Experimentelles Roboter-Teleoperationssystem
Final Report Abstract
Das Großgerät „Experimentelles Roboter-Teleoperationssystem“ bestehend aus zwei Roboter-Leichtbauarmen und zwei Haptischen Eingabegeräten dient der Untersuchung neuartiger Methoden für die sichere und präzise Durchführung von robotergestützten minimalinvasiven chirurgischen Operationen. Der Fokus des Systems liegt auf der Unterstützung und Entlastung des Chirurgen und der Eröffnung neuer Möglichkeiten durch den Einsatz eines Robotersystems im Vergleich zur konventionellen minimalinvasiven Chirurgie. Für den Einsatz von Robotersystemen in der Chirurgie existieren zwei grundsätzliche Ansätze: Autonome Systeme und Telemanipulationssysteme. Der rein autonome Ansatz gilt als gescheitert (RoboDoc, Caspar). Das heute kommerziell erfolgreichste System ist momentan als reines Telemanipulationssystem und durch die fehlende Einbindung von Haptik limitiert für einen weiterreichenderen Einsatz in den verschiedensten chirurgischen Fächern. Das hier beantragte „Experimentelle Roboter-Teleoperationssystem“ ist für die Forschung in diesen Feldern vorgesehen. Durch den Einsatz der neuartigen Leichtbauroboter mit integrierter Momenten-Sensorik sind völlig neuartige Ansätze für chirurgische Eingriffe möglich. Das Erforschen haptischer Prozesse im Kontext therapeutischer und diagnostischer Konzepte in der Medizin stellt die nächste Stufe für eine intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle dar. Auch die Erweiterung der reinen Telemanipulation zu einer Teleoperation durch die Integration autonomer Teilverrichtungen entlastet den Arzt von konzentrationsmindernden Routineaufgaben. Das hier beantragte Experimentalsystem wurde in aktuell laufende Forschungsarbeiten eingebunden und stellt auch für künftige Vorhaben eine exzellente Forschungsplattform dar. Der Einsatz moderner Leichtbauroboter mit Kraft-Momenten-Sensorik und sieben aktiven Freiheitsgraden ermöglicht neuartige, kombinierbare Steuerungskonzepte im Vergleich zu herkömmlichen Medizinrobotern: - Im haptischen Telemanipulationsmodus steuert der Chirurg die Roboter über die Haptischen Eingabegeräte. Er kann damit fühlen, welcher Widerstand dem Instrument entgegenwirkt, um z. B. Weichgewebe oder Knochen zu unterscheiden. Zusätzlich können virtuelle Grenzen als Hilfe für den Schutz von Risikostrukturen simuliert werden. - Im handgeführten Modus kann der Chirurg die Roboter direkt positionieren, indem er sie anfasst und an die richtige Position führt. Unterstützt wird er bei Bedarf von Assistenzfunktionen, welche die einstellbaren Positionen des Roboters und des medizinischen Instruments begrenzen und somit eine präzise geführte Bewegung erlauben. - Im autonomen Modus bewegen sich die Roboter selbsttätig an eine vorgegebene Position, um beispielsweise den Arbeitsraum für den Chirurgen freizugeben oder den Wechsel der am Roboter montierten medizinischen Instrumente zu ermöglichen. Im chirurgischen Prozess findet bei komplexen Eingriffen ein Übergang zwischen den verschiedenen Modi statt. Dieser muss stetig stattfinden, d.h. insbesondere bei Handhabungen innerhalb des Patientenkörpers darf es nicht zu Positions- bzw. Kraftsprüngen kommen.
Publications
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T. Beyl, P. Nicolai, H. Moennich, J.Raczkowsky, H. Wörn
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Tim Beyl, Luzie Schreiter, Jörg Raczkowsky, Heinz Wörn
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