An Extended Generalized Prandtl-Ishlinskii Hysteresis Model for I2RIS Robot

要約

網膜手術には、人間の網膜の制約された解剖学的空間のため、極端な精度が必要です。
外科医がこのレベルの精度を達成するのを支援するために、器用な能力を備えた改善された統合ロボット眼内ヘビ（I2RI）が開発されました。
ただし、このような柔軟な腱駆動型ロボットは、しばしばヒステリシスの問題に悩まされており、正確な制御と位置付けに大きな挑戦に挑戦します。
特に、小規模なi2RIで多段階のヒステリシス現象を観察しました。
この論文では、ヒステリシスの適合精度を高めるために、拡張一般化されたPrandtl-Ishlinskii（EGPI）モデルを提案します。
このモデルには、単調な入力の領域で多段階のヒステリシスを記述できる新しいスイッチングメカニズムが組み込まれています。
I2RISデータの実験的検証は、EGPIモデルが、複数のモーター入力方向にわたってRMSE、NRMSE、およびMAEの観点から、従来の一般化Prandtl-Ishlinskii（GPI）モデルを上回ることを示しています。
私たちの研究のEGPIモデルは、低侵襲柔軟なロボットのマルチステージヒステリシスのモデリングの可能性を強調しています。

要約(オリジナル)

Retinal surgery requires extreme precision due to constrained anatomical spaces in the human retina. To assist surgeons achieve this level of accuracy, the Improved Integrated Robotic Intraocular Snake (I2RIS) with dexterous capability has been developed. However, such flexible tendon-driven robots often suffer from hysteresis problems, which significantly challenges precise control and positioning. In particular, we observed multi-stage hysteresis phenomena in the small-scale I2RIS. In this paper, we propose an Extended Generalized Prandtl-Ishlinskii (EGPI) model to increase the fitting accuracy of the hysteresis. The model incorporates a novel switching mechanism that enables it to describe multi-stage hysteresis in the regions of monotonic input. Experimental validation on I2RIS data demonstrate that the EGPI model outperforms the conventional Generalized Prandtl-Ishlinskii (GPI) model in terms of RMSE, NRMSE, and MAE across multiple motor input directions. The EGPI model in our study highlights the potential in modeling multi-stage hysteresis in minimally invasive flexible robots.

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