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Miniaturisierter Kupplungsmechanismus für einen Single-Port-Medizinroboter

Bock, Vincent :
Miniaturisierter Kupplungsmechanismus für einen Single-Port-Medizinroboter.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegenden Arbeit wird ein miniaturisierter Kupplungsmechanismus für die Integration in die Schubstangen einer vorgegebenen Parallelkinematik entwickelt. Sie ist Teil eines Chirurgieroboters des Forschungsprojekts FLEXMIN und dient der Abkopplung des chirurgischen Werkzeugs.Die Entwicklung umfasst die Konstruktion der passiven Kupplungsmechanik, die Programmierung einer automatisierten Bewegungsroutine und den Aufbau eines Demonstrators. Dieser bildet die Verbindung zwischen der Aktorik und dem Zugangsrohr des Medizinroboters ab. Die Besonderheit der Kupplung liegt darin, dass sie gegenüber herkömmlichen Kupplungen in einem Bauraum mit 7 mm Durchmesser sowohl positive, als auch negative Drehmomente von 200 mNm und Axialkräfte von 30 N übertragen kann, sowie automatisiert ein- und auskoppelt. Die Recherche zum Stand der Technik zeigt, dass keine der gefundenen Kupplungen den Anforderungen entspricht. Daher ist die Entwicklung eines an das FLEXMIN System angepassten Kupplungsmechanismus notwendig. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Konzeption und Auswahl eines Kupplungsmechanismus. Insgesamt werden 10 Gesamtkonzepte aufgestellt.Die Innovation der gewählten Kupplung ist die Kombination eines Bajonettverschlusses mit einer Innenhülse. Die Innenhülse überträgt das Drehmoment und die Druckkraft. Über den Bajonettverschluss wird die Zugkraft übertragen und das Öffnen und Schließen der Kupplung erzielt. Dieser Vorgang erfolgt am Endanschlag unter Ausnutzung der aktiven Freiheitsgrade der Aktorikschubstange. Die in der Abbildung dargestellte Kupplung erfüllt mit einem Bauvolumen von 25,6 mm Länge und 6 mm Durchmesser sowie einem Verfahrweg zum Kopplen von insgesamt 5,5 mm die Anforderungen. Simulationen der entsprechenden Belastungsfälle belegen die Stabilität der Bauteile unter den geforderten Höchstbelastungen. Eine Bewegungsroutine wurde in Matlab Simulink implementiert und ermöglicht das automatische Ein- und Auskoppeln.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Bock, Vincent
Titel: Miniaturisierter Kupplungsmechanismus für einen Single-Port-Medizinroboter
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

In der vorliegenden Arbeit wird ein miniaturisierter Kupplungsmechanismus für die Integration in die Schubstangen einer vorgegebenen Parallelkinematik entwickelt. Sie ist Teil eines Chirurgieroboters des Forschungsprojekts FLEXMIN und dient der Abkopplung des chirurgischen Werkzeugs.Die Entwicklung umfasst die Konstruktion der passiven Kupplungsmechanik, die Programmierung einer automatisierten Bewegungsroutine und den Aufbau eines Demonstrators. Dieser bildet die Verbindung zwischen der Aktorik und dem Zugangsrohr des Medizinroboters ab. Die Besonderheit der Kupplung liegt darin, dass sie gegenüber herkömmlichen Kupplungen in einem Bauraum mit 7 mm Durchmesser sowohl positive, als auch negative Drehmomente von 200 mNm und Axialkräfte von 30 N übertragen kann, sowie automatisiert ein- und auskoppelt. Die Recherche zum Stand der Technik zeigt, dass keine der gefundenen Kupplungen den Anforderungen entspricht. Daher ist die Entwicklung eines an das FLEXMIN System angepassten Kupplungsmechanismus notwendig. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Konzeption und Auswahl eines Kupplungsmechanismus. Insgesamt werden 10 Gesamtkonzepte aufgestellt.Die Innovation der gewählten Kupplung ist die Kombination eines Bajonettverschlusses mit einer Innenhülse. Die Innenhülse überträgt das Drehmoment und die Druckkraft. Über den Bajonettverschluss wird die Zugkraft übertragen und das Öffnen und Schließen der Kupplung erzielt. Dieser Vorgang erfolgt am Endanschlag unter Ausnutzung der aktiven Freiheitsgrade der Aktorikschubstange. Die in der Abbildung dargestellte Kupplung erfüllt mit einem Bauvolumen von 25,6 mm Länge und 6 mm Durchmesser sowie einem Verfahrweg zum Kopplen von insgesamt 5,5 mm die Anforderungen. Simulationen der entsprechenden Belastungsfälle belegen die Stabilität der Bauteile unter den geforderten Höchstbelastungen. Eine Bewegungsroutine wurde in Matlab Simulink implementiert und ermöglicht das automatische Ein- und Auskoppeln.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Kinematische Verkopplung Telemanipulation
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 22 Jun 2015 08:32
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1874

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 08-09-2014

Ende Datum: 09-02-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKB1874
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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