كنترل ارتعاشات مدل غير خطي يك سيستم جراحي رباتيك از راه دور دو‌جانبه با بازوي انعطاف‌پذير

Vibration control of Bilateral Nonlinear Telesurgical System for Flexible Link Slave Robot

در اين مقاله روش جديدي براي كنترل سيستم هاي جراحي رباتيك از راه دور دوجانبه با بازوي انعطاف پذير جراح ارايه شده است. در اين راستا، ساختار دوگانه اي از كنترل هاي پس خوراند و پيش خوراند براي بازوي پيرو انعطاف پذير پيشنهاد شده است. اين روش، توانايي روش شكل دهنده ورودي به عنوان كنترل پيش خوراند را براي كاهش ارتعاشات انتهاي بازو و كنترل پس‌خوراند بر اساس كنترل‌كننده تناسبي- مشتقي مجتمع را براي كنترل حركت صلب سيستم با هم مي آميزد. در اين مقاله براي اولين بار، پايداري شكل دهنده ورودي در حلقه بسته كنترلي براي سيستم هاي غيرخطي بررسي شد. شرايط پايداري كلي سيستم با وجود تاخير زماني ثابت در كانال هاي ارتباطي با استفاده از روش لياپانوف استخراج شده است. به سبب استقلال از پارامترهاي سيستم، تركيب كنترلي معرفي شده به پايداري مقاوم نسبت به عدم قطعيت پارامتري منتج شده است. به علاوه، با شكل‌دهي به فرمان ارسالي راهبر به پيرو، عملكرد رديابي درحضور انعطاف پذيري بهبود يافت. تاثيرگذاري چهارچوب پيشنهادي از نظر قابليت همزمان تعقيب ورودي، كاهش ارتعاشات و ارزيابي بررسي هاي تيوري، با شبيه سازي هاي متعدد ارزيابي شد.

This paper addresses a new control scheme for bilateral telesurgical system with flexible links surgical robot. In this regard, hybrid structure of feedback and feedforward controller is suggested for flexible slave robot. This approach utilizes capability of Input Shaping (IS) as feedforward controller to reduce vibration at robot’s end tip and the feedback controller based on collocated Proportional-Derivative (PD) for control rigid body motion of the system. Stability of closed loop input shaper for nonlinear systems is discussed for the first time in this article. The stability conditions for overall system with constant communication time delay are derived using lyapunov method. Due to the independence of the system parameters, combination of these controllers results stability robustness to parameter uncertainties. Moreover, It is shown that reshaped master command to slave’s controller improves tracking performance in the presence of robot flexibility. Simulation results are used to verify the main theoretical points of this paper and demonstrate the effectiveness of proposed control framework in terms of input tracking and vibration suppression.