面向腹腔鏡機器人的RCM約束視覺伺服統一基準：建模-控制器交互與魯棒性分析
該論文提出了一個開源仿真框架，用於系統比較腹腔鏡機器人中不同遠程運動中心（RCM）建模方法和基於圖像的視覺伺服（IBVS）控制架構。框架集成三種RCM模型和六種IBVS架構，通過結構化案例研究揭示了建模與控制器交互的關鍵結構敏感性，包括切平面定義、約束維度、開/閉環執行以及運動學奇點附近的魯棒性影響。資源已公開，為RCM約束視覺伺服研究提供了可重複的基準。
在機器人輔助腹腔鏡微創手術（MIS）中，精確執行遠程運動中心（RCM）約束對於安全、穩定的自動視野（FoV）調整至關重要。儘管基於控制的RCM策略因其靈活性和成本效益而被廣泛採用，但由於缺乏統一且可重複的基準，不同RCM公式和基於圖像的視覺伺服（IBVS）框架的系統比較一直面臨挑戰。
為了填補這一空白，研究人員提出了一種開源仿真框架，該框架在統一的速度級公式中集成了三種代表性的RCM建模方法（包括幾何約束、運動學約束和優化方法）和六種IBVS控制架構。這使得研究人員能夠在受控且一致的環境下進行系統評估，從而深入理解不同模塊之間的相互作用。
通過結構化案例研究，該框架揭示了由建模和控制器相互作用產生的關鍵結構敏感性。具體而言，研究分析了切平面定義對控制性能的影響、約束維度（2D vs 3D）對系統穩定性的作用、開環與閉環執行方式差異，以及運動學奇點附近控制的魯棒性。這些發現為優化RCM約束視覺伺服系統設計提供了重要指導。
所有代碼、模型和仿真數據均已開源，並提供了補充視頻演示，為RCM約束視覺伺服研究提供了可重複的基準。該工作有望推動腹腔鏡機器人自主視野調整技術的標準化和進一步發展。此外，該框架的設計考慮了模塊化，允許未來集成新的RCM模型或控制架構，為社區提供了擴展平台。研究還特別強調了在手術器械接近運動學奇點時，不同建模選擇對控制穩定性的影響，這對於臨牀安全具有重要意義。通過公開所有資源，該工作旨在促進跨研究小組的公平比較和協作，加速該領域的技術進步。