Auslegung eines Robotgreifsystems. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Mit der Entwicklung von soft Robotics, Materialwissenschaften und erweiterbaren elektronischen Technologien haben sich nachgiebige Greifer rasant entwickelt. Ein nachgiebiger Greifer kann im Vergleich zu einem starren Greifer verschiedene Objekte greifen oder manipulieren. Dieser Greifer ist ein Beispiel für eine biologische Heuristik, die die Komplexität der Steuerung durch Ändern der Steifigkeit des Greifers und der Anzahl der Stellglieder, die mit dem Objekt in Kontakt stehen, erheblich verringert. Dieser nachgibiebige Greifer ermöglicht das Greifen und Manipulieren von Objekten geringer Bruchfestigkeit durch sein spezielles Wirkprinzip. Es wird ein umfassender Überblick über den nachgiebigen Robotergreifer einschließlich Material-, Struktur-, und Kraftanalyse, sowie Produktions- und Montagemethoden gegeben.
Montage und Test eines Schlagflügelprüfstandes. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Diese Masterarbeit behandelt die methodische Entwicklung und Konstruktion eines Prüfstands für Schlagflügelroboter. Mit dem Prüfstand soll der Schlagflügelroboter verschiedene Flugbahnen realisieren können. Gleichzeitig wird die Position des Schlagflügelroboters im Flug von den Sensoren auf dem Prüfstand bestimmt. Der Prüfstand soll mit der FDM-Technik gefertigt werden und die grundlegenden Festigkeitsanforderungen aufrechterhalten. Durch eine optimierte Auslegung des Prüfstands wird der Schlagflügelroboter während des Fluges einem möglichst geringen Widerstand ausgesetzt, wodurch genauere Positionsdaten gemessen werden können.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In Zukunft wird der Mensch vermehrt einer Vielzahl an Umwelteinflüssen ausgesetzt, welche den visuellen und auditiven Sinneskanal belasten. Aus diesem Grund stellt die Nutzung der taktilen Wahrnehmung zur gezielten Vermittlung von Informationen über die direkte Stimulation der Hautoberfläche ein interessantes Anwendungsgebiet dar. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Neuentwurf und der Realisierung einer taktilen Schnittstelle zur Vermittlung von Informationen anhand von vibrotaktilen Reizen an der Fußsohle. Basierend auf der Wahrnehmung mechanischer Reize über die Sinnesrezeptoren der Haut wurde ein Konzept erstellt, welches die Übermittlung von Informationen durch Vibrationsaktoren in der Schuhsohle ermöglicht. Im Verlauf der Arbeit wurde die Nutzung der Fußsohle als Einsatzort einer taktilen Schnittstelle ebenso untersucht, wie der Einfluss der verschiedenen Aktorenpositionen auf die Wahrnehmung der erzeugten Reize. Mit der Durchführung und Auswertung verschiedener Probandentests wurde der Funktionsnachweis der taktilen Schnittstelle erprobt und die Detektion der verschiedenen Vibrationsmotoren untersucht. Die Zielsetzung der Arbeit besteht darin, den Anwender anhand von selbst generierten Vibrationsmustern, in einem frei gewählten Szenario als Navigationshilfe zu dienen. Die Untersuchungen zeigen, dass der Bereich der mittleren Zehe und des Fußballens am besten von den Probanden detektiert werden. Die erzeugten Vibrationen der Fersenregion werden im Vergleich dazu am geringsten wahrgenommen. Mit dem Neuentwurf der taktilen Schnittstelle können die Informationen in einer nicht visuellen Form auf einfache, intuitive Weise schnell und verständlich präsentiert werden. Die gute Erkennbarkeit der generierten Bewegungsmuster weist die Nutzbarkeit der entwickelten Einlegesohle zur Informationsvermittlung nach.
Auslegung und konstruktive Gestaltung eines Wheg-Antriebes mit Alternationsausgleich. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Exploration unwegsamen Geländes gestaltet sich in der Technik sehr schwierig, in der Natur jedoch sehr einfach. Das Prinzip des Schreitens hat sich evolutionär gegenüber allen anderen Fortbewegungszuständen an Land durchgesetzt, findet allerdings in der heutigen Zivilisation technisch kaum eine Anwendung. Natürlich liegt es nahe, die schreitende Fortbewegung im unwegsamen Gelände aus der Natur für Maschinen aller Art zu übernehmen. Da das menschenähnliche Schreiten einen hohen technischen Aufwand verlangt, wird dies mit der rotatorischen Bewegung kombiniert. Der entstandene Hybrid aus Bein und Rad, auch Wheg genannt, ermöglicht in einfacher Umsetzung erstaunliche Klettereigenschaften, die allerdings durch ein permanentes Auf- und Ab der Maschine erkauft werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung, Auslegung und praktischen Umsetzung des in Abbildung 2.1 dargestellten technischen Prinzipes in Form eines Roboterprototypen. Ziel ist es, den Höhenunterschied während der Fahrt auszugleichen und somit eine harmonische Fortbewegung zu realisieren. Dazu wird das gegebene Prinzip analysiert, simuliert und nötige Anforderungen an das System abgeleitet. Anschließend werden Untersuchungen zum bevorzugten Fertigungsverfahren, der generativen Fertigung, durchgeführt, um verlässliche Materialwerte zur Auslegung zu erhalten. Daraufhin wird ein System konzeptioniert, dass angefangen durch eine technische Gesamtfunktion, über einen grafischen Forderungsplan, bis hin zu einem finalen Konzept konkretisiert wird. Dem schließt sich, nach der Auswahl benötigter Bauteile, eine konstruktive Umsetzung an. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einem funktionsfähigen Roboterprototypen.
Untersuchung der Generatorlaufprüfung zur Optimierung und Ableitung von Möglichkeiten zur Standardisierung. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Aufgabe dieser Masterarbeit bestand darin, die Generatorlaufprüfung zu optimieren und Möglichkeiten für eine Standardisierung des Aufspannprozesses zu erarbeiten. Dies erfolgte im Generatorenwerk Erfurt der Siemens AG und bezieht sich nur auf Generatoren, die im 2-Pol Design gefertigt sind. Ziel war es den Arbeitsablauf zu verbessern und eine Reduzierung der Durchlaufzeiten zu erzielen. Zu Beginn dieser Arbeit wurde der Stand der Technik aufgearbeitet. Dazu zählen der Aufbau des Generators, elektrischer Prüfungen und der Aufspannprozess. Weiterhin wurde ein Überblick über die Prozessoptimierung unter Berücksichtigung der Lean Theorie und der Modellbildung in der digitalen Fabrik geben. Anschließend erfolgte die Analyse des Ist-Zustandes einer Generatorlaufprüfung, welcher in einem Wertstromdiagramm dargestellt wurde. Daraus wurden Vorschläge zur Verbesserung abgeleitet. Ein zweiter Schwerpunkt der Arbeit war die Erarbeitung einer Simulation der Laufprüfung. Dazu wurden die Kriterien zur Durchführung einer Generatorlaufprüfung und einer nachfolgenden 3D-Visualisierung in Form eines Flussdiagramms erarbeitet. Dadurch ist es bereits im Vorfeld möglich, eine Aussage über die Realisierung einer Generatorlaufprüfung im Generatorenwerk in Erfurt zu treffen. Für die Umsetzung der 3D-Simulation wurde durch eine Nutzwertanalyse eine Software ermittelt, wobei es sich um Siemens NX 12 handelt. Damit erfolgte eine Modellierung des Aufspannprozesses und durch den Einsatz ein Standardisieren der Aufspannung.
Auslegung eines PID-Reglers zum Steuern eines Schlagflügel-Roboters. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Auslegung eines PID-Reglers zur Steuerung eines Schlagflügel-Roboters. Es wird ein Schlagflügel-Roboter mittels PID-Regler gesteuert und die signifikanten PID-Parameter Kp, Ki, Kd werden anhand von drei Methoden (dynamische Methode, Ziegler Nichols Methode und experimentelle Methode) ermittelt und dokumentiert. Das Design eines Prototypenprüfstandes wird vorgestellt, der einen Schlagflügelmechanismus verwendet. Somit kann die Steuerstrategie getestet werden, um die Auftriebskraft zu erreichen, die die Bewegung in einer bestimmten Flugposition steuert, die von einem Ultraschallsensor gemessen wird. Es wurde ein Messplatz aufgebaut, wobei ein Arduino Nano des Schlagflügel-Roboters genutzt und mit einem Ultraschallsensor gemessen wurde. Zunächst erfolgten Messungen unter Verwendung der o.g. Methoden. Bei zwei Methoden konnte ein mehr oder weniger ähnliches Ergebnis beobachtet werden, während bei der dynamischen Methode der langsamste Parameter zu verzeichnen war. Um einen Vergleich der verschiedenen Methoden und deren Ergebnisse ermöglichen zu können, wurden die Höhe in Prozent (Amplitude) berechnet und eine Visualisierung in Diagrammen erarbeitet. Hier zeigte die experimentelle Methode das beste Ergebnis. Aufgrund der Ungenauigkeit des Ultraschallsensors können nur bedingt vergleichbare Ergebnisse erzielt werden.
Überprüfung einer möglichen Beeinflussung der Gangstabilität durch die Applikation vibrotaktiler Reize an der Fußsohle. - Ilmenau. - 137 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Nutzung von Kraftmessplatten zur Beurteilung des menschlichen Gangbildes bietet eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen markerbasierten Bewegungsanalyseverfahren. Durch eine kompakte Bauweise wurden portable Systeme realisiert, die durch ihre flexible Einsetzbarkeit neue Anwendungsbereiche der Bewegungsanalyse erschließen. Ziel der vorliegenden Arbeit war der Nachweis, ob durch den Einsatz von Vibrationseinlegesohlen in Schuhen eine Beeinflussung des Gangbildes entsteht. Dafür war es notwendig eine Synchronisationsschnittstelle für den praktischen Einsatz in der instrumentellen Ganganalyse zwischen den Kraftmessplatten und den Schuhsohlen zu entwickeln sowie diese zu validieren. Die Synchronisierung erfolgt dabei über die Triggereingänge des Ladungsverstärkers der Kraftmessplatten durch den Mikrocontroller der Schuhsohlenansteuerung. Dieses Konzept zur Synchronisation von Kraftmessplatten und Smartschuhen wird anschließend validiert und evaluiert, so dass eine robuste Aufnahme der Kraftdaten der Messplatten mit Synchronisation zwischen Messsystem und Smartschuhe möglich ist. Auf dieser Basis wird eine umfassende Validierung in Probandentests der mit Synchronisationsschnittstelle gemessenen Bewegungen bzw. detektierten Gangparameter durchgeführt, aus der hervorgeht, ob Verwendung der vibrierenden Smartschuhen einen Einfluss auf Gangparameter hat. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern Gangparameter bei der Verwendung der vibrierenden Smartschuhen und ermöglichen eine kritische Auseinandersetzung bei der Analyse der aufgezeichneten Bewegungsparameter im Hinblick auf eine eventuelle Beeinflussung des Ganges durch die Vibrosohlen.
Reduzieren der Masse eines mittels Teleskopspeichen nachgiebig gestalteten Doppel-Whegs unter Nutzung der FDM-Technologie. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Verringerung der Masse der Endeffektoren eines mobilen, hindernistauglichen und robusten Roboters bei gleichzeitiger Beibehaltung der Funktion mittels intensiver Nutzung der FDM-3D-Drucktechnologie. Es handelt sich dabei um sog. Doppelwhegs mit in der Steifigkeit einstellbaren Teleskopspeichen zur Dämpfung der durch die bauartbedingte Alternation hervorgerufenen Stöße. Der Bezugszustand ist die Bachelor-Arbeit von Herrn Dennis Kowollik, angefertigt 2016 im Fachgebiet Biomechatronik der Fakultät Maschinenbau der Technischen Universität Ilmenau. Nach Analyse des Masseeinsparpotentials der bestehenden Konstruktion, welches als gering ermittelt wurde und im Hinblick auf die möglichst einfache Variierbarkeit der Spoke-Steifigkeit werden drei neue Konzepte auf Grundlage anderer Prinzipien zur Umsetzung vorgeschlagen und auf ihre Eignung in Gegenüberstellung mit den funktionalen Anforderungen und den Besonderheiten des FDM-3D-Druckes geprüft. Anschließend wird die an der besten geeigneten Variante konstruiert und zur Veranschaulichung gefertigt.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Bei der dynamischen Unterstützung von Bewegungen der Oberextremität, etwa durch Exoskelette, ist die Kenntnis der zugrundeliegenden Kinematik und Dynamik der Körperglieder essenziell. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Masterarbeit ein Körpermodell des Arms entwickelt, mit welchem die Abbildung und Analyse entsprechender Parameter auf Basis von Bewegungsaufnahmen via Motion-Capturing und grundlegender Anthropometrie möglich ist. Es werden entsprechende experimentelle Daten untersucht und aufbereitet, ein Starrkörpermodell auf Basis des Modells nach Hanavan entworfen und in das Bewegungssimulationsprogramm OpenSim integriert. Das Modell kann mit drei Freiheitsgraden in der Schulter und einem Freiheitsgrad im Ellenbogengelenk auf Basis von Markerbewegungen simuliert werden. Eine kinematische und dynamische Analyse ist mithilfe des Programmes möglich. Erstellte Programmskripte erlauben eine vereinfachte Verarbeitung von Motion-Capturing-Daten sowie die Anpassung und Skalierung des Starrkörpermodells. Eine Skalierung des Bewegungsmodells ist über das verwendete Bewegungssimulationsprogramm möglich.
Untersuchung des Einflusses der Nachgiebigkeit des Außenohres auf die Schallleitung. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Das Ohr ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Trotzdem gibt es wenig Untersuchungen darüber, ob die Nachgiebigkeit des Außenohres einen Einfluss auf die Schallübertragung ausübt. Dieser Einfluss soll in der Arbeit untersucht werden. Dazu wurden Ohrmodelle mit einem unterschiedlichen E-Modul mit Hilfe eines 3D-Druckers gefertigt. Die Regulation des E-Moduls findet dabei über die Variierung des sogenannten Infills statt. Zum Einsatz kam dort ein nachgiebiges Material namens NinjaFlex. Daraus wurden Ohrmodelle mit einem Infill von 10 %, 15 %, 25 %, 50 %, 75 % und 100 % mit einem leicht gekrümmten Gehörgang und Ohrmodelle mit einem Infill von 15 %, 50 % und 100 % mit einem stark gekrümmten Ohrmodell gedruckt. Die fertigen Ohrmodelle wurden dann in einem Versuchstand über einen Lautsprecher mit einem Testsignal (20 Hz bis 20 kHZ) beaufschlagt. Ein Mikrofon simulierte dabei das Trommelfell und lieferte die Messdaten. Es zeigte sich, dass im Frequenzbereich von 3000 Hz bis 5000 Hz, dem Hauptsprachbereich des Menschen, die größten Unterschiede in der Schallübertagung festgestellt werden können. So ist die maximal gemessene Amplitude bei einem Modell mit 15 % Infill nur beinahe halb so groß wie bei einem Referenzmodell aus einem unnachgiebigen Material. Es ergab sich aber auch, dass die Methode, die Nachgiebigkeit über das Infill zu regulieren zu nicht erwarteten Ergebnissen führen kann und unter Umständen ungeeignet ist. So lagen die Messwerte für ein Ohrmodell mit einem Infill von 50 % nicht wie erwartet zwischen den Werten für die Ohrmodelle mit einem Infill von 25 % und 75 %, sondern bei dem Ohrmodell mit einem Infill von 15 %.