미세수술 로봇으로 사용하기 위하여 개발되고 있는 로봇들이 있다. 그 중에 많은 연구가 되고 있는 연속체 로봇(Continuum Robot)들이 있다. 연속체 로봇은 최소침습수술(Minimally invasive surgery)에 사용하기 위해 연구 되고 있다. 최소침습수술은 몸에 최소한의 절개를 하거나 구멍을 뚫어 수술을 하는 방법으로 몸의 수술 부위를 최소한으로 열기 때문에 수술 후 빠른 회복속도와 세균 감염 노출에 적은 위험성을 가진다는 장점이 있다. 현재 개발된 로봇을 가지고 이비인후과, 뇌신경외과, 흉부외과, 비뇨기과에서 사용하기 위해 병원의 의사들과 함께 실험을 하면서 성능을 검증하고 있다. 본 연구에서는 동심 튜브 로봇(concentric tube robot)이 가지고 있는 휘어진 상태의 튜브를 사용하여 생기는 작업범위(workspace)제한 문제, 튜브간의 마찰로 튜브가 꼬이게 되어 급격하게 회전하게 되는 스냅핑(snapping)현상, 에너지 분기(bifurcation) 현상을 해결하기 위해 새로운 메커니즘(mechanism)을 제안하였다. 동심 튜브 로봇이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안쪽 튜브를 와이어 구동이 가능한 테플론 튜브로 바꾸었다. 테플론 튜브와 테플론 튜브 끝에 붙일 튜브 팁을 설계 제작하였고, 설계한 튜브 팁에는 와이어, 센서, 수술도구를 장착할 수 있도록 통로를 만들었다. 만들어진 튜브의 모델과 기구학을 수식적으로 풀어 보았다. 그리고 마스터 장치를 이용하여 계산된 모델과 기구학을 적용하여 와이어 구동 튜브를 제어해 보았다. 더불어 제작한 와이어 구동 튜브와 기존의 동심 튜브 로봇을 가지고 스냅핑 현상이 발생 하는지에 관한 비교실험을 해보았다. 기존의 동심 튜브 로봇은 150 ~ 230구간 까지 꼬임으로 인하여 점점 모터와의 차이가 벌어지게 되고 230구간을 지나친 순간 급격하게 모터를 따라가는 모습을 볼 수 있었다. 하지만 와이어 구동 튜브의 경우 회전 시 약 5~ 30 정도의 모터 각도와의 차이가 존재하였지만, 특별히 급속하게 회전하는 구간은 볼 수 없었다. 또한 와이어 구동 테플론 튜브의 최소 곡률 반경 실험을 측정해 보았다. 본 연구에서 해결하고자 하였던 문제점인 작업범위 문제는 튜브에 구부리는 자유도를 추가하여 작업범위를 증가시켰고 높은 곡률을 가능하게 하였다. 튜브간의 마찰에 의해 급격하게 회전하는 문제는 곡률을 가지고 있는 두 튜브간의 겹치는 구간을 없애서 해결 하였다. 그리고 센서를 쉽게 부착할 수 있도록 튜브 팁에 센서 채널을 만들었다. 이번 연구를 통해 기존의 동심 튜브 로봇에 와이어 구동 튜브를 사용하면 기존의 동심 튜브 로봇이 가지고 있는 문제점들을 해결할 수 있다. 그러나 강성이 약해지기 때문에 레이저나 이미지센서를 이용한 내시경 시스템이나 초음파, 전기 소작기 같은 수술시 큰 하중이 걸리지 않는 수술도구의 사용목적으로 적합하다.
Robots have been developed for micro-surgeries. In particular, there is a continuum robot that has researched widely. Continuum robot is being studied to use for the Minimally invasive surgery. Minimally invasive surgery, a surgery method to insert a body minimally or make a hole in it, has advantages of a rapid recovery after surgery and a lower risk of exposing to infection because of minimal incision for a surgery part in a body. Now, developed robot is being experimented and performance verified with doctors in order to use at the otorhinolaryngology, brain neurosurgery, thoracic surgery and urology. this study suggested a new mechanism to solve problems of a continuum robot including a workspace limitation caused from a curved tube, snapping from the torsion of a tube by friction among tubes, energy bifurcation and attachment of a FBG shape sensor for implementing a feedback system. Firstly, in order to solve problems of a continuum robot, inner tube was changed into a wire driven teflon tube. Teflon tube and tube top to be attached to a teflon tube were designed and manufactured. Also, a channel was made on the designed tube top to link a wire, FBG shape sensor and surgical tools. A formular was done for a tube model manufactured and kinematics. Besides, wire driven tube was controlled through applying the model and kinematics calculated using a master device. Furthermore, a comparative experiment was implemented on a possibility of rapid snapping for the wire driven tube and the existing continuum robot. The existing continuum robot had an increasingly widened difference with a motor by torsion between 150° ~ 230° intervals, following the motor rapidly immediately after 230° interval. On the other hand, there was no rapidly snapping interval for the wire driven tube though there was about 5° ~ 30° difference with the motor angle. This study confirmed solving a problem of workspace so increased it through adding degree of freedom to the tube. Also, to solve a problem of snapping by friction among tubes, frictional force was decreased through changing into the teflon. What is more, a channel was made on the tube top for FBG shape sensor to be attached easily. This research findings presents that problems of the existing continuum robot can be solved when using the wire driven tube for the existing continuum robot. However, since stiffness becomes weak, it is adequate for the endoscope system using a laser or an image sensor, ultrasonography and surgical tools like an electrocautery.