四轴机械手的精度如何?

四轴机械手是一种多功能工具，允许外科医生执行一系列精细的手术。它可以拾取、放置和操纵对象。具有在空气或真空中操作的能力提供了额外的灵活性和稳定性。然而，传统的操纵器具有高的重心和距样本位置的长距离。例如，传统机械手的插入/拔出轴需要一根长距离的重型杆。

因此，插入/抽出轴的设计对操纵器的操作至关重要。轴必须与操纵器的公共法线一致，否则不可能实现最大线性移动速度。此外，对于旋转关节，旋转轴应位于延伸轴上。这需要高度的机器动力学和精度。

为了确保操纵器稳定，开发了一种新的设计，将空中定位系统的多功能性与真空测角仪的稳定性相结合。瑞典隆德MAX IV实验室的一个团队开发了一种新型四轴机械手。他们使用胆囊模型在模拟体内手术中对其进行了测试。在试验过程中，操作员左手使用带按钮控制器的钳子，右手则配有剪刀。

虽然机械手是稳定的，但它需要能够拆卸，以便于运输和安装。它的结构被简化为移动设计。同时，可以在整个装置上覆盖一个无菌盖，以防止污染。这些创新使得在体内腹腔镜手术中使用该设备成为可能。

除了稳定的插入/拔出轴外，原型LOTEM还具有0-90开/关轴、0-250 mm插入/拔轴以及俯仰和偏航轴。为了测量操纵器的位置精度，测量了所有四个轴的钳子尖端。使用光学位移传感器，在0.06-0.08mm范围内测量Y轴的驱动分辨率，0.06-0.06mm范围内测量俯仰轴和Y轴的分辨率。

角度精度为几百纳米弧度，长期稳定性为几百nrad。本征模的本征频率为48.5 Hz，是四轴中最低的。在X方向上有一组51到55赫兹的共振，这可能是由棒引起的。开发了另一种配置，其中包括作为第二轴的线性Z运动。