論文の概要: Off-Axis Compliant RCM Joint with Near-Isotropic Stiffness and Minimal Parasitic Error
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.28240v1
- Date: Mon, 30 Mar 2026 09:59:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-31 23:18:45.33002
- Title: Off-Axis Compliant RCM Joint with Near-Isotropic Stiffness and Minimal Parasitic Error
- Title（参考訳）: 近等方性剛性と極小寄生誤差を有するオフ軸整合RCM継手
- Authors: Federico Mariano, Elena De Momi, Giovanni Berselli, Jovana Jovanova, Just L. Herder, Leonardo S. Mattos,
- Abstract要約: 本稿では、神経内視鏡手術のための、オフ軸型モノリシックなリモート・センター・オブ・モーション(RCM)関節について述べる。
エンドエフェクターは四面体屈曲の外側に配置され、視線を改善し、殺菌を促進し、迅速な工具放出を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.683284334858979
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This paper presents an off-axis, monolithic compliant Remote Center of Motion (RCM) joint for neuroendoscopic manipulation, combining near-isotropic stiffness with minimal parasitic motion. Based on the Tetra II concept, the end-effector is placed outside the tetrahedral flexure to improve line of sight, facilitate sterilization, and allow rapid tool release. Design proceeds in two stages: mobility panels are sized with a compliance-based isotropy objective, then constraining panels are synthesized through finite-element feasibility exploration to trade stiffness isotropy against RCM drift. The joint is modeled with beam elements and validated via detailed finite-element analyses, including fatigue-bounded stress constraints. A PA12 prototype is fabricated by selective laser sintering and characterized on a benchtop: a 2 N radial load is applied at the end-effector while a 6-DOF electromagnetic sensor records pose. The selected configuration produces a stiffness-ellipse principal axis ratio (PAR) of 1.37 and a parasitic-to-useful rotation ratio (PRR) of 0.63%. Under a 4.5° commanded rotation, the predicted RCM drift remains sub-millimetric (0.015-0.172 mm). Fatigue analysis predicts a usable rotational workspace of 12.1°-34.4° depending on direction. Experiments reproduce the simulated directional stiffness trend with typical deviations of 6-30%, demonstrating a compact, fabrication-ready RCM module for constrained surgical access.
- Abstract（参考訳）: 神経内視鏡下手術のための遠軸型モノリシックモノリシック・センター・オブ・モーション(RCM)関節について, 近方等方性剛性と極小寄生運動を併用した検討を行った。
テトラIIの概念に基づいて、エンドエフェクターは四面体のフレキシブルの外に配置され、視線を改善し、殺菌を促進し、迅速な工具放出を可能にする。
モビリティパネルは、コンプライアンスベースの等方性目標を用いてサイズ化され、制約パネルは有限要素実現可能性探索により合成され、RCMドリフトに対して硬度等方性と交換される。
接合部はビーム要素でモデル化され、疲労束縛応力制約を含む詳細な有限要素解析によって検証される。
PA12の試作機は、選択的レーザー焼結により製造され、ベンチトップ上に特徴付けられ、エンドエフェクタに2Nの半径荷重が印加され、6−DOF電磁センサがポーズを記録する。
選択された構成は、剛性楕円主軸比(PAR)が1.37、寄生・使用回転比(PRR)が0.63%である。
4.5°の回転の下では、予測されたRCMドリフトは0.015-0.172mm (sub-millimetric) のままである。
疲労解析は、方向に応じて使用可能な12.1°-34.4°の回転ワークスペースを予測する。
実験では、典型的な6-30%の偏差でシミュレーションされた方向剛性傾向を再現し、コンパクトで製造可能なRCMモジュールを手術アクセスに使用した。
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