طراحي يك ساختاركنترلي مقاوم مبتني بر انعكاس نيرو با قابليت انتقال بر خط اختيار عمليات در سامانه هپتيك دوكاربره آموزش جراحي

A Robust Controller with Online Authority Transformation for Dual User Haptic Training System

در اين تحقيق يك ساختار كنترلي مبتني بر انعكاس نيرو براي سامانه هپتيك آموزش جراحي توسعه داده مي‌شود. در سامانه هپتيك آموزش جراحي عمليات جراحي به صورت مشاركتي توسط استاد و دستيار انجام مي‌شود. مشاركت هر يك از اين دو جراح در عمليات توسط كنسولهاي هپتيكي كه در اختيار دارند امكانپذير مي‌شود. عليرغم آنكه عمليات اصلي به طور پيش‌فرض توسط دستيار انجام مي‌شود، استاد مي‌تواند در صورت بروز انحراف از سوي دستيار در عمليات مداخله نمايد و اشتباهات احتمالي دستيار را تصحيح نمايد. براي آنكه استاد قادر باشد در حين انجام عمليات، اختيار عمل را از دستيار به خود منتقل نمايد، نيروي دست استاد در مواقع لزوم از طريق سامانه هپتيك به دستان دستيار منتقل مي‌شود. با استفاده از سامانه هپتيك، موقعيت دستيار به سمت استاد منتقل مي‌شود تا از اين طريق استاد اطلاعات موقعيت لحظه‌اي ابزار جراحي را در اختيار داشته باشد. كنترل‌كننده هاي پايدارساز براي هر يك از كنسول­هاي هپتيك توسعه داده مي‌شود. پايداري كلي مجموعه با استفاده از روش «پايداري ورودي به حالت» تحليل مي‌شود. در پايان، نتايج شبيه سازي جهت تاييد عملكرد مناسب ساختار پيشنهادي، ارايه مي‌شود.

In this study, a force reflection control structure is developed for the surgery training haptic system. In the surgery training haptic system, the surgical operation is cooperatively performed by a trainer and a trainee. The participation of each surgeon in the operation is established through their own haptic consoles. Although the operation is primarily performed by the trainee, the trainer is able to interfere into the procedure in case of observing any deviation on the part of trainee and correct the probable mistakes. To transform the task authority between the trainer and the trainee, the hand force of the trainer is reflected to the hands of the trainee. Utilizing the haptic system, the position of the trainee is transformed to the hands of the trainer, thus the trainer has necessary information regarding the current position of the surgical operation. Stabilizing controllers are developed for each haptic console. The stability of the closed loop system is analyzed using the Input-to-State Stability (ISS) approach. The simulation results confirmed the appropriate performance of the proposed structure.