طراحی و ساخت ربات هپتیكی توسط محققان دانشگاه تربیت مدرس
سرگرمی كامپیوتری: تهران- پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس موفق به تحلیل، طراحی و كنترل یك ربات هپتیكی (مجهز به فناوری لمسی) با شش درجه آزادی و بهینه سازی فضای كاری جهت استفاده در جراحی شدند.
به گزارش روز سه شنبه گروه علمی ایرنا از دانشگاه تربیت مدرس، مجری این طرح تحقیقاتی در مورد اهمیت استفاده از سیستم های رباتیك در جراحی اظهار داشت: استفاده از سیستم های رباتیك در جراحی به علت خصوصیاتی همچون دقت بالا، خستگی ناپذیری و اشتباه نكردن، روز به روز رو به افزایش است. این سیستم ها بخصوص در جراحی روی بافت استخوانی به علت ثابت بودن و تغییر شكل ندادن و امكان برنامه ریزی قبل از عمل مناسب هستند.
محمدرضا دهقانی از پژوهشگران گروه طراحی كاربردی دانشكده مهندسی مكانیك دانشگاه تربیت مدرس اضافه كرد: برش تكه ای از استخوان جمجمه مرحله ای اجتناب ناپذیر در جراحی های باز مغز و اعصاب و بسیار وقت گیر و خسته كننده است. اعمال نیروهای بزرگ با دقت بالا انرژی زیادی از جراح مصرف می كند كه سبب می گردد در مرحله بعد یعنی دستكاری بافت حساس مغز، خطای احتمالی جراح افزایش یابد. با این حال، سیستم های رباتیك با توانایی برش و سوراخكاری جمجمه برای جراحی های مغز و اعصاب در مرحله تحقیقاتی به سر می برند.
دكتر دهقانی در تشریح این طرح تحقیقاتی تصریح كرد: در این تحقیق با بررسی نیازمندی های جراحی های روی جمجمه، انتظارات جراحان از یك سیستم رباتیك مد نظر قرار داده شد و بر مبنای آن طراحی ربات جراح روی جمجمه با هدف كاهش بار كاری جراح انجام گرفت. ربات طراحی شده سه درجه آزادی فعال برای كنترل ابزار و چهار درجه آزادی غیرفعال برای تنظیم موقعیت و راستای قسمت فعال نسبت به جمجمه بیمار دارد.
این دانش آموخته دانشگاه تربیت مدرس افزود: در مراحل بهینه سازی مكانیزم فعال، مدل سه بعدی از جمجمه و تكه های استخوان بریده شده در جراحی های مختلف تهیه شد. فضای كاری هدف استخراج شده به همراه پارامترهای سینماتیكی مناسب برای امتیازدهی به طراحی های مختلف و انتخاب طراحی بهینه استفاده شد. مكانیزم موازی انتخاب شده از خواص مركز آنی دوران خارجی بهره می برد. با قرار دادن مركز آنی دوران مكانیزم روی كره محیطی به تكه استخوان، ابزار حدودا همواره بر سطح استخوان عمود باقی می ماند. معادلات سینماتیك و ماتریس ژاكوبی 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 گردیدند.
دكتر دهقانی افزود: یك ربات نمونه از سیستم طراحی شده از جنس آلومینیوم ساخته شد. در فرآیند راه اندازی، عملكرد روش های مختلف ارتباط با سروو درایوها آزمایش شد و تلفیقی از آنها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و سرعت بالا استفاده گردید. جهت ارزیابی صحت طراحی و كیفیت ساخت ربات، دو آزمایشِ فضای كاری قابل دسترس و توانایی اعمال نیرو انجام شد.
وی تشریح كرد: در آزمایش اول بازوهای ربات در بازه حركتی خود با فواصل 10 درجه حركت داده شدند و در هر نقطه با استفاده از دوربین توتال استیشن موقعیت كارگیر با دقت 0.1 میلی متر ثبت گردید. نقاط اندازه گیری شده كل فضای كاری هدف ربات را كه با عنایت به نیاز جراحی كرینیوتومی مخروطی با زاویه راس 40 درجه است به خوبی پوشش دادند. علاوه بر آن مشاهده شد كه فضای كاری قابل دسترس ربات تنها كمی بزرگتر از فضای كاری هدف بود و این نشان دهنده بهینه سازی مناسب پارامترها برای دستیابی به كوچك ترین ابعاد ممكن در كنار دسترسی به فضای هدف است.
دكتر دهقانی اضافه كرد: در آزمایش دوم با نصب یك سنسور نیروی شش درجه آزادی نیرو و گشتاور نوك كارگیر اندازه گیری شد. نتایج نشان داده است كه ربات توانایی اعمال نیروی مورد نیاز برای برش و سوراخ كاری را دارد. پیش از پیاده سازی هرگونه كنترل، برای افزایش دقت ربات، معادلات سینماتیك با روش مبتنی بر مدل و بهینه سازی لونبرگ-ماركواریت كالیبره شدند.
مجری طرح در انتها خاطرنشان كرد: یكی از اهداف سیستم رباتیك كاهش بار كاری جراح است كه در این راستا الگوریتم كنترلی برای جبران وزن بازوها و ابزار پیاده سازی شد. با اندازه گیری نیروی دست جراح نشان دادیم در حركت آزاد ابزار در فضای كاری ربات به دست جراح نیروی ناچیزی وارد می گردد و نیروی گرانش جبران سازی شده است. یكی دیگر از توانایی های در نظر گرفته شده برای این سیستم رباتیك تولید دیواره مجازی در فضای كاری است كه جلوی نفوذ ابزار و آسیب به بافت نرم زیر استخوان جمجمه را بگیرد. نتایج نشان داده است در برخورد نوك ابزار با دیواره حداكثر نیروی موتور به دست جراح وارد شده و كنترلر به خوبی از نفوذ ابزار به ناحیه غیرمجاز ممانعت كرد.
این پژوهش با راهنمایی دكتر مجید محمدی مقدم عضو هیأت علمی دانشكده مهندسی مكانیك انجام شده است.
علمی**9157*2017
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب