ربات هپتیکی برای استفاده در جراحی ها ساخته شد - دور زمین

وی اضافه نمود: در این تحقیق با آنالیز احتیاجمندی های جراحی های روی جمجمه، انتظارات جراحان از یک سیستم رباتیک مد نظر قرار داده شد و بر اساس آن طراحی ربات جراحی بر روی جمجمه با هدف کاهش بار کاری جراح انجام گرفت. ربات طراحی شده دارای سه درجه آزادی فعال برای کنترل ابزار و چهار درجه آزادی غیر فعال برای تنظیم موقعیت و راستای قسمت فعال نسبت به جمجمه بیمار است.

دانش آموخته دانشگاه تربیت مدرس اضافه نمود: در مراحل بهینه سازی مکانیزم فعال، مدل سه بعدی از جمجمه و تکه های استخوان بریده شده در جراحی های مختلف تهیه شد. فضای کاری هدف استخراج شده به همراه پارامترهای سینماتیکی مناسب برای امتیازدهی به طراحی های مختلف و انتخاب طراحی بهینه استفاده شد.

دهقانی تاکید نمود: مکانیزم موازی انتخاب شده از خواص مرکز آنی دوران خارجی بهره می برد. با قرار دادن مرکز آنی دوران مکانیزم بر روی کره محیطی به تکه استخوان، ابزار تقریبا همواره بر سطح استخوان عمود باقی می ماند. معادلات سینماتیک و ماتریس ژاکوبی ربات به صورت تحلیلی استخراج و توسط شبیه سازی نرم افزاری صحه گذاری شدند. با انجام طراحی جزئی و تحلیل نیرویی، عملگرهای مناسب از موتورهای متناوب سرو و برای این سیستم انتخاب شدند.

وی ادامه داد: یک ربات نمونه از سیستم طراحی شده از جنس آلومینیوم ساخته شد. در فرآیند راه اندازی، عملکرد روش های مختلف ارتباط با سروودرایوها آزمایش شد و ترکیبی از آنها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و سرعت بالا استفاده شد. جهت ارزیابی صحت طراحی و کیفیت ساخت ربات، دو آزمایشِ فضای کاری قابل دسترس و توانایی اعمال نیرو انجام شد.

این محقق مطرح نمود: در آزمایش اول بازوهای ربات در بازه حرکتی خود با فواصل 10 درجه حرکت داده شدند و در هر نقطه با استفاده از دوربین توتال استیشن موقعیت کارگیر با دقت 0.1 میلی متر ثبت شد.

دهقانی گفت: نقاط اندازه گیری شده کل فضای کاری هدف ربات را که باتوجه به احتیاج جراحی کرینیوتومی مخروطی با زاویه راس 40 درجه است به خوبی پوشش دادند. علاوه بر آن مشاهده شد که فضای کاری قابل دسترس ربات تنها کمی بزرگتر از فضای کاری هدف بود و این نشان دهنده بهینه سازی مناسب پارامترها برای دستیابی به کوچک ترین ابعاد ممکن در کنار دسترسی به فضای هدف است.

وی اضافه نمود: در آزمایش دوم با نصب یک حسگر نیروی شش درجه آزادی نیرو و گشتاور نوک کارگیر اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد که ربات توانایی اعمال نیروی مورد احتیاج برای برش و سوراخ کاری را دارد. قبل از پیاده سازی هرگونه کنترل، برای افزایش دقت ربات، معادلات سینماتیک با روش مبتنی بر مدل و بهینه سازی لونبرگ-مارکواریت کالیبره شدند.

این محقق گفت:یکی از اهداف سیستم رباتیک کاهش بار کاری جراح است که در این راستا الگوریتم کنترلی برای جبران وزن بازوها و ابزار پیاده سازی شد. با اندازه گیری نیروی دست جراح نشان دادیم که در حرکت آزاد ابزار در فضای کاری ربات به دست جراح نیروی ناچیزی وارد می گردد و نیروی گرانش جبران سازی شده است.

دهقانی اضافه نمود: یکی دیگر از توانایی های در نظر گرفته شده برای این سیستم رباتیک ایجاد دیواره مجازی در فضای کاری است که جلوی نفوذ ابزار و صدمه به بافت نرم زیر استخوان جمجمه را گیرد.

وی گفت: نتایج نشان می دهد که در برخورد نوک ابزار با دیواره حداکثر نیروی موتور به دست جراح وارد شده و کنترلر به خوبی از نفوذ ابزار به ناحیه غیرمجاز ممانعت کرد.

این پژوهش با هدایت دکتر مجید محمدی مقدم عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک اجرا شده است.