Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Jedním ze současných klíčových úkolů Ústavu pro robotiku a mechatroniku Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR) v Oberpfaffenhofenu je zajistit transfer špičkové techniky úspěšně použité v kosmu do průmyslu. Veletrh Automatica 2008 v Mnichově byl dobrou příležitostí, jak s dosaženými výsledky seznámit odbornou veřejnost. Článek doplňuje všeobecnou informaci z veletrhu [1] některými technickými podrobnostmi o výsledcích ústavu při vývoji chirurgických, servisních a humanoidních robotů představených na veletrhu.
Chirurgické roboty
Odborníci Ústavu pro robotiku a mechatroniku DLR, kteří mají velké zkušenosti se systémy umožňujícími cíleně, přesně a v reálném čase ovládat z řídicího střediska na zemi roboty pracující na oběžné dráze v kosmu, dospěli k názoru, že podobné systémy lze využít i v chirurgii. Na veletrhu poprvé představili svůj robotický systém Mirosurge, určený zejména pro miniinvazivní chirurgii (obr. 1).
Klíčovou komponentou nového systému je malý lehký robot Miro, vyvinutý speciálně pro lékařské účely. Jeho nepatrná hmotnost a kompaktní rozměry umožňují použít i v omezeném pracovním prostoru na operačním sále současně i několik robotických ramen nesoucích různé specializované chirurgické nástroje. Robot může být použit jak v otevřené chirurgii, tak i při náročných operacích prováděných uvnitř těla pacienta miniinvazivní operační technikou vyžadující otevřít v těle pacienta pouze tři malé vstupní otvory pro nástroje.
V rámci projektu Mirosurge byly do jednoho systému propojeny tři roboty. Dva z nich ovládají nově vyvinuté senzorové kleště pro obouruční manipulaci s momentovou zpětnou vazbou a třetí nese stereoskopický endoskop. Předpokládá se, že robotický chirurgický systém bude možné používat např. k jemnému oddělování kostní tkáně laserem, k vrtání přesně umístěných otvorů pro šrouby do kostí anebo při náročných endoskopických miniinvazivních operacích srdce.
Servisní roboty
Základním předpokladem úspěchu servisních robotů v domácnostech i v průmyslu je, podobně jako při podpoře kosmonautů ve vesmíru, schopnost robotů dokonale zvládat komplexní manipulační úkony. V rámci mezinárodního výzkumu v oboru servisních robotů jsou proto velmi intenzivně vyvíjeny nové strategie regulace a inteligentní manipulační postupy pro koordinovanou činnost robota oběma rukama současně (tzv. obouruční manipulace). Jedním z důležitých výzkumných nástrojů v této oblasti je servisní robot Justin, sestavený v ústavu. Na veletrhu byla předvedena jeho nová mobilní verze (obr. 2).
Mobilní robot Justin má dvě snadno ovladatelné robotické paže, každou zakončenou rukou se čtyřmi prsty. Jeho základem je nově vyvinutá mobilní plošina umožňující autonomní činnost systému i v rozlehlém prostoru. Polovodičové optické senzory vzdálenosti typu PMD (Photonic Mixer Device) a kamery snímají trojrozměrně okolí robota (3D) a umožňují, aby samostatně plnil zadané úkoly v různých rolích, ať již jako „robotický astronaut“ (robonaut) v kosmu, jako pomocník dělníka ve výrobě nebo výhledově jako pečovatel při ošetřování dlouhodobě nemocných tělesně postižených pacientů.
Robotická ruka
Pracovníci Ústavu pro robotiku a mechatroniku DLR a Harbinova ústavu pro techniku HIT (Harbin Institute of Technology) v Číně pokračovali v úspěšné spolupráci a společně vloni vyvinuli novou, dokonalejší mechanickou ruku pro roboty, poprvé předvedenou právě na veletrhu Automatica 2008. Na rozdíl od mechanické ruky se čtyřmi prsty označené DLR-HIT-I [1] má nová ruka DLR-HITII nyní pět modulárních prstů, každý se čtyřmi klouby a třemi stupni volnosti, tj. celkem patnáct stupňů volnosti (obr. 3).
Přestože v prstech a v dlani mechanické ruky je vestavěno celkem patnáct motorků, je nová ruka ještě menší a lehčí než předchozí verze. Jako pohonné jednotky pracují miniaturní ploché bezkartáčové stejnosměrné motorky s elektronickou komutací a s digitálními Hallovými senzory. Každý kloub je vybaven bezkontaktním magnetickým snímačem úhlové polohy a tenzometrickým snímačem mechanického momentu. Speciální vysokorychlostní sběrnice pro přenos všech dat v reálném čase je opět realizována na bázi programovatelných hradlových polí (FPGA). Výhledově bude celá ruka potažena umělou pokožkou, která by měla mít ještě „lidštější“ vzhled, a navíc bude, podobně jako pokožka člověka, citlivá na vnější podněty a hmatové vjemy.
Mechanická ruka s pěti prsty DLR-HIT-II se v současnosti již s úspěchem používá ve výzkumných ústavech v Německu, Španělsku, Itálii, Řecku, USA a v Číně. Její předchůdkyně, verze DLR-HIT-I, byla koncem roku 2006 vyznamenána mezinárodní cenou za design iF-Design-Award 2007 a získala také významné ocenění Euron Technology Transfer Award 2007 jako úspěšný příklad mezinárodní spolupráce mezi výzkumnými pracovišti a průmyslem.
Literatura:
[1]
Veletrh Automatica 2008 naznačil směry vývoje robotiky v Evropě. Automa, 2008, roč. 14, č. 8-9/2008,
s. 131.
[2]
Mikromotory pohánějí mechanickou ruku robota. Automa, 2007, roč. 13, č. 4,
s. 22.
[3] Informace pro tisk DLR.
Kab.
Obr. 1. Robotický systém Mirosurge pro miniinvazivní chirurgii (foto: DLR)
Obr. 2. Mobilní servisní robot Justin (foto: DLR)
Obr. 3. Nová mechanická ruka pro roboty s pěti prsty DLR-HIT-II (foto: DLR)