Teleoperation of Continuum Instruments: Investigation of Linear vs. Angular Commands through Task-Priority Analysis

要約

本論文では、低侵襲手術(MIS)のための連続体器具の遠隔操作という課題に取り組む。我々は、遠隔運動中心(RCM)制約下での連続体器具の遠隔操作コマンドを定量的に調査するために、新しいタスク優先度ベースの運動学定式化を開発し、採用する。冗長性解消法を用いて、タスク優先スキーム内での線形コマンドと角度コマンドを比較しながら、遠隔操作時の運動学的性能を調査する。実験的検証のために、インスツルメントモジュール(IM)を設計し、7自由度マニピュレータと統合した。 評価、シミュレーション、実験検証により、提案したフレームワークの有効性が実証された。実験では、直線および角度の遠隔操作コマンドの優先順位を変化させた複数の経路に沿ったIM先端の軌道追跡、シリコンボード上のあらかじめ定義された経路に沿ったボールのプッシュ、ペグボード上のパターンの追跡、標準的な手術キットを使用したリングボード上のリングを通る連続体先端の誘導などのタスクを行った。

要約(オリジナル)

This paper addresses the challenge of teleoperating continuum instruments for minimally invasive surgery (MIS). We develop and adopt a novel task-priority-based kinematic formulation to quantitatively investigate teleoperation commands for continuum instruments under remote center of motion (RCM) constraints. Using redundancy resolution methods, we investigate the kinematic performance during teleoperation, comparing linear and angular commands within a task-priority scheme. For experimental validation, an instrument module (IM) was designed and integrated with a 7-DoF manipulator. Assessments, simulations, and experimental validations demonstrated the effectiveness of the proposed framework. The experiments involved several tasks: trajectory tracking of the IM tip along multiple paths with varying priorities for linear and angular teleoperation commands, pushing a ball along predefined paths on a silicon board, following a pattern on a pegboard, and guiding the continuum tip through rings on a ring board using a standard surgical kit.

arxiv情報

著者 Ehsan Nasiri,Long Wang
発行日 2025-01-02 21:07:18+00:00
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