Modeling the behavior of hair follicle receptors as technical sensors using adaptive control. - In: Proceedings of the 10th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, ISBN 978-989-8565-70-9, (2013), S. 336-345
Based on the paradigm biological receptor and its fundamental feature to filter signals and transduce them, we set up a mechanical sensor system to find hints to establish a measurement or monitioring system. These technical system have to offer high sensivitiy to signals from the environment. To mimic the complex behavior of the biological system, adaptive controllers have to be applied to a mechanical sensor system to compensate and filter unknown ground excitations (uncertainties of the system). Before doing this we summarize previous work on controlling such mechanical systems. We expose the need of improvements of already existing strategies from literature, the corresponding problems are formulated. Improved adaptive controllers are presented. Their working principle is illustrated in various numerical simulations and experiments.
Hammering beneath the surface of Mars - Modellbildung und Optimierung des HP3-Mole. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 169-186
Um Antworten auf die Frage nach der Entstehung erdähnlicher Planeten zu geben, werden im Rahmen der NASA-Marsmission InSight Untersuchungen des Wärmestroms im Planeteninneren durchgeführt. Damit der Wärmestrom im Inneren bestimmt werden kann, schlägt sich der HP3 Mole tiefer in dessen Boden als alle Messinstrumente jemals zuvor. Um das gewünschte Ziel von fünf Metern Tiefe zu erreichen, wird ein spezieller Mechanismus als "selbsteinschlagender Nagel" verwendet. Mehrkörpersimulationen des Systems unter Berücksichtigung der Kontaktdynamik ermöglichen einen Einblick in das mechanisch-dynamische Verhalten und die Wechselwirkungen beim Betrieb des Moles. Diese Modelle bilden die Ausgangsbasis für die Einbindung in eine Optimierungsumgebung, und damit die Optimierung des Mechanismus selbst.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-169-9
Planetary rover locomotion on soft granular soils - efficient adaption of the rolling behaviour of nonspherical grains for discrete element simulations. - In: Particle-based methods III, (2013), S. 807-818
In consequence of growing interests of science exploration on our solar system's planets and moons, increased mobility demands are arising for planetary exploration vehicles. The locomotion capabilities of these systems strongly depend on the interaction with soft granular soils. Thus a major design challenge is to develop suitable solutions for locomotion equipment and strategies. The mastering of these challenges depends on detailed soil interaction models to predict the system behaviour and get a better understanding of the underlying effects. To meet these demands a new soil interaction model based on the three-dimensional Discrete Element Method (DEM) is developed. The strength of granular materials is highly dependent on the grain's shape and friction. Since non-spherical particles are less computational efficient than spheres, a new interparticle contact model has been developed to mathematically cover the rotational behaviour of anisotropically elongated and angular grains, while using computationally efficient spheres for contact detection. To show the applicability of the model, bevameter as well as single wheel simulations for planetary rovers were carried out.
Theoretical and experimental investigations of ferrofluids focusing on locomotive systems, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 186 S., 21,36 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen
Basierend auf Bewegungsformen wie sie von biologischen Systemen bekannt sind, die mit Hilfe von (periodischer) Gestaltänderung Fortbewegung erzielen, und der kontrollierbaren Oberflächendeformation von Ferrofluiden, werden die Möglichkeiten Ferrofluide für Lokomotionszwecke zu nutzen untersucht. Dies wird belegt durch detaillierte Auseinandersetzung und Verweise auf entsprechende Literatur. Großes Gewicht wird auf die technische Implementierung gesetzt und die daraus erwachsenden Problemfelder. Daher werden neben einem ausführlichen theoretischen Teil, in dem ein magnetfeldinduzierter peristaltischer Materialtransport einer magnetischen Flüssigkeit analytisch betrachtet wird, auch weitläufig praktisch-experimentelle Untersuchungen angestellt. Wichtige Größen wie ferrofluiderzeugte Kräfte und Drücke werden messtechnisch für den Allgemeinfall ermittelt. Hierbei wird unterschieden zwischen Systemen, die mit lokal bewegten Ferrofluidportionen anderen Objekten zur Lokomotion verhelfen(passive Lokomotionssysteme) und Systemen, deren mobile Ferrofluidportionen selbst Position und Lage verändern (aktive Lokomotionssysteme). Anhand von Prototypen werden Prinzipien und Funktionsparameter gesondert analysiert und diskutiert. Diese speziellen Untersuchungen werden teilweise durch analytische und numerische Modelle gestützt. Auf zwei Kernprobleme wird aufmerksam gemacht: Ferrofluide generieren geringe nutzbare Kräfte und aufgrund der starken Adhäsion ist eine schützende Einkapselung notwendig. Zwei Untersuchungen gehen hierauf ein. Mit der Idee, eine Steigerung der nutzbaren Kräfte hervorzurufen, wird die Verstärkung der Oberflächendeformation, die im Magnetfeld durch das Einführen hochpermeabler Körper hervorgerufen wird, analytisch und experimentell untersucht. Weiterhin wird ein Experiment vorgestellt, welches die Einkapselung des Ferrofluids umgeht. Hier ist ein Ferrofluidaktor eingebettet in einer Zweitflüssigkeit und treibt diese zur Kanalströmung an. Mit Referenz auf die Grundidee ferrofluidbasierter Lokomotion werden die Teiluntersuchungen zusammengefasst. Vor dem Hintergrund, dass die nachteiligen Eigenschaften des Materials bislang nicht beherrscht werden, bleibt es abzuwarten inwiefern sich technische Lösungen ferrofluidbasierten Lokomotionssysteme verbreiten werden. Im Ausblick wird auf vielversprechende Entwicklungen magnetosensitiver Elastomere und Gele aufmerksam gemacht.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23617
Dry-contact multichannel EEG using novel multipin electrodes. - In: Clinical EEG and neuroscience, ISSN 2169-5202, Bd. 44.2013, 4, S. E102
http://dx.doi.org/10.1177/1550059413507209
Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2013
Parallel als Druckausg. erschienen
Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_000
The undulatory motion of a chain of particles in a resistive medium in the case of a smooth excitation mode. - In: ZAMM, ISSN 1521-4001, Bd. 93 (2013), 12, S. 895-913
The motion of a chain of three identical bodies along a straight line in a dry-friction medium is studied. The motion is excited and controlled by changing the distances between the bodies of the chain. An undulatory excitation mode is proposed, in which the distances between the adjacent bodies of the chain chanfge periodically and the time histories of the distances in the pairs of ajdacent bodies consecutively repeat each other with a constant time shift. It looks like a wave is running along the chain. The necessary and sufficient conditions for the system to be able to move from rest are established. For a specific excitiation mode, in which the time histories of the distaces between the bodies of the chain are defined as piecewise quadratic functions, a steady-state motion of the system is studied for the case where the friction force is small in comparison with the force necessary for a body of the chain to be moved from a state of rest through a distance characterizing the amplitude of oscillations of adjacent bodies during the exitation period.
http://dx.doi.org/10.1002/zamm.201200124
Novel cap system with active actuators for rapid dry electroencephalography. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.
https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4429
Sensor elements made of conductive silicone rubber for passively compliant gripper. - In: The international journal of advanced manufacturing technology, ISSN 1433-3015, Bd. 69 (2013), 5/8, S. 1527-1536
https://doi.org/10.1007/s00170-013-5085-8
Novel flexible dry multipin electrodes for EEG: signal quality and interfacial impedance of Ti and TiN coatings. - In: 2013 35th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), ISBN 978-1-4577-0216-7, (2013), S. 547-550
http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2013.6609558