As surgical interventions trend towards minimally invasive approaches, Concentric Tube Robots (CTRs) have been explored for various interventions such as brain, eye, fetoscopic, lung, cardiac and prostate surgeries. Arranged concentrically, each tube is rotated and translated independently to move the robot end-effector position, making kinematics and control challenging. Classical model-based approaches have been previously investigated with developments in deep learning based approaches outperforming more classical approaches in both forward kinematics and shape estimation. We propose a deep reinforcement learning approach to control where we generalise across two to four systems, an element not yet achieved in any other deep learning approach for CTRs. In this way we explore the likely robustness of the control approach. Also investigated is the impact of rotational constraints applied on tube actuation and the effects on error metrics. We evaluate inverse kinematics errors and tracking error for path following tasks and compare the results to those achieved using state of the art methods. Additionally, as current results are performed in simulation, we also investigate a domain transfer approach known as domain randomization and evaluate error metrics as an initial step towards hardware implementation. Finally, we compare our method to a Jacobian approach found in literature.


翻译:随着外科手术趋于微创化,同心管机器人(CTRs)已被探索用于多种手术干预,包括脑部、眼部、胎儿镜、肺部、心脏及前列腺手术。各管道同轴排列,通过独立旋转和平移每根管道来调整机器人末端执行器位置,这使得运动学与控制极具挑战性。此前研究已探索了基于经典模型的算法,而基于深度学习的方法在正向运动学和形态估计方面均优于经典算法。我们提出了一种深度强化学习方法用于控制,该方法可泛化至二至四管系统——这是目前其他CTR深度学习方法尚未实现的技术。通过这种方式,我们探讨了控制方法的潜在鲁棒性。同时研究了管道驱动中的旋转约束对误差指标的影响。我们评估了逆向运动学误差与路径跟踪任务的跟踪误差,并将结果与使用最先进方法获得的数据进行对比。此外,由于当前结果均在仿真环境中实现,我们进一步研究了领域迁移方法(即领域随机化),并评估误差指标作为向硬件实现过渡的初步尝试。最后,我们将所提方法与文献中的雅可比方法进行了比较。

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
3+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
3+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
0+阅读 · 2014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
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月3日
VIP会员
最新内容
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
“史诗怒火行动”中美军损失的作战飞机
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
ICML 2026 | 理解上下文持续学习中的泛化与遗忘
专知会员服务
5+阅读 · 5月28日
Agent Harness综述:大模型智能体执行器工程全景
专知会员服务
15+阅读 · 5月28日
《基于理论的威慑效能评估》
专知会员服务
8+阅读 · 5月28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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
3+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
3+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
0+阅读 · 2014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