State Estimation for Continuum Multi-Robot Systems on SE(3)

要約

従来のロボットとは対照的に、連続体ロボットの運動学と静力学を正確にモデル化することは、部分的に未知の材料特性、寄生効果、または連続体に作用する未知の力のため、困難です。
その結果、追加のセンサー情報を利用して連続体ロボットの形状を予測する状態推定アプローチが大きな関心を集めています。
この論文では、複数の結合された連続体ロボットを備えたシステムの状態推定への新しいアプローチを紹介します。これにより、任意の結合トポロジにおける複数の連続体ロボットの形状とひずみの変数を推定できます。
シミュレーションと実験は、提案された方法の機能と多用途性を実証するとともに、そのようなシステムの状態を正確かつ継続的に推定し、センサーの設定に応じて平均エンドエフェクター誤差が 3.3 mm と 5.02{\deg} になることを示しています。
さらに、このアプローチは 10 ミリ秒未満の高速計算時間を提供し、平均更新レートが 100 ～ 200 Hz の準静的リアルタイム シナリオでの利用を可能にすることが示されています。
提案された状態推定方法のオープンソース C++ 実装は、コミュニティに公開されています。

要約(オリジナル)

In contrast to conventional robots, accurately modeling the kinematics and statics of continuum robots is challenging due to partially unknown material properties, parasitic effects, or unknown forces acting on the continuous body. Consequentially, state estimation approaches that utilize additional sensor information to predict the shape of continuum robots have garnered significant interest. This paper presents a novel approach to state estimation for systems with multiple coupled continuum robots, which allows estimating the shape and strain variables of multiple continuum robots in an arbitrary coupled topology. Simulations and experiments demonstrate the capabilities and versatility of the proposed method, while achieving accurate and continuous estimates for the state of such systems, resulting in average end-effector errors of 3.3 mm and 5.02{\deg} depending on the sensor setup. It is further shown, that the approach offers fast computation times of below 10 ms, enabling its utilization in quasi-static real-time scenarios with average update rates of 100-200 Hz. An open-source C++ implementation of the proposed state estimation method is made publicly available to the community.

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