Surgical robot simulation platform plays a crucial role in enhancing training efficiency and advancing research on robot learning. Much effort have been made by scholars on developing open-sourced surgical robot simulators to facilitate research. We also developed SurRoL formerly, an open-source, da Vinci Research Kit (dVRK) compatible and interactive embodied environment for robot learning. Despite its advancements, the simulation of soft bodies still remained a major challenge within the open-source platforms available for surgical robotics. To this end, we develop an interactive physically based soft body simulation framework and integrate it to SurRoL. Specifically, we utilized a high-performance adaptation of the Material Point Method (MPM) along with the Neo-Hookean model to represent the deformable tissue. Lagrangian particles are used to track the motion and deformation of the soft body throughout the simulation and Eulerian grids are leveraged to discretize space and facilitate the calculation of forces, velocities, and other physical quantities. We also employed an efficient collision detection and handling strategy to simulate the interaction between soft body and rigid tool of the surgical robot. By employing the Taichi programming language, our implementation harnesses parallel computing to boost simulation speed. Experimental results show that our platform is able to simulate soft bodies efficiently with strong physical interpretability and plausible visual effects. These new features in SurRoL enable the efficient simulation of surgical tasks involving soft tissue manipulation and pave the path for further investigation of surgical robot learning. The code will be released in a new branch of SurRoL github repo.


翻译:手术机器人仿真平台在提升训练效率和推进机器人学习研究中发挥着关键作用。学者们为开发开源手术机器人仿真器以促进研究付出了诸多努力。我们此前也开发了SurRoL——一个开源的、兼容达芬奇研究套件(dVRK)且支持交互的具身环境,用于机器人学习。尽管取得进展,但在面向手术机器人的开源平台中,软组织仿真仍是一大主要挑战。为此,我们开发了一个交互式的基于物理的软组织仿真框架并将其集成至SurRoL。具体而言,我们采用材料点法(MPM)的高性能适配版本结合Neo-Hookean模型来表征可变形组织。利用拉格朗日粒子追踪软组织在仿真全程中的运动与变形,并通过欧拉网格离散化空间,以辅助力、速度等物理量的计算。我们还采用高效碰撞检测与处理策略来模拟软组织与手术机器人刚性工具之间的交互。通过运用Taichi编程语言,我们的实现利用并行计算提升了仿真速度。实验结果表明,该平台能够高效仿真软组织,具备强物理可解释性与逼真的视觉效果。SurRoL的这些新特性可实现涉及软组织操控的外科任务的高效仿真,为手术机器人学习的进一步研究铺平道路。代码将发布在SurRoL的GitHub仓库新分支中。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
致命七类无人机:无人机时代的演进型合成兵种
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:40
《异构无人水面艇集群作战自主制导算法》130页
《人工智能能通过美国陆军战争学院吗?》报告
军事域人工智能驱动系统的治理
专知会员服务
4+阅读 · 9月14日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员