Selected aspects of robin heart robot control

• Autorzy: Niewola A. , Podsedkowski L. , Wróblewski P. , Zawiasa P. , Zawierucha M.

Warianty tytułu

PL

Wybrane aspekty sterowania robota RobIn Heart

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The issues of medical robots have been approached for 12 years in the Institute of Machine Tools and Production Engineering of the Technical University of Lodz. In the last two years, the scope of research related to the miniaturization of surgical tools, automated changing of these tools with the use of a tool depot designed for this purpose, equipping the robot in the sense of touch and developing the software which provides ergonomic and intuitive robot control with the use of all its functions. In the telemanipulator control, strong emphasis is placed on the intuitiveness of control, which is hard to be ensured due to the fact that the robot tool is observed by a laparoscopic camera, whose orientation and position may vary. That is the reason for developing a new algorithm. It copies the increments of the position and orientation measured in relation to the monitor coordinate system onto the robot tool movement and orientation, which are measured in relation to the camera coordinates system. In this algorithm it is necessary to solve inverse kinematics, which has a discontinuity. Avoiding the discontinuity is achieved by mapping the solution with the cosine function. It causes smooth pass through the area of discontinuity in this way avoiding the singularity.

PL

Problematyka robotów medycznych jest od 12 lat rozwijana w Instytucie Obrabiarek i TBM Politechniki Łódzkiej. W ciągu ostatnich dwóch lat prace badawcze koncentrowały się na miniaturyzacji narzędzi chirurgicznych, procedurach automatycznej wymiany tych narzędzi z wykorzystaniem zaprojektowanego do tego celu magazynu końcówek narzędziowych, wyposażeniu robota w zmysł dotyku oraz na opracowaniu oprogramowania, które w ergonomiczny i intuicyjny sposób pozwoli sterować robotem z wykorzystaniem wszystkich jego możliwości. W zakresie kontroli telemanipulatora silny nacisk został położony na intuicyjny sposób sterowania, który jest trudny do zrealizowania, gdyż układy współrzędnych obserwatora i narzędzia mogą być w różnych położeniach. To skłoniło zespół z PL do opracowania nowego algorytmu sterowania, który kopiuje zmiany położenia i orientację mierzone względem układu współrzędnych monitora na ruch robota i orientację narzędzia mierzone względem układu współrzędnych kamery. W metodzie tej wykorzystano rozwiązanie zadania odwrotnego z uwzględnieniem nieciągłości rozwiązania. W celu uniknięcia jej została wykorzystana funkcja kosinus, dzięki czemu uzyskano płynne przejście przez strefę nieciągłości.

Słowa kluczowe

EN

control system; telemanipulator; surgical robot; singularity

PL

system kontroli; telemanipulator; robot chirurgiczny

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. LX, nr 4
• Strony: 575--593
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niewola A.

• Technical University of Lodz, Institute of Machine Tools and Production Engineering, Stefanowskiego 1/15 Street; 90-924 Łódz, Poland

autor

Podsedkowski L.

• Technical University of Lodz, Institute of Machine Tools and Production Engineering, Stefanowskiego 1/15 Street; 90-924 Łódz, Poland

autor

Wróblewski P.

• Technical University of Lodz, Institute of Machine Tools and Production Engineering, Stefanowskiego 1/15 Street; 90-924 Łódz, Poland

autor

Zawiasa P.

• Technical University of Lodz, Institute of Machine Tools and Production Engineering, Stefanowskiego 1/15 Street; 90-924 Łódz, Poland

autor

Zawierucha M.

• Technical University of Lodz, Institute of Machine Tools and Production Engineering, Stefanowskiego 1/15 Street; 90-924 Łódz, Poland

Bibliografia

• [1] Hagn U. i inni: DLR MiroSurge - towards versatility in surgical robotics. September, 24-26, 2008, pp. 143-146.
• [2] Fracczak Ł.: “Mathematical Model of the Servo Drive with Friction Wheels. Simulations and Real Object Examination Results” Solid State Phenomena 2013 (Volume 198), Mechatronic Systems and Materials IV, pp 15-20.
• [3] Nawrat Z. i inni: Robin Heart 2003 - Present state of polish telemanipulator project dedicated for cardiac surgery. The International Journal of Artificial Organs. Vol. 26, no. 12, 2003, pp. 1115-1119.
• [4] Nawrat Z., Kostka P., Podsedkowski L., Dybka W., Kandora A.: “Robin Heart Vision telemanipulator of endovision path” - in Polish “Telemanipulator toru endowizyjnego Robin Heart Vision”. Warszawa. PAR - Pomiary Automatyka Robotyka. Miesięcznik Naukowo- Techniczny, 2/2007 str. 1-9.
• [5] Nawrat Z., Kostka P., Dybka W., Rohr K., Podsedkowski L., Sliwka J., Cichon R., Zembala M., Religa G.: “The Robin Heart surgical robot system in vivo experiments- report” The International Journal of Artificial Organs / Vol. 32 / no. 7, 2009.
• [6] Podsedkowski L., Zak P.: “Tests on Cardiosurgical Robot RobIn Heart 3” Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer Verlag, Volume 396/2009.
• [7] Podsedkowski L., Wróblewski P., Zawierucha M.: “Telemanipulator Control with Varying Camera Position” Solid State Phenomena Vol. 198 (2013) pp 275-280.
• [8] Podsedkowski L.: “Forward And Inverse Kinematics of the Cardio-Surgical Robot With Non- Coincident Axis of the Wrist” SIROCCO 2003, pp. 525-530.
• [9] Wróblewska A.: “Methods of the force measurement for robotic surgical tools” konferencja Workshop On Robot Motion And Control RoMoCo/05 23-25 June 2005r. Dymaczewo.
• [10] Kobierska A.: “Force Sensor for Laparoscopic Tool of RobIn Heart Robot” Solid State Phenomena Vol. 199 (2013) pp 309-314.
• [11] Zawiasa P.: “New tooltips for RobIn Heart robot” in Polish “Nowe koncówki narzedziowe do robota RobIn Heart” MEDICAL ROBOTS, Zabrze 2007.
• [12] Zak P.: “Using 9-axis Sensor for Precise Cardiosurgical Robot Master Angular Position Determination” Solid State Phenomena Vol. 199 (2013) pp 356-361.
• [13] Tchon K., Muszynski R.: “A normal form solution to the singular inverse kinematic problem for robotic manipulators: the quadratic case”, IEEE International Conference of Robotics and Automation, 1998.
• [14] Kobierska A., Podsedkowski L., Wróblewski P., Zawiasa P.: “New mechanical solutions in Robin Heart robot tooling system” in Polish ”Nowe mechaniczne rozwiazania systemu narzedziowego robota RobIn Heart”, Mechanik - Miesiecznik naukowo-techniczny, 12/2012.
• [15] Brzezowski A.: “The automated endeffectors magazine”, in Polish “Zautomatyzowany magazyn narzedzi robota medycznego” Master’s Thesis, IOiTBM Politechnika Łódzka, 2012.
• [16] Mazur A., Podsedkowski L., Szymanski A., Zawierucha M.: “Compliance force control for Polish cardiosurgical manipulator RobIn Heart Heart” ROMOCO 2013.
• [17] [Online] Intuitive Surgical Ltd. www.intuitivesurgical.com
• [18] [Online] German Aerospace Center, Institute of Robotics and Mechatronics. http://www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.aspx/tabid-3795/