Optimized kinematic structures with spherical modules for a mobile tele-echography medical robot
Structures mécaniques à modules sphériques optimisées pour un robot médical de télé-échographie mobile
Résumé
From the original concept of ultrasound probe holder robot dedicated to mobile tele-echography medical application, a conception study of kinematic structures with optimised spherical modules is proposed. The medical gestures, performed during a tele-echography act, are analysed; the results are used in the definition of the robot kinematic structure specifications. A synthesis study based on Lie groups of rigid body displacements is carried out to establish a set of proposed mechanisms for the two modules forming this medical robot: planar-translations positioning module and spherical displacements orientating module. Multi-criteria optimization is proposed for spherical structures and is applied to three structures: serial, hybrid and parallel. Kinematic performance and workspace volume, in addition to indexes expressing compactness and lightness of the manipulator, play a part in the optimization. The ability of the optimised kinematic structures to travel through their workspace is studied and compared. The kinematic structures of the probe holder robots used in “Otelo” system are presented.
A travers la conception de robots porte-sonde ultrasonore pour une application médicale de télééchographie mobile, une étude de conception de structures cinématiques à modules sphériques optimisés est proposée. Le geste médical pendant l'examen d'échographie est analysé ; les résultats sont utilisés pour la définition du cahier des charges concernant la structure cinématique du robot. Une étude de synthèse basée sur les groupes de Lie des déplacements d'un corps rigide est effectuée pour établir un ensemble de mécanismes candidats pour le module de positionnement de translation plane et le module sphérique d'orientation constituant ce robot médical. Une optimisation multicritères sous contraintes est proposée pour les structures sphériques et appliquée sur trois structures : série, parallèle et hybride. La performance cinématique, le volume de l'espace de travail ainsi que des indices exprimant la compacité et la légèreté de la structure interviennent dans l'optimisation. La parcourabilité des structures cinématiques optimisées est étudiée. Les structures cinématiques des robots porte-sonde utilisés dans le système « Otelo » sont présentées.