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Sterilisierbare Sensorschnittstelle für einen haptischen Chirurgieroboter

Freund, Daniel (2014):
Sterilisierbare Sensorschnittstelle für einen haptischen Chirurgieroboter.
TU Darmstadt Institut EMK / FG MuST, [Bachelor Thesis]

Abstract

Die Bachelorarbeit „Sterilisierbare Sensorschnittstelle für einen haptischen Chirurgieroboter“ umfasst die Anbindung von Kraftsensoren in den beweglichen Schubstangen eines Chirurgieroboters namens FLEXMIN. Es wird ein Übertragungssystem entwickelt, welches Energie zu den Sensoren und Daten von den Sensoren in die Basis überträgt. Wichtig ist die Sterilisierbarkeit und Reinigung des entwickelten Systems. Nach einer Vorstellung des Chirurgieroboters FLEXMIN wird der Stand der Technik aufgeführt. Nach Klärung der Aufgabe wird eine Anforderungsliste erstellt. Es folgt die Abstrahierung der Aufgabe und die methodische Lösungsfindung mit anschließender Bewertung und Auswahl der Teillösungen. Aus den Teillösungen wird das Gesamtkonzept entwickelt. Das Gesamtkonzept besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Spulen und räumlich getrennten Ansteuerungselektroniken. Die Geometrie der Schubstangen ist mit einer Länge von 100mm und einem Durchmesser von 4mm angegeben. Anhand dessen wird eine Berechnung des Magnetkreises durchgeführt, welche zu der Verwendung von Ferrit im Inneren der Schubstange führt. Die dynamische Analyse wird mit einer Simulation des Magnetfeldes durchgeführt. Es folgt die Berechnung der Spulen. Diese werden mit einem Transformator-Ersatzschaltbild simuliert. Hieraus folgt die Auswahl der Energieübertragungsfrequenz von 40 kHz anhand einer Analyse des Wirkungsgrades. Mit einer Lastmodulation auf separater Frequenz von 500 kHz werden Daten übertragen. Dazu wird die Elektronik entworfen und aufgebaut. Für den mechanischen Aufbau werden Materialien verglichen und anhand ihrer Sterilisierbarkeit und Steifigkeit ausgewählt. Es folgt die Konstruktion der keramischen Schubstangen. Ein Demonstrator wird aufgebaut und vermessen. Es folgt eine Charakterisierung des Übertragungssystems, ein Fazit und ein Ausblick.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2014
Creators: Freund, Daniel
Title: Sterilisierbare Sensorschnittstelle für einen haptischen Chirurgieroboter
Language: German
Abstract:

Die Bachelorarbeit „Sterilisierbare Sensorschnittstelle für einen haptischen Chirurgieroboter“ umfasst die Anbindung von Kraftsensoren in den beweglichen Schubstangen eines Chirurgieroboters namens FLEXMIN. Es wird ein Übertragungssystem entwickelt, welches Energie zu den Sensoren und Daten von den Sensoren in die Basis überträgt. Wichtig ist die Sterilisierbarkeit und Reinigung des entwickelten Systems. Nach einer Vorstellung des Chirurgieroboters FLEXMIN wird der Stand der Technik aufgeführt. Nach Klärung der Aufgabe wird eine Anforderungsliste erstellt. Es folgt die Abstrahierung der Aufgabe und die methodische Lösungsfindung mit anschließender Bewertung und Auswahl der Teillösungen. Aus den Teillösungen wird das Gesamtkonzept entwickelt. Das Gesamtkonzept besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Spulen und räumlich getrennten Ansteuerungselektroniken. Die Geometrie der Schubstangen ist mit einer Länge von 100mm und einem Durchmesser von 4mm angegeben. Anhand dessen wird eine Berechnung des Magnetkreises durchgeführt, welche zu der Verwendung von Ferrit im Inneren der Schubstange führt. Die dynamische Analyse wird mit einer Simulation des Magnetfeldes durchgeführt. Es folgt die Berechnung der Spulen. Diese werden mit einem Transformator-Ersatzschaltbild simuliert. Hieraus folgt die Auswahl der Energieübertragungsfrequenz von 40 kHz anhand einer Analyse des Wirkungsgrades. Mit einer Lastmodulation auf separater Frequenz von 500 kHz werden Daten übertragen. Dazu wird die Elektronik entworfen und aufgebaut. Für den mechanischen Aufbau werden Materialien verglichen und anhand ihrer Sterilisierbarkeit und Steifigkeit ausgewählt. Es folgt die Konstruktion der keramischen Schubstangen. Ein Demonstrator wird aufgebaut und vermessen. Es folgt eine Charakterisierung des Übertragungssystems, ein Fazit und ein Ausblick.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Trägerfrequenzverfahren Schnittstelle seriell drahtlos Empfänger Amplitudenmodulation Sensorik Medizintechnik Energieübertragung induktiv
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 08:04
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1844

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 01-10-2013

Ende Datum: 01-02-2014

Identification Number: 17/24 EMK B 1844
Referees: Werthschützky, Prof. Dr. Roland and Schlaak, Prof. Dr. Helmut F.
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