디자인과 소프트 모듈 형 로봇의 탄성 장치의 제작 최소 침습 수술
Summary
This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.
Abstract
최근, 소프트 로보틱스 기술 인해 구조적 환경에서의 상호 작용에 본질적으로 안전한 의료 분야에 대한 관심이 증가 자극했다. 동시에, 새로운 절차 및 기법은 외과 수술의 침윤을 감소시키기 위해 개발되었다. 최소 침습 수술 (MIS)를 성공적으로 복부 개입 이용되고있다, 그러나 표준 MIS 절차는 주로 임상의 손재주를 제한 강성 또는 반 강성 도구에 기초한다. 이 논문은 MIS에 대한 소프트와 높은 손재주가 조작을 제공합니다. 조작은 문어 암의 생물학적 기능에 의해 영감을했다, 그리고 모듈 식 접근 방식으로 설계되어 있습니다. 각 모듈은 더 모듈이 통합 될 때, 따라서 높은 민첩성과 다양성을 달성, 같은 기능적 특성을 제공한다. 용지 CASTIN 의해 제조되는 단일 유닛의 개발에 필요한 디자인, 제조 공정 및 재료를 자세히특정 금형 내부에 들어 실리콘. 결과는 신장과 유닛의 전 방향 절곡을 가능하게 세가요 공압 액추에이터를 포함하는 탄성 실린더로 구성된다. 외부 편조 피복은 모듈의 동작을 개선한다. 각각의 모듈의 중심에 입상 재밍 기반 메카니즘은 태스크 중 구조의 강성이 변한다. 테스트 모듈이 120 °까지 구부러 초기 길이의 66 %까지 신장 할 수 있다는 것을 입증한다. 모듈 (47)은 N의 최대 힘을 생성하고, 그 강도는 36 %까지 증가 할 수있다.
Introduction
의료 분야의 최근 경향은 외과 수술의 침입의 감소를 추진하고있다. 최소 침습 수술 (MIS)를 성공적으로 복부 작업 지난 몇 년 동안 개선되었다. MIS 절차는 복벽에 배치 네다섯 액세스 포인트 (트로 카를)를 통해 유입 도구의 사용에 기초한다. 트로 카를의 수를 줄이기 위해,기구는 싱글 포트 복강경 (SPL) 또는 자연 오리피스 트랜스 루미 내시경 수술 (참고) (1)에 의해 삽입 될 수있다. 이러한 절차는 외부의 눈에 보이는 흉터를 방지하지만, 수술을 실행에 임상의 어려움을 증가시킨다. 이러한 제한으로 인해 액세스의 감소 포인트와 피하거나 기관이 주변에 통과 할 수없는 악기의 경질 및 반 경질 특성으로 주로 3. 민첩하고 운동을하여 향상시킬 수 관절 및 하이퍼 중복 더 넓고 더 복잡한 작업 공간을 커버 할 수있는 로봇, 일우리는 신체의 특정 목표를보다 쉽게 4, 5, 6에 도달 할 필요 7 후퇴 시스템으로 작동 가능하게된다. 유연한 조작 따라서 기존의 도구로보다 안전 접촉, 조직 적합성을 향상시킬 수 있습니다.
그러나 이러한 매니퓰레이터 수시로 목표 도달 안정성이 부족하고 일반적으로 그들이 주변 조직 (8)과의 접촉을 제어 할 수있다 (9). 연구들은 문어 아암 (10) 및 코끼리 트렁크 (11)와 같은 생물학적 구조에 최근의 디자인 영감 자유 (자유도)의 학위의 중복 번호 및 제어 강성 (12)와, 유연한 변형 및 준수 조종. 장치의 이러한 종류의 13, 14, 15. 일반적으로, 부드럽고 유연한 소재로 제작 된 매니퓰레이터가 높은 힘의 생성을 보장하지 않습니다 수동 스프링, 스마트 재료, 공압 요소, 또는 힘줄을 사용합니다.
티그는 STIFF 플롭 (외과 수술에 대한 강성 제어 유연하고 학습 가능 조작) 조작은 최근 낙지의 기능에서 영감 노트와 SPL위한 새로운 수술 장치로 제시되었다. 이전의 소프트 매니퓰레이터의 한계를 극복하기 위해, 높은 손재주, 높은 강성 력 및 제어 (16)뿐만 아니라 연체있다.
조작의 아키텍처는 모듈 식 접근 방식을 기반으로 : 여러 대, 동일한 구조 및 기능과 함께 통합되어 있습니다. 단일 유닛이도 1에 도시되어있다. 이는 다상 제조하여 얻어지는 엘라스토머 실린더에 기초한다. 몰드 부품 및 주조 공정은 조립 공정 (작동 유체 용) 세 빈 챔버와 하나의 중공 중심 통로 (17) (수용 입상 재밍 기반기구 (18))을 포함 할 수 있습니다. 챔버가되도록 120 °로 배치된다IR 결합 인플레이션은 전 방향 운동과 신장을 생산하고 있습니다. 또한 외부 편조 피복 따라서 (굽힘 및 신장) 모듈 모션 챔버 작동의 효과를 최적화 할 때 가압 유체 챔버의 외측 반경 방향 팽창을 제한하기 위해 외부 적으로 배치된다.
중앙 채널은 입상 재료로 채워진 외부 막으로 구성된 원통형 장치를 수납한다. 진공 압력이인가 될 때, 모듈 전체의 특성에 영향을 경직을 초래 그 탄성 특성을 변경한다.
모션 및 강성 공연 공기 압축기와 챔버와 보강 채널에 진공을 활성화하기위한 하나의 진공 펌프를 구동하기위한 세 개의 압력 밸브를 포함하는 외부 설정에 의해 제어된다. 직관적 인 사용자 인터페이스 모듈의 내부 작동 및 진공 압력을 제어 할 수있다.
본 논문은 FABRICATIO의 자세한 사항이 조작 및 보고서 기본적인 운동 기능에 가장 중요한 결과의 하나의 모듈의 N 과정. 디바이스의 모듈 특성을 고려하여, 제조 및 단지 하나의 단일 모듈의 성능 평가는 결과가 확장 될 2 개 이상의 모듈을 통합하는 다중 모듈 매니퓰레이터의 기본적인 동작을 예측할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
The technique described in this protocol enables the fabrication of a pneumatically actuated soft unit usable for modular compliant structures. Thanks to the design of the molds and their simple assembly, it is possible to fabricate one complete module in about 4 hours with 7 main steps. The process of fabrication involves specific materials, which are easily available, and work should be carried out under a fume hood. An external set up including air valves, air compressor and vacuum pump is necessary to activate the mo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the EC within the framework of the STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 European Project (#287728).
Materials
| Ecoflex 00-50 Trial Kit | SmoothOn | Used for the fabrication of the soft unit, combining equal amounts of liquid parts A (the base) and B (the catalyst) | |
| Latex | Antichità Belsito | Used for the fabrication of the granular jamming membrane | |
| Peroxide-Cured Silicone Tubing | Cole Parmer | T-06411-59 | Used for actuating the chambers and applying vacuum |
| PET expandable braided sleeving | RS | 408-249 | Used for the fabrication of the external braided sheath |
| Silicone Rubber | Momentive | 127374 | Used to fix the actuation tubes to the module |
| Parafilm | Cole Parmer | EW-06720-40 | Used to fix the latex membrane to the vacuum tube |
| Fume hood Secuflow | Groupe Waldner | Working space | |
| Precision scale | KERN EW | Used to weight silicone, latex and coffee powder | |
| Oven/degasser | Heraeus | Used to degass the silicone and reduce its cure time | |
| Vacuum pump | DVP Vacuum Technology | Used to apply vacuum to the latex membrane |
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