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[부산대학교] 자유로운 움직임 구현이 가능한 로봇 수술 도구

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

분야 : 보건~의료 개발상태 5 9

탈부착형 로봇 수술 도구를 이용한 다자유도 복강경 수술 장치

보유기관 및 연구자 : 부산대학교 기계공학부 / 진상록 교수

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○ 탈부착이 가능한 로봇 수술 도구를 이용함으로써, 수술 도구를 상황에 맞게 쉽게 교체하여 사용이 가능하며 정밀한 움직임 제어가 가능한 복강경 수술 도구에 관한 기술임

기술 개발 배경: ○ 기존 복강경 수술 도구는 축 방향 회전만 가능한 형태가 대부분이었으며, 조이스틱과 모터를 이용한 수술 도구도 움직임의 자유도가 부족하였음
○ 복강경 수술법에 있어 움직임의 자유도를 구현하여 추가적인 경로를 생성할 수 있는 기술을 필요로 함

시장동향: ○ 세계 수술용 로봇 시장은 2018년 38억 달러 규모에서 2026년에는 108억 달러 규모로 연평균 13.4%씩 성장할 것으로 전망됨
○ 최근 수술용 로봇 기술이 발달하면서 복잡한 수술에도 사용이 가능해져 의료업계에서도 각광을 받고 있음

[세계 수술용 로봇 시장 규모 및 전망]

기술 구현: ○ 다자유도 움직임 구현이 가능한 복강경 수술 도구
- 조이스틱을 통해 자유로운 상하좌우 움직임을 전기적인 신호로 변환
- 회전 다이얼을 통해 회전을 엔코더로 읽어 전기적인 신호로 변환
- 방아쇠의 움직임은 자석과 홀센서를 통해 전기적인 신호로 변환
- 제어보드를 통해 4개의 서보모터를 구동하여 수술 도구의 엔드이펙터를 상하좌우 굴곡, 축 방향 회전, 및 여닫이 움직임을 구현
- 제어 알고리즘을 통해 조이스틱을 조작한 방향으로 회전 다이얼을 돌려 순수 회전 운동을 구현

[다자유도 복강경 수술 장치]

특장점

기존기술 한계: ○ 기존에도 추가적인 수술 경로를 위해 수동형 복강경 수술 도구를 이용하고 있음
○ 이 과정에서 수술 도구 움직임의 자유도가 부족하고 자유로운 회전 움직임을 구현하지 못함
○ 조작 방식이 직관적이지 않아 도구를 다루기 위해서는 많은 훈련이 필요함

개발기술 특성: ○ 탈부착이 가능한 로봇 수술 도구를 이용함으로써, 손목 관절형이나 연속 관절형의 수술 도구를 상황에 맞게 쉽게 교체하여 사용이 가능함
○ 조이스틱과 회전다이얼을 통해 비교적 적은 힘으로 수술 도구를 자유롭게 다룰 수 있음
○ 서브 모터의 제어를 통해 정밀한 움직임을 구현함
○ 직관적인 조작이 가능하여 추가적인 기구가 필요하지 않음
○ 파지를 용이하게 하고, 미끄러움 방지를 위한 손잡이 부분을 구성함