微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究

刘芬; 王睿; 黄芳; 桑宏强

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.006

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微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究

理论研究 | 更新时间：2025-08-16

- 微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究
- Research on modeling and compensation of generalized kinematic error of RCM manipulators for minimally invasive surgery robots
- 机械传动 2025年49卷第8期页码：46-52
- 作者机构：
  
  1.天津工业大学机械工程学院，天津 300387
  2.天津市现代机电装备技术重点实验室，天津 300387
- 作者简介：
  
  刘芬，女，1982年生，江西武宁人，硕士，高级实验师；主要研究方向为智能机器人技术；liufen@tiangong.edu.cn。
  黄芳（通信作者），女，1992年生，山西晋城人，博士研究生；主要研究方向为智能机器人技术；hf_tjgd@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51975409)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.006
  中图分类号： TP242
- 收稿日期：2024-03-30，
  
  修回日期：2024-05-07，
  
  纸质出版日期：2025-08-15
- 稿件说明：
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刘芬，王睿，黄芳，等. 微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究［J］. 机械传动，2025，49（8）：46-52.

LIU Fen，WANG Rui，HUANG Fang，et al. Research on modeling and compensation of generalized kinematic error of RCM manipulators for minimally invasive surgery robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：46-52.
刘芬，王睿，黄芳，等. 微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究［J］. 机械传动，2025，49（8）：46-52. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.006.

LIU Fen，WANG Rui，HUANG Fang，et al. Research on modeling and compensation of generalized kinematic error of RCM manipulators for minimally invasive surgery robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：46-52. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.006.

摘要

目的

针对几何误差和非几何误差导致远程运动中心（Remote Center of Motion

RCM）机械臂运动过程中产生RCM约束点位置误差，进而存在一定的安全性问题，提出了一种微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿方法。

方法

首先，基于切比雪夫多项式建立表征几何误差和非几何误差引起的关节相关运动学误差的误差模型；然后，通过最小二乘法对误差模型中的多项式系数和运动学参数误差进行辨识；最后，采用关节空间补偿的方法，以降低RCM约束点位置误差。

结果

试验结果表明，补偿后的RCM约束点位置误差由2.726 1 mm减小到0.641 5 mm，减小了约76.5%。

Abstract

Objective

There is a safety issue for geometric and non-geometric errors that lead to remote center of motion (RCM) constraint point position errors during the movement of the RCM manipulator. A generalized kinematic error modeling and compensation method was proposed for the RCM manipulator of minimally invasive surgical robots.

Methods

Firstly

an error model characterizing the joint-dependent kinematic errors caused by geometric and non-geometric errors was established based on the Chebyshev polynomial. Then

the polynomial coefficients and kinematic parameter errors in the error model were identified by the least squares method. Finally

the joint space compensation method was employed to reduce the RCM constraint point position errors.

Results

The test results show that the RCM constraint point position errors after compensation are reduced from 2.726 1 mm to 0.641 5 mm

which is about 76.5% less.

关键词

Keywords

references

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