Hand-Eye Calibration of Surgical Robots Based on a BP Neural Network Optimized by Using an Improved Sparrow Search Algorithm

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作者
Jiaqi Zhu,Weibo Ning,Ye Yuan,Hongjiang Chen,Weijun Zhou,Yecheng Tan,Shuxing He,Jun Hu,Zhun Fan
标识
DOI:10.1109/icarcv57592.2022.10004291
摘要

Hand-eye calibration methods for surgical robots are employed to derive a transformation between the robot's base motor and visual coordinate systems. Accurately completing hand-eye calibration procedures provides an important guarantee that a surgical robot will exhibit positioning and execution accuracy sufficient for assisting surgeons in successfully completing surgical procedures. To improve the accuracy of robot hand-eye calibration methods based on backpropagation neural network (BPNN) models, we propose a modified BP neural network optimized using the sparrow search algorithm for hand-eye calibration model (TSSABPNN), which can enhance population initialization by applying tent mapping. Furthermore, we also design a new sliding 3D calibration tool. The sparrow search algorithm exhibits good local exploration ability, and we introduce a tent map with ergodic characteristics to initialize the sparrow population information, which further improves the network's global search ability and convergence rate. Finally, we experimentally analyze four calibration models: TSSABP NN model, a BP NN model optimized using a genetic algorithm of simulated annealing (GASABPNN), an unoptimized BP NN model, and the traditional singular value decomposition method. The results indicate that the proposed TSSABP NN model exhibits the maximum calibration precision and best robustness and iteratively converges faster.
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