Моделирование кинематики медицинского манипуляционного робота типа SCARA с учетом непараллельности осей вращения и мaнуального рабочего органа с четырьмя степенями свободы

Авторы

  • Дмитрий Борисович Смирнов ФГБОУ ВО "Российский Университет Медицины" Минздрава России НИИ "ТЕХНОБИОМЕД"
  • Илья Александрович Фролов ФГБОУ ВО "Российский Университет Медицины" Минздрава России НИИ "ТЕХНОБИОМЕД"
  • Андрей Александрович Воротников ФГБОУ ВО "Российский Университет Медицины" Минздрава России НИИ "ТЕХНОБИОМЕД"
  • Андрей Анатольевич Гринь ФГБОУ ВО "Российский Университет Медицины" Минздрава России НИИ "ТЕХНОБИОМЕД", Научное отделение неотложной нейрохирургии НИИ СП им. Н. В. Склифосовского, Департамент здравоохранения города Москвы
  • Олег Валерьевич Левченко ФГБОУ ВО "Российский Университет Медицины" Минздрава России НИИ "ТЕХНОБИОМЕД"

DOI:

https://doi.org/10.17072/1993-0550-2025-4-76-86

Ключевые слова:

медицинский манипуляционный робот, кинематический анализ, непараллельность осей, обратная задача кинематики

Аннотация

В работе представлен кинематический анализ двухзвенного манипуляционного робота типа SCARA с учетом непараллельности осей и мануального рабочего органа с четырьмя степенями свободы. Построена кинематическая модель с учетом рабочего органа, решена обратная задача кинематики. Рассмотрен пример медицинского манипуляционного робота для применения полученной модели в проведении операции по транспедикулярной фиксации позвоночника.

Библиографические ссылки

Nubiola A., Bonev I. A. Absolute calibration of an ABB IRB 1600 robot using a laser tracker // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2013. Vol. 29, № 1. P. 236–245. URL: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2012.06.004 (дата обращения: 23.08.2025).

Chunikhin A. A., Bazikyan E. A., Poduraev Yu. A. и др. Сomparative experimental as-sessment of the accuracy of nanosecond laser surgery of the oral cavity when the instru-ment is moved by a robotic complex and a surgeon // Russian Open Medical Journal. 2019. Vol. 8, № 3. Art. e0307. URL: https://doi.org/10.15275/rusomj.2019.0307 (дата об-ращения: 23.08.2025).

Vorotnikov A. A., Buinov M. A., Bushuev S. V. и др. Standard deviation from the average cutting velocity as a criterion for comparing robot trajectories and manual movements of a doctor for performing surgical operations in maxillofacial surgery // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. 2018. Vol. 7, № 3. P. 319–323. URL: https://doi.org/10.18178/ijmerr.7.3.319-323 (дата обращения: 23.08.2025).

Vorotnikov A. A., Klimov D. D., Melnichenko E. A. и др. Criteria for comparison of robot movement trajectories and manual movements of a doctor for performing maxillofacial surgeries // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. 2018. Vol. 7, № 4. P. 361–366. URL: https://doi.org/10.18178/ijmerr.7.4.361-366 (дата обращения: 23.08.2025).

Chunikhin A. A., Poduraev Yu. V., Vorotnikov A. A. и др. Cutting velocity accuracy as a criterion for comparing robot trajectories and manual movements for medical industry // Mechanics & Industry. 2017. Vol. 18, № 7. Art. 712. URL: https://doi.org/10.1051/meca/2017047 (дата обращения: 23.08.2025).

Grebenstein M. The DLR MiroSurge – A robotic system for surgery // 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2009. P. 3432–3438. URL: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2009.5152361 (дата обращения: 23.08.2025).

Cepolina F., Razzoli R. P. An introductory review of robotically assisted surgical systems // The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 2022. Vol. 18, № 4. Art. e2409. URL: https://doi.org/10.1002/rcs.2409 (дата обращения: 23.08.2025).

Lefranc M., Peltier J. Evaluation of the ROSA™ Spine robot for minimally invasive sur-gical procedures // Expert Review of Medical Devices. 2016. Vol. 13, № 10. P. 899–906. URL: https://doi.org/10.1080/17434440.2016.1236680 (дата обращения: 23.08.2025).

Haik N. V. и др. Robotic systems in spinal surgery: a review of accuracy, radiation expo-sure, hospital readmission rate, cost, and adverse events // World Neurosurgery. 2025. Vol. 195. Art. 123721. URL: https://doi.org/10.1016/j.wneu.2025.123721 (дата обращения: 23.08.2025).

D’Souza M. и др. Robotic-assisted spine surgery: history, efficacy, cost, and future trends // Robotic Surgery: Research and Reviews. 2019. P. 9–23. URL: https://doi.org/10.2147/rsrr.s190720 (дата обращения: 23.08.2025).

Vorotnikov A. A., Poduraev Yu. V., Romash E. V. Estimation of error in determining the centers of rotation of links in a kinematic chain for industrial robot calibration techniques // Measurement Techniques. 2015. Vol. 58, № 8. P. 864–871. URL: https://doi.org/10.1007/s11018-015-0809-9 (дата обращения: 23.08.2025).

Vorotnikov A. и др. Uncertainty estimation of axes direction determination of industrial robot using an ellipsoid concentration model // Proceedings of the 27th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation. 2016. P. 0480–0486. URL: https://doi.org/10.2507/27th.daaam.proceedings.072 (дата обращения: 23.08.2025).

Загрузки

Опубликован

19.12.2025

Как цитировать

Смирнов, Д. Б. ., Фролов, И. А. ., Воротников, А. А. ., Гринь, А. А. ., & Левченко, О. В. . (2025). Моделирование кинематики медицинского манипуляционного робота типа SCARA с учетом непараллельности осей вращения и мaнуального рабочего органа с четырьмя степенями свободы. ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. МАТЕМАТИКА. МЕХАНИКА. ИНФОРМАТИКА, (4 (71), 76–86. https://doi.org/10.17072/1993-0550-2025-4-76-86

Выпуск

№ 4 (71) (2025): Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика

Раздел

Компьютерные науки и информатика

Лицензия

Copyright (c) 2025 Дмитрий Борисович Смирнов, Илья Александрович Фролов, Андрей Александрович Воротников, Андрей Анатольевич Гринь, Олег Валерьевич Левченко

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).