डिजाइन और अतिरिक्त साकार अल्ट्रासाउंड के लिए एक Bespoke रोबोट जोड़तोड़ के कार्यांवयन
Summary
इस कागज के डिजाइन और अतिरिक्त साकार अल्ट्रासाउंड परीक्षा के लिए एक bespoke रोबोट जोड़तोड़ के कार्यांवयन का परिचय । प्रणाली 3 डी प्रिंटिंग और सुरक्षा प्रबंधन के लिए एक यांत्रिक क्लच द्वारा किए गए हल्के जोड़ों के साथ स्वतंत्रता के पांच डिग्री है ।
Abstract
उच्च परिशुद्धता, निपुणता, और दोहराव के लिए क्षमता के साथ, एक आत्म ट्रैक रोबोट प्रणाली वास्तविक समय अल्ट्रासाउंड के अधिग्रहण की सहायता करने के लिए नियोजित किया जा सकता है । हालांकि, अतिरिक्त साकार अल्ट्रासाउंड के लिए डिजाइन रोबोटों की सीमित संख्या सफलतापूर्वक नैदानिक उपयोग में अनुवाद किया गया है । इस अध्ययन में, हम अतिरिक्त-साकार अल्ट्रासाउंड परीक्षा, जो हल्के है और एक छोटे पदचिह्न है के लिए एक bespoke रोबोट जोड़तोड़ बनाने का लक्ष्य है । रोबोट पांच विशेष रूप से आकार का लिंक और कस्टम द्वारा गठित जांच हेरफेर के लिए संयुक्त तंत्र बनाया है, के लिए स्वतंत्रता के निरर्थक डिग्री के साथ गति की आवश्यक सीमा को कवर करने के लिए रोगी की सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं । यांत्रिक सुरक्षा के लिए एक क्लच तंत्र पर बल दिया जाता है, रोगियों के लिए लागू बल सीमित करने के लिए. डिजाइन के परिणामस्वरूप, जोड़ तोड़ के कुल वजन 2 किलो से कम है और जोड़ तोड़ की लंबाई के बारे में 25 सेमी है । डिजाइन लागू किया गया है, और सिमुलेशन, प्रेत, और स्वयंसेवक अध्ययन किया गया है, गति की सीमा को मांय करने के लिए, ठीक समायोजन, यांत्रिक विश्वसनीयता बनाने की क्षमता है, और क्लच के सुरक्षित संचालन । इस पत्र का विवरण डिजाइन और bespoke रोबोट अल्ट्रासाउंड जोड़तोड़ के कार्यांवयन, डिजाइन और विधानसभा के तरीके सचित्र के साथ । परीक्षण के लिए डिजाइन सुविधाओं और प्रणाली का उपयोग कर के नैदानिक अनुभव प्रदर्शित करने के लिए परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं । यह निष्कर्ष निकाला है कि वर्तमान प्रस्तावित रोबोटिक जोड़तोड़ अतिरिक्त साकार अल्ट्रासाउंड परीक्षा के लिए एक bespoke प्रणाली के रूप में आवश्यकताओं को पूरा करती है और नैदानिक उपयोग में अनुवाद किया जा करने के लिए महान क्षमता है ।
Introduction
एक अतिरिक्त साकार रोबोट अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) प्रणाली विंयास जिसमें एक रोबोट प्रणाली को पकड़ और बाहरी परीक्षाओं के लिए एक अमेरिकी जांच हृदय, संवहनी, प्रसूति, और सामांय उदर इमेजिंग 1 में इसके उपयोग सहित, हेरफेर का उपयोग किया जाता है को संदर्भित करता है . इस तरह के एक रोबोट प्रणाली का उपयोग मैंयुअल रूप से पकड़े और एक अमेरिकी जांच जोड़ तोड़ की चुनौतियों से प्रेरित है, उदाहरण के लिए, मानक अमेरिका नैदानिक इमेजिंग प्रोटोकॉल द्वारा आवश्यक विचार और दोहराव तनाव चोट2के जोखिम को खोजने की चुनौती, 3,4, और भी अमेरिका स्क्रीनिंग कार्यक्रम की जरूरतों के द्वारा, उदाहरण के लिए, अनुभव sonographers के लिए आवश्यकता पर साइट5,6। विभिंन कार्यक्षमताओं और लक्ष्य anatomies पर emphases के साथ, कई रोबोट अमेरिकी प्रणालियों, पहले काम करता है1,7,8में की समीक्षा के रूप में, 1990 के दशक के बाद से शुरू किया गया है, हम में से विभिंन पहलुओं में सुधार परीक्षा (जैसे, लंबी दूरी teleoperation9,10,11,12, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से रोबोट ऑपरेटर संपर्क और स्वत: नियंत्रण)13, 14. रोबोट अमेरिका नैदानिक प्रयोजनों के लिए इस्तेमाल किया प्रणालियों के अलावा, रोबोट उच्च तीव्रता ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HIFU) प्रणालियों उपचार प्रयोजनों के लिए व्यापक रूप से पुजारी एट अल द्वारा संक्षेप के रूप में जांच की गई है । 1, हाल के कुछ काम करता है15के साथ,16 नवीनतम प्रगति की रिपोर्टिंग ।
हालांकि कई रोबोट अमेरिका प्रणालियों नियंत्रण और नैदानिक आपरेशन के लिए अपेक्षाकृत विश्वसनीय प्रौद्योगिकियों के साथ विकसित किया गया है, उनमें से केवल कुछ सफलतापूर्वक नैदानिक उपयोग में अनुवाद किया गया है, जैसे एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध टेली-अल्ट्रासाउंड प्रणाली 17. एक संभावित कारण बड़े आकार के औद्योगिक के लिए स्वीकृति के निंन स्तर पर एक नैदानिक वातावरण में काम कर रहे रोबोट, दोनों रोगियों और sonographers के दृष्टिकोण से है । इसके अतिरिक्त, सुरक्षा प्रबंधन के लिए, मौजूदा अमेरिका रोबोटों के बहुमत पर नजर रखने और अमेरिका की जांच करने के लिए लागू दबाव को नियंत्रित करने के लिए बल सेंसर पर भरोसा करते हैं, जबकि अधिक मौलिक यांत्रिक सुरक्षा तंत्र निष्क्रिय बल को सीमित करने के लिए आमतौर पर उपलब्ध नहीं है . यह भी चिंता का कारण हो सकता है जब नैदानिक उपयोग में अनुवाद के रूप में रोबोट आपरेशन की सुरक्षा पूरी तरह से विद्युत प्रणालियों और सॉफ्टवेयर तर्क पर निर्भर करेगा ।
3 डी मुद्रण तकनीकों की हाल ही में प्रगति के साथ, विशेष रूप से कस्टम के साथ आकार का प्लास्टिक लिंक बनाया संयुक्त तंत्र bespoke चिकित्सा रोबोटों के विकास के लिए एक नया अवसर प्रदान कर सकता है । ध्यान से एक कॉंपैक्ट उपस्थिति के साथ हल्के घटकों डिजाइन नैदानिक स्वीकृति में सुधार सकता है । विशेष रूप से अमेरिका के लिए परीक्षा, एक bespoke चिकित्सा नैदानिक उपयोग में अनुवाद किया जा रहा है के उद्देश्य से रोबोट कॉंपैक्ट होना चाहिए, स्वतंत्रता के पर्याप्त डिग्री (DOFs) और गति की सीमा के साथ एक स्कैन के हित के क्षेत्र को कवर; उदाहरण के लिए, पेट के ऊपर और दोनों किनारों सहित उदर की सतह । इसके अतिरिक्त, रोबोट भी एक स्थानीय क्षेत्र में अमेरिका की जांच के ठीक समायोजन करने की क्षमता को शामिल करना चाहिए, जब एक अमेरिकी देखने के अनुकूलन की कोशिश कर रहा । यह आमतौर पर एक निश्चित सीमा के भीतर जांच के झुकाव आंदोलनों भी शामिल है, के रूप में Essomba एट अल द्वारा सुझाव दिया । 18 और Bassit19. आगे सुरक्षा चिंताओं को संबोधित करने के लिए, यह उम्मीद है कि प्रणाली निष्क्रिय यांत्रिक सुरक्षा सुविधाओं जो विद्युत प्रणालियों और सॉफ्टवेयर तर्क से स्वतंत्र हैं होना चाहिए.
इस पत्र में, हम विस्तृत डिजाइन और एक 5-DOF निपुण रोबोट जोड़तोड़, जो एक अतिरिक्त साकार रोबोट अमेरिका प्रणाली के प्रमुख घटक के रूप में प्रयोग किया जाता है की विधानसभा विधि प्रस्तुत करते हैं । जोड़तोड़ कई हल्के 3 डी मुद्रण योग्य लिंक, कस्टम बनाया संयुक्त तंत्र, और एक निर्मित सुरक्षा क्लच में शामिल हैं । DOFs की विशिष्ट व्यवस्था जांच समायोजन के लिए पूर्ण लचीलापन प्रदान करता है, रोगी के साथ टकराने के बिना एक छोटे क्षेत्र में आसान और सुरक्षित संचालन की अनुमति । प्रस्तावित बहु DOF जोड़तोड़ मुख्य घटक है कि रोगियों के साथ संपर्क में है के रूप में काम करना है और यह बस किसी भी पारंपरिक 3-DOF वैश्विक पोजीशनिंग तंत्र को पूरी तरह से सक्रिय DOFs के साथ एक पूरा अमेरिका रोबोट फार्म के लिए एक अमेरिकी स्कैन करने के लिए संलग्न किया जा सकता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
कई अंय औद्योगिक रोबोटों कि चिकित्सा अनुप्रयोगों में अनुवाद किया गया है के विपरीत, प्रस्तावित रोबोटिक्स प्रोटोकॉल में वर्णित जोड़तोड़ विशेष रूप से गति की सीमा के लिए नैदानिक आवश्यकताओं के अनुसार अमे?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम वेलकम ट्रस्ट इएह पुरस्कार [१०२४३१] द्वारा समर्थित किया गया था और वेलकम/EPSRC सेंटर फॉर मेडिकल इंजीनियरिंग [WT203148/z/16/z] द्वारा । लेखक स्वास्थ्य अनुसंधान के लिए राष्ट्रीय संस्थान के माध्यम से स्वास्थ्य विभाग से वित्तीय सहायता स्वीकार करते है (NIHR) व्यापक जैव चिकित्सा अनुसंधान केंद्र लड़के के & सेंट ‘ थॉमस एन एच एस फाउंडेशन के साथ साझेदारी में ट्रस्ट को पुरस्कार है राजा कॉलेज लंदन और राजा कॉलेज अस्पताल एन एच एस फाउंडेशन ट्रस्ट ।
Materials
| 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
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