ربات فعال ساز نامبرده شده به منظور ايجاد ابزار جراحي لاپاروسكوپي‌ مچ‌دار رباتيك طراحي شده است. زمينه كاربرد اين ربات در جراحي رباتيك و جراحي از راه دور مي باشد. در حال حاضر در سامانه جراحي رباتيك كه در كشور ساخته شده است از ابزار هاي بدون مچ استفاده مي شود حال آنكه يكي از مزاياي جراحي رباتيك افزايش مانور جراحي لاپاروسكوپي با استفاده از ابزار هاي مچ‌دار مي باشد. ربات فعال ساز ساخته شده با فعال سازي ابزار مچ دار دستي زمينه به كارگيري ابزار مچ دار در سامانه جراحي موجود در كشور را فراهم آورده است. اين سيستم رباتيك – ربات فعال ساز فرمانبر- ابزار لاپاروسكوپي مچ‌دار دستي را در برگرفته و با توجه به فرمان پزشك كه از طريق يك سيستم راهبر به آن ديكته مي شود مچ ابزار را با حركت دادن دسته ابزار حركت مي دهد. اين سيستم براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي شود. ربات فعال ساز ساخته شده دو درجه آزادي پيچ و ياو ابزار را حركت مي دهد و همچنين عملگر ابزار( گرسپر، نگهدارنده سوزن، قيچي،......) را به صورت رباتيك فعال مي كند. مكانيزم‌هاي متنوعي براي هركدام از درجات آزادي بررسي شده و با توجه به معيارهايي از قبيل سبكي، كم حجمي، سادگي ساخت و هزينه‌ي پايين مكانيزم مناسب انتخاب شده است.

ابزار جراحي اشاره شده در اين اختراع به منظور ايجاد امكان انتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاروسكوپي طراحي شده است. اين ابزار در جراحي لاپاراسكوپي به صورت يكپارچه و تنها از طريق يك راهگاه 10mm وارد شكم بيمار شده و در آنجا بافت هاي حجيم را در خود گرفته و آنها را فشرده مي نمايد تا بتواند نمودار نيرو-جابه جايي بافت را استخراج نمايد. اين ابزار در حين اين‌كه براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي‌شود با داشتن قابليت‌هايي از قبيل توانايي اندازه‌گيري نيرو در نزديكي نقطه تماس ابزار با بافت و همچنين حفظ نقطه تماس ابزار با بافت در حين فشرده كردن آن، به عنوان يك نوآوري در عرصه‌ي جهاني نيز مطرح مي‌باشد. ابزار از يك درجه آزادي برخوردار بوده و مكانيزم پنجه آن به صورتي انتخاب شده است تا 1- فك هاي ابزار به صورت موازي با هم حركت نمايند. 2-فك هاي ابزار تنها حركت خالص عمودي داشته باشند. 3-ابزار نيازي به مونتاژ در داخل شكم نداشته باشد. 4-ابزار توانايي گرفتن بافت ها تا قطر 4cm را دارا باشد. همچنين ابعاد مكانيزم با توجه به تحليل هاي سينماتيكي و ديناميكي به صورت بهينه انتخاب شده اند تا نيروي عملگر در ابزار كمينه گردد. طرح نهايي سبك و كم هزينه بوده و قابليت فشردن ارگان‌هاي حجيم و نيز قابليت اندازه‌گيري نيروهاي بين بافت و ابزار را داراست. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از: 1-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tانتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاراسكوپي 2-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tامكان گرفتن بافت هاي داخل شكم تا قطر 4cm 3-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود حسگرهاي نيرويي در قسمت پنجه ابزار 4-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود حركت خالص عمودي در فك ها و در نتيجه حفظ نقطه تماس ابزار با بافت در طول فشار دادن آن و در نهايت امكان استخراج داده هاي معتبر 5-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود نيروهاي اصطكاكي پايين در ابزار و در نتيجه كاهش خطا در استخراج داده ها 6-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tسبك و كم هزينه، نسبت به ابزارهايي كه تا به حال براي سختي سنجي بافت ها مورد استفاده قرار گرفته اند. با ساخت اين گرسپر امكان انتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاراسكوپي فراهم خواهد شد. با محقق شدن اين رويه، در تمامي جراحي هاي لاپاراسكوپي جراح مي تواند از اين ابزار براي تشخيص وجود و يا عدم وجود بيماري در بافت هاي داخلي استفاده نمايد. اين ابزار باعث از بين رفتن يكي از بزرگترين محدوديت هاي جراحي لاپاراسكوپي خواهد شد. اين ابزار موجب مي گردد تا امكانات جراح در اين نوع جراحي افزايش يافته و در نتيجه تعداد جراحي هايي كه به صورت لاپاراسكوپي صورت مي گيرد افزايش يابد. اين موضوع هم به سود پزشكان و هم به نفع بيماران خواهد بود.

ناتواني در عملكرد و حركت دست، مهم‌ترين مشكل رايجي است كه افراد بعد از اختلالات نورولوژيكي نظير سكته مغزي، ديستروفي عضلاني و آسيب‌هاي مغزي-نخاعي با آن روبرو هستند. افرادي كه از اين ناتواني رنج مي‌برند، علاوه بر كاهش قدرت و مهارت دست، توانايي كنترل دقيق انگشتان را ندارند و در انجام ساده‌ترين كارهاي روزمره دچار مشكل مي‌شوند و درنتيجه استقلال و كيفيت زندگي اين افراد به‌شدت تحت تأثير قرار مي‌گيرد.. اين افراد براي انجام كارهاي روزمره به خانواده، دوستان و پرستاران وابسته مي‌شوند. لذا ربات پوشيدني كمكي براي دست به‌منظور افزايش نيروي گرفتن اجسام و انجام حركات دست و انگشتان براي كارهاي روزمره لازم و ضروري به نظر مي‌رسد. عليرغم وجود مدل‌هاي متفاوت و پيچيده، كمتر ربات پوشيدني به‌طور روزمره مورد استفاده بيماران قرارگرفته است. به نظر مي‌رسد عواملي از قبيل در نظر نگرفتن شرايط واقعي بيمار، عدم ايجاد گرسپ‌هاي منطبق شونده با شكل جسم، زيبايي، سبكي، عدم پيچيدگي، كم‌حجم بودن دستگاه، قابليت شستشو و هزينه مناسب، باعث شده است نمونه‌هاي موجود كارايي لازم را نداشته باشد. لذا در اختراع حاضر سعي بر رفع مشكلات طرح‌هاي پيشين شده است. از اينرو در اين ربات براي اولين بار از مكانيسم تطابق چند انگشتي تك عملگره (under-actuated) به كمك قرقره‌ي متحرك استفاده شده است. اين مكانيسم در رفع مشكلات ربات پيشين و افزايش رضايت‌مندي ربات كاربر شاياني مي‌كند، از سوي ديگر با طراحي جديد دستكش رباتيكي علاوه بر راحتي كاربر در پوشيدن آن ، كاهش اصطكاك و در نتيجه افزايش عمر دستكش و فراهم شد.

عوامل و بيماري‌هاي متعددي وجود دارند كه روي عملكرد مچ و انگشتان دست تاثير منفي دارند، از جمله پيري و كهولت سن، ضربه مغزي بر اثر تصادف، MS، آنوريسم و سكته مغزي. درمان‌هاي زيادي براي رفع اين آسيب‌ وجود دارند كه عبارتند از: استفاده از دارو، فيزيوتراپي و راهكارهاي ديگر. مطالعات نشان داده‌اند كه انجام تمرينات تكراري و منظم فيزيوتراپي در روند بهبودي ناحيه پنجه تاثير بسزايي دارد. يكي از موثرترين روش‌ها، استفاده از سامانه‌هاي رباتيكي در فيزيوتراپي پنجه است. مزاياي اين روش عبارتند از: - ايجاد تمرينات فيزيولوژيك دقيق و تكرار شدني - كاهش كار بدني طاقت‌فرساي درمانگر -كاهش هزينه‌هاي درمان هدف از اين طرح، ساخت سامانه‌اي رباتيكي است كه بتواند ناحيه مچ و انگشتان دست را تمرين دهد. حركات ايجاد شده توسط اين سامانه، از طريق مشاهدات باليني تعيين گرديد. بدين منظور، به مراكز فيزيوتراپي مراجعه شد و نحوه حركات تمريني براي بيماراني كه دچار اختلال حركتي در ناحيه مورد نظر بودند، مشاهده گرديد. همچنين، حركات تكراري و خسته كننده براي فيزيوتراپ نيز مورد تحليل قرار گرفت. در نهايت، حركت مناسب اين سامانه مشخص شد. اين سامانه، حركت فلكشن-اكستنشن را براي مچ و انگشتان ايجاد مي‌كند.

كاربرد فناوري هاي پيشرفته از جمله جراحي رباتيك در زمينه هاي مختلف جراحي و بخصوص جراحي با حداقل تهاجم MIS به سرعت رو به گسترش است يكي از متداولترين اين كاربردها استفاده از ربات كمك جراح به منظور نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ در جراحي لاپاروسكوپي است كه براساس گزارشها سبب افزايش دقت و سرعت عمل هاي جراحي كاهش مشكلات ناشي از عدم هماهنگي كمكها با جراح افزايش تعداد پرسنل اتاق عمل ، خستگي جراح و كمك جراح لرزش تصويرو و ... مي گردد. هدف از اين اختراع طراحي و ساخت رباتي بوده است كه با رفع مشكلات ربات روبولنز (حجم زياد ربات (اشغال فضاي زياد در اتاق عمل)، نداشتن برنامه ي شي ء گرا و گرافيكي ، نداشتن Visual Interface نداشتن سيستم كنترلي تعقيب هوشمند ابزار بدون دخالت جراح، كليه ي نيازهاي جراح در عمل لاپاروسكوپي از طريق كنترل هوشمند ابزار جراحي را برطرف نمايد. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از: 1- حذف كامل كمك جراح كه مسئول نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ طبق فرمان جراح است. 2- كار با نرم افزار شي گرا و گرافيكي مدون تحت فرمان صفحه ي نمايش لمسي. 3- ارائه ي 3 روش كنترلي دستگاه به منظور هدايت لاپاروسكوپ أ. كنترل از طريق صفحه ي نمايشگر لمسي. ب. كنترل از طريق پدال ج. كنترل از طريق تعقيب نوك ابزار جراحي 4- تعقيب ابزار ورودي به شكم با مدت زمان پاسخ دهي بسيار كوتاه. 5- قطع هوشمندانه ي حركت به هنگام برخورد با بافت نرم و جلوگيري از رساندن آسيب به بافت. 6- قطع هوشمندانه ي حركت باز و بسته شدن بازو به هنگام داشتن مانع در سر راه. 7- كم حجم بودن دستگاه و اشغال فضاي اندك 8- قابليت نقل و استقرار آسان. جراحي لاپاروسكوپي يكي از مصاديق جراحي با حداقل آسيب مي باشد كه در حفره ي شكمي انجام مي شود. در اين روش از دو يا سه شكاف كوچك ابزارهاي ميله اي شكل جراحي و از شكاف ديگر دوربين يا لاپاروسكوپ وارد شكم شده و از طريق تصوير ايجاد شده در صفحه ي نمايشگر عمل جراحي انجام مي شود. در اين نوع عمل علاوه بر جراح اصلي حضور يك فرد كمك جراح به منظور نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ طبق فرمان جراح ضروري است. با توجه به مشكلات گزارش شده از قبيل عدم هماهنگي فرد كمك جراح با جراح اصلي و خستگي زود هنگام وي و در نتيجه لرزش دست و افزايش امكان اشتباه سعي شده است اين فرد با يك بازوي رباتيكي مناسب جايگزين شود. به همين منظور طي پروژه اي دستگاهي با عنوان ربات كمك جراح نگهدارنده لنز با قابليت رهگيري و تعقيب خودكار ابزار جراح ساخته و ارائه گرديده است تا جايگزين كاملي براي كمك جراح در جراحي لاپاروسكوپي باشد.

خلاصه سيستم رباتيك اشاره شده در اين اختراع به منظور ايجاد امكان جراحي لاپاروسكوپي به صورت رباتيك و از راه دور طراحي شده است. اين سيستم رباتيك، تحت عنوان ربات فرمانبر، ابزار لاباروسكوپبي را در بر گرفته و - با توجه به فرمان پزشك كه از طريق يك سيستم راهبر به ربات فرمانبر ديكته مي شود - آن را در داخل شكم بيمار هدايت مي كند. اين سيستم در حين اين كه براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي شود با داشتن قابليت هايي از قبيل توانايي اندازه گيري نيروهاي بين ابزار و ربات و همچنين توانايي هدايت ابزار براي جابه جايي ارگان هاي حجيم، به عنوان يك نوآوري در عرصه ي جهاني نيز مطرح مي شود. ربات از چهار درجه ي آزادي پيچ، ياو، دوران حول محور ابزار و حركت خطي ابزار تشكيل شده است. مكانيزم هاي متنوعي براي هركدام از درجات آزادي بررسي شده و با توجه به معيارهايي از قبيل سبكي، كم حجمي، سادگي ساخت و هزينه ي پايين مكانيزم مناسب انتخاب شده است. همچنين پارامترهاي سينماتيكي و ديناميكي مكانيزم نهايي توسط الگوريتم بهينه سازي گروه برندگان انتخاب شده است. طرح نهايي در مقايسه با نمونه هاي خارجي بسيار سبك، كم حجم و كم هزينه بوده و قابليت جابجايي ارگان هاي حجيم و قابليت اندازه كيري نيروهاي بين ربات و ابزار را داراست. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از 1. امكان انجام جراحي لاپارسوكوپي به صورت رباتيك براي تمامي ارگان هاي ناحيه شكمي اعم از حجيم و غير حجيم 2. كاهش لرزش ها و افزايش دقت انجام جراحي با فيلتر نمودن لرزشهاي دست جراح 3. ايجاد امكان جراحي از راه دور 4. قابليت اندازه گيري نيروهاي بين ابزار و ربات 5. دستيابي به مهارت هاي سينماتيكي و ديناميكي مطلوب با استفاده از جديدترين روش هاي بهينه سازي 6. سبك، كم حجم و كم هزينه، نسبت به نمونه هاي خارجي كاربردها همانطور كه در طول گزارش نيز اشاره شد از اين بازوي رباتيك مي توان براي انجام جراحي هاي لاپاروسكوپي بر روي تمامي ارگان هاي داخلي ناحيه شكمي به صورت رباتيك استفاده نمود. با محقق شدن اين رويه، دقت جراحي ها به طرز قابل ملاحظه اي افزايش و خستگي جراح كاهش مي يابد. مهمترين مزيت اين نوع جراحي را مي توان در فراهم نمودن امكان جراحي از راه دور عنوان نمود. بنابراين با نصب اين بازوي رباتيك در نقاط محروم و يا درمناطق جنگي، در صورت لزوم انجام يك عمل جراحي فوري، تنها نياز به يك پزشك عادي براي ايجاد شكاف هاي لازم روي بدن بيمار و تنظيم و راه اندازي اوليه ربات است. بعد از تنظيمات اوليه، پزشك مي تواند در هر كجاي كشور با در دست داشتن ربات راهبر و مشاهده تصوير داخل شكم حتي پيچيده ترين اعمال جراحي را نيز انجام دهد.

ربات اختراع حاضر يك ابزار هيتكي 5 درجه آزادي براي جراحي لاپازاسكوبي ارگان هاي حجيم، همچون طحال، كبد و كليه است. نيروها و گشتاورهايي كه اين ربات قابلتي ايجاد آنها را دارد در جهت درجات آزادي موجود در عمل هاي جراحي است. اين ربات نسبت به نمونه هاي قبلي داراي يك درجه آزادي بيشتر است و قابلت توليد نيروها و گشتاورهايي تا 5 برابر نمونه اي ساخته شده را دارد. از اين حيث اين ربات براي آموزش جراحي و همچنين جراحي از راه دور ارگان هاي حجيم مانند طحال، قابل استفاده است. از طرف ديگر مكانيزم تركيبي آن جديد است و داراي سفتي و استحام بالايي است. مزاياي اختراع انجام شده شامل موارد زير ست: - ايجاد 5 درجه آزادي مجهز به بازخورد نيرو - ارائه يك مكانيزم تركيبي نوين با قابليت ايجاد دامنه حركت ابزار لابارسكوپي - ايجاد دامنه نيرويي و گشتاوري تا 5 برابر نمونه هيا ساخته شده تا به حال - ايجاد دامنه ي نيرويي و گشتاوري مناسب با جراحي ارگان هاي حجيم - استفاده از سيستم كابلي براي افزايش گشتاور خروجي موتورها - فراگيري دو موتور اصلي و سنگين مكانيزم بر روي پايه - استفاده از يك مكانيزم تركيبي داراي استحكام و سفتي مناسب - استفاده از يك مكانيزم تركيبي براي كاهش اينرسي ربات اين ربات داراي كاربردهاي فراواني از جمله موارد زير است: 1- آموزش و تمرين اجراي لاپاراسكوپي اركان هاي حجيم همچون طحال، كليه و ... براي جراحان مبتدي 2- آموزش و تمرين جراحي لاپاراسكوپي اركان معمولي همچون كيسه صفرا براي جراحي مبتدي 3- استفاده به عنوان راهبر در سامانه جراحي رباتيك به منظور جراحي از راه دور 4- الگوبرداري از عملكرد جراحان غيره در حين يك جراحي موفق 5- عيب يابي و ثبت پيشرفته در روند جراحي جراحان مبتدي 6- قابليت استفاده از مكانيزم ربات براي طراحي ابزارهاي هبتيكي مستعمل در تجهيزات راكتورها

هدف از اين پروژه طراحي ربات كمك جراحي كوچكي است كه امكان تداخل با جراح و ساير افراد درون اتاق عمل را كاهش دهد و در عين حال از توانايي نگاه داشتن دوربين و تنظيم دقيق آن در موقعيت مورد نظر جراح برخوردار باشد. ربات پيشنهاد شده داراي 4 درجه آزادي شامل يك درجه آزادي انتقالي در امتداد لنز، يك درجه آزادي دوراني و دو درجه آزادي حركت خمشي است كه مجموعاً تنظيم دقيق ديد جراحي را امكانپذير مي كند. طراحي به گونه اي انجام شده است كه درجات آزادي انتقالي و خمشي در داخل شكم بيمار قرار مي گيرند و تنها حركت دوراني حول محور ابزار در بيرون شكم قرار دارد. همچنين براي ايجاد حركت استفاده از تحريك كننده SMA پيشنهاد شده است. پس از طراحي مكانيكي، الگوريتم ارتباط با كاربر ارائه شده و براساس آن، ربات به كمك نرم افزار متلب شبيه سازي شده است. نتايج حاصله براي مكان انتهايي ابزار حاكي از دامنه حركت مناسب ربات براي عمل هاي لاپاروسكوپي مي باشد.

گريپرهاي لاپاروسكوپي كه براي گرفتن و جابه جايي اعضاي بدن در حين جراحي لاپاروسكوپي استفاده مي شوند. از اندازه اي كوچك برخوردارند. و اين عامل سبب مي شود كه در گرفتن و جابه جايي اعضاي بزرگ و حجيم، از جمله طحال، كارايي پاييني داشته باشند لذا به منظور برطرف كردن اين مشكل با بررسي انواع گريپرها، نوع مكشي را مناسب ترين نوع براي جراحي لاپاروسكوپي تشخيص داده شد و با توجه به اين كه به دليل محدوديت اندازه به خاطر ابعاد تروكار استفاده مستقيم از اين نوع گريپرها مقدور نبود. مكانيزمي براي استفاده از گريپرهاي مكنده در جزاحي لاپاروسكوپي طراحي شد كه از فك برخوردار مي باشد و پس از عبور از تروكار در حالت بسته بودن فك ها، با حركت ميله راهنما اين سه فك كه توسط لايه اي از لاستيك سيليكون پوشيده شده اند در داخل بدن باز مي شوند و با مكشي كه از ميان ميله راهنما عبور مي كند اقدام به گرفتن عضو مورد نظر مي كند.