كنترل كننده تطبيقي-عصبي در جراحي رباتيك قلب در حال تپش بر اساس مدل ارتجاعي-چسبندگي بافت

Neuro-Adaptive Control in Beating Heart Surgery Based on the Viscoelastic Tissue Model

در اين مقاله، مشكل جبران حركات قلب در سه راستا با استفاده از طراحي كنترل كننده‌ي موازي نيرو و موقعيت حل مي‌گردد. كنترل كننده موقعيت با استفاده از روش تطبيقي-موجك جهت جبران حركات سه بعدي بافت و مواجهه با نامعيني‌هاي ساختاري در معادلات ربات، طراحي مي‌گردد و كنترل نيرو نيز به صورت ضمني1، انجام مي‌شود. مدل برهم كنش بافت قلب و ابزار نهايي ربات، به صورت ارتجاعي- چسبندگي در نظر گرفته شده است. در اثبات پايداري كنترل كننده، از قانون لياپانف و لم باربالت استفاده مي‌شود. بدين منظور يك تابع لياپانف مثبت معين در نظر گرفته شده و در اثبات پايداري استفاده شده است. شبيه سازي‌ها بر روي ربات D2M2 صورت گرفته و نشان‌دهنده كارايي كنترل كننده مي‌باشد. تست مقاوم بودن عملكرد نيز در مواجه با بافت‌هاي مختلف انجام و نتايج ارايه گرديده است.

In this paper, the problem of 3D heart motion in beating heart surgery is resolved by proposing a parallel force-motion controller. Motion controller is designed based on neuro-adaptive approach to compensate 3D heart motion and deal with uncertainity in dynamic parameters, while an implicit force control is implemented by considering a viscoelastic tissue model. Stability analysis is proved through Lypanov’s stability theory and Barballet’s lemma. Simulation results, for D2M2 robot, which is done in nominal case and viscoelastic parameter mismatches demonstrate the robust performance of the controller.