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Gebogener Antriebsstrang mit zwei Freiheitsgraden zur Integration in einen Single-Port-Medizinroboter

Große, Alexander (2016):
Gebogener Antriebsstrang mit zwei Freiheitsgraden zur Integration in einen Single-Port-Medizinroboter.
TU Darmstadt, [Bachelor Thesis]

Abstract

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen wird im Rahmen des Forschungsprojekts FLEXMIN ein Chirurgieroboter für Operationen innerhalb des Beckens über einen transanalen Zugang entwickelt. Das Operationsgebiet des Roboters soll erweitert werden, sodass auch Eingriffe im Bauchraum möglich sind. Hierfür wird der bisher gerade Schaft durch ein kreisförmiges Rohr ersetzt. Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit wird das System durch einen kreisförmig ge- bogenen Aufbau mit einem Biegeradius von 520 mm ergänzt, in den sechs Antriebsstränge mit je zwei Freiheitsgraden integriert werden, die sowohl Dreh- als auch Schubbewegungen übertragen. Es sollen Drehmomente von bis zu 0,2 Nm und Axialkräfte von bis zu 30 N mit einem Übertragungsverhalten von 1:1 übertragen werden. Der Bauraum pro Antriebsstrang ist dabei auf 6 mm begrenzt. Die Analyse zum Stand der Technik ergibt, dass es eine Vielzahl an Lösungen für dieses Problem gibt, die jedoch meist nur Drehmoment oder Kraft übertragen, aber nicht beides. Deshalb ist die Entwicklung eines Antriebsstranges nötig, der an das System angepasst ist. Der Fokus der weiteren Arbeit liegt auf dem Entwurf des gebogenen Antriebsstrangs. Innerhalb dieses wird der Durchmesser festgelegt, so dass die Anforderungen an die Steifigkeit erfüllt werden. Zudem werden die Reibkräfte abgeschätzt. Ein flexibler Stab aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit dem Durchmesser 3 mm, der in einem starren Kapillarrohr aus Edelstahl geführt wird, stellt hierbei einen Kompromiss zwischen Reibkräften und Steifigkeit dar. Für die Charakterisierung des Antriebsstranges ist ein Demonstrator gemäß Abbildung 0.1 entstanden. Bei der Berechnung des Antriebsstranges wird deutlich, dass die gegebene Form der Biegung für die Übertragung der Bewegungen nicht ideal ist. Durch eine Veränderung der Geometrie zu einer Biegelinie könnten die auftretenden Reibkräfte deutlich vermindert werden.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2016
Creators: Große, Alexander
Title: Gebogener Antriebsstrang mit zwei Freiheitsgraden zur Integration in einen Single-Port-Medizinroboter
Language: German
Abstract:

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen wird im Rahmen des Forschungsprojekts FLEXMIN ein Chirurgieroboter für Operationen innerhalb des Beckens über einen transanalen Zugang entwickelt. Das Operationsgebiet des Roboters soll erweitert werden, sodass auch Eingriffe im Bauchraum möglich sind. Hierfür wird der bisher gerade Schaft durch ein kreisförmiges Rohr ersetzt. Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit wird das System durch einen kreisförmig ge- bogenen Aufbau mit einem Biegeradius von 520 mm ergänzt, in den sechs Antriebsstränge mit je zwei Freiheitsgraden integriert werden, die sowohl Dreh- als auch Schubbewegungen übertragen. Es sollen Drehmomente von bis zu 0,2 Nm und Axialkräfte von bis zu 30 N mit einem Übertragungsverhalten von 1:1 übertragen werden. Der Bauraum pro Antriebsstrang ist dabei auf 6 mm begrenzt. Die Analyse zum Stand der Technik ergibt, dass es eine Vielzahl an Lösungen für dieses Problem gibt, die jedoch meist nur Drehmoment oder Kraft übertragen, aber nicht beides. Deshalb ist die Entwicklung eines Antriebsstranges nötig, der an das System angepasst ist. Der Fokus der weiteren Arbeit liegt auf dem Entwurf des gebogenen Antriebsstrangs. Innerhalb dieses wird der Durchmesser festgelegt, so dass die Anforderungen an die Steifigkeit erfüllt werden. Zudem werden die Reibkräfte abgeschätzt. Ein flexibler Stab aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit dem Durchmesser 3 mm, der in einem starren Kapillarrohr aus Edelstahl geführt wird, stellt hierbei einen Kompromiss zwischen Reibkräften und Steifigkeit dar. Für die Charakterisierung des Antriebsstranges ist ein Demonstrator gemäß Abbildung 0.1 entstanden. Bei der Berechnung des Antriebsstranges wird deutlich, dass die gegebene Form der Biegung für die Übertragung der Bewegungen nicht ideal ist. Durch eine Veränderung der Geometrie zu einer Biegelinie könnten die auftretenden Reibkräfte deutlich vermindert werden.

Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
Date Deposited: 11 Jan 2017 12:34
Referees: Schlaak, Prof. Helumt F.
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 21 April 2016
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