On the conceptual design of a macro micro robot manipulator for cochlear microrobot operations Koklear mikrorobot operasyonları için bir makro mikro robot manipülatörünün tasarımı

ÖZETRobotik teknolojilerinin tıp bilimlerinde kullanılması, başka türlü uygulanması mümkün olmayan birçok tedavi olanağını sağlamıştır. Bu alanda görülen teknolojik büyüme sayesinde, çeşitli tıbbi tanılar ve cerrahi operasyonlar için mikro robotların entegrasyonu gibi yeni çözümler önerilmeye başlandı. Aralarındaki tartışmalı senaryolardan biri, iç kulak içinde kök hücre uygulamaları ile kokleada bulunan saç hücrelerinin üretilmesi fikri olarak verilebilir. Bu fikir güncel tıp literatüründe çokça vurgulansa da, in vivo olarak dar koklear kanallara kök hücre transferi yöntemi hala belirsiz bir operasyondur. Bu nedenle, küçük olan koklear çalışma alanlarında tıbbi mikro robotların kullanımını sağlayacak olası yöntemlerin geliştirilmesi zorlu bir işlemdir. Buna müteakiben, mevcut tez, yapısal tasarımından önce, koklea içinde bulunan bağlantısız aktive edilen mikro robotun hareketini oluşturmak için uç efektöründe elektromanyetik aktüatör taşıyacak bir makro-mikro cerrahi robot manipülatörünün çalışma alanı karakterizasyonunu tanıtmaya çalışmaktadır. Tedavi sırasında insan kafasının manipülatör için doğal bir engel olacağından, hem engel boyutlandırmasını hem de koklear lokalizasyonunu ortaya çıkarmak için taranan iç kulak modeli ile yetişkin bireylerin antropomorfik verileri kullanılmıştır. Tez boyunca elde edilen veriler ve istenen hareket özellikleri yardımıyla manipülatörün mikro kısmının kısıtlı çalışma alanı ve çalışma alanı optimize edilmiş kavramsal yapısal tasarımı ortaya çıkarmak için kinematik sentez prosedürü önerilmiştir.ABSTRACTUtilization of robotics in medical sciences has initiated many treatment opportunities that are otherwise impossible to be applied. Thanks to exponential technological growth through the field, new solutions, such as the integration of microrobots for surgical operations, have been started to be proposed for a variety of medical cases. One of the controversial scenarios amongst them can be given as the idea of generating hair cells located in cochlea by utilizing stem cell applications inside inner ear. Although the idea emphasized a lot in current medical literature, method of stem cell transfer to the narrow cochlear canals in vivo is still an unclear operation. Thus development of any possible methods that will ensure the usage of medical microrobots in small cochlear workspace is a challenging procedure. In light of this, prior to its structural design, current thesis tries to introduce workspace characterization of a macro-micro surgical robot manipulator that will carry an electromagnetic actuator at its end effector in order to generate motion of untethered microrobot located inside the cochlea. Due to the fact that human head will be a natural obstacle for the manipulator during the treatment, anthropomorphic data of adult individuals were utilized along with the scanned model of inner ear for revealing both obstacle dimensioning and cochlear localization. Throughout the thesis by the help of acquired data and desired motion characteristics constrained workspace of the micro portion of the manipulator was proposed along with a kinematic synthesis procedure to reveal its workspace optimized conceptual structural design.