Toward a Millimeter-Scale Tendon-Driven Continuum Wrist with Integrated Gripper for Microsurgical Applications

要約

マイクロサージェリーは、特に影響力がありながら挑戦的な手術です。
ロボット支援顕微手術は、外科的器用さを改善し、これまで不可能だった方法で、このような小規模での正確な手術を可能にする可能性を秘めています。
眼内マイクロサージェリーは、眼から挿入される硬い器具で達成できる器用さが不足しているため、特に困難な分野です。
この作業では、顕微手術用途向けのミリスケールの器用な手首の新しいデザインを紹介します。
手首は、最先端の 2 光子重合 (2PP) 微細加工技術によって作成され、複雑な内部形状とミクロン スケールの重要な機能を備えた柔軟な素材で手首を構成することができます。
手首は、一辺の長さが1.25mm、全長が3.75mmの正方形断面が特徴です。
手首には、その長さに沿って 3 つの腱があり、小型のリニア アクチュエーターによって作動すると、任意の面で曲げることができます。
ロボットの中心を下ってルーティングされる 4 番目の腱によって作動する統合グリッパーを提示します。
手首とグリッパーの曲げ角度を評価します。
両軸とも90度以上の曲げを実現。
面外曲げと、作動中のロボットの把持能力を示します。
私たちの統合されたグリッパー/腱駆動の連続体ロボット設計とメソスケールの組み立て技術は、以前に実証されたよりも器用な小規模の手首を可能にする可能性があります.
このような手首は、眼内手術を含むさまざまな外科的用途で患者の転帰を改善する可能性を秘めた遠隔操作中の外科医の能力を向上させる可能性があります。

要約(オリジナル)

Microsurgery is a particularly impactful yet challenging form of surgery. Robot assisted microsurgery has the potential to improve surgical dexterity and enable precise operation on such small scales in ways not previously possible. Intraocular microsurgery is a particularly challenging domain in part due to the lack of dexterity that is achievable with rigid instruments inserted through the eye. In this work, we present a new design for a millimeter-scale, dexterous wrist intended for microsurgery applications. The wrist is created via a state-of-the-art two-photon-polymerization (2PP) microfabrication technique, enabling the wrist to be constructed of flexible material with complex internal geometries and critical features at the micron-scale. The wrist features a square cross section with side length of 1.25 mm and total length of 3.75 mm. The wrist has three tendons routed down its length which, when actuated by small-scale linear actuators, enable bending in any plane. We present an integrated gripper actuated by a fourth tendon routed down the center of the robot. We evaluate the wrist and gripper by characterizing its bend-angle. We achieve more than 90 degrees bending in both axes. We demonstrate out of plane bending as well as the robot’s ability to grip while actuated. Our integrated gripper/tendon-driven continuum robot design and meso-scale assembly techniques have the potential to enable small-scale wrists with more dexterity than has been previously demonstrated. Such a wrist could improve surgeon capabilities during teleoperation with the potential to improve patient outcomes in a variety of surgical applications, including intraocular surgery.

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