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

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Erstellt: Mon, 21 Oct 2019 08:23:13 +0200 in 0.0366 sec


López Ochoa, Alexander Richard;
Investigations and simulations of magneto elastomer materials (MSE) influenced by static magnetic fields for soft robotics applications - Ilmenau - 88, 55 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Magneto-sensitive Elastomere sind Verbundwerkstoffe, die hauptsächlich aus einer Elastomermatrix bestehen, in der magnetischen Partikeln dispergiert sind. Ein ins magneto-sensitive Elastomer eingreifende Magnetfeld bewirkt Änderungen der Eigenschaften dieses Materials. Diese Qualität macht die MSE zu einer Option mit hohem Potenzial für Soft Robotics-Anwendungen. Für die Realisierung dieser Masterarbeit wurden MSE-Proben aus einer Elastomermatrix, Silikonöl und Carbonyleisenpartikeln hergestellt. Tests wurden durchgeführt, um Verbesserungen zu entwickeln, die sich auf Soft-Robot-Anwendungen konzentrieren, insbesondere bei Endeffektoren. In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von magneto-sensitive Elastomerproben in Abwesenheit und Gegenwart eines Magnetfeldes experimentell untersucht. Die untersuchungen wurden mittels eines Magnetfeldes realisiert, dass durch einen Permanentmagneten induziert wurde. Um die Intensität zu varriieren, wurde der Permanetmagent in unterschiedlichen Abständen zur Probe positioniert. Die experimentell erhaltenen Ergebnisse wurden verwendet, um den Einfluss der MF über der MSE zu verstehen und ein geeignetes Materialmodell unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode zu entwickeln.



Rohn, Michel;
Entwicklung eines Antriebssystems basierend auf einer magnetorheologischen Flüssigkeit - Modellbildung, Simulation und experimentelle Ergebnisverifizierung am Prototyp - Ilmenau - 46 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Magnetorheologische Fluide sind Suspensionen aus einem Öl und mikrometergroßen magnetischen Partikeln. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern ändern sie unter anderem ihre rheologischen Eigenschaften. Die folgende Arbeit befasst sich mit Aktoren, die mithilfe solcher Flüssigkeiten, Schwingungen in gleichgerichtete Bewegungen umwandeln, sowie mit der Entwicklung eines Systems zur Umwandlung von Schwingungen in eine Linearbewegung. Zunächst wird eine Einführung in den Stand der Technik gegeben. Anschließend werden die bestehenden MR-Antriebe beschrieben und die Vor- und Nachteile erläutert. Es folgt eine Einführung in die Grundlagen des magnetischen Feldes und die Einflüsse auf das magnetorheologische Material. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Entwicklungsschritte und Berechnungen vorgestellt, die zu einem Entwurf und zu einem Prototyp geführt haben. Weiterhin erfolgt eine Beschreibung des ersten Funktionstests und die Veröffentlichung der Testergebnisse.



Fischer Calderon, Juan Sebastian;
Theoretische und experimentelle Untersuchung von Mehrpunktkontakten zwischen einem biologisch inspirierten taktilen Sensor und verschiedenen Objekten - Ilmenau - 72 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Tasthaar-Sinnessystem (Vibrissen) von Säugetieren ist ein multifunktionales Sinnesorgan, welches der taktilen Nahfeld-Erkundung dient. Durch die Interaktion des Tasthaars mit der Umwelt nimmt das Tier Reize auf, die im Haarfollikel (Follikel-Sinus-Komplex) verarbeitet und an das zentrale Nervensystem weitergeleitet werden. So sind z.B. Ratten dazu in der Lage Objekte hinsichtlich ihrer Oberfläche und geometrischen Gestalt zu charakterisieren. Angeregt durch das biologische Vorbild, ist die Umsetzung eines vibrissenähnlichen taktilen Sensors Gegenstand ingenieurwissenschaftlicher Forschung. In Anlehnung an das Tasthaar-Sinnessystem basiert die Funktionsweise der technischen Vibrisse auf der Reizaufnahme durch den künstlichen Haarschaft und der Messung der Signale in der Lagerstelle. Dadurch wird die Erfassung technisch relevanter Informationen ermöglicht. Die vorliegende Arbeit ist in diesem Kontext dem Forschungsfeld der Objektkonturrekonstruktion unterzuordnen. Diese erfolgt auf Basis der Lagerreaktionen, die während der Abtastung eines Objekts bestimmt werden. Bisherige Untersuchungen widmen sich dabei ausschließlich der Abtastung von Objekten mit konvexen Konturen. Ursache dafür ist die Limitierung der mechanischen Modelle auf Einpunktkontakt-Szenarien. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Erweiterung der bestehenden mechanischen Modelle der künstlichen Vibrisse als nichtlinearer Euler-Bernoulli-Balken durch die Berücksichtigung beliebig vieler Kontaktpunkte. Aus der mathemathischen/theoretischen Beschreibung der Verformungszustände während der quasi-statischen Abtastung, resultiert ein Multipunkt-Randwertproblem mit Switching Point. Zur Umsetzung einer simulierten Abtastung zweier unterschiedlicher Objekttypen werden die Multipunkt-Randwertprobleme durch die Anwendung des numerischen Schießverfahrens gelöst. Dabei werden die Lagerreaktionen während der Abtastung berechnet. Es zeigt sich, dass der Mehrpunktkontakt in den Lagerreaktionen identifiziert werden kann. Die Simulation wird anhand ausgewählter Beispiele durch Experimente validiert.



Carrillo Li, Enrique Roberto;
A contribution to the investigation of the rolling movement of mobile robots based on tensegrity structures - Ilmenau - 110 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorliegende Arbeit hat ihren Ursprung in den Algorithmen und Ansätzen zur Analyse eines Roboters mit variabler Geometrie, der an der TU Ilmenau entwickelt wurde. Ein solcher Roboter hat einen anfangs zylindrischen Roboter in eine kegelstumpfförmige Geometrie umgewandelt, um um die vertikale Achse drehen zu können, die sich am Erzeugungspunkt eines solchen Kegels befindet. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer Einführung der Grundlagen für das Studium von Tensegrity-Strukturen; Später werden aus den variablen Parametern der geometrischen Beschreibung des Roboters die kinematischen Gleichungen von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Punkt der Geometrie des Roboters ausgewertet. In demselben Kapitel wird eine Alternative zum Vorhersagen der Bahn des Roboters unter Verwendung einer Klothoide vorgeschlagen. Diese Kurve hat den Zweck, Gleichungen der Bewegungsbahn des geometrischen Mittelpunkts des Roboters zu geben. In einem folgenden Kapitel werden die Steuerungsalgorithmen für die Abrollbewegung des Roboters sowie eine mögliche konstruktive Form vorgestellt, die zuvor für eine ähnliche Anwendung verwendet wurde. Im letzten Kapitel werden verschiedene Alternative von Materialien für die Herstellung des Roboterkörpers sowie die Grundlagen eines Ansatzes zur Bewertung gekrümmter Zugstrukturen vorgestellt. Darüber hinaus wird eine Berechnungsform für die spätere Entwicklung der endgültigen Geometrie des Roboters vorgeschlagen.



Ehrhardt, Tristan;
Entwicklung von Sensorkonzepten für nachgiebige Tensegrity Strukturen - Ilmenau - 78 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die Entwicklung von Robotersystemen, wie zum Beispiel Greifer und mobile Bewegungssysteme, auf Basis von Tensegritystrukturen an der Technischen Universität Ilmenau ermöglichen neue Lösungsansätze für Leichtbau und Nachgiebigkeit. Der aktuelle Entwicklungsstand sind aktuierte Strukturen ohne sensorische Rückmeldung. Um diese Systeme funktional zu erweitern, ist die Integration geeigneter Sensorik, welche die speziellen Eigenschaften von Tensegrity berücksichtigt, notwendig. Ziel dieser Weiterentwicklung ist die Steigerung von Autonomie, Zuverlässigkeit und Funktionalität. Auf Basis einer Zusammenfassung von Eigenschaften und Definitionen werden allgemeine mathematische, mechanische und geometrische Betrachtungen durchgeführt. Mittels analytischer Betrachtung der gegebenen Strukturkonfiguration, kann die Anzahl und Art unabhängiger Messgrößen bestimmt werden, welche zur Messung der Form dieser Struktur notwendig sind. Es wird ein Überblick geeigneter Sensorlösungen zur Längen- und Winkelmessung gegeben und mögliche Konzepte zur Integration gegeben. An Hand zweier existierender Prototypen werden die allgemeinen Sensorikansätze beispielhaft angewandt.



Schmitz, Maximilian;
Modellierung von Torsionsschwingungssystemen mit Übersetzungsgetrieben als Mehrkörpersystem und Simulation des dynamischen Verhaltens bei Wechsellast - Ilmenau - 74 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Stirnradgetriebe werden im Betrieb durch dynamische Zusatzkräfte belastet. Diese werden durch innere und äußere Erregerquellen hervorgerufen und überlagern das Antriebsdrehmoment. Besonders die variable Kontaktsteifigkeit der Zahnradzähne im Eingriff hat dabei einen großen Anteil. Dies führt zu Getriebeschwingungen, die Schallemissionen und Ausfälle der Systeme zur Folge haben. Die Bestimmung der relevanten Systemparameter stellt bei der Auslegung eine Herausforderung dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mittels des Finiten-Elemente-Methode-Programms ANSYS ein Modell eines Zahnradgetriebes mit Evolventenverzahnung zur Untersuchung der Steifigkeitsverläufe des Zahnradzahns aufgebaut und simuliert. Die daraus gewonnenen Werte wurden in verschiedene Mehrkörpersimulationsmodelle, die mit alaska/Gear erstellt wurden, eingebracht. Als Modelle wurden Getriebestufen unterschiedlicher Elastizität sowie ein doppeltes Planetenradgetriebe als Torsionsschwinger erstellt. Diese wurden durch ein äußeres zeitveränderliches Moment angeregt.



TEST4http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1047418495schmi.txt
Förster, Mario;
Einfluss eines äußeren Magnetfeldes auf die erzwungenen Biegeschwingungen von magneto-sensitiven Elastomeren verschiedener geometrischer Form - Ilmenau - 75 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind "intelligente Werkstoffe", deren mechanische Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes verändert werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss eines Magnetfeldes, welches mithilfe von zwei Dauermagneten hergestellt wird, auf erzwungene Biegeschwingungen von MSE experimentell untersucht. Hierbei wird besonders auf die Änderung der ersten Eigenfrequenz sowie auf die Verstärkung der Erregeramplitude geachtet. Außerdem wird eine Eigenschaft, nämlich die Nichtlinearität, welche bei Schwingungen von MSE auftritt, genauer untersucht. Hierfür werden Messungen mit unterschiedlichen Schwingungskörpern, welche mithilfe der Finite-Element-Methode ausgewählt wurden, und verschiedenen Magnetfeldstärken durchgeführt. Diese Messungen werden nachbereitet und in Form von Vergrößerungsdiagrammen visualisiert. Als letztes werden diese Vergrößerungsdiagramme miteinander verglichen. Für die Untersuchung der Nichtlinearität wird zusätzlich die Erregeramplitude variiert. Folgende Erkenntnisse konnten festgestellt werden: -Mithilfe eines Magnetfeldes können die mechanischen Eigenschaften von MSE verändert werden. -Schwingungskörper aus MSE weisen eine Nichtlinearität auf. -Die Erregungsamplitude hat einen Einfluss auf die Vergrößerungsfunktion von MSE. Dank diesen Eigenschaften eignen sich MSE für sensorische und aktorische Anwendungen.



TEST4http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1040480284foers.txt
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
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