Stability Analysis of the Disturbance Observer Using a Moving Average Filter for Haptic Control

Haptic control of a haptic interface should be satisfied robustness and stability at the same time. Disturbance observer can enhance the robustness of the haptic control. However, the compatibility between the haptic control and the haptic simulation is a problem to use the disturbance observer. Moving average filter is suggested to solve the compatibility problem. The disturbance observer using the moving average filter has no limit to build in any development platforms. We accomplished a stability analysis of the disturbance observer using the moving average filter. The analysis results shows that stability is satisfied. Therefore, the moving average filter is the solution of robustness, stability, and the compatibility problems

DEVICE FOR MEASUREING A ENVIRONMENT INTERACTION TORQUE, SURGICAL ROBOT AND SURGICAL ROBOT SYSTEM WITH THE SAME

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지점 또는 RCM 포인트를 기준으로 X, Y, Z축을 기준으로 한 회전(ROLL, PITCH, YAW) 운동의 3자유도를 가지고 전기 소작을 통해 생체조직을 태우거나 절단하는 수술을 수행하기 위한 인스트루먼트; 상기 인스트루먼트를 체내로 가이딩하기 위해 체내에 삽입하는 캐뉼라; 및 상기 캐뉼라를 병진운동을 수행하는 슬라이더에 고정시켜 지지하고 상기 인스트루먼트가 체내로 침습할 때 상기 캐뉼라와의 접촉 부위에서 발생하는 접촉 힘으로 인한 토크를 측정하는 스트레인 게이지 센서를 구비하는 도킹 클램프를 포함하는 접촉 토크 측정 장치가 제공된다.본 발명은 인스트루먼트가 삽입되는 캐뉼라를 고정시키기 위한 도킹 클램프가 지지점을 중심으로 X축 또는 Y축을 기준으로 회전(ROLL, PITCH) 운동을 하면서 기울어질 때, 인스트루먼트 끝 단에서의 접촉 힘에 의해 발생하는 토크를 도킹 클램프에 부착된 스트레인 게이지 센서를 이용해 측정함으로써, 의사가 최소침습 수술시 수술 로봇과 인체 내부 장기가 상호 접촉하면서 발생하게 되는 상호작용 힘을 정확하게 피드백 받아 수술에 참조할 수 있도록 하여 수술의 정확도를 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다

수술용 로봇의 기구와 생체조직과의 상호작용 힘을 추정하는 방법

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2013.2, [ viii, 79 p. ]Robot-assisted telesurgery has many advantages for patients and surgeons such as less incision, bleeding, precise manipulations compared with existing open surgery. However, conventional surgical robot systems only offer unilateral position tracking from a master manipulator to a slave robot and force information is not available in commercial systems because of the difficulty of attaching force sensors at a surgical robot instrument. In the lack of force feedback, the surgeons are limited to dexterous manipulation during the operations. With this background, this thesis discusses force estimation methods interacting with tissues by using joint torque measurements of a surgical slave robot to convey force feedback to the surgeons. This thesis is divided into two parts. The first part is to design joint torque sensors using strain gauges which can be attached in a surgical slave robot as the driving joints to drive a surgical robot instrument. In addition, sensor performance was evaluated by comparing with a commercial torque sensor in a calibration device. Hence, it can be applicable to real surgical slave robot systems by avoiding constraints of attaching force sensors at a surgical robot instrument. The second part is to estimate the interaction force using joint torque sensors. The purpose of second part is to classify the interaction forces from the exerted torque at the driving joints of a surgical robot instrument. To obtain more accurate force information, the exerted torque of the driving joints was compensated by adequate dynamics of a surgical robot instrument which consists of rigid dynamics and the viscous and friction estimations. In addition, signal conditioning approach is suggested by tuning signals measured in the driving joints with the interaction force signals using low-pass filters, which is to intentionally induce signal delays. To verify the effects of compensations and tuning approaches, Test-kit was designed and manufactured as an expe...한국과학기술원 : 기계공학전공

DEVICE FOR MEASUREING A ENVIRONMENT INTERACTION FORCE, SURGICAL ROBOT AND SURGICAL ROBOT SYSTEM WITH THE SAME

본 발명의 일 실시예에 따르면, 'ㅗ'자 형상으로 형성되는 바디와, 타원에 가까운 단면을 가지고 상기 바디의 상단에 형성되는 돌기, 및 상기 바디의 양 측면과 아랫면에 걸쳐 부착되어 상기 돌기에서 발생되는 접촉 힘을 측정하는 적어도 하나의 스트레인 게이지 센서를 포함하는 돌기부; 상부면의 양 측면에 상기 돌기부가 끼워맞춤 방식에 의하여 결합될 수 있는 직사각형 형태의 한쌍의 관통 홀이 형성되는 커버 플레이트; 및 상기 커버 플레이트와 체결되고, 상기 돌기부가 수용될 수 있는 수용홈이 양 측면에 형성되어 상기 돌기부를 수용하는 드레이프 플레이트를 포함하는 접촉 힘 측정 장치가 제공된다.본 발명은 수술용 도구가 부착되는 수술 로봇 팔의 슬라이더에 스트레인 게이지 센서를 부착한 후 비접촉 방식에 의해 접촉 힘을 측정함으로써, 의사가 최소침습 수술시 수술 로봇과 인체 내부 장기가 상호 접촉하면서 발생하게 되는 상호작용 힘을 정확하게 피드백 받아 수술에 참조할 수 있도록 하여 수술의 정확도를 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다

Implementation of a Unilateral Teleoperation System with Force Sensing Gripper

This paper discusses implementation of a unilateral teleoperation system as provenience procedure of haptic teleoperation system. To study direct force sensing effect and indirect force estimation, we designed a slave gripper considering minimally invasive surgical tools and manufactured with force sensing resistors attached to gripping surface. In order to conduct a unilateral teleoperation properly, master and slave device should be set up with communication channels because position information about remotely operated manipulator must be received from the operator. Hence, we construct the position control architecture of a 1DOF teleoperation system and analyze position tracking performance in free motion

Apparatus for measuring force or torque of multi-DOFs gripper device on a slider of robot arms and method of the same

본 발명은 그리퍼와 접촉 대상 사이의 접촉력(힘 또는 토크)을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 신체 내부에 삽입되는 그리퍼에 센서를 직접 부착하지 않고, 외부에 설치된 센서에서 감지된 그리퍼로 전달되는 토크를 통해 접촉력을 측정할 수 있게 한 다자유도 그리퍼 장치의 로봇팔의 슬라이더에서 힘 또는 토크를 측정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다

Apparatus for measuring force or torque of multi-DOFs gripper device on a slider of robot arms and method of the same

수술도구와 접촉 대상 사이의 접촉력(힘 또는 토크)을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 다자유도 수술도구가 장기에 대하여 수직 및 수평 방향으로 작용하는 힘 또는 토크를 측정하기 위하여 수술도구에 센서를 직접 부착하지 않고, 로봇팔의 슬라이더에서 수술도구로 전달되는 토크를 통해 접촉력을 측정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다

SIMULATOR FOR TRAINING NEEDLE INTERVENTIONAL OPERATION AND INTERFACE APPARATUS FOR THE SAME

본 발명은 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 바늘 삽입형 중재적 시술 훈련용 시뮬레이터 및 이를 위한 인터페이스 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 바늘에 대응하는 바늘축선(A)을 따라 연장되는 바늘 부재(1123)를 구비하는 바늘 모사부(1110); 및 피부에 대응하는 기준면(S)을 제공하는 피부 모사부(1170)를 포함하며, 상기 바늘 모사부(1110)는 상기 바늘 부재(1123)의 상기 바늘축선(A) 방향 이동을 가능하게 하는 직선 이동부(1120)와, 상기 바늘 부재(1123)가 상기 기준면(S)에 대해 기울어질 수 있도록 상기 바늘축선(A) 상에 위치하는 회전 중심(O)을 중심으로 한 상기 직선 이동부(1120)의 회전을 가능하게 하는 회전부(1140)를 구비하며, 상기 피부 모사부(1170)는 상기 기준면(S)을 형성하는 조절 판부재(1171)와, 상기 조절 판부재(1171)의 상기 기준면(S)상 평면이동을 가능하게 지지하는 지지부(1180)를 구비하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재적 시술 훈련용 시뮬레이터의 인터페이스 장치가 제공된다