Definizione e testing di un protocollo di comunicazione e gestione per un apparato di posizionamento di tipo modulare con gradi di libertà multipli per chirurgia miniinvasiva a singola porta

Robotics has allowed the development of tools for minimally invasive surgery with functional characteristics not obtainable with purely manual tools, supporting the transition from laparoscopic surgery to minimally invasive robotic surgery. The next step was to eliminate the incision, and make use of the natural orifices. A revolutionary technique that could eliminate the risk of complications associated to incision of the abdominal wall is the Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery (NOTES). The Snake project was conceived in this background in effort to develop a first prototype of a robotic platform for NOTES. The project is followed by the prof. Cerveri of the Politecnico di Milano. The thesis fits into this context with the aim of defining a study of the communication system, control and choice of components of the endoscopic robot "snake". The thesis provides an overview of robotic systems for endoscopic surgery NOTES currently in use. It is mentioned a description of the entire robot and then to details of each component. Each of these is chosen trying to observe the design specifications. The communication system is then analyzed. The protocols used for this purpose are the CAN (Controller Area Network) and the SPI (Serial Peripheral Interface). They are used for different purposes depending on the advantages that each offers. The first is used for communication between the exterior part and interior part of the robot (PC-microcontroller) and the second for communication between the microcontroller and between sensors and micro. The thesis then describes the communication protocol designed by me, and the schematic I made. Finally, the problem of motor control and sensors are discussed and then how it was solved using two microcontrollers on each form. The main points of these micro’s firmware are explained. At last the thesis describes the tests that were performed.

La robotica ha consentito lo sviluppo di strumenti per la chirurgia mini-invasiva con caratteristiche funzionali non ottenibili con strumenti puramente manuali, favorendo il passaggio dalla chirurgia laparoscopica alla chirurgia robotica mini-invasiva. Il passo successivo è stato quello di eliminare l’incisione, e di sfruttare gli orifizi naturali. Una tecnica rivoluzionaria che potrebbe eliminare il rischio di complicanze associate all'incisione della parete addominale è la Chirurgia Transluminare Endoscopica attraverso Orifizi Naturali (NOTES Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery). In questo contesto si inserisce il progetto Snake, seguito dal prof. Cerveri del Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di Milano. L'obbiettivo del progetto è lo sviluppo del prototipo di un endoscopio chirurgico robotizzato per NOTES. La tesi si inserisce in questo contesto con lo scopo di fornire uno studio del sistema di comunicazione, del controllo e della scelta della componentistica del robot endoscopico “snake”. Viene fornita una panoramica dei sistemi robotici endoscopici per chirurgia NOTES attualmente in uso. Viene accennata una descrizione dell’intero robot per poi scendere del dettaglio di ogni componente. Ognuno di questi viene scelto cercando di rispettare le specifiche di progetto. Viene poi analizzato il sistema di comunicazione. I protocolli utilizzati per lo scopo sono il CAN (Controller Area Network) e l’SPI (Serial Peripheral Interface). Essi vengono utilizzati per fini diversi a seconda dei vantaggi che ognuno propone. Il primo è usato per la comunicazione tra esterno ed interno del robot (PC-microcontrollori) mentre il secondo per la comunicazione tra i microcontrollori e tra i sensori e i micro. La tesi illustra poi il protocollo di comunicazione da me ideato, e gli schematici da me realizzati. Viene affrontato il problema del controllo dei motori e dei sensori e come esso è stato risolto utilizzando i due microcontrollori presenti su ogni modulo. Vengono quindi spiegati i punti principali del firmware dei suddetti micro. Infine vengono descritti i test che sono stati effettuati.