远程操作蛇形机器人的有效策略

远程操作蛇形机器人的有效策略 2023-03-17 11:17:32 716

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动物一直是机器人系统的巨大灵感来源,因为它们提供了不同身体结构如何产生特定运动和运动风格的自然例子。虽然大多数受动物启发的机器人都是受有腿动物物种的启发,但一些机器人学家一直在探索机器人的潜力,这些机器人的身体与包括蛇在内的其他动物的身体相似。

受蛇启发的机器人具有独特的特性,这可能使它们比其他机器人更适合某些技术应用。例如,它们灵活的蛇形运动可能有利于进行微创手术和内窥镜干预,通过鼻子进入患者身体,然后到达目标区域。

尽管它们有优势,但现有的从远处操作这些机器人的方法并不是特别有效。这主要是因为尽管蛇形机器人是超冗余的(即它们有很大或无限多的自由度),但用于控制它们运动的电子设备通常只允许用户指定六个自由度。

为了克服这一限制,汉诺威莱布尼茨大学的一组研究人员最近开发了一种新策略,可以直观地远程操纵超冗余蛇机器人的运动。这一策略是在arXiv上预先发表的一篇论文中引入的,它允许用户改变蛇形机器人的运动和方向,同时尽可能少地改变它的形状。

Tim Lukas Habich和他的同事在论文中写道:“本文提出了SnakeTTP,这是一种用于直观远程操作的统一算法,可实现内窥镜任务的移动和枢轴重新定向。基于任务优先级反向运动学的新方法允许在最高优先级下使用不同的位置和方向规范,并在零空间内进行形状拟合。形状拟合是通过使用Frechet距离最大化两条曲线的相似性来执行的,同时指定末端执行器的位置和定向。”

Habich和他的同事评估了他们的SnakeTTP算法,要求14名研究参与者控制模拟蛇机器人的运动,并将其带到模拟环境中的目标区域。他们的结果非常有希望,因为控制模拟蛇机器人的用户可以成功完成移动任务,也可以在目标区域内重新定位机器人的运动,同时尽可能少地改变其形状。

虽然这个研究团队引入的新控制算法取得了很有希望的结果,但到目前为止,它只在模拟机器人上进行了测试。未来在现实世界环境中的测试和使用真实的蛇机器人可能会进一步验证其有效性。

最终,该算法可以让研究人员更精确地控制蛇机器人和其他超冗余机器人(例如,受章鱼触手启发的机器人),同时也可以更好地复制类似蛇或触手的动作。这反过来可以促进这些机器人在医疗环境中的部署,特别是在人体内进行微创手术。

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