AutoCam：手术机器人中自主辅助摄像机的分层路径规划
机器人学
2025-05-16 v1 人机交互
机器学习
系统与控制
信号处理
系统与控制
摘要
将自主辅助摄像机集成到机器人辅助 Minimally Invasive Surgery (RAMIS) 中，可增强空间感知并消除手动视点控制。现有针对辅助摄像机的路径规划方法仅跟踪二维手术特征，未能同时考虑摄像机姿态、工作空间约束和机器人关节限制。本研究提出 AutoCam：一种用于改进 RAMIS 可视化的自动辅助摄像机放置方法。该系统在 da Vinci Research Kit 上实现，采用基于优先级的受工作空间约束控制算法，将启发式几何放置与非线性优化相结合，以确保鲁棒的摄像机跟踪。用户研究（N=6）显示，该系统保持了 99.84% 的显著特征可见性，并实现姿态误差为 度、位移误差为 mm。控制器计算效率高，循环时间为 ms。另一项初步研究（N=6），其中新手完成了 Fundamentals of Laparoscopic Surgery 训练任务，表明用户可从 AutoCam 的视点进行遥操作，效果相当于从内窥镜视角进行，而仍能从 AutoCam 获得改进的场景视野。这些结果表明，可在 da Vinci 患者侧操作器械上自主控制辅助摄像机以跟踪显著特征，为 RAMIS 中的新型多摄像机可视化方法奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2505.10398,
title = {AutoCam: Hierarchical Path Planning for an Autonomous Auxiliary Camera in Surgical Robotics},
author = {Alexandre Banks and Randy Moore and Sayem Nazmuz Zaman and Alaa Eldin Abdelaal and Septimiu E. Salcudean},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.10398},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 9 figures