用于腱驱动机器人导管系统建模的 Cosserat 杆

腱驱动机器人导管能够精确执行包括消融和成像在内的微创心脏手术。为了控制机器人的路径和交互，这些手术不仅需要导管和腱的精确数学模型，还需要其与周围组织和血管交互的精确模型。本文提出了一种基于 Cosserat 杆的腱驱动机器人导管系统力学模型，并与稳定的隐式 Euler 格式相集成。我们将 Cosserat 杆实现为简单导管中心线的模型，并针对大变形解析模型和实验数据验证了其物理准确性。随后，通过添加第二根 Cosserat 杆来对单根腱进行建模，并使用惩罚力来定义腱-导管系统的约束，从而对导管模型进行了补充。所有模型参数均由设计确立的导管属性定义。该组合模型通过实验数据进行了验证，以确认其物理准确性。该模型为机器人导管建模领域做出了新贡献，其中腱和导管均由力学 Cosserat 杆建模，并且在单杆系统的情况下完全通过了实验数据的验证。