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문제 정의
- 하지만 구동 케이블에서 이러한 측정은 현실적으로 어려움이 있다. 그래서 본 연구에서는 케이블의 재료특성을 이용하여 제안된 기구적 메커니즘으로 풀리의 병진운동 반력을 통해 측정하는 방법을 고안한다.
- 본 논문에서는 반력을 측정하기 위해 슬라이딩 구조의 기구적인 메커니즘을 제안한다. 또한 제안된 메커니즘에서 측정된 반력의 값으로 케이블 풀리 구조의 반대편에 있는 말단장치의 작동력을 계산하는 계산법을 유도한다.
- 우선 Aksman의 연구방법인 구동전류를 이용해 힘을 측정하는 기법을 이용하는 방법을 들 수 있다[6]. 본 연구에서는 구동 모터에 걸리는 반력을 로드셀로 측정하는 기구적 메커니즘을 고안하고 측정된 반력을 통해 작동력을 유추하는 방법을 연구하였다. 인스트루먼트 말단에 걸리는 작동력을 간접적이지만 기구적으로 힘을 측정하는 본 연구의 기법을 통해 햅틱 시스템 구현도 가능할 뿐만 아니라 수술 중에 과도한 작동력을 곧바로 측정할 수 있기 때문에 인스트루먼트를 사용하는 수술용 장치의 안전 시스템 장치로의 활용도 가능하다.
- 본 연구에서는 수술용 로봇 인스트루먼트의 작동력을 간접적으로 측정하는 방법으로 로드셀을 사용하여 반력을 측정할 수 있는 메커니즘과 그에 따른 계산 모델식을 제안하여 실험을 통해 검증을 하였다. 특히 케이블 탄성에 대한 2차 다항식을 이용한 모델을 통해 pre-tension이하에서의 측정값도 추정할 수 있는 방법을 고안하였다.
- 본 장에서는 II 장에서 제안한 방법으로 인스트루먼트 끝단에 걸리는 작동력을 구동부 모터와 접지하는 로드셀에서 측정하는 모델링을 시뮬레이션적으로 구현해 보고 실제 실험을 통해 제안된 방법의 구현 가능성을 증명한다.
가설 설정
- 그림 5. 상하 양단의 변형에 대한 가정.
- 풀리가 회전하면 상하 두 케이블 상에 케이블 길이변화가 나타나며 그림 5와 같이 동일한 크기만큼 일어난다고 가정한다. 유격효과를 없애기 위해 초기에 주어지는 pre-tension의 경우 상하 두케이블에 같은 크기로 주어질 필요는 없다.
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