Development of a Cooperative Model Predictive Control of Bimanual Continuum Robots for Automated Knot - Tying in Robot-Assisted Surgeries : (Record no. 6859)
[ view plain ]
| 000 -LEADER | |
|---|---|
| fixed length control field | 11529nam a2200445 4500 |
| 003 - CONTROL NUMBER IDENTIFIER | |
| control field | EG-NbEJU |
| 005 - DATE AND TIME OF LATEST TRANSACTION | |
| control field | 20241201085844.0 |
| 008 - FIXED-LENGTH DATA ELEMENTS--GENERAL INFORMATION | |
| fixed length control field | 241005s2024 ua gr 000 0 eng d |
| 040 ## - CATALOGING SOURCE | |
| Original cataloging agency | EG-NbEJU |
| Language of cataloging | eng |
| Transcribing agency | EG-NbEJU |
| Modifying agency | EG-NbEJU |
| 041 ## - LANGUAGE CODE | |
| Language code of text/sound track or separate title | eng |
| Language code of summary or abstract | ara |
| 100 1# - MAIN ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Quaicoe , Enoch |
| 245 10 - TITLE STATEMENT | |
| Title | Development of a Cooperative Model Predictive Control of Bimanual Continuum Robots for Automated Knot - Tying in Robot-Assisted Surgeries : |
| Remainder of title | A Thesis Submitted to the Graduate School of Innovative Design Engineering : Egypt-Japan University of Science and Technology (E-JUST) : In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Mechatronics and Robotics Engineering / |
| Statement of responsibility, etc. | By Enoch Quaicoe ; Supervision Committee Dr. Haitham El-Hussieny - E-JUST - Egypt , Prof. Ayman A. Nada - E-JUST - Egypt , Prof. Hiroyuki Ishii - Waseda University - Japan ; Examination Committee Prof. Walaa Ibrahim Gabr - Benha University - Egypt , Dr. Omar Salah - Assiut University - Egypt , Dr. Haitham El-Hussieny - E-JUST - Egypt , Prof. Ayman A. Nada - E-JUST - Egypt |
| 246 15 - VARYING FORM OF TITLE | |
| Title proper/short title | تطوير نموذج تعاوني للتحكم التنبؤي في الروبوتات المتواصلة ثنائية الأذرع لربط العقدة الآلي في العمليات الجراحية بمساعدة الروبوت : |
| Remainder of title | رسالة علمية مقدمة الى المدرسة التخصصية للدراسات العليا : هندسة التصميم الابداعي : الجامعة المصرية اليابانية للعلوم و التكنولوجيا كاستيفاء جزئي لمتطلبات الحصول على درجة ماجستير العلوم في هندسة الميكاترونيات و الروبوتات / إعداد إينوك كوايكو ; لجنة الاشراف على الرسالة د/ هيثم الحسيني - الجامعة المصرية اليابانية للعلوم و التكنولوجيا , أ.د/ أيمن ندا - الجامعة المصرية اليابانية للعلوم و التكنولوجيا , أ.د/ هيرويوكي ايشي - جامعه و اسيدة ; لجنة المناقشة و الحكم على الرسالة أ.د/ ولاء إبراهيم جبر - كلية الهندسة - جامعة بنها , د. عمر صلاح - كلية الهندسة - جامعة أسيوط , د/ هيثم الحسيني - الجامعة المصرية اليابانية للعلوم و التكنولوجيا , ا.د/ أيمن ندا - الجامعة المصرية اليابانية للعلوم و التكنولوجيا<br/> |
| 260 ## - PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC. | |
| Place of publication, distribution, etc. | Alexandria : |
| Name of publisher, distributor, etc. | Enoch Quaicoe |
| Date of publication, distribution, etc. | 2024 |
| 300 ## - PHYSICAL DESCRIPTION | |
| Extent | 75 leaves ; |
| Dimensions | 30 cm |
| 500 ## - GENERAL NOTE | |
| General note | Includes a title page in Arabic |
| 502 ## - DISSERTATION NOTE | |
| Dissertation note | Thesis (M.Sc.) |
| Degree type | Master |
| Name of granting institution | Egypt - Japan University of Science and Technology (E - JUST) - School of Innovative Design Engineering - Mechatronics and Robotics Engineering Department |
| Year degree granted | 2024 |
| 504 ## - BIBLIOGRAPHY, ETC. NOTE | |
| Bibliography, etc. note | Includes bibliographical references<br/> |
| 520 ## - SUMMARY, ETC. | |
| Summary, etc. | This thesis presents a novel approach to addressing the challenge of automated knot - tying tasks in Robot - Assisted Minimally Invasive Surgery (RAMIS) Knot-tying is an essential and intricate component of many surgical proce - dures , which remains tedious and time - intensive when performed in RAMIS through teleoperation , increasing the workload and cognitive strain on sur - geons The complexity of the knot-tying task in RAMIS necessitates efficient trajectory planning and coordination between dual robotic arms to manipu - late the suture effectively The safety and optimal performance required in RAMIS also necessitate precise control of robotic arms that can offer supe - rior dexterity , adaptability , and safe patient interaction at the restricted or confined treatment location In this research , we utilize continuum robots that inherently possess these unique and suitable characteristics compared to their rigid-link counterparts to tackle the automation of the knot-tying task to reduce surgeons' cognitive workload and improve surgical efficiency The main contribution of this research is to develop a novel cooperative Model Predictive Control (MPC) strategy for bimanual continuum robots for auto - mated knot - tying tasks in robot - assisted surgeries By considering the kine - matics of the bimanual continuum robot arms and through their efficient, syn- chronous , and collaborative knot-tying trajectory planning based on the spiral and rolling-arc suture looping techniques, the proposed MPC strategy was ap- plied to optimize the pre-planned knot-tying trajectory tracking performance of the bimanual continuum robots Simulation evaluations were conducted using MATLAB/Simulink to compare the performance of the MPC strategy to the well-known Jacobian-based control approach Both control strategies successfully performed automatic knot-tying operations with seamless robot collaboration and precise trajectory tracking , where root-mean-squared errors (RMSE) of less than 0.0017 m were recorded The stability , effective tuning , and robustness of both control strategies were also examined through Monte Carlo simulations by introducing increasing levels of pulse disturbances that could occur in surgical settings All ten Monte Carlo simulations returned no appreciable change in RMSE values despite the increasing disturbance levels applied Meanwhile , workspace constraints and obstacles were also introduced during tracking tests to demonstrate the advantages of the MPC strategy in respecting input constraints and obstacle avoidance over the Jacobian-based control , which violated these constraints These advantages of the MPC strat - egy are key in RAMIS to respect the constrained surgical environments and prevent damage to delicate peripheral tissues and organs during the surgical procedure This work demonstrates the feasibility of applying MPC to ensure safe automated knot - tying procedures , promising to reduce surgeons' work - load and surgery time. It contributes to precision , robustness , and autonomy in continuum robot-assisted knot-tying procedures. |
| 520 ## - SUMMARY, ETC. | |
| Summary, etc. | تقدم هذه الأطروحة نهجا جديدا لمواجهة تحدي مهام ربط العقد الآلي في الجراحة طفيفة التوغل بمساعدة الروبوت (RAMIS) يعتبر ربط العقد مكونا أساسيًا و معقدا في العديد من الإجراءات الجراحية ، و الذي يظل شاقا و يستغرق وقتا طويلاً عند تنفيذه في RAMIS من خلال التحكم عن بعد ، مما يزيد من عبء العمل و الإجهاد المعرفي على الجراحين تتطلب تعقيد مهمة ربط العقد في RAMIS تخطيط مسار فعال و تنسيق بين الذراعين الروبوتيين المزدوجين لتحريك الخيط بفعالية تتطلب السلامة و الأداء الأمثل في RAMIS أيضا التحكم الدقيق في الأذرع الروبوتية التي يمكن أن توفر براعة فائقة ، و تكيفا ، و تفاعلا آمنا مع المريض في الموقع المحدود أو المحصور للعلاج في هذا البحث ، نستخدم الروبوتات المستمرة التي تمتلك هذه الخصائص الفريدة و المناسبة بشكل جوهري مقارنة بنظيراتها ذات الروابط الصلبة لمواجهة أتمتة مهمة ربط العقد لتقليل العبء المعرفي على الجراحين وتحسين كفاءة الجراحة المساهمة الرئيسية لهذا البحث هي تطوير استراتيجية تحكم تنبؤي تعاوني جديدة (MPC) للروبوتات المستمرة ذات الذراعين لمهام ربط العقد الآلية في الجراحات بمساعدة الروبوت من خلال النظر في الحركات الكينماتيكية الأذرع الروبوت المستمرة ذات الذراعين و من خلال تخطيط مسار ربط العقد الفعال و المتزامن و التعاوني استنادا إلى تقنيات حلقة الخيط اللولبية و القوس المتداول ، تم تطبيق استراتيجية MPC المقترحة لتحسين أداء تتبع مسار ربط العقد المسبق التخطيط للروبوتات المستمرة ذات الذراعين تم إجراء تقييمات المحاكاة باستخدام MATLAB/Simulink المقارنة أداء استراتيجية MPC مع نهج التحكم المستند إلى مصفوفة جاكوبي المعروفة نجحت كلتا استراتيجيتا التحكم في تنفيذ عمليات ربط العقد الآلي مع تعاون سلس بين الروبوتات و تتبع دقيق للمسار ، حيث تم تسجيل أخطاء الجذر التربيعي الأقل من 0.0017 متر تم أيضا فحص استقرار و توليف و مرونة كلتا استراتيجيتا التحكم من خلال محاكاة مونتي كارلو عن طريق إدخال مستويات متزايدة من الاضطرابات النبضية التي يمكن أن تحدث في البيئات الجراحية أعادت محاكاة جميع مونتي كارلو العشر عدم وجود تغيير ملحوظ في قيم أخطاء الجذر التربيعي على الرغم من مستويات الاضطراب المتزايدة التي تم تطبيقها في غضون ذلك، تم إدخال قيود مساحة العمل و العوائق أيضا أثناء اختبارات التتبع لإظهار مزايا استراتيجية MPC في احترام قيود المدخلات و تجنب العوائق مقارنة بالتحكم المستند إلى مصفوفة جاكوبي ، الذي انتهك هذه القيود تعتبر هذه المزايا لاستراتيجية MPC أساسية في RAMIS لاحترام البيئات الجراحية المقيدة و منع الضرر للأنسجة و الأعضاء المحيطة الدقيقة أثناء الإجراء الجراحي يوضح هذا العمل جدوى تطبيق MPC لضمان إجراءات ربط العقد الآلية الأمنة ، مما يعد بتقليل عبء العمل على الجراحين و وقت الجراحة و يساهم في الدقة و المرونة ، و الاستقلالية في إجراءات ربط العقد بمساعدة الروبوتات المستمرة |
| 530 ## - ADDITIONAL PHYSICAL FORM AVAILABLE NOTE | |
| Additional physical form available note | Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository) |
| 590 ## - EJUST Faculty and Academic Program | |
| EJUST Faculty | (IDE) School of Innovative Design Engineering |
| EJUST Academic Program | (MTR) Mecatronics and Robotics Engineering |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | El-Hussieny , Haitham |
| Relator term | Supervisor |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Nada , Ayman A. |
| Relator term | co-Supervisor |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Ishii , Hiroyuki |
| Relator term | co-Supervisor |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Gabr , Walaa Ibrahim |
| Relator term | Examinator |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Salah , Omar |
| Relator term | co-Examinator |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | El-Hussieny , Haitham |
| Relator term | co-Examinator |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | Nada , Ayman A. |
| Relator term | co-Examinator |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | الحسيني , هيثم |
| Relator term | مشرف |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | ندا , أيمن |
| Relator term | مشرف مساعد |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | ايشي , هيرويوكي |
| Relator term | مشرف مساعد |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | جبر , ولاء إبراهيم |
| Relator term | مناقش |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | صلاح , عمر |
| Relator term | مناقش مساعد |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | الحسيني , هيثم |
| Relator term | مناقش مساعد |
| 700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME | |
| Personal name | ندا , أيمن |
| Relator term | مناقش مساعد |
| 901 ## - Cataloger information | |
| Cataloger Name | HaGeR |
| 902 ## - PDF File name | |
| PDF File name | Sign 10-03-2024 09.44 |
| 942 ## - ADDED ENTRY ELEMENTS (KOHA) | |
| Source of classification or shelving scheme | Library of Congress Classification |
| Suppress in OPAC | No |
| Koha item type | Dissertations |
| Withdrawn status | Lost status | Source of classification or shelving scheme | Damaged status | Not for loan | Home library | Current library | Date acquired | Total checkouts | Full call number | Barcode | Date last seen | Copy number | Price effective from | Koha item type |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Library of Congress Classification | Fayza Aboulnaga Central Library | مكتبة فايزة أبو النجا المركزية بالحرم الجامعي | Fayza Aboulnaga Central Library | مكتبة فايزة أبو النجا المركزية بالحرم الجامعي | 10/05/2024 | MTR MSc. 2024 05 | 10014411 | 10/05/2024 | C. 1 | 10/05/2024 | Dissertations |