The work presented in this thesis includes the development of an experimental system for robot assisted, minimally invasive surgery. The system comprises four manipulators (three endoscopic grippers and a stereo camera) and a master console equipped with 3D stereo vision. The main purpose of this project was the evaluation of the impact of force feedback on surgical procedures and the inclusion of automated routines into the control of the system. The former was achieved by equipping the endoscopic instruments with force sensors and feeding back the measurements to haptic devices at the master console. The latter, constituting the main focus of this thesis, was realized by providing an automated knot-tying procedure. This kind of automation was implemented by a novel approach for human-machine skill transfer. The methodology itself is independent from this specific set-up (robot assisted surgery), but can be employed in any scenario involving manually controllable robots. The user has to provide a high level description of the skill, which is going to be transferred to the machine. This is realized by an abstract pattern comprising significant features of the working environment (e.g. geometric restrictions, maximum forces etc.). Afterwards, the abstract pattern of a skill will be concretized by various user demonstrations. I.e. user demonstrations are matched against that pattern and decomposed into movement primitives, which are charted for relevant information about the task. These primitives will be utilized to perform the demonstrated skill in new, previously unknown environments. The major challenge in our scenario was the performance of a surgical knot at a new location, with unknown features of the suture material, and with instruments exhibiting imprecise calibration and unpredictable play. However, both research goals, incorporation of force feedback and automated knot tying, have been performed in a surgical scenario involving realistic operations on pig hearts.     «

The work presented in this thesis includes the development of an experimental system for robot assisted, minimally invasive surgery. The system comprises four manipulators (three endoscopic grippers and a stereo camera) and a master console equipped with 3D stereo vision. The main purpose of this project was the evaluation of the impact of force feedback on surgical procedures and the inclusion of automated routines into the control of the system. The former was achieved by equipping the endosco...     »

Im Rahmen der Promotion wurde ein robotergestütztes Chirurgiesystem zur Erprobung minimalinvasiver Eingriffe entwickelt. Dieses besteht aus vier Manipulatorarmen, die jeweils mit einem minimalinvasiven Instrument oder einem Stereoendoskop ausgestattet werden können. Zudem wurde eine Masterkonsole entwickelt, mit der die Instrumente gesteuert werden und an der, die an den Instrumenten auftretenden Kräfte zurückgekoppelt werden können. Zusätzlich werden die Bilder der Stereokamera auf einem 3D-Bildschirm angezeigt. Die beiden Hauptaufgaben, die das System erfüllen sollte, waren die Evaluation der Kraftrückkopplung und die Einbindung teilautonomer Sequenzen in chirurgische Arbeitsabläufe. Letzteres konnte durch eine neuartige Technik für den Mensch-Maschine Skilltransfer (=Übertragung von Fertigkeiten) realisiert werden. Die Methodik ist unabhängig vom vorliegenden Szenario und kann in allen Umgebungen eingesetzt werden, in denen eine manuelle Steuerung von Robotern möglich ist. Der Benutzer legt dabei zunächst ein abstraktes Muster der zu übertragenden Fertigkeit an. Dieses ist noch nicht konkret genug um die Tätigkeit tatsächlich ausführen zu können, sondern enthält allgemeine Angaben wie Maximalkräfte oder Einschränkungen des Arbeitsraums. Danach werden die Fertigkeiten durch Vorführungen des Benutzers konkretisiert. Diese Vorführungen werden anhand des abstrakten Musters validiert und in Bewegungsprimitiva zerlegt. Die Primitiva können wiederum dazu benutzt werden, um die Fertigkeit in einer neuen, vorher unbekannten Umgebung auszuführen. Für die Umsetzung der Primitiva wurde eine neue Technik entwickelt, die auf der Simulation von Fluiddynamik basiert. Die genannten Techniken und auch die oben angesprochene Kraftrückkopplung wurden in einem realistischen Chirurgieszenario an Schweineherzen erfolgreich angewandt.      «

Im Rahmen der Promotion wurde ein robotergestütztes Chirurgiesystem zur Erprobung minimalinvasiver Eingriffe entwickelt. Dieses besteht aus vier Manipulatorarmen, die jeweils mit einem minimalinvasiven Instrument oder einem Stereoendoskop ausgestattet werden können. Zudem wurde eine Masterkonsole entwickelt, mit der die Instrumente gesteuert werden und an der, die an den Instrumenten auftretenden Kräfte zurückgekoppelt werden können. Zusätzlich werden die Bilder der Stereokamera auf einem 3D-Bil...     »