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Auswahl kinematischer Sensoren für die Quantifizierung der haptischen Wahrnehmung

Muth, Dominik (2013):
Auswahl kinematischer Sensoren für die Quantifizierung der haptischen Wahrnehmung.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG MuST, [Bachelor Thesis]

Abstract

Für einen Messplatz zur Ermittlung haptischer Wahrnehmungsschwellen bei harmonischen Anregungssignalen werden kommerzielle Sensoren für kinematische Größen recherchiert. Für den Messplatz werden zwei Griffsituationen vorgegeben. Die Griffsituation des Präzisionsgriffs eines Torquers, welcher bei Herzkatheterisierungen zur Navigation des Führungsdrahtes zum Einsatz kommt, sowie die Griffsituation des Fingers auf einer steifen Platte. Für die Platte sind zwei translatorische Freiheitsgrade und für den Torquer ein translatorischer sowie ein rotatorischer Freiheitsgrad zu erfassen. Die Freiheitsgrade der Platte stehen tangential und normal zur Hautoberfläche. Die des Torquers ermöglichen eine Bewegung entlang seiner Symmetrieachse sowie eine Drehung um diese. Die Wahrnehmungsschwellen werden im Frequenzbereich von 5 Hz bis 1000 Hz untersucht. Die differentielle Wahrnehmungsschwelle wird noch bei Referenzreizen bis zu 40 dB über der absoluten Wahrnehmungsschwelle untersucht. Anhand der im Rahmen der Arbeit durchgeführten Recherche nach Wahrnehmungsschwellen umfasst der Messbereich der Wege 50 nm bis 1,3 mm, Geschwindigkeiten 56μm/s bis 0,32m/s und Beschleunigungen 500 μg bis 200 g. Bei dem rotatorischen Freiheitsgrad umfasst der Messbereich der Winkel 8*10^−4° bis 23°, Winkelgeschwindigkeit 16 mrad/s bis 100 rad/s und Winkelbeschleunigungen 1,6 rad/s^2 bis 600 krad/s^2. In der Sensorrecherche zur Erfassung des translatorischen Freiheitsgrades zeigt sich, dass die Bewegung mittels ausschließlich Wegsensorik, ausschließlich Beschleunigungssensorik sowie einer Kombination der beiden Varianten anforderungsgerecht erfassbar ist. Für die Wegsensorik liefert das Prinzip der photoelektrischen Abtastung als einziges die notwendige Auflösung in Kombination mit der Stabilität für die auftretenden Beschleunigungen. Bei der Beschleunigungssensorik ist nur mit dem piezoelektrischen Wirkprinzip ein Rauschen von weniger als 100 μg erreichbar um die niedrigen Beschleunigungen zu erfassen. Als beste Gesamtlösung zur Erfassung des translatorischen Freiheitsgrades ergibt sich die Kombination von zwei Beschleunigungssensoren zur Abdeckung des gesamten Messbereiches. Für die Erfassung des rotatorischen Freiheitsgrades sind aus der Recherche keine kommerziellen Lösungen verfügbar, welche die genannten kinematischen Größen zerstörungsfrei erfassen können. Als bestes Prinzip, anhand der Bewertungskriterien, zur Erfassung der Rotation mittels translatorischer Sensorik, ergibt sich ein Stab, welcher fest mit der Achse des Torquers verbunden ist und dessen Abstand zu einem festen Raumpunkt berührungslos erfasst wird.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2013
Creators: Muth, Dominik
Title: Auswahl kinematischer Sensoren für die Quantifizierung der haptischen Wahrnehmung
Language: German
Abstract:

Für einen Messplatz zur Ermittlung haptischer Wahrnehmungsschwellen bei harmonischen Anregungssignalen werden kommerzielle Sensoren für kinematische Größen recherchiert. Für den Messplatz werden zwei Griffsituationen vorgegeben. Die Griffsituation des Präzisionsgriffs eines Torquers, welcher bei Herzkatheterisierungen zur Navigation des Führungsdrahtes zum Einsatz kommt, sowie die Griffsituation des Fingers auf einer steifen Platte. Für die Platte sind zwei translatorische Freiheitsgrade und für den Torquer ein translatorischer sowie ein rotatorischer Freiheitsgrad zu erfassen. Die Freiheitsgrade der Platte stehen tangential und normal zur Hautoberfläche. Die des Torquers ermöglichen eine Bewegung entlang seiner Symmetrieachse sowie eine Drehung um diese. Die Wahrnehmungsschwellen werden im Frequenzbereich von 5 Hz bis 1000 Hz untersucht. Die differentielle Wahrnehmungsschwelle wird noch bei Referenzreizen bis zu 40 dB über der absoluten Wahrnehmungsschwelle untersucht. Anhand der im Rahmen der Arbeit durchgeführten Recherche nach Wahrnehmungsschwellen umfasst der Messbereich der Wege 50 nm bis 1,3 mm, Geschwindigkeiten 56μm/s bis 0,32m/s und Beschleunigungen 500 μg bis 200 g. Bei dem rotatorischen Freiheitsgrad umfasst der Messbereich der Winkel 8*10^−4° bis 23°, Winkelgeschwindigkeit 16 mrad/s bis 100 rad/s und Winkelbeschleunigungen 1,6 rad/s^2 bis 600 krad/s^2. In der Sensorrecherche zur Erfassung des translatorischen Freiheitsgrades zeigt sich, dass die Bewegung mittels ausschließlich Wegsensorik, ausschließlich Beschleunigungssensorik sowie einer Kombination der beiden Varianten anforderungsgerecht erfassbar ist. Für die Wegsensorik liefert das Prinzip der photoelektrischen Abtastung als einziges die notwendige Auflösung in Kombination mit der Stabilität für die auftretenden Beschleunigungen. Bei der Beschleunigungssensorik ist nur mit dem piezoelektrischen Wirkprinzip ein Rauschen von weniger als 100 μg erreichbar um die niedrigen Beschleunigungen zu erfassen. Als beste Gesamtlösung zur Erfassung des translatorischen Freiheitsgrades ergibt sich die Kombination von zwei Beschleunigungssensoren zur Abdeckung des gesamten Messbereiches. Für die Erfassung des rotatorischen Freiheitsgrades sind aus der Recherche keine kommerziellen Lösungen verfügbar, welche die genannten kinematischen Größen zerstörungsfrei erfassen können. Als bestes Prinzip, anhand der Bewertungskriterien, zur Erfassung der Rotation mittels translatorischer Sensorik, ergibt sich ein Stab, welcher fest mit der Achse des Torquers verbunden ist und dessen Abstand zu einem festen Raumpunkt berührungslos erfasst wird.

Uncontrolled Keywords: Marktanalyse Geschwindigkeitssensor Inertialsensor Haptik Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen
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 Dec 2013 08:37
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1824

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 07-05-2013

Ende Datum: 07-10-2013

Identification Number: 17/24 EMK B 1824
Referees: Werthschützky, Prof. Roland
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