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Miniaturisierter Kupplungsmechanismus für einen Single-Port-Medizinroboter

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

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.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2015
Creators: Bock, Vincent
Title: Miniaturisierter Kupplungsmechanismus für einen Single-Port-Medizinroboter
Language: German
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.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Kinematische Verkopplung Telemanipulation
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 > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 22 Jun 2015 08:32
Additional Information:

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

Identification Number: 17/24 EMKB1874
Referees: Schlaak, Prof. Helmut F.
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