Efficient teleoperation surgical procedures greatly depend on fidelity of haptic forces those are felt back from the operating environment to the surgeon operating the Master device. Serial Haptic Master devices with large DOF have advantages of large workspace and improved dexterity but these also contributes more to the dynamics effects hence accurate haptics feedback cannot be felt. Goal of this research is to optimize the 4 links of an 8DOF Haptic Master device in order to minimize the dynamics effects of the device on human hand and to optimize its performance during a surgical procedure. In this work, kinematics and dynamics of the device are calculated. Through simulation, the dynamics effect is analyzed for different frequency/same trajectory and same frequency/different trajectory scenarios. In each scenario, torques generated at joints and ultimately their
contribution to the forces at end-effectors is observed. A global performance index is defined and optimization of 4 link lengths on the basis of defined index minimizes the residual force effect on human hands. The results of optimum trajectory path and optimized link lengths help in planning the efficient trajectories for a specific surgical
task which also help in considerably minimizing the dynamic forces felt at human hands.
원격 수술은 시술자와 환자가 멀리 떨어져 있는 경우, 통신과 마스터, 슬레이브 장치를 이용하여 시술을 진행하는 개념이다. 시술자는 멀리 있는 환자의 상황을 시각과 촉각으로 피드백을 받으며 시술을 진행한다. 이때, 마스터 장치를 이용하는 시술자에게 환경에 있는 환자과 시술 도구 사이에서 발생하는 햅틱 힘을 정확하게 전달하는 것이 매우 중요하다. 시리얼하게 연결된 다자유도의 햅틱 마스터 장치는 넓은 workspace와 dexterity를 가진다는 장점들이 있으나, 링크가 많기 때문에 질량이 커서 동역학에 의한 영향이 햅틱 제어를 하는데 방해를 준다. 이 연구의 목적은 사람에게 전달되는 동역학 효과를 최소화하도록 8자유도 햅틱 마스터 장치의 4개의 링크의 최적화를 하는 것이다. 이 연구에서 우선 장치의 운동학과 동역학이 계산되었다. 이후 시뮬레이션에서는 동일 궤적과 변화된 주파수에 대한 동역학 효과를 분석하고, 변화된 궤적과 동일 주파수에 대해서도 분석하였다. 각 시나리오에서 각 조인트에서 필요한 토크 값들이 계산되었다. 성능 지표는 사람에게 전달되는 힘의 크기이며, 이 값을 최소화 시키는 것이 최종 목표이다. 성능 지표에 따라 4개의 링크 길이를 최적화 하였다. 연구에서 얻은 결과인 최적화된 궤적과 링크 길이 결과는 사람 손에 민감한 힘을 전달해야하는 특정한 의료 시술을 계획하는데 도움을 준다.
