derartiger theoretischer Modelle ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. In dieser Arbeit erfolgen numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum dynamischen Verhalten des Abgassystems mit Fokus auf den Abgasturbolader unter dem Einfluss von thermischen Belastungen. Hierbei steht der Einfluss der Lage und Anzahl der Befestigungselemente auf das Schwingungsverhalten und den Beanspru-chungszustand des Abgassystems im Vordergrund. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung der Rechenzeit vorgestellt und bewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/788976273quast.txt
Naletova, Vera A.; Merkulov, D. I.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Deformation of a body with a magnetizable polymer in a uniform magnetic field. - In: 9th International Conference on Fundamental and Applied MHD, Thermo Acoustic and and Space Technologies / International Pamir Conference on Fundamental and Applied MHD, Thermo Acoustic and and Space Technologies ; 9 (Riga) : 2014.06.16-20. : Riga, Latvia, June 16 - 20, 2014. - Grenoble : INP, (2014), S. 322-325
Niedermeyer, Lars; Augsburg, Klaus; Augustin, Silke; Fröhlich, Thomas; Krapf, Gunter; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Kaufhold, Tobias
Untersuchung thermo-mechanischer Belastungen in Abgassystemen bei hochdynamischer Druckpulsation. - In: Sensoren und Messsysteme 2014 / GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme ; 17 (Nürnberg) : 2014.06.03-04. - Berlin [u.a.] : VDE-Verl., ISBN 978-3-8007-3622-5, (2014), insges. 6 S.

Trautmann, Thomas
Simulation eines zweistufigen Bördelvorganges an einem Hydrolager und Vergleich mit dem empirischen Versuch. - 69 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation eines zweistufigen Bördelvorgangs von Hydrolagerhülsen mit Hilfe der nichtlinearen Finiten Elemente Methode. Die Simulation wird dabei mit einem empirischen Versuch des Umformvorgangs verglichen. Hierzu wird in einem ersten Schritt die Konstruktion des bei dem Bördelvorgang eingesetzten Versuchswerkzeuges erläutert. Die anschließende theoretische Beschreibung des Umformprozesses erfolgt unter Einbeziehung verschiedener Abstraktionsstufen. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulation mit denen des Experimentes verglichen. Abschließend sollen zukünftige Aufgaben und Vorschläge zur Modellerweiterung bzw. -verbesserung diskutiert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/786951273traut.txt
Becker, Richard
Untersuchungen und Optimierung eines Spiralabscheiders zur Schmutz-Luftseparierung in Reinigungsrobotern. - 57 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.


Schmidt, Florian
Entwicklung eines Prüfstandes zur realitätsabbildenenden Erzeugung von niederfrequenten extrinsischen Schwingungen zum Zwecke der Charakterisierung des Schwingungsverhaltens von Operationsmikroskopen. - 128 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Eine Vielzahl von operativen Eingriffen wird inzwischen mittels Unterstützung von Operationsmikroskopen durchgeführt. Dabei sind die Anforderungen an die mechanischen Komponenten der Stativsysteme bezüglich Positioniergenauigkeit und Positionstreue gegenüber extrinsischen Schwingungseinflüssen erwartungsgemäß hoch. Gängige Störgrößen sind extrinsische Schwingungen im Frequenzbereich von 4-14 Hz, hervorgerufen beispielsweise durch Klimaanlagen, Aufzüge, Schritte oder Straßenverkehr. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Schwingungsprüfstands für die Stativsysteme der Operationsmikroskope zur Charakterisierung des Schwingungsverhaltens und Identifikation schwingungsrelevanter Größen. Dazu werden zunächst auf der Grundlage eines entwickelten Mehrkörpermodells die Eigenfrequenzen des Stativsystems mit Hilfe einer Modalanalyse ermittelt. Daraufhin werden die Anforderungen bezüglich der Anregung des schwingungsfähigen Systems analysiert, mit denen die schwingungsrelevanten Größen, u.a. die Eigenfrequenzen, mit Hilfe des zu entwickelnden Prüfstands abgebildet werden können. Kernaufgabe ist hierbei eine Identifikation dieser Größen im Frequenzbereich zu ermöglich. Dies setzt eine klare Trennung der Anregungsfunktion von der schwingungsrelevanten Größen umfassenden Übertragungsfunktion voraus. Die analysierten Anforderungen beziehen sich in erster Linie auf die Anregungsrichtung des Systems und die Anregungssignale, welche die Eingangssignale der Prüfung darstellen. Als Ergebnis der Arbeit folgte ein Gesamtkonzept, welches die definierte periodische Schwingungsanregung, Schwingungsmessung und Auswertung des transienten Messsignals mittels diskreter Fouriertransformation umfasst.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/782572634schmi.txt
Popp, Jana; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Gärtner, Ralf; Zimmermann, Klaus
Peristaltic transport of a magnetizable fluid by a periodically travelling magnetic field. - In: Book of abstracts / German Ferrofluid Workshop ; 14 (Ilmenau) : 2014.03.17-19. : . - Ilmenau, (2014), S. 43-44
Kaufhold, Tobias; Böhm, Valter; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Magnetically actuated compliant locomotion system. - In: Book of abstracts / German Ferrofluid Workshop ; 14 (Ilmenau) : 2014.03.17-19. : . - Ilmenau, (2014), S. 45-46
Volkova, Tatiana; Turkov, Vladimir A.; Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.
Ferrofluid volume between plates in the field of an electromagnetic coil. - In: Book of abstracts / German Ferrofluid Workshop ; 14 (Ilmenau) : 2014.03.17-19. : . - Ilmenau, (2014), S. 28-29
Klaus, Vanessa
Entwurf und Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer aktiven Schwingungsdämpfung mittels elektrodynamischer Antriebe. - 29 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung und Optimierung des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge, welches mittels aktiver Schwingungsisolation verbessert werden soll. Im ersten Teil der Arbeit wird das dynamische Verhalten mit Hilfe eines Mehrkörpersimulationsprogrammes untersucht. Dazu werden mehrere Mehrkörpermodelle erstellt. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden die Eigenfrequenzen des technischen Systems ermittelt. Im zweiten Teil werden die Simulationsergebnisse validiert, dazu wird ein Testaufbau realisiert. Die Untersuchung des Prüfobjektes wird auf die Bereiche der simulativ ermittelten Eigenfrequenzen eingegrenzt. Die Erfassung der Bewegung erfolgt mittels zweier Beschleunigungssensoren. Die Ergebnisse werden in Diagrammen und Lissajous-Figuren dargestellt und unter Zuhilfenahme der theoretischen Grundlagen der mechanischen Schwingungen bewertet. Im Betriebsfall wird die Zentrifuge durch eine Unwucht angeregt. Die Reduzierung der Auswirkung der Unwuchterregung in einer medizinisch genutzten Zentrifuge wird durch den Einsatz von Aktoren erreicht. Diese werden neben den passiven Elementen parallel angeordnet. Das Ergebnis der Arbeit bildet die Grundlage für die weitere Optimierung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge. Darauf aufbauend können in den nachfolgenden Simulationen gezielt Lösungsmöglichkeiten untersucht werden um die auftretenden Schwingungserscheinungen zu mindern.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/78160236Xklaus.txt
Hofmann, Martin
Beiträge zu strukturdynamischen Untersuchungen von biegeschwingenden Kontinua mittels linearer und nichtlinearer Modelle. - 49 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Diese Arbeit gibt einen kurzen Überblick über die kontinuierliche lineare und nichtlineare dynamische und statische Theorie von Biegeproblemen. Dabei liegt ein Fokus auf Verständlichkeit und Anwendbarkeit. Deshalb sind die genutzten Maple-Skripte auf Anfrage erhältlich. Nach kurzer Erläuterung der Definition und Begriffe wird auf die wissenschaftliche Methode eingegangen. Der Hauptteil der Arbeit ist untergliedert in statische und dynamische Modelle, die nacheinander vorgestellt, voneinander abgegrenzt und schließlich ineinander überführt werden. In einem die Arbeit begleitenden Beispiel werden die Auswirkungen von Steigkeitsänderungen diskutiert und die Validität der genutzten Modelle hinterfragt. Mehrfach wird in der Arbeit auf die richtige Anwendung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei, dass die Grundlagen richtig vermittelt werden und das Verständnis der Modelle entsteht. Die Mathematik steht dann als Hilfsmittel zu Verfügung. Um den Überblick zu behalten, wird für jedes Modell gezeigt, wie es andere Modelle erweitert und wie es auf diese zurückgeführt werden kann. Ein Ausblick liefert zu guter Letzt weitere Informationen über Forschungsfelder innerhalb der mechanischen Biegetheorie und interessante Anwendungsgebiete.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/781209250hofma.txt
Gorges, Stephan
Entwicklung und Erprobung eines kaskadierten wurmartigen Lokomotionssystems. - 96 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Inbetriebnahme eines kaskadierten wurmartigen Lokomotionssystems. Im ersten Teil wird das biologische Vorbild dieses Roboters dargestellt und dessen Fortbewegungsart erläutert. Weiterhin werden die Stärken und Schwächen des Roboters und ähnlicher wurmartiger Bewegungssysteme beschrieben. Danach werden die theoretischen Grundlagen der Wurmrobotik dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsalgorithmus zur Generierung verschiedener Bewegungsmuster hergeleitet. Als Experimentierumgebung ist ein Aufbau notwendig, auf dem sich der Roboter fortbewegen kann. Dazu werden im dritten Teil Kriterien ausgearbeitet, nach welchen drei entworfene technische Prinzipe verglichen werden. Die konstruktive Realisierung des gewählten Prinzips wird ausführlich dargestellt. Weiterhin wird eine Software präsentiert, welche entwickelt wurde, um den Roboter mit verschiedenen Bewegungsmustern komfortabel ansteuern zu können. Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und zukünftige Aufgabenfelder aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/779182979gorge.txt
Credo, Tanja
Untersuchung des dynamischen Verhaltens und die konstruktive Verbesserung einer Zentrifuge. - 66 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Die vorliegenden Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung des dynamischen Verhaltens und der konstruktiven Optimierung einer Zentrifuge. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden Schwingungsmessungen mit verschiedenen Rotoren durchgeführt, die entstehenden Ergebnisse mit Hilfe der Theorie über mechanische Schwingung bewertet und auf dieser Grundlage neue Lösungsmöglichkeiten zur Entkopplung von Rotor und Gehäuse entwickelt. Beim Durchlaufen der laut Herstellerangaben maximalen Drehzahlbereiche kommt es in bestimmten Bereichen zu starken Geräuschbelastungen. Dies lässt auf eine fremderregte Schwingung des Gehäuses durch den Rotor schließen. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors werden Messreihen aufgenommen und ausgewertet. Die entstehenden Kurven werden anhand der Schwingungstechnik erklärt und darauf basierend spezielle Lösungsansätze zum Trennen von Gehäuse und Rotor entwickelt. Ein bereits bestehender Lösungsvorschlag wird im praktischen Teil der Arbeit konstruktiv umgesetzt und Messungen unter identischen Bedingungen durchgeführt. Beim Vergleich der jeweiligen Kurven, welche durch die Auswertung der Messreihen entstehen, zeigt sich eine Veränderung im Spektrum. Allerdings weisen die Kurven trotz konstruktiver Verbesserungen Schwingungsmaxima auf. Diese Schwingungsmaxima sind Ursache für die Geräuschbelastung in einem höheren Frequenzbereich. Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden zwei weitere konstruktive Optimierungen erstellt. Im Folgenden müssen diese konstruktiven Vorschläge praktisch umgesetzt werden. Durch die Aufnahme von weiteren Messungen (unter identischen Bedingungen) und deren Auswertung kann gezeigt werden, ob einer der Vorschläge die optimale Lösung beinhaltet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/779178106credo.txt
Gropengießer, Matthias
Anwendung nichtlinearer Biegetheorie auf elastische Balken zur Objektabtastung am Beispiel passiver Vibrissen unterschiedlicher Gestalt. - 97 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Eine Vielzahl von Tieren verfügt über Schnurrhaare (sogenannte Vibrissen). Robben verfügen dank dieser sich in der Schnauzenregion befindlichen Tasthaare über die Fähigkeit, auch im trüben Wasser zu jagen. Ratten und Mäuse orientieren sich mittels mechanischer Sinnesorgane, und Spinnen können sogar geringste Luftverwirbelungen mittels dieser Trichobothrien detektieren. In dieser Arbeit sollen derartige taktile Sinnesorgane aus der Biologie mit mechanischen Modellen entwickelt. Dabei spielt der elastische Balken der Kontinuumsmechanik eine wichtige Rolle. Diverse mechanische Modelle werden in dieser Arbeit vorgestellt, wobei ein Fokus auf das Biegeverhalten der Balken in Abhängigkeit von der Geometrie der technischen Vibrisse geworfen wird. Dazu werden zunächst unterschiedliche Biegetheorien nach Bernoulli (lineare und nichtlineare Biegetheorie) auf ihre Eignung zur Abbildung der Verformung von Vibrissen untersucht. Anschließend wird ein nichtlineares Biegemodell in Parameterdarstellung aufgestellt und für unterschiedliche Kraftangriffsvarianten Verformungen grafisch visualisiert, indem das System aus (nicht-) linearen Verformungsdifferentialgleichungen mit den zugehörigen Randbedingungen gelöst wird. Im Anschluss daran wird ein quasi-statischer Vorbeizug einer vorerst zylindrischen Vibrisse an unterschiedlichen Konturen (Kreisen und Parabeln) berechnet und die Observablen des Systems (die Lagerreaktionen der Einspannung) ausgewertet. Dieser Vorbeizug beschreibt das Vorbeistreichen einer Vibrisse an Objekten in Form der beobachteten Objektabtastung der realen Tiere. Für selbige Konturen schließt sich dann die Auswertung eines Vorbeizugs für konische Vibrissen an, um durch die Geometrieveränderung der Vibrisse Aufschlüsse auf den Effekt dieser in Bezug auf die Observablen zu erhalten. Die berechneten Observablen hängen essentiell von der Form und der Lage des Objektes (bzw. der Kontur) ab, was sich in zahlreichen Simulationen zeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/778535177grope.txt
Mixanek, Florian
Modellbildung und Simulation von piezoelektrischen Kleinstrobotern. - 100 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit einem piezoelektrisch und in Resonanz betriebenem Lokomotionssystem. Als Antrieb dient ein zentrales, kreisförmiges Piezo-Unimorph-Element welches über drei beinartige Drahtgeometrien Kontakt zum Untergrund herstellt und durch harmonische Schwingungserregung die Fortbewegung gewährleistet. Hauptaufgabe ist es, das Bewegungsverhalten in Abhängigkeit von den Eigenfrequenzen zu klassifizieren und auf Bewegungsmuster zu untersuchen. Im Fokus steht dabei die Analyse des Einflusses der Antriebsbeine auf die Bewegungscharakteristik. Durch analytische Modellbildung, numerische Berechnungen und Vergleiche mit experimentellen Daten, soll festgestellt werden, inwiefern mit einer Variation verschiedener Parameter der Beingeometrien und deren Anbindung an das Antriebselement die Bewegung gezielt beeinflusst bzw. gesteuert werden kann.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/777461358mixan.txt
Popp, Jana ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Pelevina, Daria A.; Rozin, Alexander V.
Enhanced deformation of magnetizable fluids for efficiency increase of ferrofluid based locomotion systems. - In: Magnetohydrodynamics : . - Salaspils : Inst. of Physics, Univ. of Latvia, ISSN 0024998x, Bd. 49 (2013), 3/4, S. 468-472
Zhao, Xin ; Petkun, Sergey; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamics of an electrical window regulator system. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2013), No. 4(53), Seite 7-14
Böhm, Valter ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Dynamic analysis of a simple planar tensegrity structure for the use in vibration driven locomotion systems. - In: Applications / Conference Dynamical Systems - Theory and Applications ; 12 (Łód´z) : 2013.12.02-05. : . - Łód´z : Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, ISBN 978-83-7283-589-5, (2013), S. 341-352

Schaub, Christian
Gelenkbildung in doppelschaligen Sandwichstrukturen unter crachrelevanter Druck-Biege-Belastung. - 179 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013

Um die Crashsicherheit von Flugzeugen in doppelschaliger Rumpfbauweise zu verbessern, wurde ein Triggerkonzept entwickelt, mit Hilfe dessen es möglich ist, definierte Versagensstellen und -lasten gezielt zu erzeugen, was durch experimentelle Untersuchungen bereits validiert werden konnte. In der vorliegenden Arbeit wurden weitere Untersuchungen angestellt, um ein tiefgreifendes Verständnis des Belastungszustandes zu erlangen. Die für die Analyse des Biegemomenten-Druckkraft-Verhältnisses benötigten Materialdaten der Deckschichten wurden durch Zug- und Drucktests bestimmt. Um zeit- und kostenaufwändige Experimente zu vermeiden, wurde ein implizites FE-Modell erzeugt und anhand der experimentellen Untersuchungen validiert. Mit Hilfe dieses Modells wurden die herrschenden Spannungsverteilungen und Biegemoment-Druckkraft-Verhältnisse ermittelt und darüber hinaus durch die Implementierung einer Kernversagenshypothese Aussagen zum Lastniveau und zur Stelle des Kernversagens getroffen, wobei der Nachweis geführt wurde, dass globales Beulen als Versagensursache ausscheidet. Weiterhin wurde das Triggerprinzip auf seine Wirksamkeit bei mit LCF-Spanten versteiften, doppelschaligen Sandwichpaneelen analysiert. Aussagen über das Nachbruchverhalten und die Rolle der an der Energieabsorption beteiligten Komponenten des getriggerten und ungetriggerten Rumpfpaneels mit und ohne LCF-Spant-Versteifung konnten mit Hilfe expliziter Simulationen getroffen werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/813200326schau.txt
Schwebke, Silvan ; Behn, Carsten
Worm-like robotic systems: generation, analysis and shift of gaits using adaptive control. - In: Artificial Intelligence Research. - Toronto : Sciedu Press, ISSN 19276982, Bd. 2 (2013), 1, S. 12-35
http://dx.doi.org/10.5430/air.v2n1p12
Behn, Carsten
Modeling the behavior of hair follicle receptors as technical sensors using adaptive control. - In: Proceedings of the 10th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics / International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics ; 10 (Reykjavík) : 2013.07.29-31. : Reykjavík, Iceland, 29 - 31 July, 2013. - [S.l.] : SciTePress, ISBN 978-989-8565-70-9, (2013), S. 336-345

Based on the paradigm biological receptor and its fundamental feature to filter signals and transduce them, we set up a mechanical sensor system to find hints to establish a measurement or monitioring system. These technical system have to offer high sensivitiy to signals from the environment. To mimic the complex behavior of the biological system, adaptive controllers have to be applied to a mechanical sensor system to compensate and filter unknown ground excitations (uncertainties of the system). Before doing this we summarize previous work on controlling such mechanical systems. We expose the need of improvements of already existing strategies from literature, the corresponding problems are formulated. Improved adaptive controllers are presented. Their working principle is illustrated in various numerical simulations and experiments.


Popp, Jana
Theoretical and experimental investigations of ferrofluids focusing on locomotive systems. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 186 S., 21,36 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012

Basierend auf Bewegungsformen wie sie von biologischen Systemen bekannt sind, die mit Hilfe von (periodischer) Gestaltänderung Fortbewegung erzielen, und der kontrollierbaren Oberflächendeformation von Ferrofluiden, werden die Möglichkeiten Ferrofluide für Lokomotionszwecke zu nutzen untersucht. Dies wird belegt durch detaillierte Auseinandersetzung und Verweise auf entsprechende Literatur. Großes Gewicht wird auf die technische Implementierung gesetzt und die daraus erwachsenden Problemfelder. Daher werden neben einem ausführlichen theoretischen Teil, in dem ein magnetfeldinduzierter peristaltischer Materialtransport einer magnetischen Flüssigkeit analytisch betrachtet wird, auch weitläufig praktisch-experimentelle Untersuchungen angestellt. Wichtige Größen wie ferrofluiderzeugte Kräfte und Drücke werden messtechnisch für den Allgemeinfall ermittelt. Hierbei wird unterschieden zwischen Systemen, die mit lokal bewegten Ferrofluidportionen anderen Objekten zur Lokomotion verhelfen(passive Lokomotionssysteme) und Systemen, deren mobile Ferrofluidportionen selbst Position und Lage verändern (aktive Lokomotionssysteme). Anhand von Prototypen werden Prinzipien und Funktionsparameter gesondert analysiert und diskutiert. Diese speziellen Untersuchungen werden teilweise durch analytische und numerische Modelle gestützt. Auf zwei Kernprobleme wird aufmerksam gemacht: Ferrofluide generieren geringe nutzbare Kräfte und aufgrund der starken Adhäsion ist eine schützende Einkapselung notwendig. Zwei Untersuchungen gehen hierauf ein. Mit der Idee, eine Steigerung der nutzbaren Kräfte hervorzurufen, wird die Verstärkung der Oberflächendeformation, die im Magnetfeld durch das Einführen hochpermeabler Körper hervorgerufen wird, analytisch und experimentell untersucht. Weiterhin wird ein Experiment vorgestellt, welches die Einkapselung des Ferrofluids umgeht. Hier ist ein Ferrofluidaktor eingebettet in einer Zweitflüssigkeit und treibt diese zur Kanalströmung an. Mit Referenz auf die Grundidee ferrofluidbasierter Lokomotion werden die Teiluntersuchungen zusammengefasst. Vor dem Hintergrund, dass die nachteiligen Eigenschaften des Materials bislang nicht beherrscht werden, bleibt es abzuwarten inwiefern sich technische Lösungen ferrofluidbasierten Lokomotionssysteme verbreiten werden. Im Ausblick wird auf vielversprechende Entwicklungen magnetosensitiver Elastomere und Gele aufmerksam gemacht.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23617
Schwabe, Erik
Entwicklung von nachgiebigen Greiferstrukturen auf Basis magnetosensitiver Elastomere. - 128 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines mechanisch nachgiebigen Greifers auf Basis magnetosensitiver Elastomere. Die mechanischen Eigenschaften und die Gestalt von Strukturen, bestehend aus diesen Werkstoffen, können durch Magnetfelder verändert werden. In einem ersten Schritt der Arbeit werden experimentelle Untersuchungen zum statisch-mechanischen Materialverhalten eines ausgewählten magnetosensitiven Elastomers, bestehend aus einem Silikon-Elastomer und Carbonyl-Eisen-Pulver, durchgeführt. Der Fokus hierbei liegt auf der Betrachtung des, für diese gefüllten Elastomere charakteristischen, Mullins-Effektes in Abhängigkeit des permeablen Pulveranteils. Anschließend werden verschiedene Greiferprinzipien diskutiert und in Hinblick auf das zu verwendende Material und elektromagnetisches Antriebsprinzip bewertet. Zum Manipulieren von empfindlichen Gegenständen werden bevorzugt Greifer auf Basis von Formschluss verwendet. Hierbei stellen sogenannte Fin-Ray-Strukturen eine vielversprechende Alternative dar. Den wesentlichen Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von Greiferfingern auf Grundlage des Fin-Ray-Effektes unter Verwendung des magnetosensitiven Werkstoffes. Die Festlegung der Gestalt der Strukturen erfolgt hierbei mit Hilfe von numerischen Untersuchungen. Zur Verifizierung der theoretischen Ergebnisse wird abschließend ein Greifer, mit den entworfenen Fingern, experimentell erprobt, sowie seine Einsatzmöglichkeiten diskutiert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/775122742schwa.txt
Will, Christoph
Anwendung nichtlinearer Biegetheorie auf elastische Balken zur Objektabtastung am Beispiel passiver Vibrissen mit unterschiedlicher Lagerung. - 71 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Ratten und Mäuse sind in der Lage mit nur wenigen Berührungen ihrer mystazialen Vibrissen (Sinneshaare) Objekte zuverlässig zu erkennen. In dieser Arbeit wird das biologische Vorbild Vibrisse durch lange schlanke Balken modelliert, welche große Auslenkungen aufweisen dürfen. Der Fokus liegt dabei auf der Lagerung dieser Balken im Hinblick auf die Hypothese, dass die Tiere die Lagersteifigkeit gezielt steuern können, um unterschiedliche Aufgaben besser lösen zu können. Zuerst wird der Vorbeizug einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil unter Verwendung einer Einspannung als Lagerung berechnet. Diese Problemstellung führt auf ein nichtlineares Randwertproblem mit singulärer Jakobimatrix. Von Beginn an wird dieses Problem weitestgehend analytisch betrachtet, was zu einer Formel für den Kontaktpunkt führt. Es wird anschließend gezeigt, dass es möglich ist, den Kontaktpunkt der Vibrisse mit dem Profil einzig aus den Observablen (Lagerreaktionen und der Position der Lagerung) zu bestimmen. Anschließend wird die starre Lagerung durch eine elastische Lagerung ersetzt. Auch dieses Problem wird analytisch behandelt und es werden Profile mit verschiedenen Federsteifigkeiten aus den Observablen rekonstruiert. Zusätzlich dazu werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich eine Änderung der Lagersteifigkeit auf die Observablen auswirkt. Auch bei sich ändernder Lagersteifigkeit ist eine genaue Bestimmung des Kontaktpunktes möglich.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/774878800will.txt
Bolotnik, Nikolai; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
The undulatory motion of a chain of particles in a resistive medium in the case of a smooth excitation mode. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15214001, Bd. 93 (2013), 12, S. 895-913

The motion of a chain of three identical bodies along a straight line in a dry-friction medium is studied. The motion is excited and controlled by changing the distances between the bodies of the chain. An undulatory excitation mode is proposed, in which the distances between the adjacent bodies of the chain chanfge periodically and the time histories of the distances in the pairs of ajdacent bodies consecutively repeat each other with a constant time shift. It looks like a wave is running along the chain. The necessary and sufficient conditions for the system to be able to move from rest are established. For a specific excitiation mode, in which the time histories of the distaces between the bodies of the chain are defined as piecewise quadratic functions, a steady-state motion of the system is studied for the case where the friction force is small in comparison with the force necessary for a body of the chain to be moved from a state of rest through a distance characterizing the amplitude of oscillations of adjacent bodies during the exitation period.


http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201200124
Würl, Konrad
Konzeption und Konstruktion eines kombiniert translatorisch-rotatorischen Aktuators für hochdynamische Anwendungen. - 112 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Lineare und rotative Motoren mit je einem Freiheitsgrad sind schon seit Jahrzehnten Stand der Technik. Antriebe, die eine überlagerte Bewegung mit zwei Freiheitsgraden anbieten (Freiheitsgrad = 2), sind jedoch großteils nur konzeptionell vorhanden und Nutzen für die Linearbewegung oftmals eine Kombination aus Motor und Gewindespindel. Die rotierende Bewegung wird von einem zusätzlichen Motor bereitgestellt. Komplizierte Getriebe überlagern beide Bewegungen, weswegen infolge hoher Trägheiten und Limitierungen des Spindelsystems hochdynamische Zustellbewegungen nicht möglich sind. Der Einsatz eines Solenoidmotors als Linearantrieb eröffnet neue Möglichkeiten einen Dreh-Linear-Aktuator umzusetzen. Durch die direkte Bereitstellung der Linearbewegung, können hochdynamische Zustellbewegungen realisiert werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines solchen Aktuators. Zu Beginn der Arbeit werden verschiedene Anwendungsgebiete vorgestellt, in denen ein hochdynamischer Dreh-Linear-Aktuator Einsatz finden könnte. Anschließend zeigt ein Vergleich, dass die Dynamik des Solenoidmotors deutlich oberhalb derer liegt, die mit einem vergleichbaren Antrieb mit Spindelsystem erreicht werden kann. Die Konzeption des Dreh-Linear-Aktuators erfolgt nach dem "Konstruktiven Entwicklungsprozess (KEP)". Zunächst wird eine Funktionsstruktur erstellt und den darin gefundenen Teilfunktionen, in einer morphologischen Matrix, Teillösungen zugeordnet. Besonders die Führung der mechanischen Komponenten und die Wegerfassung stellen sich als kritische Teilfunktionen dar, sodass diese detaillierter betrachtet werden. Die Ergebnisse münden in fünf verschiedenen Lösungskonzepten, die am Ende der Konzeption miteinander verglichen werden. Das präferierte Konzept wird anschließend konstruktiv umgesetzt und hinsichtlich Schwingungsverhalten, Verformung, Toleranzen, Thermik, Montage und Kosten betrachtet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/771756216wuerl.txt
Viehweger, Marco
Aufbau eines "Modell-Tools" zur Simulation der mechanischen Eigenschaften von Gummi-Metall-Elementen bei der Analyse von Mehrkörper-Systemen (MKS). - 116 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Das grundlegende Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Gummi-Metall-Elementen (GME) als Voraussetzung für MKS-Simulationen. Die Objekte dieser Simulationen sind in erster Linie Laborzentrifugen, in denen GME eingesetzt werden. Unter dem Begriff der mechanischen Eigenschaften sind jeweils für alle Beanspruchungsarten zum einen die Steifigkeitswerte und zum anderen die Dämpfungskonstanten zu verstehen. Um diese Kennwerte zu ermitteln, werden an der TU Ilmenau vorhandene Prüfstände genutzt. Dies ist allerdings nur für Zug-, Druck- und Schubbeanspruchung möglich. Für Torsions- und Biegebeanspruchung werden daher eigene Messaufbauten konzipiert, die sowohl zur Bestimmung der entsprechenden Steifigkeits- als auch der Dämpfungswerte genutzt werden können. Die Zug- und Drucksteifigkeit wird mithilfe einer Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine ermittelt. Auch die Schubsteifigkeit wird auf diese Weise gemessen, allerdings wird dafür eine spezielle Messanordnung der zu prüfenden GME verwendet. Da die zur Verfügung stehende Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine keine dynamischen Prüfungen zulässt, erfolgt die Bestimmung von Zug-, Druck- und Schubdämpfung mithilfe eines servohydraulischen Prüfstandes, dessen eigentlicher Zweck die Prüfung von Kraftfahrzeugstoßdämpfern ist. Für die Ermittlung der Dämpfungskonstanten werden zwei Verfahren genutzt: Erzwungene harmonische Schwingungen in Verbindung mit den Prüfstandsmessungen und Ausschwingversuche in Kombination mit den eigens konzipierten Aufbauten. Gewissermaßen als Nebenprodukt lässt sich aus den Ergebnissen des erstgenannten Verfahrens die Größe der dynamischen Zug-, Druck- und Schubsteifigkeit bestimmen. Schließlich bilden die auf den unterschiedlichenWegen ermittelten Steifigkeitswerte und Dämpfungskonstanten die Steifigkeitsmatrix C bzw. die Dämpfungsmatrix D, die elementarer Bestandteil der allgemeinen räumlichen Bewegungs-Differentialgleichung sind. Für MKS-Simulationen bilden diese Matrizen zugleich das Materialverhalten der GME zahlenmäßig ab.


Hebestreit, Björn
Untersuchungen zum Einsatz elasto-plastischer Werkstoffmodelle in zyklischen thermisch-mechanischen FE-Analysen für Abgasturbolader. - 86 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Der Einsatz von Abgasturboladern gewinnt durch die Leistungs- und Effizienzsteigerung immer mehr an Bedeutung. Wegen der hohen Abgastemperaturen, innerhalb des Turboladers, liegt eine hohe zyklische thermo-mechanische Belastung vor, welche zu plastischen Verformungen des Turbinengehäuses führt. Aufgrund des verstärkten Einsatzes von numerischen Simulationen zur kosten- und zeitgünstigen Optimierung von Prototypen, ist eine Auseinandersetzung mit Werkstoffmodellen Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der Simulationen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Grundlagenuntersuchungen zu den am häufigsten angewendeten elasto-plastischen Werkstoffmodellen für Metalle durchgeführt. Hierbei wurde ein Berechnungsalgorithmus bereitgestellt und anschließend mit Hilfe eines kommerziell verfügbaren FEM-Programmes verifiziert, mit welchem das elasto-plastische Werkstoffverhalten, für die Fälle isotroper und kinematischer Verfestigung, für einen beliebigen Beanspruchungszustand eines Grundelements untersucht werden kann und die Unterschiede zwischen beiden Verfestigungsarten einfach veranschaulicht werden können. Anschließend erfolgten FEM-Berechnungen an einem Referenz-Abgasturbolader, mit Hilfe von Ansys® v14, mit der Zielsetzung vergleichende Betrachtungen zum strukturmechanischen Verhalten, unter Verwendung verschiedener elasto-plastischer Werkstoffmodelle, durchführen zu können.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/770655890hebes.txt
Böhm, Valter ; Zimmermann, Klaus
Vibration-driven mobile robots based on single actuated tensegrity structures. - In: IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2013 : 6 - 10 May 2013, Karlsruhe, Germany. - Piscataway, NJ : IEEE / IEEE International Conference on Robotics and Automation (Karlsruhe) : 2013.05.06-10., ISBN 978-1-4673-5640-4, (2013), S. 5475-5480

http://dx.doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631362
Flack, Maximilian
Adaptive Regelung im Fettsensor. - 87 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Die Arbeit umfasst die Analyse des Aufbaus und der Funktion eines Fettsensors, Recherche zum Stand der Technik und die Entwicklung einer adaptiven Regelungsstrategie. Diese wird in MATLAB umgesetzt und empirische Auswertungen zur Kalibrierung anhand von Ergebnissen aus Simulationen bestimmen die Festlegung der einstellbaren Parameter.


Witte, Hartmut; Fremerey, Max; Weyrich, Steven; Mämpel, Jörg; Fischheiter, Lars; Voges, Danja; Zimmermann, Klaus; Schilling, Cornelius
Biomechatronics is not just biomimetics. - In: 2013 9th Workshop on Robot Motion and Control (RoMoCo) : 3 - 5 July 2013, Wasowo, Poland. - Piscataway, NJ : IEEE / International Workshop on Robot Motion and Control ; 9 (Wasowo) : 2013.07.03-05., ISBN 978-1-4673-5511-7, (2013), S. 74-49

http://dx.doi.org/10.1109/RoMoCo.2013.6614587
Feustel, Stefan
Konstruktiver Entwurf eines Multifunktionalen Prüfstandes für Mobilitätsunterstützungssysteme und ihre Nutzer. - 122 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

This bachelor thesis deals with the design and development of a multifunctional dynamometer. The aim is to simulate the ride of a human with mobility aid in his natural environment. It enables the possibility of uneven ground and hill and valley drives. This gives the chance to obtain data and conclusions as well as to improve future mobility aids und realize an improved user interface. The thesis reflects common mobility aids, the state of technology and the constructive development process. The concepts will be evaluated objectively after a functional analysis. The following construction is described in detail.


Fasse, Sven
Synthese eines alternativen mechanischen Tiefpassfilters auf Basis einer Leistungsverzweigung zur Reduktion der Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors im PKW-Antriebsstrang. - 83 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Synthese neuer passiver Konzepte zur Reduktion von mechanischen Drehschwingungen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, die durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden.


Köhring, Sebastian ; Becker, Felix
Das rollende Bein - eine Kombination aus Rollen und Schreiten für die Nahfeldmobilität. - In: Konstruktion : Zeitschrift für Produktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe. - Düsseldorf : Springer-VDI-Verl, ISSN 07205953, Bd. 65 (2013), 9, S. 88-90

Auch in Zeiten, in denen Barrierefreiheit großgeschrieben wird, bedeutet eine persönliche Mobilitätseinschränkung einen Verlust von Lebensqualität. Der Grund dafür ist, dass durch Hindernisse bzw. den Zwang zur Benutzung spezieller Routen oder Zonen die individuelle Mobilität paralysiert wird. Derzeit verfügbare Mobilitätshilfen können Hindernisse nur unzureichend kompensieren, da sich in der Praxis des Alltags Mängel zeigen, die der zumeist teuer erkauften Erweiterung des befahrbaren Geländespektrums entgegenwirken. Ein Blick auf die grundlegenden Fortbewegungsprinzipien vor dem Hintergrund der Forderung nach einem breiten befahrbaren Geländespektrum führt zur Schlussfolgerung, idealerweise eine Kombination aus Rollen und Schreiten anzustreben. Das rollende Bein in Verbindung mit einem Höhenausgleich erscheint als vielversprechende Lösung.


Sauter, Anton
Aufbau eines Simulationsmodells zur Analyse des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge. - 90 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

In dieser Bachelorarbeit wird zunächst, ausgehend von einer Einführung in die Rotordynamik, auf spezielle dynamische Probleme von Laborzentrifugen eingegangen. Hierbei liegt der Fokus vor allem auf dem Kernelement einer Laborzentrifuge: Dem einseitig elastisch abgestützten grundsätzlich unwuchtbehaftetem Rotorsystem. Diese theoretischen Betrachtungen bieten dann die Grundlage für die darauffolgend beschriebenen experimentellen Untersuchungen. Hier werden zunächst mittels Lasersensoren Schwingungsmessungen an einem vereinfachtem Rotorsystem durchgeführt. Durch das Softwarepaket ME'scopeVES können diese Messungen dann ausgewertet werden, indem unter anderem ein Animationsmodell aufgebaut wird, an dem die Schwingungen des Systems veranschaulicht werden können. Da die, für den Anwender störende, Geräuschentwicklung der Anlage in der Regel durch die Schwingungsübertragung vom Rotorsystem auf das Gestell der Zentrifuge entsteht, werden auch Messungen am Gestell vorgenommen. Hier wird nach dem sog. Impulshammerverfahren eine Modalanalyse durchgeführt. Die Auswertung der Messung erfolgt wiederum durch die Software ME'scopeVES, mit der an einem 3D-Animationsmodell die Bewegungsformen der einzelnen Moden verdeutlicht werden können. Die Arbeit schafft so erweitere Einblicke in das dynamische Verhalten einer Laborzentrifuge.


Gerlach, Erik; Husung, Isabel; Fiedler, Bernd; Zimmermann, Klaus
Modellierung elastischer Eigenschaften für die Simulation der Dynamik von Präzisionsmaschinen. - In: Fachtagung Mechatronik 2013 / Fachtagung Mechatronik (Aachen) : 2013.03.06-08. : Aachen, (06.03. - 08.03.2013). - Aachen, ISBN 978-3-86130-958-1, (2013), S. 55-59

Im Sonderforschungsbereich 622 werden an der TU Ilmenau die Grundlagen zur Entwicklung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen untersucht. Nanopositioniermaschinen sind komplexe mechatronische Systeme. Für die Realisierung von Bahnbewegungen (z.B. bei Scanvorgängen) werden modellbasierte Regler eingesetzt und diese mittels Dynamiksimulationen optimiert. Als Grundlage wird das mechanische System als Mehrkörpersystem (MKS) modelliert. Es stellt sich jedoch bei der Modellbildung die Frage nach der Berücksichtigung der Elastizitäten im System. Im Beitrag werden die Lösungen für drei Modellierungsaufgaben - die Modellierung von Wälzführungen für Positionieraufgaben, die Integration von Elastomerelementen und Luftlagern als viskoelastische Lagerung der Maschine und die Berücksichtigung der Elastizitäten von plattenförmigen Bauteilen und Grundplatten - vorgestellt. Es gelingt, im methodischen Umfeld der Mehrkörperdynamik (MKD) zu bleiben und somit handhabbare Modelle zu generieren.


Behn, Carsten; Schmitz, Tonia; Fremerey, Max; Voges, Danja; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus
Tasthaare für die Mechatronik - Modellbildung, Simulation und adaptive Regelung. - In: Fachtagung Mechatronik 2013 / Fachtagung Mechatronik (Aachen) : 2013.03.06-08. : Aachen, (06.03. - 08.03.2013). - Aachen, ISBN 978-3-86130-958-1, (2013), S. 7-12

Die Wahrnehmung von Vibrationen ist eine besondere Art des Tastsinnes, welcher für Insekten wie Wirbeltiere wichtig ist. Letztere realisieren diese Wahrnehmung u. a. aus mechanischen Sensorinformationen der Tasthaare in der Schnauzenregion. Es wurden und werden mechanische Modelle einzelner Tasthaare entwickelt, um die beiden Betriebsmodi derartiger Tasthaare von kletternden Säugetieren zu beschreiben: die Tasthaare werden entweder passiv genutzt, um Kräfte aus der Umgebung zu spüren (z. B. durch Wind), oder aktiv genutzt, wenn die Haare rhythmisch bei der Abtastung von Oberflächen oder Objekten bewegt werden ("whisking", daher englisch "whiskers"). Folglich müssen die Modelle aus regelungstechnischer Sicht Stabilisierbarkeit und Bahnverfolgung ermöglichen, wobei sie trotzdem in der Lage sein müssen, überlagerte Einzelsignale aus der Umgebung zu filtern. Die für technische Umsetzung entwickelten Regler sind adaptiver Natur mit Blick auf die Zufälligkeit der externen, zu unterdrückenden Signale der Unsicherheit der Systemparameter. Diese Arbeit präsentiert diverse mechanische Modelle und verbesserte adaptive Regelstrategien, die Indetifikationstechniken umgehen, dabei aber gewährleisten, dass das System im beschriebenen Sinne sensitiv ist.


Behn, Carsten ; Schmitz, Tonia; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus
Animal vibrissae: modeling and adaptive control of bio-inspired sensors. - In: Advances in computational intelligence : 12th International Work-Conference on Artificial Neural Networks, IWANN 2013, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain, June 12-14, 2013 : proceedings, part II. - Berlin : Springer / International Work-Conference on Artificial Neural Networks ; 12 (Puerto de la Cruz) : 2013.06.12-14., ISBN 978-3-642-38682-4, (2013), S. 159-170

The reception of vibrations is a special sense of touch, important for many insects and vertebrates. The latter realize this reception by means of hair-shaped vibrissae in the mystacial pad, to acquire tactile information about their environments. The system models have to allow for stabilizing and tracking control while nevertheless being able to detect superimposed solitary excitations. Controllers have to be adaptive in view of both the randomness of the external signals to be suppressed and the uncertainty of system data. We presents mechanical models and an improved adaptive control strategy that avoids indentification but renders the systemn sensitive.


http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-38682-4_19
Dittmer, Nils
Thermisch-mechanische Grundlagenuntersuchungen an Abgasturboladern mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. - 75 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Der Abgasturbolader ist ein effektives Mittel zur Leistungssteigerung und für Downsizing von Verbrennungsmotoren. Aufgrund der hohen Abgastemperatur unterliegt er auch im normalen Betrieb einer hohen thermomechanischen zyklischen Beanspruchung, wodurch Risse am Turbinengehäuse entstehen können. Bedingt durch immer kürzer werdende Entwicklungszeiten soll die Identifizierung rissgefährdeter Bereiche bereits im konstruktiven Entwurfsprozess erfolgen. Die hierfür notwendigen theoretischen Untersuchungen sind aktuell mit einem großen Zeitaufwand verbunden und liefern häufig Ergebnisse mit nicht zufriedenstellender Qualität. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Masterarbeit zunächst eine Literaturrecherche zur Rissbildung sowie Rissausbreitung durchgeführt. Anschliessend wurden transiente thermisch-mechanische nichtlineare FE-Analysen an einem Abgastrakt durchgeführt, mit welchen Aussagen über mögliche Rissstellen im Turbinengehäuse getroffen werden können. Abschließend wurden Betrachtungen zur Optimierung der Simulation durch Reduzierung der Berechnungsdauer durchgeführt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/757169740dittm.txt
Melzer, Christiane
Untersuchung dynamischer Probleme am einseitig gelagerten Rotor. - 60 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Das Ziel der Arbeit besteht in der Untersuchung der Dynamik von einseitig gelagerten Rotoren, insbesondere soll das Verhalten bei Unwuchterregung betrachtet werden. Darauf aufbauend soll ein geeignetes MKS-Modell erstellt werden und die Voraussetzungen für Parameterstudien mittels eines Simulationswerkzeuges zu schaffen. Aufgaben: - Literaturrecherche Rotordynamik und zur Modellbildung - Untersuchung des dynamischen Verhaltens an einem Testaufbau; - Identifikation von Parametern; - Erarbeitung von geeigneten MKS-Modellen in alaska.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/756483395melze.txt
Wawerka, Simon
Entwicklung eines gewichtskraftkompensierten passiven Positionierarmes zum Tragen und manuellen Positionieren einer aktiven Robotereinheit. - 62 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Die Bachelorarbeit beschreibt den Konstruktiven Entwicklungsprozess eines fixierbaren Stativarmes mit Gewichtsausgleich und Freiheitsgrad 6 zum Tragen einer aktiven Robotereinheit. Dazu sind geeignete kinematische Strukturen anhand der Anforderungsliste bewertet und ausgewählt worden, der Arbeitsraum konnte über zeichnerische Verfahren eingegrenzt werden. Zur Auswahl der durch Gewichtskraftkompensation entlasteten Gelenke ist das mechanische Modell des Stativarmes hinsichtlich der auftretenden lageabhängigen Belastungen berechnet worden. Prinzipe für Gewichtsausgleich und Fixierung wurden erörtert und für die Anwendung dimensioniert. Dabei konnte eine nahezu vollständige Gewichtsentlastung mit passiven Bauelementen für eine übliche Lage des Stativarmes über einen großen Arbeitsbereich erreicht werden. Aus dem Konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, sodass im nächsten Schritt die Schnittstellen zu umgebenden Baugruppen gestaltet werden können.


Riehs, Christopher
Entwicklung eines biologisch inspirierten apedalen Lokomotionssystems. - 90 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Im Verlauf dieser Masterarbeit wurde ein System entwickelt, mit welchem die Untersuchung der wurmartigen Lokomotion in einem weiten Spektrum an Bewegungsvarianten ermöglicht wird. Als Orientierung bezüglich der Bewegungsmuster wird hierbei der Regenwurm angesehen. Nach näherer Betrachtung des biologischen Vorbildes, wurde eine ausführliche Analyse der bisherigen weltweiten Entwicklungen auf dem Gebiet der wurmartigen Robotik durchgeführt. Die Erkenntnis, welche aus dieser Analyse gewonnen wurden, dienen als Grundlage für die Entwicklungen eines apedalen Bewegungssystems, welches unter Nutzung einer Borstenstruktur eine gerichtete Bewegung erzeugt. Für die Variation des Abstandes zwischen zwei Segmenten des Systems, wird auf das Konzept der sogenannten Schubkette zurückgegriffen, welche bei sehr großen Verfahrwegen, eine hohe Kompaktheit aufweist.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/751876798riehs.txt
Krüger, Martin
Beiträge zum Entwurf und Analyse neuartiger Regelungskonzepte für biologisch inspirierte, mechanische Bewegungssysteme. - 87 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Ausgehend vom biologischen Vorbild, dem Regenwurm, wird in der vorliegenden Arbeit zunächst ein mechanisches Modell und daraus anschließend das mathematische Berechnungsmodell abgeleitet. Dieses Modell besteht aus diskreten Massepunkten, die durch masselos angenommene Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente miteinander verbunden sind. An jedem Massepunkt sind Spikes befestigt, die ein Zurückrutschen verhindern und somit nur eine Fortbewegungsrichtung zulassen. Die gerichtete Vorwärtsbewegung, in Form einer peristalltischen Bewegung, des Wurmroboters entsteht durch das Zusammenwirken der Abstützung der Spikes gegenüber dem Untergrund und den vorgegebenen Längenänderungen der Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente und damit der Abstände der Massepunkte zueinander. Die Art und Weise der Änderung der Massepunktsabstände wird durch Referenztrajektorien beschrieben. Aufgabe der adaptiven Regelung ist es, durch das Aufbringen von Stellkräften die realen Massepunktsabstände den Referenztrajektorien nachzuführen. Ausgehend von einem gegebenen Programmgerüst wird die Reglerstruktur zunächst von PD auf PID erweitert. Aus Parameterstudien wird ein optimaler PID-Regler ermittelt, der als Grundlage für die im weiteren Verlauf neu entwickelten Regelungskonzepte genutzt wird. Die Trichter-Regelung, die Regelung mittels Differenzenquotient und Time Delay und die Regelung mit nicht-klassischem Feedback werden in der vorliegenden Arbeit erstmals für den speziellen Einsatz und die direkte Anwendung auf den wurmartigen Roboter implementiert. Die Erweiterung teilweise bestehender Regelungsansätze und die Durchführung von Parameterstudien bilden den Hauptteil der Arbeit. Die Simulationsergebnisse der als optimale Parametersätze bestimmten Einstellungen der jeweiligen Reglertypen werden hinsichtlich ihrer Reglerdynamik und ihres Einflusses auf das Gesamtsystem miteinander verglichen. Weitere Simulationen untersuchen das Verhalten der verschiedenen Regler beim Wechsel des Fortbewegungsmusters, da ein solcher Wechsel als Reaktion auf die Änderung bestimmter Umwelteinfüsse sinnvoll und notwendig ist, um Beschädigungen am Roboter oder Beeinträchtigungen in dessen Funktion zu vermeiden. Es werden ebenfalls Simulationen mit Kombinationen der neu implementierten Regelungen durchgeführt, die Hinweise darüber geben, ob und wie sich verschiedene Regelkonzepte aufeinander auswirken. Alle Simulationen werden mit Hilfe einer, in MATLAB programmierten, GUI durchgeführt, in der sowohl die Wurmparameter wie auch die Regelungsparameter beliebig einstellbar sind.


Behn, Carsten
Mathematical modeling and control of biologically inspired uncertain motion systems with adaptive features. - XXII, 251 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2013
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/746568428.PDF
Schmid, Dominik
Ermittlung des Potentials im Fußgängerschutz UpperLeg im Bereich Scheinwerfer an einer typischen Fahrzeugfront. - 98 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Gegenstand der Arbeit war die Ermittlung des Potenzials im Fußgängerschutz Hüftanprall (Upperleg) an einer typischen PKW-Fahrzeugfront. Der Scheinwerferbereich wurde in diesem Zusammenhang für den Lastfall Upperleg untersucht. Der Fokus lag auf der Erarbeitung von konstruktiven Maßnahmen, die aus Sicht des Fußgängerschutzes die Verletzungsgefahr reduzieren. Primär wurden hierfür Varianten betrachtet, die mehr Deformationsraum und somit einen weicheren Anprall an der Fahrzeugfront garantieren. Bei aktuellen Fahrzeugmodellen muss jedoch berücksichtigt werden, dass das Frontdesign und die Steifigkeit bei einem High-Speed-Crash beibehalten werden müssen. Als Bewertungsmaßstab dienten bei allen Tests die Anforderungen der Verbraucherorganisation EuroNCAP. Die entwickelten Konzepte wurden zunächst simulativ untersucht und anschließend experimentell umgesetzt sowie bewertet. Um das Verformungsverhalten des verwendeten Xenon-Scheinwerfers realitätsnah abzubilden, wurde das FE-Fußgängerschutzmodell anhand von Versuchen validiert. Das validierte Scheinwerfermodell kann als Grundlage für weiterführende Untersuchungen herangezogen werden. Abschließend wurde ein Einblick in weitere erfolgversprechende Konzepte gewährt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/746567421schmi.txt
Schmid, Alexander
Optimierung eines FE-Modells des Komfort-Feder-Dämpfers in Abaqus und Weiterentwicklung eines MKS-Modells für die Gesamtfahrzeugsimulation. - 112 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Gegenstand der Arbeit ist die Erweiterung eines Finite-Elemente-Modells des Luftfederdämpfers in Abaqus sowie die Erstellung eines MKS-Gesamtfahrzeugmodells für die spätere Integration. Unter anderem werden MKS-Modelle in der Automobilindustrie zur Simulation und Auslegung von Fahrwerkseigenschaften eingesetzt. Die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Fahrwerkskomponenten wie etwa Federung und Dämpfung steht im Vordergrund. Ein neuer Ansatz, in Form eines Luftfederdämpfers, nutzt das Medium Luft sowohl für Federungs- als auch Dämpfungseigenschaften. Um eine realitätsnahe Modellierung des Luftfederdämpfers in Abaqus zu erzielen, wurden in einem bereits bestehenden FE-Modell Druckbegrenzungsventil und Kolbenkonturierung berücksichtigt. Simulationen wurden sowohl an der Komponente Luftfederdämpfer als auch am generierten MKS-Gesamtfahrzeugmodell vorgenommen. Der Fokus der Untersuchungen galt dem Systemverhalten des Luftfederdämpfers, insbesondere der Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeugmodell. Die Validierung erfolgte anhand vereinfachter, dynamischer Anregungen. Zur Beurteilung der Ergebnisse dienten ein Komponentenmodell des Luftfederdämpfers sowie ein Viertelfahrzeugmodell, die die wesentlichen Funktionen mit hinreichender Genauigkeit abbilden. Die Ergebnisse werden als Grundlage weiterer Untersuchen herangezogen, beispielsweise ist das harshness-Verhalten des Gesamtfahrzeugmodells zu nennen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/746567359schmi.txt
Bellair, Bernd
Beschreibung des anisotropen Materialverhaltens von Rotbuchenfurnier als Basis für rechnergestützte Umformsimulationen. - Aachen : Shaker. - XVI, 205 S.. - (Berichte aus dem Machinenbau)
Zugl. :Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012

Für die realitätsnahe numerische Simulation des Umformprozesses von Rotbuchenfurnier ist die Materialbeschreibung ein essentieller Bestandteil. Aus diesem Grunde wurde in dieser Arbeit im Hinblick auf den späteren Einsatz in Umformsimulationen das anisotrope Materialverhalten von Rotbuchenfurnier bei verschiedenen Klimaten untersucht. Ein Schwerpunkt lag in der Entwicklung eines Prüfkonzeptes und einer Prüfvorschrift für den natürlichen Faserverbundwerkstoff Holz in Form von Furnier und deren Umsetzung. Voraussetzung dafür war neben der Anwendung der Festkörper Kontinuumsmechanik, die Analyse der Strukturmerkmale des Holzes, des Furnier-Herstellungsprozesses und der physikalischen Eigenschaften des Holzes bzw. Furniers. Die Materialkennwertermittlung erfolgte in einem dafür entwickelten Versuchsaufbau mit einem integrierten digitalen Bildkorrelationsmesssystem zur dreidimensionalen Verformungsmessung und einem Prüfmodul. Eine teilautomatisierte Steuerung des Prüfablaufes der einzelnen Zugversuche ermöglichte einen reproduzierbaren Ablauf der insgesamt 1500 Experimente. Diese wurden für 5 Klimaeinstellungen und 5 Winkellagen für die Bezugsebenen 12-E und 13-E durchgeführt (insgesamt 50 Prüfserien). Nach Aufbereitung der Messergebnisse und der abgeleiteten Materialkennwerte mittels der deskriptiven Statistik wurde mit der induktiven Statistik auf die Gesamtheit geschlossen. Auf Grundlage von Signifikanztests wurden die Materialkennwerte der einzelnen Serien verglichen. Es erfolgte der Nachweis, dass die Materialkennwerte von der Bezugsebene und vom Klima abhängig sind. Die ermittelten Kennwerte zeigen außerdem, in welchem Maße diese von den Randbedingungen beeinflusst werden. Die Verifikation des Materialmodells ergab, dass das Materialverhalten von Furnier prinzipiell durch ein linear-elastisches orthotropes Materialmodell abgebildet werden kann. Durch Sensibilitätsstudien am Materialmodell wurden verschiedene Harmonisierungsstrategien für einen symmetrischen Nachgiebigkeitstensor beurteilt und Handlungsempfehlungen gegeben. An Hand eines FE-Modells wurden Robustheitsanalysen durchgeführt, in denen die wesentlichen Einflussgrößen und die Dispersionen der Ergebnisgrößen ermittelt und mit den experimentellen Daten verglichen wurden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/745856667.PDF
Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Volkova, Tatiana; Minchenya, Vladimir T.
An amphibious vibration-driven microrobot with a piezoelectric actuator. - In: Regular and chaotic dynamics : international scientific journal. - Moscow : Russian Academy of Sciences, ISSN 14684845, Bd. 18 (2013), 1/2, S. 63-74

This article concerns microrobots for solid and liquid evironments. A short overview of microrobotics, suitable actuators and energy systems is given. The principles of terrestrial and aquatic locomotion are discussed and illustrated with examples from the literature on robotics. The state of the art with a focus on piezo microrobots for solid and liquid environments is presented. Furthermore, we report an amphibious prototype, which can move on flat solid ground and on the free surface of water. The design, characteristic parameters and experiments on locomotion are described. The robot is characterized by light and simple design and can perform two-dimensional locomotion in different environments with a speed up to 30 mm/s. An analytical model to predict the maximum carrying capacity of the robot on water is solved numerically.


http://dx.doi.org/10.1134/S1560354713010048
Eckstein, Martin
Systemstudie zur Integrationsmöglichkeit eines Selbstladesystems in ein bestehendes Repetiersystem von Merkel. - 153 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der Gasdruckverläufe verschiedener Kaliber bei gleichbleibender Gasabnahmestelle. Diese Untersuchungen fanden in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Mess- und Eichwesen (LMET) statt. Dazu wurden Messläufe konstruiert, gefertigt und mittels Piezodrucksensoren untersucht. Diese Ergebnisse finden ihre Anwendung in der Praxis bei der Produktion von Gasdruckladern. Zu Beginn der Arbeit wurden verschiedene theoretische Ansätze für die Berechnung des Gasdruckes erläutert. Es erfolgte ein Vergleich der berechneten Ergebnisse mit den gemessenen Werten. Weiter wurde das mechanische System betrachtet und berechnet. Auf der Grundlage eines bestehenden Repetiersystems folgte eine Studie zur Integrierbarkeit eines Selbstlademechanismus. Es entstand ein Konstruktionsvorschlag. Anschließend erfolgte eine FEM Berechnung der systemrelevanten Bauteile.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/741214318eckst.txt
Witte, Hartmut; Carl, Kathrin; Voges, Danja; Schilling, Cornelius; Zimmermann, Klaus; Loepelmann, Peter; Schmitz, Antonia; Behn, Carsten
Zur funktionellen Morphologie mystacialer Vibrissen bei Rattus norvegicus. - In: Bionik: Patente aus der Natur / Bionik-Kongress ; 6 (Bremen) : 2012.10.26-27. - Bremen : Bionik-Innovations-Centrum, ISBN 978-3-00-040885-4, (2013), S. 358-364

Seilnacht, Johannes
Beiträge zur approximativen Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender, abgesetzter Balken mit Dämpfung. - 41 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

In dieser Arbeit wird die approximative Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender Balken unter Voraussetzung der Euler Bernoulli-Theorie und der Timoshenko-Balkentheorie betrachtet. All diesen Berechnungen liegt das Modell eines einseitig eingespannten Balkens zu Grunde. Hierbei soll ermittelt werden, wie die exakte Eigenkreisfrequenz am besten zu nähern ist und in wie weit Variationen der Parameter möglich sind, um das Ergebnis möglichst genau zu nähern, ohne dabei langwierige Berechnungsabläufe vollführen zu müssen. Dabei werden zuerst Untersuchungen an Längsschwingern durchgeführt. Es wird dabei ermittelt, welche Herangehensweise sich eignet, um das Mehrmassensystem zu beschreiben. Dies geschieht, indem als Ausgangslage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den verschiedenen Näherungen zu vergleichen. Die Näherungen bestehen aus unterschiedliche Verteilungsarten der Massen im Bezug auf die Stablänge. Dementsprechend entstehen unterschiedliche Federsteifigkeiten und Lagen der Massepunkte. Anschließend werden Biegeschwingungen betrachtet, bei welchen ebenfalls als Grundlage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den Näherungen zu vergleichen. Bei den Näherungen erfolgt die Verteilung anhand von vorgegebenen Funktionen. Ziel ist es, die Näherungsverfahren zu verifizieren, um eine Grundlage zu legen für die Näherung von komplexen Systemen. Als Grundgedanke dieser Arbeit ist der Gedanke die Vibrisse von Tieren (z.B.: Ratten oder Robben), welche ein komplexes Gebilde ist und mit Blutsäcken unter der Haut gesteuert wird, mittels eines technischen Modells darzustellen.


Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Control of chains of mass points in a frictional environment. - In: IUTAM Symposium on Nonlinear Dynamics for Advanced Technologies and Engineering Design / IUTAM Symposium on Nonlinear Dynamics for Advanced Technologies and Engineering Design (Aberdeen, Scotland) : 2010. : proceedings of the IUTAM Symposium on Nonlinear Dynamics for Advanced Technologies and Engineering Design, held Aberdeen, UK, 27 - 30 July 2010. - Dordrecht [u.a.] : Springer, ISBN 978-94-007-5741-7, (2013), S. 421-433

Uhlig, Robert Peter
Identification of material defects in metallic materials using Lorentz force eddy current testing : fundamentals, metrological implementation and verification. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 129 S., 18,71 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2013

Der Einsatz von metallischen Werkstoffen ist in Industrie und Baugewerbe von enormer Bedeutung. Die immer stärkere Ausnutzung bis zur Grenze der Belastbarkeit eines Materials macht eine genaue Untersuchung des eingesetzten Metalls erforderlich. Um sicherzustellen, dass ein Bauteil fehlerfrei ist und den geforderten Belastungen standhalten wird, ist meist eine 100%ige Überprüfung notwendig. Dazu steht eine Auswahl an zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit ist oft begrenzt oder kostspielig. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Beschreibung des zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahrens mit dem Namen "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" und dem experimentellen Funktionsnachweis. Das kontaktlose Messverfahren wurde vor Kurzem an der Technischen Universität Ilmenau erfunden und im Rahmen des Graduiertenkollegs 1567 weiterentwickelt. Diese Arbeit fasst die Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich experimenteller zerstörungsfreier Werkstoffprüfung mittels Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung zusammen, ohne den Anspruch zu erheben, unmittelbar industrielle Anwendungen zu ermöglichen. Das Verfahren "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" bietet durch die Nutzung von magnetischen Gleichfeldern höhere Eindringtiefen als klassische Wirbelstrommessverfahren unter gleichen Einsatzbedingungen, die magnetische Wechselfelder einsetzen. Dies ermöglicht die Detektion von tiefliegenden Defekten innerhalb eines elektrisch leitfähigen nichtferromagnetischen Werkstoffes. Es wird gezeigt, wie Defekte sicher mit der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung erkannt werden (Detektion), wo sie sich befinden (Lokalisation) und bereitet mit der Beschreibung des direkten Problems die Rekonstruktion vor (inverses Problem). Zur Beschreibung des direkten Problems ist es notwendig, zunächst das Verhalten eines bewegten Festkörpers ohne Defekt in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld zu beschreiben. Die Einführung eines relativ simplen Prototypmodels soll Grenzen des Verfahrens aufzeigen und gleichzeitig die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten erklären. Als Funktionsnachweis werden experimentelle Daten für künstliche Defekte vorgestellt. Eine Beschreibung der Grenzen des Messverfahrens und eine Analyse des Messsignals werden am genutzten Versuchsaufbau durchgeführt und Vorschläge zur Erweiterung des Messbereichs gegeben.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21716
Bisping, Bernhard
Entwicklung und Konstruktion eines Moduls für Mobilitätsunterstützungssysteme zur Überwindung von Hindernissen und Treppen in der Nahfeldumgebung des Menschen. - 96 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion von Modulen zur Erweiterung der Funktionalität von Mobilitätshilfen hinsichtlich der Überwindung von Hindernissen und Treppen. Diese Module können an gängige Mobilitätshilfen angebracht werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Nahfeldumgebung des Menschen. Die Arbeit umfasst die Betrachtung des Standes der Technik, sowie eine Patentrecherche zu Mobilitätsunterstützungssystemen und Treppensteigsystemen für Rollstühle und Lastentransportsysteme. Für das Besteigen von Treppen ist eine zusätzliche Energiequelle notwendig. Da diese Energie möglichst mechanisch gespeichert werden soll, ist die Betrachtung und Erarbeitung von Möglichkeiten der mechanischen Energiespeicherung ein wesentlicher Kernpunkt dieser Arbeit. Unterschiedliche Varianten zur Überwindung von Hindernissen und Treppen sind mithilfe des Konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP) erarbeitet und bewertet worden. Die konstruktive Umsetzung, Beschreibung und die zugehörigen technischen Dokumente der ausgewählten Variante, welche aus einem separaten Modul zur Hindernis- und einem zur Überwindung von Treppen besteht, sind in dieser Arbeit enthalten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/735248621bispi.txt
Becker, Felix; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
An approach to the dynamics of a vibration-driven robot. - In: Romansy 19 - robot design, dynamics and control / RoManSy for Robot and Manipulator Systems ; 19 (Paris) : 2012.06.12-15. : proceedings of the 19th CISM-Iftomm Symposium. - Wien [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-7091-1378-3, (2013), S. 299-306

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Mikhail
Dynamics of two interconnected mass points in a resistive medium. - In: Differential equations and dynamical systems : international journal for theory, real world modelling and simulations. - New Delhi : Springer India, ISSN 09746870, Bd. 21 (2013), 1/2, S. 21-28

The problem of motion of two interconnected points in a resistive medium under periodic change of distance between them is considered. It is shown that a necessary condition for the locomotion (displacement of the center of mass) is the nonlinear law of resistance (dry or nonlinear viscous friction). If the mass points are identical, any periodic control law leads to a displacement of the center of mass only in the presence of anisotropic (asymmetrical) friction. If there are different masses, motion is possible also with isotropic friction law under the action of a periodic control law. In the paper such special laws for the control of the velocity and the direction of motion are presented. The friction is assumed to be small and the investigations are based on the method of averaging. By means of this method analytical dependence of the velocity of motion is obtained.


http://dx.doi.org/10.1007/s12591-012-0116-8
Behn, Carsten
Adaptive control of singularly perturbed worm-like locomotion systems. - In: Differential equations and dynamical systems : international journal for theory, real world modelling and simulations. - New Delhi : Springer India, ISSN 09746870, Bd. 21 (2013), 1/2, S. 59-69

We consider a certain type of a worm-like locomotion system: a three mass point system. We assume that this worm is towing a payload, so the masses differ extremely, and we have to deal with a singularly perturbed system. The dynamics equations are coupled via a small parameter $\varepsilon$, which is typical for singularly perturbed systems. In order to apply simple adaptive feedback mechanisms (to approach desired properties of the worm motion) we have to guarantee the minimum-phase property (among others) of such systems. We show that such properties are preserved under singular perturbation. This is done within a general system class via construction of a normal form to gain deeper insight and to analyze such systems. We present the general case and apply the basic transformations to the worm equations. We point out that we are able to classify all required assumptions and properties by system qualities as, e.g., zeros of the reduced model or boundary-layer system. This is in contrast to other authors.


http://dx.doi.org/10.1007/s12591-012-0123-9
Behn, Carsten ; Schwebke, Silvan; Steigenberger, Joachim
Generation and shift of gaits in biomorphic systems. - In: Proceedings / Meżdunaroden naučen kongres 50 godini techničeski universitet - Varna (Varna) : 2012.10.04-06. : . - Varna : Techničeski Universitet, ISBN 978-954-20-0550-6, (2012), S. 94-100

Behn, Carsten
Control of biomorphic systems with singular perturbations. - In: Proceedings / Meżdunaroden naučen kongres 50 godini techničeski universitet - Varna (Varna) : 2012.10.04-06. : . - Varna : Techničeski Universitet, ISBN 978-954-20-0550-6, (2012), S. 87-93

Böhm, Valter ; Jentzsch, Alexander; Kaufhold, Tobias; Schneider, Florian; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
An approach to locomotion systems based on 3D tensegrity structures with a minimal number of struts. - In: ROBOTIK 2012 : 7th German Conference on Robotics : 21-22 May 2012. - [Piscataway, NJ] : IEEE / German Conference on Robotics ; 7 (Munich) : 2012.05.21-22., (2012), S. 150-155
http://ieeexplore.ieee.org/document/6309498/
Becker, Felix ; Zimmermann, Klaus; Minchenya, Vladimir T.; Volkova, Tatiana
Piezo-driven micro robots for different environments: prototypes and experiments. - In: ROBOTIK 2012 : 7th German Conference on Robotics : 21-22 May 2012. - [Piscataway, NJ] : IEEE / German Conference on Robotics ; 7 (Munich) : 2012.05.21-22., (2012), S. 41-45

We report recent efforts in the design and construction of micro robots for the two-dimensional locomotion in different environments. Amphibious robots are presented, which can perform locomotion on smooth terrain as well as on the free surface of liquids. The working principle of this kind of robots deploys forced vibration of continua, which are excited by a single piezoelectric actuator with frequencies in range of 0.1 - 100 kHz. The direction of motion can be controlled by the excitation frequency of the actuation element using resonance effects. A computational model and simulations are given to describe this dependency. The design and motion principle of prototypes are described and experimental results are given. Furthermore, the maximum mass of an amphibious robot is calculated for a set of parameters.


http://ieeexplore.ieee.org/document/6309478/
Bellair, Bernd ; Dietzel, Andreas; Zimmermann, Martin; Raßbach, Hendrike; Zimmermann, Klaus
A contribution to the description of the mechanical behaviour of veneer using a linear-elastic orthotropic material model. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2012), No. 4(49), Seite 11-21
Stepanenko, Dmitry A.; Minchenya, Vitaly V.; Zimmermann, Klaus; Asimov, R. M.; Minchenya, Vladimir T.
Modelling of non-contact ultrasonic motor by means of boundary element method. - In: IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), 2012 : 7 - 10 Oct. 2012, Dresden, Germany. - Piscataway, NJ : IEEE / IEEE International Ultrasonics Symposium (Dresden) : 2012.10.07-10., ISBN 978-1-4673-4561-3, (2012), S. 2722-2725

http://dx.doi.org/10.1109/ULTSYM.2012.0682
Steigenberger, Joachim ; Behn, Carsten
Gait generation and adaptive control in artificial worm dynamics. - In: The 2nd Joint International Conference on Multibody System Dynamics, IMSD / Joint International Conference on Multibody System Dynamics ; 2 (Stuttgart) : 2012.05.29-06.01. : Stuttgart, Germany, May 29 - June 1, 2012 : book of abstracts. - Stuttgart : University of Stuttgart, Institute of Engineering and Computational Mechanics, (2012), S. 337-338
Bolotnik, Nikolay N. ; Chernousko, Felix L.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Control of motion of limbless one-dimensional locomotion systems in a resistive medium. - In: The 2nd Joint International Conference on Multibody System Dynamics, IMSD / Joint International Conference on Multibody System Dynamics ; 2 (Stuttgart) : 2012.05.29-06.01. : Stuttgart, Germany, May 29 - June 1, 2012 : book of abstracts. - Stuttgart : University of Stuttgart, Institute of Engineering and Computational Mechanics, (2012), S. 327-328
Hochmuth, Robert
Finite Element Berechnung des DISCAGE®-Sprühsystems. - 83 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Diese Arbeit befasst sich mit der FE-Berechnung des von der Uhde Inventa-Fischer AG patentierten DISCAGE®-Reaktors sowie des sich anschließenden Vakuumsystems, zur Herstellung von Polymeren. Hierzu sind zunächst theoretische Grundlagen zur Spannungskategorisierung und zu den Stoffgesetzen näher erläutert. Danach werden die einzelnen Komponenten des zu berechneten Systems detailliert beschrieben. Im vierten Gliederungspunkt der Arbeit wird auf die Modellerstellung im CAD sowie im FEM eingegangen. Die Ergebnisse der FEM Berechnung werden im fünften Gliederungspunkt ausgewertet. Hierzu erfolgen zunächst eine Spannungsauswertung der einzelnen Lastfälle sowie eine Analyse der vorliegenden Stutzenlasten. Im letzen Teil werden die Kernaussagen der Arbeit zusammenfassend dargestellt. Für weiterführende Analysen können die an das System angekoppelten Leitungen in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren können zusätzliche Lastfälle berechnet werden, welche speziell auf den jeweiligen Standort des Systems ausgerichtet sind.


Pivovarov, Michail
On the probability of the outcomes in buckling of an elastic beam. - In: Regular and chaotic dynamics : international scientific journal. - Moscow : Russian Academy of Sciences, ISSN 14684845, Bd. 17 (2012), 6, S. 506-511
http://dx.doi.org/10.1134/S1560354712060032
Kaufhold, Tobias ; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Design of a miniaturized locomotion system with variable mechanical compliance based on amoeboid movement. - In: 4th IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), 2012 : 24 - 27 June 2012, Rome, Italy ; [including] the first edition of the Symposium on Surgical Robotics ; part of the Bioengineering Week (June 20 - 29, 2012). - Piscataway, NJ : IEEE / IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob) ; 4 (Rome) : 2012.06.24-27., ISBN 978-1-4577-1199-2, (2012), S. 1060-1065

This paper describes a novel biologically inspired locomotion system. The main advantages of amoeboid movement are implemented in a magnetically actuated compliant vibration driven system. The locomotion of the system is based on the periodic deformation of an elastomeric structure including segments with reversible variable mechanical compliance. The movement direction is defined by an asymmetric configuration of the elastomeric structure induced by segments with differing mechanical compliance. The working principle of the system is discussed with the help of modal and transient dynamic analyses. Based on the numerical simulations, two prototypes are developed and verified with experimental tests.


http://dx.doi.org/10.1109/BioRob.2012.6290779
Zentner, Lena ; Böhm, Valter
On the mechanical compliance of technical systems. - In: Mechanical engineering. - Rijeka, Croatia : InTech, ISBN 978-953-51-0505-3, (2012), S. 341-352

In the safe physical human-machine interaction the compliance of technical systems is an elementary requirement. The physical compliance of technical systems can be provided either by control functions implementation and/or intrinsic by structural configuration and material properties optimization. The latter is advantageous because of higher reliability as well as general simplicity of the design and production technologies. In the paper we focus on mechanical systems with intrinsic mechanical compliance. In general the deformability of structures is primarly characterised by their stiffness. Compliant mechanisms are mechanisms, whose functionality is based on its deformability. The goal of each engineer is by the design of mechanisms the setting of compliance depending upon the purpose of its application. It should be considered, that the compliance is dependent on a variety of parameters. The optimal design of these mechanisms can be realized only with precise knowledge of the influence parameters and possible types of compliance.


http://dx.doi.org/10.5772/26379
Klose, Holger
Modellbildung und FEM-Simulation von DIchtungssystemen an Automobilscheinwerfern. - 127 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und FEM-Simulation von verschraubten Dichtsystemen an Automobilscheinwerfern. Im Zuge der Arbeit werden allgemein anwendbare Ersatzmodelle für Profildichtungen entwickelt. Die FE-Ersatzmodelle besitzen unterschiedliche Abstraktionsgrade hinsichtlich einer Übertragung der auftretenden Verpressungskräfte. Als Grundlage dienen experimentelle Untersuchungen an verbauten Profildichtungen. Für die Scheinwerferentwicklung der Firma HELLA wird ein FE-Modell bereitgestellt, das die Auslegung von verschraubten Dichtsystemen unterstützt und dabei eine entwicklungsbegleitende Funktionsprüfung abbildet. Der Einfluss einer Materialänderung, Änderung von Position oder Anzahl der Schraubverbindungen, Verstärkung oder Verrippung an den verwendeten Kunststoffbauteilen, kann mit Hilfe des entwickelten FE-Modells bewertet werden. Durchgeführte exemplarische Referenzmessungen zeigen die Anwendbarkeit des FE-Modells.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/734405049klose.txt
Hoder, Matthias
Entwicklung eines Kettenantriebs für eine mobile Indoor-Roboterplattform zur Fortbewegung auf unterschiedlichen Bodenbelägen. - 62 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Zur Unterstützung und Begleitung hilfsbedürftiger Menschen im eigenen Zuhause wurde eine mobile Indoor-Roboterplattform entwickelt. Der bisher in der Plattform verwendete Radantrieb ist für glatte und harte Bodenbeläge ausgelegt und zeigt Schwächen bei der Überwindung kleinerer Hindernisse im häuslichen Bereich wie Schwellen, Teppiche usw. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Kettenantriebs zur Erfüllung der besonderen Anforderungen der geplanten Anwendung und zur Verbesserung der Fahreigenschaften. Zu diesem Zweck wurden zunächst Anforderungsliste und Funktionsstruktur erstellt. Auf dieser Basis ist eine umfangreiche Untersuchung des Standes der Technik inklusive Patentrecherche erfolgt. Die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse wurden im Rahmen der Ideenfindung für den Kettenantrieb verarbeitet und mit Hilfe des Morphologischen Kastens in Form einer funktionellen Betrachtung übersichtlich dargestellt. Die aus einer qualitativen Bewertung hervorgegangenen Vorzugslösungen wurden zu einem geeigneten und in die bestehende Plattform integrierbaren Konzept kombiniert, das als CAD-Modell umgesetzt wurde. Damit ist ein Kettenantrieb entstanden, der die an das System gestellten Anforderungen erfüllt, Hindernisse überwinden kann und Verbesserungen im Fahrverhalten zeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/734329954hoder.txt
Kubsch, Michél
Regelbare Reibbremse mit Piezoaktor. - 160 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dem Bestreben leichtere und günstigere Elektromotoren einsetzen zu können, wird der Wirkungsgrad eines Schneckengetriebes im Fensterhebermotor erhöht. Dies führt allerdings dazu, dass dessen Selbsthemmung entfällt. Ziel der folgenden wissenschaftlichen Arbeit ist es daher, alternative Lösungsprinzipien zur Selbsthemmung von Fensterhebermotoren zu entwickeln. Zudem wird der Einsatz eines Piezoaktors zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Hemmung geprüft. Der Stand der Technik von Selbsthemmungskonzepten sowie der Piezotechnologie wurden aufgezeigt und sechs prinzipielle Lösungen mit neun Untervarianten erarbeitet und bewertet. Aus den Lösungsvarianten wurde das Konzept der Reibhülse ausgewählt, das funktionale Verhalten mit Hilfe der Modellbildung untersucht und auf Plausibilität geprüft. Es konnte aufgezeigt werden, welche Kontaktkraft die Reibhülse, bei vorgegebenem antriebsseitigem Stellweg, auf eine Welle erzeugen kann. Des Weiteren wird das Verhältnis von antrieb- zu abtriebsseitigem Stellweg, im Fall des Spreizens der Reibhülse, ermittelt. Ausgehend von der durchgeführten Sensitivitätsanalyse, die in Zusammenarbeit mit der FEM-Simulation eine optimierte Designkonfiguration der Reibhülse liefert, wurde ein Prototyp gefertigt, welcher im Demonstrator zum Einsatz kam und erfolgreich getestet wurde. An Hand der Simulationsergebnisse wurde festgestellt, dass ein Piezoaktor die Anforderungen bzgl. Stellweg und Blockierkraft erfüllt, jedoch nach derzeitigem Stand nicht favorisiert wird.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/734087721kubsc.txt
Hörath, Dominik
Untersuchung und Simulation der Schwingungen eines Maschinenfundaments bei Präzisionsmaschinen. - 54 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Simulation der Schwingungen des Maschinenfundamentes bei Präzisionsmaschinen. Als Vorbild für die Modellbildung dient die Nanopositioniermaschine der Technischen Universität Ilmenau. Nach einer Literaturrecherche zum Thema Modellierung, Fundament und Mehrkörpersimulation werden die Grundlagen, die für diese Arbeit notwendig sind, erklärt. Die Simulation und die Erstellung des Modells erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Fundament auf Federelementen gegenüber dem Boden gelagert. Dabei soll geklärt werden, welche Aufstellung, welche Anzahl und welcher Federtyp für die Lagerung des Fundamentes am besten geeignet ist. Nachdem diese Punkte geklärt sind, wird das vollständige Modell und die Erkenntnisse, die durch die Simulationen gewonnen worden sind, erklärt. Dabei ist die Frage zu klären, wie die Bewegungssteuerung des Positioniersystems umzusetzen ist. Im Anschluß an die Zusammenfassung der Ergebnisse folgt ein Kapitel zur Optimierung der Modellerstellung und Erstellen von xml-Dateien.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/731771281hoera.txt
Börner, Simon
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchungen vibrationsgetriebener mobiler Inspektionsroboter. - 82 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einer senkrecht zur Bewegungsrichtung oszillierenden, inneren Masse untersucht. Die zur Fortbewegung nötige Unsymmetrie im Bewegungsverlauf wird dabei über eine Vielzahl angewinkelter Borsten erreicht, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf den Einflüssen verschiedener Kontaktgeometrien auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters. Zur Untersuchung der Zusammenhänge werden analytische Modellierungen des Systems entwickelt und deren numerische Lösungen mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Kontaktgeometrien über variierende Anregungsfrequenzen gemessen. Zusätzlich wird anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Bewegungsverlauf realer Systeme mit den Simulationsergebnissen verglichen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich der numerischen Parameterstudien mit den gemessenen Geschwindigkeiten zeigt sich, dass das analytische Modell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.


Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Mikhail
Rectilinear motion of a two-mass point system in a resistive medium. - In: 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics / International Congress of Theoretical and Applied Mechanics ; 23 (Beijing) : 2012.08.19-24. - Beijing, 2012, SM16-030, insges. 2 S.
Hertel, Martin
Aufbereitung mechanischer Parameter zur Simulation von Plattenschwingungen. - 113 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/72916876Xherte.txt
Tschepe, Steven
Entwicklung und Konstruktion struktureller Verbindungselemente in Aluminium-CFK Hybridbauweise. - 139 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Durch strenger werdende gesetzliche Anforderungen und den Kundenwunsch nach immer mehr Sicherheits- und Komfortsystemen, sind die Automobile in den letzten Jahren beständig schwerer geworden. Die Fahrzeugmasse hat direkten Einfluss auf den für die Fortbewegung notwendigen Energiebedarf und den daraus resultierende Schadstoffausstoß. Um diesem Trend entgegen zu wirken und die Fahrzeugmasse zu reduzieren, wird fortwährend an neuen Leichtbauwerkstoffen und Materialkonzepten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Verbindungsstelle zwischen einer faserverstärkten Leichtbaustruktur und einem konventionellen Stahlteil. Im Detail handelt es sich dabei um die Anbindung eines Sitzgestells an einen Unterboden in CFK-Sandwichbauweise. Dazu werden verschiedene Lösungsansätze für Krafteinleitungselemente entworfen und diese mit experimentellen Entwicklungsmethoden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Abschließend finden ein Vergleich und die Bewertung der Teile hinsichtlich der zuvor ermittelten Anforderungen statt.


Müller, Christopher
Mehrkörpersystementwurf und -simulation von biologisch inspirierten Sensorsystemen am Beispiel Vibrisse. - 129 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Vibrissen sind taktile Sinnesorgane, die insbesondere von Mäusen und Ratten genutzt werden, um ihre Umgebung zu erforschen. Neben der Fähigkeit, passiv Reize wahrzunehmen, sind die Nagetiere in der Lage, ihre Tasthaare mithilfe der in- und extrinsischen Gesichtsmuskulatur in Bewegung zu versetzten und so Quantität und Qualität der Reizinformationen aktiv zu steuern. Auf Basis dieses biologischen Sensorsystems werden zwei Mehrkörpermodelle entwickelt, die ein stark vereinfachtes mechanisches Modell einer Vibrisse darstellen und lediglich einige relavante Eigenschaften des Vorbildes berücksichtigen. Zurückgegriffen wird bei der Modellbildung zudem auf vorhandene Erkenntnisse über bereits bestehende Vibrissenmodelle in der Literatur. Die schrittweise Erhöhung der Körperanzahl und damit des Freiheitsgrades kann dabei als Übergang von Starrkörper- zu Kontinuummodellen angesehen werden. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anpassung und Auswahl eines geeigneten Regelalgorithmus. In Anlehnung an die Gesichtsmuskulatur des biologischen Vorbildes ist dieser dafür zuständig, dass die Körper des Modells einer vorgegebenen Trajektorie folgen. Numerische Simulationen werden verwendet, um verschiedene adaptive Regelungsverfahren zu vergleichen und die entwickelten Modelle hinsichtlich Wahrnehmungs- und Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Anhand der Regelgrößen sollen außerdem angreifende Störkräfte erkannt und unterschieden werden. Des Weiteren wird die Steifigkeitsverteilung des Gesamtsystems variiert um beispielhaft darzustellen, wie sich die Veränderung von Modellparametern auf die Simulationsergebnisse auswirkt.


Pohl, Sebastian
Weiterentwicklung der Simulations-Methoden zum Rüttel-Klima-Dauertest. - 125 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Simulationsmethoden zum Rüttel-Klima-Dauertest (RKD). In der Betriebsphase eines Fahrzeugs kommt es infolge von schwankenden Temperaturen und verschiedenen Schwingungsanregungen aus dem Fahrbetrieb zu einer Absenkung der Front- und Heckstoßfänger. Das Verformungsverhalten wird wesentlich durch die verwendeten Materialien und die konstruktive Gestaltung der Bauteile sowie deren Verbindungsstellen beeinflusst. Moderne Stoßfänger bestehen aus Kunststoffen, deren temperatur- und spannungsabhängige Materialeigenschaften sich auf die Stoßfängerabsenkung auswirken. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Grundlage von FE-Simulationen eine physikalisch plausible Simulationsmethode für die Stoßfängerabsenkung zu überprüfen und mit Hilfe von Versuchen zu validieren. Hierfür stehen Stoßfänger von zwei Fahrzeugmodellen sowie Schwingungsprüfstände und Klimakammern zur Verfügung. Letztlich soll der Reifegrad der Simulationsmodelle erhöht werden, um die Absenkung der Stoßfänger prognosesicher zu simulieren.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/72219434Xpohl.txt
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Kalmykov, Sergej A.; Turkov, Vladimir A.
Model of a thin rod with viscoelastic magnetizable material in the alternating magnetic field. - In: Solid state phenomena : SSP. - Uetikon : Trans Tech Publ, ISSN 16629779, Bd. 190 (2012), S. 629-632
http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.190.629
Behn, Carsten ; Loepelmann, Peter
Adaptive versus fuzzy control of uncertain mechanical systems. - In: International journal of applied mechanics : IJAM. - Singapore [u.a.] : World Scientific Publ, ISSN 1758826X, Bd. 4Bd. 4.2012, 2, 1250019, insges. 28 S.

The motivation of this work is formed by the biological behavior of a receptor cell (sensory system). It is modeled as a spring-mass-damper oscillator with a spatial disturbance signal acting on the frame and an inner active element that generates a force acting on the mass. Both the system parameters and the excitation signal are supposed to be unknown. The goal is to achieve a predefined movement of the mass, such as tracking a set point trajectory or stabilization. Thus, a controller is required to act on the system using the control force as input in such a way that the desired behavior is generated. This is done by means of high-gain-stabilization. Like its biological paradigm, the receptor is in a permanent state of adaption. This means that recurring disturbances, such as wind acting on the vibrissa, are damped in order to achieve lambda-stabilization. To achieve this control goal and at the same time deal with unknown systems, adaptive controllers are introduced. These adaptive control strategies are compared with an adaptive fuzzy approach.


http://dx.doi.org/10.1142/S1758825112500196
Chigarev, Anatoli V. ; Zimmermann, Klaus; Minchenya, Vladimir; Becker, Felix
Automatic stabilization of the translational motion of a microrobot. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 6 S., 301 KB)
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011 / Faculty of Mechanical Engineering, Ilmenau University of Technology

The analog motion control of a microrobot with feedback requires a more complicated structure due to the corresponding sensors, microprocessors and actuators. Application of the digital control system allows the use of a control algorithm, such as the autopilot, without feedback, which allows us to simplify the system. We consider the stabilization of the motion of the microrobot on a horizontal surface along the given motion trajectory. Minimization of the deviation angle of the robots axis from the tangent to the motion trajectory is a criterion for quality control and can be implemented by the digital device with a hysteresis characteristic.


http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2012200203
Lysenko, Victor ; Zimmermann, Klaus; Chigarev, Anatoli V.; Becker, Felix
A mobile vibro-robot for locomotion through pipelines. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S., 1,01 MB)
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011 / Faculty of Mechanical Engineering, Ilmenau University of Technology

The subject of our work is the creation of different designs of mobile robots for the movement through pipelines and similar technical systems. Using the transversal vibrations of an elastic bristle body, allows us to develop a new crawling vibro-robot. The motion is mainly realized by anisotropic friction forces. For the design process, we use the well-known construction principle of combination of alternative systems. It enables the transfer of structural characteristics (i.e. its kinematics) from one object to another, leading to new desirable characteristics or optimisations of existing technical objects. An analytical model of the motion of the bristles is presented.


http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2012200199
Stepanenko, Dmitry A.; Minchenya, Vladimir T.; Asimov, R. M.; Zimmermann, Klaus
Possibility of application of small-size robots with vibratory piezoelectric actuators for inspection of physical state of surfaces. - In: AIP conference proceedings. - Melville, NY : Inst, ISSN 15517616, Bd. 1433 (2012), S. 685-688
http://dx.doi.org/10.1063/1.3703275
Nützel, Philipp
Schwingungstechnische Untersuchung von Hybridantriebssträngen. - 85 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Wegen der Energiewende setzen immer mehr Hersteller auf Hybridfahrzeuge. Um auch in den Hybridfahrzeugen die gewohnte Ruhe und damit den gewohnten Komfort zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges zu kennen. Da sich im Vergleich zum konventionellen Antriebsstrang zusätzliche Eigenformen ergeben, müssen diese betrachtet werden und auf kritische Resonanzen untersucht werden. Die Untersuchung der neuen Eigenformen wird im Rahmen dieser Arbeit an-hand eines vierzylindrigen P1- und eines sechszylindrigen P2-Hybrids durchgeführt. Es werden die inverse und die konventionelle Ausführungen der Trennkupplung genauso wie die Anbindung des Anfahrelements an die E-Maschine betrachtet. Die Eigenformen werden jeweils mit und ohne vorherigen Dämpfer sowie mit unterschiedlichen Anfahrelementen untersucht. Erwartungsgemäß sind die Ausführungen ohne vorherigen Dämpfer nicht realisierbar, während sich die Eigenform der Flanschwelle beim P1- und P2- Hybrid mit einem Zweimassenschwungrad beherrschen lässt. Die Resonanz der Anbindung ist in dem hier untersuchten Beispiel grenzwertig und sollte mit einem zusätzlichen Torsionsdämpfer bedämpft werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die neuen Eigenformen der Hybridfahrzeuge mit den vorhandenen Methoden beherrschen lassen.


Will, Christoph
Beiträge zu kontinuierlichen Schwingungssystemen: Schwingungen abgesetzter Balken mit diskreten Elementen. - 70 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

In dieser Arbeit wird das dynamische Verhalten abgesetzter, biegeschwingender Balken, welche der Euler-Bernoulli-Theorie genügen, und längsschwingender Stäbe unter dem Einfluss von diskreten, viskoelastischen Lagerungen untersucht. Um einen Zugang zu dieser Problematik zu finden, werden dabei zunächst Longitudinalschwingungen von Stäben betrachtet. Zuerst werden einfache Systeme bestehend aus einem Abschnitt betrachtet und diskrete Dämpfungspunkte am Rand zugelassen. Anschließend folgt der Übergang zu abgesetzten Stäben. Es wird bewiesen, dass jeder abgesetzte Stab eine Eigenkreisfrequenz und gegebenenfalls einen Abklingkoeffizienten für alle Abschnitte besitzt und, bei unterschiedlichen Materialparametern, unterschiedliche Eigenwerte zur Beschreibung der einzelnen Abschnitte notwendig sind. Die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Balken erfolgt auf ähnliche Weise. Zunächst werden Balken betrachtet, welche aus nur einem Abschnitt bestehen. Anschließend werden abgesetzte Balken untersucht, bei welchen sich die Abschnitte sowohl geometrisch als auch in den Materialparametern unterscheiden dürfen. Es wird bewiesen, dass Balken mit Absätzen, genau wie Stäbe, eine Eigenkreisfrequenz besitzen. Abschließend werden einige ausgewählte Systeme bestehend aus mehreren Balkenabschnitten betrachtet und die Abhängigkeit der Eigenkreisfrequenzen von unterschiedlichen Parametern bestimmt.


Jentzsch, Alexander
Ein Beitrag zur Konzeptionierung, Entwicklung und Konstruktion eines Montage- und Justageautomaten für Schrankaufhänger. - 110 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer vollautomatischen Montageanlage für Schrankaufhänger schrittweise vorgestellt. Nach einer ausführlichen Analyse des Produktes werden Schwerpunkte für die Konstruktion der Montageanlage definiert. Dabei wird vor allem auf die Unabhängigkeit von Bauteilvarianzen und die Minimierung der Prozesszeiten eingegangen. Unter Berücksichtigung von Kundenforderungen werden anschließend Richtlinien zu Gestaltung des Layouts aufgestellt und deren Umsetzung in den Bereichen "Montageanlage" und "Rundtaktautomat" beschrieben. In einem weiteren Schritt werden die definierten Schwerpunkte und die daraus resultierenden Herausforderungen am Beispiel der "Justage- und Schraubstationen" aufgezeigt und konkrete Lösungsvorschläge dargestellt. Eine systematische Analyse der Prozessschritte deckt abschließend Fehlerquellen auf und liefert Instrumente zur Einhaltung der Qualitätsanforderungen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/716634627jentz.txt
Nitsch, Christoph
Beiträge zu strukturdynamischen Untersuchungen kontinuierlicher und diskreter Schwingungssysteme: Balkenschwingungen. - 152 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelorarbeit, 2012

Mechanische Grundmodelle eindimensionaler Kontinua wie Balken oder Wellen stellen probate Mittel zur Schwingungsuntersuchung praktischer Problemstellungen aus Technik und Natur dar. Sie dienen als Modelle zur Untersuchung von Wellen in Getrieben und Antriebssträngen, Stabilisatoren in Fahrwerken oder gebetteten Bahngleisen. Weiterhin ermöglicht ihr Einsatz auch die Analyse biologischer Strukturen wie der von vielen Säugetieren zur Erweiterung ihres Tastsinnes genutzten Vibrissenhaare. Im Fokus dynamischer Betrachtungen stehen dabei vor allem die Bestimmung der charakteristischen Größen jener Systeme: Eigenkreisfrequenzen und zugehörige Eigenformen. Da die Komplexität solcher Systeme, wie dem Vibrissenmodell, die Anwendung analytischer Lösungsmethoden ausschließt, wird häufig auf Näherungsverfahren zurückgegriffen, die in dieser Arbeit näher betrachtet werden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Theorie längs-, dreh- und biegeschwingender, eindimensionaler Kontinua unter Voraussetzung linearer Materialmodelle hergeleitet und auf klassische Probleme angewendet. Es wird gezeigt, dass die Berechnung der charakteristischen Systemgrößen komplexer Modelle beliebiger querschnittsvariabler Träger des Einsatzes numerischer Methoden bedarf. Dabei wird die Spezifik der Abschätzungsrichtung der vorgestellten Verfahren genutzt. Während das auf dem energetischen Gleichgewicht beruhende Rayleigh-Ritz-Verfahren und die Finite-Elemente-Methode zur Bestimmung oberer Eigenkreisfrequenzschranken genutzt werden, finden die auf der Systemaufspaltung beruhenden Formeln von Southwell und Dunkerley sowie die Methode der Mehrkörpersysteme zur Approximation der Systemgrößen von unten Anwendung. Für jene vier Verfahren werden auf beliebige konservative Systeme adaptierbare Lösungsalgorithmen hergeleitet. Des Weiteren wird die Qualität der jeweils erzielten Näherung, anhand analytisch lösbarer Systeme, durch Vergleich mit der exakten Lösung bestimmt und diskutiert. Anschließend steht die Erweiterung des Untersuchungssprektrums auf nichtkonservative, reibungsbehaftete Systeme im Zentrum der Betrachtung, wobei sich die für derartige Probleme anwendbaren Approximationsverfaren auf die Finite-Elemente-Methode sowie die Methode der Mehrkörpersysteme beschränken. Neben der analytischen Betrachtung verschiedener Dämpfungsphänomene wie viskoser Bettung oder Werkstoffdämpfung werden Wege zur Erweiterung der Näherungsverfahren auf diese Dämpfungsarten aufgezeigt. Die mit den Approximationsverfahren bestimmten Schranken werden schließlich mithilfe der analytischen Lösungen verifiziert. Am Beispiel einer Rattenvibrisse wird gezeigt, dass die untersuchten Näherungsverfahren für Systeme mit kombinierten Dämpfungsarten, deren Lösung nicht analytisch berechenbar ist, eine Beschränkung der Systemgrößen erlauben bzw. für experimentell bestimmte Eigenkreisfrequenzen und Eigenformen solcher Systeme die Identifizierung oberer und unterer Schranken von Systemparametern wie Dämpfung und Steifigkeit ermöglichen. Dazu wird mittels heuristischem Ansatz unter Anwendung der Methode der Mehrkörpersysteme ein Wertepaar bestimmt, durch das die Eigenfrequenzen des Modells hinreichend nah an denen des biologischen Vorbilds liegen. Die anschließende Verifikation mittels Finite-Elemente-Methode beweist, dass die vorgestellten Näherungsmethoden zur Eingrenzung und Identifikation gesuchter Systemparameter dienen. Sie sind insbesondere dann nützlich, wenn aufgrund der Systemkomplexität keine analytische Lösung bestimmt werden kann.


Alt, Wolfgang; Böhm, Valter; Kaufhold, Tobias; Lobutova, Elka; Resagk, Christian; Voges, Danja; Zimmermann, Klaus
Theoretical and experimental investigations of amoeboid movement and first steps of technical realisation. - In: Nature-inspired fluid mechanics : results of the DFG priority programme 1207 nature-inspired fluid mechanics 2006 - 2012. - Berlin ; Heidelberg : Springer, ISBN 978-3-642-28301-7, (2012), S. 3-23

Schwebke, Silvan
Beiträge zu adaptiven Regelungskonzepten von biomimetischen, wurmartigen Bewegungssystemen und deren Einsatz zum Wechsel von Antriebsmustern. - 100 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Ausgangspunkt der Arbeit ist das biologisch inspirierte Modell eines wurmartigen Lokomotionssystems. Das mechanische Modell besteht aus diskreten Massepunkten, zwischen denen sich viskoelastische Kraftaktoren befinden. Den Bodenkontakt stellen ideale Spikes dar, welche als Zwangskräfte die Rückwärtsbewegung einzelner Massenelemente sperren. Die Änderung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen wird über eine adaptive Regelung realisiert, die eine Referenztrajektorie verfolgt. Dies führt in Zusammenhang mit dem Umgebungskontakt durch die Spikes zur (undulatorischen) Lokomotion des Systems. - Nach der Ableitung des beschriebenen Modells und der Vorstellung des (nicht-parameteridentifizierenden) adaptiven Reglers wird die gezielte Konstruktion von Referenzfunktionen für die Abstände, die bestimmte Gangarten ergeben, beschrieben. Dabei wird auf einen bestehenden Algorithmus zurückgegriffen, mit dem sich Vorgaben bezüglich der Anzahl und Abfolge der wirkenden Spikes und der resultierenden Geschwindigkeit machen lassen. In der anschließenden Untersuchung der Gangarten wird in Simulationsbeispielen für Wurmketten mit drei und vier Massepunkten eine Auswahl von Gangarten ermittelt, die bezüglich der Anforderungen an die Aktoren und die Spikes am besten geeignet sind. - Es werden einige Parameterstudien durchgeführt, aus denen hervorgeht, dass der Wurm auch mit modifizierten Massen, Feder- und Dämpferkonstanten, die sogar zeitveränderlich sein dürfen, erfolgreich geregelt werden kann. Nach Untersuchungen einiger Modifikationen des adaptiven Reglers können Empfehlungen zu dessen Verbesserung gemacht werden. - Zur Implementierung des automatischen Gangartwechsels werden mithilfe der Betrachtung verschiedener Simulationen die als Auslöser des Schaltens in Frage kommenden Kriterien festgelegt: Stellkräfte und Spikeskräfte, mit denen die Wahl der optimalen Gangart von Geschwindigkeit und der Untergrundsteigung abhängt. Mit einer Näherungsbetrachtung dieser Kräfte lassen sich steigungsabhängige Geschwindigkeitsbereiche einzelnen Gangarten zuordnen. Damit ist eine Kombination aus Geschwindigkeitsanpassung und Gangartwechsel umsetzbar, die ein optimales Kriechen bei vorgegebenen Begrenzungen der Stell- oder Spikekräfte gewährleistet. Zusätzlich werden Regelungsstrategien zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Wurmkopfes geprüft.


Zhou, Jie
Lastkollektivsimulation und Lebensdauerbewertung für Getriebekomponenten von Windenergieanlagen. - 146 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

Im Zuge der Entwicklung und Verbreitung von Windenergieanalgen nahm die Vielfalt als auch der Grad der Anforderungen an die benötigten Komponenten stetig zu. Daher ist für die Weiterentwicklung derartiger Windenergieanlagen die Anwendung auf dem Gebiet der Simulationstechnik von existenzieller Bedeutung. In der vorliegenden Diplomarbeit wird dabei auf verschiedene Simulations- und Optimierungsmethoden eines Windenergieanlagengetriebes eingegangen. Zudem werden zahlreiche Simulationsmethoden der jeweiligen Teilsysteme einer Windenergieanlage mit dafür ausgewählter Software und bereits bekannter Modelle vorgestellt. Des Weiteren erfolgt das Analysieren und Vergleichen bestehender Daten bekannter Hersteller und simulierter Winddaten. Ferner werden resultierende Störungen und Probleme untersucht, Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt und qualitativ ausgewertet. Zuletzt wird auf den Aspekt der Dynamik solcher Simulationsmodelle sowie auf die Lebensdauerbewertung eingegangen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/715513672zhou.txt
Rudolph, Frank
Development of an approach for modelling ball bearings by means of finite-element-method. - 122 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die Vernetzung von Strukturen mit der FEM ist zeitaufwändig. Die Menge der Elemente erhöhen sich mit der Komplexität der Struktur. Vereinfachungen, um die Modellierungszeit und die Anzahl der Elemente zu reduzieren, können zu unvorhersehbaren oder ungenügenden Ergebnissen führen. Insbesondere die Modellierung von Wälzlagern ist komplex oder führt zu unzureichenden Ergebnissen bei der Vereinfachung. Wälzlager, als standardisierte Maschinenelemente, werden oft verwendet. In verschiedenen Strukturen sind sie mehr als einmal montiert. Daher ist das Modellieren und Vernetzen von Wälzlagern, bei der Analyse solcher Strukturen, ein sich wiederholender Prozess. Die Notwendigkeit, eine Herangehensweise zur Modellierung von Wälzlagern schnell und mit nur wenigen Elementen zu entwickeln, steht außer Frage. - In dieser Arbeit werden zwei Ansätze beschrieben, die in ähnlicher Weise mit starren Elementen modelliert werden und der ganze Ansatz nur aus drei Elementen besteht. Beide sind in verschiedenen Testanordnungen untersucht, um die Vorteile und Nachteile zu finden. Der CBUSH-Ansatz ist leicht zu verstehen und zu reproduzieren. Der GENEL-Ansatz ist lediglich ein Austausch des CBUSH-Elementes mit dem GENEL-Element. Die Eingabe der Steifigkeitswerte für den CBUSH-Ansatz für alle 6 Freiheitsgrade, zwischen den starren Elementen, ist eine Vereinfachung des GENEL-Ansatzes. Das GENEL-Element bietet die Möglichkeit alle Steifigkeitswerte einer 6x6-Matrix zuzuweisen. - Zusätzlich wurde eine thermo-mechanische Struktur entwickelt, untersucht und mit dem vielversprechenden CBUSH-Ansatz verglichen. Die dynamischen Ergebnisse nicht befriedigend. Die Weiterentwicklung wird empfohlen. - Als kritischer Punkt kann die Bestimmung der Steifigkeiten angesehen werden. Mit Bezug auf die Literaturrecherche und den genannten Möglichkeiten um Lagersteifigkeiten zu berechnen, sind einige wesentliche geometrische Eingaben zu ermitteln. Informationen über die geometrischen Eingabewerte, als ein wohl behütetes Geheimnis der Wälzlagerhersteller, sind spärlich bis gar nicht zu bekommen. - Die Verifizierung der Ergebnisse des CBUSH und GENEL-Ansatzes ist für weitere Forschung und Entwicklung ratsam.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/689807015rudol.txt
Carlstedt, Matthias
Formfindung ausgewählter vorgespannter Strukturen mittels der FE Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie unter Berücksichtigung verschiedener numerischer Lösungsverfahren. - 113 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die vorliegende Masterarbeit behandelt die Formfindung vorgespannter, nachgiebiger Strukturen mit Hilfe der Finite Elemente Methode unter Verwendung der geometrisch nichtlinearen Theorie. Dafür werden die notwendigen Grundlagen zur numerischen Mathematik zusammengefasst und die Gleichungssysteme für geometrisch nichtlineare Fachwerke hergeleitet. Anschließend werden verschiedene Lösungsverfahren an nicht vorgespannten Strukturen erprobt und an ausgewählten Tensegritätsstrukturen angewendet. Zu diesem Zweck werden verschiedene Programme mit dem numerischen Berechnungsprogramm MATLAB entwickelt und erläutert. Die Ergebnisse werden mit der FEM-Software ANSYS verifiziert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/689595441carls.txt
Steigenberger, Joachim ; Behn, Carsten
Worm-like locomotion systems : an intermediate theoretical approach. - München : Oldenbourg. - XII, 195 S.
ISBN 3486713043 = 978-3-486-71304-6
Literaturverz. S. [187] - 190

The book in hand grew out of the authors' current research and their long-continued experience in teaching mathematics and mechanics. In a wide sense, it aims at mathematical modeling of mechanical objects and their exploitation. This is done in a bit unconventional way by concentrating on the special object class worm-like locomotion systems and in proceeding with no use of recent sophisticated mathematical tools which most likely cannot be handled by freshmen in engineering or mathematics. Nevertheless, this does not harm the stringent line the physical object to the analytical interpretation of the final mathematical model. The basic model spiked worm in a straight line enables the authors to come up with a fairly self-contained theory which then allows one to study effects of friction and control. The considered system class has its importance in practice (motion in narrow canals, e.g.), but this book is not with an orientation to design and application, the theory developed here should rather be seen as a contribution to bionics.


http://d-nb.info/1018815287/04
Voges, Danja; Carl, Kathrin; Klauer, Gertrud J.; Uhlig, René; Schilling, Cornelius; Behn, Carsten; Witte, Hartmut
Structural characterization of the whisker system of the rat. - In: IEEE sensors journal. - New York, NY : IEEE, ISSN 15581748, Bd. 12 (2012), 2, S. 332-339
http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2011.2161464
Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Pelevina, Daria A.; Rozin, Alexander V.; Zimmermann, Klaus; Popp, Jana; Zeidis, Igor
Behavior of a free surface of a magnetic fluid containing a magnetizable cylinder. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 324 (2012), 6, S. 1253-1257
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2011.11.029
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Straight worms under adaptive control and friction - part 2: adaptive control. - In: IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments : proceedings of the IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments, held in Budapest, Hungary, June 7-11, 2010. - Dordrecht : Springer Science+Business Media B.V / IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments (Budapest) : 2010.06.07-11., ISBN 978-94-007-1643-8, (2011), S. 65-72

This is the second part of the contribution to the adaptive control of worm-systems, which are inspired by biological ideas. Part 1 is the basis for this part. We focus now on the adaptive control since one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system in general. Only structural properties (known type of actuator with unknown parameters) are known. Additionally, in a rough terrain, unknown or changing friction coefficients lead to uncertain systems, too. The consideration of uncertain systems leads us now to the use of adaptive control. We still assume that the worm-system contacts the ground via spikes and track gaits from the kinematical theory (preferred motion patterns to achieve movement) by means of adaptive controllers (lambda-trackers). Then we replace the worm-ground interaction by stiction combined with Coulomb sliding friction (modification of a Karnopp friction model) and point out the main differences for the worm-like locomotion.


https://doi.org/10.1007/978-94-007-1643-8_8
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Straight worms under adaptive control and friction - part 1: modeling. - In: IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments : proceedings of the IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments, held in Budapest, Hungary, June 7-11, 2010. - Dordrecht : Springer Science+Business Media B.V / IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments (Budapest) : 2010.06.07-11., ISBN 978-94-007-1643-8, (2011), S. 57-64

This paper is a contribution to the adaptive control of worm-systems, which are inspired by biological ideas, in two parts. We introduce a certain type of mathematical models of nite DOF worm-like locomotion systems: modeled as a chain of k interconnected (linked) point masses in a common straight line (a discrete straight worm). We assume that these systems contact the ground via 1) spikes in Part 1 and then 2) stiction combined with Coulomb sliding friction (modification of a Karnopp friction model) in Part 2. We sketch the corresponding theory. In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, only structural properties (known type of actuator with unknown parameters) are known. Additionally, in a rough terrain, unknown or changing friction coefficients lead to uncertain systems, too. The consideration of uncertain systems leads to the use of adaptive control in Part 2 to control such systems. Gaits from the kinematical theory (preferred motion patterns to achieve movement) in Part 1 can be tracked by means of adaptive controllers (lambda-trackers) in Part 2. Simulations are aimed at the justification of theoretical results.


https://doi.org/10.1007/978-94-007-1643-8_7
Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim
Adaptively controlled bio-inspired locomotion systems with friction. - In: Nonlinear dynamics and control / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 11 (Łód´z) : 2011.12.05-08. : . - Łód´z : Department of Automation and Biomechanics, ISBN 978-83-7283-448-5, (2011), S. 81-88

Behn, Carsten
Singular perturbation in worm-like locomotion systems and adaptive control. - In: Nonlinear dynamics and control / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 11 (Łód´z) : 2011.12.05-08. : . - Łód´z : Department of Automation and Biomechanics, ISBN 978-83-7283-448-5, (2011), S. 73-80

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Motion of two interconnected mass points in a resistive medium. - In: Analytical/numerical methods, stability, bifurcation and chaos / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 11 (Łód´z) : 2011.12.05-08. : . - Łód´z : Department of Automation and Biomechanics, ISBN 978-83-7283-447-8, (2011), S. 109-114

Taubmann, Peter ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Schorcht, Hans-Jürgen; Kletzin, Ulf
On the mechanics of valve spring rotation depending on the rotational speed of the camshaft. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2011), No. 4(45), Seite 25-36
Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Lysenko, Victor; Chigarev, Anatoly
Design of new mobile robot with using anisotropy of friction forces. - In: Priborostroenie - 2011 / Meždunarodnaja Naučno-Techničeskaja Konferencija ; 4 (Minsk) : 2011.11.16-18. : materialy 4-j meždunarodnoj naučno-techničeskoj konferencii, 16 - 18 nojabrja 2011 goda, Minsk, Respublika Belarus'. - Minsk : BNTU, ISBN 978-985-525816-3, (2011), S. 253-255

Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Minchenya, Vladimir; Chigarev, Anatoly
Micro-robot's legs dynamics in the controllable resonance mode. - In: Priborostroenie - 2011 / Meždunarodnaja Naučno-Techničeskaja Konferencija ; 4 (Minsk) : 2011.11.16-18. : materialy 4-j meždunarodnoj naučno-techničeskoj konferencii, 16 - 18 nojabrja 2011 goda, Minsk, Respublika Belarus'. - Minsk : BNTU, ISBN 978-985-525816-3, (2011), S. 250-253

Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim
On adaptive control of singularly perturbed systems : a worm-like locomotion example. - In: Final program : Universidad de Guanajuato, Guanajuato City, México, June 19 - 23, 2011 // Thirteenth World Congress in Mechanism and Machine Science. - Guanajuato / World Congress in Mechanism and Machine Science ; 13 (Guanajuato City) : 2011.06.19-23., 2011, Robotics and mechatronics, A12-335, S. 1-6
Literaturverz. S. 6
http://www.dmg-lib.org/dmglib/handler?docum=22445009
Minchenya, Vladimir; Chigarev, Anatoly; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
Influence of the legs' geometry on the dynamics of a piezo-microrobot. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16. : programme ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, ISBN 978-3-86360-001-3, (2011), S. 82

Zimmermann, Klaus ; Böhm, Valter; Zeidis, Igor
Vibration-driven mobile robots based on magneto-sensitive elastomers. - In: IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), 2011 : 3 - 7 July 2011, Budapest, Hungary. - Piscataway, NJ : IEEE / IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (Budapest) : 2011.07.03-07., ISBN 978-1-4577-0838-1, (2011), S. 730-735

http://dx.doi.org/10.1109/AIM.2011.6027106
Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Minchenya, Vladimir; Lysenko, Victor; Chigarev, Anatoly
Inspection robots with piezo actuators: modeling, simulation and prototypes. - In: Pribory i metody izmerenij : naučno-techničeskij žurnal. - Minsk : Belarusian National Technical University, ISSN 22209506, Bd. 2 (2011), 3, S. 20-26
Zsfassung in russ. Sprache S. 26
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Dynamical behavior of a mobile system with two degrees of freedom near the resonance. - In: Acta mechanica Sinica. - Berlin : Springer, ISSN 16143116, Bd. 27 (2011), 1, S. 7-17
http://dx.doi.org/10.1007/s10409-011-0403-6
Bolotnik, Nikolai; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
The undulatory motion of a chain of particles in a resistive medium. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15214001, Bd. 91 (2011), 4, S. 259-275
http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201000112
Göbel, Julian
Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen. - 61 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

In dieser Arbeit wird der Weg zu einer werkstoffgerechten Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen beschrieben. Dafür wird auf die spezifischen Werkstoffeigenschaften von Faserverbunden und auf die verwendete Sandwichbauweise eingegangen. Am konkreten Beispiel wird eine passende Materialkombination ausgewählt und ein geeigneter Lagenaufbau entwickelt. Dies erfolgt anhand von praktischen Versuchen und FEM-Analysen. Anschließend werden Detailuntersuchungen am fertigen Lagenaufbau durchgeführt, um einen Nachweis für die Fahrersicherheit und die Eignung unter Einsatzbedingungen zu erbringen. Auf diesen Erkenntnissen wurde ein Prototyp des Monocoques gebaut, der im Elektrorennwagen des Ilmenauer Formula SAE Teams verwendet wird.


Böhm, Valter; Buschbaum, Andreas; Greiser, Steffen; Lantzsch, Robin
Automatic landing detection of helicopters equipped with landing skid. - In: 67th American Helicopter Society International annual forum 2011 / Annual forum. American Helicopter Society International ; 67 (Virginia Beach, Va.) : 2011.05.03-05. - Red Hook, NY : Curran, (2011), S. 655-667
Schmitz, Tonia ; Behn, Carsten
Analytical investigations and adaptive control of vibrissae-like sensor models with finite DoF. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 21 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19626
Schäfer, Micha; Schmitz, Tonia; Will, Christoph; Behn, Carsten
Transversal vibrations of beams with boundary damping in the context of animal vibrissae. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 29 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19629
Becker, Felix; Minchenya, Vladimir; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Modeling and dynamical simulation of vibration-driven robots. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19667
Schulke, Matthias ; Hartmann, Lars; Behn, Carsten
Worm-like locomotion systems: development of drives and selective anisotropic friction structures. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 21 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19628
Bolotnik, Nikolai; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Yatsun, Sergey
Vibration driven robots. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19670
Loepelmann, Peter ; Behn, Carsten
Various adaptive control strategies applied to a bio-inspired receptor model. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 19 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19627
Böhm, Valter; Jentzsch, Alexander; Kaufhold, Tobias; Schneider, Florian; Zimmermann, Klaus
An approach to compliant locomotion systems based on tensegrity structures. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future : proceedings ; 56th IWK, International Scientific Colloquium, Ilmenau University of Technology, 12 - 16 September 2011. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek, ilmedia / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 56 (Ilmenau) : 2011.09.12-16., (2011), insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19716
Popp, Jana; Böhm, Valter; Naletowa, Vera A.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Analytical solution of a peristaltic material transport of a magnetizable fluid. - In: Electro-theological fluids and magneto-rheological suspensions / International Conference on Electro-Rheological Fluids and Magneto-Rheological Suspensions : 12 (Philadelphia, USA) : 2010.08.16-20. - Singapore [u.a.] : World Scientific, ISBN 978-981-4340-22-9, (2011), S. 492-498

In this contribution the effective material transport, i. e. the non-zero averaged flow, solely induced by a periodically perturbed free fluid surface, is analytically described and solved. As the fluid is magnetizable the source of the perturbance is a periodically alternating magnetic field. This represents the inverse problem of [1], where, starting from a known flow and surface distortion, the causative magnetic field is determind.


Popp, Jana; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Gärtner, Ralf
Motion of a ferrofluid in a periodic magnetic field due to surface deformation. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 11 (2011), 1, S. 665-666
http://dx.doi.org/10.1002/pamm.201110322
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Straight worms under adaptive control and friction - part 2: adaptive control. - In: IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments / IUTAM Symposium on Dynamics Modeling and Interaction Control in Virtual and Real Environments (Budapest) : 2010.06.07-11. - Dordrecht [u.a.] : Springer, ISBN 978-94-007-1642-1, (2011), S. 65-72

This is the second part of the contribution to the adaptive control of worm-systems, which are inspired by biological ideas. Part 1 is the basis for this part. We focus now on the adaptive control since one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system in general. Only structural properties (known type of actuator with unknown parameters) are known. Additionally, in a rough terrain, unknown or changing friction coefficients lead to uncertain systems, too. The consideration of uncertain systems leads us now to the use of adaptive control. We still assume that the worm-system contacts the ground via spikes and track gaits from the kinematical theory (preferred motion patterns to achieve movement) by means of adaptive controllers (lambda-trackers). Then we replace the worm-ground interaction by stiction combined with Coulomb sliding friction (modification of a Karnopp friction model) and point out the main differences for the worm-like locomotion.


Schneider, Florian
Untersuchung kompakter Anfahrkupplungen mit integriertem Elektromotor. - 75 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Eine angestrebte verbesserte Energieeffizienz zukünftiger Kraftfahrzeuge erfordert die Nutzung neuer Antriebsstrategien. Die Entwicklung von Elektrohybridkonzepten ist ein aktuelles Forschungsthema. Im Rahmen der Masterarbeit wurde das Kraftstoffsparpotential eines kompakten Elektromotors im Antriebsstrang eines Personenkraftwagens in Matlab/Simulink untersucht. Es erfolgte die Modellierung der dazu benötigten Elektromotoren und deren Integration in ein vorgegebenes Gesamtfahrzeugmodell. In verschiedenen Simulationsreihen wurde eine optimierte Steuerung für die einzelnen Hybridfunktionen entwickelt. Ein Vergleich der Hybrid-Verbrauchswerte mit dem Verbrauch des Referenzfahrzeugmodells ohne Hybridantrieb wurde erbracht. Anschließend wurden konstruktive Entwurfsideen zur abkoppelbaren mechanischen Anbindung des Verbrennungsmotors aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/67139701Xschne.txt
Ricke, Katja
Auslegung und Konstruktion einer Dauerschwingprüfmaschine. - 33 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer neuen Federschwingmaschine der SCHERDEL Gruppe im Werk Marktredwitz. Für die zukünftige Federschwingmaschine soll dabei in Betracht gezogen werden, dass sich die Anforderungen an die Prüfung durch die Federn verändert haben. Deshalb wurde für die erhöhte Prüffrequenz, die höhere Prüfkraft und die benötigte hohe Lastwechselanzahl bei kleinen Hüben auf eine Kombination aus einer aerostatischen Führung und einem eisenbehafteten Linearmotor zurückgegriffen. Um die Vielfalt an Sonderteilen und einen schnelleren und genaueren Umbau der Maschine zu ermöglichen, wird außerdem eine Schnellwechselvorrichtung vorgesehen.


Wollert, Janek
Entwurf eines Monocoques aus Faserverbundwerkstoffen für einen Formula SAE Rennwagen. - 90 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Die vorliegende Master-Arbeit befasst sich mit der Auslegung eines CFK-Monocoques für einen elektrisch betriebenen Formula SAE Rennwagen. Der Wunsch nach Leichtbau bei gleichzeitig höherer Torsionssteifigkeit des Rahmens setzt hohe Anforderungen an das verwendete Material und Bauweisen. Hierzu wurden zunächst grundlegende Zusammenhänge in einer Literaturrecherche zusammengetragen und so ein Allgemeinverständnis zur Auswahl von geeigneten Materialen und Halbzeugen aufgebaut. Danach wurde mittels numerischer Simulationsmethoden eine Belastungsermittlung durchgeführt. Hierzu entstand ein Simulationsmodell in Ansys Workbench, welches das Fahrwerk, die Überrollbügel, den Heckrahmen und das Monocoque enthält. Anschließend erfolgte die Auslegung mit Schwerpunkt der Bestimmung der Faserorientierung in Ansys Composite PrepPost. Ein Prototyp des im Rahmen der Arbeit entworfenen Monocoques wurde durch das Team StarCraft e.V. gefertigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/670070270wolle.txt
Krüger, Denis
Industrierobotereinsatz im Sonderanlagenbau - Erarbeitung eines Leitfadens zur Unterstützung der applikationsspezifischen Auswahl. - V, 49 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Der Sonderanlagenbau ist ein Teilbereich des Anlagenbaus, bei dem täglich neue Lösungsvarianten für eine große Bandbreite an Aufgaben gefunden und realisiert werden. Die Handhabung von Objekten ist dabei ein Kerngebiet dieser Aufgaben. Zur Bewältigung der Handhabung werden Handhabungsgeräte eingesetzt. Der Industrieroboter ist einer der wichtigsten Vertreter dieser Geräte. Bevor ein Industrieroboter zum Einsatz kommt, muss dieser aus einer Vielzahl von Modellen und Herstellern ausgewählt werden. Bisher gibt es keine umfassende Grundlage zur applikationsspezifischen Auswahl von Industrierobotern. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Anforderungsliste gemäß dem Vorbild aus der Konstruktionslehre vorgestellt und damit eine neue Grundlage für die oben genannte Problemstellung geschaffen. Diese Anforderungsliste baut auf bekannten Normen und Richtlinien für Industrieroboter auf und erweitert diese um weitere Vergleichsaspekte.


Kaufhold, Tobias
Konstruktion eines UL-Assistenzarms. - 85 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Neben der Mobilität von Robotersystemen spielt der Leichtbau zukünftiger Systeme eine immer größere Rolle. Ausgehend von dem biologischen Vorbild, dem menschlichen Arm, wurde im Rahmen der Masterarbeit ein Ultraleicht-Assistenzarm ausgelegt und konstruiert. Auf Grund des biologischen Vorbildes wurden spezielle Anforderungen an das System gestellt. Dazu gehören unter anderem die Forderung nach einer hohen Nachgiebigkeit und einem Freiheitsgrad von fünf. Es wurden weitere Systemeigenschaften realisiert, wie zum Beispiel eine mechanische Gewichtskraftkompensation. Nach der Konstruktion erfolgte eine Analyse des Arbeitsraums sowie des Bewegungsbereiches des Roboterarms.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/667574840kaufh.txt
Behn, Carsten
Adaptive control of straight worms without derivative measurement. - In: Multibody system dynamics. - Dordrecht [u.a.] : Springer Science + Business Media B.V, ISSN 1573272X, Bd. 26 (2011), 3, S. 213-243

In this paper we consider an adaptive control problem of finite DoF worm-like locomotion systems (WLLS) which contact the ground with Coulomb dry friction. Using a rough mathematical friction law the system is shown to belong to a system class that allows adaptive control. Gaits from the kinematic theory can be tracked by means of adaptive controllers. For this we introduce two different adaptive controllers for [lambda]-tracking and focus on that one which is not based on the derivative of the output.We pay attention to the analysis of such systems and present some theoretical control investigations including proofs. Numerical simulations of tracking different reference signals under arbitrary choice of the system parameters demonstrate and illustrate that the introduced simple adaptive controllers work successfully and effectively. Current experiments are aimed at the justification of theoretical results.


http://dx.doi.org/10.1007/s11044-011-9250-2
Jödicke, Ralph
Modellbildung und Simulation der großen Deformationen menschlicher Weichteile beim Sitzen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: 174 S., 2,70 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010
Enth. außerdem: Thesen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein FE-Modell des menschlichen Weichteilgewebes entworfen, das den Anforderungen entspricht, die sich aus dem Entwurf ergonomischer Sitzsysteme ergeben. Das Modell des Weichteilgewebes wurde in das Menschmodell DYNAMICUS integriert und mit RAMSIS-Daten anthropometrisch parametrisiert. Dazu wurde das Mehrkörpersimulationswerkzeug alaska um eine nichtlineare FE-Schnittstelle erweitert. Auf der Grundlage von Messungen der Druckverteilungen und der Schwingungsübertragungen wurde ein transparentes Verfahren entworfen, um viskoelastische Materialparameter des menschlichen Körpers bei vernachlässigbarer gesundheitlicher Belastung durch Parameteroptimierung zu ermitteln. Das dazu verwendete Verfahren ist schlank und gut dokumentiert. Damit kann es auch für beliebige Haltungen und Probanden angewendet werden. Da bei diesem Verfahren statistische Parameter eine zentrale Rolle spielen, ist es roboust gegenüber Änderungen der Modellaufl ösung, der Modellierungstiefe und quantitativer Versuchsbedingungen. Zu diesen quantitativen Versuchsbedingungen gehören die Auflösung der Druckmessmatten, die Messzeit, die Amplitude der Anregung und die Abtastrate der Beschleunigungsmessungen. Für statische und dynamische Untersuchungen wurde in dieser Arbeit dasselbe Modell verwendet, das mit vertretbarem Aufwand anthropometrisch skalierbar ist. Dieses Modell ist damit einfacher und schneller anzuwenden als für ähnliche Anwendungen bereits vorliegende Lösungen.


http://d-nb.info/1012995798/04
Behn, Carsten
Adaptive control of vibrissae-like mechanical sensors. - In: Communications in nonlinear science and numerical simulation. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, ISSN 10075704, Bd. 16 (2011), 5, S. 2254-2264

This paper is a contribution to the modeling and the adaptive control of bio-inspired sensors which have the animal vibrissae as a paradigm. Mice and rats employ a sophisticated tactile sensory system to explore their environment in addition to their visual and auditory sense. Vibrissae in the mystical pad (region around the mouth) are used both passively to sense environmental influences (wind, objects) and actively to detect surface and object structures. Inspired by this particular version of tactile sense we consider the following three stages of a sensory system: perception, transduction and processing of information. We model this system in combining two existing mechanical models and obtain an uncertain nonlinear control system. An applied adaptive controller implements the ability of the animals to employ their vibrissae actively as well as passively. Numerical simulations show that the developed nonlinear model compensates noise signals and reacts strongly to sudden perturbations while guaranteeing a pre-specified control objective (working in active or passive mode).


http://dx.doi.org/10.1016/j.cnsns.2010.04.049
Eckert, Peter
Entwurf eines UL-Roboterarms. - 125 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion eines Ultra-Leicht-Roboterarmes und den dazu nötigen theoretischen Grundlagen. Der UL-Arm soll auf Basis des BioRob der Firma Tetra GmbH entstehen und somit dessen Anwendungsbereich erweitern. Dabei ist der Schwerpunkt die Optimierung des Gewicht-Nutzlastverhältnisses bei gleichzeitiger Einhaltung eines extem niedrigen Energieverbrauches. Der konstruktive Entwicklungsprozess umfasst die Aufstellung eines Lastenheftes, den Vergleich mit anderen Roboterarmen und schließlich die Konzipierung und Modellkonstruktion des als optimal empfundenen Gerätekonzeptes. Die Ergebnisse wurden für ein folgendes Entwicklungsprojekt dokumentiert.


Schäfer, Micha
Beiträge zur Theorie der Balkenschwingungen mit Anwendungen in der biologisch inspirierten Robotik/Sensorik. - 178 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Viele Säugetiere, insbesondere nachtaktive oder in dunkleren Umgebungen lebende Tiere, verfügen in Ergänzung ihres Seh-, Tast-, und Hörsinns über das komplexe Zusatzsinnesorgan der Vibrisse. Dieses, auch als erweiterter Tastsinn beschriebene Sinnesorgan, ermöglicht es den Tieren, Reize (z. B. Windstöße, Wirbelstraßen und Berührungen) passiv wahrzunehmen. Einzelne Tiere, wie etwa Ratten, sind darüberhinaus in der Lage, ihre Tasthaare aktiv einzusetzen, um genaue Informationen über Oberflächen und Objektformen ihrer direkten Umgebung zu gewinnen. - Neben der neuronalen Verarbeitung der Reize sind die mechanischen, insbesondere die dynamischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Funktion der Vibrisse. Die Kenntnis dieser Eigenschaften ist sowohl für ein genaues Verständnis der Funktionsweise, als auch für eine erfolgreiche technische Umsetzung des biologischen Vorbilds im Sinne der Bionik Grundvoraussetzung. Dazu leistet diese Arbeit einen Beitrag, in dem sie die relevanten mechanischen Grundlagen zusammenstellt, analysiert und hinsichtlich der Bedeutung für das biologische Vorbild interpretiert. - Ausgehend von einem möglichst allgemeinen, aber nicht über das biologische Vorbild hinausgehenden Ausgangspunkt, werden die Schwingungsdifferenzialgleichungen für Biegeschwingungen von Balken großer Auslenkung bei klein bleibender Verformung unter Berücksichtigung von Schubverfomung, Rotationsträgheit sowie Längskraft hergeleitet. Aus diesen lassen sich die linearen Schwingungsdifferenzialgleichungen für kleine Auslenkungen des Euler-Bernoulli-Balkenmodells gewinnen, welche die Grundlage für die Betrachtungen dieser Arbeit bilden. Im Anschluss werden zunächst Biegeschwingungen von Balken unter Axiallast näher untersucht, da diese möglicherweise für eine technische Umsetzung von Bedeutung sein könnten. Daran anschließend wird der Fall eines einseitig eingespannten Balkens mit konisch verjüngendem Ringquerschnitt, ähnlich der Vibrisse, diskutiert. Zur Untersuchung der Bedeutung der viskoelastischen Lagerung des Haares, von der man annimmt, dass die Tiere diese aktiv beeinflussen, wird abschließend ein einfaches Vibrissenmodell betrachtet und ausführlich analysiert. Die Besonderheit der mathematischen Behandlung liegt dabei in der Berücksichtigung der Randdämpfung. - Die Übertragung der aufgezeigten theoretischen Zusammenhänge auf die Vibrisse bestätigen, dass die konische Form des Vibrissenhaares von entscheidender Bedeutung für das aktive Erkunden der Umgebung ist. Darüberhinaus kann ein Lagerarbeitspunkt festgestellt werden, welcher für eine mögliche technische Umsetzung von Vorteil ist.


Steigenberger, Joachim ; Behn, Carsten
Gait generation considering dynamics for artificial segmented worms. - In: Robotics and autonomous systems : international journal. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, ISSN 1872793X, Bd. 59 (2011), 7/8, S. 555-562

This paper deals with terrestrial worm-like locomotion systems living in a straight line. They are modeled as chains of mass points having ground interaction via spikes which make the velocities unidirectional. A method is presented to construct gaits with any desired time pattern of resting mass points (which are acted on by the propulsive forces). Taking the dynamics into consideration, conclusions about the choice and shift of gaits in connection with actuator data are given.


http://dx.doi.org/10.1016/j.robot.2011.04.002
Schmitz, Tonia Annick
Entwurf und Analyse von biologisch inspirierten Sensorsystemen mit erhöhtem Freiheitsgrad am Beispiel Vibrisse. - 185 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Mäuse und Ratten verwenden sogenannte Vibrissen, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Objekte zu ertasten und Hindernisse zu lokalisieren. Dieses biologische Sensorsystem zur Nahfeld-Erkundung wird in einem ersten Teil der vorliegenden Arbeit als nachgiebig gelagerter, starrer Stab und in einem zweiten Teil als Biegebalken der Kontinuumsmechanik modelliert. Ausgehend von mechanischen Modellen der Vibrisse in der Literatur werden neuartige Starrkörpermodelle entwickelt, welche wesentliche Aspekte der Lagerung der Vibrisse (Nachgiebigkeit des Follikel-Sinus-Komplexes und der Haut) berücksichtigen. Über adaptive Regelalgorithmen wird die Wirkung der Muskulatur (extrinsisch und intrinsich), und somit das Bewegungsvermögen des biologischen Vorbilds nachgebildet. Der Freiheitsgrad der Vibrisse wird sukzessive von 1 auf 3 erhöht, um die Auswirkung verschieden gearteter Lagerungen auf die sensorischen Fähigkeiten des Systems zu untersuchen. Anhand der Auswertung spezifischer Regelgrößen kann in numerischen Simulationen der Einfluss der Lagerung auf die Wahrnehmungsfähigkeit der Modelle ermittelt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Vibrisse als nachgiebig gelagerter, elastischer Biegestab modelliert. Es wird eine Kombination aus den Starrkörper- und Kontinuummodellen verwendet, um die Auswirkung einer gezielten Veränderung der Lagerungseigenschaften (realisiert durch Regelstrategien aus dem ersten Teil der Arbeit) auf das Eigenkreisfrequenzspektrum des Biegestabes zu untersuchen. Dies führt zu numerischen und analytischen Berechnungen von Kontinuummodellen mit diskreten viskoelastischen Kopplungen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/655729089schmi.txt
Schmid, Alexander
Zur Analyse und Approximation von Eigenkreisfrequenzen von Kontinua- und Mehrmassenschwingungen am Beispiel von Kraftfahrzeugen. - XII, 128 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

This thesis is devoted to mechanical oscillating systems. We focus on the calculating of natural eigenfrequencies of such systems and try to approximate the ones of the beams in using the ones of multi point mass systems. All mechanical systems are motivated by examples of automotive engineering. The thesis is arranged into four main chapters. First, at the beginning, we start presenting the theory of oscillations of two main mechanical system classes: beams (with continuously mass distribution) and discrete multi mass point systems. We develop and present all relevant and necessary conditions and equations to calculate the natural eigenfrequencies of such systems. - Second, we investigate the natural eigenfrequencies of beams using multi mass point systems for approximations. The analytical computation of the exact values is very complex as presented in the introduction. Therefore we try to approximate the first natural eigenfrequencies from downside. We consider two free oscillating beams: a longitudinal and a tensional vibrating one. We reduce the number of DoF to 1,2 and 3 and derive the best discrete mass distribution to get a good approximation of the eigenfrequencies from below. Third, we try to transfer the obtained results to systems of higher DoF, specify the mass distribution and numerically calculate the eigenfrequencies. - Fourth, we focus now on the difference of the eigenfrequencies of nonlinear and linear zed systems. Prototypes include a pendulum, an oscillator with nonlinear spring forces and a double pendulum.


Schmid, Dominik
Zur Theorie erzwungener Schwingungen am Beispiel von Kraftfahrzeugen. - X, 126 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

This thesis is devoted to forced mechanical oscillating systems. We focus on forced oscillating systems, but present and analyze parameter excited and self-excited systems as well. All mechanical systems are motivated by examples from automotive engineering. This thesis is arranged into four main chapters. First, at the beginning, we start presenting the theory of forced oscillating linear systems with DoF 1. We analyze systems, which are forced directly and indirectly, calculate the stationary solution analytically and determine the reinforcement function (amplification) and the phase shift. All investigations are confirmed via numerical simulations. Second, we analyze systems with higher DoF and try to look for analogies from the DoF 1 case. Third, we present a literature and world wide web overview of software, which allows simulating of mechanical oscillating systems. Fourth, at the end, we give a short introduction to parameter excited and self-excited systems. We present the definitions, some examples from automotive engineering and treat three examples analytically.


Hartmann, Lars
Modellierung und Entwurf eines biomimetischen Roboters. - 120 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Diese Diplomarbeit stellt neue konstruktive Ansätze auf dem Gebiet der wurmartigen Bewegungssysteme vor. Inspiriert sind diese biomimetischen Systeme vom biologischen Vorbild Regenwurm. Die apedale, undulatorische, peristaltische Lokomotion des Regenwurms wird analysiert und ist Vorlage für die technische Realisierung. Eine umfangreiche Literaturrecherche zeigt ein breites Spektrum an Prototypen und Systemen sowie deren Eigenschaften und Leistungen. Zahlreiche terrestrische Lokomotionssysteme bewegen sich geradlinig in einer Bewegungsrichtung und basieren auf symmetrischer Coulomb'scher Reibung. Im Gegensatz dazu wird bei dem neuen System eine einstellbare anisotrope Reibung nach dem Coulomb'schen Reibgesetz verwirklicht. Diese anisotrope Reibung wird durch Borsten mit gegebenem Anstellwinkel realisiert. Durch Mechanismen kann die Ausrichtung der Borsten verändert werden, so dass die geforderte richtungsselektive anisotrope Reibung gewährleistet wird. Somit kann eine Vorzugsbewegungsrichtung durch diese Anstellung der Borsten vorgegeben bzw. gesteuert werden. In Verbindung mit einem periodischen Antrieb (interne Gestaltänderung des künstlichen Wurms) führt die richtungsselektive Reibung zu einer globalen Lageänderung des Systems: Undulation. Sowohl für den Antrieb als auch für die Ausrichtung der Borsten sind verschiedene technische Prinzipe entwickelt und eine ausgewählte Lösung konstruiert worden. Die Besonderheit an diesem neuen System ist die Verwirklichung sämtlicher Teilfunktionen, d.h., des periodischen Antriebs und der Ausrichtung der Borsten, mit nur einem zentralen Antrieb.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/65479443Xhartm.txt
Loepelmann, Peter
Entwurf und Analyse von Regelungskonzepten für biologisch inspirierte Sensorsysteme. - 130 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Die vorliegende Masterarbeit behandelt adaptive Regelungsstrategien für biologisch inspirierte Sensorsysteme am Beispiel eines Vibrissensensors zur Wahrnehmung taktiler Reize. Diese Sensoren befinden sich fortlaufend im Zustand der Anpassung, um wiederkehrende Störungen zu dämpfen und gleichzeitig sensitiv für andere Arten von Erregungen zu sein. Das System hat den Relativgrad zwei und sowohl die Systemparameter als auch die Störsignale seien unbekannt. Um solch ein System zu regeln werden verschiedene adaptive Regler untersucht. Bereits existierende adaptive Regelungsstrategien werden erweitert und modifiziert. Zudem werden adaptive Regler mit endlicher Einstellzeit untersucht. Die erzielten Modifikationen werden dann mit einem neu entworfenen Fuzzy-Regler verglichen, um die Umsetzbarkeit und die Leistung der adaptiven Regler bewerten zu können. Dies geschieht beispielhaft an drei Systemen: Einem linearen Feder-Masse-Dämpfer-Schwinger, einem invertierten mathematischen Pendel und einem wurmartigen Bewegungssystem. Außerdem wird eine Regelungsstruktur mit nicht-klassischem Differentialteil in der Rückführung sowie die Minimalphasigkeit der Systeme untersucht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/654601321loepe.txt
Schulke, Matthias
Entwurf, Steuerung und Analyse biomimetischer, wurmartiger Bewegungssysteme. - 141 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse, Einordnung und Bewertung ebenso wie die Synthese, Entwicklung, Konstruktion und Steuerung von apedalen, undulatorischen und peristaltischen Lokomotionssystemen. Auf der Grundlage einer erarbeiteten Funktionsstruktur eines Regenwurmsegments werden bestehende Lokomotionssysteme im Hinblick auf die Umsetzung funktionaler und struktureller Zusammenhänge des Regenwurms (biologisches Vorbild) analysiert. Zwei Lokomotionssysteme (Mikrosystem und Makrosystem) werden aufgrund ihres Weiterentwicklungspotenzials näher untersucht. Die Lokomotion der beiden Systeme erfolgt auf der Grundlage einer Relativlagenänderung von Wirkelementen mit Borstenstrukturen, die eine anisotrope Reibung realisieren und in Kontakt mit der Umgebung sind. Da die Ausrichtung der sich im Eingriff befindenden Borsten nicht beeinflusst werden kann, ist sowohl bei dem Mikrosystem, als auch bei dem Makrosystem nur eine unidirektionale Lokomotion möglich. Für ein neues Lokomotionssystem werden entsprechend des konstruktiven Entwicklungsprozesses Prinzipe von Wirkelementen erarbeitet. Zwei ausgewählte Prinzipe werden realisiert. Mit Hilfe von Formgedächtnisaktoren wird Einfluss auf die Ausrichtung der sich im Eingriff befindenden Reibstruktur genommen. Dadurch wird eine bidirektionale Lokomotion ermöglicht. Die Relativlagenänderung der Wirkelemente des neuen Lokomotionssystems wird in Analogie zum Mikrosystem durch einen verstärkten Piezostapelaktor realisiert. Es werden jedoch Übertragungselemente mit verteilter Nachgiebigkeit eingesetzt. Die Auslegung erfolgt mit Hilfe einer FE-Analyse in ANSYS. Selbsterwärmungsvorgänge im Piezostapelaktor können dadurch minimiert werden. Das neue Lokomotionssystem ist damit in der Lage, im Vergleich zu dem Mikrosystem, eine längere, gleichförmige Lokomotion auszuführen. Abschließend wird das Makrosystem in Betrieb genommen. Ansteueralgorithmen werden mit Hilfe des Programms LabVIEW implementiert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/653922132schul.txt
Brehm, Daniel
Simulation, Parameteridentifikation und Bahnplanung von 4 und 6-Achs-Industrierobotern. - 72 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Industrieroboter haben als umprogrammierbare und universell in Handhabungs- und Fertigungsaufgaben einsetzbare Bewegungsautomaten eine große Bedeutung in der Automatisierung erlangt. Die verbreitetsten seriellen Kinematiken sind die vierachsige SCARA-Struktur und der sechsachsige vertikale Knickarmroboter. Das Ziel dieser Arbeit besteht im Aufbau von Rechnermodellen für diese beiden Robotertypen. Hierbei wird der mechatronische Ansatz des Systemgedankens verfolgt, bei dem die Einflüsse aller Teilkomponenten berücksichtigt werden. Die Modellierung der Roboterdynamik erfolgt im Mehrkörpersimulationsprogramm alaska. Dieses ist durch Kopplung mit dem Simulationstool MATLAB/Simulink verbunden, wodurch die Vorteile beider Modellierungs- und Simulationssysteme genutzt werden können. In MATLAB/Simulink werden der Antriebsstrang abgebildet, Regelungsalgorithmen und eine Trajektorienplanung implementiert, die Sollwerte für PTP- oder CP-Steuerung bereitstellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/644655593brehm.txt
Zhokhavets, Aleh
Piezoelektrische Antriebe - Recherche, Klassifizierung und Applikation für apedale Lokomotionssysteme. - 48 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Diese Arbeit befasst sich mit Anwendung und Klassifizierung piezoelektrischer Antriebe für miniaturisierte apedale Lokomotionssysteme (ALS). Als apedale Lokomotion wird die Fortbewegung ohne Hilfe der Beine oder Räder im klassischen Sinne bezeichnet. Ein Vergleich des piezoelektrischen Aktorprinzips mit anderen Aktorprinzipien wird aufgestellt und deren relevante Vor- und Nachteile aufgezählt. Es wird gezeigt, dass die Piezoaktoren, aufgrund ihrer Eigenschaften, für den Einsatz als Antrieb in miniaturisierten ALS besonders attraktiv sind. Der piezoelektrische Effekt in verschiedenen piezoelektrischen Materialien sowie Funktionsprinzipien, Bauformen und Eigenschaften von Piezoaktoren und Piezomotoren werden dargelegt und im Hinblick auf die Applikation in ALS analysiert und bewertet. Weiterhin werden die für ALS verwendbaren Antriebsprinzipien, wie zum Beispiel der Trägheitsantrieb oder inchworm-ähnliche Lokomotion, vorgestellt. Eine Methode zum Design von miniaturisierten ALS auf Basis von Analyse der Kombinationen von Lokomotionskonzepten und Antriebs-, Übertragungs- und Wirkelementen wird entwickelt. Die Entwicklungsmethode wird am Beispiel eines regenwurm-ähnlichen Lokomotionssystems hinsichtlich der Wahl und Gewichtung von Bewertungskriterien sowie einer endgültigen Bewertung des Systems detailliert diskutiert.


Minchenia, Vladimir T.; Stepanenko, Dmitry A.; Zimmermann, Klaus; Bansevičius, R.; Bubulis, A.; Kundu, P.; Gishkeliuk, I. A.
Simulation of vibrational piezoelectric actuators of the micro-robot using the finite element method. - In: Journal of vibroengineering - Vilnius, ISSN 13928716, Bd. 12 (2010), 3, S. 314-319
Eylenstein, Sebastian
Untersuchung des Leichtbaupotenzials von faserverstärkten Kunststoffen anhand biegebelasteter Trägerprofile. - 120 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung des Leichtbaupotenzials von faserverstärkten Kunststoffen anhand biegebelasteter Träger. Dabei wird eine Vielzahl von geometrisch einfachen Trägern in reiner Faser-Kunststoff-Bauweise und in Form von hochinnovativen Faser-Kunststoff-Verbund-Metall-Hybrid-Bauteilen sowohl mithilfe der Finite-Elemente-Methode rechnerisch, als auch anhand einer Variante experimentell analysiert. Nach einem Überblick über etablierte und neuartige Karosseriebauweisen in der Automobiltechnik, Aufbau und Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden sowie wichtige Fertigungsverfahren, erfolgt eine Einführung in mechanische Grundlagen von biegebelasteten Trägern. Darauf aufbauend werden sechs verschiedene Bauweisen in jeweils drei realen Anwendungen nachempfundenen Packageabmaßen in CATIA V5 konstruiert. Zur vergleichenden Bestimmung des Leichtbaupotenzials werden innerhalb eines Packageraumes alle Varianten mit identischer Masse dimensioniert. Die rechnerische Untersuchung der in ANSA vernetzten Schalenmodelle findet anhand eines 3-Punkt-Biegeversuchs mit dem Berechnungsprogramm LS-DYNA mit implizierter Zeitintegration statt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/671518348eylen.txt
Becker, Felix; Minchenya, Vladimir T.; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor
A new piezo-driven micro robot using forced vibration of continua. - In: Novye napravlenija razvitija priborostroenija / Meždunarodnaja Studenčeskaja Naučno-Techničeskaja Konferencija ; 3 (Minsk) : 2010.04.21-23. : materialy 3-j meždunarodnoj studenčeskoj naučno-techničeskoj konferencii, 21 - 23 aprelja 2010 goda. - Minsk : BNTU, ISBN 978-985-525369-4, (2010), S. 91

Becker, Felix ; Zimmermann, Klaus
Modelling and simulation of a vibration-driven system for 2-dimensional locomotion with moveable internal masses. - In: Novye napravlenija razvitija priborostroenija / Meždunarodnaja Studenčeskaja Naučno-Techničeskaja Konferencija ; 3 (Minsk) : 2010.04.21-23. : materialy 3-j meždunarodnoj studenčeskoj naučno-techničeskoj konferencii, 21 - 23 aprelja 2010 goda. - Minsk : BNTU, ISBN 978-985-525369-4, (2010), S. 90

Becker, Felix; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Minchenya, Vladimir T.; Lysenko, Victor
Vibration driven robots - theoretical investigations, design and prototyp. - In: Priborostroenie-2010 / Meždunarodnaja Naučno-Techničeskaja Konferencija Priborostroenie-2010 ; 3 (Minsk) : 2010.11.10-12. : materialy 3-j meždunarodnoj naučno-techničeskoj konferencii, 10 - 12 nojabrja 2010 goda, Minsk, Respublika Belarus' ; konferencija posvjaščaetsja 90-letiju Belorusskogo nacional'nogo techničeskogo universiteta (BPI - BGPA - BNTU). - Minsk : BNTU, ISBN 978-985-525-490-5, (2010), S. 135-137

Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim
Experiments in adaptive control of uncertain mechanical systems. - In: International review of mechanical engineering : IREME. - Naples : Praise Worthy Prize, ISSN 19708734, Bd. 4 (2010), 7, S. 886-898

We consider mechanical systems, which are not known precisely. In detail we assume that the system parameters are unknown (lack of precise knowledge), moreover, we allow for uncertainties with respect to input and output, and to perturbations from the environment (ground excitations) as well. The consideration of such systems leads to the use of adaptive control. The aim is to design universal adaptive controllers, which achieve a pre-specified control objective. Almost all controllers existing in the literature offer the same drawback: (possibly unboundedly) monotonically increasing gain parameter. With respect to limited resources in applications it is necessary to design improved adaptation laws. We present simulations of several gain parameter models primarily in application to bio-inspired sensors.


Becker, Felix; Minchenya, Vladimir T.; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor
Single piezo actuator driven micro robot for 2-dimensional locomotion. - In: The First Workshop on Microactuators and Micromechanisms / Workshop on Microactuators and Micromechanisms ; 1 (Aachen) : 2010.05.27-29. - Aachen, (2010), insges. 6 S.

We analyse two micro robots for 2-dimensional locomotion on a flat surface. Forced bending vibrations of continua are used by both systems which are excited by piezoelectric bending actuators. These vibrations are transformed by non classical legs to complex trajectories at the contact points between robot and environment. The locomotion direction of the system can be controlled by the excitation frequencies of the actuation element. Models are developed and investigated to describe important motion effects of the robots. Furthermore some experimental results are presented.


Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Böhm, Valter; Becker, Felix; Minchenya, Vladimir T.
An approach to the mechanics of non-pedal locomotion systems using analytical and computational methods. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2010), No. 4(41), S. 5-14

In the present paper non-classical ways of locomotion of the mechanical systems are considered. In the first part the locomotion of a chain of interconnected mass points in a straight line is analyzed. On each mass point acts a small non-symmetric Coulomb's dry friction. The magnitude of this force depends on the direction of motion. The distance between the neighboring mass points changes according to the harmonical law. With the help of the procedure of averaging the expression for the stationary velocity of the mass center of the chain "on average" is found. The dependences of the stationary velocity on the value of the asymmetry and on the number of mass points are obtained. In the second part the mechanical background of the two mobile robots based on smart materials is considered. One of the systems consists of a single symmetric ferroelastomer body and, additionally, six micro-coils. The locomotion of the system is caused by a periodic deformation (generated by integrated micro-coils) of a compliant magneto-sensitive body. The qualitative description of the mechanical system's performance was realized by a transient dynamical analyses using the software package ANSYS. Another system consists of three components: information system, power supply (accumulator) and vibration system. The vibration system is formed by a piezoelectric actuator bonded on a triangular plate. At the corners of the plate three "legs" are fixed. A Finite-Element-Model of the legs, the plate and the actuators was created in order to formulate statements about the influence of the excitation frequency on the trajectories of the endpoints of the legs. The results obtained by the numerical simulation are compared with the experimental data.


Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, Nikolai; Pivovarov, Mikhail
Motion of a chain of bodies in a resistive medium due to undulatory change in the system's configuration. - In: The 1st Joint International Conference on Multibody System Dynamics / Joint International Conference on Multibody System Dynamics ; 1 (Lappeenranta) : 2010.05.25-27. - Lappeenranta : Lappeenranta Univ. of Technology, ISBN 978-952-214-778-3, (2010), insges. 2 S.

The motion of a finite chain of identical bodies along a straight line in a resistive medium is studied. The motion is excited and controlled by changing the distances between the bodies of the chain. This model simulates limbless animals (for example, earthworms) that move due to redistribution of mass along their bodies. The longitudinal motion of such animals can be provided due to a wave of deformation running through the animal's body forward, from the head to the tail, or backward, from the tail to the head. This principle of motion can be used for some kind of mobile robots. An advantage of these robots against conventional mobile machines is that the worm-like robots do not need propelling devices such as wheels, legs or caterpillars, can be readily made hermetic, and do not involve protruding components, which enables them to be used for motion in "vulnerable" media. Such robots can be used for motion in narrow slots and tubes to produce various technical operations in these media. Mobile systems able to move in resistive media without special propelling devices due to the change in their configuration or the motion of internal masses were studied, for example, in [1]-[4].


Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Böhm, Valter; Greiser, Steffen; Popp, Jana
Ferrofluid-based fllow manipulation and locomotion systems. - In: Journal of intelligent material systems and structures. - Thousand Oaks, Calif : Sage, ISSN 15308138, Bd. 21 (2010), 16, S. 1559-1562

The article demonstrates some examples of locomotion systems with bifluidic flow control using ferrofluid. By controlling the change of shape, position, and pressure of the ferrofluid in a secondary low viscous fluid by magnetic fields locomotion of objects or the ferrofluid itself can be realized. The locomotion of an object is caused, in the first example, ba a ferrofluid generated flow of the secondary fluid and in the second and third case by the direct alteration of the ferrofluid position.


http://dx.doi.org/10.1177/1045389X09354789
Greiser, Steffen ; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Position control of magnetic beads by means of electromagnetic fields with respect to apodal locomotion systems. - In: International journal of applied electromagnetics and mechanics. - Amsterdam : IOS Press, ISSN 18758800, Bd. 34 (2010), 4, S. 225-235

Motivatd by the technical progress, electromagnetic action principles are more and more used in micro systems. It is well known that the discrete positioning of magnetic beads like ferrofluid droplets can be realised using an array of electromagnets whereat the position of the beads depends on the arrangment of the electromagnets. This paper refers to the analogous positioning of magnetic beads independent from the arrangement of the electromagnets. Therefore a control strategy was designed to position magnetic beads like ferrofluid droplets, ferrogels or ferroelastomers. The derived control law allows the definition of dynamic properties like time and damping constant. To achieve these properties, the controller is adjusted based on a model of the plan. This model regards the dynamical movement of the mentioned materials in electromagnetic fields and is characerised by simpliefied, nonlinear, ordinary differential equations. The theoretical results are verified by means of a basic assembly allowing the positioning of spherical ferroelastomers on macro scale. The measurments illustrate that the theroretically derived position controller meets the requirements of a predefined time and damping constant.


http://dx.doi.org/10.3233/JAE-2010-1313
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Behn, Carsten
An approach to the dynamics and kinematical control of motion systems consisting of a chain of bodies. - In: ROMANSY 18 - Robot design, dynamics and control / ROMANSY, Ro.Man.Sy ; 18 (Udine) : 2010.07.05-08. : proceedings of the eighteenth CISM-IFToMM symposium. - Wien [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-7091-0276-3, (2010), S. 457-464

Some theoretical investigations of the motion of a straight chain of mass points interconnected with kinematical constraints are considered. The ground contact can be described by dry (discontinuous) friction. The controls are assumed in the form of periodic functions with zero average, shifted on a phase on concerning each other. Thus, there is a spreading wave along the chain of point masses. In the case of small friction we derive a condition for the locomotion of the center of the mass with the help of an average method. It is shown that, using spedified control motion is possible not only in the case of isotropic friction, but also in the direction of the greater friction in the case of non-isotropic friction. The received theoretical results can be used for the development of mobile robots applying the principles of the motion outlined above.


Chen, Jie
3D-Visualisierung räumlicher Stabwerksysteme als Basiselemente für neuartige Lokomotionssysteme. - 92 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der 3D-Visualisierung räumlicher Stabwerksysteme als Basiselemente für neuartige Lokomotionssysteme. Im Fachgebiet Technische Mechnik der TU Ilmenau bilden nichtklassische, bein- und radlose, Fortbewegungssysteme einen zentralen Forschungsgegenstand. Basis hierfür bilden unter Anderen komplexe Stabwerkstrukturen mit Linearantrieben, die es ermöglichen, die Schwerpunktlagen der Strukturen zu ändern und mittels dieser Schwerpunktverlagerung eine Fortbewegung dieser Systeme zu generieren. Es werden interaktive 3D-Visualisierungen dieser Systeme für die studentische Ausbildung realisiert werden. Die Softwarelösungen, die in der vorliegenden Arbeit entwickelt werden, sollen den Studierenden helfen, diese komplexen Strukturen in ihrer Funktionsweise verstehen und neue Designvorschläge selber entwickeln zu können. Neben der Lösung der grafischen und medientechnischen Aufgaben im Zusammenhang mit der 3D Visualisierung erfolgt auch eine Auseinandersetzung mit didaktischen Fragen, einschliesslich der Durchführung von Usability-Tests.


Müller, Sven
Theoretische und experimentelle Untersuchungen an 2D-Lokomotionssystemen mit konturvariabler Gestalt. - 140 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010

Um eine erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme zu sichern, ist die Nutzung neuer, nichtkonventioneller Fortbewegungsprinzipien notwendig. Ein aktuelles Forschungsthema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen vorheriger Arbeiten am Fachgebiet Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau wurden bereits Lokomotionssysteme mit diesem Hintergrund entwickelt. In der vorliegenden Master-Arbeit wird das dynamische Bewegungsverhalten eines solchen konturvariablen, apedalen Systems untersucht. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet der Aufbau eines geeigneten FE-Simulationsmodells. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Diskussion des dynamischen Bewegungsverhaltens des Lokomotionssystems anhand der erhaltenen Simulationsergebnisse dar. Abschließend wird das Verhalten des Simulationsmodells mit dem Verhalten des realen Systems verglichen und ein Ausblick auf zukünftig nötige Arbeiten geworfen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/641996209muell.txt
Zimmermann, Klaus ; Böhm, Valter
A contribution to the amoeboid locomotion of mobile robots. - In: Joint 41st International Symposium on Robotics and 6th German Conference on Robotics 2010 (ISR/ROBOTIK 2010) / International Symposium on Robotics ; 41 (Munich) : 2010.06.07-09. : Munich, Germany, 7 - 9 June 2010. - Red Hook, NY : Curran, (2010), S. 1152-1157
Hertel, Martin
Analyse des Schwingverhaltens von ABS und ESP Befestigungselementen im Fahrzeug. - 138 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Die Tendenz in der KFZ-Entwicklung, alle Komponenten immer kleiner und gleichzeitig leistungsfähiger zu gestalten, stellt auch an das ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) erhöhte Anforderungen. Insbesondere Schwingungsanforderungen sind gestiegen. Für FEM-Simulationen für die Absicherung solcher Anforderungen ist die Kenntnis von dynamischen Kennwerten der Aggregate unerlässlich. Die Arbeit beinhaltet die Ergebnisse von Schwingungsuntersuchungen der Elastomer-Befestigungselemente von ABS und ESP im Fahrzeug. Aus diesen Daten sind die dynamischen Kennwerte Steifigkeit und Dämpfung ermittelt. Zusätzlich wurden Einflussparameter auf diese Kenngrößen ermittelt und untersucht.


Preuß, Roman
Verfahren und Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandiger Hohlzylinder aus Silikonelastomer mit integrierten Fluidkammern und -kanälen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 198 S., 9,91 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Die minimal-invasive Chirurgie gewinnt innerhalb der invasiven Therapieverfahren weiterhin an Bedeutung, verspricht man sich davon doch eine schnellere Genesung des Patienten, verbunden mit einer Reduktion der finanziellen Aufwände für das Gesundheitssystem. Zu diesem Zweck werden Lokomotionssysteme benötigt, die sich aktiv in den natürlichen Körperhöhlen des Patienten fortbewegen können, um Arbeitskanäle und Operationswerkzeuge des Chirurgen von außen zum gewünschten Operationsfeld zu transportieren. Vollständig nachgiebige, miniaturisierte Systeme mit wurmartiger Fortbewegung sind dabei im Fokus der internationalen Entwicklungen. Eine wesentliche Limitation bei der Entwicklung und weiteren Miniaturisierung solcher Lokomotionssysteme besteht durch die verfügbaren Herstellverfahren. Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Verfahren und einen Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandigen Hohlzylinders aus Elastomer vor, in deren Wandung im Rahmen des Verfahrens Fluidkammern und -kanäle integriert werden. Durch Befüllung der Miniaturfluidsysteme mit Fluid und Steuerung des ein- bzw. ausgepumpten Fluidvolumens, kann eine zielgerichtete Verformung der Kammern erzeugt werden. Durch Ausstattung des Hohlzylinder mit einer ganzen Reihe von Kammern und Kanälen soll so im Rahmen weiterer Entwicklungen eine peristaltische Sonde entstehen, die sich wurmartig im Wirbelkanal fortbewegen kann. Das vorgestellte Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: 1. Auf einen Metallstab wird durch Tauchen (Dip-Coating) eine lösbare Trennschicht aus Photoresist aufgebracht. 2. Anschließend wird auf der Trennschicht und ebenfalls durch Tauchen eine erste, die innere Schicht aus Silikonelastomer erzeugt. 3. Diese Silikonschicht wird durch Aufsprühen (Spray-Coating) unter Nutzung spezieller Prozeßparameter mit Photoresist beschichtet, welches anschließend mittels Laser-Lithografie belichtet wird. 4. Nach dem Entwickeln, Spülen und Trocknen verbleiben auf der Oberfläche der Silikonschicht Resiststrukturen, die die späteren Fluidkammern und Zuläufe repräsentieren. 5. Diese Resiststrukturen sind Platzhalter für das innere, später mit Fluid gefüllte Volumen, wenn in einem weiteren Schritt erneut durch Tauchen die äußere Silikonelastomerschicht aufgebracht wird. In Anlehnung an die klassische Gießerei- und an die Mikrosystemtechnik können die Resiststrukturen auch als Opferstrukturen bezeichnet werden. 6. Anschließend wird der entstandene Silikonkörper mit entsprechenden Schlauchzuleitungen verbunden und über diese wird Lösungsmittel zugeführt, welches die Resiststrukturen auflöst. 7. Nach dem Spülen der Kammern und Zuläufe können diese mit dem Arbeitsfluid (z.B. sterile, isotonische Kochsalzlösung) befüllt werden.


http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000312
Wehner, Janis
Untersuchungen zur Funktion von innovativen, schnell schaltenden Magnetventilinjektoren in der Entwicklungsphase und im Serienhochlauf . - 112 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Diese Diplomarbeit behandelt Magnetventilinjektoren des Dieseleinspritzsystems Common Rail. Die möglichen Fehlerquellen werden erklärt, analysiert und strukturiert dargestellt. Dabei wird zwischen den Injektorgenerationen mit druckbelasteten Kugelventil (Generation CRI 2-16 und früher) und denen mit druckausgeglichenen Schieberventil (Generation CRI 2-18 und später) unterschieden. Der wichtigste Neuerung beim Generationswechsel CRI 2-16 auf CRI 2-18 ist die geregelte Ankerhubeinstellung. Der Anzug der Magnetspannmutter wird durch Überwachung der Schließdauer geregelt. Der gesamte Prozess, seine Fehlerquellen und Möglichkeiten der Korrektur wurden beschrieben. Als Abschluss wurden zwei Anwendungsbeispiele beschrieben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/637695526wehne.txt
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Michail; Behn, Carsten
Motion of two interconnected mass points under action of non-symmetric viscous friction. - In: Archive of applied mechanics : (Ingenieur-Archiv). - Berlin : Springer, ISSN 14320681, Bd. 80 (2010), 11, S. 1317-1328

This paper deals with the analysis of a one-dimensional motion of two mass points in a resistive medium. The force of resistance is described by small non-symmetric viscous friction acting on each mass point. The magnitude of this force depends on the direction of motion. The mass points are interconnected with a kinematic constraint or with an elastic element. Using the averaging method the expressions for the stationary "on the average" velocity of the systems's motion as a single whole is found. In case of a small degree of non-symmetry an explicit expression for the stationary "on the average" velocity of the system is derived. For the other case we obtained algebraic equations for the corresponding stationary velocity.


http://dx.doi.org/10.1007/s00419-009-0373-3
Tröbs, Anita
Ein Beitrag zur Mehrkörperdynamik-Simulation von Nanopositionier-und Nanomessmaschinen mittels spezifischer Modellelemente. - Ilmenau : ISLE. - 154 S.
Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Gegenstand der Dissertationsschrift ist die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPMM) als mechatronisches System im Allgemeinen, sowie einer vertikalen Positioniereinheit und deren funktions- und präzisionsbestimmender Baugruppen im Speziellen. Dabei erfolgt die Dynamiksimulation mit Modellen auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen. Minimalmodelle der NPMM dienen in Verbindung mit Asymptotischen Methoden dazu, analytische Lösungen zur Beschreibung des stationären Verhaltens zu entwickeln. Durch den Vergleich der analytischen Ausdrücke für die stationären Amplituden mit experimentell ermittelten Werten wird die Bestimmung von messtechnisch schwer zugänglichen Parametern der NPMM möglich. Komplexe mechatronische Modelle der gesamten NPMM basieren auf der Einbindung realitätsnaher spezifischer Teilmodelle in das Virtuelle Prototyping. Es wird das Verhalten von Kugelbuchsenführungen, Messspiegelecken (einschließlich ihrer Lagerung über Kugel-V-Nut-Paarungen), Gestellelementen und Antriebseinheiten aus Grob-Feintrieb-Kopplungen mit großer Modelltiefe erfasst und analytisch / numerisch untersucht. Für die Parameteridentifikation bei Präzisionsführungen kommt ein speziell entwickelter Reibungsprüfstand zum Einsatz, der die genaue Analyse von Haft-Gleit-Übergängen ermöglicht. Basierend auf grundlegenden Untersuchungen u.a. zu Reibungseinflüssen werden die Grenzen der Positionierung aus Sicht der Dynamik diskutiert. Der in dieser Arbeit gewonnene Kenntnisstand zur computergestützten Dynamiksimulation einer z-Achse kann auf mehrachsige Positioniersysteme erweitert werden. Die Modellierung der o.g. Baugruppen kann als Basis für den Aufbau einer umfassenden Modellbibliothek für das Virtuelle Prototyping dienen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/635119404.PDF
Husung, Stephan; Mikalauskas, Robertas; Weber, Christian; Kästner, Tobias
Modelling of sound propagation of technical systems for real-time VR-applications. - In: Mechanika : . - Kaunas : Technologija, ISSN 13921207, 2010, Nr. 4(84), S. 33-37
Greiser, Steffen ; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Actuation of magnetic beads due to analogous position control by means of electromagnetic fields. - In: Actuator 10 / International Conference on New Actuators ; 12 (Bremen) : 2010.06.14-16. : 12th International Conference on New Actuators & 6th International Exhibition on Smart Actuators and Drive Systems ; 14 - 16 June 2010, Bremen, Germany ; conference proceedings. - Bremen : WFB Wirtschaftsförderung Bremen, Division Messe Bremen, ISBN 9783933339126, (2010), S. 685-688

This paper refers to the positioning of magnetic beads independent from the arrangement of the electromagnets used. To demonstrate the off-axis positioning of magnetic beads such as ferrofluid droplets, ferrogels or ferroelastomers a basic assembly consisting of two electromagnets, a laser sensor and a FPGA is used. The controller is designed by means of a model of the plant which is described by nonlinear ordinary differential equations. Finally, the parameters of the control law are adjusted due to results of system identification and the controller itself is implemented on the FPGA. The latter actuates each electromagnet based on the derived control strategy whereat the dynamics behaviour of the positioning is characterised by a user-defined time constant. Experimental investigations confirm that the desired dynamic behaviour can be achieved.


Jentzsch, Alexander; Böhm, Valter; Greiser, Steffen; Zentner, Lena
An approach to electromagnetic actuated compliant mechanisms. - In: Actuator 10 / International Conference on New Actuators ; 12 (Bremen) : 2010.06.14-16. : 12th International Conference on New Actuators & 6th International Exhibition on Smart Actuators and Drive Systems ; 14 - 16 June 2010, Bremen, Germany ; conference proceedings. - Bremen : WFB Wirtschaftsförderung Bremen, Division Messe Bremen, ISBN 9783933339126, (2010), S. 681-684

Kubsch, Michél
Analyse von Motion-Capture-Daten zur Detektion von Bewegungsmustern. - 61 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Im ersten Teil der Arbeit wurde das untersuchte Themenfeld abgegrenzt und auf den wissenschaftlichen Stand eingegangen. Die im Umlauf befindlichen Motion-Capture-Systeme wurden vorgestellt und Kriterien sowie Untersuchungsmethoden, mit denen Bewegungsbausteine detektiert werden können, präsentiert. Im Kapitel 2.4 wurde das MTM-Verfahren vorgestellt und als Vorlage, für die in der Arbeit definierten Bewegungsbausteine, genutzt. Die folgende Methodik stellt eine strukturierte Abfolge der Arbeitsschritte dar. Zuerst müssen Bewegungsdaten gewonnen werden. Als nächstes müssen Kriterien gefunden werden, die die definierten Bewegungsbausteine charakterisieren. Ist dies gelungen, können die Kriterien mit Hilfe einer geeigneten Untersuchungsmethode angewandt werden. Die im Kapitel 4 beschriebene Durchführung stellt die Umsetzung, der im Methodikteil beschriebenen "Bewegungsdaten Gewinnung", dar. Mit einem auf Marker basierenden optischen Motion-Capture-System der Firma ART wurden von 3 Probanden Arbeitsverrichtungen aufgenommen. Die Motion-Capture-Daten fließen dann in das Simulationswerkzeug alaska ein. Hier werden sie auf das 3D-Menschmodell "Dynamicus" übertragen, welches die Bewegungsdaten liefert. Auf Grundlagen der gewonnen Bewegungsdaten wurde nun eine Übersicht aller Bewegungsbausteine mit möglichen Kenngrößen angefertigt. Durch das Aufzeigen verschiedener Abfolgen von möglichen Grundzyklen werden typische Arbeitsabläufe vorgestellt. Der Bewegungsbaustein "Werkzeug in der Hand" wird mit einem Abstandskriterium und Geschwindigkeitskriterium zwischen Hand und Werkzeug detektiert. Die Untersuchungsmethode des Vergleichs kommt hierbei zum Einsatz. Am Beispiel der Arbeitsverrichtung "HandelCordlessScrewDriver" wird die Detektierung erfolgreich demonstriert. Der Bewegungsbaustein "periodische Muster" wird an Hand des zeitlichen Verlaufs der z-Koordinate des Werkzeugs detektiert. Diese weißt ein periodisches Muster auf, welches als Kriterium dient. Zuerst wird ein Abschnitt aus dem zeitlichen Verlaufs der z-Koordinate des Werkzeugs als Suchmuster verwendet und mit der Kreuzkorrelation erfolgreich wiedererkannt. Danach wird das Suchmuster durch eine modulierte Sinusfunktion beschrieben und ebenfalls erfolgreich detektiert.


Schneider, Florian
Ein Beitrag zur Entwicklung von 2D-Lokomotionssystemen mit konturvariabler Gestalt. - 75 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Eine erwünschte erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein aktuelles Thema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit wurde ein apedales amöboides Lokomotionssystem betrachtet, dessen Fortbewegung durch eine konturvariable Struktur, bestehend aus kaskadiert angeordneten und in ihrer Länge veränderbaren Segmenten, ermöglicht wird. Mit Hilfe theoretischer Untersuchungen wurde die Fähigkeit zur Fortbewegung des Systems nachgewiesen. Mittels dieser Untersuchungen wurden weiterhin im Hinblick auf die Fortbewegung des Systems günstige Ansteuerungsstrategien ermittelt. Anschließend erfolgte der konstruktive Entwurf des Systems sowie der experimentelle Nachweis der Funktionsweise mittels eines Prototypen.


Kaufhold, Tobias
Ein Beitrag zur Entwicklung formvariabler Lokomotionssysteme. - 60 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Der Wunsch nach einer erhöhten Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein aktuelles Thema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Ausgehend von dem biologischen Prinzip wurde im Rahmen der Bachelorarbeit ein nachgiebiges Lokomotionssystem entwickelt, dessen Fortbewegung auf der globalen Formänderung seiner 3D-Struktur, bestehend aus miteinander verbundenen starren und elastischen Segmenten, basiert. Zur Beschreibung des Verformungs- und Bewegungsverhaltens wurden umfangreiche Untersuchungen an einem hergestellten Prototypen durchgeführt und die Fortbewegung des entwickelten Systems experimentell nachgewiesen.


Keil, Daniel
Konzeption und Implementierung einer wissenschaftlichen Bewertungsmethode zur Auslegung von Laserstrahlschweißverbindungen . - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 96 S., 26,02 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Der Prozess der rechnergestützten Bauteilauslegung mittels Finite-Elemente-Software ist, je nach Bauteilkomplexität, sehr zeitaufwändig. Dabei beschränkt sich der Aufwand nicht nur auf die Berechnung der Modelle. Große Bemühungen sind auch bei der FE-Modell-Erstellung erforderlich, da die Qualität der Modellvernetzung einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität hat. Es werden Ergebnisse verlangt, denen vertraut werden kann. Daher ist neben einem guten und geeigneten Auslegungskonzept auch die Methodik zur Berechnung der konzeptabhängigen Spannungen von großer Bedeutung. Die Auswertung der Ergebnisse und das Berechnen der Lebensdauer verlangen ebenfalls nach größeren Bemühungen. Daher müssen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Werkzeuge und Methoden zur automatisierten konzeptabhängigen Modellierung und Ergebnisauswertung entwickelt werden. - In dieser Diplomarbeit werden im ersten Teil Methoden entwickelt, den Prozess der Schwingfestigkeitsbewertung von (laserstrahl-) geschweißten Verbindungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu automatisieren. Diese Methoden, die auf dem Kerbspannungskonzept und einer Diversifikation der Submodellgenerierung basieren, realisieren eine automatisierte Lebensdauerermittlung auch bei komplexen Schweißnahtgeometrien. - Die betrachteten Automatisierungskonzepte werden im zweiten Teil der Arbeit programmiertechnisch in der Programmiersprache Python umgesetzt und in Form eines Plug-ins in die FE-Software Abaqus implementiert. Durch die Implementierung können die entwickelten Methoden intensiv untersucht werden. Der Fokus der Untersuchungen wird auf die Ermittlung der Abweichungen der automatisiert bestimmten Ergebnisse zu Resultaten aufwändig erstellter und berechneter Referenzmodelle gelegt. Die maximale Differenz bei grober Vernetzung des Globalmodells beträgt ca. 6 % in der berechneten maximalen Spannung. Eine feinere Diskretisierung des Globalmodells führt zu weitaus geringeren Abweichungen. - Außerdem wird die Leistungsfähigkeit der Automatisierung durch einen Vergleich der Berechnungszeiten nachgewiesen. Bei einem Modell einer relativ komplexen Schweißverbindung kann eine Zeitersparnis gegenüber der Rechenzeit des Referenzmodells um den Faktor 1500, bei einer maximalen Kerbspannungsabweichung von ca. 6 %, erreicht werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/625040538keil.txt
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, N.; Jatsun, S.
Dynamics of mobile vibration-driven systems robots. - In: Proceedings of the 10th IFToMM International Symposium on Science of Mechanisms and Machines / SYROM ; 10 (Bra¸sov) : 2009.10.12-15. : held in Brasov, Romania, October 12 - 15, 2009 ; SYROM 2009. - Dordrecht [u.a.] : Springer, ISBN 978-90-481-3521-9, (2010), S. 465-477

Design of mobile robots that can move without wheels or legs is an important engineering and technological problem. Self-propelling mechanisms that consist of a body that has contact with a rough surface and internal masses are considered. Asymmetry in friction that is necessary for the robot to move can be provided in several ways. First, the robot can be equipped with specific contact devises that provide anisotropy for the coefficient of friction, i. e., the coefficient of robot can be covered with needles. Second, this asymmetry can be provided for istropic friction by changing the normal pressure of the robot on supporting surface. A number of mathematical models of such systems are presented in the paper.


Linke, Andreas
Entwicklung einer Schnittstelle zur Fernsteuerung des Roboters für Landesimulationen im Labor Lander-Navigation. - 97 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Üblicherweise werden Industrieroboter in Form von fest definierten Ablaufroutinen betrieben. In einigen Spezial- und Forschungsanwendungen ist es jedoch erforderlich den Roboter jederzeit frei bewegen zu können. In einem aktuellen Forschungsprojekt erfolgt die Entwicklung von Soft- und Hardware zur optischen Navigation im Mondorbit, wobei die entwickelten Komponenten in einem eigens dafür eingerichteten Landesimulator getestet werden sollen. Dazu muss ein, im Teststand integrierter, Industrieroboter über eine externe Applikation, in Echtzeit, gesteuert werden können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer netzwerkbasierten Schnittstelle zur Fernsteuerung des Industrieroboters durch einen handelsüblichen PC. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Implementierung der Schnittstelle zwischen Robotersteuerung und dem PC verfolgt. Die verschiedenen Implementierungen wurden anhand von simulierten und realen Messdaten analysiert und bewertet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/619491930linke.txt
Behn, Carsten
Mechanical models and adaptive control of vibrissae-like sensors. - In: 10th Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 10 (Łód´z) : 2009.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, ISBN 978-83-929120-4-0, (2009), S. 703-710

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Dynamical behaviour of a mobile system with two degree of freedom near the resonance. - In: 10th Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 10 (Łód´z) : 2009.12.07-10. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, ISBN 978-83-929120-4-0, (2009), S. 589-596

Zimmermann, Klaus
Übungsbuch Technische Mechanik
Unicopy Campus Ed.. - Ilmenau : Techn. Univ.. - 207 S.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/632306017.PDF
Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Zeidis, Igor; Popp, Jana
A new type of miniaturisable ferrofluid based locomotion system. - In: Sensor letters. - Stevenson Ranch, Calif. : American Scientific Publishers, ISSN 15461971, Bd. 7 (2009), 3, S. 351-355

The paper presents a ferrofluid based locomotion system. In the following the uniaxial translatory motion of a non-magnetic object situated on the ferrofluid surface is pointed out. To move the object due to the periodic change of the ferrofluid pressure, the system is enclosed by a locally fixed magnetic field.


http://dx.doi.org/10.1166/sl.2009.1055
Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim; Zimmermann, Klaus
Finite degree-of-freedom models for animal vibrissae. - In: Proceedings / European Control Conference ; 10 (Budapest) : 2009.08.23-26. - Budapest : EUCA, ISBN 978-963-311-369-1, (2009), S. 2500-2505

The reception of vibrations is a special sense of touch, important for many insects and vertebrata. Tha latter realize this reception by means of hair-shaped vibrissae. Disregarding different types of such sensors we set up a principal mechanical model to describe their modes of operation (passive and active vibrissae). Biologically, the oxcillation excitations are transmitted to receptor cells which adjust their sensitivity in such a way that, despite a permanent exitation, the reseptor system tends to its rest position. Consequently, the model system has to allow for stabilizing control while nevertheless being able to detect superimposed solitary excitations. The controller has to be adaptive in view of both the randomness of the external signal to be suppressed and the uncertainty of the system data. The paper presents a mechanical model and an improved adaptive control strategy that avoids identification but renders the system sensitive in the above mentioned sense.


Husung, Isabel; Oberthür, Siegfried; Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus
Simulation von Antriebsschwingungen als Störgröße bei Präzisionsmaschinen. - In: Schwingungen in Antrieben 2009 / Fachtagung Schwingungen in Antrieben ; 6 (Leonberg) : 2009.10.21-22. : . - Düsseldorf : VDI-Verl., ISBN 978-3-18-092077-1, (2009), S. 163-172

Der Sonderforschungsbereich 622 befasst sich mit der Grundlagenforschung zu Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. Diese weisen auf Grund der angestrebten Genauigkeiten eine geringe Störungstoleranz auf. Extern und intern angeregte Schwingungen sind daher zu begrenzen. Im vorliegenden Beitrag wird die Untersuchung der tatsächlich vorliegenden Schwingungsangregungen und ihr Einfluss auf das dynamische Verhalten einer Verfahreinheit zur Positionierung in der x - y - Ebene beschrieben. Ein Werkzeug zur Auswahl geeigneter mechatronischer Systeme stellt dabei die Simulation des dynamischen Verhaltens dar. Die Simulationen dienen einerseits zur Identifikation auftretender Störgrößen, andererseits erlauben sie eine Beurteilung der Wirksamkeit von Maßnahmen zur Begrenzung auftretender Schwingungsamplituden noch vor der zeit- und kostenintesiven Umsetzung.


Münster, Marian
Auslegung und Optimierung eines Containerbewegungssystems für eine Forstmaschine. - 70 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

In dieser Arbeit soll das Wirksystem zum Leeren eines Containers mittels Seitenkippsystem analysiert und optimiert werden. Hierzu wird eine Kraft- und Momentenanalyse am Beispiel einer Forstmaschine vorgenommen und ausgewertet. Dabei werden die Betriebszustände Heben, Senken, Abkippen und Nivellieren betrachtet. Zu beachten sind dabei die Randbedingungen Hubhöhe, Seitenversatz, Volumen und Gewicht. - Des Weiteren sind alternative Lösungsvorschläge herauszuarbeiten und eine geeignete Lösung mittels Simulation aufzuarbeiten. - Die gewonnen Erkenntnisse sollen dazu dienen, die Entwicklung voranzutreiben und damit die Leistungsfähigkeit der Fortmaschinen zu erhöhen. - Schlagwörter: Seitenkippsystem, Kraftanalyse, Momentenanalyse, Randbedingung, Simulation, Forstmaschine


Bayat, N.; Nethe, Arnim; Guldbakke, J. M.; Hesselbach, J.; Naletova, Vera A.; Stahlmann, H.-D.; Uhlmann, E.; Zimmermann, Klaus
Technical applications. - In: Colloidal magnetic fluids : . - Berlin [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-540-85386-2, (2009), S. 359-430

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, N.; Pivovarov, Michail
Dynamics of a two-module vibration-driven system moving along a rough horizontal plane. - In: Multibody system dynamics. - Dordrecht [u.a.] : Springer Science + Business Media B.V, ISSN 1573272X, Bd. 22 (2009), 2, S. 199-219, 221
Erratum S. 221

A rectilinear motion of a system of two bodies connected by a spring on a rough horizontal plan is studied. The motion of the system is excited by two identical unbalanced rotors based on the respective bodies. Major attention is given to the steady-state motion. A nearly-resonant excitation mode, when the angular velocities of the rotor are close to the natural frequency of the system, is considered. A set of algebraic equations for determining an approximate value of the average steady-state velocity of the entire system is obtained for the case of small friction. It is shown that control of the steady-state motion can be provided by changing the phase shift between the rotations of the rotors and the signt of the resonant detuning measured by the difference between the angular velocity of the rotors and the matural frequency of the system. By varying the phase shift one can control the magnitude of the average velocity, and varying the detuning enables one to change the direction of the motion.


http://dx.doi.org/10.1007/s11044-009-9158-2
Gerlach, Erik; Husung, Isabel; Oberthür, Siegfried; Tröbs, Anita; Zimmermann, Klaus
Untersuchung der Dynamik von Präzisionsmaschinen mittels Mehrkörpersystem-Simulation. - In: / ASIM-Treffen STS/GMMS (Dresden) : 2009.03.05-06. : ., ISBN 978-3-8167-7981-0, (2009), S. 175-180

Mittels der Kopplung der Simulationstools alaska 5 (Mechanik) und MATLAB/Simulink (Antriebe und Regelung) kann ein mechatronisches Gesamtmodell der NPM-Maschinen erstellt werden, welches für die Analyse der Dynamik genutzt wird. Im Beitrag werden die Modellierung des gesamten mechatronischen Systems aufgezeigt und wichtige Ergebnisse aus den Simulationsberechnungen vorgestellt. Dies betrifft neben der konstruktiven Gestaltung des Positioniersystems auch die Bewegungsplanung. Diese Erkenntnisse lassen sich auf die Simulation von Präzisionsmaschinen übertragen.


Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim; Zimmermann, Klaus
Adaptively controlled worm-like locomotion systems: spikes vs. friction. - In: Multibody dynamics 2009 / ECCOMAS Thematic Conference Multibody Dynamics (Warsaw) : 2009.06.29-07.02. - Warsaw, ISBN 978-83-7207-813-1, (2009), insges. 19 S.

In this paper we introduce a certain type of mathematical models of finite DOF worm-like locomotion systems. We assume that these systems contact the ground via 1) spikes and 2) stiction combined with Coulomb sliding friction. We sketch the corresponding theory. Gaits from this theory can be tracked by means of adaptive controllers. Simulations are aimed at the justification of theoretical results.


Venhaus, Martin; Behn, Carsten; Freitag, Lutz; Zimmermann, Klaus
Simulations and experiments of the balloon dilatation of airway stenoses. - In: Biomedical engineering : joint journal of the German Society for Biomedical Engineering in VDE and the Austrian and Swiss Societies for Biomedical Engineering. - Berlin [u.a.] : de Gruyter, ISSN 1862278X, Bd. 54 (2009), 4, S. 187-195

This articel investigates the mechanics of balloon dilatation in the treatment of bronchotracheal stenosis. The "scar stricture"-type stenosis examined in this paper is typically dilated manually, using a dilatation balloon. If indicated, this is followed by stent implantation. The selection of the stent with proper characteristics is performed empirically, based on personal experience and preference. In order to optimize the therapeutic outcome, however, it is necessary to match the stent with the stress-strain properties of the stenosis, which are not determined during manual ballon dilatation.


http://dx.doi.org/10.1515/BMT.2009.022
Uhlig, Robert Peter
Untersuchung des dynamischen Verhaltens von planaren Luftlagern und Ableitung von MKS-Modellen. - 82 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Messaufbaus, um die statischen und dynamischen Eigenschaften von aerostatischen Luftlagern mit poröser Oberfläche zu ermitteln. Eine Konstruktionskritik wird durchgeführt und die Inbetriebnahme beschrieben. Ein existierendes Mehrkörpersystem-Modell wird angepasst. Die Ergebnisse der Simulation mit dem Mehrkörpersystem-Simulationsprogramm alaska werden ebenfalls vorgestellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/608943991uhlig.txt
Jahn, Michael
Ein Beitrag zur Entwicklung kooperierender mobiler Roboter - konstruktives Design und Steuerungsentwurf. - Online-Ressource (PDF-Datei: 90 S., 8176 KB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

In dieser Arbeit werden die wesentlichen Ergebnisse zur Konstruktion des RoboCup-Small-Size-Roboters LUKAS und des Aufbaus der koordinierenden Mastersoftware XBase vorgestellt. Die erreichte Kompaktheit und das notwendige Masse-Leistungs-Verhältnis des Roboters beruhen im Wesentlichen auf der orthogonalen Achskonfiguration. Spezielle Material- und Strukturlösungen für Leichtbau und Bauraumnutzung finden sich im Polyamid-Chassis, im motorintegrierenden Dribbler und im energieeffizienten Schussmechanismus. Im Einsatz sind omnidirektionale Räder mit solider Rundlauf-, Traktions- und Stabilitätseigenschaft. Der dreirädrige Roboter setzt ein hierarchisches Konstruktionskonzept um, welches hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität und Robustheit in verstärktem Maße durch technische Funktionsintegration einer minimalen Anzahl von Bauteilen realisiert. Nach Analyse der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge konnte für den Roboter eine Reglerarchitektur entwickelt werden, die unter Berücksichtigung von Radschlupf und Schwerpunktverlagerung die omnidirektionale Manövrierbarkeit und Bewegungspräzision gestattet. Die weiterentwickelte Mastersoftware XBase verbindet eine modifizierten Bildverarbeitung zur Detektierung der Roboter und eine anwenderfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle mit dem Instrument zur Roboterkoordinierung. Stabile Bildraten und geringer Berechnungsaufwand werden durch die Verwendung einer Look-Up-Tabelle zur Maximum-Likelihood-Farbklassifizierung, Bildsegmentierung mit Zeilenkoinzidenzverfahren und ressourcenschonende Operationen garantiert. Ein geeigneter Trainingseinstieg wurde mit verschiedenen Formationsvarianten zur koordinierten Kontrolle einer Robotergruppe gefunden. Das Modell gestattet durch individuelle Freigabe von Freiheitsgraden einen Übergang vom starren zum flexiblen Verband. Anhand der Beispielformationen Block, Reihe und Rotte ist die Flexibilität und Wandlungsfähigkeit dargestellt. Das System XBase kann sowohl als Multi-Roboter-System unter der Kontrolle einer Verhaltenssteuerung, wie auch als verteiltes Multi-Agenten-System mit mehreren parallelen Verhaltenssystemen fungieren.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13700
Kunze, Mirko
Basketball spielen mit anthropromorphen Robotern. - 83 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Regelungskonzept zum Dribbeln mit einem Basketball für den DLR Leichtbauroboter LBR III zu entwickeln. Basierend auf einer Analyse des menschlichen Bewegungsablaufs beim Dribbeln und einem physikalischen Ballmodell werden ableitbare Anforderungen an den Roboter, deren Konsequenzen und Lösungen diskutiert. Anschließend wird ein vereinfachtes eindimensionales Simulationsmodell erarbeitet, welches als Grundlage für alle weiteren Modelle dient. Das Verhalten des Balls wird analysiert und die Eignung des Modells dargestellt. In einer Erweiterung auf eine zweidimensionale Simulation werden zwei verschiedene Handmodelle vorgestellt und untersucht. Weiterhin wird das Konzept der Impedanzregelung im Modell benutzt, um nachgiebiges Verhalten des Roboters zu erreichen, eine fundamentale Voraussetzung für eine sichere Mensch- Roboter-Interaktion. Nach einer Bewertung der zweidimensionalen Handmodelle wird der Prototyp einer mechanischen Hand konstruiert. Schlussendlich wird die Simulation auf drei Dimensionen erweitert, wobei durch die Konstruktion bedingte Beschränkungen berücksichtigt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/605170959kunze.txt
Schütze, Frank
Mehrdimensionale elastisch verkoppelte Drehgelenke. - 124 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Derzeit ist es nicht möglich, den menschlichen Bewegungsapparat so nachzubauen, dass man Lösungen auf vergleichbarem Niveau erhält. Für die Konstruktion humanoider Roboter gelten zudem völlig neue Konstruktionsprinzipien, da hier keine mechanische Genauigkeit einfach durch hohe Steifigkeit erreicht werden kann, da diese fast immer mit hohem Gewicht und größerem Bauraum einhergehen. Der Anspruch an humanoide Roboter soll aber gerade eben dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein möglichst menschenähnliches Bild abgibt. Die der Natur eigene Elastizität ist dabei das Hauptunterscheidungsmerkmal zu den technischen Systemen. Forschungen auf dem Gebiet der zweibeinigen Fortbewegung zeigen die Notwendigkeit der Verstellbarkeit von Steifigkeiten. Anspruch dieser Arbeit soll, nach einer umfassenden Recherche zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten biologischer und technischer Gelenke, der Entwurf eines elastisch verkoppelten Drehgelenkes sein.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/602182735schue.txt
Griebel, Stefan; Böhm, Valter; Erbe, Torsten; Zentner, Lena
Vom Schneckententakel zum nachgiebigen Aktuator. - In: / Bionik-Kongress : 4 (Bremen) : 2008.11.07-08. : ., ISBN 978-3-00-027193-9, (2009), S. 247-252

Einleitung - Ein Blick in die Natur führte zu der Entwicklung eines neuen nachgiebigen, pneumatisch angetriebenen Aktuators. Hierfür wurde die Bewegung der Tentakel von der Weinbergschnecke (helix pomatia L.) untersucht und die Vorteile der biologischen Struktur analysiert. Auffällig ist der enorme teleskopartige Hub der Tentakel bei gleichzeitig geringem Durchmesser. Des Weiteren sind unter anderem der Schutz der empfindlichen Sinneszellen am Ende der Tentakel sowie eine planare Oberfläche im eingezogen Zustand der Tentakel zu nennen. Die Schnecke als Ganzes kann hierbei als ein geschlossenes fluidisches System betrachtet werden. - Material und Methoden - Als erstes wurde vom biologischen Objekt ein einfaches geometrisches Parametermodell abgeleitet. Danach wurde die Finite Elemente Methode angewendet, (Ansys ®) mit der die Verschiebung des Strukturzentrums (Hub) in Abhängigkeit der aufgebrachten inneren Druckbelastung untersucht wurde. Als Material wurde Silikongummi (Elastosil ®) verwendet, welches innerhalb der Simulation mit Hilfe des hyperelastischen Materialgesetzes von Yeoh (3. Ordnung) abgebildet wurde. Die Silikonparameter wurden über uniaxiale Zugversuche ermittelt. - Ergebnisse und Diskussion - Bei Variierung der geometrischen Modellparameter ist es möglich, kontinuierliche Bewegungsbahnen des Strukturzentrums oder Bewegungen mit einem oder mehreren (gestuften) Durchschlagphänomenen zu erzeugen. Hierbei ist mono- oder bistabiles Verhalten möglich. Zum Einstellen der Bewegung des Strukturzentrums wird das geometrische Verhältnis zwischen Radius und Dicke herangezogen. Anschließend wurden verschiedene Demonstratoren gefertigt, deren Bewegungsbahnen experimentell untersucht wurden. Der Vergleich der simulierten Bewegungsbahndaten mit den Daten der realen Struktur führte zu guter qualitativer und einer akzeptablen quantitativen Übereinstimmung. - Zusammenfassung - Der entwickelte nachgiebige Mechanismus hat ein viel versprechendes Potential bei der Sensorpositionierung. Weitere Anwendungen in der Medizintechnik erwachsen aus der Verwendung von nachgiebigen und zugleich biokompatiblen Materialen.


Schmitz, Tonia
Modellbildung des Reizleitungsapparates am Beispiel Vibrisse und adaptive Regelungsprozesse. - 69 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Zahlreiche Säugetiere - allen voran Mäuse und Ratten - können zusätzlich zu ihren auditiven und visuellen Fähigkeiten ihre Vibrissen verwenden, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Die Tasthaare in der Schnauzenregion können sowohl zur passiven Reizwahrnehmung von äußeren Kräften (Wind, Berührung eines Gegenstandes), als auch zur aktiven Umgebungserkundung (Abtasten von Gegenständen und Oberflächen) verwendet werden. - Diese besondere Ausführung des Tastsinnes setzt den Grundstein für diese Arbeit. Der gesamte Reizleitungsapparat des biologischen Vorbilds wird mit einer Kombination aus schon entwickelten mechanischen Modellen nachgebildet. Bestehende Regelalgorithmen werden an dieses neue Modell angepasst, um sowohl die passive Reizwahrnehmung, als auch die aktive Umgebungserkundung des Vorbilds nachzubilden. - Numerische Simulationen mit diesem Modell zeigen, dass das entwickelte Modell eine gute Sensibilität vorweist. Es blendet Dauererregungen weitestgehend aus und zeigt eine ausgeprägte Reaktion auf plötzlich auftretende Störungen.


Eylenstein, Sebastian
Eingrenzung der wichtigsten Einflussgrößen zur Verursachung von Gleichlaufschwankungen eines Fensterhebersystem. - 118 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Analyse zum Stand der Technik bezüglich Fensterhebersysteme - Detailanalyse an Einzelteilen und Baugruppen bezüglich deren Beitrag an den Gleichlaufschwankungen - Ausschlussverfahren und Gewichtung von Wechselwirkungen der Gleichlaufschwankungen des mechatronischen Systems Fensterheber - Nachweis von ein- und ausschaltbaren Einflüssen zur Verursachung von Gleichlaufschwankungen


Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Böhm, Valter; Popp, Jana
A contribution about ferrofluid based flow manipulation and locomotion systems. - In: 11th International Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions : 25 - 29 August 2008, Dresden, Germany. - Bristol : IOP Publ. / ERMR ; 11 (Dresden) : 2009.08.25-29., (2009), 1, S. 012116, insges. 4 S.

With the background of developing apedal bionic inspired locomotion systems for future application fields like autonomous (swarm) robots, medical engineering and inspection systems, this article presents a selection of locomotion systems with bifluidic flow control using secondary low viscous fluid by magnetic fields locomotion of objects or the ferrolfuid itself can be realised. The locomotion of an object is caused in the first example by a ferrofluid generated flow of the secondary fluid and in the second and third case by the direct alteration of the ferrofluid position.


http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012116
Kouakouo Nomvussi, Serge Ayme
Untersuchungen apedaler Lokomotionssysteme auf Ferroelastomerbasis. - 60 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau entwickeltes amöboides Lokomotionssystem auf Ferroelastomerbasis mit elektro-magnetischem Antrieb theoretisch untersucht. Zunächst wurde die amöboide Fortbewegung aus biologischer Sicht betrachtet. Es wurden die Grundlagen zur Anatomie von Einzellern, die sich amöboid fortbewegen, behandelt, anschließend wurden die zwei gängisten Theorien zum Prinzip der amöboiden Fortbewegung dargestellt. Aus den biologischen Erkenntnissen wurden mögliche Vorteile sich amöboid fortbewegender technischer Systeme abgeleitet. Prinzipielle technische Umsetzungsmöglichkeiten derartiger Systeme wurden vorgestellt. Anschließend erfolgte eine kurze Zusammenfassung zum Stand der Technik amöboider Bewegungssysteme. Nach einer kurzen Vorstellung des Lokomotionssystems erfolgten allgemeine Betrachtungen zur Modellbildung. Zur theoretischen Untersuchung des Bewegungsverhaltens des Systems wurde die FE-Methode angewendet. Die Erstellung der ANSYS®-Programmroutine, mit welcher das Bewegungsverhalten eines realitätsnahen, parametrisierten Modells des Lokomotionssystems transient dynamisch untersucht werden kann, bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Mit den anschließenden FE-Rechnungen konnte ein theoretischer Nachweis der Fortbewegung des Systems erfolgen. Es wurde gezeigt, dass mit der Antriebsfrequenz nicht nur die Fortbewegungsgeschwindigkeit, sondern auch deren Richtung beeinflußt werden kann (I); je nach Antriebsfrequenz eine Bewegung aus der Ruhelage heraus und eine anschließende Fortbewegung in zueinander entgegengesetzte Richtungen realisiert werden kann (II); große Fortbewegungsgeschwindigkeiten in einem eingeschränkten Frequenzbereich zu realisieren sind (III).


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/599008571kouak.txt
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir; Böhm, Valter; Popp, Jana
Locomotion based on nonlinear magneto-elastic elements. - In: 11th International Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions : 25 - 29 August 2008, Dresden, Germany. - Bristol : IOP Publ. / ERMR ; 11 (Dresden) : 2009.08.25-29., (2009), 1, S. 012100, insges. 4 S.

In this paper we discuss an approximately steady motion of two equal mass points, connected by an non linear magneto-elastic element. It is supposed that the system moves along a straight line in the presence of internal excitaiton and non symmetric Coulomb dry frictional force acting from the surface upon each mass point opposite to the direction of motion. Thereby, the magnitude of this force is also dependent on the direction of motion. Excitation is carried out due to action internal harmonic forces. Such forces arise for a spring made of a magnetziable elastic material by the influence of an external magnetic field.


http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/149/1/012100
Bähr, Sebastian
Erarbeitung einer Bewertung für Crashkennungen, um deren Auswirkungen auf eine Sitzstruktur beurteilen zu können. - 72 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Die vorliegende Bachelor-Arbeit untersucht die Thematik einer Bewertung von Beschleunigungspulsen für Schlittencrashversuche von Fahrzeugsitzen. Anhand der Werte pulsbewertender Kriterien, sollen Aussagen zur Gesamtbelastung des beanspruchten Gestühls getroffen werden. Dazu werden die in der Praxis häufig gebrauchten Kriterien zunächst definiert und zusammengefasst. Anschließend werden Bereiche ermittelt, in denen sich die Crashpulse und deren Bewertungskriterien im Anwendungsfall des Schlittenversuchs bewegen. Durch Abstraktion der realen Kurvencharakteristken wird schließlich eine synthetische Kennung generiert, die nach entsprechender Untersuchung so geändert werden kann, dass nur bestimmte Bewertungskriterien variieren. Nach Erzeugung von Pulsen mit verschiedensten, definierten Änderungen der Bewertungskriterien, werden diese hinsichtlich ihrer Sitzbelastung verglichen. Die Werte vorher festgelegter Belastungsgrößen ergeben sich nach Auswertung durchgeführter FE-Crashberechnungen für jeden synthetischen Puls. Die Pulsvergleiche zeigen, dass keines der untersuchten Kriterien geeignet ist, eine Sitzbelastung anhand des Beschleunigungspulses zu bewerten. Hauptgründe dafür sind das differente Verhalten der ausgewerteten Belastungsgrößen und die sich ergebenden Belastungsunterschiede bei Änderung des untersuchten Sitzmodells. Die Arbeit macht deutlich, dass die Abbildung einer Sitzgesamtbelastung, rein anhand pulsbewertender Größen, objektiv nicht möglich ist.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/596020473baehr.txt
Becker, Felix
Modellbildung, Simulation und Entwurf schwingungsbasierter Lokomotionssysteme für 1D- und 2D-Bewegungen. - 130 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Lokomotionssysteme in Forschung und Technik werden gegenwärtig von starren Mehrkörpersystemen mit konstanter Massenverteilung in den Körpern dominiert. Eine Änderung der Relativlagen im System geschieht überwiegend durch Antriebe in den Koppelstellen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme für die Bewegung in ebenem Gelände entwickelt, die ein anderes Fortbewegungsprinzip nutzen. Die Lokomotion dieser Systeme basiert auf der Erzeugung interner periodischer Deformation als Antriebsprinzip und der Ausnutzung von nichts symmetrischer Reibung an den Kontaktstellen zwischen Roboter und Umgebung. Die Antriebskraft wird durch eine horizontal schwingende Masse aufgebracht. Um eine gerichtete (steuerbare) Bewegung in der Ebene zu erzeugen, muss die Reibungskraft zwischen Lokomotionssystem und Untergrund an mindestens zwei Kontaktstellen beeinflusst werden können. Dies geschieht durch eine aktive Veränderung der Normalkräfte, welche durch periodisch bewegte Massen realisiert wird. Zur Beschreibung eines solchen Systems wurden ein Massenpunktmodell und ein Mehrkörpersystemmodell entwickelt. Anschließend wurden mit diesen Modellen theoretische Untersuchungen durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Lokomotion durch Erregungsfrequenzen und Phasenverschiebungen zwischen den Ansteuerungsfunktionen der inneren Massen zweidimensional kontrolliert werden kann. Auf Basis des Mehrkörpersystemmodells wurde ein Prototyp entwickelt. Die experimentellen Untersuchungen bestätigten die Vorhersagen der theoretischen Betrachtungen. Mit dem Ziel der Verkleinerung und der Verwendung eines nichtklassischen Aktors wurde ein weiteres praktisches System verwirklicht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/592384462becke.txt
Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim
Improved adaptive controllers for sensory systems - first attempts. - In: / International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" ; 9 (Łód´z) : 2007.12.17-20. : ., ISBN 978-1-4020-8777-6, (2009), S. 163-178

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Mikhail
Motion of a chain of three point masses on a rough plane under kinematical constraints. - In: / International Conference "Dynamical Systems - Theory and Applications" ; 9 (Łód´z) : 2007.12.17-20. : ., ISBN 978-1-4020-8777-6, (2009), S. 61-70

Griebel, Stefan; Zentner, Lena; Böhm, Valter; Haueisen, Jens
Sensor placement with a telescoping compliant mechanism. - In: 4th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering / European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering ; 4 (Antwerp) : 2008.11.23-27. : ECIFMBE 2008; 23 - 27 November 2008, Antwerp, Belgium. - [Berlin] : Springer, (2009), S. 1987-1989
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Behn, Carsten
Mechanics of terrestrial locomotion : with a focus on non-pedal motion systems. - Berlin : Springer. - XX, 289 Seiten
ISBN 3540888403 = 978-3-540-88840-6
Literaturverzeichnis: Seite 279-286
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/584878486.PDF
Kolev, Emil ; Chirikov, Viktor Alexeevich; Zimmermann, Klaus
Analysis of a flexible worm locomotion based on a reduced method. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2008), No. 3(32), Seite 16-22
Richtiger Name des 1. Verfassers: Emil Kolev
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Mobile robots based on vibrational systems and dry friction. - In: Robot design, dynamics, and control / ROMANSY ; 17 (Tokyo) : 2008.07.05-09. - Udine : CISM, ISBN 978-4-906685-44-8, (2008), S. 51-59

The paper deals with non-classical locomotion systems. In the first part the motion of a chain of interconnected mass points in a straight line placed on a rough surface and connected by kinematical constraints is considered. It is supposed that the system experience small non-symmetric Coulomb dry friction acting on each mass point. The magnitude of this force depends on the direction of motion. The expression for the stationary "on the average" velocity of the motion of the system as a single wohole is found. In the second part the motion of two mass points connected by a linear spring when the coefficient of friction does not depend on the direction of motion is discussed. The drive system consists of two unbalanced rotors. Due to the change of normal force in dependence on time non-symmetry of friction is present. It is shown, that the change of the direction of motion is possible without changing the direction of rotation of the rotors.


Lysenko, Viktor ; Zimmermann, Klaus; Ahranovich, Alexandr
Method for designing new technical systems based on a transparent morphological cube with the use of the tree-like classifications. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), S. 4
. - Online-Ressource (PDF-Datei: 280,1 KB)
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18302
Weiß, Mathias; Zimmermann, Klaus; Braunschweig, Marion; Walkling, Hans-Peter; Jahn, Michael; Lerm, Steffen
RoboCup-Player "LUKAS" - an object of interdisciplinary research and a benchmark problem in mechatronics. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18108
Griebel, Stefan ; Böhm, Valter; Zentner, Lena
Actuator development based on snail tentacles. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17935
Behn, Carsten ; Steigenberger, Joachim
Adaptive control and worm-like robotic locomotion systems revisited. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12., (2008), insges. 20 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17910
Minchenya, Vladimir; Stepanenko, Dmitry; Lysenko, Victor; Chigarev, Anatoly; Zimmermann, Klaus
Study of microrobots operating in the mode of steerable resonance. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12., (2008), insges. 4 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17906
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Locomotion based on isotropic friction. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17874
Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Popp, Jana; Zeidis, Igor
A contribution about ferrofluid based apedal locomotion. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17833
Zentner, Lena ; Böhm, Valter
On the static deformation behaviour of compliant structures. - In: Prospects in mechanical engineering : proceedings ; 53. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, 8 - 12 September 2008. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering ; 53 (Ilmenau) : 2008.09.08-12. - Ilmenau : Verl. ISLE, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17832
Bolotnik, N. N.; Pivovarov, M.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Yatsun, S. F.
Motion of vibration-driven mechanical systems along a straight line. - In: / International Workshop on Dynamics and Control ; 14 (Moscow; Zvenigorod) : 2007.05.28-06.02. : ., ISBN 978-5-02-036667-1, (2008), S. 53-60

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, N. N.; Pivovarov, Michail; Yatsun, S. F.
Vibration-driven locomotion systems. - In: The 9th International Conference on Motion and Vibration Control / International Conference on Motion and Vibration Control ; 9 (München) : 2008.09.15-18. - München, (2008), insges. 10 S.

The controlled motion of systems of bodies along a straight line on a rough plane is studied. In the first part of the paper, we consider a systems of two mass points connected by a spring. The system is driven by forces that act between the points and change harmonically. To provide the asymmetry of the friction force, necessary for the progressive motion in a given direction, it suffices to apply a brush-like or scaly coating to the contact surfaces. In the second part, we consider a rectilinear motion of a vibration-driven system, consisting of a housing body and two internal masses, along a rough horizontal plane. One of the internal masses oscillates in the horizontal direction and the other oscillates vertically. It is shown that by changing the phase shift between the horizontal and vertical oscillations one can control the velocity of the steady-state motion of the systems, for symmetric or asymmetric friction. In the third part, the motion of two mass points connected by a spring and actuated by two unbalance rotors is investigated. It is shown that the direction of motion of the systems can be changed by changing only the magnitude of the speed of the rotors, with the direction of rotation kept unaltered.


Kirchner, Isabel; Gerlach, Erik; Oberthür, Siegfried; Zimmermann, Klaus
Erstellung eines MKS-Modells zur Untersuchung der Dynamik einer Nanopositionier- und Messmaschine (NPMM). - In: / ASIM Workshop Wismar ; 4 (Wismar) : 2008.05.29-30. : ., ISBN 978-3-901608-33-9, (2008), S. 171-172

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 622 werden an der TU Ilmenau die Grundlagen zur Entwicklung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) erarbeitet. Im Rahmen eines Virtuellen Prototyping, für welches die Modellgenerierung eine wesentliche Basis darstellt, sollen die dynamischen Eigenschaften des Systems in frühen Entwicklungsphasen bestimmt werden.Die Analyse der Dynamik erfolgt durch die Simulation eines Mehrkörpermodells. Durch Integration von Antrieben und Regelungen in das Modell wird ein mechatronisches System computergestützt analysiert.


Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Kalmykov, Sergej A.; Lukashevich, Mikhail V.
Numeric calculation of a magnetizable elastic body dynamic in a magnetic field . - In: / Moscow International Symposium on Magnetism ; 4 (Moscow) : 2008.06.20-25. : ., ISBN 978-5-8279-0072-6, (2008), S. 474-475

The deformation and the motion of a body made by a magnetizable polymer in an alternating magnetic field are experimentally studied. The cylindrical body (worm) which is located in a cylindrical tube is analyzed. These effects can be used in deigning autonomous mobile robots without a hard cover. Such robots can be employed in clinical practice and biological investigations.


Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Zeidis, Igor; Popp, Jana
Ferrofluid based locomotion system with locally fixed electromagnetic field. - In: / International Conference on New Actuators ; 11 (Bremen) : 2008.06.9-11. : ., (2008), S. 834-837

The article presents a system for the ferrofluid based locomotion of non-magnetic objects, preferentially for the microtechnical application. The uniaxial translatory motion of the non-magnetic object situated on the ferrofluid surface or partial in the ferrofluid itself is obtained due to the periodic change of the condition parameters of the ferrofluid by a locally fixed magnetic field. Here an overview is given on the different design options of such systems, on the theoretical and experimental considerations about the magnetic field of the described system, ensuing on that, on the ferrofluid behaviour, and on the characteristic features of the locomotion system according to measurements in laboratory testings.


Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Pivovarov, Mikhail; Bolotnik, Nikolai
An inertially excited two-mass oscillator moving on rough plane. - In: CD-ROM proceedings / International Congress of Theoretical and Applied Mechanics ; 22 (Adelaide) : 2008.08.25-29. - Adelaide, ISBN 978-0-9805142-1-6, (2008), insges. 2 S.

The motion of two bodies (mass points) connected by a linear spring is studied for the case where the coefficient of friction is independent of motion. The system is driven by two unbalanced rotors attached to the bodies. It is shown, that the direction of motion can be reversed without changing the direction of rotation of the rotors.


Martens, Thilo
Einlernen von Roboterbewegungen mit einem optisch getrackten Zeigegerät. - 107 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Industrieroboter ermöglichen einen hohen Automatisierungsgrad und Kostenersparnisse. Durch das zeitintensive manuelle Programmieren des Roboters werden diese Vorteile unter Umständen wieder aufgehoben. - Es werden Lösungsvorschläge zur Verbesserung dieses Prozesses dargelegt. Das Einlernen erfolgt mit einem neu entwickelten Zeigegerät, welches von einem 6D-Messsystem erfasst wird. Das Nachlernen wird in einem intuitiven Koordinatensystem durchgeführt, wodurch schnelle Korrekturen der Programmbahnpunkte ermöglicht werden. - Um eine bessere Sichtbarkeit des Werkstücks für das Maßsystem zu gewährleisten, wird dieses am Roboterflansch befestigt. Die notwendige Hand-Auge-Kalibrierung wird durch ein spezielles, im Rahmen dieser Diplomarbeit entstandenes, Verfahren berechnet, welches mit einem linearen Gleichungssystem lösbar ist. - Ein kabelloses Handbediengerät mit anwenderfreundlichen Programmen assistiert bei der Bewältigung der Aufgaben, weshalb kein umfangreiches Vorwissen notwendig ist. - Durch das schnellere, weil einfachere, Ein- und Nachlernen wird die Produktivität wieder gesteigert.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/589073508marte.txt
Naletova, Vera A.; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Pelevina, Daria A.; Friedrich, T.; Richter, R.
Deformation of a magnetic fluid surface due to ferromagnetic bodies in an applied uniform magnetic field. - In: Proceedings of the 7th International Pamir Conference Fundamental and Applied MHD and COST P17 Annual Workshop 2008 / International Pamir Conference Fundamental and Applied MHD ; 7 (Giens) : 2008.09.08-12. : Presqu'Île de Giens, France, September 8 - 12, 2008. - Reims, (2008), S. 747-751

Static and dynamic deformations of a magnetic fluid surface due to the ferromagnetic bodies in an applied uniform magnetic field are studied. The numerical solutions of the problem of the determination of the static surface shape of the magnetic fluid containing different magnetizable bodies in an applied uniform magnetic field are obtained. The flow of a layer of an incompressible viscous magnetic fluid on a plane under the action of a travelling magnetic field, which is created by moving ferromagnetic iron rods, is analyzed analytically.


Dederichs, David
Untersuchung von Eigenspannungszuständen im Prozess der Einbettenden Stereolithographie mittels FE-Simulation. - XIV, 68 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Enth. außerdem: Thesen

Die Stereolithographie ist ein Teilbereich des Rapid Prototypings der ursprünglich für den schichtweisen Aufbau von Prototypen entwickelt wurde. Um die Grenzen dieses Verfahrens zu erweitern wird daran geforscht während des Fertigungsprozesses elektronische und mechanische Baugruppen einzubetten. Aufgrund von Schwindung und Quellung des genutzten Matrixmaterials, entstehen im Fertigungsprozess Eigenspannungen, die ohne eine angreifende äußere Kraft auftreten. Daher werden in Messungen das Volumenänderungsverhalten in verschiedenen Umgebungsmedien dokumentiert und die erlangten Daten zur Implementierung in eine FE-Software vorbereitet. Des Weiteren wird über dynamische Messungen mittels DMTS die Viskoelastizität des Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum ermittelt und ebenfalls zur Softwareimplementierung vorbereitet. Die Daten werden anschließend werden die experimentell ermittelten Daten in die FE-Software Abaqus implementiert und der Einsatz eingebetteter Strukturen unter erhöhten Umweltbedingungen simuliert. Dabei wird geklärt, ob das Material unter der Belastung der entstehenden Eigenspannungen versagt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/585327106deder.txt
Chilian, Annett
Stereokamerabasierte Navigation eines Krabbelroboters auf unebenem Gelände. - 97 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Algorithmus zur Navigation eines mobilen Roboters in unbekanntem unebenem Gelände entwickelt, der allein auf den Bildern einer Stereokamera basiert und der daher auch für Laufroboter geeignet ist. Der Navigationsalgorithmus soll den Roboter auf einem möglichst kurzen und sicheren Weg zu einem Zielpunkt führen, dessen Koordinaten relativ zum Startpunkt des Roboters vom Benutzer vorgegeben werden. Es werden die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu vorhandenen Navigationsansätzen für planetare Rover vorgestellt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Navigationsalgorithmus für unebenes Gelände entworfen, welcher die Lösung der Teilaufgaben Lokalisation, Kartenerstellung, Geländebewertung, Pfadplanung und Bewegungssteuerung beinhaltet. Der Algorithmus wird implementiert und auf einem radgetriebenen Roboter sowie auf einem sechsbeinigen Laufroboter in verschiedenen ebenen und unebenen Umgebungen getestet. Die Ergebnisse der Tests werden dargestellt und Möglichkeiten zur Erweiterung des Navigationsalgorithmus werden genannt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/585039941chili.txt
Pohl, Stefanie
Erarbeitung von webbasierten Werkzeugen für die semesterbegleitende und abschliessende Examination von Studierenden im Fach Technische Mechanik. - 198 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

E-Assessments im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich sind bislang selten im deutschen Universitätsalltag und werden vielerorts von Lehrenden abgelehnt. Diese Arbeit entwirft ein E-Assessment Werkzeug innerhalb einer E-Learning Umgebung, welches den speziellen Bedürfnissen dieser Fachgebiete gerecht wird. Dazu analysiert sie die Schwierigkeiten und speziellen Bedürfnisse, die das Fachgebiet Technische Mechanik als ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach, mit der Virtualisierung der Lehre verbindet. Daraus leitet sie ein Konzept für eine Lernumgebung ab, die diesen Schwierigkeiten effektiv begegnet. - Die aus dieser Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Umsetzung auf der Lernplattform der TU Ilmenau ein. Organisationsstruktur und Lehrkonzepte werden auf der Plattform abgebildet und es entstehen Beispiele und Anleitungen für alle Lehrenden des Fachgebiets. Diese versetzen das Fachgebiet in die Lage, alle Möglichkeiten, welche die Plattform bietet, effizient zu nutzen um die Einführung und Integration von virtueller Lehre voranzutreiben.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/584679629pohl.txt
Gerlach, Erik; Kirchner, Isabel; Oberthür, Siegfried; Zimmermann, Klaus
Untersuchung der Dynamik eines hochpräzisen z-Achsen Positioniersystems für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: / VDE/VDI-Tagung Elektrisch-Mechanische Antriebssysteme ; 3 (Böblingen) : 2008.09.23-24. : ., ISBN 978-3-8007-3092-6, (2008), S. 207-211

Greiser, Steffen
Positionierung permeabler Stoffe im offenen Magnetkreis in Hinblick auf apedale Lokomotionssysteme. - 102 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Motiviert durch den technischen Fortschritt werden im Mikro- und Nanobereich zunehmend apedale Bewegungssysteme eingesetzt. Einige dieser Systeme basieren auf elektrodynamischen Wirkungsprinzipien, die eine ortsgebundene Bewegung permeabler Stoffe ermöglichen. Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit besteht darin, eine ortsunabhängige Positionierung im offenen Magnetkreis zu realisieren. - Die Bewegung permeabler Stoffe im offenen Magnetfeld kann mit Hilfe vereinfachter, nichtlinearer, gewöhnlicher Differentialgleichungen beschrieben werden. Bedingt durch die zunehmende Leistungsfähigkeit der Computertechnik stehen effiziente Werkzeuge der Systemidentifikation zur Verfügung. Die konsequente Ermittlung einzelner Parameter der Streckenbeschreibung anhand verschiedener modellbasierter Optimierungsrechnungen führt zu einer realitätsnahen Modellbildung. Das nichtlineare Systemverhalten kann mit Hilfe der exakten Linearisierung in ein lineares System überführt werden. Mit dieser Vorgehensweise können die bekannten, leistungsfähigen linearen Regler der Zustandsraummethodik verwendet werden, um eine Positionsregelung zu ermöglichen. - Mit der Implementierung der Regelungsmethodik auf einem FPGA kann die Funktionsweise selbiger am realen Prozess nachgewiesen werden. Dabei werden die geforderten dynamischen Eigenschaften an Geschwindigkeit und Dämpfung eingehalten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/578525313greis.txt
Pfaff, Mirko
Entwicklung strukturierter FEM-Modelle und deren beispielhafte Anwendung auf eine fahrzeugtechnische Baugruppe. - Schmalkalden : Fachhochschule. - XII, 108 S.. - (fhS-prints. - 2008,3)
Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
ISBN 3980658554 = 978-3-9806585-5-3

Die Finite-Elemente-Methode stellt ein leistungsfähiges Werkzeug zur Beantwortung physikalisch definierter Fragestellungen dar. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Lösung technischer Problemstellungen auf Basis einer strukturierten FEM-Modellerstellung. Grundgedanke dieser strukturierten Modellerstellung ist die Wahl einer geeigneten Abstraktionsebene zur Lösung von Teilzielstellungen und damit der Aufbau geeigneter FEM-Teilmodelle.Zusätzlich werden FEM-Untermodelle zur gezielten Bestimmung von Eingabegrößen genutzt. FEM-Teilmodelle können dann zu einem effizienten und in Teilen verifizierten FEM-Gesamtmodell zusammengefasst werden. Zum Aufbau solcher FEM-Modelle unter Nutzung der FEM-Modellstruktur werden praktische Empfehlungen gegeben.Die entwickelte FEM-Modellstruktur wurde am Beispiel einer Hinterachswelle für ein Nutzkraftfahrzeug angewendet. Die Abbildung des strukturmechanischen Verhaltens erfolgte unter der Einbeziehung einzelner FEM-Teilmodelle für äußere Belastungen, elastisch-plastisches Materialverhalten, Oberflächenrauheit und Eigenspannungen infolge eines Richtprozesses. Für den Hinterachswellenflansch und den Hinterachswellenschaft wurden FEM-Gesamtmodelle erstellt, welche alle relevanten physikalischen Einflüsse auf diese Geometriebereiche abbilden.Abschließend wurde eine Lebensdauerberechnung für den Hinterachswellenschaft durchgeführt. Die aufgebauten FEM-Modelle konnten analytisch oder mit Hilfe praktischer Untersuchungen validiert werden. Am Beispiel der Hinterachswelle konnte gezeigt werden, dass mit der strukturierten Modellerstellung effizient Problemstellungen abgearbeitet werden können.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/578195453.PDF
Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Pelevina, Daria A.; Böhm, Valter; Popp, Jana
Surface of a magnetic fluid containing magnetizable bodies in an applied uniform magnetic field. - In: Magnetohydrodynamics : . - Salaspils : Inst. of Physics, Univ. of Latvia, ISSN 0024998x, Bd. 44 (2008), 2, S. 175-182

Analytical solutions of the problem of the surface shape determination of a MF containing different magnetizable bodies in an applied uniform magnetic field have been found for an arbitrary value of the magnetic field. The cases of spherical body (the axially symmetric problem) and cylindrical (the plane problem) are considered.


Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Kolev, Emil; Kalmykov, Sergej A.
Calculation of a magnetizable worm deformation in a magnetic field. - In: Magnetohydrodynamics : . - Salaspils : Inst. of Physics, Univ. of Latvia, ISSN 0024998x, Bd. 44 (2008), 2, S. 143-148

In this paper, the deformation of a magnetizable elastic body in an alternating magnetic field is considered from a theoretical point of view. The body deformation and velocity are calculated. Analytical and numerical results are compared with the experimental data.


Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Martynenko, Yuri; Schneider, Anatoli
Influence of transients in electric motors on the stability of robotic systems. - In: Problems of mechanics : international scientific journal. - Tbilisi : Mezhdunarodnaia Federatsiia po mashinam i mekhanizmam Gruzii, ISSN 15120740, (2007), No. 1(26), Seite 19-31
Zimmermann, Klaus
Moving like worms: without "Legs". - In: German research : magazine of the Deutsche Forschungsgemeinschaft. - Weinheim : Wiley-VCH, ISSN 15222322, Bd. 29 (2007), 3, S. 24-26
http://dx.doi.org/10.1002/germ.200890005
Zimmermann, Klaus
Wie die Würmer: "beinlose" Bewegung. - In: Forschung : das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 15222357, Bd. 32 (2007), 2, S. 22-24
http://dx.doi.org/10.1002/fors.200790014
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Michail
Motion of a chain of three mass points on a rough plane under kinematical constraints. - In: 9th Conference on Dynamical Systems - Theory and applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 9 (Łód´z) : 2007.12.17-20. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, ISBN 978-83-924382-8-1, (2007), S. 845-852

Behn, Carsten
Improved gain parameter models for adaptive control of relative degree two systems. - In: 9th Conference on Dynamical Systems - Theory and applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 9 (Łód´z) : 2007.12.17-20. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, ISBN 978-83-924382-8-1, (2007), S. 685-692

This paper is another contribution to the adaptive control of quadratic, nonlinearly perturbed multi-input u, multi-output u, minimum phase systems with strict relative degree two. The consideration of uncertain systems leads to the use of adaptive control. The aim is to design universal adaptive controllers, which achieve a pre-specified control objective. Because almost all already existing controllers in the literature offer the same drawback (only monotonically increasing gain parameter) and with respect to limited resources in applications it is necessary to design new adaptation laws. We present simulations of gain parameter models in application to bio-inspired sensors with unknown system parameters to adaptively compensate an unknown ground excitement.


Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Worm-like locomotion as a problem of nonlinear dynamics. - In: : ., ISSN 14292955, Bd. 45 (2007), 1, S. 179-187
Zimmermann, Klaus; Jahn, Michael; Weiß, Mathias; Braunschweig, Marion; Rieß, Thorsten
Entwurf einer bahngeführten Positionierung als Basis der Lokomotion omnidirektionaler Roboter. - In: / Fachgespräch Autonome Mobile Systeme ; 20 (Kaiserslautern) : 2007.10.18-19. : ., ISBN 978-3-540-74763-5, (2007), S. 64-67

Zeidis, Igor ; Zimmermann, Klaus; Pivovarov, Michail
Straight chains of interconnected mass points under the action of non-symmetric dry friction. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 7 (2007), 1, S. 4010011-4010012
http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200700594
Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Böhm, Valter; Kolev, Emil; Popp, Jana
Locomotion based on the control of the shape of magnetic fluid surfaces and of magnetizable media. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 7 (2007), 1, S. 4140003-4140004

The realization of locomotion based on the deformation of a free surface of magnetic fluid layer in a traveling magnetic field is studied. A plane flow of an incompressible viscous magnetic fluid layer on a horizontal surface in a nonuniform magnetic field and a plane two-layers flow of incompressible viscous magnetic fluids between two parallel solid planes in a magnetic field is considered. Also the flow of an incompressible viscous magnetic fluid layer on a cylinder in a nonuniform magnetic field is an object of invesitgation. The deformation an the motion of a body made by a magnetizable polymer in an alternating magnetic field are experimentally studied. The cylindrical body (worm) which is located in a cylindrical tube is analyzed. These effects can be used in designing autonomous mobile robots without a hard cover. Such robots can be employed in clinical practice and biological investigations.


http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200700323
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Gerlach, Erik; Tröbs, Anita
Ein Beitrag zur Schwingungsanalyse an Nanopositionier- und Nanomessmaschinen unter Berücksichtigung von nichtlinearen Reibungsmodellen - nichtsymmetrisches Stribeck-Modell. - In: Technische Mechanik : wissenschaftliche Zeitschrift für Grundlagen und Anwendungen der technischen Mechanik. - Magdeburg : Inst., ISSN 02323869, Bd. 27 (2007), 2, S. 81-93
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten; Böhm, Valter; Popp, Jana; Kolev, Emil; Naletova, Vera A.
Worm-like locomotion systems (WLLS) - theory, control and prototypes. - In: : ., ISBN 978-3-902613-16-5, (2007), S. 429-456

Zeh, Johannes
Entwurf, Implementation und Simulation von Adaptionsgesetzen einfacher adaptiver Regler zur Ausregelung von Bodenerregungen von Sensoren. - 134 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Um ein technisches System zu regeln, ist normalerweise die vollständige Kenntnis der Systemparameter notwendig. Mit Hilfe dieser Parameter lassen sich apriori Regelparameter einer Rückführung berechnen, die das System regeln können. Es kann aber, gerade bei biologischen Systemen, in der Regel nicht erwartet werden, dass die Systemparameter vollständig bekannt sind. Beispielhaft wurde hier das Tasthaar einer Katze betrachtet. Um ein Tasthaar auch bei dauerhafter Erregung, beispielsweise durch Wind, sensibel zu halten, muss die Katze in der Lage sein, das Tasthaar soweit zu versteifen, dass weiterhin Signale wahrgenommen werden können. Damit Systeme geregelt werden können, deren Parameter unbekannt sind, kann die adaptive Regelung genutzt werden. Bei der in dieser Arbeit verwendeten Art der adaptiven Regelung handelt es sich um eine Ausgangsrückführung mit einem Parameteradaptionsgesetz. Dies ermöglicht es dem System, sich selbstständig den jeweils notwendigen Verstärkungsfaktor zu generieren. Solche biologischen Regelungsprobleme wurden bereits in der Dissertation von Herrn Behn ausführlich untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit bildete die Grundlage für die hier vorliegende Diplomarbeit. Herr Behn bemerkte im Ausblick seiner Dissertation die Notwendigkeit des Entwurfs neuer Adaptionsgesetze, die es dem Verstärkungsfaktor ermöglichen, seinen hohen Wert zu verringern. Diese Aufgabe greift die vorliegende Arbeit auf und stellt somit eine Fortführung der Betrachtung von Adaptionsgesetzen aus der Dissertation dar. Es wurde zuerst eine ausführliche Literaturrecherche über in der Literatur verwendete Adaptionsgesetze durchgeführt. Dabei konnten viele verschiedene Gesetze gefunden werden. Der Großteil der Gesetze kann den Verstärkungsfaktor aber nur wachsen lassen. Wie jedoch festgestellt wurde, kann es zu Problemen kommen, wenn das System nicht in der Lage ist, den Verstärkungsfaktor gegebenenfalls wieder senken zu können. Bei Voruntersuchungen der Adaptionsgesetze konnte dabei festgestellt werden, dass die Variation der Rückführungsgesetze erheblichen Einfluss auf die Regelgeschwindigkeit ausübt. Um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen, wurden daher zuerst die Feedbackgesetze näher untersucht und optimiert. Außerdem wurde ein Vorverstärkungsfaktor betrachtet, der ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit nimmt. Für den Vorverstärkungsfaktor in den Simulationen wurde ein optimaler Wert gefunden. Die anschließenden Untersuchungen der Adaptionsgesetze aus der Literatur, die ein Fallen des Verstärkungsfaktors ermöglichten, zeigten, dass diese das System nur ungenügend regeln. Es trat in den meisten Fällen Sprungverhalten auf. Die Adaptionsgesetze aus der Literaturrecherche konnten daher nicht weiter verwendet werden. Auf Grundlage dieser Schwierigkeiten wurden die Adaptionsgesetze der Literaturrecherche modifiziert und neue Gesetze entwickelt. Es konnten dabei Gesetze gefunden werden, bei denen kein Sprungverhalten mehr auftrat. Diese Gesetze weisen in der Regel einen Doppelschlauch mit Lambda und Lambda minus Epsilon sowie eine Abfrage der Verweildauer auf. Die Adaptionsgesetze wurden dabei mit Hilfe der Simulationstools Matlab und Maple ausführlich simuliert. Um die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze nicht nur über Simulationen zu zeigen, wurde ein dem mechanischen Schwingungssystem äquivalenter elektrischer Schwingkreis aufgebaut und die Regelung der Adaptionsgesetze mit dem Schwingkreis vorgestellt. Dafür wurde eine Steuerung mit der Software LabVIEW erstellt. Mit Hilfe des elektrischen Schwingkreises konnte die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze gezeigt werden. Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit wurde gelöst.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/566300540zeh.txt
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Worm-like locomotion systems at the TU Ilmenau. - In: Twelfth World Congress in Mechanism and Machine Science / World Congress in Mechanism and Machine Science ; 12 (Besan¸con) : 2007.06.17-21. - Besan¸con, (2007), insges. 6 S.

In this paper we introduce the theory in designing of worm-like locomotion systems (WLLS) at the TU Ilmenau. For this, we present a certain type of mathematical models of WLLS and sketch the corresponding theory. Gaits from this theory can be tracked by means of adaptive controllers. Current experiments are aimed at the justification of theoretical results.


Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus; Steigenberger, Joachim
Biologically inspired locomotion systems - improved models for friction and adaptive control. - In: Multibody dynamics 2007 / ECCOMAS Thematic Conference Multibody Dynamics (Milano) : 2007.06.27-28. - Milano, (2007), insges. 20 S.

In this paper we consider finite DOF worm-like locomotion systems which contact the ground with Couloumb dry friction. Using both a rough and an improved mathematical friction law the system is shown to belong to a system class that allows adaptive control. Two different controllers for lambda-tracking are presented and used in simulations.


Kolev, Emil ; Chirikov, Victor; Behn, Carsten
Reduced method for dynamic equations of motion of a flexible worm in a tube. - In: Proceedings / International Conference Automatics and Informatics (Sofia) : 2007.10.03-06. : . - Sofia : Union of Automation and Informatics, (2007), Seite VI-33-VI-36

The paper presents an analytical method for derivation of the dynamic equations of motion of a continuous body with distributed parameters. So called reduced method is implemented to a worm motion in a tube. The method neglects less important degrees of freedom of the object. Final results of worm motion, as well as all necessary formulation and explanations are available.


Behn, Carsten
Adaptive tracking of gaits for worm-like locomotion systems. - In: Proceedings / International Conference Automatics and Informatics (Sofia) : 2007.10.03-06. : . - Sofia : Union of Automation and Informatics, (2007), Seite VI-29-VI-32

This paper is another contribution to the (adaptive) control of a mechanical system, which is inspired by biological ideas (earthworm as a living prototype). We introduce a certain type of a mathematical model of a worm-like locomotion system (WLLS), sketch the corresponding theory, and present numerical simulations. The investigations are aimed at 1) gaining insight into how such systems move, 2) finding kinematic gaits, which can be tracked dynamically by means of adaptive [lambda]-trackers, and 3) finding hints for implementation as a hardware object (artificial worm).


Behn, Carsten
Adaptive [lambda]-tracking-control for relative degree two systems with application to bio-inspired sensors. - In: Nonlinear dynamics : an international journal of nonlinear dynamics and chaos in engineering systems. - Dordrecht [u.a.] : Springer Science + Business Media B.V, ISSN 1573269X, Bd. 50 (2007), 4, S. 817-828

This paper deals with the (adaptive) control of a sensory system, which is inspired by biological ideas concerning the behaviour of a tactile hair or sensillum. The cells for reception of vibrations adjust their sensibility to a continuing excitement, such that this permanent excitation of the whole system tends to the rest position. Hence, this biological paradigm demonstrates a fundamental principle: adaption. - In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties (e.g. minimum phase condition, strict relative degree) are known. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. The aim is to design a universal adaptive controller, which learns from the behaviour of the system, so automatically adjusts its parameters and achieves a pre-specified control objective. - Since we deal with a nonlinearly perturbed multi-input, multi-output system, which is not necessarily autonomous, particular attention is paid to the lambda-tracking control objective. Simple adaptive servomechanisms, which achieve tracking of a given reference signal for any pre-specified accuracy (tracking-error) lambda, are introduced. We stress that the introduced adaptive controllers consist of very simple feedback mechanisms and adaptation rules. These controllers are only based on information about the output of the system - no knowledge of system parameters is required.


http://dx.doi.org/10.1007/s11071-007-9227-0
Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus; Oberthür, Siegfried; Tröbs, Anita
Simulating the dynamics of nanopositioning and nanomeasuring machines using methods of multi-body system dynamics. - In: / EUROSIM Congress on Modelling and Simulation ; 6 (Ljubljana) : 2007.09.09-13. : ., (2007), S. 77
Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus; Oberthür, Siegfried; Tröbs, Anita
Simulating the dynamics of nanopositioning and nanomeasuring machines using methods of multi-body system dynamics. - In: / EUROSIM Congress on Modelling and Simulation ; 6 (Ljubljana) : 2007.09.09-13., (2007), insges. 6 S.
Jatsun, Sergey F.; Bolotnik, Nikolai N.; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor
Modeling of motion of vibrating robots. - In: Twelfth World Congress in Mechanism and Machine Science / World Congress in Mechanism and Machine Science ; 12 (Besan¸con) : 2007.06.17-21. - Besan¸con, (2007), insges. 6 S.
Kolev, Emil
Zur Anwendung analytischer und numerischer Methoden bei der Entwicklung apedaler Lokomotionssysteme aus elastischem weichmagnetischem Material : Schlussfolgerung für die universitäre Ausbildung in der Finite-Elemente-Methode. - 212 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2007
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/557550696.PDF
Franitza, Daniel
Theorie zur Modellbildung und Simulation räumlicher nichtlinear verformbarer Mechanismen in konvektiver Metrik. - 116, 31 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2007
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/556276108.PDF
Jahn, Martin
Modellierung der Rotordynamik eines Abgasturboladers. - 75 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Die vorliegende Diplomarbeit handelt von der Simulation von hydrodynamischen Rotorgleitlagerungen verschiedener PKW-Abgasturbolader. Die Berechnung der Rotordynamik erfolgt mit dem Mehrkörpersimulationsprogramm FIRST. Zur Berechnung der Hydrodynamik der Radiallager kommt das in FIRST eingebundene Programm TOWER zum Einsatz. - Gegenstand der Betrachtungen sind sowohl Schwimmbuchsenlagerungen als auch Einbuchsenlagerungen. Nach der Modellierung der Lagerungen mit starrem Rotor erfolgt eine Optimierung der Modellierungstiefe, bei der der hydrodynamischen Axialgleitlagerung besondere Bedeutung zukommt. Hierbei stehen betriebspunktabhängige Kennlinien zur Beschreibung des Axiallagerverhaltens sowie der Einfluss von Axiallagerkräften und Axiallagerspielen im Mittelpunkt. - Weiterhin erfolgt ein Vergleich verschiedener PKW-Abgasturboladerlagerungen hinsichtlich deren Reibleistung und Tragfähigkeit, wobei das Kaltstartverhalten ebenso berücksichtigt wird wie Rotordrehzahlen bis zu 180000 UPM. Auch Simulationen mit elastischen Rotoren werden durchgeführt und die Ergebnisse mit denen der starren Rechnungen verglichen. - Abschließend findet eine erste rechnerische Untersuchung einer Lageroptimierung hinsichtlich der Reibleistungssenkung statt. Dabei werden im Speziellen die Einflüsse der Lagerbreite, des Lagerdurchmessers und das Schalenspiels der Innenlagerung untersucht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/555995976jahn.txt
Henneberg, Robert
Theoretische und experimentelle Untersuchungen zu Verschleißerscheinungen an Stoßdämpfern. - 148 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

NKW Stoßdämpfer unterliegen bei Belastung durch Querkraft sporadisch auftretendem abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Einflussfaktoren, die zum Auftreten des Verschleißes führen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, mögliche Lösungen zur Vermeidung des Verschleißes zu finden. Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden komplett montierte Stoßdämpfer mittels eines Prüfstandes in einem Verschleißversuch getestet. Untersuchte Bauteile waren Kolben, Zylinderrohr, Kolbenring und Kolbenstange des Dämpfers. An Kolbenringen, Kolben und Zylinderrohren wurden verschiedene harte und weiche Beschichtungen aufgebracht und im Versuch geprüft. Kolben und Kolbenringe wurden konstruktiv verändert und hinsichtlich des Einflusses dieser Änderungen experimentell untersucht. Die Kolbenstangen wurden hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens während der Versuche beurteilt und durch Berechnungen untersucht. Im Ergebnis dieser Arbeit wurden mögliche Ursachen für das Auftreten von abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr gezeigt. Ebenfalls liegen günstige Lösungsansätze zur Vermeidung des Verschleißes vor, die in weiteren Untersuchungen, zum Beispiel Schlechtwegerprobungen, auf ihre endgültige Tauglichkeit hin geprüft werden müssen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/555770176henne.txt
Jansson, Markus
Aufbau und Inbetriebnahme eines Prüfstandes zur Messung der Reibkennwerte von Führungen. - 126 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Im Rahmen der Weiterentwicklung mikrotechnologischer Anwendungen tritt die Forderung nach immer kleineren Strukturen zunehmend in den Vordergrund. Um diesen Forderungen gerecht werden zu können, müssen Geräte und Messapparaturen konzipiert werden, die eine hochgenaue Fertigung zulassen. Zur Übertragung von Kräften und Bewegungen müssen in diesen Anlagen Präzisionsführungen eingesetzt werden, an die, neben der Forderung nach einer hohen Steifigkeit, auch die Forderung nach geringer Reibung gestellt wird. Im Gegensatz zu anderen industriellen Anwendungen stellt der Verschleiß der Führung und das infolge dessen auftretende Versagen des Werkstoffes hier nicht das zentrale Problem dar. Vielmehr sind es schwer kontrollierbare Effekte bei der Positionierung, wie z.B. Stick-Slip-Effekte oder infolge der Reibung entstehende Nachführfehler bei Bahnsteuerungen, die eine einwandfreie Funktion dieser Geräte beeinflussen. Für die Entwicklung und den Betrieb von Präzisionsmaschinen ist eine Kenntnis über das Reibverhalten von Einzelkomponenten wie z.B. den eingesetzten Führungen unabdingbar. Da Führungen komplexe tribologische Systeme darstellen und Reibung schon in einzelnen Kontakten sehr vielen Einflussfaktoren unterliegt, ist eine analytische Erfassung der Reibung nicht möglich. Daher werden zur Vorhersage des Reibverhaltens und zur Reibungskompensation häufig komplexe Modelle verwendet, die in Ihrem Verlauf durch das Ändern von Parametern dem Systemverhalten angepasst werden können. Für den Einsatz dieser Modelle ist die Kenntnis entsprechender empirisch ermittelter Kennwerte notwendig. Die Tatsache, dass die Reibung von Führungen meist unter makrotribologischen Gesichtspunkten betrachtet wird, führt zu dem Problem, dass kaum Daten über das Verhalten von Linearführungen im Haftbereich, insbesondere über Anfangsverschiebung, Haftkraft und Losbrechverhalten vorliegen. Für Präzisionsführungen bilden diese charakteristischen Werte jedoch eine wesentliche Grundlage für die Modellbildung und die Bewertung der Führung. Daher sind Fragen nach der Größenordnung der genannten charakteristischen Werte, sowie nach dem genauen Zusammenhang zwischen Verschiebung und Kraft oder dem Einfluss geometrischer Gegebenheiten häufig noch offen. Für eine präzise Modellbildung ist eine Kenntnis dieser Werte jedoch notwendig. Das Ziel der durchgeführten Arbeit ist der Aufbau und die Inbetriebnahme des Prototyps eines Universalprüfstandes, mit dem das Haft- und Losbrechverhalten unterschiedlicher Führungen untersucht werden kann. Die Inbetriebnahme zielt darauf ab, die Durchführung von Messreihen problemlos zu ermöglichen und weitestgehend zu automatisieren. Des Weiteren soll im Rahmen der Inbetriebnahme überprüft werden, inwiefern der Prüfstand unter messtechnischen Gesichtspunkten geeignet ist Untersuchungen im Haftbereich durchzuführen. Die gewonnenen Messwerte sollen einen Anhaltspunkt für die Beurteilung der Führungen hinsichtlich der Eignung für den Einbau in Positioniereinrichtungen geben. Zusätzlich können die Ergebnisse eine Hilfe für eine präzise Modellbildung des Verhaltens der Führungen darstellen. Im Rahmen der Diplomarbeit konnte der Universalprüfstand zur Untersuchung des Reibverhaltens von Führungen in Betrieb genommen werden, so dass es möglich ist Messreihen automatisiert durchzuführen. Die erstellte Software erlaubt es unterschiedliche Messprofile, vor allem im Hinblick auf die Ansteuerung des Piezoaktors, einzustellen. Es besteht die Möglichkeit, neben der Ansteuerfunktion, ganz gezielt Parameter wie Verfahrgeschwindigkeit, eingeleitetem Weg oder der Zeit zwischen zwei Messzyklen einzustellen. Dadurch kann die Abhängigkeit der Reibkraft von diesen Parametern gezielt untersucht werden. Durch ein Programm zur Vorverarbeitung der erfassten Daten können Messwerte, trotz der großen Datenmengen, zügig umgerechnet und visualisiert werden, so dass eine erste Beurteilung der Messergebnisse schnell möglich ist. Bei den durchgeführten Messungen konnte gezeigt werden, dass das Haftverhalten von Führungen gezielt vermessen und erfasst werden kann. Ebenso konnte der bei einer Führung auftretende Stick-Slip aufgenommen werden. Der Prüfstand hat sich in diesem Bereich grundsätzlich als geeignet erwiesen, das Verhalten der Führungen auch bei sehr kleinen Verschiebungen und Kräften zu erfassen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/551441682janso.txt
Tröbs, Anita; Gerlach, Erik; Oberthür, Siegfried; Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor
Simulation einer Bewegungseinheit mit hybriden Modellelementen. - In: / Tagung (Wiesloch) : 2007.05.23-24. : ., ISBN 978-3-18-091971-3, (2007), S. 751-758

Seeger, Niklas
Entwicklung apedaler Lokomotionssysteme basierend auf der Steuerung innerer Massen. - 119 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Diese Diplomarbeit beinhaltet eine aktuelle Forschungsrecherche auf dem Gebiet der "worm-like motion systems". In dieser Arbeit wird die Entwicklung von Steuer- und Regelalgorithmen der Wirkelemente eines apedalen Lokomotionssystems beschrieben. Ebenso wird die Integration eines geeigneten Sensorsystems sowie der Entwurf und Aufbau der zugehörigen Elektronik dargestellt. - Die Bewegungssteuerung des Prototyps erfolgt über eine veränderliche innere Massenverteilung. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Modellbildung der Regelstrecken sowie der Simulation der Regelungen. Praktisch erfolgt die Implementierung der Regelalgorithmen auf einem Mikrocontroller und die Integration der zugehörigen Elektronik in das Gesamtsystem. - Zusätzlich werden neuartige Funktionsprinzipien für Bewegungssysteme basierend auf der Steuerung innerer Massen aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/545695473seege.txt
Lysenko, Victor ; Mintchenia, Wladimir; Zimmermann, Klaus
Minimization of the number of actuators in legged robots using biological objects. - In: Computer science meets automation ; Vol. 1. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Computer Science and Automation ; 52 (Ilmenau) : 2007.09.10-13., (2007), S. 483-488
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=8818
Ahranovich, Aliaksandr ; Karpovich, Svyatoslav; Zimmermann, Klaus
Multicoordinate positioning system design and simulation. - In: Computer science meets automation ; Vol. 1. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Computer Science and Automation ; 52 (Ilmenau) : 2007.09.10-13., (2007), S. 463-468
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=8815
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Biologically inspired locomotion systems and adaptive control. - In: Computer science meets automation ; Vol. 1. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau, Faculty of Computer Science and Automation ; 52 (Ilmenau) : 2007.09.10-13., (2007), S. 245-250

A wide range of control theory deals with the problem that, for a known system, a controller has to be designed in order that the feedback system achieves the prespecified control objective like stabilization or tracking. The fundamental difference between this approach and that of adaptive control in this paper is that the system is not known exactly, only structural information about the system, like the relative degree or the minimum phase condition, is available. In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties (e.g. minimum phase condition, strict relative degree) are known. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. The aim is to design a universal adaptive controller, which learns from the behaviour of the system, so automatically adjusts its parameters and achieves a pre-specified control objective. - The paper deals with a mechanical system, which is inspired by biological ideas. We present some theoretical investigations and prototypes of a worm-like locomotion system that has the earthworm as a living example. This system is modelled in the form of a straight chain of k = 3 interconnected point masses. The ground contact can be described by non-symmetric dry friction. We consider the case where different point masses are under the action of external forces. Also the distance between the point masses can be given as a kinematical constraint (control input). Since we deal with nonlinearly perturbed multi-input, multi-output systems, which are not necessary autonomous, particular attention is paid to the lambda-tracking control objective. We stress that the introduced adaptive controllers consist of very simple feedback mechanisms and adaptation rules.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=8761
Stüve, Frank
Untersuchung numerischer Verfahren für die Berechnung der Gleichgewichtslage beim Verfahren der elastischen Bänder. - 96 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2007

Zukünftige Fahrerassistenzsysteme, die den Fahrzeugführer bei der Vermeidung von Unfällen unterstützen sollen, profitieren von leistungsfähigen Bahnplanungsverfahren. Ein vielversprechender Ansatz ist das Verfahren der elastischen Bänder. Dabei wird die Umwelt des Fahrzeuges in einer Gefahrenkarte modelliert, die aus virtuellen Potentialfeldern besteht. In dieses Potentialgebirge wird ein so genanntes elastisches Band gelegt, dass sich unter den Potentialkräften verformt. In einer Gleichgewichtslage beschreibt das Band eine kollisionsfreie Bahn. Die Gleichgewichtsermittlung erfordert mathematisch die Lösung eines Systems nichtlinearer Gleichungen. - In dieser Arbeit werden drei ausgewählte numerische Lösungsverfahren in eine bestehende Simulationsumgebung implementiert mit dem Ziel der Steigerung von Effizienz und Stabilität der Berechnung. Zwei Verfahren ergeben sich dabei durch Erweiterung des bislang eingesetzten Newtonverfahrens um Dämpfungstechniken. Das dritte Verfahren ist eine Trust-region Optimierung, mit der ein neuer Ansatz verfolgt wird. Die Bahnplanungsverfahren werden schließlich in einer dafür entwickelten Testumgebung miteinander verglichen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/54342099Xstuev.txt
Abaza, Khaldoun
Ein Beitrag zur Anwendung der Theorie undulatorischer Lokomotion auf mobile Roboter : Evaluierung theoretischer Ergebnisse an Prototypen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 126 S., 3,07 MB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen undulatorische Lokomotionssysteme. In diesem Zusammenhang wurden die Begriffe Undulation und Lokomotion definiert. Die gerichtete Ortsveränderung natürlicher oder technischer Systeme ist generell als Lokomotion zu verstehen, aber es erweist sich als schwierig, eine aus Sicht der Mechanik umfassende Definition des Begriffes Lokomotion zu geben. Er wurde in dieser Arbeit, mathematisch, wie folgt beschrieben: Lokomotionssysteme sind technische Systeme, die in der Lage sind, alle ihre Punkte in einem ausgewählten charakteristischen Zeitintervall zu bewegen, wobei durchaus Größe und Richtung der Lageänderung der Punkte verschieden sein können. Die Mechanik versteht unter Undulation die Bewegung durch eine Erregung der Aktuatoren des Systems, die sowohl von außen kommen oder im Inneren erzeugt werden kann. Der Aktuator erzeugt seinerseits eine in der Regel periodische Gestaltänderung, welche durch die Wechselwirkung mit der Umgebung eine globale Lageänderung erzeugt. In der vorliegenden Arbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme theoretisch und mittels zweier entwickelter Prototypen untersucht. Der Prototyp (TM-ROBOT) wurde nach dem undulatorischen Bewegungsprinzip des Regenwurms (Längenänderung von Segmenten) aufgebaut. Ein Bewegungssystem, das für die Bewegung das peristaltische Bewegungsprinzip nutzt, bewegt sich mit periodischen Verformungen seines Körpers und nichtsymmetrischen Reibkräften unter Einbeziehung der Wechselwirkung mit der Umgebung. Der Prototyp (MINCH-ROBOT) im Rahmen dieser Arbeit ist ein Mikroroboter, der keine klassische undulatorische Lokomotion umsetzt. Er besteht aus einem Piezoaktuator und ist mit zwei passiven Beinen und einem Schwanz ausgerüstet. Die Undulation besteht in der Übertragung von den hochfrequenten Schwingungen seines Körpers (Piezoaktuator) auf die Beine. Somit werden komplexe räumliche Trajektorien der Beinendpunkte erzeugt. Bei dem Steuerprinzip dieses Mikroroboters spielt die Nichtsymmetrie der beiden Beine eine wesentliche Rolle. Diese (absichtlich realisierte) Nichtsymmetrie zwischen rechtem und linkem Bein ist die Ursache für eine Verschiebung der Resonanzbereiche der Beine. Damit wird der Roboter in seiner Richtung steuerbar. Numerische Simulationen der beiden Prototypen und Messungen an realem Objekt stützen die Theorie dieser Arbeit, die sich somit in das breite Feld der Lokomotionssysteme eingliedert.


http://d-nb.info/985015071/04
Kirchner, Isabel
Untersuchung des Einflusses der Aufstellungsbedingungen auf das dynamische Verhalten von Maschinen. - 48 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Im Rahmen dieser Arbeit war das Schwingverhalten von Maschinen in Abhängigkeit von den Aufstellungsbedingungen zu untersuchen. Als wesentliche Aufstellungsbedingungen sind dabei die Aufstellelemente (z.B. Maschinenfüße) und der Aufstellungsort zu betrachten. Zunächst erfolgten grundlegende Betrachtungen von Maschinen- und Gebäudeschwingungen mit den entsprechenden Einflussparametern. Anschließend wurden für eine Materialprüfmaschine und einen Schwingerreger Mehrkörpersystem - Modelle (MKS) erstellt. Dabei wurden neben Gelenken und starren Körpern auch vordefinierte räumliche Gelenkbalken verwendet. Diese Modelle wurden um Elemente der Aufstellungsbedingungen erweitert, wobei als Aufstellungsort ein Fundamentblock angenommen wurde. Die Erstellung dieser Modelle und die Simulation erfolgten mit der Simulationssoftware alaska 5.0. Durch Variation der Aufstellungsparameter konnten die Eigenfrequenzen des Gesamtsystems aus Maschine und Aufstellung verschoben und unterschiedliche Schwingungsdämpfungen erzielt werden. - Um die Qualität der Simulationsergebnisse abschätzen zu können, wurden an einer der simulierten Maschinen Schwingungsmessungen bei verschiedenen Aufstellungsvariationen durchgeführt und Vergleiche zwischen den Simulations- und Messergebnissen gezogen. - Bei den Betrachtungen wurde eine Beschränkung auf Schwingungen in Vertikalrichtung vorgenommen. - Im Ergebnis dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass durch günstige Wahl der Aufstellelemente die besseren Schwingungsdämpfungen in niedrigen Frequenzbereichen erzielt werden konnten. Wird eine Erhöhung der Eigenfrequenzen des Gesamtsystems angestrebt, so kann durch den Aufstellungsort eine Versteifung des Gesamtsystems erreicht werden. Der Vergleich von Simulations- und Messergebnissen zeigte, dass die Modelle eine hinreichende Nachbildung der Realität darstellten und es somit zuließen Aussagen über das wahrscheinliche Schwingungsverhalten bei veränderten Aufstellungsbedingungen zu treffen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/537516964kirch.txt
Wimmer, Tilman
Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Steuerung pedaler und apedaler kooperativ agierender Roboter. - 123 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Mobile kooperierende Roboter sind dazu in der Lage, Aufgaben auszuführen, die nur schwer oder gar nicht von einem einzelnen mobilen System ausgeführt werden können. Um mehrere Einzelsysteme so aufeinander abzustimmen, daß ein kooperierendes Gesamtsystem entsteht, ist ein hohes Maß an Koordination und Kommunikation zwischen den einzelnen beteiligten Robotern notwendig. Dabei wird die Forschung auf dem Gebiet der Schwarmrobotik insbesondere von der Bionik inspiriert, deren Ziel die Übertragung natürlicher Funktionsprinzipien auf technische Applikationen ist. Beispielsweise dient die Untersuchung der Kommunikationsstrukturen sozialer Insekten, etwa in einem Ameisenstaat, als Grundlage für die Nachbildung von Schwarmverhalten bei Robotern. - Einleitend wird in dieser Arbeit zunächst der Stand der Forschung auf dem Gebiet bionisch inspirierter kooperierender Roboter aufgezeigt, indem das Projekt "Swarm-Bot" von Dorigo et. al. untersucht wird. - Um dann verschiedene Szenarios kooperierenden Roboterverhaltens experimentell umsetzen zu können, standen 2 unterschiedliche Typen mobiler Robotersysteme zur Verfügung, eine hexapedale Laufmaschine und ein radgetriebener Roboter mit Differentialantrieb. Diese Roboter wurden teilweise in vorangehenden Projekten selbst entwickelt und für diese Arbeit weiter modifiziert. - Für eine Erweiterung des Einsatzspektrums wurden diese Systeme mit einer digitalen Kamera ausgestattet, mit der bewegte und unbewegte Objekte lokalisiert und verfolgt werden können (Colourtracking). Ausserdem wurde ein digitaler Kompass integriert, der allen Robotern eine gemeinsame Orientierung ermöglicht. - Um die mit der Installation der zusätzlichen Hardware geschaffenen Möglichkeiten voll ausnutzen zu können, wurde die notwendige Steuersoftware in C++ und C# geschrieben und so die Voraussetzung geschaffen, um mit mehreren Robotern kooperativ agieren zu können. Die Steuerung und Koordination erfolgt über eine Bluetooth-Wireless Verbindung mit einem PC. Verschiedene Szenarios wie Kettenbildung, Formationsfahrten und gemeinsamer Objekttransport konnten erfolgreich realisiert werden. - Die in dieser Diplomarbeit geschaffene Experimentierplattform ist einfach und flexibel erweiterbar und kann für weitere Experimente zur Schwarmrobotik genutzt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/532703138wimme.txt
Münch, Andreas
FEM-Analyse einer elastischen Wurmstruktur unter dem Einfluss von Magnetfeldern zur Realisierung einer Fortbewegung. - 140 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Forschungsgegenstand dieser Arbeit ist die Abbildung einer concertina motion mittels der Methode der Finiten Elemente. In experimentellen Vorarbeiten wurde hierzu das Verhalten einer zylinderförmigen, wurmartigen Struktur aus einem Ferrofluid, umgeben von einer silikonartigen Hülle untersucht. Diese Struktur befindet sich in einem Kanal, ober- und unterhalb des Kanals sind äquidistant Spulen angebracht. Durch gezielte Ansteuerung der Spulen bewegt sich die Struktur analog einer concertina motion. Die Kraftwirkung auf den Wurm ist bereits in weiteren Arbeiten sowohl mittels FEM, als auch durch analytische Gleichungen untersucht worden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die in der Simulation eingesetzten Kraftdaten. Das entwickelte FEM-Modell zeigt nur eine geringe Abweichung zu den experimentellen Daten. Die Bewegung der Struktur lässt sich hierbei als lineare Funktion, überlagert von einer sinusförmigen Welle beschreiben. Neben der Modellerstellung wurde auch in einer Parameterstudie die Abhängigkeit der Bewegungsfunktion von Parametern wie Wurmdurchmesser, Kanaldurchmesser, Reibwert zwischen Wurm und Wandung sowie der Wurmsteifigkeit untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Wurmes exponentiell von der Reibung zwischen Wurmgeometrie und Kanalwandung abhängt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/528146483muenc.txt
Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Turkov, Vladimir A.; Kolev, Emil; Lukashevich, Mikhail V.; Stepanov, Gennadij V.
A deformable magnetizable worm in a magnetic field - a prototype of a mobile crawling robot. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 311 (2007), 1, S. 450-453
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.11.153
Venhaus, Martin
Ein Beitrag zur Modellbildung und Simulation der Ballondilatation von Atemwegstenosen
1. Aufl.. - Göttingen : Cuvillier. - XI, 126 S.
Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006

Diese Dissertation befasst sich mit den mechanischen Vorgängen während der Ballondilatation von Atemwegstenosen. Die betrachteten Stenosen vom Typ narbige Striktur" werden im klinischen Alltag üblicherweise mit dem Instrument Dilatationsballon manuell gedehnt. Falls notwendig, erfolgt eine anschließende Stentimplantation. Die Auswahl des Stents, inklusive seiner Kennlinie, erfolgt gefühlsmäßig oder nach persönlichen Erfahrungen und Präferenzen. Zur Erlangung eines optimalen Behandlungsresultates ist jedoch eine Anpassung an das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose notwendig. Dieses Verhalten wird während der manuell durchgeführten Ballondilatation nicht ermittelt. Das Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen dem während der Dilatation gemessenen Druck-Volumen-Verlauf und dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose experimentell und theoretisch auf Basis von Modellen zu bestimmen. Dabei wird die Besonderheit berücksichtigt, dass bei der Dehnung der narbigen Striktur der Dilatationsballon durch die Stenose nur teilweise eingeengt wird; er ragt an beiden Enden über den stenosierten Bereich hinaus. Es werden experimentelle Untersuchungen an Modellstenosen unterschiedlicher Dehnbarkeit und Länge durchgeführt. Wie erwartet, führen härtere Stenosen zu einem steileren Kurvenanstieg während der Dilatationsphase. Demgegenüber zeigt der Vergleich zwischen Stenosen gleicher Dehnbarkeit, aber unterschiedlicher Länge eine zunächst unerwartet größere Dehnung der kürzeren Stenose bei gleicher Druckzunahme. Ursache ist, dass die Randbereiche der Stenosen einen zeitlichen Dehnungsvorsprung gegenüber den weiter innen liegenden Bereichen erfahren. Für dieses, bei kürzeren Stenosen ausgeprägtere, Verhalten wird der Begriff Effekt der Randdehnung" eingeführt. Die Modellbildung des Dilatationsvorganges basiert zum einen auf Gleichgewichtsbetrachtungen am freigeschnittenen Ballon und zum anderen (als Vergleich) auf dem Prinzip des Minimums der totalen potentiellen Energie. Das System Ballon / Stenose wird in drei Teilbereiche, für die unterschiedliche Bedingungen gelten, aufgeteilt. Die betrachteten Bereiche sind: 1. der proximale- und distale Ballonbereich außerhalb der Stenose; 2. der Bereich, in dem Ballon und Stenose in Kontakt treten; 3. der Übergangsbereich zwischen 1 und 2. Numerische Simulationen der Ballondilatation bestätigen die aus den experimentellen Untersuchungen und theoretischen Betrachtungen gewonnenen Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Druck-Volumen-Verlauf der Dilatation und Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/523098324venha.txt
Ahranovich, Aliaksandr; Karpovich, Svyatoslav; Zimmermann, Klaus; Zentner, Johannes
Multicoordinate positioning system for industrial equipment design method. - In: Information technology and electrical engineering - devices and systems, materials and technologies for the future : 51. IWK, Internationales Wissenschaftliches Kolloquium ; proceedings ; 11 - 15 September 2006 / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 51 (Ilmenau) : 2006.09.11-15., (2006), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13352
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Mobile robots based on magnetizable elastic elements and ferrofluids. - In: ROMANSY 16 / RoManSy, Symposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators ; 16 (Warsaw) : 2006.06.21-24. - Wien [u.a.] : Springer, ISBN 978-3-211-36064-4, (2006), S. 363-370

Bolotnik, N. N.; Zeidis, Igor M.; Zimmermann, Klaus; Yatsun, S. F.
Dynamics of controlled motion of vibration-driven systems. - In: Journal of computer and systems sciences international. - Moscow : MAIK/Interperiodica Publ, ISSN 15556530, Bd. 45 (2006), 5, S. 831-840
http://dx.doi.org/10.1134/S1064230706050145
Lux, Rüdiger
Theoretische und experimentelle Untersuchungen an Systemen für die optische Inspektionstechnik. - 82 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der dynamischen Eigenschaften von Geräten der OptiCon AdvancedLine aus der AOI Geräteserie der Firma Göpel electronic. Die AOI wird angewandt, um zum Beispiel Fehlbestückungen oder Lötfehler von Leiterplatten zu identifizieren. Um die Prüfung möglichst schnell durchzuführen, wird eine Kamera automatisch über den einzelnen Prüfabschnitten positioniert. Für diese Positioniervorgänge müssen große Massen beschleunigt werden. Dabei wird das Gesamtsystem hohen, dynamischen Kräften ausgesetzt und zu Schwingungen angeregt. Die Aufnahme eines Bereichs kann erst erfolgen, wenn diese Schwingungen abgeklungen sind. - Mit dem Ziel die Dauer zwischen zwei Positioniervorgänge zu verkürzen, wird das System, mit den Mitteln der Experimentellen und der Analytischen Modalanalyse, auf seine dynamischen Eigenschaften untersucht. Es wird eine Betriebsschwingungsanalyse durchgeführt, um die Erregung des Systems durch den Antrieb zu untersuchen. Dabei werden verschiedene Betriebszustände nachgestellt. Der Einfluss verschiedener Längen der Gestellfüße auf die Resonanzstellen des Aufbaus wird untersucht. Die Relativbewegungen zwischen Kamera und verschiedenen Punkten des Gerätes werden aufgezeichnet und ausgewertet. - Die erlangten Kenntnisse werden evaluiert und diverse Vorschläge zur Verbesserung der Konstruktion erarbeitet. Abschließend werden die Konstruktionsvorschläge diskutiert und eine Empfehlung gegeben.


Meier, Petra ; Oberthür, Siegfried; Lang, Michael
Development of a compliant device for minimally invasive surgery. - In: 28th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2006 : EMBS '06 ; [30 August - 3 September 2006, New York, NY]. - Piscataway, NJ : IEEE Service Center / Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society ; 28 (New York, NY) : 2006.08.30-09.03., (2006), S. 331-334

http://dx.doi.org/10.1109/IEMBS.2006.260537
Lotz, Markus; Hackel, Tobias; Frank, Thomas; Tröbs, Anita; Höhne, Günter; Theska, René; Zimmermann, Klaus
High precision modular long range travel vertical axis. - In: / Annual meeting. American Society for Precision Engineering ; 21 (Monterey, Calif.) : 2006.10.15-20., (2006), S. 227-230

Zimmermann, Klaus; Naletova, Vera A.; Zeidis, Igor; Böhm, Valter; Kolev, Emil
Modelling of locomotion systems using deformable magnetizable media. - In: Journal of physics / Condensed matter. - Bristol : IOP Publ, ISSN 1361648X, Bd. 18Bd. 18.2006, 38, S. S2973-S2983
http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/18/38/S30
Gerlach, Erik ; Tröbs, Anita; Zimmermann, Klaus
Erstellung eines Simulationsmodells zur computergestützten Untersuchung der Dynamik einer z-Achse für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: / Fachtagung Elektrisch-mechanische Antriebssysteme: Innovationen, Trends, Mechatronik (Böblingen) : 2006.09.27-28. : ., (2006), S. 547-556

Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Adaptive [lambda]-tracking for locomotion systems. - In: Robotics and autonomous systems : international journal. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier, ISSN 1872793X, Bd. 54 (2006), 7, S. 529-545

This paper deals with the (adaptive) control of mechanical systems, which are inspired by biological ideas. We introduce a certain type of mathematical models of worm-like locomotion systems and present some theoretical control investigations. Only discrete straight worms will be considered in this paper: chains of point masses moving along a straight line. We introduce locomotion systems in form of a straight chain of k=3 interconnected point masses, where we focus on interaction which emerges from a surface texture as asymmetric Coulomb friction. We consider two different types of drives: (i) The point masses are under the action of external forces, which can be regarded as external force control inputs. (ii) We deal with massless linear springs of fixed stiffnesses and controllable original spring lengths, which can be regarded as internal control inputs. The locomotion systems with these two types of drive mechanisms are described by mathe-matical models, which fall into the category of nonlinearly perturbed, multi-input, multi-output systems (MIMO-systems), where the outputs of the system are, for instance, the positions of the point masses or the displacements of the point masses. The goal is to simply control these systems in order to track given reference trajectories to achieve movement of the system. Because one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties are known, we deal with uncertain systems. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. Since we deal with nonlinearly perturbed MIMO-systems, we focus on the adaptive lambda-tracking control objective to achieve our goal. This means tracking of a given reference signal for any pre-specified accuracy lambda > 0. The objective is not to obtain information about the characteristics of the system or about system parameters, but simply to control the unknown system. This control objective allows us to design simple adaptive controllers, which achieve lambda-tracking. Numerical simulations of tracking different reference signals, for an arbitrary choice of the system parameters, will demonstrate and illustrate, that the introduced, simple adaptive controller works successfully and effectively.


http://dx.doi.org/10.1016/j.robot.2006.04.005
Stauche, Silke ; Zimmermann, Klaus
Das Kompetenzzentrum eLearning-Dienste an der TU Ilmenau. - In: / Workshop on e-Learning ; 4 (Leipzig) : 2006.07.10-11. : ., (2006), insges. 3 S.
Popp, Jana
Ferrofluide und Ferrogele : neue Materialien in der Anwendung für Lokomotions- und Manipulationssysteme. - 131 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Ferrofluide sind Suspensionen von ferromagnetischen Partikeln in Trägerflüssigkeiten mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 nm. Aus diesem Grund besitzen Ferrofluide paramagnetische und rheologische Eigenschaften. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes reagiert die Flüssigkeit mit starken Form- und Lageänderungen. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich damit Ferrofluide für lokomotive Aufgaben einzusetzen. Diese Arbeit befasst sich vorwiegend experimentell mit der Erzeugung und Bestimmung der Kraft pro Fläche (Druck), die vom Ferrofluid unter Einfluss eines Magneten erzeugt wird. Die vertikal wirkende Druckkomponente hat im Rahmen der geplanten Lokomotionsaufgabe die Funktion den Körper an der Ferrofluidoberfläche zu halten. Die horizontal wirkende Druckkomponente stellt die für den Vortrieb nötige Kraft zur Verfügung. Ziel ist die zweidimensionale Fortbewegung nichtmagnetischer Körper. In Hinblick auf die Zielstellung wurden anhand von statischen Messungen allgemein gültige Einflussfaktoren der vertikal wirksamen Druckkomponente und anschließend mittels dynamischer Messungen die vertikal und horizontal wirkenden Druckkomponenten untersucht. Es zeigte sich, dass der vertikale Ferrofluiddruck, von der Anregungsstärke der Elektromagneten, vom Abstand zum Magneten, von der Position innerhalb des Versuchsbeckens und von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Elektromagneten abhängig ist. Der maximal erzielbare vertikale Druck liegt im Bereich von 1000 bis 6000 Pa und ist damit verhältnismäßig gering. Das macht die Anwendung nur für sehr leichte Körper geeignet. Als Problemstellung zeigt sich, dass der Druckunterschied zwischen einer Position über einem Magneten und einer Position zwischen zwei Magneten gravierend ist. Dieses Phänomen ist umso stärker, je höher die magnetische Feldstärke ist. In einer Möglichkeitsstudie zur lokalen Druckerhöhung, wurde nachgewiesen, dass ein kombinierter Einsatz von Permanent- und Elektromagneten in Abhängigkeit von der Polarisation zwischen den Magnettypen und den Magnetpositionen räumlich eng begrenzt hohe Drucksteigerungen oder so genannte Druckkorridore zwischen Magnetpositionen erzielen kann. Im dynamischen Zustand können vertikal und horizontal wirkende Druckverteilungen in Abhängigkeit von den verwandten Anregungsspannungssignalen (trapez- oder rechteckförmig) der Elektromagnete und bei hinreichend kurzer Verzugszeit zwischen den Einzelspulenanregungen realisiert werden, die gleichmäßigen oder schubweise durchgehenden Transport ermöglichen. Für beide Druckkomponenten besteht eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrofluidwelle fortsetzt. Der vertikale Trag- oder Hubdruck ist um ein Zehnfaches höher als der horizontale Schubdruck.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/518693910popp.txt
Lysenko, Victor ; Zimmermann, Klaus; Ahranovitch, Alexander
Eine eLearning Methode für die Systematisierung von Kenntnissen über technische Systeme, basierend auf einem "interaktiven morphologischen Würfel". - In: / Workshop Multimedia in Bildung und Wirtschaft ; 10 (Ilmenau) : 2006.09.14-15. : ., (2006), S. 97-101
Zimmermann, Klaus
Das Kompetenzzentrum eLearning-Dienste an der TU Ilmenau. - In: / Workshop Multimedia in Bildung und Wirtschaft ; 10 (Ilmenau) : 2006.09.14-15. : ., (2006), S. 59-61
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Bachurin, V. E.
Magnetic fluid layer on a cylinder in a traveling magnetic field. - In: Zeitschrift für physikalische Chemie : international journal of research in physical chemistry and chemical physics. - Berlin : De Gruyter, ISSN 21967156, Bd. 220 (2006), 1, S. 117-124
http://dx.doi.org/10.1524/zpch.2006.220.1.117
Füchsel, Dennis
Simulation des Fahrverhaltens von mobilen Robotern. - 125 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Die mobile Robotik bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Deshalb ist das Interesse an ihr in den letzten Jahren stetig gestiegen. Mobile Roboter finden beispielsweise als radgebundene Landfahrzeuge und als Tauchroboter unter Wasser Verwendung. In dieser Arbeit wurde das Fahrverhalten von mobilen Robotern untersucht. Es wurden spezielle mobile Roboter analysiert, die als fußballspielende Systeme verwendet werden. Das Kapitel 4 beinhaltet eine Klassifizierung möglicher Fahrwerkkonfigurationen, die für mobile Roboter verwendet werden können. Es wird der Aufbau dieser Fahrwerkkonfigurationen beschrieben und deren Vor- und Nachteile erläutert. Mit der kinematischen Analyse bestimmter Fahrwerkkonfigurationen beschäftigt sich das Kapitel 5. Ein Ziel war es, verschiedene Abhängigkeiten zwischen den am Fahrzeug einstellbaren Parametern (z.B. Lenkwinkel, Winkelgeschwindigkeiten der Räder) und der daraus resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeuges herzuleiten. Außerdem konnte mit diesen kinematischen Beziehungen die Beweglichkeit der verschiedenen Fahrwerkkonfigurationen ermittelt werden. Anschließend (im Kapitel 6) wurde das Fahrverhalten von zwei mobilen Robotern simuliert. Es handelte sich dabei um ein Fahrzeug mit Differentialantrieb und um ein Fahrzeug mit omnidirektionalen Rädern. Zum Einsatz kam ein Mehrkörpersimulationsprogramm. Als Fahrmanöver wurden für die Beurteilung des Fahrverhaltes die stationäre Kreisfahrt und die beschleunigte Geradeausfahrt ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass bei dem Fahrzeug (mobilen Roboter) mit Differentialantrieb der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und dem Gleiter einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges hat. Der Gleiter ist ein notwendiger Abstützpunkt der Fahrzeuge mit Differentialantrieb, der dafür verantwortlich ist, dass das Fahrzeug nicht umkippt. Besonders deutlich wurde diese Abhängigkeit bei der beschleunigten Geradeausfahrt sichtbar. Weiterhin ergaben die Analysen, dass das Fahrverhalten bei Fahrzeugen mit omnidirektionalen Rädern von der konstruktiven Anordnung dieser Räder abhängig ist. Dabei hatte die Identität der Drehachsen von zwei Rädern eines dreirädrigen Fahrzeuges einen negativen Einfluss auf die Fahrdynamik.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/510523579fuech.txt
Koch, Amelia
Untersuchung und Anwendung Stochastischer Methoden bei der Auslegung von Raumfahrtstrukturen. - 59 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Eine Simulation, die auf der Monte-Carlo-Methode basiert, erlaubt es Unsicherheiten in einem mathematischen Modell zu berücksichtigen. Dies wird erreicht, indem die Eingabeparameter zufällig variiert und dutzende bis hunderte von deterministischen Analysen durchgeführt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass durch eine stochastische Simulation ein besseres Verständnis des Verhaltens von Raumfahrtstrukturen gewonnen werden kann. Dies wurde für das Strukturmodell eines Weltraumteleskops bewiesen. Die Simulation gibt die Hauptsensitivität der echten Struktur wieder. Für ein vergleichbares Teleskop weist die Simulation auf die Stellen hin, an denen eine Überarbeitung der Konstruktion zu einer Verbesserung führen kann. Es wurden die Softwarepakete Nastran und MSC.Robust Design eingesetzt. Es werden praktische Hinweise zur Vorbereitung eines Strukturmodells für eine stochastische Simulation gegeben. - Es wurde ein einfaches Modell gestestet um die Eigenschaften der Methode "Stochastic Design Improvement" (SDI) zu ermitteln. Anders als eine Optimierung berücksichtigt das SDI Unsicherheiten. Daher wird für jede Iteration eine ganze Wolke von Stichproben erzeugt. Diese Wolke wird zu einem Ziel hinbewegt, welches das gewünschte Verhalten wiedergibt. SDI zielt nicht auf die Erzeugung eines Optimums, sondern einer Gruppe von akzeptablen Lösungen hin. Die robuste Lösung muss hinterher identifiziert werden. Wo ein optimaler Entwurf die Ressourcen erschöpft, kann ein robuster Entwurf Unsicherheiten aufnehmen. - Der größte Vorteil der Monte-Carlo-Methode ist ihre einfache Idee, dieselbe Aufgabe etliche Male zu wiederholen. Dies erlaubt es, mehr Zeit für die Auswertung der Ergebnisse zu verwenden als für das Einstellen der Parameter eines komplizierten mathematischen Algorithmus. Da die Methode auf Zufälligkeit beruht, hat sie sich als wenig fehleranfällig erwiesen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie auf verschiedene Aufgabestellungen der Ingenieurtätigkeit angewandt werden kann. Der Rechenaufwand ist akzeptabel, wenn die Berechnungen außerhalb von Bürozeiten durchgeführt werden. Die Nutzung der innewohnenden Parallelität der Methode wird nicht durch die zur Verfügung stehende Rechenleistung, sondern durch die Anzahl der Rechenlizenzen begrenzt. Letztendlich erlaubt eine stochastische Simulation, das Potential eines bereits vorhandenen Modells voll auszuschöpfen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/510381863koch.txt
Chirikov, Victor A. ; Kolev, Emil
Comparison of calculation and tests for natural frequencies of beams. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23., 2005, [14.03], insges. 13 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18005
Lysenko, Victor ; Zimmermann, Klaus; Ahranovich, Aliaksandr
Procedure for optimized technical systems design with the morphological interactive invention cube (MIIC) usage. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Verl. ISLE, 2005, [07.P.04], insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17663
Minchenia, Vladimir T.; Chigarev, Anatoli V.; Abaza, Klaudoun; Zimmermann, Klaus
The dynamics of the microrobot with three fulcrums on the planar surface. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Verl. ISLE, 2005, [07.15], insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17658
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Stepanov, Gennady V.
Behavior of a magnetizable worm in a magnetic field. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23., 2005, [07.13], insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17655
Gießler, Cornelia ; Steigenberger, Joachim; Zimmermann, Klaus
Analytical modelling and numerical analysis for designing an instrument channel in a mobile probe. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Verl. ISLE, 2005, [07.12], insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17654
Zentner, Lena; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus; Huba, Antal
Ein Beitrag zu nichtkonventionellen fluidisch angetriebenen monolithischen nachgiebigen Aktoren. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23., 2005, [07.01], insges. 9 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17642
Lang, Michael ; Vasev, Natalja; Meier, Petra
Schichtdicke und Benetzungsverhalten von Silikonelastomeren. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Verl. ISLE, 2005, [06.08], insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17525
Ahranovich, Aliaksandr ; Zimmermann, Klaus; Karpovich, Svyatoslav
Investigating the ability of holonomic automatic systems' dynamics control. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23., 2005, [03.3.02], insges. 12 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17146
Tröbs, Anita ; Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus
Untersuchung der Dynamik einer hochgenauen x-y-Verfahreinheit für eine Nanopositionier- und Nanomessmaschine anhand eines Konstruktionsentwurfes. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano : 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, September, 19 - 23, 2005 ; proceedings. - Ilmenau : Verl. ISLE / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23., 2005, [01.11], insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16756
Meier, Petra ; Lang, Michael; Oberthür, Siegfried
Reiterated tension testing of silicone elastomer. - In: Plastics, rubber and composites. - London : Taylor and Francis, Bd. 34 (2005), 8, S. 372-377

A peristaltically actuated device, PADeMIS, composed of silicone rubber (SR) is under development for use in minimally invasive surgery. During locomotion, the device will be subject to a few thousand load changes involving varying, sometimes high, strains. The design is being optimised by finite element analysis, for which a constitutive law for the mechnical behaviour of silicone rubber is required. Uniaxial and biaxial tension tests have been performed on specimens of used silicon rubber. Synchronous fittign of uniaxial and biaxial tensile data gives significantly better results than using uniaxial or biaxial results alone to derive constitutve laws. The mechnical properties of SR were found to change from loading to loading up to few thousand cycles. Hence, simulating the deformation of SR structures is problematic. Furthermore, variability was observed between batches of SR.


http://dx.doi.org/10.1179/174328905X59737
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Pivovarov, Michail; Abaza, Khaldoun
Forced nonlinear oscillator with nonsymmetric dry friction. - In: 8th Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 8 (Łód´z) : 2005.12.12-15. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, (2005), S. 165-172

Behn, Carsten
Adaptive [lambda]-tracking and stabilization for relative degree two systems. - In: 8th Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications / Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications ; 8 (Łód´z) : 2005.12.12-15. : . - Łód´z : Department of Automatics and Biomechanics, (2005), S. 467-474

A wide range of control theory deals with the problem that, for a known system, a controller has to be designed in order that the feedback system achieves the prespecified control objective like stabilization or tracking. The fundamental difference between this approach and that of adaptive control (in this paper) is that the system is not known exactly, only structural information about the system, like the relative degree or the minimum phase condition, is available. We consider nonlinearly perturbed multi-input u, multi-output y, minimum phase systems with strict relative degree two. We suppose for the analysis of these systems, that they are not known precisely. Therefore, the adaptive control law has to be designed so that the controller learns from the behaviour of the system, and based on this information, it adjusts its parameters. The objective is not to obtain information about the system, but simply to control the unknown system, where we use the high-gain property of this system, see Ilchmann 1991. This approach is called non-identifier-based high-gain adaptive control in the literature, see Ilchmann 1993. Since this paper deals with nonlinearly perturbed multi-input, multi-output systems, which are not necessary autonomous, particular attention is paid to the adaptive lambda-tracking control objective. This means, that the output of the system should stay close to (track) a given reference signal (absolutely continuous and bounded with bounded derivatives up to order two), where a prespecified small tracking error of size lambda is tolerated. The goal is achieved by the so-called lambda-tracker. This controller is simple in its design, relies only on structural properties of the system (and not on the system's parameters) and does not invoke any estimation or identification mechanism. It only consists of a feedback strategy and a simple parameter adaptation law, and, moreover, does not have to depend on the derivative of the output of the system. This controller which includes a dynamic compensator is due to a controller of Miller and Davison (1991). The system class is more general and the controller is much more simpler than the introduced and considered one in Ye (1999). It is proved that using this controller lambda-tracking and stabilization can be achieved for the considered nonlinearly perturbed systems with unknown parameters, see Behn (2005). The feedback strategy reduces in dimension (the number of used variables calculated by internal differential equations) if we restrict the class of systems to single-input, single-output systems with the centre of the zeros in the open left-half complex plane.


Kolev, Emil ; Stoyanov, Stefan
Festigkeitsuntersuchungen an Kuttermessern für die Fleischindustrie. - In: / Naučno-Techničeskaja Konferencija Vibracija - 2005, Vibracionnye Mašiny i Technologii ; 7 (Kursk) : 2005.. : ., (2005), S. 79-83

In der Lebensmittelindustrie werden sehr viele verschiedene Messertypen zum Zerkleinern von frischen und gefrorenen Fleischsorten in der Kuttermaschine angewendet. Die Formen der Messer sowie ihre Schnittwinkel variieren sehr stark und sind empirisch entstanden. Es konnte festgestellt werden, dass zu den Messerformen, zum Schneidvorgang und zu den Kräften im Messerkörper keinerlei gesicherte wissenschaftliche Überlegungen existieren. - Durch die ständige Leistungssteigerung der Maschinentechnik kann eine Festlegung der Messerkörpergeometrie rein aus der Erfahrung auch bei einer günstigen Stahlauswahl keine Sicherheit gegen Bruch gewährleisten. Diese Tatsachen erfordern eine wissenschaftliche Vorgehensweise bei der Festlegung der Messerparameter.


Zeidis, Igor ; Zimmermann, Klaus; Pivovarov, Mikhail
Dynamics of a nonlinear oscillator in consideration of non-symmetric Coulomb dry friction. - In: / EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference ; 5 (Eindhoven) : 2005.08.07-12. : ., (2005), S. 308

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Grabow, Jörg; Gerlach, Erik; Tröbs, Anita
Parameteridentifikation und virtuelles Prototyping von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen basierend auf Methoden der Mehrkörperdynamik. - In: Technische Mechanik : wissenschaftliche Zeitschrift für Grundlagen und Anwendungen der technischen Mechanik. - Magdeburg : Inst., ISSN 02323869, Bd. 25 (2005), 2, S. 90-99
Zentner, Lena ; Böhm, Valter
Zur Anwendung nachgiebiger Mechanismen. - In: Konstruktion : Zeitschrift für Produktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe. - Düsseldorf : Springer-VDI-Verl., ISSN 07205953, Bd. 57 (2005), 11/12, S. 49-50

Nachgiebige Mechanismen finden immer breitere Anwendung und ersetzen erfolgreich bei vielen Aufgaben konventionelle Starrkörpermechanismen. Die im Beitrag beschriebene Klassifikation nachgiebiger Strukturen entstand während langjährigen Entwicklungs- und Untersuchungsarbeiten mit nachgiebigen Mechanismen an der TU Ilmenau. Diese strukturierte Darstellung nachgiebiger Strukturen hilft dem Anwender die Aufgabenstellung zu formulieren und die nachgiebigen Mechanismen dafür gezielt einzusetzen. Außerdem zeigt die dargestellte Klassifikation die zukunftsorientierten Entwicklungsmöglichkeiten nachgiebiger Mechanismen.


Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Biologically inspired locomotion systems and adaptive control. - In: Proceedings of multibody dynamics 2005 / ECCOMAS Thematic Conference Multibody Dynamics (Madrid) : 2005.06.21-24. - Madrid : Univ. Politécnica de Madrid, (2005), insges. 18 S.

This paper deals with the (adaptive) control of a mechanical system, which is inspired by biological ideas. We present some theoretical investigations of a worm-like locomotion system that has the earthworm as a living prototype. This system is modelled in the form of a straight chain of k=3 interconnected point masses. The ground contact can be described by non-symmetric dry friction. We consider the case where different point masses are under the action of external forces, hence these forces can be regarded as control inputs. Therefore, this system is described by a mathematical model that falls into the category of nonlinearly perturbed, multi-input, multi-output systems, where the outputs of the system are, for instance, the positions of the point masses. In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties (e.g. minimum phase condition, strict relative degree) are known. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. The aim is to design a universal adaptive controller, which learns from the behaviour of the system, so automatically adjusts its parameters and achieves a pre-specified control objective. Since we deal with nonlinearly perturbed multi-input, multi-output systems, which are not necessary autonomous, particular attention is paid to the [lambda]-tracking control objective. Simple adaptive mechanisms which achieve tracking of a given reference signal for any pre-specified accuracy [lambda] are introduced. [lambda] > 0 denotes the size of the tracking error. The feedback strategy reduces in dimension (the number of used variables calculated by internal differential equations) if we restrict the considered system class to single-input, single-output systems with zero-centre in the open left-half complex plane. We stress that the introduced adaptive controllers consist of very simple feedback mechanisms and adaptation rules. These controllers are only based on information about the output of the system no knowledge of the system parameters is required.


Gerlach, Erik ; Zimmermann, Klaus; Tröbs, Anita
Simulationsgestützter Entwurf einer hochpräzisen Positioniereinrichtung für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: / Mechatronik 2005 (Wiesloch) : 2005.06.01-02. : ., (2005), S. 125-135
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Goncharov, P. A.
Surface of a magnetic fluid containing a spherical body in the uniform magnetic field. - In: / PAMIR International Conference ; 6 (Riga) : 2005.06.27-07.01., (2005), S. 373-376
Behn, Carsten ; Zimmermann, Klaus
Biologically inspired sensors with adaptive control. - In: Tagungsunterlagen / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Techn. Univ., (2005), insges. 8 S.

Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 3rd International Symposium on Adaptive Motion in Animals and Machines, 2005, Ilmenau
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Worm-like locomotion, ways of realization: non-symmetric friction and application of ferrofluids. - In: Tagungsunterlagen / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Techn. Univ., (2005), insges. 6 S.

Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 3rd International Symposium on Adaptive Motion in Animals and Machines, 2005, Ilmenau
Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten; Zimmermann, Klaus; Abaza, Khaldoun
Worm-like locomotion - theory, control and application. - In: Tagungsunterlagen / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 50 (Ilmenau) : 2005.09.19-23. - Ilmenau : Techn. Univ., (2005), insges. 6 S.

Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 3rd International Symposium on Adaptive Motion in Animals and Machines, 2005, Ilmenau
Böhm, Valter
Bionisch inspirierte monolithische Gelenkelemente mit fluidmechanischem Antrieb. - IV, 127 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
Enth. ausserdem: Thesen

In vielen Bereichen der Technik ist eine spezifische Nachgiebigkeit technischer Systeme eine dringende Voraussetzung. Soft robotics ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. Die Nachgiebigkeit technischer Systeme wird entweder durch Kontrolle oder durch strukturelle und stoffliche Eigenschaften gewährleistet. Der Vorteil der letzteren Möglichkeit besteht in der herstellungs-, bzw. regelungstechnischen Einfachheit des Systems. Bionische Ansätze gewinnen zur Lösung komplexer technischer und technologischer Problemstellungen auch in der angewandten Mechanik zunehmend an Bedeutung. Die Biomechanik der Gliedertiere mit monolithischen Extremitäten bietet aus mehreren Hinsichten Anregungen zur Gestaltung von technischen nachgiebigen Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden monolithische, elastomere, fluidmechanisch angetriebene Gelenkelemente mit ebenem Bewegungsbereich betrachtet. Es werden theoretische und experimentelle Untersuchungen vorgenommen, um charakteristische Merkmale derartiger Strukturen abzuleiten und unter Einbeziehung bionischer Ansätze Lösungsvorschläge von Konstruktionsvarianten mit im Vergleich zu bekannten Lösungen verbesserten quantitativen bzw. qualitativ neuen Eigenschaften zu erarbeiten. Die Arbeit ist in vier Teile gegliedert. Im ersten Teil werden die beim Entwurf von nachgiebigen Mechanismen in Betracht zu ziehenden bionischen Ansätze genannt. Im zweiten Teil der Arbeit werden Konstruktionsvarianten mit im Vergleich zu konventionellen Strukturen verbesserten quantitativen Eigenschaften und ihre charakteristischen Merkmale bei statischen und dynamischen Druckbelastungen betrachtet. Im dritten Teil der Arbeit werden zwei qualitativ neue Verformungsverhalten der Strukturen betrachtet. Im vierten Teil der Arbeit werden hingegen solche Strukturen betrachtet, die für einen gegebenen Druckwert, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Druckerhöhung, unterschiedliche Gleichgewichtslagen annehmen können. Die Ansteuerung derartiger Strukturen kann anstelle der Größe des Druckes mit der Geschwindigkeit der Lastaufbringung erfolgen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/501890963.PDF
Zimmermann, Klaus
Mechanische Systeme. - In: : ., (2005), S. 231-284

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Bachurin, V. E.
Locomotion based on a two-layers flow of magnetizable nanosuspensions. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 290/291 (2005), 2, S. 808-810
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2004.11.370
Behn, Carsten
Ein Beitrag zur adaptiven Regelung technischer Systeme nach biologischem Vorbild
1. Aufl. - Göttingen : Cuvillier. - IV, 172 S.
Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3865373879

Diese Dissertation behandelt die Regelung von biologisch inspirierten mechanischen Systemen. Die betrachteten Anwendungen umfassen ein wurmartiges Fortbewegungssystem, Bewegungsstudien eines Pendels mit muskelähnlichen Antrieben und einen Schwingungssensor nach dem Prinzip von Tasthaaren oder Sensillen. Alle Systeme werden mittels mathematischer Modelle beschrieben, die in die Kategorie von linearen und nichtlinear gestörten Systemen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen einzuordnen sind. Gewöhnlich kann nicht erwartet werden, daß vollständige Informationen eines derartigen, hochentwickelten mechanischen oder biologischen Systems vorhanden sind. Stattdessen sind nur strukturelle Eigenschaften, wie Minimalphasigkeit und Relativgrad des Systems, bekannt. Daher wird zur Regelung in dieser Arbeit die Methode der adaptiven Regelung gewählt. Das Ziel ist, einen universellen adaptiven Regler zu entwerfen, der vom Systemverhalten lernt, so seine Parameter einstellt und eine vorab festgelegte Regelungszielsetzung gewährleistet. Mögliche Zielsetzungen sind Stabilisierung der Systeme oder lambda-Bahnverfolgung. - Da in dieser Arbeit nichtlinear gestörte (nicht notwendigerweise autonome) Systeme mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen betrachtet werden, wird der Regelungszielsetzung der lambda-Bahnverfolgung ein besonderes Augenmerk gewidmet. Diese Zielsetzung bedeutet, daß der Ausgang des Systems einem gegebenen Referenzsignal folgen soll, wobei ein Verfolgungsfehler von vorher festgelegter Größe lambda > 0 toleriert wird. Das Ziel wird mittels des sogenannten lambda-Bahnverfolgungsreglers erreicht. Dieser Regler ist einfach in seinem Design, nur auf strukturelle Eigenschaften des Systems (nicht auf Systemparameter) angewiesen und bezieht keine Schätz- und Identifikationsmechanismen mit ein. Er besteht nur aus einer Rückführungsstrategie und einem einfachen Parameteradaptionsgesetz. Außerdem muß er nicht auf der Verwendung der Zeitableitung des Ausgangs basieren. Es wird gezeigt, daß bei Nutzung dieses Reglers die lambda-Bahnverfolgung und Stabilisierung der betrachteten, nichtlinear gestörten, mechanischen Systeme mit unbekannten Systemparametern erreicht wird. Die Rückführungsstrategie reduziert sich in ihrer Dimension (Anzahl der verwendeten Größen aus internen Differentialgleichungen), wenn die Untersuchung auf Systemklassen von Systemen mit einem Eingang, einem Ausgang und mit einem stabilen Polschwerpunkt in der offenen, linken, komplexen Halbebene beschränkt wird. Ein Beispiel für diesen Fall ist durch ein Feder-Masse-Dämpfer-System mit einem Freiheitsgrad und mit indirekter Erregung über das Gehäuse gegeben. Numerische Simulationen der oben erwähnten, mechanischen Systeme demonstrieren, daß die in dieser Arbeit entworfenen, adaptiven Regler (Stabilisierer und lambda-Bahnverfolgungsregler) erfolgreich arbeiten.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/481216480behn.txt
Zentner, Lena ; Kolev, Emil; Keskeny, Jozsef
Analyses of compliant structures to design a robot manipulator. - In: / International Congress "Mechanical Engineering Technologies" ; 4 (Varna) : 2004.09.23-25. : ., (2004), S. 74-77
Kolev, Emil ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Discrete and continuous model worm-like locomotion. - In: / International Congress "Mechanical Engineering Technologies" ; 4 (Varna) : 2004.09.23-25. : ., (2004), S. 52-55
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Mathematical models and prototypes of worm-like motion systems using magnetic materials. - In: / ROMANSY ; 15 (Montreal) : 2004.06.14-18., (2004), insges. 9 S.

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim; Pivovarov, Mikhail
An approach to worm-like motion. - In: / International Congress of Theoretical and Applied Mechanics ; 21 (Warsaw) : 2004.08.15-21., (2004), insges. 2 S.

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.
Modelling of worm-like motion systems with magneto-elastic elements. - In: Physica status solidi / C. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 16101642, Bd. 1 (2004), 12, S. 3706-3709
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Zentner, Lena; Böhm, Valter; Bögelsack, Gerhard; Zimmermann, Klaus; Schilling, Cornelius; Blickhan, Reinhard; Witte , Hartmut
Spider legs - or : on the stability behaviour of elastic beams under internal pressure. - In: / International Industrial Conference Bionik ; 1 (Hannover) : 2004.04.22-23. : ., (2004), S. 143-150

Zimmermann, Klaus; Stauche, Silke
Machbarkeitsstudie - Entwicklung und Konstruktion biomimetischer Roboter für die Inspektionsrobotik und Medizintechnik : Schlussbericht ; erstellt durch Förderung BMBF PTJ-BIO/311971 ; [Laufzeit: 1.6.2004 - 30.11.2004]. - Ilmenau. - Online-Ressource (9 S., 592 KB)
Förderkennzeichen BMBF 0311971. - Literaturverz.
http://edok01.tib.uni-hannover.de/edoks/e01fb06/505703742.pdf
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.
Travelling waves on a free surface of a magnetic fluid layer. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 272/276 (2004), 3, S. 2343-2344
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Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.
Waves on the surface of a magnetic fluid layer in a traveling magnetic field. - In: Journal of magnetism and magnetic materials : MMM. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co, ISSN 03048853, Bd. 268 (2004), 1/2, S. 227-231
http://dx.doi.org/10.1016/S0304-8853(03)00503-1
Gerlach, Erik ; Zimmermann, Klaus; Steffen, O.
Computergestützte Simulation der Dynamik einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPM-Maschine). - In: / Fachtagung Sensoren und Messsysteme (Ludwigsburg) : 2004.03.15-16. : ., (2004), S. 739-746

Schneider, Anatoli ; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Stability of a "manipulator-drill" system with force control and time delay. - In: Technische Mechanik : wissenschaftliche Zeitschrift für Grundlagen und Anwendungen der technischen Mechanik. - Magdeburg : Inst., ISSN 02323869, Bd. 24 (2004), 1, S. 51-60
Dietrich, Johannes; Oberthür, Siegfried; Preuß, Roman; Voges, Danja; Meier, Petra
Development of a peristaltically actuated device for the minimal invasive surgery with a haptic sensor array. - In: / Workshop on Micro- and Nanostructures of Biological Systems ; 2 (Halle, Saale) : 2002.09.09-10. : ., (2004), S. 66-89

Meier, Petra ; Preuß, R.; Oberthür, Siegfried
Development of an artificial worm for minimal invasive surgery. - In: / Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik im VDE ; 38 (Ilmenau) : 2004.09.22-24. : ., (2004), S. 116-117
Grabow, Jörg
Radiale Turbogebläse : Theorie und Entwurf. - VIII, 186 Bl.
Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2004
Keine Verlagsausgabe. Falsche Angaben im Impressum: ISBN XXX-XXX-XXX, Norderstedt : Books on Demand
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/483092339.PDF
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera; Turkov, Vladimir; Rozin, Alexander
Numerical simulation of a magnetic fluid surface dynamic in a travling magnetic field. - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 49 (Ilmenau) : 2004.09.27-30. : ., (2004), S. 360-364

Zimmermann, Klaus ; Ahranovich, Aliaksandr; Karpovich, Svyatoslav
Analysis and synthesis of differential analyzers for holonomic automatic systems. - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 49 (Ilmenau) : 2004.09.27-30. : ., (2004), S. 246-251

El-Chammas, Manar; Dietrich, Johannes; Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus
Optimising the trajectories of various modular robot configurations by employing genetic algorithms. - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 49 (Ilmenau) : 2004.09.27-30. : ., (2004), S. 229-233

Lysenko, Victor ; Zimmermann, Klaus
Entwurfsmethode für die Entwicklung mobiler Roboter basierend auf einer interaktiven morphologischen Matrix (Interactive Invention Cubic - IIC). - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (IWK). Technische Universität Ilmenau ; 49 (Ilmenau) : 2004.09.27-30. : ., (2004), S. 146-150

Blankenhagen, Carsten; Böhm, Walter; Gall, Dietrich; Hartung, Gerd; Schäfer, Jürgen A.; Sommer, Jürgen
Grundlagenuntersuchungen an herkömmlichen Hochspannungsleuchtröhren (HSLR). - In: Licht : Planung, Design, Technik, Handel ; Organ der Deutschen Lichttechnischen Gesellschaft e.V. (LiTG) ; Organ des Normenausschusses Lichttechnik (FNL) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V. ; Organ des Verbandes Wohnraumleuchten-, Lampenschirm und Zubehör-Industrie e.V. (VWLZ) ; Organ des Fachverbandes Lichtwerbung (FVL). - München : Pflaum, ISSN 00242861, Bd. 56 (2004), 3, S. 208-216
Zimmermann, Klaus ; Weiß, Mathias; Stauche, Silke
Lehrsoftware im Fachgebiet Technische Mechanik. - In: / Workshop Multimedia für Bildung und Wirtschaft ; 8 (Ilmenau) : 2004.09.30-10.01. : ., (2004), S. 123-125

In einem Fach wie Technische Mechanik, bei der die Wissensanwendung unmittelbar mit der Umsetzung mathematischer Kenntnisse und rechnergestützter Methoden verbunden ist, sind natürlich Versuche unternommen worden, auch die Wissensaneignung rechnerunterstützt zu realisieren. In der überwiegenden Mehrzahl der Arbeiten wird dabei Software vorgestellt, die im wesentlichen den formalen Rechenprozeß (z.B.: das Lösen von Gleichungssystemen, das Integrieren von Differentialgleichungen etc.) erleichtern soll. Der wesentliche Schwerpunkt bei der Erarbeitung der vorliegenden Software liegt in der Vermittlung der notwendigen (und immer wieder schwierigen) Lehrinhalte im Zusammenhang mit der Modellbildung.


Meier, Petra; Khader, Samer; Preuß, Roman; Dietrich, Johannes; Voges, Danja
Uniaxial and equi-biaxial tension tests of silicone elastomer. - In: / European Conference on Constitutive Models for Rubber ; 3 (London) : 2003.09.15-17. : ., (2003), S. 99-106

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim
On artificial worms as chain of mass points. - In: / International Conference on Climbing and Walking Robots and Their Supporting Technologies ; 6 (Catania, Italy) 2003.09.17-19 : ., (2003), S. 11-18

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Huang, Jianjun; Steigenberger, Joachim
An approach to the modelling of worm-like motion systems with finite degree of freedom - first steps in technical realization. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 2 (2003), 1, S. 529-530
http://dx.doi.org/10.1002/pamm.200310246
Zimmermann, Klaus; Weiss, Mathias; Stauche, Silke; Schmidt, I.; Zentner, Lena
Schwingungslehre - mit E-learning zum Easy Learning. - In: / Workshop Multimedia für Bildung und Wirtschaft ; 7 (Ilmenau) : 2003.09.25-26. : ., (2003), S. 67-70
Heiser, André
Synthese komplexer Bahnbewegungen mittels Spline-Funktionen für die automatisierte Montage. - III, 157 S.
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
Literaturverz. S. 140 - 154

In der vorliegenden Arbeit wird die problemorientierte Gestaltung von Algorithmen für die Bewegungssteuerung von Montagesystemen mittels Splines behandelt. Es werden Steuerfunktionen für Positioniersysteme entworfen, welche auf die unterschiedlichsten Bewegungsaufgaben entsprechend den Erfordernissen der industriellen Praxis zugeschnitten werden können. Das Zusammenfassen der Elementarbewegungen zu komplexen Bewegungsvorgängen bei gleichzeitiger Berücksichtigung der technologischen Anforderungen in den einzelnen Bewegungsabschnitten wird anhand eines definierten Montagezyklus demonstriert. Die Bewegungserzeugung wird ausgehend von der technologischen Aufgabe bis hin zur Führungsgrössengenerierung für das Antriebssystem der Manipulationseinrichtung betrachtet. Dabei steht neben der Minimierung der Montagezykluszeit auch die praxisgerechte Auslegung der Anwenderschnittstelle im Mittelpunkt der Betrachtungen. Anhand von Testergebnissen an einem Schwenkarmroboter vom Typ SCARA werden die Besonderheiten und Vorzüge dieser Steuerungsart vorgestellt. Die vorliegende Arbeit zielt insbesondere auf Anwendungen in der flexiblen Montage mit einem hohen Anteil von Handhabungsvorgängen in komplizierten Arbeitsräumen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/37526762X.PDF
Gerlach, Erik
Mehrkörperdynamische Simulationen und experimentelle Untersuchungen zur Bahngenauigkeit von Industrierobotern mit SCARA-Struktur
1. Aufl. - Göttingen : Cuvillier. - VI, 87 S
Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 389873868X

Bei vielen industriellen Automatisierungslösungen werden immer noch aufwendige Sonderlösungen für Handhabungssysteme eingesetzt. Dabei bieten sich ausgereifte Standardgeräte als Alternative an. Industrieroboter (IR) lassen sich dank umfangreicher Schnittstellen und einfacher Programmierung gut in komplexe Produktionsumgebungen einbinden. Ein Argument gegen den Einsatz eines Industrieroboters scheint die mangelnde Bahngenauigkeit bzw. der große Aufwand zur Erzielung einer ausreichenden Genauigkeit zu sein. Das Ziel dieser Arbeit war daher die vorhandene Bahngenauigkeit von Industrierobotern mit SCARA-Struktur zu untersuchen und zu verbessern. Dabei sollte der Roboter als mechatronisches System betrachtet werden, um die Einflüsse aller Komponenten auf das Bewegungsverhalten des Roboters berücksichtigt zu können. Für die Untersuchung komplexer Systeme haben sich in der Mechatronik Computersimulationen bewährt, um qualitative und quantitative Aussagen über das Systemverhalten zu gewinnen. Aus der formulierten Zielstellung ergaben sich drei Bestandteile (Modellbildung von IR, Simulation und Messung von Bahnbewegungen)für die vorgelegte Arbeit. Die Modellierung des SCARA-Roboter erfolgte als Mehrkörpersystem (MKS), da die Mehrkörperdynamik prädestiniert für die Analyse von Bewegungssystemen ist. Erweitert um elektrische und informationsverarbeiteten Komponenten liegt als Ergebnis der Arbeit ein Simulationsmodell vor, das sich gut für die rechnergestützte Simulation des Bewegungsverhalten eignet. Ein Schwerpunkt der theoretischen wie experimentellen Modellbildung waren die Antriebssysteme im Roboter. Die Simulation des Gesamtsystems erfolgte mit blockorientierten Simulationsprogramm Matlab/Simulink, dabei wurden die elektrischen und informationsverarbeitenden Komponenten in Simulink und die mechanischen Teilsysteme mittels des Mehrkörpersimulationsprogramms alaska erstellt. Auf Grundlage dieser Simulationsmodelle konnte die Dynamik und speziell das Bahnverhalten des Roboters untersucht werden. Für die Messung von geradlinigen Bahnen gibt es für Industrieroboter keine Vorschriften, sodass ein geeignetes Messverfahren für diese Messaufgabe ausgewählt wurde. Mittels des verwendeten Messaufbaues konnte das Bewegungsverhalten des SCARA-Roboters beim Fahren einer geradlinigen Bahn untersucht werden. Beim Vergleich der Ergebnisse von Simulation und Messung am Roboter zeigte sich eine qualitativ gute Übereinstimmung im Bewegungsverhaltens des erstellten Simulationsmodells mit dem realen System. Das Modell ist somit geeignet für die rechnergestützte Untersuchung der Dynamik von SCARA-Robotern eingesetzt zu werden. Mit den erreichten Ergebnissen ist es nun möglich abzuschätzen, welche dynamische Bahngenauigkeit erreicht werden kann und wann dieser Standardindustrieroboter eine ernsthafte Alternative zu aufwendigen Sonderlösungen darstellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/371242509.PDF
Zimmermann, Klaus
Technische Mechanik - multimedial : [Übungsbuch mit Multimedia-Software] ; mit 45 Tabellen
2., verb. Aufl.. - München [u.a.] : Fachbuchverl. Leipzig im Carl Hanser Verl.. - 207 S.
ISBN 3446225358
CD-ROM u.d.T.: Modellbildung in der Technischen Mechanik
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/toc/362522030.PDF
Naletova, Vera A.; Turkov, Vladimir A.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Motion of a magnet or a paramagnetic body near a boundary of a magnetic fluid : influence of the boundary effect on rheology of the magnetizable suspension. - In: Fundamental and applied MHD / International Pamir Conference on Fundamental and Applied MHD ; 5 (Ramatuelle) : 2002.09.16-20. - Reims : Laboratoire DTI, 2002, S. IV-41-IV-48
Zentner, Lena ; Böhm, Valter; Stoyanov, S.
Classification and FEM modelling of flexible structures with fluid drive. - In: / International Conference on Climbing and Walking Robots ; 5 (Paris) : 2002.09.25-27., (2002), S. 227-232

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim
Mathematical model of worm-like motion systems with finite and infinite degree of freedom. - In: / CISM-IFToMM Symposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators ; 14 (Udine) : 2002.07.01-04. : ., (2002), S. 507-515

Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim
Oscillation of a chain of pointmasses as a model of worm-like motion systems. - In: / Euromech Nonlinear Oscillations Conference ; 4 (Moscow) : 2002.08.19-23. : ., (2002), S. 49
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor
Stability of mechanical systems with symmetric position/force control and time delay. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM. - Weinheim [u.a.] : Wiley-VCH, ISSN 16177061, Bd. 1 (2002), 1, S. 117-118
http://dx.doi.org/10.1002/1617-7061(200203)1:1<117::AID-PAMM117>3.0.CO;2-J
Zimmermann, Klaus ; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim
Large deformations of axisymmetric membranes filled with incompressible fluid as an artificial worm segment. - In: / International Conference on Climbing and Walking Robots ; 5 (Paris) : 2002.09.25-27., (2002), S. 219-226

Zimmermann, Klaus; Gerlach, Erik; Jianjun, Huang; Behn, Carsten; Siebenhaar, C.
Simulation von biologisch-inspirierten Antrieben. - In: / ISOM 2002 ; 1 (Chemnitz) : 2002.03.21-22. : ., (2002), S. 483-491

Stoyanov, Stefan ; Kolev, Emil
Verifikationsmethode zur Bestimmung der Belastung an Bauteilen durch Simulation und Experiment. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 4 S.
Mitrev, Rosen ; Kolev, Emil; Stoyanov, Stefan
Computer aided optimization of a crane hook : Konstruktionselemente und Baugruppen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 8 S.
Zentner, Lena ; Turkevi-Nagy, Nándor; Böhm, Valter
Entwicklung von fluidischen Elastomeraktuatoren. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 4 S.
Huang, Jianjun ; Zimmermann, Klaus
Entwicklung eines apedalen Lokomotionssystems nach biologischem Vorbild : Modellbildung, Simulation und Prototyp. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 6 S.
Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Naletova, Vera; Turkov, Vladimir
Ein mathematisches Modell für eine wurmartige Lokomotion basierend auf der Bewegung einer magnetischen Flüssigkeit in einem Magnetfeld. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 9 S.
Lysenko, Victor ; Zimmermann, Klaus
Entwurfsmethoden für die Entwicklung beweglicher Sonden nach biologischem Vorbild. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 2 S.
Zentner, Lena
Wirkung geometrischer Größe einer Struktur auf dynamische Prozesse. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 4 S.
Abeßer, Harald; Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim; Zimmermann, Klaus
Steueraufgaben für Zweiarm-Roboter mit muskelähnlichen Antrieben. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 21 S.
Heiser, André
Synthese komplexer Bewegungsvorgänge mittels Splinefunktionen für SCARA-Roboter in der automatisierten Montage. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 9 S.
Braunschweig, Marion; Weiß, Mathias; Zimmermann, Klaus; Grabow, Jörg; Kurz, T.
RoboCup : eine Mechatronikanwendung in der universitären Ausbildung. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 3 S.
Grabow, Jörg ; Tretjakow, S.; Valetov, Vyacheslav A.
Zur experimentellen Erforschung der Mikrogeometrie von Reibungsoberflächen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 6 S.
Zimmermann, Klaus ; Grabow, Jörg; Gerlach, Erik
Computergestützte Simulation der Dynamik von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen). - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 2 S.
Zimmermann, Klaus; Weiß, Mathias; Lysenko, Victor; Grabow, Silke; Schmidt, Ines; Schilling, Cornelius; Zentner, Lena; Braunschweig, Marion
Mechanik, Mechatronik, Biomechatronik : über das Erlebnis zum Wissen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau ; 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. - Ilmenau : Technische Univ., (2002), insges. 5 S.
Weiß, Mathias; Zimmermann, Klaus; Braunschweig, Marion; Grabow, Jörg
Robocup - nur spielerische Mechatronik?. - In: / ISOM 2002 ; 1 (Chemnitz) : 2002.03.21-22. : ., (2002), S. 159-166

The goal of RoboCup is to force and demonstrate the abilities of autonomous robotic systems in a competition of several teams. In the "small-size-league" the teams consist of five players and one specialised goal-keeper who play on a football ground in the size of a table-tennis field. The robots are remote controlled by a PC via infrared or radio data link. The global vision system uses a colour CCD-camera mounted above the field and a frame grabber connected to a PC. The computer detects the coloured markings of the robots and then calculates their position and orientation. The robots are designed in a wheelchair configuration powered by two DC-Motors. The position is measured by optical incremental encoders fixed on the motor axis. A board using a microcontroller was developed for controlling the movement, managing the data exchange with the PC via infrared and for some other functions. A kicking mechanism is implemented in the field players to improve their capabilities to play soccer. Our goal is to demonstrate the interactions between mechanics, electronics and software.


Yin, Xianjun
On large deformations of elastic circular arcs : bifurcation, stability and application as spring and gripper elements. - Online-Ressource (PDF-Datei: 138 S., 1428 KB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

Das Thema dieser Arbeit kommt von einem praktischen Greifersystem, dessen vereinfachter wesentlicher Teil aus zwei eingespannt-freien elastischen kreisförmigen Stäben besteht. Die Bewegung dieses Systems wird durch die Deformationen der elastischen kreisförmigen Stäbe unter der am freien Ende angreifenden Kraft erzeugt. Die Bögen können von jeder möglichen Form sein, von der Geraden bis zum gesamten geschlitzten Ring, und ihre Deformationen können beliebig groß sein. - Nach Aufstellung eines mathematischen Modells in Form eines Randwertproblems mit drei Parametern (Kraft, Bogengeometrie) für eine Pendelgleichung wurden Vielfachheit und Stabilität der Lösungen der Pendelgleichung und der entsprechenden Stabkonfigurationen untersucht. Dazu wurde eine leistungsfähige Methode, die "Mannigfaltigkeitsmethode", entwickelt, die auf der Diskussion der Phasenkurven der Pendelgleichung basiert. Mit dieser Methode, gekoppelt mit numerischen Rechnungen, wurden die Bifurkationsdiagramme der Pendelgleichung für verschiedene Kombinationen der Parameter erhalten. Die Bifurkationsdiagramme zeigten Vielfachheit und die Änderungstendenz der Lösungen der Pendelgleichung und der Konfigurationen der verformten Bögen an. Die Bifurkationsdiagramme zeigen für unser Modell turningpoint-, pitchfork- und X-Bifurkationen sowie Hysteresis. Die Kraftparameterebene wurde nach der Zahl der Lösungen in Gebiete unterteilt. Die theoretische Untersuchung des Halbringes mittels elliptischer Integrale wurde durchgeführt, und das Resultat zeigt eine genaue Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Mannifaltigkeitsmethode. Für die Stabilitätsuntersuchung versagen klassische Methoden, da das Randwertproblem für die Pendelgleichung keine trivialen Lösungen besitzt. Deshalb wurde die Pendelgleichung in eine parabolische partielle Differentialgleichung eingebettet, die Liapunovstabilität der stationären Lösungen definiert die "P-Stabilität" der Konfiguration des elastischen Stabes. Stabilitätsaussagen werden mit Hilfe der Methode der ersten Näherung und unter Benutzung der Bifurkationsfunktion gewonnen. Zum ursprünglichen praktischen Problem "Feder und Greifer" wurden als Ergebnisse Federcharakteristiken, insbesondere Kraft-Verschiebungs-Kennlinien für kreisbogenförmige Federn gefunden. Für Greifer, die aus zwei symmetrisch angeordneten elastischen Kreisbögen bestehen, wurden Zusammenhänge von Öffnungsweite, Haftreibungskoeffzient und Haltekraft gefunden. - Die Methoden, die in dieser Arbeit eingeführt werden, besonders die Mannifaltigkeitsmethode und P-Stabilität, können für die Untersuchung von Bifurkation und Stabilität bei allgemeinen gewöhnlichen Dfferentialgleichungen nützlich sein.


http://d-nb.info/974857106
Zimmermann, Klaus; Weiß, Mathias; Lysenko, Victor; Grabow, Silke; Schmidt, Ines; Schilling, Cornelius; Zentner, Lena; Braunschweig, Marion
Mechanik, Mechatronik, Biomechatronik - über das Erlebnis zum Wissen. - In: / Workshop Multimedia für Bildung und Wirtschaft ; 6 (Ilmenau) : 2002.09.26-27. : ., (2002), S. 52-57
Kolev, Emil ; Stoyanov, Stefan
Festigkeitsuntersuchungen an Kuttermessern für die Fleischindustrie : Konstruktionselemente und Baugruppen. - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau : 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. : ., (2002), S. 53-54
Grabow, Jörg
Berechnung hochdrehender Turboverdichter. - In: / Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. Technische Universität Ilmenau : 47 (Ilmenau) : 2002.09.23-26. : ., (2002), S. 39-40
Naletova, Vera A.; Kvitantsev, A. S.; Turkov, Vladimir A.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Study of Couette flow of magnetizable suspensions in a magnetic field with consideration for the magnetic forces acting on the particles near the walls. - In: / International Conference on Advances in Fluid Mechanics ; 4 (Ghent) : 2002.05.. : ., (2002), S. 367-376

Huang, Jianjun
Modellierung, Simulation und Entwurf biomimetischer Roboter basierend auf apedaler undulatorischer Lokomotion. - Online-Ressource (PDF-Datei: 136 S., 4082 KB)
Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

Die vorgelegte Arbeit soll einen Beitrag zur Forschung im interdisziplinären Gebiet der Biomechatronik leisten. Es wurde ein Konzept zur Umsetzung einer undulatorischen Lokomotion zur Entwicklung technischer Bewegungssysteme nach biologischem Vorbild (Regenwurm), basierend auf Starrkörpersystemen mathematisch beschrieben und in Prototypen technisch umgesetzt. Gegenüber anderen Bewegungsformen in der Natur, wie z.B. dem Laufen mit Beinen liegt das ingenieurtechnische Interesse für biomimetische Roboter nach dem Peristaltik-Prinzip des Regenwurmes in (1) der Miniaturisierbarkeit der nachgiebigen Strukturen; (2) der Bewegungsmöglichkeit auf vielgestaltigem Untergrund; (3) der Einfachheit des Bewegungsapparates. Ausgehend von den Arbeiten von MILLER und STEIGENBERGER wurden die zwei Aspekte (1) nichtsymmetrische Reibung und (2) periodische interne Deformationen und ihre Auskopplung über Wechselwirkungen mit der Umwelt als wesentlich für eine wurmartige Fortbewegung definiert. Im mathematisch-mechanischen Teil der Arbeit wurden deshalb speziell diese Phänomene mit analytischen und computergestützten Methoden untersucht. Es sind Ansteueralgorithmen (gaits) für wurmartige Roboter, basierend auf Feder-Masse-Modellen mit dem Freiheitsgrad grösser zwei vorgeschlagen worden, die eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit realisieren. Die Computersimulation des dynamischen Verhaltens dieser Modelle bzw. der entwickelten Prototypen erfolgte mit dem System ALASKA. Die experimentelle Evaluierung der numerischen Ergebnisse ergab in vielen Fällen gute qualitative und quantitative Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment. Zur praktischen Erprobung der gefundenen Bewegungsprinzipien und der Steuer-algorithmen wurden zwei Prototypen mit elektromechanischem Antrieb und Unwuchtsystem zur Erzeugung der internen periodischen Erregung konstruiert und getestet. Ein dritter miniaturisierter Prototyp arbeitet mit einem Piezoaktuator als Antrieb und einem nachgiebigen Mechanismus als Übertragungselement. Potentielle Einsatzgebiete für wurmartige Roboter sind vor allem im Bereich der Mikro- und Nanotechnik zu erwarten. In diesen Dimensionen sind Bewegungssysteme in ihrer klassischen Form, wie z.B. als "wheeled locomotion systems" und "legged locomotion systems", nicht geeignet für zukünftige potentielle Einsatzumgebungen, die u.a. durch das spezielle Terrain oder eingeschränkte Raumbedingungen gekennzeichnet sind. Apedale peristaltische Bewegungsprinzipien können bei der Entwicklung neuartiger Bewegungssysteme im Mikrobereich eine grosse Rolle spielen. Erste Entwicklungen für die minimal-invasive Chirurgie werden von mehreren Forschergruppen national und international vorangetrieben. Die theoretischen und experimentellen Untersuchungen haben deutlich gemacht, dass weitere Forschungen notwendig sind.


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