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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)
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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
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v̂k =nkd
Teq, k=
nkd
Tsc +∆Th−1 −∆Th
v̂k =nkd
Tsc
SimulaCon d’un encodeur
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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
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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 ?
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Conclusion
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