Robotika v lékařství

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské informatiky

Anotace:

Uplatnění robotických principů vlékařství, tj. vmedicíně a laboratorní technice. Popis kinematického řetězce robotů sohledem 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 smetodami vyšetřování dynamiky kinematických řetězců operačních a manipulačních paží. Především se jedná onalezení 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 křízení jsou uvedeny nejčastěji používané senzory a pohony, tj. konstrukční provedení a funkce. Na závěr budou uvedeny konkrétní příklady uplatnění robotických principů vlékařství

Požadavky:

maticový počet, základy mechaniky.

Osnova přednášek:

1. Úvod základní pojmy - kinematická dvojice, kinematický řetězec, stupně volnosti, strukturní a kinematické schema. Kinematika robotů vhomogenní 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. Kinematika otevřených řetězců - matice inverzního pohybu, poloha, rychlost a zrychlení koncového bodu vůči rámu a ostatním tělesům.

3 .Výpočty Jakobiánu a jeho využití při řešení inverzní úlohy kinematiky.

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.Výpočty matic C, D, a G a sestavení rovnice dynamiky v maticové formě.

5. Paradigmata silovéhořízení otevřených řetězců a jeho ověření řízení vsimulačním prostředí Matlab.

Osnova cvičení:

1. Přímá kinematika ruky, inverzní

2. Řízení mechaniky 6-osé ruky na požadovanou polohu koncového bodu řetězce

3. Inverzní úloha kinematiky a její ověření na mechanice 6-osé ruky

4. Ověření správnosti pohybové rovnice pomocí kinetické a potenciální energie řetězce simulací vMatlabu

5. Syntéza momentového řízení a její ověření, ukázka na realizaci rozhraní člověk-stroj (human machine interface)na předloketní protéze paže.

Cíle studia:

Student bude mít schopnost navrhnout kinematickou strukturu podle potřebné úlohy manipulace. Dokáže na základě analýzy dynamiky otevřeného robotického řetězce a požadovaných zrychlení a rychlostí koncového bodu řetězce navrhnout jeho konečnou podobu vzhledem kmateriálu linků a zástavbovým prostorům pro zvolené motory a převodovky. Dále je schopen navrhnout silové (momentové) řízení robotické struktury.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Lorenzo Sciavicco and Bruno Siciliano: Modeling and Control of Robot Manipulators. Springer Netherlands,2004. ISSN: 0921-0296

[2] Petr Novák, Mobilní Roboty, BEN, 2005. ISBN: 80-7300-141-1

[3] Adolf Karger, Marie Kargerová Základy robotiky a prostorové kinematiky. ČVUT, 2000. ISBN: 80-01-02183-1

[4] SCHWEIKARD, Achim a Floris ERNST. Medical robotics. Cham: Springer, 2015. ISBN 978-3-319-22890-7.

Doporučená literatura:

[1] The encyclopedia of medical robotics. Editor Jaydev P. DESAI, editor R. V. PATEL. New Jersey: World Scientific, 2019. ISBN 978-981-3232-25-9.

[2] The encyclopedia of medical robotics. Editor Jaydev P. DESAI, editor Antoine FERREIRA. New Jersey: World Scientific, 2019. ISBN 978-981-3232-27-3.

[3] The encyclopedia of medical robotics. Editor Jaydev P. DESAI. New Jersey: World Scientific, 2019. ISBN 978-981-3232-29-7.

[4] The encyclopedia of medical robotics. Editor Jaydev P. DESAI, editor Sunil Kumar AGRAWAL. New Jersey: World Scientific, 2019. ISBN 978-981-3232-31-0.

[5] Medical robotics. Editor Jocelyne TROCCAZ. London: ISTE, 2012. ISBN 9781118565940

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika (povinně volitelný předmět)