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Vorträge 9.45 - 10.25 Uhr Block I Vorsitz: Prof. Dr. Michael Amling, Dr. Michael Hahn, UKE Development and integration of a cable actuated joint into a surgical robotic arm Melanie Zimmermann, HAW Numerische Feldexpositionsuntersuchungen von Patienten mit einem Implantat zur Tiefen Hirnstimulation Benjamin Winter, HSU HH Schweißdrüsen als W<strong>und</strong>(er)heiler? Der lange Weg einer neuen Stammzellquelle in die klinische Praxis Moritz Göldner, TUHH
Development and integration of a cable actuated joint into a surgical robotic arm I n t r o d u c t io n Melanie Zimmermann 2) , Tommaso Ranzani 1) , Arianna Menciassi 1) , Bernd Kellner 2) 1) The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant’Anna, Viale Rinaldo Piaggio 34, 56025 Pontedera, Pisa, Italy 2) Hamburg University of Applied <strong>Science</strong>, Department Medizintechnik, Lohbrügger Kirchstraße 65, 21033 Hamburg Some of the limitations, associated with Minimal Invasive Surgery (MIS), such as limited views of surgical areas and difficult handling of surgical tools, are overcome by robotics surgery [1]. Surgeons are enabled to perform highly skilled jobs by increasing flexibility and accuracy with respect to traditional tools [2]. Continuum snake-like surgical robots enable the surgeon to have more dexterity on the manipulator arm [3, 4, 5, 6], thus allowing to follow even complex anatomical paths. Despite this, they may lack of dexterity at the distal manipulator [3,7,8]. Dexterity and enhanced DoF in the distal wrist are of primary importance for tool manipulation and the performance of surgical tasks such as suturing. The Endowrist of the DaVinci surgical system, the most distributed surgical robot, is one of the key features of its success [2]. This work focuses on the development of a cable actuated spherical joint as a wrist to be integrated onto a surgical robotic arm. Such robotic arm is characterized by a soft continuum-like structure for omnidirectional bending and elongation capabilities. M a t e r i a l s a n d M e t h od The joint has been designed to meet specific features extracted by literature research and medical requirements. It is composed of two separated joint parts, a sphere oriented and tensioned by four cables, hosted on a Teflon bearing (Fig. 1). Cable actuation was chosen for moving the joint due to its compatibility with flexible structures of the robotic arm. Bending is possible in all directions. One main advantage of the proposed design is the intersection of all rotation axes in the center of the sphere. Fig. 1: Sketch of the spherical joint design a) cross section; b) perspective front view. Fig. 2: Joint testable-top bench test set-up. Cables are actuated in pairs by two DC (Faulhaber Hybrid Gearheads 78.5:1) motors, with an output torque of up to 31.4 mNm and a speed of 152.9 rpm, integrated with encoders (EPOS 24/1). Moving only one motor causes bending on one plane; by combining two motors, bending in all directions is obtained. A testable-top set-up has been developed that is actuated by a tendon pulley technique with motors (Fig. 2). Each pulley enables the winding and unwinding of two opposite cables actuating the joint. The motors are connected via serial interface to the PC; controlled in LABVIEW. The software allows controlling the joint angle with a user interface (input of desired angle) or a joystick. Bench
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