Recent  development  of  robot  technology  is  revolutionizing  the  medical  field.  The  concept of using robot assistance in medical surgery has been receiving more and more  recognition throughout the world. Robot-assisted surgery has the advantage of reducing  surgeons' hand tremor, decreasing post-operative complications, reducing patients' pains,  and increasing operation dexterity inside the patients' body. Robotic assistants have been  broadly  used  in  many  medical  fields  such  as  orthopedics,  neurology,  urology  and  cardiology,  and  robot  assisted  surgery  is  keeping  expanding  its  influences  in  more  general medical field.  This research study aims at utilizing advanced robotics manipulator technologies to  help  surgeons  perform  delicate  procedures  associated  with  surgery.  The  Four-axis  Virtual Robot arm (FVR) is a MATLAB-based computer program, which can be used to  simulate  the  functions  of  a  real  robotic  manipulator  in  terms  of  design  parameters,  movement  and  control.  It  has  been  designed  with  adjustable  kinematic parameters  to  mimic a 4-axis articulate robotic manipulator with revolute joints having 4 degrees of  freedom.  The  FVR  can  be  manipulated  using  direct  kinematics  to  change  the  spatial  orientation of virtual objects in three dimensions. Picking and placing of virtual objects  can be done by using the virtual proximity sensors and virtual touch sensors incorporated  in to the jaw design of the FVR. Furthermore, it can be trained to perform a sequence of  movements repeatedly, to simulate the function of a real surgical robotic manipulator. All  steps to modeling are discussed in this research. Proportional-Integral-Derivative control  technique is used to control of FVR

چکیده

توسعه­ ی اخیر تکنولوژی روبات، در حال ایجاد تحول در حوزه­ ی پزشکی است. امروزه مفهوم استفاده از کمک روبات در جراحی پزشکی، در سرتاسر دنیا بیشتر و بیشتر مورد استقبال قرار می­ گیرد. جراحی به کمک روبات، دارای مزایایی از جمله کاهش لرزش دست جراح، کاهش پیچیدگی ­های پس از عمل، کاهش درد بیماران و افزایش مهارت­ عمل جراحی در داخل بدن بیمار می ­شود. روبات­ های دستیار به طور وسیع در بسیاری زمینه ­های پزشکی همچون ارتوپدی، عصب­ شناسی، ارولوژی و قلب شناسی، مورد استفاده قرار می ­گیرد و جراحی به کمک روبات، در حال توسعه­ ی اثرگذاری بر حوزه­ های پزشکی عمومی نیز هست. این مطالعه­ ی تحقیقی در نظر دارد که با به کارگیری تکنولوژی­ های پیشرفته­ ی بازوی روبات، به جراحان کمک کند تا عملیات ظریفی که مرتبط با جراحی است را اجرا کنند. بازوی روبات مجازی (FVR) چهار محوره یک برنامه­ ی کامپیوتری بر پایه ­ی متلب است که می­ تواند برای شبیه­ سازی کاربردهای یک بازوی ماهر روباتیک بر حس پارامترهای طراحی، حرکت و کنترل، مورد استفاده قرار بگیرد. این برنامه، با پارامترهای سینماتیک قابل تنظیم طراحی شده است تا یک بازوی ماهر روباتیک لولادار با مفاصل لولایی با چهار درجه آزادی را شبیه ­سازی کند. FVR می ­تواند با استفاده از سینماتیک مستقیم، به طور ماهر کار کند تا موقعیت فضایی اشیاء مجازی را در سه جهت تغییر بدهد. گذاشتن و برداشتن اشیاء مجازی، می ­تواند با استفاده از سنسورهای مجاورتی مجازی و سنسورهای لمسی مجازی که با طراحی زبانه­ ی FVR بهم پیوسته­ اند، انجام شود. علاوه بر این، این روبات می­ تواند آموزش داده شود تا یک سری از حرکات را بارها و بارها انجام دهد تا کارکرد یک بازوی ماهر روبات جراح واقعی را شبیه ­سازی کند. همه ­ی مراحل مدلسازی در این تحقیق، بحث شده است. تکنیک کنترل مشتقی -تناسبی-انتگرالی برای کنترل FVR استفاده شده است.

1-مقدمه

جراحی به کمک روبات، در سال­ های اخیر حوزه ­ای در حال رونق شده است. این حوزه­ ی میان رشته­ ای، هم تکنولوژی روبات و هم پزشکی را درگیر می ­کند. به خاطر توانایی بالقوه ­ی آن در بهبود دقت، افزایش مهارت، حذف لرزش دست، کاهش نرخ پیچیدگی و  توانمند کردن روندهای نوین که پیش­تر قابل دستیابی نبوده ­اند، جراحی به کمک روبات در طول دهه ­ی گذشته توجه وسیعی را از جانب جامعه­ ی تحقیقاتی روباتیک و دنیای پزشکی، دریافت کرده است...