Konzeption und Konstruktion eines universellen Montagekonzeptes mit Mensch-Roboter-Kollaboration. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Viele Unternehmen stehen unter einem steigenden internationalen Wettbewerbsdruck. Dabei stellen die Ansprüche der Kunden nach individualisierten Produkten zu vergleichbaren Kosten wie standardisierte Massenprodukte, die Unternehmen vor große Herausforderungen. Daher wird ein System gesucht, welches eine wirtschaftliche Produktion bei bestehender Individualität ermöglicht. Dies könnte durch eine gezielte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter erreicht werden, die die beidseitigen Vorteile in einem hybriden Produktionssystem als Mensch-Roboter-Arbeitsplatz vereint. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines neuartigen Produktionssystems für die Montage durch Interaktion zwischen Mensch und 6-Achs-Roboter. Auf Grundlage der Maschinen- und Robotersicherheit werden neue Sicherheitskonzepte zur Mensch-Roboter-Interaktion entwickelt. Dabei wird ein neu entwickeltes und noch nicht zertifiziertes 3D-Kamerasystem zur Erfassung bewegter Objekt im Raum in das Sicherheitskonzept integriert. Anhand eines konkreten Fallbeispiels zur Montage eines Steckereinsatzes wird ein Mensch-Roboter-Montageplatz konzipiert und ein zugehöriges Sicherheitskonzept erstellt. Hierzu wird das Produkt analysiert, ein Montageablauf festgelegt sowie ein geeigneter Interaktionsgrad zwischen Mensch und Roboter ermittelt. Für den Mensch-Roboter-Montageplatz werden Komponenten empfohlen und in einer grafischen Entwurfsskizze konkretisiert. Abschließend wird das Sicherheitskonzept validiert.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Nachgiebige Mechanismen besitzen aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften ein großes Anwendungspotenzial in Bereichen der Robotik, Präzisionstechnik, Messtechnik, Medizintechnik sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik. Der Bedarf an Entwurfswerkzeugen für nachgiebige Mechanismen hat zur Entwicklung von Entwurfsmethoden geführt, die sich häufig auf die Gestaltung der nachgiebigen Gelenke konzentrieren. Bedingt durch die Komplexität der Zusammenhänge werden die Gestaltung der Glieder und deren Einfluss auf die Größe des Mechanismus, die Kollisionsvermeidung, den Bewegungsbereich oder die Herstellbarkeit meist vernachlässigt. Die vorliegende Masterarbeit strebt die Entwicklung von Analysewerkzeugen und Lösungsmustern an, die den computerunterstützen Entwurf der Glieder in einem nachgiebigen Mechanismus ermöglichen. Basierend auf dem kinematischen Verhalten eines Starrkörpermodells sowie gegeben Abmessungen für nachgiebige Gelenke werden Softwarekomponenten entwickelt, um den zu Verfügung stehenden Bauraum für die Gliedgestaltung zu bestimmen. Durch die Berücksichtigung der Relativbewegungen zwischen den Mechanismenelementen sowie weiteren Bauteilen werden dabei Kollisionen vermieden. Die erstellten Softwarekomponenten können als Teilsystem für die Gestaltung und Optimierung eines nachgiebigen Mechanismus eingesetzt werden. Der ermittelte Bauraum für die Gestaltung der einzelnen Glieder kann als Ausgangspunkt für die Anwendung von Entwurfsmustern oder zur Topologieoptimierung dienen. Hierzu werden mögliche Prozessabläufe beschrieben und das Anwendungspotenzial der erstellten Softwarekomponenten abgeschätzt. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und Potenziale für weitere Untersuchungen aufgezeigt.
Konstruktion einer prototypischen Maschine zur Unwuchtbestimmung rotierender Körper in vertikaler Lage. - Ilmenau. - 121 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten ist ein prototypischer Versuchsstand zu entwickeln, mit dem die Unwucht von Rotoren in vertikaler Lage bestimmt werden kann. Hierbei liegt der Fokus auf der Unwuchtmessung von Werkzeughalter SK 40 nach DIN ISO 69871. Die Maschine soll zudem über die Funktion verfügen, auch Rotoren anderer Geometrie auf Ihre Unwucht zu prüfen. Die Basis der Konstruktion bildet dabei das Einarbeiten in die Thematik der Auswuchttechnik, umfangreiche Recherchen zum Stand der Technik, der aktuellen Patentsituation und der Marktsituation im Bereich der Auswuchttechnik. Des Weiteren soll die Konstruktion in einer Mehrkörpersimulation auf ihre Funktion validiert und die Materialkosten unter Zuhilfenahme eines geeigneten ökonomischen Verfahrens kalkuliert werden. Die Ergebnisse dieser Masterarbeit sollen zudem zur Entscheidungsfindung der an den Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten beteiligten Unternehmen beitragen, ob eine Weiterentwicklung des Versuchstandes bis zur Marktreife anzustreben ist.
Konstruktionsrichtlinien für die additive Fertigung von Betriebsmitteln für den Fahrzeugbau. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der konstruktiven Optimierung von Betriebsmitteln für den Fahrzeugbau in Hinblick auf generative Fertigungsverfahren. Ziel ist es, die Konstruktion dieser Betriebsmittel innerhalb der Daimler AG soweit zu optimieren, dass die Vorteile und Möglichkeiten die eine additive Fertigung im Vergleich zur subtraktiven Herstellung bietet, zu nutzen. Aus einer exemplarischen Vorauswahl werden auf Grundlage einer Bewertungsmatrix die Betriebsmittel bestimmt, die das größte Potenzial für eine Optimierung unter Berücksichtigung von Kriterien wie Stückzahl, Konstruktionsaufwand, Herstellungszeit und Materialaufwand aufweisen. Eine Ist-Analyse der repräsentativen Bauteile ermöglicht hierbei, Anforderungen an die Neukonzeption der Betriebsmittel abzuleiten. Auf Basis dieser Anforderungsliste werden denkbare Lösungsideen erarbeitet und in einer Kombinationstabelle verglichen. Eine Patent- und Literaturrecherche unterstützt bei der Auswahl geeigneter additiver Verfahren für die Betriebsmittelherstellung und zeigt deren Grenzen und Potenziale auf, die bei der Konstruktion zu berücksichtigen sind. Darauf aufbauend werden verschiedene Konzepte zur Realisierung der Problemstellung erarbeitet und gegenübergestellt. Das vielversprechenste Konzept wird in Hinblick auf die Zielsetzung konkretisiert und gestützt durch Berechnungen und Topologieoptimierung auskonstruiert. Nach der Herstellung erfolgt ein abschließender Vergleich der Neukonstruktion mit dem bisherigen Betriebsmittel, um die Optimierungmaßnahmen zu bewerten und einzuordnen. Das Ziel der Arbeit ist somit die Erarbeitung von Konstruktionsrichtlinien, die zur Unterstützung und Effizienzsteigerung der Konstrukteure dienen und zugleich die Nachhaltigkeit durch Material- und Kosteneinsparungen steigern.
Entwurf einer Testeinrichtung zur automatisierten Prüfung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer minimalinvasiver chirurgischer Instrumente. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Das Ziel dieser Masterarbeit ist der Entwurf einer Testeinrichtung zur automatisierten Prüfung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer minimalinvasiver chirurgischer Instrumente. Hierfür wurde eine Einführung in die Thematik gegeben und die Aufgabenstellung präzisiert. Nach der Problemstellung wurde der Stand der Technik ermittelt, der eine Patent- und Normenrecherche umfasst. Im Weiteren wurden Testszenarien zur Simulation der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Instrumente erstellt. Auf dieser Grundlage wurde eine systematische Anforderungsanalyse mit resultierendem Anforderungskatalog angefertigt. Daraus folgt eine Entwurfsphase durch das Erarbeiten eines Lösungsfeldes. Vier Lösungskonzepte wurden durch einen morphologischen Kasten näher untersucht. Mithilfe einer Bewertungsmatrix wurden diese Konzepte nach verschiedenen Kriterien eingeordnet. Die Systemkomponenten des ausgewählten Konzepts wurden ausgelegt und dimensioniert. Abschließend wurde das Konzept in dem CAD-Programm Creo Parametric realisiert.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Die Anzahl von Servicerobotern in Haushalten nimmt stetig zu. Dazu gehören auch Staubsaugroboter. Sie unterstützen die Nutzer bei der regelmäßigen Bodenpflege, indem die Wohnungsflächen autonom gesaugt werden. Das mögliche Fassungsvermögen für den Staub und Grobschmutz ist aber begrenzt, da die Roboter auch klein genug sein müssen, um sowohl unter als auch zwischen Möbeln noch gut navigieren zu können. Die Folge ist, dass die Geräte regelmäßig vom Nutzer geleert werden müssen. Im Rahmen dieser Bachelor Arbeit werden deshalb Komponenten für einen Prototypen einer automatischen Entleerungsstation entwickelt. Dafür wird der aktuelle Stand der Technik untersucht. Es wird festgestellt welche kommerziellen Systeme auf dem Markt bereits existieren und welche Patente für Reinigungsroboter mit Entleerungsfunktion bereits bestehen. Da die meisten kommerziellen Systeme auf eine Entleerung über die Ansaugöffnung des Roboters zurückgreifen, werden in einem eigenen Versuchsaufbau die Eigenschaften einer solchen Lösung untersucht. Um das Konzept für die Entleerungsfunktion aufzustellen, werden mögliche technische Prinzipe erarbeitet und bewertet. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Prinzip ausgewählt und in CAD entworfen.
Develepment of a vacuum table for the production of plastic accessories for welded Stand Up Paddleboards. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In der exponentiell wachsenden Industrie des Stand Up Paddleboardings, sind die aufblasbaren SUP-Boards eines der am schnellsten wachsenden Produkte. Durch die Möglichkeit diese zu falten und möglichst klein zu verpacken und ihr geringes Gewicht, sind diese Bretter sehr attraktiv für den Endkunden. Die Qualität dieser Bretter schwankt zwischen den verschiedenen Herstellern, wovon die Mehrheit sich in China befindet. Dies reduziert die Herstellungs- und Gemeinkosten der Bretter, reduziert aber die Qualität des Produktes, aufgrund der geringen Aunforderungen im Vergleich zu Deutschland. Zu den größten Schwierigkeiten gehört unter anderem die Lebensdauer des Klebstoffes, mit welchem die Bretter zusammengebaut werden. Er ist giftig in großen Mengen und seine Lebensdauer verkürzt sich bis zu nur zwei Jahren durch Sonnenbestrahlung, hohe Temperaturen und verlängertem Kontakt mit Salzwasser. Um diese Schwäche zu kompensieren hat Starboard das Schweißen von Kunststofflaminaten bei der Herstellung von aufblasbaren Brettern eingeführt. Diese mechanische Verbindung der Komponenten verlängert die Lebensdauer der Bretter und sorgt dafür, dass diese genauso lang haltbar sind wie die verwendeten Materialien und erhöht ihre Gesamtqualität. Eine Weiterentwicklung dieses Prozesses involviert die Einführung von Hochfrequenz-Schweißen. Hierfür ist eine Abstützung der Fügeteile notwendig, um die auftrettenden Käften ufzunehmen. Diese Abstützungen müssen die Form und Kontur der diversen Brettern aufweisen, was ihre Herstellungskomplexität wesentlich erhöht. Es wurde entschieden diese mittels eines Vakuumtisches zu produzieren. Die Hauptaufgabe dieser Masterarbeit ist die Entwicklung einer voll funktionstüchtigen Fertigungsanlage für diesen Prozess.
Konzeptuntersuchungen und Entwurf eines Systems für die Vorrotation eines Gyrokopters. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Ein Tragschrauber ist ein Ultraleichtfluggerät, das seinen Auftrieb mit Hilfe eines Rotors erzeugt. Im Gegensatz zu einem Hubschrauber wird der Rotor nicht von einem Motor angetrieben, sondern von der durchströmenden Luft als Folge der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs (Autorotation). Um die erforderliche Länge der Startbahn zu reduzieren, kann der Rotor vor dem Start für kurze Zeit angetrieben werden. Dieser Vorgang wird als Vorrotation bezeichnet. Im "Rotorvox C2A" der "GGC GmbH" existiert bereits ein hydraulisches Vorrotationssystem, welches den Rotor auf eine Drehzahl von 200 U/min beschleunigen kann, aber dieses System ist fehleranfällig. Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Konstruktion eines neuen Vorrotationssystems. Dabei sollen Stillstandszeiten reduziert und die Wartungsintervalle verlängert werden. Zusätzlich soll die maximale Drehzahl auf 250 U/min erhöht werden. Zunächst werden einige allgemeine Berechnungen des Drehmoments, welches zum Antreiben des Rotors erforderlich ist, durchgeführt. Anschließend wird das bestehende System und insbesondere die Vor- und Nachteile analysiert. Mit Hilfe dieser Informationen werden drei Konzepte (ein elektrisches System, ein hydraulisches System und ein mechanisches System) zur Umsetzung der Vorrotation entwickelt. Basierend auf technischen und wirtschaftlichen Faktoren werden diese Konzepte untereinander verglichen. Anschließend wird die am besten bewertete Lösung umgesetzt und dafür notwendige Berechnungen angestellt. Abschließend wird ein 3D-Modell der Baugruppe erstellt, aus dem ein Technischer Entwurf des Systems abgeleitet wird.
Entwicklung einer Heckklappe für Notarzteinsatzfahrzeuge. - Ilmenau. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In einigen Notarzt-Einsatzfahrzeugen, auf Basis von Kastenwagen, werden Fahrzeuge mit einer Heckklappe eingesetzt. Diese dient als Wetterschutz für das Rettungsdienstpersonal sowie für die medizinische Ausrüstung. Bei Fahrzeugen wie dem Mercedes-Benz Vito oder dem Volkswagen T6 gibt es in serienmäßiger Ausführung mit Heckklappe. Jedoch werden Notarzt-Einsatzfahrzeuge auch auf Basis des Mercedes-Benz Sprinters aufgebaut, für diesen Fahrzeugtyp gibt es keine serienmäßige Heckklappe. Bei der Firma BINZ Ambulance- und Umwelttechnik GmbH wurde daher für die alte Baumusterreihe des Mercedes-Benz Sprinters 906 eine nachrüstbare Heckklappe entwickelt. In dieser Arbeit wird die bestehende Lösung auf die neue Baumusterreihe des Mercedes-Benz Sprinters 907 angepasst. Zudem werden einige firmeninterne Verbesserungswünsche eingearbeitet. Neben der Verwendung der Heckklappe in Einsatzfahrzeugen soll die angepasste Konstruktion der Heckklappe in das Aufbauhersteller-Portal von Mercedes-Benz aufgenommen werden. Dadurch kann sich ein weiterer Vertriebsweg, u. a. für Privatpersonen, etablieren. Für die Konstruktion der Heckklappe werden die Teilsysteme Führungsgetriebe, Hochstellmechanismus sowie Verschlusssystem analysiert und für die einzelnen Teilsysteme geeignete Funktionsprinzipe ausgewählt. Anschließend werden den Funktionsprinzipe entsprechende Baugruppen konstruiert bzw. verwendbare Produkte von Zulieferern ausgewählt. Aufgrund der Komplexität der Konturen der Fahrzeugkarosserie und der Anforderungen an das Führungsgetriebe kann hier nicht auf eine bestehende Lösung zurückgegriffen werden. Aus diesem Grund wird ein entsprechendes Führungsgetriebe synthetisiert. Diese Maßsynthese erfolgt mit der Methode der Zwei-Lagen-Synthese sowie der modularen Analyse ebener Gelenkgetriebe mit Dreh- und Schubgelenken nach der VDI-Richtlinie 2729. Anschließend wird, auf Basis der Maßsynthese, ein Prototyp des Führungsgetriebes konstruiert. Diese Konstruktion wird mit einer Belastungsanalyse mithilfe des CAD-Programms Autodesk Inventor 2020 auf das Auftreten eines Bruchfalls geprüft.
Erstellung eines Matlab/Simulink-Programms zur Vorauslegung einer bedarfsgerechten Steuerung des Kühlerlüfters eines Kraftfahrzeuges. - Ilmenau. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In dieser Arbeit wird ein Lüftermodel eines Kraftfahrzeugs mithilfe von Matlab Simulink erstellt und validiert. Bei der Umsetzung der Modellierung mussten Funktionsblöcke zur Nachbildung der Funktionen im Steuergerät entwickelt werden. Außerdem wurde die große Anzahl an verschiedenen Fahrzeugvarianten mittels einer Softwarelösung bewältigt. Es wurde eine Strategie für die Etablierung einer virtuellen Produktentwicklung entworfen und näher betrachtet. Beispielsweise wurde das Potenzial von KNN (Künstlichen Neuronalen Netzen) für die Entwickelung der Lüfterapplikation beleuchtet. Über einen Austausch mit anderen Fachabteilungen wurde eine Plattform gefunden CUBA (ein Matlab basiertes Applikationsprogramm) mit dessen Hilfe das geschaffene Simulationsnetzwerk für die Entwicklung genutzt werden kann in einem MDL (Model in the Loop) verfahren. Diese Plattform bietet eine Reihe an benötigten Schnittstellen und erleichtert dadurch den Einstieg in die virtuelle Entwicklung. Auf CUBA aufbauend wurden zwei neue Funktionalitäten entwickelt, die den Entwicklungsprozess erweitern. Zum einen ein Panel zum Modulieren der Eingangssignale, damit kann die Reaktion eines Modells getestet werden, ohne dass dieser spezielle Fall im Prüfstand gemessen wird, oder kleine Anpassungen der Messdaten können die Messung einer ähnlichen Modellvariante erübrigen. Zum anderen die Sensitivitätsanalyse, zur Bewertung des Modells, zur Erleichterung der Arbeit des Applikationsingenieurs durch mehr Transparenz des Modells, sowie als erster Schritt zur Etablierung weiterer Maßnahmen auf dem Weg zu einer umfassenden virtuellen Produktentwicklung. Angewandt wurde eine globale Sensitivitätsanalyse nach der Morris Methode, wo die elementaren Effekte eines jeden Eingangssignals errechnet werden. Eine Vielzahl verschiedener Strategien zur Generierung der Stichproben wurden ebenfalls in die Applikation integriert.