Яцун Сергей Фёдорович, доктор технических наук, профессор кафедры механики, мехатроники и робототехники
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Researcher ID: G-3891-2017
Sergey F. Jatsun, Dr. Sci. (Engineering), Professor at the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
Researcher ID: G-3891-2017
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Тисцов Erop Дмитриевич, аспирант кафедры механики, мехатроники и робототехники
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Yegor D. Tistsov, Postgraduate at the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Ефремов Дмитрий Игоревич, аспирант кафедры механики, мехатроники и робототехники
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Dmitry I. Efremov, Postgraduate at the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Фурсов Гавриил Анатольевич, студент кафедры механики, мехатроники и робототехники
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Gavriil A. Fursov, Student at the Department of Mechanics, Mechatronics and Robotics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Цели исследования - изучить движение дистального конца уретероскопа во время проведения операции методом ретроградной интраренальной хирургии, разработать алгоритм автономного движения дистального конца уретероскопа из исходного положения в заданную точку, провести кинематический анализ движения дистального конца уретероскопа и решить обратную задачу кинематики.
Методы. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования динамических систем, теории управления и теории механизмов и машин. При создании программных продуктов использован математический пакет Matlab. Разработан метод планирования траектории движения дистального конца уретероскопа на основе анализа снимков маенитно-резонансной томографии и компьютерной томографии. При движении дистального конца уретероскопа по полученной траектории применяется полиномиальный закон движения исполнительных звеньев.
Результаты. В ходе исследования были рассмотрены основные задачи, решаемые хирургом во время проведения операции методом ретроградной интраренальной хируреии, а также сформулирована cтратегия автономного управления стендом уретероскопа. Разработан метод планирования траектории движения дистального конца уретероскопа на основе анализа и обработки снимков магнитно-резонансной томографии и компьютерной томографии. Разработан алгоритм автономного движения дистального конца уретероскопа из исходного положения в заданную точку. Проведён кинематический анализ движения дистального конца уретероскопа, для обеспечения движения по планируемой траектории решена обратная задача кинематики, позволяющая установить связь между положением и ориентацией дистального конца уретероскопа и управляющими воздействиями.
Заключение. Предложенные алеоритмы автономного управления движением дистального конца уретероскопа, созданные на основе математического моделирования движения будут использованы при разработке робота для проведения операций методом ретроградной интраренальной хирургии в автономном режиме, что позволит проводить операции методом ретроградной интраренальной хируреии намного легче и точнее, чем сейчас. Также в данной работе была сформулирована стратегия автономного управления медицинским стендом уретероскопа.
The purpose of the research are to study the movement of the distal end of the ureteroscope during retrograde intrarenal surgery, to develop an algorithm for autonomous movement of the distal end of the ureteroscope from the initial position to a given point, to conduct a kinematic analysis of the movement of the distal end of the ureteroscope and to solve the inverse kinematics problem.
Methods. Methods of mathematical modeling of dynamic systems, control theory, and theory of mechanisms and machines were used to solve these problems. When creating software products, the mathematical package Matlab is used. A method has been developed for planning the trajectory of the distal end of the ureteroscope based on the analysis of magnetic resonance imaging and computed tomography images. When the distal end of the ureteroscope moves along the resulting trajectory, the polynomial law of motion of the actuating links is applied.
Results. In the course of the study, the main tasks solved by the surgeon during surgery using retrograde intrarenal surgery were considered, and a strategy for autonomous control of the ureteroscope stand was formulated. A method has been developed for planning the trajectory of the distal end of the ureteroscope based on the analysis and processing of magnetic resonance imaging and computed tomography images. An algorithm has been developed for the autonomous movement of the distal end of the ureteroscope from the initial position to a given point. A kinematic analysis of the movement of the distal end of the ureteroscope has been performed. To ensure movement along the planned trajectory, the inverse kinematic problem has been solved, which makes it possible to establish a relationship between the position and orientation of the distal end of the ureteroscope and control actions.
Conclusion. The proposed algorithms for autonomous motion control of the distal end of the urethra, created on the basis of mathematical motion modeling, will be used in the development of a robot for performing operations using retrograde intrarenal surgery in an autonomous mode, which will allow performing operations using retrograde intrarenal surgery much easier and more accurately than now. Also in this paper, a strategy for autonomous management of the ureteroscope medical stand was formulated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.