Este documento apresenta a concepção e implementação de um manipulador robótico sob medida para exame ultra-sonográfico extra corpórea. O sistema possui cinco graus de liberdade com articulações leves feitas por impressão 3D e uma embraiagem mecânica para gestão da segurança.
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Artigo de método
Concepção e implementação de um manipulador robótico sob medida para ultra-som extra corpórea
Neste artigo
Resumo
Resumo
Com o potencial de alta precisão, destreza e repetibilidade, um sistema robótico Self controlado pode ser empregado para auxiliar a aquisição de ultra-som em tempo real. No entanto, números limitados de robôs projetados para ultra-som extra corpórea foram traduzidos com êxito para uso clínico. Neste estudo, pretendemos construir um manipulador robótico sob medido para o exame de ultra-som extra corpórea, que é leve e tem uma pegada pequena. O robô é formado por cinco links de forma especial e sob medidos conjuntos mecanismos para manipulação de sonda, para cobrir o alcance necessário de movimento com redundantes de graus de liberdade para garantir a segurança do paciente. A segurança mecânica é enfatizada com um mecanismo de embreagem, para limitar a força aplicada aos pacientes. Como resultado do projeto, o peso total do manipulator é inferior a 2 kg e o comprimento do manipulator é cerca de 25 cm. O projeto foi implementado e simulação, foram efectuados estudos de fantasmas e voluntários, para validar a amplitude de movimento, a capacidade de fazer ajustes finos, confiabilidade mecânica e a operação segura da embreagem. Este documento detalha a concepção e implementação do manipulator ultrassom robótico sob medida, com os métodos de concepção e montagem ilustrados. Resultados de testes para demonstrar os recursos de design e experiência clínica do uso do sistema são apresentados. Conclui-se que o atual manipulador robótico proposto atende aos requisitos como um sistema sob medido para exame ultra-sonográfico extra corpórea e tem um grande potencial para ser traduzido para uso clínico.
Introdução
Um sistema de ultrassom robótico extra corpórea (EUA) refere-se à configuração no qual um sistema robótico é utilizado para segurar e manipular uma sonda dos EUA para exames externos, incluindo seu uso em imagiologia abdominal cardíaca, vascular, obstétrica e geral1 . O uso de tal sistema robótico é motivado por desafios de manualmente, segurar e manipular uma sonda dos EUA, por exemplo, o desafio de encontrar vistas dos EUA padrão exigidas pelos protocolos clínicos de imagem e o risco de lesão de esforço repetitivo2, 3,4, e também pelas necessidades ....
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Protocolo
1. preparação de cada Link, extremidade-effector e componentes adicionais
- Imprimir todos os links (L0, L1, L2, L3e L4) e a extremidade-effector, conforme mostrado na Figura 1, com acrilonitrila butadieno estireno (ABS) plástico, plástico de (PLA) ácido polilático ou nylon, usando uma impressão 3D serviço. Uso o. Arquivos STL fornecidos nos Materiais complementares ao imprimir.
Nota: As alterações em forma e escala de cada parte podem ser feitas com base nos arquivos fornecidos. O perfil interior do extremidade-effector pode ser mudado para caber diferente....
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Resultados
Seguindo o protocolo, o sistema resultante é um manipulador robótico com cinco links de forma especial (L0 a L4) e cinco articulações revolute (J1 J5) para mover, segurando e inclinação localmente uma sonda dos EUA (Figura 8). A articulação de alta rotação (J-1), com mecanismos de engrenagem atuados por quatro motores, pode girar as seguintes estruturas de 360 °, para permitir que a sonda dos EUA apontar .......
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Discussão
Ao contrário de muitos outros robôs industriais que foram traduzidos em aplicações médicas, o manipulador robótico proposto descrito no protocolo foi projetado especificamente para exames de Estados Unidos de acordo com requisitos clínicos para a amplitude de movimento, aplicação de força e de gestão de segurança. O manipulador robótico leve em si tem uma ampla gama de movimentos suficientes para a maioria dos extra corpórea dos EUA digitalização, sem a necessidade de grandes movimentos do mecanismo de posicionamento glo.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo Wellcome Trust IEH prêmio [102431] e pelo centro Wellcome/EPSRC para engenharia médica [WT203148/Z/Z/16]. Os autores reconhecem apoio financeiro por parte do Ministério da saúde através do Instituto Nacional de pesquisa de saúde (NIHR) abrangente centro de investigação biomédica adjudicação de Guy & St Thomas' NHS Foundation Trust em parceria com o rei do College London e do King College Hospital NHS Foundation Trust.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Link impresso em 3D L0Serviço de | impressão 3D | 1 | Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido |
| Link impresso em 3D L1 | 3D Serviço de impressão 1 | Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido | |
| Link impresso em 3D L2 | 3D Serviço de impressão | 1 | Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido |
| Link impresso em 3D L3 | 3D | Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido | |
| Link impresso em 3D L4 | 3D | Serviço | Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido |
| Serviço de impressão 3D | do efetor final impresso em 3D | 1 Conforme mostrado na Figura 1, com o arquivo STL fornecido | |
| serviço de impressão 3D | de engrenagem reta de 20 dentes | 12 | módulo de 0,5, largura de face de 5 mm, com rasgo de chaveta de montagem, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| serviço de impressão 3D | de engrenagem cônica de 18 dentes | 2 | módulo de 0,5, largura de face de 5 mm, com rasgo de chaveta de montagem, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Engrenagem reta de 120 dentes (Tipo A) | Serviço de impressão 3D | 1 | Módulo de 0,5, largura de face de 6 mm, com chaveta de montagem, caixa de rolamentos e furo, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Engrenagem reta de 120 dentes (Tipo B) | Serviço de impressão 3D | 2 | Módulo de 0,5, largura de face de 6 mm, com furos de retenção, caixa de rolamento e furo, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Engrenagem reta de 120 dentes (Tipo C) | Serviço de impressão 3D | 1 | Módulo de 0,5, largura de face de 6 mm, com chaveta de montagem, caixa de rolamentos e furo, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Serviço de impressão 3D | de engrenagem reta de 20 dentes de comprimento 1 | Módulo de 0,5, largura de face de 21,5 mm, com rasgos de chaveta de montagem, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido | |
| Serviço de impressão 3D | de engrenagem cônica de 144 dentes | 1 | módulo de 0,5, Largura da face de 7 mm, com rasgos de chaveta de montagem, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Rolamento (37 mm OD e 30 mm DI) | Bearing Station Ltd., UK | 5 | O tamanho e o fornecedor do rolamento podem ser variados |
| Rolamento (12 mm OD e 6 mm DI) | Bearing Station Ltd., UK | 2 | O tamanho e o fornecedor do rolamento podem ser variados |
| Rolamento (32 mm OD e 25 mm DI) | Bearing Station Ltd., Reino Unido | 1 | O tamanho e o fornecedor do rolamento podem ser variados |
| Rolamento (8 mm de diâmetro externo e 5 mm de diâmetro interno) | Bearing Station Ltd., Reino Unido | 2 | O tamanho e o fornecedor do rolamento podem ser variados |
| Eixo de plástico/metal (6 mm de diâmetro externo, 70 mm de comprimento) | TR Fastenings Ltd., Reino Unido | 1 | por exemplo, Pode ser um parafuso M6 e uma porca |
| Eixo de plástico/metal (5 mm de diâmetro externo, 70 mm de comprimento) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | p. ex. Pode ser um parafuso M5 e uma porca |
| Pares de molas esféricas | WDS Ltd., UK | 4 | O número de pares de molas esféricas pode variar para ajustar a força de acionamento da embreagem Tampas da |
| embreagem | Serviço de impressão 3D | 2 | 104 mm O.D, largura da face de 5 mm, furo de 6 mm, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Serviço de impressão 3D | de colar de eixo impresso em 3D | 1 | 35 mm OD e 30 mm ID, largura de face de 8 mm, conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| impressão 3D | de colar efetor impresso em 3D | 1 | Conforme mostrado na Figura 2, com o arquivo STL fornecido |
| Motores de passo com engrenagens pequenas | AOLONG TECHNOLOGY Ltd., China | 14 | Número da peça: GM15BYS; Relação de transmissão interna 232:1 ou 150:1, todos aceitáveis |
Referências
- 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).
- Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N.
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Reimpressões e permissões
