Dissertação
{pt_PT=A Parallel Manipulator for Prostate Cancer Biopsies: Kinematic Optimization, Design and Control Planning} {} EVALUATED
{pt=Neste trabalho o desenvolvimento de um protótipo de um robot paralelo é apresentado. Este protótipo foi desenvolvido para ser implementado com uma sonda de ultra sons transrectal para biópsias à próstata, sendo co-manipulado por um urologista. De toda a mortalidade devida a cancro, o cancro da próstata é a sexta causa mais comum, representando 9% de todos os óbitos masculinos. Os métodos mais comuns para diagnóstico são análises aos níveis do antígeno prostático específico, e o exame rectal digital. Se estes testes revelarem indícios de cancro, é aconselhada uma biópsia à próstata guiada por ultra sons. Em muitos casos, o médico pode falhar o tecido cancerígeno o que resulta num teste falsamente negativo. O objectivo do mecanismo deste trabalho é guiar o médico até aos pontos óptimos de perfuração, através de controlo de trajectória. Este trabalho foca-se na optimização cinemática, baseada em dados recolhidos, de um controlador háptico comercial, o Novint Falcon. Este manipulador foi desmontado, optimizado e reconstruído. Os objectivos de optimização foram a maximização da manipulabilidade cinemática, e o máximo número de pontos de trajectória alcançados. Estes pontos pertenciam a dados recolhidos durante biópsias à próstata, previamente registadas. Os modelos geométrico, cinemático e dinâmico foram deduzidos. O desenho, manufactura e procedimentos de assemblagem são apresentados. De modo a obter um mecanismo controlável, também é referida a implementação de motores DC, encoders ópticos, filtros e processamento de sinal, e comunicação série entre uma placa Arduino e o programa Simulink. Um protótipo funcional foi construído com sucesso., en=The development of a prototype of a parallel robot is presented in this work. This prototype is to be implemented with a trans-rectal ultra sound probe for prostate biopsies, which is to be co-manipulated by an urologist. Prostate cancer is the sixth most common cause of cancer death overall, representing 9% of all male deaths. The most common methods for diagnosis are blood tests for scanning of the prostate-specific antigen levels, and digital rectal examination. If these tests reveal some signs of cancer suspicion, an ultra sound, manually guided biopsy to the prostate is usually advised. In many cases, the doctor can miss the cancerous tissue which will lead to a false negative test. The objective of the developed device is to guide the doctor to the optimal points of perforation through trajectory control. This work focuses on the data-based kinematic optimization of an existing commercial haptic controller, the Novint Falcon. This device was disassembled, optimized and rebuilt. The objectives of optimization were the maximization of kinematic manipulability and largest number of trajectory points reached from data sets acquired during previously registered prostate biopsies. The geometric, kinematic and dynamic models are deduced. The design after optimization, manufacture and assembly procedures are detailed. In order to achieve controllable mechanics, the implementation of DC motors, rotation encoders with disks, signal filtering and processing, and serial communication using an Arduino board and Simulink software are described. A functional prototype was successfully built. }
junho 1, 2017, 11:0
Publicação
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Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Associado