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Modellierung der mechanischen Nutzerimpedanz

Jallouli, Ismaeel :
Modellierung der mechanischen Nutzerimpedanz.
TU Darmstadt, Institut EMK, FG MuST
[Bachelorarbeit], (2014)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung der mechanischen Nutzerimpedanz, die insbesondere für den Entwurf und die Evaluationn haptischer Systeme benötigt wird. Ziel der Arbeit ist, alternative Modellierungsverfahren zu formulieren, die die bestehenden Ansätze im Bezug auf die interpersonellen, biologischen Nutzereigenschaften ersetzen bzw. erweitern. In der Literatur werden umfangreiche Modellierungsprinzipien ermittelt und erklärt. Dazu gehören u.a. Netzwerk-Methode, Finite-Elemente-Methode und Kombinierte Simulation. Diese Modelle und die jeweiligen Messmethoden werden gegenübergestellt und analysiert. Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften der Haut und des Gewebes erläutert. Die Ergebnisse der Recherche zeigen dabei, dass die Haut hauptsächlich aus den drei Hautschichten Epidermis, Dermis und Subkutis besteht und ein viskoelastisches Verhalten aufweist. Unter Berücksichtigung der Rechercheergebnisse werden die Hautschichten näher untersucht und daraus wichtige Kennwerte abgeleitet, die später als Grundlagen für die Modellbildung dienen. Zusätzlich werden extrinsische und intrinsische Einflussparameter identifiziert, die die mechanische Impedanz direkt oder indirekt beeinflussen können. Ausgehend von diesen Ergebnissen wird ein Modell der mechanischen Impedanz hergeleitet. Aufgrund der großen Datenmenge wird eine Erweiterung des bestehenden Kern-Modells vorgenommen. Dabei wird, ausgehend von biomechanischen Eigenschaften, jede Hautschicht ein viskoelastischer Grundkörper zugewiesen. Durch den Vergleich mit den Messdaten erfolgt die Validierung des Modells. Des Weiteren wird eine Reihe von Simulationen durchgeführt, um den Einfluss unterschiedlicher Effekte zu analysieren, und die Ursachen der großen, interpersonellen Streuung bei Frequenzen unterhalb 10^2 Hz zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen einen Einfluss der Kontaktfläche, der viskosen Dämpfungen der Dermis und Subkutis und des E-Moduls der Dermis im Frequenzbereich zwischen 3 und 100 Hz auf die mechanische Impedanz. Um diesen Einfluss und die Effekte möglichst quantitativ beschreiben zu können, wird eine Varianzanalyse durchgeführt und die Effektstärken bestimmt. Den mit Abstand größten Effekt hat die Kontaktfläche im gesamten Frequenzbereich, gefolgt von der viskosen Dämpfung der Subkutis und zusätzlich die Wechselwirkung zwischen der Kontaktfläche und dem E-Modul der Dermis. Zuletzt werden die Einflussparameter mittels Bewertungskriterien bewertet, um letztendlich eine Empfehlung bezüglich der Berücksichtigung dieser Einflussparameter bei weiteren Anwendungen geben zu können. Die Bewertung ergibt, dass mehr auf die Kontaktfläche und Dämpfung der Unterhaut (Subkutis) geachtet werden muss. Anhand der neuen Erkenntnisse können neue Entwurfs- und Evaluierungsgrundlagen bei der Entwicklung haptischer Systeme abgeleitet werden, da die mechanischen Nutzereigenschaften einen großen Einfluss auf die Stabilität sowie die Darstellungsqualität des haptischen Systems ausüben.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2014
Autor(en): Jallouli, Ismaeel
Titel: Modellierung der mechanischen Nutzerimpedanz
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung der mechanischen Nutzerimpedanz, die insbesondere für den Entwurf und die Evaluationn haptischer Systeme benötigt wird. Ziel der Arbeit ist, alternative Modellierungsverfahren zu formulieren, die die bestehenden Ansätze im Bezug auf die interpersonellen, biologischen Nutzereigenschaften ersetzen bzw. erweitern. In der Literatur werden umfangreiche Modellierungsprinzipien ermittelt und erklärt. Dazu gehören u.a. Netzwerk-Methode, Finite-Elemente-Methode und Kombinierte Simulation. Diese Modelle und die jeweiligen Messmethoden werden gegenübergestellt und analysiert. Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften der Haut und des Gewebes erläutert. Die Ergebnisse der Recherche zeigen dabei, dass die Haut hauptsächlich aus den drei Hautschichten Epidermis, Dermis und Subkutis besteht und ein viskoelastisches Verhalten aufweist. Unter Berücksichtigung der Rechercheergebnisse werden die Hautschichten näher untersucht und daraus wichtige Kennwerte abgeleitet, die später als Grundlagen für die Modellbildung dienen. Zusätzlich werden extrinsische und intrinsische Einflussparameter identifiziert, die die mechanische Impedanz direkt oder indirekt beeinflussen können. Ausgehend von diesen Ergebnissen wird ein Modell der mechanischen Impedanz hergeleitet. Aufgrund der großen Datenmenge wird eine Erweiterung des bestehenden Kern-Modells vorgenommen. Dabei wird, ausgehend von biomechanischen Eigenschaften, jede Hautschicht ein viskoelastischer Grundkörper zugewiesen. Durch den Vergleich mit den Messdaten erfolgt die Validierung des Modells. Des Weiteren wird eine Reihe von Simulationen durchgeführt, um den Einfluss unterschiedlicher Effekte zu analysieren, und die Ursachen der großen, interpersonellen Streuung bei Frequenzen unterhalb 10^2 Hz zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen einen Einfluss der Kontaktfläche, der viskosen Dämpfungen der Dermis und Subkutis und des E-Moduls der Dermis im Frequenzbereich zwischen 3 und 100 Hz auf die mechanische Impedanz. Um diesen Einfluss und die Effekte möglichst quantitativ beschreiben zu können, wird eine Varianzanalyse durchgeführt und die Effektstärken bestimmt. Den mit Abstand größten Effekt hat die Kontaktfläche im gesamten Frequenzbereich, gefolgt von der viskosen Dämpfung der Subkutis und zusätzlich die Wechselwirkung zwischen der Kontaktfläche und dem E-Modul der Dermis. Zuletzt werden die Einflussparameter mittels Bewertungskriterien bewertet, um letztendlich eine Empfehlung bezüglich der Berücksichtigung dieser Einflussparameter bei weiteren Anwendungen geben zu können. Die Bewertung ergibt, dass mehr auf die Kontaktfläche und Dämpfung der Unterhaut (Subkutis) geachtet werden muss. Anhand der neuen Erkenntnisse können neue Entwurfs- und Evaluierungsgrundlagen bei der Entwicklung haptischer Systeme abgeleitet werden, da die mechanischen Nutzereigenschaften einen großen Einfluss auf die Stabilität sowie die Darstellungsqualität des haptischen Systems ausüben.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Mechanische Impedanz Haut Netzwerkbetrachtung Haptik Netzwerkbeschreibung biologisches Material Varianzanalyse
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 11 Jun 2014 06:07
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB1849

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 12-11-2013 Ende Datum: 12-04-2014

ID-Nummer: 17/24 EMK B1849
Gutachter / Prüfer: Werthschützky, Prof. Roland
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