面向创新外科机器人的高阶运动学形式化方法分析

本文提出一种用于胰腺手术的新型模块化混合并行机器人及其基于各种形式化方法的高阶运动学。研究了经典向量、齐次变换矩阵和二次四元数方法的运动学函数，同时采用经典微分和二次代数。针对所有三种所研究的形式化方法，本文给出逆运动学算法。进一步比较了这些算法在数值稳定性、执行时间以及包含的每个算法中的数学函数和运算数量和类型。统计分析表明，使用二次代数实现的算法在执行时间上显著改善，而基于微分和二次代数推导的所有算法的数值稳定性都合适。虽然使用二次代数实现的运动学算法在标准 PC 上进行基准测试显示出积极结果，但需要进一步工作来评估在模块化并行机器人命令和控制所使用的硬件/软件上实现二次算法的效果。