Transmisiones tubulares para conducir robots quirúrgicos a través de endoscopios flexibles

Área de la Ciencia:

• La robótica
• Ingeniería mecánica
• Dispositivos biomédicos

Sus antecedentes:

• Los endoscopios flexibles requieren robots concéntricos de empuje y tracción con tubos de transmisión que exhiben una alta rigidez axial, una alta rigidez de torsión y una baja rigidez de flexión.
• Los diseños de tubos cortados por láser existentes a menudo se centran en las relaciones de rigidez de flexión / torsión, descuidando la optimización simultánea de las tres propiedades de rigidez.
• Existe una compensación en los diseños actuales, lo que dificulta el logro de una alta rigidez axial simultáneamente con una baja rigidez de flexión debido a su fuerte correlación.

Objetivo del estudio:

• Para abordar el diseño simultáneo de rigidez axial, torsional y de flexión en tubos de transmisión cortados con láser para robots endoscópicos.
• Para superar la correlación inherente entre la rigidez axial y de flexión en los patrones de corte láser existentes.
• Proponer y validar un nuevo patrón de eliminación de material láser que permita un control independiente de los tres valores de rigidez.

Principales métodos:

• Propuso un nuevo patrón de eliminación de material láser que utiliza la asimetría de rigidez local en segmentos de flexión discretos.
• Estos segmentos se separan por secciones de tubo sólido y se raspan a lo largo del tubo para lograr una simetría de rigidez global.
• Se utiliza el análisis de elementos finitos para la parametrización del diseño y el estudio de las propiedades, incluidos los efectos de interferencia entre tubos desalineados.
• Se ha validado experimentalmente el diseño utilizando prototipos de tubos de nitinol fabricados.

Principales resultados:

• El diseño de segmento asimétrico discreto propuesto rompe efectivamente la correlación entre la rigidez axial y la de flexión.
• Logró una rigidez axial y torsional superior en comparación con los patrones láser anteriores, manteniendo una baja rigidez de flexión.
• La validación experimental confirmó las propiedades previstas del diseño y el rendimiento de accionamiento en un prototipo de sistema de robot endoscópico.

Conclusiones:

• El nuevo patrón de segmento asimétrico discreto ofrece una solución viable para optimizar la rigidez del tubo de transmisión en robots endoscópicos.
• Este diseño permite un control independiente sobre la rigidez axial, torsional y de flexión, mejorando las capacidades del sistema robótico.
• Los hallazgos tienen implicaciones significativas para el desarrollo de herramientas robóticas endoscópicas más efectivas y precisas.