Collaborative Robot Arm Inserting Nasopharyngeal Swabs with Admittance Control

要約

鼻咽頭 (NP) 綿棒サンプル検査は、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) やその他の呼吸器疾患の検出に一般的に使用されており、鼻腔内で綿棒を移動させて鼻咽頭からサンプルを収集します。
通常、この検査は人間の医療従事者によって行われますが、患者への曝露を減らし、人的資源を解放するためにロボットがこの検査を行えるようにすることに大きな社会的関心が集まっています。
この作業は、器用さと安全性の要件があるため、ロボット工学の観点から見ると困難です。
他の研究では特定のハードウェア ソリューションが実装されていますが、私たちの研究はユビキタスな剛性ロボット アームを使用することで差別化を図っています。
この研究では、このようなロボット構成で NP スワブ テストを実行するための準拠制御システムを使用して、長所と課題を調査するケース スタディを紹介します。
これを達成するために、提案されたトルク制御コンプライアント制御ループと統合する力感知エンドエフェクターを設計しました。
次に、ロボットが 3D プリントされた鼻腔ファントムに NP 綿棒を挿入する実験を実施しました。
最終的に、準拠制御システムが基本的な位置コントローラーよりも優れた性能を示し、人間による使用に有望であることがわかりました。
ただし、鼻孔との初期位置を確実に合わせ、頭の動きに対処するには、さらなる努力が必要です。

要約(オリジナル)

The nasopharyngeal (NP) swab sample test, commonly used to detect COVID-19 and other respiratory illnesses, involves moving a swab through the nasal cavity to collect samples from the nasopharynx. While typically this is done by human healthcare workers, there is a significant societal interest to enable robots to do this test to reduce exposure to patients and to free up human resources. The task is challenging from the robotics perspective because of the dexterity and safety requirements. While other works have implemented specific hardware solutions, our research differentiates itself by using a ubiquitous rigid robotic arm. This work presents a case study where we investigate the strengths and challenges using compliant control system to accomplish NP swab tests with such a robotic configuration. To accomplish this, we designed a force sensing end-effector that integrates with the proposed torque controlled compliant control loop. We then conducted experiments where the robot inserted NP swabs into a 3D printed nasal cavity phantom. Ultimately, we found that the compliant control system outperformed a basic position controller and shows promise for human use. However, further efforts are needed to ensure the initial alignment with the nostril and to address head motion.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google