A compact remote center of motion mechanism based on the coupling of three rotations realized by nonlinear transmission

机制(生物学) 中心(范畴论) 传输(电信) 联轴节(管道) 运动(物理) 非线性系统 物理 拓扑(电路) 计算机科学 经典力学 工程类 机械工程 电信 电气工程 化学 量子力学 结晶学
作者
Haixin Zhao,Jinhua Li,Yue Yu,Jianchang Zhao
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:43 (8): 2892-2912
标识
DOI:10.1017/s026357472510194x
摘要

Abstract The remote center of motion (RCM) mechanism is one of the key components of minimally invasive surgical robots. Nevertheless, the most widely used parallelogram-based RCM mechanism tends to have a large footprint, thereby increasing the risk of collisions between the robotic arms during surgical procedures. To solve this problem, this study proposes a compact RCM mechanism based on the coupling of three rotational motions realized by nonlinear transmission. Compared to the parallelogram-based RCM mechanism, the proposed design offers a smaller footprint, thereby reducing the risk of collisions between the robotic arms. To address the possible errors caused by the elasticity of the transmission belts, an error model is established for the transmission structure that includes both circular and non-circular pulleys. A prototype is developed to verify the feasibility of the proposed mechanism, whose footprint is further compared with that of the parallelogram-based RCM mechanism. The results indicate that our mechanism satisfies the constraints of minimally invasive surgery, provides sufficient stiffness, and exhibits a more compact design. The current study provides a new direction for the miniaturization design of robotic arms in minimally invasive surgical robots.
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