Der Automobilbau prägt die Industriestruktur ganzer Landstriche. Das Automobil an sich ist zur selbstverständlichen technischen Grundausstattung in unserem Leben geworden. Vor allem steigende Rohölpreise aber auch gestiegenes Umweltbewusstsein stellen die Grundtriebkräfte für Entwicklungen dar, die auf eine wesentlich verbesserte Energieeffizienz bei Beibehaltung und Verbesserung des Fahrkomforts abzielen. Das Hybridfahrzeug, d. h. ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen Antriebssystemen, stellt eine Möglichkeit dar, diesen Bedürfnissen Rechnung zu tragen. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, welches die verfügbaren Möglichkeiten der Mechatronik dazu verwendet, wesentliche Einspareffekte zu erzielen. Dabei galt es, ein rein elektrisches Getriebe, bestehend aus zwei permanent erregten Synchronmaschinen mit einem mechanischen Getriebe so zu kombinieren, dass die Anforderungen eines Fahrzeugs in allen Betriebspunkten erfüllt werden können. Auf zwei Versuchständen konnten die Funktionalitäten des elektrischen und des mechanischen Getriebeteils getestet werden. Das Konzept, die Realisierung und die Messergebnisse werden vorgestellt.

Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 2008

Paderborn, Universiẗat, Diss., 2008.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Autonomous mobile robots are on the rise and are to be expected on the market in about 5-10 years. Several challenges need to be solved for this to happen, and the most crucial ones are to develop versatile and safe robots. The Get a Grip robot is a dynamic force adjustment gripper using inputs from two different sensory systems. The construction of the robot consists of two parallel gripper plates moved by a rack and pinion gear attached to a direct current (DC) motor. Embedded into one of the plates is a Force Sensitive Resistor (FSR) for input of the gripper’s exerted force. Mounted to the other plate is a self constructed Slip sensor used for measuring the occurrence of slip and slip rate. A surrounding crane for mounting of the gripper and lifting was also constructed. The idea of this bachelor’s thesis project is to enable lifting of objects with unknown weight without the gripper exerting more force than necessary. This is something that will be useful in both industrial applications and in household robots in the future. In order to realize the concept two different methods for calculating the gripper’s applied force were tested, one using motor current and the other using a FSR sensor. Through testing it was concluded that the FSR sensor was the method giving better accuracy and consistency. Proportional–Integral–Derivative (PID) controllers were then tested for both setting force references for the gripper using the Slip sensor as input, and controlling the exerted force in the gripper using the FSR as input. The results led to two PID controllers thought to be sufficient as starting points for further testing of the complete system. / Mobila autonoma robotar förväntas vara på marknaden inom de närmaste 5-10 åren. För att det här ska ske är det många utmaningar som behöver lösas och de mest kritiska är att utveckla mångsidiga och säkra robotar. Get a Grip-roboten är en dynamisk kraftanpassande robotklo som tar insignaler från två olika sensorsystem. Konstruktionen består av två parallella plattor som förflyttas av kuggstänger och kugghjul drivna av en DC motor. Inbyggt i en av kloplattorna finns en tryckkänslig kraftsensor (FSR) monterad för att registrera kraften som klon genererar. På den andra kloplattan sitter en egenkonstruerad glidsensor som registrerar om glidning sker och själva glidhastighet. En kran för att montera klon och lyfta den konstruerades även. Idén bakom detta kandidatexamens projektet är att klon ska kunna lyfta ett objekt med okänd vikt utan att använda mer kraft än nödvändigt. Det är något som kommer vara användbart både vid industriella tillämpningar och hos husållsrobotar i framtiden. För att realisera konceptet testades två olika metoder för att estimera kraften klon genererar, den första genom motorströmmen och den andra genom en FSR sensor. Tester genomfördes för båda metoderna och slutsatsen blev att FSR sensorn gav bäst noggrannhet och var mest konsekvent. PID-regulatorn, för bestämning av kraftreferens, med insignal från glidsensorn och PID-regulatorn, för genererad klokraft, med insignal från FSR:n testades separat. Resultatet blev två PID-regulatorer som ansågs tillräckliga för fortsätta tester med båda regulatorerna tillsammans.

Der Maschinenbau benötigt zum Erhalt seiner Innovationsfähigkeit neue, ganzheitliche Ansätze, die die vollständige Digitalisierung der Produktentwicklung bis zur digitalen Produktion/Fabrik und auch die Geschäftsprozesse, das Produktionsmanagement und gesamtwirtschaftliche Aspekte einschließen. Ziel der Profillinie ist es, Ressourcen und Kompetenzen zu bündeln und unter Beachtung des industriellen Umfeldes und der Veränderungen im Forschungsumfeld in Deutschland und Europa eine “kritische Masse” an F&E-Potenzial zu schaffen, die es erlaubt, an der Spitze der Maschinenbauforschung zu agieren.

dreimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz

Der Automobilbau prägt die Industriestruktur ganzer Landstriche. Das Automobil an sich ist zur selbstverständlichen technischen Grundausstattung in unserem Leben geworden. Vor allem steigende Rohölpreise aber auch gestiegenes Umweltbewusstsein stellen die Grundtriebkräfte für Entwicklungen dar, die auf eine wesentlich verbesserte Energieeffizienz bei Beibehaltung und Verbesserung des Fahrkomforts abzielen. Das Hybridfahrzeug, d. h. ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen Antriebssystemen, stellt eine Möglichkeit dar, diesen Bedürfnissen Rechnung zu tragen. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, welches die verfügbaren Möglichkeiten der Mechatronik dazu verwendet, wesentliche Einspareffekte zu erzielen. Dabei galt es, ein rein elektrisches Getriebe, bestehend aus zwei permanent erregten Synchronmaschinen mit einem mechanischen Getriebe so zu kombinieren, dass die Anforderungen eines Fahrzeugs in allen Betriebspunkten erfüllt werden können. Auf zwei Versuchständen konnten die Funktionalitäten des elektrischen und des mechanischen Getriebeteils getestet werden. Das Konzept, die Realisierung und die Messergebnisse werden vorgestellt.

Modern product development is a highly complex process characterized by a pronounced interdisciplinary cooperation. Interdisciplinary cooperation accompanied with firm strategic and integrating concep ts leads to innovation potentials in context of cooperative product engineering. The phrase "Mechatronics" represents exactly these novel methodological concepts in the developing process of innova tive products with highly innovative functionality and structure. The concept Mechatronics has been exemplary proven successfully in high-tech sectors. A glance at the automobile or high speed train technology gives an impressive and pursuing figure of the far reach ing Mechatronics philosophy. SME in general have not enough research and development resources to their disposal in order to comply with the ever increasing market demands. Ways out of this dilemma are strategic alliances on one hand and the education of young "Mechatronicans" at universities on the other hand. ISOM 2002 aims to contribute by inviting SME representatives and students from universities and supplementary instit utions in Saxony. The key words of Mechatronics are sensors and actuators, integrated control strategies, modeling and simulation, effective design, safety and reliability. The symposium focuses on state-of-the-art in Mechatronics, especially regarding to controlled high precision systems and particularly to novel electromechanical driving systems. It will point toward future research directions in these subjects. ISOM 2002 is intended as a forum for those engineers and researchers from universities and industry in and outside Europe who actively participate in the young field of Mechatronics and uphold the old spirit of exchanging theoretical and practical results within the scientific community. / Die moderne industrielle Produktentwicklung ist ein hochkomplexer Prozess, der gekennzeichnet ist durch eine stark ausgeprägte interdisziplinäre Arbeit. Diese Interdisziplinarität gepaart mit fundiert en Strategie- und Integrationskonzepten führt zu erheblichen Innovationspotentialen im kooperativen Produkt-Engineering. Das Kunstwort Mechatronik steht genau für dieses neuartige methodologische Konz ept im Entwicklungsprozess innovativer Produkte mit einem hohen Integrationsgrad von Funktionalität und Struktur. Die Industrie hat in vielen High-Tech-Bereichen das Konzept Mechatronik beispielhaft realisiert. Ein Blick auf die Automobil- und Hochgeschwindigkeitszugtechnik zeigt in eindrucksvoller Weise die Tr agfähigkeit der Mechatronik-Philosophie. KMU verfügen oft nicht über das erforderliche FuE-Personal und die entsprechenden materiellen Ressourcen, um das enorme Entwicklungstempo mitzugehen. Wege zur Überwindung dieser Defizite sind strategi sche Allianzen und eine gezielte Ausbildung von Mechatronikern an Hoch- und Fachschulen. Auch hierzu soll das Symposium einen Beitrag leisten, indem insbesondere Vertreter von KMU und Studenten der ga stgebenden Universität sowie anderer Hochschuleinrichtungen Sachsens eingeladen wurden. Zu den Schlüsselworten in der Mechatronik gehören Sensoren und Aktoren, integrierte Steuerstrategien, Modellierung und Simulation, effektiver Entwurf, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Der derzeitige Sta nd der Mechatronikforschung, vor allem mit Blick auf hochgenaue, gesteuerte mechatronische Systeme und insbesondere neuartige integrierte elektromechanische Antriebssysteme, soll im Mittelpunkt dieses Symposiums stehen. Auch zukünftige Forschungsaufgaben für die Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung in den genannten Themenbereichen sollen aufgezeigt werden. Das Symposium versteht sich als Treffpunkt für diejenigen Forscher und Entwickler, die in Europa an Hochschulen ebenso wie in der Industrie auf diesem Gebiet aktiv sind und sich auf einen Austausch th eoretischer, experimenteller und anwendungsspezifischer Erfahrungen, die bei der wissenschaftlichen Arbeit auf dem noch jungen Gebiet der Mechatronik erlangt wurden, freuen.

Die Arbeit behandelt Methoden zur Analyse bzw. Synthese elektromechanischer Systeme mit endlichem Freiheitsgrad (EMS). Dabei wird von einer einheitlichen mathematischen Modellierung solcher Systeme basierend auf dem Prinzip der virtuellen Arbeit in Lagrange'scher Fassung ausgegangen. Als Analysemethoden für strukturfeste EMS werden neben der numerischen Integration die Bestimmung von Gleichgewichtszuständen und die Herleitung der linearisierten Gleichungen zur Schwingungsanalyse dargelegt. Auf die Analyse von strukturvariablen EMS wird ausführlich eingegangen. Dazu werden Phänomene der Strukturvariabilität domänenunabhängig als unilaterale Bindungen aufgefasst und mittels komplementärer Variablen beschrieben. Die kombinatorische Aufgabe der Strukturfindung wird mittels eines linearen Komplementaritätsproblems gelöst. Die Synthese eines EMS wird als inverses Problem der Dynamik aufgefasst. Bei fester Gesamtkonfiguration führt das auf die nichtlineare dynamische Steuerung solcher Systeme. Dazu wird ein so genannter erweiterter PD-Regler - bestehend aus einer nichtlinearen Vorsteuerung auf Basis der inversen Dynamik des EMS und einer linearen Rückführung des Lage- und Geschwindigkeitsfehlers - entworfen. Die globale asymptotische Stabilität dieses Regelgesetzes wird durch explizite Konstruktion einer Lyapunov-Funktion nachgewiesen. Einige Beispiele zur Anwendung der aufgeführten Analyse- und Synthesemethoden runden die Arbeit ab. The thesis deals with methods for analysis and synthesis of electromechanical systems with finite degrees of freedom (EMS). Starting point is a unified mathematical approach to modelling such systems based on the principle of virtual work in Lagrange's formulation. Numerical integration, determination of equilibrium states and derivation of linearized equations are used as analytical methods for EMS with fixed structure. Electromechanical systems with variable structure are regarded explicitly. Phenomena of structural variability are comprehended as unilateral constraints and described using complementary variables. The combinatorial task of finding a valid structure is solved using a linear complementarity problem. The synthesis of EMS is understood as an inverse task of dynamics. Using a fixed configuration, this approach leads to non-linear dynamic control of such systems. A so-called augmented PD-controller - consisting, on the one hand, of a non-linear feedforward based on inverse dynamics of the EMS and, on the other hand, of a linear feedback using position and velocity errors - is designed. Global asymptotic stability is proven by explicit construction of a Lyapunov-function. Some examples showing the usage of the corresponding analytical and synthetic methods are given.