Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 41 s
Description: 学ぶ体外超音波検査用ロボットマニピュレーターの設計と実装。5自由度の軽量3Dプリント構造と機械式クラッチを備え、医療従事者の繰り返し作業による負傷リスクを軽減し、診断の安全性と効率性を向上させる革新的な医療ロボットシステムです。

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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。

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
<ol><li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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のいくつかの構造力センサーのことで、ここで報告されるプロトコルの一部ではありませんが、アセンブリは使用されません。以前作業20; 力センサーの設計概念が報告されています。したがって、本稿では説明しません。</li>
</ol>2. 共同 1 のアセンブリ
注: 共同 1 (J1) のアセンブリは、図 3に基づいています。
<ol><li>4 つの小さな、ギア付きステッピング モーターを配置 (20 歯平歯車添付) L0の取り付け虫歯にネジで取り付けと。</li>
	<li>L0の軸受ハウジングへ 2 つの 37 mm 外径軸受を置き、L1六角キーに 120 歯平歯車 (タイプ A) をセキュリティで保護します。</li>
	<li>従事し、スパーギヤを駆動 4 小さな駆動平歯車と大きな、L0のシャフト穴に L1軸を挿入し、固定し、シャフトを保持するシャフト カラーを組み立てます。</li>
</ol>3. 共同 2 のアセンブリ
注: 共同 2 (J2) のアセンブリは、図 4に基づいています。
<ol><li>4 つの小さな、ギア付きステッピング モーターを配置 (20 歯平歯車添付) L1の取り付け虫歯にネジで取り付けと。</li>
	<li>2 つの 37 mm 外径ベアリングとモーターのマウント 20 歯平歯車に従事している L1, 120 歯平歯車 (タイプ B) の歯車キャビティに位置する 2 つの 120 歯平歯車 (タイプ B) を取り付けます。2 つの 120 歯型 B 平歯車の簡単な位置決めを許可する必要がある場合にモーターを再ねじを緩めて。</li>
	<li>合わせ L1 L2 L2のクラッチの穴にベアリングとボール春ペアを差し込みます。2 つ丸いクラッチ カバーとの整列とプリロードのクラッチ機構にバネを押し、L1 L2の穴に M6 ボルトを挿入します。</li>
	<li>反対側にアセンブリを回転し、こちら側の 3.3 で手順を繰り返します。M6 ボルトにナットをアタッチすることにより、アセンブリを固定します。</li>
</ol>4. 共同 3 のアセンブリ
注: 共同 3 (J3) のアセンブリは、図 5に基づいています。
<ol><li>2 つの小さな、ギア付きステッピング モーターを配置 (20 歯平歯車添付) L2の取り付け虫歯にネジで取り付けと。</li>
	<li>37 mm 外径 φ 120 歯平歯車 (C 型) の軸受箱に軸受を置き、32 mm 外径 φ L3の軸受箱に軸受を配置します。</li>
	<li>L3の六角形の鍵穴大きい歯車を保護 (必要に応じて追加のネジが使用できます) に大型の平歯車と L3小型と大型の平ギヤ穴に L2シャフトを挿入。</li>
</ol>5. 共同 4 の駆動機構の組立
注: 共同 4 (J4) のアセンブリは、図 6に基づいています。
<ol><li>L3の取り付け空洞に 2 つの小さな、ギア付きステッピング モーターを置き、ネジでそれらをマウントします。L4の軸受箱に 8 mm 外径軸受を配置します。</li>
	<li>2 つの小型ステッピング モーターに 20 歯長い平歯車をマウントします。</li>
</ol>6. 共同共同 4・5 の駆動機構の組立
注:図 6に基づいて共同 4 (J4) のアセンブリと共同 5 (J5)図 7に基づきます。
<ol><li>4L の押し出しに駆動 144 歯かさ歯車を配置します。</li>
	<li>2 つの小さな、ギア付きステッピング モーターを配置 (18 歯ギアの面取り) L4取付空洞にしてネジでマウントします。最後に、2 つのリンクを配置後、L3及び L4のシャフト穴に M5 シャフトを挿入します。L4試合 20 歯長い平歯車と被動歯車構造で建てられたか確認します。</li>
	<li>大きなかさ歯車の溝にエンド エフェクタを挿入し、上にねじ込みエンド エフェクタの襟付きエンド エフェクタを垂直に配置します。</li>
</ol>

<ol><li>Priester, A. M., Natarajan, S., Culjat, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+ultrasound+systems+in+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Robotic ultrasound systems in medicine.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 60 (3), 507-523 (2013).</li>
<li>Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Work-related+musculoskeletal+complaints+in+sonologists%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Occupational+and+Environmental+Medicine%22%5BJournal%5D)">Work-related musculoskeletal complaints in sonologists.</a> Journal of Occupational and Environmental Medicine. 41 (11), 981-988 (1999).</li>
<li>Jakes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonographers+and+Occupational+Overuse+Syndrome%3A+Cause%2C+Effect%2C+and+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Diagnostic+Medical+Sonography%22%5BJournal%5D)">Sonographers and Occupational Overuse Syndrome: Cause, Effect, and Solutions.</a> Journal of Diagnostic Medical Sonography. 17 (6), 312-320 (2001).</li>
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<li>Shah, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceived+barriers+in+the+use+of+ultrasound+in+developing+countries%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Ultrasound+Journal%22%5BJournal%5D)">Perceived barriers in the use of ultrasound in developing countries.</a> Critical Ultrasound Journal. 7 (1), 28(2015).</li>
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<li>Georgescu, M., Sacccomandi, A., Baudron, B., Arbeille, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+sonography+in+routine+clinical+practice+between+two+isolated+medical+centers+and+the+university+hospital+using+a+robotic+arm%3A+a+1-year+study%5BTitle%5D)+AND+%22Telemedicine+and+e-Health%22%5BJournal%5D)">Remote sonography in routine clinical practice between two isolated medical centers and the university hospital using a robotic arm: a 1-year study.</a> Telemedicine and e-Health. 22 (4), 276-281 (2016).</li>
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<li>Arbeille, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fetal+tele%E2%80%90echography+using+a+robotic+arm+and+a+satellite+link%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Obstetrics+%26+Gynecology%22%5BJournal%5D)">Fetal tele‐echography using a robotic arm and a satellite link.</a> Ultrasound in Obstetrics & Gynecology. 26 (3), 221-226 (2005).</li>
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<li>Abolmaesumi, P., Salcudean, S. E., Zhu, W. H., Sirouspour, M. R., DiMaio, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-guided+control+of+a+robot+for+medical+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">Image-guided control of a robot for medical ultrasound.</a> IEEE Transactions on Robotics and Automation. 18 (1), 11-23 (2002).</li>
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<li>Yiallouras, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-axis+MR-conditional+robot+for+high-intensity+focused+ultrasound+for+treating+prostate+diseases+transrectally%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Therapeutic+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Three-axis MR-conditional robot for high-intensity focused ultrasound for treating prostate diseases transrectally.</a> Journal of Therapeutic Ultrasound. 3 (1), 2(2015).</li>
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<li>Essomba, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+specific+performances+comparative+study+of+two+spherical+robots+for+tele-echography+application%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+C%3A+Journal+of+Mechanical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">A specific performances comparative study of two spherical robots for tele-echography application.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 228 (18), 3419-3429 (2014).</li>
<li>Bassit, L. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Structure+m%C3%A9canique+%C3%A0+modules+sph%C3%A9riques+optimis%C3%A9es+pour+un+robot+m%C3%A9dical+de+t%C3%A9l%C3%A9-%C3%A9chographie+mobile%22">Structure mécanique à modules sphériques optimisées pour un robot médical de télé-échographie mobile</a>. , Université d’Orléans. France. PhD thesis (2005).</li>
<li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-Axis+force%2Ftorque+sensor+based+on+Simply-Supported+beam+and+optoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Multi-Axis force/torque sensor based on Simply-Supported beam and optoelectronics.</a> Sensors. 16 (11), 1936(1936).</li>
<li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ergonomic+handheld+ultrasound+probe+providing+contact+forces+and+pose+information%5BTitle%5D)+AND+%22Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%2C+Proceedings+of+the+37th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE%22%5BJournal%5D)">An ergonomic handheld ultrasound probe providing contact forces and pose information.</a> Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 37th Annual International Conference of the IEEE. , Milan, Italy. (2015).</li>
<li>Maplesoft. Translational Detent – MapleSim Help. , Available from:
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</ol>

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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...

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9,10、11,12と同様、ロボット オペレーター相互作用と自動制御)13, 14. 診断用のロボットの米国のシステムに加えてではロボット高強度集束超音波 (HIFU) システムあり治療目的が検討されているプリースターらによって要約されるように1、いくつか最近の作品15,16最新の進捗状況を報告します。
のみそれらのいくつかが正常に市販の遠隔超音波システムなどの臨床使用に翻訳されているいくつかの米国のロボット制御および臨床操作のための比較的信頼性の高い技術で開発されている、17. 理由の 1 つは患者と社団法人の両方の観点から、臨床の現場で働く大型産業探してロボットのための受諾の低レベル。また、安全管理のため既存の米国ロボットの大半は、監視および受動的力を制限するより根本的な機械安全メカニズムが利用不能で通常米国プローブへの応用圧力を制御する力センサーに依存してください。.ロボット操作の安全に純粋な電気システムとソフトウェアのロジックに依存してなる臨床使用に変換するときも問題が発生この可能性があります。
3 D の最近の進歩の印刷技術、カスタムメイド共同機構を持つプラスチック リンクを特別形オーダーメイド医療ロボットを実現のための新しい機会を提供できます。コンパクトな外観と慎重に設計された軽量コンポーネントが臨床の受諾を向上します。米国検査のため具体的には臨床使用に翻訳されてを目指したオーダーメイド医療用ロボットはコンパクト、十分な自由度 (Dof) と、スキャンの関心領域をカバーする動きの範囲する必要があります。たとえば、腹部表面、上部と腹の側面の両方を含みます。さらに、ロボットはまた米国のビューを最適化しようとしたときにローカル エリアで米国プローブの微調整を実行する機能を組み込む必要があります。これは通常、Essombaらによって提案された、特定の範囲内のプローブの傾斜運動が含まれています18 Bassit19。さらに安全性の懸念に対処するため、電気システムおよびソフトウェアのロジックの独立した受動的機械的安全機能が必要と予想されます。
5 自由度器用なロボット ・ マニピュレーターの体外のロボット米国システムの重要なコンポーネントとして使用されている詳細な設計・組立方法を提案します。マニピュレーターは、いくつかの軽量な 3 D 印刷可能なリンク、カスタムメイドの共同機構、および組み込み安全クラッチで構成されています。自由度の特定の配置では、プローブの調整で、患者と衝突することがなく小さな領域に簡単で安全な操作を許可する完全な柔軟性を提供します。提案の多自由度マニピュレーターは米国スキャンを実行する完全にアクティブな自由度と完全な米国ロボットを形成するため、従来 3 DOF グローバル位置決め機構に患者と接触して、主要なコンポーネントことができます単に接続されているように動作するように目指しています。

<table><tbody><tr><td>3Dプリントリンク L0</td><td>3Dプリントサービス</td><td>1</td><td>図1に示すように、STLファイル提供の</td></tr><tr><td>3Dプリントリンク L1</td><td>3Dプリントサービス</td><td>1</td><td>図1に示すように、</td></tr><tr><td>3DプリントリンクL2</td><td>3Dプリントサービス</td><td>1</td>提供のSTLファイルを使用 <td>図1に示すように、 3D</td></tr><tr><td>プリントリンクL3</td><td>3Dプリンティングサービス</td><td>1</td>を提供する<td>STLファイルを使用して、図1に示すように、</td></tr><tr><td>3DプリントリンクL4</td><td>3Dプリンティングサービス</td><td>1</td>を提供するSTL<td>ファイルを使用して、図1に示すように、</td></tr><tr><td>3Dプリントされたエンドエフェクタ</td><td>3Dプリンティングサービス</td><td>1</td>を提供するSTLファイルを使用して<td>、図1に示すように、 STLファイル提供</td></tr>の<tr><td>20歯平歯車</td><td>3D印刷サービス</td><td>12</td><td>0.5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</td></tr>の<tr><td>18歯の斜歯車</td><td>3D印刷サービス</td><td>2</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>120歯平歯車(タイプA)</td><td>3D印刷サービス</td><td>1</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>120歯平歯車(タイプB)</td><td>3Dプリンティングサービス</td><td>2</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>120歯平歯車(タイプC)</td><td>3Dプリンティングサービス</td><td>1</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>歯長平歯車</td><td>3D印刷サービス</td><td>1</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>歯ベベルギア</td><td>3D印刷サービス</td><td>1</td><td>0.5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</td></tr><tr><td>ベアリング(37 mm O.Dおよび30 mm I.D)</td><td>ベアリングステーション株式会社、英国</td><td>5</td><td>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</td></tr><tr><td>ベアリング(12 mm O.Dおよび6 mm I.D)</td><td>ベアリングステーション株式会社、英国</td><td>2</td><td>ベアリングサイズとサプライヤーは、</td></tr><tr><td>ベアリング(32 mm O.Dおよび25 mm I.D)</td><td>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</td><td>1</td>ベアリング<td>のサイズとサプライヤーは、ベアリング</td></tr><tr><td>(8 mm ODおよび5 mm I.D)</td><td>ベアリングステーション株式会社、英国</td><td>2</td>ベアリング<td>サイズとサプライヤーは、</td></tr><tr><td>プラスチック/金属シャフト(6 mm O.D、70 mm長)</td><td>TRファスニング株式会社、英国</td><td>1</td>など<td>、M6ボルトとナットプラスチック</td></tr><tr><td>/金属シャフト(5 mm O.D、 長さ70 mm)</td><td>TR Fastenings Ltd.、英国</td><td>1</td><td>例えば、M5ボルトとナットである可能性があります</td></tr><tr><td>ボールスプリングペア</td><td>WDS Ltd.、英国</td><td>4</td><td>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</td></tr><tr><td>クラッチカバー</td><td>3Dプリントサービス</td><td>2</td><td>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</td></tr><tr><td>3Dプリントシャフト</td><td>カラー3Dプリントサービス</td><td>1</td><td>35 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</td></tr><tr><td>3Dプリントエンドエフェクタ</td><td>カラー3Dプリントサービス</td><td>1</td>図<td>2に示すように、STLファイル提供小型</td></tr>ギア<tr><td>ステッピングモーターAOLONG</td><td>TECHNOLOGY Ltd.、 中国</td><td>14</td><td>部品番号:GM15BYS;内部ギヤ比232:1か150:1、すべて許容可能</td></tr></tbody></table>

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

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

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.

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...

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。

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

私たちは、臨床的使用への変換を目指すスポークロボットマニピュレータ余分な体外超音波を開発しました。超音波診断のためのロボットシステムの使用は、潜在的に医療診断を改善することができます。マニピュレータは鉛重量で構成されているので、印刷可能なものは、機械的なクラッチが特徴のプラスチックから離れて、。クラッチは電気システムおよびsuferalの論理から独立している。ロボット超音波マニピュレーターは、反復的なひずみ傷害のリスクを軽減するためにステノグラファーによって使用することができる。システムはまた超音波の診断のために使用することができる。マニピュレータは、超音波の事前調整のための完全な柔軟性を提供し、小さな領域で簡単かつ安全な操作を可能にします。潜在的には、他の医療機器を操作するためにも使用できます。まず、この資料の補足資料に記載されている STL ファイルを使用し、すべてのリンクとエフェクタを印刷します。独自の3Dプリンタ、または3D印刷サービスを使用して、ABS PLAまたはナイロンを使用して印刷します。また、ここに示されているすべての必要な追加コンポーネントを印刷するためにナイロンを使用します。必要に応じて、3D印刷から残った補助材料を取り除き、研磨ツールで印刷されたすべてのプラスチック部品を磨きます。4つの小さなギア付きステッパーモーターに20歯の拍車ギアを取り付けます。次に、ステッパーモーターをリンクゼロの山の空洞に配置し、ネジで取り付けます。次に、2つの37ミリメートルの外径軸受をリンクゼロのベアリングハウジングに配置します。その後、120歯タイプAスパーギアをリンク1の六角形キーに固定します。次に、リンク1のシャフトをリンクゼロのシャフトホールに挿入し、4つの小さな駆動スパーギアを装着し、大きな駆動スプリギアを装着します。次に、シャフトの襟を組み立ててシャフトを固定し、保持します。20歯の拍車歯を別の4つの小さなギア付きステッパーモーターに取り付けます。次に、ステッパーモーターをリンク1の取り付けキャビティに入れ、ネジで取り付けます。次に、2つの120歯タイプBスパーギアを237ミリメートルの外径ベアリングに取り付けます。リンク1のギアキャビティに配置し、120歯タイプBスパーギアはモーターに取り付けられた20歯のスパーギアに従事します。2つの120歯タイプBスパーギアの容易な位置を可能にするために、必要に応じてモーターを再ねじ込みます。ギアを配置し、1つを配置し、2つをリンクし、ベアリングとボールスプリング梨をリンク2のクラッチホールに挿入します。2つの丸いクラッチカバーが整列し、プリロードのためのクラッチ機構にスプリングを押し込むと、リンク1と2のボアにM6ボルトを挿入します。最後にアセンブリを反対側に回転させ、この側の手順 4.3 を繰り返します。M6ボルトにナットを取り付けて、アセンブリを固定します。20歯のスパーギアを2つの小さなギア付きステッパーモーターに取り付け、ステッパーモーターをリンク2の取り付けキャビティに入れ、ネジで取り付けます。次に、120歯型cのスパーギアのベアリングハウジングに37ミリメートルの外径ベアリングを配置します。また、リンク3のベアリングハウジングに32ミリメートルの外径ベアリングを配置します。大きなスパーギアをリンク3の六角形のキーホールに固定し、必要に応じて追加のネジを使用します。次に、小さなスパーギアと大きなスパーギアが係合している間に、リンク2のシャフトを大きなスパーギアのボーアに挿入し、3つをリンクします。2つの小さなギア付きステッパーモーターをLink 3の取り付け用キャビティに入れ、ネジで取り付けます。その後、8ミリメートルの外径ベアリングをリンク4のベアリングハウジングに配置します。2本の小さなステッパーモーターに20本の長いスパーギアを取り付けます。駆動された140の14番目のベベルギアをリンク4の押し出しに置きます。2つの小さなギア付きステッパーモーターに18歯のベベルギアを取り付けます。次に、ステッパーモーターをリンク4の取り付けキャビティに入れ、ネジで取り付けます。最後に、M5シャフトをリンク3のシャフトホールに挿入し、2つのリンクが揃った後に4つリンクします。20歯の長いスパーギアとリンク4マッチに内蔵の駆動ビール構造を確認してください。最後に、エンドエフェクタを大きなベベルギアのキーウェイに挿入し、エンドエフェクタのカラーをねじ込んでエンドエフェクタを垂直に配置します。ここに組み立てられたロボットマニピュレータには、5つの特別な形状のリンクと、米国のプローブを移動、保持、および局所的に傾けるための5つのリボルトジョイントがあります。プローブは、任意の角度に軸方向に回転させることができます。ゼロ度のサーフェス角度に従うように傾き、水平方向に 110 度に傾けます。そして、360ミリメートルの直径を持つ円の中に配置されます。提案されたロボット私たちマニピュレータを使用する場合、プローブ位置の広い範囲は、残りの全地球測位機構のわずかな動きだけで到達する。ここでは、腹部ファントムの周りの位置にあるロボットを示すシミュレーションは、腹部の両側と上の位置の範囲の周りに到達できることを実証しています。これらのステップを実行する際には、駆動装置、および駆動用ギアが適切に機能するためには、適切に取り組む必要があることを覚えておくことが重要です。この手順に従って、ロボットマニピュレータのオリジナル設計を組み立てることができ、他の腹部の外科装置を保持し、配置するための賢明な強盗に変換することができます。提案されたマニピュレータを使用して、研究者は現在、ロボット超音波技術の潜在的な臨床的用途を探求し、診断結果を改善するために異なる作成されたモードを実験するための軽量デバイスを持っています。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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学ぶ体外超音波検査用ロボットマニピュレーターの設計と実装。5自由度の軽量3Dプリント構造と機械式クラッチを備え、医療従事者の繰り返し作業による負傷リスクを軽減し、診断の安全性と効率性を向上させる革新的な医療ロボットシステムです。

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