Intrakorporaler Manipulator für die minimalinvasive Chirurgie

Zusammenfassung: In Rahmen dieser Studienarbeit werden Konzepte für einen intrakorporalen Manipulator (INKOMAN) für die minimal invasive Chirurgie (MIC) vorgestellt. Dabei handelt es sich um eine Positionierplattform, die an der Spitze eines Instruments angebracht ist. Diese wird durch einen kleinen Schnitt in den Körper des Patienten eingebracht, in die Nähe des Einsatzortes geführt und dort fixiert. Dann kann ein an der Plattform befestigtes Werkzeug, z.B. eine Schere, vom Chirurg über eine Eingabekonsole positioniert und damit das Gewebe manipuliert werden. Ziel ist es, mit einem solchen Manipulator die Flexibilität in der MIC zu erhöhen. Zu den wichtigsten Anforderungen an dieses System zählen die Positionierung des Werkzeugs in fünf Freiheitsgraden, ein Arbeitsraum von 10 x 10 x 10mm und eine Kraftgenerierung von mind. 2N. Die größte Herausforderung liegt in der Kompaktheit und den kleinen Abmessungen des Aufbaus, der beim Einführen durch den Trokar einen Durchmesser von 10mm nicht überschreiten darf. Es werden drei Konzepte mit hybrider kinematischen Struktur vorgestellt. Die erforderlichen Aktoren befinden sich im Gegensatz zu den meisten bekannten Systemen intrakorporal. Ein Konzept sieht eine Kombination von Fußpunktantrieben und längenvariablen Streben vor. Um den geforderten Arbeitsraum zu erreichen, wird der Bauraum durch einen entsprechenden Ausklappmechanismen erweitert. Beim einem weiteren aussichtsreichen Konzept handelt es sich um eine serielle Anordnung von zwei Stewart-Plattformen, welche durch eine längenvariable Strebe miteinander verbunden sind. Es werden Lösungsmöglichkeiten für eine entsprechende Realisierung aufgezeigt. Das Teilproblem der Aktorik kann durch einen Faulhaber-Motor mit Getriebe (Drehmoment, 150µNm) gelöst werden, der mit einem Durchmesser von 1,9mm in den für die Antriebe zur Verfügung stehenden Bauraum integriert werden kann. Die Konzepte ermöglichen die Positionierung des Werkzeugs in sechs Freiheitsgraden. Der geforderte Arbeitsraum kann theoretisch erreicht werden, eine Aussage über die erreichbaren Kräfte kann dagegen noch nicht gemacht werden