Geometric Iterative Approach for Efficient Inverse Kinematics and Planning of Continuum Robots with a Floating Base Under Environment Constraints

要約

浮遊塩基を備えた連続体ロボットは、医療手術や機器のメンテナンスで遭遇したものなど、限られたスペースで例外的な運用機能を示しています。
ただし、この分野では、動きや計画の問題のための低コストソリューションの開発と計画の問題を開発することは依然として重要な課題です。
このペーパーでは、幾何学的反復戦略方法の連続体ロボットへの適用を調査し、モーション計画のための2層の幾何学的反復戦略の改善に基づいてアルゴリズムを提案します。
まず、フローティングベースを備えたマルチセグメント腱駆動型の連続体ロボットの運動学と効果的なワークスペースを徹底的に研究します。
次に、任意のセグメント連続ロボットを解くための一般化された反復アルゴリズムは、連続体ロボットに適用した場合に同様の方法によって示される初期腕の形状依存性などの一連の問題に基づいて提案されます。
さらに、タスクシナリオは、環境要因を考慮したフォローリーダーのタスクに拡張され、さらに拡張されたアルゴリズムが提案されています。
同様の方法を備えたシミュレーション比較結果は、最初の腕の形状依存性を排除し、ソリューションの効率と精度を改善する際の提案された方法の有効性を示しています。
実験結果はさらに、改善された2層の幾何学的反復に基づく方法が、エンド位置の平均偏差約4 mm、1度以下の平均方向偏差、および平均的な時間と時間コストの減少と同様の方法と同様の方法での72.6 MSの減少の下で、浮遊ベースの連続体ロボットのモーション計画タスクに使用できることをさらに示しています。

要約(オリジナル)

Continuum robots with floating bases demonstrate exceptional operational capabilities in confined spaces, such as those encountered in medical surgeries and equipment maintenance. However, developing low-cost solutions for their motion and planning problems remains a significant challenge in this field. This paper investigates the application of geometric iterative strategy methods to continuum robots, and proposes the algorithm based on an improved two-layer geometric iterative strategy for motion planning. First, we thoroughly study the kinematics and effective workspace of a multi-segment tendon-driven continuum robot with a floating base. Then, generalized iterative algorithms for solving arbitrary-segment continuum robots are proposed based on a series of problems such as initial arm shape dependence exhibited by similar methods when applied to continuum robots. Further, the task scenario is extended to a follow-the-leader task considering environmental factors, and further extended algorithm are proposed. Simulation comparison results with similar methods demonstrate the effectiveness of the proposed method in eliminating the initial arm shape dependence and improving the solution efficiency and accuracy. The experimental results further demonstrate that the method based on improved two-layer geometric iteration can be used for motion planning task of a continuum robot with a floating base, under an average deviation of about 4 mm in the end position, an average orientation deviation of no more than 1 degree, and the reduction of average number of iterations and time cost is 127.4 iterations and 72.6 ms compared with similar methods, respectively.

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