基于 FBG 的高变形连续体操纵器位置估计：模型依赖与数据驱动方法之比较
机器人学
2018-12-21 v1
摘要
使用光纤布拉格光栅（FBG）的传统形状感知技术包括寻找离散 FBG 活跃区域的曲率，并沿连续体灵巧操纵器（CDM）长度对曲率积分以进行尖端位置估计（TPE）。然而，由于传感位置数量有限以及诸多几何假设，这些方法容易产生较大的误差传播，尤其在 CDM 发生大偏转时。本文中，我们研究依赖传感器模型的常规 TPE 方法的复杂性，并提出一种克服这些挑战的新数据驱动方法。所提方法由一个回归模型组成，该模型以 FBG 波长原始数据作为输入并直接估计 CDM 的尖端位置。该模型在术前（离线）根据来自光学跟踪器/摄像机的位置信息（作为真值）进行训练，并在术中（在线）仅利用 FBG 波长数据估计 CDM 尖端位置。该方法在一用于骨科应用的 CDM 上的性能得到评估，并在大偏转弯曲下与常规模型依赖方法进行比较。常规方法与所提数据驱动技术分别获得平均绝对 TPE 误差（及标准差）为 1.52 (0.67) mm 和 0.11 (0.1) mm，最大绝对误差分别为 3.63 mm 和 0.62 mm。这些结果表明所提数据驱动方法相对于常规估计技术具有显著优越性。
引用
@article{arxiv.1812.08629,
title = {FBG-Based Position Estimation of Highly Deformable Continuum Manipulators: Model-Dependent vs. Data-Driven Approaches},
author = {Shahriar Sefati and Rachel Hegeman and Farshid Alambeigi and Iulian Iordachita and Mehran Armand},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.08629},
year = {2018}
}
备注
Accepted for International Symposium on Medical Robotics (ISMR) 2019