Sağlık alanı için insan robot etkileşimlerinde kullanılacak yumuşak ve rijit yapıda bir hibrit robot manipülatörün geliştirilmesi
Development of a modular robot manipulator with soft and rigid structure to be utilized in human robot interactions for healthcare
Yazar: SEDA ÖZBEK
Danışman: DOÇ. DR. ERKİN GEZGİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hızla gelişen teknolojik ilerlemeler sayesinde robotik teknolojilerin sağlık alanında kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bu amaçla sağlık alanında ihtiyaç duyulan sağlık personelinin hastalar ile etkileşimini kolaylaştıracak iş birlikçi robotların tasarımlarının gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. Bu doğrultuda tez kapsamında iş birlikçi ve yardımcı robot manipülatör olarak kullanılabilecek yumuşak ve rijit yapıda bir hibrit modüler robot manipülatörün insan robot etkileşimleri alanında kullanılması hedeflenmiştir. Literatürde robot manipülatör tasarımları incelendiğinde, rijitliğin yüksek hassasiyet gereksinimlerini karşılayabilmek için önemli bir kriter olduğu görülmektedir. Ancak robot manipülatör çalışma hacminde gerçekleşebilecek herhangi bir hata geri dönülemez sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle ilgili uygulamalarda kullanılacak robot manipülatörlerin esnek yapıda olması önem kazanmaktadır.
Bu amaçla yumuşak yapıda robotların üretim aşamalarının öğrenilmesi adına hibrit yapıda bir cerrahi robot el projesine çalışılmıştır. Bu çalışma kapsamında, tıbbi operasyonlarda uygulamayı gerçekleştiren cerraha yardımcı olabilmesi için tasarlanmış hibrit yapıda bir cerrahi robot elin, operasyon hacmi içerisinde bulunan yumuşak dokuların zarar görmeden kavranması ve belli bir noktaya taşınması gibi yüksek hassasiyet gerektiren görevlerde kullanılabilmesini sağlayacak yumuşak parmakların tasarımına odaklanılmıştır. Çalışma sonucunda yumuşak robotun üretilmesi için gerekli olan tasarım kriterleri öğrenilmiştir ve tez kapsamında, sağlık alanında insan robot etkileşimi gerektiren uygulamalarda kullanılabilecek ve uç nokta hassasiyetinden hibrit yapı sayesinde en az seviyede ödün verilerek esnekliğin sağlanacağı çok serbestlik dereceli yumuşak ve rijit yapıda bir hibrit modüler robot manipülatör geliştirilmesi hedeflenmiştir.Yapısal tasarımı takiben, hem tek modül hem de üst üste montajlanmış modüller için kinematik analiz denklemleri parametrik olarak çıkartılmıştır. Tez çalışmasının sonucunda elde edilen robot manipülatör sistemi insan robot etkileşimleri araştırma alanında yenilikçi ve özgün bir tasarıma sahiptir.

Abstract:
Thanks to the rapid development of technology nowadays, utilization of robot manipulators have been started to expand into the various distinct fields from the sole industrial automation. For this purpose, it is aimed to design collaborative robots that will facilitate the interaction of healthcare personnel needed in the healthcare field with patients. Utilization of robot manipulators with rigid structures in certain medical procedures increases the risks of the operation with respect to the tissue integrity, biocompatibility and motion constraints. When robot manipulator designs are examined in the literature, it is seen that rigidity is an important criterion to fulfill high precision requirements. Due to the fact that any unwanted action inside the workspace of the manipulator may result in irreversible vital results, conceptual designs of manipulators with flexible links have gained popularity. In light of this, in order to create safer robotic systems that can interact with patients and surgeons, a new generation of robot manipulators with soft structures have started to be developed.
For this purpose, design of soft fingers for a surgical robotic hand with hybrid structure project has been studied in order to learn the production stages of soft robots. In light of this, the study focuses on the design of soft fingers that will allow the usage of a robotic hand with hybrid structure on soft tissue handling that requires high precision and compliance. This surgical robotic hand will be utilized during the situations where a delicate tissue handling is necessary during operations such as organ transplantationor take part in serving the necessary equipment such as surgical tool, during the operation. As a result of the study, the design criteria required for the production of the soft robot were learned and within the scope of the thesis, a multi dof hyprid manipulator witg soft and rigid structures will be developed for minimum compromision of endeff precision and utilization in healthcare applications requiring humanrobot interaction. Following the structural design, kinematic analysis equations for both single module and "n" modules assambled on top of each other were parametrically derived. The robot manipulator system obtained as a result of the thesis work has an innovative and unique design in the field of human-robot interactions research.