Active collision avoidance for teleoperated multi-segment continuum robots toward minimally invasive surgery

机器人 工作区 避碰 遥操作 运动学 机器人末端执行器 避障 碰撞 计算机科学 人工智能 计算机视觉 控制理论(社会学) 模拟 移动机器人 工程类 控制(管理) 物理 计算机安全 经典力学
作者
Jianhua Li,Dingjia Li,Chongyang Wang,Wei Guo,Zhidong Wang,Zhongtao Zhang,Hao Liu
出处
期刊:The International Journal of Robotics Research [SAGE Publishing]
卷期号:43 (7): 918-941 被引量:22
标识
DOI:10.1177/02783649231220955
摘要

Collision avoidance presents a challenging problem for multi-segment continuum robots owing to their flexible structure, limited workspaces, and restricted visual feedback, particularly when they are used in teleoperated minimally invasive surgery. This study proposes a comprehensive control framework that allows these continuum robots to automatically avoid collision and self-collision without interfering with the surgeon’s control of the end effector’s movement. The framework implements the early detection of collisions and active avoidance strategies by expressing the body geometry of the multi-segment continuum robot and the differential kinematics of any cross-section using screw theory. With the robot’s parameterized shape and selected checkpoints on the obstacle’s surface, we can determine the minimum distance between the robot and arbitrary obstacle, and locate the nearest point on the robot. Furthermore, we expand the null-space-based control method to accommodate redundant, non-redundant, and multiple continuum robots. An assessment of the avoidance capability is provided through an instantaneous and global criterion based on ellipsoids and possible movement ranges. Simulations and physical experiments involving continuum robots of different degrees of freedom performing various tasks were conducted to thoroughly validate the proposed framework. The results demonstrated its feasibility and effectiveness in minimizing the risk of collisions while maintaining the surgeon’s control over the end effector.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
lcx发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
古月今晨完成签到,获得积分20
刚刚
Jasper应助3108275366采纳,获得10
刚刚
追寻天菱应助派大星采纳,获得10
1秒前
小乔发布了新的文献求助10
1秒前
lzh完成签到 ,获得积分10
2秒前
sqq发布了新的文献求助10
2秒前
浩多多完成签到,获得积分10
2秒前
天天快乐应助miao采纳,获得10
2秒前
单薄的念之完成签到,获得积分20
3秒前
可白关注了科研通微信公众号
3秒前
xm发布了新的文献求助20
4秒前
SciGPT应助Yu采纳,获得10
4秒前
4秒前
李健应助Jwl采纳,获得10
4秒前
4秒前
秋风应助静水流深采纳,获得10
5秒前
小亮子发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
lcx完成签到,获得积分20
6秒前
7秒前
8秒前
Hina发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
Phoenix给Phoenix的求助进行了留言
9秒前
9秒前
liuying完成签到,获得积分10
9秒前
aajhajkahna应助WANGDILUN采纳,获得10
9秒前
番茄发布了新的文献求助10
10秒前
yqt完成签到,获得积分10
11秒前
烟花应助现实的沛凝采纳,获得30
11秒前
和云流彩应助mmyhn采纳,获得10
12秒前
飞行雪绒发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
虎虎生风发布了新的文献求助10
12秒前
shally发布了新的文献求助10
12秒前
王诗语发布了新的文献求助10
12秒前
蓝羽完成签到,获得积分10
12秒前
xiaowan发布了新的文献求助10
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
CLSI VET01S-2024 Performance Standards for Antimicrobial Disk and Dilution Susceptibility Tests for Bacteria Isolated From Animals (7th Ed) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7761241
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9306359
关于积分的说明 20294048
捐赠科研通 7345867
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3313115
关于科研通互助平台的介绍 2463411
邀请新用户注册赠送积分活动 2327363