망막 수술 로봇의 정밀 제어를 위한 다단계 히스테리시스 모델

초록

본 연구는 정밀 망막 수술을 위해 개발된 유연한 텐던 구동 로봇 I2RIS에서 발생하는 다단계 히스테리시스 현상을 해결하기 위해 확장된 일반화 프란틀-이슬린스키(EGPI) 모델을 제안합니다. 새로운 전환 메커니즘을 도입한 이 모델은 기존 GPI 모델보다 로봇의 요 및 피치 방향 운동 데이터에서 더 높은 정확도(RMSE, NRMSE, MAE 기준)로 히스테리시스를 모델링함을 실험적으로 입증했습니다.

상세 분석

이 연구의 기술적 핵심은 기존 Generalized Prandtl-Ishlinskii(GPI) 모델의 한계를 극복한 Extended GPI(EGPI) 모델의 제안에 있습니다. GPI 모델은 비대칭 히스테리시스를 모델링하는 강력한 프레임워크이지만, 단조 입력 구간 내에서도 관찰되는 ‘다단계’ 히스테리시스 행동(즉, 하나의 증가/감소 구간 내에 여러 개의 지연 영역이 존재하는 현상)을 표현하는 데는 부적합했습니다. I2RIS 로봇의 경우, 텐던의 신장, 텐던 간 및 관절 간 마찰 등 복합적인 비선형 요인으로 인해 이러한 다단계 현상이 명확히 나타났습니다.

EGPI 모델의 핵심 혁신은 ‘전환 메커니즘’입니다. 이는 서로 다른 파라미터 세트(서로 다른 포장 함수 γ_l, γ_r)를 가진 여러 개의 기본 GPI 모델(Φ1