基于速度/柔顺性可操作度优化的同心管机器人冗余解析
机器人学
2023-05-11 v1
摘要
同心管机器人（CTR）有潜力实现有效的微创手术。尽管过去十年中已提出大量建模与控制方案，但从可操作度（manipulability）角度提升轨迹跟踪性能的努力有限，而这对于生成安全运动与可行执行器指令至关重要。本文提出一种基于梯度的冗余解析框架，在运动学冗余CTR的轨迹跟踪过程中优化基于速度/柔顺性可操作度的性能指标。我们通过沿CTR弧长传播Cosserat杆模型状态变量的一阶与二阶导数高效计算可操作度梯度，与有限差分法相比将梯度计算时间减少了68%。通过将梯度投影至轨迹跟踪的零空间来优化任务特定性能指标。所提方法在涉及轨迹跟踪、障碍物规避和外部负载补偿的三个示例场景中得到了验证。仿真结果表明，所提方法能够完成所需任务，而常用冗余解析方法表现不佳甚至失败。
引用
@article{arxiv.2305.06194,
title = {Concentric Tube Robot Redundancy Resolution via Velocity/Compliance Manipulability Optimization},
author = {Jia Shen and Yifan Wang and Milad Azizkhani and Deqiang Qiu and Yue Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.06194},
year = {2023}
}
备注
8 pages, 5 figures