ارايه روشي جهت طراحي كنترل كننده براي هدايت مسير بازوي غيرهولونوميك ربات لاپاراسكوپي

Designing a Controller for Optimal Steering of Nonholonomic Laparoscopic Robotic Manipulators

ربات لاپاراسكوپي ابزاري براي جراحي، با حداقل دخالت دست جراح مي‌باشد. در اين ربات دستيابي به اهدافي چون رديابي دقيق، تضمين پايداري و حذف اغتشاشات بسيار مهم بوده و همين امر باعث گرديده كه انتخاب يك كنترل كننده مناسب براي آن به يكي از موضوعات مهم در حوزه كنترل اين سيستم ها تبديل گردد. در اين مقاله در ابتدا مراحل طراحي وشبيه سازي ربات گرسپر لاپاراسكوپي بيان گرديده و دلايل استفاده از مواد در نظر گرفته شده براي قطعات به كار رفته تشريح مي گردد. در ادامه مساله ي مسيريابي غيرهولونوميك و بررسي هولونوميك يا غيرهولونوميك بودن محدوديت هاي فافين معرفي شده، مورد مطالعه قرار مي گيرد. سپس با توجه به ساختار غيرهولونوميك ربات، با استفاده از تقريب ريتز به طراحي كنترل كننده اي براي هدايت بهينه‎ي گرسپر، بر مبناي دستورات داده شده توسط جراح پرداخته شده است. لازم است اين بخش از ربات، كه وظيفه اصلي انجام عمليات جراحي را بر عهده دارد، بر اساس ويژگي هاي بافت بدن بيمار كه به صورت نامعيني مي باشد، كنترل گردد. شبيه-سازي هاي انجام شده نيز، توانايي روش به كار رفته را در دستيابي به مسيريابي بهينه نشان مي دهند.

Abstract: Robotic laparoscopic grasper is a surgical tool with minimal invasion. In this robot, achieving the goals like precise tracking, stability and disturbance rejection is very important and this makes selecting a suitable controller to be one of the most important issues in these systems. In this paper, first the stages of modeling and simulating of laparoscopic robot will be discussed and the reasons for selecting the appropriate materials for different parts of it will be explained. Then the problem of nonholonomic trajectory planning and conditions for proposed pfaffian constraint to be holonomic or nonholonomic will be studied. With regard to the nonholonomic structure of explained robot, using the Ritz estimation, a controller for optimal steering of grasper, regarding the transmitted commands of surgeon will be designed. This part of the robot, which performs the main part of the surgery, be controlled based on the uncertain properties of the tissues of patients body. Simulation results validate the efficiency of the proposed method for steering and controlling of the robot.