Modeling of motion of vibrating robots. - In: Twelfth World Congress in Mechanism and Machine Science, (2007), insges. 6 S.
Zur Anwendung analytischer und numerischer Methoden bei der Entwicklung apedaler Lokomotionssysteme aus elastischem weichmagnetischem Material : Schlussfolgerung für die universitäre Ausbildung in der Finite-Elemente-Methode. - 212 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2007
Theorie zur Modellbildung und Simulation räumlicher nichtlinear verformbarer Mechanismen in konvektiver Metrik. - 116, 31 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2007
Simulation einer Bewegungseinheit mit hybriden Modellelementen. - In: Mechatronik 2007, Innovative Produktentwicklung, (2007), S. 751-758
Minimization of the number of actuators in legged robots using biological objects. - In: , (2007), S. 483-488
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=8818
Multicoordinate positioning system design and simulation. - In: , (2007), S. 463-468
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=8815
Biologically inspired locomotion systems and adaptive control. - In: , (2007), S. 245-250
A wide range of control theory deals with the problem that, for a known system, a controller has to be designed in order that the feedback system achieves the prespecified control objective like stabilization or tracking. The fundamental difference between this approach and that of adaptive control in this paper is that the system is not known exactly, only structural information about the system, like the relative degree or the minimum phase condition, is available. In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties (e.g. minimum phase condition, strict relative degree) are known. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. The aim is to design a universal adaptive controller, which learns from the behaviour of the system, so automatically adjusts its parameters and achieves a pre-specified control objective. - The paper deals with a mechanical system, which is inspired by biological ideas. We present some theoretical investigations and prototypes of a worm-like locomotion system that has the earthworm as a living example. This system is modelled in the form of a straight chain of k = 3 interconnected point masses. The ground contact can be described by non-symmetric dry friction. We consider the case where different point masses are under the action of external forces. Also the distance between the point masses can be given as a kinematical constraint (control input). Since we deal with nonlinearly perturbed multi-input, multi-output systems, which are not necessary autonomous, particular attention is paid to the lambda-tracking control objective. We stress that the introduced adaptive controllers consist of very simple feedback mechanisms and adaptation rules.
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Ein Beitrag zur Anwendung der Theorie undulatorischer Lokomotion auf mobile Roboter : Evaluierung theoretischer Ergebnisse an Prototypen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 126 S., 3,07 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Parallel als Druckausg. erschienen
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen undulatorische Lokomotionssysteme. In diesem Zusammenhang wurden die Begriffe Undulation und Lokomotion definiert. Die gerichtete Ortsveränderung natürlicher oder technischer Systeme ist generell als Lokomotion zu verstehen, aber es erweist sich als schwierig, eine aus Sicht der Mechanik umfassende Definition des Begriffes Lokomotion zu geben. Er wurde in dieser Arbeit, mathematisch, wie folgt beschrieben: Lokomotionssysteme sind technische Systeme, die in der Lage sind, alle ihre Punkte in einem ausgewählten charakteristischen Zeitintervall zu bewegen, wobei durchaus Größe und Richtung der Lageänderung der Punkte verschieden sein können. Die Mechanik versteht unter Undulation die Bewegung durch eine Erregung der Aktuatoren des Systems, die sowohl von außen kommen oder im Inneren erzeugt werden kann. Der Aktuator erzeugt seinerseits eine in der Regel periodische Gestaltänderung, welche durch die Wechselwirkung mit der Umgebung eine globale Lageänderung erzeugt. In der vorliegenden Arbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme theoretisch und mittels zweier entwickelter Prototypen untersucht. Der Prototyp (TM-ROBOT) wurde nach dem undulatorischen Bewegungsprinzip des Regenwurms (Längenänderung von Segmenten) aufgebaut. Ein Bewegungssystem, das für die Bewegung das peristaltische Bewegungsprinzip nutzt, bewegt sich mit periodischen Verformungen seines Körpers und nichtsymmetrischen Reibkräften unter Einbeziehung der Wechselwirkung mit der Umgebung. Der Prototyp (MINCH-ROBOT) im Rahmen dieser Arbeit ist ein Mikroroboter, der keine klassische undulatorische Lokomotion umsetzt. Er besteht aus einem Piezoaktuator und ist mit zwei passiven Beinen und einem Schwanz ausgerüstet. Die Undulation besteht in der Übertragung von den hochfrequenten Schwingungen seines Körpers (Piezoaktuator) auf die Beine. Somit werden komplexe räumliche Trajektorien der Beinendpunkte erzeugt. Bei dem Steuerprinzip dieses Mikroroboters spielt die Nichtsymmetrie der beiden Beine eine wesentliche Rolle. Diese (absichtlich realisierte) Nichtsymmetrie zwischen rechtem und linkem Bein ist die Ursache für eine Verschiebung der Resonanzbereiche der Beine. Damit wird der Roboter in seiner Richtung steuerbar. Numerische Simulationen der beiden Prototypen und Messungen an realem Objekt stützen die Theorie dieser Arbeit, die sich somit in das breite Feld der Lokomotionssysteme eingliedert.
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A deformable magnetizable worm in a magnetic field - a prototype of a mobile crawling robot. - In: Journal of magnetism and magnetic materials, ISSN 1873-4766, Bd. 311 (2007), 1, S. 450-453
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.11.153
Ein Beitrag zur Modellbildung und Simulation der Ballondilatation von Atemwegstenosen
1. Aufl.. - Göttingen : Cuvillier, 2007. - XI, 126 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006
Diese Dissertation befasst sich mit den mechanischen Vorgängen während der Ballondilatation von Atemwegstenosen. Die betrachteten Stenosen vom Typ narbige Striktur" werden im klinischen Alltag üblicherweise mit dem Instrument Dilatationsballon manuell gedehnt. Falls notwendig, erfolgt eine anschließende Stentimplantation. Die Auswahl des Stents, inklusive seiner Kennlinie, erfolgt gefühlsmäßig oder nach persönlichen Erfahrungen und Präferenzen. Zur Erlangung eines optimalen Behandlungsresultates ist jedoch eine Anpassung an das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose notwendig. Dieses Verhalten wird während der manuell durchgeführten Ballondilatation nicht ermittelt. Das Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen dem während der Dilatation gemessenen Druck-Volumen-Verlauf und dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose experimentell und theoretisch auf Basis von Modellen zu bestimmen. Dabei wird die Besonderheit berücksichtigt, dass bei der Dehnung der narbigen Striktur der Dilatationsballon durch die Stenose nur teilweise eingeengt wird; er ragt an beiden Enden über den stenosierten Bereich hinaus. Es werden experimentelle Untersuchungen an Modellstenosen unterschiedlicher Dehnbarkeit und Länge durchgeführt. Wie erwartet, führen härtere Stenosen zu einem steileren Kurvenanstieg während der Dilatationsphase. Demgegenüber zeigt der Vergleich zwischen Stenosen gleicher Dehnbarkeit, aber unterschiedlicher Länge eine zunächst unerwartet größere Dehnung der kürzeren Stenose bei gleicher Druckzunahme. Ursache ist, dass die Randbereiche der Stenosen einen zeitlichen Dehnungsvorsprung gegenüber den weiter innen liegenden Bereichen erfahren. Für dieses, bei kürzeren Stenosen ausgeprägtere, Verhalten wird der Begriff Effekt der Randdehnung" eingeführt. Die Modellbildung des Dilatationsvorganges basiert zum einen auf Gleichgewichtsbetrachtungen am freigeschnittenen Ballon und zum anderen (als Vergleich) auf dem Prinzip des Minimums der totalen potentiellen Energie. Das System Ballon / Stenose wird in drei Teilbereiche, für die unterschiedliche Bedingungen gelten, aufgeteilt. Die betrachteten Bereiche sind: 1. der proximale- und distale Ballonbereich außerhalb der Stenose; 2. der Bereich, in dem Ballon und Stenose in Kontakt treten; 3. der Übergangsbereich zwischen 1 und 2. Numerische Simulationen der Ballondilatation bestätigen die aus den experimentellen Untersuchungen und theoretischen Betrachtungen gewonnenen Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Druck-Volumen-Verlauf der Dilatation und Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose.