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Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Steigenberger, Joachim *1933-2021*; Behn, Carsten;
Obstacle scanning by technical vibrissae with compliant support. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mathematik, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: 22 S., 773,5 KB). - (Preprint ; M15,07)

Rodents, like mice and rats, use tactile hairs in the snout region (mystacial vibrissae) to acquire information about their environment, e.g. the shape or contour of obstacles. For this, the vibrissa is used for the perception of stimuli due to an object contact. Mechanoreceptors are processing units of this stimuli measured in the compliant support (follicle sinus complex). We use this behavior from biology as an inspiration to set up a mechanical model for object contour scanning. An elastic bending rod interacts with a rigid obstacle in the plane. Analyzing only one quasi-static sweep of the rod along the obstacle (in contrast to literature), we determine a) the support reactions (the only observables of the problem), and then b) the (discrete) obstacle contour in form of a set of contact points. In doing this, we first assume a stiff support (clamping) of the vibrissa, but in a next step we increase the elasticity of the support in focussing on a bearing with a rotational spring (also to control or delimitate the bending moment at the support). Thereby, we present a fully analytical treatment of the non-linear differential equations emerging from Bernoulli's rod theory and a representation by Standard Elliptic Integrals.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26923
Hartmann, Lars; Zentner, Lena
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.



Hügl, Silke; Griebel, Stefan; Issa, Mirna; Wystup, Clemens; Zentner, Lena; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid; Rau, Thomas S.
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
Kohlhof, Hendrik; Zimmermann, Klaus; Marschner, Uwe; Witte, Hartmut
A biomechatronic approach to support explantation of endoprostheses. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 60.2015, S1, S. S148

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5006
Zimmermann, Klaus; Steigenberger, Joachim
Das Fachgebiet Technische Mechanik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 381-400

Christen, Gerhard; Zentner, Lena
Das Fachgebiet Mechanismentechnik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 285-301

Behn, Carsten;
Modeling, analysis and control of mechanoreceptors with adaptive features. - In: Informatics in control, automation and robotics, (2015), S. 349-366

Helbig, Thomas; Voges, Danja; Schilling, Cornelius; Niederschuh, Sandra; Husung, Isabel; Becker, Tatiana; Zimmermann, Klaus; Schmidt, Manuela; Witte, Hartmut
Vom Tasthaar zum Sensor - Technische Biologie und Biomechatronik am Beispiel der Sinushaare von Rattus norvegicus. - In: Bionik: Patente aus der Natur, ISBN 978-3-00-048202-1, (2015), S. 204-210

Bolotnik, Nikolai N.; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Control of a chain-like locomotion system subject to undulatory excitation. - In: IFAC-PapersOnLine, ISSN 2405-8963, Bd. 48 (2015), 1, S. 836-841

http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.012
Becker, Felix;
An approach to the dynamics of vibration-driven robots with bristles. - In: IFAC-PapersOnLine, ISSN 2405-8963, Bd. 48 (2015), 1, S. 842-843

http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.120

   

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Zimmermann, Klaus;
Übungsbuch Technische Mechanik
Unicopy Campus Ed.. - Ilmenau : Techn. Univ., 2009. - 207 S.
Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter; Zeidis, Igor; Popp, Jana
A new type of miniaturisable ferrofluid based locomotion system. - In: Sensor letters, ISSN 1546-1971, Bd. 7 (2009), 3, S. 351-355

The paper presents a ferrofluid based locomotion system. In the following the uniaxial translatory motion of a non-magnetic object situated on the ferrofluid surface is pointed out. To move the object due to the periodic change of the ferrofluid pressure, the system is enclosed by a locally fixed magnetic field.



http://dx.doi.org/10.1166/sl.2009.1055
Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim; Steigenberger, Joachim *1933-2021*; Zimmermann, Klaus;
Finite degree-of-freedom models for animal vibrissae. - In: Proceedings, ISBN 978-963-311-369-1, (2009), S. 2500-2505

The reception of vibrations is a special sense of touch, important for many insects and vertebrata. Tha latter realize this reception by means of hair-shaped vibrissae. Disregarding different types of such sensors we set up a principal mechanical model to describe their modes of operation (passive and active vibrissae). Biologically, the oxcillation excitations are transmitted to receptor cells which adjust their sensitivity in such a way that, despite a permanent exitation, the reseptor system tends to its rest position. Consequently, the model system has to allow for stabilizing control while nevertheless being able to detect superimposed solitary excitations. The controller has to be adaptive in view of both the randomness of the external signal to be suppressed and the uncertainty of the system data. The paper presents a mechanical model and an improved adaptive control strategy that avoids identification but renders the system sensitive in the above mentioned sense.



Husung, Isabel; Oberthür, Siegfried; Gerlach, Erik; Zimmermann, Klaus
Simulation von Antriebsschwingungen als Störgröße bei Präzisionsmaschinen. - In: Schwingungen in Antrieben 2009, (2009), S. 163-172

Der Sonderforschungsbereich 622 befasst sich mit der Grundlagenforschung zu Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. Diese weisen auf Grund der angestrebten Genauigkeiten eine geringe Störungstoleranz auf. Extern und intern angeregte Schwingungen sind daher zu begrenzen. Im vorliegenden Beitrag wird die Untersuchung der tatsächlich vorliegenden Schwingungsangregungen und ihr Einfluss auf das dynamische Verhalten einer Verfahreinheit zur Positionierung in der x - y - Ebene beschrieben. Ein Werkzeug zur Auswahl geeigneter mechatronischer Systeme stellt dabei die Simulation des dynamischen Verhaltens dar. Die Simulationen dienen einerseits zur Identifikation auftretender Störgrößen, andererseits erlauben sie eine Beurteilung der Wirksamkeit von Maßnahmen zur Begrenzung auftretender Schwingungsamplituden noch vor der zeit- und kostenintesiven Umsetzung.



Bayat, N.; Nethe, Arnim; Guldbakke, J. M.; Hesselbach, J.; Naletova, Vera A.; Stahlmann, H.-D.; Uhlmann, E.; Zimmermann, Klaus
Technical applications. - In: Colloidal magnetic fluids, (2009), S. 359-430

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, Nikolai N.; Pivovarov, Michail
Dynamics of a two-module vibration-driven system moving along a rough horizontal plane. - In: Multibody system dynamics, ISSN 1573-272X, Bd. 22 (2009), 2, S. 199-219, 221
Erratum S. 221

A rectilinear motion of a system of two bodies connected by a spring on a rough horizontal plan is studied. The motion of the system is excited by two identical unbalanced rotors based on the respective bodies. Major attention is given to the steady-state motion. A nearly-resonant excitation mode, when the angular velocities of the rotor are close to the natural frequency of the system, is considered. A set of algebraic equations for determining an approximate value of the average steady-state velocity of the entire system is obtained for the case of small friction. It is shown that control of the steady-state motion can be provided by changing the phase shift between the rotations of the rotors and the signt of the resonant detuning measured by the difference between the angular velocity of the rotors and the matural frequency of the system. By varying the phase shift one can control the magnitude of the average velocity, and varying the detuning enables one to change the direction of the motion.



http://dx.doi.org/10.1007/s11044-009-9158-2
Gerlach, Erik; Husung, Isabel; Oberthür, Siegfried; Tröbs, Anita; Zimmermann, Klaus
Untersuchung der Dynamik von Präzisionsmaschinen mittels Mehrkörpersystem-Simulation. - In: Tagungsband, (2009), S. 175-180

Mittels der Kopplung der Simulationstools alaska 5 (Mechanik) und MATLAB/Simulink (Antriebe und Regelung) kann ein mechatronisches Gesamtmodell der NPM-Maschinen erstellt werden, welches für die Analyse der Dynamik genutzt wird. Im Beitrag werden die Modellierung des gesamten mechatronischen Systems aufgezeigt und wichtige Ergebnisse aus den Simulationsberechnungen vorgestellt. Dies betrifft neben der konstruktiven Gestaltung des Positioniersystems auch die Bewegungsplanung. Diese Erkenntnisse lassen sich auf die Simulation von Präzisionsmaschinen übertragen.



Behn, Carsten; Steigenberger, Joachim; Zimmermann, Klaus
Adaptively controlled worm-like locomotion systems: spikes vs. friction. - In: Multibody dynamics 2009, ISBN 978-83-7207-813-1, (2009), insges. 19 S.

In this paper we introduce a certain type of mathematical models of finite DOF worm-like locomotion systems. We assume that these systems contact the ground via 1) spikes and 2) stiction combined with Coulomb sliding friction. We sketch the corresponding theory. Gaits from this theory can be tracked by means of adaptive controllers. Simulations are aimed at the justification of theoretical results.



Venhaus, Martin; Behn, Carsten; Freitag, Lutz; Zimmermann, Klaus
Simulationen und Experimente zur Ballondilatation von Atemwegstenosen :
Simulations and experiments of the balloon dilatation of airway stenoses. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 54 (2009), 4, S. 187-195

This articel investigates the mechanics of balloon dilatation in the treatment of bronchotracheal stenosis. The "scar stricture"-type stenosis examined in this paper is typically dilated manually, using a dilatation balloon. If indicated, this is followed by stent implantation. The selection of the stent with proper characteristics is performed empirically, based on personal experience and preference. In order to optimize the therapeutic outcome, however, it is necessary to match the stent with the stress-strain properties of the stenosis, which are not determined during manual ballon dilatation.



https://doi.org/10.1515/BMT.2009.022
Jahn, Michael;
Ein Beitrag zur Entwicklung kooperierender mobiler Roboter - konstruktives Design und Steuerungsentwurf, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 90 S., 8176 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

In dieser Arbeit werden die wesentlichen Ergebnisse zur Konstruktion des RoboCup-Small-Size-Roboters LUKAS und des Aufbaus der koordinierenden Mastersoftware XBase vorgestellt. Die erreichte Kompaktheit und das notwendige Masse-Leistungs-Verhältnis des Roboters beruhen im Wesentlichen auf der orthogonalen Achskonfiguration. Spezielle Material- und Strukturlösungen für Leichtbau und Bauraumnutzung finden sich im Polyamid-Chassis, im motorintegrierenden Dribbler und im energieeffizienten Schussmechanismus. Im Einsatz sind omnidirektionale Räder mit solider Rundlauf-, Traktions- und Stabilitätseigenschaft. Der dreirädrige Roboter setzt ein hierarchisches Konstruktionskonzept um, welches hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität und Robustheit in verstärktem Maße durch technische Funktionsintegration einer minimalen Anzahl von Bauteilen realisiert. Nach Analyse der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge konnte für den Roboter eine Reglerarchitektur entwickelt werden, die unter Berücksichtigung von Radschlupf und Schwerpunktverlagerung die omnidirektionale Manövrierbarkeit und Bewegungspräzision gestattet. Die weiterentwickelte Mastersoftware XBase verbindet eine modifizierten Bildverarbeitung zur Detektierung der Roboter und eine anwenderfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle mit dem Instrument zur Roboterkoordinierung. Stabile Bildraten und geringer Berechnungsaufwand werden durch die Verwendung einer Look-Up-Tabelle zur Maximum-Likelihood-Farbklassifizierung, Bildsegmentierung mit Zeilenkoinzidenzverfahren und ressourcenschonende Operationen garantiert. Ein geeigneter Trainingseinstieg wurde mit verschiedenen Formationsvarianten zur koordinierten Kontrolle einer Robotergruppe gefunden. Das Modell gestattet durch individuelle Freigabe von Freiheitsgraden einen Übergang vom starren zum flexiblen Verband. Anhand der Beispielformationen Block, Reihe und Rotte ist die Flexibilität und Wandlungsfähigkeit dargestellt. Das System XBase kann sowohl als Multi-Roboter-System unter der Kontrolle einer Verhaltenssteuerung, wie auch als verteiltes Multi-Agenten-System mit mehreren parallelen Verhaltenssystemen fungieren.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13700