Sterowanie robotem Robin Heart Pelikan z zastosowaniem siłowego sprzężenia zwrotnego

• Autorzy: Mucha Ł. , Nawrat Z. , Lis K. , Lehrich K. , Rohr K. , Furjesb P. , Ducso C.

Warianty tytułu

EN

Force feedback control system dedicated for Robin Heart Pelikan

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem niniejszej pracy jest badanie systemów sterowania robota Robin Heart PVA (ang. Port Vision Able) z zastosowaniem specjalnych mikroczujników siły 3D MEMS. Postawiono trzy różne sposoby wykorzystania opracowywanych czujników: (1) jako czujnik siły wykorzystany jako mikrodżojstik zintegrowany w rękojeścią narzędzia endoskopowego, aby łatwo kontrolować ruch robota wizyjnego podczas pracy chirurga; (2) jako czujnik siły wewnątrz szczęki narzędzia endoskopowego dla dostarczenia informacji zwrotnej do operatora-chirurga, mierząc siłę chwytu; (3) jako czujnik wielowymiarowy dotyku na końcu narzędzia chirurgicznego, co ułatwia badanie palpacyjne do diagnostyki tkanek podczas pracy. Artykuł ten jest studium wykonalności w zakresie proponowanych zastosowań. Model sterowania robota przy użyciu prototypowego czujnika siły 3D został pomyślnie przetestowany w badaniach funkcjonalnych robota. Wstępne badania sensorów wykazały ich przydatność dla sterowania robotem ze sprzężeniem siłowym, aby ocenić stan tkanek oraz do oceny siły docisku chirurgicznego chwytaka.

EN

The aim of this work is to investigate the control systems of Robin Heart PVA (Port Vision Able) using special 3D MEMS force microsensors. Three different functions are targeted: (1) micro-joystick actuator to be integrated in the hilt of the laparoscope to easily control robotic movement during operation; (2) force sensor inside the laparoscopic jaw to provide feedback to the surgeon by measuring the grasping strength; (3) 3D force/tactile sensor which facilitates palpation for tissue diagnostics during operation. This paper is a feasibility study regarding these proposed applications. A model of the robot controller using a prototype 3D sensor force has been successfully tested during the study of functional robot. Pre-studies of prototype sensors have demonstrated their usefulness in robot force feedback system to assess the state of tissue and to assess the clamping force the grasper surgical system.

Słowa kluczowe

PL

czujnik piezorezystancyjny; operacja laparoskopowa; Robin Heart; roboty medyczne; siłowe sprzężenie zwrotne; zadajnik ruchu

EN

piezoresistive sensor; minimal invasive surgery; Robin Heart; medical robots; force feedback; haptic

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 22, nr 3
• Strony: 146--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Mucha Ł.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Biocybernetyki, 41-800 Zabrze, ul. Wolności 345a

autor

Nawrat Z.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Biocybernetyki, 41-800 Zabrze, ul. Wolności 345a

autor

Lis K.

• Politechnika Śląska, Mechaniczny Technologiczny, Katedra Budowy Maszyn, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18a

autor

Lehrich K.

• Politechnika Śląska, Mechaniczny Technologiczny, Katedra Budowy Maszyn, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18a

autor

Rohr K.

• Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Pracownia Biocybernetyki, 41-800 Zabrze, ul. Wolności 345a

autor

Furjesb P.

• Centre for Energy Research, Institute of Technical Physics and Materials Science, H-1121 Budapest, Konkoly-Thege 29-33

autor

Ducso C.

• Centre for Energy Research, Institute of Technical Physics and Materials Science, H-1121 Budapest, Konkoly-Thege 29-33

Bibliografia

• [1] G. Religa, M. Zembala, R. Cichoń, N. Nawrat, P. Kostka, W. Dybka, K. Rohr, L. Podsędkowski, J. Śliwka, Pierwsze eksperymenty na zwierzętach robota chirurgicznego Robin Heart, Pomiary Automatyka Robotyka, 2010, s. 539−545.
• [2] K. Mianowski, P. Wroblewski, Z. Nawrat, L. Podsedkowski, P. Kostka, M. Baczynski: Robin Heart in 2002 – actual state of Polish Cardio-Robot, Proceedings of 3rd International Workshop on Robot Motionand Control, 2002, s. 33–38.
• [3] F.W. Mohr, J.F. Onnasch, V.Falk, T. Walther, A. Diegeler, F. Krakor Schneider, R. Autschbach: The evolution of minimally invasive valve surgery - 2 year experience, European Journal of Cardiothorac Surgery, 1999, vol. 15(3), s. 238−247.
• [4] Z. Nawrat: Robot Robin Heart – projekty, prototypy, badania, perspektywy, Rozprawa habilitacyjna nr 24/2011, ISBN 978-83-7509-191-5, ISSN 1689-6262, Katowice 2011.
• [5] Z. Nawrat, P. Kostka, K. Lis, K. Rohr, Ł. Mucha, K. Lehrich, W. Sadowski, K. Krzysztofik, Z. Małota: Interfejs operatora robota chirurgicznego - oryginalne rozwiązania sprzężenia informacyjnego i decyzyjnego, Medical Robotics Reports, vol. 2, 2013, s. 12−31.
• [6] K. Lehrich, Ł .Mucha, K. Rohr, Z. Nawrat, K. Lis: Zastosowanie technologii druku 3D w konstrukcji prototypów manipulatorów medycznych, Mechanik, vol. 3, 2016, s. 224−225.
• [7] Ł. Mucha, K. Lehrich, Z. Nawrat, K. Rohr, K. Lis, W. Sadowski, D. Krawczyk, P. Kroczek, Z. Małota: Postępy budowy specjalnych interfejsów operatora robota chirurgicznego Robin Heart, Medical Robotics Reports, vol. 4, 2015, s. 39−48.
• [8] Ł. Mucha: Interfejs użytkownika robota – przegląd urządzeń zadawania ruchu systemów sterowania telemanipulatorów, Medical Robotics Reports, vol. 4, 2015, s. 39−48.
• [9] P. Sauer, K. Kozlowski, W. Waliszewski, P. Jeziorek: ASYSTENT - Control System of a Manipulator for Keyhole Surgery, Biocybernetics and Biomedical Engineering, vol. 26(4), 2006, s. 55−70.
• [10] M. Witkowski, K. Mianowski: Projekt wstępny manipulatora nośnego nowego typu dla robota do chirurgii narządów wewnętrznych, Postępy Technologii Biomedycznych BioMedSilesia, Zabrze 2007, s. 336–355.
• [11] K. Lis, K. Lehrich, Ł. Mucha, K. Rohr, Z. Nawrat: Robin Heart PortVisionAble - idea, design and preliminary testing results, Proceedings of the 10th International Workshop on Robot Motion and Control, Poznań 2015, s. 176−181.
• [12] Y. Noh, S. Sareh, J. Back, A.W. Helge, T. Ranzani, E.L. Secco, A. Faragasso, H. Liu, K. Althoefer: A three-axial body force sensor for flexible manipulators, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA), 2014, s. 6388−6393
• [13] Z. Nawrat: Robotyka medyczna w Polsce, Medical Robotics Reports, vol. 1, 2012, s 7−16.
• [14] Kroczek K. , Rynek robotów medycznych, Medical Robotics Reports. Nr 4, 2015, s. 61-64.
• [15] Z. Nawrat, K. Rohr, P. Fürjes, Ł. Mucha, K. Lis, J. Radó, C. Dücső, P. Földesy, W. Sadowski, D. Krawczyk, P. Kroczek, G. Szebényi, P. Soósd, Z. Małota: Force Feedback Control System Dedicated for Robin Heart Surgical Robot, 30th Eurosensors Conference EUROSENSORS 2016.
• [16] Z. Nawrat, K. Lis, K. Rohr, Ł. Mucha: Manipulator of a medical device, Patent USA, US 20160059409 A1, 2016.
• [17] J. Fraś, S. Tabaka, J. Czarnowski: Visual Marker Based Shape Recognition System for Continuum Manipulators, Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques 2016, DOI: 10.1007/978-3-319-29357-8_39.
• [18] J. Radó, C. Dücső, G. Battistig, G. Szebényi, P. Fürjes, Z. Nawrat, K. Rohr: 3D force sensors for laparoscopic surgery tool, Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP), 2016.
• [19] B. Gonenc, J. Handa, P. Gehlbach, R.H. Taylor, I. Iordachita: Design of 3-DOF Force Sensing Micro-Forceps for Robot Assisted Vitreoretinal Surgery, Conference Proceedings IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2013, s. 5686–5689.
• [20] Z. Nawrat, K. Rohr, P. Fürjes, Ł. Mucha, K. Lis, J. Radó, C. Dücső, P. Földesy, W. Sadowski, D. Krawczyk, P. Kroczek, G. Szebényi, P. Soósd, Z Małota: Robin Heart Force Feedback/Control System Based on INCITE Sensorspreliminary study, Medical Robotics Reports, vol. 4, 2015, s. 11−17.
• [21] T. Kárpáti, A.E. Pap, G. Radnóczi, B. Beke, I. Bársony, P. Fürjes: Reliable aluminum contact formation by electrostatic bonding, Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 25(7), 2015.
• [22] R. Bidar, J. Brisset, F. Gosselin: Design of a hight-fidelity haptic device for telesurgery, Proceedings of IEEE ICRA 2005, Spain 2005, s. 205−210.
• [23] E.U. Braun, H. Mayer, A. Knoll, R. Lange, R. Bauernschmitt: The must-have in robotic heart surgery: haptic feedback, s. 9–21, [w:] Medical Robotics, V. Bozovic (red.), I-Tech Education and Publishing, Vienna 2008.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).