Shape Sensing for Continuum Robots Using FBG Sensors Array Considering Bending and Twisting

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作者
Feiwen Wang,Qi Jiang,Jihua Li
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (2): 1546-1554 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3337419
摘要

Continuum robots have been widely utilized in industrial and medical environments due to their dexterous abilities. However, the absence of robotic shape information limits their control accuracy and interaction ability in unstructured environments. In particular, sensing the shape of the continuum robot is challenging when the robot is subjected to material twist. This paper presents a fiber optic shape sensor and related shape reconstruction algorithm to measure the curvature and material twisting angle simultaneously. Meanwhile, a calibration procedure in the initialization step is designed to identify the configuration parameters of the shape sensor. Then, the shape reconstruction performance of the robot under twisted and untwisted conditions is evaluated by conducting several different sensing shape tasks. The experimental results show that the mean distal position error is 1.26% of the length, and the mean Fréchet distance is 1.64% of the length. The results prove that our method can effectively evaluate the continuum robotic shape information and show the feasibility of an application. Besides, a sensing system is designed to monitor the shape of a continuum robot in real time.
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