Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten Robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschall

Summary

Dieses Papier stellt die Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschalluntersuchung. Das System besitzt fünf Freiheitsgrade mit leichten Gelenke von 3D-Druck und einer mechanischen Kupplung für Sicherheitsmanagement gemacht.

Abstract

Mit dem Potential für hohe Präzision, Geschicklichkeit und Wiederholbarkeit kann selbst verfolgte Robot-System eingesetzt werden, um den Erwerb von Echtzeit-Ultraschall zu unterstützen. Begrenzte Anzahl von Robotern für extra körperliche Ultraschall entwickelt haben jedoch klinische Anwendung erfolgreich übersetzt worden. In dieser Studie wollen wir einen maßgeschneiderten robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschalluntersuchung zu bauen, die ist leicht und hat einen geringen Platzbedarf. Der Roboter bilden fünf speziell geformten Links und maßgeschneiderte gemeinsame Mechanismen für die Sonde Manipulation, zur Deckung der notwendigen Bewegungsfreiheit mit redundante Freiheitsgrade um die Sicherheit des Patienten zu gewährleisten. Die mechanische Sicherheit wird mit einer Kupplung Mechanismus, um die Krafteinwirkung auf Patienten zu beschränken betont. Durch das Design das Gesamtgewicht des Manipulators ist weniger als 2 kg und die Länge des Manipulators ist ca. 25 cm. Das Design wurde umgesetzt, und Simulation, phantom und freiwilligen Studien wurden durchgeführt, um die Bewegungsfreiheit, die Fähigkeit, den sicheren Betrieb der Kupplung, Feineinstellungen und mechanische Zuverlässigkeit zu überprüfen. Dieses Papier beschreibt die Gestaltung und Umsetzung von maßgeschneiderten Roboter Ultraschall-Manipulator mit der Konstruktion und Montage Methoden dargestellt. Testergebnisse zum Nachweis der Konstruktionsmerkmale und klinische Erfahrung im Umgang mit dem System werden vorgestellt. Es wird festgestellt, dass der aktuelle vorgeschlagene robotische Manipulator die Anforderungen als ein maßgeschneidertes System für extra körperliche Ultraschalluntersuchung erfüllt und hat ein großes Potenzial in der klinischen Anwendung umgesetzt werden.

Introduction

Eine extra körperliche Roboter (US)-Ultraschallsystem bezieht sich auf die Konfiguration, bei der ein Robot-System genutzt wird, um zu halten und manipulieren von einer US-Sonde für externe Prüfungen, einschließlich seiner Verwendung in der Herz-, Gefäß-, geburtshilflichen und allgemeine abdominale Bildgebung¹ . Die Verwendung von einem Robotersystem ist motiviert durch die Herausforderungen der manuell holding und Manipulation einer US-Sonde, zum Beispiel die Herausforderung des Findens US Standardansichten geforderte klinische Bildgebung Protokolle und das Risiko für sich wiederholende Belastung Verletzung^2,

Protocol

1. Vorbereitung der einzelnen Links Effektor und Zusatzkomponenten

1. Alle Links (L₀, L₁, L₂, L₃und L₄) und der Effektor zu drucken, wie in Abbildung 1dargestellt mit Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Kunststoff, sauren Polymilchsäure (PLA)-Kunststoff oder Nylon, mit einem 3D-Druck Service. Verwendung der. STL-Dateien zur Verfügung gestellt in den Ergänzenden Materialien beim Drucken.
   Hinweis: Änderungen in Form und Größe der einzelnen Teile können basierend auf der bereitgestellten Dateien vorgenommen werden. Das Innenprofil des Endeffektors-kann an verschi....

Results

Im Anschluss an das Protokoll ist das resultierende System eine robotic Manipulator mit fünf speziell geformten Links (L₀ L₄) und fünf drehbar Gelenke (J₁ bis J-₅) zum verschieben, halten und lokal Kippen einer US-Sonde (Abbildung 8). Top Rotation Joint (J₁), mit Getriebe betätigt durch vier Motoren drehen kann folgende Strukturen 360°, um die US-Sonde darauf auf verschiedenen Seiten des Scanbereichs, wie.......

Discussion

Im Gegensatz zu vielen anderen Industrieroboter, die in medizinischen Anwendungen übersetzt wurden, war der vorgeschlagene robotische Manipulator beschrieben im Protokoll speziell für US-Untersuchungen nach klinischen Anforderungen für den Bereich der Bewegung, Anwendung von Kraft und Sicherheitsmanagement. Der leichte robotische Manipulator selbst hat eine Vielzahl von Bewegungen, die ausreichend für die meisten extra körperliche US scannen, ohne die Notwendigkeit für große Bewegungen der globalen Positionierung Mechani.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-gedruckter Link L0	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Link L1	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Link L2	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Link L3	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Link L4	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Endeffektor-3D-Druckservice		1	Wie in Abbildung 1 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-Druckservice	für 20 Zähne Stirnrad	12	0,5 Modul, 5 mm Zahnbreite, mit Montagenut, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
mit 18 Zähnen Kegelrad-3D-Druckservice		2	0,5 Modul, 5 mm Zahnbreite, mit Montagekeilnut, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der STL-Datei mit
120 Zähnen Stirnrad (Typ A)	3D-Druckservice	1	0,5-Modul, 6 mm Zahnbreite, mit Befestigungsnut, Lagergehäuse und Bohrung, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der mitgelieferten STL-Datei
Stirnrad mit 120 Zähnen (Typ B)	3D-Druckservice	2	0,5-Modul, 6 mm Zahnbreite, mit Arretierungsbohrungen, Lagergehäuse und Bohrung, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der STL-Datei mit
120 Zähnen Stirnrad (Typ C)	3D-Druckservice	1	0,5-Modul, 6 mm Zahnbreite, mit Montageschlüssel, Lagergehäuse und Bohrung, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der STL-Datei mit 20
Zähnen langem Stirnrad-3D-Druck-Service		1	0,5-Modul, 21,5 mm Zahnbreite, mit Montagenuten, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der STL-Datei mit
144-Zahn-Kegelrad-3D-Druck-Service		1	0,5-Modul, 7 mm Zahnbreite, mit Befestigungsnuten, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der mitgelieferten STL-Datei
(37 mm Außendurchmesser und 30 mm Innendurchmesser	Lagerstation Ltd., UK	5	Lagergröße und Lieferant können variiert werden
Lager (12 mm Außendurchmesser und 6 mm Außendurchmesser	Lagerstation Ltd., Großbritannien	2	Lagergröße und Lieferant können variiert werden
Lager (32 mm Außendurchmesser und 25 mm Außendurchmesser)	Lagerstation Ltd., UK	1	Lagergröße und Lieferant können variiert werden
Lager (8 mm Außendurchmesser und 5 mm Außendurchmesser	Bearing Station Ltd., UK	2	Lagergröße und Lieferant können variiert werden
Kunststoff-/Metallwelle (6 mm Außendurchmesser, 70 mm lang)	TR Fastenings Ltd., UK	1	z. B. könnte eine M6-Schraube und eine Mutter sein
Kunststoff-/Metallwelle (5 mm Außendurchmesser, 70 mm lang)	TR Fastenings Ltd., UK	1	z.B. könnte eine M5-Schraube und eine Mutter sein
Kugel-Feder-Paare	WDS Ltd., UK	4	Die Anzahl der Kugel-Feder-Paare kann variiert werden, um die Auslösekraft der Kupplung einzustellen
Kupplungsabdeckungen	3D-Druckservice	2	104 mm Außendurchmesser, 5 mm Zahnbreite, 6 mm Bohrung, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Wellenkragen	3D-Druckservice	1	35 mm AD und 30 mm Innendurchmesser, 8 mm Ansichtsbreite, wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
3D-gedruckter Endeffektorkragen	3D-Druckservice	1	Wie in Abbildung 2 gezeigt, mit der bereitgestellten STL-Datei
Kleine Getriebeschrittmotoren	AOLONG TECHNOLOGY Ltd., China	14	Teilenummer: GM15BYS; Internes Übersetzungsverhältnis 232:1 oder 150:1, alle akzeptabel