Multi‐Objective Safety‐Enhanced Path Planning for the Anterior Part of a Flexible Ureteroscope in Robot‐Assisted Surgery

计算机科学 运动规划 路径(计算) 运动学 碰撞 模拟 机器人 算法 人工智能 物理 计算机安全 经典力学 程序设计语言
作者
Chongan Zhang,Zuoming Fu,Xiaoyue Liu,Guoqing Ding,Liping Qin,Peng Wang,Hong Zhang,Xuesong Ye
出处
期刊:International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery [Wiley]
卷期号:20 (6)
标识
DOI:10.1002/rcs.70007
摘要

ABSTRACT Background In robot‐assisted flexible ureteroscopy, planning a safety‐enhanced path facilitates ureteroscope reaching the target safely and quickly. However, current methods rarely consider the safety impact caused by body motion of the anterior part, such as impingement on the lumen wall and sweeping motion risk, or the method can only be used in collision‐free situations. Methods The kinematic model of the anterior part under C‐shaped and S‐shaped collision bending is first analysed. Considering the newly defined impingement cost and sweeping area, the differential evolution algorithm is adopted to optimise the path in the configuration space. Experiments were performed to verify the effectiveness of the method. Results Compared with the competing algorithm, the proposed algorithm reduced impingement cost and sweeping area by an average of 31.0% and 8.64%. Force measurement experiments verified the rationality of the impingement cost expression. Conclusion The experimental results proved the feasibility of the proposed path planning algorithm.
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