مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل سینماتیک و طراحی مکاترونیکی یک ربات سه درجه آزادی موازی با کاربرد جراحی کرینیوتومی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 دانشیار دانشکده فنی و مهندسی - بخش مکانیک - دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
استفاده از سیستم‌های رباتیک در جراحی به دلیل خصوصیاتی همچون دقت بالا، خستگی‌ناپذیری و عدم اشتباه روز به روز رو به افزایش است. به طور ویژه، این سیستم‌ها در اعمال جراحی بر روی بافت استخوانی به دلیل ثابت بودن و عدم تغییر شکل و امکان برنامه‌ریزی پیش از عمل مناسب هستند. با این وجود سیستم‌های رباتیک با توانایی برش و سوارخکاری جمجمه برای جراحی‌های مغز و اعصاب در مرحله تحقیقاتی به سر می‌برند. در این تحقیق با بررسی نیازمندی‌های جراحی‌های روی جمجمه، انتظارات جراحان از یک سیستم رباتیک مد نظر قرار داده شد و بر اساس آن طراحی، تحلیل، ساخت و راه‌اندازی یک نمونه ربات جراحی بر روی جمجمه با یک مکانیزم کروی و دارای مرکز آنی دوران بیرونی انجام گرفت. معادلات سینماتیک و ژاکوبین ربات به صورت تحلیلی استخراج و توسط شبیه‌سازی نرم‌افزاری صحه‌گذاری شدند. با انجام طراحی جزئی و تحلیل نیرویی، عملگرهای مناسب از موتورهای متناوب سروو برای این سیستم انتخاب گردیدند. یک ربات نمونه از سیستم طراحی شده از جنس آلومینیوم ساخته شد. در فرآیند راه‌اندازی، عملکرد روش‌های مختلف ارتباط با سروو درایوها آزمایش شد و ترکیبی از آنها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و سرعت بالا استفاده گردید. در نهایت پس از راه‌اندازی سیستم سخت‌افزاری، کتابخانه نرم‌افزاری برای ارتباط راحت با موتورها و کنترل آنها کدنویسی شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Kinematic Analysis and Mechatronic Design of a 3-DOF Parallel Robot for Craniotomy Surgery

نویسندگان English

Mohammadreza Dehghani Tafti 1
Majid Mohammadi Moghaddam 2
Pourya Torabi 1
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Dept. of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

Recently, robotic systems are widely used in surgery, due to their characteristics such as having high precision, being tireless and making no mistakes. They are especially suitable for operation on hard tissue, as the bone is stationary and does not change shape and therefore preoperative planning of the system is much more straightforward. Nevertheless, proposed robotic systems for surgery on skull bone are still in the research stage. In this study, by considering the requirements of craniotomy surgery, a Remote Center of Motion spherical mechanism is used in design and prototyping of a surgical system. The kinematic equations and Jacobian of the mechanism are calculated analytically and later verified through software simulation. Detailed design and force analysis helped selection and use of appropriate AC servo motors for actuation. An aluminum prototype is fabricated out of CNC machined parts. Performance of different connection methods between PC and the robot were tested and a combination of them is proposed for higher reliability and speed. Finally, a software library is generated in LabVIEW environment to simplify the connection with servo motors and utilization and control of the robotic system.

کلیدواژه‌ها English

Robotic Surgery
Kinematic analysis
Hardware in the Loop
Craniotomy