Trabajo colaborativo
Grupo: 299011_2
Trabajo informe final
Presentado por:
Nelson Eduardo Carvajal
Fabio Jiménez Jiménez
Diana Palacios
Stiven Orlando Rojas
Presentado a:
Sandra Isabel Vargas
Tutora de Robótica
Universidad Nacional abierta y a Distancia UNAD.
Noviembre 2015.
Tabla de Contenidos
1.1.1. Introducción 1
2. Objetivos 2
3. Justificación 3
4. Antecedentes 4
4.1. Descripción 5
4.2. Por qué se realiza el procedimiento 5
4.3. Riesgos 6
4.4. Antes del procedimiento 7
4.5. Después del procedimiento 7
4.6. Recuperación 7
5. Elementos a usar en la construcción del sistema robótico: 7
5.1. Estructura mecánica: 8
a. CS9 8
5.1.2. Mando de control SP2 9
5.1.3. Elementos a usar en la construcción del sistema robótico: 9
5.1.4. Medidores de distancia por haz infrarrojo 9
5.1.5. Diodos para medir temperatura 10
5.1.6. Circuitos integrados para medir temperatura 10
5.1.7. Sensores de proximidad 11
5.1.8. Sensores miniaturizados 12
5.1.9. Sensores micro-mecánicos seleccionadores de fuerza 12
9.1.1. Lista de referencias 15
Introducción
Este trabajo se desarrolló asumiendo roles individuales dónde cada integrante del grupo colaborativo ha estado resolviendo la temática durante el período académico y las tres unidades que componen el curso de Robótica y realizando la actividad Diseño de un sistema robótico que permita la realización de una pequeña cirugía, de tal manera que el brazo robótico tome el instrumental quirúrgico de una mesa, realice una pequeña incisión en el paciente, retire una muestra de tejido para una biopsia y finalmente realice el cierre de la incisión, usando los conceptos, definiciones, y herramientas descritas en los contenidos del curso de robótica, y mediante el aprendizaje colaborativo como metodología para realizar la labor mencionada.
Objetivos
Diseñar e implementar un sistema para la manipulación y el control de un brazo robótico que permita la realización de una cirugía.
Implementar una interfaz hombre máquina con la capacidad de dar respuesta a una orden dada por el usuario sin contacto físico directo.
Justificación
El objetivo del presente trabajo de investigación es el diseño de un brazo robótico que haga una pequeña cirugía
La función del brazo robótico es dar seguridad al médico durante la cirugía y el tratamiento de piezas y accesibilidad a las esquinas, alturas y puntos ocultos.
Las características que debe presentar el brazo robótico son:
Seguro: cumpliendo la normativa vigente sobre el límite de la exposición de las personas a campos electromagnéticos y evitando que el médico lo opere manualmente.
Compacto: para facilitar su transporte, las maniobras del médico y su utilización en cualquier ambiente.
Económico: diseñado con materiales y componentes comerciales de fácil adquisición.
Montaje sencillo: para facilitar las tareas de mantenimiento y desacople del aplicador.
Alta automatización: facilita el funcionamiento del sistema, homogeniza el método de aplicación, reduce errores y costos de funcionamiento.
El diseño y simulación del brazo robótico se han apoyado en diferentes tipos de software comercial libre.
Antecedentes
Unos de los primeros prototipos de robot quirúrgico lo constituye el Minerva, construido en 1991. Fue diseñado para intervenciones en neurocirugía.
En el área de cirugía ósea, Robodoc es uno de los iniciadores en el desarrollo de una nueva técnica que trabaja con imágenes tomográficas para pre-planificar una intervención de colocación de cadera. Otros robots utilizados en cirugía laparoscópica son Aesop y Endosista.
Interesantes ejemplos de investigaciones son Padyc:
Un robot constituido por un brazo pasivo con restricciones mecánicas para una operación manual supervisada, y Acrobot, que permite medir el esfuerzo realizado por el usuario. Ambos proyectos pueden ser de gran utilidad como localizadores de los puntos de actuación del cirujano en cada momento.
En la actualidad, varios tipos de modelos robóticos están siendo utilizados por la medicina. Algunas operaciones de este tipo han permitido que el cirujano realice la intervención a larga distancia. En una ocasión, el paciente se encontraba en Londres y el médico ordenaba los brazos del robot desde una cabina en Manhattan, Nueva York.
Es un método para llevar a cabo una cirugía mediante el uso de pequeñas herramientas que van pegadas a un brazo robótico. El cirujano controla el brazo robótico con una computadora.
Descripción
A usted le aplicarán anestesia general, de manera que estará dormido y sin dolor.
El cirujano se sienta en una estación informática cercana y dirige los movimientos de un robot. Se fijan instrumentos quirúrgicos pequeños a los brazos del robot.
El cirujano hace pequeñas incisiones quirúrgicas para introducir los instrumentos en el cuerpo.
Un tubo delgado con una cámara adherida a su extremo (endoscopio) le permite al cirujano ver imágenes tridimensionales ampliadas del cuerpo a medida que se lleva a cabo la cirugía.
El robot equipara los movimientos de la mano del médico para llevar a cabo el procedimiento usando los instrumentos diminutos.
Por qué se realiza el procedimiento
La cirugía robótica es similar a la cirugía laparoscópica. También puede llevarse a cabo a través de incisiones quirúrgicas más pequeñas que con la cirugía tradicional abierta. Los movimientos pequeños y precisos que son posibles con este tipo de cirugía brindan algunas ventajas sobre las técnicas endoscópicas normales.
El cirujano puede hacer movimientos precisos y pequeños mediante este método. Esto le permite realizar un procedimiento a través de una incisión pequeña que alguna vez sólo podía hacerse con una cirugía abierta.
Una vez que el brazo robótico se coloca en el abdomen, es más fácil para el cirujano usar los instrumentos quirúrgicos que con la cirugía laparoscópica a través de un endoscopio.
El cirujano también puede ver más fácilmente el área donde va a operar. Este método igualmente le permite moverse de una manera más cómoda.
La cirugía robótica puede tardar más tiempo en llevarse a cabo, debido a la cantidad de tiempo que se necesita para preparar el robot. Además, es posible que muchos hospitales no tengan acceso a este método.
La cirugía robótica se puede usar para muchos procedimientos diferentes, por ejemplo:
Derivación de la arteria coronaria
Cortar tejido canceroso de partes sensibles del cuerpo como los vasos sanguíneos, los nervios u órganos importantes del cuerpo
Extirpación de la vesícula biliar
Artroplastia de cadera
Histerectomía
Nefrectomía
Trasplante de riñón
Reparación de la válvula mitral
Piel plastia (cirugía para corregir la obstrucción de la unión ureteropélvica)
Piloroplastia
Prostatectomía radical
Ligadura de trompas
La cirugía robótica no se puede emplear para algunos procedimientos complejos.
Riesgos
Los riesgos de cualquier anestesia son:
Reacciones a los medicamentos
Problemas respiratorios
Los riesgos de cualquier cirugía son:
Sangrado
Infección
La cirugía robótica presenta tantos riesgos como la cirugía laparoscópica y abierta. Sin embargo, los riesgos son diferentes.
Antes del procedimiento
Usted no puede consumir ningún alimento ni líquido durante 8 horas antes de la cirugía.
Es posible que deba limpiar sus intestinos con un enema o un laxante el día antes de la cirugía para algunos tipos de procedimientos.
Deje de tomar ácido acetilsalicílico, anticoagulantes como warfarina (Coumadin) o Plavix, antinflamatorios, vitaminas u otros suplementos 10 días antes del procedimiento.
Después del procedimiento
A usted lo llevarán a una sala de recuperación después del procedimiento. Dependiendo del tipo de cirugía realizada, quizá deba permanecer hospitalizado de un día para otro o durante un par de días.
Usted debe ser capaz de caminar al cabo de un día después del procedimiento. Qué tan rápido vaya a estar activo dependerá de la cirugía que le realizaron.
Evite el levantamiento de objetos pesados o esforzarse hasta que el médico lo autorice. El médico puede aconsejarle que no maneje durante al menos una semana.
Recuperación
Las incisiones quirúrgicas normalmente son más pequeñas que con la cirugía abierta tradicional. Los beneficios abarcan:
Recuperación más rápida
Menos dolor y sangrado
Menos riesgo de infección
Hospitalización más corta
Cicatrices más pequeñas
Elementos a usar en la construcción del sistema robótico:
Estructura mecánica:
Componentes de la estructura mecánica de un robot
Controladores
CS9
Acceso frontal para conexión y desmontaje
Pantalla estado en el panel frontal
Los filtros se desmontan desde el frontal
Todas las conexiones usuario en el frontal y de fácil conexión
Ligero y compacto
Montaje en rack 19"
Estandar TCP/IP
Múltiples buses de campo incluyendo Ethernet tiempo real
Funciones de seguridad a través de E/S o Ethernet tiempo real
Disponibles múltiples idiomas
Modo ahorro de energía
Mando de control SP2
Ligero, compact y robusto
Pantalla táctil de 7'' LCD
Uso en vertical o horizontal ( soporte rotatorio )
Apto para diestros y zurdos
Puerto USB
Intuitivo, sistema de interface basado en las tablets
Interface usuario gráfico personalizable
Elementos a usar en la construcción del sistema robótico:
Medidores de distancia por haz infrarrojo
La empresa Sharp produce una línea de medidores de distancia basados en un haz infrarrojo, que forman la familia GP2DXXX. Estos sensores de infrarrojos detectan objetos a distintos rangos de distancia, y en algunos casos ofrecen información de la distancia en algunos modelos, como los GP2D02 y GP2D12. El método de detección de estos sensores es por triangulación. El haz es reflejado por el objeto e incide en un pequeño array CCD, con lo cual se puede determinar la distancia y/o presencia de objetos en el campo de visión. En los sensores que entregan un nivel de salida analógico para indicar la distancia, el valor no es lineal con respecto a la distancia medida, y se debe utilizar una tabla de
Diodos para medir temperatura
Se puede usar un diodo semiconductor ordinario como sensor de temperatura. Un diodo es el sensor de temperatura de menor costo que se puede hallar, y a pesar de ser tan barato es capaz de producir resultados más que satisfactorios. Sólo es necesario hacer una buena calibración y mantener una corriente de excitación bien estable. El voltaje sobre un diodo conduciendo corriente en directo tiene un coeficiente de temperatura de alrededor de 2,3 mV/°C y la variación, dentro de un rango, es razonablemente lineal. Se debe establecer una corriente básica de excitación, y lo mejor es utilizar una fuente de corriente constante, o sino un resistor conectado a una fuente estable de voltaje.
Circuitos integrados para medir temperatura
Existe una amplia variedad de circuitos integrados sensores de temperatura (se puede encontrar una lista en el link de abajo con la información detallada). Estos sensores se agrupan en cuatro categorías principales: salida de voltaje, salida de corriente, salida de resistencia y salida digital. Con salida de voltaje podemos encontrar los muy comunes LM35 (°C) y LM34 (°K) de National Semiconductor. Con salida de corriente uno de los más conocidos es el AD590, de Analog Devices. Con salida digital son conocidos el LM56 y LM75(también de National). Los de salida de resistencia son menos comunes, fabricados por Phillips y Siemens.
Sensores de proximidad
Los sensores de proximidad que se obtienen en la industria son resultado de la necesidad de contar con indicadores de posición en los que no existe contacto mecánico entre el actuador y el detector. Pueden ser de tipo lineal (detectores de desplazamiento) o de tipo conmutador (la conmutación entre dos estados indica una posición particular). Hay dos tipos de detectores de proximidad muy utilizados en la industria: inductivos y capacitivos.
Los detectores de proximidad inductivos se basan en el fenómeno de amortiguamiento que se produce en un campo magnético a causa de las corrientes inducidas (corrientes de Foucault) en materiales situados en las cercanías. El material debe ser metálico. Los capacitivos funcionan detectando las variaciones de la capacidad parásita que se origina entre el detector propiamente dicho y el objeto cuya distancia se desea medir. Se emplean para medir distancias a objetos metálicos y no metálicos, como la madera, los líquidos y los materiales plásticos.
Sensores miniaturizados
Puedan medir las fuerzas de manipulación en el momento en que la herramienta entra en contacto con el tejido blando. Recientemente se ha integrado una mano quirúrgica situada al final de una herramienta laparoscópica con un sensor de tracción (14). La estructura hexápoda del sensor hecho de una aleación de aluminio que le proporciona un peso ligero y una solución rígida para adquirir señales de fuerza y torsión a través de cada uno de los seis ejes con una alta resolución de 0.05 N y 0.25 N en dirección radial y axial, respectivamente y con una escala de hasta 20 N. Recientemente ha sido desarrollada una micro mano (Sistemas micro electromecánicos MEMS) dirigida por un actuador piezoeléctrico integrado con semiconductor y montado en una superficie elástica (flexible) micro fabricada, permitiendo la caracterización de las propiedades del tejido blando y una palpación realista utilizando un interfaz aptico (15).
Sensores micro-mecánicos seleccionadores de fuerza
Los sensores afirman tener una alta sensibilidad y comportamiento lineal en una amplia escala de hasta 15 N, permitiendo una información realista de la palpación.
Asimismo, se han logrado resultados muy prometedores basados en los principios de medida de la fibra óptica. Se pueden crean sensores de fuerza en miniatura usando cables de fibra óptica que lleven señales luminosas –que son moduladas en respuesta a las fuerzas aplicadas – desde una región de detección a un convertidor opto-electrónico. Recientemente, se ha desarrollado en el extremo de una herramienta quirúrgica un sensor de fuerza de 5 mm., de diámetro integrando tres elementos sensores de fibra óptica. Este sensor puede medir fuerzas a lo largo de tres ejes con una sensibilidad de 0.04 N y un rango de hasta 2.5 N. Las principales ventajas de estos sensores es que son inmunes a las interferencias electromagnéticas y compatibles con los sistemas de imagen de resonancia magnética. Basado en esto se utilizó un sensor de fuerza de fibra óptica de tres grados de libertad, en un robot neuroquirúrgico (compatible con resonancia magnética) para medir las fuerzas de interacción del tejido.
Los sensores de fuerza se pueden utilizar como mecanismo de información alternativo para la identificación del tejido blando (p.e. zonas en las que están incrementadas la rigidez o la blandura), proporcionando al cirujano indicaciones visuales de la localización y gravedad de cualquier anormalidad en un órgano. Los intentos para identificar el tejido han permitido el desarrollo de varios instrumentos. Brouwer y colaboradores utilizaron un instrumento elástico uni-eje para medir la respuesta del tejido porcino. Se desarrolló otro instrumento para investigarlas propiedades visco-elásticas del tejido bajo pequeñas deformaciones en un solo eje. Asimismo se ha descrito una pinza endoscópica motorizada que fue utilizada para examinar tejidos porcinos, con cargas de compresión estática y cíclica. Una prueba mecánica desarrollada por el Laboratorio Harvard Biorobotics, trató de identificar la localización y propiedades de tumores basándose en pruebas de hendiduras estáticas. Una investigación llevada a cabo recientemente por el Kings College de London trataba de desarrollar instrumentos que considerarán una serie de distribuciones medidas como la sonda se desliza por la superficie. Este enfoque proviene de uno previo de hendiduras estáticas, permitiendo la identificación de todas las partes del tejido un órgano en poco tiempo.
Presupuesto aproximado del costo de los materiales
Modelo cinemático directo o inverso del sistema robótico
Incluyendo el análisis matemático apoyado en las matrices de transformación.
Programa que simule el proceso de Cirugía
Este programa debe anexarse para su revisión en el foro.
Conclusiones
Lista de referencias
Marina Beltran blanco; Manual de SimubRob, https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor.
http://www.angelfire.com/planet/mundosvirtuales/new_page_1.htm
http://www.monografias.com/trabajos94/robots-quirurgicos/robots-quirurgicos.shtml
http://www.staubli.com/es/robotics/controladores-de-robot/mando-control-robot-sp2/
http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0004-06142007000400004
http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm
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