Key design features to improve the safety of surgical robotic systems and evaluation and improvement of a surgical-assistant test-bed robotic system

Abstract

Medikal alanlarda kullanılan robotların onemi gun gectikce artmaktadır. Insanların ve robotların beraber calısmasıyla cerrahi operasyonların yapılabilirligi artarken karsılasılan limitler de azalmaktadır. Insan hayatı guvenlik konusunu en onemli sorun haline getirmesine ragmen saglık robotları hakkında evrensel bir standart bulunmamaktadır. Bu tez, sterilizasyon, robot boyutları, robotun ameliyathanedeki yerlesim sekli, robot mekanigi, robotun elektromekanik aksamlarının secimi, robotun calıstırma mekanizması, robotun katılıgı,sensor artıklıgı, yazılım uygulamaları, risk tanımlama ve risk analizi konularını ele alarak medikal robotların guvenligini artırmak icin detaylı tasarım yontemlerini gostermektedir. Onerilen guvenli robot tasarım konseptleri MISA(ENG: Minimally Invasive Surgery Assistant - TR: Laparoskopik Cerrahi Asistanı) Robotu'na uygulanmıstır ve bu uygulamanın sonucları tartısılmıstır.Bu tez laparoskopik cerrahiye yardımcı olacak bir ameliyat robotunun tasarımını anlatmaktadır. Ayrıca, ornek model robot MISA'nın tasarımı, mekanizması, elektonik aksamları, kinematigi ve denetimi incelenmektedir. Bu robotik sistem, 5 serbeslik dereceli robot kolu ve cerrahi makas icermektedir. Gerekli guvenlik konseptleriyle ilgili bilgiler goz onune alındıgında bu tezin dahaguvenli ameliyat ve saglık robotu tasarımı icin bir yol gosterici oldugu soylenebilir.

The significance of the robots in the medical field have been increasing rapidly. Humans and robots working together increases the strengths and decreases the limitations of surgical operations. Human life makes safety the most important problem for medical robots, for which there are no universal standards. This thesis presents detailed design methods for increasing medical robots' safety by considering issues of sterilization, robot's size, operating room placement of the robot, the robot mechanics, selection of the electromechanical components, drive mechanism, stiffness, sensor redundancy, software application, and hazard identification and analysis. The proposed safety design concepts were applied a surgery robot named MISA (Minimally Invasive Surgery Assistant) and the outcomes are discussed.This thesis presents the architecture of a surgical robotic system designed to assistminimally invasive surgeries. The design, mechanism, electronic components, kinematics and control of an example robot MISA are discussed. The system includes a5 DoF robotic arm and surgical scissor as an end effector.As far as all the information about required safety concepts is concerned, this thesiscan be considered as a guideline to design more safe surgical and medical roboticsystems.