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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이찬희 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수
김철
발행연도
2015
저작권
경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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Minimally invasive robotic surgery is recently attracting much attention, because it can alleviate patients'' pain, bleeding, and long-term recovery, etc. If the robotic surgery end has a haptic device equipped with a 6-dof force sensor, surgeons can easily control their operating grasping forces. In an effort to develop a 6-dof optical sensing device with a FBG (Fiber Bragg Grating) sensor which is applicable to detect forces acting on the end-effectors of a minimally invasive surgical robot, a new design analysis method has been developed. The sensing device attached to an ed-effector consists of a cylindrical frame structure FBG optical fiber surrounding the frame diagonally. As the frame deforms subjected to forces and moments, the attached FBG fiber with 2000 micro-strain of pretension aldo elongates or contracts. Deformations of the frame was calculated by the finite element method subjected to x-, y-, and z-direction forces and three moments about x, y, and z axes, respectively. Displacements of the FBG fiber regarding to six load-types could be then extracted from frame deformation data and converted to changes in wavelength on the basis of an equation of optical fiber reflected wavelength and FBG strain. Using the developed methos, various wavelengths were calculated as three forces changed from 0 to 10 N and three moments varied 0 to 100 Nmm. To validate accuracy of the analytic design method, a system of the 6-dof FBG sensor with a frame was fabricated and tested under the loads used for analyses. The changes in wavelength were measured by an optical spectrum analyzer in the experiment. Analytical and experimental results showed a good correlation with 9.7% error. The sensitivities of the theoretical and analytical models were very similar.

목차

Ⅰ. 서론 ........................................................ 1
1.1 연구배경 및 목적......................................... 1
1.2 연구 방법................................................ 4
Ⅱ. FBG 센서의 이론.............................................. 6
2.1 Fiber Bragg Grating Sensor............................... 6
2.2 FBG Interrogation....................................... 10
Ⅲ. 새로운 6축 FBG 센서 및 프레임의 개발........................ 12
3.1 FBG 반사파장 및 프레임 의 변형률........................ 12
3.2 FEM 해석에 의한 6축 FBG 센서/프레임..................... 15
3.2.1 유한요소모델의 구성과 경계 조건................... 19
3.2.2 하중 변화에 따른 반사파장의 변화량................ 22
Ⅳ. 개발된 6축 FBG 센서 설계 기법의 검증........................ 26
4.1 6축 센서/프레임의 제작 및 성능 시험..................... 27
4.1.1 하중시험용 6축 FBG 센서 제작...................... 27
4.1.2 하중시험 방법..................................... 30
4.2 신 6축 센서/프레임 설계 기법 및 실험 결과의 비교........ 36
4.3 타 논문 결과와의 비교 검증.............................. 42
4.3.1 유한요소모델의 구성과 경계 조건................... 44
4.3.2 결과의 비교....................................... 47
Ⅴ. 최소 침습 수술 End-Effector 햅틱용 소형 6축 FBG 센서/프레임 설계... 51
5.1 유한요소모델의 구성과 경계 조건......................... 53
5.2 하중 변화에 따른 반사파장의 변화량...................... 55
Ⅵ. 결 론 ..................................................... 59
참고문헌 ....................................................... 60
영문초록 ........................................................63

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