---

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.

---

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.