Conception et réalisation d’un manipulateur robotisé sur mesure pour l’échographie extracorporelle

Résumé

Cet article présente la conception et la mise en œuvre d’un manipulateur robotisé sur mesure pour l’examen échographique extracorporelle. Le système comporte cinq degrés de liberté avec articulations légères faites par impression 3D et un embrayage mécanique pour la gestion de la sécurité.

Résumé

Avec un potentiel de haute précision, dextérité et répétabilité, un système robotique autonome sur chenilles peut être employé pour aider à l’acquisition de l’échographie en temps réel. Cependant, un nombre limité de robots conçus pour Extracorporels échographie ont été avec succès traduit en usage clinique. Dans cette étude, nous voulons construire un manipulateur robotisé sur mesure pour l’examen échographique extracorporelle, qui est léger et a un faible encombrement. Le robot est formé par cinq liens spécialement formés et des mécanismes communs pour la manipulation de la sonde, afin de couvrir l’éventail nécessaire de mouvement avec redondants de degrés de liberté pour assurer la sécurité du patient. La sécurité mécanique est soulignée par un mécanisme d’embrayage, de limiter la force appliquée aux patients. À la suite de la conception, le poids total du manipulateur est inférieur à 2 kg, et la longueur du manipulateur est d’environ 25 cm. Le design a été mis en place et la simulation, études de fantômes et bénévoles ont été effectuées, afin de valider l’amplitude de mouvement, la capacité de faire des réglages fins, fiabilité mécanique et la sécurité de fonctionnement de l’embrayage. Ce livre présente en détail la conception et la mise en œuvre du manipulateur ultrasons robotisée sur mesure, avec les méthodes de conception et d’assemblage illustrés. Les résultats des tests pour démontrer les caractéristiques de conception et l’expérience clinique d’utilisation du système sont présentés. Il est conclu que le manipulateur robotisé proposé actuel répond aux exigences tant qu’un système sur mesure pour l’examen échographique extracorporelle et possède un grand potentiel à traduire en pratique clinique.

Introduction

Un système à ultrasons robotisée extracorporelle (US) se réfère à la configuration dans laquelle un système robotique sert à tenir et à manipuler une sonde US pour les examens externes, y compris son utilisation en imagerie abdominale cardiaque, vasculaire, obstétrique et générale¹ . L’utilisation d’un tel système robotisé est motivée par les défis de tenir manuellement et de manipuler une sonde américaine, par exemple, la difficulté de trouver des vues d’US standard requis par les protocoles d’imagerie cliniques et le risque de microtraumatismes blessures^{2, 3,}

Protocole

1. la préparation de chaque lien, effecteur et composants supplémentaires

1. Imprimer tous les liens (L₀, L₁, L₂, L-₃et L₄) et l’effecteur, comme illustré à la Figure 1, avec plastique d’acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le polylactique acide (PLA) plastique ou en nylon, à l’aide d’une impression 3D service. Utilisation du. Fichiers STL fournies dans les Documents complémentaires lors de l’impression.
   NOTE : Changements dans la forme et l’échelle de chaque partie peuvent être pris en fonction sur les fichiers fournis. Profilé à l’intérieur de l’effecteu....

Résultats

Suite au protocole, le système qui en résulte est un manipulateur robotisé avec cinq liens formes spéciale (L₀ L₄) et cinq articulations revolute (J₁ J₅) pour déplacer, tenant et l’inclinaison localement une sonde US (Figure 8). Le joint de rotation supérieure (J₁), avec des mécanismes d’engrenages actionnés par quatre moteurs, peut tourner 360 °, pour permettre à la sonde américaine doivent être dirigées.......

Discussion

Contrairement à nombreux autres robots industriels qui ont été traduits dans des applications médicales, le manipulateur robotisé proposé décrit dans le protocole a été spécialement conçu pour les examens aux États-Unis selon les exigences cliniques pour l’amplitude de mouvement, application de la force et la gestion de la sécurité. Le manipulateur robotisé léger lui-même dispose d’un large éventail de mouvements suffisantes pour la plupart Extracorporels US numérisation, sans nécessiter de grands mouvements de la mécani.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Lien imprimé en 3D L0	d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
Lien imprimé en 3D L1	Service d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
Lien imprimé en 3D L2	service d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
Lien imprimé en 3D L3	Service d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
Lien imprimé en 3D L4	Service d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
d’impression 3D d’effecteur		1	Comme le montre la figure 1, avec le fichier STL fourni
Service d’impression 3D d’engrenage	droit à 20 dents	12	module 0,5, largeur de face de 5 mm, avec rainure de clavette de montage, comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni
Service d’impression 3D d’engrenage	conique de 18 dents	fourni 2	Module de 0,5, largeur de face de 5 mm, avec rainure de clavette de montage, comme illustré à la figure 2, avec le fichier STL fourni
Engrenage droit à 120 dents (type A)	Service d’impression 3D	1	Module 0,5, largeur de face de 6 mm, avec rainure de clavette de montage, carter de roulement et alésage, comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni
Engrenage droit à 120 dents (type B)	Service d’impression 3D	2	Module 0,5, largeur de face de 6 mm, avec trous d’arrêt, boîtier de roulement et alésage, comme indiqué à la figure 2, avec le fichier STL fourni
Engrenage droit à 120 dents (type C)	Service		d’impression 3D 1Module 0,5, largeur de face de 6 mm, avec clé de montage, boîtier de roulement et alésage, comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni
Service d’impression 3D	engrenage droit long de 20 dents	1	module 0,5, largeur de face de 21,5 mm, avec rainures de clavette de montage, comme illustré à la figure 2, avec le fichier STL fourni
Service d’impression 3D d’engrenage	conique de 144 dents	1	module 0,5, Largeur de face de 7 mm, avec rainures de clavette de montage, comme indiqué sur la figure 2, avec le fichier STL fourni
Roulement (37 mm de diamètre extérieur et 30 mm de diamètre intérieur)	Bearing Station Ltd., UK	5	La taille du roulement et le fournisseur peuvent être modifiés
Roulement (12 mm de diamètre extérieur et 6 mm de diamètre intérieur)	Bearing Station Ltd., UK	2	La taille du roulement et le fournisseur peuvent être modifiés
Roulement (32 mm de diamètre extérieur et 25 mm de diamètre intérieur)	Bearing Station Ltd., UK	1	La taille du roulement et le fournisseur peuvent être modifiés
Roulement (8 mm de diamètre extérieur et 5 mm de diamètre intérieur)	Bearing Station Ltd., UK	2	La taille du roulement et le fournisseur peuvent être variés
Arbre en plastique/métal (6 mm de diamètre extérieur, 70 mm de long)	TR Fastenings Ltd., UK	1	Par exemple Pourrait être un boulon M6 et un écrou
Arbre en plastique/métal (5 mm de diamètre extérieur, 70 mm de long)	TR Fastenings Ltd., Royaume-Uni	1	p. ex. Il peut s’agir d’un boulon M5 et d’un écrou
Paires de ressorts à billes	WDS Ltd., Royaume-Uni	4	Le nombre de paires de ressorts à billes peut varier pour ajuster la force de déclenchement de l’embrayage Couvercles d’embrayage
	Service d’impression 3D	2	104 mm de diamètre extérieur, largeur de face de 5 mm, alésage de 6 mm, comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni Collier d’arbre
imprimé en 3D	Service d’impression 3D	1	35 mm de diamètre extérieur et 30 mm de diamètre intérieur, largeur de face de 8 mm, comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni
Collier d’effecteur imprimé en 3D	Service d’impression 3D	1	Comme le montre la figure 2, avec le fichier STL fourni
Petits moteurs pas à pas à engrenages	AOLONG TECHNOLOGY Ltd., Chine	14	Numéro de pièce : GM15BYS ; Rapport d’engrenage interne 232:1 ou 150:1, tous acceptables