Continuum Robot Shape Estimation Using Magnetic Ball Chains

要約

医療用連続ロボットの形状センシングは、閉ループ制御にとっても、臨床医が体内のロボットを視覚化できるようにするためにも重要です。
安価だが正確な形状センシング技術が必要とされています。
この論文では、ホール効果センサーの外部アレイによって検出できる形状固有の磁場を生成する手段として磁気ボール チェーンを使用することを提案しています。
このようなボールチェーンは、柔軟なポリマースリーブに包まれており、任意の連続ロボットの内腔内に挿入して、リアルタイムの形状フィードバックを提供できます。
内腔全体を使用できるようにするために、手順中に必要に応じてスリーブを取り外すことができます。
このアプローチを調査するために、操縦可能なカテーテル先端の形状センシング モデルが導出され、可観測性と感度の分析が提示されます。
実験によると、全長に対する先端位置の推定誤差は最大 7.1%、平均 2.9% でした。

要約(オリジナル)

Shape sensing of medical continuum robots is important both for closed-loop control as well as for enabling the clinician to visualize the robot inside the body. There is a need for inexpensive, but accurate shape sensing technologies. This paper proposes the use of magnetic ball chains as a means of generating shape-specific magnetic fields that can be detected by an external array of Hall effect sensors. Such a ball chain, encased in a flexible polymer sleeve, could be inserted inside the lumen of any continuum robot to provide real-time shape feedback. The sleeve could be removed, as needed, during the procedure to enable use of the entire lumen. To investigate this approach, a shape-sensing model for a steerable catheter tip is derived and an observability and sensitivity analysis are presented. Experiments show maximum estimation errors of 7.1% and mean of 2.9% of the tip position with respect to total length.

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