Дар роботҳои ҷарроҳии каминвазивии бо кабел ҳаракаткунанда робитаи байни фармони муҳаррик ва ҳаракати воқеии эффектор метавонад аз сабаби чандирии кабел, соиш, гистерезис, каҷшавии сохторӣ ва хатогиҳои геометрии васлкунӣ ба таври назаррас ғайрихаттӣ гардад. Suyang Yu ва ҳамкоронаш ин мушкилро дар прототипи воқеии роботи ҷарроҳӣ бо усули гибридии ҷуброни хато, ки калибркунии параметрҳои Denavit–Hartenberg (DH), модели динамикии соиши LuGre, равиши сахтии эквивалентӣ ва шабакаи нейронии функсияи базисии радиалӣ (Radial Basis Function, RBF)-ро якҷо мекунад, баррасӣ карданд. Дар озмоишҳо, ҳангоми татбиқ нашудани ҷуброни пешниҳодшуда, хатои максималии ҳаракат тақрибан 34,63°, хатои миёна 23,57° ва хатои миёнаи квадратии решавӣ (RMSE) 25,41° буд; пас аз ҷуброн ин арзишҳо мутаносибан тақрибан ба 21,13°, 15,62° ва 16,48° коҳиш ёфтанд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот исбот намекунад, ки ин усул натиҷаҳои клиникиро ҳангоми ҷарроҳӣ беҳтар мекунад ё барои беморон бехатар аст; далели таҷрибавӣ танҳо ба беҳтар шудани дақиқии ҳаракати робот ва кам шудани хатогиҳои механикии вобаста ба гистерезис маҳдуд аст.

Равиши асосии таҳқиқот ба ҷойи он ки аз як модели хато шарҳи тамоми системаро интизор шавад, манбаъҳои хаторо ба қабатҳо ҷудо мекунад. Каҷравиҳои системавии геометрӣ дар занҷири интиқоли сахт бо муайян кардани параметрҳои DH тавассути усули квадратҳои хурдтарин ислоҳ карда шудаанд; соиши ғайрихаттӣ дар тамоси кабел–шкив бо модели LuGre, деформатсияи чандирӣ дар найчаи дарозу борики пӯлодии дисталӣ бошад бо назарияи болор ва сахтии эквивалентӣ ифода шудааст. Хатои боқимондае, ки ин моделҳои физикӣ шарҳ дода натавонистанд, ба шабакаи нейронии RBF дода шуд ва баъдан, барои осон кардани татбиқи вақти воқеӣ, баромадҳои шабака бо полиномҳои дараҷаи дуюми вобаста ба самти ҳаракат тақриб карда шуданд.

Аҳамияти таҳқиқот аз нигоҳи Туркия на натиҷаи мустақими татбиқи клиникӣ, балки методологияи таҳияи роботҳои тиббии дақиқ мебошад. Агар дар Туркия системаҳои роботии ба ҳамин монанд бо интиқоли кабелӣ таҳия шаванд, баррасии якҷояи калибркунии геометрӣ, моделсозии соиш–гистерезис ва ҷуброни хатои боқимонда бар асоси додаҳо метавонад аз нигоҳи муҳандисӣ равиши татбиқшаванда бошад. Аммо таҳқиқот муҳити клиникии хоси Туркия, додаҳои беморон, шароити маҳаллии дастгоҳ ё тасдиқи амалӣ надорад; бинобар ин натиҷаҳоро ба истифодаи ҷарроҳӣ дар Туркия мустақиман интиқол додан мумкин нест ва тасдиқи алоҳидаи техникӣ, бехатарӣ ва клиникӣ зарур аст.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Дар роботҳои ҷарроҳии каминвазивӣ ҷойгир кардани актуаторҳо дур аз бемор ва интиқоли ҳаракат ба эффектор тавассути кабелҳои борик бартариҳои муҳими механикӣ, аз ҷумла сохтори паймон, массаи ками қисми дисталӣ ва ҷойгиркунии чандирро фароҳам меорад. Аммо арзиши ин бартарӣ муносибати вуруд–баромадест, ки нисбат ба системаи интиқоли сахти фишангӣ ё винтӣ хеле мураккабтар аст.

Ҳангоми кашидани кабел танҳо буғуми мақсаднок ҳаракат намекунад. Кабел метавонад чандирона дароз шавад, дар сатҳҳои роҳнамо соиш ба вуҷуд ояд, ҳангоми тағйири самти ҳаракат шиддат аз нав тақсим шавад ва система ба ҳамон мавқеи муҳаррик дар ҳаракати пеш ва ақиб бо мавқеъҳои гуногуни эффектор ҷавоб диҳад. Ин гистерезис, махсусан дар минтақаҳое, ки самти ҳаракат баръакс мешавад, таъхири назаррас ва хатои мавқеъро ба вуҷуд меорад.

Таҳқиқотчиён манбаъҳои хаторо ба ду синфи асосӣ ҷудо мекунанд:

• Хатогиҳои геометрӣ дар ҷузъҳои интиқоли сахт: таҳаммулпазирии истеҳсол, каҷравиҳои васлкунӣ, хатои қадами винт, люфти фишанг ва дуршавӣ аз параметрҳои геометрии номиналӣ.
• Хатогиҳои ғайригеометрӣ дар системаи чандири бо кабел ҳаракаткунанда: дарозшавии кабел, соиши кабел–шкив ва кабел–роҳнамо, гистерезис, нобаробарии шиддати кабел ва каҷшавии чандири унсурҳои борики сохторӣ.

Аз ин рӯ, саволи асосии таҳқиқот танҳо «робот чӣ гуна калибр карда мешавад?» нест. Саволи асосӣ ин аст, ки дар роботи ҷарроҳии бо кабел ҳаракаткунанда, ки дар он ҷузъҳои ғайрихаттии хатои геометрӣ, чандирӣ ва соиш ҳамзамон мавҷуданд, дақиқии эффекторро чӣ гуна метавон баланд кард.

Сохтори механикии робот чӣ гуна сохта шудааст?

Дар таҳқиқот прототипи роботи ҷарроҳии каминвазивӣ аз се модули параллелӣ истифода шудааст. Ҳар модул сохтори модулӣ дорад ва метавонад бо эффекторҳои гуногун муҷаҳҳаз шавад. Дар таҳқиқот сохтори гира ҳамчун эффектор намуна баррасӣ шудааст.

Дар ҳар модул ҳамагӣ панҷ дараҷаи озодӣ мавҷуд аст. Дутои онҳо ба механизми интиқоли сахт тааллуқ доранд: ҳаракати хаттӣ дар тӯли меҳвар ва гардиши даврӣ. Се дараҷаи боқимонда бо кабелҳои пӯлод идора мешаванд ва ҳаракатҳои pitch, yaw ва гирифтан-и эффекторро таъмин мекунанд.

Диапазонҳои асосии ҳаракат барои як модул, ки дар манбаъ оварда шудаанд, чунинанд:

Тасвирҳои прототипи робот ва як модул дар таҳқиқот равшан нишон медиҳанд, ки интиқоли сахт ва қисми дисталии бо кабел ҳаракаткунанда чӣ гуна дар як модул якҷо шудаанд. Ин сохтор ба таҳқиқотчиён имкон медиҳад механизмҳои хатои аз интиқоли сахт ва чандир пайдошавандаро алоҳида модел кунанд.

Хатои геометрӣ чӣ гуна модел шудааст?

Кинематикаи идеалии робот бо равиши стандартии Denavit–Hartenberg (DH) модел шудааст. Дар ҳолати идеалӣ, позаи эффектор \(x\) тавассути тағйирёбандаҳои буғум \(q\) бо муносибати умумии зерин муайян мешавад:

\[ x=f(q) \]

Вақте ки ба тағйирёбандаҳои буғум ё параметрҳои геометрии роботи воқеӣ каҷравиҳои хурд илова мешаванд, тақриби тартиби якуми хатои эффектор бо матритсаи Якобиан ифода шудааст:

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

Дар ин ҷо \(J(q)\) матритсаи Якобиани конфигуратсияи ҷории робот, \(\Delta q\) каҷравиҳои хурд дар тарафи ҳаракатдиҳанда ва \(\Delta x\) хатои позаеро ифода мекунад, ки онҳо дар эффектор ба вуҷуд меоранд. Ин муносибат як нуқтаи муҳимро нишон медиҳад: хатои хурд дар тарафи актуатор вобаста ба геометрияи робот метавонад дар эффектор калон шавад ё бо хатогиҳои меҳварҳои дигар ҷамъ гардад.

Чаро каҷшавии найчаи борики дисталӣ муҳим аст?

Найчаи тиббии пӯлодии дисталӣ, ки кабелҳо аз он мегузаранд, комилан сахт ҳисобида нашудааст. Таҳқиқотчиён ин унсурро ҳамчун болори консолӣ модел кардаанд. Дар таҳқиқот дарозии найча 206 mm, диаметри берунӣ 5 mm ва диаметри дохилӣ 4 mm дода шудааст.

Моменти дуюми сатҳ барои буриши ҳалқавии холӣ:

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

Ҳангоми татбиқи қувваи радиалии \(F\) ба нӯги озод, каҷшавии максималӣ:

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

ва тағйири кунҷӣ дар нӯг тақрибан:

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

модел шудааст. Дар ин ҷо \(E\) модули Юнг, \(L\) дарозии найча ва \(I\) моменти дуюми сатҳ мебошад.

Ҳангоми нобаробар будани шиддатҳои \(F_1\), \(F_2\) ва \(F_3\) дар се кабел, моменти хамиши ҷамъбастӣ низ ба модел илова шудааст. Симулятсияҳои таҳқиқот нишон доданд, ки бо зиёд шудани мутобиқати сохторӣ хатои кунҷии эффектор тақрибан хаттӣ меафзояд. Аз ин рӯ, шарҳ додани хатои интиқоли кабел танҳо бо соиш кофӣ нест; қувваҳои кабелҳо инчунин метавонанд сохтореро, ки кабелҳо аз он мегузаранд, деформатсия кунанд.

Модели LuGre соиши кабелро чӣ гуна шарҳ медиҳад?

Яке аз моделҳои муҳими физикии таҳқиқот модели динамикии соиши LuGre мебошад. Тамоси байни кабел ва шкиви роҳнамо мисли интерфейси тамосӣ аз мӯякҳои микроскопии чандир тасвир мешавад. Тағйирёбандаи ҳолати дохилӣ \(z\) деформатсияи миёнаи ин унсурҳои фарзии тамосро ифода мекунад.

Муодилаи ҳолати LuGre:

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

Функсияи Stribeck бошад:

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

чунин аст. Қувваи соиш:

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

ҳисоб карда мешавад. Дар ин ҷо \(F_s\) ҳадди соиши статикӣ, \(F_c\) соиши Кулон, \(v_s\) суръати хоси Stribeck, \(\sigma_0\) коэффитсиенти сахтии тамос, \(\sigma_1\) дампинги ҳолати дохилӣ ва \(\sigma_2\) коэффитсиенти соиши часпакро ифода мекунад.

Диаметри кабели дар таҳқиқот истифодашуда 0,3 mm ва диапазони суръати корӣ 0,01–0,1 m/s дода шудааст. Муаллифон қайд мекунанд, ки дар ин режими суръати паст таъсири Stribeck муҳим аст ва равиши LuGre барои ифодаи stick-slip ва гистерезиси вобаста ба тағйири самт мувофиқ мебошад.

Чандирии кабел чӣ гуна ба хатои кунҷӣ табдил дода шудааст?

Дарозшавии кабел бо истифода аз сахтии эквивалентӣ чунин ифода шудааст:

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

Дар таҳқиқот барои ресмони сими пӯлодии 7×7 бо диаметри 0,3 mm, модули чандирӣ тақрибан \(2,0\times10^{11}\) Pa, масоҳати буриш \(7,07\times10^{-8}\) m² ва дарозии эквивалентии кабел тақрибан 0,5 m қабул шуда, сахтии хаттии эквивалентӣ тақрибан:

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

ҳисоб шудааст.

Табдили дарозшавии кабел ба хатои кунҷӣ дар буғум:

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

бо ин муносибат дода шудааст. Ҳамин тавр, қувваи соише, ки модели LuGre тавлид мекунад, танҳо ҳамчун қувваи механикӣ боқӣ намемонад, балки ба хатои воқеии ҳаракати робот пайваст мешавад.

Чаро танҳо модели физикӣ кофӣ ҳисобида нашуд?

Калибркунии геометрӣ, деформатсияи болор ва соиши LuGre метавонанд пайдоиши физикии хаторо шарҳ диҳанд, аммо дар роботи воқеии бо кабел ҳаракаткунанда ин таъсирҳо аз ҳам мустақил нестанд. Соиш шиддати кабелро тағйир медиҳад; шиддати тағйирёфта ба дарозшавии кабел ва каҷшавии сохторӣ таъсир мерасонад; ҳангоми тағйири самти ҳаракат тақсимоти шиддат аз нав ташаккул меёбад. Ба ин таъсирҳои дигари боқимондае низ илова мешаванд, ки ба шароити кор ва номуайянии параметрҳо вобастаанд.

Аз ин рӯ, таҳқиқотчиён модели физикиро на ҳамчун ҳалли ниҳоӣ, балки ҳамчун қабате, ки барои шабакаи нейронии RBF дониши пешакии физикӣ медиҳад истифода кардаанд.

Шабакаи нейронии RBF кадом маълумотро меомӯзад?

Шабакаи RBF аз се қабати асосӣ иборат аст: вуруд, пинҳонӣ ва баромад. Дар таҳқиқот ба вурудҳо, илова ба тағйирёбандаҳои система чун дарозии кабел, чандирӣ, шиддат, суръати ҳаракатдиҳӣ ва кунҷи буғум, инчунин хусусиятҳои физикӣ аз модели LuGre, аз ҷумла қувваи соиш \(F\), ҳолати дохилӣ \(z\) ва хатои кунҷӣ \(\Delta\theta\), дохил карда шудаанд.

Дар қабати пинҳонӣ функсияҳои базисии радиалии навъи Гаусс истифода шудаанд:

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

Хатои тахминии эффектор дар баромад:

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

ҳисоб шудааст.

Барои муайян кардани марказҳои RBF кластербандии k-means истифода шуда, вазнҳои шабака бо равиши квадратҳои хурдтарин муайян шудаанд. Тақрибан %80-и маҷмӯи додаҳо барои омӯзиш, %20-и он барои санҷиш ҷудо шудааст; вурудҳо пеш аз омӯзиш нормализатсия шуда, самаранокӣ бо RMSE арзёбӣ шудааст.

Дар ин ҷо як ҷузъиёти муҳими методологӣ ҳаст: система ҳамчун контроллери классикии ҳалқаи пӯшида бо бозхӯрди вақти воқеӣ аз сенсори эффектор ҳангоми кор сохта нашудааст. Дар сохторе, ки муаллифон онро “quasi-closed-loop” меноманд, хатогиҳои воқеии ченшудаи эффектор берун аз ҳалқа барои сохтани модели ҷуброн истифода мешаванд. Ҷуброни ниҳоӣ хусусияти feedforward дорад.

Чаро шабакаи нейронӣ баъдан ба полином табдил дода шуд?

Шабакаҳои нейронӣ тақрибкунандагони қавии ғайрихаттӣ мебошанд, аммо муодилаи ошкори аналитикӣ надоранд. Барои кам кардани бори ҳисоббарорӣ дар татбиқи вақти воқеӣ ва табдил додани система ба шакли равшантари математикӣ, таҳқиқотчиён пешгӯиҳои RBF-ро барои як дараҷаи озодии yaw бо полиномҳои дараҷаи дуюм тақриб карданд.

Барои ҳаракат дар самти манфӣ:

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

Барои ҳаракат дар самти мусбат:

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

функсияҳо гирифта шуданд.

Барои ҳаракати пеш ва ақиб як муодила истифода нашудааст. Сабаб дар он аст, ки ҳангоми тағйири самти ҳаракат шароити шиддати кабел ва соиш фарқ мекунанд ва як кунҷи вуруд дар ду самт хатогиҳои гуногун ба вуҷуд меорад. Ин вобастагӣ ба самт дар муносибати таҳқиқот ба мушкили гистерезис нақши марказӣ дорад.

Тасдиқи таҷрибавӣ чӣ гуна анҷом дода шуд?

Калибркунӣ ва ченкунии хатоҳо дар системаи идоракунии асосёфта ба Beckhoff анҷом дода шуданд. Воҳиди асосии идоракунӣ Beckhoff C6930, барои ҷамъоварии сигналҳои аналогӣ EL3064, барои алоқа EK1101 модулҳо истифода шуданд. Дар системаи ҳаракатдиҳӣ муҳаррикҳои силсилаи Moons' DCU13028, редукторҳои S002&PG13C, энкодерҳои электромагнитии IE2-512 ва драйверҳои IPSO2041 истифода шудаанд.

Ҳангоми калибркунии pitch, кунҷи yaw дар 0° нигоҳ дошта шуда, pitch тақрибан аз −40° то +40° тағйир дода шуд; ҳангоми калибркунии yaw баръакси он иҷро шуд. Инчунин конфигуратсияҳои якҷояи pitch-yaw аз −40°, 0° ва +40° истифода шуданд.

Ҳаракати эффектор бо камераи дар штативи собит буда сабт шуда, аз тасвирҳо координатаҳои проексионии эффектор гирифта шуданд. Мавқеи камера ва кунҷи тасвиргирӣ дар тамоми озмоиш собит нигоҳ дошта шуданд.

Параметрҳои DH чӣ гуна ислоҳ шуданд?

Бо истифода аз параметрҳои номиналии DH \(P_{DH}\) ва ислоҳҳои муайяншаванда \(\Delta P_{DH}\), параметрҳои воқеӣ чунин таъриф шудаанд:

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

таъриф шудааст.

Функсияи ҳадафи квадратҳои хурдтарин:

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

сохта шуда, аз системаи хаттӣшуда:

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

ҳал ба даст оварда шудааст.

Пас аз ислоҳи DH, пешгӯиҳои модел ба мавқеъҳои таҷрибавии эффектор наздиктар шуданд. Аммо маҳдуд мондани беҳбудӣ нишон дод, ки қисми муҳими хатои умумӣ на аз каҷравиҳои геометрӣ, балки аз соиш, чандирӣ ва гистерезиси системаи интиқоли кабелӣ сарчашма мегирад.

Усули ҷуброн чӣ қадар беҳбудӣ дод?

Дар озмоишҳои муқоисавӣ ҳамон пайдарпаии ҳаракатҳои мақсаднок дар ду ҳолат иҷро шуданд: дар Гурӯҳи A ҷуброн истифода нашуд, дар Гурӯҳи B ҷуброни хатои feedforward-и пешниҳодшуда фаъол карда шуд. Дар ҳолати бе ҷуброн ҳангоми тағйири самт гистерезиси равшан ба вуҷуд омада, бо зиёд шудани кунҷи ҳаракат хато ҷамъ мешуд.

Ин натиҷаҳо маънои онро надоранд, ки ҷуброни хато системаро бехато кардааст. Ҳатто пас аз ҷуброн хатои максималӣ тақрибан дар сатҳи 21,13° боқӣ мондааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот беҳбудии назаррас, вале ҳанӯз нопурраи дақиқиро нишон медиҳад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Хатогиҳои ҳаракати роботи бо кабел ҳаракаткунанда танҳо аз хатогиҳои калибркунии геометрӣ сарчашма намегиранд; соиш, чандирӣ, гистерезис ва каҷшавии сохторӣ ҷузъҳои муҳиманд.
• Муайянкунии параметрҳои DH хатогиҳои геометриро дар занҷири интиқоли сахт кам карда, пешгӯиҳои моделро ба ченкуниҳо наздиктар кардааст.
• Модели LuGre барои шарҳи физикии рафтори соиши вобаста ба самт ва суръат дар тамоси кабел–шкив чаҳорчӯбаи қобили истифода фароҳам кардааст.
• Шабакаи RBF ҷузъҳои боқимондаи ғайрихаттии хаторо, ки моделҳои физикӣ шарҳ дода натавонистанд, тақриб кардааст.
• Истифодаи функсияҳои ҷудогонаи ҷуброн, вобаста ба самти ҳаракат, ба назар гирифтааст, ки гистерезис дар ҳаракати пеш ва ақиб яксон нест.
• Равиши якҷояи ҷуброни пешниҳодшуда дар прототипи таҷрибавии робот арзишҳои хатои максималӣ, хатои миёна ва RMSE-ро кам кардааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки робот дар ҷарроҳиҳои клиникӣ бехатар ё самаранок аст.
• Муваффақияти ҷарроҳӣ дар бемор, кам шудани асоратҳо ё вақти барқароршавӣ арзёбӣ нашудааст.
• Исбот нашудааст, ки усули пешниҳодшуда ба ҳамаи меъмориҳои роботҳои ҷарроҳии бо кабел ҳаракаткунанда бо ҳамон самаранокӣ умумӣ мешавад.
• Системаи ҷуброн хаторо пурра бартараф накардааст.
• Таҳқиқот тасдиқи клиникии системаи пурраи идоракунии ҷарроҳии ҳалқаи пӯшида бо бозхӯрди сенсории вақти воқеиро пешниҳод намекунад.
• Нишон дода нашудааст, ки модели ба додаҳо асосёфта дар шароити механикие, ки хеле берун аз диапазони омӯзиш қарор доранд, ҳамон дақиқиро нигоҳ медорад.

Чаро аз нигоҳи илмӣ муҳим аст?

Қавитарин ҷиҳати муҳандисии таҳқиқот ин аст, ки моделсозии физикӣ ва пешгӯии ба додаҳо асосёфтаро ҳамчун алтернативаи якдигар намебинад. Модели DH сохтори геометриро, модели болор мутобиқати сохторӣ ва модели LuGre механизми соишро шарҳ медиҳанд, дар ҳоле ки шабакаи RBF хатои мураккаби боқимондаро пас аз ин моделҳо ба назар мегирад. Ҳамин тавр, шабакаи нейронӣ маҷбур намешавад тамоми физикаи роботро аз сифр омӯзад ва модели физикӣ низ барои рафторҳое, ки танҳо худаш шарҳ дода наметавонад, аз ҳад зиёд мураккаб карда намешавад.

Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои таҷрибавӣ нишон медиҳанд, ки ҳанӯз ҳам миқдори назарраси хатои боқимонда вуҷуд дорад. Аз ин рӯ, таҳқиқот на расидан ба дақиқии комили сатҳи клиникиро, балки имкони моделсозии системавӣ ва ба таври назаррас кам кардани хатогиҳои механикии серманбаъ дар прототипи бо кабел ҳаракаткунандаро нишон медиҳад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Системаи таҷрибавӣ ва ҷузъҳои асосии техникӣ

Занҷири ҷуброни хато

1. Кинематикаи номиналии пешрави робот бо параметрҳои DH сохта шуд.
2. Бо истифода аз ченкуниҳои таҷрибавии эффектор, каҷравиҳои параметрҳои DH бо усули квадратҳои хурдтарин муайян карда шуданд.
3. Каҷшавии чандири найчаи пӯлодии дисталӣ бо назарияи болор модел карда шуд.
4. Соиши кабел–шкив ва гистерезис бо модели динамикии соиши LuGre таҳлил шуданд.
5. Қувваи кабел тавассути сахтии эквивалентӣ ба дарозшавии кабел ва хатои кунҷӣ табдил дода шуд.
6. Хатои боқимондае, ки моделҳои физикӣ шарҳ дода натавонистанд, бо шабакаи нейронии RBF омӯхта шуд.
7. Натиҷаҳои RBF барои як дараҷаи озодии yaw ба полиномҳои дараҷаи дуюми вобаста ба самт табдил дода шуданд.
8. Ҳаракатҳои робот бо ва бе ҷуброн дар зери вурудҳои якхелаи мақсаднок муқоиса карда шуданд.

Натиҷаи асосии миқдорӣ

Дар муқоисаи таҷрибавӣ, дар системаи бе ҷуброн хатои максималии кунҷӣ тақрибан 34,63° чен шуд, дар ҳоле ки пас аз ҷуброн тақрибан 21,13° буд. Хатои миёна тақрибан аз 23,57° то 15,62°, RMSE бошад аз 25,41° то 16,48° коҳиш ёфт. Коҳишҳои нисбие, ки муаллифон ҳисоб кардаанд, барои хатои максималӣ тақрибан %39,0, барои хатои миёна %33,7 ва барои RMSE %35,1 буданд.

Дар озмоишҳои такрорӣ гузориш шудааст, ки системаи бо ҷуброн ҳаракати мақсаднокро дақиқтар пайгирӣ кардааст, махсусан дар минтақаҳои тағйири самти ҳаракат масоҳати гистерезис кам шуда, каҷхаттаҳои хато ҳамвортар гардидаанд.

Ҷиҳатҳои қавии методологӣ

• Ҷудо кардани манбаъҳои хато ба ҷузъҳои геометрӣ ва ғайригеометрӣ.
• Истифодаи додаҳои таҷрибавӣ аз прототипи воқеии робот.
• Баррасии калибркунии DH, деформатсияи сохторӣ ва соиши динамикӣ дар як таҳлили хато.
• Омӯзиши хатои боқимонда аз рӯи додаҳо пас аз модели физикӣ.
• Ҷудо кардани додаҳои омӯзиш ва санҷиш барои модели RBF.
• Истифодаи функсияҳои ҷудогонаи ҷуброн барои гистерезиси вобаста ба самти ҳаракат.
• Муқоисаи шароити бо ҷуброн ва бе ҷуброн дар зери вурудҳои якхелаи ҳаракатдиҳӣ.
• Бозсанҷии натиҷа тавассути озмоишҳои такрорӣ.

Маҳдудиятҳои асосӣ

• Ҷуброни ниҳоии таҳқиқот идоракунии классикии ҳалқаи пӯшида бо бозхӯрди сенсории вақти воқеии эффектор нест; модели офлайн feedforward, ки аз хатогиҳои таҷрибавӣ сохта шудааст, истифода мешавад.
• Модели ниҳоии хатои полиномишуда аз диапазони ҳаракати таҳқиқшуда ва махсусан аз як дараҷаи озодии yaw гирифта шудааст.
• Пас аз ҷуброн ҳам миқдори назарраси хатои боқимонда идома дорад.
• Озмоишҳо дар сатҳи прототипи роботанд; тасдиқи клиникии иҷрои ҷарроҳӣ пешниҳод нашудааст.
• Натиҷаҳо барои геометрияҳои гуногуни кабел, борҳо, ҳароратҳо ё меъмориҳои гуногуни робот ба таври худкор ҳамон самаранокиро кафолат намедиҳанд.

Эзоҳи манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Error Analysis and Drive Optimization of a Minimally Invasive Surgical Robot

Муаллифон ва тартиби онҳо: Suyang Yu, Yihao Song, Changlong Ye, Huaiyong Li, Chaoben Shi.

Муаллифи масъул: Changlong Ye.

Саҳми баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ чунин изҳорот вуҷуд надорад.

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

Навъи манбаъ ва ҳолати тақриз: Мақолаи таҳқиқотии тақризшуда.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Шиносаи библиографӣ: Machines 2026, 14, 584.

DOI: 10.3390/machines14060584.

Раванди пешниҳод/нашр: 17 Апрели 2026 гирифта шуда, 19 Майи 2026 бознигарӣ, 22 Майи 2026 қабул ва 25 Майи 2026 нашр шудааст.

Пайванди расмии нашр:https://doi.org/10.3390/machines14060584

Иҷозатнома: Мақола бо шартҳои Creative Commons Attribution (CC BY) дар дастрасии кушода нашр шудааст.

Маблағгузорӣ: Муаллифон хабар додаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии додаҳо: Дар таҳқиқот гуфта шудааст, ки додаҳо дар дохили мақола мавҷуданд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия C.Y.; методология C.Y.; нармафзор Y.S.; тасдиқ Y.S.; таҳлили расмӣ Y.S.; таҳқиқ C.Y.; захираҳо S.Y. ва C.Y.; танзими додаҳо Y.S.; тарҳи аввал Y.S.; бозбинӣ ва таҳрир S.Y., C.Y., H.L. ва C.S.; роҳбарӣ S.Y., C.Y. ва H.L.; идоракунии лоиҳа C.Y. анҷом додаанд.

Усули илмӣ, муодилаҳо, меъмории робот, шароити озмоиш ва натиҷаҳои ин матни Verianla ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Аз манбаъҳои беруна ягон натиҷаи нави таҷрибавӣ ё механизм илова нашудааст. Шиносаи библиографӣ бо сабти расмии нашр алоҳида санҷида шудааст.

Муҳимтарин маҳдудияти тафсири таҳқиқот ин аст, ки натиҷаҳои бадастомада ба дақиқии ҳаракат ва ҷуброни хатои прототипи роботи ҷарроҳии каминвазивии бо кабел ҳаракаткунанда дахл доранд. Таҳқиқот озмоиши клиникӣ дар беморон нест; аз он натиҷаи муваффақияти ҷарроҳӣ, самаранокии табобат ё бехатарии клиникиро баровардан мумкин нест. Ҳамчунин системаи ҷуброни feedforward-и пешниҳодшударо набояд ҳамчун системаи пурраи идоракунии клиникии ҳалқаи пӯшида бо бозхӯрди сенсории вақти воқеии эффектор тафсир кард.