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

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Erstellt: Sat, 19 Oct 2019 23:04:54 +0200 in 0.0300 sec


Sumi, Susanne; Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus;
Dynamic analysis of a compliant tensegrity structure for the use in a gripper application. - In: Dynamical systems in theoretical perspective : Łód´z, Poland, December 11-14, 2017. - Cham : Springer, ISBN 978-3-319-96598-7, (2018), S. 323-334

The use of compliant tensegrity structures in robotic applications offers several advantageous properties. In this work the dynamic behaviour of a planar tensegrity structure with multiple static equilibrium configurations is analysed, with respect to its further use in a two-finger-gripper application. In this application, two equilibrium configurations of the structure correspond to the opened and closed states of the gripper. The transition between these equilibrium configurations, caused by a proper selected actuation method, is essentially dependent on the actuation parameters and on the system parameters. To study the behaviour of the dynamic system and possible actuation methods, the nonlinear equations of motion are derived and transient dynamic analyses are performed. The movement behaviour is analysed in relation to the prestress of the structure and actuation parameters.



https://doi.org/10.1007/978-3-319-96598-7_26
Scharff, Moritz; Darnieder, Maximilian; Steigenberger, Joachim; Alencastre, Jorge H.; Behn, Carsten;
Theoretical investigations on the behavior of artificial sensors for surface texture detection. - In: Dynamical systems in theoretical perspective : Łód´z, Poland, December 11-14, 2017. - Cham : Springer, ISBN 978-3-319-96598-7, (2018), S. 311-321

Animal vibrissae are used as natural inspiration for artificial tactile sensors, e.g., the mystacial vibrissae enable rodents to perform several tasks in using these tactile hairs: object shape determination and surface texture discrimination. Referring to the literature, the Kinetic Signature Hypothesis states that the surface texture detection is a highly dynamic process. It is assumed that the animals gather information about the surface texture out of a spatial, temporal pattern of kinetic events. This process has to be analyzed in detail to develop an artificial tactile sensor with similar functionalities. Hence, we set up a mechanical model for theoretical investigations of the process. This model is analyzed in two different directions using numerical simulations: at first a quasi-static and then a fully dynamic description.



https://doi.org/10.1007/978-3-319-96598-7_25
Prem, Nina; Chavez Vega, Jhohan; Böhm, Valter; Sindersberger, Dirk; Monkman, Gareth J.; Zimmermann, Klaus;
Properties of polydimethylsiloxane and magnetoactive polymers with electroconductive particles. - In: Macromolecular chemistry and physics - Weinheim : Wiley-VCH, ISSN 1521-3935, Bd. 219 (2018), 18, S. 1800222, insges. 8 S.

Magnetoactive polymers are intelligent materials whose mechanical and electrical characteristics are reversibly influenced by external magnetic stimuli. They consist of a highly elastic polymer matrix in which magnetically soft and/or hard particles are distributed by means of special fabrication processes. In addition to ferromagnetic particles such as carbonyl iron powder, electrically conductive particles may also be embedded into the polymer matrix. After characterizing a range of compounds, this work focuses on a comparison of the electrical properties and the suitability of various materials for applications, with particular emphasis on integration into 3D and 6D printing processes. 6D printing is based on the selective positioning of particles in a 3D polymer matrix with a further three degrees of freedom for a graduated dispersion of the particles at certain points and in desired directions. The aim is therefore to ensure that the polymers containing electroconductive tracks have the best possible electrical properties, that is, low resistivity but are still capable of being printed. A comparison between the traditionally used compounds containing graphite and carbon black is made for the first time. This latter is found to be greatly superior both in terms of electrical conductivity and applicability to 3D printing and 6D printing.



https://doi.org/10.1002/macp.201800222
Bolotnik, Nikolai N.; Schorr, Philipp; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus;
Periodic locomotion of a two-body crawling system along a straight line on a rough inclined plane. - In: ZAMM : journal of applied mathematics and mechanics. - Berlin : Wiley-VCH, ISSN 1521-4001, Bd. 98 (2018), 11, S. 1930-1946

The motion of a two-body limbless crawler along a line of maximum slope on an inclined plane is considered. Dry friction (anisotropic in the general case) acts between the system's bodies and the underlying plane. The motion is excited and controlled by a periodic change in the distance between the bodies. Of most interest is the periodic upward motion of the system, when the velocity of the system's center of mass changes periodically with a period coinciding with that of the excitation. A mathematical model of the crawler is presented. An upper bound for the inclination angles of the plane at which the system can move upward is estimated. This estimate is based on the averaged model, which implies smallness of the coefficient of friction. Numerical and physical simulation is performed to verify the theoretical results and define an applicability area for them.



https://doi.org/10.1002/zamm.201800107
Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus;
An approach to the estimation of the actuation parameters for mobile tensegrity robots with tilting movement sequences. - In: 2018 International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2018) : proceedings : Delft, the Netherlands, 20-22 June 2018. - [Piscataway, NJ] : IEEE, ISBN 978-1-5386-6380-6, (2018), insges. 8 S.

https://doi.org/10.1109/REMAR.2018.8449871
Mock, Sebastian;
Versuch und Berechnung von Steifigkeitsänderungen punktgeschweißter Bauteile und Strukturen im Betrieb - Ilmenau - 87 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

In der Fahrzeugentwicklung spielt Leichtbau eine immer größere Rolle. Punktförmigen Verbindungselementen kommt dabei aufgrund ihrer hohen Anzahl in Fahrzeugkarosserien eine besondere Bedeutung zu. In der virtuellen Lebensdaueranalyse bleibt das Steifigkeitsverhalten von Punktschweißverbindungen bislang jedoch unberücksichtigt. Es liegt eine prototypische Methode zur Simulation der Steifigkeitsdegradation vor, die jedoch unvollständig und lediglich an Einelementproben und einfachen bauteilähnlichen Proben verifiziert ist. Um die Funktionalität der betrachteten Methode zu komplettieren, ist die Berücksichtigung verschiedener Beanspruchungszustände erforderlich. Es werden Versuche und Simulationen ausgewertet, um den Einfluss des Beanspruchungszustandes auf das Steifigkeitsverhalten von Schweißpunkten zu ermitteln. Anschließend werden durch eine Parameterstudie Varianten zur Umsetzung der gewonnenen Zusammenhänge ermittelt und beurteilt, um schließlich die erweiterte Funktionalität zu implementieren. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu überprüfen, erfolgt die Durchführung eines Lebensdauerversuchs an einem Karosserie-Ausschnitt und ein Abgleich der Ergebnisse. Hierzu wird zunächst eine Fahrzeugkarosserie untersucht, um Ausschnitte zu finden, die als Probengeometrie geeignet sind. Verschiedene potentielle Bereiche werden anhand von Simulationen bewertet. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt die Auswahl eines Karosserie-Ausschnitts, die Festlegung der Prüfbedingungen und Auswertemethoden sowie die Durchführung des Versuchs. Als Resultat liegt eine um die Berücksichtigung der relevanten Beanspruchungszustände erweiterte Methode zur Beschreibung des Steifigkeitsverhaltens von Punktschweißverbindungen vor. Ein Abgleich von im Lebensdauerversuch gemessenen und mit der Methode berechneten Resultaten zeigt die Funktionsfähigkeit der Methode. Hierbei werden lokale Dehnungsverläufe, Probensteifigkeiten sowie Rissentstehung und -fortschritt verglichen. Die Methode kann damit zukünftig auch für Simulationen von Gesamtfahrzeugen eingesetzt werden.



TEST4http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1028826532mock.txt
Bauer, Toni;
Finite-Elemente-Modelle für die Objektabtastung und -konturerkennung durch taktile Sensoren - Ilmenau - 68 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Etliche Säugetiere, wie zum Beispiel Katzen, und vor allem Nagetiere, wie Mäuse und Ratten, besitzen Tasthaare, sogenannte Vibrissen, mit denen sie die Umgebung wahrnehmen und erkunden können: Objektdistanzmessung, Objektkonturerkennung, Oberflächenrauhigkeitserfassung. Anhand dieses biologischen Vorbilds orientieren sich aktuelle Forschungen in der Bionik auf die Analyse dieser Vibrissen, um sie für technische Anwendungen in Form von taktilen Sensoren nutzbar zu machen. Diese werden oft für analytische Vorbetrachtungen durch einen einseitig eingespannten Biegebalken mit runden Querschnitt modelliert, mit welchem ein Objekt abgetastet wird oder Hindernisse detektiert werden. Dabei finden große Verformungen des Balkens statt, welche mit der Euler-Bernoulli-Theorie beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Observablen (Lagerreaktionen) am Fußpunkt der Vibrissen analysiert, um Rückschlüsse auf Ereignisse aus der Umgebung tätigen zu können (in dieser Arbeit: Konturerkennung und -rekonstruktion). Dazu wird mit der Finiten-Elemente-Methode ein Programm erstellt, mit dessen Hilfe in Ansys ein derartiges Vibrissenmodell berechnet wird, um die Ergebnisse mit analytischen Vorberechnungen zu vergleichen. Dies dient der Verifikation des Modells, um es anschließend auf komplexere Systeme zu erweitern, welche analytisch nur noch schwerst zu untersuchen sind. Bisher nicht oder in geringem Umfang untersuchte Eigenschaften, wie das Elastizitätsmodul oder die komplexe elastische Lagerung der Vibrissen, lassen sich mithilfe des Programms simulieren. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen werden für die Modellbildung programmtechnisch bedingt Timoshenko-Balken verwendet. Bei diesem Balkenmodell werden Schubverformungen berücksichtigt. Da diese bei Balken, deren Länge wesentlich größer als ihr Querschnitt ist (wie bei Vibrissen), vernachlässigbar sind, hat dies nur minimale Auswirkungen auf die Vergleichbarkeit: elastische Lagerung, Konizität und Vorkrümmung sowie Objektform und -abstand. Abschließend wird der Einfluss der Parameter auf die Observablen und somit deren Nutzen für technische Umsetzungen ermittelt.



TEST4http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1028043716bauer.txt
Merker, Lukas; Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten;
Object shape recognition and reconstruction using pivoted tactile sensors. - In: Mathematical problems in engineering : theories, methods and applications. - London [u.a.] : Taylor & Francis, ISSN 1563-5147, (2018), Article ID 1613945, insges. 11 S.

https://doi.org/10.1155/2018/1613945
Jin, Ye;
Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Nutzung des Effektes der magnetfeldinduzierten Plastizität bei MSE für eine Anwendung in der Greifertechnik - Ilmenau - 88 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die mechanischen Eigenschaften der magneto-sensitive Elastomere (MSE) werden unter dem Einfluss von Magnetfeld verändert. Wegen der magnetfeldinduzierten Plastizität ist MSE besonders geeignet für die Anwendungen in der Greifertechnik. Die MSE können sich ohne Schädigung an das Greifobjekt anpassen und unter Wirkung des magnetischen Feldes die Objektform speichern. In dieser Arbeit werden die mechanischen Eigenschaften bei MSE wie die Steifigkeit und die magnetfeldinduzierte Plastizität in Ab- und Anwesenheit des Magnetfeldes experimentell untersucht. Besonders wird der Einfluss der Magnetfeldrichtung auf das Materialverhalten bei MSE erforscht. Die Experimentergebnisse werden mit Hilfe von Finite-Element-Method nachgebildet. Zum Schluss wird ein halbkugelförmiger Endeffektor des Greifsystems entwickelt. Der Endeffektor wird aus MSE-Schicht hergestellt, der mit verschiedenen Materialien wie Luft und Öl gefüllt wird. Der Endeffektor kann sich an die Greifobjekte mit verschiedenen Formen adaptieren.



TEST4http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1027867596jin.txt
Krumpa, Maximilian;
Entwicklung und Untersuchung von Lokomotionssystemen mit rollender Fortbewegung auf Basis von Tensegrity-Strukturen - Ilmenau - 93 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die Untersuchung von mobilen Robotern auf Basis von mechanisch nachgiebigen Tensegrity-Strukturen ist ein aktuelles Forschungsthema im Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau. In diesem Zusammenhang wurde in Vorarbeiten ein mobiler Roboter auf Basis einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Drucksegmenten entwickelt, der in der Ebene durch Ausführung von rollenden und kippenden Bewegungssequenzen sich fortbewegen kann. Im Rahmen der Masterarbeit wurden theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen an einer modifizierten Variante dieses Roboters durchgeführt. Dabei stand im Vordergrund, ob durch Anwendung einer Tensegrity-Struktur mit drei gekrümmten Drucksegmenten eine Fortbewegung in der Ebene mittels nur rollender Bewegungssequenzen möglich ist.