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

Questo lavoro è stato supportato dal Wellcome Trust IEH Award [102431] e dal centro della Wellcome/EPSRC Medical Engineering [WT203148/Z/16/Z]. Gli autori riconoscono sostegno finanziario dal dipartimento della salute tramite l'Istituto nazionale per il premio centro di ricerca biomedica completa salute ricerca (NIHR) di Guy & St. Thomas' s NHS Foundation Trust in collaborazione con il re di College di Londra e del Re College Hospital NHS Foundation Trust.

1. preparazione di ogni collegamento, attuatore e componenti aggiuntivi
<ol><li>Stampare tutti i collegamenti (L0, L1, L2, L3e L-4) e l'attuatore come mostrato in Figura 1, con acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) di plastica, plastica di (PLA) acido polilattico o nylon, utilizzando un 3D-stampa servizio. Uso il. File STL forniti nei Materiali supplementari durante la stampa. Nota: Cambiamenti nella forma e scala d...

<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>

A differenza di molti altri robot industriali che sono state tradotte in applicazioni mediche, il manipolatore robotico proposto descritto nel protocollo è stato specificamente progettato per gli esami US secondo esigenze cliniche per la gamma di movimento, applicazione di forza e di gestione della sicurezza. Il manipolatore robotico leggero stessa ha una vasta gamma di movimenti sufficiente per la maggior parte extra-corporea US scansione, senza la necessità di grandi movimenti del meccanismo di posizionamento globale...

Un sistema a ultrasuoni robotizzato extracorporea (US) si riferisce alla configurazione in cui un sistema robotico è utilizzato per contenere e manipolare una sonda statunitense per esami esterni, tra cui il suo utilizzo nella formazione immagine addominale cardiaca, vascolare, ostetrica e generale1 . L'uso di un tale sistema robotico è motivato dalle sfide del manualmente tenendo e manipolare una sonda degli Stati Uniti, per esempio, la sfida di trovare viste US standard richieste dai protocolli di imaging clinici e il rischio di sforzi ripetuti infortuni2, 3,4, e anche dalle esigenze di noi programmi di screening, per esempio, il requisito per sperimentato ecografisti per essere in loco5,6. Con accentuazioni diverse funzionalità e anatomie destinazione, diversi sistemi robotici US, come Recensito in precedenti opere1,7,8, sono state introdotte dal 1990, per migliorare diversi aspetti degli Stati Uniti esame (ad es., interurbano Teleoperazione9,10,11,12, così come l'interazione robot-operatore e controllo automatico)13, 14. oltre i sistemi robotici US utilizzati per scopi diagnostici, robotica ad alta intensità concentrata sistemi ad ultrasuoni (HIFU) per fini di trattamento ampiamente sono stati studiati come sintetizzato da Priester et al. 1, con alcune recenti opere15,16 , segnalazione degli ultimi progressi.
Anche se diversi sistemi robotici di US sono stati sviluppati con tecnologie relativamente affidabili per controllo e la gestione clinica, solo pochi di loro sono state tradotte correttamente in uso clinico, ad esempio un sistema di tele-ecografia commercialmente disponibili 17. una possibile ragione è il basso livello di accettazione per grandi dimensioni alla ricerca industriale robot lavora in un ambiente clinico, dal punto di vista di entrambi i pazienti ed ecografisti. Inoltre, per la gestione della sicurezza, la maggior parte dei robot US esistenti si basa su sensori di forza per monitorare e controllare la pressione applicata alla sonda US, mentre più fondamentali meccanismi meccanici di sicurezza per limitare la forza passiva non sono solitamente disponibili . Ciò potrebbe causare problemi anche quando si traduce in uso clinico in quanto la sicurezza del funzionamento del robot sarebbe puramente dipenda su impianti elettrici e software logica.
Con gli avanzamenti recenti di 3D tecniche, appositamente sagomati plastica collegamenti con meccanismi comuni su ordine di stampa potrebbe fornire una nuova opportunità per sviluppare robot medicali su misura. Accuratamente progettati componenti leggeri con un aspetto compatto potrebbero migliorare l'accettazione clinica. In particolare per l'esame degli Stati Uniti, un robot medico su misura volto a essere tradotta in uso clinico deve essere compatto, con sufficienti gradi di libertà (DOF) e la gamma di movimento per coprire l'area di interesse di una scansione; ad esempio, la superficie addominale, compreso la parte superiore e lati del ventre. Inoltre, il robot dovrebbe includere anche la possibilità di eseguire una regolazione fine della sonda statunitense in una zona che, quando si cerca di ottimizzare una vista degli Stati Uniti. Questo in genere include movimenti di oscillazione della sonda entro un certo intervallo, come suggerito da Essomba et al. 18 e19di grazie. Per risolvere ulteriormente i problemi di sicurezza, si prevede che il sistema dovrebbe avere caratteristiche di sicurezza meccanica passiva che sono indipendenti di sistemi elettrici e logica software.
In questa carta, presentiamo il metodo dettagliato di progettazione e assemblaggio di un manipolatore robotico abile 5-DOF, che è usato come il componente chiave di un sistema robotico extracorporea, US. Il manipolatore è costituito da diversi link 3D-stampabile leggera, meccanismi comuni su misura e una frizione di sicurezza incorporato. La disposizione specifica dei gradi di libertà fornisce piena flessibilità per regolazioni di sonda, permettendo operazioni di facile e sicure in una piccola area senza entrare in collisione con il paziente. Il manipolatore di multi-DOF proposto mira a lavorare come la componente principale che è a contatto con i pazienti e si può essere semplicemente collegata a qualsiasi meccanismo di posizionamento globale convenzionale 3-DOF per formare un completo robot US con gradi di libertà completamente attivi per eseguire una scansione di US.

<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

Con il potenziale di alta precisione, destrezza e ripetibilità, un sistema robotico self-cingolato possa essere impiegato per aiutare l'acquisizione di ultrasuono in tempo reale. Tuttavia, un numero limitato di robot progettati per ultrasuoni extracorporea è stati tradotti con successo in uso clinico. In questo studio, ci proponiamo di costruire un manipolatore robotico su misura per l'esame di ultrasuono extra-corporea, che è leggero e ha un ingombro ridotto. Il robot è formato da cinque collegamenti appositamente sagomati e su misura meccanismi comuni per la manipolazione della sonda, per coprire la gamma necessaria di movimento con gradi di liberta ' ridondante per garantire la sicurezza del paziente. La sicurezza meccanica è data risalto a con un meccanismo a frizione, per limitare la forza applicata ai pazienti. Come risultato, il design, il peso totale del manipolatore è meno di 2 kg e la lunghezza del manipolatore è di circa 25 cm. Il design è stato implementato e simulazione, sono stati effettuati studi di fantasma e di volontariato, per convalidare la gamma di movimento, la possibilità di effettuare regolazioni di precisione, affidabilità meccanica e la sicurezza di funzionamento della frizione. Questa carta i dettagli di progettazione e realizzazione del manipolatore su misura ad ultrasuoni robotizzata, con i metodi di progettazione e assemblaggio illustrati. Risultati della prova per dimostrare le caratteristiche di design e l'esperienza clinica di utilizzo del sistema sono presentati. È concluso che l'attuale manipolatore robotico proposto soddisfa i requisiti come un sistema su misura per l'esame di ultrasuono extracorporea e ha un grande potenziale per essere tradotta in uso clinico.

In seguito il protocollo, il sistema risultante è un manipolatore robotico con cinque collegamenti appositamente sagomati (L0 a L4) e cinque articolazioni revolute (J1 a J5) per lo spostamento, tenendo e inclinazione localmente una sonda statunitense (Figura 8). Il giunto di rotazione superiore (J1), con meccanismi di ingranaggio azionati da quattro motori, possa ruotare le seguenti strutture a 360 °, p...

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

Progettazione e realizzazione di un manipolatore robotico su misura per ultrasuoni extracorporea

Questo documento introduce la progettazione e la realizzazione di un manipolatore robotico su misura per l'esame di ultrasuono extracorporea. Il sistema ha cinque gradi di libertà con leggere giunti realizzati da stampa 3D e una frizione meccanica per la gestione della sicurezza.

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

Abbiamo sviluppato un manipolatore robotico a raggi ecografia corporea extra, che mirerà a tradursi in uso clinico. L'uso di sistemi robotici per la diagnosi ecografiche, può potenzialmente migliorare la diagnosi medica. Il manipolatore è costituito da peso al piombo, quindi le cose stampabili, lontano dalla plastica che una frizione meccanica, presentano.La frizione è indipendente dai sistemi elettrici e dalla logica suferale. Il manipolatore robotico ad ultrasuoni può essere utilizzato dagli stenografi per ridurre il rischio di lesioni da sforzo ripetitivo. Il sistema può anche essere utilizzato per una diagnosi ecografiche.Il manipolatore offre la massima flessibilità per le prere regolazioni ecografiche, consentendo un funzionamento facile e sicuro in una piccola area. Potenzialmente può anche essere utilizzato per manipolare altri dispositivi medici. Per iniziare, utilizzare i file STL forniti nei materiali supplementari per questo articolo e stampare tutti i collegamenti e l'effettore è mostrato qui.Stampa utilizzando ABS PLA o nylon utilizzando la propria stampante 3D o un servizio di stampa 3D. Utilizzare anche il nylon per stampare tutti i componenti aggiuntivi richiesti mostrati qui. Se necessario, rimuovere tutti i materiali di supporto lasciati dalla stampa 3D e lucidare tutte le parti in plastica stampate con strumenti di lucidatura.Attaccare 20 ingranaggi a sperone per denti a quattro piccoli motori stepper orientati. Quindi posizionare i motori stepper nelle cavità montane del collegamento zero e montarli con viti. Posizionare quindi i due cuscinetti di diametro esterno di 37 millimetri negli alloggiamenti dei cuscinetti del collegamento zero.Quindi fissare l'ingranaggio sperone da 120 denti di tipo A sulla chiave esagonale del collegamento uno. Ora inserire l'albero sul collegamento uno nel foro dell'albero sul collegamento zero con i quattro piccoli ingranaggi dello sperone di guida e l'ingranaggio dello sperone azionato di grandi dimensioni inserito. Quindi assemblare il collare dell'albero per fissare e trattenere l'albero.Attaccare 20 ingranaggi a sperone per denti ad altri quattro piccoli motori stepper orientati. Quindi posizionare i motori stepper nelle cavità di montaggio del collegamento uno e montarli con viti. Successivamente attaccare i due ingranaggi a sperone da 120 denti di tipo B ai cuscinetti di diametro esterno da 237 millimetri.Posizionarli nelle cavità dell'ingranaggio del collegamento uno, mentre l'ingranaggio dello sperone 120 denti tipo B è impegnato con i 20 ingranaggi a sperone dei denti montati sui motori. Svitare e ri avvitare il motore, se necessario, per consentire il facile posizionamento dei due ingranaggi a sperone da 120 denti di tipo B. Mettere gli ingranaggi in posizione, allineare collegare uno e collegare due, e inserire il cuscinetto e una molla a sfera pere nei fori della frizione nel collegamento due.Con i due coperchi della frizione rotondi che allineano e spingono la molla nel meccanismo della frizione per il precarichiamento, inserire un bullone M6 nei fori del collegamento uno e due. Infine ruotate l'assieme sull'altro lato e ripetete i passaggi 4.3 per questo lato. Fissare l'assieme attaccando un dado al bullone M6.Attaccare 20 ingranaggi sperone a denti ad altri due piccoli motori stepper a ingranaggi, quindi posizionare i motori stepper nelle cavità di montaggio del collegamento due e montarli con viti. Quindi posizionare un cuscinetto di diametro esterno di 37 millimetri nell'alloggiamento del cuscinetto dell'ingranaggio dello sperone di tipo c da 120 denti. Posizionare anche un cuscinetto di diametro esterno di 32 millimetri nell'alloggiamento del cuscinetto del collegamento tre.Fissare l'ingranaggio a sperone di grandi dimensioni nel buco della serratura esagonale del collegamento tre, utilizzando viti aggiuntive se necessario. Quindi, mentre i piccoli e i grandi ingranaggi speroni si sono impegnati, inserire l'albero sul collegamento due nel Boers sul grande ingranaggio sperone e collegare tre. Posizionare i due piccoli motori stepper ingranaggi nelle cavità di montaggio di Link tre e montarli con viti.Quindi posizionare i cuscinetti di diametro esterno di 8 millimetri negli alloggiamenti dei cuscinetti del collegamento quattro. Montare l'ingranaggio a sperone lungo 20 denti sui due piccoli motori stepper. Posizionare l'ingranaggio smussato 140 14° guidato sull'estrusione del collegamento quattro.Attaccare 18 ingranaggi smussati per denti a due piccoli motori stepper orientati. Quindi posizionare i motori stepper nelle cavità di montaggio del collegamento quattro e montarli con viti. Infine inserire l'albero M5 nel foro dell'albero del collegamento tre e collegarlo quattro, dopo che i due collegamenti sono stati allineati.Assicurati che le strutture di birra guidate integrate sul collegamento quattro partite con l'ingranaggio a sperone lungo 20 denti. Infine inserire l'effettore finale nella chiavetta dell'ingranaggio smussato di grandi dimensioni, quindi posizionare verticalmente l'effettore finale con il colore dell'effettore finale avvitato su di esso. Il manipolatore robotico qui assemblato ha cinque collegamenti appositamente sagomati e cinque giunti revolut per spostare, tenere e inclinare localmente una sonda statunitense.La sonda può essere ruotata assiale in qualsiasi angolazione. Inclinato per seguire un angolo di superficie tra zero gradi e 110 gradi verso l'orizzontale in qualsiasi direzione. E posizionato all'interno di un cerchio, con un diametro di 360 millimetri.Una vasta gamma di posizioni della sonda può essere raggiunta con solo piccoli movimenti del meccanismo di posizionamento globale rimanente, quando si utilizza il manipolatore robotico proposto. Qui una simulazione mostra il robot in posizioni attorno a un fantasma addominale, dimostrando che è in grado di raggiungere entrambi i lati dell'addome e una gamma di posizioni in cima. Quando si eseguono questi passaggi, è importante ricordare che la guida e gli ingranaggi di guida devono essere correttamente impegnati affinché il meccanismo funzioni.Seguendo questa procedura, possiamo assemblare il design originale del manipolatore robotico per può potenzialmente essere convertito in una robity saggia per tenere e posizionare altri dispositivi chirurgici addominali. Utilizzando il manipolatore proposto, i ricercatori ora hanno un dispositivo leggero per esplorare i potenziali usi clinici della tecnologia robotica ad ultrasuoni e sperimentare diverse modalità authored per migliorare il risultato diagnostico.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Ricerca

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