초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 선행 도약연구에서 개발된 햅틱마스터기술, 슬레이브로봇, 증감현실기술 등에 기반하여 원격 로봇 최소침습 수술용 스마트 햅틱 마스터 시스템을 구축하여 상용화를 위한 검증연구를 하는 것이다. 이를 위해 7자유도 반력 구현이 가능하고 저 관성이며 안정성이 확보된 새로운 형태의 메커니즘을 갖는 힘 반력 마스터 장치와 장기의 형상 및 촉감을 구현할 수 있는 장기 촉감구현 장치 시스템을 개발한 후 새롭게 제작된 7자유도 슬레이브 로봇을 통합하여 스마트 햅틱마스터 시스템을 구축하고 원격 통신기술

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 선행 도약연구에서 개발된 햅틱마스터기술, 슬레이브로봇, 증감현실기술 등에 기반하여 원격 로봇 최소침습 수술용 스마트 햅틱 마스터 시스템을 구축하여 상용화를 위한 검증연구를 하는 것이다. 이를 위해 7자유도 반력 구현이 가능하고 저 관성이며 안정성이 확보된 새로운 형태의 메커니즘을 갖는 힘 반력 마스터 장치와 장기의 형상 및 촉감을 구현할 수 있는 장기 촉감구현 장치 시스템을 개발한 후 새롭게 제작된 7자유도 슬레이브 로봇을 통합하여 스마트 햅틱마스터 시스템을 구축하고 원격 통신기술을 이용한 동물 실험 및 임상실험을 통해 개발된 시스템의 상용화를 위한 검증을 완료한다.

□ 연구결과
1단계 연구에서는 저 관성의 안정성이 확보된 6+1자유도 힘 반향 햅틱 마스터 장치 설계 목표를 달성하기 위하여 델타 로봇 매커니즘을 일부 차용하였고 MR 브레이크 최적화 설계를 통해 기존에 필요한 토크를 유지시키되 무게를 대폭 줄여 저관성의 햅틱마스터를 설계하였다. 그 다음으로 7자유도 햅틱 마스터를 작동시켰을 때 손에 전달되는 반력을 시뮬레이션 하기 위해 동적 모델링을 구축하였고 매틀랩 과 같은 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 이 결과를 바탕으로 실제 제작을 진행하였고 각 자유도의 반력에 대해 성능평가를 수행하여 제작된 7자유도 햅틱 마스터가 저 관성의 목표를 달성함과 동시에 필요한 반력을 구현할 수 있다는 것을 검증하였다. 2단계 연구에서는 7자유도 햅틱마스터의 명령을 받아 움직이는 7자유도 슬레이브 로봇 시스템을 구축하였다. 슬레이브 로봇의 평가 지표인 위치 추종 성능 과 반력 센싱에 근거하여 슬레이브 로봇에 대해 실험을 진행하여 슬레이브 로봇이 마스터의 명령을 받아 위치를 잘 추종 하며 반력을 정확히 센싱하는 것을 검증하였다. 또한, 촉감 구현장치 실현 및 다양한 장기구현을 위해 기존과 다른 새로운 모드의 촉감 구현장치를 설계 및 제작하였다. 더 나아가 기존에 없었던 이론적 해석 모델을 제시하여 모델의 타당성을 실제 동물 장기를 가지고 실험적으로 검증하였고 인체 장기의 반력을 구현하기 위해 필요한 가이드를 제시하였다. 마지막 단계에서는 원격 장거리 수술을 위해 유선이 아닌 블루투스 기술을 활용하여 햅틱 마스터와 슬레이브 로봇을 연동하여 실험을 진행하여 원격 수술 가능성에 대해 검증하였다.

□ 연구결과의 활용계획
최소침습수술은 최근 의료용 로봇이 활용되고 있는 대표적인 수술법이다. 본 연구에서 제안하는 스마트 유체를 이용한 최소침습수술용 햅틱마스터 시스템 기술을 상용화단계까지 확보한다면 향후 독자적인 관련 기술의 확보는 물론 세계적으로 경쟁력 있는 로봇수술 시장의 창출과 이에 따른 수출 및 고용 증대 효과는 물론 의료 산업분야에서 지대한 경제/산업적 효과를 꾀할 수 있다. 또한 본 연구 기술은 의료분야 뿐만 아니라 가상현실, 게임,각종 원격 제어 시스템 등 다양한 분야에 적용 가능한 기술로서 사회적/문화적 측면에서도 적지 않은 기대효과를 가져올 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The final target of this research is to experimentally verify the possibility of commercial use of a smart haptic master system for surgical robot. In order to achieve this goal, a new type of 7-DOF haptic master featuring both secured stability and the capability of the reacti

□ Purpose&contents
The final target of this research is to experimentally verify the possibility of commercial use of a smart haptic master system for surgical robot. In order to achieve this goal, a new type of 7-DOF haptic master featuring both secured stability and the capability of the reaction force followed by a new tactile mechanism which can reproduce the shape and tactile force of various organs. Subsequently,these devices and mechanism are integrated with some devices developed in the previous research program and the verification research on the practical usability of the developed smart haptic master system is to be undertaken by adopting tele-operated surgical technique and various animal organs.

□ Result
In the first stage, in order to achieve the design goal of 6 1 DOF haptic master device, the delta robot mechanism was applied and it was attained that maintaining the torque required in the past but reducing the weight through design of small-sized MR brake. As a result, a haptic master with low inertia was designed.
Dynamic modeling was constructed to simulate the reaction force transferred to the hand when the 7-DOF haptic master was operated. The 7-DOF haptic master is evaluated on the reaction force of each degree of freedom and it is verified that the haptic master can implement the necessary reaction force simultaneously. In the second stage, a 7-DOF slave robot was constructed that moves by the command of haptic master. Based on the position tracking performance and reaction force sensing,which is the evaluation index of the slave robot. the slave robot has been tested and confirmed that the slave robot follows the position by the master's command and accurately senses the reaction force. In addition, we designed and manufactured a new mode of tactile device for realizing the tactile implementation device and various tissues. Furthermore, the theoretical analysis model which was not existed was presented, and the validity of the model was verified experimentally with real animal organs, and the necessary guide for the reaction force of human organs was presented. In the final step, experiments using remote haptic master was carried out and slave robots using Bluetooth technology, not wire, for remote operation, and verified the possibility of remote operation.

□ Expected Contribution
Minimal invasive surgery(MIS) is typical method applying the medical robot. If a haptic master system using smart material for MIS is developed to commercialized phase, globally competitive market related with robot surgery is created and as a result competitiveness in exports or employment increase is expected as well as having effect on the medical industry economically. The relative research skill also can be applied to a variety of field such as virtual reality, game, remote control system, etc as well as medical field and have an effect on social and cultural aspect.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 103
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 134
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 135
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 137
• 8. 참고문헌 ... 138
• 9. 연구성과 ... 141
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 141
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 141
• 12. 기타사항 ... 144
• 별첨 ... 145
• 끝페이지 ... 162