Asymptotically Optimal Design of Piecewise Cylindrical Robots using Motion Planning
Asymptotically Optimal Design of Piecewise Cylindrical Robots using Motion Planning
复制标题
使用运动规划的分段圆柱形机器人的渐近优化设计
DOI：
10.15607/rss.2017.xiii.020
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R. Alterovitz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cenk Baykal;R. Alterovitz
在高度受限的环境中，例如，一个触手状的医疗机器人通过体内狭窄的腔体进行微创手术，对于一个具有通用运动学设计的机器人来说，在避开障碍物的同时到达所有理想的目标可能是困难或不可能的。我们引入了一种设计优化方法来计算运动学设计参数，使单个机器人能够尽可能多地到达理想的目标区域，同时避开环境中的障碍物。研究了分段圆柱形机器人的运动学设计，这种机器人的形状可以通过圆柱形部件来建模。我们的方法适当地将构型空间中基于采样的运动规划与设计空间中的随机优化相结合，因此，随着时间的推移，我们对设计达到目标的能力的评估准确性提高，我们选择的设计接近全局最优。我们证明了我们的方法的渐近最优性，并在仿真中展示了(i)串联机械臂和（ii）同心管机器人的性能，同心管机器人是一种触手状的医疗机器人，可以绕过解剖障碍安全到达临床相关的目标区域。
In highly constrained settings, e.g., a tentacle-like medical robot maneuvering through narrow cavities in the body for minimally invasive surgery, it may be difficult or impossible for a robot with a generic kinematic design to reach all desirable targets while avoiding obstacles. We introduce a design optimization method to compute kinematic design parameters that enable a single robot to reach as many desirable goal regions as possible while avoiding obstacles in an environment. We focus on the kinematic design of piecewise cylindrical robots, robotic manipulators whose shape can be modeled via cylindrical components. Our method appropriately integrates sampling-based motion planning in configuration space into stochastic optimization in design space so that, over time, our evaluation of a design’s ability to reach goals increases in accuracy and our selected designs approach global optimality. We prove the asymptotic optimality of our method and demonstrate performance in simulation for (i) a serial manipulator and (ii) a concentric tube robot, a tentaclelike medical robot that can bend around anatomical obstacles to safely reach clinically-relevant goal regions.
DOI：
10.1115/1.4035117
发表时间：
2017-02-01
影响因子：
2.6
作者：
Plecnik, Mark M.;Haldane, Duncan W.;Fearing, Ronald S.
通讯作者：
Fearing, Ronald S.
影响因子：
0.9
作者：
de Oliveira, Thiago R.;Lemos, Nivaldo A.
通讯作者：
Lemos, Nivaldo A.