Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Objective: In some surgical specialties, e.g. orthopedics, robots are already used in the operating room for bony milling work. Oto- and otoneurosurgery may also greatly benefit by robotic enhanced precision. Study Design: Experimental study on robotic milling on oak wood and human temporal bone specimen. Methods: A standard industrial robot with a 6 degrees-of-freedom serial kinematics was used with force feedback to proportionally control the robot speed. Different milling modes and characteristic path parameters were evaluated to generate milling paths based on CAD geometry data of a cochlear implant and an implantable hearing system. Results: The best suited strategy proofed to be the spiral horizontal milling mode with the burr held perpendicularly to the temporal bone surface. In order to avoid high grooves, the distance in between paths should equal half the radius of the cutting burr head. Due to the vibration of the robot’s own motors, a rather high oscillation of the standard deviation of forces was encountered. This oscillation dropped drastically to nearly 0 N, when the burr head reached contact with the dura mater due to its damping characteristics. The cutting burr could be moved a long time on the dura without damaging it, because of its rather blunt head. The robot moved the burr very smoothly according to the encountered resistances. Conclusion: This is the first development of an functioning robotic milling procedure for otoneurosurgery with force-based speed control. It is planned to implement ultrasound-based local navigation and to perform robotic mastoidectomy.
Modellgetriebene Entwicklung von Kommunikationsprotokollen für drahtlos vernetzte Regelungssysteme
(2013)
Funkvernetzte Sensorsysteme sind heutzutage allgegenwärtig.
Sie werden sowohl in Rauchmeldern, in Raumtemperaturüberwachungen und Sicherheitssystemen eingesetzt.
Das Sensorsystem soll seine Aufgabe zuverlässig und über viele Jahre ohne Batteriewechsel erfüllen.
Durch die Vernetzung der Sensorsysteme und ihre immer komplexer werdenden Aufgaben wird die Programmierung in einer maschinennahen Sprache immer aufwändiger.
Die modellgetriebene Entwicklung erhöht die Wartbarkeit und reduziert die Entwicklungszeit wodurch im Allgemeinen die Produktqualität steigt.
In Folge der höheren Komplexität, der Abstraktion von der konkreten Hardwareplattform und den immer kürzere Produktentwicklungszeiten bleibt oft keine Zeit für Energieoptimierung, wodurch die Batterielaufzeit geringer ausfällt, als dies möglich wäre.
In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze vorgestellt, die es ermöglichen, bereits während der Modellierung den Stromverbrauch zu berücksichtigen und diesen zu optimieren.
Am Beispiel des inversen Pendels, einem sehr instabilen Regelungssystem, wird dazu mit Hilfe der modellgetriebenen Entwicklung eine funkvernetzte, verteilte Regelung spezifiziert.
Der aus der Spezifikation erzeugte Kode wird direkt auf den Sensorknoten ausgeführt und muß dazu performant und zuverlässig sein, um die Echtzeitanforderungen des Regelungssystems zu erfüllen, aber gleichzeitig so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.
m die Zuverlässigkeit der verteilten Regelung zu gewährleisten ist eine deterministische kollisionsfreie Datenübertragung über das drahtlose Kommunikationsmedium erforderlich.
Die Synchronisation ist eine weitere Voraussetzung zur Ermittlung eines konsistenten Systemzustands.