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作者：徐晓辉;张青雷;刘溪淙;王尧;
单位：上海海事大学物流工程学院;上海海事大学中国(上海)自贸区供应链研究院;
摘要：穿刺针运动轨迹的规划和跟踪在机器人辅助穿刺手术中具有重要意义。由于人体组织结构物理力学性能的复杂性，目前仍面临目标靶点可达性与高精度的挑战，这就要求穿刺针在避障的同时缩短路径并提高跟踪精度；同时为进一步提升机器人辅助穿刺的安全性，有必要开发更高效可靠的穿刺针轨迹规划和跟踪算法。提出了一种改进的算法组合，包括改进的快速搜索随机树(RRT)算法和基于多参数权重优化的模型预测控制(MPC)算法。改进的RRT算法在传统RRT算法的基础上，优化采样点和避障处理，从而减少路径搜索时间并提高路径的优良性；跟踪方法则利用多参数权重优化方法调整MPC算法中的权重参数，以改进对预测轨迹误差的响应能力和加速度变化率的控制。仿真结果表明：与传统RRT算法和MPC算法相比，改进后的算法实现了路径长度减少30%,搜索时间减少70%,跟踪偏差降低78%的效果，证明了改进算法在穿刺针运动轨迹规划和跟踪任务中具有较好的性能。
关键词：机器人辅助穿刺;;轨迹规划;;轨迹跟踪;;快速搜索随机树;;模型预测控制
基金资助：国家自然科学基金资助项目(52105267);; 国家重点研发计划智能机器人专项子课题三(2023YFB4705803)
