A fast, accurate and uncalibrated robotic puncture method

计算机科学 稳健性(进化) 雅可比矩阵与行列式 计算机视觉 卡尔曼滤波器 机械臂 人工智能 校准 扩展卡尔曼滤波器 控制理论(社会学) 数学 统计 生物化学 化学 控制(管理) 应用数学 基因
作者
ShangHong Li,Qiwan Wang,Biao Yan,Rongqian Yang,Yinwei Zhan
出处
期刊:International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery [Wiley]
卷期号:20 (1)
标识
DOI:10.1002/rcs.2601
摘要

Abstract Background Robotic puncture system (RPS) consists of an optical tracking system (OTS) and a robotic arm gripping the puncture needle. Typically, the RPS requires hand‐eye calibration before the surgery in order to obtain the relative position between the OTS and the robotic arm. However, if there is any displacement or angular deviation in either the robotic arm or the OTS, the calibration results become invalid, necessitating recalibration. Methods We propose an uncalibrated robotic puncture method that does not rely on the hand‐eye relationship of the RPS. By constructing angle and position graph jacobian matrices respectively, and employing Square Root Cubature Kalman Filter for online estimation. This enables obtaining control variables for the robot to perform puncture operations. Results In simulation experiments, our method achieves an average error of 1.3495 mm and an average time consumption of 39.331 s. Conclusions Experimental results indicate that our method possesses high accuracy, low time consumption, and strong robustness.

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