Method Article

設計と体外超音波特注ロボット ・ マニピュレーターの実装

DOI:

10.3791/58811

⸱

January 7th, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Biomedical Engineering & Imaging Sciences, King's College London, 2Xtronics Ltd, 3Department of Informatics, King's College London, 4Faculty of Science & Engineering, Queen Mary University of London

In This Article

Summary

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設計と体外超音波検診特注ロボット ・ マニピュレーターの実装について述べる。システムには、3 D プリントと安全管理のための機械式クラッチ製軽量関節自由度 5 があります。

Abstract

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高精度、敏捷、そして再現性の可能性、リアルタイム超音波の獲得を支援するために自己追跡ロボット システムを用いることができます。ただし、体外超音波用に設計されたロボットの限られた数は、臨床使用に正常に翻訳されています。本研究では軽量で、小さなフット プリントを持つ体外超音波検診特注ロボット ・ マニピュレーターを構築を目指します。ロボットは、5 つの特殊な形状のリンクと患者の安全を確保する冗長自由度を用いた運動の必要な範囲をカバーするためのプローブ操作のカスタムメイドの共同機構によって形成されます。機械の安全性は、患者にかかる力を制限するためのクラッチ機構を強調されています。デザインは、結果としてマニピュレーターの総重量が 2 kg 未満のもの、マニピュレーターの長さは約 25 cm。デザインが実装されているとシミュレーション、モーション、微調整、機械的信頼性とクラッチの安全な操作能力の範囲を検証する、ファントムとボランティアの研究も行われています。説明する設計・組立方法を設計と特注ロボット超音波マニピュレーターの実装の詳細を説明。システムを使用しての臨床経験と設計上の特徴を示すテスト結果が掲載されています。現在提案されたロボット アームが体外超音波検査のためのオーダーメイドのシステムとしての要件を満たしているし、臨床使用に変換する大きな可能性がありますと結論される.

Introduction

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体外ロボット超音波 (米国) システムとロボット システムを利用して、保持および外部検査、心臓、血管、産科的、一般的な腹部画像診断1 でその使用を含む米国プローブを操作する構成は、します。.このようなロボット システムの使用は独創力のある手動で押し操作米国の調査、例えば、臨床画像処理プロトコル、および反復的な緊張傷害2、リスクに必要な標準的な米国ビューを見つけることの挑戦の課題を 3,4、またスクリーニング プログラム私たちのニーズによって、例えばの要件を経験した敷地内5,6社団法人。さまざまな機能とターゲット葉形質と、いくつかのロボットの米国システム、以前作品1,7、8、見直しとして導入されている米国のさまざまな側面を改善するために、1990 年代以降試験 (例えば、長距離遠隔操作9,

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Protocol

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1. 各リンクの準備はエンド エフェクタと追加コンポーネント

  1. アクリロニ トリル ・ ブタジエン ・ スチレン (ABS) プラスチック、ポリ酸 (PLA) プラスチックまたはナイロン、3 D 印刷を使用して図 1に示すように、すべてのリンク (L0L1L2L3、および L4) とエンド エフェクタを印刷します。サービス。使用します。STL ファイルを印刷するときに補足資料の提供します。
    注: 図形と各部分のスケールの変化するに基づいて行うことが指定されたファイル。エンド エフェクタ内部の形状は、探触子と米に合うように変更できます。
  2. ナイロン、3 D 印刷サービスを使用して、図 2に示すように、すべての必要な追加のコンポーネントを印刷します。各コンポーネントの必要な数の材料表を参照してください。使用します。STL ファイルを印刷するときに補足資料の提供します。
  3. 必要に応じて研磨工具のすべての印刷されたプラスチック部品を磨きます。必要に応じて、3 D プリントから左サポート素材を削除します。
    注: 指定されたエンド エフェクタのデザイン....

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Results

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プロトコルに従いシステムの結果は移動、保持、およびローカル米国プローブ (図 8) を傾斜 5 特殊形状のリンク (L0 L4) と 5 回転継手 (J1 J5) ロボットのマニピュレーターです。トップ回転継手 (J1) 4 つのモーターによって作動歯車機構とすることができます回転以下構造 360 °、上部、下部、腹部の側面など、スキャン領域の別の側面の方に指すに米国の調査を許可します。主な傾斜ジョイント (J2)、4 つのモーターによって作動歯車機構プローブ スキャン領域の表面にそれを合わせて下に傾斜させる使用です。この共同はまた、力管理に不可欠なボール、スプリング、止め穴と機械式クラッチを設立されました。最後の 3 直交対偶 (J3J4、および J5) ごとに、2 つのモーターによって作動歯車機構では、地域における.......

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Discussion

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多く他産業用ロボット、医療への応用に翻訳されているとは異なりプロトコルで記述されている提案されたロボット アームは、可動域の臨床要件に従って米国試験用に設計されました力と安全管理のアプリケーション。軽量ロボット自体はほとんど体外米国をスキャンするため、グローバルな位置決め機構の大規模な動きを必要とせず十分な動きの広い範囲。患者に最も近いの機械的構造として、提案されたリンクは患者から離れる形も特別。小型マニピュレーターに埋め込まれたほとんどの自由で、大きなスペースを必要としない人間の操作と同様の直感的な方法でこのデバイスを使用してロボット米国スキャンを実行できます。これらのすべての機能のためにボランティア研究で検証されている次のプロトコルが臨床医と患者から受け入れをシステムに生産を見込んでいます。提案のロボット ・ マニピュレーターのガントリーまたは天井マウント設計など、特定の要件に基づいて全体的な位置の異なる従来のアーキテクチャを使用できます。例の全地球測位デバイスは、提案のロボット ・ マニピュレーターのテストを有効にするのにこの紙で使用されました。

現在のプロトコルでは、ABS.......

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Disclosures

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著者が明らかに何もありません。

Acknowledgements

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この作品は、医療工学 [WT203148/Z/16/Z]/EPSRC はウェルカム センター、Wellcome の信頼 IEH 賞 [102431] によってサポートされていました。著者認める経由で厚生労働省からの財政支援保健研究 (NIHR) 包括的な生物医学研究センター賞ガイ & セント トーマス NHS 財団を王との提携で信頼する所のロンドン カレッジとキングズ カレッジ病院 NHS の基礎信頼。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3Dプリントリンク L03Dプリントサービス1図1に示すように、STLファイル提供の
3Dプリントリンク L13Dプリントサービス1図1に示すように、
3DプリントリンクL23Dプリントサービス1図1に示すように、 3D
プリントリンクL33Dプリンティングサービス1STLファイルを使用して、図1に示すように、
3DプリントリンクL43Dプリンティングサービス1ファイルを使用して、図1に示すように、
3Dプリントされたエンドエフェクタ3Dプリンティングサービス1、図1に示すように、 STLファイル提供
20歯平歯車3D印刷サービス120.5モジュール、5 mmの面幅、図2に示すように取り付けキー溝付き、STLファイル提供
18歯の斜歯車3D印刷サービス20.5モジュール、5 mm面幅、取り付けキー溝付き、図2に示すように、STLファイル提供の
120歯平歯車(タイプA)3D印刷サービス10.5モジュール、6 mm面幅、取り付けキー溝、ベアリングハウジング、およびボア付き、図2に示すように、STLファイル提供の
120歯平歯車(タイプB)3Dプリンティングサービス20.5モジュール、6 mm面幅、戻り止め穴、ベアリングハウジング、およびボア付き、図2に示すように、STLファイル提供の
120歯平歯車(タイプC)3Dプリンティングサービス10.5モジュール、6 mm面幅、取り付けキー、ベアリングハウジング、およびボア付き、図2に示すように、STLファイル提供20
歯長平歯車3D印刷サービス10.5モジュール、21.5 mm面幅、取り付けキー溝付き、図2に示すように、STLファイル提供144
歯ベベルギア3D印刷サービス10.5モジュール、 7 mmの面幅、図2に示すように、STLファイルを備えた取り付けキー溝付き
ベアリング(37 mm O.Dおよび30 mm I.D)ベアリングステーション株式会社、英国5ベアリングサイズとサプライヤーは変えることができます
ベアリング(12 mm O.Dおよび6 mm I.D)ベアリングステーション株式会社、英国2ベアリングサイズとサプライヤーは、
ベアリング(32 mm O.Dおよび25 mm I.D)ベアリングステーション株式会社を変えることができます。 英国1のサイズとサプライヤーは、ベアリング
(8 mm ODおよび5 mm I.D)ベアリングステーション株式会社、英国2サイズとサプライヤーは、
プラスチック/金属シャフト(6 mm O.D、70 mm長)TRファスニング株式会社、英国1、M6ボルトとナットプラスチック
/金属シャフト(5 mm O.D、 長さ70 mm)TR Fastenings Ltd.、英国1例えば、M5ボルトとナットである可能性があります
ボールスプリングペアWDS Ltd.、英国4ボールスプリングペアの数は、クラッチのトリガー力を調整するために変化させることができます
クラッチカバー3Dプリントサービス2図2に示すように、104 mm O.D、5mm面幅、6mmボア、 STLファイル提供
3Dプリントシャフトカラー3Dプリントサービス135 mm O.Dおよび30 mm I.D、8mm面幅、図2に示すように、STLファイル提供
3Dプリントエンドエフェクタカラー3Dプリントサービス12に示すように、STLファイル提供小型
ステッピングモーターAOLONGTECHNOLOGY Ltd.、 中国14部品番号:GM15BYS;内部ギヤ比232:1か150:1、すべて許容可能
提供のSTLファイルを使用 を提供するを提供するSTLを提供するSTLファイルを使用してののベアリングベアリングなど図ギア

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Priester, A. M., Natarajan, S., Culjat, M. O. Robotic ultrasound systems in medicine. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 60 (3), 507-523 (2013).
  2. Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N.

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Robotic ManipulatorUltrasound ProbeMechanical Clutch3D PrintingSpur GearsStepper MotorsBearing HousingLink AssemblyRange Of MotionClinical Translation

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