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Entwicklung eines Versuchsstandes für einen neuartigen piezoelektrischen Antrieb

Opitz, Thomas :
Entwicklung eines Versuchsstandes für einen neuartigen piezoelektrischen Antrieb.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiger Versuchsstand für einen piezoelektrischen Aktor entwickelt. Dieser Aktor kann als Antrieb für ein haptisches Assistenzsystem zur Katheterisierung verwendet werden. Aufgebaut ist der Aktor aus einem Stapelaktor, einer Endmasse und einer geraden Spitze. Aufgrund ihrer Geometrie besitzt die Spitze mehrere Resonanzen. Durch selektive Anregung dieser unterschiedlichen Moden kann der Aktor Objekte in drei Freiheitsgraden antreiben.

Aufgrund dieser Besonderheiten muss ein Versuchsstand für drei rotatorische Freiheitsgrade entwickelt werden, um die mechanische Leistung des Aktors messen zu können.

In dieser Arbeit wird ein Versuchsstand entwickelt, der mit Hilfe von Beschleunigungstests die mechanische Leistung ermittelt.

Der piezoelektrische Aktor ist in einer Halterung senkrecht eingespannt, seine Spitze ist an eine Kugel gekoppelt. Die Kugel wird in einem sphärischen Luftlager gelagert und kann daher nahezu reibungsfrei rotieren. Optische Maus-Sensoren messen die Drehzahl in den drei Rotationsachsen. Vorversuche zeigen die Funktionsfähigkeit der einzelnen Systemkomponenten.

Zur Leistungsmessung beschleunigt der piezoelektrischen Aktor die Kugel aus dem Stand auf die maximal erreichbare Drehzahl. Anschließend werden aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl und der Masse der Kugel an einem PC die Drehmoment- und Leistungskennlinie berechnet.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung und Optimierung der Software der Ultraschallelektronik des piezoelektrischen Aktors. Zur Anregung der unterschiedlichen Moden der Spitze muss der piezoelektrische Aktor mit einem Wechselsignal angesteuert werden. Hierbei basiert die Signalerzeugung auf dem Prinzip der Digitalen Signal Synthese (DDS). In dieser Arbeit wird ein DDS-Algorithmus zur simultanen Ausgabe von drei in Frequenz, Amplitude und Phasenverschiebung unterschiedlichen Signalen entwickelt und implementiert. Des weiteren wird eine Anbindung der Ultraschallelektronik mittels der USB-Schnittstelle an einen PC verwirklicht und eine Ansteuerung in LabView entworfen.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Opitz, Thomas
Titel: Entwicklung eines Versuchsstandes für einen neuartigen piezoelektrischen Antrieb
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiger Versuchsstand für einen piezoelektrischen Aktor entwickelt. Dieser Aktor kann als Antrieb für ein haptisches Assistenzsystem zur Katheterisierung verwendet werden. Aufgebaut ist der Aktor aus einem Stapelaktor, einer Endmasse und einer geraden Spitze. Aufgrund ihrer Geometrie besitzt die Spitze mehrere Resonanzen. Durch selektive Anregung dieser unterschiedlichen Moden kann der Aktor Objekte in drei Freiheitsgraden antreiben.

Aufgrund dieser Besonderheiten muss ein Versuchsstand für drei rotatorische Freiheitsgrade entwickelt werden, um die mechanische Leistung des Aktors messen zu können.

In dieser Arbeit wird ein Versuchsstand entwickelt, der mit Hilfe von Beschleunigungstests die mechanische Leistung ermittelt.

Der piezoelektrische Aktor ist in einer Halterung senkrecht eingespannt, seine Spitze ist an eine Kugel gekoppelt. Die Kugel wird in einem sphärischen Luftlager gelagert und kann daher nahezu reibungsfrei rotieren. Optische Maus-Sensoren messen die Drehzahl in den drei Rotationsachsen. Vorversuche zeigen die Funktionsfähigkeit der einzelnen Systemkomponenten.

Zur Leistungsmessung beschleunigt der piezoelektrischen Aktor die Kugel aus dem Stand auf die maximal erreichbare Drehzahl. Anschließend werden aus dem zeitlichen Verlauf der Drehzahl und der Masse der Kugel an einem PC die Drehmoment- und Leistungskennlinie berechnet.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung und Optimierung der Software der Ultraschallelektronik des piezoelektrischen Aktors. Zur Anregung der unterschiedlichen Moden der Spitze muss der piezoelektrische Aktor mit einem Wechselsignal angesteuert werden. Hierbei basiert die Signalerzeugung auf dem Prinzip der Digitalen Signal Synthese (DDS). In dieser Arbeit wird ein DDS-Algorithmus zur simultanen Ausgabe von drei in Frequenz, Amplitude und Phasenverschiebung unterschiedlichen Signalen entwickelt und implementiert. Des weiteren wird eine Anbindung der Ultraschallelektronik mittels der USB-Schnittstelle an einen PC verwirklicht und eine Ansteuerung in LabView entworfen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Ansteuersignalform, Digitale Signalsynthese, Luftlager, Messstand Leistung mechanisch, Signalerzeugung digital, Stapelaktor piezoelektrisch
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:18
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1621

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 02-05-2006

Ende Datum: 30-10-2006

Querverweis: 17/24 EMKD 1579

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1621
Gutachter / Prüfer: Schemmer, Dipl.-Ing. Benedikt ; Klages/Sindlinger, Dipl.-Ing. Stephanie ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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