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

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Publikationen

Publikationen (gesamt)

Anzahl der Treffer: 672
Erstellt: Thu, 18 Jul 2019 23:03:58 +0200 in 0.0381 sec


Becker, 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 2543-2141, Bd. 13 (2016), 2, S. 312-323

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, Nikolai N.; 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 1521-4001, Bd. 96 (2016), 4, S. 429-452

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.



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.



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