Klassifikation nachgiebiger Mechanismen und Aktuatoren

Nachgiebigkeit wird heute nicht mehr nur als ein Nachteil mechanischer Systeme aufgefasst, sondern es werden deren Vorteile, wie Ausnutzung elastischer Kräfte, Möglichkeit der Energiespeicherung, Kohärenz der Struktur etc., gezielt eingesetzt, um qualitativ neue Eigenschaften eines Systems zu erreichen. Um die Anwendung nachgiebiger Systeme voranzutreiben, wird in diesem Beitrag Klassifikation nachgiebiger Mechanismen und Aktuatoren gegeben. Außerdem wird die Nachgiebigkeit, als eine wichtige Eigenschaft derartiger Systeme, sowie deren Ursache und Wirkung betrachtet. Diese Ausführungen sollen bei einem Entwurf bzw. einer Wahl nachgiebiger Systeme helfen.Today compliance is not more understood as one disadvantage of mechanical systems, but their advantages (like exploitation of elastic forces, possibility of the energy storage and coherence of the structure) are used to reach qualitatively new properties of a system. To promote the use of compliant systems, classification of compliant mechanisms and actuators is given in this contribution. Moreover, the compliance as well as their cause and effect are considered. This contribution should help in a development or a choice of compliant systems

Sensorelemente aus leitfähigem Silikon für einen nachgiebigen Greifer

Das Ziel dieses Beitrages ist die Grundlagen zu schaffen, die erlauben sollen das leitfähige Silikon Powersil 466 A/B VP [1] als Sensorelemente zu verwenden. Deshalb werden Untersuchungen der Eigenschaften des leitfähigen Silikons in Abhängigkeit von verschiedenen Belastungen durchgeführt. Die Sensorelemente ändern unter der Einwirkung von Belastungen ihre elektrischen Eigenschaften. Dieser Beitrag präsentiert eine Anwendung dieses Materials als Sensorelemente für einen neuen nachgiebigen Greifer. Die Sensorelemente dieses Greifers haben zwei Funktionen; sie sind Teile der Greiferstruktur und sie geben grobe Information über den Greifprozess. Die Herstellungstechnologie des sensorisierten Greifers und die experimentellen Messungen werden in diesem Beitrag erläutert.The target of this paper is to create the foundation that allows using the conductive silicone rubber Powersil 466 A/B VP as sensor elements. Therefore, several investigations of electrical conductive silicone rubber characteristics in depending on different loads are carried out. The conductive silicone rubber changes its electrical properties under the loads. This paper presents an application for this material as sensor elements for a new compliant gripper. The sensor elements of this gripper have two functions; they are parts of the gripper structure and they give rough information about the gripping process. The production process of the sensorized gripper and the experimental measurements is discussed in this paper

Neue Methode zur Bestimmung des dynamischen Materialmodells von Silikongummi

Viele Konstruktionsprobleme, Bewegungsformen oder Formänderungen können in der Feinwerktechnik mit Konstruktionen aus herkömmlichen starren Materialien nicht gelöst werden. An dieser Stelle weisen wir nur auf Greifer für hochempfindliche Strukturen oder auf diagnostische Geräte und auf Implantate hin. Wir berichten über Forschungen zur Ermittlung von Materialeigenschaften die zum CAD und FEM unterstützten Entwurf der Konstruktionen unentbehrlich waren.There are some constructions and locomotion forms or shape changes in the precision engineering that can’t manufactured from conventional rigid materials We refer for example to gripper for handling with high sensitivity structures and to diagnostic equipment or to implants for the medicine. The determination of material properties is indispensable for the CAD and FEM supported design

Electrical and mechanical testing of conductive silicone rubber filled by carbon black nanoparticles

The objective of this investigation is to determine the electrical and mechanical properties of the conductive silicone elastomers and to examine the usability of these materials for mechanical sensor (e.g. force, strain). The tested silicone elastomers were filled with conductive nanoparticles (Carbon Black, Silver and Nickel). In order to determine the electrical and mechanical properties of the elastomers the resistance was measured at the same time of the mechanical measurements (e.g. tensile, compression and relaxation tests). The complex impedance was also measured as a function of the frequency of the applied voltage. Scanning electron microscopy was performed to view the structure of the conductive particle net

Ein Modell zur Dimensionierung nachgiebiger Elemente für den Einsatz in Gassicherheitsventilen

In diesem Artikel werden theoretische und experimentelle Untersuchungen an vorgespannten nachgiebigen Aufhängungselementen für den Einsatz in Gassicherheitsventilen vorgestellt. Aus den Ergebnissen numerischer Simulationen wird ein Berechnungsmodell zur Ermittlung der Kraft-Verschiebungs-Kennlinien abgeleitet. Dieses Modell kann zukünftig zur Dimensionierung der nachgiebigen Aufhängungselemente ohne aufwändige numerische Simulationen eingesetzt werden. Die derartige Herangehensweise wird durch experimentelle Ergebnisse erfolgreich belegt.The paper deals with theoretical and experimental examinations of prestressed elastic mounting elements for the application in gas safety-valves. From the results of numerical simulations, an evaluation-model for the calculation of the force-displacement-characteristics is derived. Prospective, this model allows the dimensioning of the mounting elements without complex simulations. The described approach is verified by experimental results

Model-based design of flexure hinges for rectilinear guiding with compliant mechanisms in precision systems

Flexure hinges are often used in precision systems because in addition to other advantages they allow the simple adjustment of a required deformation and motion behavior of monolithic compliant mechanisms by geometrical design. In this contribution, the potential of improving the motion precision as well as the motion range by specific design of the flexure hinge dimensions and in particular of their notch contour is described using the example of two four-bar compliant rectilinear guiding mechanisms. To verify the detailed investigation of the notch contour as a recent approach of the compliant mechanism synthesis, the model-based FEM results are compared to the guiding error of the rigid body counterparts.Festkörpergelenke werden vielfach in Präzisionssystemen eingesetzt, weil sie die einfache Einstellung eines gewünschten Verformungs- und Bewegungsverhaltens von monolithischen nachgiebigen Mechanismen durch geometrische Gestaltung ermöglichen. Im Hinblick auf einen vergrößerten Bewegungsbereich und eine erhöhte Bewegungspräzision wird in diesem Beitrag das Potenzial der Gestaltung der Abmessungen und insbesondere der Aussparungskontur der Festkörpergelenke beispielhaft an zwei nachgiebigen Geradführungsmechanismen beschrieben. Um den neuen Syntheseansatz der modellbasiert ermittelten FEM-Ergebnisse zu verifizieren, werden die Führungsfehler mit denen der Starrkörpermechanismen verglichen

Object grasping and lifting by passive compliant gripper

The development of universal grippers able to pick up unfamiliar objects of widely varying shapes and surfaces is a very challenging task. Passively compliant underactuated mechanisms are one way to obtain the gripper which could accommodate any irregular and sensitive grasping object. The purpose of the underactuation is to use the power of one actuator to drive the opening and closing motion of the gripper. The fully compliant mechanism has multiple degrees of freedom and can be considered as an underactuated mechanism. This paper presents a new design of the adaptive underactuated compliant gripper. The optimal topology of the gripper structure was obtained by two different methods simultaneously: iterative FEM optimization procedure and optimal criteria method using mathematical programming. The main points of this paper are the explanation of the new compliant gripper structure and presentation of the gripper behavior during grasping and lifting the gripping objects

Richtungsabhängiger Berührungssensor zur Sensorisierung von nachgiebigen Mechanismen

In diesem Beitrag wird ein Prinzip eines richtungsabhängigen Berührungssensors aus leitfähigem Silikon für monolithische, nachgiebige Mechanismen vorgestellt. Das Prinzip basiert auf der Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften eines leitfähigen Silikons von dem mechanischen Belastungszustand. Durch Integration des Sensors aus leitfähigem Silikon in einen halbkugelförmigen, nachgiebigen Mechanismus aus nicht leitfähigem Silikon können neun Richtungen einer äußeren Krafteinwirkung unterschieden werden. Hierdurch wird das Potential einer sensorischen Erweiterung von nachgiebigen Mechanismen aufgezeigt.This paper presents a principle of a directional tactile sensor consisting of conductive silicone rubber for monolithic compliant mechanisms. The principle is based on the dependence of electric properties on mechanical stress state of conductive silicone rubber. By integration of the sensor consisting of conductive silicone rubber into a hemispheric, compliant mechanism, it is possible to differentiate nine directions of an external force effect. Hence, the potential of a sensory extension of compliant mechanisms is demonstrated

Modelling of a compliant Scott-Russel mechanism with small length flexural pivots

This paper takes into consideration the Scott-Russel mechanism (the isosceles slider–crank mechanism) and its compliant counterpart mechanism, being developed on the basis of the rigid-body mechanism. Various types of this compliant Scott-Russel mechanism with small length flexural pivots and various geometry parameters of these joints, as well as various rigidity ratios of the relative rigid and relative elastic sections of the mechanism, are researched. The aim of the paper is to suggest optimal parameters, as well as the motion range of this compliant mechanism, in order to obtain the minimal deviation (the minimal difference between the realized path of the "coupler" point and the exact straight line). Finally, the mobility of the developed compliant mechanism, that is, the limit positions of the links determined by the maximal bending stress value, is examined