Progettazione e realizzazione di un manipolatore robotico su misura per ultrasuoni extracorporea

Summary

Questo documento introduce la progettazione e la realizzazione di un manipolatore robotico su misura per l'esame di ultrasuono extracorporea. Il sistema ha cinque gradi di libertà con leggere giunti realizzati da stampa 3D e una frizione meccanica per la gestione della sicurezza.

Abstract

Con il potenziale di alta precisione, destrezza e ripetibilità, un sistema robotico self-cingolato possa essere impiegato per aiutare l'acquisizione di ultrasuono in tempo reale. Tuttavia, un numero limitato di robot progettati per ultrasuoni extracorporea è stati tradotti con successo in uso clinico. In questo studio, ci proponiamo di costruire un manipolatore robotico su misura per l'esame di ultrasuono extra-corporea, che è leggero e ha un ingombro ridotto. Il robot è formato da cinque collegamenti appositamente sagomati e su misura meccanismi comuni per la manipolazione della sonda, per coprire la gamma necessaria di movimento con gradi di liberta ' ridondante per garantire la sicurezza del paziente. La sicurezza meccanica è data risalto a con un meccanismo a frizione, per limitare la forza applicata ai pazienti. Come risultato, il design, il peso totale del manipolatore è meno di 2 kg e la lunghezza del manipolatore è di circa 25 cm. Il design è stato implementato e simulazione, sono stati effettuati studi di fantasma e di volontariato, per convalidare la gamma di movimento, la possibilità di effettuare regolazioni di precisione, affidabilità meccanica e la sicurezza di funzionamento della frizione. Questa carta i dettagli di progettazione e realizzazione del manipolatore su misura ad ultrasuoni robotizzata, con i metodi di progettazione e assemblaggio illustrati. Risultati della prova per dimostrare le caratteristiche di design e l'esperienza clinica di utilizzo del sistema sono presentati. È concluso che l'attuale manipolatore robotico proposto soddisfa i requisiti come un sistema su misura per l'esame di ultrasuono extracorporea e ha un grande potenziale per essere tradotta in uso clinico.

Introduction

Un sistema a ultrasuoni robotizzato extracorporea (US) si riferisce alla configurazione in cui un sistema robotico è utilizzato per contenere e manipolare una sonda statunitense per esami esterni, tra cui il suo utilizzo nella formazione immagine addominale cardiaca, vascolare, ostetrica e generale¹ . L'uso di un tale sistema robotico è motivato dalle sfide del manualmente tenendo e manipolare una sonda degli Stati Uniti, per esempio, la sfida di trovare viste US standard richieste dai protocolli di imaging clinici e il rischio di sforzi ripetuti infortuni^{2, 3,}

Protocol

1. preparazione di ogni collegamento, attuatore e componenti aggiuntivi

1. Stampare tutti i collegamenti (L₀, L₁, L₂, L₃e L-₄) e l'attuatore come mostrato in Figura 1, con acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) di plastica, plastica di (PLA) acido polilattico o nylon, utilizzando un 3D-stampa servizio. Uso il. File STL forniti nei Materiali supplementari durante la stampa.
   Nota: Cambiamenti nella forma e scala di ogni parte possono essere fatto basati sul file forniti. Il profilo interno dell'attuatore può essere cambiato per misura diverse sonde di US.
....

Results

In seguito il protocollo, il sistema risultante è un manipolatore robotico con cinque collegamenti appositamente sagomati (L₀ a L₄) e cinque articolazioni revolute (J₁ a J₅) per lo spostamento, tenendo e inclinazione localmente una sonda statunitense (Figura 8). Il giunto di rotazione superiore (J₁), con meccanismi di ingranaggio azionati da quattro motori, possa ruotare le seguenti strutture a 360 °, per.......

Discussion

A differenza di molti altri robot industriali che sono state tradotte in applicazioni mediche, il manipolatore robotico proposto descritto nel protocollo è stato specificamente progettato per gli esami US secondo esigenze cliniche per la gamma di movimento, applicazione di forza e di gestione della sicurezza. Il manipolatore robotico leggero stessa ha una vasta gamma di movimenti sufficiente per la maggior parte extra-corporea US scansione, senza la necessità di grandi movimenti del meccanismo di posizionamento globale. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Collegamento stampato in 3D Servizio di stampa 3D L0	3D		Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Collegamento stampato in 3D L1	Servizio di stampa 3D	1	Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Collegamento stampato in 3D L2	Servizio di stampa 3D	1	Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Collegamento stampato in 3D L3	Servizio di stampa 3D	1	Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Collegamento stampato in 3D L4	Servizio di stampa 3D	1	Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	dell'effettore finale stampato in 3D	1	Come mostrato nella Figura 1, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	con ingranaggio cilindrico a 20 denti	12	modulo da 0,5, larghezza frontale 5 mm, con sede per chiavetta di montaggio, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	con ingranaggio conico a 18 denti	2	modulo da 0,5, larghezza della faccia 5 mm, con sede per chiavetta di montaggio, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Ingranaggio cilindrico da 120 denti (Tipo A)	Servizio di stampa 3D	1	Modulo da 0,5, larghezza frontale 6 mm, con sede per chiavetta, alloggiamento del cuscinetto e foro di montaggio, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Ingranaggio cilindrico da 120 denti (Tipo B)	Servizio di stampa 3D	2	Modulo da 0,5, larghezza frontale 6 mm, con fori di arresto, alloggiamento del cuscinetto e foro, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Ingranaggio cilindrico da 120 denti (Tipo C)	Servizio di stampa 3D	1	Modulo da 0,5, larghezza frontale 6 mm, con chiavetta di montaggio, alloggiamento del cuscinetto e foro, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	con ingranaggio cilindrico lungo da 20 denti	1	modulo da 0,5, larghezza frontale 21,5 mm, con sedi per chiavette di montaggio, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	con ingranaggi conici da 144 denti	1	modulo da 0,5, Larghezza frontale di 7 mm, con sedi di montaggio, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Cuscinetto (37 mm O.D e 30 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	5	Le dimensioni del cuscinetto e il fornitore possono essere variati
Cuscinetto (12 mm O.D e 6 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	2	Le dimensioni del cuscinetto e il fornitore possono essere variati
Cuscinetto (32 mm O.D e 25 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	1	Le dimensioni del cuscinetto e il fornitore possono essere variati
Cuscinetto (8 mm O.D e 5 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	2	Le dimensioni del cuscinetto e il fornitore possono essere variati
Albero in plastica/metallo (6 mm O.D, 70 mm di lunghezza)	TR Fastenings Ltd., UK	1	ad es. Potrebbe essere un bullone M6 e un dado
Albero in plastica/metallo (5 mm O.D, 70 mm di lunghezza)	TR Fastenings Ltd., Regno Unito	1	ad es. Potrebbe essere un bullone M5 e un dado
Coppie di molle a sfera	WDS Ltd., Regno Unito	4	Il numero di coppie di molle a sfera potrebbe variare per regolare la forza di innesco della frizione
Coperchi frizione	Servizio di stampa 3D	2	104 mm O.D, larghezza frontale 5 mm, foro 6 mm, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Collare dell'albero stampato in 3D	Servizio di stampa 3D	1	35 mm O.D e 30 mm I.D, larghezza della faccia di 8 mm, come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Servizio di stampa 3D	collare dell'effettore finale stampato in 3D	1	Come mostrato nella Figura 2, con il file STL fornito
Piccoli motori passo-passo con ingranaggi	AOLONG TECHNOLOGY Ltd., Cina	14	Numero di parte: GM15BYS; Rapporto di trasmissione interno 232:1 o 150:1, tutti accettabili