論文の概要: Helical Tendon-Driven Continuum Robot with Programmable Follow-the-Leader Operation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13177v1
• Date: Mon, 19 Jan 2026 16:03:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.845476
• Title: Helical Tendon-Driven Continuum Robot with Programmable Follow-the-Leader Operation
• Title（参考訳）: プログラマブル・フォロー・ザ・レーダ操作によるヘリカル腱駆動型連続ロボット
• Authors: Behnam Moradkhani, Raghav Sankaranarayanan, Pejman Kheradmand, Harshith Jella, Nicholas Ahn, Ajmal Zemmar, Yash Chitalia,
• Abstract要約: ExoNavは、腹側と外側の硬膜外空間への正確なナビゲーションを容易にするために設計された、ステアブルなロボットツールである。 アクティベーション時のExoNavのヘリカル形状に基づいて、フォロー・ザ・リード(FTL)動作を行うことができる。 提案したシミュレーションは、所望のFTL経路に従うために最適な腱張力を計算する能力を有する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11242503819703255
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Spinal cord stimulation (SCS) is primarily utilized for pain management and has recently demonstrated efficacy in promoting functional recovery in patients with spinal cord injury. Effective stimulation of motor neurons ideally requires the placement of SCS leads in the ventral or lateral epidural space where the corticospinal and rubrospinal motor fibers are located. This poses significant challenges with the current standard of manual steering. In this study, we present a static modeling approach for the ExoNav, a steerable robotic tool designed to facilitate precise navigation to the ventral and lateral epidural space. Cosserat rod framework is employed to establish the relationship between tendon actuation forces and the robot's overall shape. The effects of gravity, as an example of an external load, are investigated and implemented in the model and simulation. The experimental results indicate RMSE values of 1.76mm, 2.33mm, 2.18mm, and 1.33mm across four tested prototypes. Based on the helical shape of the ExoNav upon actuation, it is capable of performing follow-the-leader (FTL) motion by adding insertion and rotation DoFs to this robotic system, which is shown in simulation and experimentally. The proposed simulation has the capability to calculate optimum tendon tensions to follow the desired FTL paths while gravity-induced robot deformations are present. Three FTL experimental trials are conducted and the end-effector position showed repeatable alignments with the desired path with maximum RMSE value of 3.75mm. Ultimately, a phantom model demonstration is conducted where the teleoperated robot successfully navigated to the lateral and ventral spinal cord targets. Additionally, the user was able to navigate to the dorsal root ganglia, illustrating ExoNav's potential in both motor function recovery and pain management.
• Abstract（参考訳）: 脊髄刺激(SCS)は、主に痛み管理に用いられ、最近、脊髄損傷患者の機能回復を促進する効果が示されている。 運動ニューロンの効果的な刺激は、皮質脊髄と脊髄の運動線維が位置する腹側または外側の硬膜外腔にSCSを配置することが理想的である。 これは、現在の手動ステアリングの標準において大きな課題となる。 本研究では,腹側および側方硬膜外空間への正確なナビゲーションを容易にするためのステアブルロボットであるExoNavに対して,静的なモデリング手法を提案する。 コセラット・ロッド・フレームワークは、腱運動力とロボット全体の形状との関係を確立するために使用される。 モデルおよびシミュレーションにおいて, 外部負荷の例として重力の影響を調査し, 実装した。 実験の結果、RMSEの値は4機の試作機で1.76mm、2.33mm、2.18mm、1.33mmであった。 動作時のExoNavのヘリカル形状に基づいて、このロボットシステムに挿入と回転のDoFを追加し、シミュレーションおよび実験的に示すことにより、後続のリーダー(FTL)動作を行うことができる。 提案したシミュレーションは、重力誘起ロボット変形が存在する間、所望のFTL経路に従うために最適な腱張力を計算する能力を有する。 3つのFTL実験を行い、最大RMSE値が3.75mmの所望の経路と繰り返しアライメントされたエンドエフェクター位置を示した。 最終的に、遠隔操作ロボットが外側および腹側脊髄の標的に無事に移動した幻モデルデモが実施される。 さらに,運動機能回復と痛み管理の両面でExoNavの可能性を示唆した後根神経節への移動が可能であった。

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