磁软连续体机器人偏转的闭环磁控制
机器人学
2025-12-01 v2
摘要
磁软连续体机器人（MSCR）因其超弹性纤维基质和增强的磁操控能力，在血管内介入治疗中展现出强大潜力。对系留磁装置进行有效的闭环控制有助于实现自主血管机器人手术。本文采用配备单个可旋转永磁体的磁驱动系统，实现对MSCR的闭环偏转控制。为此，我们建立了MSCR在非均匀磁场中的微分运动学模型。推导了雅可比矩阵的存在性与唯一性同机器人几何位置之间的关系。仿真结果表明，由雅可比矩阵诱导的控制方向至关重要。随后，相应的准静态控制（QSC）框架集成了线性扩张状态观测器以估计模型不确定性。最后，通过与PD控制器在外部扰动下的对比轨迹跟踪实验验证了所提QSC框架的有效性。进一步将雅可比矩阵扩展用于末端位置的路径跟随控制。所提出的控制框架可防止执行器到达关节极限，并在无超调的情况下实现快速且低误差的跟踪性能。
引用
@article{arxiv.2408.03017,
title = {Closed-Loop Magnetic Control of Medical Soft Continuum Robots for Deflection},
author = {Zhiwei Wu and Jinhui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.03017},
year = {2025}
}