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Enregistrement W4399568539 · doi:10.1109/tase.2024.3410297

Sim2Real Rope Cutting With a Surgical Robot Using Vision-Based Reinforcement Learning

2024· article· en· W4399568539 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.
fundUn bailleur canadien est enregistré sur le travail.

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueManufacturing Process and Optimization
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésRopeReinforcement learningRobotArtificial intelligenceComputer scienceMachine visionRobot learningGrippersComputer visionHuman–computer interactionMobile robotEngineeringMechanical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Cutting is a challenging area in the field of autonomous robotics but is especially interesting for applications such as surgery. One large challenge is the lack of simulations for cutting with surgical robots that can transfer to the real robot. In this work, we create a surgical robotic simulation of rope cutting with realistic visual and physics behavior using the da Vinci Research Kit (dVRK). We learn a cutting policy purely from simulation and sim2real transfer our learned models to real experiments by leveraging Domain Randomization. We find that cutting with surgical instruments such as the EndoWrist Round Tip Scissors comes with certain challenges such as deformations, cutting forces along the jaw, fine positioning, and tool occlusion. We overcome these challenges by designing a reward function that promotes successful cutting behavior through fine positioning of the jaws directly from image inputs. Policies are transferred using a custom sim2real pipeline based on a modular teleoperation framework for identical execution in simulation and the real robot. We achieve a 97.5% success rate in real cutting experiments with our 2D model and a 90% success rate in 3D after the sim2real transfer of our model. We showcase the need for Domain Randomization and a specialized reward function to achieve successful cutting behavior across different material conditions through optimal fine positioning. Our experiments cover varying rope thicknesses and tension levels and show that our final policy can successfully cut the rope across different scenarios by learning entirely from our simulation. Further project information is available at <uri xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">https://medcvr.utm.utoronto.ca/tase2024-cutrope.html</uri>Note to Practitioners—Cutting is one of many repetitive tasks during a surgical procedure that can be automated to reduce a surgeon’s fatigue. This paper presents an autonomous approach to cutting that can be learned from simulation. The approach builds a surgical robotic rope environment in simulation that mimics the visuals and physics of real-life rope cutting. An autonomous agent, trained with learning-based methods, uses images to position the surgical scissors and controls the jaw to perform a cut on the rope. The agent creates quality cuts by learning to finely position the jaws optimally near the scissor joint, which is learned through rewards in simulation. Agents from the simulation are transferred to the real robot setup using a custom modular ROS teleoperation framework, treating deep learning-based autonomous agents as input into a teleoperation scheme. Experiments were conducted to examine the success of the method with different material conditions and the effect of fine positioning on cut success.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,912
Score d'incertitude au seuil0,528

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,009
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,223 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle