Saint-Ghislain, Michel (1998)
Kraftsensorik und Regelung für einen Freiheitsgrad eines VR-Arthroskopiesimulators.
Technische Universität Darmstadt
Diplom- oder Magisterarbeit, Bibliographie
Kurzbeschreibung (Abstract)
Zusammenfassung:
Diese Diplomarbeit ist eine von mehreren Arbeiten, die sich mit der Entwicklung eines auf Techniken der virtuellen Realität basierenden Kniegelenkarthroskopiesimulators befassen. Diese Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit dem Frauenhofer-Institut für graphische Datenverarbeitung (IGD) durchgeführt. Eine Mechanik wurde hierzu zur Kraftrückmeldung (haptisches Display) aufgebaut.
Das haptische Display hat die Aufgabe, Kräfte und Momente wie sie bei der Operation auftreten, als Gegenkräfte an den übenden Chirurgen weiterzuleiten.
Schwerpunkt dieser Arbeit ist es, einen der 4 Freiheitsgrade mit einem Kraftsensor und einer Kraftregelung auszurüsten. Der hier interessierende Freiheitsgrad ist die translatorische Bewegung. Da aber die Mechanik an diesem Freiheitsgrad viel Reibung zeigte, und dadurch eine gute Regelbarkeit des Systems erschwerte, ist sie zuerst untersucht worden, um sie zu verbessern. Es zeigte sich, daß die Struktur überbestimmt ist und dadurch die hohe Reibung ausgelöst wird.
Um die Fz-Kraft zu messen ist der Handgriff in einem Gehäuse durch Biegebalken befestigt worden. Die Hand greift das Gehäuse, wobei die aufgebrachte Kraft die Biegebalken deformiert, dadurch kann sie mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) gemessen werden.
Mit einem Modell des Regelkreises ist eine Simulation des Systems durchgeführt worden. Diese hat gezeigt, daß die Regelung sehr stabil und präzis sein sollte. Aber unerwartete mechanische Probleme, insbesondere das Spiel des Getriebes, die Reibung des Seilzugs und die Dehnung der Vorspannfeder, die nicht zu dieser Arbeit gehören, haben die reale Regelung erschwert und verschlechtert. Die minimale notwendige Kraft bei Leerlauf (Sollkraft null) ist trotzdem sehr gut: 20cN (20g). Sie kann mit der Hand nicht aufgelöst werden.
| Typ des Eintrags: | Diplom- oder Magisterarbeit |
|---|---|
| Erschienen: | 1998 |
| Autor(en): | Saint-Ghislain, Michel |
| Art des Eintrags: | Bibliographie |
| Titel: | Kraftsensorik und Regelung für einen Freiheitsgrad eines VR-Arthroskopiesimulators |
| Sprache: | Deutsch |
| Referenten: | Kunstmann, Dipl.-Ing. Christian ; Weißmantel, Prof. Dr.- Heinz |
| Publikationsjahr: | 13 Februar 1998 |
| Zugehörige Links: | |
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Zusammenfassung: Diese Diplomarbeit ist eine von mehreren Arbeiten, die sich mit der Entwicklung eines auf Techniken der virtuellen Realität basierenden Kniegelenkarthroskopiesimulators befassen. Diese Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit dem Frauenhofer-Institut für graphische Datenverarbeitung (IGD) durchgeführt. Eine Mechanik wurde hierzu zur Kraftrückmeldung (haptisches Display) aufgebaut. Das haptische Display hat die Aufgabe, Kräfte und Momente wie sie bei der Operation auftreten, als Gegenkräfte an den übenden Chirurgen weiterzuleiten. Schwerpunkt dieser Arbeit ist es, einen der 4 Freiheitsgrade mit einem Kraftsensor und einer Kraftregelung auszurüsten. Der hier interessierende Freiheitsgrad ist die translatorische Bewegung. Da aber die Mechanik an diesem Freiheitsgrad viel Reibung zeigte, und dadurch eine gute Regelbarkeit des Systems erschwerte, ist sie zuerst untersucht worden, um sie zu verbessern. Es zeigte sich, daß die Struktur überbestimmt ist und dadurch die hohe Reibung ausgelöst wird. Um die Fz-Kraft zu messen ist der Handgriff in einem Gehäuse durch Biegebalken befestigt worden. Die Hand greift das Gehäuse, wobei die aufgebrachte Kraft die Biegebalken deformiert, dadurch kann sie mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) gemessen werden. Mit einem Modell des Regelkreises ist eine Simulation des Systems durchgeführt worden. Diese hat gezeigt, daß die Regelung sehr stabil und präzis sein sollte. Aber unerwartete mechanische Probleme, insbesondere das Spiel des Getriebes, die Reibung des Seilzugs und die Dehnung der Vorspannfeder, die nicht zu dieser Arbeit gehören, haben die reale Regelung erschwert und verschlechtert. Die minimale notwendige Kraft bei Leerlauf (Sollkraft null) ist trotzdem sehr gut: 20cN (20g). Sie kann mit der Hand nicht aufgelöst werden. |
| Freie Schlagworte: | Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Arthroskopie Simulator, Haptik, Kraftmessung, Kraftregelung, Kraftrückmeldung |
| ID-Nummer: | 17/24 EMKD 1404 |
| Zusätzliche Informationen: | EMK-spezifische Daten: Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate, Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1404 Art der Arbeit: Diplomarbeit Beginn Datum: 27-10-1997 Ende Datum: 13-02-1998 Querverweis: keiner Studiengang: Elektrotechnik (ET) Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK) Abschluss: Diplom (EMK) |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen (aufgelöst 18.12.2018) |
| Hinterlegungsdatum: | 09 Sep 2011 15:42 |
| Letzte Änderung: | 05 Mär 2013 09:53 |
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| Referenten: | Kunstmann, Dipl.-Ing. Christian ; Weißmantel, Prof. Dr.- Heinz |
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