Erzeugung von Schraubenbewegungen mittels nachgiebiger Aktuatoren

Griebel, Stefan; Fiedler, Patrique; Streng, Andrea GND; Haueisen, Jens GND; Zentner, Lena GND; Universitätsverlag Ilmenau GND

Die Anwendung gelfreier, trockener Elektroden für die Elektroenzephalographie (EEG) bedingt einen direkten, stabilen Kontakt zwischen Kopfhaut und Elektrode sowie deren zuverlässige Platzierung durch die Haarschicht. Das Ziel des Beitrags ist die Entwicklung, Herstellung und Untersuchung eines fluidbetriebenen, nachgiebigen Aktuators. Dieser soll eine schraubenförmige Bewegung (mindestens 3 mm Hub und 45° Rotation) erzeugen, im Durchmesser kleiner als 16 mm sein und aus Silikon hergestellt werden. Zur Bestimmung der Materialparameter von Silikon wurden Materialversuche durchgeführt. Ein parametrisiertes, geometrisches Modell des Aktuators wurde erstellt, Parameterstudien mittels Ansys® durchgeführt und die das Verformungsverhalten beeinflussenden Parameter identifiziert. Für eine zielerfüllende Parameterkonstellation wurde eine Spritzgussform hergestellt, mit der sechs Funktionsmuster gefertigt wurden. Mittels eines Versuchsstands wurde die reale Schraubenbewegung der Funktionsmuster unter steigendem Innendruck untersucht und mit den Simulationsergebnissen verglichen. Abweichungen und mögliche Fehlerquellen werden diskutiert. Mit Hilfe des Aktuators kann ein Hub von 4.3 mm und eine relative Rotation von 51.6° erreicht werden. Somit besteht zukünftig die Möglichkeit eine oder mehrere Elektroden mit einer schraubenförmigen Bewegung auf der Kopfhaut zu positionieren und die Haarschicht aktiv zu durchdringen.

In order to use dry electrodes for Electroencephalography (EEG), a direct contact between electrode and scalp as well as a sufficient interfusion of the detaining layer of hair is necessary. The aim of this paper is to present the development, manufacturing and examination of a fluidic driven, compliant actuator. Furthermore, this actuator should perform a screw motion (at least 3 mm upstroke and 45° rotary motion), size should be less than 16 mm and should consist of silicone rubber. Hence, material tests were executed to derive material parameter for simulation of silicone structures. Subsequently, a parametrically geometric model of the actuator was established to carry out sensitivity analysis using Ansys® and to identify the basic parameter for affecting the deformation behavior. In addition, the injection molding technique proved to be adequate for manufacturing of six experimental models of an actuator comprising all requirements. The produced screw motion of the experimental models by increasing internal pressure was compared qualitatively and quantitatively with the simulation results. Deviations and possible sources of error were discussed. To sum up, the developed actuator enables a screw motion with an upstroke of 4.3 mm and a rotation 51.6°. Hence, a new possibility for positioning of one or more dry electrodes on the scalp and an active interfusion of the hair layer is presented.

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Griebel, Stefan / Fiedler, Patrique / Streng, Andrea / et al: Erzeugung von Schraubenbewegungen mittels nachgiebiger Aktuatoren. Ilmenau 2012.

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