Continuum robots have the potential to enable new applications in medicine, inspection, and countless other areas due to their unique shape, compliance, and size. Excellent progess has been made in the mechanical design and dynamic modelling of continuum robots, to the point that there are some canonical designs, although new concepts continue to be explored. In this paper, we turn to the problem of state estimation for continuum robots that can been modelled with the common Cosserat rod model. Sensing for continuum robots might comprise external camera observations, embedded tracking coils or strain gauges. We repurpose a Gaussian process (GP) regression approach to state estimation, initially developed for continuous-time trajectory estimation in $SE(3)$. In our case, the continuous variable is not time but arclength and we show how to estimate the continuous shape (and strain) of the robot (along with associated uncertainties) given discrete, noisy measurements of both pose and strain along the length. We demonstrate our approach quantitatively through simulations as well as through experiments. Our evaluations show that accurate and continuous estimates of a continuum robot's shape can be achieved, resulting in average end-effector errors between the estimated and ground truth shape as low as 3.5mm and 0.016$^\circ$ in simulation or 3.3mm and 0.035$^\circ$ for unloaded configurations and 6.2mm and 0.041$^\circ$ for loaded ones during experiments, when using discrete pose measurements.


翻译:连续体机器人具有在医学、检查和无数其它领域进行新的应用的潜力。 连续体机器人由于其独特的形状、合规性和大小,有可能在医学、检查和无数其它领域进行新的应用。 在连续体机器人的机械设计和动态模型中,已经做了极好的预兆。 在机械设计和连续体的连续体型模型中,尽管有新的概念在继续探索。 在本文中,我们谈到连续体机器人的连续体型国家估算问题,可以与共同的Coserat Rods模型进行模拟。 连续体机器人的遥感可能包括外部摄像观测、嵌入跟踪卷轴或压力计表。 我们重新将Gaussian回归法(GP)的方法用于国家估算,最初是为连续时间轨迹估计而开发的,用SE(3)美元。 在我们的案例中,连续体位变量不是时间,而是弧长,我们展示了如何估计机器人的连续体型(和压力)(以及相关的不确定性),因为对长和压力的测量,我们通过模拟和实验从数量上展示我们的做法。 我们的评估表明,在连续体型机器人和模拟的组合中可以准确和连续体型的基体型模型中,使用35级的模型和35级的底值的底力和35级的底力,可以估计,在地面和35级的底压和底压中,作为正值的底值的底压值的底值的底压值的底值中可以得出。

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