کنترل غیرخطی سیستمهای teleoperation و کاربرد آن در جراحی از راه دور

دو مورد عمده ای که در این پایان نامه بحث می کنیم، آنالیز پایداری سیستم های کنترل از راه دور و تعیین قوانین کنترلی مربوطه می باشد. تحت شرایطی که مطرح خواهیم کرد و اهدافی که در نظر خواهیم گرفت به بررسی طرح های کنترلی مختلف پرداخته و ویژگی های آنها را بررسی می کنیم. هدف از طراحی کنترل کننده غیرخطی، تضمین پایداری کل سیستم و بهبود ردیابی می باشد. سیستم های کنترل از راه دور در معرض انواع اغتشاش ها مانند نامعینی های دینامیکی واصطکاک قرار دارند. مطالعات انجام گرفته بیشتر به بررسی نامعینی های دینامیکی پرداخته و به نامعینی های سینماتیکی وپارامتری توجه نکرده اند. این نامعینی ها اگر در حلقه های کنترلی جبران سازی نشوند می توانند منجر به خطای قابل توجهی در ردیابی مکان و نیرو شوند. بنابراین به طراحی کنترل کننده هایی خواهیم پرداخت که بتوانند پایداری و شفافیت سیستم را در حضور انواع دیگر نامعینی ها، از جمله نامعینی سینماتیکی در قسمت پیرو و پایه تضمین نمایند. همچنین چون پیرو همیشه با محیط در ارتباط است، بهتر است که کنترلی بر روی نیرویی که به محیط وارد می کند داشته باشد. این مهم به کمک فیدبک نیرو فراهم می شود. با توجه به استقبال گسترده از ربات های جراح در سالیان اخیر، در این پایان نامه توجه اصلی خود را بر روی آنها متمرکز خواهیم کرد. جراحی از راه دور یکی از کاربردهای کنترل از راه دور است که در آن پیرو و پایه با یکدیگر و با محیط که بدن بیمار می باشد در ارتباط هستند. در واقع در این سیستم هوش انسانی و مهارت آن، با دقت و تکرارپذیری و دسترس پذیری ربات به نقاط حساس و دشوار بدن ترکیب می شود. در این پایان نامه خواهیم دید که استفاده از سیستم های پایه و پیرو، بسیاری از مشکلات جراحان را حل کرده و از طرفی باعث افزایش دقت، تکرارپذیری و افزایش فضای کار می گردد. از آنجا که لرزش ناخواسته دست جراحان، یکی از مشکلات مهم در سیستم های جراحی می باشد، این لرزش را به عنوان نامعینی در نظر گرفته و از کنترل کننده مبتنی بر روش لیاپانف برای حذف آن استفاده می کنیم. در سیستم های جراحی از راه دور استفاده از بازوهای نازک حاوی کابل، انعطاف لینک ها و مفاصل بازو را تحت تاثیر قرار می دهد. فاکتورهای بسیاری در بهتر انجام شدن عمل های جراحی دخالت دارند که از جمله آنها می توان به محدودیت های طراحی، پیچیدگی مانورهای جراحی و یا درست و هماهنگ کار نکردن اجزا اشاره کرد. این موارد را در قالب محدودیت های هولونومیک و غیرهولونومیک مورد مطالعه قرار داده و روش جدیدی برای ساخت عملی گرسپر ربات جراح لاپاراسکوپ ارائه می دهیم. همچنین با معرفی تابع هزینه ی مناسب، روش جدیدی را برای هدایت بهینه ی بازوی غیرهولونومیک ربات پیرو معرفی می کنیم. در حالت کلی عملکرد سیستم های کنترل از راه دور، با بررسی معیارهایی که ارزیابی می کنند و نیز دقت انتقال اطلاعات مربوط به کار انجام یافته، ارزیابی می شود. برای هر یک از کنترل کننده های پیشنهادی در مراحل مختلف، شبیه سازی های نتایج ارائه خواهد شد و اثر متدهای پیشنهادی در فراهم کردن یک رابطه پایدار و شفاف در هنگام حرکت آزاد و یا برخورد با محیط های سخت مورد ارزیابی قرار می گیرد. در پایان نتایج پیاده سازی شده بر روی سیستم عملی ساخته شده را نیز با شبیه سازی های به دست آمده مقایسه می کنیم.