Konzeption und Realisierung eines experimentellen Telemanipulators für die Laparoskopie:
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Karlsruhe
Inst. für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik
1997
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| Series: | Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik <Karlsruhe>: Forschungsberichte aus dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universität Karlsruhe
74 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1
PROBLEMSTELLUNG
UND
MOTIVATION.
1
2
STAND
DER
TECHNIK.
4
2.1
MINIMAL
INVASIVE
CHIRURGIE
.
4
2.1.1
HISTORISCHE
ENTWICKLUNG
.
4
2.1.2
OPERATIONSTECHNIK
.
5
2.1.3
INSTRUMENTE
.
8
2.2
ROBOTER
UND
MANIPULATOREN
IN
DER
MEDIZIN
.
9
2.3
HANDHABUNGSTECHNIK
IN
DER
ENDOSKOPISCHEN
CHIRURGIE
.
12
2.4
DEFIZITE
DER
TECHNIK
.
14
3
ZIELSETZUNG
UND
VORGEHENSWEISE.
16
4
IDENTIFIKATION
DER
ANFORDERUNGEN.
19
4.1
ANFORDERUNGEN
AUS
DEM
OPERATIONSUMFELD
.
19
4.1.1
AUSSTATTUNG
UND
ENERGIEVERSORGUNG
.
19
4.1.2
KLIMATISIERUNG
UND
STERILITAET
.
21
4.1.3
AUFBEREITUNG
DER
INSTRUMENTE
.
21
4.1.4
BIOKOMPATIBILITAET
UND
KORROSIONSBESTAENDIGKEIT
DER
WERKSTOFFE
.
22
4.1.5
RESULTIERENDE
ANFORDERUNGEN
.
24
4.2
ERFORDERNISSE
AN
ENDOSKOPISCHE
HANDHABUNGSFIMKTIONEN
.
26
4.2.1
ANALYSE
ENDOSKOPISCHER
EINGRIFFE
.
26
4.2.2
BENOETIGTE
FUNKTIONEN
DER
CHIRURGISCHEN
EFFEKTOREN
.
29
4.3
ERFORDERNISSE
AN
DIE
BEWEGLICHKEIT
DER
CHIRURGISCHEN
EFFEKTOREN
.
31
4.3.1
INTERAKTIVE
GRAPHISCHE
COMPUTERSIMULATION
.
31
4.3.2
VERSUCHSAUFBAU
ZUR
INTERAKTIVEN
GRAPHISCHEN
COMPUTERSIMULATION
.
31
4.3.3
ERMITTLUNG
DER
GELENK-UND
EFFEKTORGESCHWINDIGKEITEN
.
33
4.3.4
BENOETIGTER
FREIHEITSGRAD
DER
BEWEGUNG
.
36
4.4
ERFORDERNISSE
AN
DIE
ZUVERWENDENDEN
ANTRIEBE
.
36
4.4.1
EXPERIMENTELLE
ERMITTLUNG
CHARAKTERISTISCHER
HANDHABUNGSGROESSEN
.
37
4.4.2
MESSUNG
DER
HANDHABUNGSKRAEFTE
.
37
4.4.3
GREIFKRAFTMESSUNG
.
39
4.4.4
BESCHLEUNIGUNGSMESSUNG
.
40
4.4.5
DURCHGEFUEHRTE
MESSUNGEN.
.
40
4.4.6
AUSWERTUNG
UND
ABLEITUNG
ERSTER
AUSLEGUNGSDATEN
.
45
5
KONZEPTION
DES
EXPERIMENTELLEN
TELEMANIPULATORS
FUER
DIE
LAPAROSKOPIE.
47
5.1
ANSATZ
UND
SYSTEMATIK
.
47
5.1.1
PRINZIP
DES
MASTER-SLAVE-MANIPULATORS
.
47
5.1.2
ELEKTRISCHER
MASTER-SLAVE-MANIPULATOR
.
48
5.1.3
VEREINFACHUNG
DES
ELEKTRISCHEN
MASTER-SLAVE-MANIPULATORS
.
50
5.1.4
SYSTEMATIK
DER
KONSTRUKTIVEN
KONZEPTION
.
52
5.2
DEFINITION
DER
FUNKTIONALITAET
DER
EFFEKTOREN
.
55
5.2.1
EINFACHE
EFFEKTOREN
.
55
5.2.2
EFFEKTOREN
MIT
KOMBINIERTEN
FUNKTIONEN
.
56
5.2.2.1
BIPOLARE
KOAGULATIONSZANGE
MIT
KOMBINIERTEN
ZUSATZFUENKTIONEN.
56
5.2.2.2
NAHTGERAET
.
59
5.3
DEFINITION
DER
KINEMATIK
.
59
5.3.1
ENDOSKOPISCHE
KINEMATIK
VON
TROKARHUELSE
UND
STARREM
INSTRUMENT
.
61
5.3.2
KINEMATISCHE
STRUKTUREN
ZUR
INSTRUMENTENFUEHRUNG
.
64
INHALTSVERZEICHNIS
5.3.3
ZUSAETZLICHE
BEWEGUNGSACHSEN
ZUR
ORIENTIERUNG
DES
EFFEKTORS
.
67
5.3.4
VIELGELENKSTRUKTUREN
ZUR
EFFEKTORORIENTIERUNG
.
68
5.3.5
VEREINFACHTES
KINEMATISCHES
MODELL
DER
DIENEN
VIELGELENKSTRUKTUR
.
72
5.3.6
KINEMATISCHES
GESAMTKONZEPT
.
78
5.3.7
SIMULATION
DES
ARBEITSRAUMES
.
80
6
REALISIERUNG
DES
EXPERIMENTELLEN
TELEMANIPULATORS
FUER
DIE
LAPAROSKOPIE.
84
6.1
ELEKTRISCH
ANGETRIEBENES
OPERATIONSINSTIUMENT
.
84
6.1.1
MODULARER
AUFBAU
DES
INSTRUMENTES
.
84
6.1.2
DIMENSIONIERUNG
DER
ZWANGSGEFUEHRTEN
VIELGELENKSTRUKTUR
.
85
6.1.2.1
LINEARISIERUNG
DES
UEBERSETZUNGSVERHAELTNISSES
.
88
6.1.2.2
BERECHNUNG
DER
ANTRIEBS-UND
GELENKKRAEFTE
.
95
6.1.2.3
STRUKTUR
MIT
REDUZIERTEN
GELENKKRAEFTEN
.
98
6.1.3
AUSWAHL
UND
ANORDNUNG
DER
ANTRIEBE
.
102
6.2
TROKARHUELSEN
UND
INSTRUMENTENFTIHRUNGSSYSTEM
.
108
6.2.1
VARIANTEN
DES
UNEIGENTLICHEN
RAUMGETRIEBES
.
108
6.2.2
AUSWAHL
DER
GETRIEBE
.
110
6.2.2.1
GETRIEBE
FUER
DEN
ZWANGLAUF
DES
KNICKARMES
.
111
6.2.2.2
GETRIEBE
ZUM
ANTRIEB
DER
HAUPTACHSEN
1
UND
2
.
112
6.2.3
ANORDNUNG
DER
ANTRIEBE
.
115
6.3
ARBEITSEINHEIT
DES
EXPERIMENTELLEN
TELEMANIPULATORS
.
117
6.3.1
ANORDNUNG
DER
ARBEITSEINHEIT
AM
OPERATIONSTISCH
.
117
6.3.2
KINEMATISCHES
MODELL
DER
ARBEITSEINHEIT
.
118
6.4
MASTER-ARM
ZUR
BEWEGUNGSVORGABE
.
121
6.4.1
ERGONOMIEBETRACHTUNG
.
121
6.4.2
KINEMATIK
DES
MASTER-ARMES
.
123
6.4.3
KONSTRUKTIVE
AUSFUEHRUNG
.
124
7
ERPROBUNG
DES
EXPERIMENTELLEN
TELEMANIPULATORS.
126
7.1
VERSUCHSAUFBAU
.
126
7.2
VERSUCHSPROGRAMM
.
128
7.3
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
UND
ERGEBNISSE
.
131
7.4
DISKUSSION
DER
ERGEBNISSE
.
134
7.5
FOLGERUNGEN
AUS
DEN
ERGEBNISSEN
FUER
DIE
WEITERE
ENTWICKLUNG
.
138
8
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK.
141
8.1
ZUSAMMENFASSUNG
.
141
8.2
AUSBLICK
.
143
LITERATURVERZEICHNIS.
144
ANHANG
A.
151
UEBERBLICK
UEBER
DIE
STERILISATIONSVERFAHREN.
.
151
ANHANG
B.
154
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
.
154
ANHANG
C.
157
TABELLENVERZEICHNIS
.
157 |
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