Publications

Merker, Lukas; Scharff, Moritz; Zimmermann, Klaus; Behn, Carsten
Signal tuning of observables at the support of a vibrissa-like tactile sensor in different scanning scenarios. - In: High tech human touch, ISBN 978-1-5386-8183-1, (2018), S. 1138-1143

https://doi.org/10.1109/BIOROB.2018.8487961

Rau, Thomas S.; Suzaly, Nuha; Pawsey, Nick; Hügl, Silke; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
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

Rau, Thomas S.; Witte, Sina; Uhlenbusch, Lea; Lexow, G. Jakob; Hügl, Silke; Kahrs, Lüder A.; Majdani, Omid; Lenarz, Thomas
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

Behn, Carsten; Kräml, Jonas
Gait transitions in artificial non-standard snake-like locomotion systems using adaptive control. - In: Dynamical Systems in Applications, (2018), S. 1-12

This chapter contributes to the modeling, analysis and control of terrestrial artificial locomotion systems. Inspired by previous models, we set up an unconventional model for a snake-like locomotion systems in form of a chain of visco-elastically interconnected mass points in a plane with passive joints, but - in contrast to literature - active links (time-varying link-length) and rotatable skids to change the movement direction and to avoid obstacles. We investigate this model in a dynamical way and focus on controlling these link lengths to achieve a global movement, steered by the skids. From dynamics, the actuator forces have to adjust the prescribed link length for the locomotion. Since it is impossible to determine the necessary actuator forces a-priori, we apply an adaptive lambda-tracking controller to enable the system to adjust these force outputs on-line on its own. Prescribed motion patterns, i.e. specific gaits, are required to guarantee a controlled movement that differ in the number of resting mass points, the load of actuators and spikes, and the lateral forces of the skids. In contrast to literature, the investigated system of n = 10 mass points exhibit a large variety of possible gaits. To determine the most advantageous gaits, numerical investigations are performed and a weighting function offers a decision of best possible gaits. Using these gaits, a gait transition algorithm, which autonomously changes velocity and number of resting mass points depending on the spike, actuator and lateral skid force load, is presented and tested in numerical simulations.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-96601-4_1

Scharff, Moritz; Darnieder, Maximilian; Steigenberger, Joachim; Alencastre, Jorge H.; Behn, Carsten
Theoretical investigations on the behavior of artificial sensors for surface texture detection. - In: Dynamical systems in theoretical perspective, (2018), S. 311-321

Animal vibrissae are used as natural inspiration for artificial tactile sensors, e.g., the mystacial vibrissae enable rodents to perform several tasks in using these tactile hairs: object shape determination and surface texture discrimination. Referring to the literature, the Kinetic Signature Hypothesis states that the surface texture detection is a highly dynamic process. It is assumed that the animals gather information about the surface texture out of a spatial, temporal pattern of kinetic events. This process has to be analyzed in detail to develop an artificial tactile sensor with similar functionalities. Hence, we set up a mechanical model for theoretical investigations of the process. This model is analyzed in two different directions using numerical simulations: at first a quasi-static and then a fully dynamic description.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-96598-7_25

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

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;
Zur Mechanik vibrationsgetriebener Roboter für terrestrische und aquatische Lokomotion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 149 S., 11,82 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Der Gegenstand der Arbeit ist die Mechanik von mobilen Robotern für terrestrische und aquatische Lokomotion. In den untersuchten Systemen wird die periodische Erregung eines inneren Antriebs durch nicht symmetrische Systemeigenschaften in eine gerichtete Fortbewegung gewandelt. Eine zweidimensionale Steuerbarkeit der Systeme wird durch frequenzabhängige mechanische Eigenschaften erreicht. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der mathematisch-mechanischen Beschreibung der Roboter mittels analytischer und numerischer Methoden sowie ihrer experimentellen Untersuchung. Prototypen mobiler Roboter dienen dem funktionellen Nachweis. Auf Basis von mechanischen Grundlagen werden terrestrische und aquatische Lokomotionsarten vorgestellt und klassifiziert. Mit Blick auf die praktische Realisierung von mobilen Robotern für unterschiedliche Umgebungsbedingungen werden Antriebssysteme in ihrer Eignung als Vibrationsquellen bewertet. Piezoelektrische Antriebe besitzen dabei besonderes Potential. Eine umfassende Analyse des Standes der Technik zeigt die Anwendbarkeit von vibrationsgetriebener Lokomotion für miniaturisierte technische Anwendungen. Systeme mit Borsten dienen der unidirektionalen terrestrischen Lokomotion. Mittels eines Mehrkörpersystemmodells und experimentellen Untersuchungen werden die verschiedenen Wirkungsmechanismen analysiert. Ein Prototyp für die Fortbewegung in Röhren wird vorgestellt. Für eine steuerbare zweidimensionale Lokomotion mit nur einem Antrieb müssen die Grenzen von klassischen Starrkörpersystemen überwunden werden. Der verfolgte Lösungsansatz nutzt das frequenzabhängige Schwingungsverhalten von elastischen Systemen, wie Balken oder Platten. Zur Untersuchung werden kontinuumsmechanische Modelle sowie Finite-Elemente-Methoden verwendet und durch experimentelle Untersuchungen erweitert. Die Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines programmier- und fernsteuerbaren Prototyps benutzt. Sein Bewegungsverhalten kann durch die Änderung der Antriebsfrequenz auf verschiedenen Untergründen gesteuert werden. Das System erreicht Geschwindigkeiten bis 100 mm/s und kann das Fünffache seiner Masse transportieren. Abschließend wird ein innovativer Prototyp vorgestellt, der mit einem einzigen Antrieb eine steuerbare Lokomotion auf festem Untergrund und an der Oberfläche von Flüssigkeiten durchführen kann. Das terrestrische und aquatische Bewegungsverhalten wird untersucht und die Tragfähigkeit solcher Systeme auf Basis eines hydrostatischen Modells bestimmt.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26306

Böhm, Valter; Naletova, Vera A.; Popp, Jana; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus
Material transport of a magnetizable fluid by surface perturbation. - In: Journal of magnetism and magnetic materials, ISSN 1873-4766, Bd. 395 (2015), S. 67-72

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.07.036

Zhao, Xin;
A contribution to the computer aided development of an electrical window regulator system : mechatronic models, parameter identification and numerical simulations. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XX, 192 S., 23,03 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Arbeit orientiert sich daran, Modelle und Simulationen von elektrischen Fensterhebersystemen zu entwickeln. Das Ziel ist ein verbessertes Verständnis des Systemverhaltens und Einfluss von Parametern zu erlangen. Vor dem Hintergrund, dass Fensterhebersysteme komplizierte mechatronische Systeme darstellen, wird die Simulation als Werkzeug vermehrt eingesetzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Simulationen von mechatronischen Systemen auf unterschiedlichen Ebenen verglichen. Applikationen von Fensterhebersimulationen werden zusummengefasst und bewertet. Basierend auf dieser Auswertung wurde die Systemsimulation mit der Modellierungssprache, VHDL-AMS, als Methode ausgewählt. Bevor sich tiefgründig mit der Modellierung von Fensterhebersystemen beschäftigt wird, soll zuvor ein stark abstrahiertes analytisches Modell für die Bewertung des dynamischen Verhaltens erstellt werden. Grundlegend besitzt das Modell 2 Freiheitsgrade und besteht aus 2 Massen, die über eine Feder und einen Dämpfer verbunden sind. Eine Masse stellt die Glasscheibe und die andere die Massenträgheit des Motorankers dar. Mit der Mittelwertmethode wird das analytische Modell hinsichtlich der Stabilitätsbedingungen untersucht. Die Modellbildung des Fensterhebersystems beginnt mit der Aufteilung des Systems in einzelne Komponenten, basierend auf deren Funktion. Die Komponenten, wie z.B. elektrische Motoren, Hebemechaniken, Türrahmen, Elektroniken, etc., werden untersucht und anschließend Modelle erstellt, um ihre elektrische oder mechanische Funktionsweise zu beschreiben. Abhängig von der Komplexität wird die Technik der Modellierung ausgesucht, zum Beispiel physikalische oder verhaltensmäßige Modellierung oder eine Kombination von beiden. Die Parameter der Modelle wurden anhand von gesammelten Informationen von Komponentenlieferanten, existierenden Datenbanken und Messungen ermittelt. Komponentenmodelle wurden anhand von Messdaten verifiziert, z.B. Motorkennlinie. Die Systemsimulation beschäftigt sich mit der Integration von allen Komponentenmodellen in eine Simulation und imitiert Ausführung der Fensterhebersysteme in verschiedenen Lastfällen. In einer konkreten Applikation wurden die Ergebnisse der Messung und der Simulation anhand der Werte von wichtigen Signalen, die den Status des Systems abbilden, wie zum Beispiel Drehzahl und Strom des Motors, verglichen. Außerdem wurde die Einklemmschutzfunktion quantitativ durch Messung der Einklemmkräfte bei verschiedenen Spannungen verglichen. Trotzdem sind die Simulationen nicht auf die demonstrierten Beispiele dieser Arbeit limitiert. Teilsystemsimulationen mit dem Schwerpunkt auf der Untersuchung von Komponenten können auch mit den Komponentenmodellen entwickelt werden.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26178