Konstruktion und Evaluation eines optisch getrackten Handcontrollers für das DLR MiroSurge System

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines optisch und inertial getrackten Handcontrollers mit sieben Freiheitsgraden zur Steuerung eines Instruments des MiroSurge Systems, das am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für minimal invasive Chirurgie entwickelt wurde. Die Motivation hierfür ist es, das Instrument mit ausreichender Genauigkeit und einem im Vergleich zu mechanisch getrackten Systemen (Sigma7) größerem Arbeitsbereich zu steuern und ein vibrotaktiles Feedback über die eingesetzte Greifkraft am Greifer zu ermöglichen. Das optische und inertiale Messverfahren werden kombiniert, um die Pose des Controllers mit hoher Genauigkeit, hohen Aktualisierungsraten und niedriger Verzögerungszeit zu ermitteln. Das optische Tracking erfolgt mittels aktiven Markern und das inertiale Tracking mittels einer inertialen Messeinheit (IMU) im Controller. Die gewonnen Daten der beiden Messeinheiten werden durch einen Indirekten, erweiterten Kalman Filter fusioniert. Der siebte Freiheitsgrad des Controllers dient der Steuerung des Greifers. Dafür wird ein Schalter im Handcontroller eingebaut, der das Öffnen und Schließen des Greifer ermöglicht. Um die Zange stufenlos zu steuern, wird ein Potentiometer zur Erfassung des Öffnungswinkels an der Schalterachse befestigt. Die gemessenen IMU- und Potentiometer-Daten werden via UDP mit einer Frequenz von 500 Hz an einen Linux Rechner gesendet. Die Gehäuseteile, der Greifer und alle nicht kommerziell erhältlichen verwendeten Komponenten werden mit der CAD-Software Creo Parametric 2.0 konstruiert