Forschungsprojekte

Das Vorhaben ist Teil des Projektes examING - Digitalisierung des kompetenzorientierten Prüfens für ingenieurwissenschaftliche Bachelorstudiengänge, welches von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre im Bund-Länder-Programm „Hochschule durch Digitalisierung stärken“ gefördert wird.
Ziel des Teilprojektes ist es, für die Studierenden der Ingenieurwissenschaften:

• neue digitale Prüfungsformate der Lehre in Form von digitalen Quiz oder auch interaktiven Rollenspielen, die u. a. der Prüfungsvorbereitung dienen, zu entwickeln

und

• eine neue Qualität im Bereich digitaler Zwischenprüfungen für den Bonuspunkteerwerb zu schaffen.

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Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und experimentelle Validierung von modellbasierten Synthesemethoden und Syntheserichtlinien für nachgiebige Mechanismen (NM) in der Kraftmess- und Wägetechnik. Erstmals soll ein analytisches Modell auf Basis der grundlegenden Erforschung physikalischer Effekte, wie elastische Nachwirkungen und Temperaturabhängigkeiten gebildet werden. Nach derzeitigem Kenntnisstand bestehen für Verformungskörper in der Kraftmess- und Wägetechnik keine geeigneten Syntheseansätze. Systeme in diesem Fachbereich stellen spezifische Anforderungen an die konstruktive Gestaltung der NM, wodurch neuartige Synthesemethoden benötigt werden. Durch das Projekt soll ein wesentlicher Beitrag geleistet werden, diese Lücke im Stand der Forschung zu schließen. Durch messtechnische Untersuchungen ist zu prüfen, ob durch die erarbeiteten Modelle und Herangehensweisen die Unsicherheiten der reduziert werden können. Da die Fertigungsgüte einen erheblichen Einfluss auf die Bewegungseigenschaften einzelner Festkörpergelenke und gesamter NM hat, sollen Robustheits- und Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, um die Auswirkungen der Fertigungstoleranzen auf die Mechanismen zu quantifizieren. Nachdem das entwickelte analytische Modell messtechnisch verifiziert wurde, werden Synthesemethoden erarbeitet. Damit sollen neuartige Lösungen für die Gestaltung der NM als Kraftsensoren gefunden werden.
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Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung intrinsisch nachgiebiger Tensegrity-Strukturen auf der Basis von hochelastischen Materialien mit ausgeprägt variabler Steifigkeit und Formänderungsfähigkeit für die Anwendung im Bereich der Soft-Material-Robotersysteme. Die Betrachtung spezieller nachgiebiger Materialien mit einem energielos (passiv) anpassungsfähigen dynamischen Verhalten, angewandt an die Tensegrity-Strukturen, ist ein wesentlicher Teil der Untersuchungen. Die zentrale Hypothese ist dabei: intrinsisch nachgiebige Tensegrity-Strukturen unterscheiden sich erheblich von anderen nachgiebigen Systemen und zwar durch deren Vorspannungszustand und spezifische Morphologie. Aufgrund dieser beiden Eigenschaften sind diese Strukturen insbesondere für zukunftsweisende Anwendungen in der Soft-Material-Robotik prädestiniert. Die Anwendung spezieller intelligenter Materialien in derartigen Strukturen zur gleichzeitigen Erzeugung aktuatorischer und sensorischer Eigenschaften führt zu hohem Grad funktioneller Integration. Deshalb werden im Projekt die Erforschung und die Analyse derartigen Strukturen und die Herleitung grundlegender Prinzipien deren anpassungsfähigen Verhaltens betrachtet, wobei ein holistischer Ansatz basierend auf strukturellen, material- und fertigungsseitigen Aspekten verwendet wird. Die Ergebnisse der Grundlagenforschung in diesem Projekt bilden die Grundlage für die Erforschung vom Potenzial, der Vorteile sowie der Grenzen nachgiebiger Tensegrity-Strukturen für die Anwendung in der Soft-Material-Robotik.
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Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagen zur Synthese nachgiebiger Mechanismen mit optimierten Festkörpergelenken. Als Schwerpunkt der 1. Projektphase wurden die Auswirkungen der Gelenkkontur auf die Mechanismuseigenschaften im Vergleich zum Starrkörpervorbild untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass Gelenke mit direkt im Mechanismus optimierten Polynomkonturen einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Konturen bieten, da sie eine gleichzeitige Erhöhung von Bewegungsbereich und Präzision ermöglichen. Eine weitere Verbesserung kann durch die Verwendung unterschiedlicher Konturen in einem Mechanismus sowie eine günstige Gestaltung der Gelenkorientierung und Koppelgeometrie erreicht werden. Ausgehend von der 1. Phase existiert zusätzlicher Forschungsbedarf bei der geometrischen Gestaltung von monolithischen Mikro- und Nanopositioniersystemen mit Makroabmessungen. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung einer neuartigen, gegenüber dem idealisierten Starrkörpermodell verbesserten Synthesemethode basierend auf den Gelenkdrehwinkeln. Diese erlaubt die gezielte geometrische Gestaltung von nachgiebigen Mechanismen unter Berücksichtigung des Einflusses der Skalierung.