LAPBOT_ROBOT_PARA_CIRUGIA_LAPAROSCOPICA

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LAPBOT: ROBOT PARA CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA
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Sergio Alexander Salinas
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Andres Vivas
Universidad del Cauca
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LAPBOT: ROBOT PARA CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA 
 
 
Sergio Alexander Salinas 
Facultad de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad del Cauca, 
Popayán, Colombia (sergiosalinas@unicauca.edu.co ) 
 
Oscar Andrés Vivas Albán 
Facultad de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad del Cauca, 
Popayán, Colombia (avivas@unicauca.edu.co ) 
 
 
 
Resumen 
 
Este artículo muestra el diseño de un nuevo robot 
que puede ser utilizado en operaciones de 
laparoscopia. El robot llamado LapBot posee una 
arquitectura de nueve grados de libertad que le 
permiten posicionar y orientar los instrumentos 
quirúrgicos dentro del abdomen de un paciente, 
pasando a través de un punto fijo en el espacio 
cartesiano que representa la incisión. Para el estudio 
de los movimientos del robot se realiza el 
seguimiento de trayectorias de una colecistectomía 
real usando los modelos matemáticos de LapBot, y 
un controlador por par calculado. Finalmente se 
muestra un ambiente de simulación tridimensional 
desarrollado para el mismo. 
 
Palabras Clave: Robótica quirúrgica, laparoscopia, 
simulación tridimensional, modelado de robots, 
control de robots. 
 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
En 1901 Kelling [9] reportó el primer caso de 
inspección abdominal en un perro de forma mini-
invasiva (laparoscopia) y desde entonces se han 
desarrollado técnicas para mejorar este tipo de 
procedimientos y ampliar su aplicación [17]. Mühe 
[18], en 1985, realizó la primera colecistectomía 
laparoscópica (extracción de una vesícula), dando 
inicio a la laparoscopia moderna [17], y en 1987 
Mouret [17] desarrolló un estudio completo sobre la 
misma cirugía, de tal magnitud que en 1992 se 
convirtió en un estándar [21]. 
 
En la cirugía mini-invasiva, se introducen 
instrumentos y un sistema de visión a través de 
pequeñas incisiones, esto implica que el paciente se 
recupera más rápido después de la cirugía, con menos 
traumas y menores cicatrices respecto a una cirugía 
convencional [2]. Pero impone desafíos tecnológicos 
para el control de la cámara de video, la ergonomía, 
la pérdida de sensación táctil sobre el paciente, la 
precisión, la pérdida de visión tridimensional y la 
falta de rotación de la articulación de la muñeca del 
médico [12]. Como solución, se han desarrollado 
diferentes sistemas robotizados con gran éxito, 
logrando igualar y algunas veces mejorar los 
procedimientos médicos sin robots [2]. 
 
Específicamente en cirugía mini-invasiva a nivel 
abdominal (laparoscopia), los robots más exitosos 
han sido Da Vinci [7], Zeus [1], Endobot [8], Black 
Falcon [14], Endovia [4], que tienen estructuras 
seriales abiertas o cerradas, con ventajas y 
desventajas particulares. Para países en desarrollo es 
difícil adquirir y aplicar esta tecnología 
principalmente por su costo, por ejemplo el robot 
“Da Vinci” cuesta aproximadamente 1 millón de 
dólares y cada instrumento 2.000 dólares [3]. 
 
LapBot es el robot para laparoscopia que se propone 
en este artículo como una alternativa de solución y 
diseño de nuevos robots en aplicaciones quirúrgicas, 
que además puede ser usado en aplicaciones de 
simuladores quirúrgicos tridimensionales, para el 
entrenamiento de cirujanos o la planeación de 
procedimientos quirúrgicos. 
 
 
2. CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA 
 
La laparoscopía es una cirugía mini-invasiva que se 
realiza en el abdomen del paciente y en la cual los 
instrumentos quirúrgicos y un equipo de visión son 
insertados a través de pequeñas incisiones de entre 
0.005 y 0.01 m (5 y 10 mm) [17]. Además es 
necesario separar la pared abdominal de los órganos, 
elevándola, para que el cirujano tenga acceso al 
interior del paciente y pueda manipular los 
instrumentos con relativa facilidad. Esta elevación se 
realiza con insuflación por dióxido de carbono (CO2) 
usando un instrumento llamado aguja de Veress que 
es introducida por el ombligo [23]. 
 
1.1. COLECISTECTOMÍA 
 
La bilis es una secreción elaborada en el hígado y 
evacuada por el conducto hepático hacia el duodeno, 
pasando por un elemento biliar llamado vesícula que 
está conectada al conducto hepático por el conducto 
cístico (ver la figura 1). La excreción de bilis es 
discontinua y depende del tránsito digestivo, así que 
se acumula en la vesícula cuando no hay alimento 
pasando por el duodeno [13]. 
 
Figura 1. Órganos biliares [28]. 
 
En la figura 2 se observa la vesícula biliar de aspecto 
periforme, que tiene una longitud de 0.08 a 0.1 m y 
0.03 a 0.04 m de ancho en una persona adulta, está 
conectada a la arteria hepática por medio de la artería 
cística que atraviesa el triángulo de Calot, formado 
entre el conductocístico, el hepático y el hígado [13]. 
 
 
Figura 2. Vesícula biliar [13]. 
 
La presencia de partículas sólidas en la vesícula, 
llamadas cálculos, obstaculiza el paso de la bilis 
generando dolor e inflamación en el paciente. La 
colecistectomía es una intervención quirúrgica que se 
realiza para extraer la vesícula biliar [29] y es un 
método frecuente para tratar esta enfermedad [13]. 
Según [30], en la colecistectomía se hacen tres 
pequeñas incisiones de acuerdo a la distribución que 
se presentan en la figura 3. 
 
1. La primera de 0.01 m (10 mm) se hace cercana 
al ombligo o sobre éste, para introducir el 
sistema de visión. 
 
 
 
Figura 3. Localización de incisiones en la 
colecistectomía. 
 
2. La segunda de 0.01 m (10 mm) se realiza 0.05 m 
por debajo del xifoides en la parte superior del 
abdomen, por la cual se introducen los 
instrumentos para cortar, disecar y coagular 
durante la intervención. 
 
3. La tercera de entre 0.005 m (5 mm) y 0.01 m (10 
mm) se realiza 0.05 m debajo de las costillas del 
lado derecho del paciente, ésta se utiliza para 
introducir pinzas que mueven el hígado, la 
vesícula y sus conductos. 
 
Sin embargo, se realizan también colecistectomías 
con otra incisión del lado derecho del abdomen para 
mejorar la maniobrabilidad de los órganos [15]. Para 
este artículo se simulan y controlan con LapBot los 
movimientos quirúrgicos de los instrumentos 
correspondientes a las incisiones 2 (instrumento 1) y 
3 (instrumento 2). 
 
La colecistectomía se divide en cinco etapas 
principales [15]: 
 
1. Exposición del conducto cístico y la arteria 
cística. 
2. Disección (limpieza de tejido) del triángulo de 
Calot. 
3. Sección (corte) del conducto y la arteria. 
4. Disección de la vesícula del lecho hepático. 
5. Extracción de la vesícula. 
 
Los integrantes del Grupo de Investigación en 
Automática Industrial de la Universidad del Cauca, 
Mora y Garcés [16], realizaron la construcción de las 
trayectorias cartesianas para las etapas 2, 3 y 4, 
utilizando videos proporcionados por la Fundación 
Clínica Valle del Lilí de la ciudad de Cali 
(Colombia), por medio del Doctor José Pablo Vélez 
Londoño, jefe del Servicio de Cirugía Mínimamente 
Invasiva. Las trayectorias de dichas etapas se 
presentan en las figuras 4 a 8, las dimensiones están 
en centímetros y toman como referencia a la vesícula 
ubicada en el punto (0, 0, 0) del plano cartesiano. 
 
Xifoide
Inst. Izq. 
Inst Der 
Cámara
Vesícula 
Conducto 
Hepático 
Conducto Cístico 
Arteria Cística 
Arteria 
Hepática 
Vena 
Porta 
Duodeno 
4
4.5
5
5.5
6
6.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
 X
Trayectoria Diseccion Triangulo de Calot
Y
Z
Inicio trayectoria
Vertice Sup Triangulo Calot
Final trayectoria
 
Figura 4. Disección del triángulo de Calot 
(instrumento 1). 
 
-1
0
1
2
3
-2.5
-2
-1.5
-1
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
Trayectorias Segundo Instrumento 
Inicio Trayectoria
Final Trayectoria
Bolsa Hartman
 
Figura 5. Disección del triángulo de Calot 
(instrumento 2). 
 
Las figuras 4 y 5 son los movimientos necesarios 
para realizar la disección del triángulo de Calot con 
los instrumentos 1 y 2 respectivamente. Las figuras 6 
a 8 muestran solamente el movimiento del 
instrumento 1, dado que el correspondiente al 
instrumento 2 es igual al mostrado en la figura 5. 
 
5
5.5
6
6.5
7
-1
0
1
2
3
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
X
TRAYECTORIA SECCION CONDUCTO CISTICO
Y
Z
Punto Corte Conducto
Primer Clip
Segundo Cilp
Tercer Clip
 
Figura 6. Trayectoria corte conducto cístico. 
5.5
6
6.5
7
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
X
TRAYECTORIA CORTE ARTERIA CISTICA
Y
Z
Corte Arteria Cistica
Primer Clip
Segundo Clip
Tercer Clip
 
Figura 7. Trayectoria corte arteria cística. 
 
-1
0
1
2
3
4
-2
-1
0
1
2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
X
TRAYECTORIA DISECCION LECHO HEPATICO
Y
Z
Inicio Trayectoria
Final Trayectoria
 
Figura 8. Trayectoria disección vesícula del lecho 
hepático. 
 
 
3. MODELADO DE LAPBOT 
 
LapBot se diseño, después de analizar otros robots 
similares, para orientar y posicionar los instrumentos 
quirúrgicos en cualquier punto dentro del abdomen 
del paciente de forma segura, manteniendo un 
movimiento de pívot en el punto donde se realiza la 
incisión [22]. 
 
La estructura de LapBot es de nueve grados de 
libertad, con seis articulaciones activas y tres pasivas. 
En la figura 9 se puede observar la estructura 
cinemática que se diseñó para LapBot, las distancias 
del robot se han etiquetado con letras D y R (según la 
tabla 1, que muestra los valores de sus parámetros 
geométricos), la articulación de translación se 
representa con un prisma y las de rotación con 
cilindros, cada una con su respectivo número. 
 
Figura 9. Estructura cinemática de LapBot. 
El punto de incisión por donde cruza el instrumento 
en la cirugía se ha representado con un anillo que se 
encuentra entre las articulaciones 7 y 8, de tal forma 
que sólo dos articulaciones quedan dentro de la 
cavidad abdominal del paciente [22]. 
 
3.1. MODELOS GEOMÉTRICOS 
 
Se analizó la estructura del robot y se obtuvo la tabla 
de parámetros geométricos (Tabla 1) siguiendo la 
metodología descrita en [11]. 
 
Tabla 1. Parámetros geométricos de LapBot. 
j µj σj αj dj θj rj 
1 1 1 0 0 0 r1 
2 1 0 0 0 θ2 0 
3 1 0 0 D1 θ3 0 
4 0 0 90º D2 θ4 0 
5 0 0 90º 0 θ5 R1 
6 0 0 -90º 0 θ6 0 
7 1 0 90º 0 θ7 R2 
8 1 0 -90º 0 θ8 0 
9 1 0 90º 0 θ9 0 
10 0 1 0 0 0 R3 
 
Donde: 
j representa la articulación o cuerpo. 
µj indica si la articulación es activa (con 
motor) o pasiva (sin motor). 
σj indica si la articulación es de traslación (1) 
o de rotación (0). 
αj, θj son ángulos que dependen de los ejes de 
las articulaciones. 
dj, rj son distancias entre los ejes de las 
articulaciones. 
 
A partir de esta tabla se puede encontrar el Modelo 
Geométrico Directo (MGD) que permite calcular la 
posición (x, y, z) y orientación del efector final del 
robot en el espacio cartesiano, conociendo los valores 
θj y rj asociados a las articulaciones, haciendo uso de 
las matrices de transformación entre los sistemas 
coordenados de cada articulación. 
 
Por otra parte, el Modelo Geométrico Inverso (MGI) 
permite calcular los valores de las variables θj y rj 
asociadas a las articulaciones dependiendo de la 
localización (x, y, z) y orientación deseadas del 
efector final del robot en el espacio cartesiano. Esto 
se logra usando el método de Paul [20] y la 
restricción espacial que aparece cuando el robot debe 
pasar a través de una pequeña incisión y pivotear 
sobre ésta (ver figura 10) [22]. 
 
La articulaciones 6 y 8 se representan con las 
posiciones cartesianas P6(x6,y6,z6) y P8(x8,y8,z8) 
respectivamente, y el punto de incisión está en 
Pt(xt,yt,zt). El vector desde P6 hasta P8 es colineal con 
el vector entre P6 y Pt, lo cual se expresa por medio 
del producto vectorial de la ecuación (1) 
 
 
 
Figura 10. Movimiento alrededor del punto de 
incisión. 
 
 ( ) ( )- -t 6 8 tP P × P P = 0 (1) 
 
Además se debe mantener parte del cuerpo de 
longitud R2 dentro del abdomen del paciente, por lo 
tanto la distancia entre la posición de Pt y P6 más la 
distancia entre la posición de P8 y Pt debe ser igual a 
dicha longitud como se expresa en la ecuación (2). 
 
 - + - =t 6 8 tP P P P R2 (2) 
 
3.2. MODELOS DINÁMICOS 
 
Los modelos dinámicos sirven para simular y 
controlar el robot, relaciona los pares proporcionados 
por los motores con las posiciones, velocidades y 
aceleraciones articulares [11]. Para su cálculo es 
necesario inicialmente hallar los parámetros 
inerciales de base que constituyen el conjunto 
mínimo de valores de inercias y masas a tener en 
cuenta. Estos parámetros se hallan al construir los 
cuerpos del robot en el software de diseño asistido 
por computador (CAD) SolidEdge® [22]. Además se 
utiliza el software SYMORO (SYmbolic MOdelling 
of RObots) [9], el cual proporciona las ecuacionesde 
los modelos y de los parámetros inerciales de base. 
 
La ecuación (3) describe el Modelo Dinámico 
Inverso (MDI) de acuerdo al método de Lagrange-
Euler [11]. 
 
 = (q) + (q,q) + (q)&& &&Γ A q C q Q (3) 
 
Donde: 
Γ: pares aplicados a los motores. 
A: matriz de inercias. 
C: matriz de fuerzas de Coriolis y centrífugas. 
Q: vector de fuerzas gravitacionales. 
 
Las posiciones articulares se notan con q , las 
velocidades con &q y las aceleraciones con &&q . 
 
P6 
P8 
Pt 
R2 
R2: longitud del cuerpo que atraviesa la incisión. 
Despejando las aceleraciones articulares de la 
ecuación (3), se calcula el Modelo Dinámico Directo 
(MDD) que permite simular el robot en un software 
como Matlab/Simulink®. La expresión de este 
modelo es la mostrada en la ecuación (4). 
 
 -1= ( (q)) * ( - (q,q) - (q))&& &&q A Γ C q Q (4) 
 
 
4. CONTROL POR PAR CALCULADO 
 
Después de definir las trayectorias que debe seguir el 
robot en el espacio cartesiano para la realización de 
una colecistectomía, se procede a diseñar un 
controlador que permita obtener errores 
suficientemente pequeños para este tipo de 
intervenciones. 
 
El control por par calculado (CTC) utiliza el modelo 
dinámico inverso para linealizar y desacoplar la 
compleja dinámica de un robot, asegurando 
teóricamente un comportamiento uniforme en 
cualquier configuración de manera que es posible 
aplicar una técnica de control lineal [11], [24], [25]. 
 
En la figura 11 se muestran los bloques  y Ĥ que 
permiten realizar el desacoplamiento, los bloques Kp 
y Kv que funcionan como un controlador 
proporcional derivativo lineal clásico, el bloque 
Robot que contiene el MDD para la simulación y el 
bloque del MGI que se encarga de convertir la 
consigna cartesiana deseada Xd en consigna articular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desacoplamiento y compensación no 
lineal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Control Lineal 
XXdd MMGGII 
Â
KKvv 
KKpp 
RRoobboott
Ĥ
qqdd 
qq 
ΓΓ 
++ 
&q
dd//ddtt 
ww 
__ 
++ __ 
++ 
++ 
++ 
++ 
d&q 
 
 Figura 11. Esquema general del control CTC. 
 
Sin embargo, para aplicar la estrategia de control 
CTC a LapBot es necesario adicionar las 
restricciones debidas al punto de incisión, que se 
introducen en el bloque trocar como se muestra en la 
figura 12. 
 
XXdd MMGGII CCoonnttrrooll CCTTCC
TTrrooccaarr 
[[ttxx,, ttyy,, ttzz]] 
θθ44 
XXRRoobboott MMGGDD
qqdd qq ΓΓ 
θθ44,, θθ55,, θθ66 
 
Figura 12. Control CTC con modificaciones para 
LapBot. 
 
Obsérvese que se utiliza el MGD para obtener el 
movimiento del robot en el espacio cartesiano X y 
verificar que está siguiéndose la trayectoria deseada 
Xd. Además es necesario conocer la posición articular 
θ4 y la ubicación cartesiana del trocar (tx, ty, tz). 
 
 
5. SEGUIMIENTO DE LA 
COLECISTECTOMÍA 
 
Se realiza la sintonización del controlador PD por el 
método manual planteado en [26] con un tiempo de 
muestreo de 0.001 s. Se obtienen los valores de 
ganancias presentados en la tabla 2, los cuales se 
refieren sólo a las articulaciones activas 
(motorizadas), dado que las pasivas (no motorizadas) 
son independientes del controlador. 
 
Tabla 2. Ganancias para el controlador PD. 
j 1 2 3 7 8 9 
Kp 8e4 20e4 15e4 5e4 20e4 14e4 
Kv 200 350 270 150 300 300 
 
Luego se inicia la comprobación del seguimiento de 
las trayectorias necesarias para la realización de una 
colecistectomía real, colocando los puntos de incisión 
de acuerdo al modelo matemático del cuerpo humano 
desarrollado por Hanavan [6]. Este modelo determina 
que el abdomen de un hombre adulto promedio de 
1,60 m de estatura y 60 Kg de peso, es similar a un 
paralelepípedo de 0,164 m x 0,224 m x 0,274 m. 
 
También se tienen en cuenta los 0,15 m que se eleva 
el abdomen debido a la insuflación con gas de CO2 
[5]. La figura 13 muestra un esquema aproximado del 
abdomen insuflado y las ubicaciones de las dos 
incisiones realizadas para introducir los instrumentos 
quirúrgicos. 
 
 
Figura 13. Modelo estilo caja del abdomen del 
paciente. 
 
Las coordenadas de los puntos de incisión se calculan 
a partir de las bases de los robots LapBot que se 
colocan en los bordes de la camilla. 
 
A continuación se describen las trayectorias de las 
etapas quirúrgicas de la colecistectomía descritas en 
Pies del 
paciente 
16.4cm 
27.4cm 22.4cm 
Incisión superior 
(34.5, 7.5, 20) cm 
Incisión lateral 
(24, -27.7, 20) cm 
Cabeza 
del 
paciente 
el ítem 1.1, las cuales fueron usadas como consignas, 
mostrándose el error cartesiano obtenido en cada una 
de ellas. 
 
1. Disección del triángulo de Calot: para el primer 
instrumento, que es introducido por la incisión 
superior, se tiene un tiempo de simulación de 1.2 
s y un error cartesiano con máximo en 1x10-5 m 
como lo muestra la figura 14. 
 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
x 10-5
Tiempo (s)
E
rro
r c
ar
te
si
an
o 
(m
)
 
Figura 14. Error cartesiano del instrumento 1 en la 
disección del triangulo de Calot. 
 
Para el segundo instrumento, introducido por la 
incisión lateral, se tiene un tiempo de simulación de 
2.712 s, el error cartesiano máximo (4.8x10-4 m) es 
mostrado en la figura 15. Este movimiento del 
segundo instrumento se repite en las otras 
trayectorias, así que solamente se mostrarán de aquí 
en adelante los errores del instrumento 1. 
 
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0
1
2
3
4
5
x 10-4
Tiempo (s)
E
rro
r c
ar
te
si
an
o 
(m
)
 
Figura 15. Error cartesiano del instrumento 2 en la 
disección del triangulo de Calot. 
 
2. Sección del conducto cístico: para el instrumento 
1, se tiene un tiempo de simulación de 0.552 s y 
un error cartesiano máximo de 4.5x10-4 m 
(figura 16). 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0
1
2
3
4
x 10-4
Tiempo (s)
E
rro
r c
ar
te
si
an
o 
(m
)
 
Figura 16. Error cartesiano para la sección del 
conducto cístico. 
 
3. Sección de la arteria cística: el tiempo de 
simulación también es de 0.552 s y el error 
cartesiano tiene su máximo en 1.85x10-4 m 
como se ve en la figura 17. 
 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0
1
2
x 10-4
Tiempo (s)
E
rro
r c
ar
te
si
an
o 
(m
)
 
Figura 17. Error cartesiano para la sección de la 
artería cística. 
 
4. Disección de la vesícula del lecho hepático: el 
tiempo de simulación es de 3.832 s y el error 
cartesiano tiene su máximo en 2.2x10-4 m. Ver 
figura 18. 
 
Con estas pruebas se demuestra la posibilidad de 
realizar el seguimiento de trayectorias quirúrgicas de 
una colecistectomía laparoscópica real con LapBot, 
usando los modelos matemáticos del robot y un 
controlador por par calculado. Se muestra también 
que los errores cartesianos obtenidos están dentro de 
los rangos utilizados en este tipo de cirugías. 
 
 
0 1 2 3
0
0.5
1
1.5
2
2.5
x 10-4
Tiempo (s)
E
rro
r c
ar
te
si
an
o 
(m
)
 
Figura 18. Error cartesiano para la disección de la 
vesícula. 
 
 
6. AMBIENTE TRIDIMENSIONAL 
 
Para enlazar cada una de las tareas realizadas y lograr 
una comprobación visual tridimensional de la 
funcionabilidad de LapBot en una colecistectomía 
laparoscópica, se desarrolló un ambiente de 
simulación 3D que usa los modelos matemáticos del 
robot y el controlador CTC diseñado con el fin de 
seguir las trayectorias de la cirugía programada. 
 
Se escogió el programa de representación gráfica 
para computador Ogre3D (Object-Oriented Graphics 
Rendering Engine [27]) que permite programarse en 
Visual C++®, importar los cuerpos del robot ya 
diseñados en un software CAD, integrarse con 
programas hechos en Matlab® y generar un 
ejecutable [22]. 
 
El ambiente tridimensional que se construyó se 
muestra en la figura 19. 
 
 
Figura 19. Ambiente 3D con dos LapBot y la interfaz 
de usuario. 
 
Este ambiente permite observar el movimiento del 
robot desde cualquier punto de vista, incluso desde 
dentro de la caja de prueba, los movimientos son 
controlados desde Matlab® el cual contiene los 
modelos geométricos y las operaciones matemáticas 
necesarias.Cuando el robot se comienza a mover, se puede 
observar la trayectoria que está siguiendo dentro del 
abdomen dado que ésta se remarca con un color azul 
oscuro, como se observa en la figura 20. 
 
 
Figura 20. Seguimiento 3D de la trayectoria 
Disección de Calot. 
 
Además, al dar clic derecho en el ratón del 
computador se puede rotar el punto de vista principal 
y mover con las teclas a, s, d, w (definidas por 
defecto en Ogre), lo cual permite mayor versatilidad 
en el movimiento de la cámara. 
 
6.1. INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO 
(GUI) 
 
Para que el usuario tenga control sobre algunas 
características del ambiente 3D se desarrolla una 
pequeña interfaz gráfica en 2D usando el Crazy 
Eddie's GUI System (CEGUI), que viene integrado 
con Ogre3D como una librería adicional [27]. Esta 
librería está principalmente diseñada para capturar 
las interacciones del usuario con el GUI, pero para 
diseñar los botones, listas y demás objetos del GUI es 
mejor usar el CELayoutEditor y luego programar los 
objetos en C++, que fue lo que se hizo. La figura 21 
muestra el GUI desarrollado. 
 
La interfaz permite seleccionar entre cinco 
trayectorias que son: Disección de Calot, Conducto 
Cístico, Artería Cística, Lecho Hepático (en ésta se 
cambia la pinza por un electro-cauterizador), y 
Colecistectomía. Ésta última contiene a las demás en 
secuencia y representa la cirugía completa. 
 
Se puede escoger realizar la simulación teniendo en 
cuenta sólo los modelos geométricos (lo cual es más 
veloz en la simulación pero no representa la 
realidad), o usar los modelos dinámicos en conjunto 
con el controlador CTC diseñado (más lento en 
simulación pero con la dinámica real del robot). 
 
 
Figura 21. Interfaz de usuario para el ambiente 3D. 
 
En la parte inferior del programa se pueden tener 
diferentes puntos de vista predeterminados del 
ambiente 3D, como son: Vista Superior, Vista 
Frontal, Vista Lateral y Vista Interna. 
 
El botón “Aceptar” se activa cuando el usuario ha 
escogido tanto la trayectoria como uno de los 
modelos para realizar la simulación. Mientras se 
desarrolla la simulación este botón se vuelve a 
desactivar para no crear conflictos internos en la 
simulación o bloqueos de la aplicación. 
 
El botón “Salir” permite cerrar la ventana que 
contiene el ambiente, la conexión con Matlab y la 
interfaz de usuario. 
 
 
7. CONCLUSIONES 
 
Analizando el procedimiento quirúrgico de la 
colecistectomía laparoscópica se determinaron las 
condiciones que se debían cumplir para realizarla con 
un robot y cuáles son las trayectorias a la cuales se 
les debe hacer el seguimiento. 
 
Los modelos geométricos y dinámicos, tanto directos 
como inversos, se hallaron y usaron para que las 
respuestas de simulación del robot fuesen lo más 
parecidas a la realidad posible. 
 
Comprobamos que LapBot tiene la capacidad 
dinámica de pasar a través de un punto fijo (incisión) 
en una cirugía real como la colecistectomía 
(extracción de una vesícula biliar enferma). 
 
Una estrategia de control por par calculado (CTC) se 
sintonizó y probó con las trayectorias de una 
colecistectomía, obteniéndose errores de seguimiento 
menores a un milímetro, corroborándose así las 
potencialidades de LapBot para hacer laparoscopias. 
 
El ambiente tridimensional y la interfaz gráfica de 
usuario (GUI) desarrollados permiten al usuario 
observar los movimientos de LapBot, seleccionar 
opciones de simulación y verificar el seguimiento de 
trayectorias desde diferentes puntos de vista. Esto se 
logró usando el software para representación gráfica 
Ogre3D, que se comunica con Matlab® en usuario-
servidor y se programa en Visual C++. 
 
Próximamente se desarrollará un simulador para el 
entrenamiento de cirujanos, que implemente modelos 
de órganos humanos y que permita incluir otras 
cirugías laparoscópicas, haciendo uso de interfaces 
hápticas. Además se desarrollará un robot similar a 
LapBot para controlar la cámara de video necesaria 
en una cirugía mini-invasiva, para luego construir un 
primer prototipo físico y proceder a realizar pruebas 
reales. 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
A los profesores de la Universidad del Cauca que 
colaboraron con el proyecto, especialmente a Diego 
Aguilar y Carlos Gaviria. Al grupo de investigación, 
la Facultad de Ingeniería Electrónica y 
Telecomunicaciones y su Instituto de Postgrados. 
 
 
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