Моделирование и анализ качества системы управления приводами медицинского манипулятора

Рассмотрены вопросы моделирования системы управления шаговым приводом манипулятора, используемого в медицинских робототехнических комплексах. Предложена конструкция испытательного стенда, в состав которого входят измерительные средства и устройства сопряжения с исследуемым шаговым двигателем. Разработано специальное программное обеспечение, позволяющее в реальном времени собирать информацию о параметрах движения и процессах, происходящих в шаговом двигателе. Для получения прямоугольных импульсов, обеспечивающих вращение шагового двигателя, в программном обеспечении сформирована задача виртуального подприбора, использующего счетчик платы и физический порт персонального компьютера, служащий для вывода управляющего сигнала. Программный модуль работает в комплексе с платой сбора данных National Instruments, что позволяет отказаться от применения дополнительных плат управления. Предусмотрена функция плавного пуска и остановки двигателя. Разработаны методики испытаний для анализа точности и функциональности системы привода, позволившие получить значительный массив данных и сделать достоверные выводы о свойствах и параметрах объекта исследования.
EDN: IOZFNB, https://elibrary/iozfnb

Литература

[1] Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А., Филиппов Г.С. Актуальные проблемы машиноведения и пути их решения. Волновые и аддитивные технологии, станкостроение, роботохирургия. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2018, № 5, с. 16–25.

[2] Freschi C., Ferrari V., Melfi F. et al. Technical review of the daVinci surgical telemanipulator. Int. J. Med. Robot. And Comput. Assist. Surg., 2013, vol. 9, no. 4, pp. 394–406, doi: https://doi.org/10.1002/rcs.1468

[3] Kuo C.H., Dai J.S., Dasgupta P. Kinematic design considerations for minimally invasive surgical robots: an overview. Int. J. Med. Robot., 2012, vol. 8, no. 2, pp. 127–145, doi: https://doi.org/10.1002/rcs.453

[4] Yang C., Ye W., Li Q. Review of the performance optimization of parallel manipulators. Mech. Mach. Theory, 2022, vol. 170, art. 104725, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2022.104725

[5] Botello-Aceves S., Valdez S.I., Becerra H.M. et al. Evaluating concurrent design approaches for a Delta parallel manipulator. Robotica, 2018, vol. 36, vol. no. 5, pp. 697–714, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574717000674

[6] Asadizeidabadi A., Hosseini S., Vetshev F. et al. Comparison of Da Vinci 5 with previous versions of Da Vinci and Sina: a review. Laporosc. Endosc. Robot. Surg., 2024, vol. 7, no. 2, pp. 60–65, doi: https://doi.org/10.1016/j.lers.2024.04.006

[7] Велиев Е.И., Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А. и др. Перспективные малоинвазивные роботохирургические комплексы параллельной структуры. Доклады РАН. Физика, технические науки, 2020, т. 495, № 1, с. 84–88, doi: https://doi.org/10.31857/S2686740020060206

[8] Angeles J. Fundamentals of robotic mechanical systems. Springer, 2007. 550 p.

[9] Глазунов В.А., Филиппов Г.С., Шалюхин К.А. и др. Управление движением роботов и манипуляторов, применяемых в медицине. Инновационное развитие подъемно-транспортного машиностроения «Подъемная cила». Мат. межд. форума. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025, с. 67–69.

[10] Шалюхин К.А., Левин С.В., Скворцов С.А. Разработка эндоскопического захвата для сшивания тканей при лапароскопических операциях. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 7, с. 40–45, EDN: VJQZMP

[11] Глазунов В.А., Ковалева Н.Л., Шалюхин К.А. Решение задачи о положении хирургического робота-ассистента для манипулирования эндоскопом SOLOASSIST® (AKTORMED). Проблемы машиностроения и автоматизации, 2024, № 4, с. 93–99, doi: https://doi.org/10.52261/02346206_2024_4_93

[12] Антонов А.В., Ларюшкин П.А., Фомин А.С. Кинематический анализ нового пятиподвижного робота параллельной структуры типа “дельта”. Известия РАН. МТТ, 2024, № 4, с. 135–149.

[13] Shalyukhin K.A. Control of a four-coordinate manipulator with a remote center of motion. J. Mach. Manuf. Reliab., 2024, vol. 53, no. 1, pp. 73–79, doi: https://doi.org/10.1134/S1052618824010102

[14] Рабичева Т.С., Бровкина Ю.И., Глазунов В.А. и др. Механизм параллельно-последовательной структуры с дополнительным линейным приводом. Патент РФ 234496. Заявл. 29.05.2025, опубл. 29.05.2025