Die MICA ist ein vielseitig einsetzbares Instrument für die robotergestützte minimalinvasive Chirurgie. Als Mikro-Manipulator mit drei Freiheitsgraden wird sie an einen MIRO-Arm angekoppelt und erweitert die kinematische Kette dadurch um drei Gelenke. Im Jahr 2010 wurde MICA erstmals des Öffentlichkeit präsentiert.
Technische Daten
Systembeschreibung
Die DLR MICA ist die zweite Generation der vielseitig einsetzbaren Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie, welche am Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt wurden. Für minimalinvasive Eingriffe im Rahmen des MiroSurge-Szenarios werden diese robotischen Instrumente an den MIRO-Arm angekoppelt. Somit erweitert die MICA den Telemanipulator um die Gelenke 8, 9 und 10. Eine MICA besteht aus einer Antriebseinheit und dem aufgabenspezifischen Werkzeug mit Werkzeuginterface, Schaft und Endeffektor.
Die MICA Antriebseinheit kann mit verschiedenen Instrumenten für unterschiedliche chirurgische Applikationen kombiniert werden. Die einzelnen Instrumente unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl der Freiheitsgrade, der Funktionalität des Endeffektors und ihrer Bewegungsbereiche. Der Antrieb eines Instruments erfolgt durch drei Linearbewegungen, welche über das Instrumenteninterface von der Antriebseinheit zum Instrument übertragen werden. Das Instrumenteninterface ermöglicht sowohl eine für das Instrument angemessene Skalierung der Antriebskräfte als auch eine standardisierte Digitalkommunikation mit den im Instrument integrierten Sensoren, wie z.B. dem DLR Kraft-/Momentensensor. In der gegenwärtigen Konfiguration umfasst das Instrument ein Handgelenk mit zwei Freiheitsgraden, einen Endeffektor (z.B. Zange, Schere, Nadelhalter) und einen 7 DoF Kraft-/Momentensensor, wodurch eine feinfühlige Manipulation und haptisches Feedback aus dem Operationsgebiet möglich sind.
Der beim MIRO verfolgte Ansatz eines vielseitig einsetzbaren Designs sowie die Konformität mit dem MiroSurge Setup stellen verschiedene Anforderungen an das Instrumentendesign:
Gesamtansicht einer DLR MICA mit aufgabenspezifischem Werkzeug (links) und universell einsetzbarer Antriebseinheit (rechts).
Quelle: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).
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Umlenkeinheit des Werkzeuges mit Maßstab: Hier wird die Translationsbewegung der drei Freiheitsgrade der Antriebseinheit in Drahtseilbewegungen umgesetzt, um die Handgelenksfreiheitsgrade und den Endeffektorfreiheitsgrad des Werkzeugs zu bewegen.
Der auf Dehnmessstreifen (DMS) basierende Kraftmomentensensor kann zwischen Endeffektor (z.B. einem Greifer) und Handgelenk in das Werkzeug integriert werden. Er kann Kräfte und Momente in sechs Freiheitsgraden messen.
DLR MICA Werkzeuge mit verschiedenen Handgelenkskinematiken: Krümmendes Gelenk (Müglitz-Kinematik) zum Hindurchführen von Kabeln oder Glasfasern (oben) und Pitch-Yaw Gelenk mit zwei orthogonalen, nicht schneidenden Achsen (unten).
Spitzen zweier MICA Werkzeuge mit krümmendem Handgelenk (oben) und Pitch-Yaw-Handgelenk (unten).
Spitze eines MICA Werkzeuges mit einem Kardan-Handgelenk und einer Schere als Endeffektor.
Spitze eines MICA Werkzeuges mit einem Kardan-Handgelenk und einem Nadelhalter als Endeffektor.