基于动态反馈扩展电磁导航系统工作空间：面向单智能体与多智能体控制
机器人学
2025-11-25 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
电磁导航系统 (eMNS) 能够实现多种磁导手术程序。磁性操控外科工具的一个挑战在于，其有效工作空间常因功率和热限制受到严格约束。我们表明，系统级控制设计显著扩展了该工作空间，通过降低实现所需运动所需的电流。我们识别出五项关键方法以实现此扩展：(i) 运动导向的扭矩/力目标，(ii) 能量最优电流分配，(iii) 实时姿态估计，(iv) 动态反馈，以及 (v) 高带宽 eMNS 组件。结果表明，我们通过替换以场中心场对齐策略为运动中心扭矩/力为基础的方法，稳定了一个在八线圈 OctoMag eMNS 上实现的 3D 倒摆物体，所需电流显著降低（0.1-0.2 A vs. 8-14 A）。我们对多智能体控制进行推广，通过同时在共享工作空间内稳定两个倒摆物体，利用磁场非线性和线圈冗余实现独立驱动。结构化分析比较了两种范式的电磁工作空间，检验了将运动目标映射到线圈电流的电流分配策略。对临床导向的 Navion eMNS 进行跨平台评估，进一步证明了在保持稳定平衡的同时，将工作空间扩展至线圈距离可达 50 cm 的距离。结果表明，反馈是实现可扩展、高效且临床相关磁操控的可行路径。
引用
@article{arxiv.2511.18486,
title = {Expanding the Workspace of Electromagnetic Navigation Systems Using Dynamic Feedback for Single- and Multi-agent Control},
author = {Jasan Zughaibi and Denis von Arx and Maurus Derungs and Florian Heemeyer and Luca A. Antonelli and Quentin Boehler and Michael Muehlebach and Bradley J. Nelson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.18486},
year = {2025}
}