Institut für Mechanik und Mechatronik Institut für Mechanik und Mechatronik

Aufgabenstellung: 
Roboter mit mehr Achsen als für räumliche Aufgaben notwendige sechs Freiheitsgraden sind redundat, können also Posen halten, während sie die eigenen Gelenkstellungen verändern.
Besipiel: Ein Roboter als Fahrplattform hat drei Freiheitsgrade, ein darauf montierter Roboter hat 5 oder 6 Achsen. Dann ist dieser Roboter in der Lage eine Pose während der Vorbeifahtrt zu halten. 
Nach Einführung in die Theorie ist die indirekte Kinematik solch redundanter Roboter in Matlab / Simulink zu implementieren und bzgl. verschiedner Szenarien zu testen.

Projektaufgabe:
Entwicklung eines Controllers mit haptischem Feedback zur Fernsteuerung eines
robotisierten Aktuators zur Bedienung einer Schluckecho-Sonde (transösophageale
Echokardiographie; TEE).
Hintergrund:
Die TEE-Sonde wird in die Speiseröhre eines Patienten eingeführt
und ermöglicht aus verschiedenen Positionen entlang der Speiseröhre eine präzise,
echobasierte Visualisierung des Herzens und der intrakardialen Strukturen (z.B.
Herzklappen, etc.). Üblicherweise wird die TEE-Sonde manuell von einem Arzt
(Echokardiographeur) gesteuert, der gleichzeitig das Echogerät bedient. Um die
Bildqualität, die Bild-Akquise sowie andere Faktoren zu optimieren, soll die Bedienung
der Sonde in Zukunft durch ein robotisches System (ROB’E GmbH, Schewel et al.; 2024;
Structural Heart Journal; DOI: 10.1016/j.shj.2024.100352) übernommen werden. Dabei
wird die TEE-Sonde in das robotisierte System installiert, welches den Handgriff und den
flexiblen Abschnitt der Sonde motorisiert bewegen kann. Das natürliche Feedback, das
normalerweise der Operateur haptisch an der TEE-Sonde wahrnimmt, ist von
entscheidender Bedeutung für eine sicher und präzise Durchführung der Untersuchung.
Dieses haptische Feedback fehlt aktuell bei der robotischen Fernsteuerung. Um dem
Operateur dieses Feature zu ermöglichen, ist es notwendig, die Bewegung der Sonde,
und die daraus resultierenden Kräfte und Widerstände, die durch die Interaktion mit
dem Gewebe der Speiseröhre entstehen, zu visualisieren.
Projektumfang:
Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines einfachen Prototyps eines Controllers
mit haptischem Feedback. Dieser Prototyp soll die Anforderungen für eine zukünftige
Produktentwicklung konkretisieren und die Machbarkeit demonstrieren

Entwicklung eines modularen, drahtlosen Systems zur Fernsteuerung eines Echogerätes. Das Ziel ist es, ein spezielles Interface zu konzipieren, welches  ermöglicht mechanisch unterschiedliche Bedienelemente von Echogeräten (Tasten, Drehregler, Trackball, Touchscreen) zuverlässig, mit Hilfe eines drahtlosen Interface aus der Ferne zu bedienen.

Aktuell bedient ein Arzt das Echogerät manuell (Abbildung 1; Tasten, Drehregler, Trackball, Touchscreen). Um die Bedienung zu automatisieren und die Untersuchungsabläufe zur optimieren, soll ein modulares Interface entwickelt werden, welches dem Arzt ermöglicht das Echogerät (herstellerunabhängig) aus der Ferne zu steuern. In einem späteren Stadium sollen KI-gestützte Modalitäten implementiert werden, die zunehmend autonome Abläufe ermöglichen werden.

• Interface für Echogerät: Das Interface, welches alle Bedienelemente (siehe unten) des Echogerätes ansteuern können soll, ist a.e. modular konstruiert und besteht aus mindestens einem Aufsatz, der auf die „Tastatureinheit“ des Echogerätes installiert und aus der Ferne bedient werden kann.
• Funktionen: das Interface soll folgende Aktuatoren präzise und schonend betätigen können:
  • Mehrer (Anzahl noch offen) Knöpfe/Tasten
  • Drehregler mit Druck-/Tastenfunktion
  • Trackball
  • Touchscreens mit Druck- und Wischfunktionen
• Fernbedienung: Die Steuerung des Interface erfolgt über eine kabellose (WLAN, Bluetooth o.Ä.) Fernbedienung. Diese Fernbedienung ist a.e. eine Nachbildung/-ahmung der „Tastatureinheit“ des Echogerätes und bietet dem Arzt somit eine intuitive Bedienung des bekannten Echogerätes aus der Ferne.
• Antriebstechnologie: Die Wahl der Antriebssysteme ist von wesentlicher Bedeutung für die Präzision,  Zuverlässigkeit und schonende Steuerung des Interface, und wird während der Konzeptionsphase entschieden. Folgende Möglichkeiten sollen diskutiert werden
  • Schrittmotoren
  • Servomotoren
  • Pneumatische Aktuatoren
  • Magnetische Aktuatoren

Anforderungen:

1. Bedienung der Bedienelemente:
   • Das Interface muss in der Lage sein, Tasten, Drehregler, Trackball und den Touchscreen präzise und schonend zu bedienen.
2. Fernsteuerung:
   • Die Steuerung erfolgt über ein drahtloses Remote-Interface mit minimaler/nicht spürbarer Verzögerung.
   • Software zur Steuerung und Programmierung von Bewegungsabläufen.
3. Anpassbarkeit des Interface:
   • Das Interface modular aufgebaut sein, um Anpassungen an verschiedene Modelle unterschiedlicher Hersteller von Echogeräten zu ermöglichen.
4. Antriebssysteme:
   • Schrittmotoren, Servomotoren, pneumatische oder magnetische Aktuatoren (nach Auswahl in der Konzeptionsphase).

Das Ziel dieses Projektes ist es eine intuitive Fernbedienung für Echogeräte zu entwickeln. Das modular konstruierte System soll unterschiedliche Steuerelemente bedienen können und wird über eine intuitive, drahtlose Fernbedienung gesteuert. Diese Lösung für eine, in Zukunft KI-gestützte, Fernbedienung von Echogeräten soll die Untersuchungsabläufe optimieren und die Diagnostik von herzkranken Patienten verbessern.

Hr. Anselm, Prof. Dalhoff

Masterprojekt.SkewedWakeEffect.AnselmDalhoff.pdf