2자유도 중력보상 메커니즘이 적용된 단일통로 복강경 수술로봇

Abstract

의료 분야의 발전은 수술 시 침습을 줄이는 복강경 수술에 집중되어 있다. 이를 최소침습 수술이라 부르며, 3~4개의 작은(1~2cm) 침습구를 통해 수술 도구를 삽입하여 수술을 진행하게 된다. 이보다 더욱 발전한 방법인 단일통로 복강경 수술은 배꼽 주변의 1개의 침습구를 통해 수술이 진행되며, 이 방법은 현재 전 세계적으로 많은 주목을 받고 있다. 복강경 수술법으로의 발전은 수술 로봇의 개발로 이어지게 된다. 단일통로 복강경 수술은, 한 개의 침습구로 여러 개의 도구가 침습이 되야 하기 때문에, 외부 로봇의 충돌문제가 큰 문제이다. 이를 해결하기 위해 본 연구실에서 개발된 6자유도의 수술도구를 기본으로 한 작은 수술용 로봇 암을 개발하였다. 수술용 로봇 암은 모터의 직결 연결과 이중 평행사변형 메커니즘을 통해 소형화를 가능하게 하였다.

이와 더불어, 최소침습 수술 로봇의 Back drivable과 Non- back drivable 동력전달은 수년간 대립되는 상관관계에 있다. Back drivability는 수술 로봇을 수동으로 움직일 수 있도록 설정하는 것이며, 이 특성은 수술 도구를 수술 전 환자에게 위치시킬 때와 수술 시 수술 로봇의 전원이 나가는 사고가 발생하였을 때 로봇을 환자에게서 떼어내기 위해 필요하다. 반면 non-back drivability는 수술 시 수술 로봇의 전원이 나가는 사고가 발생할 경우 중력에 의해 움직여 환자를 해하면 안되기 때문에 필요한 특성이다. 이 논문은 스프링을 이용한 2자유도의 중력보상 메커니즘을 제안한다. 이 중력보상 메커니즘은 위에 언급한 back drivability와 non-back drivability의 문제에 관한 해결책이 되며, 엑추에이터의 부하를 줄여, 로봇의 소형화 및 가격을 절감하는데 있어 큰 도움이 될 것이다.