Name: design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door de Wellcome Trust IEH Award [102431] en door de Wellcome/EPSRC centrum voor Medical Engineering [WT203148/Z/16/Z]. De auteurs erkennen financiële steun van het ministerie van volksgezondheid via het National Institute for Health onderzoek (NIHR) uitgebreide Biomedical Research Centre award naar Guy's & St Thomas' NHS Foundation Trust in samenwerking met de koning van College London en King's College Hospital NHS Foundation Trust.

1. bereiding van elke koppeling einde-effector en aanvullende onderdelen
<ol><li>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: Wijzig...

<ol>
	<li>Priester, A. M., Natarajan, S., Culjat, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+ultrasound+systems+in+medicine.">Robotic ultrasound systems in medicine.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 60 (3), 507-523 (2013).</li><li>Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Work-related+musculoskeletal+complaints+in+sonologists.">Work-related musculoskeletal complaints in sonologists.</a> Journal of Occupational and Environmental Medicine. 41 (11), 981-988 (1999).</li><li>Jakes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonographers+and+Occupational+Overuse+Syndrome:+Cause,+Effect,+and+Solutions.">Sonographers and Occupational Overuse Syndrome: Cause, Effect, and Solutions.</a> Journal of Diagnostic Medical Sonography. 17 (6), 312-320 (2001).</li><li>Society of Diagnostic Medical Sonography. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Industry+Standards+for+the+Prevention+of+Work-Related+Musculoskeletal+Disorders+in+Sonography:+Consensus+Conference+on+Work-Related+Musculoskeletal+Disorders+in+Sonography.">Industry Standards for the Prevention of Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography: Consensus Conference on Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography.</a> Journal of Diagnostic Medical Sonography. 27 (1), 14-18 (2011).</li><li>LaGrone, L. N., Sadasivam, V., Kushner, A. L., Groen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+training+opportunities+for+ultrasonography+in+low+and+middle+income+countries.">A review of training opportunities for ultrasonography in low and middle income countries.</a> Tropical Medicine &amp; International Health. 17 (7), 808-819 (2012).</li><li>Shah, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceived+barriers+in+the+use+of+ultrasound+in+developing+countries.">Perceived barriers in the use of ultrasound in developing countries.</a> Critical Ultrasound Journal. 7 (1), 28 (2015).</li><li>Swerdlow, D. R., Cleary, K., Wilson, E., Azizi-Koutenaei, B., Monfaredi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+Arm&#8211;Assisted+Sonography:+Review+of+Technical+Developments+and+Potential+Clinical+Applications.">Robotic Arm&#8211;Assisted Sonography: Review of Technical Developments and Potential Clinical Applications.</a> American Journal of Roentgenology. 208 (4), 733-738 (2017).</li><li>Nouaille, L., Laribi, M., Nelson, C., Zeghloul, S., Poisson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+Kinematics+for+Minimally+Invasive+Surgery+and+Tele-Echography+Robots.">Review of Kinematics for Minimally Invasive Surgery and Tele-Echography Robots.</a> Journal of Medical Devices. 11 (4), 040802 (2017).</li><li>Georgescu, M., Sacccomandi, A., Baudron, B., Arbeille, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+sonography+in+routine+clinical+practice+between+two+isolated+medical+centers+and+the+university+hospital+using+a+robotic+arm:+a+1-year+study.">Remote sonography in routine clinical practice between two isolated medical centers and the university hospital using a robotic arm: a 1-year study.</a> Telemedicine and e-Health. 22 (4), 276-281 (2016).</li><li>Arbeille, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+a+robotic+arm+to+perform+remote+abdominal+telesonography.">Use of a robotic arm to perform remote abdominal telesonography.</a> American Journal of Roentgenology. 188 (4), W317-W322 (2007).</li><li>Arbeille, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+tele&#8208;echography+using+a+robotic+arm+and+a+satellite+link.">Fetal tele&#8208;echography using a robotic arm and a satellite link.</a> Ultrasound in Obstetrics &amp; Gynecology. 26 (3), 221-226 (2005).</li><li>Vieyres, P., Istepanian, R. H., Laxminarayan, S., Pattichis, C. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tele-operated+robotic+system+for+mobile+tele-echography:+The+OTELO+project.">A tele-operated robotic system for mobile tele-echography: The OTELO project.</a> M-Health: Emerging Mobile Health Systems. , 461-473 (2006).</li><li>Abolmaesumi, P., Salcudean, S. E., Zhu, W. H., Sirouspour, M. R., DiMaio, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-guided+control+of+a+robot+for+medical+ultrasound.">Image-guided control of a robot for medical ultrasound.</a> IEEE Transactions on Robotics and Automation. 18 (1), 11-23 (2002).</li><li>Abolmaesumi, P., Salcudean, S., Zhu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+servoing+for+robot-assisted+diagnostic+ultrasound.">Visual servoing for robot-assisted diagnostic ultrasound.</a> Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 22nd Annual International Conference of the IEEE. , (2000).</li><li>Menikou, G., Yiallouras, C., Yiannakou, M., Damianou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI&#8208;guided+focused+ultrasound+robotic+system+for+the+treatment+of+bone+cancer.">MRI&#8208;guided focused ultrasound robotic system for the treatment of bone cancer.</a> The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 13 (1), e1753 (2017).</li><li>Yiallouras, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-axis+MR-conditional+robot+for+high-intensity+focused+ultrasound+for+treating+prostate+diseases+transrectally.">Three-axis MR-conditional robot for high-intensity focused ultrasound for treating prostate diseases transrectally.</a> Journal of Therapeutic Ultrasound. 3 (1), 2 (2015).</li><li>Essomba, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+specific+performances+comparative+study+of+two+spherical+robots+for+tele-echography+application.">A specific performances comparative study of two spherical robots for tele-echography application.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 228 (18), 3419-3429 (2014).</li><li>Bassit, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structure m&#233;canique &#224; modules sph&#233;riques optimis&#233;es pour un robot m&#233;dical de t&#233;l&#233;-&#233;chographie mobile. , (2005).</li><li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Axis+force/torque+sensor+based+on+Simply-Supported+beam+and+optoelectronics.">Multi-Axis force/torque sensor based on Simply-Supported beam and optoelectronics.</a> Sensors. 16 (11), 1936 (1936).</li><li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ergonomic+handheld+ultrasound+probe+providing+contact+forces+and+pose+information.">An ergonomic handheld ultrasound probe providing contact forces and pose information.</a> Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 37th Annual International Conference of the IEEE. , (2015).</li><li>. Translational Detent &#8211; MapleSim Help Available from: <a target="_blank" href="https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent">https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent</a> (2018)</li></ol>

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 me...

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, 3,4, en ook door de behoeften van ons screening programma's, bijvoorbeeld de eis voor ervaren sonographers om te worden on-site5,6. Met accenten op verschillende functionaliteiten en doel anatomie, verschillende Amerikaanse Robotsystemen, zoals herzien in eerdere werken1,7,8, bijgekomen sinds de jaren 1990, om verschillende aspecten van VS onderzoek (b.v., over lange afstanden teleoperation9,10,11,12, evenals robot-operator interactie en automatische controle)13, 14. naast de Amerikaanse Robotsystemen gebruikt voor diagnostische doeleinden, gericht robotic hoge-intensiteit ultrageluid (HIFU) systemen voor behandeling doeleinden grote schaal onderzocht zijn zoals samengevat door Priester et al. 1, met enkele recente werken15,16 rapportage van de laatste vorderingen.
Hoewel verschillende robotic Amerikaanse systemen zijn ontwikkeld met relatief betrouwbare technologieën voor controle en klinische werking, zijn slechts een paar van hen met succes vertaald in klinische gebruik, zoals een commercieel beschikbare tele-echografie-systeem 17. een mogelijke reden is het lage niveau van acceptatie voor groot-formaat industrieel ogende robots werken in een klinische omgeving, vanuit het oogpunt van zowel de patiënten als de sonographers. Bovendien, voor de veiligheid van het beheer afhankelijk de meerderheid van de bestaande Amerikaanse robots krachtsensors voor bewaking en beheersing van de toegepaste druk om de Amerikaanse sonde, terwijl de meer fundamentele mechanische veiligheidsmechanismen te beperken de kracht passief zijn meestal niet beschikbaar . Ook hierdoor kan zorgen bij het vertalen in klinisch gebruik, zoals de veiligheid van robot operatie zou puur afhankelijk van elektrische systemen en software logica.
Met de recente ontwikkelingen op het gebied van 3D kan printing technieken, speciaal gevormde kunststof koppelingen met op maat gemaakte gemeenschappelijke mechanismen bieden een nieuwe kans voor ontwikkelen op maat gemaakte medische robots. Klinische aanvaarding kunnen worden verbeterd door zorgvuldig ontworpen lichtgewicht onderdelen met een compacte vormgeving. Speciaal voor Amerikaanse onderzoek moet een op maat gemaakte medische robot gericht vertaald in klinische gebruik compact, met voldoende vrijheidsgraden (DOFs) en het bereik van de beweging voor de regio van belang voor een scan; bijvoorbeeld, de abdominale oppervlakte, met inbegrip van zowel de boven- en de zijden van de buik. Bovendien moet de robot ook de mogelijkheid voor het uitvoeren van fijne aanpassingen van de Amerikaanse sonde in een local area, wanneer het proberen om een Amerikaanse weergave optimaliseren opnemen. Dit omvat meestal kantelbare bewegingen van de sonde binnen een bepaald bereik, zoals voorgesteld door Essomba et al. 18 en19van de bassin. Om verder aan de bezorgdheid over de veiligheid, verwacht wordt dat het systeem moet hebben passieve mechanische veiligheidsfuncties die onafhankelijk zijn van de elektrische systemen en software logica.
In deze paper presenteren we de gedetailleerde constructie- en montage methode van een 5-DOF vingervlugge robot manipulator, die wordt gebruikt als de belangrijkste component van een extra lichamelijke robotic Amerikaanse systeem. De manipulator bestaat uit verschillende lichtgewicht 3D-printbaar koppelingen, op maat gemaakte gemeenschappelijke mechanismen en een ingebouwde veiligheid-koppeling. De specifieke regeling van de DOFs biedt volledige flexibiliteit voor aanpassingen van de sonde, waardoor gemakkelijk en veilig in een klein gebied zonder botsen met de patiënt. De voorgestelde multi-DOF manipulator wil werken als de belangrijkste component die contact met patiënten en het kan gewoon worden aangesloten op een conventionele 3-DOF global positioning mechanisme om te vormen van een volledige Amerikaanse robot met volledig actieve DOFs voor het uitvoeren van een scan van de VS.

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

design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound

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.

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 Amerikaan...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound at JoVE.com

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

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

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.

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

We ontwikkelden een spaakrobot manipulator extra lichamelijke echografie, die zal gericht zijn om te vertalen in klinisch gebruik. Het gebruik van robotsystemen voor ultrasone diagnose, kan mogelijk verbeteren medische diagnose. De manipulator bestaat uit loodgewicht, zodat de afdrukbare dingen, weg van kunststoffen die een mechanische koppeling, functie.De koppeling is onafhankelijk van elektrische systemen en suferal logica. De robotechografie manipulator kan worden gebruikt door Stenografen om het risico van repetitieve spanning letsel te verminderen. Het systeem kan ook worden gebruikt voor een echografie diagnose.De manipulator biedt volledige flexibiliteit voor ultrasone pre aanpassingen, waardoor een gemakkelijke en veilige werking in een klein gebied. Potentieel kan het ook worden gebruikt om andere medische hulpmiddelen te manipuleren. Gebruik om te beginnen de STL-bestanden in de aanvullende materialen voor dit artikel en druk alle koppelingen af en wordt de effector hier weergegeven.Print met ABS PLA of nylon met uw eigen 3D-printer of een 3D-printservice. Gebruik ook nylon om alle benodigde extra componenten hier te printen. Verwijder indien nodig alle ondersteunende materialen die overblijven van de 3D-printen en polijst alle geprinte kunststof onderdelen met polijstgereedschappen.Bevestig 20 tanden tand tand tand tandwielen aan vier kleine afgestemd stepper motoren. Plaats vervolgens de stepper motoren in de bergholtes van link zero en monteer ze met schroeven. Vervolgens plaats de twee 37 millimeter buitenste diameter lagers in de lagerbehuizingen van link zero.Zet vervolgens de 120 tanden type A tandwiel op de zeshoek toets van link een. Nu steek de as op link een in de as gat op link nul met de vier kleine aangedreven spoor versnellingen, en de grote aangedreven tandwiel ingeschakeld. Monteer vervolgens de schachtkraag om de schacht te beveiligen en te behouden.Bevestig 20 tanden tand tand tandwielen aan nog eens vier kleine afgestemd stepper motoren. Plaats vervolgens de stepper motoren in de montage holtes van link een en monteer ze met schroeven. Bevestig vervolgens de twee 120 tanden type B tandwielen aan de 237 millimeter buitenste diameter lagers.Plaats ze in de tandholtes van link een, terwijl de 120 tanden type B tandwiel is bezig met de 20 tanden tandwielen gemonteerd op de motoren. Losschroeven, en schroef de motor indien nodig om de gemakkelijke positionering van de twee 120 tanden type B tandwiel. Zet de tandwielen in positie, lijn link een en link twee, en steek het lager en een bal veer peren in de koppeling gaten in link twee.Met de twee ronde koppelingshoezen die de veer in het koppelingsmechanisme voor het voorladen duwen, plaatst u een M6-bout in de boringen van link één en twee. Draai ten slotte de montage naar de andere kant en herhaal stap 4.3 voor deze kant. Zet de montage vast door een moer aan de M6 bout te bevestigen.Bevestig 20 tandspoor tand versnellingen om twee meer kleine afgestemd stepper motoren, plaats dan de stepper motoren in de montage holtes van link twee, en monteer ze met schroeven. Plaats vervolgens een 37 millimeter buitendiameter lager in de lagerbehuizing van de 120 tanden type-c tand tand versnelling. Plaats ook een 32 millimeter buitendiameter lager in de lagerbehuizing van link drie.Zet de grote tandwiel in het zeshoekige sleutelgat van link drie, indien nodig met extra schroeven. Dan, terwijl de kleine en de grote tandwielen ingeschakeld, steek de as op link twee in de Boeren op de grote uitloper versnelling en link drie. Plaats de twee kleine getande stepper motoren in de montageholtes van Link drie, en monteer ze met schroeven.Plaats vervolgens de 8 millimeter buitendiameter lagers in de lagerbehuizingen van link vier. Monteer de 20 tanden lange tand versnelling op de twee kleine stepper motoren. Plaats de aangedreven 140 14e schuine versnelling op de extrusie van link vier.Bevestig 18 tanden schuine tandwielen op twee kleine afgestemd stepper motoren. Plaats vervolgens de stepper motoren in de montageholtes van link vier, en monteer ze met schroeven. Tot slot steek de M5-schacht in de schacht gat van link drie en link vier, nadat de twee links zijn uitgelijnd.Zorg voor de ingebouwde aangedreven bierstructuren op link vier wedstrijden met de 20 tanden lange tandwiel. Voeg ten slotte de eindeffector in de sleutelweg van de grote schuine rand versnelling dan verticaal plaats het eind effector met het einde effector kleur geschroefd op het. De robot manipulator hier gemonteerd heeft vijf speciaal gevormde links, en vijf revolut gewrichten voor het verplaatsen, vasthouden, en lokaal kantelen van een Amerikaanse sonde.De sonde kan axiaal naar elke hoek worden gedraaid. Gekanteld om een oppervlaktehoek tussen nul graden te volgen, en 110 graden aan horizontaal in om het even welke richting. En gepositioneerd binnen een cirkel, met een diameter van 360 millimeter.Een groot aantal sondeposities wordt bereikt met slechts kleine bewegingen van het resterende globale plaatsenmechanisme, wanneer het gebruiken van de voorgestelde robot ons manipulator. Hier toont een simulatie de robot in posities rond een buiktoom, waaruit blijkt dat hij in staat is om rond beide zijden van de buik te bereiken en een reeks posities bovenop. Bij het uitvoeren van deze stappen, is het belangrijk om te onthouden dat het rijden, en het besturen van versnellingen moeten goed worden ingeschakeld voor het mechanisme om te werken.Na deze procedure, kunnen we monteren robot manipulator origineel ontwerp voor kan potentieel worden omgezet in een robity verstandig voor het houden, en positionering van andere abdominale, chirurgische apparaten. Met behulp van de voorgestelde manipulator, onderzoekers hebben nu een lichtgewicht apparaat om de potentiële klinische toepassingen van robotic ultrasound technologie te verkennen, en om te experimenteren met verschillende geschreven modi om de diagnostische uitkomst te verbeteren.

Research

JoVE Journal

Engineering

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

Implementatie van een Reference Interferometer voor NanoDetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

Ontwerp en gebruik van een Full Flow Sampling System (FFS) voor de kwantificering van methaan emissies

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

Een Robotic Platform aan de Foreflipper van de Californische zeeleeuw Studie

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Driedimensionale ultrasone naald Tip Tracking met een glasvezel echografie-ontvanger

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

Structurele ontwerp en de productie van een Cruiser klasse zonne-voertuig

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Implementatie van een niet-lineaire Microscoop op basis van gestimuleerde Raman verstrooiing

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth

Robotic sensing en stimuli voorziening voor geleide plantengroei

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

Crack monitoring in resonantie Vermoeiingstesten van gelaste specimens met behulp van digitale beeld correlatie

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

Productie, controle en prestatie-evaluatie van een gecko-geïnspireerde softrobot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

A Modeling and Simulation Method for Preliminary Design of an Electro-Variable Displacement Pump

Een modellerings- en simulatiemethode voor het voorlopige ontwerp van een elektrovariabele verplaatsingspomp

Electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been considerably researched in academia, and their applications in various industrial fields are expanding. The ...