Robin Heart INCITE surgical telemanipulator controlled by system equipped with 3D force sensor

• Autorzy: Nawrat Z. , Mucha Ł. , Krawczyk D. , Lis K. , Lehrich K. , Rohr K. , Földesy P. , Radó J. , Dücső C. , Sántha H. , Szebényi G. , Fürjes P.

Warianty tytułu

PL

Robin Heart INCITE – telemanipulator chirurgiczny sterowany przez system wyposażony w czujnik siły 3D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work is to present the final report, financed by the EU INCITE grant, development of the robot control system Robin Heart with the use of special 3D MEMS micro-sensors, to verify their following functions: 1) an easy control of robotic movement during operation using a micro joystick integrated with the laparoscopic tool 2) measuring the value and direction of force between the jaw of the laparoscopic tool and operated organ 3) tissue diagnostics during work using a 3D touch sensor placed in the front of the tool. Piezo-resistive silicon sensors have been designed and manufactured by the Hungarian company EK MFA. A prototype of a miniature motion sensor placed on the gripping part of the endoscopic tool to control the vision path robot was made. Sensory endoscopic tools were integrated with the ROBIN HEART robot and the Robin Hand motion unit as well as innovative mechatronic surgical tools with a panel informing about the measurement values of the force of tools and tissue. Researched prototype sensors have demonstrated their usefulness in the robot's force feedback system. The practicality of the application to assess the condition of the tissue and the strength of the endoscopic grasper clamp was confirmed. The work was carried out as a part of the EU INCITE project financed partly by NCBiR and NKFIA.

PL

Celem pracy jest przedstawienie finalnego raportu finansowanego z projektu EU INCITE rozwoju projektu systemu sterowania robota Robin Heart z zastosowaniem specjalnych mikro-czujników 3D MEMS, dla weryfikacji ich następujących funkcji: 1) sterowanie robotem toru endoskopowego za pomocą mikro-dżojstika zintegrowanego z rękojeścią narzędzia laparoskopowego dla ergonomicznej manipulacji. 2) pomiar wartości i kierunku działania siły pomiędzy szczęką narzędzia laparoskopowego, a organem. 3) diagnostyki tkanek podczas pracy za pomocą czujnika dotykowego 3D umieszczonego w czołowej części narzędzia. Piezorezystancyjne sensory krzemowe zostały zaprojektowane i wykonane przez węgierską firmę EK MFA. Wykonany został prototyp miniaturowego zadajnika ruchu umieszczonego na części chwytowej narzędzia endoskopowego do sterowania robotem toru wizyjnego. Wykonano sensoryczne narzędzia endoskopowe zintegrowane z robotem ROBIN HEART i zadajnikiem ruchu Robin Hand oraz nowatorskie mechatroniczne narzędzia chirurgiczne z panelem informującym o wartości pomiarów siły oddziaływania narzędzi z tkanką. Zrealizowane badania prototypowych czujników wykazały ich użyteczność w układzie siłowego sprzężenia zwrotnego robota. Potwierdzono celowość aplikacji do oceny stanu tkanki i siły zacisku graspera endoskopowego. Praca została wykonana w ramach projektu EU INCITE finansowana częściowo przez NCBiR i NKFIA.

Słowa kluczowe

EN

surgical robot; force sensor; tactile sensor; minimal invasive surgery; MIS; force feedback; haptic

PL

robot chirurgiczny; czujnik siły; czujnik dotykowy; chirurgia minimalnie inwazyjna; MIS; sprzężenie zwrotne siły; haptic

• Wydawca: Międzynarodowe Stowarzyszenie na rzecz Robotyki Medycznej
• Czasopismo: Medical Robotics Reports
• Rocznik: 2017
• Tom: vol. 6
• Strony: 37--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Nawrat Z.

• Fundacja rozwoju Kardiochirurgii – FRK, Pracownia Biocybernetyki, Zabrze, Polska

autor

Mucha Ł.

• Fundacja rozwoju Kardiochirurgii – FRK, Pracownia Biocybernetyki, Zabrze, Polska

autor

Krawczyk D.

• Fundacja rozwoju Kardiochirurgii – FRK, Pracownia Biocybernetyki, Zabrze, Polska

autor

Lis K.

• Politechnika Śląska, Mechaniczny Technologiczny, Katedra Budowy Maszyn, Gliwice, Polska

autor

Lehrich K.

• Politechnika Śląska, Mechaniczny Technologiczny, Katedra Budowy Maszyn, Gliwice, Polska

autor

Rohr K.

• Fundacja rozwoju Kardiochirurgii – FRK, Pracownia Biocybernetyki, Zabrze, Polska

autor

Földesy P.

• Centre for Energy Research, Inst. of Technical Physics and Materials Science – EK MFA

autor

Radó J.

• Centre for Energy Research, Inst. of Technical Physics and Materials Science – EK MFA

autor

Dücső C.

• Centre for Energy Research, Inst. of Technical Physics and Materials Science – EK MFA

autor

Sántha H.

• Budapest Univ. of Technology and Economics – BME, Budapest, Hungary

autor

Szebényi G.

• Budapest Univ. of Technology and Economics – BME, Budapest, Hungary

autor

Fürjes P.

• Centre for Energy Research, Inst. of Technical Physics and Materials Science – EK MFA

Bibliografia

• [1] Nawrat Z.: Robot Robin Heart – projekty, prototypy, badania, perspektywy, Rozprawa habilitacyjna nr 24/2011, ISBN 978-83-7509-191-5, ISSN 1689-6262, Katowice 2011
• [2] Nawrat Z.: The Robin Heart Story, Medical Robotics Reports pp 19-21 1/2012.
• [3] Ł. Mucha, Z. Nawrat, K. Lis, K. Lehrich, K. Rohr, P. Fürjesb, C. Dücső: Sterowanie robotem Robin Heart Pelikan z zastosowaniem siłowego sprzężenia zwrotnego / Force feedback control system dedicated for Robin Heart Pelikan, Acta Bio-Optica et Informatica Inżynieria Biomedyczna, ISSN 1234-5563, Vol. 22 nr 3 2016, s. 146-153
• [4] Bidard C., Brisset J., Gosselin F.: Design of a high-fidelity haptic device for telesurgery. Proc. IEEE ICRA 2005, Barcelona, Spain, 2005, 205–210
• [5] Cavusoglu M.C., Yan J., Sastry S.S.: A hybryd system approach to contact stability and force control in robotic manipulators. Proc. 12th IEEE ISIC 1997, Istanbul, Turkey, 1997, 143–148
• [6] Sallé D., Bidaud P., Morel G.: Optimal design of high dexterity modular MIS instrument for coronary artery bypass grafting. Proc. IEEE ICRA 2004, New Orleans, USA, 2004; 2: 1276-1281
• [7] Rosen J., Brown J.D., Chang L., Barreca M., Sinanan M., Hannaford B.: The BlueDRAGON – a system for measuring the kinematics and the dynamics of minimally invasive surgical tools in-vivo. Proc. IEEE ICRA 2002, Washington, DC, 1876–1881
• [8] Iwata H.: Pen-based haptic virtual environment. Proc. IEEE Virtual Reality Annual International Symposium, Seattle, USA, 1993
• [9] Braun E.U., Mayer H., Knoll A., Lange R., Bauernschmitt R.: The must-have in robotic heart surgery: haptic feedback. Medical Robotics. Ed. V. Bozovic. Vienna: I-Tech Education and Publishing 2008, 9–21
• [10] Warren S. Grundfest, Martin O. Culjat, Chih-Hung King, Miguel L. Franco, Christopher Wottawa, Catherine E. Lewis, James W. Bisley, Erik P. Dutson, Development and Testing of a Tactile Feedback System for Robotic Surgery. Medicine Meets Virtual Reality 17; J.D. Westwood et al. (Eds.), IOS Press, 2009
• [11] Zbigniew Nawrat, Kamil Rohr, Péter Fürjesb, Łukasz Mucha, Krzysztof Lis, János Radó, Csaba Dücső, Péter Földesy , Wojciech Sadowski, Dariusz Krawczyk, Piotr Kroczek, Gábor Szebényic, Pál Soósd , Zbigniew Małota. Force Feedback Control System Dedicated for Robin Heart Surgical Robot Procedia Engineering, Available online at www.sciencedirect.com, Elsevier http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816335238, Procedia Engineering 168 (2016) 185-188
• [12] János Radó, Csaba Dücső, Péter Földesy, Gábor Szebényi, Zbigniew Nawrat, Kamil Rohr and Péter Fürjes. 3D force sensors for laparoscopic surgery tool 10.1109/DTIP.2016.7514829 IEEE Xplore 2016 Journal: Microsystem Technologies 18-05-2017 | Technical Paper Springer Professional http://link.springer.com/article/10.1007/s00542-017-3443-4.
• [13] Lis Krzysztof, Lehrich Krzysztof, Mucha Łukasz, Rohr Kamil, Nawrat Zbigniew : Robin Heart PortVisionAble – idea, design and preliminary testing results. Proceedings of the 10th International Workshop on Robot Motion and Control, Poznan University of Technology, Poznan, Poland, July 6-8, 2015 , pp.176-181, publisher IEEE http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7219732/

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).