كنترل فضاي وظيفه در جراحي هاي كم تهاجمي در حضور قيد مركز حركت متحرك

Task Control of Minimally Invasive Surgery with Remote Center of Motion Constraint

اين مقاله فرمولاسيون جديدي براي كنترل فضاي وظيفه، با حضور قيد مركز حركت متحرك (RCM)، در جراحي هاي كم تهاجمي رياتيكي ارائه مي دهد. در جراحي هاي كم تهاجمي در نقطه ورود ابزار جراحي به داخل بدن (نقطه تروكار)، حركت جانبي در سطح بدن وجود ندارد و ابزار جراحي تنها مي توانند در داخل بدن نفوذ نمايند يا حول محور خود چرخش نمايند. به منظور جلوگيري از آسيب به بافت بدن، در روش هاي كنترل فعال RCM، با اعمال قانون كنترلي مناسب از حركت جانبي در نقطه ورود به بدن جلوگيري شود. قانون كنترلي استخراج شده در اين مقاله، با در نظر گرفتن قيد RCM در سينماتيك ربات، فضاي وظيفه در سطح سينماتيك را به گونه اي كنترل مي كند كه خطاي فضاي وظيفه به طور نمايي به صفر همگرا شود و از عدم ايجاد حركت جانبي در نقطه تروكار اطمينان حاصل كند. بعلاوه، از فضاي پوچ ربات به منظور بهينه سازي عملكرد ربات در دو بخش استفاده شده است كه مي توان محدوده موقعيت RCM را كنترل كرد و معيار ماهريت ربات را بهينه ساخت. در ادامه، روش پيشنهادي در اين مقاله با يكي از روشهاي رايج در منابع، مقايسه شده است. به منظور ارزيابي فرمولاسيون ارائه شده، يك ربات صفحه اي 5 درجه آزادي همراه قيد نقطه تروكار شبيه سازي شده و نتايج مقاله مورد تصديق قرار گرفته است.

This paper presents a novel formulation for controlling the task space of the robot with the Remote Center of Motion (RCM) constraint in Minimally Invasive Surgery (MIS). In MIS it is usually necessary to prevent any lateral motion at the point at which the robot enters the body, called the incision point or the trocar. Therefore, the surgical tool is only allowed to penetrate inside the body or rotate around its axis to avoid further injury to the patient’s body. The proposed control law considers the RCM constraint at the kinematic level and the convergence of the task space error and regulation of RCM constraint are satisfied, simultaneously. Moreover, the null space of the robot is also exploited effectively within the framework to perform two additional tasks which can limit the RCM movement and optimize the manipulability measure of the robot. A comparative study is finally performed between the proposed approach and a well-known approach used in the literature. To evaluate the efficiency of the approach, a planar robot with 5 degrees of freedom with the trocar constraint is simulated and the results is verified successfully.