In this paper we present the clinical motivation, design specifications, kinematics, statics, and actuation compensation for a newly constructed telerobotic system for Minimally Invasive Surgery (MIS) of the throat. A hybrid dual-arm telesurgical slave, with 20 joint-space Degrees-of-Freedom (DoFs), is used in this telerobotic system to provide the necessary dexterity in deep surgical fields such as the throat. The telerobotic slave uses novel continuum robots that use multiple super-elastic backbones for actuation and structural integrity. We present the kinematics of the telesurgical slave and methods for actuation compensation to cancel the effects of backlash, friction, and flexibility of the actuation lines. A method for actuation compensation is presented in order to overcome uncertainties of modeling, friction, and backlash. This method uses a tiered hierarchy of two novel approaches of actuation compensation for remotely actuated snake-like robots. The tiered approach for actuation compensation uses compensation in both joint space and configuration space of the continuum robots. These hybrid actuation compensation schemes use intrinsic model information and external data through a recursive linear estimation algorithm and involve compensation using configuration space and joint space variables. Experimental results validate the ability of our integrated telemanipulation system through experiments of suturing and knot tying in confined spaces.

中文翻译：

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喉部微创手术遥控机器人系统的设计与集成

在本文中，我们介绍了用于喉咙微创手术 (MIS) 的新建遥控机器人系统的临床动机、设计规范、运动学、静力学和驱动补偿。该遥控机器人系统使用具有 20 个关节空间自由度 (DoF) 的混合双臂远程手术从属设备，以在喉咙等深部手术领域提供必要的灵巧性。遥控机器人奴隶使用新颖的连续体机器人，这些机器人使用多个超弹性骨干进行驱动和结构完整性。我们介绍了远程手术从属设备的运动学和驱动补偿方法，以消除驱动线路的间隙、摩擦和灵活性的影响。提出了一种驱动补偿方法，以克服建模、摩擦和间隙的不确定性。该方法对远程驱动的蛇形机器人使用两种新颖的驱动补偿方法的分层层次结构。驱动补偿的分层方法在连续体机器人的关节空间和配置空间中使用补偿。这些混合驱动补偿方案通过递归线性估计算法使用内在模型信息和外部数据，并涉及使用配置空间和关节空间变量的补偿。实验结果通过在密闭空间中的缝合和打结实验验证了我们集成远程操作系统的能力。驱动补偿的分层方法在连续体机器人的关节空间和配置空间中使用补偿。这些混合驱动补偿方案通过递归线性估计算法使用内在模型信息和外部数据，并涉及使用配置空间和关节空间变量的补偿。实验结果通过在密闭空间中的缝合和打结实验验证了我们集成远程操作系统的能力。驱动补偿的分层方法在连续体机器人的关节空间和配置空间中使用补偿。这些混合驱动补偿方案通过递归线性估计算法使用内在模型信息和外部数据，并涉及使用配置空间和关节空间变量的补偿。实验结果通过在密闭空间中的缝合和打结实验验证了我们集成远程操作系统的能力。