시스 진동을 통한 텐던-시스 메커니즘의 장력 전달성 향상

Abstract

많은 유연 수술 로봇 플랫폼들은 텐던-시스 메커니즘을 사용하고 있다. 하지만 해당 메커니즘에서 와이어와 시스 사이의 마찰력은 페이로드, 제어 정확도, 힘 추정 등과 같은 성능을 하락시킨다. 이전 연구들은 텐던-시스 메커니즘에서 마찰력을 모델링하였지만, 마찰 감소 측면으로는 많은 연구가 진행되지 않았다. 본 논문에서는 장력 전달율을 높이기 위해 시스에 진동을 가하는 방법론을 제시한다. 시스 스토퍼를 진정시킴으로써, 긴 시스는 진동을 하게 되고 와이어와 시스 사이의 상대속도가 바뀌면서 마찰이 줄게 된다. 최적의 진동 변수들을 찾기 위해 LuGre 모델에 기반한 새로운 마찰 모델을 이용했다. 이 마찰 모델에 기반한 시뮬레이션상에서 마찰력은 진폭과 진동수에 따라 감소하였다. 실험에서는 시뮬레이션상에서의 마찰 감소 효과와 같은 결과를 얻었다. 제안한 방법론은 마찰력을 줄이고 장력전달율을 높였다. 제안한 방법론은 유연 수술 로봇의 페이로드와 제어 성능을 높이는데 사용될 수 있을 것이다.