Es#ma#on  de  force  pour  un  disposi#f  de  téléopéra#on  bilatérale  u#lisé  en  endoscopie  endoluminale  

Jérôme  Janssens  Laurent  Catoire  

Serge  Torfs  Michel  Kinnaert  

JRA  2012  

Perme@re  au  gastroentérologue  de  percer  un  Cssu  mulCcouche  avec  un  meilleur  ressen#  des    transi#ons.  Mais  …  L’endoscope  dégrade  fortement  les  sensaCons  :  – FricCon  – ElasCcité  de  la  transmission  d’effort  

La  téléopéra#on  permet  d’en  diminuer  les  effets  

ObjecCf  

2  

Table  des  maCères  

•  Le  banc  d’essais  

•  EsCmaCon  de  la  force  d’interacCon  

•  Premiers  résultats  

•  EsCmaCon  de  vitesse  

•  Conclusion  

3  

Endoscope  motorisé  

4  

Moteur  

InserCon  du  cathéter  

Cathéter  

Capteur  de  force  

AIguille  

5  

Interface  uClisateur  

Moteur  

Courroie  crantée  

•  Torsiomètre  :  problème  d’enroulement  des  fils  •  Capteur  de  force  :  limite  l’espace  de  travail  

•  Signal  uClisé  dans  beaucoup  de  schémas  de  téléopéraCon        SoluCon  :  l’es%mer  

6  

Absence  de  mesure  de  force  

Table  des  maCères  

•  Le  banc  d’essais  

•  EsCmaCon  de  la  force  d’interacCon  

•  Premiers  résultats  

•  EsCmaCon  de  vitesse  

•  Conclusion  

7  

8  

Observateur  de  perturbaCons  

v(s) = P (s)(τ(s) + d(s))

d̂(s) = Q(s)�P−1(s)v(s)− τ(s)

�

Q(s) =K

K + s

P (s) =1

Ms+B

τd

1

Ms+B

Obs

+

d̂

9  

Observateur  de  perturbaCons  

sd̂(s) = K�Msv(s) +Bv(s)− τ(s)− d̂(s)

�

d̂(t) = K

�Mv(t)−

� t

0

�d̂(l) + τ(l)−Bv(l)

�dl

�

v

Table  des  maCères  

•  Le  banc  d’essais  

•  EsCmaCon  de  la  force  d’interacCon  

•  Premiers  résultats  

•  EsCmaCon  de  vitesse  

•  Conclusion  

10  

•  deux  expériences  avec  différents  couples  moteur  :  – Pas  de  couple  – Onde  carrée  

•  Bande  passante  de  l’observateur  :  20Hz  

11  

Capteur  de  force  pour  la  validaCon  

12  

Pas  de  couple  moteur  

d̂(t) = K

�Mv(t)−

� t

0

�d̂(l) + τ(l)−Bv(l)

�dl

�

13  

Couple  moteur  en  onde  carrée  

•  Bonne  esCmaCon  pour  des  variaCons  rapides  de  force  

•  Causes  possibles  de  détérioraCon  :  – FricCon  – Légère  torsion  de  la  courroie  lors  de  la  prise  en  main  du  capteur  

14  

Résumé  

15  

Torsion  de  la  courroie  :  illustraCon  

Table  des  maCères  

•  Le  banc  d’essais  

•  EsCmaCon  de  la  force  d’interacCon  

•  Premiers  résultats  

•  EsCmaCon  de  vitesse  

•  Conclusion  

16  

•  PosiCon  mesurée  par  un  encodeur  – bruit  de  quanCficaCon  

•  La  dérivaCon  amplifie  ce  bruit  – nécessité  de  filtrer  la  vitesse  

•  SoluCon  la  plus  simple  :  dérivée  filtrée  (filtre  de  Bu@erworth)  

17  

EsCmaCon  de  vitesse  

•  PosiCon  measured  with  an  encoder  – Adds  quanCficaCon  noise  

•  The  derivaCve  amplifies  high  frequencies  – Use  of  a    2nd  order  Bu@erworth  filter  

18  

Filtre  de  Bu@erworth  

Autres  algorithmes  

•  Filtre  de  Kalman  •  “Smart  sensor”  :  correcCon  de  la  fenêtre  temporelle  grâce  à  une  horloge  haute  fréquence  

19  

v̂k =nkd

Teq, k=

nkd

Tsc +∆Th−1 −∆Th

v̂k =nkd

Tsc

SimulaCon  d’un  encodeur  

20  

Bu7erworth   Kalman   “Smart  sensor”  

Moyenne  de  l’erreur  

-­‐0,0008   0,0054   0,0016  

Variance  de  l’erreur  

1,3967   0,3622   0,2652  

Basse  fréquence  

21  

Haute  fréquence  

22  

23  

Origine  des  oscillaCons  ?  

Table  des  maCères  

•  Le  banc  d’essais  

•  EsCmaCon  de  la  force  d’interacCon  

•  Premiers  résultats  

•  EsCmaCon  de  vitesse  

•  Conclusion  

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•  Pas  de  capteur  de  force  :  esCmaCon  de  la  force  d’interacCon  avec  l’uClisateur  via  un  observateur  de  pertubaCons  basé  sur  un  modèle  linéaire  du  disposiCf  

•  Meilleure  esCmaCon  dans  les  fréquences  plus  élevées  :  influence  moindre  de  la  fricCon  

•  Une  esCmaCon  de  vitesse  plus  sophisCquée  améliore-­‐t-­‐elle  les  résultats  ?  

25  

Conclusion