کنترل کننده تطبیقی-عصبی در جراحی رباتیک قلب در حال تپش بر اساس مدل ارتجاعی-چسبندگی بافت

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 4، دوره 5، شماره 17، خرداد 1393، صفحه 31-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

ستاره رضاخانی^{* 1}؛ مهدی علیاری شوره دلی²؛ اعظم قاسمی¹

¹دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

²دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی

چکیده

در این مقاله، مشکل جبران حرکات قلب در سه راستا با استفاده از طراحی کنترل کننده‌ی موازی نیرو و موقعیت حل می‌گردد. کنترل کننده موقعیت با استفاده از روش تطبیقی-موجک جهت جبران حرکات سه بعدی بافت و مواجهه با نامعینی‌های ساختاری در معادلات ربات، طراحی می‌گردد و کنترل نیرو نیز به صورت ضمنی، انجام می‌شود. مدل برهم کنش بافت قلب و ابزار نهائی ربات، به صورت ارتجاعی- چسبندگی در نظر گرفته شده است. در اثبات پایداری کنترل کننده، از قانون لیاپانف و لم باربالت استفاده می‌شود. بدین منظور یک تابع لیاپانف مثبت معین در نظر گرفته شده و در اثبات پایداری استفاده شده است. شبیه سازی‌ها بر روی ربات D2M2 صورت گرفته و نشان‌دهنده کارایی کنترل کننده می‌باشد. تست مقاوم بودن عملکرد نیز در مواجه با بافت‌های مختلف انجام و نتایج ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

کنترل موقعیت؛ نیرو؛ کنترل عصبی- تطبیقی؛ مدل ارتجاعی؛ چسبندگی

مراجع

[1] V. Falk, "Manual control and tracking-a human factor analysis relevant for beating heart surgery", The Annals of Thoracic Surgery, Vol. 74,No. 2, pp. 624-628, 2002.

[2] A.M. Okamura, L.N. Verner, C. E. Reiley, M. Mahvash, "Haptics for robot-assisted minimally invasive surgery", In 13th Int. Sym. of Rob. Res. (ISRR’07), (Hiroshima, Japan), pp. 26-29, 2007.

[3] M. Lemma, A. Mangini, A. Redaelli, F. Acocella, "Do cardiac stabilizers really stabilize? experimental quantitative analysis of mechanical stabilization", Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery, Vol. 4, pp.222-226, 2005.

[4] Y. Nakamura, K. Kishi, H. Kawakami, "Heartbeat synchronization for robotic cardiac surgery", In IEEE Int. Con. on Rob. and Auto. (ICRA’01), (Seoul, Korea), pp. 2014–2019,2001.  

[5] R. Ginhoux, J. Gangloff, M. De Mathelin, L. Soler, M.M. Arenas Sanchez, J. Marescaux, "Active filtering of physiological motion in robotized surgery using predictive control", IEEE Trans. on Rob., Vol. 21, 2005.

[6] T. Ortmaier, M. Groger, D.H. Boehm, V. Falk, G. Hirzinger, "Motion estimation in beating heart surgery", IEEE Trans. on Bio. Eng., Vol. 52, pp. 1729–1740, 2005.

[7] B. Cagneau, N. Zemiti, D. Bellot, G. Morel, "Physiological motion compensation in robotized surgery using force feedback control", In IEEE Int. Con. on Ro. and Auto. (ICRA’07), (Rome, Italy), pp. 1881–1886, 2007.

[8] O. Bebek, M. Cavusoglu, "Intelligent control algorithms for robotic-assisted beating heart surgery", IEEE Trans. on Robotics, Vo.l. 23, No. 3, pp. 468–480, 2007.

[9] R. Cortesao, P. Poignet, "Motion compensation for robotic-assisted surgery with force feedback", In IEEE Int. Con. on Rob. and Auto. (ICRA’09), (Kobe, Japan), pp. 3464–3469, 2009.

[10] Z. Zarrouk, A. Chemori, Ph. Poigeint, "Adaptive force feedback control for 3D compensation of physiological motion in beating heart surgery", In IEEE Int. Con. on Intel. Rob. and sys., (Taipei,Taiwan), pp. 1856–1861, 2010.

[11] A.M. Okamura, "Methods for haptic feedback in teleoperated robot-assisted surgery", Ind. Robot, Vol. 31, No. 6, pp. 499-508, 2004.

[12] S.G. Yuen, D.P. Perrin, N.V. Vasilyev, P.J. del Nido, R.D. Howe, "Force tracking with feed-forward motion estimation for beating heart surgery", IEEE Trans. on Robotics, Vol. 26, No.5, pp. 888-896, 2010.

[13]Y.C. Fung, Biomechanics: Mechanical properties of living tissue, Springer, 2nd Ed., 1993.

[14] Ch. Liu, Pedro Moreira, N. Zemiti, Ph. Poigent, "Force control for robotic-assisted beating heart surgery based on viscoelastic tissue model", 33^rd IEEE Int. Con. on EBMS, (Massachusetts,USA), pp. 7054-7058, 2011.

[15] M.W. Spong, S. Hutchson, M. Vidysagar, Robot dynamics and control, Springer, 2^nd Edition, 2006.

[16]] B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, Robotics modeling, planning and control Springer,Verlag, London, 2009.

[17] F.L. Lewis, C.T. Abdallah, D.M. Dawson, Control of robot manipulators, Macmillan,USA, 2004.

[18] K.J. Astrom, B. Wittenmark, Adaptive control, Dover, 2^nd Edition, 2008.

[19] J.J.E. Slotine W. Li, Applied nonlinear control, Prentice-Hall International Inc.,USA,1991.