Стереотаксический манипулятор
Создание автоматизированного стереотаксического манипулятора позволяющего обеспечить возможность малотравматический хирургический доступ к любым отделам мозга, использование свойства рентгеновского изображения. Применение червячных самотормозящих передач.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 19.06.2018 |
Размер файла | 459,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Стереотаксический манипулятор
А.М. Синотин
Для автоматизации рабочего места хирурга разработан стереотаксический манипулятор, позволяющий автоматизировать процесс малотравматологического хирургического доступа к любым отделам мозга, используя свойства рентгеновского изображения.
Прогресс медицины вообще, как и отдельных ее направлений, прежде всего, зависит от разработки и применения новых технологий и техники исследований, и лечения.
Целью данной разработки является создание автоматизированного стереотаксического манипулятора позволяющего практически обеспечить возможность малотравматический хирургический доступ к любым отделам мозга, используя свойства рентгеновского изображения.
Разработанное устройство (рис.1) предназначено для автоматизации рабочего места хирурга и достижения необходимой точности ввода зонда в заданную точку головы пациента. Опыт показывает, что возможная предельная погрешность перемещения у опытного хирурга составляет Для средней квалификации погрешность следует снизить до допускаемой, равной Для достижения требуемой точности ввода зонда между электродвигателями и конечным звеном (зонд, косозубое колесо 5) введены понижающие передачи (редуктора ). Контроль за перемещением всех звеньев возложен на компьютер.
Данное устройство состоит из рамы 1, выполненной в форме параллелепипеда. Механизм крепится к голове пациента с помощью пяти установочных винтов 2, которые позволяют одновременно смещение всей рамы продольно относительно головы пациента. В цапфах 3, установленных в высокоточных шарикоподшипниковых узлах 4, закреплено косозубое зубчатое колесо 5, выполненное в виде дуги. На одной из цапф установлен привод, состоящий из разрезного червячного колеса, установленного непосредственно на цапфе, червяка 7 - закреплённого на валу электродвигателя 8. Указанный привод позволяет осуществлять поворот червячного зубчатого колеса, положение которого контролируется визуально с помощью шкалы 9, установленной на раме 1. При установке фотодатчика положение зубчатого колеса может контролироваться с помощью компьютера. манипулятор мозг хирургический рентгеновский
На зубчатом колесе 5 установлен кронштейн 10 с нанесенной шкалой 11, к которому с помощью направляющей 12 крепится двухступенчатый привод состоящий из червяка 13, червячного колеса 14. косозубой шестерни 15, входящей в зацепление с зубчатым колесом 5, электродвигателя 16. Привод крепится к кронштейну с помощью хомута 17, данный привод осуществляет перемещение кронштейна по зубчатому колесу 5.
С лицевой стороны кронштейна закреплена скоба 18, в которой в упорных шарикоподшипниках установлено разрезное червячное колесо 19, входящее в зацепление с червяком 20, неподвижно закреплённым на валу электродвигателя 21.
Внутри ступицы червячного колеса нарезана резьба, по которой проходит пустотелый контейнер 22 с внешней резьбой. Внутрь контейнера загружается зонд 23. Зонд крепится в контейнере с помощью цанги 24 в положении, когда он подведен в заданную точку головы пациента. На контейнере с тыльной стороны установлен фиксатор 25, ограничивающий вращательное движение и обеспечивающий только поступательное движение контейнера. Хвостовик фиксатора входит в паз, выполненный в кронштейне 10, и служит одновременно указателем перемещения зонда.
На скобе 18 встроен фотодатчик 26, состоящий из источника и излучателя. Между источником излучения и фотоприёмником находится червячное зубчатое колесо 19, в котором выполнены специальные отверстия, число которых определяется требуемой точностью перемещения зонда 23.
.
При необходимости, с целью повышения точности и автоматизации проведения работ, такие устройства могут быть размещены и на приводах перемещения зубчатого колеса и кронштейна 10. С целью повышения точности перемещения контейнера 22 установлена вторая опора 27, выполненная в виде стакана, нижняя часть которой имеет четыре паза. На разрезную часть стакана посажена винтовая пружина 28, обеспечивающая ликвидацию зазора между контейнером и стаканом, т.е. устраняет люфт.
Применение разрезных зубчатых колёс с помощью вставленной цилиндрической винтовой пружины 29 для колеса 5 и спиральных пружин 30 для червячных колёс 6, 14, 19 позволяет устранять люфты в зацеплении и обеспечивать точность перемещения.
Применение червячных самотормозящих передач позволяет фиксировать в любой момент положение колёс 5, кронштейна 10, контейнера 22 без применения фиксирующих тормозящих устройств.
Точность настройки манипулятора определяется погрешностью , вносимой в отсчёт всей цепью настройки, и погрешностью отсчётного устройства:
(1).
Погрешность всей цепи настройки при реверсивном характере настройки складывается из погрешности мёртвого хода , погрешности, вызванной неравномерностью хода ( для зубчатого зацепления определяется допуском на кинематическую погрешность ), погрешности скручивания валов, погрешности от зазора в опорах, погрешности муфты и погрешности от нестабильности температуры .Тогда наибольшее значение погрешности механизма настройки:
(2)
Для зубчатой пары в зависимости от величины бокового зазор между зубьями, измеряемого по общей нормали к профилям, мёртвый ход определяется углом поворота подвижного колеса относительно неподвижного, когда боковой зазор между зубьями выбирается полностью:
рад, (3)
где jn - боковой зазор, мм; r - радиус начальной окружности, мм; - угол зацепления, град.
Для цилиндрической прямозубой передачи при
угл.мин., (4)
где jn - в мкм; m - мм.
Мёртвый ход в червячной передаче зависит от бокового зазора между зубьями колеса и витками червяка. При боковом зазоре jn мёртвый ход червяка при неподвижном колесе
рад, (5)
где jn , d1 и d2 - в мм.
Вероятные максимальные значения боковых зазоров для прямозубых цилиндрических колёс с исходным контуром по СТ СЭВ 309-76 (m<1) приведены в СТ СЭВ 642-77 [3].
Так как то (
Отсюда мёртвый ход ведомого колеса z2 в зависимости от его величины у ведущего колеса
(6)
Суммарный или приведенный мёртвый ход при боковом зазоре для данной конструкции определялся по следующей зависимости
(7)
Диаметральный зазор в опорах зубчатых колёс, равный для каждой из них и , вызывает дополнительный мёртвый ход, величина которого на ведомом валу 2
(8) Суммарный мёртвый ход
(9)
Для устранения мёртвого хода в передачах применяют люфтовыбирающие (разрезные) зубчатые колёса. Основой конструкции таких колёс является сдвоенное зубчатое колесо: одно жёстко закреплено с валом, а другое перемещается за счёт моментной пружины. Что и учтено в данной конструкции. В качестве опор применены высокоточные шарикоподшипники, что исключает появление зазоров в опорах.
Скручивание валиков под действием крутящего момента вызывает упругий мёртвый ход, величина которого в радианах определяется по формуле
(10)
где Ткр - передаваемый крутящий момент; l,Iр,G - соответственно длина рабочей части валика, его полярный момент инерции сечения и модуль сдвига материала. Длина валов выбрана в конструкции таким образом, что длина вала, передающая нагрузку, меньше десятикратного размера его диаметра, т. е. . В этом случае вал считается жёстким, т.е. погрешность принимается равной нулю, так как не происходит его скручивание.
Отсчёт показаний в разработанном устройстве производят по штрихам шкалы путём совмещения отметок шкалы и указателя с помощью верньерно- шкального механизма.
Ошибка снятия отсчёта обычно имеет наибольшую величину по сравнению с другими погрешностями, причём её предельное значение не превышает более половины цены деления шкалы. Все виды ошибок оценивались с помощью расчёта по следующим зависимостям. Так погрешность снятия отсчёта складывается из погрешностей шкалы , погрешностей совмещения отметок шкалы или погрешностей от деления интервала на “глаз” и паралакса ; наибольшее значение погрешности снятия отсчёта принималось равной
(11)
Погрешность шкалы в свою очередь складывается из погрешностей изготовлния шкалы от эксцентриситета расположения отметок на шкале и от эксцентриситета установки шкалы . Погрешность изготовления шкалы зависит от класса точности шкалы и можете быть определена по табл. [2]. Угловые погрешности от эксцентриситета расположения отметок и от эксцентриситета установки шкалы зависят от величины эксцентриситетов ер и еу, допускаемые значения которых приведены в табл. [2]. Наибольшие значения погрешностей и определялись в радианах:
(12)
Погрешность при совмещении отметок шкалы и указателя
(13)
Величину смещения одной отметки относительно другой в среднем обычно принимают равной 12-15 мкм.
Погрешность от деления интервала “на глаз”
(14)
где длина деления в угловых минутах; 0,1-0,5 - коэффициент относительной погрешности, зависящий от толщины отметок и формы конца указателя.
Погрешность от параллакса возникает от смещения отметок шкалы относительно указателя за счет смещения глаза наблюдателя от правильного наблюдения. Тогда при расстоянии нормального видения угловая ошибка от параллакса
. (15)
Применяя для повышения точности настройки и отсчёта замедляющий механизм с передаточным отношением в зависимости от технических требований, можно получить заданную точность ввода зонда.
Выводы
1.Разработанный стереотаксический манипулятор позволяет полностью автоматизировать процесс малотравматического хирургического доступа к любым отделам мозга.
2.Опыт показывает, что возможная предельная погрешность перемещения зонда у опытного хирурга составляет =0,25-0,350. Разработанный стереотаксический манипулятор, за счет введения передаточных механизмов, позволяет снизить погрешность ввода зонда до 1-1,50, что не требует большого навыка и напряжения от хирурга.
Список литературы
1.Сінотін А.М..Семенець В.В. та інші. Деклараційний патент на винахід. Стереотаксичний апарат. Україна. Державний департамент інтелектуальної власності. (46) Бюл. №4, 2000
2.Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизмы РЭА. М.: “Высшая школа” 1981.376 с.
3.Булгаков Н.П. Некоторые направления применения стереотаксического метода в нейрохирургии. Труды 1 Всесоюзн. съезда, т.3. М., 1971., 180 с.
4. Conway L. Stereotaxic diagnosis and treatment of intracranial tumors including an initial experience with cryosurgery for pinealomas.-J. Neurosurg., 1973, v. 38 № 4, р. 453-460.
5. Alksne J. F. Current status of stereotactic magnetic aneurysm thrombosis.- 5 Intern. Conger. Neurosurg. Tokyo. 1973. 270 p.
Харьковский национальный університет радиоэлектрони Поступила в редколегію 00.00.00
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Манипулятор - механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда, характеристика его оснащения. Расчёт параметров механической системы манипулятора типа ВПП. Процесс работы манипулятора, его кинематическая система и мощность.
курсовая работа [48,4 K], добавлен 27.08.2012Автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением. Назначение и применение промышленного робота. Структурная схема антропоморфного манипулятора. Задачи механики манипуляторов и ее кинематический анализ.
реферат [179,3 K], добавлен 09.12.2010Структурная схема механизма робота-манипулятора в пространстве. Определение степени подвижности механизма робота-манипулятора. Анализ движения механизма робота-манипулятора и определения время цикла его работы. Определение и построение зоны обслуживания.
курсовая работа [287,4 K], добавлен 06.04.2012Описание конструкции и принципа действия манипулятора. Разработка гидропривода подвода захвата манипулятора. Определение потерь давления в аппаратах на этапе перемещения комплектов. Разработка технологического процесса изготовления приводной шестерни.
дипломная работа [483,5 K], добавлен 22.03.2018Параметры цилиндрических косозубых колес. Конструкции и материалы зубчатых колес, их размеры и форма. Конические зубчатые передачи и ее геометрический расчет. Конструкция и расчет червячных передач. Основные достоинства и недостатки червячных передач.
реферат [2,0 M], добавлен 18.01.2009- Анализ конструкции манипулятора с двумя вращательными и двумя поступательными кинематическими парами
Структурный, кинематический и динамический анализ манипулятора. Расчет параметров зоны обслуживания устройства, скоростей и ускорений. Определение геометрических характеристик поперечного сечения звеньев манипулятора с учетом характера и вида нагружения.
курсовая работа [908,4 K], добавлен 19.06.2012 Определение степени свободы пространственного манипулятора промышленного робота. Расчет скорости вращения колес двухскоростной планетарной коробки передач. Вычисление скорости и ускорения коромысла рычажного механизма; составление векторного уравнения.
контрольная работа [243,0 K], добавлен 01.05.2015Проектный расчет вала редуктора рабочей машины. Построение эпюры изгибающих моментов. Подбор подшипника для вала. Подбор размера шпонки. Определение длины концевого участка вала. Редуктором - механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач.
курсовая работа [754,6 K], добавлен 17.04.2009Пространственные механизмы со многими степенями свободы. Синтез четырехзвенного манипулятора. Выбор передачи редуктора для требуемых звеньев. Расчет мощности привода четвертого звена. Расчет вала на прочность. Основные параметры и подбор подшипников.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.01.2013Выбор рабочей жидкости манипулятора. Расчет мощности и подачи насосов. Определение параметров распределителя. Выбор регулирующей и направляющей гидроаппаратуры. Расчет диаметров трубопроводов, потерь давления во всасывающем трубопроводе. Выбор фильтров.
курсовая работа [969,7 K], добавлен 09.06.2012Организация надзора за безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов-манипуляторов. Признаки и нормы браковки стальных канатов. Назначение, допуск к самостоятельному выполнению работ в качестве оператора крана-манипулятора. Оказание первой помощи.
шпаргалка [155,1 K], добавлен 22.11.2011Технические характеристики манипулятора. Структура технического оборудования. Функциональная и электрическая схемы. Характеристика применяемых датчиков. Словесный алгоритм технологического цикла. Блок-схема алгоритма программы управления манипулятором.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 20.12.2012Выбор и описание основного технологического оборудования. Назначение и область применения токарного станка. Кинематическое и динамическое описание манипулятора. Проектирование захватного устройства. Выбор и обоснование типа захватного устройства.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.05.2013Кинематическая схема механизма захвата, технические данные манипулятора. Энергетический баланс механической части электропривода. Передаточное число редуктора, номинальная скорость вращения выбранного двигателя и скорость движения исполнительного органа.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.05.2019Параметры манипулятора по представлению Денавита-Хартенберга (система координат, параметры звеньев и сочленение). Однородные матрицы преобразований для всех переходов системы координат. Решение прямой задачи кинематики с реализацией в среде SimMechanics.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 25.12.2013Выбор оптимальной системы электропривода механизма выдвижения руки манипулятора, выбор передаточного механизма и расчет мощности электродвигателя. Моделирование режимов работы и процессов управления, разработка электрической схемы конструкции привода.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 09.01.2010Достоинства червячных передач: компактность, плавность, кинематическая точность, самоторможение при обратной передаче движения. Применение шлицевого (зубчатого, пазового) соединения в общемашиностроительных конструкциях. Протягивание и строгание шлицев.
контрольная работа [523,4 K], добавлен 09.09.2012Назначение медицинского рентгеновского оборудования. Проект рентгенкабинета; требования к установке рентгенодиагностического комплекса с томографической приставкой и усилителем рентгеновского изображения. Факторы опасности, средства радиационной защиты.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 02.04.2013Использование робототехнических комплексов в процессах проведения рутинных, монотонных работ на конвейере, требующих высокой точности. Синтез систем формирования желаемой траектории и скорости движения манипулятора по заданным сплайнам в среде Matlab.
дипломная работа [1010,9 K], добавлен 23.01.2015Описание схемы и расчет дифференциальных уравнений движения манипулятора с двумя степенями свободы. Кинематический анализ схемы и решение уравнений движения звеньев и угловых скоростей механизма. Реакции связей звеньев и мощность двигателя управления.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.08.2013