Estática Inversa Planar y Planificación de Trayectorias para un Robot Continuo Discreto Impulsado por Tendones
Autores: Kim, Yeoun-Jae; Wi, Daehan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estática Inversa Planar y Planificación de Trayectorias para un Robot Continuo Discreto Impulsado por Tendones
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Estudio
Cirugía transoral
Robot continuo
Impulsado por tendones
Varillas de Nitinol
Planificación de trayectorias
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio aborda los requisitos clínicos de un robot de continuidad asistente para cirugía transoral. Esta aplicación requiere tanto alta flexibilidad como rigidez para garantizar un posicionamiento preciso y una fijación estable de las herramientas quirúrgicas. Para satisfacer estas necesidades, desarrollamos una unidad de robot de continuidad discreta impulsada por tendones que presenta una articulación de bola y cavidad y varillas de Nitinol superelásticas. Se probaron de una a tres unidades de robot conectadas en serie aplicando tensión en el tendón proximal en el rango de 100-1000 g, mientras que la tensión distal se aumentaba continuamente para inducir la flexión. Durante la flexión, las curvas se interpolaron utilizando polinomios de tercer a quinto orden en niveles discretos. Las estáticas inversas interpoladas se validaron experimentalmente y se compararon con simulaciones de elementos finitos utilizando ANSYS. Además, proponemos un algoritmo de planificación de trayectorias en plano y lo evaluamos numéricamente para un robot de tres unidades siguiendo una trayectoria en forma de arco. Las estáticas inversas capturaron con éxito el comportamiento de flexión no lineal del robot impulsado por tendones. Los experimentos de validación mostraron errores angulares promedio de 2.7%, 6.6% y 5.3% para una, dos y tres unidades conectadas, respectivamente. El método de planificación de trayectorias propuesto logró una desviación posicional promedio de la trayectoria de referencia que varió de 0.95 mm a 19.77 mm. Este trabajo presenta un marco experimental práctico y generalizable para el mapeo de las estáticas inversas de robots de continuidad discreta impulsados por tendones, evitando la necesidad de modelos analíticos complejos.
Descripción
Este estudio aborda los requisitos clínicos de un robot de continuidad asistente para cirugía transoral. Esta aplicación requiere tanto alta flexibilidad como rigidez para garantizar un posicionamiento preciso y una fijación estable de las herramientas quirúrgicas. Para satisfacer estas necesidades, desarrollamos una unidad de robot de continuidad discreta impulsada por tendones que presenta una articulación de bola y cavidad y varillas de Nitinol superelásticas. Se probaron de una a tres unidades de robot conectadas en serie aplicando tensión en el tendón proximal en el rango de 100-1000 g, mientras que la tensión distal se aumentaba continuamente para inducir la flexión. Durante la flexión, las curvas se interpolaron utilizando polinomios de tercer a quinto orden en niveles discretos. Las estáticas inversas interpoladas se validaron experimentalmente y se compararon con simulaciones de elementos finitos utilizando ANSYS. Además, proponemos un algoritmo de planificación de trayectorias en plano y lo evaluamos numéricamente para un robot de tres unidades siguiendo una trayectoria en forma de arco. Las estáticas inversas capturaron con éxito el comportamiento de flexión no lineal del robot impulsado por tendones. Los experimentos de validación mostraron errores angulares promedio de 2.7%, 6.6% y 5.3% para una, dos y tres unidades conectadas, respectivamente. El método de planificación de trayectorias propuesto logró una desviación posicional promedio de la trayectoria de referencia que varió de 0.95 mm a 19.77 mm. Este trabajo presenta un marco experimental práctico y generalizable para el mapeo de las estáticas inversas de robots de continuidad discreta impulsados por tendones, evitando la necesidad de modelos analíticos complejos.