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

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Erstellt: Sun, 15 Sep 2019 07:54:46 +0200 in 0.0258 sec


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.



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.



TEST4http://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.



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.



TEST4http://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.



TEST4http://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.



TEST4http://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.



TEST4http://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.



TEST4http://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.



TEST4http://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 - [Quedlinburg] : Verlag Bussert & Stadeler, (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.