MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
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 OpenAlexafffund
Mustafa Haiderbhai, Radian Gondokaryono, Andrew Wu, Lüder A. Kahrs

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 athttps://medcvr.utm.utoronto.ca/tase2024-cutrope.htmlNote 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.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut 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 enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,012

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

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

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueIEEE Transactions on Automation Science and EngineeringMême sujetManufacturing Process and OptimizationTravaux en français237 207