Summary
Bu kağıt tasarım ve ekstra cismani ultrasonografi için ısmarlama bir robot manipülatör uygulanması tanıtır. Sistem ile 3D baskı ve emniyet yönetimi için mekanik bir debriyaj tarafından yapılan hafif eklem özgürlük beş derece vardır.
Abstract
Yüksek hassasiyetli, el becerisi ve tekrarlanabilirlik potansiyeli ile kendi kendine izlenen bir robotik sistem gerçek zamanlı ultrason edinimi yardımcı olmak için istihdam edilebilir. Ancak, sınırlı sayıda ekstra cismani ultrason için tasarlanan robot başarıyla klinik kullanıma çevrilmiş. Bu çalışmada, hafif ve küçük bir ayak izi vardır ekstra cismani ultrason muayenesi için ısmarlama bir robot manipülatör oluşturmak hedefliyoruz. Robot beş özel olarak şekillendirilmiş bağlantıları ve hareket gereksiz serbestlik ile hasta güvenliğini sağlamak için gerekli aralığı kapsayacak şekilde sonda manipülasyon için ısmarlama ortak mekanizmaları tarafından oluşturulur. Mekanik emniyet hastalara uygulanan kuvvet sınırlamak için bir debriyaj mekanizmalı vurgulanmaktadır. Tasarım, bir sonucu olarak manipülatör toplam ağırlığı 2 kg daha az ve manipülatör uzunluğu yaklaşık 25 cm. Tasarımı hayata geçirdi ve simülasyon, hayalet ve gönüllü çalışmalar gerçekleştirdik, hareket, ince ayar, mekanik ve debriyaj güvenli çalışma yapma yeteneğini aralığını doğrulamak için. Bu kağıt tasarım ve ısmarlama robot ultrason manipülatör uygulanması resimli tasarım ve montaj yöntemleri ile detayları. Test sonuçları sistem kullanarak klinik deneyimi ve tasarım özellikleri göstermek için sunulmuştur. Geçerli önerilen robot manipülatör ekstra cismani ultrasonografi için ısmarlama bir sistem olarak bu gereksinimleri karşılıyorsa ve klinik kullanıma çevrilmesi gereken büyük bir potansiyele sahip sonucuna varılmıştır.
Introduction
Bir ekstra cismani robot ultrason (ABD) sistemi içinde bir robotik sistem tutun ve bir ABD sonda kalp, damar, obstetrik ve genel karın görüntüleme1 dahil olmak üzere dış muayene için işlemek için kullanılan yapılandırma gösterir . Robotik sistem kullanımı motive tarafından el ile tutarak ve bir ABD sonda, örneğin, klinik görüntüleme protokoller ve tekrarlayan gerilme yaralanması2, riski için gerekli standart ABD Gösterim bulma meydan düzenleme sorunları 3,4, ve aynı zamanda bizi programları eleme ihtiyaçlarını tarafından Örneğin, sonographers yerinde5,6olmak gereksinimini deneyimli. Farklı işlevleri ve hedef anatomileri vurgular ile birkaç robot ABD sistemleri, önceki works1,7,8' de, gözden olarak ABD'nin farklı yönlerini geliştirmek için 1990 yılından bu yana ortaya konan muayene (Örneğin, uzun mesafe teleoperation9,10,11,12, hem de robot operatör etkileşimi ve otomatik kontrol)13, 14. tanılama amacıyla kullanılan robotik ABD sistemlerinin yanı sıra, robotik yoğun odaklı ultrason (HIFU) sistemleri için tedavi amaçlı yaygın olarak Priester vd tarafından özetlenen araştırdık 1, en son ilerleme raporlaması bazı son işleri15,16 .
Denetim ve klinik çalışması için nispeten güvenilir teknolojileriyle birkaç robot ABD sistemleri geliştirilmiştir rağmen sadece birkaç tanesi başarıyla piyasada bulunan tele-ultrason sistemi gibi klinik kullanıma çevrilmiş 17. olası bir nedeni olduğunu kabul hasta ve sonographers açıdan bir klinik ortamda çalışma büyük boyutlu endüstriyel görünümlü robotlar için düşük düzeyde. Ayrıca, emniyet yönetimi için izlemek ve kuvvet pasif sınırlamak için daha temel mekanik emniyet mekanizmaları genellikle kullanılabilir değil ABD sonda uygulanan basınç kontrol için kuvvet sensörleri mevcut ABD robotlar çoğunluğu güveniyor . Bu aynı zamanda robot operasyon Emanet elektrik sistemleri ve yazılım mantık tamamen bağımlı olacak gibi klinik kullanıma çevirirken endişeleri neden olabilir.
3D son gelişmeler ile baskı teknikleri, özel ısmarlama ortak mekanizmaları ile plastik bağlantılar şeklinde gelişen ısmarlama tıbbi robotlar için yeni bir fırsat sağlayabilir. Özenle tasarlanmış hafif bileşenleri bir kompakt görünüm ile klinik kabul artırabilirsiniz. Özellikle ABD muayene, klinik kullanıma tercüme ediliyor amaçlı bir ısmarlama tıbbi robot kompakt, yeterli serbestlik (DOFs) ve bölge taraması ilgi karşılamak için hareket aralığını olmalıdır; Örneğin, karın yüzey, göbek kenarlarına ve üst de dahil olmak üzere. Ayrıca, robot da yetenek ABD görünümü elde etmek için yerel bir bölgede ABD inceleyebilirsek ince ayar yapmak birleştirmek gerektiğini. Bu genellikle sonda olarak Essomba vd tarafından önerilen belirli bir Aralık içindeki devirme hareketleri içerir 18 ve Bassit19. Daha fazla güvenlik endişelerini gidermek için sistem elektrik sistemleri ve yazılım mantık bağımsız olan pasif mekanik emniyet özellikleri olmalıdır bekleniyor.
Bu yazıda, biz ekstra cismani bir robot ABD sistemi oluşturan anahtar bileşen kullanılan bir 5-DOF becerikli robot manipülatör, detaylı tasarım ve montaj yöntemi mevcut. Manipülatör çeşitli hafif 3D yazdırılabilir bağlantılar, özel yapım ortak mekanizmaları ve yerleşik güvenli debriyaj oluşur. DOFs belirli düzenleme sonda ayarlamaları, kolay ve güvenli işlemleri küçük bir alanda hasta ile çarpışma olmadan izin için tam esneklik sağlar. Hasta ile temas halinde olup ana bileşeni sadece ABD tarama gerçekleştirmek için tam etkin DOFs ile tam bir ABD robot oluşturmak için herhangi bir geleneksel 3-DOF küresel konumlandırma bir mekanizma için bağlı olarak çalışmak için önerilen multi-DOF manipülatör amaçlamaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. hazırlık her bağlantının sonu-efektör ve ek bileşenler
- (L0, L1, L2, L3ve L4) tüm bağlantıları ve bitiş efektör Akrilonitril bütadien stiren (ABS) plastik, polylactic asit (PLA) plastik veya naylon, 3D baskı kullanarak Şekil 1' de gösterildiği gibi Yazdır Servisi. Kullanım. Yazdırma sırasında Ek materyalleri sağlanan STL dosyaları.
Not: Şekli ve ölçek her bölümü değişiklikleri sağlanan dosyalar üzerinde temel alınarak yapılabilir. Sonunda efektör iç profil farklı ABD probları uyacak şekilde değiştirilebilir. - Tüm gerekli ek bileşenleri bir 3D baskı servisi kullanarak naylon, Şekil 2 ' de gösterildiği gibi yazdırın. Malzemeler tablo için her bileşen gerekli sayıda bakın. Kullanım. Yazdırma sırasında Ek materyalleri sağlanan STL dosyaları.
- Baskılı Plastik parçalar gerekirse araçları parlatma ile Lehçe. 3D Basım--dan sol herhangi bir destekleyici malzemeler kaldırın.
Not: Bazı yapıları sağlanan son-efektör tasarım rapor burada protokolünün bir parçası değil bir kuvvet sensör için ve derleme için kullanılmaz. Kuvvet sensör tasarım konsepti içinde önceki iş20bildirilmiştir; Bu nedenle, bu yazıda dışındadır.
2. müşterek 1 Meclisi
Not: resim 3ortak 1 (J1) Meclisi dayalı.
- Yer dört küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L0 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- İki 37 mm OD yatakları L0 yatak odalar yerleştirin ve üzerine altı köşe anahtar L1120-diş mahmuz dişli (tür A) güvenli.
- Çıkıntı yapan, dişli tahrik mili delik dört küçük sürüş teşvik ve büyük, L0 L1 üzerinde mil yerleştirin ve güvenli ve şaft mili yaka araya.
3. ortak 2 Meclisi
Not: Ortak 2 (J2) Meclisi Şekil 4üzerinde temel alır.
- Yer dört küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L1 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- İki 37 mm OD yatakları ve onlara L1, 120-diş spur gear (B tipi) ile 20-diş mahmuz gears ile nişanlı dişli boşluklar üzerinde motorlar monte konum iki 120-diş mahmuz vites (B tipi) ekleyin. Gevşetin ve motor iki 120-diş B tipi spur gear kolay konumlandırma izin vermek gerekirse yeniden sıkın.
- L1 ve L2 hizalayın ve rulman ve top-bahar çiftleri L2debriyaj deliklere yerleştirin. Hizalama ve bahar önyükleme için debriyaj mekanizma içine iterek iki yuvarlak debriyaj kapakları ile bir M6 civata L1 ve L2delikler yerleştirin.
- Derlemenin diğer tarafa döndür ve 3.3 adımlarda bu taraf için tekrarlayın. Derleme bir somun M6 civata takılarak emniyete alın.
4. ortak 3 Meclisi
Not: Ortak 3 (J3) Meclisi Şekil 5üzerinde temel alır.
- Koyun iki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L2 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- 120-diş spur gear (C tipi) taşıyan gövde içine taşıyan 37 mm OD yerleştirin ve L3yatak gövde içine taşıyan 32 mm OD yerleştirin.
- Büyük spur gear L3 altı köşe anahtar deliği güvenli (ek vida kullanılabilir gerekirse) ve büyük spur gear ve L3, küçük ve büyük çıkıntı yapan gears ile delikler mili L2 üzerine yerleştirin.
5. ortak 4 sürüş mekanizması Meclisi
Not: Şekil 6' da derleme ortak 4 (J4) temel alır.
- İki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar L3 montaj boşluklar yerleştirin ve onları vida ile monte. 8 mm OD yatakları L4yatak odalar yerleştirin.
- 20-diş uzun spur gear iki küçük Step motorlar üzerine monte.
6. ortak 4 ve ortak 5 Tahrik mekanizmasının Meclisi
Not: Ortak 4 (J4) Meclisi Şekil 6 ' da temel ve ortak 5 (J5) Şekil 7üzerinde temel alır.
- Tahrik 144 diş Konik dişli L4ekstrüzyon üzerine getirin.
- Koyun iki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (18-diş ile bağlı konik) L4 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin. Son olarak, iki Golf Sahası hizalanır sonra M5 şaftı L3 ve L4 şaft deliğe yerleştirin. L4 maçlar 20 diş uzun teşvik dişli ile tahrik dişli yapılarda inşa emin olun.
- Sonunda efektör büyük konik dişli anahtar yolu ekleme ve dikey olarak üzerine vidalı sonu-efektör yakalı son efektör yerleştirme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
, Ortaya çıkan sistem robot bir manipülatör beş özel olarak şekillendirilmiş bağlantıları (L0 L4) ve beş revolute eklem (J-1 J5) ile taşıma, holding ve yerel olarak bir ABD sonda (Şekil 8) devirme protokoldür. En iyi dönüş ortak (J1), dört motors tarafından tahrik dişli mekanizmaları ile döndürebilirsiniz 360 ° tarama alanının üst, alt ve yan karın gibi farklı açılardan doğru işaret edecek ABD sonda izin vermek için aşağıdaki yapıları. Ana devirme ortak (J2), dört motors tarafından tahrik dişli mekanizmaları ile tarama alanı yüzeyi ile hizalamak için sonda aşağı eğmek için kullanılır. Bu ortak güç yönetimi için çok önemli olarak da mekanik bir debriyaj topları, yaylar ve mandal delikler ile dahil oldu. Son üç dik revolute eklem (J3, J4ve J5) her iki motor tarafından tahrik dişli mekanizmaları ile bir yerel alan soruşturma ince ayar sağlayan sonda, devirme ve eksenel dönme denetlemek için kullanılır. Son revolute ortak, J5, ayrıca özel olarak şekillendirilmiş son efektör içinde bir ABD sonda montajı sağlar. Toplam ağırlığı ve genellikle hastanın vücut üzerine tek yapıdır, önerilen robot manipülatör uzunluğu 2 kg ve 25 cm daha azdır. Elde edilen tasarım sonda konum büyük bir aralığı önerilen robot ABD manipülatör kullanırken mekanizması konumlandırma küresel kalan sadece küçük hareketleri ile ulaşılabilir böyle olduğunu. Sadece kendi başına önerilen manipülatör göz önüne alındığında, sonda döndürülmüş eksenel her açıda 0 ° ile 110 ° arasında herhangi bir yönde yatay açılı ve buna ek olarak, 360 mm. çaplı bir daire içinde konumlandırılmış bir yüzey takip etmek hareket ettirildiğinde, Revolute eklem J3 ve J4 -180 ° ile 180 ° ve ABD sonda yerel ince ayar için kullanılan 45 °-30 ° aralıklar iki yönde devirme bir açı sağlar. Hareketleri ve devirme açıları aralıklarının ABD sınav olarak Essomba vd tarafından önerilen için ideal bir akustik pencere elde etmek için gerekli aralıkları karşılamak 18 ve Bassit19. Önerilen robot manipülatör teknik ayrıntılarını Şekil 8' de gösterilen koordinat tanımlarını temel Malzemeler tablo (Denavit-Hartenberg parametreleri ve ortak özellikleri), özetlenir. Tahmini sistem 500 GBP, geçerli üretim yöntemi, bileşenleri ve malzeme dayalı maliyetidir.
Bu araştırmada kullanılan bir örnek kol revolute esrar (R1) tam döndürme zinciri yöntemi ile sahip olduğu ve iki çubuk kol esaslı ayarla küresel konumlandırma sistemi ile paralel bağlantı mekanizmaları (R2 ve R3) istihdam Dişli sürücüler (Şekil 9). Bu 3-DOF mekanizması tam bir robot ABD sistemi oluşturmak için önerilen 5-DOF manipülatör ile çalışacaktır. Önerilen robot manipülatör ve bu araştırmalar için kullanılan seçeneği konumlandırma genel örnek göre Şekil 10 bir simülasyon örnek robot karın bir hayalet çevresinde konumlarda her iki ulaşmak mümkün olduğunu gösteren gösterir Karın ve bir üst konum aralığı. Hala hastanın vücut içinde gözlemlediği gibi uzak kalan mekanik yapıların en sonda geniş açılarla devirme sistem, özellikle yapılandırmaları J1 ve J2, gereksiz eklemlerde tasarımı sağlar Şekil 10. Sonuç olarak, iyi devirme ayarlamaları için sınırlı aralıklarda döndürmek için belirtilen son üç eklem ile (J3, J4ve J5), çarpışma robot hareketli parçaları ve hastanın vücut arasında önlenmiş olur.
Elektronik ve geliştirilen geleneksel Step motor kontrol sistemi ile deneyler çıkış gücü test etmek ve beklenen sıra-in devinim doğrulamak için gerçekleştirilmiş. Geçerli kontrol ünitesi mikrodenetleyiciler, Step motor sürücüler, güç kaynağı ve düzenleyiciler ve diğer destekleyici elektronik bileşenleri dahil bir kutudur. Kontrol kutusunu toplam boyutunu 40 cm uzunluğunda, 23 cm genişliğinde ve 12 cm derinde. Sistemi tekrar tekrar testlere dayanmaktadır, robotik manipülatör Şu anda uygulamayın en fazla kuvvet ayarlanır 27 N mekanik emniyet debriyaj tetiklenir önce aralığı 0 - olmak için önerilen sistemin güç çıkış belirtme 27 N. Mekanik debriyaj yapılandırma ile bu tekrarlanan test ederek debriyaj meşgul olduğunda, varsayılan konumda topları kısmen L1tetik delik olduğunu doğrulandı. Bu nedenle, sürücü, büyük teşvik gears hareketleri L2harekete. Ne zaman son-efektör aşırı güç sarf, ancak, debriyaj, L1tetik delik dışında hareketli topları ile devre dışı.
Malzemeler tablo içinde bildirilen her eklemin hareket aralığını da art arda doğrulanmış ve test. Robot manipülatör güvenilir çalışma uzun bir süre içinde kapsamlı bir fetal hayalet üzerinde test ve sürekli iç sağlıklı gönüllüler (Şekil 11) karın taramaları ile doğrulandı. Çalışma Yerel Etik Komitesi tarafından kabul edildi. Şimdiye kadar 20 gönüllü inceden inceye gözden geçirmek için robot manipülatör kullanarak genel abdominal ultrason Sınavları başarıyla esas olarak değerlendirmek fizibilite mekanik tasarım ve güvenilirlik için robot, temel yazılım denetim ile gerçekleştirilmiş. Hayalet ve gönüllü çalışmalardan robot manipülatör geçerli Tasarım gerekli gücü gerekli hareketi mesafeden ulaşabilirsiniz ve ABD el çalışması için benzer görüntüleri elde etmek için yeterince hassas ayar sağlar sonucuna varılmıştır Karın görüntüleme için sonda. Tüm bu taramaları için hiçbir güvenlik endişeleri veya rahatsız edici duygular gönüllüler tarafından rapor edilmiştir. Motorlar, mekanik oranları mekanizmalar ve güç seviyeleri yelpazesi doğrulanmadı öyle ki onlar aynı zamanda kaldırılacak kuvvetleri oluşturuluyorsa içinde kayma sonucu hastanın vücudunda sonda güvenilir hareketi sağlamak. Daha fazla bilgi bu devam gönüllü çalışma ve klinik kanıt robot kullanımı için ayrı olarak sunulacak.
Şekil 1: bilgisayar destekli tasarım (CAD) çizim (L0, L1,L2, L3ve L4) tüm bağlantıları ve bitiş efektör. Her bağlantı şeklinde referans 3D zaman sağlanan kullanarak yazdırma gösterilir. STL dosyaları. Sonunda efektör derlemede dahil bir ABD sonda ile gösterilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: CAD çizimi gerekli ek bileşenlerinin. Her bileşenin şekil 3D zaman sağlanan kullanarak yazdırma başvuru için gösterilir. STL dosyaları. Bileşenleri teşvik ve konik dişliler farklı boyutlarda, mili yaka, debriyaj kapak ve bir bitiş-efektör yaka içerir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: J1montaj talimatı. Gerekli bağlantılar, motorlar, dişliler ve yatakları, saydam olarak derleme göstermek için değişti bazı yapılar ile gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: J2montaj talimatı. Gerekli bağlantılar, motorlar, dişliler, top-bahar çiftleri ve yatakları, saydam olarak derleme göstermek için değişti bazı yapılar ile gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: J3montaj talimatı. Gerekli bağlantılar, motorlar, dişliler ve yatakları ile iki perspektif görünüm derleme göstermek için gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6: Derleme J4talimatı. , Gerekli bağlantılar, motorlar, dişliler ve yatakları belirtilen birleştirilmiş J4 mekanizması ile gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7: J5montaj talimatı. Gerekli bağlantı ve sonunda efektör, motor ve vites, saydam olarak derleme göstermek için değişti bazı yapılar ile gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8: bir ABD sonda tutarak son efektör ile önerilen 5-DOF robot manipülatör özetini. Her ortak koordinat tanımını ve birleştirilmiş manipülatör toplam boyutunu belirtilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9: CAD çizimi aygıt konumlandırma genel örneği. Bu kol esaslı aygıt test etmek için önerilen robot manipülatör ile çalışmak için kullanılır. Gösterimler ve ana boyutları çizimde gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 10: phantom çevresinde dört farklı tarama duruşlar kinematik simülasyonu. Bu yeterli bir tipik bir karın ABD tarama için hareket aralığını gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 11: uygulanan açıklanan protokolünü kullanarak ABD robot. (bir) mekanizması konumlandırma küresel örnekle robot manipülatör. (b) klinik bir hastanın karın bölgesi üzerinde önerilen robot manipülatör kullanım. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Malzemeler tablo: Denavit de dahil olmak üzere önerilen robot manipülatör teknik ayrıntılarını - Hartenberg parametreleri ve ortak teknik özellikleri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Ek dosyaları. 3D yazdırılabilir STL dosyaları. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tıbbi uygulamalar tercüme edilmiş birçok diğer endüstriyel robotlar, iletişim kuralında tanımlanan önerilen robot manipülatör özellikle ABD sınavları hareket aralığını klinik gereksinimlerine göre tasarlanmıştır, kuvvet ve emniyet yönetimi uygulaması. Hafif robot manipülatör kendisi hareketlerin çoğu ekstra cismani ABD, küresel konumlandırma mekanizması büyük hareketleri için gerek kalmadan taramak için yeterli geniş bir alanı vardır. Hastaya en yakın mekanik yapı, önerilen bağlantılar da özel olarak hastanın uzak olmak şekillenir. Kompakt bir manipülatör gömülü çoğu DOFs ile robot ABD bu cihaz kullanarak tarama sezgisel bir şekilde benzer büyük bir yer kaplayan gerekliliği olmadan insan işlemi yapılabilir. Tüm bu özellikler nedeniyle, biz sistem devam gönüllü çalışma ile doğrulanmış protokolü kabul klinisyenler ve hastalar, kazanmak şu üretilen bekliyoruz. Önerilen robot manipülatör ile küresel konumlandırma için farklı geleneksel mimariyi bir portal veya tavan tasarımları montaj gibi belirli taleplerine kullanılabilir. Bir örnek küresel konumlandırma aygıt bu raporda önerilen robot manipülatör testleri etkinleştirmek için kullanıldı.
Geçerli protokol tüm bağlantıları ABS kullanılarak yazdırılabilir veya PLA plastik veya naylon, naylon kullanarak yazdırırken yerel 3D baskı servisi, kullanılabilirliğine göre genel olarak naylon'ın maddi gücü nedeniyle tercih edilir önerir. Önemlisi, iletişim kuralında belirtildiği gibi ek bileşenleri, özellikle dişliler, naylon ya da sistemin güvenilirliğini sağlamak için başka bir güçlü malzeme ile yazdırılmalıdır. Yeni 3D-baskı malzemeleri tanıtıldı gibi malzemelerin kullanımı değişmiş. Geçerli protokol bitiş efektör özellikle sondanın 3D şekil sonunda efektör iç profil tasarım yardımcı olmak için görüntüleme sistemi bir BT ile inceden inceye gözden geçirmek ile belirli bir ABD sonda için tasarlanmış kullanır. Manipülatör diğer ABD farklı şekillerle probları kullanıldığı zaman, sonunda efektör iç profil sıkıca prob güvende tutan sağlamak için ABD sonda dış profili ile eşleşecek şekilde yeniden tasarlanmış sağlamak önemlidir. 3D şekil ve sonda profili de 3D tarama diğer türlerinden elde. Ayrıca, bazı kesin şekiller ve boyutlar, şaft boyut, montaj göbekler, vida ve yatakları, kullanımı gibi protokol açıklanan tasarım detayları değişmiş unutulmamalıdır. Ne zaman belli ki mekanik tasarım ortak bilgi üzerinde temel alan aynı sebepten dolayı bazı ayrıntıları sağlanmaz.
Geçerli Tasarım hangi ayarlanabilir ve hastaya uygulanan en fazla kuvvet sınırlamak için kullanılan bir pasif Mekanik kavrama vardır. Bu bir herhangi bir elektrik sistemlerinde dayanmaz güvenlik özelliği veya yazılım mantık, robot bizim sınavları için kullanmanın temel güvenliği garanti eder. Tetikleme noktası temel alarak önceki ölçümleri21 insan işleçleri tarafından normal ABD taramalar sırasında hastalara uygulanan dikey kuvvetleri arasında değişir, aynı zamanda benzer sonuçlar varolan edebiyat18, bildirilen her ikisi de yapıldı. Hangi maksimum dikey kuvvet genellikle 20 N. aşmadığı öneririm Bu debriyaj tetikleyici gücü 20'den fazla N bazı verilen ödenekleri ile olması gereken önkoşul olarak tedavi edildi. Güç tetikleyen miktarını top-bahar çiftleri, bahar sabiti, tetik delik boyutunu ve yaylar22önyükleme sayısını değiştirerek ayarlanabilir. L2' top-bahar çiftleri tutmak için boşluklar sayısını değiştirmek için tasarlanmış protokol bunun için potansiyel bir değişiklik olduğunu. Pratik, önerilen sistem kullanırken, debriyaj doğru çalışma el ile debriyaj ortak döndürme ve debriyaj disengage sahip kolayca doğrulanabilir ve robotik herhangi bir ABD muayene yapılmadan önce yeniden meşgul. Bu ortak sonda karın yüzeyi ile hizalamak için tasarlanmıştır ve doğrudan hastaya ABD sondası tarafından sarf dikey kuvvetleri sınırlamak için kullanılan geçerli protokolünde Emanet debriyaj sadece J2 ' ye uygulanır. Benzer bir kavram ile bir emanet debriyaj da J1 mahmuz J1 dönme hareketi aşağıdaki yapıları güvenliğini sağlayacak için dişli, uygulanabilir. Bu bir temel güvenlik özelliği geçerli protokol olarak görmedim ama kesinleşmiş bir sürüm için potansiyel bir değişiklik olabilir. Son üç eklem, J3, J4ve J5, sondanın yönünü ince ayar için kullanılır. Kinematically, herhangi bir aşırı güç oluşturmak için kullanılmaz ve herhangi bir engel ile çarpışmak için olası değildir. Boyut ve ağırlık önerilen manipülatör en aza indirmek için bir emanet Mekanik kavrama için herhangi bir değişiklik Protokolü'nün üç bu eklemlerde önerilen değil.
Burada önerilen manipülatör bizim sınav, mekanik sistemi, hareket, tüm manipülatör benzer ağırlıkları ve debriyaj gücünü tetikleyen benzer bir düzeyde aynı aralıklarının aynı güvenilirlik için inşa etmek için sunulan protokol sonrası vardır Bu yazıda belirtildiği gibi beklenen. Ancak, tekrarlanabilirlik ve doğruluk hareketlerin yanı sıra mekanik debriyaj tam tetikleme gücü düzeyi tekrarlanabilirlik güçlü 3D-baskı ve derleme doğruluk CAD Tasarım karşılaştırıldığında bağlıdır. Bu garanti gibi bir laboratuar tabanlı düşük-uç 3D baskı servisi üretim için kullanılan ve derleme el ile amacıyla ön prototip yapıldı için geçerli prototip edilmez. Önce sistem içine a sonda gelen ürün klinik için yapılan bu şu anda amacımız olmasa da endüstriyel düzeyde üretim ve tasarım protokol sonrası derleme iyi tekrarlanabilirlik ve yüksek doğruluk, neden bekleniyor. Performansını test kinematik modelleme, bir robot kontrol yöntemi, hareket izleme ve ayarlama yöntemleri içerir ve bu nedenle geçerli gazetede bulunmaz ayrı bir iletişim kuralı da gerektirir. Benzer şekilde, denetim duyarlık ve önerilen manipülatör yanıt motor kontrol yöntemi, robot denetimi algoritması ve manipülatör elektronik ve kontrol arayüzü arasında iletişim tarafından belirlenir. Bu yeni mekanik tasarım tanıtılması geçerli protokol amacı ve birçok varolan mimarileri kullanarak uygulanabilir gibi ayrıntılar Bu yazıda sunulmaz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Bu eser tıbbi mühendislik [WT203148/Z/16/Z] için Wellcome güven IEH Ödülü [102431] ve hoş geldiniz/EPSRC Merkezi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Sağlık Bakanlığı ile mali desteği Ulusal Enstitüsü Sağlık Araştırma (NIHR) kapsamlı Biyomedikal Araştırma Merkezi Ödülü Vakfı NHS güven Kral ortaklığında adamın & St Thomas kabul'ın Londra'daki College ve Kral'ın Üniversite Hastanesi NHS vakıf güven.
Materials
| 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 |
References
- 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. Work-related musculoskeletal complaints in sonologists. Journal of Occupational and Environmental Medicine. 41 (11), 981-988 (1999).
- Jakes, C. Sonographers and Occupational Overuse Syndrome: Cause, Effect, and Solutions. Journal of Diagnostic Medical Sonography. 17 (6), 312-320 (2001).
- Society of Diagnostic Medical Sonography. Industry Standards for the Prevention of Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography: Consensus Conference on Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography. Journal of Diagnostic Medical Sonography. 27 (1), 14-18 (2011).
- LaGrone, L. N., Sadasivam, V., Kushner, A. L., Groen, R. S. A review of training opportunities for ultrasonography in low and middle income countries. Tropical Medicine & International Health. 17 (7), 808-819 (2012).
- Shah, S., et al. Perceived barriers in the use of ultrasound in developing countries. Critical Ultrasound Journal. 7 (1), 28 (2015).
- Swerdlow, D. R., Cleary, K., Wilson, E., Azizi-Koutenaei, B., Monfaredi, R. Robotic Arm–Assisted Sonography: Review of Technical Developments and Potential Clinical Applications. American Journal of Roentgenology. 208 (4), 733-738 (2017).
- Nouaille, L., Laribi, M., Nelson, C., Zeghloul, S., Poisson, G. Review of Kinematics for Minimally Invasive Surgery and Tele-Echography Robots. Journal of Medical Devices. 11 (4), 040802 (2017).
- Georgescu, M., Sacccomandi, A., Baudron, B., Arbeille, P. L. Remote sonography in routine clinical practice between two isolated medical centers and the university hospital using a robotic arm: a 1-year study. Telemedicine and e-Health. 22 (4), 276-281 (2016).
- Arbeille, P., et al. Use of a robotic arm to perform remote abdominal telesonography. American Journal of Roentgenology. 188 (4), W317-W322 (2007).
- Arbeille, P., et al. Fetal tele‐echography using a robotic arm and a satellite link. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology. 26 (3), 221-226 (2005).
- Vieyres, P., et al. A tele-operated robotic system for mobile tele-echography: The OTELO project. M-Health: Emerging Mobile Health Systems. Istepanian, R. H., Laxminarayan, S., Pattichis, C. S. , Boston, MA. 461-473 (2006).
- Abolmaesumi, P., Salcudean, S. E., Zhu, W. H., Sirouspour, M. R., DiMaio, S. P. Image-guided control of a robot for medical ultrasound. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 18 (1), 11-23 (2002).
- Abolmaesumi, P., Salcudean, S., Zhu, W. Visual servoing for robot-assisted diagnostic ultrasound. Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 22nd Annual International Conference of the IEEE. , Chicago, IL. (2000).
- Menikou, G., Yiallouras, C., Yiannakou, M., Damianou, C. MRI‐guided focused ultrasound robotic system for the treatment of bone cancer. The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 13 (1), e1753 (2017).
- Yiallouras, C., et al. Three-axis MR-conditional robot for high-intensity focused ultrasound for treating prostate diseases transrectally. Journal of Therapeutic Ultrasound. 3 (1), 2 (2015).
- AdEchoTech. MELODY, a remote, robotic ultrasound solution. , Available from: http://www.adechotech.com/products/ (2018).
- Essomba, T., et al. A specific performances comparative study of two spherical robots for tele-echography application. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 228 (18), 3419-3429 (2014).
- Bassit, L. A. Structure mécanique à modules sphériques optimisées pour un robot médical de télé-échographie mobile. , Université d’Orléans. France. PhD thesis (2005).
- Noh, Y., et al. Multi-Axis force/torque sensor based on Simply-Supported beam and optoelectronics. Sensors. 16 (11), 1936 (1936).
- Noh, Y., et al. An ergonomic handheld ultrasound probe providing contact forces and pose information. Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 37th Annual International Conference of the IEEE. , Milan, Italy. (2015).
- Maplesoft. Translational Detent – MapleSim Help. , Available from: https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent (2018).
