基于磁控的肌电机器人在体外心脏流中的鲁棒自主控制
机器人学
2026-04-03 v1
摘要
无线磁动肌电机器人在 minimally invasive 心脏治疗中具有巨大的潜力，但在脉动心脏流中实现可靠的自主控制仍具有挑战性。本工作提出了一种面向体外心脏幽 phantom 于生理学相关流条件下的精确自主导航的视觉引导控制框架。该系统集成了基于UNet的位置识别、A*路径规划以及针对多线圈电磁驱动的滑模控制器伴随扰动观测器(SMC-DOB)。虽然阻力力通过稳态 CFD 模拟估计，但控制器在闭环运行期间补偿了瞬态脉动扰动。在静止流体中，SMC-DOB实现了亚毫米精度(均方根误差RMSE = 0.49 mm)，优于PID和MPC基线。在 moderate 脉动流(峰值7 cm/s, 20 cP)下，其RMSE降低37%，峰值误差降低2.4倍。在 elevated 脉动流(峰值10 cm/s, 20 cP)及低粘度条件(4.3 cP, 7 cm/s峰值)下，仍保持RMSE低于2 mm(0.27身体长度)，而基线控制器则表现出不稳定或失控跟踪。这些结果表明，在时变心脏流扰动下实现了鲁棒的闭环磁控，支持针对靶向药物输送的自主肌电机器人导航的可行性。
引用
@article{arxiv.2604.01523,
title = {Robust Autonomous Control of a Magnetic Millirobot in In Vitro Cardiac Flow},
author = {Anuruddha Bhattacharjee and Xinhao Chen and Lamar O. Mair and Suraj Raval and Yancy Diaz-Mercado and Axel Krieger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.01523},
year = {2026}
}