面向腹腔镜机器人的RCM约束视觉伺服统一基准：建模-控制器交互与鲁棒性分析
该论文提出了一个开源仿真框架，用于系统比较腹腔镜机器人中不同远程运动中心（RCM）建模方法和基于图像的视觉伺服（IBVS）控制架构。框架集成三种RCM模型和六种IBVS架构，通过结构化案例研究揭示了建模与控制器交互的关键结构敏感性，包括切平面定义、约束维度、开/闭环执行以及运动学奇点附近的鲁棒性影响。资源已公开，为RCM约束视觉伺服研究提供了可重复的基准。
在机器人辅助腹腔镜微创手术（MIS）中，精确执行远程运动中心（RCM）约束对于安全、稳定的自动视野（FoV）调整至关重要。尽管基于控制的RCM策略因其灵活性和成本效益而被广泛采用，但由于缺乏统一且可重复的基准，不同RCM公式和基于图像的视觉伺服（IBVS）框架的系统比较一直面临挑战。
为了填补这一空白，研究人员提出了一种开源仿真框架，该框架在统一的速度级公式中集成了三种代表性的RCM建模方法（包括几何约束、运动学约束和优化方法）和六种IBVS控制架构。这使得研究人员能够在受控且一致的环境下进行系统评估，从而深入理解不同模块之间的相互作用。
通过结构化案例研究，该框架揭示了由建模和控制器相互作用产生的关键结构敏感性。具体而言，研究分析了切平面定义对控制性能的影响、约束维度（2D vs 3D）对系统稳定性的作用、开环与闭环执行方式差异，以及运动学奇点附近控制的鲁棒性。这些发现为优化RCM约束视觉伺服系统设计提供了重要指导。
所有代码、模型和仿真数据均已开源，并提供了补充视频演示，为RCM约束视觉伺服研究提供了可重复的基准。该工作有望推动腹腔镜机器人自主视野调整技术的标准化和进一步发展。此外，该框架的设计考虑了模块化，允许未来集成新的RCM模型或控制架构，为社区提供了扩展平台。研究还特别强调了在手术器械接近运动学奇点时，不同建模选择对控制稳定性的影响，这对于临床安全具有重要意义。通过公开所有资源，该工作旨在促进跨研究小组的公平比较和协作，加速该领域的技术进步。