التكامل بين الأنظمة الروبوتية الصناعية والجراحية: دراسة حالة لدمج روبوت SCARA مع روبوت da Vinci

الملخص

الأهداف: يشهد مجال الروبوتات تطورًا متسارعًا نحو ابتكار حلول أكثر دقة ومرونة وأقل كلفة في البيئات الصناعية والطبية.  تعمل هذه الدراسة إلى استكشاف إمكانيات دمج روبوت SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)  من نوع (Revolute-Prismatic-Revolute-Revolute) RPRR المعروف بسرعته العالية ودقته في الحركات الأفقية والرأسية المتكررة المستخدمة في تنفيذ المهام الصناعية أو مهام المساعدة مثل تناول الأدوات، مع روبوت دافنشي (da Vinci) الجراحي الذي يتميز بتحكمه عالي الدقة وقدرته على أداء حركات دقيقة ومعقدة في العمليات الجراحية. يهدف هذا الدمج إلى تصميم منظومة هجينة تستفيد من خصائص وإيجابيات كل من الروبوتات الصناعية والجراحية بهدف فتح آفاق جديدة في الأتمتة الدقيقة، وخاصة في مجالات التصنيع الحيوي والعمليات الجراحية المعقدة، والعمل على توظيف خصائص كل روبوت لتعزيز كفاءة العمل وتقليل زمن العمليات التي ينجزها الروبوت الهجين المقترح وزيادة مستوى الدقة والأمان والقدرة على التكيف مع البيئات عالية الحساسية المتقدمة. المنهجية: تم في هذه الدراسة بناء نموذج أولي يوضح آلية التواصل والتحكم المتبادل بين روبوت SCARA والذي يتميز بدقته وسرعته في الحركات الأفقية والرأسية، وبين الأدوات الجراحية الخاصة بروبوت دافنشي والتي تتميز بتنفيذ حركات جراحية معقدة ودقيقة داخل جسم المريض. الهدف الرئيسي من الروبوت المقترح الدمج بين استقرار أداء الروبوتات الصناعية والمرونة والدقة الخاصة بالروبوتات الجراحية مما يمهد الطريق نحو بناء روبوتات منخفضة الكلفة تجمع بين ميزات الروبوتات الصناعية والجراحية بهدف إجراء العمليات الجراحية بكفاءة عالية.  النتائج: استخدمت بيئة المحاكاة Solidworks بهدف تحليل حركة ذراع الروبوت المقترح في هذا البحث، حيث تم دراسة آلية نقل الحركة من خلال العزم المطلوب لتحريك المفصل والحركة الزاويّة للمفصل أيضاً.  أظهرت النتائج التجريبية زيادةً في عزم الدوران بمقدار 20 ضعفًا في المفصل الثالث (9600 N.mm مقارنةً بالعزم المطلوب 8550 N.mm)، وزمن حركة 2.2 ثانية لتحريك الذراع من 0° إلى 90°. كما تم تحقيق عامل أمان (F.O.S) بنسبة 123% للمفصل الثاني.