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Bedienfeld mit variablen Tasten bezüglich Haptik und Größe - Sensorik, Elektronik, Regelung

Weber, Thomas (2001):
Bedienfeld mit variablen Tasten bezüglich Haptik und Größe - Sensorik, Elektronik, Regelung.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser und einer parallelen Studienarbeit [Kern] (SA 1481) ist die Entwicklung eines Bedienfeldes, das aus mehreren translatorisch bewegten Elementen besteht. Wird ein Teil davon angehoben, so entstehen Tasten. Durch das Zuweisen einer Kraft-Weg-Kennlinie besitzen diese eine haptische Rückmeldung für den Benutzer. Dieses variable Bedienfeld wird kurz "HapKey" genannt. Die parallel verlaufene Studienarbeit [Kern] beschreibt die Recherche und Entwicklung der dazu notwendigen Linearaktoren auf Basis eines elektrodynamischen Prinzips. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Sensorik, Elektronik und Regelung der Tastenelemente. Zur Auswahl der Positionssensorik werden mögliche physikalische Prinzipien und technische Verfahren betrachtet. Die Varianten Hall-Sensor, Reflexlichtschranke und Differentialdrossel werden als engere Auswahl diskutiert. Als Treiberstufe für die Aktorik wird eine Komplementärendstufe und ein Leistungsoperationsverstärker betrachtet. Des weiteren wird die Verwendung einer Kraft- oder Wegregelung und die regelungstechnische Beschreibung des Fingers untersucht. Aufgebaut ist die Positionssensorik mit der Reflexlichtschranke SFH900 von Infineon, die eine Auflösung von mindestens 35µm über einen Weg von 7mm ermöglicht. Ein PID-Regler liefert in Abhängigkeit der vorgegebenen Kraft-Weg-Kennlinie die Regelgröße. Die Implementierung der Regelung erfolgte mit einem PC in der graphischen Programmiersprache Labview. Bei Tests mit einer Taste erreichte die Regelung eine Abtastfrequenz von ca. 5kHz. Über eine AD/DA-Karte APCI 3120 von Addidata wird pro Aktor eine Treiberstufe mit dem Leistungsoperationsverstärker OPA2541 von BurrBrown angsteuert. Damit wird pro Aktor eine Ausgangsspannung von maximal 30V bei 1A zur Verfügung gestellt. Bis auf die Implementierung der Kraft-Weg-Kennlinie ist der erstellte Aufbau für eine Taste funktionsfähig. D.h. die Taste folgt einer Positionsvorgabe ohne spürbare Verzögerungen oder Schwingungen.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2001
Creators: Weber, Thomas
Title: Bedienfeld mit variablen Tasten bezüglich Haptik und Größe - Sensorik, Elektronik, Regelung
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser und einer parallelen Studienarbeit [Kern] (SA 1481) ist die Entwicklung eines Bedienfeldes, das aus mehreren translatorisch bewegten Elementen besteht. Wird ein Teil davon angehoben, so entstehen Tasten. Durch das Zuweisen einer Kraft-Weg-Kennlinie besitzen diese eine haptische Rückmeldung für den Benutzer. Dieses variable Bedienfeld wird kurz "HapKey" genannt. Die parallel verlaufene Studienarbeit [Kern] beschreibt die Recherche und Entwicklung der dazu notwendigen Linearaktoren auf Basis eines elektrodynamischen Prinzips. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Sensorik, Elektronik und Regelung der Tastenelemente. Zur Auswahl der Positionssensorik werden mögliche physikalische Prinzipien und technische Verfahren betrachtet. Die Varianten Hall-Sensor, Reflexlichtschranke und Differentialdrossel werden als engere Auswahl diskutiert. Als Treiberstufe für die Aktorik wird eine Komplementärendstufe und ein Leistungsoperationsverstärker betrachtet. Des weiteren wird die Verwendung einer Kraft- oder Wegregelung und die regelungstechnische Beschreibung des Fingers untersucht. Aufgebaut ist die Positionssensorik mit der Reflexlichtschranke SFH900 von Infineon, die eine Auflösung von mindestens 35µm über einen Weg von 7mm ermöglicht. Ein PID-Regler liefert in Abhängigkeit der vorgegebenen Kraft-Weg-Kennlinie die Regelgröße. Die Implementierung der Regelung erfolgte mit einem PC in der graphischen Programmiersprache Labview. Bei Tests mit einer Taste erreichte die Regelung eine Abtastfrequenz von ca. 5kHz. Über eine AD/DA-Karte APCI 3120 von Addidata wird pro Aktor eine Treiberstufe mit dem Leistungsoperationsverstärker OPA2541 von BurrBrown angsteuert. Damit wird pro Aktor eine Ausgangsspannung von maximal 30V bei 1A zur Verfügung gestellt. Bis auf die Implementierung der Kraft-Weg-Kennlinie ist der erstellte Aufbau für eine Taste funktionsfähig. D.h. die Taste folgt einer Positionsvorgabe ohne spürbare Verzögerungen oder Schwingungen.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, hapkey, Haptik, PID-Regler digital, Positionsmessung, Positionsregelung, Reflexlichtschranke Fehlerbetrachtung, Regelung mit LabView
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 07 Sep 2011 16:56
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1480

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 13-11-2000

Ende Datum: 31-08-2001

Querverweis: 17/24 EMKS 1481

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKS 1480
Referees: Doerrer, Dipl.-Ing. Christoph and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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