Entwicklung einer Monitoring-Infrastruktur für ein verteiltes telerobotisches System für die minimal-invasive Chirurgie

Kurzfassung

Ausgangspunkt ist ein modular aufgebautes Robotersystem, dessen Komponenten jeweils eigene Steuerungsrechner besitzen, die über ein kaskadiertes Kommunikationsnetz Daten – Befehle oder Ergebnisse – austauschen können. Aufgrund der Interaktion mit der realen Umwelt arbeiten die einzelnen Rechner mit Echtzeitbetriebssystemen. Zur Optimierung der Arbeitsprozesse und zur Fehleranalyse ist es wünschenswert, dass einzelne Module möglichst frei wählbare Informationen dem Benutzer oder einem Protokollierungsmechanismus zukommen lassen können. Ziel der Arbeit soll es sein, dem vorhandenen System eine Infrastruktur zur Verfügung zu stellen, über die einzelne Module Daten in das Kommunikationsnetz einspeisen können, ohne dass die einzelnen Module Informationen über den Empfänger besitzen müssen. Von Interesse sind hier neben Debug-Informationen und Fehlermeldungen auch statistische Erhebungen zur Belastung der Roboter, beispielsweise in Form von durchschnittlichen Gelenkgeschwindigkeiten, Prozessorauslastung, Anzahl der Notstopps oder Betriebsstundenzähler. Außerdem sollen die Nachrichten ihre jeweiligen Entstehungszeitpunkte enthalten. Die Ausgabe der erfassten Daten soll – möglichst flexibel – auch an mehreren Stellen parallel erfolgen können und dort geeignet aufbereitet werden (z.B. zentrales Fehlerprotokoll oder Debug-Konsole). Das Echtzeitverhalten des Systems darf hierdurch nicht beeinträchtigt werden. Zur Implementierung ist ein geeignetes Kommunikationsprotokoll zu entwickeln, das die Kaskadierungen des Gesamtsystems widerspiegelt und Datenpakete dementsprechend routet. Hierzu sind auf allen beteiligten Knoten des Netzes neue Kommunikationspunkte einzurichten, die einerseits Nachrichten über den aktuellen Zustand ihres Moduls an ihre übergeordnete Instanz senden können und andererseits Nachrichten untergeordneter Module weiterleiten können. Um den Echtzeitbetrieb des Systems nicht zu beeinträchtigen, muss gegebenenfalls eine Priorisierung der Nachrichten bzw., sofern möglich, ein anderer Kommunikationspfad gewählt werden. Insbesondere im Hinblick auf Grenzsituationen, in denen nur sehr wenig Rechenleistung zur Verfügung steht, aber viele Nachrichten verarbeitet werden müssen, muss dies sichergestellt sein und das System weiterhin bestmöglich arbeiten.