Scientific publications without theses

Results: 828
Created on: Sat, 22 Jun 2024 23:06:07 +0200 in 0.0974 sec


Böhm, Valter; Schorr, Philipp; Feldmeier, Tanja; Chavez, Jhohan; Henning, Stefan; Zimmermann, Klaus; Zentner, Lena
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.



Schorr, Philipp; Schale, Florian; Otterbach, Jan Marc; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter
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
Gast, Simon; Zimmermann, Klaus
FEM model of a tactile sensor based on inductance measurements and magnetosensitive elastomer. - In: SMSI 2020, (2020), S. 333-334

Otterbach, Jan Marc;
Ein Beitrag zur Entwicklung eines portablen Systems zur bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - 1 Online-Ressource (xxvii, 151 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die zerstörungsfreie Prüfung ist von besonderer Bedeutung im Lebenszyklus technischer Produkte. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Komponenten in Flugzeugen, Zügen, Pipelines oder Kraftwerken helfen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung, Qualitätsmängel bereits während des Herstellungsprozesses oder in regelmäßigen Wartungskontrollen zu erkennen, ohne deren Funktion zu beeinträchtigen. Heute erfordern steigende Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen sowie die Entwicklung neuer Materialien für moderne Leichtbaukonstruktionen immer zuverlässigere Prüfverfahren, um den ordnungsgemäßen Betrieb von Bauteilen und technischen Anlagen zu gewährleisten. Für die Untersuchung von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen kommen häufig Wirbelstromprüfverfahren zum Einsatz. Im Gegensatz zu klassischen Induktionsverfahren werden die Wirbelströme bei der bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfung durch die Relativbewegung zwischen einer Magnetfeldquelle und einem elektrisch leitfähigen Prüfkörper hervorgerufen. Die dabei auftretenden physikalischen Effekte ermöglichen die Detektion von Fehlern im Prüfkörper. Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Prinzips für ein portables System zur bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfung, welches für den Einsatz als handgeführtes Prüfgerät zur Untersuchung von Bauteilen an ihrem Einsatzort geeignet ist. Nach einer Einführung in die zerstörungsfreie Prüfung und die in der Industrie am häufigsten eingesetzten Prüfverfahren, werden die bekannten Verfahren der bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfung vorgestellt. Basierend auf den Erkenntnissen vorangegangener Studien im Bereich der bewegungsinduzierten Wirbelstromprüfung, erfolgt die Präzisierung der Anforderungen an das zu entwickelnde Sensorsystem und die Diskussion möglicher Lösungsvarianten. Im Rahmen dieser Ideenfindung werden zwei favorisierte Lösungsvarianten beschrieben, für die jeweils ein Messsystem zur experimentellen Validierung entwickelt und aufgebaut wird. Außerdem werden die angewendeten Verfahren der Messdatenauswertung erläutert. Das für den Anwendungszweck besser geeignete Prinzip wird anhand eines Variantenvergleichs ermittelt. Weiterführende Experimente mit dem ausgewählten Sensorsystem dienen dazu, Handlungsempfehlungen für dessen Einsatz als handgeführtes Prüfgerät abzuleiten. Darüber hinaus werden verschiedene Möglichkeiten zur Darstellung und Interpretation von Prüfergebnissen aufgezeigt.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00044645
Henning, Stefan; Zentner, Lena
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
Becker, Tatiana; Stolbov, Oleg V.; Borin, Dmitry Yu.; Zimmermann, Klaus; Raikher, Yuriy L.
Basic magnetic properties of magnetoactive elastomers of mixed content. - In: Smart materials and structures, ISSN 1361-665X, Volume 29 (2020), number 7, 075034, Seite 1-15

https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab8fc9
Merker, Lukas; Fischer Calderon, Sebastian J.; Scharff, Moritz; Alencastre Miranda, Jorge Hernan; Behn, Carsten
Effects of multi-point contacts during object contour scanning using a biologically-inspired tactile sensor. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 20 (2020), 7, 2077, insges. 18 S.

https://doi.org/10.3390/s20072077
Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Design of a vibration driven motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Informatics in control, automation and robotics, (2020), S. 302-307

Becker, Tatiana; Böhm, Valter; Schale, Florian; Zimmermann, Klaus
Vibrating sensor unit made of a magnetoactive elastomer with field-adjustable characteristics. - In: Journal of magnetism and magnetic materials, ISSN 1873-4766, Bd. 498 (2020), 166196

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166196
Gon¸calves Junior, Luis Antonio; Theska, René; Lepikson, Herman A.; Ribeiro Junior, Armando Sá; Linß, Sebastian; Gräser, Philipp
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

   

... until 2022 from the Technical Mechanics Group

Results: 519
Created on: Sat, 22 Jun 2024 23:05:45 +0200 in 0.0832 sec


Günther, Lars; Becker, Felix; Becker, Tatiana I.; Stepanov, Gennady V.; Zimmermann, Klaus
Development of an acceleration sensor incorporating a magneto-sensitive elastomer. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 9 S.

The present paper introduces an operating principle and concept of an acceleration sensor with an adaptable measuring range and sensitivity basing on the adjustability of the material properties of magneto-sensitive elastomers. The development of such a sensor requires a comprehensive understanding of the behaviour of the utilized material. Therefore, the magnetic field dependent behaviour of magnetic hybrid elastomer (MHE) with embedded magnetically soft and hard particles is investigated. Free vibrations of MHE beams are executed and hereafter, the frequency and damping behaviour are established. It is shown that the change of the magnetic field caused by a vibrating MHE beam contains detailed information about its deflection. Basing on the revealed results, the acceleration sensor concept incorporating a functional MHE element is presented. The possibility to adjust the material properties of this element with an externally applied magnetic field is used.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-055:3
Stubbig, Leon; Lichtenheldt, Roy; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
Model-based development of a compliant locomotion system for a small scout rover. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 20 S.

All currently active planetary exploration robots employ wheels for locomotion. In this work an alternative robotic locomotion concept is examined: the rimless wheel, also known as whegs. It has been proven to be successful in traversing rough terrain on earth and inhibits an appealing simplicity in its mechanics and controls. These aspects along with its inherent redundancy make the rimless wheel particularly suited for planetary exploration. The rimless wheel's kinematics and compliant spokes are analytically examined using mechanical models. The dynamics of these models are explored in a computational multi-body simulation which confirms the conclusions drawn from the analytical models about running, climbing and movement on rough terrain. A parameter variation then yields a set of suitable parameters for a future scout rover. The application in sand is considered separately both analytically and computationally. Based on these results a single wheel is build and tested on the conclusions drawn from modelling and simulation. These experiments provide strong support that the two-sided goal of efficient movement on hard and flat surfaces as well as reliable negotiation of rough terrain can be achieved with the developed locomotion system.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-012:0
Scharff, Moritz; Alencastre, Jorge H.; Witte, Hartmut; Zimmermann, Klaus; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Investigations on the mechanical relevance of prominent vibrissa features for surface texture detection. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 9 S.

The tactile hairs of animals are used as paradigm for artificial tactile sensors. In the case of mystacial vibrissae, the animals can determine the distance to an object, recognize the shape of the object and detect the surface texture of the object. The goal is to design an artificial tactile sensor inspired by the natural paradigm. In the present work, the vibrissa and the follicle-sinus-complex are modeled as a one-sided clamped beam within the limits of the non-linear Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical background of the function principle and the effects of typical properties of the natural vibrissa, e.g., a tapered shape and a pre-curvature while operating in surface texture detection are analyzed. The beam-surface contact is described by Coulomb's law of friction. When the beam is in touch with the surface, a quasi-static displacement of the support takes place. As a consequence of the displacement the support reactions are changing. The resulting support reactions are analyzed in parameter studies and beneficial levels of tapering and pre-curvature are identified.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-094:0
Behn, Carsten; Ackermann, Lisa; Will, Christoph; Helbig, Thomas; Steigenberger, Joachim
Vibrissa-based design of tapered tactile sensors for object sensing. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 13 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-050:5
Merker, Lukas; Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Object contour sensing using artificial rotatable vibrissae. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 13 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-049:9
Lichtenheldt, Roy; Becker, Felix; Zimmermann, Klaus
Screw-driven robot for locomotion into sand. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 13 S.

The locomotion into sand is needed in various applications, but due to the complex mechanics of granular matter it causes special difficulties. High resistance forces on penetration systems and parameter dependent behavior, like stable or instable boreholes, complicate the design of mobile robots for the locomotion in sandy soil. The most effective state of the art devices deploy hammering mechanisms. Screw-driven systems arise more and more in the literature, as they promise to be a simple, robust and low-cost solution. In this paper, an autonomous drilling robot for the locomotion into sandy soils is presented. The design is based on theoretical modeling and experimental analyses of the screw drive aiming to minimize the needed torque and to maximize the locomotion speed. The presented prototype is able to reach a depth of 20 centimeters within a minute with a torque of 0.66 Nm.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-005:6
Steinmeier, René; Becker, Felix; Günther, Lars; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Approaches to the application of magnetic fluids in electromechanical drive systems. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 12 S.

This paper shows the approach of applications of magnetic liquids in electromechanical drive systems. Magnetic fluids consist of colloidal ferromagnetic nanoparticles, a particle surfactant and carrier liquid. These fluids are divided into two groups called ferrofluids and magneto-rheological fluids (MRF). Both liquids are examined in two different kinds of electric motor prototypes. Following the ideas of Nethe [4], a ferrofluid is located in the air gap of an electrical drive. The influence on torque and especially heat transfer is shown by experiments. The system is also studied analytically as a classical Taylor-Couette-System. A second motor prototype is a novel and innovative magnetorheological assisted electrical machine. The construction and the functional principle are presented in this paper. In addition, some of first measurements are shown.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-057:9
Chigarev, Vitalij; Zimmermann, Klaus; Becker, Felix; Minchenya, Vladimir
Theoretical and experimental investigations of micro robots based on piezoelectric triangular plates. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 19 S.

The creation of mobile miniature robots is an advanced and promising branch of modern engineering. The most important issues in the design of such robots are the development of propulsion and energy systems. The use of miniature electromechanical systems in the technological world is growing rapidly. Considering new applications the piezoelectric drive is a practical base to create miniature robots which move on different surfaces and in different media. Due to the small dimensions and low energy supply the development of piezoelectric platforms for miniature robots in the form of spheres, cylinders, plates with support rods can effectively solve many theoretical and practical problems. To study complex stress-strain states of plate-platforms for miniature robots methods of numerical analysis (finite element calculation) are used. This allows to obtain solutions of boundary value problems for plates with various shapes in conditions of a controlled resonance. This results can be compared with experimental data. This approach leads to a significant reduction of the design costs.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-004:8