Beitrag zur Minimierung der Insertionskräfte von Cochlea-Implantat-Elektrodenträgern : Untersuchung gerader, lateral liegender Elektrodenträger sowie deren Funktionalisierung mittels nachgiebiger Aktuatoren. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (172 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022
Sensorineurale Hörstörungen können mit einem Cochlea-Implantat behandelt werden. Der zu implantierende Teil des Cochlea-Implantat-Systems besteht aus Empfängerspule und Elektrodenträger. Der Elektrodenträger wird vom Chirurgen in die Cochlea inseriert, um dort die geschädigten Haarzellen zu ersetzen und die elektrische Stimulation des Hörnervs zu übernehmen. Diese manuelle Insertion des Elektrodenträgers in die Cochlea soll möglichst vorsichtig erfolgen, um keine intra-cochleären Strukturen zu beschädigen sowie post-operative Entzündungen und die iatrogene Ertaubung von Patienten mit Restgehör zu vermeiden, weswegen für diese Herangehensweise der Begriff „Soft Surgery“ geprägt wurde (Lehnhardt (1993), „Intracochlear placement of cochlear implant electrodes in soft surgery technique“). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Elektrodenträger und dessen Insertionsprozess in die Cochlea. Dazu werden zunächst digitale und anschließend physikalische, planare Modelle der humanen Cochlea erstellt, die die morphologische Variation abbilden. Diese werden anschließend für Insertionsstudien verwendet, welche dazu dienen, die Insertionskräfte während der Insertion zu messen. Es werden Einflussfaktoren auf den Insertionsprozess systematisiert und drei davon anhand von Studien mit eigens hergestellten Labormustern untersucht: Die Geometrie der Cochleamodelle, die Insertionsgeschwindigkeit des Elektrodenträgers und eine Beschichtung des Elektrodenträgers. Die Insertionsstudie in Cochleamodelle unterschiedlicher Größe wird verwendet, um die Abhängigkeit der Insertionskräfte von der Geometrie der Modelle zu analysieren. Der Einfluss der Insertionsgeschwindigkeiten und die Beschichtung des Elektrodenträgers werden mit dem Ziel einer Reduktion der Insertionskräfte untersucht. Abschließend wird ein fluidisch-aktuierter, nachgiebiger Mechanismus zur Funktionalisierung des Elektrodenträgers betrachtet. Zunächst wird ein im spannungsfreien Zustand gerader Mechanismus analysiert. Die Skalierbarkeit des vorgeschlagenen nachgiebigen Mechanismus wird analytisch und numerisch gezeigt. Anschließend liefert die Synthese des fluidmechanischen Aktuators dessen geometrische Maße, um unter Druckbeaufschlagung mit definiertem Druck einer vorgegebenen Form zu entsprechen. Diese Synthese wird angewandt, um die Geometrien eines nachgiebigen Mechanismus für drei unterschiedlich große Formen der Cochlea zu bestimmen.
https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53719
Free vibration of compliant mechanisms based on Euler-Bernoulli-Beams. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms, (2023), S. 1-18
This paper presents an analytical approach for computing the natural frequencies of planar compliant mechanisms consisting of any number of beam segments. The approach is based on the Euler-Bernoulli Beam theory and the transfer matrix method (TMM), which means there is no need for a global dynamics equation, but instead low-order matrices are used which result in high computational efficiency. Each beam segment is elastic, thin, has a different rectangular cross-section or a different orientation and is treated as an Euler-Bernoulli beam. The approach in principle does not differentiate between the flexure hinges, and the more rigid beam sections, both are treated as beams. The difference in stiffness solely results from the changes in the cross sections and length. A finite element analysis (FEA), as often used in practical applications, has been carried out for various geometries to serve as state-of-the-art reference models to which the results obtained by the presented analytical method could be compared. Various test specimens (TS) consisting of concentrated and distributed compliance in various degrees of complexity were produced and measured in free- and forced vibration testing. The results from experiments and the FEA compared to those of the proposed method are in very good correlation with an average deviation of 1.42%. Furthermore, the analytical method is implemented into a readily accessible computer-based calculation tool which allows to calculate the natural frequencies efficiently and to easily vary different parameters.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4_1
Analytical characterization of spatial compliant mechanisms using beam theory. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms, (2023), S. 61-76
Due to the advantages of compliant mechanisms, they are widely used in technical fields such as precision engineering, measurement and medical technology. The movement of the mostly monolithically designed mechanisms is primarily achieved by bending the individual structural sections. Due to geometric nonlinearities caused by large deflections, the analytical description of the deformation behavior under the influence of external loads is not trivial. While plane compliant mechanisms can be reliably calculated with different models, the analysis of spatial compliant mechanisms is accordingly more difficult. Due to the complexity of the motion, simplifications are often made in the model assumptions, which have a detrimental effect on the precision of the results. Therefore, this paper presents a method to apply nonlinear beam theory to complex spatial structures that can include both curved sections and sections with non-constant cross-sections. Using selected examples of varying complexity, the model is validated using FEM simulations. In addition, a procedure to characterize branched spatial compliant mechanisms with the proposed analytical model and to calculate their deformation is explained. By efficiently solving the analytical model numerically, the deformed state of the mechanism can be obtained in seconds. Therefore, the model is particularly suitable for early stages of development or iterative synthesis tasks.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4_5
Development of a database to simulate and adapt compliant mechanisms to a given characteristic for improving energy efficiency of a walking robot. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms, (2023), S. 46-60
Compliant mechanisms with variable geometric parameters are investigated for the application in a bipedal robot to improve its walking efficiency. These mechanisms have nonlinear torque-angle characteristics and act like torsion springs to change the systems free oscillation frequency. High energy efficiency is achieved if the free oscillation frequency matches the step frequency, meaning the that the robot walks in resonance. For this purpose, the desired characteristic of the optimized elastic coupling is identified via optimization. Then, a database is developed, which consists of boundary conditions and beam elements. In this paper, there are three boundary conditions and three beam elements for demonstration purpose. To simulate a large number of compliant mechanisms with different characteristics, two boundary conditions and a beam element can be combined. The boundary conditions serve as bearing types to connect the beam element to the thighs of a robot. The large deformation behavior is assumed to be simulated by the Euler-Bernoulli beam theory, which is validated by FEM models. Thus, the desired characteristic from the proceeding optimization process is realized by a specific compliant mechanism.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4_4
Microactuators, Microsensors and Micromechanisms : MAMM 2022
1st ed. 2023.. - Cham : Springer International Publishing, 2023. - 1 Online-Ressource(XIII, 364 p. 234 illus., 186 illus. in color.). - (Mechanisms and Machine Science ; 126) ISBN 978-3-031-20353-4
This book brings together investigations which combine theoretical and experimental results related to such systems as flexure hinges and compliant mechanisms for precision applications, the non-linear analytical modeling of compliant mechanisms, mechanical systems using compliance as a bipedal robot and reconfigurable tensegrity systems and micro-electro-mechanical systems (MEMS) as energy efficient micro-robots, microscale force compensation, magnetoelectric micro-sensors, acoustical actuators and the wafer bonding as a key technology for the MEMS fabrication. The volume gathers the contributions presented at the 6th Conference on Microactuators, Microsensors and Micromechanisms (MAMM), held in Hyderabad, India in December 2022. The aim of the conference was to provide a special opportunity for a know-how exchange and collaboration in various disciplines concerning systems pertaining to micro-technology. The conference was organized under the patronage of IFToMM (International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science).
https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4
A method for optimising compliant mechanisms :
Eine Methode zur Optimierung nachgiebiger Mechanismen. - In: Getriebetagung 2022, (2022), S. 133-142
In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe nachgiebige Mechanismen bezüglich ihres Verformungsverhaltens optimiert werden können. Berechnungsgrundlage der Methode ist die Theorie großer Verformungen stabförmiger Strukturen. Die Berechnung erfolgt mit numerischen Lösungsverfahren in Python. Für die Optimierung werden Festkörpergelenke entlang einer vorgegebenen Balkenachse verschoben. Durch Parameterstudien dreier Mechanismen wird zunächst die Auswirkung der Gelenkposition auf das Verformungsverhalten herausgestellt. Abschließend wird die Berechnungsmethode mit Hilfe von den aus den Parameterstudien resultierenden Ergebnissen erfolgreich verifiziert.
Modellbasierte Entwicklung von Methoden, Algorithmen und Werkzeugen zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 1 Online-Ressource (XXI, 184 Seiten, Seite XXIII-LV). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 7)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022
Nachgiebige Mechanismen sind in technischen Anwendungen weit verbreitet, insbesondere in der Robotik, Präzisions-, Mess- und Medizintechnik. Ihr Verformungsverhalten wird maßgeblich durch die Gestaltung ausgewählter nachgiebiger Strukturabschnitte, beispielsweise durch die gezielte Reduktion der Querschnittsabmessungen, beeinflusst. Die Bewegung des Mechanismus erfolgt vorwiegend durch Biegung dieser Abschnitte. Die Berechnung des Verformungsverhaltens unter dem Einfluss äußerer Belastungen stellt aufgrund von geometrischer Nichtlinearität eine anspruchsvolle Aufgabe bei der Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen dar. Daher wird in dieser Arbeit ein Beitrag zur analytischen Modellbildung und damit zum Analyse- und Syntheseprozess geleistet. Die Modellgleichungen werden für ebene und räumliche Anwendungsfälle gegeben. Mit Hilfe dieser können nachgiebige Mechanismen mit variierenden Querschnitten, Krümmungen, Werkstoffen und Verzweigungen charakterisiert werden. Für die Betrachtung beliebiger Mechanismen werden die Gleichungen in einer rekursiven Form gegeben. Aufgrund von Strukturabschnitten unterschiedlicher Querschnitte werden, über reine Biegung hinaus, auch Querkraftschub und Querkontraktion im Modell berücksichtigt. Es werden Untersuchungen durchgeführt um zu definieren, wann diese Effekte, in Abhängigkeit der Geometrie, zu berücksichtigen sind. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Empfehlungen für die zu verwendende Theorie gegeben. Durch die Formulierung der Gleichungen in einer einheitlichen Form wird ermöglicht, die Theorie für einzelne Abschnitte eines nachgiebigen Mechanismus individuell anzupassen. Weiterhin wird das Modell durch Beispielmechanismen für zwei- und dreidimensionale Anwendungsfälle mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode und experimentellen Untersuchungen validiert. Dabei werden die Empfehlungen der einzusetzenden Theorie angewendet. Daraufhin werden Algorithmen zur Dimensionierung einzelner Festkörpergelenke und nachgiebiger Mechanismen gegeben. Dadurch kann deren Bewegungsverhalten im Hinblick auf konkrete Zielkriterien verbessert werden. Abschließend werden die Methoden in drei eigenständig ausführbare Softwarewerkzeuge implementiert, die frei zur Verfügung gestellt sind. Durch deren Entwicklung wird ein Beitrag zum Entwurf sowie zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken und nachgiebigen Mechanismen geleistet.
https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53126
Design of compliant mechanisms based on rigid-body mechanisms. - In: Romanian journal of technical sciences, ISSN 2601-5811, Bd. 67 (2022), 1, S. 61-78
The design of compliant mechanisms is a much more complicated task than their analysis. Consequently, there are many more methods available for the analysis of compliant mechanisms than for their synthesis. In this article, a contribution to the synthesis of compliant mechanisms is made by presenting a comparison of two different methods for their design. In both methods rigid-body systems are used as a basis for compliant mechanisms. Depending on the task of the compliant mechanism, one of these methods can be selected and applied. The deviations between the results of the used theory and measurement results as well as FEM results are less than 5.5 % for displacements and acting forces. Selected mechanisms for the realization of a straight-line motion of a point and for given relative motions are presented as examples.
An analytical method for calculating the natural frequencies of spatial compliant mechanisms. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 175 (2022), 104939, S. 1-17
Compliant mechanisms are becoming increasingly important in both research and industry. The design and the static analysis of such mechanisms has made much progress in recent years, yet comparatively little research has been done on their dynamic behaviour. The aim of this paper is to advance the dynamic analysis of spatial compliant mechanisms by pursuing the calculation of their natural frequencies. So far, their determination is only possible with time-consuming 3D-FEM simulations or via pseudo-rigid-body models and Lagrangian equations. An analytical method is developed to simplify and accelerate the calculation of the natural frequencies of compliant mechanisms. The method is integrated into an algorithm on which a graphical user interface is developed to allow the design and calculation of the system in the most time efficient and intuitive way. The results are verified by 3D-FEM simulations and validated through an experiment. The evaluation shows good agreement with the reference models. The results of this paper allow a reliable and efficient calculation of natural frequencies and serve to facilitate further work regarding the dynamic analysis of compliant mechanisms.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2022.104939
Modeling of corner-filleted flexure hinges under various loads. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 175 (2022), 104937, S. 1-11
Compliant mechanisms are widely applied in precision engineering, measurement technology and microtechnology, due to their potential for the reduction of mass and assembly effort through the integration of functions into fewer parts and an increasing motion repeatability through less backlash and wear, if designed appropriately. However, a challenge during the design process is the handling of the multitude of geometric parameters and the complex relations between loads, deformations and strains. Furthermore, some tasks such as the dimensioning by means of optimization or the modeling for a controller design require a high number of analysis calculations. From this arises the need for sufficient computational analysis models with low calculation time. Existing studies of analysis models are mostly based on selected load cases, which may limits their general validity. The scope of this article is the comparison of models for the analysis of corner-filleted flexure hinges under various loads, to determine their advantages, disadvantages and application fields. The underlying methods of the study can further be used to evaluate future models based on a broad selection of possible load cases.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2022.104937
Development of a calculation tool for the natural frequencies of planar compliant mechanisms :
Entwicklung eines Berechnungstools für die Eigenfrequenzen von planaren nachgiebigen Mechanismen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/75420
Analytical calculation of the deformation behavior of spatial compliant mechanisms :
Analytische Berechnung des Verformungsverhaltens räumlicher nachgiebiger Mechanismen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/75435
CoMSys - a GUI-based calculation tool for the analysis and optimisation of compliant mechanisms :
CoMSys - ein GUI-basiertes Berechnungstool zur Analyse und Optimierung nachgiebiger Mechanismen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/75432
On the influence of geometrical deviations of flexure hinges on the trajectory behaviour of straight-line compliant mechanisms for ultra-precision applications :
Zum Einfluss von geometrischen Abweichungen von Festkörpergelenken auf das Bahnverhalten von nachgiebigen Geradführungsmechanismen für Ultrapräzisionsanwendungen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/75447
Improving energy efficiency of bipedal walking using nonlinear compliant mechanisms. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics, ISSN 1617-7061, Bd. 21 (2021), 1, e202100197, S. 1-3
A method to improve the energy efficiency of a bipedal robot by coupling its thighs with compliant smart mechanisms is introduced. The walking gaits are driven by electric motors in its revolute joints, whose reference trajectories are generated via numerical optimization. The optimized nonlinear characteristic of the compliant mechanism modifies the free oscillation frequency of the system that matches the current double step frequency even under different conditions, which results in a very high energy efficiency.
https://doi.org/10.1002/pamm.202100197
Synthesis of a compliant system from a given curve :
Synthese eines Nachgiebigen Systems mit gegebener Kennlinie. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 87-88
https://doi.org/10.17185/duepublico/74063
Das Biege-Torsions-Steifigkeitsverhältnisses von Festkörpergelenken mit Standard- und Polynomkonturen :
The bending-torsion-stiffness ratio of flexure hinges with common and polynomial notch shapes. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 74-75
https://doi.org/10.17185/duepublico/74059
Comparison of nonlinear continuum beam models with finite beam models for the analysis of compliant mechanisms :
Vergleich nichtlinearer Kontinuums-Balkenmodelle mit finiten Balkenmodellen für die Analyse nachgiebiger Mechanismen. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 58-61
Nachgiebige Mechanismen haben sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Feinwerk-, Mess- und Mikrotechnik etabliert. Für den iterativen Entwurf sowie die Optimierung von nachgiebigen Mechanismen besteht ein Bedarf an zeiteffizienten Analysemodellen mit möglichst geringen Abweichungen zum gefertigten Mechanismus. Hierfür wurden eine Reihe verschiedener Modellierungsansätze zur Beschreibung des Bewegungsverhaltens entwickelt und untersucht, unter denen nichtlineare Kontinuums-Balkenmodelle und nichtlineare finite Balkenmodelle ein hohes Potenzial zeigen. Trotz der ähnlichen Ansätze der Balkentheorie ergeben sich Unterschiede im Einsatz beider Modelle, die aufbauend auf den Ergebnissen bestehender Veröffentlichungen im Rahmen dieses Beitrages näher diskutiert werden.
https://doi.org/10.17185/duepublico/74053
Synthesis method for the determination of suitable geometric parameters of flexure hinges :
Synthesemethode zur Bestimmung geeigneter Geometrieparameter von Festkörpergelenken. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 28-29
https://doi.org/10.17185/duepublico/74040
Influence of silver/silver chloride electroless plating on the Shore hardness of polyurethane substrates for dry EEG electrodes. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 7 (2021), 2, S. 9-12
Dry electrodes enable a shorter preparation time for infant EEG. Since infant skin is more sensitive than adult skin, soft electrodes are required to reduce the mechanical stress for this sensitive skin. Thus, soft electrodes are crucial for eventual repetitive and long-term use like in neonatal intensive care units. A biocompatible polyurethane (PU) can be produced in low hardness resulting in a soft and flexible electrode substrate. Silver/silver chloride (Ag/AgCl) electroless plating provides a conductive, electrochemically stable coating but the process may alter the mechanical properties of the electrode substrate. In this study, we assess the hardness of PU material before and after Ag/AgCl plating. The test sample design for Shore hardness measurement is based on ISO 7619-1:2010. Sample production consists of a 3D print master model, silicone molding, PU casting, and finally electroless plating. UPX 8400-1 (Sika AG, Switzerland) is used for the sample substrates. Test samples are produced with 7 different Shore hardness (range A40-A95) and 14 samples (each hardness: 1 uncoated and 1 coated). The hardness measurements are carried out with a lever-operated test stand Shore hardness tester model with a digital hardness tester (TI-AC with HDA 100-1, KERN & SOHN GmbH, Germany). It is shown that there is a hardness increase (Shore A) due to Ag/AgCl coating with a grand average of 1.1±0.7 (p<0.05). The largest increase of 2.1±0.2 is seen on the initial lowest Shore hardness sample (Shore hardness: 43.4±0.1). The absolute increase of hardness due to the Ag/AgCl coating decreases with increasing substrate hardness. It is concluded that there is no strong hardness increase of PU substrates due to Ag/AgCl plating. Therefore, the material is suitable as a soft electrode for repetitive and long-term use in infant applications.
https://doi.org/10.1515/cdbme-2021-2003
Anwendung einer Homotopie-Optimierungs-Methode zur Identifikation der Modellparameter eines Roboterprototyps. - In: Schwingungen 2021, (2021), S. 259-271
https://elibrary.vdi-verlag.de/10.51202/9783181023914-259
Eine Methode zum Design von nachgiebigen Systemen mit KI Unterstützung. - In: 14. Kolloquium Getriebetechnik, (2021), S. 63-72
In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe ein nachgiebiges System mit einen gewünschten qualitativen Momenentenverlauf erstellt werden kann. Die Methode basiert auf einem neuronalen Netz, das auf Grundlage dieses Verlaufes ein System vorschlägt. Ein nachgiebiges System besteht aus der Kombination von maximal zwei nachgiebigen Elementen (NE) mit vier Randbedingungen, welche immer mit zwei Starrkörpern verbunden sind. Die Starrkörper teilen sich ein Drehgelenk. Durch die Kombination von zwei NE und vier Randbedingungen lassen sich bis zu 168 verschiedene nachgiebige Systeme bilden. Die Berechnung des Momentenverlaufs beruht auf der Theorie großer nichtlinearer Verformungen stabförmiger Strukturen. Es wird gezeigt, dass KI-basierte Methoden zum Design von nachgiebigen Systemen erfolgreich eingesetzt werden können.
Naučnye issledovanija na osnove modelirovanija s celьju raspoznavanija sily putem monitoringa a deformacionnogo sostojanija gibkogo mechanizma :
Model-based investigations of force detection by monitoring the deformation state of a compliant mechanism. - In: Problems of mechanics, ISSN 1512-0740, (2021), No. 3(84), Seite 51-62
A strong, long-lasting pressure on the human skin whose effect is increased by shear forces can lead to the development of a pressure ulcer (decubitus). In order to minimize the risk of pressure ulcers developing, critical forces acting between the body and a sitting or lying surface should be detected and eliminated in time. One possibility for detecting critical forces is the actuation of tactile switches. In this article, miniature tactile switches are integrated into a compliant mechanism using the example of a MATF1 mattress spring made by Hartmann Kunststofftechnik GmbH & Co. KG. For this purpose, the deformation behavior of the spring is analyzed by means of non-linear analytical and finite elements method (FEM) calculations and the required tactile switches parameters as well as suitable locations for their placement are determined. A functional model is then built and examined.
Tip- and laser-based 3D nanofabrication in extended macroscopic working areas. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 132-148
The field of optical lithography is subject to intense research and has gained enormous improvement. However, the effort necessary for creating structures at the size of 20 nm and below is considerable using conventional technologies. This effort and the resulting financial requirements can only be tackled by few global companies and thus a paradigm change for the semiconductor industry is conceivable: custom design and solutions for specific applications will dominate future development (Fritze in: Panning EM, Liddle JA (eds) Novel patterning technologies. International society for optics and photonics. SPIE, Bellingham, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2593229). For this reason, new aspects arise for future lithography, which is why enormous effort has been directed to the development of alternative fabrication technologies. Yet, the technologies emerging from this process, which are promising for coping with the current resolution and accuracy challenges, are only demonstrated as a proof-of-concept on a lab scale of several square micrometers. Such scale is not adequate for the requirements of modern lithography; therefore, there is the need for new and alternative cross-scale solutions to further advance the possibilities of unconventional nanotechnologies. Similar challenges arise because of the technical progress in various other fields, realizing new and unique functionalities based on nanoscale effects, e.g., in nanophotonics, quantum computing, energy harvesting, and life sciences. Experimental platforms for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication are necessary for these tasks, which are available at the Technische Universität Ilmenau in the form of nanopositioning and nanomeasuring (NPM) machines. With this equipment, the limits of technical structurability are explored for high-performance tip-based and laser-based processes for enabling real 3D nanofabrication with the highest precision in an adequate working range of several thousand cubic millimeters.
https://doi.org/10.1007/s41871-021-00110-w
The effect of ultra-slow velocities on insertion forces : a study using a highly flexible straight electrode array. - In: Otology & neurotology, ISSN 1537-4505, Bd. 42 (2021), 8, S. e1013-e1021
Objective: The present study sought to 1) characterize insertion forces resulting from a flexible straight electrode array (EA) inserted at slow and ultra-slow insertion velocities, and 2) evaluate if ultra-slow velocities decrease insertion forces independent of other variables. Background: Low insertion forces are desirable in cochlear implant (CI) surgery to reduce trauma and preserve hearing. Recently, ultra-slow insertion velocities (lower than manually feasible) have been shown to produce significantly lower insertion forces using other EAs. Methods: Five flexible straight EAs were used to record insertion forces into an inelastic artificial scala tympani model. Eleven trial recordings were performed for each EA at five predetermined automated, continuous insertion velocities ranging from 0.03 to 1.6 mm/s. Results: An ultra-slow insertion velocity of 0.03 mm/s resulted in a median insertion force of 0.010 N at 20 mm of insertion depth, and 0.026 N at 24.3 mm - the final insertion depth. These forces represent only 24 to 29% of those measured using 1.6 mm/s. After controlling for insertion depth of the EA into the artificial scala tympani model and trial insertion number, decreasing the insertion velocity from 0.4 to 0.03 mm/s resulted in a 50% decrease in the insertion forces. Conclusion: Using the tested EA ultra-slow velocities can decrease insertion forces, independent of variables like insertion depth. Our results suggest ultra-slow velocities can reduce insertion forces at least 60%, compared with humanly feasible continuous velocities (≥0.9 mm/s).
https://doi.org/10.1097/MAO.0000000000003148
Soft robotic compliant two-finger gripper mechanism for adaptive and gentle food handling. - In: 2021 IEEE 4th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft), (2021), S. 163-168
In the field of soft robotics there is still a great need for a versatile, simple, and affordable gripper with a high level of adaptability to unknown objects of different sizes, shapes, and stiffness. Most of the existing soft robotic grippers are complex solutions realized with fluid-mechanically driven actuators, active smart materials, cable-driven actuation, and different form-closure principles. However, soft grippers based on compliant mechanisms are rarely introduced and explored so far. Therefore, we present a novel compliant two-finger gripper mechanism for adaptive and gentle gripping, especially of soft and easily squeezable objects like fruits, vegetables, sweets, and sushi. The structurally inherent adaptability is achieved using an optimally synthesized compliant mechanism in combination with a conventional linear actuator. Furthermore, the two-finger gripper passively realizes pinch (parallel) or/and encompass (power) grasping. It is shown by FEM simulations and confirmed by prototype tests that the developed gripper realizes both pinch and encompass grasping with high adaptability. A special advantage of the gripper is the possibility to achieve gentle food-handling of objects with comparable weight independent of the object shape, size, and position without the need for sensors. Moreover, the precise, safe, and fast manipulation of very delicate objects is exemplarily demonstrated for different sushi pieces using the gripper mechanism with an industrial robotic arm.
https://doi.org/10.1109/RoboSoft51838.2021.9479337
Worm-like mobile robot based on a tensegrity structure. - In: 2021 IEEE 4th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft), (2021), S. 358-363
This work presents a novel concept to develop mobile robots enabling crawling locomotion in tubular environment. Chain-like systems are designed by serial cascading a uniform tensegrity module. Inspired by the movement of worms in nature, an undulating shape change of the system is targeted to generate locomotion. The shape changeability of an exemplary tensegrity module due to internal actuation is examined in simulations and experiments. A prototype consisting of these tensegrity modules is manufactured and the locomotion principle is verified in experiments. Comparing to existing prototypes this approach enables an enhanced compliance due to the modular assembly of tensegrity structures.
https://doi.org/10.1109/RoboSoft51838.2021.9479193
High-precision and large-stroke XY micropositioning stage based on serially arranged compliant mechanisms with flexure hinges. - In: Precision engineering, Bd. 72 (2021), S. 469-479
Compliant mechanisms are state of the art in micropositioning stages due to their many beneficial features. However, their design usually compromises between motion range, motion accuracy and design space, while mechanisms with distributed compliance are mostly applied. The further use of flexure hinges with common notch shapes strongly limits the stroke in existing high-precision motion systems. Therefore, this paper presents a high-precision compliant XY micropositioning stage with flexure hinges capable of realizing a motion range of ± 10 mm along both axes. The stage is based on a novel plane-guidance mechanism, which is optimized to realize a precise rectilinear motion of the coupler link while keeping the rotation angles of all hinges below 5˚. The XY motion is then achieved by coupling two of these mechanisms in a serial arrangement. Next, the synthesis of the monolithic XY stage is realized by replacing all revolute joints of the rigid-body model with flexure hinges using optimized power function notch shapes. Emphasis is also placed on the embodiment design of the stage and the actuator integration to minimize possible error sources. Finally, the quasi-static behavior of the compliant stage is characterized by a simulation with a 3D FEM model and by an experimental investigation of a prototype. According to the results, the developed compliant XY micropositioning stage achieves a maximum positioning deviation of less than 10 [my]m in both axes and a yaw error of less than 100 [my]rad over a working range of 20 mm × 20 mm with a comparably compact design of the compliant mechanism of 224 mm × 254 mm.
https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.02.001
Analysis of planar compliant mechanisms based on non-linear analytical modeling including shear and lateral contraction. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 164 (2021), 104397, insges. 23 S.
Compliant mechanisms are commonly used in precision engineering while analyzing their deflection is particularly challenging. Often, FEM simulations are chosen in an iterative process. Analytical approaches that consider pure bending, shear or other effects are usually limited to the mechanism as a system. However, certain configurations comprise compliant elements with different aspect ratios. The aim of this paper is to integrate the theories of shear and lateral contraction into a unified form with the existing theory of bending for large deflections and make them applicable individually for specific sections of continuous compliant mechanisms. Recommendations are made as to when which theory should be used. Building on that, a comprehensive tool for analyzing compliant mechanisms developed in Python is introduced. The tool offers the possibility to create arbitrary compliant mechanisms including branched links and various boundary conditions. A tool for parametric studies allows to optimize the given geometry for realizing a specific motion task. Further, FEM and measurement results correlate well with the application results. The presented user interface can be beneficial for the accelerated analysis and synthesis of compliant mechanisms.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104397
Jumping locomotion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Mechanical systems and signal processing, ISSN 1096-1216, Bd. 152 (2021), 107384
All known locomotion principles are limited respective to environmental conditions. Often, the occurrence of obstacles or gaps means the break-off for the operating motion systems. For such circumstances, a controllable jumping locomotion is required to cross these barriers. However, this locomotion demands sophisticated requirements to the actuation. The abrupt actuation is commonly realized by high dynamic actuators or complex mechanisms. In this work, a simple solution utilizing the multistability of a compliant tensegrity structure is described. Therefore, a two-dimensional tensegrity structure featuring four stable equilibria is considered. Based on bifurcation analyses a feasible actuation to control the current equilibrium configuration is derived. Changing between selected equilibrium states enables a great difference in potential energy, which yields a jumping motion of the structure. Based on numerical simulations a suitable actuation strategy is chosen to overcome obstacle and steps by jumping forward or backward, respectively. The theoretical approach is examined experimentally with a prototype of the multistable tensegrity structure.
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107384
Reconfiguration of planar quadrilateral linkages utilizing the tensegrity principle. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 156 (2021), 104172
The development of reconfigurable planar four-bar linkages by applying the tensegrity principle is considered. Conventional quadrilateral linkages enable two operation modes differing in the kinematic behavior. However, a change between these states is not possible due to the geometric constraints. To enable a reconfiguration between the different modes one-sided limited nonholonomic constraints are introduced in this work. This issue is realized by applying ropes that cannot resist compression. However, to guarantee an appropriate load case in operation a prestress within the mechanism is required. Hence, the linkage is extended to a tensegrity-based mechanism. The structural dynamics are derived using the Lagrange formalism and the structural behavior is evaluated using numerical simulations. Furthermore, a prototype of an exemplary tensegrity-based mechanism is manufactured and experiments regarding the mechanical properties, in particular the reconfiguration, are performed. The results suggest the potential benefit of applying the tensegrity principle within conventional planar four-bar linkages.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.104172
A novel simple, adaptive, and versatile soft-robotic compliant two-finger gripper with an inherently gentle touch. - In: Journal of mechanisms and robotics, ISSN 1942-4310, Bd. 13 (2021), 1, S. 011015-1-11015-14
https://doi.org/10.1115/1.4048752
Entwicklung und Charakterisierung fluidmechanischer nachgiebiger Aktuatoren am Beispiel eines multifunktionalen Sauggreifers. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (183, A-1 - A-53, LII Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik ; Band 6)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Zum Greifen verschiedener Greifobjekte finden fluidmechanische nachgiebige Aktuatoren (FNA) auf Silikonbasis als Greifer zunehmend Verbreitung. Aufgrund der stoffschlüssigen Bauweise ermöglichen diese die Integration verschiedener Funktionen auf Strukturebene. Vor allem zur Senkung des Hygienerisikos sind FNA für Greifaufgaben in Reinräumen und der Verpackungsindustrie in Form geschlossener Sauggreifer besonders geeignet. Die Untersuchung derartiger Sauggreifer ist Gegenstand dieser Arbeit. Im Rahmen der Arbeit wird ausgehend von verschiedenen Anwendungen eine allgemeine Klassifikation für FNA vorgestellt und entwickelte FNA anhand dieser eingeordnet. Die Entwicklung von FNA wird am Beispiel des geschlossenen Sauggreifers detailliert beschrieben. Eine der Besonderheiten des geschlossenen Sauggreifers ist, dass er im Gegensatz zu offenen Sauggreifern greifobjektseitig eine Membran aufweist. Die Membran ermöglicht neben der Trennung des Mediums im Innenraum des Sauggreifers vom Umgebungsmedium, auch das aktive, zeitlich sowie örtlich gezielte Ablegen von Greifobjekten. Eine weitere Besonderheit des gewählten Beispiels ist dessen nichtlineare Federkennlinie. Diese führt zu einem Bewegungsverhalten mit Durchschlag und ermöglicht die Adaption an verschiedene Objektlagen und -formen. Durch Modellbetrachtungen und experimentelle Untersuchungen von ausgewählten Geometrie und Materialparametern werden Beeinflussungsmöglichkeiten der Durchschlaggrößen aufgezeigt. Die Formulierung einer allgemeinen Vorgehensweise für das Erreichen festgelegter FNA-Kennwerte bilden dabei einen wesentlichen Beitrag dieser Arbeit. Darüber hinaus werden prinzipielle Lösungen für die Implementierung einer stoffkohärenten sowie nachgiebigen Sensorik für FNA auf Silikonbasis vorgestellt. Die Umsetzung der Sensorik wird am Beispiel des Sauggreifers beschrieben. Die Möglichkeit zur Ableitung qualitativer Aussagen zu Greifzustand, Greifobjektleitfähigkeit sowie zu den Greifprozessphasen wird diskutiert. Die für die Herstellung und Erprobung des multifunktionalen Sauggreifers notwendigen neuartigen Werkzeuge, Vorrichtungen und Prozesse werden im Rahmen der Arbeit jeweils beschrieben. Durch die Gesamtschau der untersuchten FNA-Eigenschaften, nichtlinearen Kennlinie, Adaptivität sowie Sensorisierung liefert die Arbeit einen Beitrag zu multifunktionalen FNA sowie auch zum Vorgehen bei deren Entwicklung.
https://doi.org/10.22032/dbt.46923
Microactuators, microsensors and micromechanisms : MAMM 2020. - Cham : Springer, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 148 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 96) ISBN 978-3-030-61652-6
Description based on publisher supplied metadata and other sources.
Intro -- Preface -- Contents -- A Novel Planar Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge with Coincident Rotation Axes and Its Application to Micropositioning Stages -- 1 Introduction -- 2 Design of the Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge -- 3 FEM-Based Investigation of the TLNFH -- 3.1 FEM Model -- 3.2 Parametric Study -- 3.3 Discussion of Results -- 4 Application to Compliant Micropositioning Stages -- 4.1 10-Hinge Rectilinear Stage -- 4.2 12-Hinge XY Stage -- 5 Conclusions -- References -- Characterization of Thin Flexure Hinges for Precision Applications Based on First Eigenfrequency -- 1 Introduction -- 2 Materials and Methods -- 2.1 Experiment -- 2.2 Theoretical Approaches -- 3 Results and Discussion -- 4 Conclusions and Outlook -- References -- Optimization of Compliant Path-Generating Mechanisms Based on Non-linear Analytical Modeling -- 1 Introduction -- 2 Analytical Model -- 2.1 Large Deflections of Rod-Like Structures -- 2.2 Modeling of Compliant Mechanisms as Continua -- 3 Verification of the Analytical Model by FEM Simulation -- 3.1 Analytical Solution -- 3.2 FEM Simulation -- 3.3 Results and Discussion -- 4 Analytical Optimization of Example Compliant Path-Generating Mechanisms -- 5 Conclusions -- References -- Modelling and Investigation of a Compliant Cable-Driven Finger-Like Mechanism -- 1 Introduction -- 2 Basic Concept of Compliant Cable-Driven Mechanism -- 3 Model and Simulation -- 3.1 Mechanical Model -- 3.2 Mathematical Model -- 4 Calculation Results -- 4.1 Bending Shapes Without Consideration of Gravity -- 4.2 Bending Shapes Under Consideration of Gravity -- 4.3 Bending Moment -- 5 Experimental Validation of the Model -- 5.1 Experimental Setup and Test Procedure -- 5.2 Test Results -- 6 Conclusions -- References -- Reconfigurable Planar Quadrilateral Linkages Based on the Tensegrity Principle -- 1 Introduction.
https://ebookcentral.proquest.com/lib/kxp/detail.action?docID=6381324
A novel planar two-axis leaf-type notch flexure hinge with coincident rotation axes and its application to micropositioning stages. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 1-14
Compliant mechanisms with flexure hinges are well-suited for high-precision applications due to their smooth and repeatable motion. However, the synthesis of planar compliant mechanisms based on notch flexure hinges is mostly limited to the use of single-axis hinges due to the lack of certain multiple-axis flexure hinges. This contribution introduces a novel planar leaf-type notch flexure hinge with two coincident rotation axes based on circular pre-curved leaf springs. A generally suitable hinge geometry is determined through a parametric study using the finite element method (FEM). Finally, the two-axis flexure hinge is applied and investigated for the use in two planar micropositioning stages for the rectilinear guidance of an output link with a large centimeter stroke. The presented two-axis flexure hinge turns out to be a suitable approach to monolithically connect three links of a compliant mechanism in a planar and precise way.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_1
Characterization of thin flexure hinges for precision applications based on first eigenfrequency. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 15-24
Flexure hinges with small cross-section heights are state of the art in numerous precision engineering applications due to their capability for smooth and repeatable motion. However, the high sensitivity to manufacturing influences represents a challenge. We propose a characterization method for flexure hinges based on the measurement of the free oscillation, to enable the consideration of manufacturing influences in the early stages of the design process. Three semi-circular flexure hinges with different cross-section heights and highly accurate geometry were investigated experimentally to compare them with three theoretical modeling approaches. The results for the three flexure hinge specimens showed small deviations to the predicted values from the models which is in agreement with the results of dimensional measurements. With each modeling approach, a deviation of the minimal notch height from the nominal value can be calculated. This value, in turn, can be used as manufacturing allowance for subsequent manufacturing of compliant mechanisms using the same manufacturing method. An exemplary compliant parallel-crank mechanism proves the applicability of the concept to compliant mechanisms with multiple flexure hinges.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_2
Optimization of compliant path-generating mechanisms based on non-linear analytical modeling. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 25-35
Monolithic compliant mechanisms are often used in precision engineering applications for path-generating tasks due to their many advantages. They are mostly realized with concentrated compliance in form of notch flexure hinges and achieve their motion due to bending of the hinges. This contribution presents the non-linear analytical modeling of compliant mechanisms with power function-based notch flexure hinges and their efficient optimization of the elasto-kinematic path-generating properties using MATLAB. Different planar mechanisms are analytically characterized with the theory for large deflections of curved rod-like structures. A verification of the analytical model is exemplified by FEM simulations for a four-hinge Watt mechanism as a point guidance mechanism and for a 12-hinge pantograph mechanism as a plane guidance mechanism. Further, the exponents of the power function contours for each hinge are individually optimized on the example of an Evans and a Roberts mechanism. This is achieved with the goal of minimizing the straight-line deviation of their coupler points realizing a stroke of 10 mm.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_3
Modelling and investigation of a compliant cable-driven finger-like mechanism. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 36-47
This paper deals with the modelling of a compliant finger-like mechanism that is actuated by a single cable. The mechanism has a desired elastic deformation behavior which can be adjusted by the mechanism design. The modelling of the compliant mechanism is based on the nonlinear theory of large deformations of curved rods. The known theory is extended by a novel approach of modelling the interaction between the cable and the mechanism itself. In addition, the influence of the gravity is discussed. The resulting model is verified by experiments.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_4
Reconfigurable planar quadrilateral linkages based on the tensegrity principle. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 48-57
A feasible possibility to develop planar reconfigurable mechanisms is introduced in this work. Applying the tensegrity principle to common four-bar linkages allows a controllable change between two configurations of the mechanism. These two states correspond to different working spaces which vary regarding to the kinematic and mechanical properties. Therefore, the reconfiguration of the mechanism enables two different operation modes. Hence, this kind of mechanism enables the advantageous properties of conventional linkages with an additional enhanced adaptability of the kinematic and mechanic behavior. Beside the conceptual design of such tensegrity-based mechanisms, a reconfigurable four-bar parallel linkage is considered exemplarily. Numerical simulations are evaluated focusing on the kinematic behavior and the structural mechanics of this mechanism. Especially the reconfiguration of the mechanism by changing between two different working spaces is considered. The simulation results clarify the benefit of utilizing the tensegrity principle in mechanism theory. Adding only a few members to the original linkage enables a reconfigurable mechanism with comparable complexity.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_5
Parameter study of compliant elements for a bipedal robot to increase its walking efficiency. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 58-75
In this paper, we introduce a method to place compliant elements with parameters that can be adjusted during operation in the joints of the bipedal walker to improve its energy efficiency. The bipedal walking robot is modelled with five rigid segments and driven by electric motors in its revolute joints. Minimizing the energy consumption of locomotion is formulated as a numerical optimization problem. An Euler-Bernoulli beam is used to describe the nonlinear behavior, caused by large deflections, of a compliant element loaded with forces and moments. The static problem for the beam deflection for given boundary conditions is solved numerically. Four parameters defining either the undeformed geometry or the boundary conditions are varied to modify the torque that this compliant element exerts on two robot segments connected by a revolute joint. The torque-deflection dependence and its dependence on the four different parameters is approximated by simple ansatz functions via fitting. The fitted functions are then included in a numerical optimization problem to determine the optimal parameters of the compliant element and the corresponding energy optimal gait simultaneously. We evaluate the optimized energy efficiency at different walking speeds, where the robot has different optimal gaits or parameters of the compliant elements. Two kinds of elastic couplings are investigated: the elastic coupling between the robot's upper body and its thighs; or between the robot's thighs and shanks. These specific compliant elements show a negligible performance gain from nonlinearity due to the small active operating range of these joints. However, the practicability of the proposed method for combining the detailed, model-based description of manufacturable compliant elements and the optimization of the overall robot system to achieve maximum energy efficiency is successfully demonstrated.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_6
Modeling, design and prototyping of a pantograph-based compliant mechanism. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 76-88
The main task of the compliant mechanism synthesis is to generate a pre-defined motion path as accurately as possible. A general approach to the compliant mechanism synthesis is to develop a compliant mechanism based on the rigid-body model by replacing conventional joints with compliant joints, i.e. flexure hinges. Using the example of a mechanism producing a scissors-like motion, in this paper a more specific and iterative synthesis process is implemented for the design of a compliant path-generating mechanism. Based on two symmetric pantograph mechanisms, a kinematic analysis of the multi-link rigid-body model is performed. The final dimensions and link lengths of the rigid-body model are used to implement a compliant mechanism with different flexure hinges. Therefore, several designs are iteratively investigated by means of FEM simulations in order to improve the path accuracy and the opening angle of the scissors-like motion.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_7
Non-linear analytical modeling of planar compliant mechanisms. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 155 (2021), 104067, insges. 15 S.
Compliant mechanisms are state of the art in technical applications, especially in precision engineering. They mostly achieve their motion due to bending-dominated deformation of their compliant segments, i.e. flexure hinges. Accurately analyzing a compliant mechanism in dependence of specific flexure hinges is still a challenging task due to the monolithic design and non-linearities caused by large deflections. Most existing accurate analytical models are restricted to single hinges. Therefore, this paper presents a non-linear analytical approach to calculate the elasto-kinematic properties of arbitrary planar compliant mechanisms. The approach is based on the theory for large deflections of rod-like structures. As a typical example, a compliant parallel four-bar linkage with varying compliant segments is investigated by means of the proposed analytical approach. The motion and deformation behavior are numerically calculated with the use of MATLAB®. It is shown, that the analytical results are in good correlation with FEM-based simulations and measurements of a manufactured prototype. To demonstrate the generality of the proposed method, two further and more complex mechanism examples are considered. As a result, the implemented modeling approach allows an accurate and fast analysis as well as synthesis of manifold planar compliant mechanisms with distributed or concentrated compliance.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.104067
Kinematic analysis of a rolling tensegrity structure with spatially curved members. - In: Meccanica, ISSN 1572-9648, Bd. 56 (2021), 4, S. 953-961
In this work, a tensegrity structure with spatially curved members is applied as rolling locomotion system. The actuation of the structure allows a variation of the originally cylindrical shape to a conical shape. Moreover, the structure is equipped with internal movable masses to control the position of the center of mass of the structure. To control the locomotion system a reliable actuation strategy is required. Therefore, the kinematics of the system considering the nonholonomic constraints are derived in this paper. Based on the resulting insight in the locomotion behavior a feasible actuation strategy is designed to control the trajectory of the system. To verify this approach kinematic analyses are evaluated numerically. The simulation data confirm the path following due to an appropriate shape change of the tensegrity structure. Thus, this system enables a two-dimensional rolling locomotion.
https://doi.org/10.1007/s11012-020-01199-x
An approach to robotic end effectors based on multistable tensegrity structures. - In: New trends in mechanism and machine science, (2020), S. 470-478
In this paper compliant multistable tensegrity structures with discrete variable stiffness are investigated. The different stiffness states result from the different prestress states of these structures corresponding to the equilibrium configurations. Three planar tensegrity mechanisms with two stable equilibrium configurations are considered exemplarily. The overall stiffness of these structures is characterized by investigations with regard to their geometric nonlinear static behavior. Dynamical analyses show the possibility of the change between the equilibrium configurations and enable the derivation of suitable actuation strategies.
Investigation of a multistable tensegrity robot applied as tilting locomotion system. - In: 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), (2020), S. 2932-2938
https://doi.org/10.1109/ICRA40945.2020.9196706
Development of a PC program for the analysis of compliant mechanisms for arbitrary motion tasks :
Entwicklung eines PC-Programms zur Analyse von nachgiebigen Mechanismen für beliebige Bewegungsaufgaben. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2020 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2020), insges. 2 S.
Abhängig von der Bewegungsaufgabe werden nachgiebige Mechanismen mit konzentrierter oder verteilter Nachgiebigkeit in der Feinwerk-, Mess- und Mikrotechnik eingesetzt. Aufgrund von geometrischen Nichtlinearitäten durch große Verformungen und die Querschnittsänderungen entlang des Mechanismus ist eine analytische Beschreibung besonders herausfordernd. Daher werden bisher meist zeitaufwendige FEM-Simulationen für die Analyse eingesetzt. Die Synthese, also die gezielte Anpassung der geometrischen Parameter an ein gewünschtes Bewegungsverhalten ist meist nicht-intuitiv und iterativ. Umfassende Berechnungsprogramme zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen mit konzentrierter und verteilter Nachgiebigkeit sind nicht bekannt. Daher wird ein eigenständiges, in PYTHON entwickeltes PC-Programm zur nichtlinearen analytischen Berechnung von kontinuierlichen nachgiebigen Mechanismen vorgestellt. Die Grundlage für die Berechnung bilden die nichtlineare Theorie großer Verformungen stabförmiger Strukturen und deren Erweiterungen mit Berücksichtigung des Querkraftschubs und der Querkontraktion. Durch die Modellierung des Mechanismus als Kontinuum, liegen im Anschluss an die Lösung des Differentialgleichunggsystems Lösungen für das Schnittmoment, den Neigungsinkel und die Koordinaten x und y für jeden Punkt entlang der Stabachse vor. Diese Ergebnisse werden anschließend verwendet um eine Reihe wichtiger Parameter wie Verschiebungen und Dehnungen zu ermitteln und in der Programmoberfläche für jedes Element anzuzeigen. Es wird eine grafische Benutzeroberfläche präsentiert, mit der über vordefinierte Bausteine ein nachgiebiger Mechanismus elementweise aufgebaut werden kann. Die wichtigsten geometrischen Parameter sowie die Kräfte im Bereich jedes Elements werden über eine umfangreiche Eingabetabelle definiert. Der Nutzer kann zudem die Randbedingungen an beiden Enden des Mechanismus durch Auswahl festlegen. Das Programm bietet zusätzlich die Möglichkeit Parameterstudien durchzuführen. Dies eröffnet die Möglichkeit einen Mechanismus in Bezug auf eine Bewegungsaufgabe oder ein Dehnungsminimum iterativ zu optimieren. Damit leistet das Programm über den detaillierten Analysemöglichkeiten hinaus einen Beitrag zur Synthese nachgiebiger Mechanismen.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:464-20200220-110951-3
Design of a vibration driven motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Informatics in control, automation and robotics, (2020), S. 302-307
Theoretical and experimental investigation of performance characteristics and design aspects of cross-spring pivots. - In: International journal of solids and structures, Bd. 185/186 (2020), S. 240-256
Cross-spring pivots have been widely employed over the last decades in a broad variety of precision engineering applications due to the high motion repeatability achieved thanks to the absence of stick slip and clearance. In this paper, the non-linear effect of the anticlastic curvature of the leaf-springs is considered for the accurate analytical modeling of the elasto-kinematic behavior of cross-spring pivots. Finite element analyses (FEA), based on a non-linear thin-shell model, are carried out in order to compare them with the analytical results for the main performance parameters of this type of device, i.e. center-shift, rotational stiffness and stress in the leaf-springs. Furthermore, an experimental setup is built to assess the applicability limits of both models. Finally, remarkable performance aspects of cross-spring pivots are discussed aiming for design improvements.
https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2019.08.023
Modellbasierte Untersuchungen der Kraftüberwachung anhand des Verformungsverhaltens einer Matratzenfeder. - In: Tagungsband 13. Kolloquium Getriebetechnik, (2019), S. 191-200
Nichtlinear-analytische Modellbildung nachgiebiger Mechanismen unter Berücksichtigung des Querkraftschubs. - In: Tagungsband 13. Kolloquium Getriebetechnik, (2019), S. 31-40
Identification of factors influencing insertion characteristics of cochlear implant electrode carriers. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 5 (2019), 1, S. 441-443
https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0111
Characterization of a measurement setup for the thermomechanical characterization of curved shape memory alloy actuators. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 5 (2019), 1, S. 445-448
https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0112
Reconstruction accuracy of an automated serial cross-sectional preparation technique for morphological human temporal bone imaging. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 5 (2019), 1, S. 191-194
https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0049
On the characterization of thermomechanical properties of nitinol shape memory wires intended for cochlear implant electrode arrays. - In: The international journal of artificial organs, ISSN 1724-6040, Bd. 42 (2019), 8, S. 441
https://doi.org/10.1177/0391398819860985
Toward understanding the impact of cochlear model curvature, insertion speed and implant stiffness for the prediction of insertion forces. - In: The international journal of artificial organs, ISSN 1724-6040, Bd. 42 (2019), 8, S. 431
https://doi.org/10.1177/0391398819860985
Characterizing the size of the target region for atraumatic opening of the cochlea through the facial recess. - In: Computerized medical imaging and graphics, ISSN 1879-0771, Volume 77 (2019), article 101655
https://doi.org/10.1016/j.compmedimag.2019.101655
Elasto-kinematic modeling of planar flexure hinge-based compliant mechanisms incorporating branched links. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 1599-1608
Free vibration of compliant mechanisms consisting of Euler-Bernoulli beams. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 3255-3262
Multi-mode motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 3007-3016
Synthesis method for compliant mechanisms of high-precision and large-stroke by use of individually shaped power function flexure hinges. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 1569-1578
Optimization-based approach to the embodiment design of compliant mechanisms with different flexure hinges. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 1579-1588
Fluid-mechanical compliant actuator for the insertion of a cochlear implant electrode carrier. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 142 (2019), 103590, insges. 16 S.
In this paper an insertion method of electrode carriers of straight and curved form is shown for the use in cochlear implants. The aim of using a fluid-mechanical actuator is to minimise the contact between the electrode carrier and the cochlea and consequently avoiding damage during its insertion. First, the synthesis method used for beam-shaped fluid-mechanical actuators is shown. The model-based scaling of parameters demonstrates that actuators must be geometrically similar to reach the same form by same inner pressure. This fact facilitates the experimental investigations using up-scaled demonstrators. Electrode carriers as fluid-mechanical actuators of straight and curved form are designed by theory of curved rods for large deformations. For these carriers, a gentle insertion used a stylet and fluidic actuation in combination and is described analytically by the above mentioned theory. The results demonstrate that the insertion of a curved electrode carrier requires lower pressure and does not need any inner pressure in the end position. The measurements of the deformation behaviour of carrier demonstrators prove the validity of the analytical model. The maximum value of the differences between calculated and measured results of the inner pressure is about 10%.
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.103590
Investigations of different compliant manipulator concepts for a high-precise rotational motion. - In: Proceedings of the 19th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2019), S. 64-67
Due to their advantages over conventional mechanisms, compliant mechanisms with notch flexure hinges are state of the art in precision engineering and micro systems technology. These compliant mechanisms are often used in positioning and adjustment applications with up to six degrees of freedom. In addition to the translational motions, as they are mainly required in linear tables and planar stages, also rotational motions are needed. For the realization of a high-precise rotation by compliant manipulators certain concepts with different complexity are existing. One approach is the use of flexure hinges with different geometrical parameters and notch shapes, which can be purposefully optimised depending on the requirements of the specific application. Another approach is the use of compliant mechanisms, in which the instantaneous centre of rotation represents the axis of rotation of the guided link either according to the remote centre of compliance concept or within the mechanism design space itself. In addition, a novel concept using a specific configuration of a four-bar mechanism, in which two adjacent links are of an equal length is presented in this contribution. The different approaches are compared by means of kinematic investigations and FEM-based simulations and the potential regarding a high-precise rotation with path deviations in the low micrometre range is shown.
Mechanical properties of an adjustable weighing cell. - In: Proceedings of the 19th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2019), S. 86-89
Optimization of compliant mechanisms by use of different polynomial flexure hinge contours. - In: Interdisciplinary applications of kinematics, (2019), S. 265-274
This paper presents the application of different polynomial flexure hinge contours in one compliant mechanism in order to increase both simultaneously the precision and the stroke of the output motion of compliant mechanisms. The contours of the flexure hinges are optimized in dependency of the required elasto-kinematic properties of the mechanism. This new approach for optimization is described in comparison to the use of identical common hinge contours. Based on previously optimized single polynomial flexure hinges, the validity of proposed guidelines is analyzed for a combination of several flexure hinges in two compliant mechanisms for linear point guidance. The rigid-body models of both mechanisms realize an approximated straight line as output motion. The compliant mechanisms are designed through the rigid-body replacement method and with different polynomial flexure hinges with orders varying from 2 to 16. The multi-criteria optimization is performed by use of non-linear FEM simulations. The derived values for the kinematic output parameters are compared for the ideal model and the optimized compliant mechanism. The results are discussed and conclusions for ongoing research work are drawn.
Compliant mechanisms for ultra-precise applications. - In: Interdisciplinary applications of kinematics, (2019), S. 249-256
This paper reports about enhanced compliant mechanisms with flexure hinge based on new analytic and/or FEM models that have been manufactured by state of the art wire EDM technology. Experimental proofs at test benches, equipped with ultra-precise interferometer based length and angular measurement systems, show first time the residual deviation to the intended path of motion with a resolution of nanometers/arc seconds. Theoretically determined and measured data are in good correlation. Repeatability limitations are rather more given by the residual noise of the overall test arrangement and mainly not by the mechanism itself.
Histological evaluation of a cochlear implant electrode array with the integration of an electrically activated shape memory alloy :
Histologische Evaluierung des Elektrodenträgers eines Cochlea-Implantats mit einer für elektrische Erwärmung integrierten Formgedächtnislegierung. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 98 (2019), S 02, S299
https://doi.org/10.1055/s-0039-1686291
Development of a test bench for insertion force measurements with precise orientation of specimen using a stereo optical navigation system :
Entwicklung eines Versuchsstandes für die Insertionskraftmessung bei präziser Ausrichtung von Präparaten mittels stereooptischer Navigation. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 98 (2019), S 02, S173-S174
https://doi.org/10.1055/s-0039-1686177
Coating stability and insertion forces of an alginate-cell-based drug delivery implant system for the inner ear. - In: Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, ISSN 1878-0180, Bd. 97 (2019), S. 90-98
https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.05.007
Konzeption und Untersuchung eines bistabilen Sicherheitsventils und simulationsbasierte Entwicklung einer Methode zu dessen Dimensionierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (XXI, 146 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 5)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Sicherheitsventile für Gasrohrleitungen - sogenannte Gasströmungswächter - sind unverzichtbare mechanische Schutzvorrichtungen, die den unkontrollierten Austritt großer Gasmengen im Havariefall oder bei beabsichtigter Manipulation verhindern. Damit können Gasexplosionen und die resultierenden existenziellen Folgen abgewendet werden. Die bisher bekannten Lösungen für Sicherheitsventile weisen aufgrund ihres monostabilen Schaltverhaltens einen gravierenden Nachteil auf, da diese nach dem Auslösen selbsttätig wieder öffnen und somit den Gasstrom freigeben. Potentielle Gefahrenquellen bleiben damit unerkannt. Der wesentliche Vorteil eines neuartigen Sicherheitsventils besteht in der Realisierung einer bistabilen Schaltcharakteristik durch den Einsatz vorgespannter nachgiebiger Aufhängungselemente. Die zuverlässige Dimensionierung eines solchen neuartigen Ventils erweist sich in der Praxis als äußerst anspruchsvolle Aufgabe und erfordert viel Erfahrung, vor allem im Umgang mit numerischen Simulationswerkzeugen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv mit der Untersuchung der nachgiebigen Aufhängungselemente und dem resultierenden Ventilschaltverhalten für unterschiedliche geometrische Abmessungen. Das Ziel und die Motivation der Arbeit besteht darin, die vorhandenen Hürden bei der Dimensionierung abzubauen und ein einfach anzuwendendes Dimensionierungsmodell zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse der Arbeit stützen sich maßgeblich auf FEM-Simulationen zum Verformungsverhalten der nachgiebigen Aufhängungselemente. Anhand der ermittelten Kraft-Verschiebungs-Kennlinien ist es gelungen, das Schaltverhalten mathematisch anhand von abgeleiteten Dimensionierungsgleichungen zu beschreiben und darauf basierend eine Methode zur Dimensionierung neuartiger Sicherheitsventile zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus wurde das Dimensionierungsmodell anhand experimenteller Untersuchungen an realen Aufhängungselementen sorgfältig validiert. Zum Abschluss der Arbeit wurde auch das Verhalten von verschiedenen Ventilprototypen im praktischen Einsatz an Versuchsanlagen betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Ergebnisse ein und gewährleisten eine hohe Qualität des Dimensionierungsmodells. Darüber hinaus können die Ergebnisse auch zur Dimensionierung von bistabilen Systemen in anderen Anwendungsfeldern genutzt werden.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000718
Modeling and design of flexure hinge-based compliant mechanisms. - In: Kinematics, (2019), S. 1-24
A compliant mechanism gains its mobility fully or partially from the compliance of its elastically deformable parts rather than from conventional joints. Due to many advantages, in particular the smooth and repeatable motion, monolithic mechanisms with notch flexure hinges are state of the art in numerous precision engineering applications with required positioning accuracies in the low micrometer range. However, the deformation and especially motion behavior are complex and depend on the notch geometry. This complicates both the accurate modeling and purposeful design. Therefore, the chapter provides a survey of different methods for the general and simplified modeling of the elasto-kinematic properties of flexure hinges and compliant mechanisms for four hinge contours. Based on non-linear analytical calculations and FEM simulations, several guidelines like design graphs, design equations, design tools or a geometric scaling approach are presented. The obtained results are analytically and simulatively verified and show a good correlation. Using the example of a path-generating mechanism, it will be demonstrated that the suggested angle-based method for synthesizing a compliant mechanism with individually shaped hinges can be used to design high-precise and large-stroke compliant mechanisms. The approaches can be used for the accelerated synthesis of planar and spatial flexure hinge-based compliant mechanisms.
https://doi.org/10.5772/intechopen.85224
Compliant class 1 tensegrity structures for gripper applications. - In: EuCoMeS 2018, (2019), S. 392-399
This paper describes concepts for finger-grippers based on compliant multistable class 1 tensegrity structures. Two of these concepts are selected and examined in detail. With theoretical investigations the member parameters and the resulting gripping forces are determined. There are done dynamical analyses of one of these grippers to obtain the behaviour with an actuation force. Moreover demonstrators of both grippers are built.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-98020-1_46
Compliant systems : mechanics of elastically deformable mechanisms, actuators and sensors. - Berlin : De Gruyter, 2019. - IX, 166 Seiten ISBN 3-11-047731-9
Literaturverzeichnis: Seite 157-164
Modellierung der Drehsteifigkeit dünner Festkörpergelenke in der Präzisionsgerätetechnik. - In: Jahrbuch Optik und Feinmechanik, ISSN 0075-272X, Bd. 64 (2018), S. 139-165
Festkörpergelenke werden seit langem in verschiedensten Bereichen der Feinwerktechnik eingesetzt, besonders dort, wo erhöhte Anforderungen an die Präzision bestehen. Beispiele dafür sind Präzisionswaagen und Massekomparatoren, die bereits eine beeindruckende Leistungsfähigkeit erreicht haben. Dies ist nicht zuletzt auf die genaue Kenntnis der mechanischen Eigenschaften und deren Modellierung zurückzuführen. Dennoch ergeben viele in der Literatur verfügbare analytische Modellgleichungen zur Berechnung der Drehsteifigkeit der hier typischen, besonders dünnen Festkörpergelenke eine Abweichung von rund 10 % gegenüber dem 3D-Modell basierend auf der Finiten-Elemente-Methode. Dies wird anhand der genauen Betrachtung des Spannungszustandes im belasteten Gelenk aufgezeigt und ist ein relevanter Aspekt für die Entwicklung von Geräten für Präzisionsanwendungen und deren Justierung. Der Beitrag beleuchtet dieses Phänomen im Detail, zeigt Grenzen verschiedener Modellansätze in Abhängigkeit der Geometrie auf und bietet dem Leser einen Vorschlag zur präzisen Modellierung in einem großen Parameterraum an, die ohne eine aufwändige Finite-Elemente-Analyse auskommt.
On modeling the bending stiffness of thin semi-circular flexure hinges for precision applications. - In: Actuators, ISSN 2076-0825, Bd. 7 (2018), 4, 86, S. 1-16
Compliant mechanisms based on flexure hinges are widely used in precision engineering applications. Among those are devices such as precision balances and mass comparators with achievable resolutions and uncertainties in the nano-newton range. The exact knowledge of the mechanical properties of notch hinges and their modeling is essential for the design and the goal-oriented adjustment of these devices. It is shown in this article that many analytical equations available in the literature for calculating the bending stiffness of thin semi-circular flexure hinges cause deviations of up to 12% compared to simulation results based on the three-dimensional finite element model for the considered parameter range. A close examination of the stress state within the loaded hinge reveals possible reasons for this deviation. The article explains this phenomenon in detail and shows the limitations of existing analytical models depending on specific geometric ratios. An accurate determination of the bending stiffness of semi-circular flexure hinges in a wide range of geometric parameters without the need for an elaborate finite element analysis is proposed in form of FEM-based correction factors for analytical equations referring to Euler-Bernoulli's beam theory.
https://doi.org/10.3390/act7040086
Histological evaluation of a cochlear implant electrode array with electrically activated shape change for perimodiolar positioning. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S135
Enthalten in: Biomedical Implants and Devices (2)
https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6027
Impact of anatomical variations on insertion forces - an investigation using artificial cochlear models. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S330
Enthalten in: Poster Session
https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051
Minimally invasive mastoidectomy approach using a mouldable surgical targeting system : a proof of concept. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S247
Enthalten in: Computer Assisted Surgery
https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6046
detasFLEX - a computational design tool for the analysis of various notch flexure hinges based on non-linear modeling. - In: Mechanical sciences, ISSN 2191-916X, Bd. 9 (2018), 2, S. 389-404
A novel computational design tool to calculate the elasto-kinematic flexure hinge properties is presented. Four hinge contours are implemented. It is shown, that FEM results correlate well with the analytical design tool results. For a given deflection angle of 10˚ and a corner-filleted contour, the deviations of the bending stiffness are between 0.1 % and 9.4 %. The design tool can be beneficial for the accelerated and systematic synthesis of compliant mechanisms with optimized flexure hinges.
https://doi.org/10.5194/ms-9-389-2018
Investigation of ultra-low insertion speeds in an inelastic artificial cochlear model using custom-made cochlear implant electrodes. - In: European archives of oto-rhino-laryngology and head & neck, ISSN 1434-4726, Bd. 275 (2018), 12, S. 2947-2956
https://doi.org/10.1007/s00405-018-5159-1
Motion characteristics of a vibration driven mobile tensegrity structure with multiple stable equilibrium states. - In: Journal of sound and vibration, ISSN 0022-460X, Bd. 437 (2018), S. 198-208
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.09.019
Histological evaluation of a cochlear implant electrode array with electrically activated shape change for perimodiolar positioning. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 4 (2018), 1, S. 145-148
https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0036
Impact of anatomical variations on insertion forces : an investigation using artificial cochlear models. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 4 (2018), 1, S. 509-512
https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0122
Minimally invasive mastoidectomy approach using a mouldable surgical targeting system : a proof of concept. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 4 (2018), 1, S. 403-406
https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0096
Dynamical investigation of crawling motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: ICINCO 2018, (2018), S. 122-130
The basic idea of this article is the utilization of the multistable character of a compliant tensegrity structure to control the direction of motion of a crawling motion system. A crawling motion system basing on a two-dimensional tensegrity structure with multiple stable equilibrium states is considered. This system is in contact with a horizontal plane due to gravity. For a selected harmonic actuation of the system small oscillations around the given equilibrium state of the tensegrity structure occur and the corresponding uniaxial motion of the system is evaluated. A change of the equilibrium state of the tensegrity structure yields to novel configuration of the entire system. Moreover, the motion behavior of the novel configuration is totally different although the actuation strategy is not varied. In particular, the direction of motion changes. Therefore, this approach enables a uniaxial bidirectional crawling motion with a controllable direction of motion using only one actuato r with a selected excitation frequency.
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), ISBN 978-1-5386-6380-6, (2018), insges. 8 S.
https://doi.org/10.1109/REMAR.2018.8449871
Adaptive soft robotic gripper based on shape morphing compliant system. - In: 2018 International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2018), ISBN 978-1-5386-6380-6, (2018), insges. 10 S.
This paper presents a new shape morphing compliant system - a shape morphing compliant structure with integrated actuators and sensors - for application as an adaptive soft robotic gripper. In many of today industries, there is a need to grasp differently shaped and sized objects as well as objects of a different stiffness or very soft objects. Classical rigid-body based grippers cannot safely manipulate such a wide variety of objects, as they are stiff and not adaptive. By integrating actuators within a compliant structure or mechanism, it is possible to develop an adaptive soft gripper that can achieve multiple shapes of its grasping surface i.e. different grasping patterns. Such gripper would be able to adapt its shape to different shaped objects and to realize safe grasping. By additionally integrating sensors, a compliant system results and the gripper can detect contact with objects. Via developed controller and actuators, appropriate shape morphing of its grasping surface can be realised. The concept of a two-finger gripper and a functional model of one gripper finger are presented in the paper. Actuators are formed by using shape memory alloy wire nitinol and sensors are formed by using conductive graphite foam. It will be shown that developed compliant system can realize an adaptive soft gripper finger with different grasping shapes. The control algorithm for the gripper finger is developed as well and it will be demonstrated that the gripper finger can decide which actuator needs to be activated in order to achieve appropriate shape morphing. The presented adaptive soft gripper structure can have many potential applications in robotics.
https://doi.org/10.1109/REMAR.2018.8449831
Investigations of the geometrical scaling in the systematic synthesis of compliant mechanisms. - In: Proceedings of the 18th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2018), S. 67-68
BDNF-producing human mesenchymal stem cells in an alginate-matrix: neuroprotection and cochlear implant coating stability in vitro. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 97 (2018), S 02, S388, insges. 1 S.
https://doi.org/10.1055/s-0038-1641059
Über den Vorteil sehr langsamer Insertionsgeschwindigkeit: niedrigere Insertionskräfte bei Cochlea-Implantaten :
On the benefit of ultra-slow insertion speed: reduced insertion forces in cochlear implantation surgery. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 97 (2018), S 02, S239, insges. 1 S.
https://doi.org/10.1055/s-0038-1640541
On precise modelling of very thin flexure hinges. - In: Proceedings of the 18th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2018), S. 87-88
The continuously rising demands for precision favour the application of monolithic compliant mechanisms with flexure hinges in various fields of precision engineering. It gives way to an almost frictionless and precise motion even under vacuum conditions. These advantages have made compliant mechanism an integral component of high precision weighing cells. A downside of compliant joints is their stiffness towards deflection, which limits the sensitivity of the overall system. Consequently, the flexure hinges are manufactured as thin as possible. The present limit in terms of manufacturing technology is within the range of 50 [my]m. The objective of predicting the behaviour of highest precision weighing cells by modelling is directly interconnected with the exact knowledge of the behaviour of flexure hinges in terms of stiffness. Especially, for flexure hinges with high aspect ratios, typically found in weighing cells, the existing analytical equations and finite element models show pronounced deviations. The present research effort is dedicated to a clarification of this observation. Structure mechanical finite element models are developed to identify the deviations of the models precisely. Results obtained are compared to analytical results and conclusions for the modelling of thin flexure hinges are drawn.
Influence of geometric scaling on the elasto-kinematic properties of flexure hinges and compliant mechanisms. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 125 (2018), S. 220-239
https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.03.008
Numerical calculation of compliant four-bar mechanisms with flexure hinges. - In: The 4th International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, (2018), S. 267-270
A new prismatic crossed leaf-type flexure hinge based on topology optimization with discrete beam elements. - In: The 4th International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, (2018), S. 243-246
State of the art precision motion systems based on compliant mechanisms. - In: The 4th International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, (2018), S. 3-8
Contact pressure and flexibility of multipin dry EEG electrodes. - In: IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering, ISSN 1558-0210, Bd. 26 (2018), 4, S. 750-757
https://doi.org/10.1109/TNSRE.2018.2811752
Static behavior of weighing cells. - In: Journal of sensors and sensor systems, ISSN 2194-878X, Bd. 7 (2018), 2, S. 587-600
https://doi.org/10.5194/jsss-7-587-2018
PC program for the analysis and synthesis of flexure hinges with different notch geometries :
PC-Programm zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken mit unterschiedlichen Aussparungsgeometrien. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/45331
Influence of the orientation of flexure hinges on the elastokinematic properties :
Einfluss der Orientierung von Festkörpergelenken auf die elastokinematischen Eigenschaften. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/45330
Nachgiebige Elemente für den Einsatz in Gassicherheitsventilen. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018, (2018), insges. 2 S.
https://doi.org/10.17185/duepublico/45320
Hydraulisch automatisierte Elektrodeninsertion. - In: CURAC 2017 - Tagungsband, ISBN 978-3-95900-158-8, (2017), S. 131-135
Reduzierte nachgiebige Spiralstrukturen für Rückschlagventile in Doppelkupplungsgetrieben. - In: Tagungsband 12. Kolloquium Getriebetechnik, (2017), S. 255-266
Das Ziel dieser Untersuchung ist langfristig konventionelle Rückschlagventile in Doppelkupplungsgetrieben mit vollintegrierten Flachfederrückschlag-ventilen ersetzen zu können. Hierfür wurde das System auf einen einzelnen Federarm reduziert und daraus vier Modelle abgeleitet. Diese sind mit und ohne Anbindung des Federarmes an das umliegende Material und jeweils mit idealem und real vermessenem Querschnitt. Die Modellergebnisse wurden mit experimentellen Ergebnissen für zehn Prüflinge mit Anbindung des Federarmes und realem Querschnitt verglichen. Dieser Vergleich sowie der Vergleich zwischen Ergebnissen der vier Modelle ergaben Hinweise auf die Verwendbarkeit der Modelle und die Auswirkung der Abweichungen des Querschnittes.
Nachgiebiger fluidmechanischer Aktuator für eine schonende Implantation am Beispiel eines vorgekrümmten Cochlea-Implantat-Elektrodenträgers. - In: Tagungsband 12. Kolloquium Getriebetechnik, (2017), S. 235-254
Am Beispiel eines vorgekrümmten Cochlea-Implantat-Elektrodenträgers wird die Entwicklung und Untersuchung eines nachgiebigen, fluidmechanischen Aktuators gezeigt. Über eine entwickelte Synthesemethode wird die Außenform des Aktuators im Maßstab 9.5:1 gefunden. Ein entwickelter Fertigungsprozess, dessen Schritte und der Versuchsaufbau zur Untersuchung der Verformung von elf Funktionsmustern unter steigendem Innendruck werden vorgestellt. Ein Vergleich der benötigten Drücke zum Erreichen sieben ausgewählter Verformungszustände, ermittelt aus dem analytischen Modell, zeigt, dass alle Zustände qualitativ gut erreicht werden, wobei die Drücke 6.1 bis 10.8 % geringer ausfallen. Mögliche Ursachen werden benannt. - Using the example of curved-shape cochlear implant electrode carrier, the development and examination of a compliant, fluid-mechanical actuator is shown. The 9.5:1 scaled external shape of the actuator is found using a developed synthesis method. In addition, a new production process, its steps and the experimental setup for the investigation of the deformation of eleven functional models under increasing internal pressure are presented. A comparison of the required pressures to achieve seven selected deformation states, determined from the analytical model, shows that all states are achieved qualitatively well, the pressures being 6.1 to 10.8 % lower. Possible causes are named.
Contour-independent design equations for the calculation of the rotational properties of commonly used and polynomial flexure hinges. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 14 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-001:5
Analytical model of conductive graphite foam based sensors characteristics. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-100:4
Analysis of the customized implantation process of a compliant mechanism with fluidic actuation used for cochlear implant electrode carriers. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 6 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-111:0
On the influence of the flexure hinge orientation in planar compliant mechanisms for ultra-precision applications. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 10 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-090:9
Impact of insertion velocity on insertion forces in cochlear implantation surgery. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 62 (2017), S1, Seite S167
Enthalten in: Poster session 13: Organ and patient support systems I
https://doi.org/10.1515/bmt-2017-5034
Toward steerable electrodes : an overview of concepts and current research. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 3 (2017), 2, S. 765-769
https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0161
Individualized design of fluidically actuated cochlear implants. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 62 (2017), S1, Seite S280
Enthalten in: Session 33: Modelling and simulation II
https://doi.org/10.1515/bmt-2017-5054
Large stroke ultra-precision planar stage based on compliant mechanisms with polynomial flexure hinge design. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2017), S. 107-108
Precision stages based on compliant mechanisms have many advantages over conventional linear guides. Therefore they are widely used in many applications in precision engineering, measurement technology, semiconductor industry and space technology. The motion range of high-precise compliant mechanisms is often limited to some micrometres up to submillimetre. This contribution presents the development in the design of a compliant mechanism allowing a bidirectional planar motion with a large stroke of up to 10 mm and a straight line deviation of only a few micrometres. Based on the outstanding reproducibility of the path of motion, positioning and measurement of large objects with accuracy in the nanometre range have been realised.
Untersuchung der anatomischen Variabilität perimodiolarer Scala Tympani Pfade als Grundlage individueller Cochlea-Implantat Elektrodenträger. - In: 88. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V., (2017), Meeting Abstract (17hno299), insges. 2 S.
http://dx.doi.org/10.3205/17hno299
Insertion forces and intracochlear trauma in temporal bone specimens implanted with a straight atraumatic electrode array. - In: European archives of oto-rhino-laryngology and head & neck, ISSN 1434-4726, Bd. 274 (2017), 5, S. 2131-2140
https://doi.org/10.1007/s00405-017-4485-z
Einsatz funktioneller Materialien zur Realisierung inhärenter Sensorik bei elastischen Strukturen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (xv, 144 Seiten, 110.47 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Sensorisierung der technischen Systeme hat in vielen Forschungsbereichen der Robotik zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere für Mensch-Maschine-Schnittstellen sind sensorisierte und nachgiebige Systeme von Interesse. Die Nachgiebigkeit eines Systems kann zum Beispiel durch die Materialeigenschaften sowie durch die geometrische Gestaltung gewährleistet werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Möglichkeit zur Sensorisierung nachgiebiger Systeme, die für den Bereich der Robotik von Interesse sind, beschrieben. Dafür wird ein elektrisch leitfähiger Silikonkautschuk eingesetzt. Der Vorteil der Anwendung des leitfähigen Silikonkautschuks ist, dass die Nachgiebigkeit solcher Systeme weiterhin erhalten bleibt bzw. sich verbessert. Unter Nutzung experimenteller Untersuchungen von den leitfähigen Silikonkautschuken ELASTOSIL R 570/50 MH C1 und POWERSIL® 466 A/B VP konnte das elektrische Verhalten dieser Materialien unter den mechanischen Beanspruchungen charakterisiert werden. Die Einsatzmöglichkeiten des leitfähigen Silikonkautschuks als Sensorelemente werden am Beispiel von drei nachgiebigen Systemen aufgezeigt. Die hier verwendeten Sensorelemente beruhen auf dem Prinzip der elektrischen Widerstandsänderung unter den mechanischen Beanspruchungen. Das erste System ist eine taktile Struktur und hat eine einfache Gestalt. Mit dem ersten System wird die Anwendbarkeit von dem Material ELASTOSIL R 570/50 MH C1 als Sensorelement aufgezeigt. Verschiedene Tests werden an der taktilen Struktur zur Ermittlung der Kontaktstellen durchgeführt. Die Messergebnisse werden dargestellt und diskutiert. Bei dem zweiten System handelt es sich um einen nachgiebigen Greifer. Der Greifer kann sich an verschiedene Objekte beim Greifvorgang anpassen. Des Weiteren können durch die inhärente nachgiebige Sensorik Informationen über das gegriffene Objekt beim Greifvorgang geliefert werden. Im letzten Teil der Arbeit wird das dritte System, eine nachgiebige Gelenkverbindung mit inhärenter Sensorik, diskutiert. Die Sensorelemente des Systems können dank der Materialeigenschaften des Silikonkautschuks zusätzlich die Funktionen einer Feder und eines Dämpfers übernehmen. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des Systems mit einer Steuerungsmöglichkeit der Drehrichtung mithilfe der gelieferten Sensorsignale bei einem Kollisionsfall.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000071
General design equations for the rotational stiffness, maximal angular deflection and rotational precision of various notch flexure hinges. - In: Mechanical sciences, ISSN 2191-916X, Bd. 8 (2017), 1, S. 29-49
Notch flexure hinges are often used as revolute joints in high-precise compliant mechanisms, but their contour-dependent deformation and motion behaviour is currently difficult to predict. This paper presents general design equations for the calculation of the rotational stiffness, maximal angular elastic deflection and rotational precision of various notch flexure hinges in dependence of the geometric hinge parameters. The novel equations are obtained on the basis of a non-linear analytical model for a moment and a transverse force loaded beam with a variable contour height. Four flexure hinge contours are investigated, the semi-circular, the corner-filleted, the elliptical, and the recently introduced bi-quadratic polynomial contour. Depending on the contour, the error of the calculated results is in the range of less than 2 % to less than 16 % for the suggested parameter range compared with the analytical solution. Finite elements method (FEM) and experimental results correlate well with the predictions based on the comparatively simple and concise design equations.
https://doi.org/10.5194/ms-8-29-2017
Synthesis process of a compliant fluidmechanical actuator for use as an adaptive electrode carrier for cochlear implants. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 112 (2017), S. 155-171
The cochlear implant, consisting of an electrode carrier and embedded electrodes, is an auditory neuroprosthesis surgically inserted into the cochlea in order to create an auditory impression in deaf or profoundly hearing-impaired patients. This contribution presents a fluidically actuated electrode carrier with a changeable curvature to simplify insertion. Targeted deformation of the carrier is accomplished by applying pressure internally as well as using a non-stretchable thin fibre embedded in its wall. An analytical examination of the scaled model shows that enlarged geometrically similar systems can be studied in place of actual systems, reducing the effort required for measurements. The geometry of the electrode carrier was determined using model-based synthesis combining the finite element method with an analytical model. The material parameters for the finite element model were found experimentally and fitted by using a third-order Ogden material model. The result of the synthesis yielded a conical shape for the carrier. Synthesis of other forms is also possible and one form is shown which was calculated using a polynomial approach. Demonstrators (3:1-scale) were manufactured and measured. The difference between the measured and calculated pressures was less than 0.6 bar for the cylindrical form and less than 0.78 bar for the conical form.
http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.02.001
Miniaturization of check valves. - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 15-26
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_2
Design and experimental characterization of a flexure hinge-based parallel four-bar mechanism for precision guides. - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 139-152
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_13
Investigation of the Novelty brackets "Gold-S". - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 199-211
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_18
A concept of adaptive two finger gripper with embedded actuators. - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 239-250
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_21
Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing, 2017. - 1 Online-Ressource (viii, 261 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 45) ISBN 978-3-319-45387-3
This book brings together investigations which combine theoretical and experimental results related to such systems as capsule micromechanisms, active micro catheters, nanotube vascular stents, mechanisms for micromilling, different compliant mechanisms including grippers and compliant systems with actuators and sensors, microrobots based on vibrations, tactile sensors, tooth brackets, compliant valves, and space reflectors. This volume contains twenty-two contributions from researchers from ten countries, represented at the 4th Conference on Microactuators and Micromechanisms, which was held in 2016 in Ilmenau, Germany. The aim of the conference was to provide a special opportunity for a know-how exchange and collaboration in various disciplines concerning systems pertaining to micro-technology. This Conference was organized under the patronage of IFToMM (International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science)
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3
Increasing the resolution of morphological 3D image data sets through image stitching: application to the temporal bone. - In: Computer methods in biomechanics and biomedical engineering, ISSN 2168-1171, Bd. 5 (2017), 6, S. 438-445
http://dx.doi.org/10.1080/21681163.2015.1137080
Sensitivity analysis on cochlear implants with fluid actuation. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 61 (2016), S1, Seite S228
Enthalten in: Track T, Modelling and Simulation - Cardio Technology, ID: T-PP-07
https://doi.org/10.1515/bmt-2016-5018
Modular multipin electrodes for comfortable dry EEG. - In: 2016 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), ISBN 978-1-4577-0220-4, (2016), S. 5705-5708
http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2016.7592022
Increasing the stroke of an ultra-precise compliant mechanism with optimised flexure hinge contours. - In: Proceedings of the 16th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ISBN 978-0-9566790-8-6, (2016), S. 487-488
This paper presents the investigations of the influences of the flexure hinges contours in compliant linkage mechanisms for precision engineering applications. Especially the influence on the precision of the path of motion and the stroke of the compliant mechanism is reflected. Based on previous investigations on optimised single flexure hinges [1] the validity of the proposed guidelines is analysed for an interconnection of flexure hinges in one mechanism. A parallel crank mechanism is used as an example for such a compliant rectilinear guiding mechanism. The parameters of the approximated linear motion are compared for the rigid-body model, compliant analytic model, FEM simulation models and measurements on manufactured prototypes.
Enabling autonomous locomotion into sand - a mobile and modular drilling robot. - In: Robotics in the era of digitalisation, (2016), S. 307-312
Established robots for locomotion into sandy soil are dominated by hammering systems. In this paper, we study an alternative design using a screw-driven mechanism. A testbed to find an efficient design is developed. Dependencies between velocity, drilling torque and depth are measured for different screw prototypes. The results show that the design of the screw is critical for the creation of fast and efficient mobile robots. Based on the experimental results, a prototype of an autonomous drilling robot is designed. With a torque of 0.66 Nm it is able to reach a depth of 20 cm within 2 min.
Compliant electrode carrier for cochlear implant with fluidic actuation :
Nachgiebiger Elektrodenträger für Cochlea-Implantate mit fluidischer Aktuierung. - In: Forschung im Ingenieurwesen, ISSN 1434-0860, Bd. 80 (2016), 1/2, S. 57-69
http://dx.doi.org/10.1007/s10010-016-0202-0
Lokomotorische Interaktion planetarer Explorationssysteme mit weichen Sandböden : Modellbildung und Simulation
1. Auflage. - München : Verlag Dr. Hut, 2016. - 1 Band (verschiedene Seitenzählungen)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Die Lokomotion von Systemen auf weichen verformbaren Sandböden ist aus dem Alltag bestens bekannt. Dennoch gehört die Interaktion mit granularen Materialien noch zu den weitestgehend unverstandenen und nur unvollständig abgebildeten Phänomenen in unserer Umwelt. Während das Lokomotionssystem auf der Erde häufig direkt beeinflusst werden kann, ergeben sich in der planetaren Exploration Probleme wie die Unzugänglichkeit des Systems. Bisherige Modellierungsansätze können dabei die Boden-Interaktion nur unzureichend abbilden. Diese Arbeit zielt daher darauf ab, die Diskrete Elemente Methode weiterzuentwickeln und für die Entwicklung von Systemen zum Erforschen unseres Sonnensystems nutzbar zu machen. Um das Scherversagen granularer Medien genau und effektiv abzubilden, wird eine Modellierung der Kornform über 2D-Rotationsgeometrien vorgestellt, wobei die Kugel für die Kontakterkennung beibehalten wird. Um auf die Partikel wirkende Kräfte wie Reibung und Kohäsion abzubilden, werden bestehende Kontaktmodelle erweitert. Um diese Kontaktmodelle sinnvoll einsetzen zu können, wird zudem ein Parameteridentifikationsverfahren vorgestellt, welches ohne Kalibrierungssimulationen auskommt. Damit kann ein Kontaktparametersatz über hinreichende Bedingungen, mikroskopische Bilder und einen Look-up Table in nur 5 s statt bis zu 5000 CPU-Stunden erstellt werden. Diese Methode wird mit dem Bevametertest für zwei Böden verifiziert. Die gesamte Modellmethodik wird dann als neues Framework DEMETRIA auf Basis von Pasimodo implementiert und für zwei Anwendungen genutzt. Bei der ersten Anwendung, dem HP3-Mole für den Mars, konnte für die Modelle der Eindringtiefe pro Schlag eine Abweichung von weniger als 16% gegenüber Messdaten erreicht werden. Weiterhin konnte durch eine Nutzung der Modelle in Optimierungen die Zieltiefe von 5m bei einer Leistungsaufnahme von weniger als 5W erreicht und die dafür nötige Schlaganzahl auf 25% gesenkt werden. Für die zweite, exemplarische Anwendung, die Räder planetarer Rover, werden prinzipielle Effekte der Interaktion untersucht und die Simulationen qualitativ mit realen Testfahrten verglichen. In diesen Vergleichen wurde ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den realen Effekten der Bodenverformung festgestellt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Modelle für Radoptimierungen zur Verbesserung der Effizienz und Traktion genutzt werden können.
Wheel-ground modeling in planetary exploration: from unified simulation frameworks towards heterogeneous, multi-tier wheel ground contact simulation. - In: Multibody dynamics, (2016), S. 165-192
Today's growing scientific interest in extraterrestrial bodies increases the necessity of extended mobility on these objects. Thus, planetary exploration systems are facing new challenges in terms of mission planning as well as obstacle and soil traversability. In order to fit the tight schedules of space missions and to cover a large variety of environmental conditions, experimental test setups are complemented by numerical simulation models used as virtual prototypes. In this context we present an integrated simulation environment which allows for using different available contact models, ranging from simple but real-time capable approximations based on rigid-body modeling techniques up to very accurate solutions based on Discrete Element Method (DEM). The models are explained and classified for their applications. For this work, a one-point Bekker based approach (BCM) and the so-called Soil Contact Model (SCM), which is a multi-point extension of the Bekker-Wong method taking soil deformation into account, are used for further analysis. These two contact models are applied for homogeneous simulations with only one type of contact model for all wheels as well as for a heterogeneous multi-tiered simulation with different contact models for the wheels. It will be shown that the multi-tiered approach enhances the simulation result accuracy compared to the results of a homogeneous model with a low level of detail while speeding up the simulation in comparison to a homogeneous higher-tier model.
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-30614-8_8
Design, fabrication, and characterization of a compliant shear force sensor for a human-machine interface. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 246 (2016), S. 91-101
http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.04.034
Novel electrode technologies for neurosciences. - In: Innovationen bei der Erfassung und Analyse bioelektrischer und biomagnetischer Signale, (2016), S. 104-107
Fluidisch aktuierte Cochlear-Implant Elektrode. - In: 87. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V., (2016), Meeting Abstract (16hnod336), insges. 1 S.
http://dx.doi.org/10.3205/16hnod336
Synthesis and investigation of a compliant linkage mechanism for precision guides :
Synthese und Untersuchung eines nachgiebigen Koppelmechanismus für Präzisionsführungen. - In: Zweite IFToMM D-A-CH Konferenz 2016, 25. - 26. Februar 2016, Universität Innsbruck, (2016), insges. 8 S.
Neuro-fuzzy estimation of passive robotic joint safe velocity with embedded sensors of conductive silicone rubber. - In: Mechanical systems and signal processing, ISSN 1096-1216, Bd. 72/73 (2016), S. 486-498
http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.11.031
Synthesis of compliant mechanisms based on goal-oriented design guidelines for prismatic flexure hinges with polynomial contours. - In: Proceedings of the 14th IFToMM World Congress, ISBN 978-986-04-6098-8, (2015), insges. 6 S.
Compliant mechanisms are state of the art in high-precision motion systems. Therefore, often prismatic flexure hinges with basic cut-out geometries are used as revolute joints to realize an approximated rotation of a few degrees. Since the motion range and precision of a compliant mechanism depend on the flexure hinge design, the contour and hinge dimensions have to be considered as free parameters for the synthesis. Regarding this, polynomial contours are particularly suitable because they allow a simple modelling and a variable design too. In this paper, novel design guidelines for compliant mechanisms with identical or different polynomial contours are presented based on the rigid-body replacement synthesis method. Using the example of a compliant slider-crank mechanism it will be shown that the stress and path accuracy for the rectilinear guiding of a coupler point can be improved by using a look-up table and design graph instead of a multi-criteria optimization.
http://dx.doi.org/ 10.6567/IFToMM.14TH.WC.PS10.008
A new adaptive controllable shape morphing compliant structure with embedded actuators and sensors. - In: Proceedings of the 14th IFToMM World Congress, ISBN 978-986-04-6098-8, (2015), insges. 8 S.
This paper presents a new adaptive controllable shape morphing compliant structure with embedded actuators and sensors. The shape morphing structure is obtained through simultaneous synthesis of compliant mechanism topology and actuators. We improved the existing design methodology so that compliant systems without intersecting elements were obtained. By embedding actuators within the compliant structure (compliant mechanism) it is possible to develop an adaptive system. It will be shown that by embedding the Nitinol wires - SMA (shape memory alloy) - as actuators the shape morphing structure could achieve multiple shapes of its output surface. Sensors are embedded as well. It will be shown that the shape morphing compliant structure with embedded conductive foam as sensing material is able to detect external pressure and thus its surroundings. Application of the developed shape morphing structure as an adaptive compliant gripper will also be shown.
http://dx.doi.org/10.6567/IFToMM.14TH.WC.OS13.051
Heterogeneous, multi-tier wheel ground contact simulation for planetary exploration. - In: ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, ISBN 978-84-944244-0-3, (2015), S. 924-935
Möglichkeiten der funktionellen lokalen Konfiguration von Mikroaktoren aus Nickel-Titan für medizinische Implantate durch selektives Laserstrahlmikroschmelzen. - In: Neue Entwicklungen in der Additiven Fertigung, ISBN 978-3-662-48473-9, (2015), S. 109-124
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-662-48473-9_8
Automatisierung der Schliffpräparation zur dreidimensionalen Rekonstruktion histologischer Proben. - In: GMS current posters in otorhinolaryngology, head and neck surgery, ISSN 1865-1038, Bd. 11.2015, 11:Doc257, insges. 1 S.
http://dx.doi.org/10.3205/cpo001222
Application parameters of dry electrodes for multichannel EEG. - In: International Conference on Basic and Clinical Multimodal Imaging, (2015), S. 114
FEM-basierte Untersuchung der Formgebung nachgiebiger Durchschlagelemente für Gasströmungswächter. - In: 11. Kolloquium Getriebetechnik, (2015), S. 389-398
Dieser Beitrag beinhaltet die simulationsbasierte, nicht-lineare Untersuchung der Formgebung nachgiebiger Durchschlagelemente für den Einsatz in bistabilen Gasströmungswächtern. Mithilfe der FEM wird das Kraft-Verschiebungs-Verhalten von vorgespannten Durchschlagelementen unterschiedlicher geometrischer Form zur Beurteilung des Auslöseverhaltens von bistabilen Gasströmungswächtern untersucht. Für die untersuchten geometrischen Formen der Durchschlagelemente und die gewählten Parameter zeigen die Kraft-Verschiebungs-Kennlinien eine bistabile Charakteristik. Die Formgebung beeinflusst die Steifigkeit und damit die für den Durchschlag erforderliche Kraft.
Simulation used for feasibility study of fluid-actuated cochlear implant electrodes. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 60.2015, S1, S. S318
http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5013
Das Fachgebiet Mechanismentechnik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 285-301
Energieeffizienter, adaptiver Sauggreifer für medizintechnische und pharmazeutische Produkte. - In: 11. Kolloquium Getriebetechnik, (2015), S. 277-294
Beim Sauggreifen von medizintechnischen und pharmazeutischen Produkten wird das Hygienerisiko verringert, wenn das Saugmittel vom Umgebungsmittel getrennt ist. Hierzu wurde ein geschlossener Sauggreifer mit instabilem Verformungsverhalten entwickelt. Der Sauggreifer hat einen Durchmesser von 21 mm und eine Höhe von 28 mm. Er kann u. a. eine ungenaue Greifobjektposition ausgleichen und einen erfolgreichen Greifprozess anzeigen. Zehn spritzgegossene Funktionsmuster wurden hergestellt und untersucht. Bei einem Unterdruck von 600 mbar wird eine Saugkraft von 9.85 N ± 0.06 N bei ebenen und 9.44 N ± 0.11 N bei zylindrischen Objekten (R = 25 mm) erreicht. - During suction gripping process of medical and pharmaceutical products, the risk of contamination is reduced if the suction medium is separated from the surrounding medium. For this purpose a closed suction gripper with unstable deformation behavior was developed. The suction gripper has a diameter of 21 mm and a height of 28 mm. It may,inter alia, compensate an inaccurate position of the gripping object and signalize a successful gripping process. Ten functional models were manufactured by injection molding and then tested. At a negative pressure of 600 mbar, a suction force of 9.85 N ± 0.06 N for flat and 9.44 N ± 0.11 N for cylindrical objects (R = 25 mm) is reached.
Simulation medizinischer Implantate - Analyse fluidisch aktuierter Cochlea-Implantat-Elektrodenträger. - In: Conference proceedings, (2015), insges. 7 S.
The loss of hearing is a severe diagnosis among modern society. The Cochlear Implant, which is directly stimulating the auditory nerve from within the inner ear, has successfully proven its ability to overcome the communicational restrictions caused by sensorineural hearing loss. Efforts are made to enable cochlear implantation not only for deaf patients but for patients with residual hearing, in which case the residual hearing has to be preserved during surgery. In order to achieve this, the implants themselves as well as surgical techniques are improved. Within this work a compliant mechanism is combined with the electrode carrier of the Cochlear Implant, which includes the stimulation electrodes and is located inside the cochlea after implantation. This compliant mechanism is comprised of a non-stretchable thin fibre embedded into the wall of the silicone electrode carrier and a cylindrical inner cavity. This enables the implant to be fluid actuated, thereby fitting step by step the local curvature of the spiral shaped cochlea. Analysis of this functionality is performed to identify relevant geometrical and experimental parameters in preparation for production and testing of laboratory prototype in experimental setups.
Electrical performance of electrically conductive silicone rubber in dependence on tensile load according to various parameters. - In: Microactuators and micromechanisms, ISBN 978-3-319-15861-7, (2015), S. 191-199
The paper presents the results of many investigations to make clear how the different parameters of tensile load which will possibly control the use of a strain sensor made of the conductive silicone rubber affect the electrical properties of this material. In order to clarify the behavior of this conductive silicone rubber during the cyclic load other tests are implemented on several specimens for each test to compare their behavior. The compliant systems with such sensors do not require mounting, and also they can be miniaturized. The target of these investigations is to use the conductive silicone rubber as a strain sensor by means of changing its electrical properties depending on the tensile load under different conditions.
Conception of a mechanical system for rehabilitation of hand function for use in medical training therapy. - In: Microactuators and micromechanisms, ISBN 978-3-319-15861-7, (2015), S. 143-158
A compliant mechanism as rocker arm with spring capability for precision engineering applications. - In: Microactuators and micromechanisms, ISBN 978-3-319-15861-7, (2015), S. 1-7
In precision engineering escapement and ratchet mechanism are often used to keep an element in a non-operating state e.g. in chronometers. Such mechanisms have a pivoted and spring-loaded pawl locking a ratchet. For miniaturized applications reducing the number of elements and functional integration is recommended. Spring clip mechanisms as rocker arms combine the rocker itself with a spring. Therefor a special formed wire is mounted in a frame by two shifted revolute joints. The spring capability is once determined by the geometry and the material and twice by the shifting of the axes and the deflection of the clip. In this contribution the force-deflection behavior of such mechanisms for different shiftings is focused utilizing the finite element method. Spring clip mechanisms realize a wide range of motion and due to a shifting of axes and the asymmetry the force-deflection behavior is influenced. Finally some precision engineering devices with a spring clip mechanism are suggested.
FEM-based analysis of the influence of notch contour and scale on flexure hinge design goals. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 283-286
Compliant mechanisms are state of the art in high-precise motion systems. Therefore, prismatic flexure hinges with mostly basic or rarely special designed cut-out geometries are used as revolute joints to realize an approximated rotation of a few degrees. Since flexure hinges are established in macro and also micro applications, the influence of scale has to be considered within the design process. In this paper, a finite elements method (FEM) model is introduced to investigate the three design goals maximum strain, shift of the rotation axis and deflection force in dependence of the notch contour and the scale. It will be shown that contour optimization is relevant for macro and micro applications, why design guidelines based on variable polynomial contours offer potential for microelectromechanical systems (MEMS).
A concept of adaptive compliant gripper with embedded actuators and sensors. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 263-266
Developing a gripper that can grasp objects of widely varying shapes represents a challenging task. Compliant mechanisms with embedded actuators and sensors are one way to obtain the gripper which could accommodate its grasping surface to any irregular and sensitive grasping object. This paper presents the concept of a new solution of adaptive compliant gripper finger with embedded actuators and sensors. Embedded actuators (within gripper finger structure) are able to morph shape of the grasping surface to accommodate different objects, while embedded sensors can provide information about the shape of an object that is grasp. Novel approach to the synthesis of compliant mechanisms with embedded actuators is also presented. It will be shown that gripper finger can achieve many complex grasping patterns.
Cooperation between the Ilmenau University of Technology and the University of Niš in "recent times" since 2008. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 251-254
Mechanical system for the rehabilitation of human hand function. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 3-6
Ein Beitrag zur geometrischen Gestaltung und Optimierung prismatischer Festkörpergelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: LI, 126 S., 16,88 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 4) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Zur Realisierung von Bewegungen mit hohen Anforderungen an die Präzision werden Starrkörpermechanismen zunehmend durch nachgiebige Mechanismen ersetzt, in denen die Beweglichkeit durch stoffgekoppelte Drehgelenke realisiert wird. In diesen nachgiebigen Koppelmechanismen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit einfachen geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Im Gegensatz zu form- und kraftgekoppelten Gelenken ist der Auslenkwinkel eines Festkörpergelenkes begrenzt, wodurch der Bewegungsbereich des Mechanismus eingeschränkt wird. Zudem lässt sich mit einem Festkörpergelenk keine exakte relative Drehung zweier starrer Glieder realisieren, da grundsätzlich eine Drehachsenverlagerung stattfindet. Dadurch ergeben sich Bahnabweichungen des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Starrkörpermechanismus. Wesentlicher Aspekt bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in dieser Arbeit untersuchte Phase der geometrischen Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu erfolgt eine ganzheitliche, d. h. vom Gelenk auf den Mechanismus übertragbare Betrachtung. Für die durchgeführte Untersuchung von Einzelgelenken ist ein geeigneter Ansatz zur Drehachsenmodellierung von entscheidender Bedeutung. Die anschließende mehrkriterielle Optimierung der Gelenkkontur findet für ein Einzelgelenk und im Mechanismus statt. Als Ergebnis der Arbeit wird eine allgemein anwendbare Synthesemethode nachgiebiger Koppelmechanismen abgeleitet, die ausgehend vom Starrkörpermechanismus eine gezielte Gestaltung sowie beschleunigte FEM-basierte Optimierung mit identischen oder unterschiedlichen Gelenken ermöglicht. Hiermit lassen sich der Bewegungsbereich vergrößern und die Bahngenauigkeit erhöhen. Die Besonderheit der Synthesemethode besteht in der Berücksichtigung der Gestaltung prismatischer Festkörpergelenke mit Standard- oder Polynomkonturen. Hierfür werden grundlegende Hinweise sowie drei neue Ansätze zur Bestimmung der geometrischen Parameter der Gelenkkontur und -abmessungen mittels Umsetzungstabelle, Kurventafel oder computergestützter Konturoptimierung vorgestellt. Auf diese Weise gestaltete Mechanismen eignen sich besonders für die Präzisionstechnik. Das Potenzial der Synthesemethode wird am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel zur Realisierung einer Punktgeradführung aufgezeigt.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00026249
Novel multipin electrode cap system for dry electroencephalography. - In: Brain topography, ISSN 1573-6792, Bd. 28 (2015), 5, S. 647-656
https://doi.org/10.1007/s10548-015-0435-5
Konzeption eines Mechanotherapie-Systems zur Rehabilitation der Handfunktionalität. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen, (2015), S. 325-332
Ultra-precise linear motion generated by means of compliant mechanisms. - In: Proceedings of the 15th international conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2015), S. 241-242
This article describes a measurement setup for experimental analysis of the path of motion of compliant linkage mechanisms. Especially mechanisms with an ultra-precise linear motion of one coupler point are considered. For a maximum in precision of measurement, interferometric length measure systems are used. In the evaluation of measurement the results of the experimental setup are compared to the results of the simulated path of motion. In this way the simulation model can be refined, thus giving a better description of the kinematic behavior.
Compliant mechanism with hydraulic activation used for implants and medical instruments. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S.)Finale Version (invited paper). - Druckausg.: Proceedings // XII International Conference on Systems, Automatic Control and Measurements, SAUM 2014, Niš, November 12 - 14, 2014 / University of Niš, Faculty of Electronic Engineering ... [ed.: Vlastimir Nikoliâc ...]. - Niš : Unigraf X-Copy, 2014, S. 1-4. - ISBN 978-86-6125-117-7
The hydraulic actuation of cochlear implant is considered in this research. The deformation behavior of the compliant mechanism by hydraulic actuation is of interest to facilitate the insertion of the implant or the instrument used in the non-linear access paths to the target area, and to avoid any damage, which could occur during the surgical procedure. The described implant is a hydraulically actuated compliant structure with a symmetric internal hollow core and with a non-stretchable thin fibre embedded in the wall. Under inner pressure of 6 bar, the structure is bended, thus the insertion will facilitate during the operation. With the help of the simulations, a specific geometry of the compliant structure is determined for the target deformation executed by hydraulic actuation.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00025969
Compliant fluidically actuated electrode carrier for cochlear implants :
Nachgiebiger fluidisch aktuierter Elektrodenträger für Cochlea-Implantate. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 8 S.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-083215-4
Compliant linkage mechanisms with optimized flexure hinges for precision applications :
Nachgiebige Koppelmechanismen mit optimierten Festkörpergelenken für Präzisionsanwendungen. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 7 S.
Festkörpergelenke werden aufgrund ihrer Vorteile als stoffgekoppelte Drehgelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen eingesetzt. Für Präzisionsanwendungen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit elementaren geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Eine wesentliche Phase bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in diesem Beitrag untersuchte geometrische Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu zählt neben dem Bewegungsbereich v. a. die Bahngenauigkeit im Vergleich mit dem zugrunde liegenden Starrkörpermechanismus. In diesem Zusammenhang wird die FEM-basierte Konturoptimierung im nachgiebigen Mechanismus auf der Basis von Polynomkonturen untersucht. Beispielhaft werden zwei Mechanismen zur Realisierung einer Punktgeradführung betrachtet. Die Ergebnisse der mehrkriteriellen Optimierung werden am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel messtechnisch überprüft. Abschließend wird ein Ansatz für die Mechanismussynthese abgeleitet.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-082721-8
Hammering beneath the Surface of Mars : Analyse des Schlagzyklus und der äußeren Form des HP3-Mole mit Hilfe der Diskrete Elemente Methode. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 8 S.
Im Titel ist "3" hochgestellt
Die Marsmission "InSight" (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transfer) der NASA hat das Ziel, Fragen zur Entstehung erdähnlicher Planeten zu beantworten. Dafür schlägt sich der HP3-Mole tiefer unter die Oberfläche des Mars als je ein anderes Instrument zuvor. Der Vortrieb dieses "selbsteinschlagenden Nagels" hängt dabei stark vom Ablauf des inneren Schlagzyklus, der äußeren Formgebung des Mechanismus und der Interaktion mit dem umgebenden Regolith ab. Nach erfolgreicher Verifikation und Validierung der DEM-MKS Co-Simulation mit Messdaten, wird nun der komplexe Schlagzyklus und die Interaktion mit dem Boden bei Variation der Mole-Spitzenform modellbasiert untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass unter Verwendung nichtlinearer Spitzenprofile anstelle linear-konischer Profile bei gleichem Bauraum geringereWiderstandskräfte auftreten. Diese Erkenntnisse ermöglichen geeignete Kompromisse zwischen der Steigerung der Penetrationsleistung, der Reduzierung der äußeren Abmessungen und der Minimierung der Masse, für künftige Missionen.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-082630-3
Investigation into an impact-loaded dilatant polymer :
Untersuchung eines dilatanten Polymers bei stoßartigen Belastungen. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 7 S.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-082342-3
Contact force and impedance in dry electroencephalography. - In: Scientific & social program, (2015), S. 32-33
A 64-channel dry multipin-electrode cap for EEG. - In: Scientific & social program, (2015), S. 32
Multichannel EEG with novel Ti/TiN dry electrodes. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 221 (2015), S. 139-147
http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2014.10.010
Potential of adaptive neuro-fuzzy inference system for contact positions detection of sensing structure. - In: Measurement, Bd. 61 (2015), S. 234-242
http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2014.10.040
Ein Beitrag zur Etablierung navigationsgestützter Insertionsversuche von Cochlea-Implantat-Elektroden mit Kraftmessung. - In: CURAC 2014, ISBN 978-3-00-047154-4, (2014), S. 122-125
Image fusion of histological images to generate high resolution datasets of the human middle and inner ear structures. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S582-S584
Preoperative planning of a surgical pathway for minimally invasive and computer-assisted cochlear implantation strongly depends on high resolution imaging of bony and soft tissue middle and inner ear structures. Since conventional medical imaging lacks information on delicate soft tissue structures inside the cochlea, sets of histological data were generated using a serial cross section imaging technique in order to prepare the development of a model-based segmentation algorithm. To increase the image resolution and to provide more detailed morphological information a currently developed 3D histology imaging approach was enhanced by a data processing with integrated automatic image fusion. Finally the generated datasets were converted into the DICOM standard. The presented study (n=15) evaluates the results of the image fusion based on the fiducial registration error (FRE).
http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5008
Versuchsumgebung für die temperatur-kontrollierte, experimentelle Evaluation von Cochlea-Implantat-Elektroden. - In: Abstractband zur ... Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V., Bd. 85 (2014), Meeting Abstract (14hnod103), insges. 1 S.
Rapid, dry multichannel electroencephalography. - In: Scientific & social program, (2014), S. 34-35
Electroencephalography with dry electrode caps. - In: Scientific & social program, (2014), S. 34
Comparison of three types of dry electrodes for electroencephalography. - In: Acta IMEKO, ISSN 2221-870X, Bd. 3 (2014), 3, S. 33-37
https://doi.org/10.21014/acta_imeko.v3i3.94
Characteristics of a compliant fluid-mechanical actuator for creating a screw motion - comparison of simulation and measurement results. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 13 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-009:1
Hammering beneath the surface of Mars - modeling and simulation of the impact-driven locomotion of the HP 3 -Mole by coupling enhanced multi-body dynamics and discrete element method. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 20 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-155:2
Optimal design of adaptive compliant mechanisms with inherent actuators comparing discrete structures with continuum structures incorporating flexure hinges. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 12 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-141:4
Sensor elements made of conductive silicone rubber for a compliant gripper. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 9 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-130:9
Specific curvature behavior of compliant mechanism with hydraulic activation used for medical instruments or implants. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 8 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-129:3
Modeling and investigation of spring clip mechanisms and applications in precision engineering. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 11 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-113:7
Measurement tools and strategies to improve stability in metal cutting. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 7 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-057:0
Analysis of supports of a three-legged compliant snap-through structure for application in an excess flow valve. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 6 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-049:1
Approaches on material analysis and modeling of bouncing putty. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 10 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-048:1
Compliant shear force sensor. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 11 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-017:0
Considering the design of the flexure hinge contour for the synthesis of compliant linkage mechanisms. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 12 S.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-033:4
Contact positions estimation of sensing structure using adaptive neuro-fuzzy inference system. - In: Kybernetes, ISSN 1758-7883, Bd. 43 (2014), 5, S. 783-796
http://dx.doi.org/10.1108/K-03-2013-0041
Conception of the mechanical part for a hand rehabilitation device for use in medical training therapy. - In: Shaping the future by engineering, ISBN 978-3-86360-085-3, (2014), S. 92
Nachgiebige Mechanismen. - München : De Gruyter Oldenbourg, 2014. - VIII, 131 Seiten. - (Studium) ISBN 3-486-76881-6
Literaturverzeichnis: Seite 129-131
Flexible mechanisms; small devices that can be moved or bent, and return to shape
Design of compliant robotic joint with embedded-sensing elements of conductive silicone rubber. - In: Industrial robot, ISSN 1758-5791, Bd. 40 (2013), 2, S. 143-157
https://doi.org/10.1108/01439911311297748
Application of the TRIZ creativity enhancement approach to the design of a passively adaptive compliant robotic gripper. - In: Assembly automation, ISSN 1758-4078, Bd. 33 (2013), 3, S. 231-239
https://doi.org/10.1108/AA-10-2013-079
Hammering beneath the surface of Mars - Modellbildung und Optimierung des HP3-Mole. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 169-186
Um Antworten auf die Frage nach der Entstehung erdähnlicher Planeten zu geben, werden im Rahmen der NASA-Marsmission InSight Untersuchungen des Wärmestroms im Planeteninneren durchgeführt. Damit der Wärmestrom im Inneren bestimmt werden kann, schlägt sich der HP3 Mole tiefer in dessen Boden als alle Messinstrumente jemals zuvor. Um das gewünschte Ziel von fünf Metern Tiefe zu erreichen, wird ein spezieller Mechanismus als "selbsteinschlagender Nagel" verwendet. Mehrkörpersimulationen des Systems unter Berücksichtigung der Kontaktdynamik ermöglichen einen Einblick in das mechanisch-dynamische Verhalten und die Wechselwirkungen beim Betrieb des Moles. Diese Modelle bilden die Ausgangsbasis für die Einbindung in eine Optimierungsumgebung, und damit die Optimierung des Mechanismus selbst.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-169-9
Planetary rover locomotion on soft granular soils - efficient adaption of the rolling behaviour of nonspherical grains for discrete element simulations. - In: Particle-based methods III, (2013), S. 807-818
In consequence of growing interests of science exploration on our solar system's planets and moons, increased mobility demands are arising for planetary exploration vehicles. The locomotion capabilities of these systems strongly depend on the interaction with soft granular soils. Thus a major design challenge is to develop suitable solutions for locomotion equipment and strategies. The mastering of these challenges depends on detailed soil interaction models to predict the system behaviour and get a better understanding of the underlying effects. To meet these demands a new soil interaction model based on the three-dimensional Discrete Element Method (DEM) is developed. The strength of granular materials is highly dependent on the grain's shape and friction. Since non-spherical particles are less computational efficient than spheres, a new interparticle contact model has been developed to mathematically cover the rotational behaviour of anisotropically elongated and angular grains, while using computationally efficient spheres for contact detection. To show the applicability of the model, bevameter as well as single wheel simulations for planetary rovers were carried out.
Dry-contact multichannel EEG using novel multipin electrodes. - In: Clinical EEG and neuroscience, ISSN 2169-5202, Bd. 44.2013, 4, S. E102
http://dx.doi.org/10.1177/1550059413507209
Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen
Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22982
Novel cap system with active actuators for rapid dry electroencephalography. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.
https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4429
Sensor elements made of conductive silicone rubber for passively compliant gripper. - In: The international journal of advanced manufacturing technology, ISSN 1433-3015, Bd. 69 (2013), 5/8, S. 1527-1536
https://doi.org/10.1007/s00170-013-5085-8
Novel flexible dry multipin electrodes for EEG: signal quality and interfacial impedance of Ti and TiN coatings. - In: 2013 35th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), ISBN 978-1-4577-0216-7, (2013), S. 547-550
http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2013.6609558
Konzeption eines Mechanotherapie-Systems zur Rehabilitation der Handfunktionalität für den Einsatz in der medizinischen Trainingstherapie. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 437-454
Die Hände des Menschen gelten als die am intensivsten eingesetzten Körperteile. Sie werden bei der Ausübung unterschiedlichster Tätigkeiten sowie zur Durchführung notwendiger alltäglicher Bedürfnisse eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen Körperteilen sind die Hände, bedingt durch ihre exponierte Lage und den häufigen Gebrauch, einem höheren Verletzungsrisiko ausgesetzt. Durch die Selbstverständlichkeit, mit der der Mensch seine Hände einsetzt, wird deren Wichtigkeit erst nach einer Verletzung bzw. Krankheit bewusst. Bleibende Beeinträchtigungen beschränken sich nicht nur auf die körperliche Leistungsfähigkeit, sondern können auch seelische Auswirkungen auf den Patienten haben. Deshalb ist eine möglichst vollständige Rehabilitation der Hand anzustreben. Für die Handrehabilitation werden bisher technische Systeme eingesetzt, die nur eine sehr beschränkte Anzahl therapienotwendiger Bewegungsaufgaben übernehmen können. Motiviert durch diese Tatsachen wird ein Mechanotherapie-System konzeptioniert, welches fluidisch angetrieben und modular aufgebaut ist. Im ersten Schritt, wird sich auf die Konzeption für einen Finger beschränkt. Die gefundene Lösung ist aber auf die restlichen Langfinger übertragbar.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-437-5
Nachgiebiges Sensorsystem zur Ermittlung von Scherkräften. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 419-436
In diesem Beitrag wird ein neuartiges, komplett nachgiebiges Sensorsystem zum Erfassen des Betrages und der Richtung einer wirkenden Scherkraft oder der Verteilung von Scherkräften auf einer Oberfläche vorgestellt. Das System besteht aus leitenden und nicht leitenden Silikonen und erreicht seine Funktion über die große Verformbarkeit dieser hochelastischen Materialien. Die Funktionsfähigkeit der vorgeschlagenen geometrischen Gestalt wird mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) geprüft. Anschließend wird das Sensorsystem aufgebaut und mittels Versuche wird das gewählte Prinzip zur Ermittlung der Richtung und des Betrages einer Scherkraft verifiziert.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-419-7
Kennlinien eines nachgiebigen fluidmechanischen Antriebes zur Erzeugung einer schraubenförmigen Bewegung - Vergleich Simulation und Messaufbau. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 391-408
In diesem Beitrag wird ein nachgiebiger fluidmechanischer Antrieb, mit dem eine schraubenförmige Bewegung für das Heranführen von trockenen Elektroden auf die Kopfoberfläche erzeugt werden kann, untersucht. Es werden die simulierten und gemessenen Kennlinien für Lastmomente von ML = -0.4 Nm bis 0.2 Nm in Schritten von 0.2 Nm miteinander verglichen. Der Antrieb hat eine Höhe und einen Durchmesser von jeweils 50 mm, besteht aus Silikon Elastosil® 4644 und kann in einem Druckbereich von 0 bis 1 bar betrieben werden. Dabei erreicht dieser ohne Last einen Drehwinkel von ca. 100˚ und einen Hub von ca. 29 mm. Diese Werte können durch Lastmomente vergrößert werden. Im Bereich von 0 ≤ p ≤ 500 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Faltung und erzeugt dabei eine nahezu lineare Schraubenkennlinie. Im Bereich von 500 < p ≤ 1000 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Dehnung und erzeugt hauptsächlich einen Hub, der nahezu unabhängig vom Lastmoment ist. Die Abweichung für Hub und Drehwinkel zwischen dem Ansys® FEM Simulationsmodell und dem Funktionsmuster sind im Bereich für p ≥ 200 mbar ohne Lastmoment unter Berücksichtigung eines experimentell bestimmten Reibmoments kleiner als 10 %. Somit können ergänzend zur Entwicklung und Untersuchung von fluidmechanischen Antrieben Simulationsmodelle eingesetzt werden.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-391-1
Über die Wirkung einer mechanischen Vorspannung auf die Deformation eines asymmetrischen Federbügel-Mechanismus. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 373-390
Federbügel-Mechanismen sind nachgiebige Mechanismen, die in der Technik als Klemm- und Sicherungselemente eingesetzt werden. Ein speziell geformter Federbügel ist durch zwei versetzt angeordnete Drehgelenke in einem Gestell gelagert. Durch die spezielle Lagerung des nachgiebigen Mechanismengliedes (Federbügel) im Gestell wird in den Mechanismus eine mechanische Vorspannung eingeprägt, die das Kraft-Verschiebungs-Verhalten beeinflusst. Die Größe der mechanischen Vorspannung wird vom Abstand der parallelen Drehachsen (Verrückung) bestimmt. In diesem Beitrag wird die Wirkung der mechanischen Vorspannung auf die Deformation eines ausgewählten asymmetrischen Federbügel-Mechanismus mit numerischen und analytischen Methoden untersucht.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-373-9
Einfluss der Festkörpergelenkkontur auf die Bewegungsgenauigkeit und die Gestaltfestigkeit nachgiebiger Koppelmechanismen. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 355-372
Aufgrund ihrer Vorteile werden nachgiebige Mechanismen vielfach für Führungs- und Übertragungsaufgaben in Präzisionsbewegungssystemen eingesetzt. Hierbei werden vorwiegend prismatische Festkörpergelenke mit Aussparungen als stoffschlüssige Drehgelenke verwendet. In diesem Beitrag wird das Potenzial zur Beeinflussung der Bewegungs- und Festigkeitseigenschaften verschiedener nachgiebiger Koppelmechanismen durch gezielte geometrische Gestaltung der Abmessungen und insbesondere der Aussparungskontur der Festkörpergelenke verdeutlicht. Dies stellt einen neuen Ansatz bei der Synthese nachgiebiger Mechanismen dar. Mittels FEM-Untersuchungen kann u. a. gezeigt werden, dass Polynomkonturen 4. Ordnung besonders günstig im Hinblick auf die gleichzeitige Realisierung einer hohen Bewegungsgenauigkeit und Gestaltfestigkeit sind.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-355-9
10. Kolloquium Getriebetechnik : Technische Universität Ilmenau, 11.-13. September 2013. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - 1 Online-Ressource (454 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik ; Band 2)
In diesem Band sind die Beiträge des 10. Kolloquiums Getriebetechnik 2013 in Ilmenau zusammengestellt. Getriebe für Web- und Flechtmaschinen, für Schränke und Sessel, ein Schlagmechanismus für eine bevorstehende Marsmission, Robotersysteme für Mensch-Maschine-Schnittstellen, ein Mechanismus in einem Großteleskop oder Präzisionsmessgerät, ein einfacher Federbügel sowie nachgiebige Aktuatoren und Mechanismen - das sind nur einige von den hoch interessanten Systemen, die in diesem Band vorzufinden sind.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033
On the influence of flexure hinge geometry on the motion range and precision of compliant gripping mechanisms. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-039-4, (2013), S. 255-260
Due to their various advantages material coherent joints are state of the art in compliant mechanisms. In precision engineering especially prismatic flexure hinges with lumped compliance are used as revolute joints for small angular deflections. In this contribution, the potential of improving the motion precision as well as the motion range of compliant gripping mechanisms by specific design of the flexure hinge dimensions and in particular of their notch contour is described. The model-based design is exemplified for two multi-bar compliant grippers with different kinematic chains by means of rigid body analysis and finite elements method (FEM) simulation. To verify the detailed investigation of the flexure hinge geometry as a newly considered approach of the compliant mechanism synthesis, the FEM results are compared with the motion behavior of the rigid body counterparts.
Modelling and application of the hydraulic spider leg mechanism. - In: Spider ecophysiology, ISBN 978-3-642-33988-2, (2013), S. 451-462
Electrical properties estimation of conductive silicone rubber for tactile sensing structure. - In: Sensor review, ISSN 1758-6828, Bd. 33 (2013), 2, S. 114-124
http://dx.doi.org/10.1108/02602281311299653
Passively compliant robotic joint with embedded sensors : design and control
1. Aufl.. - Saarbrücken : LAP Lambert Acad. Publ., 2013. - Online-Ressource (Online-Ressource) ISBN 3659360740 = 978-3-659-36074-9
Lizenzpflichtig
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:101:1-201303087414
A decubitus preventing adaptive mat inspired by snail tentacles. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2013), S. 212-217
Application of the TRIZ creativity enhancement approach to design of passively compliant robotic joint. - In: The international journal of advanced manufacturing technology, ISSN 1433-3015, Bd. 67 (2013), 1/4, S. 865-875
The essence of the conceptual design is getting the innovative projects or ideas to promise the products with best performance. It has been proved that the theory of inventive problem solution (TRIZ) is a systematic methodology for innovation. The design of a passively compliant robotic joint as an engineering example is illuminated in this paper to show the significance and approaches of applying TRIZ into getting the creative conceptual design ideas. In the robotic joints with passively compliance, the joints are composed of mechanical components such as springs and dampers as internal elements, which absorb the excessive collision force. Passive compliant joints with springs and dampers ensure a smooth contact with the surroundings, especially if robots are in contact with humans, but the passive compliant joints cannot determine precisely the position of the members of the joint or direction of the collision force. The main aim of this work is to show a systematic methodology for innovation as an effective procedure to enhance the capability of developing innovative passive compliant robotic joint and to overcome the main design problems. The TRIZ method will be utilized in order to eliminate the technical contradictions which appear in the passively compliant robotic joint.
https://doi.org/10.1007/s00170-012-4530-4
Dry electrodes for electroencephalography. - In: Neurophysiologie clinique, ISSN 1769-7131, Bd. 43 (2013), 1, S. 76-77
http://dx.doi.org/10.1016/j.neucli.2012.11.028
Intelligent rotational direction control of passive robotic joint with embedded sensors. - In: Expert systems with applications, Bd. 40 (2013), 4, S. 1265-1273
Passive compliant joints with springs and dampers ensure a smooth contact with the surroundings, especially if robots are in contact with humans, but the passive compliant joints cannot determine precisely the position of the members of the joint or direction of the collision force. In this paper was proposed the structure of a passive compliant robotic joint with conductive silicone rubber elements as internal embedded sensors. The sensors can operate as absorbers of excessive external collision force instead of springs and dampers and can be used for some measurements. Therefore, this joint presents one type of safe robotic mechanisms with an internally measuring system. The sensors were made by press-curing from carbon-black filled silicone rubber which is an electro active material. Various compression tests of the sensors were done. The main task of this study is to investigate the application of a control algorithm for detecting the direction of the robotic joint angular rotation when subjected to an external collision force. Soft computing methodology, adaptive neuro fuzzy inference strategy (ANFIS), was used for the controller development. The simulation results presented in this paper show the effectiveness of the developed method.
http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2012.08.064
Development of hybrid layered structures consisting of silicone and metal and their static tensile behavior. - In: Proceedings, ISBN 978-86-86115-09-6, (2012), S. 253-256
Verbundvorhaben: Adaptives Gewebe mit druckgesteuerter Steifigkeit und integrierter Sensorik nach dem Vorbild der Haut : Schlussbericht - Adaptives Gewebe ; Laufzeit: 01.06.2009 bis 31.05.2012, verlängert bis 31.10.2012 : gemeinsamer Schlussbericht. - Ilmenau [u.a.]. - Online-Ressource (PDF-Datei: 50 S., 3.621 KB)Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden
https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/777526336.pdf
Comparison of dry and conventional electrode concepts for electroencephalography. - In: World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, 2012, TH.13/01.2-5, A11921, insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21483
Impedance pneumography using textile electrodes. - In: Annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012, (2012), S. 1606-1609
http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2012.6346252
Adaptives Gewebe mit druckgesteuerter Steifigkeit. - In: Wund-Management, ISSN 1864-1121, Bd. 8 (2012), 5, S. 208-210
On the mechanical compliance of technical systems. - In: Mechanical engineering, ISBN 978-953-51-0505-3, (2012), S. 341-352
In the safe physical human-machine interaction the compliance of technical systems is an elementary requirement. The physical compliance of technical systems can be provided either by control functions implementation and/or intrinsic by structural configuration and material properties optimization. The latter is advantageous because of higher reliability as well as general simplicity of the design and production technologies. In the paper we focus on mechanical systems with intrinsic mechanical compliance. In general the deformability of structures is primarly characterised by their stiffness. Compliant mechanisms are mechanisms, whose functionality is based on its deformability. The goal of each engineer is by the design of mechanisms the setting of compliance depending upon the purpose of its application. It should be considered, that the compliance is dependent on a variety of parameters. The optimal design of these mechanisms can be realized only with precise knowledge of the influence parameters and possible types of compliance.
http://dx.doi.org/10.5772/26379
Konzeptionierung und Konstruktion einer äquibiaxialen Zugvorrichtung. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 103-114
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031829
Erzeugung von Schraubenbewegungen mittels nachgiebiger Aktuatoren. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 91-102
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031828
Richtungsabhängiger Berührungssensor zur Sensorisierung von nachgiebigen Mechanismen. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 79-90
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031827
Sensorelemente aus leitfähigem Silikon für einen nachgiebigen Greifer. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 65-78
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031825
Analytische und messtechnische Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Zungenventilen in Membranverdichtern. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 45-54
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031823
Ein Modell zur Dimensionierung nachgiebiger Elemente für den Einsatz in Gassicherheitsventilen. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 35-44
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031822
Model-based design of flexure hinges for rectilinear guiding with compliant mechanisms in precision systems. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 13-24
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031820
Klassifikation nachgiebiger Mechanismen und Aktuatoren. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 3-12
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031818
Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš : Technische Universität Ilmenau, 29.-31. August 2012. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2012. - 1 Online-Ressource (144 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik ; Band 1)Literaturangaben
In diesem Band sind Beiträge des Workshops "Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš 2012" zusammengestellt. Diese spiegeln gemeinsame Arbeiten der drei Universitäten - Technische Universität Ilmenau, Universität Budapest (Budapest University of Technology and Economics) und Universität Niš (University of Niš) - wider. Der Inhalt des Bandes ist in drei Abschnitte aufgeteilt. Im ersten Abschnitt handelt es sich um Beiträge über die Entwicklung und Untersuchung nachgiebiger Mechanismen mit Anwendung in der Ventiltechnik sowie Mechanismen mit stoffschlüssigen Gelenken für spezielle Anforderungen. Nachgiebige Sensoren und Aktuatoren für die Greifer- und Robotertechnik werden im zweiten Abschnitt vorgestellt. Abschließend wird die Problematik der Materialcharakterisierung und von neuen Simulationsmethoden nachgiebiger Mechanismen diskutiert.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00021221
Signal quality of titanium and titanium nitride coated dry polymer electrodes. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 57.2012, Suppl. 1, Track-E, S. 1083
https://doi.org/10.1515/bmt-2012-4409
Dry electrodes for electroencephalography: novel titanium based electrodes. - In: Proceedings of XX IMEKO World Congress, ISBN 978-89-950000-5-2, (2012), insges. 3 S.
Novel Ti/TiN dry electrodes and Ag/AgCl: a direct comparison in multichannel EEG. - In: 5th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering, (2012), S. 1011-1014
Adaptive neuro fuzzy controller for adaptive compliant robotic gripper. - In: Expert systems with applications, Bd. 39 (2012), 18, S. 13295-13304
The requirement for new flexible adaptive grippers is the ability to detect and recognize objects in their environments. It is known that robotic manipulators are highly nonlinear systems, and an accurate mathematical model is difficult to obtain, thus making it difficult control using conventional techniques. Here, a novel design of an adaptive neuro fuzzy inference strategy (ANFIS) for controlling input displacement of a new adaptive compliant gripper is presented. This design of the gripper has embedded sensors as part of its structure. The use of embedded sensors in a robot gripper gives the control system the ability to control input displacement of the gripper and to recognize particular shapes of the grasping objects. Since the conventional control strategy is a very challenging task, fuzzy logic based controllers are considered as potential candidates for such an application. Fuzzy based controllers develop a control signal which yields on the firing of the rule base. The selection of the proper rule base depending on the situation can be achieved by using an ANFIS controller, which becomes an integrated method of approach for the control purposes. In the designed ANFIS scheme, neural network techniques are used to select a proper rule base, which is achieved using the back propagation algorithm. The simulation results presented in this paper show the effectiveness of the developed method.
http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2012.05.072
Adaptive neuro-fuzzy estimation of conductive silicone rubber mechanical properties. - In: Expert systems with applications, Bd. 39 (2012), 10, S. 9477-9482
Conductive silicone rubber has great advantages for tactile sensing applications. The electrical behavior of the elastomeric material is rate-dependent and exhibit hysteresis upon cyclic loading. Several constitutive models were developed for mechanical simulation of this material upon loading and unloading. One of the successful approaches to model the time-dependent behavior of elastomers is Bergstrom-Boyce model. An adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model will be established in this study to predict the stress-strain changing of conductive silicone rubber during compression tests. Various compression tests were performed on the produced specimens. An ANFIS is used to approximate correlation between measured features of the material and to predict its unknown future behavior for stress changing. ANFIS has unlimited approximation power to match any nonlinear functions well and to predict a chaotic time series.
http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2012.02.111
Passively adaptive compliant gripper. - In: Applied mechanics and materials, ISSN 1662-7482, Bd. 162 (2012), S. 316-325
Gripping and holding of objects are key tasks for robotic manipulators. The development of universal grippers able to pick up unfamiliar objects of widely varying shapes and surfaces is a very challenging task. Passively compliant underactuated mechanisms are one way to obtain the gripper which could accommodate to any irregular and sensitive grasping objects. The purpose of the underactuation is to use the power of one actuator to drive the open and close motion of the gripper. The underactuation can morph shapes of the gripper to accommodate to different objects. As a result, they require less complex control algorithms. The fully compliant mechanism has multiple degrees of freedom and can be considered as an underactuated mechanism. This paper presents a new design of the adaptive underactuated compliant gripper with distributed compliance and embedded sensors in the gripper structure. The adaptive gripper surfaces will have the sensing capability by these embedded sensors. The gripper will be made of a silicone rubber and conductive silicone rubber will be used for the embedded sensors. The main points of this paper are in explanation of the construction and production of the gripper structure and showing the methodology of a new sensing capability of the gripper.
http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.162.316
Modellierung und Simulation eines Federspeicher-Antriebssystems : Modelling and simulation of spring drive mechanism. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 64 (2012), 3, S. 67-73
In diesem Artikel wird der Ausschaltvorgang eines SF6-Selbstblasschalters mit Federspeicherantrieb betrachtet. Das dynamische Verhalten des Schaltmechanismus wird analytisch mithilfe der Lagrange-Theorie beschrieben. Dabei werden verallgemeinerte Kräfte, die aus den Strömungsvorgängen in der Unterbrechereinheit des betrachteten SF6-Selbstblasschalters resultieren, durch die Anwendung des CFD-Programms "Fluent" berücksichtigt. Die vorgestellte Integration analytischer und computergestützter Modellierungsmethoden erlaubt es, die komplexen Prozesse auf eine transparente und effektive Art zu simulieren. Die derartige Herangehensweise wird durch experimentelle Ergebnisse erfolgreich belegt. The paper deals with the switching-off process of SF6 self-blast breakers with spring drive mechanism. The dynamic behaviour of the drive mechanism is described analytically using the Lagrange equations. In doing so the generalized forces resulting from the flow processes inside the interrupter unit of the regarded SF6 self-blast breaker are considered by the utilization of the CFD program "Fluent". The presented integration of analytical and computer-aided modeling methods enables the simulation of the complex processes in a transparent and effective way. The described approach is verified by experimental results.
Structural characterization of the whisker system of the rat. - In: IEEE sensors journal, ISSN 1558-1748, Bd. 12 (2012), 2, S. 332-339
https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2161464
Characterization of statical properties of rat's whisker system. - In: IEEE sensors journal, ISSN 1558-1748, Bd. 12 (2012), 2, S. 340-349
https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2114341
Multichannel-EEG measurements with dry electrodes. - In: Neurophysiologie clinique, ISSN 1769-7131, Bd. 42 (2012), 1/2, S. 63
http://dx.doi.org/10.1016/j.neucli.2011.11.032
On polynomial flexure hinges for increased deflection and an approach for simplified manufacturing. - In: Final program, 2011, Linkages and cams, A11-512, S. 1-9
Literaturverz. S. 9
This paper presents a model-based approach for designing flexure hinges with increased deflection. It will be shown, that the use of a polynomial function as notch contour allow increasing the hinge's compliance and the ratio of deflection to the maximum bending stress. This can be explained through analytical und numerical investigations and the comparison of polynomial contours with common notch shapes. Furthermore a possibility for simplification is presented which can help to facilitate mechanical manufacturing of these flexure hinges, based on the resulting polynomials. The advantages of using polynomial functions as hinge contours as well as the influence of the simplification is discussed with regard to the ratio of maximum bending stress to deflection.
http://www.dmg-lib.org/dmglib/handler?docum=22411009
Haubensystem für Brain-Computer-Interfaces. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2011), 6, S. 7
Embedded-sensing elements made of conductive silicone rubber for compliant robotic joint. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, ISBN 978-3-86360-001-3, (2011), S. 73
Design and simplified manufacturing of large-deflective flexure hinges based on polynomial contours. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 7 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19561
Pneumatically driven compliant structures based on the multi-arc principle for the use in adaptive support devices. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 6 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19720
The influence of asymmetric flexure hinges on the axis of rotation. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 10 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19562
Directional tactile sensor composed of conductive polymer for monolithic compliant mechanism. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 7 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19687
Novel flexible dry PU/TiN-multipin electrodes: first application in EEG measurements. - In: 2011 Annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, ISBN 978-1-4244-4122-8, (2011), S. 55-58
http://dx.doi.org/10.1109/IEMBS.2011.6089895
Gestaltung von Festkörpergelenken für den gezielten Einsatz in ebenen nachgiebigen Mechanismen. - In: 9. Kolloquium Getriebetechnik, (2011), S. 291-311
Stoffschlüssige Biegegelenke mit konzentrierter Nachgiebigkeit ermöglichen eine gezielte Beeinflussung des Verformungsverhaltens von monolithischen nachgiebigen Mechanismen durch geometrische Gestaltung. In diesem Beitrag wird das Potenzial von prismatischen Festkörpergelenken mit verschiedenen polynomförmigen sowie vereinfachten Aussparungskonturen zur Verringerung des Spannungs-Auslenkungs-Verhältnisses exemplarisch aufgezeigt. Da diese Gelenke insbesondere im Bereich der Präzisionstechnik Anwendung finden, wird als zusätzliches Kriterium die Drehachsenverlagerung als ein Einflussfaktor auf die Positionierabweichung einer monolithischen Lenkergeradführung näher betrachtet.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-71264
Mathematischer Formalismus zur Bildung Starrkörpermodelle für nachgiebige Mechanismen. - In: 9. Kolloquium Getriebetechnik, (2011), S. 227-244
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-71264
Novel concept of a dynamically adaptive EEG cap for dry electrodes. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 56.2011, Suppl. 1, J, insges. 1 S.
https://doi.org/10.1515/BMT.2011.807
A novel, inexpensive electrode and cap system for dry multichannel EEG. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 56.2011, Suppl. 1, J, insges. 1 S.
https://doi.org/10.1515/BMT.2011.807
Ein integrierter Ansatz neuartiger, trockener Titan-Nitrid-Elektroden für Multikanal-EEG-Anwendungen. - In: Programm, ISBN 978-3-00-034073-4, (2011), S. 60-61
An approach to compliant mechanisms with particular effects. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 3 S., 1,14 MB)Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: The International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, 25. - 26. November 2010, Niš, Serbia
This paper presents a classification of the deformation behaviour of compliant mechanisms to simplify their systematic construction. The described mechanisms with fluid drive exemplify special effects of presented systematic. Compared to conventional miniaturizable bending structures the mechanisms discussed in this paper have advantageous properties such as larger movement range, greater flexibility and less sensory effort. Typical applications of the discussed mechanisms are medicine technology and robotics for gripping or manipulating tasks.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18163
Mathematical synthesis of compliant mechanism as cochlear implant. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S., 231,4 KB)CD-ROM-Ausg.: The First Workshop on Microactuators and Micromechanisms : MAMM 2010 ; [Aachen, Germany, May 27 - 29, 2010] ; CD-proceedings / RWTH Aachen, IGM Institut für Getriebetechnik & Maschinendynamik. - Aachen, 2010, 4 S.
Cochlear implants can be successfully used to reduce the inner ear profound deafness. The implant is inserted into the inner ear by the surgeon's hand. Because the cochlea has a spiral-like structure (cochlear duct), the insertion of the implant is often difficult, furthermore the basilar membrane could be easily damaged. One of the aims of our investigation is to develop a mathematical model based an synthesis method for implants with hydraulic actuation. This hydraulic actuation, which is integrated in the implant, facilitates the insertion of the implant structure to the shape of cochlear duct. Thus, the implant can follow the spiral-shaped cochlear duct without damaging the sensitive tissue of the basilar membrane. Some examples for hydraulic actuated cochlear implants based on compliant mechanisms technology are presented in this paper.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18162
Adaptives Antidekubitus-Lagerungsmodul. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2011), S. 266-272
Nachgiebiger Mechanismus sucht biologisch inspirierte Verbesserung. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2011), S. 222-227
In der klinischen Anwendung der Elektroenzephalographie (EEG) werden heutzutage als biomedizinische Sensoren Ag/AgCl Elektroden (vorwiegend 64 oder 128 Stück) verwendet. Diese werden über ein elektrisch leitfähiges Gel manuell mit der Kopfhaut in Verbindung gebracht und manuell ("statisch") positioniert. Dieser Prozess ist äußerst zeitaufwendig. Folglich ist eine umfassende Untersuchung und Erfassung der bioelektrischen Signale jüngerer, älterer und psychisch anfälliger Personen sowie in bestimmten klinischen Anwendungen, wie beispielsweise der Epilepsiediagnostik oder Diagnostik von Patienten im Koma, nur bedingt bzw. eingeschränkt durchführbar. Alle Versuche, technische Mechanismen (Schrauben, Federn, Magnete usw.) zum automatischen Annähern von Elektroden (oder Sensoren im Allgemeinen) zu nutzen, sind bisher fehlgeschlagen. Ziel der Forschungsarbeiten an der TU Ilmenau ist die Verwendung trockener Elektroden mit Hilfe eines biologisch inspirierten, "dynamischen" Positionierverfahrens. Bei der Verwendung dieser Elektroden entfällt der Einsatz von leitfähigen Substanzen. Dies erlaubt eine erhebliche Zeit- und somit Kostenersparnis. Die Herausforderung liegt hierbei auf der Aufrechthaltung einer möglichst konstant zu haltenden Mindestandruckkraft, der Ausrichtung der Elektrode gegenüber der Kopfoberfläche sowie das Durchdringen der Kopfbehaarung. Als eine erste konkrete Umsetzung des Verfahrens wurde basierend auf dem natürlichen Vorbild der Schneckenfühler ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell, eine nachgiebige EEG Haube, realisiert. Das System besteht aus monolithischen Mechanismen mit fluidmechanischem Antrieb aus Silikon (Nachgiebiger Mechanismus), die netzartig miteinander verbunden sind und eine translatorische Bewegung mit dem Freiheitsgrad von eins durchführen. Der Aufbau ermöglicht theoretisch das Heranführen von über 150 trockenen Elektroden an den Kopf. Nachteilig bei dieser Bewegungsform ist das flächige Zusammendrücken der Haare unterhalb der Kontaktierfläche der Elektrode. Die derzeitige Weiterentwicklung verfolgt den Ansatz einer Bewegungsform mit dem Freiheitsgrad von zwei. Hierbei vollführt der einzelne Nachgiebige Mechanismus neben der Vorschubbewegung eine Teilrotation in Richtung des Vorschubes. Um die Struktur biologisch inspiriert zu verbessern, wurde ein Katalog zoologischer und botanischer Strukturen zusammengestellt, der in dem vorliegenden Beitrag präsentiert wird.
Novel compliant mechanism with a screw motion for adduction of dry EEG electrodes :
Neuartiger nachgiebiger Mechanismus zur Platzierung trockener EEG-Elektroden über eine Schraubenbewegung. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 55.2010, Suppl. 1, M, S. 246-249
In the present study development, simulation, manufacturing, and first test of a novel compliant mechanism, for stable and reproducible adduction of dry EEG electrodes to the scalp, is described. The mechanism is performing a screw-like motion, enabling a sufficient interfusion of the hair layer and ensuring a direct contact between electrode and scalp. A model of the fluid-mechanically propelled mechanism was developed and parameterized. Based on simulations and addi-tional constraints, appropriate parameters were selected in order to allow for the desired motion. Six first demonstrators were produced using biocompatible silicone and a injection molding technique. These demonstrators were then com-pared to the simulations with respect to their functionality. At 650 mbar applied pressure deviations of +17% for the dis-placement and +6% for the rotation angle between simulation and demonstrators were determined. The intended mini-mum displacement of 3mm and minimum rotation angle of 45˚ were achieved completely.
https://doi.org/10.1515/BMT.2010.713
Measuring of equibiaxial tension of rubber-like materials by optical method. - In: Materials science forum, ISSN 1662-9752, Bd. 659 (2010), S. 289-294
http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.659.289
Development of a pressure and thermally controlled valve by using FEM-simulation. - In: Full papers, (2010), insges. 6 S.
In solar heat installations, the by out gassing from the solar fluid emitted gases has to be dis-charged from the system in continuous periods to guarantee whose secure and efficient function. In line with this article the development of a novel valve by using FEM-simulation shall be illustrated, which allows a regular and complete stand-alone deairing of solar heat installations. The special feature of this innovation is that the valve does not need an external power supply and that there is no need for control electronic and sensor systems.
Development of an adaptive support device for the prevention of bedsores. - In: Crossing borders within the ABC, (2010), S. 47-49
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16905
Medical sensor placement with a screw motion. - In: Actuator 10, (2010), S. 1047-1050
In order to use dry electrodes for Electroencephalography (EEG), a direct contact between electrode and scalp as well as a sufficient interfusion of the detaining layer of hair is necessary. The aim of the present development is a fluidic driven, compliant structure (actuator) of biomedical silicone, for positioning of one or more dry electrodes on the scalp while performing a screw motion. An analytic model was obtained for the geometrical parameterization of the structure and finite element method simulations were performed. The results of the parameter studies showed, that the number of rounded cones has no significant influence on the maximum relative rotation angle. The mean displacement along z direction is rising with increased number of rounded cones. Concurrently, the ratio of mean displacement and relative rotation angle increases as well. Smaller radii of the cones promote higher relative rotation angles at distinct pressure rates. For manufacturing of the structures good the transfer molding technique proved to be adequate. The motion behavior of the prototype showed good qualitative correlation with the simulation results.
Thermal controlled expansion actuator for valve applications. - In: Actuator 10, (2010), S. 947-950
In solar heat installations the by out gassing from the solar fluid emitted gases has to be discharged from the system in continuous periods to guarantee whose secure and efficient function. In line with this article the devel-opment of a novel expansion actuator for valve applications shall be illustrated, which allows a regular and complete stand - alone de - airing of solar heat installations. The special feature of this innovation is that the expansion actuator does not need an external power supply and that there is no need for control electronic and sensor systems.
An approach to electromagnetic actuated compliant mechanisms. - In: Actuator 10, (2010), S. 681-684
An approach on model-based shape optimization of compliant mechanisms. - In: Mechanika, (2010), S. 271-276
Nachgiebige Systeme. - In: 8. Kolloquium Getriebetechnik, (2009), S. 189-196
Im Beitrag wird eine Klassifikation mit praktischen Beispielen über das Verformungsverhalten nachgiebiger Mechanismen, die teilweise einen biomimetischen Hintergrund besitzen, gegeben.
Vom Schneckententakel zum nachgiebigen Aktuator. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2009), S. 247-252
Einleitung - Ein Blick in die Natur führte zu der Entwicklung eines neuen nachgiebigen, pneumatisch angetriebenen Aktuators. Hierfür wurde die Bewegung der Tentakel von der Weinbergschnecke (helix pomatia L.) untersucht und die Vorteile der biologischen Struktur analysiert. Auffällig ist der enorme teleskopartige Hub der Tentakel bei gleichzeitig geringem Durchmesser. Des Weiteren sind unter anderem der Schutz der empfindlichen Sinneszellen am Ende der Tentakel sowie eine planare Oberfläche im eingezogen Zustand der Tentakel zu nennen. Die Schnecke als Ganzes kann hierbei als ein geschlossenes fluidisches System betrachtet werden. Material und Methoden - Als erstes wurde vom biologischen Objekt ein einfaches geometrisches Parametermodell abgeleitet. Danach wurde die Finite Elemente Methode angewendet, (Ansys ®) mit der die Verschiebung des Strukturzentrums (Hub) in Abhängigkeit der aufgebrachten inneren Druckbelastung untersucht wurde. Als Material wurde Silikongummi (Elastosil ®) verwendet, welches innerhalb der Simulation mit Hilfe des hyperelastischen Materialgesetzes von Yeoh (3. Ordnung) abgebildet wurde. Die Silikonparameter wurden über uniaxiale Zugversuche ermittelt. Ergebnisse und Diskussion - Bei Variierung der geometrischen Modellparameter ist es möglich, kontinuierliche Bewegungsbahnen des Strukturzentrums oder Bewegungen mit einem oder mehreren (gestuften) Durchschlagphänomenen zu erzeugen. Hierbei ist mono- oder bistabiles Verhalten möglich. Zum Einstellen der Bewegung des Strukturzentrums wird das geometrische Verhältnis zwischen Radius und Dicke herangezogen. Anschließend wurden verschiedene Demonstratoren gefertigt, deren Bewegungsbahnen experimentell untersucht wurden. Der Vergleich der simulierten Bewegungsbahndaten mit den Daten der realen Struktur führte zu guter qualitativer und einer akzeptablen quantitativen Übereinstimmung. Zusammenfassung - Der entwickelte nachgiebige Mechanismus hat ein viel versprechendes Potential bei der Sensorpositionierung. Weitere Anwendungen in der Medizintechnik erwachsen aus der Verwendung von nachgiebigen und zugleich biokompatiblen Materialen.
On the Classification of Compliant Mechanisms. - In: Proceedings of the EUCOMES 08, (2009), S. 431-438
On the new reversal effect in monolithic compliant bending mechanisms with fluid driven actuators. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 44 (2009), 5, S. 1009-1018
This paper presents a reversal effect which is a particular deformation effect of compliant monolithic fluid driven actuators. Compared to conventional miniaturizable bending structures the mechanisms discussed in this paper have several properties such as larger movement range, greater flexibility and less sensory effort. Typical applications of the discussed mechanisms with novel reversal effect are gripping and manipulating tasks in robotics. This paper is mainly focused on the analytical and numerical investigations together with experimental verification describing the reversal effect of the considered mechanisms.
http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2008.05.014
Sensor placement with a telescoping compliant mechanism. - In: 4th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering, (2009), S. 1987-1989
Actuator development based on snail tentacles. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17935
Elastic structures with snap-through characteristic for closing devices. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 8 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17933
On the static deformation behaviour of compliant structures. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 2 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17832
Biological inspired development of suction cups. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 5 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17771
Zum Verformungsverhalten nachgiebiger Mechanismen. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 60 (2008), 1/2, S. 67-71, 74
Eine spezifische Nachgiebigkeit technischer Systeme ist in vielen Anwendungsbereichen, wie in der Medizintechnik und in der Mensch-Maschine-Interaktion, eine dringende Voraussetzung. Diese Anforderung kann konstruktiv, durch den Einsatz von nachgiebigen Mechanismen, erfüllt werden. Im Beitrag wird eine Klassifikation mit praktischen Beispielen über das Verformungsverhalten nachgiebiger Mechanismen gegeben, um ihre gezielte Auslegung zu erleichtern. Dabei werden ihre möglichen funktionserweiternden Eigenschaften mit besonderem Hinblick und mit der Zielstellung betrachtet, sensorischen Aufwand durch intelligente Mechanik zu minimieren beziehungsweise zu ersetzen sowie zukunftsorientierte Entwicklungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
Bionisch inspirierte fluidmechanische nachgiebige Strukturen. - In: Bio-inspired textile materials, (2008), insges. 39 S.
Neue Anwendungen durch elastische Eigenschaften. - In: Erfinder-Visionen, ISSN 1861-9401, (2008), 2, S. 15-16
Development and application of spherical shaped compliant structures with snap-through behaviour. - In: Actuator 08, (2008), S. 911-914
Instable behaviour of rigid and compliant structures is in most cases of technical applications an attribute which have to be avoided. Nevertheless instable behaviour of compliant structures can be used positively in form of a snap-through. An abrupt change will take place in case of a snap-through from a state of equilibrium to another state. The critical load complies with two or more states of equilibrium. The article will show the significant attributes of instable behaviour in form of a snap-through. This will be illustrated by the example of a spherical shaped structure. In consideration of non-linear material characteristics, the behaviour of such structures under pressurisation against geometrical properties was researched.
Leitartikel :
Bionik - Erfindungen der belebten Natur. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 3
Vom Zellwandaufbau der Nadelhölzer zum Ventil mit Durchschlageffekt. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 15
Bionisch inspirierte Saugnapfentwicklung. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 7
Natur als Ideenpotential - vom Schneckententakel zum nachgiebigen Mechanismus. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 6
Nachgiebige monolithische fluidisch angetriebene Aktuatoren mit neuartigem Verformungsverhalten. - In: Technische Mechanik, ISSN 0232-3869, Bd. 27 (2007), 1, S. 18-27
In diesem Artikel wird der Umkehreffekt, ein Verformungseffekt nachgiebiger monolithischer fluidisch angetriebener Aktuatoren, beschrieben. Nach diesem Effekt führen die im Artikel beschriebenen Aktuatoren unter steigendem Hohlraumdruck eine Umkehr ihrer Bewegung aus. Darausfolgend bieten diese mehrere Vorteile im Vergleich zu konventionellen Aktuatoren. Es werden prinzipielle Realisierungsmöglichkeiten und charakteristische Merkmale derartiger Aktuatoren anhand mehrerer Strukturvarianten betrachtet. Der Umkehreffekt wird analytisch und numerisch untersucht, sowie experimentell bestätigt.
On the stability behaviour of elastic beams under internal pressure. - In: Journal of theoretical and applied mechanics, ISSN 1429-2955, Bd. 45 (2007), 1, S. 161-169
Scientific reception of the term "stability" stresses steady adaptation to its changing fields of application. Nevertheless, the determination of critical forces remains one of the main tasks of stability theories. We exemplify some classes of the stability loss in beams under internal pressure for the static case. Additionally, we analyse in more detail the dynamic stability of beams under internal pressure and demonstrate means to keep an equilibrium.
On the progress of standardization of mechanism and machine science terminology. - In: Twelfth World Congress in Mechanism and Machine Science, (2007), insges. 4 S.
Textile materials joining for application in biomechatronics. - In: Tekstil, ISSN 0492-5882, Bd. 55 (2006), 1, S. 28-30
Hydraulic actuation for the navigation of a cochlear implant. - In: Actuator 2006, ISBN 978-3-933339-08-9, (2006), S. 980-984
Rechnergestütztes Finden von Koppelmechanismen für Geradführungen. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano, 2005, [07.05], insges. 20 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17646
Ein Beitrag zu nichtkonventionellen fluidisch angetriebenen monolithischen nachgiebigen Aktoren. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano, 2005, [07.01], insges. 9 S.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17642
Zur Anwendung nachgiebiger Mechanismen. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 57 (2005), 11/12, S. 49-50
Nachgiebige Mechanismen finden immer breitere Anwendung und ersetzen erfolgreich bei vielen Aufgaben konventionelle Starrkörpermechanismen. Die im Beitrag beschriebene Klassifikation nachgiebiger Strukturen entstand während langjährigen Entwicklungs- und Untersuchungsarbeiten mit nachgiebigen Mechanismen an der TU Ilmenau. Diese strukturierte Darstellung nachgiebiger Strukturen hilft dem Anwender die Aufgabenstellung zu formulieren und die nachgiebigen Mechanismen dafür gezielt einzusetzen. Außerdem zeigt die dargestellte Klassifikation die zukunftsorientierten Entwicklungsmöglichkeiten nachgiebiger Mechanismen.
Rechnergestützte Untersuchung und Auswahl von Koppelmechanismen für Geradführungen. - Ilmenau : ISLE, 2005. - V, 182 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3938843012
Die Arbeit beinhaltet eine weitgehend vollständige Zusammenstellung und Ordnung aller bekannten ebenen Koppelmechanismen zur Erzeugung von Punktgeradführungen als Lösungssammlung und stellt gleichzeitig Auswahlkriterien für Bahngenauigkeit und Bauraum bereit. Neben der Sammlung und Bewertung bekannter Lösungen wird das rechner-unterstützte systematische Finden weiterer Prinziplösungen für Punktgeradführungen bei beliebiger Annahme der Grundabmessungen von Viergelenkmechanismen demonstriert. - Umfangreiche Untersuchungen wurden zur zielstrebigen Nutzung des Rechenprogramms APPROX für die Optimierung von Punktgeradführungen durchgeführt. Es wird nachgewiesen, dass sich mit APPROX sowohl die nach bekannten Entwurfsverfahren dimensionierten wie die mit beliebig gewählten Abmessungen gefundenen Lösungen in ihren Zielparametern verbessern lassen. - Weiterhin wurde auch eine Beispielsammlung für die Geraden- Parallelführung einer Ebene erarbeitet. Für die Entwicklung von Mechanismen zur Führung einer Ebene stellen Punktführungsmechanismen eine sehr nützliche Basis dar. - Die Berechnung und Darstellung der möglichen Getriebevarianten mit Hilfe des Satzes von Roberts/ Tschebyschev für Punkt- und Ebenenführungen durch vier-, fünf- und sechsgliedrige Koppelgetriebe ausgehend von viergliedrigen Koppelmechanismen werden durch einen speziell dafür entwickelten Programmbaustein rechentechnisch realisiert.
Application of textiles in material-locked joints for biomechatronic engineering :
Textile Materialien in stoffschlüssigen Gelenken für die Biomechatronik. - In: Band- und Flechtindustrie, ISSN 1432-3745, Bd. 41 (2004), 4, S. 120
Spider legs - or : on the stability behaviour of elastic beams under internal pressure. - In: First International Industrial Conference Bionik 2004, (2004), S. 143-150
Past, present and future in mechanism and machine science terminology. - In: International Symposium on History of Machines and Mechanisms, (2004), S. 27-33
Fünfzig Jahre Fachgebiet Getriebetechnik an der Technischen Universität Ilmenau : eine Chronik von 1954 bis 2004. - Ilmenau : Techn. Univ., 2004. - 64 S
Mehr Beweglichkeit : nachgiebige Mechanismen eignen sich als elastische Getriebe. - In: Maschinenmarkt, ISSN 0341-5775, (2002), 37, S. 34-36, 38-40
Nachgiebige Mechanismen für Präzisionsführungen. - Ilmenau : Techn. Univ.. - S. 570 - 571Literaturverz. S. 571
http://www.dmg-lib.org/dmglib/handler?docum=3528009
Universeller Kompaktiermodul für Leergut. - In: Kurvengetriebe, Koppelgetriebe, gesteuerte Antriebe, (2002), S. 351-366
Experimental research of the compliant four-bar linkage for rectilinear guiding. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 6 S.
Untersuchungen von Koppelmechanismen für Punktgeradführungen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 12 S.
Ein mathematisches Modell für die Bewegung eines Manipulators mit Werkzeugsystem unter Berücksichtigung von Totzeit in der Steuerung. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 2 S.
Entwicklung einer Kompaktiereinheit als Bestandteil eines Leergutrücknahmesystems. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 2 S.
Formstabilität elastischer Strukturen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 5 S.
Web-basiertes Lernmodul Mechatronik. - In: Innovative Produktentwicklungen, (2001), S. 197-215
Zum Bewegungsverhalten nachgiebiger Mechanismen. - In: Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden, ISSN 0043-6925, Bd. 50 (2001), 3, S. 53-58
Structure and function of joints and compliant mechanisms. - In: Motion systems 2001, (2001), S. 30-35
On technomorphic modelling and classification of biological joints. - In: Theory in biosciences, ISSN 1611-7530, Bd. 119 (2000), 2, S. 104-121
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Zur Struktursynthese von Scheibenwischergetrieben. - In: Kurvengetriebe, Koppelgetriebe, gesteuerte Antriebe, (2000), S. 149-165
Vom Spinnenbein zum stoffschlüssigen Gelenk. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 4 S.
Gelenkig bewegliche Verbindungen mit besonderen Eigenschaften. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 6 S.
Untersuchung von Scheibenwischergetrieben mit optimaler Wischfläche. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 6 S.
Systematik und Analyse stoffschlüssiger Gelenke. - In: Motion systems, (1998), S. 65-66
Bewegungsmöglichkeiten durch Gelenke an ausgewählten Beispielen. - In: Motion systems, (1998), S. 63-64
Stoffschlüssige Gelenke für nachgiebige Mechanismen. - In: Getriebetechnik, (1997), S. 59-68
Linearbewegung mit nachgiebigen Mechanismen. - In: Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Bögelsack, (1997), S. 5-10
Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Bögelsack. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, 1997. - 55 SeitenLiteraturangaben
Greifer mit nachgiebiger Struktur für die Mikromontage. - Ilmenau : Techn. Univ.. - S. 120 - 125Literaturverz. S. 125
http://www.dmg-lib.org/dmglib/handler?docum=3511009
Bahnsteuerung bei Führungsgetrieben mit dem Freiheitsgrad F=2. - In: Vortragsreihen, (1996), S. 108-113
Computerunterstützte Auswahl ebener fünfgliedriger Koppelmechanismen für Führungsaufgaben. - In: Mechanisms and transmissions, (1995), S. 286-290
Auswahl fünfgliedriger Koppelmechanismen für Bewegungsaufgaben mittels schneller Bahnkurvensimulation. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 46 (1994), 4, S. 155-160
Zur Untersuchung von Bahnkurven fünfgliedriger Koppelmechanismen. - In: Tätigkeitsbericht / Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, (1992), S. 68-75
Modellierung rechnergesteuerter Antriebssysteme mit Zugmittelgetrieben. - In: Posters II, (1991), S. 1279-1282
Biologische Bewegungssysteme als Studienobjekte der Antriebs- und Mechanismentechnik. - In: Tätigkeitsbericht / Technische Hochschule Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, (1991), S. 10-16
Gerätetechnische Antriebe
1. Aufl.. - Berlin : Verl. Technik, 1991. - 304 S. ISBN 3341007946
Literaturangaben