مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه سازی ابعاد و طراحی بهینه مسیر یک ربات جراح

نویسندگان
1 مدرس دانشگاه
2 استادیار گروه مهندسی رباتیک/دانشگاه صنعتی همدان
چکیده
در این مقاله، هدف ارائه روندی است که بتوان با استفاده از آن معیار مهارت را در طراحی بهینه ابعاد و مسیر یک ربات جراح لاپراسکوپی به کار بست. این معیار وابسته به پیکربندی بازوی رباتیک است و برای محاسبه آن در هر نقطه از فضای کاری، نیاز به حل معادلات سینماتیک مستقیم و وارون و همچنین استخراج ماتریس ژاکوبین است. در مقاله حاضر، با استفاده از روش مونت کارلو، مهارت ربات در کل فضای کاری محاسبه شده است. برای یافتن طول بهینه رابط‌های ربات به منظور بیشنه شدن مهارت در جراحی، یک مساله بهینهسازی غیرخطی و مقید فرمول بندی شده و با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. سپس، با داشتن ابعاد بهینه ربات که منجر به بیشینه شدن مهارت آن در فضای کاری می‌شود، مساله طراحی بهینه مسیر در فضای دکارتی حل شده است. در این حالت، مهارت ربات و خطای ردیابی مسیر به عنوان توابع هزینه بهینه سازی در نظر گرفته شده است. رویکرد ذکر شده بر روی یک بازوی ربات جراح با چهار درجه آزادی پیادهسازی شده و نتایج شبیه سازی که نشان دهنده کارآمدی روش است، نشان داده شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimization of dimension and optimal path planning of a Surgical Robot

نویسندگان English

Anita Eslami Khotbesara 1
Behnam Miripour Fard 2
2 Head of Robotics Eng. Dept
چکیده English

The main purpose of this paper is to use the concept of manipulability index for finding the optimal link lengths of a surgical robot and then to plan an optimal path for it. This index depends on the configuration of the robot. In each configuration, the manipulability of the robot is calculated thorough the Forward and Inverse Kinematic and Jacobain. In the present paper, a nonlinear constrained optimization problem is formulated based on this index to find the optimum link lengths. The optimization problem is solved using Genetics Algorithm for entire work space of the robot. The manipulability index is calculated all over the workspace using the Mont-Carlo method. Afterward, using this set of optimal link lengths, the optimal path planning is presented in the Cartesian work space. This optimization is done by considering the manipulability criteria while the tracking error is minimized during performing an operation. The suggested procedure is implemented on a four degree of freedom robot manipulator. Several simulations scenarios are presented to demonstrate the capability of the procedure. The simulation results show the efficiency of the method.

کلیدواژه‌ها English

Robotic Surgery
Manipulability Index
path planning
Optimization