Denna haptiska enhet är ett koncept tänkt att vara en ny typ av kirurgisimulator, se Figur 13 (Sellgren 2016). Konstruktionen är en parallellkinematisk robot med 6 kinematiska frihetsgrader.
Simulatorn innehåller en del elektronik där det mest intressanta är hur mjukvaran i enkodern reagerar när en kraft ansätts på verktygsplattan (manöverdonsplattan). För haptikenheten utfördes klustringen för två olika DSM:er eftersom det finns höger- och vänsterberoende för väjerfästets orientering gentemot rälsen, se Bilaga 3 för mer detaljerad illustrering av haptikenheten.
Analys av den haptiska enhetens komponenter resulterade i två olika DSM versioner. Det finns många identiska komponenter i haptikenheten och det enda som skiljer dem åt är att hälften har ett högerberoende gentemot det högerorienterade vajerfästet och den andra hälften ett vänsterberoende gentemot det vänsterorienterade vajerfästet. Även enkodern får en annan signal att tolka beroende på om den är kopplad till ett höger eller vänsterorienterat vajerfäste. Därför valdes att göra en DSM där de identiska komponenterna fanns i dubbletter för dem olika riktningarna. I den andra versionen skrevs alla komponenter och deras beroenden ut. Detta gjordes pga. att version 1 av haptikenheten var mycket förenklad.
Figur 13 Haptikenhet från KTH maskinkonstruktion.
I den första DSM:en utfördes klustringen för två varianter av alla komponenter som på något sätt är kopplade till vajerfästet. En variant för det högerorienterade fästet och en för det vänsterorienterade, se DSM i Bilaga 1. Klustringen av båda DSM-versionerna skedde för två viktningar där viktning 1 och viktning 2 konvergerade för 50 000 iterationer. Se Tabell 3 för viktningarna.
Tabell 3 Viktningar för Haptikenheten.
Typ av interaktion Viktning 1 Viktning 2
Geometriskt tvång (g) 1 2
Signal/Information (s) 1 2
Mekaniskt energiflöde (m) 1 1
Elektrisk energi (e) 1 1
Eftersom haptikenhetens syfte är att användas som kirurgisimulator och därigenom låta användaren förbereda sig inför det verkliga ingreppet genom att öva är precision och känsla viktig. Det är motorerna som med hjälp av enkodern styr haptikenhetens styvhet och därmed känslan vid simuleringen. Därför är det viktigt att signalerna mellan dessa stämmer samt är snabba och exakta för att uppleva en känsla så nära verkligheten som möjligt. De geometriska sambandens korrekthet är också viktig av samma anledning. En perfekt påverkan från motor och enkoder gör ingen nytta om inte geometrierna tillåter de rörelser som behövs. Av dessa anledningar valdes interaktionerna geometriskt tvång (g) och signal/information (s) att viktas högre i viktning 2. De moduler som erhölls för version 1 av haptikenhetens DSM efter viktning 1 visas i Figur 14 och viktning 2 i Figur 15.
Modul 1 Modul 2 Modul 3 L-profil höger
L-profil vänster Bord
Framsidoplatta Baksidoplatta Främre innerstöd Bakre innerstöd Plasthölje
Vajerspännskruv vänster Motor vänster
Enkoder vänster Vajer vänster
Manöverdonsplatta Universalled höger Rör topp höger Plaströr höger
Modul 4 Modul 5 Modul 6
Rör botten vänster Kulled vänster Vajerfäste vänster
Rör botten höger Kulled höger Vajerfäste höger
Universalled vänster Rör topp vänster Plaströr vänster
Modul 7 Modul 8 Modul 9
Motor höger Enkoder höger
Räls vänster Linjärled vänster
Räls höger Linjärled höger Modul 10
Vajerspännskruv höger Vajer höger
Figur 14 Moduler för haptikenheten version 1, med höger- och vänsterberoende vid viktning 1 och 50 000 iterationer.
Modul 1 Modul 2 Modul 3
L-profil höger L-profil vänster Bord
Framsidoplatta Baksidoplatta Främre innerstöd Bakre innerstöd Plasthölje
Plaströr vänster Rör botten vänster Kulled vänster Vajerfäste vänster
Rör botten höger Kulled höger Vajerfäste höger
Modul 4 Modul 5 Modul 6
Universalled höger Rör topp höger Plaströr höger
Manöverdonsplatta Universalled vänster Rör topp vänster
Motor vänster Enkoder vänster
Modul 7 Modul 8 Modul 9
Motor höger Enkoder höger
Räls vänster Linjärled vänster
Räls höger Linjärled höger
Modul 10 Modul 11
Vajerspännskruv vänster Vajer vänster
Vajerspännskruv höger Vajer höger
Figur 15 Moduler för haptikenheten version 1, med höger- och vänsterberoende vid viktning 2 och 50 000 iterationer.
Modul 1 är lika för båda viktningarna. Det är en modul mer i viktning 2. I viktning 1 ligger motor höger och enkoder höger i en egen modul men motor vänster och enkoder vänster är inbakad i modul 2 med andra komponenter. I viktning 2 ligger motor och enkoder för både höger- och vänsterorientering i varsina egna moduler. Modul 2 viktning 1 delades alltså upp i två moduler i viktning 2.
Den andra versionen av DSM:en gjordes mer detaljerad där alla komponenter representerades.
Även här kördes algoritmen för de två viktningarna i Tabell 3. Se Bilaga 1 för DSM. De moduler som erhölls för version 2 efter algoritmen visas för viktning 1 i Figur 16 och för viktning 2 i Främre innerstöd Bakre innerstöd Plasthölje
Vajerspännskruv 5 Motor 5
Enkoder 5 Vajer 5
Vajerspännskruv 3 Motor 3
Enkoder 3 Vajer 3
Modul 4 Modul 5 Modul 6
Manöverdonsplatta Universalled 5 Rör topp 5 Linjärled 6 Framsidoplatta
Modul 7 Modul 8 Modul 9
Rör botten 3 Kulled 3
Vajerfäste 3 (vänster)
Rör botten 5 Kulled 5
Vajerfäste 5 (höger)
Rör botten 1 Kulled 1
Vajerfäste 1 (höger)
Modul 10 Modul 11 Modul 12
Rör botten 4 Kulled 4
Vajerfäste 4 (höger)
Rör botten 6 Kulled 6
Vajerfäste 6 (vänster)
Universalled 6 Rör topp 6 Plaströr 6
Modul 13 Modul 14 Modul 15
Universalled 1 Rör topp 1 Plaströr 1
Universalled 4 Rör topp 4 Plaströr 4
Universalled 3 Rör topp 3 Plaströr 3
Modul 16 Modul 17 Modul 18
Vajerspännskruv 6 Vajer 6 Linjärled 5
Räls 1 Linjärled 1
Modul 22 Modul 23 Modul 24
Räls 4 Linjärled 4
Räls 3 Linjärled 3
Räls 2 Linjärled 2
Modul 25 Modul 26 Modul 27
Vajerspännskruv 4 Vajer 4
Vajerspännskruv 2 Vajer 2
Vajerspännskruv 1 Vajer 1
Modul 28 Modul 29 Modul 30
Kulled 2
Vajerfäste 2 (vänster)
Plaströr 2 Rör botten 2
Universalled 2 Rör topp 2
Modul 1 Modul 2 Modul 3 Främre innerstöd Bakre innerstöd Plasthölje
Kulled 6
Vajerfäste 6 (vänster) Vajerspännskruv 6 Vajer 6
Plaströr 3 Rör botten 3 Kulled 3
Vajerfäste 3 (vänster)
Modul 4 Modul 5 Modul 6
Räls 3 Linjärled 3 L-profil 3
Rör botten 5 Kulled 5
Vajerfäste 5 (höger)
Rör botten 2 Kulled 2
Vajerfäste 2 (vänster)
Modul 7 Modul 8 Modul 9
Rör botten 1 Kulled 1
Vajerfäste 1 (höger)
Rör botten 4 Kulled 4
Vajerfäste 4 (höger)
Universalled 5 Rör topp 5 Plaströr 5
Modul 10 Modul 11 Modul 12
Universalled 4 Rör topp 4 Plaströr 4
Universalled 1 Rör topp 1 Plaströr 1
Universalled 2 Rör topp 2 Plaströr 2
Modul 13 Modul 14 Modul 15
Manöverdonsplatta Universalled 6 Rör topp 6
Vajerspännskruv 2 Vajer 2 Linjärled 2
Modul 22 Modul 23 Modul 24
Räls 1 Linjärled 1
Räls 6 Linjärled 6
Räls 5 Linjärled 5
Modul 25 Modul 26 Modul 27
Räls 4 Linjärled 4
Vajerspännskruv 5 Vajer 5
Vajerspännskruv 4 Vajer 4
Modul 28 Modul 29 Modul 30
Vajerspännskruv 3 Vajer 3
Vajerspännskruv 1 Vajer 1
Plaströr 6 Rör botten 6 Modul 31
Universalled 3 Rör topp 3
Figur 17 Moduler för haptikenheten version 2 vid viktning 2 och 50 000 iterationer.
Efter båda viktningarnas modulindelning är det alltid en L-profil som är i en annan modul än resterande L-profiler som är i Modul 1. Viktning 2 fick även en modul mer än viktning 1.
Framsidoplattan har bytt plats mellan viktning 1 och viktning 2 från Modul 6 till Modul 1. I viktning 2 verkar Modul 1 bestå av hela chassit.
4 DISKUSSION OCH SLUTSATSER
Här diskuteras, sammanfattas och analyseras resultat från kapitel 3. Diskussionen och slutsatser syftar att svara på de ställda frågeställningarna.