高度受限环境中连续体机器人的接触感知规划与控制
机器人学
2026-04-20 v1 系统与控制
系统与控制
最优化与控制
摘要
连续体机器人非常适合在受限和脆弱的环境中导航，例如血管或腔内解剖结构，在这些环境中与周围结构的接触通常是不可避免的。虽然受控接触可以辅助运动，但不利接触会降低可控性、引发运动学奇点或引入安全风险。我们提出了一种接触感知规划方法，该方法评估接触质量，惩罚危险交互，同时允许良性接触。该规划器生成运动学可行的轨迹和接触感知雅可比矩阵，可用于硬件实验中的闭环控制。我们通过在患者扫描的解剖模型上测试集成系统（规划、控制和机械设计）来验证该方法。该规划器为三种常见的解剖环境生成了有效的规划，并且在所有硬件试验中，连续体机器人都能到达目标，同时避免了危险的末端接触（100% 成功率）。在三种不同环境中，平均跟踪误差分别为 1.9 +/- 0.5 mm、1.2 +/- 0.1 mm 和 1.7 +/- 0.2 mm。消融研究表明，惩罚连续体段末端 (ECS) 接触提高了可操作性并防止了硬件故障。总体而言，这项工作实现了在高度受限环境中可靠的、接触感知的导航。
引用
@article{arxiv.2604.15638,
title = {Contact-Aware Planning and Control of Continuum Robots in Highly Constrained Environments},
author = {Aedan Mangan and Kehan Long and Ki Myung Brian Lee and Miheer Potdar and Nikolay Atanasov and Tania K. Morimoto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.15638},
year = {2026}
}
备注
15 pages, 3 figures