Entwurf einer Deltakinematik als angepasste Struktur für die haptische Bedieneinheit eines Chirurgieroboters

In dieser Arbeit wird eine angepasste Deltakinematik fur die haptische Bedieneinheit des Teleoperationssystems FLEXMIN entworfen. Diese erzeugt innerhalb eines vorgesehenen Arbeitsraumes von 200 x 200 x150 mm³ Force Feedback mit einer Amplitude von mindestens 15 N in den drei kartesischen Raumrichtungen. Aus zwei moglichen Deltastrukturen wird dafur die fur den Einsatz in haptischen Systemen besser geeignete RUU-Struktur ausgewahlt. Die Auslegung der Deltakinematik erfolgt fur den statischen Fall. Dazu wird eine analytische Losung der Ruckwartskinematik bestimmt. Diese und die sich daraus ergebende inverse Jacobimatrix bilden die Grundlage der Auslegung mit Matlab und ermoglichen die Analyse der Ubertragungseigenschaften der Kinematik sowie die Bestimmung ihres Arbeitsraumes. Die verwendeten Kinematikparameter sind nach der globalen Kondition v optimiert und fuhren zu maximaler Isotropie der Ubertragungseigenschaften innerhalb des gesamten Arbeitsraumes der Kinematik. Fur das Projekt FLEXMIN wird der Teil des Arbeitsraumes mit der hochsten Isotropie der Ubertragungseigenschaften durch Analyse des Verlaufs der Konditionszahl k bestimmt. Singulare Stellungen des Mechanismus werden betrachtet und ihre Existenz innerhalb des ausgewahlten Arbeitsraumes ausgeschlossen. Die zur Kraftausgabe und Kompensation der Gewichtskrafte der Kinematik benotigten Antriebsmomente werden zu 4,24 Nm berechnet. Zur Anpassung der Motormomente wird ein spielfreies Seilzuggetriebe entworfen und in Verbindung mit den Motoren ausgelegt. Zur Erzeugung von rippelfreiem Force Feedback kommen dabei elektrisch kommutierende DC-Motoren vom Typ Faulhaber 4490 024 BS zum Einsatz. Die verwendeten Encoder auf der Motorachse ermoglichen eine Positionsmessung der Lage des Toolcenterpoints (TCP) mit einer Auflosung von 0,021 mm. Die konstruktive Ausgestaltung aller Bestandteile der Kinematik erfolgt mit dem Ziel der Minimierung von Reibung und Spiel. Hierzu werden die Gelenke durch axial verspannte Rillenkugellager ausgefuhrt. Entsprechend der durchgefuhrten theoretischen Betrachtungen wird die Deltakinematik konstruktiv umgesetzt und ein fertigungsreifer Datensatz an Konstruktionszeichnungen ausgearbeitet. Abschliesend erfolgt ein Vorschlag zur Integration von zwei der entworfenen Kinematiken in das bestehende Teleoperationssystem des Projektes FLEXMIN.