Controle de robô para auxílio em cirurgia laparoscópica usando quatérnios duais

Abstract

Este trabalho é dividido em duas contribuições complementares acerca do uso de manipuladores robóticos seriais para auxílio em cirurgias laparoscópicas. Primeiramente, técnicas conhecidas para robustez a singularidades e utilização da redundância são adaptados para o uso dos quatérnios duais unitários, que têm algumas vantagens sobre as matrizes de transformação homogênea, enquanto não possuem as singularidades naturais de representações mínimas. A performance das técnicas adaptadas são avaliadas em uma simples tarefa simulada. Utilizando estas técnicas, podemos controlar um robô para auxílio em procedimentos laparoscópicos. Diferentemente de robôs cirurgicos especializados, um robô serial pode ser utilizado para diferentes procedimentos, diluindo os custos em vários procedimentos. Neste cenário, a segurança do ponto pivotante deve ser garantida por software. Esse trabalho apresenta uma nova estratégia de controle para um endoscópio usando manipuladores robóticos com ponto pivotante remoto programável. As referências para o movimento do endoscópio são geradas intuitivamente pelo cirurgião. O método é avaliado em um ambiente cirúrgico simulado e apresentou resultados satisfatórios em termos erros de posicionamento e geração do ponto pivotante. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work is divided in two complementary contributions concerning the use of serial-link robotic manipulators in a laparoscopic surgery setting. At first, known techniques for singularity robustness and redundancy exploitation are adapted to the use of unit dual quaternions, which have some advantages over homogenous transformation matrices concerning compactness, while not having singularities natural to minimal representations. The performance of the adapted techniques is evaluated in a simple simulated task. Using those techniques, we can control a manipulator robot to aid in laparoscopic procedures. As opposed to specialized surgical robots, a serial robot might be used for different procedures, lowering the involved costs. In such scenario, the safety on the pivoting point must be assured by software. This work presents a novel control strategy for controlling laparoscopic tools attached to robotic manipulators that makes use of a programmable RCM. The tool movement references are generated intuitively by the surgeon. The method is evaluated in a simulated surgical environment and presented satisfactory results, in terms of pivoting point generation error and tool positioning error.