IT202100024434A1 - Metodo di controllo di un terminale articolato attuato mediante uno o più tendini di attuazione di uno strumento chirurgico di un sistema robotizzato per chirurgia - Google Patents

Description

?Metodo di controllo di un terminale articolato attuato mediante uno o pi? tendini di attuazione di uno strumento chirurgico di un sistema robotizzato per chirurgia?

DESCRIZIONE

SFONDO TECNOLOGICO DELL?INVENZIONE

Campo di applicazione.

La presente invenzione riguarda un metodo di controllo di un terminale articolato attuato mediante uno o pi? tendini di attuazione di uno strumento chirurgico di un sistema robotizzato per chirurgia.

In particolare, l?invenzione riguarda un metodo di controllo che prevede una compensazione dell?errore di posizione di un giunto rispetto alla posizione comandata.

La presente descrizione si riferisce dunque, pi? in generale, al campo tecnico del controllo operativo di sistemi robotizzato per chirurgia teleoperata.

Descrizione dell?arte nota.

Noti sistemi robotici per medicina e/o chirurgia tipicamente comprendono almeno un terminale articolato (o ?dispositivo di estremit? articolato? o ?end-effector?) destinato ad interagire con un?anatomia di un paziente, vuoi per eseguire procedure chirurgiche o microchirurgiche quali suture, anastomosi, recisioni, vuoi per acquisire immagini, o informazioni diagnostiche.

Il terminale articolato ? tipicamente attuato mediante cavi di attuazione (tendini) che trasferiscono un?azione di trazione al terminale articolato.

Sistemi robotici per medicina e/o chirurgia possono funzionare secondo un?architettura di controllo masterslave, ad esempio ove il master ? tenuto in mano da un chirurgo, oppure possono funzionare in modalit? autonoma, ad esempio eseguendo una serie di operazioni programmate.

Sono anche noti sistemi robotici antropomorfi ove il terminale articolato comprende articolazioni antropomorfe, come ad esempio le articolazioni delle falangi di una mano robotica, che vengono attuate mediante azione di trazione applicata su tendini di attuazione.

I motori del sistema robotico possono essere posti a monte rispetto alle articolazioni del terminale articolato, e i tendini di attuazione sono operativamente connessi sia ai motori sia al terminale articolato. La posa del terminale articolato viene determinata dall?azione dei motori del sistema robotico che viene trasmessa mediante i tendini di attuazione.

Il numero di tendini di attuazione per la movimentazione di una pluralit? di gradi di libert? pu? variare, ma tipicamente due tendini antagonisti sono collegati al medesimo grado di libert? del terminale articolato per movimentarlo in versi opposti.

? dunque fortemente sentita l?esigenza di fornire una soluzione in grado di garantire la corrispondenza tra l?azione dei motori e la posa assunta dal terminale articolato.

I tendini, infatti, possono trovarsi a reciproco contatto di strisciamento quando in condizioni di esercizio, nonch? possono arrotolarsi, cio? intrecciarsi vicendevolmente, oppure possono scorrere su pareti del dispositivo terminale articolato o su pareti di un alberino di posizionamento rigido o flessibile o snodato. Queste condizioni possono influire sull?accuratezza del trasferimento dell?azione dei motori al terminale articolato, risultando in una non-corrispondenza tra l?azione dei motori e la posa del terminale articolato.

In altri termini, la posa attesa pu? non venire raggiunta a causa della distorsione dell?azione impartita dai motori dovuta al comportamento meccanico dei tendini di attuazione.

In aggiunta, nel caso di terminali articolati miniaturizzati, diviene determinante il dimensionamento dei tendini di attuazione per trasferire l?azione dei motori al terminale articolato. Al decrescere della scala, infatti, una deformazione recuperabile del tendine in senso longitudinale di una precisa quantit? cresce di rilevanza specifica.

Per favorire la miniaturizzazione del terminale articolato, ? possibile ricorrere all?utilizzo di tendini di attuazione polimerici, come mostrato ad esempio dai documenti WO-2017-064303 e US-2021-0106393 a nome della medesima Richiedente.

Tali tipologie di tendini di attuazione permettono di ridurre attrito e diametro del tendine consentendo di percorrere raggi di raccordo molto piccoli.

Inoltre, terminali articolati miniaturizzati sono tipicamente disposti all?estremit? distale di un alberino di posizionamento e che impone ai tendini di attuazione di estendersi per tratti relativamente lunghi in relazione all?estensione del tratto del tendine lungo il solo dispositivo terminale articolato all?estremit? distale dell?alberino. La previsione di tali lunghi e sottili tendini di attuazione incrementa l?insorgere di deformabilit? del tendine in senso longitudinale, quando in condizioni di esercizio.

Ad esempio, nei sistemi di trasmissione ad argano, i tendini si avvolgono su un rocchetto rotante e possono incrociarsi vicendevolmente, cio? intrecciarsi durante tale avvolgimento, aumentando localmente gli attriti e determinando potenzialmente una trasmissione a strappo dell?azione dei motori.

Similmente, laddove i tendini siano tra loro incrociati cio? intrecciati all?interno dell?estensione dell?alberino di uno strumento medico e/o chirurgico, si realizzerebbe localmente un incremento dell?attrito che influenzerebbe la trasmissione.

In altri termini, nei casi sopra citati, si realizzerebbe una non-corrispondenza tra l?azione dei motori e il movimento del terminale articolato dovuta a fenomeni di attrito di scorrimento tra tendini diversi o tra sezioni dello stesso tendine.

Un?altra situazione che potrebbe generare una noncorrispondenza tra l?azione dei motori e il movimento del terminale articolato potrebbe sorgere dall?elasticit? intrinseca dei singoli tendini di attuazione, che potrebbero allungarsi, quando sollecitati, assorbendo una parte dell?azione impartita dai motori rispettivi senza trasferirla efficacemente al terminale articolato. Tipicamente il recupero elastico della deformazione avviene rapidamente al cessare della perturbazione, e nel caso specifico al cessare dell?azione impartita dai motori ? possibile che i tendini recuperino immediatamente la loro deformazione elastica.

Questa dinamica, tuttavia, potrebbe trasferire un movimento non-voluto al terminale articolato. Ad esempio, un giunto rotazionale di un polsino articolato potrebbe venire attivato al cessare dell?azione dei motori.

Terminali articolati miniaturizzati sono desiderabili nel settore medico-chirurgico, nonch? nel settore dei robot antropomorfi, nonch? in microelettronica, micro-meccanica, meccanica di precisione, orologeria, gioielleria e bigiotteria e pi? generalmente nell?automazione.

Particolarmente nel settore medico-chirurgico, il terminale articolato ? un componente sterile del sistema e lavora in campo sterile quando in condizioni di esercizio e spesso non ? possibile o non ? desiderabile munire il terminale articolato con un sistema attivo di sensorizzazione per consentire al sistema robotico di rilevare in tempo reale la posa assunta dal terminale articolato stesso.

Al contempo in tale settore ? fortemente sentita la spinta verso una miniaturizzazione estrema dei terminali articolati ed ? necessario un fine controllo sulla posizione del terminale articolato e sull?azione eseguita dal terminale articolato, per garantire sicurezza ed al contempo usabilit?.

Nel caso di un sistema robotico teleoperato secondo un?architettura di controllo master-slave, l?azione dei motori ? comandata sulla base dell?azione impartita dall?utilizzatore su un dispositivo di controllo master. Il dispositivo di controllo master pu? essere sotto forma di un joystick, cio? un?appendice meccanica che si protende a sbalzo da una console operativa master, e pu? comprendere un sistema motorizzato di feedback di forza che restituisce all?utilizzatore un feedback tattile che dipende dall?informazione rilevata dal sistema di sensorizzazione del terminale articolato.

Sono anche noti sistemi robotici teleoperati in cui il dispositivo di controllo master ? ?volante? cio? non vincolato a terra in cui ? possibile che non sia previsto un sistema di feedback tattile.

? dunque molto sentita, in diversi ambiti, l?esigenza di escogitare una soluzione per garantire la corrispondenza tra l?azione impartita dai motori di un sistema robotico e l?azione eseguita dal terminale articolato, evitando di prevedere sistemi di sensorizzazione sul terminale articolato stesso.

Al contempo, ? avvertita l?esigenza di miniaturizzare terminali articolati di sistemi robotici senza per questo determinare un diminuito controllo sul terminale articolato stesso.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

? scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo di controllo di un terminale articolato, attuato mediante tendini di attuazione di uno strumento chirurgico di un sistema robotizzato per chirurgia, che consenta di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra lamentati con riferimento alla tecnica nota, e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato. Tale scopo ? raggiunto mediante un metodo in accordo alla rivendicazione 1.

Ulteriori forme di realizzazione di tale metodo sono definite dalle rivendicazioni 2-32.

Tale metodo fornisce soluzioni ai problemi tecnici precedentemente menzionati.

Infatti, grazie alle soluzioni proposte, si permette di utilizzare un modello del comportamento in condizioni di esercizio di un tendine di attuazione per realizzare un metodo di controllo in posizione di un motore di un manipolatore robotico volto ad attuare un terminale articolato miniaturizzato.

Il controllo in posizione del motore ? un controllo ad anello retro-azionato sulla base dell?informazione rilevata sulla forza impartita dal motore ad un gruppo di trasmissione comprendente almeno detto tendine di attuazione.

L?informazione sulla forza impartita pu? essere rilevata mediante una cella di carico posta sul motore all?interfaccia con il gruppo di trasmissione. Ad esempio, il gruppo di trasmissione comprende un elemento rigido, ad esempio un pistone, che si interfaccia con il motore ed un tendine di attuazione connesso al terminale articolato e rigidamente collegabile all?elemento rigido, ad esempio incollato al pistone. In questo modo, la forza rilevata all?interfaccia tra motore e elemento rigido del gruppo di trasmissione rigidamente collegabile al tendine di attuazione ? sostanzialmente uguale alla forza di trazione applicata sul tendine di attuazione. Laddove il collegamento tra motore e tendine di attuazione non fosse rigido, il metodo potrebbe tener conto della cedevolezza del collegamento tra motore e tendine.

L?informazione sulla forza impartita viene utilizzata per la stima in tempo reale dell?allungamento elastico del tendine di attuazione. Ad esempio, l?allungamento elastico del tendine di attuazione pu? essere proporzionale alla forza impartita dal motore al gruppo di trasmissione, come rilevata.

Grazie alle soluzioni proposte, si permette di garantire la corrispondenza tra l?azione dei motori e la posa assunta dal terminale articolato, evitando di sensorizzare il terminale articolato, mantenendo il pi? possibile ?a monte? i sensori per rilevare informazione utile al metodo di controllo. Ad esempio, nel settore medico-chirurgico questo consente di mantenere i sensori all?esterno del campo sterile.

Laddove sia previsto un sistema robotico teleoperato master-slave, grazie alle soluzioni proposte si contribuisce a garantire la corrispondenza tra l?azione del dispositivo master e la posa assunta dal terminale articolato del dispositivo slave, minimizzando il ritardo di inseguimento master-slave.

Grazie alle soluzioni proposte, si permette di compensare una componente elastica di detta noncorrispondenza tra l?azione del motore e la posa assunta dal terminale articolato.

Grazie alle soluzioni proposte, si permette di utilizzare in modo preciso e controllato tendini di attuazione lunghi e sottili e soggetti ad una elevata deformazione elastica sulla base della forza impartita dai motori.

Grazie alle soluzioni proposte, si permette di stimare con precisione la posa attuale del terminale articolato mediante un modello dell?azione di trasmissione eseguita dal gruppo di trasmissione sulla base della forza impartita al gruppo di trasmissione come rilevata.

Il metodo secondo l?invenzione ? particolarmente adatto ma non univocamente destinato per controllare un sistema robotico per chirurgia non necessariamente di tipo master-slave.

Il metodo secondo l?invenzione ? adatto per controllare un sistema robotico antropomorfo non necessariamente comprendente falangi robotiche attuate mediante tendini di attuazione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del metodo secondo l?invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- la figura 1 mostra in vista assonometrica un sistema robotico per chirurgia teleoperata, secondo una forma di realizzazione;

- la figura 2 mostra in vista assonometrica una porzione del sistema robotico per chirurgia teleoperata di figura 1;

- la figura 3 mostra in vista assonometrica una porzione distale di un manipolatore robotico, secondo una forma di realizzazione;

- la figura 4 mostra in vista assonometrica uno strumento chirurgico, secondo una forma di realizzazione, in cui in linea tratteggiata sono illustrati schematicamente tendini;

- la figura 5 mostra schematicamente l?attuazione di un grado di libert? di un dispositivo di estremit? articolato di uno strumento chirurgico, secondo un possibile modo di operare;

- le figure 6, 7, 7bis e 7ter illustrano aspetti operativi di una forma di realizzazione del metodo di controllo secondo l?invenzione;

- la figura 8 ? un diagramma di flusso che illustra fasi di un metodo di condizionamento, secondo un possibile modo di operare;

- la figura 9 illustra schematicamente una un attuatore motorizzato, un elemento di trasmissione ed un tendine di uno strumento chirurgico, secondo una forma di realizzazione;

- la figura 10 ? una vista schematica in sezione di una porzione di uno strumento chirurgico e di una porzione di un manipolatore robotico che illustra l?attuazione di un grado di libert? di uno strumento chirurgico, secondo un possibile modo di operare;

- la figura 11 ? una vista assonometrica parzialmente sezionata per chiarezza che illustra un dispositivo di estremit? articolato di uno strumento chirurgico, secondo una forma di realizzazione;

- la figura 12 rappresenta uno schema a blocchi, nel dominio del tempo, di un metodo di controllo/compensazione secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 12bis e 12ter rappresentano due schemi a blocchi, nel dominio della trasformata Z, in due diverse condizioni, di un metodo di controllo/compensazione secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 13 e 14 illustrano alcune condizioni operative e/o stati dello strumento chirurgico su cui pu? essere applicato o inibito lo svolgimento del metodo di controllo/compensazione secondo l?invenzione, in accordo con diversi possibili modi di operare.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure 1-14, viene descritto un metodo di controllo di un dispositivo di estremit? articolato 40 attuato mediante uno o pi? tendini di attuazione di uno strumento chirurgico 20 di un sistema robotizzato per chirurgia.

Il dispositivo di estremit? articolato verr? citato nel seguito anche come ?terminale articolato? o ?endeffector? (terminologia inglese comunemente usata).

Il metodo ? vantaggiosamente eseguibile durante una fase operativa dello strumento chirurgico.

Il metodo si applica ad uno strumento chirurgico 20 che comprende un dispositivo di estremit? 40 articolato e almeno un tendine di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36, configurato per attuare il dispositivo di estremit? articolato 40.

Il metodo si applica ad un sistema robotizzato per chirurgia che comprende, oltre al suddetto strumento chirurgico 20, mezzi di controllo 9 e almeno un attuatore motorizzato 11, 12, 13, 14, 15, 16, operativamente collegabile ad un rispettivo dei suddetti almeno un tendine di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36 per impartire al rispettivo tendine di attuazione un?azione, controllata dai mezzi di controllo 9, in modo da determinare una correlazione univoca tra almeno un movimento di uno degli uno o pi? attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16 e un rispettivo almeno un movimento del dispositivo di estremit? articolato 40.

Il metodo comprende innanzi tutto la fase di rilevare la forza Fm esercitata da almeno uno dei suddetti uno o pi? attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16, durante la suddetta fase operativa dello strumento chirurgico.

Il metodo comprende poi le fasi di stimare, mediante un modello matematico predefinito, sulla base della forza Fm rilevata, una variazione di lunghezza di almeno uno degli uno o pi? tendini di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36, dovuta ad allungamento elastico del tendine di attuazione; e poi di utilizzare la variazione di lunghezza stimata in un controllo in posizione degli uno o pi? attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16.

Tale controllo in posizione comprende impartire un movimento sul suddetto almeno un attuatore motorizzato 11, 12, 13, 14, 15, 16, tenendo conto della stima di variazione di lunghezza del suddetto almeno un tendine di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36, in modo da ridurre o annullare l?errore introdotto dal suddetto allungamento elastico tra la posizione raggiunta dal dispositivo di estremit? articolato 40 e una posizione nominale desiderata del dispositivo di estremit? articolato 40.

Tale posizione nominale desiderata, ad esempio, pu? essere quella che si otterrebbe in assenza di allungamento elastico.

Si osservi che il suddetto effetto tecnico di ridurre o annullare l?errore introdotto dall?allungamento elastico pu? comprendere o corrispondere ad una ?compensazione? di tale errore e/o ad una ?minimizzazione? di tale errore.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui il sistema robotizzato ? un sistema master-slave nel quale lo strumento chirurgico ? un dispositivo slave comandato, secondo una modalit? di controllo, da un dispositivo master del sistema robotizzato, il metodo consente di raggiungere una congruenza cinematica prestabilita tra la posa comandata dal dispositivo master e la posa raggiunta dal dispositivo di estremit? articolato 40 del dispositivo slave (ovvero, in assenza di forze esterne, consente di minimizzare in un tempo finito l?errore tra la posa comandata dal dispositivo master e la posa raggiunta dal dispositivo di estremit? articolato 40 del dispositivo slave).

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui pure il sistema robotizzato ? un sistema masterslave nel quale lo strumento chirurgico ? un dispositivo slave comandato, secondo una modalit? di controllo, da un dispositivo master del sistema robotizzato, la fase di impartire tiene conto della azione di comando effettuata dall?utilizzatore.

Secondo opzioni implementative alternative, il metodo si applica ad un sistema robotico autonomo senza dispositivo master o con dispositivo master disattivato temporaneamente o definitivamente.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo si applica ad un dispositivo master non vincolato (ovvero ?volante? o ?groundless?).

Secondo un?opzione implementativa, il metodo si applica ad un dispositivo master privo di sistema di feedback di forza, per cui l?utente non riceve informazione dal dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui lo strumento chirurgico 20 comprende una pluralit? di tendini di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36, e il sistema robotizzato per chirurgia comprende una rispettiva pluralit? di attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16, la suddetta fase di rilevare una forza viene svolta su una pluralit? o su tutti gli attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16; la suddetta fase di stimare viene svolta con riferimento a una pluralit? o a tutti i tendini di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36; la suddetta fase di impartire viene effettuata su una pluralit? o su tutti gli attuatori motorizzati 11, 12, 13, 14, 15, 16.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende le ulteriore fase di verificare informazioni relative allo stato del sistema robotico; poi, decidere, da parte dei mezzi di controllo 9, se effettuare o meno la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, sulla base di una o pi? condizioni correlate allo stato del sistema robotico; e di effettuare la fase di impartire solo se sono soddisfatte le suddette una o pi? condizioni.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo si applica ad un sistema robotico con un dispositivo master impugnabile, non vincolato, atto ad essere mosso da un operatore e ad essere manipolato dall?operatore secondo un grado di libert? associato alla chiusura e/o presa dello strumento microchirurgico slave.

In un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che quando, durante una teleoperazione, lo strumento chirurgico ? in uno stato di presa, la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, viene inibita per almeno uno degli attuatori motorizzati collegati ad un rispettivo almeno un tendine di attuazione di un grado di libert? di presa.

In un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che quando, durante una teleoperazione, lo strumento chirurgico ? in uno stato di presa, la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato viene diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per almeno uno degli attuatori motorizzati collegati ad un rispettivo almeno un tendine di attuazione di un grado di libert? di presa.

In un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato viene inibita per i due attuatori motorizzati collegati ai rispettivi due tendini di attuazione antagonisti del grado di libert? di chiusura della presa, oppure per i quattro attuatori motorizzati collegati ai quattro tendini di attuazione delle coppie di tendini di attuazione antagonisti dei gradi di libert? di chiusura e di apertura della presa.

In un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato viene diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per i due attuatori motorizzati collegati ai rispettivi due tendini di attuazione antagonisti del grado di libert? di chiusura della presa, oppure per i quattro attuatori motorizzati collegati ai quattro tendini di attuazione delle coppie di tendini di attuazione antagonisti dei gradi di libert? di chiusura e di apertura della presa.

In un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato viene inibita per tutti gli attuatori motorizzati.

In un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, si prevede che la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato viene diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per tutti gli attuatori motorizzati.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo viene eseguito in una fase operativa (qui definita come ?not squeeze?, illustrata in figura 13), in cui la teleoperazione ? attiva e l?operatore movimenta il grado di libert? del dispositivo master associato alla chiusura e/o presa dello strumento microchirurgico slave, all?interno dell?intervallo di movimento master trasferito in corrispondente movimento dell?end-effector e non di forza di presa (angolo di chiusura maggiore di una certa soglia),

Al contrario, il metodo di compensazione ? inibito in una fase (qui definita come ?freeze?) in cui la teleoperazione ? attiva e l?operatore tiene il master oltre soglia di presa (con un angolo di chiusura minore di una certa soglia - condizione di ?squeeze? illustrata in figura 13), mantenendo tuttavia il valore di compensazione allo stesso livello del momento in cui si ? entrati in fase di ?freeze?.

Secondo una forma di realizzazione, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile, non vincolato, atto ad essere mosso da un operatore e ad essere manipolato dall?operatore secondo un grado di libert? associato alla chiusura e/o presa dello strumento microchirurgico slave, si prevede che, al termine di una teleoperazione, quando lo strumento chirurgico ? in uno stato di presa e si vuole che mantenga lo stato di presa (condizione qui definita come ?hold squeeze?), la suddetta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, viene inibita per tutti gli attuatori motorizzati collegati a rispettivi tendini di attuazione.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo prevede che, quando si esce dalla teleoperazione in uno stato non di presa, prima di rientrare in una nuova teleoperazione, la variazione di lunghezza stimata per ciascuno degli uno o pi? tendini di attuazione, nel corso della precedente teleoperazione, viene rimossa.

Secondo un?opzione implementativa, i tali condizioni le azioni di compensazione elastica vengono rimosse riportando cos? lo strumento chirurgico ad una posizione di zero iniziale nota.

In accordo con una forma di realizzazione, ciascuno dei suddetti uno o pi? tendini di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36 ? operativamente collegato sia ad un rispettivo attuatore motorizzato del sistema robotizzato per chirurgia, sia al suddetto dispositivo di estremit? articolato 40, per attuare un rispettivo grado di libert? tra gli uno o pi? gradi di libert? (P, Y, G) del dispositivo di estremit? articolato 40.

Secondo un?opzione implementativa, i gradi di libert? del dispositivo di estremit? articolato 40 comprendono un grado di libert? di beccheggio (detto anche ?pitch?), e/o un grado di libert? di imbardata (detto anche ?yaw?), e/o un grado di libert? di presa (detto anche ?grip?).

In accordo con un?opzione implementativa, in cui almeno uno di detti uno o pi? tendini di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36 attua un grado di libert? rotazionale del dispositivo di estremit? 40 articolato.

In accordo con una forma di realizzazione, la suddetta fase di rilevare la forza esercitata da un attuatore motorizzato 11, 12, 13, 14, 15, 16 viene effettuata mediante un rispettivo sensore di forza o di coppia operativamente collegato al rispettivo attuatori motorizzato.

Secondo un?opzione implementativa, tali sensori sono sensori di forza collocati sull?interfaccia di contatto dei rispettivi motori (ad esempio, dal lato sterile).

Secondo un?opzione implementativa, tali sensori sono sensori di coppia (?torque?).

In accordo con una forma di realizzazione, la fase di rilevare una forza Fm viene eseguita continuativamente, con una frequenza di rilevazione Fr, e il suddetto controllo in posizione degli uno o pi? attuatori motorizzati viene eseguito continuativamente, con una frequenza di controllo di posizione Fcp.

Le suddetta frequenza di rilevazione Fr e frequenza di controllo di posizione Fcp sono impostate in modo da garantire una compensazione dell?allungamento elastico sostanzialmente in tempo reale, rispetto ai tempi di attuazione della teleoperazione, ovvero in tempo reale, con una dinamica non percepibile dall?utente.

Secondo un?opzione implementativa, tali sensori, le suddette frequenza di rilevazione (Fr) e frequenza di controllo di posizione (Fcp) coincidono, e sono comprese in un intervallo tra 100 Hz e 1000 Hz.

In tal caso, quindi, il metodo di compensazione viene svolto ad ogni periodo T, compreso nell?intervallo tra 1 e 10 ms, sulla base di una forza Fm rilevata in corrispondenza dello stesso periodo.

In accordo con una forma di realizzazione, la fase di stimare comprende stimare la variazione di lunghezza di un tendine di attuazione come il rapporto tra il modulo della forza rilevata Fm sul tendine di attuazione e un valore efficace di costante elastica K che pu? essere determinato sperimentalmente, oppure calcolato o prestabilito in modo da garantire stabilit? di risposta del sistema.

In accordo con una forma di realizzazione, la fase di utilizzare la variazione di lunghezza stimata in un controllo in posizione e la fase di impartire un movimento sul rispettivo attuatore motorizzato vengono svolte sulla base della formula:

in cui tale formula ? specifica per ogni attuatore motorizzato e tale quindi da determinare un controllo specifico su ogni attuatore motorizzato.

Nella formula sopra indicata, u ? la posizione che viene comandata all?attuatore motorizzato, Kel ? la costante elastica del tendine di attuazione (nel seguito, tale costante elastica, se determinata sperimentalmente, verr? anche indicata come K_exp), ? ? un parametro moltiplicativo.

Secondo un?opzione implementativa, il parametro moltiplicativo ? ? maggiore di 1, in modo che il valore efficace di costante elastica utilizzato nel calcolo sia maggiore del valore della costante elastica del tendine di un fattore pari al suddetto parametro moltiplicativo ? , facendo s?, quindi, che il valore efficace della costante elastica del tendine K sia sovrastimato, e dunque maggiore, della costante elastica Kel dello stesso tendine di attuazione.

Nella suddetta forma di realizzazione, un aspetto importante riguarda il rapporto tra la costante elastica identificata sperimentalmente (Kel, o K_exp) e la costante elastica K utilizzata all?interno del modello, definita anche come ?valore efficace di costante elastica K?.

In particolare, in tale forma di realizzazione, come sopra illustrato, il valore K usato nell?algoritmo deve essere maggiore del valore determinato sperimentalmente, k_exp, per esigenze di convergenza dell?algoritmo.

Il suddetto parametro ? definisce un rapporto tra K e K_exp compreso in un intervallo tra 100% e 150%, e preferibilmente da 10% a 50%.

Secondo un?opzione implementativa, tale parametro moltiplicativo ? compreso tra 0.7 e 1.5.

Secondo un?opzione implementativa delle suddette forme di realizzazione, il suddetto valore efficace di costante elastica K, e quindi anche il parametro moltiplicativo ?, sono determinati in modo variabile, in dipendenza dello stato del sistema robotico, e/o delle condizioni spaziali in cui trovano il dispositivo master e/o il dispositivo slave e/o del tempo di permanenza in teleoperazione.

In altri termini, K pu? variare a seconda del tempo di permanenza in teleoperazione, o a seconda del punto dello spazio di lavoro (master o slave) in cui ci si trova; oppure per variare un compromesso tra congruenza e stabilit? del sistema. Il valore di K pu? essere ri-stimato durante la teleoperazione: ad esempio, a grandi incrementi repentini di forza, il valore di K pu? essere variato/aggiustato per esigenze di stabilit?.

Il valore di K pu? essere regolato per via empirica, indipendentemente dal valore di rigidezza elastica del tendine reale. Ad esempio, il valore di K pu? venire scelto su base sperimentale per tenere conto delle dispersioni del sistema tendine-strumento (ad esempio dovute ad attriti di scorrimento locali su un tratto del tendine) e quindi il valore di K non necessariamente ? in relazione con la costante elastica reale del tendine se considerato da solo.

Secondo una opzione implementativa, il valore di K ? una sottostima del valore della costante elastica del tendine se considerato da solo.

Secondo una opzione implementativa, il valore di K ? scelto sperimentalmente in maniera arbitraria allo scopo di garantire sperimentalmente la stabilit? del sistema.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo di compensazione viene eseguito in presenza di valori di forze rilevate minori di 40 N.

Si noti che, secondo diverse possibili opzioni implementative relative all?intervallo di forza rilevata continuativamente Fm, l?algoritmo pu? lavorare su tutto lo spettro. In un?opzione implementativa, in cui il metodo ? applicato ad un sistema robotico per micro-chirurgia, esso viene eseguito in presenza delle basse forze presenti in tale contesto, cio? forze minori di 40N, ad esempio dell?ordine dei 10N.

Il vantaggio di tale opzione implementativa ? quello di garantire compensazione in esercizio.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo si applica ad uno strumento chirurgico 20 che comprende inoltre almeno un elemento di trasmissione 21, 22, 23, 24, 25, 26 collegato operativamente ad un rispettivo almeno un tendine di attuazione 31, 32, 33, 34, 35, 36, ed ? operativamente collegabile ad un rispettivo attuatore motorizzato 11, 12, 13, 14, 15, 16.

In tal caso, quindi, lo strumento chirurgico comprende una pluralit? di ?gruppi di trasmissione?, ciascuno comprendente un tendine di attuazione ed un pistone, in cui di preferenza il tendine ? fissato al pistone, e il rispettivo attuatore motorizzato agisce impartendo uno spostamento sul pistone del gruppo di trasmissione.

Secondo un?opzione implementativa, lo strumento chirurgico comprende 6 gruppi di trasmissione, e cio? 6 tendini, 6 attuatori motorizzati e 6 pistoni.

Secondo un?opzione implementativa, ogni gruppo di trasmissione (cio? ogni catena motore-pistone-tendine) ? gestita individualmente.

Secondo un?altra opzione implementativa, i gruppi di trasmissione antagonisti (e dunque i tendini antagonisti) sono gestiti in coppia.

In accordo con una opzione implementativa, la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza comprende controllare il movimento di ognuno degli attuatori motorizzati in modo che il movimento degli elementi di trasmissione includa una compensazione dovuta all?allungamento o rilassamento dei rispettivi tendini di attuazione, sulla base sia della stima di variazione di lunghezza di ognuno dei tendini di attuazione, sia del modulo e della rigidezza di detti tendini di attuazione.

Secondo una opzione implementativa, nel sistema robotico ? definita una condizione di zero cinematico di riferimento, associando un punto di zero virtuale rispetto a cui verranno riferiti i movimenti impartiti dai mezzi di controllo agli attuatori motorizzati rispetto ad una posizione di riferimento memorizzata. In tal caso, la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza su ciascuno di detti elementi di trasmissione comprende calcolare uno zero cinematico corretto, che tiene conto della compensazione effettuata.

In accordo con una opzione implementativa, la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza su ogni elemento di trasmissione comprende applicare all?elemento di trasmissione una forza mediante un doppio anello retroazionato, in cui una correzione di compensazione elastica inserita in parallelo allo spostamento dell?attuatore motorizzato dovuto a una cinematica di movimento.

In accordo con una forma di realizzazione, nel caso in cui gli attuatori motorizzati sono attuatori motorizzati passo-passo (?stepper motor?), il controllo in posizione viene effettuato attraverso un controllo in velocit?, che, essendo nota un?unit? di tempo di lavoro, determina il controllo in posizione.

In un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, il controllo in velocit? e in posizione viene effettuato mediante un anello di controllo retroazionato, con un parametro di guadagno Kp dimensionato in modo da garantire la convergenza della compensazione con costante di tempo inferiore ad un tempo di convergenza massimo.

Secondo un esempio implementativo, tale tempo di convergenza massimo ? inferiore al secondo, e, preferibilmente, compreso nell?intervallo tra 100 ms e 200 ms.

Secondo un?opzione implementativa, il controllo in velocit? comprende una componente cinematica e una componente dinamica di compensazione.

La componente dinamica di compensazione riceve in ingresso la forza rilevata Fm, calcola lo spostamento stimato perso a causa della elasticit? del tendine di attuazione, in accordo con la formula precedentemente indicata, e, mediante un controllore proporzionale sintonizzato in modo da avere una dinamica conforme ai requisiti di stabilit?, genera un contributo di compensazione in velocit? che viene sommato a detta componente cinematica di velocit?.

La somma dei suddetti contributi cinematico e dinamico di velocit? viene fornita in ingresso all?attuatore motorizzato da controllare.

I controllori della componente cinematica e della componente dinamica sono preferibilmente in parallelo.

In accordo con una forma di realizzazione, il controllo in posizione e/o in velocit? viene effettuato in modo comune tra una pluralit? di attuatori motorizzati, ad esempio eseguendo un controllo congiunto su ogni coppia di tendini antagonisti, sulla base di un valore efficace comune di costante di elasticit?, dipendente da condizioni quali la posizione del dispositivo master o slave, e/o l?invecchiamento o lo stato del sistema robotico.

Secondo una forma di realizzazione, il controllo in posizione e/o in velocit? viene effettuato solo se la forza rilevata Fm ? inferiore ad un valore di forza operativa massima Fmax, e l?esecuzione del metodo viene inibito quando anche uno solo degli attuatori motorizzati rileva una forza maggiore di take forza operativa massima Fmax.

Infatti, in tal caso, si impone una forza massima utilizzabile per limite di sicurezza per evitare che l?algoritmo diverga, cio? per assicurare convergenza.

Come sopra spiegato, in alternativa, un controllore pu? agire su molti tendini e tener conto dello stato dell?intero sistema di controllo.

In una forma realizzativa, l?algoritmo si disattiva quando uno solo dei motori ? sopra una certa soglia.

Secondo una forma di realizzazione, i parametri della compensazione di allungamento vengono determinati in modo controllato e variabile in dipendenza della posa del dispositivo di estremit? articolato 40 per tener conto dei diversi attriti correlati alle diverse pose.

Ad esempio, l?angolo di avvolgimento dei tendini sui link dell?end effector pu? essere diverso tra un tendine e l?altro antagonista, ad esempio quando ci si trova in prossimit? di finecorsa di un grado di libert? di ?yaw?. In tale forma di realizzazione, ogni tendine scorre su superfici curve convesse dei link definendo un percorso di contatto; la somma di tutti i percorsi di contatto di un tendine sulle superfici curve convesse di tutti i link (tranne il link a cui ? fissato) in un certo momento definisce un angolo di avvolgimento.

Quindi, la forza di attrito link-tendine tra due tendini antagonisti di una coppia non ? sempre uguale e varia sulla base della posa del polsino. L?algoritmo riconosce la posa del polsino e compensa quindi l?elasticit? su un tendine diversamente dall?altro

In questa forma di realizzazione, l?algoritmo ? in grado di legare la determinazione di un valore variabile K e/o l?inibizione o funzionamento della compensazione e/o l?utilizzo del metodo di compensazione su un tendine piuttosto che un altro sulla base della posizione cinematica nota o calcolata del polsino (end-effector).

In un?opzione implementativa, si memorizzano dati sperimentali e/o si modellizza matematicamente al calcolatore la forza attesa su ciascun tendine a seconda della posa del polsino a causa degli attriti di scorrimento.

Nel caso in cui venga urtato o spostato un oggetto (determinando un aumento delle forze esterne agenti sull?end-effector), la forza rilevata relativa ad almeno un tendine di una coppia aumenta senza attivazione del grado di libert?. In tal caso, secondo esempi implementativi, il metodo pu? cambiare K e/o inibire il funzionamento della compensazione e/o utilizzare il metodo di compensazione su un tendine piuttosto che un altro.

Pi? in generale, in un esempio di implementazione, si determina se un aumento di forza letto da un sensore su un attuatore motorizzato ? dovuto al movimento del polsino o dovuto a forze esterne, e si adatta la compensazione di conseguenza.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo si applica a tendini di attuazione polimerici formati preferibilmente da fibre polimeriche intrecciate.

Secondo una forma di realizzazione, il sistema robotico ? un sistema robotico per teleoperazione microchirurgica, e lo strumento chirurgico ? uno strumento micro-chirurgico.

Con riferimento ancora alle figure 1-14, verranno fornite nel seguito ulteriori dettagli, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ad alcune particolari forma di realizzazione del metodo.

Si osservi innanzi tutto che, durante la teleoperazione, l?utente ? in grado di controllare lo strumento grazie alla relazione cinematica che associa lo spostamento di un dispositivo master allo spostamento degli attuatori motorizzati (ad esempio, sei attuatori motorizzati lineari alloggiati nel motorbox).

La controllabilit? dello strumento ? inoltre garantita dall?accoppiamento meccanico tra i suddetti attuatori motorizzati e i corrispettivi pistoni presenti sul back-end dello strumento stesso.

Si prefigura quindi una procedura, chiamata ?ingaggio? dello strumento, che garantisce la corretta riuscita di tale accoppiamento. La procedura di ingaggio ? condizione necessaria per ogni operazione di controllo dello strumento stesso.

In questa forma di realizzazione, gli attuatori lineari presenti nel motorbox sono in grado di controllare tre gradi di libert? (i gi? sopra menzionati ?Yaw?, ?Pitch? e ?Grip?) presenti nel polsino (ovvero end-effector, ovvero terminale articolato) dello strumento chirurgico, tramite un opportuno sistema di trasmissione composto da un sistema di tendini.

In particolare, la parte controllabile dello strumento microchirurgico ? composta da due punte, aventi un grado di libert? in comune (Pitch) e un grado di libert? proprio di ogni punta (Yaw). In questa rappresentazione, il grado di libert? Grip pu? essere dunque definito come la differenza tra i valori comandati di Yaw delle due punte dello strumento microchirurgico.

In tale meccanismo, l?accoppiamento tra pistoni e polsino dello strumento ? effettuato tramite due tendini antagonisti per ognuno dei gradi di libert? precedentemente descritti: due tendini antagonisti per il controllo del grado di libert? di ?Pitch? (in comune tra le due punte), e due tendini antagonisti per il controllo del grado di libert? di ?Yaw? di ognuna delle due punte.

In prima approssimazione, la legge cinematica che lega i sei pistoni dello strumento alle punte dello strumento considera i pistoni del motorbox collegati alle due punte dello strumento microchirurgico tramite tendini inestensibili. Come gi? osservato nella precedente descrizione, l?accuratezza di modello necessaria ad un controllo performante e robusto dello strumento richiede di considerare che i tendini siano soggetti a deformazioni reversibili e irreversibili ogni qual volta sollecitati.

In particolare, il modello di attuazione utilizzato prevede che i pistoni dello strumento siano attuati dai sei motori tramite un accoppiamento meccanico dedicato che trasforma direttamente lo spostamento di un motore nello spostamento del relativo pistone. A causa degli attriti interni dello strumento non trascurabili, lo spostamento di un motore si traduce nell'applicazione di una forza sul relativo pistone. Questo comando si traduce in allungamento ciclico del tendine associato.

Pur trascurando le componenti dinamiche del moto e la presenza di forze esterne, dalla sola analisi del sistema all?equilibrio statico si evince che un sistema di controllo atto a controllare i gradi di libert? dello strumento debba tener conto delle seguenti componenti sommate tra loro:

- spostamento dei pistoni tale da far raggiungere al polsino la configurazione desiderata;

- la presenza di uno spostamento del suddetto pistone atto a compensare le elongazioni del cavo.

Nella presente forma di realizzazione, si descrive, a titolo di esempio, un algoritmo che ha come obiettivo la congruenza cinematica tra dispositivi master e slave compensando l?allungamento elastico dei suddetti tendini e rispettando le condizioni di stabilit? interne ed esterne.

In questo contesto si presuppone che la componente plastica sia trascurabile o comunque compensata da altri componenti del sistema di controllo opportunamente disegnati.

L?algoritmo si basa sull?osservabilit? della forza applicata dall?attuatore e dalla compensazione in anello aperto ed in tempo reale della perdita elastica calcolata in accordo alla legge di Hooke. Secondo un?opzione implementativa, l?algoritmo agisce durante la fase di teleoperazione del robot.

In accordo con le assunzioni fatte nei precedenti paragrafi, ognuno dei sistemi motore-pistone-tendine pu? essere considerato come un sistema isolato e modellato graficamente come in figura 7ter. In prima approssimazione non vengono considerate forze esterne sulla punta o quelle causate dal tendine antagonista.

In particolare, il motore ? opportunamente dimensionato e controllato con una dinamica molto pi? veloce del modello in esame cosicch? la dinamica del motore possa essere modellata con uno spostamento puro in posizione. In questo contesto, a uno spostamento comandato u del motore corrisponde una forza Fp applicata sul pistone. La forza di reazione Fm = -Fp subita dal motore durante il movimento viene quindi acquisita da un opportuno sensore di forza posto sulla superficie di contatto tra motore e pistone. Si assume che l?accoppiamento motorepistone sia sempre garantito.

Il pistone trasferisce dunque la forza Fp sul tendine, che, lavorando in trazione, trasferisce il moto sulla punta dello strumento microchirurgico, dove la forza Fp (agente sulla superficie esterna di un giunto rotoidale di raggio non nullo solidale con la punta dello strumento) ? bilanciata da una coppia Ma riassuntiva delle forze di attrito presenti sul giunto rotoidale finale.

Facendo riferimento alla Figura 5, poich? l?attrito introdotto dai cuscinetti a sfere (indicati come cerchi nella figura) ? trascurabile rispetto a Fp, allora si pu? considerare la forza nel tratto di cavo tra i cuscinetti identica a quella del tratto di cavo verso il polsino.

Poich? il tratto terminale di cavo (compreso tra il giunto di pitch del polso e il nodo terminale) ? tipicamente due ordini di grandezza inferiore rispetto alla lunghezza totale del cavo, allora l?allungamento di tale tratto terminale ? trascurabile. Quindi si possono considerare la costante elastica del tendine Kel e la forza Fm costanti lungo tutto il cavo, e l?allungamento si calcola come |Fm|/Kel:

r = u ? |Fm|/Kel (1)

in cui Kel ? la costante elastica del tendine, calcolata in questo caso come Kel = E A L (dove E=modulo di Young, A=sezione del cavo, L=lunghezza del cavo), e dove r ? il movimento effettivo della punta.

In una forma realizzativa, ? possibile considerare Kel costante nonostante il tendine polimerico sia soggetto a ciclismo per il particolare metodo di attuazione, e quindi ad essere governato da un Kel variabile. Ci? ? dovuto al fatto che, sempre per il particolare tipo di attuazione, ogni grado di libert? ? controllato da due tendini antagonisti dove ? possibile affermare che solamente il tendine associato al motore di spinta contribuisce allo spostamento effettivo nella direzione desiderata mentre l?antagonista ? posto a forze trascurabili onde evitare una componente di forza opposta al moto. ? quindi possibile approssimare il valore di Kel ad un valore costante che rispecchia il fronte in salita del ciclo di isteresi caratteristico della fibra polimerica in oggetto.

|Fm| ? il modulo della forza applicata dal pistone e misurata da un opportuno sensore di forza, u ? la posizione comandata dal motore ed r ? lo spostamento di un punto sulla superficie esterna del giunto non nullo legato alla rotazione angolare della punta y dalla relazione y=r/R, con R raggio del giunto rotoidale.

A partire dall?equazione (1) si ottiene:

y = (u - |Fm|/Kel) / R (2) In questo contesto, lo scopo dell?algoritmo di controllo ? fornire al motore un?opportuna posizione di controllo u tale da:

1. ridurre al minimo l?errore tra posizione desiderata x e la posizione finale r; inoltre, ? necessario garantire la stabilit? asintotica della posizione finale r, nonch? la sua raggiungibilit? in un tempo finito;

2. garantire la stabilit? interna del sistema (u e Fm finiti) nel caso limite in cui, per intervalli di tempo arbitrariamente lunghi, alla variazione di posizione target desiderata non si abbia alcun movimento dell?endeffector, a causa ad esempio della presenza di forze esterne o dalla prevalenza di attrito statico.

Senza perdita di generalit?, si presuppone l?attuatore comandato tramite controllo discreto in velocit?. La dinamica di controllo dell?attuatore pu? essere considerata molto pi? veloce della dinamica del sistema in esame, pertanto in ogni istante t (multiplo del tempo discreto di esecuzione dell?algoritmo) la posizione u pu? essere considerata pari all?integrale nel tempo delle velocit? v mandate fino a quel momento al motore.

In figura 12 l?algoritmo di controllo ? presentato nel caso di Delta_r ? 0 (sistema in movimento). In maniera analoga, nel caso di Delta_r = 0, l?equazione presente nel blocco Sistema Fisico sar? del tipo Fm = Kel u.

L?algoritmo proposto, modellizzato in discreto nello spazio della trasformata Z, si presenta quindi come illustrato in figura 12bis, nel caso in cui Delta_r ? 0, e come illustrato in figura 12ter, nel caso in cui Delta_r = 0.

Si osservi che l?algoritmo, nella forma di realizzazione qui descritta, non presuppone la conoscenza del fatto che l?end-effector sia fermo o in movimento, ma procede secondo i passi qui di seguito illustrati. Le figure 12, 12bis e 12ter devono quindi essere intese semplicemente come una modellizzazione illustrativa descritta nello spazio della trasformata Z.

In questa forma di realizzazione, l?algoritmo proposto ? da intendersi in esecuzione su ognuno dei sistemi motore-pistone-trasmissione-tendine in maniera indipendente l?uno dall?altro.

L?algoritmo consiste dunque nei seguenti passi.

A) Acquisizione in tempo reale del modulo della forza |Fm| esercitata dal motore sul pistone, ad esempio mediante una cella di carico posta sulla superficie di contatto tra motore e pistone.

B) Presupponendo che l ? allungamento subito dal tendine sia di solo tipo elastico, esso ? calcolato come:

?_stretch=(|Fm|)/K, con K costante elastica del tendine stimata sperimentalmente precedentemente (nella forma preferita K = ? k_exp, ove 0.7 >? > 1.5, e quindi con sottostima o sovrastima della costante elastica ottenuta sperimentalmente).

C) Il valore ?_stretch ottenuto ? utilizzato come riferimento per un controllore proporzionale che ad ogni ciclo di controllo restituisce la velocit? Vstr(z) componente in feed-forward da sommarsi alla traiettoria cinematica comandata in modo da compensare l?elongazione del tendine. Si pu? dimostrare che un controllore proporzionale opportunamente tarato ? condizione sufficiente per ottenere stabilit? del sistema cos? modellato.

Infine, in questa forma di realizzazione, la gestione dell?attivazione e disattivazione dell?algoritmo ? basata sulla macchina a stati descritta nei paragrafi seguenti.

I parametri in gioco sono i seguenti.

K - Costante elastica stimata del tendine (sopra definita anche come ?valore efficace di costante elastica) La costante elastica ? un parametro critico in quanto, in accordo con il modello proposto, per garantire che la variabile di controllo u(z) sia limitata ? necessario che il valore sia superiore a quello reale (ricavato sperimentalmente) k_exp.

In particolare, si prenda in considerazione il caso in cui la coppia Me compensi o superi la coppia prodotta dalla forza Fm (nessun movimento dell?end-effector, dovuto ad esempio dalla presenza di un forte attrito statico o dalla presenza attiva del tendine antagonista, o di una forza esterna che agisce sull?end-effector). In questa condizione, la forza Fm ? dipendente dall?allungamento del cavo, e quindi

Fm = -K u

dove K = ? k_exp. Quindi la forza misurata dal sensore ? Fm = ? k_exp u, in cui ?>1, da cui il comando al motore u= Fm/( ? k_exp).

In accordo con il modello illustrato in Figura 12 ter, ? possibile esprimere la variabile controllata u(z) in funzione dell?ingresso xkine(z). La funzione di trasferimento nello spazio della trasformata Z del sistema formato da Controllore, Attuazione e Sistema Fisico ? la seguente:

avente un singolo polo in

In accordo con lo studio dell?analisi dei sistemi discreti, tale funzione di riferimento risulta stabile nel caso in cui i suoi poli siano interamente contenuti nel cerchio unitario, cio? quando vale la relazione:

che nel caso di K_p >0 ? rispettata per valori K >k_exp. All?aumentare di K aumenta inoltre il margine di stabilit? del sistema. Il significato fisico di avere un K superiore a quello reale k_exp equivale a compensare meno elongazione di quella presente all?interno del sistema fisico.

La valutazione dell?errore introdotto dalla differenza K ? k_exp pu? essere effettuata analizzando l?andamento dell?errore nel caso in cui Delta_r ? 0 (si consideri la figura 12bis): e = r - u

In questo contesto, ? possibile esprimere l?errore

come sistema MISO funzione della posizione Xkine(z) e della forza Fm(z):

con

ovvero

Per variazioni discrete di ???(??)? , ? possibile valutare l?entit? dell?errore utilizzando il teorema del valore finale, ovvero

in cui si evince che si ottiene una completa compensazione dell?errore solo per K = k_exp. In questo scenario, secondo l?algoritmo proposto, la scelta di K dipende dal compromesso tra la quantit? di elongazione del tendine compensata e robustezza dell?algoritmo stesso.

L?aggiustamento fine di tale parametro dipende dunque da considerazioni empiriche date dalla variazione del sistema fisico reale rispetto al modello utilizzato nonch? dall'incidenza dalle forze in gioco che si contrappongono al moto della punta dello strumento microchirurgico.

Si noti che la dinamica del sistema rispecchia, in prima approssimazione, quella di un sistema del primo ordine, ovvero un'opportuna scelta dei parametri di controllo garantir? la convergenza monotona della posizione al target desiderato.

Infine, si osservi che, a causa della natura del sistema controllato, non ? possibile conoscere a priori la forza Fm finale al quale l?algoritmo andr? a convergere. Tale valore Fm converge dunque ad un valore di forza funzione della dinamica della traiettoria applicata, delle caratteristiche fisiche di allungamento plasto-elastico, dei disturbi esterni al sistema e degli attriti interni al sistema.

In alternativa o in aggiunta, come sopra menzionato, la costante K pu? essere scelta per via empirica indipendentemente dal valore della costante elastica reale del tendine. Di conseguenza, il valore del parametro moltiplicativo ? pu? essere minore di 1, e ad esempio compreso tra 0.7 e 1. In una forma realizzativa, il valore del parametro moltiplicativo ? appartiene all?intervallo 0,7 - 1.5.

K_p: velocit? di convergenza dell?algoritmo.

Con riferimento alle equazioni del paragrafo precedente, ? evidente che, nel caso di superamento dell?attrito statico, la funzione di trasferimento SYS2(z) ha un unico polo presente in posizione 1 - K_p. In questo contesto:

0 < K_p < 2 per rendere il sistema di controllo stabile.

La velocit? di convergenza aumenta per K_p ? 1. All?aumentare della velocit? di convergenza diminuisce tuttavia il margine di fase del sistema.

Nel caso di non superamento dell?attrito statico, la funzione di trasferimento SYS1(z) ha un unico polo presente in posizione

In questo contesto, per K_p ? 1 la dinamica risulta dominata dal rapporto (k_exp)/K (in cui a valori crescenti di K corrisponde una maggiore velocit? di convergenza ottenuta a scapito della precisione dell?algoritmo stesso). Per K_p piccoli, la dinamica dell?algoritmo risulta prevalentemente governata da K_p.

Dalle considerazioni fatte nei precedenti paragrafi ? dunque evidente che, data la natura dell?algoritmo, non ? possibile compensare il 100% dell?allungamento elastico se si vuole convergere ad una forza data in un tempo finito. La scelta del guadagno K_p e dell?accuratezza della stima K rispondono sia a criteri di stabilit? che alla garanzia di un tempo di convergenza che rispecchi i requisiti temporali di usabilit? della teleoperazione master-slave.

Un algoritmo eccessivamente lento comprometterebbe l?intuitivit? della risposta dello strumento microchirurgico ai comandi forniti dall?operatore. Si noti che i parametri controllabili v(z) e u(z) (rispettivamente velocit? e posizione istantanea dell?attuatore) sono soggetti ai vincoli fisici di ampiezza e di banda propri del sistema di attuazione considerato. In maniera analoga, l?osservabilit? della variabile F_m (forza fornita da un attuatore al tempo t) ? soggetta alle limitazioni fisiche dello strumento di misura scelto. Infine, l?entit? della forza F_m deve essere sufficientemente piccola da non influenzare la dinamica del sistema di attuazione, in prima approssimazione comandato in pura posizione. In questo contesto, la scelta dei parametri K e K_p dovr? inoltre tener conto dei vincoli sopra elencati.

Al fine di aumentare la robustezza dell?algoritmo a dinamiche non modellate, viene inoltre introdotto il parametro Max Force che definisce l?intervallo della variabile F_max entro la quale l?algoritmo ? in grado di lavorare.

Tali dinamiche non modellate rientrano nelle seguenti famiglie:

- attrito del tendine lungo l?intera trasmissione dello strumento e non interamente applicato nel punto finale;

- applicazione di una forza diretta sul tendine come risultato di una coppia applicata alle punte dello strumento;

- elongazioni reversibili e irreversibili del tendine non aderenti alla legge di Hooke; l?influenza di tali componenti pu? essere mitigata introducendo ulteriori componenti di compensazione in anello aperto e, in maniera analoga a quanto fatto, studiano la stabilit? del sistema di controllo complessivo.

Si riporta a titolo di esempio un possibile setup di configurazione. Tale setup, oltre che dipendente dai parametri riportati nei paragrafi precedenti, ? univocamente associato a un tipo/classe di strumento microchirurgico. L?identificazione di tale setup avviene sperimentalmente tenendo conto dei criteri enunciati nei paragrafi precedenti:

Kp = 0.02

K = 25 N/mm

Max Force = 14N.

Gestione dell?attivazione dell?algoritmo

Una delle peculiarit? dello strumento in oggetto ? la capacit? di poter afferrare una sutura chirurgica. Il concetto di presa ? realizzato tramite la chiusura contemporanea delle due punte appartenenti allo strumento microchirurgico.

In questo contesto, la forza di presa viene generata comandando il grado di libert? di Grip dello strumento che altro non ? che il controllo speculare dei gradi di libert? di Yaw di ognuna delle due punte del sistema microchirurgico verso degli obiettivi non raggiungibili dalla cinematica dello strumento stesso (in quanto richiederebbero la compenetrazione reciproca delle punte stesse e quindi la rottura dei vincoli cinematici). Il sistema si comporta quindi come un controllo di forza in anello aperto in cui l?impedenza meccanica dei due tendini ? utilizzata per determinare la forza di presa in funzione della variabile di controllo u(z).

In questo contesto, perde di significato la necessit? di compensare elongazioni del cavo, in quanto proprio tali elongazioni saranno causa scatenante della forza presente all?end-effector.

A seguito delle considerazioni sopra riportate, ? importante assicurarsi che l?algoritmo non interferisca in modo peggiorativo alla qualit? della presa. A questo scopo, verranno qui di seguito analizzate le fasi di operabilit? dello strumento in cui l?algoritmo pu? essere utilizzato.

Le fasi (o stati) di operabilit? dello strumento possono essere riassunte come qui di seguito riportato.

HOLD: ? lo stato in cui lo strumento ? ingaggiato ovvero in cui vi ? continuit? cinematica tra sistema di attuazione presente del motorbox e i pistoni alloggiati nello strumento. In tale stato l?utente non ha il controllo diretto sullo strumento. I motori esercitano e mantengono una forza F_0 sui pistoni. La posizione cinematica dell?end-effector viene cos? mantenuta a scanso di forze esterne agenti sulle punte.

OPERATION: ? lo stato in cui l?operatore ha il controllo diretto del dispositivo slave tramite l?utilizzo di un apposito dispositivo master, ovvero l?operatore ? in grado di movimentare a proprio piacimento la punta dello strumento microchirurgico. In particolare, come raffigurato in Figura 13, l?utente ha la capacit? di modulare la forza di presa portando l?apertura del dispositivo master all?interno dell?intervallo di presa detta regione di ?Operation Squeeze?. Tale stato ?Operation Squeeze? pu? essere suddiviso in due sottostati denominati:

- Operation Not Squeeze: la teleoperazione ? attiva e l?operatore tiene il dispositivo master sopra la soglia di presa;

- Operation Squeeze: la teleoperazione ? attiva e l?operatore tiene il dispositivo master all?interno della soglia di presa.

L?algoritmo di compensazione elastica ? attivo nello stato denominato ?Operation Not Squeeze?. Nello stato di ?Operation Squeeze? la componente in Feed-Forward introdotta dall?algoritmo viene congelata, cio? non ? possibile variare l?offset in posizione fornito dall?algoritmo fino al ritorno alla fase di ?Operation No Squeeze?.

In una soluzione realizzativa in cui i due motori specifici che partecipano alla corrispettiva punta di chiudersi verso l?interno dello strumento il congelamento dell?offset ? necessario in quanto l?algoritmo, come descritto precedentemente converge ad un valore di forza arbitrario e quindi risulterebbe ostacolare il raggiungimento della forza necessaria alla presa.

? possibile uscire dallo stato di ?Operation? tramite comando diretto dell ? operatore che vuole interrompere il controllo diretto del dispositivo slave. L ? abbandono dello stato di ? Operation ? comporta la transizione verso lo stato di ?Hold? attraversando lo stato ?Release? (nel caso ci si trovi nel sottostato ?Operation Not Squeeze?) o ?Freeze? (nel caso ci si trovi nel sottostato ?Operation with Squeeze?).

RELEASE: stato intermedio nella transizione da Operation Not Squeeze a HOLD. In questo stato la componente di posizione cinematica dei motori viene preservata rimuovendo invece la componente di compensazione elastica da ogni motore, in modo da poter riprendere la teleoperazione in condizioni dinamiche ripetibili.

- FREEZE: stato intermedio nella transizione da Operation Squeeze a HOLD. In questo stato i motori vengono congelati nella posizione attuale in modo da mantenere la forza di presa durante la fase di HOLD successiva. In un?altra opzione implementativa, la fase di FREEZE comporta il passaggio ad un controllo puramente di forza sui tendini che partecipano cinematicamente alla presa.

Nella Figura 14 viene riportato un diagramma che rappresenta gli stati precedentemente descritti e il passaggio da uno stato ad un altro.

Come si pu? osservare in tale figura, l?algoritmo di compensazione elastica ? attivo solamente durante la fase di teleoperazione (Operation). Quando l?utente controlla lo strumento utilizzando il master nel range di ?Operation Not Squeeze?, l?algoritmo ? attivo su ogni motore, mentre se l?utente si trova in teleoperazione utilizzando il master nel range di ?Operation Squeeze? il contributo di posizione della compensazione elastica dei due motori che contribuiscono alla chiusura delle punte viene congelato all?ingresso nello stato e l?algoritmo viene disattivato su quei motori. Al successivo ingresso in ?Operation Not Squeeze? l?algoritmo viene riattivato su tutti i motori.

Come si pu? constatare, gli scopi della presente invenzione, come precedentemente indicati, sono pienamente raggiunti dal metodo sopra divulgato, in virt? delle caratteristiche sopra descritte in dettaglio, e come ampiamente illustrato nella precedente sezione ?Sommario dell?invenzione?.

Alle forme di realizzazione del metodo sopra descritto, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potr? apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione pu? essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

LISTA DEI RIFERIMENTI NUMERICI

Claims (32)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo di un dispositivo di estremit? articolato (40) attuato mediante uno o pi? tendini di attuazione di uno strumento chirurgico (20) di un sistema robotizzato per chirurgia, eseguibile durante una fase operativa dello strumento chirurgico, in cui lo strumento chirurgico (20) comprende un dispositivo di estremit? (40) articolato e almeno un tendine di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36), configurato per attuare il dispositivo di estremit? articolato (40), e in cui il sistema robotizzato per chirurgia comprende, oltre a detto strumento chirurgico (20), mezzi di controllo (9) e almeno un attuatore motorizzato (11, 12, 13, 14, 15, 16), operativamente collegabile ad un rispettivo di detti almeno un tendine di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36) per impartire al rispettivo tendine di attuazione un?azione, controllata dai mezzi di controllo (9), in modo da determinare una correlazione univoca tra almeno un movimento di uno degli uno o pi? attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16) e un rispettivo almeno un movimento del dispositivo di estremit? articolato (40), in cui il metodo comprende le fasi di: - durante detta fase operativa, rilevare la forza (Fm) esercitata da almeno uno di detti uno o pi? attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16); - stimare, mediante un modello matematico predefinito, sulla base della forza (Fm) rilevata, una variazione di lunghezza di almeno uno di detti uno o pi? tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36), dovuta ad allungamento elastico del tendine di attuazione; - utilizzare la variazione di lunghezza stimata in un controllo in posizione degli uno o pi? attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16), in cui detto controllo in posizione comprende: - impartire un movimento su detto almeno uno di detti uno o pi? attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16) tenendo conto della stima di variazione di lunghezza di detto almeno uno di detti uno o pi? tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36), in modo da ridurre o annullare l?errore introdotto da detto allungamento elastico tra la posizione raggiunta dal dispositivo di estremit? articolato (40) e una posizione nominale desiderata del dispositivo di estremit? articolato (40).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema robotizzato ? un sistema master-slave nel quale lo strumento chirurgico ? un dispositivo slave comandato, secondo una modalit? di controllo, da un dispositivo master del sistema robotizzato, in cui il metodo, in assenza di forze esterne, consente di minimizzare in un tempo finito l?errore tra la posa comandata dal dispositivo master e la posa raggiunta dal dispositivo di estremit? articolato (40) del dispositivo slave, e/o in cui la fase di impartire tiene conto della azione di comando effettuata dall?utilizzatore.
3. 3. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-2, in cui lo strumento chirurgico (20) comprende una pluralit? di tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36), e il sistema robotizzato per chirurgia comprende una rispettiva pluralit? di attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16), in cui detta fase di rilevare una forza viene svolta su una pluralit? o su tutti gli attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16), detta fase di stimare viene svolta con riferimento a una pluralit? o a tutti i tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36), detta fase di impartire viene effettuata su una pluralit? o su tutti gli attuatori motorizzati (11, 12, 13, 14, 15, 16).
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le ulteriori fasi di: - verificare informazioni relative allo stato del sistema robotico; - decidere, da parte dei mezzi di controllo (9), se effettuare o meno detta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, sulla base di una o pi? condizioni correlate allo stato del sistema robotico; - effettuare detta fase di impartire solo se sono soddisfatte dette una o pi? condizioni.
5. 5. Metodo la rivendicazione 4, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile, non vincolato, atto ad essere mosso da un operatore e ad essere manipolato dall?operatore secondo un grado di libert? associato alla chiusura e/o presa dello strumento microchirurgico slave, in cui, quando, durante una teleoperazione, lo strumento chirurgico ? in uno stato di presa, detta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, viene inibita oppure diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per almeno uno degli attuatori motorizzati collegati ad un rispettivo almeno un tendine di attuazione di un grado di libert? di presa.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, viene inibita oppure diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per i due attuatori motorizzati collegati ai rispettivi due tendini di attuazione antagonisti del grado di libert? di chiusura della presa, oppure per i quattro attuatori motorizzati collegati ai quattro tendini di attuazione delle coppie di tendini di attuazione antagonisti dei gradi di libert? di chiusura e di apertura della presa.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, viene inibita oppure diminuita secondo un fattore di scalatura compreso tra 0 e 1, per tutti gli attuatori motorizzati.
8. 8. Metodo la rivendicazione 4, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile, non vincolato, atto ad essere mosso da un operatore e ad essere manipolato dall?operatore secondo un grado di libert? associato alla chiusura e/o presa dello strumento microchirurgico slave, in cui, al termine di una teleoperazione, quando lo strumento chirurgico ? in uno stato di presa e si vuole che mantenga lo stato di presa, detta fase di impartire un movimento su un attuatore motorizzato, per ridurre e/o annullare e/o compensare l?errore introdotto dall?allungamento elastico, viene inibita per tutti gli attuatori motorizzati collegati a rispettivi tendini di attuazione.
9. 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, quando si esce dalla teleoperazione in uno stato non di presa, prima di rientrare in una nuova teleoperazione, la variazione di lunghezza stimata per ciascuno degli uno o pi? tendini di attuazione, nel corso della precedente teleoperazione, viene azzerata.
10. 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti uno o pi? tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36) ? operativamente collegato sia ad un rispettivo attuatore motorizzato del sistema robotizzato per chirurgia, sia a detto dispositivo di estremit? articolato (40), per attuare un rispettivo grado di libert? tra gli uno o pi? gradi di libert? )P, Y, G) del dispositivo di estremit? (40) articolato.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui almeno uno di detti uno o pi? tendini di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36) attua un grado di libert? rotazionale del dispositivo di estremit? (40) articolato.
12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di rilevare la forza esercitata da un attuatore motorizzato (11, 12, 13, 14, 15, 16) viene effettuata mediante un rispettivo sensore di forza o di coppia operativamente collegato al rispettivo attuatore motorizzato.
13. 13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di rilevare una forza (Fm) viene eseguita continuativamente, con una frequenza di rilevazione (Fr) e detto controllo in posizione degli uno o pi? attuatori motorizzati viene eseguito continuativamente, con una frequenza di controllo di posizione (Fcp), in cui detta frequenza di rilevazione (Fr) e detta frequenza di controllo di posizione (Fcp) sono impostate in modo da garantire una compensazione dell?allungamento elastico in tempo reale con una dinamica non percepibile dall?utente finale in tempo reale, con una dinamica non percepibile dall?utente.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui dette frequenza di rilevazione (Fr) e frequenza di controllo di posizione (Fcp) coincidono, e sono comprese in un intervallo tra 100 Hz e 1000 Hz, ed in cui quindi il metodo di compensazione viene svolto ad ogni periodo T, compreso nell?intervallo tra 1 e 10 ms, sulla base di una forza (Fm) rilevata in corrispondenza dello stesso periodo.
15. 15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di stimare comprende stimare la variazione di lunghezza di un tendine di attuazione come il rapporto tra il modulo della forza rilevata (Fm) su detto tendine di attuazione e un valore efficace di costante elastica (K), detto valore efficace di costante elastica (K) essendo determinato sperimentalmente, oppure calcolato o prestabilito in modo da garantire stabilit? di risposta del sistema.
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui la fase di utilizzare la variazione di lunghezza stimata in un controllo in posizione e la fase di impartire un movimento sul rispettivo attuatore motorizzato vengono svolte sulla base della formula:

    in cui detta formula ? specifica per ogni attuatore motorizzato e tale quindi da determinare un controllo specifico su ogni attuatore motorizzato, in cui u ? la posizione che viene comandata all?attuatore motorizzato, Kel ? la costante elastica del tendine di attuazione, ? ? un parametro moltiplicativo.
17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui il parametro moltiplicativo ? ? maggiore di 1, in modo che il valore efficace di costante elastica

    utilizzato nel calcolo sia maggiore del valore della costante elastica del tendine di un fattore pari a detto parametro moltiplicativo ?, e quindi il valore efficace della costante elastica del tendine (K) sia sovrastimato, e dunque maggiore, della costante elastica (Kel) dello stesso tendine di attuazione.
18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui detto parametro moltiplicativo ? compreso tra 0.7 e 1.5.
19. 19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15-18, in cui detto valore efficace di costante elastica K, e quindi anche il parametro moltiplicativo ? sono determinati in modo variabile, in dipendenza dello stato del sistema robotico, e/o delle condizioni spaziali in cui trovano il dispositivo master e/o il dispositivo slave e/o del tempo di permanenza in teleoperazione.
20. 20. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il metodo di compensazione viene eseguito in presenza di valori di forze rilevate minori di 40 N.
21. 21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto strumento chirurgico (20) comprende inoltre almeno un elemento di trasmissione (21, 22, 23, 24, 25, 26) collegato operativamente ad un rispettivo almeno un tendine di attuazione (31, 32, 33, 34, 35, 36) ed operativamente collegabile ad un rispettivo attuatore motorizzato (11, 12, 13, 14, 15, 16).
22. 22. Metodo secondo la rivendicazione 21, in cui la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza comprende controllare il movimento di ognuno degli attuatori motorizzati in modo che il movimento degli elementi di trasmissione includa una compensazione dovuta all?allungamento o rilassamento dei rispettivi tendini di attuazione, sulla base sia della stima di variazione di lunghezza di ognuno dei tendini di attuazione, sia del modulo e della rigidezza di detti tendini di attuazione.
23. 23. Metodo secondo la rivendicazione 21 o la rivendicazione 22, in cui nel sistema robotico ? definita una condizione di zero cinematico di riferimento, associando un punto di zero virtuale rispetto a cui verranno riferiti i movimenti impartiti dai mezzi di controllo agli attuatori motorizzati rispetto ad una posizione di riferimento memorizzata, ed in cui la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza su ciascuno di detti elementi di trasmissione comprende calcolare uno zero cinematico corretto, che tiene conto della compensazione effettuata.
24. 24. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 21-23, in cui la fase di impartire un movimento e/o esercitare una forza su ogni elemento di trasmissione comprende applicare all?elemento di trasmissione una forza mediante un doppio anello retro-azionato, in cui una correzione di compensazione elastica inserita in parallelo allo spostamento dell?attuatore motorizzato dovuto a una cinematica di movimento.
25. 25. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli attuatori motorizzati sono attuatori motorizzati passo-passo, ed in cui il controllo in posizione viene effettuato attraverso un controllo in velocit?, che, essendo nota un?unit? di tempo di lavoro, determina il controllo in posizione.
26. 26. Metodo secondo la rivendicazione 25, in cui il controllo in velocit? e in posizione viene effettuato mediante un anello di controllo retro-azionato, con un parametro di guadagno (Kp) dimensionato in modo da garantire la convergenza della compensazione con costante di tempo inferiore ad un tempo di convergenza massimo.
27. 27. Metodo secondo la rivendicazione 26, in cui detto tempo di convergenza massimo ? inferiore al secondo, e, preferibilmente, compreso nell?intervallo tra 100 ms e 200 ms.
28. 28. Metodo secondo la rivendicazione 24 e la rivendicazione 25, in cui il controllo in velocit? comprende una componente cinematica e una componente dinamica di compensazione, in cui la componente dinamica di compensazione riceve in ingresso la forza rilevata (Fm), calcola lo spostamento stimato perso a causa della elasticit? del tendine di attuazione, in accordo con la formula riportata nella rivendicazione 16, e, mediante un controllore proporzionale sintonizzato in modo da avere una dinamica conforme ai requisiti di stabilit?, genera un contributo di compensazione in velocit? che viene sommato a detta componente cinematica di velocit?, in cui la somma di detti contributi cinematico e dinamico di velocit? viene fornita in ingresso all?attuatore motorizzato da controllare, ed in cui i controllori della componente cinematica e della componente dinamica sono preferibilmente in parallelo.
29. 29. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllo in posizione e/o in velocit? viene effettuato in modo comune tra una pluralit? di attuatori motorizzati, ad esempio eseguendo un controllo congiunto su ogni coppia di tendini antagonisti, sulla base di un valore efficace comune di costante di elasticit?, dipendente da condizioni quali la posizione del dispositivo master o slave, e/o l?invecchiamento o lo stato del sistema robotico.
30. 30. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllo in posizione e/o in velocit? viene effettuato solo se la forza rilevata (Fm) ? inferiore ad un valore di forza operativa massima (Fmax), ed in cui il metodo viene inibito quando anche uno solo degli attuatori motorizzati rileva una forza maggiore di detta forza operativa massima (Fmax).
31. 31. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i parametri della compensazione di allungamento vengono determinati in modo controllato e variabile in dipendenza della posa del dispositivo di estremit? articolato (40) per tener conto dei diversi attriti correlati alle diverse pose.
32. 32. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti tendini di attuazione sono tendini polimerici formati preferibilmente da fibre polimeriche intrecciate.