Design and Characterization of a Unified Continuum Robot Actuation Platform
作者: Yunti Xu, Aedan Mangan, Miheer Potdar, Alex Lu, Tania K. Morimoto
分类: cs.RO
发布日期: 2026-10-14
💡 一句话要点
提出统一的连续机器人驱动平台以解决定制化限制问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 连续机器人 驱动平台 模块化设计 微创手术 工业检测 开源技术 机器人系统
📋 核心要点
- 现有连续机器人驱动系统通常为特定任务定制，导致重用性差，限制了其在不同应用中的灵活性。
- 本文提出了一种统一的驱动平台，能够模块化驱动不同类型的连续机器人，并与传统机械手集成。
- 实验结果显示，该平台在开源外科机器人系统中实现了亚毫米的平移精度和小于5度的旋转误差，验证了其有效性。
📝 摘要（中文）
连续机器人在微创手术和工业检测等应用中能够灵活进入狭小空间。然而，现有的驱动系统通常为特定机器人架构和任务定制，限制了其在不同研究和应用中的重用性。本文提出了一种统一的驱动平台，将驱动硬件和软件与连续机器人设计解耦。该平台支持模块化驱动，适用于多种连续机器人类型，并能够与传统串联机械手集成。通过在开源外科机器人系统上的验证，实验表明该平台实现了亚毫米的平移精度和小于5度的旋转误差，展示了在狭小环境中远程操作连续摄像头和双手操作的应用潜力。所有硬件设计和基于ROS的软件均为开源，以促进连续机器人和外科机器人领域的进一步研究。
🔬 方法详解
问题定义：现有的连续机器人驱动系统通常是为特定的机器人架构和任务量身定制，导致其在不同研究和应用中的重用性受到限制。
核心思路：本文提出的统一驱动平台通过将驱动硬件和软件与机器人设计解耦，实现了模块化驱动，能够适应多种连续机器人类型，并与传统机械手集成。
技术框架：该平台的整体架构包括驱动模块、控制软件和接口设计。驱动模块支持多自由度的操作，控制软件基于ROS，提供灵活的编程接口。
关键创新：最重要的创新在于驱动系统的模块化设计，使得不同类型的连续机器人可以共享相同的驱动平台，显著提高了系统的重用性和适应性。
关键设计：在设计中，驱动模块的精度经过优化，确保在30mm的平移范围内实现亚毫米的精度，并在180度的旋转范围内保持小于5度的误差。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，该驱动平台在开源外科机器人系统中实现了亚毫米的平移精度和小于5度的旋转误差，验证了其在复杂环境下的有效性和可靠性。这些性能指标显著优于许多现有的定制驱动系统，展示了其广泛的应用潜力。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括微创手术、工业检测和机器人辅助操作等。通过提供一个开放的驱动平台，研究人员和工程师可以更方便地开发和测试新的连续机器人系统，推动相关领域的技术进步和应用普及。
📄 摘要（原文）
Continuum robots enable dexterous access to confined spaces in applications such as minimally invasive surgery and industrial inspection. However, their actuation systems are often custom-designed for specific robot architectures and tasks, limiting reuse across publications, institutions, and applications. This paper presents a unified actuation platform that decouples actuation hardware and software from continuum robot design. The platform provides modular actuation across continuum robot classes, scales to a large number of degrees of freedom (DOFs), and integrates with conventional serial manipulators for hybrid architectures. We validate the platform on an open-sourced surgical robotic system and experimentally characterize the actuation modules, achieving sub-millimeter translational accuracy and less than $5^\circ$ rotational error over ranges of $30$~mm and $180^\circ$, respectively. We further demonstrate the platform in two surgical use cases: teleoperation of a continuum camera in a constrained environment and bimanual manipulation using $2.53$~mm concentric-tube-robot-based forceps alongside a conventional wristed instrument. All hardware designs and ROS-based software are open-sourced to facilitate reuse and further research in continuum and surgical robotics.