基于优化控制与变阻抗的超声引导辅助机器人脊柱侧弯评估
机器人学
2022-03-07 v1
摘要
由于辅助医疗从业者摆脱常规工作的巨大潜力，用于医疗的辅助机器人需求日益增长。本文研究了一种用于超声引导辅助机器人执行脊柱侧弯评估的基于优化的控制框架开发。使用超声成像进行脊柱侧弯评估的传统流程通常需要医疗从业者沿患者背部滑动超声探头。为使此类流程自动化，我们需要考虑多个目标，如接触力、位置、姿态、能量、构型等。针对上述要素，我们提议将控制框架设计表述为一个二次规划问题，各目标按其任务优先级加权，并受一组等式与不等式约束。此外，由于机器人在脊柱扫描期间需与患者保持持续接触，我们在控制架构中融入末端执行器位置与姿态的变阻抗调节，以增强物理人机交互过程中的安全性与稳定性。其中，变阻抗增益通过模仿医疗专家示教学习得到。所提方法通过使用机械臂 xArm 进行自主脊柱侧弯评估的实物实验进行评估，所获幻影与人体受试者的冠状面脊柱图像验证了有效性。
引用
@article{arxiv.2203.02126,
title = {Ultrasound-Guided Assistive Robots for Scoliosis Assessment with Optimization-based Control and Variable Impedance},
author = {Anqing Duan and Maria Victorova and Jingyuan Zhao and Yongping Zheng and David Navarro-Alarcon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.02126},
year = {2022}
}