设计优化混合驱动软手术机器人与生物仿真约束的设计优化
Majid Roshanfar1, Javad Dargahi1, Amir Hooshiar2
1Surgical Robotics Laboratory (SRL), Department of Mechanical Engineering, Gina Cody School of Engineering, Concordia University, Montreal, QC H3G 1M8, Canada.
Biomimetics (Basel, Switzerland)
|January 26, 2024
概括
混合动力软机器人的几何优化改善了其在机器人辅助手术中的性能. 该设计最大限度地减少了辐射膨胀,并增加了力,增强了控制和外科干预能力.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 生物医学工程 生物医学工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 软机器人为手术干预提供了增强的灵巧性和安全性.
- 机器人辅助的支气管内干预需要精确和最少侵入性的操纵器.
- 现有的软机器人设计可能面临辐射膨胀和力施加方面的局限性.
研究的目的:
- 为了优化混合驱动软机器人的几何,用于机器人辅助的支气管内干预.
- 在执行过程中最大限度地减少辐射膨胀,同时最大限度地将力传递到目标组织.
- 为了提高软机器人在外科应用中的控制和性能.
主要方法:
- 有限元素分析 (FEA) 用于几何优化.
- 一个多目标目标函数结合了室内压力,肌张力和横截面积.
- 在ANSYS软件中的响应表面优化 (RSO) 指导了代设计过程.
- 使用基于ISO 7743压缩测试的超塑性建模,对Ecoflex 00-50的材料特性进行了表征.
主要成果:
- 优化的软机器人几何学表明,在通货膨胀期间,辐射膨胀减少.
- 优化的设计实现了对目标组织的强力施加增加.
- 通过在幻影模型中进行原型测试验证的FEA模拟证实了性能改进.
- 优化过程导致执行力减少,操纵器控制能力提高.
结论:
- 几何优化方法有效地完善了软机器人的设计.
- 优化的混合动力驱动软机器人显示了改善机器人辅助支气管内干预的巨大潜力.
- 这一进步有助于更安全,更有效的最小侵入性外科手术程序.
