Automatic Shape Control of Deformable Wires based on Model-Free Visual Servoing

Autor: Maud Marchal, Alexandre Krupa, Romain Lagneau
Přispěvatelé: Sensor-based and interactive robotics (RAINBOW), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
shape control
deformable objects
visual servoing
0209 industrial biotechnology
Control and Optimization
Automatic control
Computer science
Biomedical Engineering
ComputingMethodologies_IMAGEPROCESSINGANDCOMPUTERVISION
02 engineering and technology
Visual servoing
030218 nuclear medicine & medical imaging
03 medical and health sciences
symbols.namesake
020901 industrial engineering & automation
0302 clinical medicine
Artificial Intelligence
[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO]
Computer vision
ComputingMethodologies_COMPUTERGRAPHICS
Catheter insertion
business.industry
Mechanical Engineering
3. Good health
Computer Science Applications
Human-Computer Interaction
Control and Systems Engineering
Feature (computer vision)
Jacobian matrix and determinant
symbols
Robot
Computer Vision and Pattern Recognition
Artificial intelligence
business
Particle filter
Zdroj: IEEE Robotics and Automation Letters
IEEE Robotics and Automation Letters, 2020, 5 (4), pp.5252-5259. ⟨10.1109/LRA.2020.3007114⟩
IEEE Robotics and Automation Letters, IEEE 2020, 5 (4), pp.5252-5259. ⟨10.1109/LRA.2020.3007114⟩
ISSN: 2377-3766
Popis: also presented at IROS'20; International audience; In this paper, we propose a novel approach to automatically control the 3D shape of deformable wires using robots. Our approach proposes a novel visual feature along with a novel shape servoing method to enable dual arm manipulation of deformable wires. The visual feature relies on a geometric B-spline model and the use of Sequential Importance Resampling (SIR) particle filtering to track the 3D deformed shape of a wire over time. The shape servoing method is an adaptive model-free method that iteratively updates the deformation Jacobian matrix using weighted least-squares minimization with sliding window and an eigenvalue-based confidence criterion. We performed several experiments on wires with different mechanical properties. The results show that our approach succeeded to control the 3D shape of various wires for many different desired deformations, while working at an interactive time. It has also been shown that the shape servoing method can be used to handle large deformations by subdividing the task in successive intermediary targets to reach. These promising results pave the way for automatic control of the 3D shapes of deformable wires in many fields such as catheter insertion in medicine or wire manipulation in industry.
Databáze: OpenAIRE
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