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Entwicklung eines konvex aktuierenden taktilen Displays unter Verwendung dielektrischer Elastomerstapelaktoren

Kamolwat, Anna (2014):
Entwicklung eines konvex aktuierenden taktilen Displays unter Verwendung dielektrischer Elastomerstapelaktoren.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS, [Master Thesis]

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines konvex aktuierenden taktilen Displays unter Verwendung dielektrischer Elastomerstapelaktoren. Als Aktoren zur Erzeugung der Stimulation werden die am Institut für Elektromechanische Konstruktionen entwickelten dielektrischen Elastomeraktoren (DEA) in Stapelbauweise verwendet. Resultierend aus der Recherche werden entscheidende Kennwerte zur Auslegung des konvex taktilen Displays abgeleitet. Die Ermittlung der Anforderungen aus den physiologischen Eigenschaften des Tastsinnes und des Standes der Technik ist ein Aufgabenpaket davon. So wird z.B. die benötigte Auslenkung für die Wahrnehmungsschwelle des Menschen für das taktile Display sowohl für den statischen als auch für den dynamischen Betrieb ermittelt. Die statische Auslenkung beträgt 10 Mikrometer und die dynamische 0,1 Mikrometer. Eine weitere Kenngröße wie der optimale Frequenzbereich für menschliche Wahrnehmung wird ebenso bestimmt und liegt zwischen 200-300 Hz. Des Weiteren sollte das zu entwickelnde taktile Display anhand des ausgewählten Konzepts und der vorgesehenen Anwendung entworfen und dimensioniert werden. Abgeleitet aus dem Gesamtkonzept ist die geeignete Form für den Aktor ein Kreisring. Aus der Recherche ergibt sich die Dimension des Aktor. Der Innen- und Außendurchmesser beträgt 9 mm und 17 mm. Um die Auslenkung zu vergrößern, wird das mittlere Material des Kreisringaktor ausgestanzt und mit Weichsilikon gefüllt. Aufbauend auf der zur Verfügung gestellten Ansteuerungselektronik wird eine weitere Platine für das An- und Ausschalten der Aktoren entwickelt. In der elektromechanischen Charakterisierung sollte die erzeugte Auslenkung im dynamischen und statischen Fall, sowie die wirkende Kraft des entwickelten konvex taktilen Displays und des herkömmlichen konkav taktilen Displays untersucht und miteinander verglichen werden. Die im statischen Fall erreichten Auslenkungen liegen alle in dem Bereich von ca. 4-8 % der Gesamtdicke, 100-200 Mikrometer. Im dynamischen Fall verhält es sich wie bei dem herkömmlichen Aktor. Die Auslenkung ist kleiner und liegt bei der maximalen Betriebsspannung bei ca. 25-80 Mikrometer. Die berechnete Kraft des herkömmlichen Aktor und die gemessene Kraft des entwickelten Kreisringaktor werden mit einander verglichen und weisen einen großen Unterschied auf. Die größte wirkende Kraft des Kreisringaktor liegt bei 16 mN. Die berechnete Kraft des herkömmlichen Aktor liegt jedoch bei 0,198 mN. In einer abschließenden Probandenstudie wird die benötigte Betriebsspannung für die Wahrnehmungsschwelle ermittelt. Die Probanden spüren die Vibration erst ab ca. 1 kV. Der Frequenzbereich in dem die Probanden am empfindlichsten sind, liegt in dem erwarteten Bereich von 200-300 Hz.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2014
Creators: Kamolwat, Anna
Title: Entwicklung eines konvex aktuierenden taktilen Displays unter Verwendung dielektrischer Elastomerstapelaktoren
Language: German
Abstract:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines konvex aktuierenden taktilen Displays unter Verwendung dielektrischer Elastomerstapelaktoren. Als Aktoren zur Erzeugung der Stimulation werden die am Institut für Elektromechanische Konstruktionen entwickelten dielektrischen Elastomeraktoren (DEA) in Stapelbauweise verwendet. Resultierend aus der Recherche werden entscheidende Kennwerte zur Auslegung des konvex taktilen Displays abgeleitet. Die Ermittlung der Anforderungen aus den physiologischen Eigenschaften des Tastsinnes und des Standes der Technik ist ein Aufgabenpaket davon. So wird z.B. die benötigte Auslenkung für die Wahrnehmungsschwelle des Menschen für das taktile Display sowohl für den statischen als auch für den dynamischen Betrieb ermittelt. Die statische Auslenkung beträgt 10 Mikrometer und die dynamische 0,1 Mikrometer. Eine weitere Kenngröße wie der optimale Frequenzbereich für menschliche Wahrnehmung wird ebenso bestimmt und liegt zwischen 200-300 Hz. Des Weiteren sollte das zu entwickelnde taktile Display anhand des ausgewählten Konzepts und der vorgesehenen Anwendung entworfen und dimensioniert werden. Abgeleitet aus dem Gesamtkonzept ist die geeignete Form für den Aktor ein Kreisring. Aus der Recherche ergibt sich die Dimension des Aktor. Der Innen- und Außendurchmesser beträgt 9 mm und 17 mm. Um die Auslenkung zu vergrößern, wird das mittlere Material des Kreisringaktor ausgestanzt und mit Weichsilikon gefüllt. Aufbauend auf der zur Verfügung gestellten Ansteuerungselektronik wird eine weitere Platine für das An- und Ausschalten der Aktoren entwickelt. In der elektromechanischen Charakterisierung sollte die erzeugte Auslenkung im dynamischen und statischen Fall, sowie die wirkende Kraft des entwickelten konvex taktilen Displays und des herkömmlichen konkav taktilen Displays untersucht und miteinander verglichen werden. Die im statischen Fall erreichten Auslenkungen liegen alle in dem Bereich von ca. 4-8 % der Gesamtdicke, 100-200 Mikrometer. Im dynamischen Fall verhält es sich wie bei dem herkömmlichen Aktor. Die Auslenkung ist kleiner und liegt bei der maximalen Betriebsspannung bei ca. 25-80 Mikrometer. Die berechnete Kraft des herkömmlichen Aktor und die gemessene Kraft des entwickelten Kreisringaktor werden mit einander verglichen und weisen einen großen Unterschied auf. Die größte wirkende Kraft des Kreisringaktor liegt bei 16 mN. Die berechnete Kraft des herkömmlichen Aktor liegt jedoch bei 0,198 mN. In einer abschließenden Probandenstudie wird die benötigte Betriebsspannung für die Wahrnehmungsschwelle ermittelt. Die Probanden spüren die Vibration erst ab ca. 1 kV. Der Frequenzbereich in dem die Probanden am empfindlichsten sind, liegt in dem erwarteten Bereich von 200-300 Hz.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Vibrationsreiz taktil Vibrotaktiles Display Dielektrische Elastomer-Stapelaktoren (DEA) Elektroaktive Polymere EAP
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 > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 17 Feb 2015 08:07
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKM 1858

Art der Arbeit: Masterarbeit

Beginn Datum: 25-11-2013 Ende Datum: 26-08-2014

Identification Number: 17/24 EMKM1858
Referees: Schlaak, Prof. Helmut F.
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