面向内窥镜黏膜切除术切割任务自动化的安全保障机器人控制框架
机器人学
2025-06-13 v2 系统与控制
系统与控制
摘要
对于使用机器人系统自动化外科手术任务（如治疗胃肠道（GI）癌的内窥镜手术）存在浓厚兴趣，但以往的研究主要聚焦于目标检测和分析，缺乏对安全性的保障，而这在临床应用中至关重要，因为不安全的机器人运动可能导致意外事故。本研究提出了一种新的控制框架，可通过内窥镜机器人正式确保自动化内窥镜黏膜切除术（ESD）中切割任务的安全性。该框架利用控制屏障函数（CBFs）准确识别单个肿瘤的边界，即使在胃肠道内接近亦可如此，从而实现精准治疗和切除，同时保留周围正常组织。此外，由于采用无模型控制方案，即使在动态建模困难的内窥镜机器人系统中，也能实现安全保障。我们在基于仿真的实验环境中演示了该框架，肿瘤之间彼此靠近。结果表明，基于无模型CBF的控制机器人能够完整切除一个肿瘤，同时不损伤相邻的另一个肿瘤，安全约束得到有效执行。
引用
@article{arxiv.2503.08214,
title = {Safety-Ensured Robotic Control Framework for Cutting Task Automation in Endoscopic Submucosal Dissection},
author = {Yitaek Kim and Iñigo Iturrate and Christoffer Sloth and Hansoul Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.08214},
year = {2025}
}
备注
This article has been accepted for publication in IEEE Access. This is the author's version which has not been fully edited and content may change prior to final publication. Citation information: DOI 10.1109/ACCESS.2025.3578607