Design and modeling of a parallel robot for ultrasound guided percutaneous needle interventions

Deri altına uygulanan iğneli müdahaleler teşhis için kesin pozisyonlamaya ihtiyaç duymaktadır. Gürbüzlükleri ve doğrulukları sayesinde robotik sistemler medical uygulamalarda yer edinmeye başlamıştır. Yapılan araştırmalar robotik sistemlerin medikal müdahalelerin doğruluğunu arttırdığını göstermektedir. Bu tez de insanlar üzerinde biyopsi yapabilecek 5 serbestlik dereceli bir robotun tasarımını ve modellenmesini içermektedir. Özyeğin Biyopsi Robotu (ÖBR) 3 ana bölümden oluşmaktadır; ön taraf, arka taraf ve iğne mekanizması. Ön taraf 2 serbestlik derecesine sahiptir. Ön taraf iğnenin yönünü kontrol etmek ve iğne sokumu sırasında iğneyi yönlendirmek için dizayn edilmiştir. Arka taraf 3 serbestlik derecesine sahip olup iğne yönünü kontrol etmek ve iğneyi vücuda sokabilmek için tasarlanmıştır. İğne mekanizması da iğne sokumu sonrasında numune alımı için oluşturulmuştur. Tasarım esnasında robotun insan üzerinde biyopsu yapabilmesi için yeterli çalışma alanı ve tork analizleri yapılmıştır. Doğru iğne ucu pozisyonunun bulunması için kinematik hesaplamalar uygulanmıştır. Sistem dinamiklerinin anlaşılması için dinamik hareket denklemleri hesaplanmış aynı zamanda robot üzerinde sistem tanımlaması gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon yöntemleri ile iğne ucu pozisyonunun doğruluğunun arttırılması hedeflenmiştir. Gürbüz denetleyici yaratabilmek için robot üzerinde yerçekimi dengelemesi ve sürtünme modellemesi uygulanmıştır. Robot üzerinde denenmek üzere üç farklı denetleyici tasarlanmıştır; Oransal-Türevsel-İntegral denetleyici, kutup yerleştirmeli denetleyici ve hesaplamalı tork denetleyici. Sonuçlar hesaplamalı tork denetleyicinin milimetrenin altında iğne ucu doğruluğuna ulaşabildiğini göstermiş ve denetleyicinin sistem için gürbüz bir denetleyici olduğunu ispatlamıştır.