This paper proposes a haptic interface for simulation of endoscopic endonasal skull base surgery. Requirements of the haptic interface are derived by analyzing six surgical procedures selected by a surgeon. The haptic interface consists of two symmetrical haptic units which have 7 DOF input and 3 DOF output individually. The spherical mechanism is applied to render high force and high stiffness. The required torque of motors is 2427.8 N⋅mm, 1358.9 N⋅mm, 3829.0 N⋅mm to provide maximum 24 N. The stiffness of the haptic interface is analyzed to be 9.96 N/mm. The safety of the haptic interface is analyzed to be higher than 2. A force sensor is used to compensate the friction and inertia of the haptic interface. The force felt by the user in the free motion decreased by maximum 89.9 %. It is confirmed through experiments that the stiffness of 8.9 N/mm and the force of 24 N can be rendered. The haptic interface has at least 8.2 Hz force bandwidth which is sufficient.
본 논문에서는 내시경 두개저 종양 수술 시뮬레이션을 위한 햅틱 인터페이스를 제안한다. 전문의 인터뷰를 통해 선택된 6가지의 수술 과정을 분석하여 햅틱 인터페이스의 요구사양을 도출하였다. 햅틱 인터페이스는 각각 7자유도 입력 및 3자유도 출력이 가능한 2개의 대칭인 햅틱 장치로 구성된다. 높은 힘과 높은 탄성을 제공하기 위해 구면기구(Spherical mechanism)을 이용하여 햅틱 장치를 설계하였다. 최대 24 N의 반력을 제공하기 위해서는 각각의 모터에서 2427.8N⋅mm, 1358.9N⋅mm, 3829.0N⋅mm의 토크가 필요하다. 햅틱 인터페이스의 강성을 분석한 결과 9.96N/mm의 강성을 가진다. 햅틱 인터페이스의 구조 해석 결과, 안전 계수가 2보다 크기 때문에 항복이 일어나지 않는다. 햅틱 인터페이스의 마찰과 관성을 보상하기 위해 힘 센서(Sensor)를 사용하였다. 자유 운동(Free motion)에서 사람이 느끼는 힘이 최대 89.9 % 감소하였다. 실험을 통해 8.9N/mm의 강성과 24N의 힘을 렌더링할 수 있는 것을 확인하였다. 힘 대역폭은 최소 8.2Hz이므로 충분한 힘 대역폭을 가지고 있다.
