論文の概要: Capstan-driven Continuum Surgical Robot: Design, Modeling, and Perception
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.13396v1
- Date: Thu, 13 Aug 2026 15:55:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-14 18:29:38.585122
- Title: Capstan-driven Continuum Surgical Robot: Design, Modeling, and Perception
- Title（参考訳）: 容量駆動型連続手術ロボット:設計・モデル化・認識
- Authors: Gang Zhang, Yufu Qiu, Junyan Yan, Wenhui Zeng, Wenlong Lu, Shing Shin Cheng,
- Abstract要約: 本稿では,キャスタン駆動型連続体手術ロボットのためのデザイン・モデリング・センシング手法について述べる。
駆動系のモータ取付ブラケットにコンプライアンス要素を導入し、ケーブル反力下での微小変形を可能にする。
提案フレームワークは, キャスタチン駆動型連続体手術ロボットに対して, 統合的な認識を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.04466552487388
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Shape and force sensing have long been critical bottlenecks in the development of compact capstan-driven continuum surgical robots, primarily due to the difficulty of obtaining cable tension information within the confined capstan assembly. To overcome these challenges, this paper presents an integrated design-modeling-sensing approach based on the concept of actuation-perception co-design. A compliant element is introduced into the motor mounting bracket of the drive system, enabling micro-deformation under the cable reaction force and thereby allowing real-time cable tension measurement without occupying the compact capstan space. To address the modeling complexity arising from unconventional joint configurations introduced by the spatial cable routing strategy, a parallel computation framework based on a multibody short-thick-beam model is proposed, which captures shear effects in short beam segments and synergistic multi-cable interactions while achieving real-time performance. Building on this framework, stable shape and force sensing is achieved by incorporating a proximal multi-axis force/torque sensor as an additional measurement anchor. Following this design-modeling-sensing framework, capstan-driven continuum surgical robots with single- and dual-segment configurations are developed. Experimental results validate the proposed framework in both single- and dual-segment continuum robots, demonstrating real-time tip pose estimation together with contact force and location perception. By enabling cable tension feedback without compromising the compact capstan architecture, the proposed framework makes integrated perception feasible for capstan-driven continuum surgical robots.
- Abstract（参考訳）: 形状と力覚は、コンパクトなカスタン駆動連続体手術ロボットの開発において、主に制限されたカスタン組立体内でケーブル張力情報を得るのが困難であるため、長い間重要なボトルネックとなっていた。
これらの課題を克服するために,アクティベーション・パーセプション・コデザインの概念に基づくデザイン・モデリング・センシング・アプローチを提案する。
駆動系のモータ取付ブラケットにコンプライアンス要素を導入し、ケーブル反力下における微小変形を可能にし、コンパクトなキャプスタン空間を占有することなく、リアルタイムのケーブル張力測定を可能にする。
空間ケーブルルーティング戦略によって導入された従来型ジョイント構成から生じるモデリングの複雑さに対処するため,マルチボディのショートディックビームモデルに基づく並列計算フレームワークを提案する。
この枠組みの上に構築された安定な形状と力覚は、近接多軸力/トルクセンサを付加的な測定アンカーとして組み込むことによって達成される。
このデザイン・モデリング・センシング・フレームワークに続いて,キャスタン駆動型連続体手術ロボットの開発を行った。
実験により, 単一・二重セグメント連続ロボットにおいて, 接触力と位置知覚とともに, リアルタイムのヒントポーズ推定を実証し, 提案手法の有効性を検証した。
コンパクトなカスタンアーキテクチャを損なうことなくケーブル張力フィードバックを可能にすることにより,キャスタン駆動型連続手術ロボットに対する統合的な認識を実現する。
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