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Entwicklung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle unter Verwendung dielektrischer Elastomeraktoren

Haus, Henry :
Entwicklung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle unter Verwendung dielektrischer Elastomeraktoren.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2009)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines taktilen Displays für den Einsatz in einem mobilen Endgerät (MP3-Player). Das Anzeigefeld soll zur taktilen Darstellung eines Betriebszustandes dienen und so den Benutzerkomfort erhöhen, beziehungsweise ein intuitives Bedienen ermöglichen.

Als Aktoren zur Erzeugung der Stimulation werden die am Institut für Elektromechanische Konstruktionen entwickelten dielektrischen Elastomeraktoren (DEA) in Stapelbauweise verwendet. Resultierend aus der Aufgabenstellung werden die zu beachtenden und beeinflussbaren Parameter der menschlichen Wahrnehmung und der DEA erarbeitet. So wird, z.B. auf Grund der höheren Wiedererkennungsrate des Menschen von kleinen Auslenkungen bei Vibrationen, eine vibrierende Stimulation des Fingers bevorzugt (vibrotaktiles Display). Die Fläche der Stimulatoren beträgt dabei 25 mm2.

Die relevanten Parameter werden anschließend in ein entsprechendes Konzept für die Entwicklung des Displays überführt. Dies sieht die Verwendung von fünf Aktoren vor, die insgesamt neun Zustände (Play, Lautstärke steigt, Lautstärke fällt, Vor- und Zurückspringen, Vor- und Zurückspulen, Pause, Stop) darstellen können. Das resultierende Display-Konzept ist bezüglich der Aktoranordnung an bestehende Konzepte angelehnt, um die Erfahrung des Anwenders im Bedienen solcher funktionalen Felder auszunutzen. Die dimensionierten Aktoren werden hergestellt und das Display aufgebaut.

Um eine Aussage über die mobile Einsatzfähigkeit des Displays machen zu können, wird die von den Aktoren aufgenommene Leistung berechnet. Als Scheinleistung ergibt sich ein Wert von S=33,6 mVA, mit einem sehr geringen Anteil an Wirkleistung (P=0,27 mW), der einen mobilen Einsatz, trotz notwendiger Transformation der Spannung und Verluste durch Blindströme, realistisch erscheinen lässt.

Zur Ansteuerung der Aktoren werden mehrere Hochspannungsschalter aufgebaut, über die die einzelnen Aktoren angesteuert werden können. Mittels einer programmierten Bedienoberfläche in LabVIEW lassen sich die anzuzeigenden Betriebszustände simulieren. Außerdem lassen sich die stimulierenden Signale über diese Eingabeoberfläche in Amplitude, Frequenz und Pulsmuster variieren. Der Aufbau stellt kein marktreifes Konzept für den Einsatz in einem MP3-Player dar, bietet aber die Möglichkeit die Eigenschaften eines taktilen Bedienfeldes durch breite Untersuchungen zu erforschen.

In abschließenden Tests wird die Leistungsfähigkeit der Aktoren und die Qualität des realisierten Bedienkonzeptes nachgewiesen. In einem der Tests wird den Probanden eine Abfolge von Displayzuständen angeboten. Aufgabe ist das Erkennen des Signals, also die örtliche Zuordnung (welcher Aktor vibriert) und die Beantwortung der Frage, welches Signal anzeigt wird (Frequenz oder Pulsmuster). Wie aus der hohen Wiedererkennungsrate (gemittelt größer als 92 Prozent) deutlich wird, funktioniert das entwickelte Konzept bereits gut.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2009
Autor(en): Haus, Henry
Titel: Entwicklung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle unter Verwendung dielektrischer Elastomeraktoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines taktilen Displays für den Einsatz in einem mobilen Endgerät (MP3-Player). Das Anzeigefeld soll zur taktilen Darstellung eines Betriebszustandes dienen und so den Benutzerkomfort erhöhen, beziehungsweise ein intuitives Bedienen ermöglichen.

Als Aktoren zur Erzeugung der Stimulation werden die am Institut für Elektromechanische Konstruktionen entwickelten dielektrischen Elastomeraktoren (DEA) in Stapelbauweise verwendet. Resultierend aus der Aufgabenstellung werden die zu beachtenden und beeinflussbaren Parameter der menschlichen Wahrnehmung und der DEA erarbeitet. So wird, z.B. auf Grund der höheren Wiedererkennungsrate des Menschen von kleinen Auslenkungen bei Vibrationen, eine vibrierende Stimulation des Fingers bevorzugt (vibrotaktiles Display). Die Fläche der Stimulatoren beträgt dabei 25 mm2.

Die relevanten Parameter werden anschließend in ein entsprechendes Konzept für die Entwicklung des Displays überführt. Dies sieht die Verwendung von fünf Aktoren vor, die insgesamt neun Zustände (Play, Lautstärke steigt, Lautstärke fällt, Vor- und Zurückspringen, Vor- und Zurückspulen, Pause, Stop) darstellen können. Das resultierende Display-Konzept ist bezüglich der Aktoranordnung an bestehende Konzepte angelehnt, um die Erfahrung des Anwenders im Bedienen solcher funktionalen Felder auszunutzen. Die dimensionierten Aktoren werden hergestellt und das Display aufgebaut.

Um eine Aussage über die mobile Einsatzfähigkeit des Displays machen zu können, wird die von den Aktoren aufgenommene Leistung berechnet. Als Scheinleistung ergibt sich ein Wert von S=33,6 mVA, mit einem sehr geringen Anteil an Wirkleistung (P=0,27 mW), der einen mobilen Einsatz, trotz notwendiger Transformation der Spannung und Verluste durch Blindströme, realistisch erscheinen lässt.

Zur Ansteuerung der Aktoren werden mehrere Hochspannungsschalter aufgebaut, über die die einzelnen Aktoren angesteuert werden können. Mittels einer programmierten Bedienoberfläche in LabVIEW lassen sich die anzuzeigenden Betriebszustände simulieren. Außerdem lassen sich die stimulierenden Signale über diese Eingabeoberfläche in Amplitude, Frequenz und Pulsmuster variieren. Der Aufbau stellt kein marktreifes Konzept für den Einsatz in einem MP3-Player dar, bietet aber die Möglichkeit die Eigenschaften eines taktilen Bedienfeldes durch breite Untersuchungen zu erforschen.

In abschließenden Tests wird die Leistungsfähigkeit der Aktoren und die Qualität des realisierten Bedienkonzeptes nachgewiesen. In einem der Tests wird den Probanden eine Abfolge von Displayzuständen angeboten. Aufgabe ist das Erkennen des Signals, also die örtliche Zuordnung (welcher Aktor vibriert) und die Beantwortung der Frage, welches Signal anzeigt wird (Frequenz oder Pulsmuster). Wie aus der hohen Wiedererkennungsrate (gemittelt größer als 92 Prozent) deutlich wird, funktioniert das entwickelte Konzept bereits gut.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Bedienkonzept, Dielektrische Elastomer-Stapelaktoren (DEA), Leistungsaufnahme Minimierung, Vibrotaktiles Display, Wahrnehmungsschwelle
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 14:02
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1712

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 24-03-2009

Ende Datum: 01-07-2009

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1712
Gutachter / Prüfer: Matysek, Dipl.-Ing. Marc ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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