TY - CHAP A1 - Herrmann, David A1 - Schaeffer, Leon A1 - Zentner, Lena A1 - Böhm, Valter T1 - Theoretische und experimentelle Voruntersuchungen von Manipulatoren auf Basis von nachgiebigen Tensegrity-Strukturen T2 - 9. IFToMM D-A-CH Konferenz, 16./17. März 2023, Universität Basel N2 - In this paper, two compliant tensegrity manipulators are presented and contrasted with respect to their mechanical pro- perties and deformation capability. They differ in their topology, in the way they are actuated and also in their mechanical compliance. The mechanical compliance of the first system is based on the elasticity of the tensioned segments, while the compressed segments are rigid. The second system is based on elementary units, which are themselves spatial tensegrity structures. In this system, both the tension and compressed segments are compliant. Actuation of the first system occurs by changing the length of the tensile segments. In the second system, the change in shape of the overall system is realized by changing the shape of the compliant compressed segments N2 - Um die Leistungsfähigkeit von nachgiebigen Robotersystemen („Soft Robotics“) zu verbessern, werden immer neue Möglichkeiten zur Realisierung dieser Systeme gesucht. In vielen Anwendungen ist der Einsatz von mechanisch vorgespannten nachgiebigen Strukturen in diesen Systemen von Vorteil. Die Steifigkeit dieser Strukturen kann gezielt und gegebenenfalls reversibel variabel eingestellt werden. Die Formveränderung kann nur durch wenige Aktuatoren erzeugt werden. Nachgiebige Tensegrity-Strukturen, die auf hochelastischen Materialien basieren, entsprechen einer speziellen Klasse von mechanisch vorgespannten Strukturen. Sie werden durch druck- und zugbelastete Segmente gebildet, wobei die druckbelasteten Segmente untereinander nicht direkt verbunden sind. Die resultierende Form dieser Strukturen wird durch ihre Vorspannung bestimmt. Weiche Roboter, die auf diesen Strukturen basieren, bieten mehrere vorteilhafte Eigenschaften, wie z. B. Faltbarkeit/Entfaltbarkeit, geringe Masse, hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und stoßdämpfende Fähigkeiten [1]. Diese Strukturen haben eine ausgeprägte Fähigkeit, sowohl ihre Form als auch ihre Steifigkeit zu verändern. In den letzten Jahren hat das Interesse an der Erforschung von Robotersystemen, die auf diesen Strukturen basieren, zugenommen. Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung von mobilen Robotern [2]–[7] und Manipulatoren, die auf diesen Strukturen basieren [8]–[10]. Tensegrity-Manipulatoren werden typischerweise durch Kaskadierung von gleichartigen elementaren Einheiten gebildet, die nach dem Tensegrity-Prinzip untereinander verbunden werden. Die elementaren Einheiten sind entweder selber konventionelle Tensegrity-Strukturen oder einteilige planare bzw. räumliche Strukturen. In klassischen Tensegrity-Manipulatoren werden starre Drucksegmente und nicht elastische Zugsegmente verwendet. Die Formänderung dieser Systeme wird durch Änderung der Längen ausgewählter Zugsegmente realisiert. Dem gegenübergestellt können nachgiebige Tensegrity-Manipulatoren realisiert werden, indem die Zugsegmente der Struktur eine hohe Nachgiebigkeit aufweisen. Um die mechanische Nachgiebigkeit und Formänderungsfähigkeit von diesen nachgiebigen Manipulatoren zusätzlich zu erhöhen, ist auch der Einsatz von Tensegrity-Strukturen auf der Basis nachgiebiger Drucksegmente denkbar. Im vorliegenden Beitrag werden zwei nachgiebige Tensegrity-Manipulatoren vorgestellt und in Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften und Formänderungsfähigkeit gegenübergestellt. Sie unterscheiden sich in ihrer Topologie, in der Art der Aktuierung und auch in der mechanischen Nachgiebigkeit. Die mechanische Nachgiebigkeit des ersten Systems beruht auf der Elastizität der Zugsegmente, die Drucksegmente sind starr. Die elementaren Einheiten bilden einteilige Strukturen. Das zweite System beruht auf elementaren Einheiten, die selbst räumliche Tensegrity-Strukturen sind. In diesem System sind sowohl die Zug- als auch die Drucksegmente nachgiebig. Die Aktuierung des ersten Systems erfolgt durch Längenänderung der Zugsegmente. Im zweiten System wird die Formänderung des Gesamtsystems durch Änderung der Form der nachgiebigen Drucksegmente realisiert. Die theoretischen Untersuchungen erfolgen unter Anwendung der statischen geometrisch nichtlinearen FE-Methode. Mit diesen Untersuchungen wird die Formveränderungsfähigkeit der beiden Systeme unter Variation ihrer Vorspannung untersucht und gegenübergestellt. Die experimentellen Untersuchungen an zwei Demonstratoren bestätigen die theoretischen Ergebnisse und zeigen die Anwendbarkeit von Systemen auf Basis dieser Strukturen als Manipulatoren auf. T2 - Preliminary theoretical and experimental investigations on manipulators based on compliant tensegrity structures Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hbz:465-20230314-164736-8 PB - DuEPublico CY - Duisburg-Essen ER - TY - JOUR A1 - Zimmermann, Klaus A1 - Chavez Vega, Jhohan Harvey A1 - Becker, Tatiana I. A1 - Witte, Hartmut A1 - Schilling, Cornelius A1 - Köhring, Sebastian A1 - Böhm, Valter A1 - Monkman, Gareth J. A1 - Prem, Nina A1 - Sindersberger, Dirk A1 - Lutz, I. I. A1 - Merker, Lukas T1 - An approach to a form-adaptive compliant gripper element based on magneto-sensitive elastomers with a bioinspired sensorized surface JF - Problems of Mechanics Y1 - 2019 SN - 1512-0740 VL - 75 IS - 2 SP - 23 EP - 38 PB - Georgian Technical University CY - Tbilisi ER - TY - JOUR A1 - Jahn, Hannes A1 - Böhm, Valter A1 - Zentner, Lena T1 - Analysis of deformation in tensegrity structures with curved compressed members JF - Meccanica N2 - AbstractTensegrity structures are prestressed structures consisting of compressed members connected by prestressed tensioned members. Due to their properties, such as flexibility and lightness, mobile robots based on these structures are an attractive subject of research and are suitable for space applications. In this work, a mobile robot based on a tensegrity structure with two curved members connected by eight tensioned strings is analyzed in terms of deformation in the curved members. Further, the difference in locomotion trajectory between the undeformed and deformed structure after the prestress is analyzed. For that, the theory of large deflections of rod-like structures is used. To determine the relationship between acting forces and the deformation, the structure is optimized using minimization algorithms in Python. The results are validated by parameter studies in FEM. The analysis shows that the distance between the two curved members significantly influences the structure’s locomotion. It can be said that the deformation of the components significantly influences the locomotion of tensegrity structures and should be considered when analyzing highly compliant structures. KW - Rolling locomotion KW - Mobile robot KW - Tensegrity structures KW - Deformation of compressedmembers KW - Finite element simulations Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1007/s11012-024-01833-y SN - 0025-6455 PB - Springer Nature ER - TY - CHAP A1 - Herrmann, David A1 - Schaeffer, Leon A1 - Schmitt, Lukas A1 - Körber, Wolfgang A1 - Merker, Lukas A1 - Zentner, Lena A1 - Böhm, Valter T1 - Compliant Robotic Arm based on a Tensegrity Structure with x-shaped Members T2 - 2024 IEEE 7th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft), San Diego, CA, USA. April 14-17, 2024 N2 - The use of intrinsically compliant tensegrity structures in manipulation systems is an attractive research topic. In this paper a 3D compliant robotic arm based on a stacked tensegrity structure consisting of x-shaped rigid members is considered. The rigid members are interconnected by a net of prestressed, tensioned members with pronounced intrinsic elasticity and by inelastic tensioned members. The system's motion is achieved by length-change of the inelastic tensioned members. The operating principle of the system is discussed with the help of kinematic considerations and verified by experiments. KW - Geometry KW - Three-dimensional displays KW - Shape KW - Prototypes KW - Kinematics KW - Soft robotics KW - Manipulators Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1109/RoboSoft60065.2024.10521941 SP - 1047 PB - IEEE ER - TY - GEN A1 - Rieffel, John A1 - Herrmann, David A1 - Lehmann, Lukas A1 - Schaeffer, Leon A1 - Böhm, Valter ED - Flores, Paulo ED - Marques, Filipe ED - Da Rodrigues Silva, Mariana T1 - Illuminating the morphological diversity of 2D tensegrity grids T2 - MMT Symposium (Mechanism and Machine Theory Symposium): Book of Abstracts ; June 26-28, 2024. - Guimarães, Portugal Y1 - 2024 UR - https://mmtsymposium.com/wp-content/uploads/2024/07/mmtsymposium_bookofabstracts.pdf SN - 978-989-33-6448-2 IS - 1. edition SP - 457 EP - 458 PB - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho CY - Guimarães, Portugal ER - TY - CHAP A1 - Merker, Lukas A1 - Böhm, Valter A1 - Zentner, Lena T1 - Modellbildung und Steifigkeitsanalyse eines nachgiebigen Tensegrity-ähnlichen Koppelelements T2 - 15. Kolloquium Getriebetechnik, 2023, Aachen Y1 - 2023 SP - 63 EP - 66 PB - Verlag Mainz CY - Aachen ER - TY - GEN A1 - Chavez Vega, Jhohan Harvey A1 - Böhm, Valter A1 - Yin, J. A1 - Becker, Tatiana I. A1 - Köhring, Sebastian A1 - Monkman, Gareth J. A1 - Odenbach, Stefan A1 - Zimmermann, Klaus T1 - Field induced plasticity of magneto-sensitive elastomers for gripping technology applications T2 - 6th Colloquium of SPP 1681, Benediktbeuern, 26. - 28.09.2018 : Book of Abstracts Y1 - 2018 SP - 16 EP - 17 ER - TY - CHAP A1 - Herrmann, David A1 - Schaeffer, Leon A1 - Zentner, Lena A1 - Böhm, Valter T1 - Theoretical considerations on 3D tensegrity joints for the use in manipulation systems T2 - Engineering for a changing world : 60th ISC, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 4-8, 2023 N2 - This paper presents a comprehensive analysis of a three-dimensional compliant tensegrity joint structure, examining its actuation, kinematics, and response to external loads. The study investigates a baseline configuration and two asymmetric variants of the joint. The relationship between the shape parameter and the parameters of the tensioned segments is derived, enabling the mathematical description of cable lengths for joint actuation. Geometric nonlinear static finite element simulations are performed to analyze the joint's response under various load conditions. The results reveal the joint's range of motion, the effect of different stiffness configurations, and its deformation behavior under external forces. The study highlights the asymmetric nature of the joint and its potential for targeted motion restriction. These findings advance the general understanding of the behavior of the considered tensegrity joint and provide valuable insights for their design and application in soft robotic systems. Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.22032/dbt.58888 SP - 1 EP - 13 PB - Technische Universität Ilmenau CY - Ilmenau ER - TY - CHAP A1 - Herrmann, David A1 - Schaeffer, Leon A1 - Merker, Lukas A1 - Zentner, Lena A1 - Böhm, Valter ED - Nguyen, Duc-Nam ED - Tran, Ngoc Dang Khoa ED - van Huynh, Tuan ED - Ono, Takahito ED - van Nguyen, Hieu ED - Pandey, Ashok Kumar T1 - An Approach to the Realization of Multistable Tensegrity Structures with Deformable Compressed Members T2 - Microactuators, Microsensors and Micromechanisms : MAMM 2024. N2 - Within this paper a novel tensegrity-mechanism is described. The mechanism is based on a tensegrity principle with multiple states of self-equilibrium. The tensegrity mechanism is built upon a mechanical compliant tensegrity structure, consisting of tensioned and compressed members. The existence of the different states of self-equilibrium depends on the parameters of deformable compressed members with continuous or discontinuous load-displacement characteristic. The working principle of the mechanism and the mechanical compliance is verified by theoretical investigations. Therefore, in the first step, the deformable compressed members are analyzed separately. With the help of the subsequent following form-finding procedure the equilibrium configurations of the mechanism and their static stability are analyzed in dependence of the mechanical parameters of the compressed and tensioned members. As a specific application case, the use of the mechanism as a variable stiffness device is discussed. Y1 - 2025 SN - 978-3-031-83356-4 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-031-83357-1_34 SP - 343 EP - 350 PB - Springer Nature CY - Cham ER - TY - GEN A1 - Herrmann, David A1 - Schaeffer, Leon A1 - Schmitt, Lukas A1 - Körber, Wolfgang A1 - Merker, Lukas A1 - Zentner, Lena A1 - Böhm, Valter T1 - Design, Erprobung und Vergleich von zwei Manipulatoren auf Basis von nachgiebigen Tensegrity-Strukturen T2 - 10. IFToMM D-A-CH Konferenz 2024: 05./06. März 2024, Universität Rostock N2 - Kurzfassung des Tagungsbeitrags. T2 - Design, test and comparison of two manipulators based on compliant tensegrity-structures Y1 - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:465-20240304-095947-9 U6 - https://doi.org/10.17185/duepublico/81587 ER -