СРАВНЕНИЕ КАЧЕСТВА ВЕДЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ ЛАЗЕРНЫМ ХИРУРГИЧЕСКИМ ИНСТРУМЕНТОМ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЧЕЛОВЕКОМ И РОБОТОМ

АННОТАЦИЯ

Цель статьи сравнить качество ведения траекторий лазерным хирургическим инструментом, выполненных человеком и роботом. Основными параметрами измерения будут: среднее максимальное отклонение от траектории и время выполнения задачи.

Ключевые слова: робототехника, мехатроника, лазер, медицина.

Выполнение тестового задания роботом и человеком. Сравнение.

В области медицины существуют простые монотонные операции с использованием лазера, которые можно доверить роботу. К примеру, удаление татуировки, лазерная шлифовка кожи, удаление следов акне и так далее. Предполагается, что врач заранее создает траекторию перемещения лазера, а робот в автоматическом режиме проводит операцию. Робот в данном случае является автоматизированным инструментом врача. Для подтверждения гипотезы, что робот быстрее и точнее человека требуется провести исследование. Для данного исследования был спроектирован дельта-робот, так как он конструктивно способен быстро и точно перемещать легкие предметы, к примеру лазер.

Для сравнения качества и скорости выполнения работы роботом и человеком было проведено исследование. Его суть состояла в нанесении простых траекторий с помощью маломощного диодного лазера на поверхность картона. После чего полученные тестовые образцы были импортированы в виде изображений в программу Inkscape, где сначала была осуществлена калибровка изображений, а потом произведен замер максимальных отклонений от траектории.

Рисунок 1. Траектория, нанесенная роботом

По диагонали квадрата с заполнением зигзаг была проведена линия, относительно которой было сделано шесть замеров до действительной траектории. Среднее отклонение составило 0.133 мм.

Такие же задания предлагается выполнить человеку. Всего в эксперименте участвует 5 человек. Для эксперимента составлен шаблон с идентичными траекториями, который распечатан на таком же картоне, что и при эксперименте с роботом. Во время испытаний было выявлено несколько трудностей при работе с лазером. Самой серьезной трудностью, с которой столкнулись абсолютно все участники, это проблемы с фокусировкой.

Результаты испытания приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Траектория, нанесенная человеком

Время выполнения каждого задания фиксировалось и записывалось рядом. В результате оказалось, что среднее время выполнения участниками 60, 85,8 и 107,4 секунды, за задания «Три фигуры», «Спираль» и «Квадрат» соответственно. Дельта-робот выполнил те же задания за 5,8, 18,3 и 29,6 секунды соответственно, что приблизительно 6 раз быстрее.

Для задания «Три фигуры» было выбрано шесть значений, для задания «Спираль» восемь точек, для задания «Квадрат» восемь точек. Замеры производились следующим образом. На откалиброванном изображении замеры начинались с визуально максимального отклонения траектории. Таким образом для конкретного задания получается выборка точек с максимальным отклонением.

Всего было сделано 280 измерений, из которых следует, что среднее максимальное отклонение от траектории составляет 0.93 мм. Это то значение, на которое в среднем отклоняется человек, в то время как построенный дельта-робот имеет среднее отклонение 0.133 мм, что примерно 7 раз точнее человека. Однако стоит учитывать, что в данной работе фокус-группа состояла из среднестатистических людей, профессиональная деятельность которых напрямую не связана с точной ручной работой. Опытные хирурги работают примерно в таких же рамках погрешности, однако при той же точности, робот выполнит свою работу намного быстрее.

Вывод: в среднем робот выполняет работу лазером в 6 раз быстрее и в 7 раз точнее человека.

Список литературы:

1.     К.Л. Разумов-Раздолов «Машины параллельно – кинематической структуры» / Статья / Электронный ресурс / Режим доступа: http://lapic.ru/EN/useful/poleznaya-informatsiya/mashini-parallelno-kinematicheskoy-strukturi/