基于参考的机器人导航中的系统级误差传播与尾部风险放大

图像引导的机器人导航系统常依赖基于参考的几何感知管线，通过多阶段估计过程建立准确的空间映射。在双生 X 射线引导导航中，由于其实时性和几何可解释性，这类管线广泛使用。然而，导航可靠性可能受到一种被忽视的系统级失效机制的制约：感知阶段引入的安装诱导结构扰动在感知-重建-执行链中逐步放大，并主导执行级误差和尾部风险行为。本文从系统层面研究该机制，提出统一的误差传播建模框架，描述安装诱导的结构扰动如何通过双生成像、投影矩阵估计、三角测量和坐标映射，与像素级观测噪声耦合传播。利用一阶解析不确定性传播和蒙特卡罗仿真，我们分析主要灵敏通道，量化超越均值准确度指标的最坏情况误差行为。结果表明，旋转安装误差是系统级误差放大的主要驱动力，而相同幅度的平移误差在典型双生几何条件下扮演次要角色。实际的双生 X 射线台面实验进一步确认，在真实成像条件下，预测的放大趋势仍然成立。这些发现揭示了基于参考的多阶段几何感知管线的更广泛结构性局限，并为安全关键的机器人导航系统提供了系统级可靠性分析和风险导向设计框架。