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Nutzerinterface zur Steuerung eines Chirurgieroboters mit optimierter haptischer Darstellung von hochfrequenten Signalkomponenten

Birkenbach, Stefanie (2014):
Nutzerinterface zur Steuerung eines Chirurgieroboters mit optimierter haptischer Darstellung von hochfrequenten Signalkomponenten.
TU Darmstadt, Institut EMK FG MuST, [Bachelor Thesis]

Abstract

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird ein Nutzerinterface zur Steuerung des Endeffektors eines Chirurgierobotersystems entwickelt. Dieses Nutzerinterface soll ein vibrotaktiles haptisches Feedback bereitstellen, welches den am Endeffektor gemessenen Beschleunigungen, wŠhrend einer Interaktion, entspricht. †ber die vom Nutzer aufgebrachten GreifkrŠfte sollen die Greifwerkzeuge des Robotersystems gesteuert werden. Um dies zu ermšglichen, muss eine Messung der GreifkrŠfte des Nutzers, in dem zu entwickelnden Nutzerinterface vorgesehen werden. WŸnschenswert ist hierbei eine differenzierte Messung der GreifkrŠfte des Daumen und des Zeigefingers, um die aktuelle Griffsituation definiert ableiten zu kšnnen. Um die Anforderungen an die Aktorik abzuleiten wird eine Analyse der mšglichen Werkzeuginteraktionen durchgefŸhrt. Besondere Beachtung liegt hier auf den hochfrequenten Signalanteilen der Werkzeuginteraktion. Bei dieser Analyse werden die benštigten Auslenkungen, Beschleunigen und Frequenzen bestimmt, und damit Anforderungen an die Aktorik im Nutzerinterace abgeleitet. Aus der durchgefŸhrten Analyse lŠsst sich der benštigte Frequenzbereich von 40 - 650 Hz, Auslenkungen bis zu 30 ?m und Beschleunigungen bis zu 10 g ableiten. Anhand dieser Anforderungen wird der Piezo-Stapelaktor PA25/14 der Firma piezosystem jena GmbH ausgewŠhlt. Dieser erzeugt das haptische Feedback, durch Beschleunigung eines Pinzettenartigen GriffstŸckes in axialer Richtung. Der Angriffspunkt der Aktorik liegt, Ÿber eine VerlŠngerung des LŠufers mittels einer Gewindestange, am Tool-Center-Point (TCP) der Bedieneinheit des Chirurgieroboters. Zur differenzierten Messung der GreifkrŠfte wird jeweils ein FLEXIForce Kraftsensor an eine der beiden Pinzettenbranchen angebracht. Diese Pinzettenbranchen sind steif genug um den maximalen GreifkrŠften eines Mannes, bei einem SchlŸsselgriff, von ca. 100N ohne Verformung stand zu halten. Zur Visualisierung wird ein Muster des entwickelten Nutzerinterfaces aufgebaut.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2014
Creators: Birkenbach, Stefanie
Title: Nutzerinterface zur Steuerung eines Chirurgieroboters mit optimierter haptischer Darstellung von hochfrequenten Signalkomponenten
Language: German
Abstract:

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird ein Nutzerinterface zur Steuerung des Endeffektors eines Chirurgierobotersystems entwickelt. Dieses Nutzerinterface soll ein vibrotaktiles haptisches Feedback bereitstellen, welches den am Endeffektor gemessenen Beschleunigungen, wŠhrend einer Interaktion, entspricht. †ber die vom Nutzer aufgebrachten GreifkrŠfte sollen die Greifwerkzeuge des Robotersystems gesteuert werden. Um dies zu ermšglichen, muss eine Messung der GreifkrŠfte des Nutzers, in dem zu entwickelnden Nutzerinterface vorgesehen werden. WŸnschenswert ist hierbei eine differenzierte Messung der GreifkrŠfte des Daumen und des Zeigefingers, um die aktuelle Griffsituation definiert ableiten zu kšnnen. Um die Anforderungen an die Aktorik abzuleiten wird eine Analyse der mšglichen Werkzeuginteraktionen durchgefŸhrt. Besondere Beachtung liegt hier auf den hochfrequenten Signalanteilen der Werkzeuginteraktion. Bei dieser Analyse werden die benštigten Auslenkungen, Beschleunigen und Frequenzen bestimmt, und damit Anforderungen an die Aktorik im Nutzerinterace abgeleitet. Aus der durchgefŸhrten Analyse lŠsst sich der benštigte Frequenzbereich von 40 - 650 Hz, Auslenkungen bis zu 30 ?m und Beschleunigungen bis zu 10 g ableiten. Anhand dieser Anforderungen wird der Piezo-Stapelaktor PA25/14 der Firma piezosystem jena GmbH ausgewŠhlt. Dieser erzeugt das haptische Feedback, durch Beschleunigung eines Pinzettenartigen GriffstŸckes in axialer Richtung. Der Angriffspunkt der Aktorik liegt, Ÿber eine VerlŠngerung des LŠufers mittels einer Gewindestange, am Tool-Center-Point (TCP) der Bedieneinheit des Chirurgieroboters. Zur differenzierten Messung der GreifkrŠfte wird jeweils ein FLEXIForce Kraftsensor an eine der beiden Pinzettenbranchen angebracht. Diese Pinzettenbranchen sind steif genug um den maximalen GreifkrŠften eines Mannes, bei einem SchlŸsselgriff, von ca. 100N ohne Verformung stand zu halten. Zur Visualisierung wird ein Muster des entwickelten Nutzerinterfaces aufgebaut.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Haptik Haptisches Display Piezoantrieb Sensorik Medizintechnik
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 20 May 2014 07:57
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1842

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 23-09-2013

Ende Datum: 23-01-2014

Identification Number: 17/24 EMKB1842
Referees: Werthschützky, Prof. Roland
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