Industrieroboter führt Kapsel sicher durch den Körper

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Um diese Antriebsart in die Praxis umzusetzen, waren zahlreiche Schwierigkeiten zu überwinden. Sogar moderne Hochleistungsmagnete bringen in der geforderten Leistungsklasse einige Kilogramm Masse auf die Waage. Kleinere Magnete können nicht eingesetzt werden, da die Kapsel eine Mindestgröße nicht unterschreiten kann. Selbst bei Verzicht auf die Eigenfortbewegung und Einsatz eines eigens entwickelten, energiesparenden Bildfunksystems misst die Kapsel heute noch rund einen Zentimeter im Durchmesser bei ca. drei Zentimetern Länge.

Auch hier ist der Energiespeicher für Aufnahme und Übertragung der rund 15 bis 25 Bilder pro Sekunde der Hemmschuh. Weniger Bildfrequenz bedeutet bei Echtzeitsteuerung durch den Mediziner quasi „Blindflug“, ein nicht zu akzeptierender Sicherheitsmangel. Echtzeitsteuerung benötigt Rechenleistung und „Direktsicht“. Jeder Spieler am Computer weiß, ohne Rechenleistung ruckelt das Bild. Da die Kapsel später wie mit einer Spielkonsole gesteuert werden soll, sind schnelle Bildfolge und direkte Reaktion der Kapsel auf Befehle unabdingbar. Auf der Suche nach der besten Steuerungslösung wurden die Forscher bei Mitsubishi fündig. Der Roboterspezialist hat kleine Knickarm-Industrieroboter im Programm, die sowohl bei der Dynamik, der Tragkraft als auch der Präzision alle Vorgaben erfüllen und zudem in der Steuerung genügend Kapazitäten für Zusatzoptionen haben.

Forschung benötigt Freiheit

Da das Projekt noch ganz am Anfang stand, mussten so viele Daten wie möglich gesammelt werden. Die kleinen Roboterarme kamen diesen Anforderungen ideal entgegen. Dr. Sebastian Schostek, Geschäftsbereichsleiter bei von novineon dazu: „Der Roboterarm mit der Steuerung ist echtzeitfähig, die Programmierung der Servotechnik für den ersten Roboterbetrieb war auch für Fachfremde innerhalb von ein bis zwei Tagen zu beherrschen. Da Servoplattformen wie Robotarm sehr viele Freiheitsgrade bieten, unterstützt das unsere Suche nach den tatsächlich medizinisch relevanten Bewegungsabläufen. Wir können so alles auf einem einzigen bewährten System austesten. Zudem ist das Preis-Leistungsverhältnis unschlagbar, ein wichtiger Punkt gerade bei Start-up-Unternehmen oder begrenztem Forschungsbudget.“

Um sich alle Möglichkeiten offen zu halten, wurde zuerst ein Knickarm-Roboter mit sechs Achsen und 12 kg Tragkraft installiert. So konnten bei der Magnetentwicklung und der Magnetaufnahme alle Ideen ausgetestet werden. Die vorab geschätzten zehn kg für den Magnetkopf sollten in jedem Fall sicher bewegt werden können. Ein zweiter Roboter, der später in Italien aufgestellt wurde, profitierte vom zwischenzeitlichen Erkenntnisgewinn. Da der Führungsmagnet auf rund vier kg abgespeckt werden konnte, genügte ein kleineres Modell mit weniger Tragkraft.

Der im Tübinger Forschungslabor eingesetzte Roboterarm wiegt mit ca. 100 kg vergleichsweise wenig, ein selbst entwickelter Unterbau mit der Energieversorgung gibt genügend Standfestigkeit auch im Praxistest. Alle Komponenten lassen sich für Messen oder externe Demonstrationen schnell zerlegen und einfach auf Paletten transportieren. Die Grundeigenschaften des Roboters der RV-Serie sind innen verlegte Kabel und Schläuche, minimale Wartung durch Verwendung von bürstenlosen AC-Servomotoren und Harmonic-Drive-Getrieben sowie die kompakte Steuerung. Die Positionserkennung über Absolutwert-Encoder stellt sicher, dass die exakte Position des Roboterarms bekannt ist, auch nach Aus- und wieder Einschaltung der Spannung. All dies fördert einen reibungslosen Forschungsablauf. Zudem erlauben bis zu 256 unabhängig speicherbare Programme für jeden Roboter eine große Bandbreite an Ablaufversionen, auf die zurückgegriffen werden kann.

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