رضا واحدی

تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

 

دانشکدۀ مهندسی
گروه آموزشی مکانیک


پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش دینامیک و ارتعاشات

 

عنوان:

 

طراحی بهینه ابعاد و مسیر یک بازوی ماهر مکانیکی بند بند برای جراحی ماهرانه لاپاروسکوپی

 

استاد راهنما:

دکتر داود نادری

 

استاد مشاور:

دکتر بهنام میری‌پور فرد

 

اساتید داور:

دکتر مهدی کریمی

دکتر هاشم مظاهری

 

استاد ناظر:

دکتر امیره نوربخش

 

نگارش:

رضا واحدی


روز سه ‌شنبه11 مهر 1396 ساعت 16

مکان : آمفی تئاتر دانشکده

 

 

Bu-Ali Sina University

 

Factualty of Engineering

Departement of Mechanical Engineering

 

 Thesis submitted for Master of Science in Mechanical Engineering – Dynamics and Vibrations

 

Title

 

Optimal Structural Design and Trajectory Planning of an Articulated Manipulator for Dexterous Laparoscopic Surgery

  

Supervisor:

Davood Naderi (Ph.D)

 

 

Advisor:

Behnam Miripour Fard (Ph.D)

 

 

Examiners:

Mehdi Karimi (Ph.D)

Hashem Mazaheri (Ph.D)

  

Observer:

Amire norbakhsh (Ph.D)


 

By:

Reza Vahedi

 

 

October,3, 2017

 

چكيده:

هزینه اولیه زیاد، تنظیم مکان اولیه و اندازه بزرگ از جمله مشکلات فعلی ربات­های جراح می­باشند. به منظور حل این مشکلات می­توان با طراحی دوباره ابعاد ربات­های صنعتی و افزایش مهارت آن­ها، از این ربات­ها برای جراحی بهره جست. از این رو، در پایان نامه حاضر طراحی ابعاد و بهینه­سازی مسیر یک ربات 6 درجه آزادی صنعتی (به همراه ابزار جراحی با 3 درجه آزادی) مورد بررسی قرار می­گیرد. به منظور افزایش مهارت ربات، معیارهای قابلیت اداره­پذیری، آیزوتروپی و عدد حالت که همگی بر مبنای ژاکوبین تعریف می­شوند، استفاده شده است. ابتدا معادلات سینماتیکی و ژاکوبین ربات استخراج می­شود. سپس با مشخص کردن معیارهای مهارت بر مبنای ژاکوبین، مهارت و چالاکی بازو در حالت کارکرد عادی (غیر جراحی) مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن سناریوهای جراحی برای اعضای مختلف بدن مانند معده، طحال، کیسه صفرا و غیره یک فضای کاری سهمی­گون برای کار ابزار جراحی سه درجه آزادی که به انتهای ربات 6 درجه آزادی متصل می­شود، در نظر گرفته شده است. با استفاده از روش­های بهینه­سازی تکاملی (مانند NSGA-III، MOEA/D، MOPSO) ابعاد بهینه ربات افزوده برای پوشش فضای کاری اعضای مورد مطالعه، به­دست آمده است. بهینه­سازی ابعاد سه هدفه و چهار هدفه با در نظر گرفتن قید­های یکسان انجام می­شود. در بهینه­سازی سه هدفه، فقط از سه تابع مهارت و در بهینه­سازی چهار هدفه علاوه بر سه تابع مهارت، کمینه کردن طول کلی ربات نیز در نظر گرفته می­شود. هم چنین در مساله بهینه­سازی، قید­هایی برای تضمین قرارگیری سه مفصل ابزار جراحی درون فضای جراحی و هم چنین عبور رابط اتصال دهنده ابزار و ربات از نقطه تروکار تعریف شده­اند. جواب­های بهینه به دست آمده توسط یک سری آزمون مورد بررسی مجدد  قرار گرفته است. نتایج به­دست آمده از بهینه­سازی مسیر حاکی از تزاحم دو معیار دقت تعقیب مسیر و مهارت در طول مسیر می­باشد و نیاز به یک مصالحه را نشان می­دهند. نتایج بهینه­سازی ابعاد، نشان می­دهد که ابعاد بهینه به­دست آمده برای جراحی یک عضو به خوبی می­تواند برای جراحی ماهرانه حداقل دو عضو دیگر بدن هم مورد استفاده قرار گیرد.

 

واژه­های کلیدی: طراحی ابعاد ربات، بهینه­سازی چند هدفه، بهینه­سازی براساس مهارت ربات، ربات جراحی لاپاراسکوپی

 

Abstract:

Currently, implementation of surgeon robots has some problems such as higher primary cost, initial installation adjustments and the bigness of their size. In order to solve these issues, the industrial robots can be used for surgery by redesigning the dimensions and increasing their dexterity. Therefore, in this research, optimal designing of the length of the links and path optimization have been addressed for an industrial robot with 6 degrees of freedom (along with surgical instrument with 3 degrees of freedom). The manipulability, isotropy and condition number which are defined based on the Jacobian of the robot are used to enhance the robot dexterity. First, the kinematic and the Jacobian equations of the robot are derived, then, after determining dexterity measures based on the Jacobian, these measures have been studied in non-surgical applications. Considering the surgical scenarios for various parts of the abdomen, for example stomach, spleen, gallbladder and so on, a parabolic workspace is allocated to the job of the surgical instrument that connects to the end of the robot with 6 degrees of freedom. Using evolutionary optimization methods (such as NSGA-III, MOPSO, MOEA/D), optimal lengths of the redundant robot are obtained to dexterously cover the workspace of casework organs. The optimization problem is solved with consideration of three-objective functions as well as with four objective functions in which a dimensional cost is augmented to the total cost. Also, in the optimization problem, in order to ensure that the three degrees of freedom surgical instruments will be placed in the surgical space, and the connector link between instrument and robot crosses the trocar point, some constraints are defined. The optimal solutions are reviewed by a series of tests. The results obtained from the path optimization indicate that the tracking accuracy and dexterity measures are in contradiction and they need to reach a compromise. Structural optimization results show that the optimal structure obtained for an organ can be used for at least two other organs of the body to perform a dexterous surgery.

 

Key Words: Robot Optimal Design, Multi-Objective Optimization, Optimazation Based On Robot Dexterity, Laparoscopic Surgery Robot.

 

 

رضا واحدی

تلفن تماس: 09354110684

ایمیل : rezavahedi@outlook.com

متولد : 66

وضعیت تاهل: مجرد

ساکن : تهران

 

 

 

 

سوابق تحصیلی

      دبیرستان  [نمونه دولتی علی بن موسی الرضا]

·         معدل: 17٫5

کارشناسی [مهندسی مکانیک سیالات] دانشگاه [آزاد تهران مرکزی]                          

  • معدل : 14٫33

کاراموزی [طراحی  و ساخت propeller با نرم افزار solidworks و شبیه سازی با ansys] - شرکت[شرکت نواندیشلن آریا]     

 کارشناسی ارشد [مهندسی مکانیک طراحی کاربردی] دانشگاه [بوعلی سینا همدان]

  • موضوع پایان­نامه : طراحی بهینه ابعاد و مسیر یک بازوی ماهر مکانیکی بند بند برای جراحی ماهرانه لاپاروسکوپی

 

 

مهارتها

 نرم افزاری

  • SOLIDWORKS  بصورت ­حرفه­ای
  • ICDL  بصورت حرفه­ای
  •  ANSYS بصورت مقدماتی
  • MATLAB  بصورت حرفه­ای
  • MAPLE  بصورت نیمه حرفه­ای

آشنایی با زبانهای خارجی

  • انگلیسی :

               مکالمه :خوب          خواندن : خیلی خوب                درک مطلب : خوب                   نوشتن : خوب

  • عربی:

مکالمه خیلی خوب          خواندن : خیلی خوب                درک مطلب : خیلی خوب                   نوشتن : خیلی خوب

 

دارای مدرک فنی حرفه­ای نصب و تعمیر وسایل برودتی