Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Wed, 12 Jun 2024 00:38:07 +0200 in 0.0922 sec


Vilca, Miguel;
Investigation of the rheological behavior of polyborosiloxane with magnetically responsive particles. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024

Durch die Entwicklung der Soft-Robotik wird der Einsatz neuer oder neuartiger Materialien forciert, die den notwendigen Anforderungen und Ansprüchen in diesem Bereich gerecht werden. In diesem Zusammenhang kommt den sogenannten Smart Materials besondere Bedeutung zu. Diese Werkstoffe haben die einzigartige Fähigkeit, ihre Eigenschaften unter dem Einfluss physikalischer Größen zu verändern, z.B. in Abhängigkeit von der Temperatur, äußeren Magnetfeldern und elektrischen Feldern. Ein solches Smart Material, das in der Vergangenheit nur als Spielzeug verwendet wurde, ist Polyborosiloxane, welches umgangssprachlich auch als "Silly Putty" bekannt ist. Dieses besitzt aufgrund seiner nicht-newtonschen Eigenschaften vielfältige Anwendungsgebiete. Um das Verhalten von Polyborosiloxane durch ein äußeres Magnetfeld beeinflussen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit Verbundwerkstoffe mit einer Matrix aus Polyborosiloxane sowie Partikeln aus Carbonyleisenpulver synthetisiert und untersucht. Die genannten Komponenten wurden nach der Synthese des Polyborosiloxanes aus Polydimethylsiloxane und Borsäure von Hand gemischt, wobei der Massenanteil der dem Polymer zugesetzten Partikel von 20% bis 80% in Schritten von 20% variiert wurde. Zunächst wurden eine Reihe rheologischer Untersuchungen durchgeführt, um die entstandenen Proben hinsichtlich ihres Speicher- und Verlustmoduls zu charakterisieren und zu vergleichen. Um das Fließverhalten des Materials im Schwerefeld der Erde durch ein Magnetfeld zu beeinflussen, wurde eine Helmholtz-Spule genutzt, die sich durch ein konstantes und homogenes Magnetfeld in der Mitte der Spulen auszeichnet. Die aus den Experimenten gewonnenen Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Materials, eine gewünschte Form unter Einwirkung eines Magnetfelds länger beizubehalten.



Ramirez Mestanza, Dante Aaron;
Investigation of the rheological behavior of polyborosiloxane. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Polyborosiloxane, im Englischen auch als Shear Stiffening Gel bekannt, sind silikonbasierte Elastomere, die durch die Modifikation von Polydimethylsiloxan mit B(OH)x-Gruppen entstehen. Dieses Material besitzt einzigartige viskoelastische Eigenschaften und Selbstheilungsfähigkeiten. Aufgrund der chemischen Struktur weist das Material zwei mechanische Verhaltensweisen auf. Bei niedrigen Spannungsraten zeigt Polyborosiloxan ein viskoses Flüssigkeitsverhalten, Ursache ist die Relaxation dynamischer Bindungen. Bei hohen Spannungsraten geht sein Verhalten von viskos zu gummiartig über, was auf das Schließen dieser dynamischen Bindungen zurückzuführen ist. Frühere Untersuchungen haben die Beziehung zwischen der chemischen Struktur und den daraus resultierenden Eigenschaften erforscht. Es gibt jedoch unzureichende Informationen über den Einfluss der Synthesemethoden und verschiedener Stimuli (u.a. mechanischer Schwingungen). Diese Kenntnisse sind jedoch Voraussetzung für die Anwen-dung in der Soft-Robotik. In dieser Arbeit werden verschiedene Polyborosiloxan-Proben untersucht. Grundlage sind zwei Polydimethylsiloxane unterschiedlicher Viskosität. Die Proben wurden in drei Kategorien unterteilt: reine Polyborosiloxane, synthetisiert mit den genannten Polydimethylsiloxan-Ausgangsstoffen (Kategorie 1); synthetisierte Proben, durch Mischen der beiden Polydimethylsiloxan-Ausgangsstoffe in unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen (20/80, 40/60, 60/40 und 80/20) (Kategorie 2); und Proben, die durch Mischen der beiden reinen Polyborosiloxane der ersten Kategorie in denselben Verhältnissen wie die zweite Gruppe hergestellt wurden (Kategorie 3). Zur Charakterisierung des Materials wurden umfangreiche Versuche durchgeführt. Die rheologischen Eigenschaften wurden durch Amplituden- und Frequenzsweep-Tests ermittelt. Weitere Untersuchungen dienten zur Analyse der chemischen Struktur und Morphologie. Ein Formänderungstest bei verschiedenen Schwingungsfrequenzen untersuchte den Einfluss von Vibrationen auf die Eigenschaften von Polyborosiloxan. Die Ergebnisse zeigen charakteristische Si-O-B-Bindungen in der Struktur synthetisierter Polyborosiloxan-Proben sowie Spuren von unreaktiver Borsäure. Rheologische Tests deuten darauf hin, dass Proben der zweiten Kategorie eine homogenere Verteilung im Vergleich zur dritten Kategorie aufweisen. In den Proben der dritten Kategorie beeinflusst die Zugabe von Polyborosiloxan mit geringerer Viskosität die rheologischen Eigenschaften ab einem Anteil von 40 %. Weitere Ergebnisse zeigen den Einfluss mechanischer Anregungen auf die Formbeständigkeit von Polyborosiloxan.



Weyh, Lars;
Simulation und Messung von Eigenfrequenzen und des Schwingungsverhaltens elektrischer Traktionsantriebe. - Ilmenau. - 145 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In der vorliegenden Arbeit wurden schwingungstechnische Untersuchungen an einem vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. entwickelten Elektromotor eines Zugkonzepts durchgeführt. Vor allem für den Fahrgastkomfort und das Verschleißverhalten ist es von Bedeutung, dass während des Betriebs keine kritischen und zu Resonanz führenden Eigenfrequenzen des Antriebsaufbaus angeregt werden. Der Fokus der Arbeit lag hierbei auf den entstehenden Schwingungen am Motor selbst. Mithilfe verschiedener Messaufbauten wurden bestimmte Schwingungscharakteristika wie Unwuchtanregung, harmonische Oberschwingungen und Magnetkraftanregung messtechnisch analysiert. Daneben fand ein Ergebnisvergleich der verwendeten Messtechniken (piezoelektrische Beschleunigungsmessung, Laser-Doppler-Vibrometrie und Laser-Triangulation) statt, um die Vorteile der verschiedenen Messprinzipien ausnutzen und die Messergebnisse untereinander validieren zu können. Zusätzlich wurde der Elektromotor und seine Komponenten numerisch mithilfe der im Software- Programm Ansys implementierten Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht. Anwendung fanden hierbei die numerische, teils vorgespannte Modalanalyse, um Eigenfrequenzen rechnerisch zu ermitteln, sowie die harmonische Analyse, um insbesondere das Schwingungsverhalten bei Magnetkraftanregung zu simulieren. Bei Letzterem wurde das mechanische Physikmodell aus Ansys Mechanical mit dem elektromagnetischen Modell aus Ansys Maxwell gekoppelt. Im Hinblick auf eine zukünftige, fundierte numerische Auslegung bezüglich des Schwingungsverhaltens einer Konstruktion schon während der Entwicklungsphase wurde ein Vergleich zwischen den messtechnischen und numerischen Ergebnissen gezogen.



Wu, Yuanyuan;
Entwicklung und Untersuchung fluidmechanischer nachgiebiger Aktuatoren zur dynamischen Druckmodulation des Augeninnendruckes. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Heutzutage leiden immer mehr Menschen an einem Glaukom. Glaukom ist die zweithäufigste Ursache für Erblindung in der Welt. die Firma Imedos hat das medizinische Gerät "IOPstim" entwickelt, das der klinischen Untersuchung des Glaukoms dient. Die Übertragungseigenschaften des Aktuators dieses Geräts sind jedoch schwach, so dass eine Neuentwicklung des Aktuators erforderlich ist. Das Forschungsziel dieser Arbeit ist es, einen Aktuator zu finden, der eine lineare Übertragungscharakteristik erreichen kann. um den bestehenden fluidmechanischen nachgiebigen Aktuator in IOPstim zu ersetzen. Dieses Ziel wird weiter umgesetzt in die Erzielung von Federn mit Null-Steifigkeits-Kennlinien. Die Phase der Null-Steifigkeit wird in dieser Studie als Plateau definiert. Die von der Feder erreichbare Plateau-kraft F und Plateau-länge ∆u wird untersucht und bewertet. Entsprechend diesem Forschungsziel wurden 5 Lösungen vorgeschlagen. Jede Lösung wird parametrisiert und die Auswirkung der Hauptparameter auf die Federkennlinie wird untersucht. Die beste Antwort, die auf der Grundlage der ausgewählten Bewertungskriterien ausgewählt wurde, wird erstellt und experimentell analysiert.



Eisele, Simon;
Entwicklung eines echtzeitfähigen Rimless-Wheel-Modells zur Beschreibung des Rimless-Wheel-Walking für einen elastischen modularen Explorationsrover. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023

Zum aktuellen Zeitpunkt dominieren radgetriebene Rover die Raumfahrt. Diese sind in der Lage, planetare Oberflächen aus nächster Nähe zu untersuchen und spielen daher eine Schlüsselrolle bei der Erforschung fremder Himmelskörper. Ihr Einsatz ist allerdings auf relativ ebene Oberflächen begrenzt. Um schwer zugängliche Areale, wie beispielsweise Höhlen zu erschließen, hat das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum einen Rover, basierend auf einem alternativen Lokomotionsprinzip, entwickelt: dem Rimless-Wheel (mantelloses Rad). Durch Entfernen der Radummantelung werden die Speichen der Räder wie Beine eingesetzt. Die resultierende Fortbewegung stellt eine Hybridform aus Rollen und Laufen dar. Die Beine des Rovers bestehen aus nachgiebigen Speichen und Fußelementen. Diese bieten zahlreiche Vorteile, machen die Beschreibung des Rimless-Wheel-Walkings jedoch komplex. Im Rahmen dieser Arbeit wird; unter Annahme quasistatischer Verhältnisse, ein Berechnungsverfahren entwickelt, das die Verfomungszustände eines Rades für eine gesamte Umdrehung auf ebenem Untergrund darstellen kann. Die Deformation der Speichen wird dabei mittels nichtlinearer Balkentheorie nach Euler-Bernoulli modelliert. Für das Verformungsverhalten der Fußelemente wird ein Berechnungsverfahren anhand von Messreihen abgeleitet. Die hergeleiteten Modellgleichungen werden mithilfe eines MATLAB-Algorithmus numerisch gelöst. Das entwickelte Berechnungsmodell wird anhand einer Messung am Terramechanics Robotic Locomotion Laboratory-Prüfstand des DLR validiert. Dabei zeigt sich Verbesserungspotential, insbesondere bei der Beschreibung der nachgiebigen Fußelemente. Anhand des Berechnungsmodells werden Parameterstudien durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Stellmoment, Gewichtskraft, Stellwinkel und Verformung zu untersuchen. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Näherungsverfahren zur echtzeitfähigen Berechnung der Verformungszustände entwickelt. Dieses nutzt lineare Interpolation, um Ergebnisse aller Gleichgewichtszustände generieren zu können. Das entwickelte Berechnungsmodell lässt noch Raum für Optimierungen, ist aber dennoch eine geeignete Methode, um den Abrollvorgangs nachgiebiger, mantelloser Räder darzustellen. Das vorgestellte Berechnungsmodell kann somit als Grundlage weiterer Untersuchungen dienen.



Song, Yao;
Entwicklung und Untersuchung eines Brillengestells für eine asiatische Kopfform zur dynamischen Druckmodulation des Augeninnendrucks. - Ilmenau. - 52 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Ziel der Arbeit war es die Brille des IOPstim zu untersuchen, Schwachstellen zu identifizieren und die Brille daraufhin zu optimieren. Der IOPstim ist ein Gerät, mit dem über ein an einem Brillengestell angebrachten Aktuator aus Silikon, der im Kontakt mit dem Auge steht, der Augeninnendruck erhöht werden kann. Mit Erhöhung des Augeninnendrucks wird dann der retinale Venendruck bestimmt, der als neuer Diagnoseparameter verwendet wird, um Augenerkrankungen zu erkennen. Zunächst wurden innerhalb der Arbeit Vorarbeiten zu Funktionsweise, Aufbau und Materialeigenschaften der IOPstim-Brille vorgestellt. Danach wurde Literaturrecherche über europäische und asiatische Köpfe durchgeführt, um eine Kopfform mit asiatischen Eigenschaften zu erhalten. Die Benutzung der Brille bei 10 asiatischen Probanden zeigte Probleme bei den Einstellmöglichkeiten, um eine optimale Aktuatorposition zu erreichen. Aus diesem Grund wurden neue Anforderungen definiert, die in eine Optimierung des Brillengestells endeten. Änderungen wurden bspw. in der Winkeleinstellmöglichkeiten und bei dem minimalen Abstand zwischen Aktuator und Augen herbeigeführt. Anschließend wurden eigene Prinziplösungen zu den Problemen und Anforderung der Brille vorgestellt. Diese Prinzipien wurden hinsichtlich des Fertigungsaufwands und der Funktion bewertet. Mit Hilfe der Ergebnisse der mehrwertigen Bewertung wurde einzelne Prinzipe ausgewählt und konstruktiv umgesetzt. Anhand eines Versuches konnte die auf das Brillengestells wirkende Aktuatorkraft nachgestellt werden. Dabei konnte die Gesamtverformung an der Kraftangriffsstelle identifiziert werden. Mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) konnte diese Gesamtverformung durch Versteifungen an der Krümmung und der Vorderseite des Brillengestells insgesamt um den Faktor 50 % verkleinert werden. Die Herstellung des optimierten Brillengestells mittels 3D Druckverfahren wurde schlussendlich in Auftrag gegeben.



Sea Ordaya, Alexander Javier;
Investigation of different compliant mechanisms. - Ilmenau. - 136 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Anwendung von nachgiebigen Mechanismen hat in den letzten Jahren zugenommen. Dies liegt an den Vorteilen, die sie im Vergleich zu starren Mechanismen bieten. Allerdings wird die Methode zu ihrer Untersuchung immer komplizierter. So sind die mathematischen Gleichungen zur Untersuchung ihres Verhaltens auf einem höheren Niveau, so dass die Unterstützung durch Berechnungssoftware erforderlich ist. Aus diesem Grund wird ein analytisches Modell entwickelt, um die Untersuchung von nachgiebigen Mechanismen zu erleichtern. Zu diesem Zweck wird ein Überblick über die Theorie zur Berechnung des nachgiebigen Mechanismus gegeben und bei der Entwicklung des analytischen Modells angewendet. In diesem Fall wurden die Gleichungen, die aus der Euler-Bernoulli-Balkentheorie abgeleitet, verwendet. Um einen Vergleich der Ergebnisse zu ermöglichen, wurde eine Software verwendet, die die Finite-Elemente-Methode anwendet. Nach der Simulation der Strukturen in beiden Modellen wurden die relativen Fehler ermittelt. Bei den Simulationen zur Ermittlung der Verschiebung aufgrund externer Kräfte wurde nur der erste Knoten der Strukturen als “Clamp” definiert und die externen Kräfte wurden auf die anderen Knoten angewendet. Für diese Untersuchung wurden neun Strukturen simuliert. Um einen repräsentativen relativen Fehler zu erhalten, wurde ein Mittelwert berechnet, der 5,69% und 4,28% in der x- bzw. y-Achse beträgt. Weil in allen Fällen der erste Knotenpunkt fixiert ist, wurden die Momente an diesem Knotenpunkt ermittelt und verglichen. Der durchschnittliche relative Fehler beträgt 1,74%. Danach wurden die Simulationen zur Ermittlung der Kräfte bei der Rotation der Strukturen durchgeführt. Für die Simulationen wurden die Strukturen in einem Bereich von -0,4 rad und 0,4 rad mit Schritten von 0,1 rad gedreht. Für diese Untersuchung wurden 4 Strukturen simuliert und 14 Parameter definiert. Der maximal ermittelte relative Fehler beträgt 5,05rad. Schließlich wurde eine Studie über das Verhalten des normalisierten Moments am ersten Knoten der 4 Strukturen durchgeführt, während die 14 Parameter verändert. In dieser Untersuchung wurde einerseits festgestellt, dass die Parameter R1 und R2 aus der Struktur 3 einen guten Einfluss auf die Kurven haben, andererseits haben die Parameter R1 und α aus der Struktur 4 fast keinen Einfluss.



Simulation von Robotern für ein Laboranalysesystem. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Neuentwicklung von Robotern für ein Laboranalysesystem simulativ begleitet. Zu Beginn werden die Aufgaben und die Funktionsweise des bestehenden Geräts sowie die zu treffenden Verbesserungen erklärt. Im Hauptteil der Arbeit werden der Aufbau, die Simulation und die Auswertung mehrere Mehrkörpersimulations-Modelle beschrieben. Dies erfolgt entwicklungsbegleitend, wobei die Ergebnisse der Simulation für die Auslegung der Neuentwicklung genutzt werden. Für die Betrachtung der Verformung des Systems im dynamischen Fall, wird jeweils ein „Multy-Body-Dynamics-Modell“ von dem bestehenden Gerät und der Neuentwicklung aufgebaut. Die Parameter der Modelle werden durch Messungen an einem im Labor aufgebauten Gerät validiert.



Patricio Isidro, Cristopher Alex;
Analytical modelling for calculating the free vibrations of branched compliant mechanisms. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Ein nachgiebiger Mechanismus ist für die Umwandlung von Bewegung oder Kraft von einem Antriebs- zu einem Abtriebselement verantwortlich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mechanismen geschieht dies hauptsächlich durch elastische Verformung. Nachgiebige Mechanismen werden aufgrund ihrer hohen Präzision, ihrer geringen Kosten und ihrer besseren Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Mechanismen eingesetzt und sind vor allem in der Präszisionstechnik zu finden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Mechanismen zu kategorisieren, eine davon ist die nach ihrer Struktur, z. B. serielle, parallele oder verzweigte Mechanismen, wobei letztere die meisten Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten bieten. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der statischen Analyse von nachgiebigen Mechanismen erzielt, ihr dynamisches Verhalten ist jedoch noch nicht umfassend erforscht worden. Daher konzentriert sich diese Masterarbeit speziell auf die dynamische Analyse von verzweigten nachgiebigen Mechanismen. Bestehende analytische Methoden werden untersucht, und auf der Grundlage der Ergebnisse wird eine neue analytische Methode abgeleitet. Sie basiert auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie in Kombination mit der Transfermatrixmethode. Diese Methode ermöglicht die Bestimmung der Eigenfrequenzen beliebiger planarer Mechanismen mit Verzweigungen. Nachgiebige Mechanismen können aus n Zweigen bestehen und jeder Zweig kann aus i Elementen zusammengesetzt sein. Darüber hinaus beinhaltet diese Masterarbeit die Entwicklung eines Software-Tools, das die intuitive und zeitsparende Berechnung von Eigenfrequenzen für verzweigte planare nachgiebige Mechanismen ermöglicht. Die Software verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche, die das Entwerfen, Bearbeiten und Entfernen von Balken (rechteckiger oder kreisförmiger Querschnitt), Festkörpergelenken (halbkreisförmig oder linear), Knoten und Randbedingungen, die den nachgiebigen Mechanismus definieren, mühelos ermöglicht. Aufgrund der Komplexität wird im Softwaretool nur ein Verzweigungspunkt pro Mechanismus berücksichtigt. Die Auswertung zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Referenzmodellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern ein analytisches Modell und ein Softwaretool, die zuverlässige und effiziente Berechnungen der Eigenfrequenzen für verzweigte planare nachgiebige Mechanismen ermöglichen. Diese Beiträge ermöglichen es uns, solche Mechanismen besser zu verstehen und zu analysieren und so ihre Konstruktion, Leistung und Einsetzbarkeit zu verbessern.



Erstellung und Untersuchung von Modellen omnidirektionaler Räder für die Mehrkörpersimulation. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

In der vorliegenden Arbeit wird die Dynamik eines Mecanum-Rades mittels der Simulation als Mehrkörpersystem untersucht. Eine Literaturrecherche mit konkreter Stichwortvorgabe bildet die Grundlage für eine Übersicht der verschiedenen Arten von Rädern und ihre Anwendungen. Im folgenden werden die Voraussetzungen für eine Untersuchung der Bewegung eines mobilen Systems mit omnidirektionalen Rädern dargestellt, u.a. eine kurze Einführung in die Mehrkörperdynamik (MKD). Ausgehend von Kinematik des Mecanum-Rades wurde ein mobiles System aus vier Mecanum-Rädern untersucht und typische Fahrmanöver mit Alaska umgesetzt und visualisiert. In dieser Arbeit werden Beispiele für die verschiedenen Fahrmanöver vorgestellt. (z.B. geradlinige Bewegung und Kurvenfahrt) Ein Vergleich der theoretischen Überlegungen mit den Ergebnissen der Bewegungssimulation bildet den Abschluss der Arbeit. Für die numerischen Simulationen der Dynamik der mobilen Plattform mit Mecanum-Rädern wird die Mehrkörpersimulationssoftware Alaska eingesetzt.




   

... bis 2022 vom ehem. FG Technische Mechanik

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Erstellt: Wed, 12 Jun 2024 00:38:08 +0200 in 0.0740 sec


Barakat, Mahmoud;
Theoretische und experimentelle Untersuchungen von Transportsystemen mit ferrofluidischer Lagerung. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Ferrofluide entwickeln sich für mehrere Jahre als dynamisches Forschungsgebiet. Sie gewinnen an großer Bedeutung in Vielen Anwendungen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Konzept für ein Transportsystem aus ferrofluidischen Modulen nach dem biologischen Vorbild karpaler Vibrissen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des neu entwickelten Systems durch Modelle, Simulationen und Experimente durchgeführt, um die Bewegung des Systems zu untersuchen. Ergebnisse der Versuche mit unterschiedlichen Frequenzen des Bewegungsablaufs werden am Ende dieser Arbeit visualisiert und ausgewertet.



Ji, Jie;
Modellbildung und mehrkörperdynamische Simulation schwingungstechnischer Probleme mit der Software Matlab. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die Schwingung ist eine sich repetierende oder periodische Zustandsänderung eines physikalischen Systems. Die Erscheinungen der Schwingung in der Natur und Technik sind am meisten untersucht. In dieser Arbeit werden zwei Typen der Schwingung beschrieben, welche nach dem Freiheitsgrad des schwingenden Systems klassifiziert sind. Der eine ist ein Einmassenschwinger und der andere ein Mehrmassenschwinger. Durch die numerische Integration mit der Software Matlab werden Berechnungsmodelle anhand von drei Beispielen, Brückenkran, Doppelschaukel und Kondensatormikrofon erstellt. Eine Simulation des Modells für E-Learning-Umgebungen wird durch die Gui-Methode von der Software Matlab aufgestellt. Durch die Ergebnisse der Simulation kann der Prozess der Schwingungen direkt beobachtet werden.



Zhou, Nan;
Experimentelle Untersuchung von magnetoaktiven Elastomeren in Lokomotionssystemen. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Magnetoaktive Elastomere (MAE) gehören zu den intelligenten Werkstoffen, welche unter einem Magnetfeld ihre Materialeigenschaften reversibel verändern können. Sie bestehen aus einer weichen Elastomere Matrix und darin dispergierten weich- od./und hartmagnetischen Partikel, außerdem könnten sie auch Additive (z.B. Silikonöl) enthalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Lokomotionssystemen, welche ein MAE-Funktionselement, eine Spule und einen Aufsatz als Hauptbestandteile enthalten. Eine Wechselspannung erzeugt in der Spule ein wechselndes Magnetfeld, dabei verformt sich der Balken unter einer wechselnden magnetischen Kraft. Durch die wechselnden Verformungen verschieben sich die beiden Enden des Balkens mithilfe unsymmetrischer Reibung in eine uniaxiale Richtung. Diese unsymmetrische Reibung entsteht durch schräg abstehende Beine am Balken. Hierbei werden die Parametereinflüsse auf das Bewegungsverhalten von zwei Lokomotionssystemen mit unterschiedlichen MAE-Funktionselementen, welche gleiche Abmessungen aber verschiedenen Zusammensetzungen haben untersucht. Das eine Funktionselement besitzt einen mehrpoligen MAE-Balken aus weich- und hartmagnetischen Partikeln mit einem Südpol in der Mitte und zwei Nordpolen an den Enden. Der andere enthält weichmagnetische Partikeln mit einem Anteil von 80 Gew.-%. Bei den Untersuchungen werden 10 additiv gefertigten Aufsätzen genutzt, welche verschiedene Abstände zwischen der Spule und dem MAE-Balken erzeugen. Außerdem wird das Bewegungsverhalten für Steigungen und Gefälle von 0-30˚ untersucht. Dabei werden Geschwindigkeitsdiagramme in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz des Magnetfelds erstellt. Die Ergebnisse werden unter der theoretischen Bewegungsanalyse ausgewertet.



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.