Goal of this thesis is to develop a catheter haptic device for training of gastrointestinal simulation. Catheter simulation is a pair with navigation simulation of endoscope. Instrument channel port is the appropriate position which can avoid interference with the pre-developed simulator for endoscopic navigation. Device volume and weight should be small for installation at this position. Passive braking method is good to small device, and it is suitable for force ranges of catheter operations of ERCP and colonoscopy.
Realized device consists of two mechanisms, braking mechanism and position sensing mechanism. Solenoid is used as actuator in braking mechanism and rotary encoders are used in position sensing mechanism. They are so small that it is good to reduce the whole size of device. The realized device has 63 $\times$ 46 $\times$ 39 mm volume and 109 grams weight. And they show force output of 2N ~ 7N and resolution of 0.02mm. It covers requirements of device so that it is enough to develop the catheter haptic device in the research.
Solenoid shows proportional property between force and voltage. And output force of complete device also shows proportional property with voltage. Therefore, the force exerted to user’s hand can be regulated to desired force by voltage change. The relative error between desired force and actual force is less than 10%. Additionally, device can express the stronger force than target range of force. So, it can be used as a good option to make simulation better.
연구의 목적은 소화기 내시경 훈련을 위한 카테터 햅틱 장치의 개발이다. 카테터 시뮬레이션과 내시경 조작 시뮬레이션과 함께 소화기 내시경 시뮬레이터의 한 축을 맡는다. 카테터 햅틱 인터페이스를 도구삽입구에 부착하여 기존에 개발된 내시경 조작 인터페이스와의 간섭을 피하였다. 이 위치에 부착하기 위해서는 장치가 작고 가벼워야 한다. 제동 방식은 이러한 조건과, 넓은 범위의 반력제공이 필요 없는 카테터 조작 술기 장치에 적합하다.
구현된 장치는 제동부와 위치측정부의 두 부분으로 구성되어 있다. 제동 동력장치로는 솔레노이드가 이용되었고, 위치 측정을 위해 회전엔코더를 이용하였다. 두 장치는 모두 작은 크기로 인터페이스를 구현하기에 적합하다. 구현된 장치의 크기는 63 $\times$ 46 $\times$ 39 mm 이며, 109 그램의 무게를 갖는다. 이 장치는 2N에서 7N의 범위의 반력을 제공해 주며 0.02mm의 분해능을 갖는다. 이 연구의 필요조건들로 설정했던 조건들에 부합하는 성능을 보여준다.
솔레노이드는 그 입력전압에 따라 출력 힘이 변한다. 입력전압과 출력 힘은 선형의 비례관계를 나타낸다. 따라서, 이를 이용해 훈련자가 느끼는 반력을 조절할 수 있다. 설정한 힘의 값과 실제 출력 힘 값은 10% 이하의 작은 오차를 가지며, 실제 조직에서 느껴지는 힘보다 강한 힘의 출력도 가능하다. 이를 이용해 훈련의 효과를 증대시킬 수 있다.
