ER 유체를 이용한 수술용 로봇 시스템 햅틱 마스터 설계 및 제어

Title
ER 유체를 이용한 수술용 로봇 시스템 햅틱 마스터 설계 및 제어
Authors
조한준
Keywords
er유체를이용한수술용로봇시스템햅틱마스터설계및제어
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서는 ER(electrorheological)유체를 이용하여 최소침습수술(Minimally Invasive Surgery)용 햅틱 마스터 장치를 제안하고 제안된 햅틱 마스터의 설계 및 제어 성능 평가를 수행하였다. 제안된 햅틱 마스터는 3 자유도 회전 움직임을 구현하기 위한 ER 원구형 조인트와 1 자유도 병진 움직임을 구현하기 위한 ER 브레이크로 구성된다. ER 유체의 Bingham 특성과 기하학적 제한조건을 이용하여, 햅틱 마스터를 위한 적절한 변수들을 정의하여 설계하였다. 가한 전기장에 따른 발생 토크와 힘을 측정하는 성능평가 후, 이론적 데이터와 비교하였다. 햅틱 마스터의 지배방정식을 얻기 위해 각 움직임을 2차 시스템으로 가정한 후, 성능평가에서 얻은 데이터로부터 동적 거동 고려 및 시스템 식별(System Identification)에 기초하여 실험적으로 댐핑 계수와 고유 진동수를 구하였다. 햅틱 마스터의 정확한 반력 생성 및 힘 반향 제어를 위해 외란과 시스템 불확실성에 강건한 슬라이딩 모드 제어기(Sliding Mode Controller)를 설계하였다. 햅틱 마스터의 유효성을 검증하기 위해 실험을 통해 추적제어 성능을 수행하였으며 힘 반향 제어 성능을 시간영역에서 평가 및 고찰하였다.
Description
Table of Contents 요약문 i ABSTRACT ii NOMENCLATURES iii LIST OF TABLES AND FIGURES vi CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 Research Backgrounds and Objectives 1 1.2 Outline of Thesis 4 CHAPTER 2 BEHAVIOR OF ER FLUID 2.1 General Characteristics of ER Fluid 6 2.2 Bingham Characteristics of ER Fluid 8 CHAPTER 3 DESIGN AND MODELING OF HAPTIC MASTER 3.1 Overview of Proposed Haptic Master 16 3.2 Design of ER Spherical Joint for 3-DOF Rotational Motion 16 3.3 Design of ER Brake for 1-DOF Translational Motion 19 CHAPTER 4 PERFORMANCE EVALUATION AND CONTRLLER DESIGN OF HAPTIC MASTER 4.1 Performance Evaluation of Haptic Master 31 4.2 Construction of Control System 32 CHAPTER 5 CONTROL RESULTS AND DISCUSSION 5.1 Constitution of Control Experiment 41 5.2 Control Results – Simulation 41 5.3 Control Results – Experiment 42 CHAPTER 6 CONCLUSIONS 51 REFERENCES 52 감사의 글 LIST OF TABLES AND FIGURES Figure 1.1 Construction of surgical robot system with the haptic master 5 Table 2.1 Specifi
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23324
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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