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Created on: Sun, 19 May 2024 21:05:18 +0200 in 0.0954 sec


Hügl, Silke; Henke, Maximilian; Kahrs, Lüder; Ortmaier, Tobias; Lenarz, Thomas; Rau, Thomas S.
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
Hügl, Silke; Scheper, Verena; Gepp, Michael M.; Lenarz, Thomas; Rau, Thomas S.; Schwieger, Jana
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
Uhlig, René;
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
Linß, Sebastian; Henning, Stefan; Zentner, Lena
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
Becker, Tatiana; Böhm, Valter; Chavez, Jhohan; Odenbach, Stefan; Raikher, Yuriy L.; Zimmermann, Klaus
Magnetic-field-controlled mechanical behavior of magneto-sensitive elastomers in applications for actuator and sensor systems. - In: Archive of applied mechanics, ISSN 1432-0681, Bd. 89 (2019), 1, S. 133-152

https://doi.org/10.1007/s00419-018-1477-4
Dubovikova, Nataliia; Gerlach, Erik; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Mathematical modeling of friction stir welding considering dry and viscous friction. - In: Applied mathematical modelling, Bd. 67 (2019), S. 1-8
Corrigendum: Bd. 77 (2020), part 1, page 981

https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.10.014
Sumi, Susanne; Böhm, Valter; Schorr, Philipp; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
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
Nunuparov, Armen; Becker, Felix; Bolotnik, Nikolai N.; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Vibration-driven capsubot with an opposing spring: an experimental study. - In: ROMANSY 22 – Robot Design, Dynamics and Control, (2019), S. 126-133

A vibration-driven locomotor (capsubot) consisting of a rigid housing and an internal body connected to the housing by a spring is considered. The system is driven and controlled by an electromagnetic actuator that provides a force interaction between the housing and the internal body. The housing moves along a line on a horizontal plane with dry friction. The control voltage is applied to the robot in a periodic pulse-width mode, the voltage polarity remaining unchanged. Theoretical analysis predicts that the speed and direction of motion of the robot can be controlled by varying the period or/and the duty cycle of the control signal. An experimental prototype of the robot is built and the experiments are performed. The experiments confirm the theoretical prediction.



https://doi.org/10.1007/978-3-319-78963-7_17
Zentner, Lena; Linß, Sebastian
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

Darnieder, Maximilian; Torres, Mario; Linß, Sebastian; Theska, René; Zentner, Lena; Fröhlich, Thomas
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.




   

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Created on: Sun, 19 May 2024 21:05:20 +0200 in 0.0800 sec


Becker, Felix; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus; Cuéllar, Francisco; Pozo Fortuniâc, Juan Edmundo; Lysenko, Victor; Minchenya, Vladimir T.
Vibrochody v robototechnike roja - novye podchody v modelirovanii i razvitii agenta :
Bristlebots in swarm robotics - new approaches in modeling and agent development. - In: Vibracionnye technologii, mechatronika i upravljaemye mašiny, ISBN 978-5-7681-1116-8, (2016), S. 75-84

Bristlebots are vibration-driven mobile robots. They are characterized by small size, high speed, simple design and low costs of production and application, which are advantageous qualities for agents of swarm robotic systems. In this paper, new approaches in modeling and development of swarm agents are given. It is shown that a simple mass point model can be used to simulate the motion behavior of a bristlebot as complex as necessary for swarm studies. A robot prototype is presented, which has on-board everything needed as a robotic agent. The results of simulations and experiments are presented and compared.



Becker, Felix; Börner, Simon; Lichtenheldt, Roy; Zimmermann, Klaus
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.



Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Schale, Florian; Flores-Alvarez, Pedro Alonso
Mechanics of mobile robots with mecanum wheels. - In: ROMANSY 21 - Robot design, dynamics and control, (2016), S. 103-111

Cicconofri, Giancarlo; Becker, Felix; Noselli, Giovanni; Desimone, Antonio; Zimmermann, Klaus
The inversion of motion of bristle bots: analytical and experimental analysis. - In: ROMANSY 21 - Robot design, dynamics and control, (2016), S. 225-232

Bristle bots are vibration-driven robots actuated by the motion of an internal oscillating mass. Vibrations are translated into directed locomotion due to the alternating friction resistance between robots' bristles and the substrate during oscillations. Bristle bots are, in general, unidirectional locomotion systems. In this paper we demonstrate that motion direction of vertically vibrated bristle systems can be controlled by tuning the frequency of their oscillatory actuation. We report theoretical and experimental results obtained by studying an equivalent system, consisting of an inactive robot placed on a vertically vibrating substrate.



Behn, Carsten; Heinz, Leo; Krüger, Martin
Kinematic and dynamic description of non-standard snake-like locomotion systems. - In: Mechatronics, ISSN 1873-4006, Bd. 37 (2016), S. 1-11

http://dx.doi.org/10.1016/j.mechatronics.2015.10.010
Bolotnik, Nikolai N.; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
On the motion of lumped-mass and distributed-mass self-propelling systems in a linear resistive environment. - In: ZAMM, ISSN 1521-4001, Bd. 96 (2016), 6, S. 747-757

http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201500091
Böhm, Valter;
Mechanik von Tensegrity-Strukturen und ihre Anwendung in der mobilen Robotik. - Ilmenau. - xiv, 225 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift 2016

Eine größere Effizienz mobiler Roboter wird zukünftig neue, nicht konventionelle Fortbewegungsprinzipien erfordern. Bei der Inspektion von komplexen, unstrukturierten Umgebungen ist der Einsatz von formvariablen Lokomotionssystemen mit ausgeprägter mechanischer Nachgiebigkeit vorteilhaft bzw. unbedingt erforderlich. Mechanisch vorgespannte nachgiebige Strukturen erlauben eine solche geforderte Formvariabilität mit nur wenigen Aktuatoren bei gleichzeitig einfachem Aufbau. Eine Klasse dieser Strukturen bilden nachgiebige Tensegrity-Strukturen. Das Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Anwendung von nachgiebigen Tensegrity-Strukturen in Lokomotionssystemen zu leisten. Im Vordergrund steht dabei der systematische, modellbasierte Entwurf von Systemen basierend auf nichtkonventionellen Strukturen, nichtklassischer Aktuierung und Fortbewegungsart. Nach einleitenden Betrachtungen zu Tensegrity-Strukturen, ihrer Anwendung in der mobilen Robotik werden zunächst bekannte Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen in der Arbeit klassifiziert. Anschließend erfolgen Betrachtungen zu den Besonderheiten eines Berechnungsverfahrens nach der statischen FE-Methode in Hinblick auf die Formfindung von nachgiebigen Tensegritätsstrukturen. Weiterhin werden Nachgiebigkeit und Formvariabilität charakterisierende Kenngrößen diskutiert. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden Untersuchungen zu drei Klassen von Lokomotionssystemen auf Basis der betrachteten Strukturen: Systeme mit rollender und vibrationsinduzierter Fortbewegung sowie Systeme mit Fortbewegung auf Basis von multistabilen Tensegrity Strukturen mit mehreren Gleichgewichtskonfigurationen. Abschließend werden eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeiten und ein Ausblick gegeben.



Will, Christoph; Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten
Bio-inspired technical vibrissae for quasi-static profile scanning. - In: Informatics in control, automation and robotics, ISBN 978-3-319-26451-6, (2016), S. 277-295

A passive vibrissa (whisker) is modeled as an elastic bending rod that interacts with a rigid obstacle in the plane. Aim is to determine the obstacle's profile by one quasi-static sweep along the obstacle. To this end, the non-linear differential equations emerging from Bernoulli's rod theory are solved analytically followed by numerical evaluation. This generates in a first step the support reactions, which represent the only observables an animal solely relies on. In a second step, these observables (possibly made noisy) are used for a reconstruction algorithm in solving initial-value problems which yield a series of contact points (discrete profile contour).



Becker, Tatiana; Zeidis, Igor; Witte, Hartmut; Schmidt, Manuela; Zimmermann, Klaus
Analysis of the vibrissa parametric resonance causing a signal amplification during whisking behaviour. - In: Journal of bionic engineering, ISSN 2543-2141, Bd. 13 (2016), 2, S. 312-323

http://dx.doi.org/10.1016/S1672-6529(16)60304-9
Bolotnik, Nikolai N.; Pivovarov, Mikhail; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
The motion of a two-body limbless locomotor along a straight line in a resistive medium. - In: ZAMM, ISSN 1521-4001, Bd. 96 (2016), 4, S. 429-452

http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201400302