史都華平台為基礎的手術用機器人簡單介紹

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B94611012 黃振瑋

史都華平台為基礎的手術用機器人簡單介紹
自己的家裡剛好有跟外科相關的人士，又看到很多人詳細了介紹了使都畫平台的機構原理，於是這裡在介紹他的應用於外科方面。關於史都華平台所有有的優點，其他同學所找的資料大致歸納為:

• 1.有高精度定位能力
• 2.剛性高、體積小
• 3.承載能力高

應用在手術用機器人上，可以穩定醫療手術儀器，提供醫生三度空間座標，自動進行定位，這樣讓那些難度及高需要精密位置的手術能有很大的幫助。當腦部手術時需要特殊設計的頭架，並在病患頭部局部麻醉後將頭框架固定在頭上，作頭部斷層掃描，由電腦精確計算重組來顯示立體影像，提供醫生判斷腦內的三度空間位置，作為手術時之儀器的定位依據。以下圖就是框架模式，右下圖示整體系統架構。





手術用機器人可幫助醫生進行精密定位、工具穩定扶持與開刀路徑規劃等功能。Robert所帶領的團隊發展一套三度空間定位系統，應用於腦部手術，屬於關節式機器手臂，各關節裝設精密角度感測器，使用順向運動學，由各連桿長度與關節旋轉角度計算機器手臂末端座標，此系統擁有六個自由度。在醫療應用方面，發展一微型操作系統，醫生使用這套系統透過顯微鏡來操縱小至2um的生物細胞；甚至有發展一內視鏡機器人，應用並聯式機構，擁有三個自由度，幫助醫生可靈活地操作內視鏡。

關於這個醫療機器人自由度的計算

利用寇氏(Kutzbach)判斷進行自由度分析：這跟我們學的古魯柏公式很像但又不太一樣

M=ax(n-g-1)+Ef

d=6--空間運動 n---連桿數目 g---關節數目 fi---第i個關節的自由度數目

設定可動板與連桿是以球接頭連接，固定板與連桿是以萬向接頭連接，機構連桿包含可動板、固定板與可變長度連接桿，連桿總數n=2+6×2=14，機構關節包含球接點關節、連桿關節與萬向接頭關節，總關節數目g=3×6=18，而可變長度連桿有1個滑動自由度，球接頭有三個自由度，萬向接頭有兩個自由度，則fi=6×6=36，則手術用機器人的自由度為：

6x(14-18-1)+36=6

因此手術用機器人可達到六個自由度的運動，包括三個平移自由度運動與三個旋轉自由度運動，符合手術儀器於三度空間運動的要求。



%醫療儀器接於史都華平台的接點圖 %手術用機器人圖示


史都華平台承載醫療鑽孔器，裝設在一線性滑道上，行成三點固定，適用外型直徑不同的醫療電鑽，透過滑塊固定電鑽進行軸向的鑽孔。頂桿與病人頭部接觸，使電鑽有個頭部法線方向支撐點，可以抵消鑽穿骨骼時向下的軸向慣性力，以減少過衝量的產生。當醫生輸入病患頭部開刀位置後，本手術用機器人會自動精密定位，史都華平台的可動板會承載醫療鑽孔器的鑽頭進給方向到鑽孔位置的法線方向，此時醫生可用自動進給或手動搖柄方式鑽孔。這個醫療手術設計在未來勢必又會帶給醫療進不的一大步!!!

參考資料 : http://designer.mech.yzu.edu.tw/ 元智大學實驗室 ; http://www.robotworld.org.tw/ 機器人世界 ; http://ppsc.pme.nthu.edu.tw/hexapod/what.html 史都華介紹