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

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

Kurzbeschreibung (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.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2016
Autor(en): Große, Alexander
Titel: Gebogener Antriebsstrang mit zwei Freiheitsgraden zur Integration in einen Single-Port-Medizinroboter
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (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.

Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 11 Jan 2017 12:34
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helumt F.
Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 21 April 2016
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