Base para sistema de entrenamiento quirúrgico : Robot Hibou

Abstract

Base para sistema de entrenamiento quirúrgico: robot HIBOU es el proyecto que se desarrolla a continuación, y forma parte de un proyecto macro que es la construcción de un sistema de entrenamiento quirúrgico para cirugía laparoscópica. Para la consecución del proyecto se realizó la construcción de Hibou un robot porta endoscopio que es encargado de la visión al interior del paciente y es operado mediante un joystick, existe un segundo robot que es objeto de otro trabajo de grado realizado paralelamente, este es un manipulador el cual realiza el procedimiento quirúrgico al paciente, los dos robots integrados conforman el sistema completo. Inicialmente se realizó la instalación del software necesario para lograr la manipulación del robot desde el computador y mostrar en pantalla los movimientos del mismo, el software incluye una plataforma de desarrollo y las librerías graficas necesarias para correr este tipo de programas. Posteriormente se realizó el diseño de la tarjeta de adquisición de datos necesaria para soportar la comunicación entre el robot y el computador, la función de la tarjeta es generar un canal bidireccional de comunicación. Desde el robot hacia el computador se envían las posiciones articulares del robot, y desde el computador se envían tramas que indican la posición deseada para el robot. La tarjeta de adquisición soporta el protocolo de comunicación USB, esto debido a que es el más usado en la actualidad. La siguiente tarea fue desarrollar el software para lograr la comunicación entre el computador y el robot, para esto se realizaron dos códigos: uno en la plataforma de desarrollo en el computador, que se encarga de captar y enviar las posiciones deseadas del robot, el otro es un código que se embebe en el micro controlador que tiene como función la recepción de las consignas desde el computador para posteriormente realizar la activación de los actuadores y la lectura de los sensores. Enseguida se realizó la elección de la instrumentación del robot que son básicamente sensores, actuadores y etapas de potencia para su funcionamiento. Los sensores que se escogieron son potenciómetros lineales que permiten una lectura más exacta de las posiciones del robot, los actuadores escogidos son motor reductores de alto torque que permiten mover las articulaciones del robot con mayor facilidad. Para conocer con más exactitud el torque necesario que se requería para cada articulación se realizó un proceso de simulación que permite determinar el par necesario que requiere cada articulación por medio de una trayectoria determinada. Las piezas del robot se diseñaron en un software CAD que permite darle la forma deseada a cada uno de los componentes y que respete las distancias establecidas entre las articulaciones. El software permite exportar los diseños para que posteriormente una máquina láser realice los cortes de cada una de las piezas que forman parte del robot. Una vez cortadas todas las piezas se procede a ensamblarlas mediante dispositivos mecánicos como tornillos, tuercas y partes metálicas hechas a la medida para el robot. A continuación se hace el acople de todas las partes del sistema, para esto se fija el robot a la mesa y se procede a colocar todos los elementos que forman parte del robot, esto incluye los sensores, actuadores, tarjetas de adquisición de datos y etapas de potencia. Finalmente se realiza la etapa de pruebas, para ello se ubica un recipiente plástico el cual se asemeja al abdomen del paciente, este recipiente incluye el trocar, por donde se introduce el órgano terminal. Seguidamente se manipula con el joystick dicho órgano del robot HIBOU, esto se logra mediante el software que calcula los ángulos deseados para cada articulación.

Base para sistema de entrenamiento quirúrgico: robot HIBOU is the project that develops below and is part of a macro project that is the construction of a surgical training system for laparoscopic surgery. To achieve the project was carried Hibou building a robot endoscope holder is responsible for the vision into the patient and operated by a joystick, there is a second robot that is the subject of another degree work done in parallel, this is a handle which makes the surgical procedure to the patient the two robots make up the complete system integrated. Initially performed software installation necessary to achieve manipulation robot from the computer and display the movements of the same, the software includes a development platform and libraries needed to run graphics programs such. Subsequently performed designing the data acquisition board needed to support communications between the robot and the computer, card function is to generate a bidirectional communication channel. Since the robot to the computer are sent in the robot joint positions, and from computer frames are sent indicating the desired position for the robot. The acquisition card supports USB communication protocol, this because it is the most used at present. The next task was to develop the software to achieve communication between the computer and the robot, for this were two codes: one on the development platform on the computer, which is responsible for capturing and sending the desired positions of the robot, the other is a code that is embedded in the microcontroller whose function is the receipt of the instructions from the computer and subsequently to activate the actuators and sensors reading. This was followed by the choice of instrumentation sensors are basically robot, actuators and power amplifiers for operation. Sensors chosen are linear potentiometers which allow a more accurate reading of the position of the robot, chosen actuators are high torque engine reducers that allow the robot joints move more easily. For more details of the necessary torque for each joint was required was a simulation process that determines the necessary torque required for each joint using a given path. Robot parts are designed on a CAD software that allows the desired shape to each of the components that comply with preset distances between joints. The software allows layouts to export subsequently perform a laser machine cuts each of the pieces that form part of the robot. Once cut all the pieces necessary to assemble by mechanical devices such as screws, nuts and metal parts made to order for the robot. The following is the coupling of all parts of the system, for this robot is fixed to the table and proceeds to place all items that are part of the robot, for this robot is fixed to the table and proceed to place all items that are part of the robot. We carried out the testing stage, for it is located a plastic container that resembles the patient's abdomen, the container includes the trocar, through which you enter the terminal organ. Then the joystick is manipulated organ robot said HIBOU, this is achieved by software that calculates the desired angles for each joint.