Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Testing a prototype friction drive transmission

Mucha Ł., Lis K., Lehrich K., Nawrat Z.

Tribologia

|

2018

|

nr 5

47--52

EN

The article presents research on the mechanical properties of a drive system using an innovative mechanism converting rotary motion to progressive motion. The operating principle of the mechanism uses the friction-based transmission of drive from the motor to the drive shaft by means of two oppositely arranged unidirectional clutches. A side effect of such a solution utilized in the mechanism is the possibility of shifting the couplings while transmitting torque. The clutches were combined with a mechanism converting rotational motion to linear motion by utilizing friction between radial ball bearings and the shaft. This has resulted in an innovative mechanism for converting rotary motion to progressive motion, with the drive source being bound with a “friction screw” (a “slide” screw). A characteristic feature of this solution is the fact that there is no need for the nut to rotate in order to achieve progressive movement. Known solutions are based on a rotating nut and a fixed shaft system. The mechanism uses a fixed pitch nut, but it is possible to use a regulated pitch nut as a possible modification of the mechanism at a later stage of the system development. The main advantage of the mechanism tested is the possibility of uncoupling, which occurs when the maximum force transmitted by the nut is exceeded. This force is related to the friction force resulting from the pressure exerted by angularly shifted ball bearings on the drive shaft. The bearings are a substitute for the screw line in the classical ball screw mechanism. The research results presented in the article give an overview of the mechanical properties of the solution developed. The article also presents the influence of rotational speed and load on the mechanical parameters of the drive. The application of the described invention as the basis of the linear motion mechanism driving the tool of a surgical robot is a safe solution with unique and desirable characteristics.

PL

Analizowano cechy mechaniczne układu napędowego wykorzystującego innowacyjny mechanizm zamiany ruchu obrotowego na postępowy. Zasada działania mechanizmu wykorzystuje cierny sposób przekazania napędu z silnika na wał napędowy za pomocą dwóch przeciwstawnie ustawionych sprzęgieł jednokierunkowych. Efektem ubocznym takiego rozwiązania, wykorzystywanym w mechanizmie, jest możliwość przesuwu sprzęgieł przy jednoczesnym przekazywaniu momentu obrotowego. Sprzęgła połączono z mechanizmem zamieniającym ruch obrotowy na liniowy, wykorzystując tarcie pomiędzy rolkami w postaci łożysk tocznych a wałem. Uzyskano dzięki temu innowacyjny mechanizm zamiany ruchu obrotowego na postępowy, w którym źródło napędu jest związane z śrubą „cierną” (slide screw). Charakterystyczny dla mechanizmu jest brak konieczności obrotu nakrętki w celu realizacji ruchu liniowego. Dzięki zastosowanemu mechanizmowi uzyskuje się efekt zbliżony do znanych rozwiązań, które bazują na obrotowej nakrętce i nieruchomym wale. W przedstawionym w artykule mechanizmie zastosowano nakrętkę o stałym skoku, ale istnieje również możliwość zastosowania nakrętki o skoku regulowanym, co może stanowić dalszą modyfikację mechanizmu. Główną zaletą badanego mechanizmu jest możliwość rozsprzęglenia napędu, co następuje w przypadku przekroczenia maksymalnej siły przenoszonej przez nakrętkę. Siła ta związana jest z siłą tarcia będącą wynikiem docisku przesuniętych kątowo rolek w stosunku do wału napędowego. Rolki te stanowią w mechanizmie substytut linii śrubowej występującej w klasycznym mechanizmie śrubowo-tocznym. Zastosowanie opisanego wynalazku do mechanizmu ruchu liniowego narzędzia robota chirurgicznego stanowi bezpieczne rozwiązanie o unikatowych i pożądanych cechach użytkowych.

2

Moje drogi do serca

Nawrat Z.

Postępy Fizyki

|

2018

|

T. 69, z. 1-6

30--37

PL

Praca przedstawia subiektywną historię powstania polskich protez serca i robotów chirurgicznych Robin Heart przedstawiona przez autora, który był tej historii „fizycznym elementem”, czasem inspiratorem, czasem ukrytym w białym kitlu pracownikiem klinicznym ale zawsze naukowcem próbującym rozstrzygnąć wszystkie wątpliwości w laboratorium.

3

Testowanie robotów medycznych

Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2018

|

vol. 7

33--42

PL

Artykuł przedstawia zagadnienie badań przedwdrożeniowych robotów medycznych na podstawie doświadczeń zespołu pracującego nad polskim robotem chirurgicznym Robin Heart. W cyklu badań laboratoryjnych (in vitro), na zwierzętach (in vivo), w dobrej komunikacji z przyszłymi użytkownikami przygotowywane jest rozwiązanie rynkowe – nowy robot medyczny.

EN

The article presents the issue of pre-implementation tests of medical robots based on the experience of the team working on the Polish Robin Heart surgical robot. In a cycle of laboratory tests (in vitro), on animals (in vivo), in a good communication with future users a market solution is being prepared – a new medical robot.

4

Sterowanie robotem chirurgicznym z siłowym sprzężeniem zwrotnym - wstępne testy funkcjonalne robota Robin Heart

Krawczyk D., Mucha Ł., Lis K., Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2018

|

vol. 7

43--50

PL

Testy robota chirurgicznego typu Robin Heart obejmują badania układów mechatronicznych, układów sterowania, badania symulacyjne i laboratoryjne wykonywania zadań chirurgicznych oraz badania na zwierzętach i planowane badania kliniczne. Cechy funkcjonalne robota, które pozwalają na osiągnięcie wysokiej precyzji zdalnego sterowania wymagają testów z udziałem człowieka. Celem publikacji jest przedstawienie wstępnych badań sprzężenia siłowego. Opisano system badawczy i metodykę badań na przykładzie pomiaru subiektywnej oceny sztywności materiałów.

EN

Robin Heart surgical tests include mechatronic systems, control systems, simulation and laboratory tests for performing surgical tasks, as well as animal studies and planned clinical trials. The functional features of the robot, which allow for high precision of remote control, require tests involving humans. The aim of the publication is to present preliminary force feedback tests. The research system and research methodology are described on the example of measuring the subjective stiffness assessment of materials.

5

Linear buckling of medical robot tool for soft tissue surgery

Ilewicz G., Nawrat Z.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2018

|

Vol. 24, nr 1

33--39

EN

Linear buckling is a physical phenomenon that can occur when an external force reaches a value equal to Euler’s critical force. This paper gives a solution to an eigenvalue problem that describes the linear buckling. The main purpose of this article is to check when the linear buckling phenomenon will appear in the construction of medical robot tool. There are presented determined values of load factor coefficients, which are eigenvalue, and eigenvectors, which describe the shapes of deformation.

PL

Wyboczenie liniowe jest zjawiskiem fizycznym, które może się pojawić w przypadku gdy przyłożona siła zewnętrzna będzie miała wartość równą sile krytycznej Eulera. W niniejszej pracy rozwiązano problem własny opisujący wyboczenie liniowe. Głównym celem artykułu jest sprawdzenie, kiedy pojawi się wyboczenie liniowe w narzędziu robota medycznego. Określono wartości współczynników obciążeniowych, które są wartościami własnymi, jak również wektory własne, które opisują kształty deformacji.

6

Sytuacja na rynku urządzeń medycznych w Polsce i wybranych państwach UE

Kroczek K., Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2017

|

vol. 6

15--27

PL

Brak dostępu do nowych technologii medycznych powoduje nierówności w zdrowiu. Przed zdrowiem publicznym staje nowe wyzwanie, jakim są roboty medyczne. W artykule przenalizowano w kilku europejskich krajach obowiązujące systemy finansowania oraz wydatki na ochronę zdrowia, ze szczególnym uwzględnieniem wydatków na urządzenia medyczne. Polska przeznacza jedynie 4,5% PKB na ochronę zdrowia. Natomiast w analizowanych państwach Europy zachodniej jest to średnio około 8% PKB. Średnio, w analizowanych państwach, na jednego robota chirurgicznego przypada 1,2 mln mieszkańców. W Europie, w dużej mierze dominuje społeczny system ochrony zdrowia. W państwach, w których wydaje się najwięcej na ochronę zdrowia, takich jak Wielka Brytania, Francja czy Niemcy, szanse wdrożenia robotów medycznych są większe niż w Polsce. W Stanach Zjednoczonych, gdzie panuje system opieki zdrowotnej oparty na prywatnych ubezpieczeniach zdrowotnych roboty stanowią o prestiżu i wysokim poziomie świadczonych usług. Każdy zakupiony robot przyciąga nowych pacjentów-klientów za którymi idą dodatkowe fundusze. Pomimo ogólnej tendencji spadkowej w kwestii finansowania nowych urządzeń i wyrobów medycznych w państwach Europy Zachodniej liczba robotów chirurgicznych rośnie. Sytuacja Polski na tle analizowanych danych wydawałaby się rokująca, ze względu na coraz większe kwoty przeznaczane na nowe urządzenia. Jednak bezwzględne kwoty, rzędu 12-13 milionów euro rocznie wydają się zbyt małe na dynamiczny rozwój rynku robotyki medycznej. Jednak generalnie prognozy dotyczące rynku robotów medycznych są optymistyczne i przewidują dynamiczny wzrost sprzedaży.

EN

The new challenges of public health are medical robots. In the article, the existing financing systems and expenditures on health care were analyzed in several European countries, with particular emphasis on expenditure on medical devices. The number of medical robots was analyzed. In Europe, the social health system is largely dominant. In countries where the most money is spent on healthcare, such as Great Britain, France or Germany, the chances of implementing medical robots are greater than in Poland. In the United States, where there is a health care system based on private health insurance, robots determine the prestige and high level of services provided. Each purchased robot attracts new clients-clients for which additional funds go. Despite the general downward trend in the financing of new devices and medical devices in Western European countries, the number of surgical robots is growing. The situation of Poland on the background of the analyzed data would seem to be promising due to the increasing amounts spent on new devices. However, the absolute amounts, amounting to EUR 12-13 million per year, seem too small for the dynamic development of the robotics market. However, in general, the forecasts for the medical robot market are optimistic and predict a dynamic growth in sales.

7

Robin Heart INCITE surgical telemanipulator controlled by system equipped with 3D force sensor

Nawrat Z., Mucha Ł., Krawczyk D., Lis K., Lehrich K., Rohr K., Földesy P., Radó J., Dücső C., Sántha H., Szebényi G., Fürjes P.

Medical Robotics Reports

|

2017

|

vol. 6

37--46

EN

The aim of this work is to present the final report, financed by the EU INCITE grant, development of the robot control system Robin Heart with the use of special 3D MEMS micro-sensors, to verify their following functions: 1) an easy control of robotic movement during operation using a micro joystick integrated with the laparoscopic tool 2) measuring the value and direction of force between the jaw of the laparoscopic tool and operated organ 3) tissue diagnostics during work using a 3D touch sensor placed in the front of the tool. Piezo-resistive silicon sensors have been designed and manufactured by the Hungarian company EK MFA. A prototype of a miniature motion sensor placed on the gripping part of the endoscopic tool to control the vision path robot was made. Sensory endoscopic tools were integrated with the ROBIN HEART robot and the Robin Hand motion unit as well as innovative mechatronic surgical tools with a panel informing about the measurement values of the force of tools and tissue. Researched prototype sensors have demonstrated their usefulness in the robot's force feedback system. The practicality of the application to assess the condition of the tissue and the strength of the endoscopic grasper clamp was confirmed. The work was carried out as a part of the EU INCITE project financed partly by NCBiR and NKFIA.

PL

Celem pracy jest przedstawienie finalnego raportu finansowanego z projektu EU INCITE rozwoju projektu systemu sterowania robota Robin Heart z zastosowaniem specjalnych mikro-czujników 3D MEMS, dla weryfikacji ich następujących funkcji: 1) sterowanie robotem toru endoskopowego za pomocą mikro-dżojstika zintegrowanego z rękojeścią narzędzia laparoskopowego dla ergonomicznej manipulacji. 2) pomiar wartości i kierunku działania siły pomiędzy szczęką narzędzia laparoskopowego, a organem. 3) diagnostyki tkanek podczas pracy za pomocą czujnika dotykowego 3D umieszczonego w czołowej części narzędzia. Piezorezystancyjne sensory krzemowe zostały zaprojektowane i wykonane przez węgierską firmę EK MFA. Wykonany został prototyp miniaturowego zadajnika ruchu umieszczonego na części chwytowej narzędzia endoskopowego do sterowania robotem toru wizyjnego. Wykonano sensoryczne narzędzia endoskopowe zintegrowane z robotem ROBIN HEART i zadajnikiem ruchu Robin Hand oraz nowatorskie mechatroniczne narzędzia chirurgiczne z panelem informującym o wartości pomiarów siły oddziaływania narzędzi z tkanką. Zrealizowane badania prototypowych czujników wykazały ich użyteczność w układzie siłowego sprzężenia zwrotnego robota. Potwierdzono celowość aplikacji do oceny stanu tkanki i siły zacisku graspera endoskopowego. Praca została wykonana w ramach projektu EU INCITE finansowana częściowo przez NCBiR i NKFIA.

8

Robot chirurgiczny Robin Heart Tele - następca Robin Heart mc2

Nawrat Z., Mucha Ł., Lis K., Lehrich K., Rohr K., Kostka P.

Medical Robotics Reports

|

2016

|

vol. 5

27--33

PL

W artykule opisano innowacyjną koncepcję platformy narzędziowej umożliwiającą operowanie za pomocą jednego ramienia robota pozycjonującego. W 2009 r. podczas testu in vivo modelu zwierzęcego operacji pomostowania wieńcowego udowodniono przydatność zupełnie nowej koncepcji robota modułowego nazwanego Robin Heart mc2. To największy do tej pory robot z rodziny Robin Heart – sterowany przez jednego operatora – zastępuje trzy osoby przy stole operacyjnym: chirurga asystującego (dwa narzędzia), operator toru wizyjnego (endoskop) oraz głównego chirurga (dwa narzędzia chirurgiczne). Po raz pierwszy wprowadzono w nim platformę narzędziową – de facto pełnego mini robota chirurgicznego – zamontowanego na jednym ramieniu robota. Zaprezentowany robot nowej generacji rozwija tę koncepcję wprowadzając oryginalne rozwiązania konstrukcyjne zwiększające możliwości funkcjonalne.

EN

This article describes an innovative concept of a tool platform that allows to operate with one arm of a positioning robot. In 2009, during the in vivo animal model of coronary artery bypass surgery, a completely new concept of a modular robot named Robin Heart mc2 was demonstrated and its usefulness proven. This is the largest Robin Heart robot, operated by one operator, replacing three people at the operating table: assistant surgeon (two tools), endoscope operator and primary surgeon (two surgical instruments). For the first time a tool platform has been introduced – de facto a full mini surgical robot – mounted on one robot arm. The next-generation robot presented here develops this concept by introducing original design solutions that enhance functionality

9

Robin Heart INCITE - wprowadzenie sprzężenia siłowego dla telemanipulatora chirurgicznego

Nawrat Z., Mucha Ł., Rohr K., Lis K., Lehrich K., Krawczyk D., Földesy P., Radó J., Dücső C., Sántha H., Szebényi G., Fürjes P.

Medical Robotics Reports

|

2016

|

vol. 5

34--42

PL

Celem pracy jest przedstawienie rozwoju projektu systemu sterowania robota Robin Heart z zastosowaniem specjalnych mikro--czujników 3D MEMS, dla weryfikacji ich następujących funkcji: 1) sterowanie robotem toru endoskopowego za pomocą mikro--dżojstika zintegrowanego z rękojeścią narzędzia laparoskopowego dla ergonomicznej manipulacji. 2) pomiar wartości i kierunku działania siły pomiędzy szczęką narzędzia laparoskopowego, a organem. 3) diagnostyki tkanek podczas pracy za pomocą czujnika dotykowego 3D umieszczonego w czołowej części narzędzia. Piezorezystancyjne sensory krzemowe zostały zaprojektowane i wykonane przez węgierską firmę EK MFA. Przeprowadzone zostały symulacje MES w celu określenia podstawowych parametrów mechanicznych czujnika. Czujniki zostały pokryte polimerem półprzewodnikowym PDMS (polidimetylosiloksan), następnie przeprowadzono badania wpływu powłoki elastycznej pod kątem czułości i czasu odpowiedzi. Zgodnie z wymaganiami medycznymi i funkcjonalnymi czujniki dodatkowo zostały pokryte biokompatybilnym elastycznym polimerem. Wykonany został prototyp miniaturowego zadajnika ruchu umieszczonego na części chwytowej narzędzia laparoskopowego. Przeprowadzone zostały testy polegające na orientacji robota w polu operacyjnym za pomocą trójosiowego czujnika siły. Przeprowadzono wstępne testy sensorycznego narzędzia laparoskopowego zintegrowanego z robotem ROBIN HEART i zadajnikiem ruchu Robin Hand. Zrealizowane badania prototypowych czujników wykazały ich użyteczność w układzie siłowego sprzężenia zwrotnego robota. Potwierdzono celowość aplikacji do oceny stanu tkanki i siły zacisku graspera laparoskopowego. Praca została wykonana w ramach projektu EU INCITE finansowana częściowo przez NCBiR.

EN

The aim of this work is to demonstrate the applicability and functionality of the Robin Heart robot's control systems integrated with special MEMS based 3D force micro-sensors. Three different robot functions and corresponding detector devices are proposed: 1) Micro-joystick type actuator to be integrated in the hilt of the laparoscope to control easily robotic movement during operation. 2) 1D force sensor located inside the laparoscopic jaw to provide feedback to the surgeon by measuring the grasping strength and 3) 3D (vectorial) force/tactile sensor placed at the tip of the laparoscope which facilitates palpation for tissue diagnostics during operation. The silicon based piezoresistive sensors have been designed and prepared by micromachining technologies in the MEMS Laboratory of EK MFA (Budapest, Hungary). According to the medical and functional requirements the sensors were electro-mechanically integrated and covered by biocompatible elastic polymer (polydimethylsiloxane – PDMS) by BME (Budapest, Hungary). The device geometry was modelled by coupled finite element simulation to determine its expected performance. The effect of the elastic coverage was studied in terms of sensitivity and response time also. Preliminary test of the laparoscopic head equipped with MEMS sensors and integrated in the ROBIN HEART surgery robot system was performed by FRK (Zabrze, Poland). A model of the robot controller using a prototype of 3D force sensor has been also successfully tested during the tests of the functional robot. Studies of the prototypes of “smart” sensory laparoscopes have demonstrated their remarkable usefulness in force feedback robotic systems to recognize the state of tissue and to determine the clamping force of the grasper of surgical system. The international cooperation to develop “smart” laparoscope for robotic surgery was done in the frame of the ENIAC “INCITE” project No.621278 and partially financed by the ENIAC JU and the National Centre for Research and Development (NCBR - Poland) and National Research, Development and Innovation Fund (NKFIA – Hungary).

10

Zastosowanie technologii druku 3D w konstrukcji prototypów manipulatorów medycznych

Lehrich K., Lis K., Nawrat Z., Mucha Ł., Rohr K.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 3

224--225

PL

Przedstawiono przykład zastosowania druku 3D do budowania prototypów manipulatorów medycznych. Opisano konstrukcje manipulatorów i ich części wykonane metodą FDM – jako przykład posłużyły dwa prototypy manipulatorów, które powstały w 2014 i 2015 r. w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi w Zabrzu.

EN

Presented is an example of using 3D print technique to produce prototypes of medical manipulators. Design of the manipulators and components made by the FDM method was presented by example of two prototypes of manipulators that were built in 2014 and 2015 in the Zbigniew Religa Foundation for Cardiac Surgery Development, Zabrze.

11

Strukturalna optymalizacja wektorowa narzędzia robota medycznego z wykorzystaniem metody elementów skończonych

Ilewicz G., Nawrat Z.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 4

234--244

PL

Praca przybliża analizy strukturalne z wykorzystaniem algorytmu metody elementów skończonych, która a priori daje prawidłowe wyniki dla układów o skomplikowanej geometrii, dla której trudno jest uzyskać rozwiązanie analityczne lub dla której przeprowadzenie testów fizycznych jest utrudnione. Eksperymenty numeryczne zostały przeprowadzone dla narzędzia robota kardiochirurgicznego Robin Heart 1, który został przetestowany podczas operacji na zwierzętach. W artykule pokazano wyniki analizy deformacji, częstotliwości drgań własnych oraz optymalizację wektorową mającą na celu określenie ekstremum w oparciu o algorytm genetyczny. Wykorzystano również metodę powierzchni odpowiedzi, globalny front Pareto i metodę elementów skończonych. Zaprezentowany model optymalizacji wielokryteralnej umożliwia uzyskiwanie struktury o minimalnej masie i maksymalnej sztywności oraz odstrajanie układu od częstotliwości bliskich rezonansowym. Przy minimalnym wzroście masy, co skutkuje minimalizacją amplitudy drgań podczas ruchu narzędzia. Celem pracy jest wyjaśnienie zjawiska rezonansu dla wyznaczonych częstotliwości drgań własnych narzędzia do serwisowania sztucznego narządu i wektorów własnych, które przedstawiają kształty deformacji przy pojawieniu się tego negatywnego zjawiska.

EN

The work explains structural analysis using algorithm of finite element method, which gives a priori correct results for systems with complicate geometry for which it is difficult to obtain analytical solution or when conducting physical tests is hampered. Numerical experiments were performed for endoscopic tool of cardiosurgical robot Robin Heart 1, which was tested during the operating experiment on animals. The article shows the results of the analysis of deformation, natural frequency of vibrations, and vectorial optimization aiming at calculations of extremum on the basis of genetic algorithm. Response surface method, global Pareto front, and finite element method were also used. The presented model of vectorial optimization allows to obtain the structure with minimal mass and maximal stiffness and tuning away from frequency that are close to resonant frequency. At minimum mass increase which results in minimizing the amplitude of vibration during movement of the tool. The aim of the work is also to explain of the phenomenon of resonance for the designated vibration natural frequencies of the tool for servicing an artificial organ and eigenvectors which show shapes of deformation as a result of this negative phenomenon.

12

Sterowanie robotem Robin Heart Pelikan z zastosowaniem siłowego sprzężenia zwrotnego

Mucha Ł., Nawrat Z., Lis K., Lehrich K., Rohr K., Furjesb P., Ducso C.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 3

146--153

PL

Przedmiotem niniejszej pracy jest badanie systemów sterowania robota Robin Heart PVA (ang. Port Vision Able) z zastosowaniem specjalnych mikroczujników siły 3D MEMS. Postawiono trzy różne sposoby wykorzystania opracowywanych czujników: (1) jako czujnik siły wykorzystany jako mikrodżojstik zintegrowany w rękojeścią narzędzia endoskopowego, aby łatwo kontrolować ruch robota wizyjnego podczas pracy chirurga; (2) jako czujnik siły wewnątrz szczęki narzędzia endoskopowego dla dostarczenia informacji zwrotnej do operatora-chirurga, mierząc siłę chwytu; (3) jako czujnik wielowymiarowy dotyku na końcu narzędzia chirurgicznego, co ułatwia badanie palpacyjne do diagnostyki tkanek podczas pracy. Artykuł ten jest studium wykonalności w zakresie proponowanych zastosowań. Model sterowania robota przy użyciu prototypowego czujnika siły 3D został pomyślnie przetestowany w badaniach funkcjonalnych robota. Wstępne badania sensorów wykazały ich przydatność dla sterowania robotem ze sprzężeniem siłowym, aby ocenić stan tkanek oraz do oceny siły docisku chirurgicznego chwytaka.

EN

The aim of this work is to investigate the control systems of Robin Heart PVA (Port Vision Able) using special 3D MEMS force microsensors. Three different functions are targeted: (1) micro-joystick actuator to be integrated in the hilt of the laparoscope to easily control robotic movement during operation; (2) force sensor inside the laparoscopic jaw to provide feedback to the surgeon by measuring the grasping strength; (3) 3D force/tactile sensor which facilitates palpation for tissue diagnostics during operation. This paper is a feasibility study regarding these proposed applications. A model of the robot controller using a prototype 3D sensor force has been successfully tested during the study of functional robot. Pre-studies of prototype sensors have demonstrated their usefulness in robot force feedback system to assess the state of tissue and to assess the clamping force the grasper surgical system.

13

Lekki manipulator toru wizyjnego Pelikan

Lis K., Lehrich K., Mucha Ł., Nawrat Z.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2016

|

Vol. 22, nr 3

154--159

PL

Artykuł prezentuje budowę, zasadę działania oraz wstępne badania symulacyjne najmniejszego z manipulatorów toru wizyjnego z rodziny Robin Heart. W artykule przedstawiono również wyniki analiz numerycznych prowadzonych na etapie projektowania. Dotyczyły one identyfikacji metodą elementów skończonych naprężeń zredukowanych, sztywności statycznej oraz częstotliwości i postaci drgań własnych. W celu określenia parametrów jednostek napędowych dla poszczególnych stopni swobody manipulatora posłużono się analizami kinematycznymi, których przykładowe wyniki zaprezentowano również w niniejszym artykule.

EN

The article presents the design, principle of operation, and preliminary simulation study of the smallest manipulators for endoscope positioning (videosurgery) of the Robin Heart family. The paper also presents the results of numerical analyzes conducted at the design stage. They concerned the finite element identification of equivalent stress; the static stiffness; natural mode shapes and frequencies. Sample results of analyzes determining the parameters of the drive units for the respective degrees of freedom of the manipulator.

14

Robin Heart Force Feedback/Control System Based on INCITE Sensors - preliminary study

Rohr K., Fürjes P., Mucha Ł., Radó J., Lis K., Dücső C., Sadowski W., Foldesy P., Krawczyk D., Kroczek P., Małota Z., Szebényi G., Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2015

|

vol. 4

10--17

PL

Przedmiotem pracy jest wykonanie czujnika siły 3D wg technologii MEMs i zastosowanie go jako mikrodżojstika siłowego do sterowania położeniem robota Robin Heart PVA. Ponieważ robot posiada 5 stopni swobody uruchomienie wszystkich możliwości ruchu jest wykonane przez zastosowanie sprzęgła przełączającego obiekt sterowania. Poprzez odpowiednie naciśnięcie czujnika uzyskujemy możliwość sterowania funkcjami tego sferycznego robota (z różną prędkością): pochylenie do przodu lub w bok lub alternatywnie wsuw/wysuw liniowy i obrót narzędzia wokół osi. Wykonano specjalny projekt umieszczenia czujnika w odpowiednim uchwycie mocowanym do narzędzia chirurgicznego. Wykonano odpowiedni system sterowania z nowym czujnikiem i dokonano porównania ze sterowaniem za pomocą klasycznego pilota.

EN

The subject aim of the this work is the investigation studying of applicability of 3D MEMS based force micro-sensors made by 3D MEMSmicromachining technology and use it as micro-joystick to control the position of robot Robin Heart PVA. Since the robot moves with 5 degrees of freedom to run utilise all the possibilities of movement is done available by the use of the switching clutch control object. By pressing the in appropriate mode (way) the sensor provides the ability to control the functions of the spherical robot (at different speeds): to lean forward or sideways or alternatively to penetrate or withdrow withdraw and to rotate of the tool axis is possible. The sensor was fastened in its special of the surgical tool. An Applicability of appropriate control system equipped with a new this novel sensor was investigated in and a comparison with to the control using the classic remote control methods was investigated. Preliminary tests of laparoscope integrated force sensors were also investigated accomplished to provide additional on-line information for the surgeron during operation.

15

Postępy budowy specjalnych interfejsów operatora robota chirurgicznego Robin Heart

Mucha Ł., Rohr K., Lis K., Lehrich K., Kostka P., Sadowski W., Krawczyk D., Kroczek P., Małota Z., Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2015

|

vol. 4

49--55

PL

Praca stanowi przegląd oryginalnych systemów zadawania ruchu opracowanych dla polskiego robota chirurgicznego Robin Heart. Najnowsze, oryginalne rozwiązanie kontroli robota chirurgicznego Robi Heart – haptyczny zadajnik ruchu – pozwala na sprawne i z wyczuciem siły 3D sterowanie narzędziami robota.

16

Robin Heart PortVisionAble - projekt, konstrukcja i wstępne badania

Lis K., Lehrich K., Mucha Ł., Rohr K., Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2014

|

vol. 3

6--12

PL

Artykuł przedstawia postępy i perspektywy polskiego robota chirurgicznego Robin Heart. Rozpoczęty w 2000 r. projekt wszedł w fazę przygotowań pierwszych produktów, które wejdą na salę operacyjną. Po pierwszych eksperymentach na zwierzętach robotów Robin Heart modeli 1,2,Vision oraz mc2 wiadomo, że robot toru wizyjnego spełnił wszystkie oczekiwania odbiorców. Trwa przygotowanie pierwszego modelu klinicznego robota: nowego modelu Robin Heart PortVisionAble, lekkiego, walizkowego robota toru wizyjnego. Przedstawiono model, konstrukcję i badania wstępne prototypu. Opracowywana jest technologia produkcji seryjnej i przygotowywany model do badań certyfikacyjnych.

EN

The paper presents the achievements & perspectives, current state of works conducted by the FCSD team under the Robin Heart surgical robot project. The project, after series of animal and teleoperation experimentsentered the phase of preparation the first clinical robot model. Robin Heart Vision met the customers’ predictive expectations. The Robin Heart PortVisionAble will be prepared for robotic control of endoscope position/orientation with new functional robot’s properties (lightweight, mobile robot). Mass production technology is being developed. A robot for certification tests is being prepared.

17

Raport MrR 2014. Roboty Medyczne w 2014 r. - w poszukiwaniu innowacji

Nawrat Z.

Medical Robotics Reports

|

2014

|

vol. 3

61--63

18

Symulatory chirurgii małoinwazyjnej

Małota Z., Nawrat Z., Sadowski W.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 126

2--11

PL

Współczesna medycyna wymaga od lekarzy sprawnego korzystania z nowych technik chirurgicznych. Chirurgia laparoskopowa pomimo wielu zalet ma ograniczenia związane przede wszystkim z utrudnionym dostępem do wybranych narządów jamy brzusznej oraz ograniczonym ruchem narzędzia. Proste czynności manualne takie jak szycie czy cięcie wykonywane laparoskopowo są o wiele trudniejsze i pracochłonne, dlatego wymagają dodatkowego szkolenia. Symulatory stają się ważną, integralną częścią szkolenia chirurgicznego i w sposób zasadniczy wpływają na przebieg, czas trwania operacji oraz powikłania śródoperacyjne. W Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii już od wielu lat powstają unikalne stanowiska treningowe, które z powodzeniem są wykorzystywane do nauki nowych technik operacyjnych w czasie warsztatów chirurgicznych BioMedTech Silesia. Stanowiska treningowe operacji laparoskopowych wymagają jak najwierniejszego odwzorowania zarówno geometrii pola operacyjnego jak i właściwości fizycznych naturalnych tkanek. Procedurę przygotowania takich specjalistycznych symulatorów należy rozpocząć od analizy anatomii i właściwości fizycznych modelowanych organów oraz doboru materiałów potrzebnych do ich odtworzenia. W artykule przedstawiono możliwości zastosowania tworzyw sztucznych w symulatorach chirurgii małoinwazyjnej zarówno w celu modelowania anatomii ciała, modelowania właściwości fizycznych naturalnych tkanek jak i umożliwienia interakcji między narzędziami i tkankami podczas podstawowych czynności manualnych wykonywanych w czasie operacji.

EN

In endoscopic surgery skill acquisition many of the initial challenges are related to a loss of depth perception, the fulcrum effect and the use of new, different instruments. Simulation is a promising technology as a tool for endoscopic training and new kind of surgical tools introducing education. Foundation of Cardiac Surgery Development (FCSD) is known as a research centre for surgical robotics. The Robin Heart robot and mechatronics tools are being developed for the first clinical application. FCSD is also a partner now in Stiff Flop project focused on a new kind of robot which is bio-inspired by octopus anatomy. To support the educational process, the virtual operating room for planning the surgery and training station have been prepared by FCSD Biocybernetics Laboratory team. Organized over 12 years in FCSD Surgical Workshop created possibilities for testing our devices and to improving educational methodology for training young adepts in surgery. The most important in obtaining the appropriate surgical simulation is creation of the quasi natural geometry of surgical scene and physical characteristics of used materials. Simulators and training models fall into three broad categories: virtual reality (VR) trainers, box or mechanical trainers and biological models for testing and training surgery have been designed and used. The procedures of preparation of these specialized devices started form analysis of anatomy and physical characteristics of operated tissue. In the next step artificial materials have been chosen for preparation of the appropriate model. In the article the authors show the process of producing the surgical training stations and few examples of the latest realized specialized devices. The paper presents the possibilities of application of artificial materials in simulators to allow realistic interactions between surgical instruments and soft tissues, including deformations during basic manual operations like cutting or sewing. These platforms allow geometric modelling of the body anatomy, but also the modeling of the physical properties of the living tissues.

19

Robin Heart Surgery Robotic System. Challenges in Mechanical Construction, Control System and Stuff Training Before First Clinical Application

Nawrat Z., Kostka P.

Archive of Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. LXI, nr 1

163--178

EN

The last decades, when robots have appeared in the operating room, showed the possibility of surgery enhancement by improving precision, repeatability, stability and dexterity. However, taking into consideration still existing limitations of robotics in surgery, and treating the robots as medical devices with the highest degree of safety level requirements, one must take a number of complex actions when preparing the experimental clinical application of a new modern robot Robin Heart. Presented paper describes the current state of procedures carried out in the Robin Heart project of surgery robots prepared for clinical application. Based on experiences with the devices existing on the market and, first of all, thanks to knowledge and expertise gained by our team during last 12 years, intensive work are currently done in order to introduce both mechanical and electronic modifications as well as to improve the safety system. As far as human resources are concerned, a professional team able to carry out the robot-supported surgery is prepared based on the created system of technical and functional trainings on simulation stands, which also includes the developed operation planning procedures. The first telemanipulator designed for clinical practice is the Robin Heart Vision - endoscopic system manipulator.

PL

Pojawienie sie w ostatnich dekadach na salach operacyjnych klinik zautomatyzowanych telemanipulatorów wprowadziło nowy standard w chirurgii małoinwazyjnej dzięki poprawie precyzji działania, powtarzalnosci ruchów i procedur, zwiększenia komfortu pracy chirurga-zdalnego operatora - bardzo istotnego przy czesto długotrwałych zabiegach. Aby osiągnac ten etap wdrożenia klinicznego, biorac pod uwage z jednej strony wciaż istniejące ograniczenia tego typu zabiegów oraz konieczność spełnienia bardzo rygorystycznych wymagan certyfikacji samego produktu medycznego o najwyzszym w tym przypadku stopniu inwazyjności konieczne jest nie tylko opracowanie samego produktu finalnego spełniajacego wymagania norm lecz równiez certyfikacja całego procesu technologicznego jego wytwarzania. Celem pracy jest przedstawienie przygotowan do badan klinicznych, po fazie testów laboratoryjnych i na zwierzetach samego systemu robota, stanowisk testowych oraz przygotowania kadry dla jego obsługi dla projektu polskiego telemanipulatora chirurgicznego RobinHeart. Przedstawiony został projekt mechaniczny, systemu sterowania oraz stanowisk trenazerów-symulatorów i wybrane elementy modyfikacji podsystemów, powstałe na bazie 12 letnich doswiadczen zespołu i analizy rozwiazań swiatowych, dla najblizszego wdrozeniu robota RobinHeart Vision, przeznaczonego do zdalnej manipulacji torem wizyjnym podczas operacji małoinwazyjnych.

20

Questions about a new ethics - ethics of medical robots era

Nawrat Z., Kawalski M.

Medical Robotics Reports

|

2013

|

vol. 2

22--25