Robotika v lékařství

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 vyřečení úlohy řízení kinematického řetezce a vytvoření programu pro tuto úlohu.

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 využití 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]Brusil, Jaromír.: Mechanika manipulačních zařízení. ČVUT

1989, Sciavicco,

[2]Kratochvíl, Ctirad.: Sbírka úloh z dynamiky. VUT Brno

1989,

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Biomedicínská informatika - prezenční (povinný předmět)