Ein Übersichtsartikel von Wissenschaftlern der Zhejiang University fasste die Entwicklung von Kontinuumsrobotern aus den Aspekten Design, Betätigung, Modellierung und Steuerung zusammen. Das neue Übersichtspapier, veröffentlicht am 26. Juli in der Zeitschrift Cyborg und bionische Systemegab einen Überblick über die klassischen und fortschrittlichen Technologien von Kontinuumsrobotern, zusammen mit einigen dringend zu lösenden Perspektiven.
„Einige kleine Kontinuum-Roboter mit neuen Betätigungsmethoden werden im Bereich der interventionellen chirurgischen Behandlung oder der Endoskopie umfassend untersucht, die Charakterisierung ihrer mechanischen Eigenschaften ist jedoch noch immer ein anderes Problem“, erklärt Studienautor Haojian Lu, Professor an der Zhejiang-Universität.
Um die Miniaturisierung von Kontinuumsrobotern zu realisieren, wurden viele hochmoderne Materialien entwickelt und verwendet, um die Betätigung von Robotern zu realisieren, die einzigartige Vorteile aufweisen. Die mit Mikromagneten eingebetteten oder aus ferromagnetischem Verbundmaterial hergestellten Kontinuum-Roboter haben eine genaue Lenkfähigkeit unter einem externen steuerbaren Magnetfeld; Magnetisch weiche Kontinuum-Roboter hingegen können kleine Durchmesser bis in den Mikrometerbereich erreichen, was eine gezielte Therapie in Bronchien oder in Hirngefäßen sicherstellt.
Allerdings ist es für weichmagnetische Kontinuum-Roboter schwierig, die Stabilität unter äußeren Kräften aufrechtzuerhalten, und die winzigen starren Magnetspitzen laufen Gefahr, während des Betriebs im Inneren des Körpers abzufallen. Um eine sicherere und zuverlässigere Steuerung zu erreichen, werden Formgedächtnismaterialien zum Antrieb des Kontinuum-Roboters sowie für kardiovaskuläre Untersuchungen und nasopharyngeale Verabreichungen verwendet. Der Hauptvorteil dieses selbstverformenden Materials besteht darin, dass es Dehnung, Biegung und Torsion für den Hauptschaft bereitstellt und eine Gesamtbetätigung erreichen kann, während es einen kleinen Maßstab beibehält, aber seine inhärente Hysterese erschwert es, eine schnelle Reaktion und präzise Positionierung am zu erreichen Gleichzeitig hat es eine geringe Belastbarkeit und eine recht komplexe Rohrleitungsverkabelung.
Angesichts der nichtlinearen Verformungen, die durch Betätigung, Materialelastizität und Empfindlichkeit gegenüber Kontakt mit der Umgebung verursacht werden, stehen Kontinuumsroboter vor großen Herausforderungen bei der präzisen analytischen Modellierung.
Eine der größten Herausforderungen bei der Modellierung besteht darin, die Modelle zu vereinfachen und die Beziehung zwischen Berechnungskomplexität und Modellgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Ebenso ist das Steuerungsproblem auch für den Kontinuumsroboter eine große Herausforderung. Die Herausforderung besteht darin, den richtigen Betätigungswert zu finden, um den gewünschten Zustand zu erreichen, um eine gegebene Aufgabe auszuführen. Die modellbasierte Steuerung ist stark abhängig von der präzisen Modellierung des Kontinuum-Roboters und der Wahrnehmungsgenauigkeit der Sensoren. Darüber hinaus wird im medizinischen Bereich häufig eine Fernbedienung zur Steuerung des Kontinuum-Roboters verwendet.
„Das Forschungsgebiet der Kontinuumsroboter hat große Fortschritte gemacht, aber es gibt noch einige Probleme zu lösen, einschließlich der Miniaturisierung, der stärkeren Wahrnehmung und der stabilen Simulationsmaschine“, sagte Lu.
Jingyu Zhang et al, A Survey on Design, Actuation, Modeling, and Control of Continuum Robot, Cyborg und bionische Systeme (2022). DOI: 10.34133/2022/9783517
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