АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НЕПРЕРЫВНЫМ РОБОТОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМА FABRIK

В настоящее время катетерные хирургические операции стали достаточно востребованными за счёт меньшего срока реабилитации пациентов и меньших рисков при проведении подобных вмешательств. Однако данный вид операций выполняется специалистами вручную, что требует соответствующей подготовки специалиста, а также занимает много времени, и тем самым увеличивая риск врачебной ошибки. Имеющиеся сегодня роботизированные решения, являются дорогими и недоступными для большинства больниц, клиник и медицинских центров. Решением данной проблемы может стать разработка простой автоматизированной системы управления. Применение такой системы позволит увеличить точность, повторяемость, а также снизить риски, связанные с человеческим фактором. Катетер – это манипулятор, который способен изгибаться в любой точке своей структуры. Такая особенность строения позволяет манипуляторам работать в местах со сложной геометрией, в том числе и внутри человеческого организма. В связи с этим, катетеры нашли своё применение в многих сферах, включая медицину и промышленность. Однако управление данным видом роботов осложняется наличием гибких звеньев, стремящихся к бесконечности. За позиционирование и ориентацию непрерывных роботов отвечают алгоритмы прямой и обратной кинематики. Одним из наиболее перспективных подходов является алгоритм обратной кинематики прямого и обратного следования (FABRIK). В связи с этим, в данной работе представлена быстрая и надёжная система автоматического управления непрерывным роботом без обратной связи на основе алгоритма FABRIK.

1. Walker I.D. Continuous Backbone Continuum Robot Manipulators . ISRN Robotics. 2013;2013:1–19. DOI: 10.5402/2013/726506 .

2. Dong X., Axinte D., Palmer D., Cobos S., Raffles M., Rabani A., Kell J. Development of a slender continuum robotic system for on-wing inspection/repair of gas turbine engines. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2017;44:218–229. DOI:10.1016/j.rcim.2016.09.004 .

3. Buckingham R., Graham A. Nuclear snake‐arm robots. Ind. Robot An Int. J. 2012;39(1):6– 11.

4. Mehling J.S., Diftler M.A., Chu M., Valvo M. A Minimally Invasive Tendril Robot for InSpace Inspection. The First IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics. 2006. BioRob 2006., Pisa, 2006; 2006: 690-695. DOI: 10.1109/BIOROB.2006.1639170

5. LaserSnake versus Dragon. OCRobotics. URL: http://www.ocrobotics.com/news/lasersnake-versus-dragon/ (дата обращения: 26.09.2019).

6. Burgner-Kahrs J., Rucker D.C., Choset H. Continuum Robots for Medical Applications: A Survey. IEEE Transactions on Robotics 2015;31(6):1261–1280. DOI: 10.1109/TRO.2015.2489500

7. Galin R., Meshcheryakov R. Automation and robotics in the context of Industry 4.0: The shift to collaborative robots. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Institute of Physics Publishing. 2019;537(3). DOI: 10.1088/1757-899X/537/3/032073

8. Jones B.A., Walker I.D Kinematics for multisection continuum robots. IEEE Transactions on Robotics, 2006;22(1):43-55 DOI: 10.1109/TRO.2005.861458

9. Zheng L., Liao W., Hongliang R., Haoyong Y. Kinematic comparison of surgical tendondriven manipulators and concentric tube manipulators, Mechanism and Machine Theory, Elsevier Ltd. 2017;107:148–165. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.09.018.

10. S. Neppalli, M.A. Csencsits, B.A. Jones, I. D. Walker. Closed-form inverse kinematics for continuum manipulators. Advanced Robotics. 2009;23(15):2077–2091. DOI: 10.1163/016918609X12529299964101.

11. Aristidou A., Lasenby J. FABRIK: A fast, iterative solver for the Inverse Kinematics problem. Graph. Models. Elsevier Inc. 2011;73(5):243–260.

12. Zhang W., Yang Z., Dong T., Xu K. FABRIKc: an Efficient Iterative Inverse Kinematics Solver for Continuum Robots. 2018 IEEE/ASME Int. Conf. Adv. Intell. Mechatronics. IEEE, 2018; с. 346–352. DOI: 10.1109/AIM.2018.8452693

13. Kolpashchikov D.Y., Laptev N.V., Danilov V.V., Skirnevskiy I.P., Manakov R.A., Gerget O.M. FABRIK-Based Inverse Kinematics for Multi-Section Continuum Robots. Proceedings of the 2018 18th International Conference on Mechatronics - Mechatronika, ME 2018. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2019. 8624888. (Proceedings of the 2018 18th International Conference on Mechatronics - Mechatronika, ME 2018).

14. Kolpashchikov D. et al. Inverse Kinematics for Steerable Concentric Continuum Robots. Proceedings of 14th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin’s Readings”. Smart Innovation, Systems and Technologies. Singapore: Springer. 2019;154:89–100. DOI:10.1007/978-981-13-9267-2_8.

15. Li Z., Du R. Design and analysis of a bio-inspired wire-driven multi-section flexible robot: Regular paper. Int. J. Adv. Robot. Syst. 2013;10.