基于单光纤光学频域反射仪(OFDR)的同心管可控钻探机器人形状感知
机器人学
2026-03-19 v1
摘要
本文提出了一种用于同心管可控钻探机器人(CT-SDR)的 novel shape-sensing 方法，基于光学频域反射仪(OFDR)。与传统基于FBG的方法不同，OFDR能够在整个光纤长度上实现连续应变测量，具有更好的空间分辨率。在所提出的方法中，首先制造了一个形状感知组件(SSA)，通过将单根OFDR光纤与平面NiTi线集成来实现。随后，将校准好的SSA路由通过并安装在柔性钻探仪器的内部通道中，该钻探仪器由CT-SDR的预形状NiTi管引导。在这种配置下，钻探仪器作为SSA的保护套管，在钻探过程中，无需对仪器表面进行集成或粘合，这是传统光学传感器方法所特有的做法。对所提出的SSA集成到腔管CT-SDR的性能进行了彻底评估，包括在自由弯曲条件下的表现以及在合成Sawbones幻像中进行多条J形轨迹钻探时的表现。结果表明，该方法能够实现准确可靠的形状感知，确认了该集成策略的可行性和鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2603.17990,
title = {A Single-Fiber Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR)-Based Shape Sensing of Concentric Tube Steerable Drilling Robots},
author = {Yash Kulkarni and Mobina Tavangarifard and Daniyal Maroufi and Mohsen Khadem and Justin E. Bird and Jeffrey H. Siewerdsen and Farshid Alambeigi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.17990},
year = {2026}
}
备注
8 pages, 7 figures