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

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

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.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2008
Creators: Hatzfeld, Christian
Title: Entwicklung und Aufbau eines Messplatzes für die Messung von haptischen Wahrnehmungskennlinien am Menschen
Language: German
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.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrodynamisch, Haptik, LabView FPGA, Steuerung 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: 06 Sep 2011 15:43
Additional Information:

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)

Identification Number: 17/24 EMKD 1667
Referees: Kassner, Dipl.-Ing. Sebastian and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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