Basketball spielen mit anthropromorphen Robotern. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Regelungskonzept zum Dribbeln mit einem Basketball für den DLR Leichtbauroboter LBR III zu entwickeln. Basierend auf einer Analyse des menschlichen Bewegungsablaufs beim Dribbeln und einem physikalischen Ballmodell werden ableitbare Anforderungen an den Roboter, deren Konsequenzen und Lösungen diskutiert. Anschließend wird ein vereinfachtes eindimensionales Simulationsmodell erarbeitet, welches als Grundlage für alle weiteren Modelle dient. Das Verhalten des Balls wird analysiert und die Eignung des Modells dargestellt. In einer Erweiterung auf eine zweidimensionale Simulation werden zwei verschiedene Handmodelle vorgestellt und untersucht. Weiterhin wird das Konzept der Impedanzregelung im Modell benutzt, um nachgiebiges Verhalten des Roboters zu erreichen, eine fundamentale Voraussetzung für eine sichere Mensch- Roboter-Interaktion. Nach einer Bewertung der zweidimensionalen Handmodelle wird der Prototyp einer mechanischen Hand konstruiert. Schlussendlich wird die Simulation auf drei Dimensionen erweitert, wobei durch die Konstruktion bedingte Beschränkungen berücksichtigt werden.
Mehrdimensionale elastisch verkoppelte Drehgelenke. - 124 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Derzeit ist es nicht möglich, den menschlichen Bewegungsapparat so nachzubauen, dass man Lösungen auf vergleichbarem Niveau erhält. Für die Konstruktion humanoider Roboter gelten zudem völlig neue Konstruktionsprinzipien, da hier keine mechanische Genauigkeit einfach durch hohe Steifigkeit erreicht werden kann, da diese fast immer mit hohem Gewicht und größerem Bauraum einhergehen. Der Anspruch an humanoide Roboter soll aber gerade eben dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein möglichst menschenähnliches Bild abgibt. Die der Natur eigene Elastizität ist dabei das Hauptunterscheidungsmerkmal zu den technischen Systemen. Forschungen auf dem Gebiet der zweibeinigen Fortbewegung zeigen die Notwendigkeit der Verstellbarkeit von Steifigkeiten. Anspruch dieser Arbeit soll, nach einer umfassenden Recherche zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten biologischer und technischer Gelenke, der Entwurf eines elastisch verkoppelten Drehgelenkes sein.
Modellbildung des Reizleitungsapparates am Beispiel Vibrisse und adaptive Regelungsprozesse. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Zahlreiche Säugetiere - allen voran Mäuse und Ratten - können zusätzlich zu ihren auditiven und visuellen Fähigkeiten ihre Vibrissen verwenden, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Die Tasthaare in der Schnauzenregion können sowohl zur passiven Reizwahrnehmung von äußeren Kräften (Wind, Berührung eines Gegenstandes), als auch zur aktiven Umgebungserkundung (Abtasten von Gegenständen und Oberflächen) verwendet werden. - Diese besondere Ausführung des Tastsinnes setzt den Grundstein für diese Arbeit. Der gesamte Reizleitungsapparat des biologischen Vorbilds wird mit einer Kombination aus schon entwickelten mechanischen Modellen nachgebildet. Bestehende Regelalgorithmen werden an dieses neue Modell angepasst, um sowohl die passive Reizwahrnehmung, als auch die aktive Umgebungserkundung des Vorbilds nachzubilden. - Numerische Simulationen mit diesem Modell zeigen, dass das entwickelte Modell eine gute Sensibilität vorweist. Es blendet Dauererregungen weitestgehend aus und zeigt eine ausgeprägte Reaktion auf plötzlich auftretende Störungen.
Eingrenzung der wichtigsten Einflussgrößen zur Verursachung von Gleichlaufschwankungen eines Fensterhebersystem. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Analyse zum Stand der Technik bezüglich Fensterhebersysteme - Detailanalyse an Einzelteilen und Baugruppen bezüglich deren Beitrag an den Gleichlaufschwankungen - Ausschlussverfahren und Gewichtung von Wechselwirkungen der Gleichlaufschwankungen des mechatronischen Systems Fensterheber - Nachweis von ein- und ausschaltbaren Einflüssen zur Verursachung von Gleichlaufschwankungen
Untersuchungen apedaler Lokomotionssysteme auf Ferroelastomerbasis. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau entwickeltes amöboides Lokomotionssystem auf Ferroelastomerbasis mit elektro-magnetischem Antrieb theoretisch untersucht. Zunächst wurde die amöboide Fortbewegung aus biologischer Sicht betrachtet. Es wurden die Grundlagen zur Anatomie von Einzellern, die sich amöboid fortbewegen, behandelt, anschließend wurden die zwei gängisten Theorien zum Prinzip der amöboiden Fortbewegung dargestellt. Aus den biologischen Erkenntnissen wurden mögliche Vorteile sich amöboid fortbewegender technischer Systeme abgeleitet. Prinzipielle technische Umsetzungsmöglichkeiten derartiger Systeme wurden vorgestellt. Anschließend erfolgte eine kurze Zusammenfassung zum Stand der Technik amöboider Bewegungssysteme. Nach einer kurzen Vorstellung des Lokomotionssystems erfolgten allgemeine Betrachtungen zur Modellbildung. Zur theoretischen Untersuchung des Bewegungsverhaltens des Systems wurde die FE-Methode angewendet. Die Erstellung der ANSYS®-Programmroutine, mit welcher das Bewegungsverhalten eines realitätsnahen, parametrisierten Modells des Lokomotionssystems transient dynamisch untersucht werden kann, bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Mit den anschließenden FE-Rechnungen konnte ein theoretischer Nachweis der Fortbewegung des Systems erfolgen. Es wurde gezeigt, dass mit der Antriebsfrequenz nicht nur die Fortbewegungsgeschwindigkeit, sondern auch deren Richtung beeinflußt werden kann (I); je nach Antriebsfrequenz eine Bewegung aus der Ruhelage heraus und eine anschließende Fortbewegung in zueinander entgegengesetzte Richtungen realisiert werden kann (II); große Fortbewegungsgeschwindigkeiten in einem eingeschränkten Frequenzbereich zu realisieren sind (III).
Erarbeitung einer Bewertung für Crashkennungen, um deren Auswirkungen auf eine Sitzstruktur beurteilen zu können. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Die vorliegende Bachelor-Arbeit untersucht die Thematik einer Bewertung von Beschleunigungspulsen für Schlittencrashversuche von Fahrzeugsitzen. Anhand der Werte pulsbewertender Kriterien, sollen Aussagen zur Gesamtbelastung des beanspruchten Gestühls getroffen werden. Dazu werden die in der Praxis häufig gebrauchten Kriterien zunächst definiert und zusammengefasst. Anschließend werden Bereiche ermittelt, in denen sich die Crashpulse und deren Bewertungskriterien im Anwendungsfall des Schlittenversuchs bewegen. Durch Abstraktion der realen Kurvencharakteristken wird schließlich eine synthetische Kennung generiert, die nach entsprechender Untersuchung so geändert werden kann, dass nur bestimmte Bewertungskriterien variieren. Nach Erzeugung von Pulsen mit verschiedensten, definierten Änderungen der Bewertungskriterien, werden diese hinsichtlich ihrer Sitzbelastung verglichen. Die Werte vorher festgelegter Belastungsgrößen ergeben sich nach Auswertung durchgeführter FE-Crashberechnungen für jeden synthetischen Puls. Die Pulsvergleiche zeigen, dass keines der untersuchten Kriterien geeignet ist, eine Sitzbelastung anhand des Beschleunigungspulses zu bewerten. Hauptgründe dafür sind das differente Verhalten der ausgewerteten Belastungsgrößen und die sich ergebenden Belastungsunterschiede bei Änderung des untersuchten Sitzmodells. Die Arbeit macht deutlich, dass die Abbildung einer Sitzgesamtbelastung, rein anhand pulsbewertender Größen, objektiv nicht möglich ist.
Modellbildung, Simulation und Entwurf schwingungsbasierter Lokomotionssysteme für 1D- und 2D-Bewegungen. - 130 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Lokomotionssysteme in Forschung und Technik werden gegenwärtig von starren Mehrkörpersystemen mit konstanter Massenverteilung in den Körpern dominiert. Eine Änderung der Relativlagen im System geschieht überwiegend durch Antriebe in den Koppelstellen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme für die Bewegung in ebenem Gelände entwickelt, die ein anderes Fortbewegungsprinzip nutzen. Die Lokomotion dieser Systeme basiert auf der Erzeugung interner periodischer Deformation als Antriebsprinzip und der Ausnutzung von nichts symmetrischer Reibung an den Kontaktstellen zwischen Roboter und Umgebung. Die Antriebskraft wird durch eine horizontal schwingende Masse aufgebracht. Um eine gerichtete (steuerbare) Bewegung in der Ebene zu erzeugen, muss die Reibungskraft zwischen Lokomotionssystem und Untergrund an mindestens zwei Kontaktstellen beeinflusst werden können. Dies geschieht durch eine aktive Veränderung der Normalkräfte, welche durch periodisch bewegte Massen realisiert wird. Zur Beschreibung eines solchen Systems wurden ein Massenpunktmodell und ein Mehrkörpersystemmodell entwickelt. Anschließend wurden mit diesen Modellen theoretische Untersuchungen durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Lokomotion durch Erregungsfrequenzen und Phasenverschiebungen zwischen den Ansteuerungsfunktionen der inneren Massen zweidimensional kontrolliert werden kann. Auf Basis des Mehrkörpersystemmodells wurde ein Prototyp entwickelt. Die experimentellen Untersuchungen bestätigten die Vorhersagen der theoretischen Betrachtungen. Mit dem Ziel der Verkleinerung und der Verwendung eines nichtklassischen Aktors wurde ein weiteres praktisches System verwirklicht.
Einlernen von Roboterbewegungen mit einem optisch getrackten Zeigegerät. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Industrieroboter ermöglichen einen hohen Automatisierungsgrad und Kostenersparnisse. Durch das zeitintensive manuelle Programmieren des Roboters werden diese Vorteile unter Umständen wieder aufgehoben. - Es werden Lösungsvorschläge zur Verbesserung dieses Prozesses dargelegt. Das Einlernen erfolgt mit einem neu entwickelten Zeigegerät, welches von einem 6D-Messsystem erfasst wird. Das Nachlernen wird in einem intuitiven Koordinatensystem durchgeführt, wodurch schnelle Korrekturen der Programmbahnpunkte ermöglicht werden. - Um eine bessere Sichtbarkeit des Werkstücks für das Maßsystem zu gewährleisten, wird dieses am Roboterflansch befestigt. Die notwendige Hand-Auge-Kalibrierung wird durch ein spezielles, im Rahmen dieser Diplomarbeit entstandenes, Verfahren berechnet, welches mit einem linearen Gleichungssystem lösbar ist. - Ein kabelloses Handbediengerät mit anwenderfreundlichen Programmen assistiert bei der Bewältigung der Aufgaben, weshalb kein umfangreiches Vorwissen notwendig ist. - Durch das schnellere, weil einfachere, Ein- und Nachlernen wird die Produktivität wieder gesteigert.
Untersuchung von Eigenspannungszuständen im Prozess der Einbettenden Stereolithographie mittels FE-Simulation. - XIV, 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Enth. außerdem: Thesen
Die Stereolithographie ist ein Teilbereich des Rapid Prototypings der ursprünglich für den schichtweisen Aufbau von Prototypen entwickelt wurde. Um die Grenzen dieses Verfahrens zu erweitern wird daran geforscht während des Fertigungsprozesses elektronische und mechanische Baugruppen einzubetten. Aufgrund von Schwindung und Quellung des genutzten Matrixmaterials, entstehen im Fertigungsprozess Eigenspannungen, die ohne eine angreifende äußere Kraft auftreten. Daher werden in Messungen das Volumenänderungsverhalten in verschiedenen Umgebungsmedien dokumentiert und die erlangten Daten zur Implementierung in eine FE-Software vorbereitet. Des Weiteren wird über dynamische Messungen mittels DMTS die Viskoelastizität des Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum ermittelt und ebenfalls zur Softwareimplementierung vorbereitet. Die Daten werden anschließend werden die experimentell ermittelten Daten in die FE-Software Abaqus implementiert und der Einsatz eingebetteter Strukturen unter erhöhten Umweltbedingungen simuliert. Dabei wird geklärt, ob das Material unter der Belastung der entstehenden Eigenspannungen versagt.
Stereokamerabasierte Navigation eines Krabbelroboters auf unebenem Gelände. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Algorithmus zur Navigation eines mobilen Roboters in unbekanntem unebenem Gelände entwickelt, der allein auf den Bildern einer Stereokamera basiert und der daher auch für Laufroboter geeignet ist. Der Navigationsalgorithmus soll den Roboter auf einem möglichst kurzen und sicheren Weg zu einem Zielpunkt führen, dessen Koordinaten relativ zum Startpunkt des Roboters vom Benutzer vorgegeben werden. Es werden die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu vorhandenen Navigationsansätzen für planetare Rover vorgestellt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Navigationsalgorithmus für unebenes Gelände entworfen, welcher die Lösung der Teilaufgaben Lokalisation, Kartenerstellung, Geländebewertung, Pfadplanung und Bewegungssteuerung beinhaltet. Der Algorithmus wird implementiert und auf einem radgetriebenen Roboter sowie auf einem sechsbeinigen Laufroboter in verschiedenen ebenen und unebenen Umgebungen getestet. Die Ergebnisse der Tests werden dargestellt und Möglichkeiten zur Erweiterung des Navigationsalgorithmus werden genannt.