2、可变形物体内部目标点的操控技术

可变形物体内部目标点的操控技术

1. 引言

在众多医疗和工业应用场景中，如乳腺活检、药物注射、缝合以及可变形物体的精密加工等，利用机器人系统操控可变形物体内部的目标点是一项必要且具有挑战性的任务。这是因为通过位于可变形物体边界的有限数量的驱动点来控制内部目标点的运动存在困难。

在一些情况下，需要将可变形物体上的定位点移动到期望位置，例如无缝缝制两个可变形部件；而在另一些情况下，则需要保持目标的原始位置，如引导肿瘤进入针刺路径。因此，机器人系统控制可变形物体目标的能力显得尤为重要。

为了控制可变形物体内部目标点的位置，需要确定物体表面合适的接触位置。我们的目标是找到最优接触位置，使三个机器人手指用最小的力将内部目标点定位到期望位置。为此，开发了基于位置的PI控制器来控制机器人手指的运动，但由于内部目标点并非由机器人手指直接驱动，该控制器属于非共位控制，可能导致系统不稳定。为了保护物体和机器人手指，并减少不必要的振荡对性能的影响，我们提出了基于无源性的非共位控制器，以确保内部目标点的安全准确位置控制。

2. 相关问题与前期研究

2.1 多机器人系统研究

过去几十年，在多机器人系统方面开展了大量工作。多数研究集中在多个机械臂对刚性物体的位置和/或力控制，也有部分工作涉及多机械臂对可变形物体的操控。例如，Saha和Isto提出了使用两个协作机械臂操控可变形线性物体的运动规划器；Zhang等人展示了能够拾取和释放微物体的微机器人系统等。然而，对可变形物体内部目标点操控的研究相对较少。

2.2 可变形物体建模方法

在计算机模拟可变形物体方面，有多种建模方法，主要基于物理模型以产生符