Haptic bilateral teleoperation system for free-hand dental procedures

要約

フリーハンドの歯科処置は通常、繰り返し、時間がかかり、高精度と手動の器用さが必要です。
歯科ロボットは、手続きの精度と安全性を向上させ、患者の快適性を高め、オペレーターのワークロードを削減する上で重要な役割を果たすことができます。
ただし、フリーハンドの手順のためのロボットソリューションは限られたままであるか、完全に欠けており、その受け入れはまだ低くなっています。
このギャップに対処するために、自由な歯科処置のために触覚の両側視聴システム（HBTS）を開発します。
このシステムには、標準的な臨床ツールと互換性のある専用の機械的エンドエフェクターが含まれており、介入部位の可視性を改善するために内視鏡カメラを装備しています。
視覚的なフィードバックを通じて監視されるオペレーターのアクションとロボットの動きとの間の動きと力の対応を確保することにより、オペレーターの感覚認識と運動精度を高めます。
さらに、手続き上の安全性を確保する必要性を認識して、測定された接触力のみに基づいて入場コントローラーに提供されるモーション参照をスケーリングすることにより、相互作用力を制限します。
これにより、環境の事前知識を必要とせずに、すべての接触状態で効果的な力制限が保証されます。
提案されたHBTSは、歯科ファントムを使用した歯科用スケーリング手順で検証されています。
結果は、システムがテレオ操作の自然性、安全性、および精度を改善し、自由な手型の歯科手順を強化する可能性を強調していることを示しています。

要約(オリジナル)

Free-hand dental procedures are typically repetitive, time-consuming and require high precision and manual dexterity. Dental robots can play a key role in improving procedural accuracy and safety, enhancing patient comfort, and reducing operator workload. However, robotic solutions for free-hand procedures remain limited or completely lacking, and their acceptance is still low. To address this gap, we develop a haptic bilateral teleoperation system (HBTS) for free-hand dental procedures. The system includes a dedicated mechanical end-effector, compatible with standard clinical tools, and equipped with an endoscopic camera for improved visibility of the intervention site. By ensuring motion and force correspondence between the operator’s actions and the robot’s movements, monitored through visual feedback, we enhance the operator’s sensory awareness and motor accuracy. Furthermore, recognizing the need to ensure procedural safety, we limit interaction forces by scaling the motion references provided to the admittance controller based solely on measured contact forces. This ensures effective force limitation in all contact states without requiring prior knowledge of the environment. The proposed HBTS is validated in a dental scaling procedure using a dental phantom. The results show that the system improves the naturalness, safety, and accuracy of teleoperation, highlighting its potential to enhance free-hand dental procedures.

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