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Preuß, Henrich;
Antriebsauslegung eines Wheg-Roboters unter Berücksichtigung dynamischer Kraftgrößen innerhalb eines nichtlinear übersetzenden Antriebsstrangs. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Betreten ehemaliger, mit Minen und Umweltgiften belasteter Kriegsgebiete stellt für Personen eine erhebliche Gefahr dar. Diese Gefahr kann minimiert werden, indem geländegängige, mit entsprechender Sensorik ausgestattete Roboter für die, einer Säuberung vorausgehenden, Exploration eingesetzt werden. Durch Verwendung alternationskompensierter Whegs als Endeffektoren im Projekt "TerRoamer" soll zum einen die Geländegängigkeit erhöht und zum anderen die Bodenerschütterung minimiert werden. Der Kompensationsmechanismus besteht aus einer in den Antriebsstrang integrierten Schubkurbel. Sowohl die Whegs, als auch die Schubkurbel weisen nichtlineare Übertragungsfunktionen auf, deren Einflüsse auf die erforderliche Antriebsleistung und die Laufruhe des Fahrzeugs qualitativ nicht bekannt sind. Auf Grundlage des bestehenden Aktorstrangs werden mithilfe eines Starrkörper-Modells und eines numerischen Mehrkörper-Simulationsmodells unter Berücksichtigung von Elastizitäten die Kinematik des Mechanismus analysiert und kinetostatische Momente bestimmt. Daraufhin folgt die Beurteilung der Eignung bereits mit überschlägiger Auslegung ausgewählter Elektromotoren. Auf Grundlage der Analyse werden Möglichkeiten untersucht, die erforderliche Antriebsleistung des TerRoamers zu reduzieren, sowie die Laufruhe zu steigern.



Ott, Fabian;
Phänotypische Zell-Charakterisierung auf Polyethylenglycol-Hydrogelen mit E-Modul-Gradient. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Ziel dieser Arbeit war, die phänotypische Zell-Charakterisierung auf Polyethylenglycol Hydrogelen (PEG) mit E Modul Gradient. Dazu wurden PEG-Grund-Gele aus langkettigem PEG6000-Diacrylat (PEG-DA) mittels Ein Photonen Polymerisation (1PP) vernetzt. Nachfolgend wurden diese PEG-Grund-Gele mit kurzkettigem PEG550 Dimethacrylat (PEG DMA) infiltriert. Mittels 1PP und Zwei Photonen Polymerisation (2PP) wurden E Modul Gradienten generiert. Die biomechanische Charakterisierung erfolgte mittels kolloidaler Kraftspektroskopie. Um die Zelladhäsion auf den bioinerten PEG-Hydrogelen zu ermöglichen, wurde eine Biofunktionalisierung der Oberfläche mit Kollagen Typ I durchgeführt. Auf den PEG Hydrogelen wurden L929 Fibroblasten und MC3T3 E1 Osteoblasten kultiviert. Die Zellkerne, Aktinfilamente und Mikrotubuli wurden mittels Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Mit einem konfokalen Laserscanningmikroskop wurden Aufnahmen dieser Zellkompartimente erstellt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die L929 Fibroblasten auf elastischen Substraten (8 kPa) zur Bildung von Sphäroiden neigen. Auf großflächigen 1PP Gradienten Gelen mit verminderter Elastizität (480 kPa) präsentierten sich die Fibroblasten als geschlossener adhärenter Zellverband. Die kleinflächigen 2PP-Gradienten-Matrizes wurden bis zu einem E Modul von 222 kPa abgekapselt, ab 391 kPa wurde Zellwachstum beobachtet. Die MC3T3 E1 Osteoblasten wuchsen bevorzugt auf den 1PP- und 2PP Gradienten mit verminderter Elastizität. Je höher der E-Modul, desto flächiger adhärierten die Osteoblasten. Auf den elastischen Substraten (8 kPa) adhärierten nur vereinzelt Osteoblasten. Die Ergebnisse haben die Abhängigkeit des Phänotyps von der Substratsteifigkeit bewiesen.



Hofmeister, Sven;
Experimentelle Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Außenohrmodellen. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Ohr ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Lärm stellt in der heutigen Gesellschaft ein großes Problem dar, da durch die steigende alltägliche Belastung des Ohres durch einen zu hohen Lärmpegel das Risiko von Lärmschäden steigt. Dies bedeutet, dass die Lärmprävention in der Medizintechnik und -forschung an Bedeutung gewinnt. Das Gehör wurde zwar von der Natur mit Schutzmechanismen ausgestattet, diese sind mittlerweile nicht mehr ausreichend, um das Sinnesorgan vor Schäden zu schützen. Für die Analyse physikalischer Vorgänge wie zum Beispiel die Ausbreitung des Schalls im Raum wird vermehrt auf Ersatzmodelle zurückgegriffen. Hierfür soll mit Hilfe eines Versuchsstandes verschiedene Eigenschaften und Einflüsse eines Systems untersucht werden. Zentrale Aufgabe dieser Arbeit ist die Optimierung des bereits an der Technischen Universität Ilmenau aufgebauten Versuchstandes (FINKE (2016)). Die Schwerpunkte liegen auf der Positionierbarkeit des Lautsprechers und der Justierbarkeit des Mikrofons. Ein weiterer Punkt liegt in der Weiterentwicklung des Außenohrmodells, hinsichtlich der Modellierung einer Mikrofonaufnahme, die dem anatomischen Vorbild des Trommelfells entspricht. Zur Umsetzung der Zielstellung galt es Anforderungen an die Positionierbarkeit des Lautsprechers und die Justierbarkeit des Mikrofons zu formulieren und dafür Konzepte zu entwickeln. Das Konzept, dass am besten geeignet ist, wird für den Aufbau des Versuchsstandes aufgebaut. Als Grundlage zur Modellierung der Mikrofonaufnahme dient das CAD-Modell von SCHMIDT (2017). Hierbei handelt es sich um den monolithischen Aufbau des Außenohrmodells mit Gehörgang 1. Für die Modellierung der Mikrofonaufnahme werden zwei Ansätze für die Verkippung des Mikrofons um 45˚ vorgestellt und im SLA-Verfahren angefertigt. Der Ansatz der Mikrofonaufnahme ist in dem Modell von SCHMIDT (2017) senkrecht zur Horizontalachse vorgesehen. In den Messungen werden die drei Ansätze miteinander verglichen. Eine weitere Untersuchung soll zeigen, welchen Einfluss der Abstand des Lautsprechers zum Modell, auf die Messungen hat. Hierfür werden zwei Entfernungen am Versuchsstand eingestellt (100 mm und 200 mm).



Bredenstein, Simon;
Entwurf und Erprobung einer Schnittstelle zur Informationsvermittlung durch Vibrationen. - Ilmenau. - 131 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die Nutzung der taktilen Wahrnehmung zur gezielten Vermittlung von Informationen über die Hautoberfläche hat sich über Jahren hinweg etabliert und beständig verbessert. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Realisierung einer taktilen Schnittstelle zur Vermittlung von Informationen anhand von ortsbeweglichen Vibrationen. Basierend auf einem erstellten Konzept, wurde die Möglichkeit der Nutzung des Unterarmes als Einsatzort für eine taktile Schnittstelle ebenso untersucht, wie der Einfluss verschiedener Vibrationsmotoren auf die Wahrnehmung der erzeugten Reize. Ortsbewegliche Vibrationen zeichnen sich durch eine Bewegungsrichtung der Reize aus, die zur Informationsvermittlung genutzt werden kann. Das Ziel dieser Arbeit besteht daher in der Untersuchung, wie gut verschiedene Bewegungsrichtungen der Vibrationen detektiert werden können. Hierzu wurden drei unterschiedliche Varianten der ortsbeweglichen Vibrationen verglichen. Die Untersuchungen zeigen, dass sich der Bereich zwischen der Unterarmmitte und dem Ellenbogengelenk für den Einsatz einer vibrotaktilen Schnittstelle eignet. Die gute Erkennbarkeit der Bewegungsrichtung einer ortsbeweglichen Vibration weist ihre Nutzbarkeit zur Informationsvermittlung nach. Trotz der guten Detektionsrate zeigen sich bei der Umsetzung der Vibrationsreize, sowie beim Design der Schnittstelle noch weitere Optimierungsmöglichkeiten.



Sturm, Stefan;
Untersuchung der Schalldruckverteilung im Außenohr in Abhängigkeit von Eigenschaften des Trommelfells. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Das Ohr ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Durch die stets vorhandene Belastung in Beruf und Alltag ist die Schädigung des Ohres ein aktuelles Thema. Aus diesem Grund hat die Lärmprävention in der Forschung und Medizintechnik einen besonderen Stellenwert. Aus heutiger Sicht ist es möglich mit computerunterstützter Software Ersatzmodelle zu erstellen und mit deren Hilfe physikalische Prozesse mit einfachen Mitteln nachzubilden. Die Zentrale Aufgabe dieser Arbeit war es die Schalldruckverteilung des Außenohrs aufgrund der Eigenschaften vom Trommelfell zu untersuchen. Dabei wurde einleitend ein Überblick zu physikalischen und anatomischen Grundlagen vor dem Hintergrund der Physiologie des Ohres, sowie zum Stand der Technik gegeben. An der TU Ilmenau wurde ein digitales Ohrmuschel Modell entwickelt, dass in dieser Arbeit weiterführend betrachtet wird. Bei der Simulation der Schalldruckverteilung am Trommelfell wurde vordergründig dessen Schiefstellung als Einflussparameter betrachtet.



Preißner, Annabelle;
Entwurf und Erprobung eines Konzepts zur Steuerung von Fahrplattformen mittels Freiraumgesten. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Die Steuerung unterschiedlicher Geräte anhand von Touch-Gesten hat sich im Alltag etabliert. In verschiedenen Situationen kann es jedoch hilfreich sein, das zu steuernde Gerät nicht berühren zu müssen. Eine solche Art der Steuerung lässt sich anhand von Freiraumgesten ermöglichen. Zwar gibt es kamerabasierte Systeme, bei denen Freiraumgesten zur Steuerung eingesetzt werden, jedoch ist hierbei der Interaktionsraum für den Nutzer stark eingeschränkt. Um die Möglichkeiten einer Freiraumgestensteuerung zu analysieren, wurde in dieser Arbeit eine Steuerung anhand eines myoelektrischen Eingabegerätes, des Myo-Armbands, entwickelt. Das anhand von Freiraumgesten gesteuerte Gerät ist eine auf einem Arduino-Mikrocontroller basierende Fahrplattform. Anhand von Funktions- sowie Anwendungstests mit Probanden konnte die Steuerung nutzerorientiert entwickelt werden. Zudem war eine Evaluation der Funktionen des Armbandes sowie der verwendeten Gesten möglich. Die Ergebnisse der Tests belegen die Funktionalität der Steuerung und des Armbandes und liefern wichtige Aspekte für zukünftige Forschungsarbeiten in diesem Themengebiet.



Seitelmann, Sebastian;
Vergleich von Bewegungsanalysesystemen im Hinblick auf die Erfassung der Schwerpunktbewegungen bei Menschen. - Ilmenau. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Untersuchungen von Bewegungen mit Hilfe mechanischer Methoden und Modelle gewinnen für die Unterstützung der medizinischen Diagnostik immer mehr an Bedeutung. Die dazu verwendete instrumentelle 3D-Ganganalyse dient der qualitativen und quantitativen Beschreibung von Bewegungsvorgängen. Es werden dabei kinematische und kinetische Messverfahren simultan angewandt, um komplexe Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge erklären zu können. In dieser Arbeit soll ein Vergleich von Messdaten kinematischer Bewegungsanalysesysteme mit KMP-Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Genauigkeit zur Untersuchung der Körperschwerpunktbewegung beim Aufstehen durchgeführt werden. Hierzu werden zunächst Grundlagen zur Anatomie des Bewegungsapparates und der Biomechanik von Bewegungen beschrieben. In einem Bewegungsanalyselabor werden simultane Messungen zur Erfassung kinematischer und kinetischer Körperschwerpunktdaten beim Aufstehen von einem Hocker durchgeführt. Das hierfür erforderliche Messsetup wurde anhand der Ergebnisse verschiedener Test- und Versuchsreihen erstellt. Mit Hilfe der Softwareumgebung Matlab® wird eine Auswerteroutine für die Daten beider Messverfahren geschrieben, mit der graphische Darstellungen zum Vergleich der Kurvenverläufe erstellt und Parameter zur Bewertung der Korrelation berechnet werden können. Es kann gezeigt werden, dass Unterschiede zwischen den berechneten KSP-Bahnen aller verwendeter Messsysteme bestehen. Darüber hinaus wurden Messungen mit KMP durchgeführt, um den Einfluss verschiedener Störfaktoren auf die mittels inverser Dynamik berechneten KSP-Bahnen untersuchen zu können.



Kneip, Theresa;
Alternative Verankerungsmöglichkeiten für Hüftgelenkendoprothesen. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Immer mehr Menschen benötigen heute im Laufe ihres Lebens einen künstlichen Gelenkersatz. Da diese zurzeit meist auf Grund von Lockerungen der Endoprothese eine Standzeit von durchschnittlich zehn bis zwölf Jahren haben und auf Grund der massiven Schädigung der Knochensubstanz im Schnitt nur zweimal gewechselt werden können, stehen immer mehr Menschen vor der Situation, sich dazwischen entscheiden zu müssen, länger mit starken Schmerzen zu leben, oder die Gefahr einzugehen, dass nach etwa 30 Jahren kein neues Gelenk mehr eingesetzt werden kann. Um die Situation dieser Menschen zu verbessern, und mindestens eine zusätzliche Wechseloperation zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein alternatives, perikortikales Befestigungskonzept entwickelt. Durch diese Art der Befestigung soll für die Implantation weniger Knochensubstanz entfernt werden müssen, und zudem soll die Möglichkeit der Lockerung der Endoprothese verringert werden. Zunächst wurden anatomische und biomechanische Grundlagen erläutert und darauf aufbauend verschiedene Konzepte entwickelt. Auf Basis von vorher festgelegten Gewichtungsfaktoren konnte das bestmögliche Konzept bestimmt werden. Im Anschluss wurden Materialien betrachtet, welche für die Produktion der Endoprothesenbefestigung infrage kommen würden. Hierbei wurde zwischen bioresorbierbaren und nicht-bioresorbierbaren Materialien unterschieden. Abschließend wurde das vorher als bestmögliches identifizierte Konzept mit Hilfe von Autodesk Inventor zur besseren Veranschaulichung konstruiert.



Schmerbauch, Anja Eva Maria;
Implementation and analysis of rich locomotion behavior on the bio-inspired, quadruped robot Serval. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob sich natürliches Bewegungsverhalten von Hunden und Katzen auf den biologisch inspirierten, vierbeinigen Roboter Serval übertragen lässt; dies sollte unter Verwendung möglichst weniger Sensoren erfolgen. War eine Nachahmung von Bewegungsaufgaben nicht möglich, so wurden die Ursachen und Grenzen, die durch die Konstruktion und Steuerung hervorgerufen wurden, aufgezeigt und diskutiert. Zu Beginn wurden Bewegungsaufnahmen von trainierten Border Collies ausführlich analysiert. Darüber hinaus ist Referenzmaterial über die Fortbewegung von Katzen eingehender betrachtet worden. Hieraus wurden Trajektorien der Füße und signifikante Änderungen in der Haltung für unterschiedliche Gangarten und Bewegungsaufgaben ermittelt. Die Trajektorien wurden mit Hilfe kubischer Bézierkurven mathematisch beschrieben. Um die Größe der Kurven an den Roboter anzupassen, wird eine Skalierungsmethode verwendet, welche die Abmessungen des Roboters im Vergleich zur Größe der Border Collies betrachtet. Es wurde im Folgenden ein Vorschlag zur Parametrisierung vorgestellt, welcher eine Möglichkeit bietet, die Fußkurvengröße zu modifizieren. Diese Parametrisierung beschreibt die Trajektorien mit typischen Werten, die unter Beibehaltung der ursprünglichen Proportionen geändert werden können. Die Vorgehensweise zur Implementierung der Bewegungen und Abläufe in den Controller wurde dargelegt. Durch umfangreiche Experimente konnte die Ausführung erfolgreich implementierter Aufgaben gezeigt werden. Die Umsetzung der Fortbewegung und der Bewegungsabläufe des Roboters ist schließlich mit dem natürlichen Bewegungsverhalten der Tiere verglichen worden. Servals Beweglichkeit und Fähigkeiten konnten mit einer Benchmarking-Methode ins Verhältnis zu anderen Robotern und Tieren gesetzt werden.



Dutschmann, Christoph;
Entwurf und Validierung eines Algorithmus zur Erkennung der Geste "Winken" mittels Kinect® V2. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Algorithmus entwickelt, der basierend auf Daten einer Kinect® V2 die Geste "Winken" erkennt. Da in der Fachliteratur keine Definition dieser Geste gefunden wurde, wurde eine eigene Definition erarbeitet. Im Zuge der Untersuchung des Winkens konnten unterschiedliche Ausführungsformen ermittelt werden. Eine einheitliche Beschreibung wurde anhand eines Phasenmodells erarbeitet. Dieses Modell beinhaltet den Verlauf eines virtuellen Ellenbogenwinkels, der anhand der zur Verfügung stehenden dreidimensionalen Koordinaten definiert wurde. Die Erkennung der Geste durch den Algorithmus basiert sowohl auf Schwellwerten der Amplitude als auch der Frequenz. Zur Validierung der Schwellwerte, wurden Probandenversuche durchgeführt und die Erkennungsrate bestimmt. Dabei wurde auch untersucht, welche Ausführungsform die Probanden ohne vorherige Beeinflussung unter dem Begriff "Winken" verstehen. Nach Optimierung des Algorithmus ergab sich eine Erkennungsrate von 89 %. Damit besteht grundsätzlich die Möglichkeit des Einsatzes im Forschungsfeld der Gestensteuerung.