Summary
Этот документ вводит при разработке и осуществлении заказ манипулятора робота для экстра телесной УЗИ. Система имеет пять степеней свободы с легкий суставов, сделанные 3D печати и механического сцепления для управления безопасностью.
Abstract
С потенциалом для высокой точности, ловкость и повторяемость, самостоятельно записанные робототехническая система может использоваться для оказания помощи на приобретение реального времени УЗИ. Однако ограниченное количество роботов для экстра телесной УЗИ были успешно переведены на клинического использования. В этом исследовании мы стремимся создать заказ робот манипулятор для экстра телесной УЗИ, который легкий и имеет небольшие размеры. Робот формируется пять специально формы ссылки и по индивидуальному заказу совместных механизмов для манипуляции зонд, чтобы покрыть необходимые диапазон движения с избыточным степеней свободы для обеспечения безопасности пациента. Механической безопасности подчеркивается с механизмом сцепления, ограничить усилие к пациентам. Результате дизайн общая масса манипулятора составляет менее 2 кг и манипулятора составляет около 25 см. Конструкция была выполнена и моделирование, Фантом и добровольцев исследования были проведены, чтобы проверить диапазон движения, способность сделать точную регулировку, механической надежности и безопасной эксплуатации сцепления. Этот документ подробно при разработке и осуществлении заказ роботизированной УЗИ манипулятора, с методами проектирования и монтажа, иллюстрированный. Представлены результаты тестирования для демонстрации возможности дизайна и клинический опыт использования системы. Сделан вывод, что текущий предлагаемых робот манипулятор отвечает требованиям как индивидуальные системы для экстра телесной УЗИ и имеет большой потенциал, чтобы быть переведены на клиническое применение.
Introduction
Экстра телесной робот ультразвуковой (США) системы относится к конфигурации, в котором робототехническая система используется и манипулировать США зонд для внешних экзаменов, включая ее использование в брюшной изображений сердца, сосудов, акушерских и общие1 . Использование такой Робототехнические системы является мотивированным, задачи вручную Холдинг и манипулирования зондом США, к примеру, задача найти стандартные США представления необходимых клинических изображений протоколы и риск повторяющийся штамм травмы2, 3,4, а также потребности нас скрининговых программ, например, требование для опытных sonographers быть на месте5,6. С акценты на различных функций и целевых анатомией несколько роботизированных систем США, как указывалось в предыдущих работ1,,7,8, были введены с 1990 года, чтобы улучшить различные аспекты США экспертиза (например, междугородные teleoperation9,10,11,12, а также робот оператора взаимодействия и автоматического управления)13, 14. Помимо робототехнических систем США используется для диагностических целей, Роботизированная высокой интенсивности сосредоточены УЗИ (HIFU) систем для целей лечения широко исследованы, как их резюмировал Пристер et al. 1, с некоторых недавних работ15,16 докладов последних достижений.
Хотя с относительно надежных технологий для управления и клинической работы были разработаны несколько роботизированных систем в США, лишь немногие из них были успешно переведены на клинического применения, таких как коммерчески доступных теле ультразвуковая система 17. одной из возможных причин является низкий уровень признания для большого размера перспективных промышленных роботов, работающих в клинических условиях, с точки зрения как пациентов, так и sonographers. Кроме того для управления безопасностью, большинство существующих роботов США полагаются на силу датчики для мониторинга и контроля приложенное давление на штырь, США, в то время как более фундаментальных механизмов механической безопасности ограничить силу пассивно, как правило, не доступны . Это может также вызвать проблемы при переводе в клинической практике как безопасность эксплуатации робот будет зависеть чисто электрических систем и логику программного обеспечения.
С помощью последних достижений 3D печати методы, специально формы пластиковые ссылки с заказной совместных механизмов может предоставить новую возможность для разработки на заказ медицинские роботы. Тщательно разработанные легкие компоненты с более компактный вид может улучшить клинические признание. Специально для УЗИ заказ медицинского робота, направленных на переводится на клинического использования должен быть компактным, с достаточно степеней свободы (степени свободы) и диапазон движения для покрытия области интереса сканирования; например брюшной поверхности, включая как сверху и по бокам живота. Кроме того робот также должны включать возможность выполнять точную регулировку США зонда в локальной области, пытаясь оптимизировать представление США. Это обычно включает в себя наклона движения зонда в определенных пределах, как это было предложено Эссомба et al. 18 и19Bassit. Для дальнейшего решения проблемы безопасности, предполагается, что система должна иметь пассивной механической безопасности функции, которые являются независимыми от электрических систем и программного обеспечения логики.
В этой статье мы представляем подробное проектирование и сборка метод 5-DOF ловкие робот манипулятор, который используется в качестве ключевых компонентов экстра телесной Робототехнические системы США. Манипулятор состоит из нескольких легкий 3D-печати ссылки, по индивидуальному заказу совместных механизмов и встроенной безопасности сцепления. Конкретные договоренности о степени свободы обеспечивает полную гибкость для корректировки зонд, позволяя легко и безопасно операции в небольшой области без столкновений с пациентом. Манипулятор предлагаемого multi-DOF стремится работать как основной компонент, который поддерживает контакты с пациентами и он может быть просто присоединен к любой обычных 3-ФО глобального позиционирования механизм для формирования полного США робот с полностью активные ограничения степеней свободы для выполнения сканирования США.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка каждой ссылке, конец эффекторных и дополнительные компоненты
- Печатать все ссылки (L0, L1, L2,3L и L4) и конец эффекторов, как показано на рисунке 1, с Акрилонитрил бутадиен стирола (ABS) пластик, полимолочной кислоты (НОАК) пластик или нейлона, с использованием 3D-печати службы. Использование. STL файлов, входящих в Дополнительных материалов при печати.
Примечание: Изменения в форме и масштабах каждой части могут быть сделаны на основе на предоставленных файлов. Внутренний профиль конце эффекторных могут быть изменены с учетом различных датчиков США. - Печатать все необходимые дополнительные компоненты, как показано на рисунке 2 в нейлон, используя службу 3D-печати. Обратитесь к Таблице материалов для необходимое количество каждого компонента. Использование. STL файлов, входящих в Дополнительных материалов при печати.
- Польский всех печатных пластиковых деталей с полировки инструментов при необходимости. При необходимости удалите любые вспомогательные материалы слева от 3D печати.
Примечание: Некоторые структуры в условии конца эффекторных дизайн для Датчик силы, которая не является частью протокола, сообщили здесь и не будет использоваться для сборки. Концепция дизайна датчик силы уже сообщалось в предыдущих работ20; Таким образом она не рассматривается в этом документе.
2. Ассамблея Объединенного 1
Примечание: Ассамблея Объединенного 1 (J1) основан на рисунке 3.
- Место четыре небольших, редукторный шаговых двигателей (с 20-зубы зубчатые колеса прилагается) в полости монтажа L0 и смонтировать их с помощью винтов.
- Поместите два 37 мм OD подшипников в подшипников L0 и закрепите 120-зубы шестерни шпоры (тип A) на ключ шестигранник L1.
- Вала на L1 вставьте вал отверстие на L0 с четырех небольших вождения зубчатые колеса и большой, инициативе spur gear занимается и собрать вала воротник, чтобы защитить и сохранить вала.
3. Ассамблея совместных 2
Примечание: Ассамблея совместных 2 (2J) основан на рисунке 4.
- Место четыре небольших, редукторный шаговых двигателей (с 20-зубы зубчатые колеса прилагается) в полости монтажа L1 и смонтировать их с помощью винтов.
- Прикрепите два 120-зубы зубчатые колеса (тип B) две 37-мм OD подшипников и положение их в полости передач L1, с 120-зубы шестерни шпоры (тип B) с 20-зубы зубчатые колеса смонтированы на двигатели. Отвинтите и повторно винт двигателя при необходимости позволяет легко позиционирования редуктор типа B два 120-зубы.
- Совместите L1 и2 Л и вставьте в отверстия сцепления L2подшипника и весенний бал пар. Два раунда сцепления выравнивание и толкая весной в механизм сцепления для предварительной загрузки вставьте болт M6 в отверстия L1 и2Л.
- Вращать Ассамблеи к другой стороне и повторите шаги в 3.3 для этой стороны. Закрепите Ассамблея, придавая гайка M6 Болт.
4. Ассамблея Объединенного 3
Примечание: Ассамблея совместного 3 (3J) основан на рисунке 5.
- Место два небольших, редукторный шаговых двигателей (с 20-зубы зубчатые колеса прилагается) в полости монтажа L2 и смонтировать их с помощью винтов.
- Место на 37 мм ОД подшипника в корпусе подшипника шестерни шпоры 120-зубы (тип C) и поместите на 32 мм ОД подшипника в корпусе подшипника L3.
- Обеспечить большой шестерни шпоры в замочную скважину шестигранник L3 (дополнительных винтов может использоваться при необходимости) и вставьте в отверстия на большой редуктор и L3, с малых и больших зубчатые колеса участвуют вала на L2 .
5. Ассамблея вождения механизма совместных 4
Примечание: Ассамблея совместного 4 (4J) основан на рисунке 6.
- Поместите два небольших, редукторный шаговых двигателей в полости монтажа L3 и смонтировать их с помощью винтов. Место 8 мм OD подшипников в подшипников Л4.
- Установите редуктор длиной 20-зубы на двух небольших шаговых двигателей.
6. Ассамблея ведомый механизм совместного 4 и 5 совместных
Примечание: Ассамблея совместного 4 (4J) основан на рисунке 6 и 5 совместных (5J) основывается на рисунке 7.
- Расположите ведомый 144 зубы конических снастей на экструзии Л4.
- Место два небольших, редукторный шаговых двигателей (с 18-зубы Конические шестерни прилагается) в полости монтажа L4 и смонтировать их с помощью винтов. Наконец вставьте M5 вала в отверстие вала3 L и L4 после того, как две ссылки выравниваются. Обеспечивать построен в структурах приводные шестерни на матчи4 L с длиной редуктор 20 зубов.
- Вставьте конец эффекторных в байонетном больших конических снастей и вертикально положение конца эффекторных с конца эффекторных воротник болтами на него.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
После протокола результирующая система является робот манипулятор с пяти специально формы ссылки (L0 L4) и пять отвернутым суставов (1 J J5) для перемещения, холдинг и локально наклона США зонд (рис. 8). Совместное Топ вращения (J-1), с механизмами передач, сработанный четырьмя двигателями, можно поворачивать следующие структуры 360 °, чтобы позволить США зонд указать сторону разные стороны области сканирования, такие как сверху, снизу и по бокам живота. Основные наклона сустава (J2), с механизмами передач, сработанный четырьмя электромоторами, используется для наклона вниз зонд для согласования его с поверхности области сканирования. Как это совместное также имеет решающее значение для управления силой, механическое сцепление с шариками, пружины и фиксацией отверстия была включена. Последние три ортогональных отвернутым суставов (J3,4J и J5), с механизмами передач, сработанный двумя электромоторами, используются для контроля наклона и осевое вращение зонда, позволяя точную регулировку зонда в локальной области. Последний отвернутым сустава, J5, также позволяет монтаж США зонд в особой формы конца эффекторных. Общий вес и длина предлагаемых робота манипулятора, который является единственной структурой обычно поверх тела пациента, являются менее 2 кг и 25 см. Результате дизайн такова, что широкий спектр позиций зонд можно добраться с небольшими движениями оставшихся глобального позиционирования механизм при использовании предлагаемого робот манипулятор США. Принимая во внимание только предлагаемый манипулятора на свой собственный, зонд может быть повернут осево под любым углом, наклонена следовать поверхности под углом между 0° и 110° к горизонтали в любом направлении и Кроме того, размещены в круг диаметром 360 мм. 3 отвернутым суставов J и J4 обеспечивают угол наклона, в двух направлениях, в диапазонах – 180 ° до 180 ° и 30 ° до 45 °, который используется для местных тонкой корректировки США зонда. Диапазоны перемещения и углы наклона удовлетворить необходимые диапазоны для получения идеальной акустические окна для США экзаменов по предложению Эссомба et al. 18 и19Bassit. Технические детали предлагаемых робот манипулятор резюмируются в Таблице материалов (Denavit-Хартенберг параметры и совместной спецификации), на основе определения координат, показано на рисунке 8. Сметная стоимость системы составляет 500 GBP, основанный на текущий метод производства, компоненты и материалы.
Как пример, используемый в этом исследовании мы заняты глобальной системы позиционирования которая имеет отвернутым совместный (Р1) с механизмом цепи для вращающихся полный руку и двух бар на основе arm набор механизмов параллельной связи (2 R и R3) с Червячно диски (рис. 9). Этот механизм 3-ФО будет работать с предлагаемой 5-DOF манипулятор сформировать полный Робототехнические системы США. Основываясь на предлагаемых робот манипулятор и пример глобального позиционирования параметр, используемый для этого исследования, Рисунок 10 показывает пример моделирования роботов в позициях вокруг живота Фантом, демонстрируя, что она способна достичь вокруг обеих сторон живота и широкий спектр позиций на вершине. Избыточные соединения в системе, особенно конфигураций1 J и J2, позволяет опрокидывая зонд на большие углы с большинство механических структур, по-прежнему держаться подальше от тела пациента, как можно наблюдать в Рисунок 10. Следовательно с последних трех суставов (J3,4J и J5) указанного поворота в ограниченных диапазонах для точную регулировку наклона, столкновения избежать между движущимися частями робота и тела пациента.
С электроникой и обычных шаговых двигателя система управления разработана были эксперименты для проверки вывода сил и проверить ожидаемый диапазон движения. Текущий блок управления представляет собой коробку с микроконтроллеры, Драйверы шаговых двигателей, источник питания и регуляторы и другие вспомогательные электронные компоненты включены. Общий размер окна элемента управления является глубоко длиной 40 см, шириной 23 см и 12 см. Основываясь на повторное тестирование системы, устанавливается максимальная сила которого робот манипулятор в настоящее время могут оказывать до 27 N до сцепления механической безопасности срабатывает, указав output силу спектр предлагаемой системы 0 - 27 н. С конфигурацией механическое сцепление путем повторного тестирования было установлено, что в положении по умолчанию, когда сцепление занимается, шарики, частично в отверстиях фиксатором L1. Таким образом движений приводом, большой шестерни шпоры нажать L2. Однако когда в конце эффекторных оказывается чрезмерной силы, является с выключенным сцеплением, с шариками, переходите из отверстия фиксатором L1.
Диапазон движения каждого сустава, сообщается в Таблице материалов было также неоднократно испытаны и проверены. Надежной работы робота манипулятора в течение долгого времени тщательно протестированы на плода Фантом и постоянно проверяется с брюшной сканирование внутренних здоровых добровольцев (Рисунок 11). Это исследование был одобрен Комитетом местных этики. До настоящего времени 20 добровольцев сканирование для общего брюшной УЗИ с помощью робота манипулятора были успешно выполнены с базового программного обеспечения управления робота, главным образом для оценки надежности и возможности механического проектирования. Он был заключен Фантом и добровольческих исследований, что текущий дизайн робот манипулятор может достигать диапазон требуемых движения на требуемое усилие и обеспечивает достаточно тонкой настройки для получения изображений, похожих на ручной работы в США зонд для брюшной изображений. Для всех этих проверок без проблемы безопасности или дискомфортные ощущения сообщили добровольцев. Выбор двигателей, механических показателей механизмов, и уровни мощности были проверены таким образом, что они обеспечивают надежный движения зонда на теле пациента, в то время как в то же время, привело проскальзывания, если создаются excessed силы. Дальнейшие подробности данного исследования добровольцев на постоянной и клинических доказательств для использования робот будет представлен отдельно.
Рисунок 1: компьютерного проектирования (CAD), Рисование всех ссылок (L0, L1,L2,3L и L4) и конец эффекторных. Форма каждой ссылки отображается для справки, когда 3D печать, используя предоставленную коллекцию. STL файлов. Конец эффекторных иллюстрируется с зондом США, включены в Ассамблее. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: CAD чертеж необходимые дополнительные компоненты. Для справки, когда 3D печать, используя предоставленную коллекцию показана форма каждого компонента. STL файлов. Компоненты включают шпоры и конических зубчатых разных размеров, вал воротник, сцепления и конец эффекторных воротник. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: Инструкция по монтажу для J-1. Показаны необходимые ссылки, двигатели, шестерни и подшипники, с некоторыми структурами, изменено на прозрачной для иллюстрации Ассамблея. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: Инструкция по монтажу для J-2. Показаны необходимые ссылки, двигатели, шестерни, весенний бал пар и подшипники, с некоторыми структурами, изменено на прозрачной для иллюстрации Ассамблея. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: Инструкция по монтажу для J-3. Для иллюстрации Ассамблея с двумя представлениями перспективы показаны необходимые ссылки, двигатели, шестерни и подшипники. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: Инструкция по монтажу для J4. Указаны необходимые ссылки, двигатели, шестерни и подшипники, с собрал J4 механизм указал. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: Инструкция по монтажу для J-5. Необходимые ссылки и конец эффекторов, двигатели и шестерни показано, с некоторыми структурами, изменено на прозрачной для иллюстрации Ассамблея. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8: резюме предлагаемого 5-DOF робот манипулятор с конца эффекторных Холдинг США зонд. Указаны определении координат каждого сустава и общий размер собран манипулятора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9: чертеж примера глобального позиционирования устройство. Это устройство на базе arm используется для работы с предлагаемой робот манипулятор для тестирования. Обозначения и основные размеры указаны на чертеже. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 10: Кинематическая моделирование четырех различных сканирования позах вокруг фантом. Это демонстрирует адекватный диапазон движения для типичной брюшной США сканирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 11: реализован США робота с помощью описанных протокола. () робот манипулятор с примером глобального позиционирования механизм. (b) клинический использования предлагаемого робота манипулятора на пациента в брюшной области. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Таблица материалов: технические детали предлагаемых робота манипулятора, включая Denavit - Хартенберг параметры и совместной спецификации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Дополнительные файлы. 3D печати файлов STL. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В отличие от многих других промышленных роботов, которые были переведены на медицинских приложений предлагаемых робот манипулятор, описано в протоколе был специально разработан для США экзамены согласно клиническим требованиям для диапазона движения, применение силы и управления безопасностью. Легкий робот манипулятор сам имеет широкий диапазон движений, достаточно для большинства экстра телесной США сканирование, без необходимости для большого движения механизма глобального позиционирования. Как ближайший механическую структуру для пациента предложенные ссылки формируются также специально чтобы быть подальше от пациента. С большинство ограничения степеней свободы, встроенных в компактный манипулятор Роботизированная США сканирование с помощью этого устройства может быть сделано интуитивно понятным способом похож на человека операции без необходимости занимает большое пространство. Из-за всех этих особенностей мы ожидаем, что системы производятся следующие протокола может получить признание от врачей и пациентов, которая проверяется с добровольцев исследование продолжается. С предлагаемой робот манипулятор могут использоваться различные традиционные архитектуры для глобального позиционирования, на основе конкретных требований, например портальных или потолочный монтаж конструкций. Пример глобального позиционирования устройство был использован в этом документе включить тесты предлагаемых робот манипулятор.
Текущий протокол предполагает, что все ссылки может быть распечатан ABS или PLA пластмассы или нейлон, исходя из наличия локальной службы 3D-печати, в то время как с помощью нейлон печатает является предпочтительным в целом из-за прочности материала нейлон в. Главное как указано в протоколе, дополнительные компоненты, особенно шестерни, должны быть напечатаны с нейлон или другого прочного материала для обеспечения надежности системы. Как будут введены новые 3D-печати материалов, использование материалов могут быть изменены. Текущий протокол использует конец эффекторных специально для конкретного ПЭП США, с 3D формы зонд сканироваться КТ, визуализации системы оказания помощи дизайн внутренний профиль конце эффекторных. Когда манипулятор используется с другими США зонды с различной формы, важно обеспечить что изменен внутренний профиль конце эффекторных соответствовать плотно наружный профиль зонда США, с тем чтобы гарантировать безопасное проведение зонда. 3D формы и профиль зонда может быть также получена от других видов 3D сканирование. Кроме того следует отметить, что некоторые детали дизайна, указанных в протоколе, такие точные формы и размеры, размеры вала, монтаж шпоночные пазы, винты и использования подшипников, могут быть изменены. По той же причине некоторые детали не предоставляются при очевидно они основаны на общих знаниях механического проектирования.
Текущий дизайн имеет пассивный механического сцепления, который может быть скорректирован и используется для ограничения максимальная сила, прикладываемая к пациенту. Это функция безопасности, которая не полагаться на любых электрических систем или логику программного обеспечения, которая гарантирует основные безопасности с помощью робота для нас экзаменов. Пусковым моментом является набор, основанный на диапазоне от предыдущих измерений21 вертикальной усилие человека операторы для пациентов во время нормальной США сканирования, а также аналогичные результаты, полученные от существующей литературы18, оба которые показывают, что максимальная Вертикальная сила обычно не превышает 20 н. Это рассматривается как предпосылка, что триггер силы сцепления должен быть более чем 20 N с некоторыми данного пособия. Количество срабатывания силы может корректироваться, изменив количество пар весенний бал, весной константа, размер отверстия фиксацией и предварительный натяг пружины22. Потенциальные изменения разработан протокол для этого, чтобы изменить количество полостей для проведения весенний бал пар в L2. На практике, при использовании предлагаемой системы правильной работы муфты могут быть легко проверены вручную вращающихся совместной сцепления и имея отрыв сцепления и возобновить перед выполнением любого роботизированной УЗИ. В текущем протоколе Предохранительная муфта применяется только к J2 , как это совместное предназначен для выравнивания зонд с поверхности живота и может непосредственно использоваться для ограничения вертикальной силы, оказываемое зонд США на пациента. С аналогичные концепции Предохранительная муфта может также осуществляться для J1 редуктор, который обеспечит безопасность J1 вращательного движения следующих структур. Это не рассматривается в качестве основных безопасности функции в текущем протоколе, но может быть потенциальным модификация для окончательного варианта. Последние три суставов, J3,4J и J5, используются для тонкой корректировки ориентации датчика. Кинематически они не используются для создания любой чрезмерной силы и не могут столкнуться с каких-либо препятствий. Чтобы свести к минимуму размер и вес предлагаемого манипулятора, механическое сцепление безопасности для этих трех суставов в любой модификации протокола не предлагается.
После протокола, представленные здесь, чтобы построить предлагаемого манипулятор для нас экзаменов, же надежность механической системы, же диапазоны движения, аналогичные веса всего манипулятора и аналогичный уровень срабатывания силы сцепления Ожидается, что как сообщается в настоящем документе. Однако воспроизводимость и точность движений, а также повторяемость точный уровень срабатывания силу механического сцепления, будет сильно зависеть от 3D-печати и Ассамблея точность по сравнению с САПР. Это нельзя гарантировать для текущей прототип как службу на основе лаборатории low-end 3D-печати была использована для изготовления и Ассамблеи было сделано вручную для целей предварительных прототипов. Ожидается, что уровень промышленного производства и дизайн протоколом Ассамблеи приведет к хорошая повторяемость и высокая точность, хотя в настоящее время это не наша цель перед системы производится в конечный продукт для клинических испытаний. Тестирование производительности также потребует отдельного протокола, который включает кинематической моделирования, метод роботизированной управления, отслеживания движения и методы калибровки и таким образом, не входит в текущем документе. Аналогичным образом ответ предлагаемого манипулятора и точность управления определяется метод управления двигателем, алгоритм управления робота и связи между электроники манипулятора и интерфейс управления. Как они находятся за пределами цель текущего протокола о введении новой механического проектирования и может осуществляться с помощью многих существующих архитектур, детали не предоставляются в данном документе.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Эта работа было поддержано Уэллком доверять IEH премии [102431] и Добро пожаловать/EPSRC центром медицинской техники [WT203148/Z/16/Z]. Авторы признают финансовую поддержку от Департамента здравоохранения через Национальный институт медицинских исследований (NIHR) всеобъемлющий центр биомедицинских исследований премии доверить парня и Сент-Томас NHS Фонд в партнерстве с королем в Колледж Лондона и Кингс колледж больницы NHS Фонд доверия.
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).
