Diseño y construcción de un brazo de asistencia robótica de uso académico para cirugía laparoscópica

Abstract

En el presente trabajo se construyó un prototipo de asistente robótico para manejo de la cámara en cirugía laparoscópica. Partiendo de la investigación realizada, se definieron las directrices que el robot debía cumplir respecto a la cinemática, entre otros aspectos. Uno de los alcances era reducir el costo con respecto a otros dispositivos en el mercado, y para tal fin se implementaron tácticas de diseño que incluyeron la aplicación de contrapesos y resortes, disminuyendo los requerimientos de torque por parte de los accionamientos y aminorando los costos. Se realizó una selección de materiales y un análisis de esfuerzos sobre las piezas propuestas con ayuda del método de elementos finitos. Se desarrolló e implementó la cinemática directa y la cinemática inversa sobre el robot que además posee articulaciones no accionadas, desarrollando un programa que permite que el operador del robot pueda controlar la cámara del laparoscopio mediante seis órdenes establecidas, insertándolas en un ordenador portátil conectado al robot. El robot fue sometido a pruebas para verificar su funcionalidad satisfaciendo los objetivos propuestos e identificando al mismo tiempo aspectos deficientes o mejorables. Finalmente, con la culminación de este trabajo se desarrolla un método repetible, que permitirá el mejoramiento continuo del prototipo construido. In this project, a robotic assistant prototype was built for manipulation of the laparoscope’s camera. Resulting from a research, parameters for the robot’s kinematics and others aspects were defined. One of the goals was to reduce the costs compared to other devices in the market, to accomplish this some tactics of design were implemented, such as the inclusion of counterweights and springs, decreasing the requirements of torque of the motors and therefore decreasing their cost. A material selection was implemented and stress analysis was done on the parts proposed using the finite element analysis. Direct and Inverse kinematics were developed for the robot, noting that it possesses passive joints, then developing a program that allows the robot user the control of the camera with six basic orders; inserting them in a laptop. The robot was subject to tests, verifying its functionality and accomplishing the objectives, then identifying deficient and improvable aspects. Finally, with the accomplishment of this project, a repeatable method is developed, which will allow the continuous improvement of the built prototype.