Sensor Fusion of Proprioception, Force and Vision in Estimation and Robot

Sensor-based robot control allows manipulation in dynamic environments with uncertainties. Vision is a versatile low-cost sensory modality, but low sample rate, high sensor delay and uncertain measurements limit its usability, especially in strongly dynamic environments. Force is a complementary sensory modality allowing accurate measurements of local object shape when a tooltip is in contact with the object. In multimodal sensor fusion, several sensors measuring different modalities are combined to give a more accurate estimate of the environment. As force and vision are fundamentally different sensory modalities not sharing a common representation, combining the information from these sensors is not straightforward. In this thesis, methods for fusing proprioception, force and vision together are proposed. Making assumptions of object shape and modeling the uncertainties of the sensors, the measurements can be fused together in an extended Kalman filter. The fusion of force and visual measurements makes it possible to estimate the pose of a moving target with an end-effector mounted moving camera at high rate and accuracy. The proposed approach takes the latency of the vision system into account explicitly, to provide high sample rate estimates. The estimates also allow a smooth transition from vision-based motion control to force control. The velocity of the end-effector can be controlled by estimating the distance to the target by vision and determining the velocity profile giving rapid approach and minimal force overshoot. Experiments with a 5-degree-of-freedom parallel hydraulic manipulator and a 6-degree-of-freedom serial manipulator show that integration of several sensor modalities can increase the accuracy of the measurements significantly.

Counselling on limited preoperative fasting in paediatric ambulatory tonsillectomy

Rajoitetun preoperatiivisen paaston ohjaus lasten päiväkirurgisessa nielurisaleikkauksessa Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko sairaanhoitajan toteuttama, vanhempien interaktiivinen preoperatiivinen ohjaus lapsen rajoitettuun preoperatiiviseen paastoon ja aktiiviseen nesteyttämiseen turvallista, kuinka vanhemmat omaksuvat kyseistä tietoa ja edistääkö se turvallisesti lapsen postoperatiivista toipumista päiväkirurgisen nielurisaleikkauksen jälkeen. Aineisto koostui sadastakuudestatoista perheestä, joiden lapsi, iältään 4 – 10 vuotta, oli kutsuttu päiväkirurgiseen nielurisaleikkaukseen. Koeryhmä (n= 58) ohjattiin interaktiivisesti lapsen preoperatiiviseen paastoon ja aktiiviseen preoperatiiviseen nesteyttämiseen. Lapsen suositellut preoperatiiviset paastoajat olivat: 4t syömättä ja 2t juomatta. Leikkauspäivän aamuna vanhemmat rohkaisivat lapsia juomaan annokset kirkkaita nesteitä kahteen otteeseen; jälkimmäinen annos 2t ennen leikkausta. Kontrolliryhmä (n= 58) sai preoperatiivisen ohjauksen kirjallisena ilman interaktiivista ohjausta; paastoajat olivat samat kuin koeryhmässä: 4t syömättä ja 2t juomatta. Vanhempien tiedontasoa lapsen leikkaukseen liittyvästä paastosta mitattiin tietotestillä, joka sisälsi myös preoperatiivista tiedontarvetta ja ahdistusta mittaavan mittarin (The Amsterdam Preoperative Anxiety and Information scale, APAIS). Mittaukset suoritettiin ennen preoperatiivista ohjausta tai kirjallisten ohjeiden lähettämistä sekä lapsen leikkausta seuraavana päivänä. Lapsen leikkauksen jälkeen vanhemmat arvioivat myös heille välitetyn informaation tasoa. Lapsen postoperatiivista kipua, pahoinvointia, janoa ja nälkää lapset itse arvioivat VAS- asteikolla (10cm), ja vanhemmat ja sairaanhoitajat numeerisella 0 – 10 asteikolla. Mittaukset suoritettiin 2t, 4t, 8t, ja 24t lapsen leikkauksen jälkeen. Vanhemmat pitivät päiväkirjaa lapsen ravinnosta ja kipulääkityksestä. Aineisto analysoitiin sekä tilastollisesti että sisällön analyysilla. Vanhempien tiedontaso lapsen leikkauksen jälkeen oli molemmissa ryhmissä merkitsevästi parantunut, mutta kontrolliryhmän vanhempien ahdistus ei ollut helpottanut verrattuna heidän ahdistukseensa ennen lapsen leikkausta. Mitä korkeammat pisteet vanhemmat saivat tietotestistä lapsen leikkauksen jälkeen sitä vähemmän he tunsivat tiedontarvetta ja ahdistusta. Merkitsevästi alhaisemmat pisteet tietotestistä oli vanhemmilla, joilla oli alempi peruskoulutus. Kontrolliryhmän lapset paastosivat preoperatiivisesti merkitsevästi pitempään kuin koeryhmän lapset. Perioperatiivisesti lapset paastosivat kiinteästä ruuasta yhtä kauan, mutta nesteistä kontrolliryhmä merkitsevästi pitempään. Postoperatiivisen toipumisen alussa koeryhmän lapset olivat merkitsevästi kivuttomampia. Molemmissa ryhmissä lapset olivat kipeimpiä kahdeksan tuntia leikkauksesta ja pahoinvointisimpia neljä tuntia leikkauksesta. Ensimmäisen kahdeksan tunnin aikana leikkauksen jälkeen lapset eivät olleet janoisia tai nälkäisiä, mutta VAS- arvot koeryhmässä jäivät alhaisemmalle tasolle kuin kontrolliryhmässä 24 postoperatiivisen tunnin ajan. Leikkausta seuraavana aamuna kontrolliryhmän lapset olivat merkitsevästi janoisempia ja nälkäisempiä kuin interventioryhmän lapset. Sairaanhoitajan toteuttama vanhempien interaktiivinen preoperatiivinen ohjaus lapsen rajoitettuun preoperatiiviseen paastoon lisää vanhempien tiedontasoa ja vähentää preoperatiivista tiedontarvettaan ja ahdistusta, ja turvallisesti parantaa lapsen kokemusta leikkausprosessin ja postoperatiivisen toipumisen aikana nielurisaleikkauksen jälkeen. Kaikkien leikkaukseen tulevien lasten nesteyttäminen kaksi tuntia ennen päivän ensimmäistä leikkausta voi olla ratkaisu lasten kohtuuttomien perioperatiivisten paastoaikojen estämiseksi. Aina ei kuitenkaan ole mahdollisuuksia vanhempien henkilökohtaiseen kohtaamiseen, mikä haastaa hoitotieteellisen tutkimuksen kartoittamaan muita mahdollisuuksia vanhempien interaktiiviseen ohjaukseen.