Ontwerp en implementatie van een op maat gemaakte Robot Manipulator voor extra lichamelijke echografie

Summary

Deze paper introduceert het ontwerp en de uitvoering van een op maat gemaakte robot manipulator voor extra lichamelijke echografie onderzoek. Het systeem heeft vijf graden van vrijheid met lichtgewicht gewrichten gemaakt door 3D printen en een mechanische koppeling voor veiligheidsbeheer.

Abstract

Met de mogelijkheden voor hoge precisie, beweeglijkheid en herhaalbaarheid, kan een zelf bijgehouden robotic systeem worden gebruikt om te helpen het verwerven van real-time echografie. Echter zijn beperkt aantal robots ontworpen voor extra lichamelijke echografie met succes vertaald in klinisch gebruik. In deze studie willen we het bouwen van een op maat gemaakte robot manipulator voor extra lichamelijke echografie onderzoek, dat is lichtgewicht en heeft een kleine voetafdruk. De robot wordt gevormd door vijf speciaal gevormde links en op maat gemaakte gemeenschappelijke mechanismen voor de manipulatie van de sonde, ter dekking van de noodzakelijke bereik van de beweging met redundante vrijheidsgraden om de veiligheid van de patiënt te waarborgen. De mechanische veiligheid wordt benadrukt met een koppeling mechanisme, tot het beperken van de kracht toegepast op patiënten. Als gevolg van het ontwerp, het totale gewicht van de manipulator is minder dan 2 kg en de lengte van de manipulator is ongeveer 25 cm. Het ontwerp heeft gelegd, en simulatie, phantom vrijwilliger studies zijn uitgevoerd, voor het valideren van het bereik van de beweging, de mogelijkheid om nauwkeurige wijzigingen, mechanische betrouwbaarheid en de veilige exploitatie van de koppeling. Dit document gedetailleerd het ontwerp en de uitvoering van de op maat gemaakte robotic echografie manipulator, met de constructie- en montage methoden geïllustreerd. Testresultaten om aan te tonen de ontwerpfuncties en klinische ervaring van het gebruik van het systeem worden gepresenteerd. Geconcludeerd wordt dat de huidige voorgestelde robot manipulator voldoet aan de vereisten als een op maat gemaakte systeem voor extra lichamelijke echografie onderzoek en heeft een groot potentieel in klinische gebruik worden vertaald.

Introduction

Een extra lichamelijke robotic echografie (VS)-systeem verwijst naar de configuratie waarin een robot-systeem wordt gebruikt om te houden en manipuleren van een Amerikaanse sonde voor externe onderzoeken, met inbegrip van het gebruik ervan in de cardiale, vasculaire, verloskundige en algemene-abdominale imaging¹ . Het gebruik van een dergelijk robotic systeem is gemotiveerd door de uitdagingen van handmatig holding en manipuleren van een Amerikaanse sonde, bijvoorbeeld, de uitdaging van het vinden van de standaardweergaven van de VS vereist door klinische beeldvorming protocollen en het risico van repetitive strain injury²

Protocol

1. bereiding van elke koppeling einde-effector en aanvullende onderdelen

1. Alle links (L₀, L₁, L₂, L-₃en L₄) en de einde-effector afdrukken zoals weergegeven in Figuur 1, met acrylonitril butadieen styreen (ABS) kunststof, polylactic acid (PLA) plastic of nylon, met behulp van een 3D-printing dienst. Gebruik de. STL-bestanden die worden geleverd in de Aanvullende materialen bij het afdrukken.
   Opmerking: Wijzigingen in de vorm en de omvang van elk onderdeel kunnen worden aangebracht op basis op de meegeleverde bestanden. De innerlijke Profiel van de einde-ef....

Results

Naar aanleiding van het protocol is het resulterende systeem een robot manipulator met vijf speciaal gevormde links (L₀ tot en met L₄) en vijf kwamen gewrichten (J-₁ tot en met J₅) verplaatsen, bedrijf en lokaal kantelen een Amerikaanse sonde (Figuur 8). Het bovenste rotatie gewricht (J₁), met versnelling mechanismen bediend door vier motoren, kunt draaien de volgende structuren 360 °, zodat de Amerikaans.......

Discussion

In tegenstelling tot vele andere industriële robots die zijn vertaald in medische toepassingen, is de voorgestelde robot manipulator beschreven in het protocol speciaal ontworpen voor de Amerikaanse onderzoeken volgens klinische eisen voor het bereik van de beweging, toepassing van geweld, en de veiligheid van het beheer. De lichtgewicht robot manipulator zelf heeft een breed scala van bewegingen voldoende voor de meeste extra lichamelijke VS scannen, zonder de noodzaak van grote bewegingen van het global positioning mec.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-printed link L0	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
3D-printed link L1	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
3D-printed link L2	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
3D-printed link L3	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
3D-printed link L4	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
3D-printed end-effector	3D printing service	1	As shown in Figure 1, with the STL file provided
20-teeth spur gear	3D printing service	12	0.5 module, 5 mm face width, with mounting keyway, as shown in Figure 2, with the STL file provided
18-teeth bevel gear	3D printing service	2	0.5 module, 5 mm face width, with mounting keyway, as shown in Figure 2, with the STL file provided
120-teeth spur gear (Type A)	3D printing service	1	0.5 module, 6 mm face width, with mounting keyway, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided
120-teeth spur gear (Type B)	3D printing service	2	0.5 module, 6 mm face width, with detent holes, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided
120-teeth spur gear (Type C)	3D printing service	1	0.5 module, 6 mm face width, with mounting key, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided
20-teeth long spur gear	3D printing service	1	0.5 module, 21.5 mm face width, with mounting keyways, as shown in Figure 2, with the STL file provided
144-teeth bevel gear	3D printing service	1	0.5 module, 7 mm face width, with mounting keyways, as shown in Figure 2, with the STL file provided
Bearing (37 mm O.D and 30 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	5	Bearing size and supplier can be varied
Bearing (12 mm O.D and 6 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	2	Bearing size and supplier can be varied
Bearing (32 mm O.D and 25 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	1	Bearing size and supplier can be varied
Bearing (8 mm O.D and 5 mm I.D)	Bearing Station Ltd., UK	2	Bearing size and supplier can be varied
Plastic/metal shaft (6 mm O.D, 70 mm long)	TR Fastenings Ltd., UK	1	e.g. Could be an M6 bolt and a nut
Plastic/metal shaft (5 mm O.D, 70 mm long)	TR Fastenings Ltd., UK	1	e.g. Could be an M5 bolt and a nut
Ball-spring pairs	WDS Ltd., UK	4	Numbers of ball-spring pairs could varied to adjust the triggering force of the clutch
Clutch covers	3D printing service	2	104 mm O.D, 5mm face width, 6 mm bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided
3D-printed shaft collar	3D printing service	1	35 mm O.D and 30 mm I.D, 8mm face width, as shown in Figure 2, with the STL file provided
3D-printed end-effector collar	3D printing service	1	As shown in Figure 2, with the STL file provided
Small geared stepper motors	AOLONG TECHNOLOGY Ltd., China	14	Part number: GM15BYS; Internal gear ratio 232:1 or 150:1, all acceptable