회전관절 기반 3T1R형 햅틱기기 및 5 자유도 신경외과수술용 마이크로 로봇 개발 = Development of a revolute-based 3T1R type haptic device and a neurosurgical 5-DOF micro robot
저자
발행사항
서울 : 고려대학교, 2017
학위논문사항
학위논문(박사) -- 高麗大學校 大學院 制御計測工學科 메카트로닉스專攻 2017
발행연도
2017
작성언어
한국어
주제어
KDC
559.962 판사항(6)
DDC
629.892 판사항(23)
발행국(도시)
서울
형태사항
xiv, 159 p. : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 金熙國
참고문헌: p. 142-151
DOI식별코드
소장기관
본 논문에서는 회전관절 기반의 비대칭구조 Schönflies motion(SM) 햅틱 기기를 개발하였다. 햅틱 기기는 2개의 PRRPaR형 부속체인을 가지는 병진 3-DOF 병렬 부속 모듈과 하나의 RR(nR)pR형 부속체인 그리고 3T 부속 모듈의 운동판과 RR(nR)pR형 부속 체인의 끝을 서로 연결 시켜주는 추가적인 회전 관절로 구성되어 있다. 추가로 장착된 RR(nR)pR형 부속 체인과 회전 관절은 상대 회전운동을 담당 한다. 제안된 SM 햅틱 기기 구조는 회전 관절 기반 구조로 인핸 최소한의 마찰력을 확보 할 수 있다. 그리고 병렬 동력전달 링크를 통해 지면에 있는 무거운 엑추에이터들을 모두 지면에 배치함으로써 낮은 관성을 가지고 있다. 그리고 하나의 여유구동 관절로 인하여 특이점이 없는 큰 작업공간과 뛰어난 기구학 특성을 확보하였다. 자유도 해석, 기구학 모델링, 특이점 분석, 그리고 SM 햅틱 긱기의 최적 설계가 수행되었으며, 이를 바탕으로 시작품을 제작하였다. 시작품의 동작 모드에는 모드인 중력 보상 모드 와 선형 관성 토크 보상 모드를 함께 사용하였다. 몇 가지 동작 실험을 통하여 마찰력 측정, 중력 보상과 선형 관성 보상 등의 성능 점검을 하였다.
또한, 신경외과 수술용 새로운 5-DOF 병렬형 로봇을 개발하였으며 DBS(deep brain surgery)로의 적용 가능성을 조사하였다. 신경외과 수술 로봇은 고정판, 운동판, 세 개의 부속체인들이(하나의 PPPU형 중앙 부속 체인 그리고 두 개의 SPS형 외각 부속 체인) 판들과 서로 연결 되어있다. 개발된 신경외과 마이크로 로봇을 실제 사용을 목적으로 매크로 로봇의 크기, 매크로-마이크로 로봇의 위치와 기구학 분석을 수행하였다. 최대 하중 조건에서 구조의 강성을 확인하기 위해 구조 해석을 수행하였다. 개발된 마이크로 로봇 모듈을 사용하여 매크로-마이크로 로봇의 시뮬레이터를 개발 하여 모션 성능과 DBS 수술 장치로서의 잠재력을 시험하였다. 그리고, 개발된 마이크로 로봇 모듈을 기구학 보정 모델을 통해 절대 위치 정밀도가 마이크로 로봇 모듈의 기존의 로봇과 유사함을 검증하였다. 또한, 소형 마이크로 로봇을 제안하고 기구학 특성 및 구조해석을 통해 시제품을 제작하여 성능 실험과 절대 위치 정밀도를 측정하였다. 마지막으로 수동형 매크로 로봇을 제작하고 매크로-마이크로 로봇의 활용 가능성을 시뮬레이션을 제작하여 예비 실험을 통해 검증하였다.
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