Konzept und Realisierung eines miniaturisierten, autoklavierbaren Roboters für die Medizin:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2004
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 17, Biotechnik ; 244 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | VII, 160 S. graph. Darst. |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Problemabgrenzung 2
1.2 Zielstellung der Arbeit 3
1.3 Aufbau der Arbeit 4
2 Problemstellung .................5
2.1 Problemstellung aus medizinischer Sicht 5
2.2 Problemstellung aus technischer Sicht 9
3 Stand der Technik 13
3.1 Konventionelle versus roboterassistierte Methode 13
3.2 Assistenzsysteme der Medizin 15
3.3 Indikationen für den Einsatz von Medizinrobotern 16
3.4 Technisch verwandte Anwendungen 27
3.5 Defizite der existierenden Systeme 28
3.6 Zusammenfassung ungelöster Probleme 31
4 Konzept eines miniaturisierten, autoklavierbaren Roboters für die Medizin 32
4.1 Eigener Ansatz 32
4.2 Abgrenzung 33
4.3 Struktur des Miniaturroboters 35
4.4 Intraoperative Einbindung des Miniaturroboters 36
4.5 Systementwurf des Miniaturroboters 39
4.6 Arbeitsflussdiagramm des Miniaturroboters 42
4.7 Koordinatensysteme 44
4.7.1 Optische Positionsmessung 44
4.7.2 Koordinatentransformation 45
4.7.3 Bestimmung von Koordinatensystemen optischer Lokalisatoren 47
4.7.4 Koordinatensysteme des Miniaturroboters 49
4.8 Optische und elektromechanische Positionsmessung 51
4.9 Regelungsarchitektur 52
4.10 Interaktionsschnittstelle durch dynamische Kraftmessung 56
4.11 Zusammenfassung des Konzepts 54
¦ ?
Inhaltsverzeichnis ___ 5 Entwurf und Auslegung des Miniaturroboters ............................................................58
5.1 Formulierung des Anforderungsprofils 58
5.1.1 Material 58
5.1.2 Gewicht 60
5.1.3 Größe 61
5.1.4 Arbeitsraum 62
5.1.5 Genauigkeit 63
5.1.6 Leistung 64
5.1.7 Dynamische Auslegung 65
5.1.8 Montage und Aufbau 66
5.1.9 Handhabung 68
5.1.10 Zusammenfassung des Anforderungsprofils 68
5.2 Verifikation des Anforderungsprofils 70
5.2.1 Entwurf der Kinematik 70
5.2.2 Auslegung der Vorschub und Haltekraft 74
5.2.3 Spezifikation der Antriebseinheiten 79
5.2.4 Dynamische Auslegung 81
5.3 Realisierung des Entwurfs 84
6 Dynamische Kraftrückkopplung 87
6.1 Statusvariablen der Kraftinterpretation 87
6.2 Dynamische Kraftmessung 89
6.3 Interpretation der Quer und Axialkraftanteile 92
7 Roboterintegrierte Steuerung 96
7.1 Steuerungsarchitektur 96
7.2 Statusüberwachung 99
7.3 Verknüpfung der redundanten Positionsmessung 102
7.3.1 Initialisierung der Bewegungsebenen 102
7.3.2 Initialisierung der Positioniereinheit 104
7.3.3. Ausrichtung der Positioniereinheit gegenüber dem Patienten 106
7.3.4 Redundante Positionsmessung 108
Inhaltsverzeichnis
8 Reglerentwurf des Miniaturroboters 110
8.1 Entwurf von Reglerparametern 110
8.1.1 Modellierung des Prozesses 111
8.1.2 Diskrete Regelung kontinuierlicher Prozesse 114
8.1.3 Reglerentwurf für kleine Abtastzeiten 115
8.1.4 Entwurf eines Kompensationsreglers 117
8.2 Aufbau der Reglerarchitektur 121
8.2.1 Positionsregelung 122
8.2.2 Geschwindigkeits und Kraftregelung 123
9 Experimente 125
9.1 Versuchsaufbau 125
9.2 Experiment I: Verschiebung bei externer Kraftapplikation 127
9.3 Experiment II: Arbeitsraum der interventionellen Applikation 132
9.4 Experiment III: Verifikation der dynamischen Kraftrückkopplung 134
9.4.1 Teilexperiment I: Einfluss des Autoklavierens auf die
Reproduzierbarkeit der Initialisierung 134
9.4.2 Teilexperiment II: Achsenbezogene Kraftbestimmung 137
9.4.3 Teilexperiment III: Bestimmung der maximalen Interventionskraft 141
9.5 Experiment IV: Positioniergenauigkeit in der Bewegungsebene 143
9.6 Diskussion der Ergebnisse 146
10 Zusammenfassung 148
11 Ausblick 150
12 Literatur 151
12.1 Bücher, Dissertationen u.a 151
12.2 Zeitschriften und Patente 153
12.3 Produktbeschreibungen 160
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