다자유도 Actuator의 임베디드 제어시스템 개발

Abstract

최근 로봇의 제어기술이 발전함에 따라 의료계에서도 다양한 분야에서 로봇이 사용되고 있다. 그 중 다빈치 수술 로봇은 주로 복강경 수술 시술용으로 많이 사용되고 있는데, 일반 수술보다 주변 신경이나 혈관의 손상이 적어서 환자의 회복이 빠르고, 로봇의 팔을 사람 팔처럼 자유자재로 조종이 가능하기 때문에 보다 정밀한 수술이 가능하다. 현재까지의 다빈치 수술용 로봇은 정밀한 수술은 가능하지만, 수술 대상 장기의 촉감이나 반발력이 피드백 되지 않아 아직까지 고도의 로봇 조정기술이 필요한 상태이다. 이 논문에서는 다빈치 로봇 및 다빈치 로봇 시뮬레이터에 사용할 장기 반발력 모델을 만들기 위하여 각종 장기의 반발력을 측정하기 위한 실험장치의 Actuator 제어 장치 개발내용을 기술하였다. 장기의 반발력은 장기를 검침할 때, 센서의 이동속도와 이동거리에 굉장히 민감하게 변화하므로 센서를 이동시키는 실험장치의 Actuator을 정밀하게 제어하는 기술이 필요하다. 하지만, 실험장치는 x, y, z축의 3차원으로 이루어져 있고, 각 축의 Actuator는 다른 Actuator의 위치를 같이 이동시키므로 실시간으로 조금씩 모델이 바뀔 뿐만 아니라, 장기를 검침할 때, 장기와 접촉순간과 장기를 검침하는 위치에 따라 Plant의 모델이 변화하므로 일정한 속도로 정밀한 위치를 이동하기 위해서는 실시간으로 변화하는 모델에 따라 Actuator를 제어하는 제어기 역시 변화하여야 한다. 이 논문에서는 모델링 되지 않은 실험장치의 최적의 제어기 설계를 위해서 Relay-feedback 방법으로 초기 PID 컨트롤러를 구현하고, 모델이 변화하는 순간마다 Fuzzy controller를 추가하여 최적의 성능이 나오도록 설계하였다.