수술용 로봇 암의 링크구조
■ 요약
수술용 로봇 암의 링크구조가 개시된다. 로봇 암(Arm)과 로봇 암의 선단부에 제1축에 의해 축 결합되는 제1 링크부, 제1 링크부에 제2축에 의해 축 결합되는 제2 링크부, 제2 링크부에 제3 축에 의해 축 결합되는 인스트루먼트를 포함하되, 제1축, 제2축 및 제3축은 그 연장선이 인스트루먼트의 선단부의 소정의 한 점에서 만나도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이러한 수술용 로봇 암의 링크구조는 서로 중첩될 수 있는 2개의 링크부재라는 단순한 구조로 RCM을 구현할 수 있어 수술용 로봇 암의 콤팩트 사이즈(Compact Size)화가 가능하고, RCM 기구의 크기를 최소화하여 제작할 수 있으므로 보다 작은 수술용 로봇 암을 설계할 수 있으며, 상대적으로 적은 부품으로 RCM을 구현하므로 구조가 간단하여 고장 발생의 위험이 적어진다.
■ 실용신안 등록청구의 범위
청구항 1.
그 선단부에 소정의 수납공간이 형성된 로봇 암(Arm)과 로봇 암의 선단부에 제1축에 의해 축 결합되며, 수납공간에 수납될 수 있는 형상으로 형성되어 제1축을 중심으로 회전시킬 경우 수납공간 내에 수납되는 제1 링크부재와 제1 링크부재에 제2축에 의해 축 결합된다. 제1 링크부재와 중첩될 수 있는 형상으로 형성되어 제2축을 중심으로 회전시킬 경우 제1 링크부재에 중첩되어 수납공간 내에 수납될 수 있는 제2 링크부재와 제2 링크부재에 제3축에 의해 축 결합되는 인스트루먼트를 포함하되 제1축, 제2축 및 제3축은 그 연장선이 인스트루먼트의 선단부의 소정의 한 점에서 만나도록 형성되고, 제1 링크부재는 제1축과 제2축이 소정의 한 점에서 만나도록 소정 각도 구부러진(Curved) 형상으로 형성되고, 제2 링크부재는 제2축과 제3축이 소정의 한 점에서 만나도록 소정 각도 구부러진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암의 링크구조.
■ 배경기술
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(Robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
이러한 수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 로봇과, 마스터(Master) 로봇으로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(Slave) 로봇으로 이루어지며, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇을 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치하게 된다.
슬레이브 로봇에는 수술을 위한 조작을 위해 로봇 암을 구비하게 되며, 로봇 암의 선단부에는 인스트루먼트(Instrument)가 장착된다. 이와 같이 로봇 암의 선단에 인스트루먼트를 장착하여 수술을 수행하게 되면 로봇 암의 움직임에 따라 인스트루먼트도 같이 움직이며, 이는 환자의 피부를 일부 천공하고 여기에 인스트루먼트를 삽입하여 수술을 수행하는 과정에서 인체의 피부에 불필요한 손상을 입힐 우려가 있다. 또한, 수술 부위가 넓을 경우에는 인스트루먼트가 움직이는 경로만큼 피부를 절개하거나 각 수술 부위마다 피부를 천공해야 하는 등 로봇수술의 이점이 반감될 우려도 있다.
따라서 로봇 암의 선단에 장착되는 인스트루먼트는 말단부의 소정 위치에 가상의 회동 중심점을 설정하고 이점을 중심으로 인스트루먼트가 회동하도록 로봇 암을 제어하게 되는데, 이러한 가상의 중심점을 ‘원격중심’ 또는 ‘RCM(Remote Center of Motion)’이라 한다.
종래에 수술용 로봇 암의 원격중심을 제어하는 방식은 크게 ‘패시브 타입(Passive Type)’과 ‘액티브 타입(Active Type)’으로 구분할 수 있다. 패시브 타입의 경우에는 인스트루먼트 삽입을 위해 구멍이 천공된 피부를 지지점으로 하여 로봇 암의 움직이는 방향과 반대방향으로 인스트루먼트의 선단이 이동하도록 제어하는 방식이다.
그러나 이러한 패시브 타입의 경우 로봇 암의 이동에 따라 인스트루먼트가 이동하려는 힘을 피부가 지지하게 되므로 피부에 원치 않는 손상이 가해질 우려가 있으며, 경우에 따라서는 의료사고의 가능성도 배제할 수 없다. 종래의 액티브 타입은 4절 링크로 이루어진 원격중심 결정장치(23)를 구성하여 인스트루먼트의 선단의 소정 위치가 원격중심(8)이 되도록 제어하는 방식이 개시된 바 있다. 그러나 이러한 액티브 타입의 경우 RCM을 구성하기 위한 부품이 많이 소요되고, 이에 따라 로봇 암의 부피 및 길이가 커지게 되는 단점이 있다. 수술용 로봇의 부피가 커지게 되면 병원 내에 로봇을 수납, 설치 및 이동하기가 용이하기 않고, 부피가 큰 수술용 로봇 때문에 수술 도중에 보조의가 환자에 접근하기가 곤란하며, 응급상황이 발생하더라도 로봇의 분리나 해체가 어렵다는 문제가 있다.
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본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 링크구조의 작동 상태를 나타낸 사시도. |
■ 고안의 효과
본 고안의 바람직한 실시 예에 따르면, 액티브 타입으로 로봇 암의 RCM을 구현함으로써 인스트루먼트가 삽입된 위치(Incision Point)를 중심으로 피부에 무리나 손상을 주지 않고 인스트루먼트의 선단이 자유롭게 회동할 수 있고, 선단의 정확한 구면상의 움직임(Spherical Motion)을 구현할 수 있으며, 이에 따라 선단의 동작 반경이 허용하는 범위 내에서 다양한 수술에 적용이 가능하다.
또한, 서로 중첩될 수 있는 2개의 링크부재라는 단순한 구조로 RCM을 구현할 수 있어 수술용 로봇 암의 콤팩트 사이즈(Compact Size)화가 가능하고, RCM 기구의 크기를 최소화하여 제작할 수 있으므로 보다 작은 수술용 로봇암을 설계할 수 있으며, 상대적으로 적은 부품으로 RCM을 구현하므로 구조가 간단하여 고장 발생의 위험이 적어진다는 효과가 있다.
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