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==Tag 3: Ansteuerung des Servos und bauen des Grundgerüstes==

Revision as of 16:26, 14 February 2019

Das Team Champs besteht aus zwei Maschinentechnik-Studenten, Thomas Kilchmann und Basil Bachmann, und einem Medizintechnik-Studenten, Matthias Koch. Alle Teammitglieder nehmen mit grosser Motivation an der Medizintechnik-DIY Blockwoche Teil. Die Möglichkeit, selber zu tüfteln und etwas auszuprobieren ist an der Hochschule Luzern einzigartig und sehr interessant.

Einleitung

Modul Medizintechnik-DIY

Dieses Modul verbindet die Studiengänge Maschinen-, Elektro-, und Medizintechnik interdisziplinär mit der Idee des do-it-yourself. Ausgestattet mit Arduinos, Hautelektroden und diversen anderen Hilfsmitteln wie Motoren und Sensoren soll ein kleines, möglichst innovatives Projekt entstehen. Das Modul wird als Blockwoche durchgeführt von Montag bis und mit Samstag.

FabLab

Der primäre Arbeitsbereich der Gruppe ist im FabLab. Das FabLab ist eine offene Werkstatt mit dem Ziel, Privatpersonen den Zugang zu modernen Geräten und Maschinen zu ermöglichen. In diesem stehen Lasercutter, eine CNC-Fräse und 3D-Drucker zur Verfügung. Mithilfe dieser Geräte sind die Möglichkeiten fast unbegrenzt was die Konstruktion angeht.

Jede Gruppe konnte sich ihren eigenen Arbeitsplatz im FabLab einrichten. Dies ist sehr praktisch, da alle benötigten Bauteile und Maschinen sehr nahe waren.

Tag 1: Einführung & Muscle Spiker Shield

Einführung Blockwoche

Die Blockwoche startete mit einer Präsentation von Urs über Medizintechnik DIY. Dort erläuterte er seinen Werdegang und wie es dazu kam, dass er ins Gebiet des DIY kam. Zudem wurden die wichtigsten Informationen bezüglich dem Ablauf der Blockwoche erklärt. Vor der Mittagspause wurden zudem die Gruppen eingeteilt und jede Gruppe konnte ihren Arbeitslatz einrichten.

Der Nachmittag begann mit einem Einblick in die DIY-Kultur, präsentiert von Marc mit vielen Einblicken in seine eigenen Projekte. Nach dieser interessanten Präsentation konnte nun erstmals

Lötlen - Muscle Spiker Shield

Das erste, was jede Gruppe machen musste war das zusammenlöten aller Bauteile mit der Platine. Dies verlief recht gut und das Shield konnte bereits nach zwei Stunden in Betrieb genommen werden. Erste Versuche damit verliefen ebenfalls positiv.

Tag 2: Experimentieren

Ansteuerung Gleichstrommotor

In diesem Versuch wurde ermittelt, wie der Gleichstrommotor mittels Muskelkontraktionen ein- und ausgeschaltet werden kann. Der Versuch wurde aufgeteilt in zwei Teilschritte.

Versuch 1: Ein-, Ausschalten

Beim ersten Versuch wurde der Motor nur über das Arduino angesteuert. Aufgrund des vergleichsweise hohen Stromes von 0.1A wurde der Gleichstrommotor nicht direkt über das Arduino gespiesen. Die Speisung des Motors wurde ein Relais verwendet, welches dem Motor über eine 9V Blockbatterie mit Spannung versorgt. Die Ansteuerung verlief problemlos. Es wurde auch ein Transistor anstelle des Relais getestet, jedoch hat sich herausgestellt, das das Relais zuverlässiger funktionierte. Im nächsten Schritt wird versucht, den Motor über eine Bewegung der Hand anzusteuern.

Versuch 2: Elektrophysiologische Steuerung

Bei diesem Versuch wurde der Motor über eine Bewegung der Hand angesteuert. Wenn der Wert, welcher aus der Muskelbewegung ausgelesen wird einen gewissen Grenzwert überschreitet, wird das Relais angesteuert und somit der Motor in Gang gesetzt. Hier hatten wir mit ersten Problemen zu kämpfen, da die Werte sehr geschwankt haben. Darum wurde entschieden, dass über einen Zeitraum von 20ms Werte gesammelt werden und danach der Durchschnitt berechnet wird. Dies half schon sehr gut, um Spitzen auszuglätten und einen brauchbaren Wert zu erreichen.


Kulturbeitrag

Heute kamen die beiden Künstler Daniel Maszkowicz und Emma Souharce zu Besuch. Sie zeigten uns ihre Art und Weise um Musik zu machen. Es klang auf eine Art sehr schräg aber trotzdem auch

Tag 3: Ansteuerung des Servos und bauen des Grundgerüstes

Bauen des Fahrgestells

Es wurde entschieden das Fahrgestell aus einer 4mm MDF-Platte herzustellen. Die gewünschte Form der einzelnen Teile wurde im CAD-Programm NX konstruiert und anschliessend mit dem Lasercutter AKJ9060 ausgeschnitten. Das Fahrgestell wurde auf die Grösse der beiden Arduinos ausgelegt, sodass diese mitsamt ihrer jeweiligen Stromversorgung problemlos platziert werden können. Zudem wurde die Grundplatte des Fahrgestells bereits mit Ausschnitten versehen, um die Radlager, die Motoraufnahme und den Servo für die Lenkung montiert werden können.

CAD Zeichnung des Fahrgestells mit Radlager und Motoraufnahme

Antriebskonstruktion

Die Antriebseinheit besteht grundsätzlich aus einem Gleichstrommotor, zwei Zahnrädern für die Übersetzung und der Achse mit den beiden Rädern. Der Gleichstrommotor ist mithilfe einer Halterung auf der Grundplatte befestigt. Da die Achse jedoch auf der unteren Seite der Grundplatte befestigt wird, muss die Kraft mithilfe von Zahnrädern durch einen Ausschnitt in der Platte realisiert werden. Aufgrund der eher hohen Drehzahl des Elektromotors, wurde entschieden, eine Untersetzung auf die Achse zu realisieren, um das Fahrzeug nicht zu schnell werden zu lassen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt der Untersetzung ist die Erhöhung des Drehmoments auf den Rädern. Als Untersetzungsverhältnis wurde 2 gewählt.

Gelenktes Vorderrad

Um das Fahrzeug lenken zu können, ist das Vorderrad mit einem Servomotor gesteuert. Die Konstruktion ist einfach gehalten, aber trotzdem sehr zuverlässig. An der Achse des Servomotors wurde direkt die Radgabel befestigt. Die Achse mit dem Rad wurde dann drehbar in den zwei Ausschnitten der Gabel gelagert. Der Drehwiderstand ist relativ gross, da beide Bauteile 3D gedruckt worden sind, aber für die gedachte Anwendung reicht dies aus. Der Servomotor mit der Vorderradkonstruktion konnte schlussendlich in einem Ausschnitt in der Grundplatte befestig werden.


Zahnräder zur Kraftübertragung

Tag 4: Zusammenführen der Teilkomponenten

Skill Share: Bildgebende Verfahren

Bildgebende Verfahren ist ein Überbegriff in der medizinischen Diagnostik. Genauer versteht man darunter medizintechnische Gerätschaften und Apparaturen, welche in der Lage sind, Bilder des Körperinneren zu generieren, ohne den Körper «öffnen» zu müssen. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Hauptkategorien von bildgebenden Verfahren:

  • Computer-Tomographie
  • Magnetresonanz-Tomographie (engl. Magnetic-Resonance-Imaging)
  • Sonographie (Ultraschall)

Während der Kill Share Session soll ein grundlegender Überblick von bildgebenden Verfahren an andere Studierende weitergegeben werden. Dabei wird der Themenbereich auf CT und MRI beschränkt.

Computer-Tomographie

Wichtiger Unterschied

CT-Geräte werden in Industrie-Tomographen und medizinische Tomographen unterteilt. Einziger aber wichtiger Unterschied dabei ist, dass sich beim medizinischen Tomograph der Detektor um den Patienten dreht und beim Industrie-Tomograph das zu untersuchende Werkstück vor dem Detektor aufgestellt wird und um sich selbst dreht.

Röntgenphysik

Röntgenstrahlung kann auf zwei verschiedenen Arten erzeugt werden:

  • Zerfallsprozesse (freiwerdende Energie aus Gammazerfall)
  • Bremsstrahlung (durch Abbremsen von Ladungen)

Bei einem Computer-Tomograph wird die Röntgenstrahlung vorallem durch Bremsstrahlung erzeugt. Dies wird wie folgt realisiert:

  • Erzeugung von freien Elektronen durch eine Thermoemission
  • Beschleunigung der Elektronen
  • Fokussierung der Elektronenwolke
  • Abbremsen der Elektronen auf einem Target, resp. Erzeugen von Bremsstrahlung

Aufbau eines Computer-Tomographen

Aufbau Computertomograph (Quelle: Foliensatz Philipp Schütz, Bildgebende Verfahren)

Die wichtigsten zwei Teile eines CT-Geräts sind:

  • Röntgenröhre: Hier werden die Röntgenstrahlen erzeugt. Diese emittieren dann durch das Innere des CT-Bogen und durchdringen/durchleuchten die Materie, resp. den Körper.
  • Detektor: Hier trifft die transmittierte Strahlung ein. Anhand dieser Strahlung resultiert schlussendlich das gewünschte Bild der CT-Aufnahme

Interaktion von Röntgenstrahlung mit dem Gewebe

Die Röntgenstrahlung schiessen Elektronen aus den Elektronenschalen von Atomen heraus. Dies erfolgt hauptsächlich auf drei verschiedene Varianten:

  • Photoeffekt: Ein Gammateilchen schiesst ein Elektron aus der Schale heraus
  • Fluoreszenz: Ein Elektron der äusseren Schale

Magnet-Resonanz-Thomographie

Funktionsweise

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