論文の概要: Pitch Angle Control of a Magnetically Actuated Capsule Robot with Nonlinear FEA-based MPC and EKF Multisensory Fusion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.10610v1
- Date: Wed, 11 Feb 2026 07:59:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.357104
- Title: Pitch Angle Control of a Magnetically Actuated Capsule Robot with Nonlinear FEA-based MPC and EKF Multisensory Fusion
- Title（参考訳）: 非線形FEA型MPCとEKF多感波核融合を用いた磁気駆動型カプセルロボットのピッチ角制御
- Authors: Chongxun Wang, Zikang Shen, Apoorav Rathore, Akanimoh Udombeh, Harrison Teng, Fangzhou Xia,
- Abstract要約: 本稿では,4コイル電磁アレイで作動するカプセルロボットの磁気ピッチ制御のためのモデルベースフレームワークを提案する。
胃にインスパイアされた表面の実験は、水平と直立の両方の形状から頑健なピッチ再配向を示す。
これらの結果は、ピッチ制御、ドッキング制御、将来の多自由度カプセル移動のためのスケーラブルな戦略として、センサフュージョンを用いた有限要素インフォームドMPCを確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3694429692322632
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Magnetically actuated capsule robots promise minimally invasive diagnosis and therapy in the gastrointestinal (GI) tract, but existing systems largely neglect control of capsule pitch, a degree of freedom critical for contact-rich interaction with inclined gastric walls. This paper presents a nonlinear, model-based framework for magnetic pitch control of an ingestible capsule robot actuated by a four-coil electromagnetic array. Angle-dependent magnetic forces and torques acting on embedded permanent magnets are characterized using three-dimensional finite-element simulations and embedded as lookup tables in a control-oriented rigid-body pitching model with rolling contact and actuator dynamics. A constrained model predictive controller (MPC) is designed to regulate pitch while respecting hardware-imposed current and slew-rate limits. Experiments on a compliant stomach-inspired surface demonstrate robust pitch reorientation from both horizontal and upright configurations, achieving about three to five times faster settling and reduced oscillatory motion than on-off control. Furthermore, an extended Kalman filter (EKF) fusing inertial sensing with intermittent visual measurements enables stable closed-loop control when the camera update rate is reduced from 30 Hz to 1 Hz, emulating clinically realistic imaging constraints. These results establish finite-element-informed MPC with sensor fusion as a scalable strategy for pitch regulation, controlled docking, and future multi-degree-of-freedom capsule locomotion.
- Abstract（参考訳）: 磁気作動式カプセルロボットは消化管(GI)の最小侵襲的診断と治療を約束するが、既存のシステムはカプセルピッチの制御をほとんど無視している。
本稿では,4コイル電磁アレイで作動するカプセルロボットの磁気ピッチ制御のための非線形モデルベースフレームワークを提案する。
永久磁石に作用する角度依存性の磁力とトルクは3次元有限要素シミュレーションを用いて特徴づけられ, 転動接触およびアクチュエータダイナミクスを有する制御指向剛体ピッチングモデルにおいて, ルックアップテーブルとして組み込まれている。
制約付きモデル予測制御器(MPC)は、ハードウェアが入力した電流とスルーレートの制限を尊重しながらピッチを制御するように設計されている。
胃にインスパイアされた表面の実験では、水平方向と直立方向の両方から頑健なピッチ再配向が示され、オンオフ制御の約3倍から5倍の速度で沈降し、振動運動が減少する。
さらに、間欠的な視覚計測と慣性センシングを融合した拡張カルマンフィルタ(EKF)は、カメラ更新率が30Hzから1Hzに低下した場合、安定したクローズループ制御を可能にし、臨床的に現実的な画像制約をエミュレートする。
これらの結果は、ピッチ制御、ドッキング制御、将来の多自由度カプセル移動のためのスケーラブルな戦略として、センサフュージョンを用いた有限要素インフォームドMPCを確立した。
関連論文リスト
- Safe Whole-Body Loco-Manipulation via Combined Model and Learning-based Control [46.47619556874003]
そこで本研究では,マニピュレータアームのモデルベースアプタンス制御と足歩行の強化学習ポリシを組み合わせた全身制御を提案する。
アクセタンスコントローラは、物理的相互作用中に人間によって適用されるような外部レンチを、望ましいエンドエフェクタ速度にマッピングし、従順な振る舞いを可能にする。
6-DoFアームと手首に装着した6-DoF Force/Torqueセンサーを備えたUnitree Go2四足歩行ロボットを用いて,シミュレーションとハードウェアの両方におけるアプローチを検証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-03-02T22:31:12Z) - Hybrid Offline-Online Reinforcement Learning for Sensorless, High-Precision Force Regulation in Surgical Robotic Grasping [2.874057693956189]
物理一貫性モデリングとハイブリッド強化学習を組み合わせたセンサレス制御フレームワークを提案する。
本研究では,電気・伝達・顎運動の結合を捉えるダ・ヴィンチ・シグルーピング機構の第1原理のディジタル双極子を開発した。
シミュレーションでは、マルチハーモニック顎運動において、コントローラは所望の基準の1%以内の把持力を維持できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-27T10:11:59Z) - MicroPush: A Simulator and Benchmark for Contact-Rich Cell Pushing and Assembly with a Magnetic Rolling Microrobot [0.6053202932413693]
乱雑な2Dシーンにおける磁気圧延マイクロロボットのための,オープンソースのシミュレータおよびベンチマークスイートであるMicroPushについて紹介する。
MicroPushは、過大な相互作用モデルとコンタクト対応スティックスリップ効果、軽量な近接場減衰、オプションのPoiseuilleバックグラウンドフロー、アクティベーション周波数から自由空間圧延速度へのキャリブレーションマッピングを組み合わせたものだ。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-27T02:16:26Z) - Fluoroscopy-Constrained Magnetic Robot Control via Zernike-Based Field Modeling and Nonlinear MPC [4.093982213892736]
磁気アクチュエータにより、手術ロボットは複雑な解剖経路をナビゲートし、組織外傷を軽減し、手術精度を向上させることができる。
本稿では,非線形モデル予測制御フレームワークを組み合わせることで,そのような条件下での高精度かつ安定な制御フレームワークを提案する。
硬膜外空間における薬物伝達を再現する3Dプリント流体作業空間と脊椎ファントムの2つの磁気ロボットを用いて実験的に検証を行った。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-17T04:50:18Z) - 3D-Printed Anisotropic Soft Magnetic Coating for Directional Rolling of a Magnetically Actuated Capsule Robot [1.833032119491673]
従来の磁気カプセルロボットは、両端に巨大な永久磁石を埋め込んでいる。
内部磁石に代えて磁気コーティングを施したコンパクトな3Dプリントソフトカプセルロボットを提案する。
適合したシリコーン-磁性複合材料は、カプセルサイズがわずかに大きい場合でも、飲み込み性も向上する。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-11T09:43:03Z) - A 26-Gram Butterfly-Inspired Robot Achieving Autonomous Tailless Flight [61.21669716392821]
textitAirPulseは、26グラムの蝶にインスパイアされたロボットで、このスケールで尾のない二翼プラットフォームのために、初めてオンボードでクローズドループ制御飛行を行う。
蝶の飛行における重要な生体力学的特性を再現し、低アスペクト比、炭素繊維強化翼の適合性、および特徴的な生物学的身体の起伏を再現する低周波の羽ばたきを利用する。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-06T15:58:50Z) - Minimal-Energy Optimal Control of Tunable Two-Qubit Gates in Superconducting Platforms Using Continuous Dynamical Decoupling [0.0]
本稿では, 連続動的デカップリング(CDD)による超伝導プラットフォームにおける高忠実エンタングルゲート生成手法を提案する。
我々は, 残留結合, キャリブレーションドリフト, 準静音を抑え, 安定した有効ハミルトニアンとなる。
これらの結果は,超伝導エンタングゲートを設計するための実用的かつ耐雑音性の高いスキームとして,CDDによる変分幾何最適制御を確立した。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-01-15T14:35:33Z) - PHASE-Net: Physics-Grounded Harmonic Attention System for Efficient Remote Photoplethysmography Measurement [63.007237197267834]
既存のディープラーニング手法は、主に生理学的モニタリングであり、理論的な堅牢性を欠いている。
本研究では,Navier-Stokes方程式のヘモダイナミックスから導かれる物理インフォームド r パラダイムを提案し,パルス信号が2次系に従うことを示す。
これは、時間的円錐ネットワーク(TCN)を使用する理論的正当性を提供する。
Phase-Netは高い効率で最先端のパフォーマンスを実現し、理論上は基礎的でデプロイ可能な r ソリューションを提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-09-29T14:36:45Z) - Function Approximation for Reinforcement Learning Controller for Energy from Spread Waves [69.9104427437916]
マルチジェネレータ・ウェーブ・エナジー・コンバータ(WEC)は、スプレッド・ウェーブと呼ばれる異なる方向から来る複数の同時波を処理しなければならない。
これらの複雑な装置は、エネルギー捕獲効率、維持を制限する構造的ストレスの低減、高波に対する積極的な保護という複数の目的を持つコントローラを必要とする。
本稿では,システム力学のシーケンシャルな性質をモデル化する上で,ポリシーと批判ネットワークの異なる機能近似について検討する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-17T02:04:10Z) - A machine-learning-based tool for last closed magnetic flux surface
reconstruction on tokamak [58.42256764043771]
トカマク装置による核融合発電は、クリーンエネルギーの持続可能な供給源として最も有望な方法の1つである。
トカマクの主な課題は、アクチュエータコイルと内部トカマクプラズマの相互作用によって決定される最後の閉じた磁束面(LCFS)を予測することである。
本研究では,実験データから自動的に学習する実験用超電導トカマク(EAST)からLCFSを再構築する機械学習モデルを提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-07-12T17:15:29Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。