Katika roboti za upasuaji usiovamizi sana zinazoendeshwa kwa nyaya, uhusiano kati ya amri ya mota na mwendo halisi wa kiathiri cha mwisho unaweza kuwa usio wa mstari kwa kiwango kikubwa kutokana na unyumbufu wa nyaya, msuguano, histeresi, upotovu wa kimuundo na hitilafu za kijiometri za uunganishaji. Suyang Yu na wenzake walishughulikia tatizo hili kwenye prototaipu halisi ya roboti ya upasuaji kwa mbinu mseto ya kufidia hitilafu inayounganisha ukalibishaji wa vigezo vya Denavit–Hartenberg (DH), modeli ya msuguano badilifu ya LuGre, mkabala wa ugumu sawia na mtandao neva wa radial basis function (Radial Basis Function, RBF). Katika majaribio, bila fidia iliyopendekezwa, hitilafu ya juu zaidi ya mwendo ilikuwa takribani 34,63°, hitilafu ya wastani 23,57° na root mean square error (RMSE) 25,41°; baada ya fidia, thamani hizi zilishuka mtawalia hadi takribani 21,13°, 15,62° na 16,48°. Hata hivyo, utafiti hauonyeshi kuwa mbinu hiyo huboresha matokeo ya kitabibu wakati wa upasuaji au kuthibitisha usalama wake kwa wagonjwa; ushahidi wa majaribio umewekewa mipaka kwenye kuboresha usahihi wa mwendo wa roboti na kupunguza hitilafu za kimitambo zinazotokana na histeresi.

Mkabala mkuu wa utafiti ni kugawanya vyanzo vya hitilafu katika tabaka badala ya kutarajia modeli moja ya hitilafu kueleza mfumo mzima. Mikengeuko ya kijiometri ya kimfumo katika mnyororo mgumu wa uhamishaji ilisahihishwa kwa kutambua vigezo vya DH kwa njia ya least squares; msuguano usio wa mstari katika mgusano wa waya–pulley uliwakilishwa kwa modeli ya LuGre, huku ulemavu wa elastiki katika bomba refu na jembamba la chuma la distal ukiwakilishwa kwa nadharia ya boriti na ugumu sawia. Hitilafu iliyobaki ambayo modeli hizi za kifizikia hazikuweza kueleza ilipelekwa kwenye mtandao neva wa RBF, na baadaye matokeo ya mtandao yakakadiriwa kwa polinomu za daraja la pili zinazotegemea mwelekeo wa mwendo ili kurahisisha utekelezaji wa wakati halisi.

Umuhimu wa utafiti kwa mtazamo wa Uturuki hauko katika matokeo ya moja kwa moja ya matumizi ya kitabibu, bali katika mbinu ya uundaji wa roboti za matibabu zenye usahihi wa juu. Ikiwa mifumo kama hii ya roboti zinazoendeshwa kwa nyaya itatengenezwa Uturuki, kuzingatia kwa pamoja ukalibishaji wa kijiometri, uundaji wa modeli ya msuguano–histeresi na fidia ya hitilafu iliyobaki inayotegemea data kunaweza kutoa mkabala unaotekelezeka kihandisi. Hata hivyo, utafiti hauna mazingira ya kliniki ya Uturuki, data za wagonjwa, hali za vifaa vya ndani au uthibitishaji wa matumizi; kwa hiyo matokeo hayawezi kuhamishwa moja kwa moja kwa matumizi ya upasuaji nchini Uturuki na yanahitaji uthibitishaji tofauti wa kiufundi, usalama na kitabibu.

Tatizo kuu la utafiti ni lipi?

Katika roboti za upasuaji usiovamizi sana, kuweka viendeshaji mbali na mgonjwa na kuhamisha mwendo hadi kwenye kiathiri cha mwisho kupitia nyaya nyembamba hutoa faida muhimu za kimitambo, kama muundo uliofinyangwa, uzito mdogo wa sehemu ya distal na upangaji unaonyumbulika. Gharama yake ni uhusiano wa ingizo–tokeo ulio tata zaidi kuliko mfumo mgumu wa uhamishaji wa gia au skrubu.

Waya unapovutwa, si kiungo kinacholengwa pekee kinachosogea. Waya unaweza kurefuka kinyumbufu, msuguano unaweza kutokea kwenye nyuso za mwongozo, mvutano unaweza kusambazwa upya mwelekeo wa mwendo unapobadilika, na mfumo unaweza kujibu nafasi ileile ya mota kwa nafasi tofauti za kiathiri cha mwisho wakati wa mwendo wa kwenda mbele na kurudi nyuma. Hii histeresi, hasa katika maeneo ambayo mwelekeo wa mwendo unageuzwa, husababisha ucheleweshaji unaoonekana na hitilafu ya nafasi.

Watafiti wanagawa vyanzo vya hitilafu katika madaraja mawili makuu:

• Hitilafu za kijiometri katika vipengele vigumu vya uhamishaji: ustahimilivu wa utengenezaji, mikengeuko ya uunganishaji, hitilafu ya pitch ya skrubu, nafasi huru ya gia na mikengeuko kutoka kwa vigezo vya kijiometri vya kawaida.
• Hitilafu zisizo za kijiometri katika mfumo nyumbufu unaoendeshwa kwa nyaya: kurefuka kwa waya, msuguano wa waya–pulley na waya–mwongozo, histeresi, mvutano usio sawa wa nyaya na upotovu wa elastiki wa vipengele vyembamba vya kimuundo.

Kwa hiyo, swali kuu la utafiti si tu “roboti inakalibishwa vipi?” Swali halisi ni jinsi usahihi wa kiathiri cha mwisho unavyoweza kuongezwa katika roboti ya upasuaji inayoendeshwa kwa nyaya ambapo vipengele visivyo vya mstari vya hitilafu za kijiometri, elastiki na msuguano vipo kwa pamoja.

Muundo wa kimitambo wa roboti uliundwaje?

Utafiti ulitumia prototaipu ya roboti ya upasuaji usiovamizi sana yenye moduli tatu sambamba. Kila moduli ina muundo wa kimoduli unaoweza kuwekewa viathiri vya mwisho tofauti. Katika utafiti, muundo wa kishikio ulizingatiwa kama mfano wa kiathiri cha mwisho.

Kila moduli ina jumla ya viwango vitano vya uhuru. Viwili ni vya utaratibu mgumu wa uhamishaji: mwendo wa mstari kwenye mhimili na mzunguko wa mviringo. Viwango vitatu vilivyobaki vinaendeshwa na nyaya za chuma na huwezesha mwendo wa pitch, yaw na kushika wa kiathiri cha mwisho.

Masafa makuu ya mwendo yaliyoainishwa kwa moduli moja katika chanzo ni haya:

Picha za prototaipu ya roboti na moduli moja katika utafiti zinaonyesha wazi jinsi uendeshaji mgumu na sehemu ya distal inayoendeshwa kwa nyaya zinavyounganishwa katika moduli moja. Muundo huu uliwawezesha watafiti kuunda modeli za mifumo ya hitilafu inayotokana na uhamishaji mgumu na nyumbufu kwa kutenganisha.

Hitilafu ya kijiometri ilitengenezewa modeli vipi?

Kinematiki bora ya roboti ilitengenezewa modeli kwa mkabala wa kawaida wa Denavit–Hartenberg (DH). Katika hali bora, mkao wa kiathiri cha mwisho \(x\) hufafanuliwa kupitia vigezo vya viungo \(q\) kwa uhusiano wa jumla ufuatao:

\[ x=f(q) \]

Mikengeuko midogo inapoongezwa kwenye vigezo vya viungo au vigezo vya kijiometri vya roboti halisi, ukadiriaji wa daraja la kwanza wa hitilafu ya kiathiri cha mwisho uliwakilishwa kwa matriksi ya Jacobian:

\[ \Delta x=J(q)\Delta q \]

Hapa \(J(q)\) ni matriksi ya Jacobian katika usanidi wa sasa wa roboti, \(\Delta q\) ni mikengeuko midogo upande wa uendeshaji, na \(\Delta x\) ni hitilafu ya mkao inayozalishwa na mikengeuko hiyo kwenye kiathiri cha mwisho. Uhusiano huu unaonyesha jambo muhimu: hitilafu ndogo upande wa kiendeshaji inaweza kuongezeka kwenye kiathiri cha mwisho kulingana na jiometri ya roboti au kuungana na hitilafu za mihimili mingine.

Kwa nini upotovu wa bomba jembamba la distal ni muhimu?

Bomba la chuma la matibabu la distal ambamo nyaya hupita halikuchukuliwa kuwa gumu kabisa. Watafiti walitengeneza modeli ya kipengele hiki kama boriti iliyofungwa upande mmoja. Katika utafiti, urefu wa bomba umetolewa kuwa 206 mm, kipenyo cha nje 5 mm na kipenyo cha ndani 4 mm.

Second moment of area ya sehemu ya mviringo yenye uwazi ndani ni:

\[ I=\frac{\pi}{64}\left(D_o^4-D_i^4\right) \]

Nguvu ya radial \(F\) inapowekwa kwenye ncha huru, upotovu wa juu zaidi ni:

\[ \delta=\frac{FL^3}{3EI} \]

na mabadiliko ya pembe kwenye ncha takribani ni:

\[ \Delta\theta=\frac{FL^2}{2EI} \]

. Hapa \(E\) ni moduli ya Young, \(L\) ni urefu wa bomba, na \(I\) ni second moment of area.

Moment ya kupinda inayotokana na mvutano usio sawa wa \(F_1\), \(F_2\) na \(F_3\) katika nyaya tatu pia iliongezwa kwenye modeli. Simuleringi za utafiti zilionyesha kuwa kadiri compliance ya kimuundo inavyoongezeka, hitilafu ya pembe ya kiathiri cha mwisho huongezeka takribani kwa mstari. Kwa hiyo, si sahihi kueleza hitilafu ya uendeshaji wa waya kwa msuguano pekee; nguvu zinazowekwa na nyaya zinaweza pia kupotosha muundo ambao nyaya hupitia.

Modeli ya LuGre inaelezaje msuguano wa waya?

Moja ya modeli muhimu za kifizikia katika utafiti ni modeli ya msuguano badilifu ya LuGre. Mgusano kati ya waya na pulley ya mwongozo unawakilishwa kama uso wa mgusano wenye vinyweleo vidogo vya elastiki. Kigezo cha hali ya ndani \(z\) kinawakilisha ulemavu wa wastani wa vipengele hivi vya kubuniwa vya mgusano.

Mlinganyo wa hali wa LuGre:

\[ \frac{dz}{dt}=v-\frac{|v|}{g(v)}z \]

Kazi ya Stribeck ni:

\[ g(v)=F_c+(F_s-F_c)\exp\left[-\left(\frac{v}{v_s}\right)^2\right] \]

. Nguvu ya msuguano:

\[ F_f=\sigma_0z+\sigma_1\frac{dz}{dt}+\sigma_2v \]

huhesabiwa kwa mlinganyo huu. Hapa \(F_s\) ni kikomo cha msuguano tuli, \(F_c\) ni msuguano wa Coulomb, \(v_s\) ni kasi bainifu ya Stribeck, \(\sigma_0\) ni mgawo wa ugumu wa mgusano, \(\sigma_1\) ni damping ya hali ya ndani, na \(\sigma_2\) ni mgawo wa msuguano mnato.

Kipenyo cha waya uliotumika katika utafiti kilikuwa 0,3 mm na masafa ya kasi ya kufanya kazi yalikuwa 0,01–0,1 m/s. Waandishi wanaeleza kuwa katika hali hii ya kasi ndogo athari ya Stribeck ni muhimu na kwamba mkabala wa LuGre unafaa kuwakilisha stick-slip na histeresi inayotegemea kubadilika kwa mwelekeo.

Unyumbufu wa waya uligeuzwaje kuwa hitilafu ya pembe?

Urefu wa ziada wa waya uliwakilishwa kwa kutumia ugumu sawia:

\[ \Delta L=\frac{F}{K}=\frac{FL}{EA} \]

Katika utafiti, kwa kamba ya waya ya chuma ya 7×7 yenye kipenyo cha 0,3 mm, moduli ya elasticity ya takribani \(2,0\times10^{11}\) Pa, eneo la sehemu \(7,07\times10^{-8}\) m² na urefu sawia wa waya wa takribani 0,5 m zilitumika kukokotoa ugumu wa mstari sawia wa takribani:

\[ K\approx2,8\times10^4\ \mathrm{N/m} \]

.

Ubadilishaji wa kurefuka kwa waya kuwa hitilafu ya pembe kwenye kiungo:

\[ \Delta\theta=\frac{\Delta L}{r_{ef}}=\frac{F}{Kr_{ef}} \]

uliwasilishwa kwa uhusiano huu. Kwa hivyo, nguvu ya msuguano inayotolewa na modeli ya LuGre haikuachwa kama nguvu ya kimitambo pekee, bali iliunganishwa na hitilafu halisi ya mwendo wa roboti.

Kwa nini modeli ya kifizikia pekee haikutosha?

Ingawa ukalibishaji wa kijiometri, ulemavu wa boriti na msuguano wa LuGre vinaweza kueleza asili ya kifizikia ya hitilafu, athari hizi hazijitegemei katika roboti halisi inayoendeshwa kwa nyaya. Msuguano hubadilisha mvutano wa waya; mvutano uliobadilika huathiri kurefuka kwa waya na upotovu wa kimuundo; mwelekeo wa mwendo unapobadilika, usambazaji wa mvutano huundwa upya. Athari nyingine zilizobaki zinazotegemea hali za kufanya kazi na kutokuwa na uhakika kwa vigezo pia huongezwa.

Kwa hiyo, watafiti hawakutumia modeli ya kifizikia kama suluhisho la mwisho, bali kama tabaka linalotoa maarifa ya awali ya kifizikia kwa mtandao neva wa RBF.

Mtandao neva wa RBF unajifunza taarifa gani?

Mtandao wa RBF una tabaka tatu kuu: ingizo, lililofichwa na toleo. Katika utafiti, ingizo lilijumuisha vigezo vya mfumo kama urefu wa waya, elasticity, mvutano, kasi ya uendeshaji na pembe ya kiungo, pamoja na vipengele vya kifizikia kutoka modeli ya LuGre kama nguvu ya msuguano \(F\), hali ya ndani \(z\) na hitilafu ya pembe \(\Delta\theta\).

Katika tabaka lililofichwa, kazi za radial basis za aina ya Gaussian zilitumika:

\[ \phi_j(x)=\exp\left(-\frac{\|x-c_j\|^2}{2\sigma_j^2}\right) \]

Hitilafu iliyokadiriwa ya kiathiri cha mwisho katika toleo:

\[ \Delta\hat d=\sum_{j=1}^{n}w_j\phi_j(x) \]

ilihesabiwa.

Katika kubainisha vituo vya RBF, ukusanyaji wa k-means ulitumika na uzani wa mtandao uliamuliwa kwa mkabala wa least squares. Takribani %80 ya seti ya data ilitengwa kwa mafunzo, %20 kwa majaribio; ingizo zilinormalishwa kabla ya mafunzo na utendaji ukatathminiwa kwa RMSE.

Kuna jambo muhimu la kimethodolojia hapa: mfumo haukujengwa kama kidhibiti cha kawaida cha closed-loop kinachopokea mrejesho wa wakati halisi kutoka kwa sensa ya kiathiri cha mwisho wakati wa kufanya kazi. Muundo unaoitwa “quasi-closed-loop” na waandishi hutumia hitilafu halisi zilizopimwa za kiathiri cha mwisho nje ya mzunguko kuunda modeli ya fidia. Fidia ya mwisho ni ya aina ya feedforward.

Kwa nini mtandao neva ulibadilishwa baadaye kuwa polinomu?

Ingawa mitandao neva ni vikadiriaji vyenye nguvu vya mahusiano yasiyo ya mstari, haina mlinganyo wazi wa uchanganuzi. Ili kupunguza mzigo wa hesabu katika utekelezaji wa wakati halisi na kubadilisha mfumo kuwa umbo la kihisabati lililo wazi zaidi, watafiti walikadiria matokeo ya RBF katika kiwango kimoja cha uhuru cha yaw kwa polinomu za daraja la pili.

Kwa mwendo katika mwelekeo hasi:

\[ y=-0.0025x^2-0.4196x+16.1841 \]

Kwa mwendo katika mwelekeo chanya:

\[ y=-0.0025x^2+0.5975x+12.3667 \]

kazi hizi zilipatikana.

Mlinganyo mmoja haukutumiwa kwa mwendo wa mbele na nyuma. Sababu ni kwamba mvutano wa waya na hali za msuguano hubadilika mwelekeo wa mwendo unapobadilika, na pembe moja ya ingizo inaweza kuzalisha hitilafu tofauti katika pande mbili. Utegemezi huu wa mwelekeo ni sehemu kuu ya jinsi utafiti unavyoshughulikia tatizo la histeresi.

Uthibitishaji wa majaribio ulifanywaje?

Ukalibishaji na vipimo vya hitilafu vilifanywa kwenye mfumo wa udhibiti unaotegemea Beckhoff. Kitengo kikuu cha udhibiti kilikuwa Beckhoff C6930, kwa ukusanyaji wa ishara za analogi EL3064, na kwa mawasiliano EK1101 moduli zilitumika. Mfumo wa uendeshaji ulijumuisha mota za mfululizo wa Moons' DCU13028, redukta za S002&PG13C, encoders za kielektroniki IE2-512 na viendeshi vya IPSO2041.

Katika ukalibishaji wa pitch, pembe ya yaw ilishikiliwa katika 0° huku pitch ikibadilishwa takribani kutoka −40° hadi +40°; katika ukalibishaji wa yaw, kinyume chake kilifanywa. Pia usanidi wa pamoja wa pitch-yaw ulioundwa kutoka −40°, 0° na +40° ulitumika.

Mwendo wa kiathiri cha mwisho ulirekodiwa kwa kamera kwenye tripod iliyowekwa imara, na viwianishi vya makadirio ya kiathiri cha mwisho vilitolewa kutoka kwenye picha. Nafasi ya kamera na pembe ya kutazama zilibaki bila kubadilika wakati wote wa jaribio.

Vigezo vya DH vilisahihishwaje?

Kwa kutumia vigezo vya kawaida vya DH \(P_{DH}\) na vipengele vya marekebisho \(\Delta P_{DH}\) vinavyopaswa kutambuliwa, vigezo halisi vilifafanuliwa kama:

\[ P_{DH}^{*}=P_{DH}+\Delta P_{DH} \]

.

Kazi lengwa ya least squares:

\[ J(\Delta P_{DH})= \sum_{k=1}^{N} \left\| f(q_k;P_{DH}+\Delta P_{DH})-P_{real}(q_k) \right\|^2 \]

iliundwa na kutoka kwa mfumo uliolainishwa:

\[ \Delta P_{DH}=(J^TJ)^{-1}J^T\Delta P \]

suluhisho lilipatikana.

Baada ya marekebisho ya DH, makadirio ya modeli yalionekana kukaribia nafasi za majaribio za kiathiri cha mwisho. Hata hivyo, kubaki kwa uboreshaji katika kiwango cha kikomo kulionyesha kuwa sehemu kubwa ya hitilafu ya jumla haitokani na mikengeuko ya kijiometri bali msuguano, elasticity na histeresi katika mfumo wa uendeshaji wa nyaya.

Mbinu ya fidia ilitoa uboreshaji kiasi gani?

Katika majaribio ya kulinganisha, mfuatano uleule wa mwendo lengwa ulitumika katika hali mbili: katika Kundi A fidia haikutumika, katika Kundi B fidia ya hitilafu ya feedforward iliyopendekezwa iliwashwa. Bila fidia, histeresi dhahiri ilitokea wakati wa kubadilisha mwelekeo na hitilafu ilijikusanya kadiri pembe ya uendeshaji ilivyoongezeka.

Matokeo haya hayamaanishi kwamba fidia ya hitilafu ilifanya mfumo usiwe na hitilafu. Hata baada ya fidia, hitilafu ya juu zaidi ilibaki takribani 21,13°. Kwa hiyo, utafiti unaonyesha uboreshaji muhimu lakini ambao bado haujakamilika wa usahihi.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Hitilafu za mwendo wa roboti inayoendeshwa kwa nyaya hazitokani tu na hitilafu za ukalibishaji wa kijiometri; msuguano, elasticity, histeresi na upotovu wa kimuundo ni vipengele muhimu.
• Utambuzi wa vigezo vya DH ulipunguza hitilafu za kijiometri katika mnyororo mgumu wa uhamishaji na kuleta makadirio ya modeli karibu zaidi na vipimo.
• Modeli ya LuGre ilitoa mfumo unaoweza kutumika kueleza kifizikia tabia ya msuguano unaotegemea mwelekeo na kasi katika mgusano wa waya–pulley.
• Mtandao wa RBF ulikadiria vipengele vilivyobaki vya hitilafu isiyo ya mstari ambavyo modeli za kifizikia hazikuweza kueleza.
• Matumizi ya kazi tofauti za fidia zinazotegemea mwelekeo wa mwendo yalizingatia kwamba histeresi si sawa katika mwendo wa mbele na wa kurudi nyuma.
• Mkabala wa fidia uliounganishwa uliopendekezwa ulipunguza hitilafu ya juu zaidi, hitilafu ya wastani na RMSE katika prototaipu ya roboti ya majaribio.

Matokeo ambayo utafiti haujathibitisha

• Haijaonyeshwa kuwa roboti ni salama au yenye ufanisi katika upasuaji wa kliniki.
• Mafanikio ya upasuaji kwa wagonjwa, kupungua kwa matatizo au muda wa kupona havikutathminiwa.
• Haijathibitishwa kuwa mbinu iliyopendekezwa inaweza kujumlishwa kwa usanifu wote wa roboti za upasuaji zinazoendeshwa kwa nyaya kwa utendaji uleule.
• Mfumo wa fidia haukuondoa hitilafu kabisa.
• Utafiti hautoi uthibitishaji wa kliniki wa mfumo kamili wa udhibiti wa upasuaji wa closed-loop wenye mrejesho wa sensa wa wakati halisi.
• Haijaonyeshwa kuwa modeli inayotegemea data inaweza kudumisha usahihi uleule katika hali za kimitambo zilizo mbali sana na masafa ya mafunzo.

Kwa nini ni muhimu kisayansi?

Nguvu kuu ya utafiti kwa upande wa uhandisi ni kutokuchukulia uundaji wa modeli unaotegemea fizikia na ukadiriaji unaotegemea data kama njia mbadala zinazopingana. Modeli ya DH inaeleza muundo wa kijiometri, modeli ya boriti inaeleza compliance ya kimuundo, na modeli ya LuGre inaeleza utaratibu wa msuguano, huku mtandao wa RBF ukishughulikia hitilafu changamani iliyobaki baada ya modeli hizo. Kwa njia hii, mtandao neva haulazimishwi kujifunza fizikia yote ya roboti kutoka mwanzo, na modeli ya kifizikia hailazimishwi kuwa tata kupita kiasi ili kueleza tabia ambazo haiwezi kueleza peke yake.

Hata hivyo, matokeo ya majaribio bado yanaonyesha kuwa hitilafu iliyobaki ni kubwa kwa kiasi cha maana. Kwa hiyo, utafiti hauonyeshi kwamba usahihi mkamilifu wa kiwango cha kliniki umefikiwa, bali unaonyesha kwamba hitilafu za kimitambo zenye vyanzo vingi katika prototaipu inayoendeshwa kwa nyaya zinaweza kutengenezewa modeli kwa utaratibu na kupunguzwa kwa kiwango kikubwa.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mfumo wa majaribio na vipengele vya msingi vya kiufundi

Mnyororo wa fidia ya hitilafu

1. Kinematiki ya kawaida ya mbele ya roboti iliundwa kwa vigezo vya DH.
2. Kwa kutumia vipimo vya majaribio vya kiathiri cha mwisho, mikengeuko ya vigezo vya DH ilitambuliwa kwa least squares.
3. Upotovu wa elastiki wa bomba la chuma la distal ulitengenezewa modeli kwa nadharia ya boriti.
4. Msuguano wa waya–pulley na histeresi vilichunguzwa kwa modeli ya msuguano badilifu ya LuGre.
5. Nguvu ya waya iligeuzwa kuwa kurefuka kwa waya na hitilafu ya pembe kupitia ugumu sawia.
6. Hitilafu iliyobaki ambayo modeli za kifizikia hazikuweza kueleza ilijifunzwa kwa mtandao neva wa RBF.
7. Matokeo ya RBF yalibadilishwa kuwa polinomu za daraja la pili zinazotegemea mwelekeo katika kiwango kimoja cha uhuru cha yaw.
8. Miondoko ya roboti bila fidia na yenye fidia ililinganishwa chini ya ingizo lengwa zilezile.

Matokeo makuu ya kiasi

Katika ulinganisho wa majaribio, hitilafu ya juu zaidi ya pembe katika mfumo bila fidia ilipimwa kuwa takribani 34,63°, huku baada ya fidia ikiwa takribani 21,13°. Hitilafu ya wastani ilishuka takribani kutoka 23,57° hadi 15,62°, na RMSE kutoka 25,41° hadi 16,48°. Upungufu wa kulinganisha uliokokotolewa na waandishi ulikuwa takribani %39,0 kwa hitilafu ya juu zaidi, %33,7 kwa hitilafu ya wastani, na %35,1 kwa RMSE.

Katika majaribio yaliyorudiwa, iliripotiwa kuwa mfumo wenye fidia ulifuatilia mwendo lengwa kwa karibu zaidi, hasa katika maeneo ambapo mwelekeo wa mwendo uligeuzwa, eneo la histeresi lilipungua na mikunjo ya hitilafu ikawa laini zaidi.

Nguvu za kimethodolojia

• Kugawa vyanzo vya hitilafu katika vipengele vya kijiometri na visivyo vya kijiometri.
• Kutumia data ya majaribio kutoka kwa prototaipu halisi ya roboti.
• Kushughulikia ukalibishaji wa DH, ulemavu wa kimuundo na msuguano badilifu katika uchanganuzi mmoja wa hitilafu.
• Kujifunza hitilafu iliyobaki kwa kutegemea data baada ya modeli ya kifizikia.
• Kutenganisha data ya mafunzo na majaribio kwa modeli ya RBF.
• Kutumia kazi tofauti za fidia kwa histeresi inayotegemea mwelekeo wa mwendo.
• Kulinganisha hali zenye fidia na zisizo na fidia chini ya ingizo zilezile za uendeshaji.
• Kukagua tena matokeo kwa majaribio yaliyorudiwa.

Mapungufu makuu

• Fidia ya mwisho katika utafiti si udhibiti wa kawaida wa closed-loop wenye mrejesho wa wakati halisi kutoka kwa sensa ya kiathiri cha mwisho; modeli ya off-line feedforward iliyoundwa kutoka hitilafu za majaribio imetumika.
• Modeli ya mwisho ya hitilafu iliyogeuzwa kuwa polinomu ilipatikana katika masafa ya mwendo yaliyochunguzwa na hasa kutoka kiwango kimoja cha uhuru cha yaw.
• Kiasi kikubwa cha hitilafu iliyobaki kinaendelea kuwepo hata baada ya fidia.
• Majaribio yako katika kiwango cha prototaipu ya roboti; hayatoi uthibitishaji wa utendaji wa upasuaji wa kliniki.
• Matokeo hayahakikishi kiotomatiki utendaji uleule kwa jiometri tofauti za nyaya, mizigo, halijoto au usanifu tofauti wa roboti.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Error Analysis and Drive Optimization of a Minimally Invasive Surgical Robot

Waandishi na mpangilio wao: Suyang Yu, Yihao Song, Changlong Ye, Huaiyong Li, Chaoben Shi.

Mwandishi wa mawasiliano: Changlong Ye.

Mchango sawa/mwandishi mwenza wa kwanza: Hakuna tamko la aina hii katika chanzo.

Taasisi: Suyang Yu, Yihao Song, Changlong Ye na Huaiyong Li — School of Mechanical and Electrical Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang, China. Chaoben Shi — School of Mechanical and Electrical Engineering, PLA Army Services University, Shenyang, China.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio ya rika: Makala ya utafiti iliyopitiwa na rika.

Jarida: Machines.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Utambulisho wa kibibliografia: Machines 2026, 14, 584.

DOI: 10.3390/machines14060584.

Mchakato wa kuwasilisha/kuchapisha: Ilipokelewa 17 Aprili 2026, ikarekebishwa 19 Mei 2026, ikakubaliwa 22 Mei 2026 na kuchapishwa 25 Mei 2026.

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://doi.org/10.3390/machines14060584

Leseni: Makala imechapishwa kwa ufikiaji wazi chini ya masharti ya Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Waandishi waliripoti kuwa utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Utafiti unasema kuwa data zimo ndani ya makala.

Mgongano wa maslahi: Waandishi waliripoti kutokuwa na mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana C.Y.; metodolojia C.Y.; programu Y.S.; uthibitishaji Y.S.; uchanganuzi rasmi Y.S.; utafiti C.Y.; rasilimali S.Y. na C.Y.; uratibu wa data Y.S.; rasimu ya kwanza Y.S.; mapitio na uhariri S.Y., C.Y., H.L. na C.S.; usimamizi S.Y., C.Y. na H.L.; usimamizi wa mradi C.Y.

Mbinu ya kisayansi, milinganyo, usanifu wa roboti, hali za majaribio na matokeo katika maudhui haya ya Verianla yanategemea utafiti uliochunguzwa. Hakuna matokeo mapya ya majaribio au utaratibu ulioongezwa kutoka vyanzo vya nje. Utambulisho wa kibibliografia ulithibitishwa pia kupitia rekodi rasmi ya uchapishaji.

Kikomo muhimu zaidi cha tafsiri ya utafiti ni kwamba matokeo yaliyopatikana yanahusu usahihi wa mwendo na fidia ya hitilafu ya prototaipu ya roboti ya upasuaji usiovamizi sana inayoendeshwa kwa nyaya. Utafiti si jaribio la kliniki kwa wagonjwa; hauwezi kutumika kutoa hitimisho kuhusu mafanikio ya upasuaji, ufanisi wa matibabu au usalama wa kliniki. Pia, mfumo wa fidia ya feedforward uliopendekezwa haupaswi kufasiriwa kama mfumo kamili wa udhibiti wa kliniki wa closed-loop wenye mrejesho wa wakati halisi kutoka kwa sensa ya kiathiri cha mwisho.