Tele-operation and control of robotic surgical assistants for suturing task

Abstract

In a robot-assisted surgical systems, optimizations in tele-operation can lower the surgeon's physical and mental exhaustion and cognitive load, as well as the operation's completion time. As a result, it can considerably boost the chances of an operation's success. This thesis investigates several tele-operation methods to enhance the quality of the manipulation which will enable the surgeon to perform sensitive tele-operation tasks in narrow spaces quickly while reducing their mental load. In the developed systems, it is ensured that the robot's end-effector configuration is automatically calculated among possible kinematic configurations in real-time. The presented methods have been tested in two highly redundant robotic surgical systems (DOF>=9) and benefits to the tele-operator have been demonstrated for each method by experiments that require dexterous manipulation. Experimental results show that using the developed methods in real-life operations will shorten the operation time and reduce the effort of the surgeon during the operation.

Robotik destekli cerrahi sistemlerde, teleoperasyon üzerine yapılan iyileştirmeler, cerrahın fiziksel ve zihinsel yorgunluğunu, bilişsel yükünü ve operasyonun tamamlanma süresini azaltır. Sonuç olarak, bir operasyonun başarı şansı önemli ölçüde artırılır. Bu tez, manipülasyonun kalitesini artırarak, cerrahın zihinsel yüklerini azaltırken, dar alanlarda hassas teleoperasyon görevlerini hızlı bir şekilde gerçekleştirmesini sağlayacak çeşitli teleoperasyon yöntemleri önermektedir. Geliştirilen sistemlerde robotun uç eleman konfigürasyonunun olası kinematik konfigürasyonlar arasından gerçek zamanlı olarak otomatik olarak hesaplanması sağlanmıştır. Sunulan yöntemler, yüksek derecede indirgenebilir iki robotik cerrahi sistemde (DOF>=9) test edilmiş ve her bir yöntem için sistemlerin teleoperatöre faydaları, hünerli manipülasyon gerektiren deneylerle gösterilmiştir. Deneysel sonuçlar, geliştirilen yöntemlerin gerçek hayattaki operasyonlarda kullanılmasının operasyon süresini kısaltacağını ve operasyon sırasında cerrahın eforunu azaltacağını göstermektedir.