Sistema de navegación magnética basado en imán permanente para micro robots en aplicaciones médicas

Abstract

El objetivo de este trabajo es determinar las características de un sistema de navegación magnética enfocado a aplicaciones médicas en el que un brazo robótico tiene instalado un imán permanente en su efector final, el cual gobierna el movimiento de un microrobot axialemente magnetizado. En primera instancia se analizan las ecuaciones de magnetismo para la interacción entre el imán permanente en el brazo robótico y el microrobot, considerando la posición y velocidad de movimiento. Luego se obtiene el modelo cinemático y dinámico del robot PUMA para lograr que el efector final llegase a las posiciones tridimensionales deseadas. Para la validación se desarrollaron 2 entornos: el primero en Matlab para demostrar la interacción bajo conceptos físicos y matemáticos; el segundo en un entorno médico simulado en Unity, en donde se desarrolló una aplicación que posee los elementos vitales de un quirófano. La interacción de los imanes en un entorno médico simulado evidencia la viabilidad del sistema. Este trabajo demuestra que el sistema de navegación magnética para control de microrobots con imán permanente es factible y tiene potencial para futuras experimentaciones en ambientes reales y posteriores aplicaciones médicas.

The objective of this work is to determine the characteristics of a magnetic navigation system focused on medical applications in which a robotic arm has a permanent magnet installed in its end-effector, which governs the movement of an axially magnetized microrobot. First, the equations of magnetism for the interaction between the permanent magnet in the robotic arm and the microrobot are analyzed, considering the position and velocity of movement. Then, the kinematic and dynamic model of the PUMA robot is obtained toachieve the final effector to reach the desired three-dimensional positions. For validation, 2 environments were developed: the first in Matlab to demonstrate the interaction underphysical and mathematical concepts; the second in a medical environment simulated in Unity, where an application was developed that has the vital elements of an operating room. The interaction of the magnets in a simulated medical environment evidences the viability of the system. This work demonstrates that the magnetic navigation system for control of microrobots with permanent magnets is feasible and has potential for future experimentation in real environments and further medical applications.