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Entwicklung und Aufbau eines Messplatzes für die Messung von haptischen Wahrnehmungskennlinien am Menschen

Hatzfeld, Christian :
Entwicklung und Aufbau eines Messplatzes für die Messung von haptischen Wahrnehmungskennlinien am Menschen.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2008)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

In dieser Diplomarbeit wird ein Messplatz für psychophysikalische Experimente zum haptischen Sinneskanal entwickelt. Damit sollen Messreihen mit Probanden aufgenommen werden, um die haptische Wahrnehmung an der Hand zu quantifizieren.

Der Messplatz besteht aus einer geregelten elektrodynamischen Kraftquelle mit Sensoren zur Messung von Kraft, Auslenkung und Geschwindigkeit. Die Messreihen können für drei typische Griffsituationen in Abhängigkeit der Temperatur und einer einstellbaren bzw. messbaren Offsetkraft durchgeführt werden. Die Steuerung des Messplatzes erfolgt mit LabView.

Im Rahmen der Arbeit wird die in Vorarbeiten entwickelte Kraftquelle durch Neukonstruktion des bewegten Teilsystems in ihren dynamischen Eigenschaften verbessert. Für die Regelung fällt die Entscheidung für einen hochpräzisen Kraftsensor auf Basis von Silizium-DMS. Da kommerzielle Lösungen die dynamischen Anforderungen nicht erfüllen, wird eine angepasste Auswertungselektronik entwickelt. Ein Lasertriangulator misst die Auslenkung der Kraftquelle.

Die Geschwindigkeit wird mit zwei Systemen, einer Induktionsspule und einer Differenzierung des Wegsignals erfasst, um durch eine Messbereichsaufteilung die nötige Dynamik sicher zu stellen. Die die Hand umgebende Luft kann im Bereich von 5 bis 50°C durch ein Peltierelement temperiert werden.

Die Signalerzeugung erfolgt mit einer FPGA-Messkarte mit analogen Ausgaberaten von bis zu 1MSa. Dadurch können beliebige Kurvenformen bei ausreichender Auflösung mit bis zu 1000Hz ausgegeben werden. Die Datenaufzeichnung durch die Karte erfolgt mit Abtastraten zwischen 10 und 200 kHz. Die Steuerungssoftware ist modular gestaltet, um verschiedene Methoden der Psychophysik verwenden zu können. Ein Vorschlag zur flexiblen Protokollierung der Messergebnisse wurde erarbeitet. Interaktionsmöglichkeiten mit dem Probanden sind vorgesehen.

Die Kraftquelle wurde durch Impedanzmessungen und der Kraftübertragungsfunktion charakterisiert, die eine Verbesserung der dynamischen Eigenschaften bestätigen. Der Messplatz wurde mit Ausnahme des defekt gelieferten Kraftsensors und der Geschwindigkeitssensorik charakterisiert und erreicht Fehler von weniger als 0,1%. Die Arbeit schließt mit Vorschlägen zur weiteren Verbesserung der Dynamik und Genauigkeit und zum strukturierten Vorgehen bei den anstehenden Messungen.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2008
Autor(en): Hatzfeld, Christian
Titel: Entwicklung und Aufbau eines Messplatzes für die Messung von haptischen Wahrnehmungskennlinien am Menschen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

In dieser Diplomarbeit wird ein Messplatz für psychophysikalische Experimente zum haptischen Sinneskanal entwickelt. Damit sollen Messreihen mit Probanden aufgenommen werden, um die haptische Wahrnehmung an der Hand zu quantifizieren.

Der Messplatz besteht aus einer geregelten elektrodynamischen Kraftquelle mit Sensoren zur Messung von Kraft, Auslenkung und Geschwindigkeit. Die Messreihen können für drei typische Griffsituationen in Abhängigkeit der Temperatur und einer einstellbaren bzw. messbaren Offsetkraft durchgeführt werden. Die Steuerung des Messplatzes erfolgt mit LabView.

Im Rahmen der Arbeit wird die in Vorarbeiten entwickelte Kraftquelle durch Neukonstruktion des bewegten Teilsystems in ihren dynamischen Eigenschaften verbessert. Für die Regelung fällt die Entscheidung für einen hochpräzisen Kraftsensor auf Basis von Silizium-DMS. Da kommerzielle Lösungen die dynamischen Anforderungen nicht erfüllen, wird eine angepasste Auswertungselektronik entwickelt. Ein Lasertriangulator misst die Auslenkung der Kraftquelle.

Die Geschwindigkeit wird mit zwei Systemen, einer Induktionsspule und einer Differenzierung des Wegsignals erfasst, um durch eine Messbereichsaufteilung die nötige Dynamik sicher zu stellen. Die die Hand umgebende Luft kann im Bereich von 5 bis 50°C durch ein Peltierelement temperiert werden.

Die Signalerzeugung erfolgt mit einer FPGA-Messkarte mit analogen Ausgaberaten von bis zu 1MSa. Dadurch können beliebige Kurvenformen bei ausreichender Auflösung mit bis zu 1000Hz ausgegeben werden. Die Datenaufzeichnung durch die Karte erfolgt mit Abtastraten zwischen 10 und 200 kHz. Die Steuerungssoftware ist modular gestaltet, um verschiedene Methoden der Psychophysik verwenden zu können. Ein Vorschlag zur flexiblen Protokollierung der Messergebnisse wurde erarbeitet. Interaktionsmöglichkeiten mit dem Probanden sind vorgesehen.

Die Kraftquelle wurde durch Impedanzmessungen und der Kraftübertragungsfunktion charakterisiert, die eine Verbesserung der dynamischen Eigenschaften bestätigen. Der Messplatz wurde mit Ausnahme des defekt gelieferten Kraftsensors und der Geschwindigkeitssensorik charakterisiert und erreicht Fehler von weniger als 0,1%. Die Arbeit schließt mit Vorschlägen zur weiteren Verbesserung der Dynamik und Genauigkeit und zum strukturierten Vorgehen bei den anstehenden Messungen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrodynamisch, Haptik, LabView FPGA, Steuerung mit LabView
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 06 Sep 2011 15:43
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1667

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 03-09-2007

Ende Datum: 18-03-2008

Querverweis: Projektseminar 18.256.4.3 S05, 17/24 EMKD 1602

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1667
Gutachter / Prüfer: Kassner, Dipl.-Ing. Sebastian ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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