Projeto e fabricação de uma Unidade de elastômero para robôs modulares moles em Cirurgia Minimamente Invasiva

Summary

Este artigo descreve o projeto e a fabricação de uma unidade macia para manipuladores cirúrgicos. O módulo básico inclui três atuadores fluídicos flexíveis para obter flexão e alongamento omnidirecionais e um mecanismo baseado em interferência granular para permitir o controle da rigidez. Uma caracterização mecânica completa também é relatada.

Abstract

Nos últimos anos, as tecnologias de robótica macios têm despertado crescente interesse na área médica devido a sua interação intrinsecamente segura em ambientes não estruturados. Ao mesmo tempo, novos procedimentos e técnicas têm sido desenvolvidas para reduzir a capacidade invasiva de operações cirúrgicas. Cirurgia minimamente invasiva (MIS) foi empregada com sucesso para intervenções abdominais, no entanto procedimentos padrão MIS baseiam-se principalmente em instrumentos rígidos ou semi-rígidos que limitam a habilidade do clínico. Este artigo apresenta um manipulador hábil suave e alta para MIS. O manipulador foi inspirado pelas capacidades biológicas do braço polvo, e é projetado com uma abordagem modular. Cada módulo apresenta as mesmas características funcionais, conseguindo alta habilidade e versatilidade quando mais módulos são integrados. Detalhes O papel do desenho, processo de fabrico e os materiais necessários para o desenvolvimento de uma única unidade, que é fabricada por casting silicone dentro de moldes específicos. O resultado consiste em um cilindro elastomérico incluindo três actuadores pneumáticos flexíveis que permitem o alongamento e flexão omnidireccional da unidade. Uma bainha entrelaçada externo melhora o movimento do módulo. No centro de cada módulo um mecanismo de bloqueio à base de granulado varia a rigidez da estrutura durante as tarefas. Os testes demonstram que o módulo é capaz de dobrar-se para 120 ° C e a alongar-se para 66% do comprimento inicial. O módulo gera uma força máxima de 47 N, e a sua rigidez pode aumentar até 36%.

Introduction

As tendências recentes no campo da medicina estão pressionando por uma redução da capacidade de invasão de operações cirúrgicas. Cirurgia minimamente invasiva (MIS) foi melhorado com sucesso nos últimos anos para operações abdominais. Procedimentos MIS baseiam-se na utilização de ferramentas introduzidas através de quatro ou de cinco pontos de acesso (Trocars) colocados na parede abdominal. A fim de reduzir o número de trocartes, os instrumentos podem ser inseridos por laparoscopia porta única (SPL) ou cirurgia endoscópica Translumenal orifício natural (NOTAS) ^1. Estes procedimentos evitar cicatrizes visíveis externos, mas aumentar a dificuldade para os cl....

Protocol

Nota: Este protocolo descreve as fases de fabricação de um único módulo, que inclui as câmaras de fluidos, canal de endurecimento, condutas de actuação e a bainha externa. O procedimento a seguir deve ser executado sob um exaustor e vestindo casaco e luvas de laboratório por razões de segurança. Como mencionado anteriormente, o processo de fabrico da unidade elastomérica baseia-se na utilização sequencial de moldes concebidos com software de CAD. Eles são compostos das 13 peças mostradas na Figura 2 e listados na Tabela 1.

1. Preparação do silicone

1. Pesar 12 g de componente A e ....

Results

As várias fases do fabrico, descrito no protocolo, são ilustradas na Figura 3.

A fim de avaliar a eficácia da técnica e os resultados do protótipo final, o módulo foi testado em diferentes condições de trabalho. Uma configuração externa permite o controle de ambos o accionamento e a rigidez do módulo. Ele inclui um compressor de ar que activa três válvulas. Eles estão ligados aos tubos silicónicos integradas nas câmaras e permitir a sua pressurização. Uma bo.......

Discussion

A técnica descrita neste protocolo permite a fabricação de uma unidade macia acionada pneumaticamente utilizável para estruturas modulares compatíveis. Graças ao design dos moldes e à sua montagem simples, é possível fabricar um módulo completo em cerca de 4 horas com 7 etapas principais. O processo de fabricação envolve materiais específicos, que estão facilmente disponíveis, e o trabalho deve ser realizado sob uma hotte. Uma configuração externa, incluindo válvulas de ar, compressor de ar e bomba de vácuo, é necessária.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Kit de teste Ecoflex 00-50	SmoothOn		Usado para a fabricação da unidade macia, combinando quantidades iguais de partes líquidas A (a base) e B (o catalisador)
Látex	Antichità Belsito		Usado para a fabricação da membrana de bloqueio granular
Tubo de silicone curado com peróxido	Cole Parmer	T-06411-59	Usado para acionar as câmaras e aplicar mangas
trançadas expansíveis PET a	RS	408-249	Usado para a fabricação da bainha trançada externa
Borracha de silicone	Momentive	127374	Usado para fixar os tubos de atuação ao módulo
Parafilm	Cole Parmer	EW-06720-40	Utilizado para fixar a membrana de látex ao tubo de vácuo
Hotte Secuflow	Groupe Waldner		Espaço de trabalho
Balança de precisão	KERN EW		Utilizado para pesar silicone, látex e café em pó
Forno/desgaseificador	Heraeus		Utilizado para desgaseificar o silicone e reduzir o seu tempo de cura
Bomba de vácuo		de vácuo DVP	Usado para aplicar vácuo à membrana de látex