http://www.tu-ilmenau.de

Logo TU Ilmenau


Ansprechpartner

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

Fachgebietsleiter

Telefon 03677 69-2478

E-Mail senden

Ihre Position

INHALTE

Publikationen

Publikationen (gesamt)

Anzahl der Treffer: 672
Erstellt: Thu, 18 Jul 2019 23:03:58 +0200 in 1.5977 sec


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 2191-916X, 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.



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