Architettura di robot articolato per uso medico

Data di pubblicazione

11-07-2011

Codice

BI.11.013.A

Stato

Non attivo

Data di priorità

01-01-1970

Fase

Nazionale

Titolare

Politecnico di Milano; ZD Mechatronics S.r.l.

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA

Autori

P. Cerveri, R. Zaltieri

Descrizione

L’invenzione consiste in un’architettura costituita da un sistema distribuito di interconnessione intelligente tra moduli attivi capaci di svolgere specifiche funzioni ad essi dedicate. Ciascuno modulo è rappresentato da una struttura fisica miniaturizzata di tipo robotico, di forma cilindrica (Ø 1cm, lunghezza 2-4cm), contenente attuatori e sensori. Ciascun modulo è dotato a bordo di un componente logico HW miniaturizzato di gestione/controllo implementato tramite micro-controllore (μC). L’architettura concepita ambisce a gestire, in modo flessibile e scalabile, catene cinematiche articolate realizzate connettendo più moduli in cascata. I moduli in cascata possono avere biforcazioni e più punti terminali. Ad un punto terminale della catena viene attribuito un ruolo di punto di lavoro per la micromanipolazione o l’ispezione che può essere dotato di propria attuazione e sensorizzazione. Consideriamo nel dettaglio punti terminali di tipo lavoro (pinze, ablatori, forbici, sistemi di sutura,..) e di tipo sensore (visione, temperatura, suoni, ultrasuoni, palpazione meccanica). Il sistema di interconnessione concepito è basato su un canale Bus real-time eterogeneo, costituito da linee elettriche e fisiche, che attraversa i moduli della catena. Il Bus si struttura in 4 canali paralleli: 1) Bus alimentazione (PS) per fornire l’alimentazione necessaria a tutti i componenti del modulo; 2) Bus attuazione/misura/diagnostica (AMD) per attuare i sistemi di movimentazione e gestire le misurazioni fornite dai sensori; 3) Bus percettivo (HFP) per trasferire segnali a larga banda (video, audio); 4) Bus fisico (GF) costituito da un canale materiale che attraversa il modulo consentendo il flusso di gas/fluidi tra la parte distale e la parte prossimale del modulo. In particolare i Bus possono condividere lo stesso supporto fisico. La principale funzionalità del sistema di elaborazione consiste nella decodifica/codifica di segnali e messaggi opportunamente formattati che sono instradati/inviati sul Bus AMD da un sistema master esterno. Tali segnali/messaggi sono processati per controllare attuatori e gestire sensori dedicati a specifiche operazioni. Ogni singolo modulo operativo e’ considerato una struttura attiva che esprime uno o più gradi di movimento attraverso giunti attuati per esempio da sistemi elettromeccanici o piezoelettrici e dotata di capacità di interpretare e gestire in modo autonomo e intelligente i segnali e la messaggistica che transita sul Bus AMD. Il Bus AMD consente di attuare la catena cinematica in tempo reale per il posizionamento del punto terminale in anello chiuso gestendo in modo distribuito l’attuazione dei singoli giunti su ciascun modulo, rilevare la posizione dei giunti tramite encoder di movimento e quindi implementare a bordo un meccanismo di servo assistenza degli attuatori, misurare interazioni meccaniche e impatti con l’ambiente tramite sensori di forza sia complessivamente nella catena che a livello di ciascun modulo, attuare micro-valvole per il trasferimento controllato di sostanze tra moduli adiacenti per il prelievo e deposizione di sostanze dal e nel punto terminale.

Campo di applicazione

Medicina, Chirurgia mini-invasiva

Stadio di sviluppo

In fase di test

Contatto

licensing.tto@polimi.it