Toward Extending Concentric Tube Robot Kinematics for Large Clearance and Impulse Curvature

要約

同心円筒ロボット (CTR) は、低侵襲手術のために非構造化環境内で動作することが提案されています。
このレターでは、大動脈や工業用パイプなど、大きなクリアランスまたは大きな曲率を持つチャネル内をチューブが通過する操作シナリオを検討します。
高度な制御およびセンシングアルゴリズムの開発には、CTR の正確な運動学的モデリングが必要です。
この目的を達成するために、従来の CTR 運動学モデルを、チューブ間の隙間が大きく、中心線の曲率が大きい、より一般的なケースに拡張しました。
従来の CTR 運動学モデルと比較するために、数値シミュレーションと実験的検証が行われます。
物理実験では、提案したモデルは、2D 平面の場合で 1.53 mm、3D の場合で 4.36 mm の先端位置誤差を達成し、最先端のモデルをそれぞれ 71% および 66% 上回りました。

要約(オリジナル)

Concentric Tube Robots (CTRs) have been proposed to operate within the unstructured environment for minimally invasive surgeries. In this letter, we consider the operation scenario where the tubes travel inside the channels with a large clearance or large curvature, such as aortas or industrial pipes. Accurate kinematic modeling of CTRs is required for the development of advanced control and sensing algorithms. To this end, we extended the conventional CTR kinematics model to a more general case with large tube-to-tube clearance and large centerline curvature. Numerical simulations and experimental validations are conducted to compare our model with respect to the conventional CTR kinematic model. In the physical experiments, our proposed model achieved a tip position error of 1.53 mm in the 2D planer case and 4.36 mm in 3D case, outperforming the state-of-the-art model by 71% and 66%, respectively.

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