26610

كنترل هوشمند موقعيت ربات جراح با استفاده از حسگر ليپ موشن

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1398

1401/01/29

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

دانشكده مكانيك

حسگر ليپ موشن يك رابط كاربري غيرتماسي مبتني بر بينايي ميباشد كه ميتواند موقعيت، سرعت و جهت گيري دست افراد را شناسايي كند. اهميت استفاده از رابط هاي كاربري در جراحي بدين دليل است كه جراح ميتواند بصورت ارتباط از راه دور و همچنين بدون نياز به تماس فيزيكي، عمل جراحي را انجام دهد. در اين پايان نامه سعي شده است تا از داده‌هاي دريافت شده از حركت دست در مقابل حسگر ليپ موشن ربات جراح و قيچي لاپاراسكوپي هدايت و كنترل شوند. بدليل دقت بالاتر حسگر در تشخيص مختصات در حالت باز بودن دست، از مختصات مركز دست به عنوان معيار جابجايي موقعيت انتهايي ربات استفاده شده است. به علاوه از باز و بسته شدن انگشت مياني و اشاره براي شناسايي ميزان زاويه‌ي دهانه گرسپر قيچي، و از زاويه‌ي حاصل از چرخش كف دست در راستاي عمود بر حسگر براي دوران قيچي استفاده شده است. بدليل وجود نويز در داده‌هاي دريافت شده از حسگر، از برازش منحني براي تقريب مسير مطلوب ورودي كنترل‌كننده استفاده شده است. براي حل عددي، پس از استخراج معادلات سينماتيكي و ديناميكي، موقعيت انتهايي ربات، باز و بسته شدن و چرخش قيچي لاپاراسكوپي توسط كنترل كننده مد لغزشي و مد لغزشي فازي تطبيقي كنترل شده‌اند. نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان ميدهد كه كنترل‌كنندها‌ي پياده‌سازي شده در حضور عدم‌قطعيت هاي پارامتريك و غيرپارامتريك به خوبي توانسته اند ربات جراح را كنترل كنند. كنترل‌كننده‌ي مد لغزشي طبق جذر ميانگين مربعات خطا، داراي عملكرد بهتري در زمينه كاهش خطاي سيستم ميباشد. با در نظر گرفتن اين شرايط اما كنترلر مد لغزشي فازي تطبيقي در مواجهه با اغتشاشات با كمترين تلاش كنترلي، ربات جراح و قيچي لاپاراسكوپي را كنترل ميكند. جهت انجام آزمايش تجربي، موقعيت مجري نهايي ربات در حضور حسگر ليپ موشن هدايت شد و نتايج حاصل نشان ميدهد كه ماكزيمم خطاي ثبت شده مقدار 6 ميليمتر در راستاي عمود بر حسگر ليپ موشن ميباشد. همچنين ريشه‌ي دوم ميانگين مربعات خطا در راستاهاي x، y و z به ترتيب برابر 0046/0، 0191/0و 0004/0 ميليمتر ميباشد. در بخش آخر به جمع‌بندي، نتيجه‌گيري و پيشنهادات براي كارهاي آينده پرداخته شده است.

1401/03/24

Intelligent control of a surgeon robot’s position using leap motion sensor

4/18/2023 12:00:00 AM

Leap Motion Sensor is a non-contact vision-based user interface that can detect the position, speed, and orientation of the hand. The importance of using user interfaces in surgery arises from the fact that the surgeon can remotely conduct the surgery without the need to be physically present. Using data received from hand movements in front of the leap motion sensor, this dissertation attempts to guide and control a surgical robot and laparoscopic scissors. Since the sensor has a higher ability to detect coordinates when the hand is open, the coordinates of the hand center have been used to estimate the displacement of the robot's end-effector. Further, the opening and closing of the middle and index fingers, as well as the rotation of the hand around the yaw axis of the sensor, are used to determine the angle of the grasper jaw and the angle of rotation of the shaft of the scissors, respectively. The paths of laparoscopic scissors are approximated by using curve fitting in order to compensate for the noise in the data collected from the sensor. Following the extraction of the kinematic and dynamic equations, the end-effector of the robot, opening and closing of the laparoscopic grasper, and the rotation of the scissors shaft are controlled by sliding mode controller in addition to adaptive fuzzy sliding mode controller. Simulation results indicate that the surgeon robot is well controlled despite the presence of parametric uncertainties as well as disturbances. According to the root mean square error, the sliding mode controller performs better in reducing system error. In contrast, the adaptive fuzzy sliding mode controller is able to control the laparoscopic scissors and the surgical robot without requiring significantly more control effort during disturbances. Using a leap motion controller, the end-effector of the robot was controlled in order to conduct the experimental test, and the results showed that a maximum of 6 mm error in the y axis was measured for the leap motion sensor. Additionally, the root mean square errors for x, y, and z are each 0.0046, 0.09191, and 0.0004 mm, respectively. Finally, the conclusion of the study and some suggestions for future tasks were represented.

حسگر ليپ موشن , ربات جراح , قيچي لاپاراسكوپي , كنترل مد لغزشي فازي تطبيقي

Leap motion sensor , Surgeon robot , Laparoscopic scissors , Adaptive fuzzy sliding mode control

hadi beyzaee

moharam habibnejad korayem