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Entwicklung eines strukturintegrierten Kraftsensors für haptische Assistenzsystem

Sakacli, Ali Kerem (2013):
Entwicklung eines strukturintegrierten Kraftsensors für haptische Assistenzsystem.
TU Darmstadt, Institut EMK FG MuST, [Bachelor Thesis]

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Einkomponenten-Kraftsensors. Am Institut Elektromechanische Konstruktionen (EMK) der TU-Darmstadt werden haptische Assistenzsysteme für die minimalinvasive Chirurgie, FLEXMIN und HapCath, entwickelt. Dazu ist die Kenntnis der Interaktionskraft zwischen dem Assistenzsystem und dem Patienten erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Einkomponenten-Kraftsensor entworfen, gefertigt und charakterisiert. Der Sensor besitzt einen Durchmesser von 5mm und eine Länge von 14mm. Zusätzlich verfügt er über eine axiale Durchgangsbohrung mit 1mm Durchmesser. Als Messprinzip ist das resistive Messprinzip ausgewählt worden. Der Verformungskörper wandelt die angreifende Kraft in eine Dehnung um, die vom resistiven Dehnungsmessstreifen (HBM 1-LY11-0.3/120) erfasst wird. Methodisch erarbeitete Verformungskörper werden zunächst nach Belastungsart klassifiziert. Ein Belastungsfall wird ausgewählt, um daraus ein skalierbares Design für den Verformungskörper zu erarbeiten. Das Design des Sensors wird anhand einer FEM-Simulation analysiert und optimiert. Für den Entwurf des Verformungskörpers ist eine axiale Nennlast von 20N maßgeblich. Die Simulation der Eigenfrequenz in axialer Richtung ergibt einen Wert von 8269Hz und eine Überlastsicherheit von 1,4. Effekte parasitär wirkender Kraft- und Momentkomponenten werden durch eine mittige Installation der DMS auf den Balken des Verformungskörpers kompensiert. Auf dem Verformungskörper sind 4 DMS aufgebracht und zu einer Vollbrücke verschaltet. Der Sensor weist einen Linearitätsfehler von 1,001% und einen Hysteresefehler von 1,614% auf. Für eine darüberhinausgehende Charakterisierung des Kraftsensors sind weitere Messungen erforderlich.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2013
Creators: Sakacli, Ali Kerem
Title: Entwicklung eines strukturintegrierten Kraftsensors für haptische Assistenzsystem
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Einkomponenten-Kraftsensors. Am Institut Elektromechanische Konstruktionen (EMK) der TU-Darmstadt werden haptische Assistenzsysteme für die minimalinvasive Chirurgie, FLEXMIN und HapCath, entwickelt. Dazu ist die Kenntnis der Interaktionskraft zwischen dem Assistenzsystem und dem Patienten erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Einkomponenten-Kraftsensor entworfen, gefertigt und charakterisiert. Der Sensor besitzt einen Durchmesser von 5mm und eine Länge von 14mm. Zusätzlich verfügt er über eine axiale Durchgangsbohrung mit 1mm Durchmesser. Als Messprinzip ist das resistive Messprinzip ausgewählt worden. Der Verformungskörper wandelt die angreifende Kraft in eine Dehnung um, die vom resistiven Dehnungsmessstreifen (HBM 1-LY11-0.3/120) erfasst wird. Methodisch erarbeitete Verformungskörper werden zunächst nach Belastungsart klassifiziert. Ein Belastungsfall wird ausgewählt, um daraus ein skalierbares Design für den Verformungskörper zu erarbeiten. Das Design des Sensors wird anhand einer FEM-Simulation analysiert und optimiert. Für den Entwurf des Verformungskörpers ist eine axiale Nennlast von 20N maßgeblich. Die Simulation der Eigenfrequenz in axialer Richtung ergibt einen Wert von 8269Hz und eine Überlastsicherheit von 1,4. Effekte parasitär wirkender Kraft- und Momentkomponenten werden durch eine mittige Installation der DMS auf den Balken des Verformungskörpers kompensiert. Auf dem Verformungskörper sind 4 DMS aufgebracht und zu einer Vollbrücke verschaltet. Der Sensor weist einen Linearitätsfehler von 1,001% und einen Hysteresefehler von 1,614% auf. Für eine darüberhinausgehende Charakterisierung des Kraftsensors sind weitere Messungen erforderlich.

Uncontrolled Keywords: Kraftsensor Miniaturisierung HapCath Finite Elemente Programm ANSYS 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 1826 Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 13-05-2013

Ende Datum: 13-10-2013

Identification Number: 17/24 EMKB 1826
Referees: Werthschützky, Prof. Roland
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