論文の概要: Dual-Rate Force-Image Control with Model-Based Orientation Limits for Robotic Ultrasound

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.05839v1
• Date: Mon, 05 Oct 2026 05:46:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 03:56:32.587191
• Title: Dual-Rate Force-Image Control with Model-Based Orientation Limits for Robotic Ultrasound
• Title（参考訳）: ロボット超音波のためのモデルベース配向限界を用いたデュアルレート力画像制御
• Abstract要約: ロボット超音波は、遅くて遅延した画像フィードバックで高速な接触力ループを結合する。 有限地平線上のモデル付き回転誘起推定力外挿を束縛する閉形式配向速度制限を導出する。 画像所見は異種組織に限局していたものの, 単体ポポライトスキャンで実現可能であった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.487085606964868
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Robotic ultrasound couples a high-rate contact-force loop with slower, delayed image feedback, so image-guided ultrasound probe rotation can perturb contact force before the resulting image response is observed. We derive a closed-form orientation-rate limit that bounds the modeled rotation-induced estimated-force excursion over a finite horizon while accounting for disturbance rejection by the fast force loop. The limit depends on local contact stiffness, force-loop gains, a conservative rotation-to-force gain bound, the excursion budget, and the prediction horizon. We implement this model in a dual-rate controller with timestamp-based delay reconstruction and joint-torque-based force estimation, and evaluate it on a curved gelatin phantom using paired controller comparisons and component ablations. Relative to unconstrained image guidance, the proposed rate-limited controller reduced first-second root-mean-square (RMS) estimated-force error by 0.40 N while increasing cue-convergence time by 0.94 s. A fixed rate cap near the analytically predicted ceiling produced no resolvable difference in force error and converged 0.32 s faster, indicating that the principal practical value of the model is the rate-design rule rather than online prediction. Delay reconstruction had no resolvable effect at the tested latency. A single-subject popliteal scan demonstrated feasibility, although the image cue was noise-limited on heterogeneous tissue.
• Abstract（参考訳）: ロボット超音波は、遅延画像フィードバックの遅い高速接触力ループを結合するので、画像誘導超音波プローブの回転は、画像応答が観察される前に接触力を摂動させることができる。 我々は、高速力ループによる外乱拒絶を考慮しつつ、有限地平線上でのモデル付き回転誘起推力運動を束縛する閉形式配向速度制限を導出する。 この限界は、局所的な接触剛性、力ループゲイン、保守的な回転と力のゲインバウンド、探索予算、予測地平線に依存する。 このモデルをタイムスタンプに基づく遅延再構成とジョイントトルクに基づく力推定を併用したデュアルレートコントローラに実装し、ペアコントローラ比較とコンポーネント改善を用いて曲線付きゼラチンファントム上で評価する。 制約のない画像誘導とは対照的に、提案したレート制限制御器は1秒目のルート平均二乗(RMS)推定力誤差を0.40N削減し、キュー収束時間を0.94秒短縮した。 解析的に予測された天井付近の固定レートキャップは、力の誤差の解決可能な差を生じさせず、0.32秒の速度で収束させた。 遅延復元は、テストレイテンシにおいて解決可能な効果を示さなかった。 画像所見は異種組織に限局していたものの, 単体ポポライトスキャンにて実現可能性を示した。

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