Diseño de un robot tipo PA-10 virtual para aplicaciones quirúrgicas

Abstract

En este proyecto se aborda el diseño y simulación del robot PA-10 con el fin de ser implementado en aplicaciones quirúrgicas. Para ello, el robot se modela matemáticamente a nivel geométrico y dinámico con el objetivo de comprobar, si este puede utilizarse en procedimientos laparoscópicos, manteniendo un punto fijo en el espacio (trocar), que sirve como entrada a la cavidad abdominal. Para demostrar que la estructura cinemática del brazo robótico respeta el paso por el trocar, se diseña un control por par calculado (CTC), el cual, permite obtener un error menor al orden de los milímetros para trayectorias definidas. Posteriormente, se desarrolla una interfaz gráfica que muestra la interacción de tres robots; un porta endoscopio (Hibou) y dos quirúrgicos (LapBot y PA-10). Los robots Hibou y LapBot han sido implementados en tesis anteriores. Además de esto, en la aplicación se implementa un algoritmo de detección de colisiones y deformación, con el propósito de darle una mayor realidad a la aplicación, debido a que se puede observar la interacción del efector final del robot PA-10 con los órganos de la cavidad abdominal. Finalmente se obtuvo el software SVRQ (Simulador Virtual de Robótica Quirúrgica) llamado así por sus desarrolladores, ya que este ambiente tridimensional, permite verificar el comportamiento de un robot ante situaciones a las que tendrá que enfrentarse en la realidad o para observar posibles fallas o posibles mejoras en la construcción de las piezas del prototipo físico.

This project focuses on PA-10 robot design and simulator, in order to be applied in surgical procedures. To do so, robot is modeled mathematically at a geometric and dynamic level to prove if it can be used in laparoscopic procedures, keeping a fixed point on the space (trocar), that allows to get into the abdominal cavity. To demonstrate that kinematic structure of the robot arm respects the pass through of trocar, it is designed a calculated torque controller (CTC), which lets to get a minor mistake towards the order of millimeters for predefined trajectories. Subsequently, a graphic interface is developed that shows interaction among three robots; an endoscopic holder (Hibou) and two surgical (LapBot and PA-10). Hibou and LapBot robots have been developed in previous thesis. In addition, in the application a collision and deformation detection algorithm is implemented, with the purpose to make the application more real, due to the fact that the interaction between end effector PA-10 and abdominal cavity organs can be noted. Finally got SVRQ software called by its developers, because this 3D environment, allows checking robot behavior in real situations it will have to face later, or noticing possible failures or improvements in the construction of the physical prototype’s parts.