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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최성대
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 금오공과대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2023
2022
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복강경 수술은 복부에 작은 구멍을 뚫어 특수 카메라가 장착된 내시경을 삽입하여 카메라로 촬영된 복부 내의 영상을 모니터를 통해 보면서 삽입된 수술 도구를 이용하여 수술하는 방식이며, 2000년대 다빈치 수술 로봇 시스템의 등장으로 인해 수술에 로봇을 적용하는 수술 로봇 분야에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
다빈치 수술 로봇 시스템을 비롯한 대부분의 수술 로봇은 직렬 구조를 갖는데 이는 가반하중을 확보하기 위해 로봇의 부피가 커지는 것이 불가피하며 수술 시 의사와 환자 사이의 간섭 문제로 인해 의사와 환자가 독립된 공간에서 수술을 진행하게 되며 이는 응급 상황 발생 시 즉각적인 대응이 어렵다는 문제가 있다.
따라서 본 연구에서는 직렬형 수술 로봇이 갖는 문제를 해결하기 위해 소형화 및 고 정밀도를 갖는 로봇의 구조인 병렬형의 복강경 수술 로봇을 제안한다. 병렬형 로봇을 복강경 수술에 적용하기 위해 베이스 플레이트를 하단에 위치시키고 상단에 위치한 무빙 플레이트가 이동하면서 RCM(Remote center of motion) 포인트를 기준으로 수술 도구의 위치를 제어한다.
병렬형 복강경 수술 로봇의 설계를 위해 모터의 회전 각도에 의해 결정되는 수술 로봇 및 수술 도구 좌표를 계산하기 위한 정기구학 해석과 수술 로봇 및 수술 도구 좌표에 의한 모터의 회전 각도를 계산하기 위한 역기구학을 해석하였으며 시뮬레이션과 비교하여 해석된 기구학의 유효성을 검증하였다.
수술 로봇의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 설계 및 제작 과정에서 발생 가능한 오차 요인에 대해 분석하고 오차 요인이 적용된 병렬형 복강경 수술 로봇의 시뮬레이션을 통해 해당 설계의 타당성을 검증하며 발생된 오차에 대한 보정 과정을 제안한다.
제작된 병렬형 복강경 수술 로봇의 정밀도를 분석하기 위해 모션 카메라 시스템을 활용하여 병렬형 복강경 수술 로봇의 입력 좌표에 대한 출력 좌표의 비교를 통해 수술 로봇의 위치 정합도 및 반복 정밀도를 측정하였으며 다빈치 수술 시스템의 위치 정확도 및 반복 정밀도와 비교하여 수술 로봇에 적용하기 위한 해당 로봇의 기구적 적합성을 검증하였다.
따라서 본 연구를 통해 기존 대부분의 수술 로봇이 갖는 직렬형 구조의 수술 로봇과 차별화된 복강경 수술에 적용 가능한 소형화 및 고 정밀도를 갖는 병렬형 복강경 수술 로봇을 제안한다.
다빈치 수술 로봇 시스템을 비롯한 대부분의 수술 로봇은 직렬 구조를 갖는데 이는 가반하중을 확보하기 위해 로봇의 부피가 커지는 것이 불가피하며 수술 시 의사와 환자 사이의 간섭 문제로 인해 의사와 환자가 독립된 공간에서 수술을 진행하게 되며 이는 응급 상황 발생 시 즉각적인 대응이 어렵다는 문제가 있다.
따라서 본 연구에서는 직렬형 수술 로봇이 갖는 문제를 해결하기 위해 소형화 및 고 정밀도를 갖는 로봇의 구조인 병렬형의 복강경 수술 로봇을 제안한다. 병렬형 로봇을 복강경 수술에 적용하기 위해 베이스 플레이트를 하단에 위치시키고 상단에 위치한 무빙 플레이트가 이동하면서 RCM(Remote center of motion) 포인트를 기준으로 수술 도구의 위치를 제어한다.
병렬형 복강경 수술 로봇의 설계를 위해 모터의 회전 각도에 의해 결정되는 수술 로봇 및 수술 도구 좌표를 계산하기 위한 정기구학 해석과 수술 로봇 및 수술 도구 좌표에 의한 모터의 회전 각도를 계산하기 위한 역기구학을 해석하였으며 시뮬레이션과 비교하여 해석된 기구학의 유효성을 검증하였다.
수술 로봇의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 설계 및 제작 과정에서 발생 가능한 오차 요인에 대해 분석하고 오차 요인이 적용된 병렬형 복강경 수술 로봇의 시뮬레이션을 통해 해당 설계의 타당성을 검증하며 발생된 오차에 대한 보정 과정을 제안한다.
제작된 병렬형 복강경 수술 로봇의 정밀도를 분석하기 위해 모션 카메라 시스템을 활용하여 병렬형 복강경 수술 로봇의 입력 좌표에 대한 출력 좌표의 비교를 통해 수술 로봇의 위치 정합도 및 반복 정밀도를 측정하였으며 다빈치 수술 시스템의 위치 정확도 및 반복 정밀도와 비교하여 수술 로봇에 적용하기 위한 해당 로봇의 기구적 적합성을 검증하였다.
따라서 본 연구를 통해 기존 대부분의 수술 로봇이 갖는 직렬형 구조의 수술 로봇과 차별화된 복강경 수술에 적용 가능한 소형화 및 고 정밀도를 갖는 병렬형 복강경 수술 로봇을 제안한다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 병렬형 복강경 수술 로봇 기구학 132.1 병렬형 복강경 수술 로봇 기구학 132.2 병렬형 복강경 수술 로봇의 정기구학 해석 192.2.1 정기구학 해석 솔루션 202.3 병렬형 복강경 수술 로봇의 역기구학 해석 26제 3 장 복강경 수술 도구 기구학 293.1 복강경 수술 도구 기구학 293.2 복강경 수술 도구 기구학 해석 검증 313.2.1 정기구학 해석 검증 323.2.2 역기구학 해석 검증 34제 4 장 병렬형 복강경 수술 로봇 설계 364.1 Fixed base plate 설계 364.2 로봇 암 설계 374.3 로봇 암 설계 374.4 Moving plate 설계 384.5 수술 도구 설계 394.6 감속 기어 모터 선정 39제 5 장 오차 요인 분석 및 위치 정밀도 실험 425.1 병렬형 복강경 수술 로봇의 오차 요인 분석 425.1.1 첫 번째 구 435.1.2 두 번째 구 495.1.3 세 번째 구 575.1.4 오차 요인 적용 및 설계 타당성 검증 655.1.5 위치 오차 보정 675.2 위치 정합도 및 반복 정밀도 실험 765.2.1 병렬형 복강경 수술 로봇 제작 765.2.2 입력 좌표와 출력 좌표의 위치 정합도 측정 방법 795.2.3 입력 좌표와 출력 좌표의 반복 정밀도 측정 방법 825.3 실험 결과 835.3.1 입력 좌표와 출력 좌표의 위치 정합도 측정 실험 결과 835.3.2 입력 좌표와 출력 좌표의 반복 정밀도 측정 실험 결과 95제 6 장 결 론 105[참고 문헌] 106
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