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Student Thesis

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Erstellt: Thu, 06 Oct 2022 23:06:01 +0200 in 0.0666 sec


Avila Manuico, Eder Jhoel;
Design and investigations on soft tensegrity structures with magnetic actuation. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Weiche Tensegrity-Strukturen bestehen aus nachgiebigen Elastomerelementen, die die Funktionen von Zug- und Druckteilen erfüllen. Es ist auch möglich, Elastomerelemente zu haben, die durch magnetische Kräfte beeinflusst werden, indem man ferromagnetische Partikel zu ihrer Zusammensetzung hinzufügt. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine weiche Tensegrity-Struktur durch magnetische Kräfte zu betätigen, die auf einige Teile der Struktur wirken können. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prototyp eines Mechanismus entwickelt, der eine lineare weiche Tensegrity-Struktur magnetisch antreibt. Um diese Bewegung zu erreichen, wurde zunächst eine oszillierende Winkelbewegung für eine lineare Tensegrity-Struktur vorgeschlagen und die vorgespannte Konfiguration der Spannungselemente festgelegt. Anschließend wird der Herstellungsprozess unter Berücksichtigung von Chargenberechnungen, Formüberlegungen und den einzelnen Schritten der Elastomerelementherstellung im Detail erläutert. Schließlich wurde ein Antriebsmechanismus zur Betätigung der weichen Tensegrity-Struktur entworfen, und die kinematischen Berechnungen des Mechanismus wurden ebenfalls berücksichtigt.



Ettel, Matti;
Mehrkörpersimulation eines Antriebsmoduls für mobile Roboter. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat die Relevanz mobiler Roboter sowohl im industriellen als auch im privaten Sektor deutlich an Dynamik gewonnen. Einen besonderen Zielkonflikt stellt hierbei der Gegensatz von Positionierbarkeit und Fahrdynamik dar; meist muss bisher auf eine Kompromisslösung zurückgegriffen werden. Auf Basis dessen wurde am Fachgebiet „Technische Mechanik“ der Technischen Universität Ilmenau ein omnidirektionales Antriebsmodul entwickelt, welches beide genannten Eigenschaften vereinen soll. Ziel dieser Arbeit ist die simulative Validierung dieser Merkmale. Dazu soll zunächst ein Mehrkörpermodell des Fahrmoduls entwickelt und anschließend in mehrfacher Ausführung zu einem mobilen Roboter zusammengebaut werden, um durch die klassischen Versuche der Fahrzeugtechnik Geradeausfahrt, stationäre Kreisfahrt und doppelter Spurwechsel die Fahreigenschaften von Roboter und Modul zu überprüfen. Das omnidirektionale Antriebsmodul soll sich dabei in Hinblick auf Fahrdynamik wie Positionierbarkeit als äußerst geeignet herausstellen; der primäre Konflikt liegt jedoch in der Komplexität des Aufbaus und somit in den Kosten. Demnach ist zu schlussfolgern, dass der Einsatzzweck des Fahrmoduls für Anwendungen prädestiniert ist, welche besonders hohe Anforderungen an sowohl fahrdynamische als auch omnidirektionale Eigenschaften stellen, bei denen finanzielle Aufwendungen jedoch nebensächlich sind.



Huang, Jing;
Theoretische und experimentelle Untersuchungen von mobilen Robotern mit Mecanum Rädern. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In den letzten Jahren haben sich mobile Roboter aus einem Nischenbereich der Forschung herausentwickelt und sind heutzutage ein Massenprodukt, welches selbst in private Haushalte Einzug gehalten hat. Und das Mecanumrad biet mehr Möglichkeiten für die Mobilität von Robotern. Das Mecanum-Rad ist ein sehr erfolgreiches Allround-Rad mit seiner kompakten Bauweise und flexiblen Bewegung. Mit vier dieser neuen Räder in Kombination lässt sich die omnidirektionale Mobilitätsfunktion noch flexibler und einfacher realisieren. Das Mecanum-Rad wird heute in einer Vielzahl von omnidirektionalen mobilen Plattformen, Gabelstaplern, Rollstühlen, Lagerrobotern, Stuntrobotern und verschiedenen Spielzeugen eingesetzt. Ob in der Produktion von Schwerlastmaschinen, im Eisenbahnverkehr, in automatisierten intelligenten Lagern, in Supermärkten, in großen automatisierten Fabriken, in Terminals, in Häfen, auf Flughäfen oder sogar in der Luft- und Raumfahrt. Das Mecanum-Rad ist normal mit 45˚ zwischen Räder und Reifen so gibt es eine Entwicklungsmöglichkeit mit veränderbarer Winkel. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Mecanumrad so die Winkel zwischen Räder und Reifen veränderbarer sein.



Menninger, Anne;
Untersuchungen zum Fahrverhalten von mobilen Systemen mit Mecanum-Rädern. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In der vorliegenden Arbeit wird die Kinematik eines Mecanum-Rades untersucht. Ein Grundverständnis wird für die Bewegung eines mobilen Systems mit omnidirektionalen Rädern über eine konzipierende Patentrecherche mit konkreter Stichwortvorgabe ausgearbeitet und dargestellt. Um verschiedene Rädertypen miteinander zu vergleichen, werden die kinematischen Zwangsbedingungen des jeweiligen Rades berechnet. Auf Basis der erarbeiteten kinematischen Zwangsbedingungen eines Mecanum-Rades wird ein mobiles System bestehend aus vier Mecanum-Rädern untersucht und typische Fahrmanöver mittels Matlab implementiert und visualisiert. Am Beispiel eines Ausweichmanövers wird die Arbeit zusammengefasst.



Lu, Rongchen;
Synthese und experimentell-messtechnische von Elastomer-Verbundmaterialien mit magnetischen und thermoplastischen Partikeln. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Arbeit werden Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln, magnetischen Weichpartikeln (Carbonyleisenpulver) und Thermoplasten vorgestellt und getestet. Die Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln werden in einem elektromagnetischen Wechselfeld im Hochfrequenzbereich platziert. Durch die Anregung der in den Proben eingebetteten Magnetpartikel, stellt das magnetische Wechselfeld hier die thermische Aktivierung dar. Somit heizen sich diese Proben selbstständig auf. Die Elastomerproben, die Carbonyleisenpulver enthalten, können zeitweise durch ein externes Magnetfeld magnetisiert werden. Dieses stellt die reversible magnetische Aktivierung dar. Die als Füllstoffe verwendeten Thermoplasten schmelzen bei einer bestimmten Temperatur. Daher weisen die Elastomerproben, die Thermoplaste als Füllstoff enthalten, unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, die durch die Temperatur verändert werden. Sie bilden die Basis des Formgedächtnispolymers und werden in dieser Arbeit als Formgedächtnisteil verwendet. In Anbetracht der Materialeigenschaften, werden Kombinationen der Rohstoffe untersucht. Proben mit ausgewählten Kombinationen der genannten Füllstoffe werden in mehreren Formen hergestellt und getestet, um die thermische Aktivierung des intelligenten Polymers und damit einen Formgedächtniseffekt zu zeigen. Diesbezüglich verformen sich diese Elastomerverbindungen durch das Anlegen elektromagnetischer Wechselfelder und nehmen ihre ursprüngliche Form durch das Anlegen statischer Magnetfelder wieder an.



Schmitz, Jan;
Einsatzmöglichkeiten thermoplastischer Elastomer Materialien zur morphologischen Anpassung nachgiebiger Strukturen. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Thermoplastische Silikonelastomere (TPSE) sind intelligente Materialien aus einer Silikonmatrix mit eingebetteten thermoplastischen Partikeln. TPSE besitzen temperaturveränderliche mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel das Elastizitätsmodul und einen temperaturgesteuerten Shape Memory Effekt (SME). Diese Masterarbeit führt die Materialcharakterisierung vorangehender Arbeiten fort, behandelt Fertigungsverfahren und beschäftigt sich mit potenziellen Anwendungsmöglichkeiten von TPSE für "Soft Robotic" Applikationen. Auf Basis des bestehenden nachgiebigen Greifer-Designs "PneuFlex" wird gezeigt, dass TPSE geeignet ist, temporäre, reversible, morphologische Änderungen nachgiebiger Systeme zu erzeugen. Die auftretende Strukturveränderung wird durch den SME ermöglicht. Dieser beruht auf der quasiplastischen Verformung des Materials, erzeugt durch kurzzeitiges Schmelzen und Erstarren der Partikel, kombiniert mit äußeren mechanischen Belastungen. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen an Prototypen zeigen signifikante Unterschiede des Greifverhaltens vor und nach Strukturveränderungen. Folglich erweitert TPSE das Funktionsrepertoire nachgiebiger Strukturen, um eine steuerbare, aktive Adaptionsfähigkeit auf Materialebene.



Untersuchung des Formgedächtniseffekts in Elastomeren mit thermoplastischen Partikeln. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In dieser Arbeit wird der Shape-Memory Effekt an Elastomeren mit Zusatz von thermoplastischen Partikeln untersucht. Dabei wird vor allem im Hinblick auf die Anwendung in einem Manipulationssystem der Softrobotik hingearbeitet. Dafür wird die Form eines Objektes in das Elastomer eingespeichert, welches dann als Form-Fit Greifer verwendet werden kann. Im ersten Teil werden verschiedene Geometrien und Elastomere als Grundlage getestet. Aus den Analysen der Grundlagen werden dann Überlegungen für weitere Verbesserungen der Geometrien und des Erwärmungsmechanismus gemacht. Für die Erwärmung mit elektrischer Abwärme wurden noch weitere Versuche über die Integration eines Drahtes in das Elastomer durchgeführt und dessen Heizkapazität getestet. Abschließend gab es noch einen Test, ob sich ein doppelter Shape-Memory Effekt für eine Manipulationsanwendung geeignet ist.



Reiche, Marius;
Experimentelle Untersuchung von magnetoaktiven Elastomeren mit mehrpoliger Magnetisierung. - Ilmenau. - 109 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2021

Magnetoaktive Elastomere (MAE) bestehen aus einer elastischen Matrix bzw. einem Elastomer, in welchem sich magnetisch weiche und/oder magnetisch harte Partikel befinden. Durch ein äußeres Magnetfeld kann das Verhalten und die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien beeinflusst werden. Die folgende Arbeit behandelt den Einfluss homogener Magnetfelder auf die statische Durchbiegung mehrpolig magnetisierter MAE-Balken. Hierbei werden Proben mit einem Anteil von 20 Vol.-% magnetisch harten Partikeln (NdFeB) und 20 Vol.-% magnetisch weichen Partikeln (CIP) untersucht, welche einen Südpol in der Mitte und die Nordpole jeweils an ihren Enden besitzen. Die untersuchten Proben haben teilweise unterschiedliche Eigenschaften bzw. Herstellungsarten. Für verschiedene Magnetfeldstärken wird die statische Durchbiegung der MAE-Balken experimentell ermittelt, sowie durch theoretische Betrachtung mit Hilfe der Euler-Bernoulli Theorie untersucht. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen der statischen Durchbiegung der MAE-Balken werden genutzt, um Lokomotionssysteme mit mehrpolig magnetisierten MAE zu entwickeln. Die Fortbewegung der drei Lokomotionssysteme basiert hierbei auf der periodischen Durchbiegung der mehrpolig magnetisierten MAE-Balken, welche durch ein wechselndes Magnetfeld einer externen oder internen Magnetfeldquelle hervorgerufen wird. Das Prinzip unsymmetrischer Reibung sorgt dafür, dass eine Bewegung in Richtung der geringeren Reibung entsteht. Ein Funktionsnachweis der entwickelten Lokomotionssysteme wird über die experimentelle Untersuchung der Geschwindigkeit für die verschiedenen Erregungsfrequenzen des Magnetfeldes erbracht.



Meinert, Malte;
Modellbildung und Simulation des dynamischen Verhaltens von Masten bei Einsatz von schwingungsminderen Maßnahmen. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Im Rahmen dieser Arbeit wurden schwingungsmindernde Maßnahmen und deren Wirksamkeit betrachtet. Dabei wurde zunächst verschiedene Dämpferarten betrachtet, welche heutzutage in hohen Strukturen zum Einsatz kommen. Hierzu wurden besonders Windkraftanlagen untersucht, welche durch starke Wind- oder Erdbebeneinwirkung in Schwingung versetzt werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Mehrkörpermodell einer Windkraftanlage in der Simulationssoftware Alaska Modeller Studio erstellt. Es wurde die schwingungsmindernde Wirkung zwei verschiedener Dämpfer unter Windeinwirkung getestet und miteinander verglichen.



Eckart, David;
Entwicklung eines Probenschüttlers. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In dieser Arbeit wird ein Probenschüttler entwickelt, welcher durch seinen Aufbau einen vibrationsarmen Betrieb gewährleistet. Hierfür werden Simulationen der Dynamik eines Mehrkörpersystems in der Software alaska durchgeführt. Es werden die Methoden des statischen und dynamischen Auswuchtens angewandt. Mit dem statischen Auswuchten kann kein vibrationsarmer Betrieb besonders im hohen Drehzahlbereich erreicht werden. Beim dynamischen Auswuchten kann dies im gewünschten Drehzahlbereich realisiert werden. Für die unterschiedlichen Beladungen wurde ein Prinzip mit zwei Ausgleichsmassen entwickelt. Dazu wurde eine Verstelleinrichtung konzipiert. Aus Machbarkeitsgründen wurde aus dem Lösungsansatz mit der verstellbaren unteren Ausgleichsmasse ein technisches Prinzip entwickelt. Ein besonderer Vorteil dieses Aufbaues ist, dass die Einprägung der orbitalen Bahn und die Verstellung der Masse über einen Motor und einen Elektromagneten realisiert werden. Der Auswuchtzustand kann anhand der auftretenden Beschleunigungen ermittelt werden, wodurch ein automatisiertes Auswuchten des Probenschüttlers möglich ist. Es liegt eine Konstruktion für einen Prototyp vor, mit dem ein vibrationsarmer Betrieb demonstriert werden kann.