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Zusammenfassung:

Diese Diplomarbeit ist eine von mehreren Arbeiten, die sich mit der Entwicklung eines auf Techniken der virtuellen Realität basierenden Kniegelenk-Arthroskopiesimulators in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung befassen. In der EMKD1231 wurde hierzu eine Mechanik zur Kraftrückmeldung (haptisches Display) aufgebaut. In der vorliegenden Diplomarbeit wurde ein Konzept und die Sensoren zur Messung der drei Momente und einer Kraft, welche durch das haptische Display erzeugt werden können, entwickelt.

Das Trainingsgerät soll einmal werdenden Chirurgen die Durchführung einer virtuellen Kniearthroskopie ermöglichen. Dazu müssen die erzeugenden Gegenkräfte und Momente so geregelt werden, daß der Arzt einen einer realen Arthroskopie entsprechenden Gefühlseindruck in seiner Hand durch das Instrument verspürt.

Für den noch zu entwickelnden Regler der Kräfte wurden in dieser Arbeit die mechanisch-elektrischen Wandler für die Istgröße des Regelkreises konstruiert. Der kombinierte Sensor für die Messung der Drehmomente um die x- und y-Achse der Mechanik, und die Sensoren für die Kraft in z-Richtung wurden an dem Arthroskopie-Simulator appliziert. Als Prinzip für die Wandlung der mechanischen Kraft in elektrische Signale wurden mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) applizierte Biegesysteme ausgewählt und gestaltet, die im elastischen Bereich der Verformung sehr gute Meßergebnisse liefern.

Der Aufnehmer für Mx und My (Meßbereich bis 70Ncm) ist als Biegerohr aus einer AlCuSi-Legierung hergestellt und zwischen dem Kardangelenk und dem Stahlrohr zum Instrumentengriff eingebaut. Die Kraft Fz (Meßbereich bis 40N) wird in jeder Richtung durch eine Laufrolle auf einem Biegebalken mit DMS, welche zur Umlenkung in dem Seilzuggetriebe integriert ist, aufgenommen.

Für die Messung des Moments um die z-Achse (Instrumentenachse) wurde wegen der geringen Größe dieses Wertes von maximal 1Ncm kein mechanisch-elektrischer Wandler konstruiert. Da der Aktor für Mz einen proportionalen Verlauf zwischen dem abgegebenen Drehmoment und dem Motorstrom hat, wurde für die Aufnahme von Mz die Strommessung als Prinzip ausgewählt.

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1261

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 16-01-1995

Ende Datum: 20-04-1995

Querverweis: 17/24 EMKD 1231

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.)

Abschluss: Diplom (EMK)