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Crascovscaia, Danae;
Untersuchung ergonomischer Einflussfaktoren bei der Nutzung eines Wearables zur Erfassung der Kinematik der Hand. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Evolution der feinmotorischen Fähigkeiten der Hand bei der Werkzeugmanipulation in Kombination mit tragbaren Geräten wie dem SenGlove-Prototyp betont die komplexe Interaktion zwischen Technologie, Handfunktionalität und Wohlbefinden in verschiedenen Anwendungsbereichen, von alltäglichen Aktivitäten bis zu der Industrie und Medizin. Weltweit sind Millionen von Arbeitsnehmern von verschiedenen Formen von muskuloskelettalen Erkrankungen (MSD) oder Verletzungen aufgrund unzureichender ergonomischer Arbeitsbedingungen in ihrer Arbeitsumgebung. Der SenGlove bietet eine potentielle Lösung zur online Risikobewertung von MSD-bezogenen Herausforderungen und zur Steigerung des Wohlbefindens und der Effizienz der Arbeitnehmer. Die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) umfasst ergonomische Faktoren, die die Benutzererfahrung beeinflussen können und möglicherweise zu Unbehagen oder Schmerzen führen, die sich wiederum auf die Funktionalität auswirken können. Das Hauptziel ist die Beurteilung der Benutzerfreundlichkeit des SenGlove, die Bewertung seiner Auswirkungen auf die Benutzerleistung, die Untersuchung seines ergonomischen Einflusses und die Analyse seines Potenzials zur Verbesserung der Erfassung der Handkinematik. Die ausgewählte Methodik verwendet Tools wie die System Usability Scale (SUS), um die Benutzerfreundlichkeit und Erlernbarkeit der tragbaren Wearables zu definieren. Ein speziell angefertigter Fragenbogen wurde ergänzend zu SUS verwendet, um ergonomischen Aspekten in tieferem Maße zu bewerten, die eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Benutzerfreundlichkeit und -zufriedenheit spielen. Die quantitative Analyze zeigt, dass SenGlove sich negativ auf die Effizienz der Benutzer auswirkt, mit einer durchschnittlichen Steigerung von 2.4 Standardabweichungen. Dies geschieht bei der Verwendung von SenGlove für die Durchführung einer zugewiesenen Aufgabe im Vergleich zur Nichtverwendung des Wearables. Darüber hinaus etabliert die durchschnittliche Punktzahl von 67,9 % in der SUS den anfänglichen SenGlove Nutzbarkeitsbenchmark und dient als Referenzpunkt für zukünftige Vergleiche mit künftigen SenGlove Versionen oder vergleichbaren Systemen. Die Ergonomische Bewertung, einschließlich Komfort, Ausdauer, Leistung, Passform, und Benutzerfreundlichkeit bei der Verwendung von SenGlove, ergab eine durchschnittliche Punktzahl von 75,5 %. Das Feedback der Teilnehmer zeigte Einschränkungen im SenGlove Design, wobei besonders ein lokalisiertes Unbehagen im Handgelenk- und Arm-Bereich betont wurde. Dies bietet einen Überblick für zukünftige Optimierungen der SenGlove-Komponenten, wobei der Schwerpunkt besonders auf der taktilen Empfindlichkeit und Fingergeschicklichkeit liegt.



Beyer, Constantin Willem;
Measurement of external in-walking-disturbances in young healthy adults. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Einleitung: Die mit dem Alter steigende Vulnerabilität für Gleichgewichtsstörungen ist multifaktoriell. Sie wird unter anderem geprägt von Veränderungen auf sensorischer (Propriozeption), neu-raler (z.B. Reflexe) und neuronaler (Wahrnehmung) Ebene. Ein erster wichtiger Schritt, um Screening-Tools zu entwickeln, welche Hinweise auf die individuellen Beeinträchtigungen in dieser Kette geben, ist es, Detektionsschwellen (für gesunde junge Menschen) für alle Ebenen zu etablieren. Ziele: Die dieser Arbeit zugrunde liegende Studie wurde durchgeführt, um Detektionsschwellen für bewusste Wahrnehmung (neuronale Ebene) und lokale Muskeldetektion (Reflexebene) in jungen gesunden Menschen zu etablieren. Die Hypothese war, dass die lokale Muskeldetektion, nachgewiesen durch veränderte Muskelaktivierungen, die Reflexmechanismen anzeigen, bei kleineren Störamplituden sichtbar sind als denen, die bewusst wahrgenommen werden. Methoden: 15 junge Erwachsene (8 w, 7 m, 23,4 ± 3.7 Jahre), liefen auf einem geteilten Laufband. Währenddessen wurde eines der Laufbänder zufällig bei Fersenauftritt auf eine bestimmte Geschwindigkeit gebremst und 200 ms später wieder beschleunigt (Ausrutschen). Es gab neun verschiedene Störamplituden (0 m/s „control“ bis 0.3 m/s). Ich fragte die Versuchsteilnehmenden, ob sie die Störung wahrgenommen hätten (bewusste Wahrnehmung). Ich zeichntete Oberflächen-Elektromyographie-Signale von M. tibialis anterior (TA) und M. gastrocnemius medialis (MG) auf. Mit einem psychometrischen Modell habe ich die Detektionsschwelle für bewusste Wahrnehmung berechnet. Um signifikante Änderungen in den Muskelaktivierungen zu identifizie-ren, habe ich Statistical Parametric Mapping genutzt. Ergebnisse: Signifikante Änderungen in den Muskelaktivierungen für TA und MG waren beim Vergleich von gestörtem und ungestörtem Gehen < 200 ms nach Beginn der Störung und ˜50 ms nach den ersten signifikanten Änderungen im Winkel des Fußgelenks und für kleinere Störamplituden (0.035 m/s) sichtbar als jene, die bewusst wahrgenommen wurden (0.06 ± 0.02 m/s). Fazit: Die von den Störungen ausgelösten Reflexe zeigten sich bei geringeren Amplituden als denen, die von der Kohorte bewusst wahrgenommen werden konnten. In weiteren Arbeiten sollte untersucht werden, wie sich diese Ergebnisse auf vulnerable Gruppen übertragen.



Jäger, Fabian;
Wellenkupplung mittels forminstabiler Elemente. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Kupplungen sind sowohl in preisgünstiger Massenware wie Haushaltsgeräten als auch in hochtechnisierten Industriemaschinen in diversen Formen und Bauweisen zu finden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenforschungen zu einer neuen Art Kupplung mit biegeschlaffen Elementen, welche nachweislich noch nicht in der Literatur aufgeführt ist. Die Untersuchungen haben zum Ziel, die Kupplungscharakteristik bei Drehzahl- und Drehmomentvariation aufzuzeigen. Dabei werden verschiedene Kupplungsgeometrien und -kombinationen in statischen sowie dynamischen Anwendungen auch mit Versatz untersucht. Als Basis steht ein Teststand zur Verfügung, welcher im Rahmen einer Projektseminararbeit im Fachgebiet Biomechatronik der Technischen Universität Ilmenau entstanden ist und, abgestimmt auf die neuen Versuche, umfangreich angepasst wird. Abschließend wird ein Fazit zu den Untersuchungen gezogen sowie ein Ausblick gegeben.



Sill, Yannick Lee;
Inbetriebnahme und Integration der Sensorik in den Roboter e-Nandu sowie Charakterisierung der viskoelastischen Beinparameter für unterschiedliche Gangarten. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Ziel dieser Arbeit ist die Inbetriebnahme und Integration der Aktorik und Sensorik in den Roboter e-Nandu. Das gleichnamige Projekt zielt darauf ab, einen leichten bipeden Laufroboter auf Grundlage der Vogellokomotion zu entwickeln, der sich energieeffizient und selbststabilisierend fortbewegen kann. Basis dafür ist ein numerisches Modell das mithilfe von e-Nandu in der Praxis getestet werden soll. Zunächst werden die Grundlagen der bipeden und robotischen Lokomotion abgehandelt und der Stand der Technik bipeder Roboter dargelegt. Anhand ausgewählter Beispiele werden bipede Roboter auf Grundlage der Vogellokomotion betrachtet, um so die Ideen und Konzepte hinter e-Nandu einordnen zu können. Eine kurze Analyse spiegelt den aktuellen Robotermarkt, dessen Entwicklung und Trends wider. Des weiteren wird die Geschichte moderner Industrie- und Serviceroboter aufgegriffen. In dieser Arbeit wird die Inbetriebnahme und Programmierung der Aktoren und Sensoren mithilfe des Motion-Controllers MiniMACS6 dokumentiert und die Sensorgrößen in die für das numerische Modell nötigen Größen umgewandelt. Hierfür wurden zunächst Aktoren und Sensoren mit dem MiniMACS6 verkabelt und nötige Modifikationen zur Herstellung der Kompatibilität eingebracht. Die Motoren wurden durch das Festlegen nötiger Parameter für Motor, Encoder und internen Verstärker sowie durch Einstellen des PID-Lage- und Stromreglers in Betriebsbereitschaft versetzt. Die Sensorgrößen wurden eingelesen und in die nötigen Modellgrößen umgewandelt. Mithilfe von Photomicrosensoren wurde eine Referenzfahrt (Homing) für die Motoren programmiert. So führt e-Nandu nach dem Einschalten die programmierte Homing-Sequenz aus, nimmt einen bekannten Ausgangszustand ein und ist durch betriebsbereite Aktoren und Sensoren für weitere Motion-Control-Befehle einsatzbereit. Ebenso wurde in dieser Arbeit die Konstruktion von e-Nandu auf das numerische Modell abstrahiert und anhand der zugrundeliegenden Gleichungen dessen Realisierung mit vorhandenen Aktoren und Sensoren dargelegt.



Herber, Johannes;
Redesign des Hüftgelenks im Roboter e-Nandu. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Experimente mit laufenden Vögeln haben gezeigt, dass Vögel drei Prinzipien für die terrestrische, bipede Lokomotion nutzen. Die Anwendung dieser Prinzipien führt auch in Simulationen zu stabilem Gehen bzw. Rennen. Um diese Prinzipien in die Realität zu übertragen wurde der Roboter e-Nandu konstruiert. E-Nandu ist ein kleiner, zweibeiniger Roboter, der dabei helfen soll die beobachteten Prinzipien an einer lauffähigen Maschine zu realisieren. Das erwünschte Ziel, die dynamische Lokomotion wie sie bei Vögeln auftritt auf künstliche Beine zu übertragen wurde jedoch nicht erreicht. In dieser aus zwei Teilen bestehenden Arbeit werden im ersten Teil Möglichkeiten diskutiert, die zu geringe Beindynamik zu kompensieren, während der zweite Teil die Entwicklung eines Konzepts behandelt, welches es e-Nandu ermöglicht auch dreidimensionale Bewegungen ausführen zu können, statt wie die aktuelle Konstruktion auf die Bewegung auf einer geraden Linie begrenzt zu sein. Eine der Anpassungsideen der aktuellen Konstruktion ist das Einbauen eines zusätzlichen Fußgelenks in das Bein von e-Nandu. Das Konzept für die Ermöglichung der dreidimensionalen Bewegung besteht in der Erweiterung des Freiheitsgrades um eine Freiheit, welche durch einen weiteren Motor erreicht wird.



Reckenbeil, Jens;
Konstruktionsoptimierung der Bauteile für einen Wheg-getriebenen Explorationsroboter. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der ersten Version des Wheg Roboter „StepONE“. Es werden Kritikpunkte der Konstruktion analysiert. Basierend auf einem zuvor erstellten Anforderungskatalog werden anschließend Konzepte erarbeitet, um die Schwachstellen zu beseitigen. Die einzelnen Prinzipe werden nach zuvor definierten Kriterien bewertet. Anschließend werden die Festigkeitsnachweise für die jeweils bestgeeigneten Konzepte erbracht. Im Rahmen der Konstruktion einer überarbeiteten Plattform „StepONE V2.0“ wird ein Demonstrator entwickelt, welcher den Anforderungen genügt. Dabei wird auf eine robuste Leichtbauweise sowie Montage- und Wartungsfreundlichkeit geachtet. Abschließend wird die neue Fahrplattform gefertigt, montiert und es erfolgen erste Funktionstests.



Fedlmeier, Alexander;
A critical analysis of the potential benefits of a cobot implementation in the industry. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Mit der kontinuierlichen Innovation und Optimierung von Fertigungsebenen und Produktionslinien und dem Übergang zu Industrie 4.0 werden Lösungen gesucht, die die Lücke zwischen Vollautomatisierung und "mass customization" schließen können. Eine solche Lösung könnte der kollaborative Roboter sein, der mit seiner leichten Bauweise, seinen Sensoren und anderen Sicherheitsmerkmalen an der Seite von menschlichen Arbeitern arbeiten kann, um Aufgaben gemeinsam zu bewältigen. Dieser Beitrag befasst sich mit den Vorteilen und Herausforderungen, die mit dem Einsatz von kollaborativen Robotern, kurz Cobots, verbunden sind, und mit der Frage, wie sich ein solcher Einsatz auf einen Prozess in der Industrie auswirken könnte. Zu diesem Zweck wird eine Montage von Motorkomponenten untersucht. Der aktuelle, roboterlose Prozess wird analysiert und dann damit verglichen, wie er mit einem Cobot-Assistenten aussehen könnte. Dies geschieht mit Hilfe von Netzwerkdiagrammen und Maschinenbelegungsplänen, die bewerten, wie viel Zeit der Arbeiter durch einen Cobot einsparen könnte. Der Wert dieser eingesparten Zeit wird dann analysiert und mit den Kosten für die Implementierung des Roboters verglichen. Gleichzeitig wird der Wert anderer vorteilhafter Eigenschaften erörtert, wie z. B. die ergonomische Unterstützung, die der Roboter dem Arbeitsplatz bieten kann. Als Ergebnis wird festgestellt, dass in diesem Fall die Einführung eines Roboters wirtschaftlich vorteilhaft ist.



Planitzer, Phillip;
Entwicklung und Aufbau eines Ratten-Exoskeletts für die Aufprägung mechanischer Perturbationen. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Um die Bewegungskontrolle von Säugetieren besser zu verstehen, werden im Institut für Zoologie und Evolutionsforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena Bewegungsanalysen mit Laborratten durchgeführt. Diese werden in mehreren Versuchsreihen auf unterschiedliche Weise in ihrer Lokomotion gestört, um die Reaktionen der Körperstrukturen zu beobachten, die ihre Bewegungen kontrollieren. In zukünftigen Versuchsreihen sollen mithilfe eines Rattenexoskeletts gezielt Perturbationen in der Sagittalebene auf die caudalen Knöchel der Ratte aufgeprägt werden, die in ihrer Kraftgröße und -richtung, sowie ihrem Interaktionszeitpunkt variiert werden sollen. Im Rahmen dieser Thesis wurden nach einer Grundlagenrecherche mehrere Lösungsvarianten für dieses Exoskelett erstellt und bewertet. Die am besten bewertete Variante wurde vollständig konzipiert und in mechanischer und elektrischer Hinsicht entwickelt. Des Weiteren wurde ein Anschauungsmodell (Proof of Concept) des Exoskeletts additiv gefertigt, montiert und an dem Modell einer Ratte angebracht. Das entwickelte Exoskelett soll nach der tatsächlichen Herstellung, Montage und Implementierung der Regelung bei zukünftigen Bewegungsanalysen eine vollständige Bewegungssteuerung der caudalen Knöchel durchführen können. Dadurch könnte auch bewegungseingeschränkten Ratten das Gehen ermöglicht werden. Die Erkenntnisse der Versuchsreihen sollen zudem dabei helfen, die bereits existierenden digitalen Modelle einer gehenden Ratte und eines synthetischen Nervensystems zu optimieren.



Wendt, Eric;
Entwicklung und Aufbau einer mobilen Plattform für die Aufprägung von Kraftgrößen auf Exoskelette für Ratten. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Das interdisziplinäre Projekt NeuroNex (C3NS) beschäftigt sich mit der Kommunikation, Koordination und Steuerung neuromechanischer Systeme. Die zentrale Frage ist, wie das biologische Nervensystem die Interaktion zwischen Extremitäten und Umgebung steuert, um eine bestimmte Bewegung zu erzeugen. Zu diesem Zweck wurde es als notwendig erachtet, die Reizreaktion auf verschiedene reproduzierbare Störungen während der Fortbewegung von kleinen Säugetieren zu analysieren. Exoskelette können verwendet werden, um kontrollierte Perturbationen zu induzieren. In dieser Arbeit wurde eine mobile Plattform nach den Richtlinien der VDI 2206 entwickelt. Die Plattform soll als Widerlager von zwei verschiedenen Exoskeletten für Ratten der Gattung Rattus norvegicus dienen. Im Dialog mit den zukünftigen Anwendern und auf Basis der vorgegebenen Testumgebung wurden die Anforderungen an das System sowie die notwendigen Funktionselemente definiert. Dies ermöglichte die Entwicklung verschiedener Lösungen und die Auswahl einer optimalen Lösung, die in der Konstruktionssoftware Autodesk Inventor® entwickelt wurde. Die entworfene Plattform trägt die notwendigen elektronischen Elemente, darunter Aktoren und Sensoren und kompensiert das Gewicht des Exoskeletts, um unerwünschte Auswirkungen auf die natürliche Bewegung der Ratte zu vermeiden. Die Plattform kann manuell gesteuert werden, um der Bewegung der Ratte durch einen Laufkanal zu folgen. Beispiele für die automatische Verfolgung der Ratte und automatische Steuerung der Plattform wurden ebenfalls in diese Arbeit einbezogen.



Schönfeld, Aron;
Untersuchung intraoraler Zwangskräfte : ein Beitrag zur Objektivierung kieferorthopädischer Behandlungen. - Ilmenau. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In der Masterarbeit wird ein Beitrag zur Objektivierung der kieferorthopädischen Behandlung durch die Entwicklung einer sensorischen herausnehmbaren Zahnspange – zur Untersuchung intraoraler Zwangskräfte – geleistet. Auf der Grundlage des aktuellen Standes der Wissenschaft und Technik werden geeignete Sensorkonzepte zur Messung intraoraler Kräfte bei der kieferorthopädischen Behandlung entwickelt. Dabei werden anhand von Simulationen geeignete Sensorpositionen ermittelt und Konzepte sowie erste Prototypen einer sensorischen herausnehmbaren Zahnspange erstellt. Für die Überprüfung der Sensorkonzepte bzw. Prototypen wird der Aufbau einer Messvorrichtung realisiert.