By development in the science of medical field, laparoscopic surgery has been focused of attention as it minimizes incisions during surgery. This results in the Minimally invasive surgery(MIS), which it makes only 3~4 small incision points sizes of 1~2cm and operate a surgery by inserting surgical tools through the small points. After that, more developed laparoscopic surgery, SPL(Single Port Laparoscopic Surgery) receives at-tentions from patients because it leaves only one or invisible scars after surgery. Those changes in laparoscop-ic surgery lead to the development of the surgical robots for both patients and doctors.
For the SPL, Collision is a critical problem. In order to solve this problem 6DOF (including extra 2-DOF of elbow Joint) surgical instrument was adopted and compact robot arm were designed with double parallelo-gram mechanism with direct-driven mechanism.
Also In the field of minimally invasive surgery robot (MIS robot), Back drivable and Non-back drivable transmission has been a controversial discussion for many years. Back-drivable transmission enables surgical tools to be manually repositioned. This characteristic is needed for the convenience to make exact posture before the operation, and also to detach robot from patient when unexpected power failure occurs. However, non-back-drivable transmission is more reliable in safety when the surgical robot remains motionless in the case of power failure. This different property of back-drivable/non-back-drivable should be together, for pre-venting accidents and providing the safety to patients in the case of unexpected power failure.
This paper suggests a 2-DOF gravity compensation mechanism using spring. This spring gravity compensa-tion mechanism can be a possible solution not only for negotiating the trade-off between back-drivable and non-back-drivable transmission but also making compact and cost efficiency system.
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.
