基于 Cosserat 杆的tendon-driven机器人导管系统建模

tendon-driven机器人导管能够精确执行包括射频消融和成像在内的 minimally invasive心脏程序。这些程序需要对导管、tendon以及其与周围组织和血管的相互作用进行准确的数学模型，以控制机器人路径和相互作用。本文提出了一种基于 Cosserat 杆的tendon-driven机器人导管系统机械模型，并集成了稳定的隐式 Euler 方法。我们将 Cosserat 杆作为简单导管中心线的模型进行建模，并通过大变形解析模型和实验数据对其物理精度进行了验证。随后，我们通过添加第二个 Cosserat 杆来对单个tendon进行建模，使用罚力定义tendon-catheter系统的约束。所有模型参数均由导管设计所确定的属性定义。该组合模型通过实验数据进行验证，以确认其物理精度。这一模型代表了该领域的新贡献，其中导管和tendon均由机械 Cosserat 杆建模，并以单根杆系统的案例中通过实验数据进行了完全验证。