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以蛇為靈感的機器人具有獨特的特性,可以使它們比其他機器人更適合某些技術應用。例如,它們靈活的蛇形運動可以使它們有利于進行微創手術和內窺鏡干預,通過鼻子進入患者身體,然后到達目標區域。
盡管有這些優勢,但現有的遠程操作這些機器人的方法并不是特別有效。這主要是因為雖然蛇形機器人是超冗余的(即它們具有很大或無限多的自由度),但用于控制其運動的電子設備通常只允許用戶指定六個自由度。
為了克服這一局限性,漢諾威萊布尼茨大學的一組研究人員最近開發了一種新策略,用于直觀地遠程操縱超冗余蛇形機器人的運動。在arXiv上預發表的一篇論文中介紹了這種策略,它允許用戶改變蛇形機器人的運動和方向,同時盡可能少地改變它的形狀。
這篇論文介紹了SnakeTTP,這是一種用于直觀遠程操作的統一算法,可實現內窺鏡任務的運動和樞軸重新定向, Tim-LukasHabich和他的同事在他們的論文中寫道。 基于任務優先級逆向運動學的新方法允許以最高優先級指定不同的位置和方向,并在零空間內進行形狀擬合。通過使用Frechet距離最大化兩條曲線的相似性來執行形狀擬合,同時指定位置和方向末端執行器。
Habich和他的同事通過要求14名研究參與者控制模擬蛇形機器人的運動并將其帶到模擬環境中的目標區域來評估他們的SnakeTTP算法。他們的結果非常有希望,因為控制模擬蛇形機器人的用戶可以成功完成運動任務,并且還可以在目標區域內重新定位機器人的運動,同時盡可能少地改變其形狀。
與使用當前鏈接位置和所需鏈接位置之間的歐幾里德距離的經典策略相比,基于Frechet距離的新穎形狀擬合方法將形狀誤差減少了20.1%, Habich和他的同事在他們的論文中寫道。
雖然這組研究人員引入的新控制算法取得了可喜的成果,但迄今為止僅在模擬機器人上進行了測試。未來在現實環境中的測試和使用真正的蛇形機器人可以進一步驗證其有效性。
最終,該算法可以讓研究人員更精確地控制蛇形機器人和其他超冗余機器人(例如,受章魚觸手啟發的機器人),同時還可以更好地復制蛇形或類似觸手的動作。這反過來可以促進這些機器人在醫療環境中的部署,特別是在人體內進行微創外科手術。
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