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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.