Five-degree-of-freedom manipulation of an untethered magnetic device in fluid using a single permanent magnet with application in stomach capsule endoscopy

磁铁 运动学 控制理论(社会学) 串联机械手 并联机械手 机器人末端执行器 职位(财务) 机器人 计算机科学 人工智能 物理 工程类 机械工程 经典力学 控制(管理) 财务 经济
作者
Arthur W. Mahoney,Jake J. Abbott
出处
期刊:The International Journal of Robotics Research [SAGE]
卷期号:35 (1-3): 129-147 被引量:212
标识
DOI:10.1177/0278364914558006
摘要

This paper demonstrates magnetic three-degree-of-freedom (3-DOF) closed-loop position and 2-DOF open-loop orientation control of a mockup magnetic capsule endoscope in fluid with a single permanent magnet positioned by a commercial 6-DOF robotic manipulator, using feedback of only the 3-DOF capsule position measured by a localization system, with application in capsule endoscopy of a fluid-distended stomach. We analyze the kinematics of magnetic manipulation using a single permanent magnet as the end-effector of a serial-link robot manipulator, and we formulate a control method that enables the capsule’s position and direction to be controlled when the robot manipulator is not in a kinematic singularity, and that sacrifices control over the capsule’s direction to maintain control over the capsule’s position when the manipulator enters a singularity. We demonstrate the method’s robustness to a reduced control rate of 25 Hz, reduced localization rates down to 30 Hz, deviation in the applied magnetic field from that expected, and the presence of manipulator singularities. Five-DOF manipulation of an untethered magnetic device has been previously demonstrated by electromagnetic systems only.
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