The precise control of soft and continuum robots requires knowledge of their shape. The shape of these robots has, in contrast to classical rigid robots, infinite degrees of freedom. To partially reconstruct the shape, proprioceptive techniques use built-in sensors resulting in inaccurate results and increased fabrication complexity. Exteroceptive methods so far rely on placing reflective markers on all tracked components and triangulating their position using multiple motion-tracking cameras. Tracking systems are expensive and infeasible for deformable robots interacting with the environment due to marker occlusion and damage. Here, we present a regression approach for 3D shape estimation using a convolutional neural network. The proposed approach takes advantage of data-driven supervised learning and is capable of real-time marker-less shape estimation during inference. Two images of a robotic system are taken simultaneously at 25 Hz from two different perspectives, and are fed to the network, which returns for each pair the parameterized shape. The proposed approach outperforms marker-less state-of-the-art methods by a maximum of 4.4\% in estimation accuracy while at the same time being more robust and requiring no prior knowledge of the shape. The approach can be easily implemented due to only requiring two color cameras without depth and not needing an explicit calibration of the extrinsic parameters. Evaluations on two types of soft robotic arms and a soft robotic fish demonstrate our method's accuracy and versatility on highly deformable systems in real-time. The robust performance of the approach against different scene modifications (camera alignment and brightness) suggests its generalizability to a wider range of experimental setups, which will benefit downstream tasks such as robotic grasping and manipulation.


翻译:对软机器人和连续机器人的精确控制需要对其形状的了解。 这些机器人的形状与古老的僵硬机器人不同, 具有无限的自由度。 要部分重建形状, 自行感知技术使用内置传感器, 导致不准确的结果和制造复杂性的增加。 Excertion 方法目前依赖于在所有履带部件上安装反射标记, 并使用多部运动跟踪相机对其位置进行三角定位。 跟踪系统费用昂贵, 并且对于由于标记的封闭和损坏而与环境互动的变形机器人来说不可行。 这里, 我们提出了一个3D形状估算的回归法, 使用一个神经神经网络。 为了部分重建形状, 主动感知技术使用内置传感器, 从而产生不准确的结果。 机械系统的两个图像从两个不同角度同时在25赫兹拍摄, 并被传送到网络, 每对每个相配者返回参数形状。 提议的方法比标值低的螺旋式更精确度, 以4. 最高的精确度估算法来进行3D的形状估计, 而在同一时间里, 需要更稳健性和更精确的鱼体深度的精确度, 要求更精确的直径的直径的精确度, 。

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