Forschungsprojekte

Leichter durch die Prüfung durch digital gestütztes Lehren/Lernen in der Welt der Mechanismen und Getriebetechnik

TU Ilmenau / NSys

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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GRK 2182: Teil A3 „Konstruktive Grundlagen für Nanofabrikationssysteme“

Bild NanopositioniermaschineTU Ilmenau
Nanopositioniermaschine

Das Vorhaben ist Teil des Projektes GRK 2182:  Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in ausgedehnten makroskopischen Arbeitsbereichen (Graduiertenkolleg), welches von der DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert wird.
Ziel des Teilprojektes ist es, die Voraussetzungen für die nächsten Generationen von Nanopositionier- und Fabrikationssystemen zu schaffen. Der Lösungsansatz geht dabei vom Einsatz nachgiebiger Mechanismen in Kombination mit elektrostatischen Antriebssystemen aus. Um die sehr hohen Forderungen an die mechanischen und elektrischen Eigenschaften erfüllen zu können, soll die Realisierung in Form einer planaren, monolithischen Struktur erfolgen, die auf Siliziumbasis mikrotechnisch erzeugt wird.

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Synthese nachgiebiger Mechanismen in der Kraftmess- und Wägetechnik für Präzisionsanwendungen

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00023010

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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Design von zweibeinigen Läufern für energieoptimale Fortbewegung in variierender Umgebung

TU Ilmenau / NSys

Es sollen Laufsysteme zur energieeffizienten Fortbewegung auf zwei Beinen in verschiedenen Umgebungen und mit verschiedenen Gangarten (Gehen und Rennen) entwickelt werden. Die Anpassungsfähigkeit dieser Systeme soll durch „compliant smart mechanics“ (COSM) erreicht werden. Dies sind nachgiebige mechanische Systeme, die „smart materials“ mit geometrischen bzw. strukturellen Eigenschaften (angestrebtes mono- oder bistabiles Verhalten) kombinieren. Diese Mechanismen werden nicht nur als Verbindung zwischen zwei benachbarter Segmente des Laufsystems, sondern auch zwischen dessen Extremitäten angewendet. Die hohe Energieeffizienz für die verschiedenen Gangarten und Umgebungen ergibt sich durch die Entwicklung optimaler Kennlinien (Kraft-Weg und/oder Kraft-Geschwindigkeit) und dessen Realisierung durch COSM.
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(... zum Themenjahr Energie)


Soft Tensegrity-Strukturen mit variabler Steifigkeit und Formänderungsfähigkeit

TU Ilmenau

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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abgeschlossene Forschungsprojekte

TU Ilmenau

Das gemeinsame langfristige Ziel der Forschungsgruppe ist es, in die physikalischen Grenzbereiche der Präzisionswägetechnik vorzudringen. Störende Einflüsse und Effekte sollen grundlegend untersucht, modelliert und darauf aufbauend konstruktiv, regelungstechnisch und elektronisch beherrscht werden. Auf diesen Grundlagen wird eine relative Standardabweichung der Massedifferenzen von 5∙10-12, also 5 Nanogramm, für Vergleiche von 1 kg-Massenormalen angestrebt. Aktuell werden hier 50 Nanogramm erreicht. Das Ziel ist also eine Reduktion der Standardabweichung um einen Faktor 10. Hierfür besteht ein sehr hoher Bedarf sowohl für die praktische Weitergabe der SI-Einheit Kilogramm als auch für Grundlagenuntersuchungen nach einer möglichen Neudefinition.

TU Ilmenau

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.

TU Ilmenau

Ziel des Projektes ist die folgerichtige Ergänzung der im vorangegangenen Projekt entwickelten Instrumentarien um eine integrierte Sensorik zur Detektion von Verformungszuständen und/oder Interaktionskräften mit den umliegenden Geweben. Um die vorteilhafte Nachgiebigkeit der entwickelten Aktuatoren zu erhalten, sollen elektrisch leitfähige Silikone verwendet werden, da diese ebenso flexibel sind, wie der verwendete Grundwerkstoff der Instrumente bzw. der bereits entwickelten Aktuatorik. Weiterhin ändern leitfähige Polymere ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit der Materialdehnung, wodurch in den silikonbasierten Instrumentarien eine inhärente Sensorik realisiert werden kann.