Force estimation using neural networks is a promising approach to enable haptic feedback in minimally invasive surgical robots without end-effector force sensors. Various network architectures have been proposed, but none have been tested in real time with surgical-like manipulations. Thus, questions remain about the real-time transparency and stability of force feedback from neural network-based force estimates. We characterize the real-time impedance transparency and stability of force feedback rendered on a da Vinci Research Kit teleoperated surgical robot using neural networks with vision-only, state-only, and state and vision inputs. Networks were trained on an existing dataset of teleoperated manipulations without force feedback. To measure real-time stability and transparency during teleoperation with force feedback to the operator, we modeled a one-degree-of-freedom human and surgeon-side manipulandum that moved the patient-side robot to perform manipulations on silicone artificial tissue over various robot and camera configurations, and tools. We found that the networks using state inputs displayed more transparent impedance than a vision-only network. However, state-based networks displayed large instability when used to provide force feedback during lateral manipulation of the silicone. In contrast, the vision-only network showed consistent stability in all the evaluated directions. We confirmed the performance of the vision-only network for real-time force feedback in a demonstration with a human teleoperator.


翻译:使用神经网络进行武力估测是一个很有希望的方法,可以让侵入性最小的手术机器人在没有最终效应的武力传感器的情况下获得偶然的反馈。 已经提出了各种网络结构,但还没有一个网络结构经过手术式操纵的实时测试。 因此,关于神经网络部队估测中武力反馈的实时透明度和稳定性的问题仍然存在。 我们描述的是,在使用仅视线、仅收状态和状态及视觉投入的神经网络,对达芬奇研究工具包远程操作手术机器人的实时阻力和武力反馈的实时透明度和稳定性,这些网络使用仅视线、仅收状态和视觉输入的神经网络。 网络在没有武力反馈的情况下接受了远程操作操作操作的现有数据集的培训。 然而,在与操作者进行远程操作时,为了测量实时的稳定性和透明度,我们制作了人类和外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科的实时反馈的实时实时透明度和实时透明度。 我们描述和各种机器人实时的实时阻碍和工具的实时阻碍性和稳定性,我们发现,利用了这些机器人的实时的实时阻碍,利用了。 我们发现,使用国家输入的网络使用的网络的网络比目、只科外科内科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科内科外科外科外科外科外科外科外科外科外科内科内科外科外科外科外科外科外科内科内科内科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科外科内科内科内科内科外科外科内科内科内科内科内科外科外科外科外科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科内科外科外科外科外科外科外科外科内科外科内

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