Greifwerkzeug für die minimalinvasive Chirurgie

Zusammenfassung: Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der Technischen Universität Darmstadt wird ein chirurgisches Instrument für die Leberlaparoskopie entwickelt. Durch einen parallelkinematischen Mechanismus an der Spitze, ist es dem Arzt möglich, in mehreren Freiheitsgraden zu agieren. Ziel dieser Arbeit ist es ein Modul zum Greifen von Nadeln zu entwickeln, das auf die Werkzeugplattform des Instruments montiert werden kann. Zunächst werden in einer Literaturrecherche die Anforderungen ermittelt. Für das sichere Halten von Nadeln sind 40 N Greifkraft erforderlich. Außerdem muss der Greifer einen Öffnungswinkel von 45° bei 5mm Öffnungsweite aufweisen. Zudem ist er möglichst klein zu konstruieren, um die Belastung für das Instrument gering zu halten. Ausgehend von einer Analyse des Greifvorgangs auf Funktionsebene wird die Entwicklung in Teilprobleme zerlegt. Darauf folgend wird nach Lösungen zum Herstellen einer Verbindung zwischen Greifer und Nadel gesucht. Eine weitere Herausforderung ist es, die erforderliche Kraft an der beweglichen Instrumentenspitze zur Verfügung zu stellen. Dazu werden verschiedene Aktorprinzipien betrachtet. Pneumatische Aktoren sind am besten geeignet. Bei den prinzipiellen Gesamtlösungen steht eine Variante mit pneumatisch angetriebenem Faltenbalg sowie eine Lösung mit Zylinderkolben zur Auswahl. Die Entscheidung fällt auf die Gesamtlösung mit Zylinderkolben, da der Faltenbalg zuviel Raum benötigt und die Herstellung sehr aufwändig ist. In weiteren Schritten wird der Greifer so konstruiert, dass er möglichst wenig Bauraum benötigt und dennoch 40N Greifkraft aufbringen kann. Es wird ein greifkraftoptimiertes Koppelgetriebe entworfen. Dieses überträgt die vom Zylinder gelieferten 95N bei 10bar Druck auf beide Greifbacken. Eine Feder zwischen Kolben und oberer Platte liefert die Rückstellkraft, die aufgrund der Reibung erst bei -0,7bar Relativdruck oder Belastung der Greifbacken ausreicht. Der gefertigte Greifer wird schließlich durch einen Versuch auf die Anforderungen hin getestet und charakterisiert