Robotika v lékařství
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
17ABBRBL | KZ | 2 | 1P+1L | anglicky |
- Garant předmětu:
- Přednášející:
- Cvičící:
- Předmět zajišťuje:
- katedra biomedicínské informatiky
- Anotace:
-
Seznamuje studenty s možnostmi uplatnění robotických principů v lékařství, tj. v medicíně a laboratorní technice. Popisuje kinematické řetězce robotů s ohledem na jejich použití. Vysvětluje jejich kinematickou analýzu a syntézu. Tedy vyšetřování vztahů mezi polohou, rychlostí a zrychlením jednotlivých kinematických dvojic vůči rámu řetězce. A také konání předepsaného pohybu (trajektorie) koncového bodu řetězce. Seznamuje s metodami vyšetřování dynamiky kinematických řetězců operačních a manipulačních paží. Především se jedná o nalezení takových silových účinků v pohonech kinematických dvojic, aby koncový bod řetězce konal požadovaný pohyb. Dále předmět vysvětluje nejčastěji používaná paradigmata řízení těchto paží. Především v souvislosti s úlohou inverzní kinematiky a inverzní dynamiky. Vzhledem k řízení jsou uvedeny nejčastěji používané senzory a pohony, tj. konstrukční provedení a funkce. Na závěr budou uvedeny konkrétní příklady uplatnění robotických principů v lékařství.
- Požadavky:
-
Absolvování všech cvičení (maximálně 3 omluvené absence) a úspěšné vyřešení úlohy řízení kinematického řetězce a vytvoření programu pro tuto úlohu. Hodnocení úlohy bude probíhat podle klasifikační stupnice ECTS (student může získat bodové hodnocení v rozsahu od 0 až 100 bodů). Minimální počet bodů je 50.
- Osnova přednášek:
-
1. Úvod základní pojmy - kinematická dvojice, kinematický řetězec, stupně volnosti, strukturní a kinematické schema. Kinematika robotů v homogenní souřadné soustavě - homogenní transformace, transformační matice, charakteristické matice základních pohybů.
2. Poloha bodu, matice rychlosti tělesa a rychlost bodu, matice zrychlení tělesa a zrychlení bodu.
3. Kinematika otevřených řetězců - matice inverzního pohybu, poloha, rychlost a zrychlení koncového bodu vůči rámu a ostatním tělesům.
4. Dynamika otevřených řetězců - aproximace rozložení hmotnosti členů kin. řetězce, potenciální a kinetická energie řetězce. Lagrangeovy rovnice II. druhu a jejich využití pro vyjádření pohybových rovnic.
5. Výpočty Jakobiánů a jejich vyu?ití pro výpočty matic C, D, a G. Rovnice dynamiky v maticové formě.
6. Paradigmata kinematického řízení otevřených řetězců.
7. Ověření řízení v simulačním prostředí Matlabu.
- Osnova cvičení:
-
1. Přímá kinematika ruky
2. Dynamický model ruky
3. řízení mechaniky 6-osé ruky na požadovanou polohu koncového bodu řetězce
pomocí specializovaného SW kontroléru
4. Řízení mechaniky 6-osé ruky po požadované trajektorii
5. Přenos dat (žádané veličiny pro robotický systém) pomocí RFID technologie
6. Úloha zaměřena na realizaci rozhraní člověk-stroj (human machine interface)
- Cíle studia:
-
Seznamuje studenty s možnostmi uplatnění robotických principů v lékařství, tj. v medicíně a laboratorní technice. Popisuje kinematické řetězce robotů s ohledem
na jejich použití. Vysvětluje jejich kinematickou analýzu a syntézu. Tedy vyšetřování vztahů mezi polohou, rychlostí a zrychlením jednotlivých kinematických dvojic vůči rámu řetězce. A také konání předepsaného pohybu (trajektorie) koncového bodu řetězce. Seznamuje s metodami vyšetřování dynamiky kinematických řetězců operačních a manipulačních paží. Především se jedná o nalezení takových silových účinků v pohonech kinematických dvojic, aby koncový bod řetězce konal požadovaný pohyb. Dále předmět vysvětluje nejčastěji používaná paradigmata řízení těchto paží. Především v souvislosti s úlohou inverzní kinematiky a inverzní dynamiky. Vzhledem k řízení jsou uvedeny nejčastěji používané senzory a pohony, tj. konstrukční provedení a funkce. Na závěr budou uvedeny konkrétní příklady uplatnění robotických principů v lékařství.
- Studijní materiály:
-
[1] Modeling and Control of Robot Manipulators, Lorenzo Sciavicco and Bruno Siciliano,
Springer Netherlands, ISSN: 0921-0296, 2004
[2] Embedded Robotics : Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems,
Thomas Braunl, Springer, ISBN-13: 978-3540034360, 2004
[3] Robot Programming : A Practical Guide to Behavior-Based Robotics, Joe Jones, Daniel
Roth, McGraw-Hill/TAB Electronics, ISBN-13: 978-0071427784, 2003
[4] Autonomous Robots: From Biological Inspiration to Implementation and Control
(Intelligent Robotics and Autonomous Agents), George A. Bekey, MIT Press, 2005
[5] Fundamentals of Robotics: Linking Perception to Action (Machine Perception and
Artificial Intelligence, 54), Ming Xie, World Scientific Pub Co Inc, 2003
[6] Mobilní Roboty, Petr Novák, BEN, ISBN: 80-7300-141-1, 2005
[7] Základy robotiky a prostorové kinematiky, Adolf Karger, Marie Kargerová, ČVUT, ISBN: 80-01-02183-1, 2000
- Poznámka:
- Další informace:
- Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
- Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik v aj (povinně volitelný předmět)