KR101830389B1 - Master gripper of surgical robot and control method of surgical robot having the same - Google Patents

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KR101830389B1 KR1020110056513A KR20110056513A KR101830389B1 KR 101830389 B1 KR101830389 B1 KR 101830389B1 KR 1020110056513 A KR1020110056513 A KR 1020110056513A KR 20110056513 A KR20110056513 A KR 20110056513A KR 101830389 B1 KR101830389 B1 KR 101830389B1
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최승욱
원종석
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주식회사 미래컴퍼니
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Abstract

수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조 및 이를 구비한 수술용 로봇의 제어방법이 개시된다. 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술용 로봇의 마스터부에 구비되며, 인스트루먼트가 그립(grip) 동작을 수행하도록 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 제1 그립 요소(grip element)와, 제1 그립 요소에 대향하여 위치하는 제2 그립 요소와, 제1 그립 요소에 대해 벌어지는 방향으로 제2 그립 요소에 구동력을 인가하는 구동부와, 제1 그립 요소 및 제2 그립 요소 중 어느 하나 이상에 결합되며, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 포스 센서(force sensor)와, 센싱신호를 수신하여 구동부가 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조는, 그립 요소에 설치된 포스 센서와 한 쌍의 그립 요소 중 어느 한쪽을 벌어지도록 할 수 있는 구동부만으로 그립퍼의 개폐를 정밀하게 제어하고 그립퍼의 개폐 정도를 파악할 수 있다.A master gripper structure of a surgical robot and a control method of the surgical robot having the master gripper structure are disclosed. A gripper structure provided in a master part of a surgical robot on which a surgical instrument is mounted and adapted to receive a grip operation from a user so that the instrument performs a grip operation, a second gripping element positioned opposite to the first gripping element, a drive for applying a driving force to the second gripping element in a direction to widen with respect to the first gripping element, and a second gripping element between the first gripping element and the second gripping element, A force sensor which is coupled to any one or more of the plurality of grip members and outputs a sensing signal by sensing a force by a grip operation of the user and a control unit which receives the sensing signal and adjusts a magnitude of driving force applied to the second grip element by the driving unit The master gripper structure of the surgical robot including the control unit includes a force sensor provided on the grip element and a sphere capable of widening either one of the pair of grip elements Precisely control the opening and closing of the gripper unit and only can grasp the degree of opening of the gripper.

Description

수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조 및 이를 구비한 수술용 로봇의 제어방법{Master gripper of surgical robot and control method of surgical robot having the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a master gripper structure for a surgical robot and a control method of the surgical robot having the same,

수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조 및 이를 구비한 수술용 로봇의 제어방법에 관한 것이다.
To a master gripper structure of a surgical robot and to a control method of the surgical robot having the master gripper structure.

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.Medically, surgery refers to cutting skin, mucous membranes, and other tissues by using a medical device to cut, tear, or manipulate the disease. Particularly, due to problems such as hemorrhage, side effects, patient's pain, scarring, etc., the incision is made by cutting the skin of the surgical site and opening, treating, And is attracting attention as an alternative.

이러한 수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master)부와, 조작부로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave)부로 구분될 수 있는데, 마스터부와 슬레이브부는 하나의 수술용 로봇의 각 부분으로서 구분되거나, 각각 별도의 장치로, 즉 조작부는 마스터 로봇으로, 구동부는 슬레이브 로봇으로 구분되어 수술실에 각각 배치될 수도 있다.The surgical robot may be divided into a master unit for generating and transmitting a signal required by a physician's operation and a slave unit for receiving signals from the operation unit and applying operations necessary for surgery to the patient. And the slave unit may be divided into respective parts of one surgical robot, or they may be separately provided as separate units, that is, the operation unit may be a master robot and the driving unit may be divided into slave robots, respectively.

수술용 로봇의 마스터부에는 의사의 조작을 위한 디바이스가 설치되는데, 로봇 수술의 경우 집도의는 수술에 필요한 인스트루먼트를 직접 조작하는 것이 아니라, 전술한 디바이스를 조작하여 로봇에 장착된 각종 인스트루먼트가 수술에 필요한 동작을 수행하도록 한다.In the master part of the surgical robot, a device for physician's operation is installed. In the case of robotic surgery, the master does not directly manipulate the instruments necessary for the surgery, but the various instruments installed in the robot by operating the above- To perform an operation.

수술용 로봇의 슬레이브부에는 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 인스트루먼트의 말단에는 이펙터(effector)가 결합된다. 이펙터는 수술 동작의 종류에 따라 집게, 가위, 나이프, 바늘 등 다양한 형상 및 구조로 이루어지는데, 전술한 것처럼 마스터부에 설치되는 디바이스를 조작함에 따라, 인스트루먼트의 이펙터는 그 형상 및 구조에 따른 수술에 필요한 동작, 즉 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 등의 다양한 동작을 수행하게 된다.A surgical instrument is mounted on the slave portion of the surgical robot, and an effector is coupled to the distal end of the instrument. The effector is made up of various shapes and structures such as forceps, scissors, knives, and needles depending on the type of surgical operation. As described above, by manipulating the device installed in the master part, the effector of the instrument is operated according to its shape and structure And perform various operations such as gripping, cutting, suturing and the like.

이 중, 이펙터가 집게 구조로 이루어진 경우, 이펙터의 동작을 제어하기 위해 마스터 디바이스에는 그립퍼(gripper)가 설치될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼, 수술용 로봇의 마스터부에 집게 형상의 그립퍼(8)를 설치하고, 사용자가 그립퍼(8)를 조작하는 것에 상응하여 이펙터 또한 집게 동작을 수행하도록 하였다.In the case where the effector has a tongue structure, a gripper may be installed in the master device to control the operation of the effector. That is, as shown in Fig. 1, a grip-like gripper 8 is installed on the master part of the surgical robot, and the effector also performs the gripping operation corresponding to the user operating the gripper 8.

종래의 마스터 그립퍼(8)의 구조는, 한 쌍의 그립 요소(6)가 힌지축(4)에 결합된 집게 형태로서, 힌지축에 설치되는 모터(M1)를 작동시킴에 따라 집게 요소가 벌어지거나 닫히도록 하는 구조, 또는 외부의 구동모터(M2)가 와이어(W)에 의해 힌지축과 풀리(pulley) 결합되어 구동모터(M2)를 작동시킴에 따라 와이어(W)를 통해 장력이 전달되어 집게 요소가 벌어지거나 닫히도록 하는 구조로 이루어졌다.The structure of the conventional master gripper 8 is such that a pair of grip elements 6 are coupled to the hinge shaft 4 in the form of a grip and actuated by a motor M1 mounted on the hinge axis, Or an external driving motor M2 is pulley-coupled to the hinge shaft by the wire W to transmit the tension through the wire W as the driving motor M2 is operated The structure is such that the tongue element is opened or closed.

이 경우, 모터(M1 또는 M2)에는 인코더(E)가 결합되어 있어서, 인코더(E)를 통해 전송되는 모터의 회전 정도에 관한 정보로부터 그립퍼가 벌어진 정도(또는 닫힌 정도)를 파악하고, 이에 따라 그립퍼의 개폐정도에 상응하여 이펙터가 집게 동작을 수행하도록 제어하게 된다.In this case, the encoder E is coupled to the motor M1 or M2, and the degree of opening of the gripper (or the closed degree) is determined from the information about the degree of rotation of the motor transmitted through the encoder E, And controls the effector to perform the gripping operation corresponding to the degree of opening and closing of the gripper.

그러나, 종래의 마스터 그립퍼 구조는, 힌지축(또는 외부)에 양방향으로의 회전을 제어할 수 있는 모터(예를 들면, 서보 모터)를 설치해야 하므로 그립퍼의 크기가 커지고 구조가 복잡하며, 풀리 와이어의 텐션(tension)을 적절하게 조절해야만 제대로 작동하게 되는 번거로움이 있었다. 즉, 와이어의 텐션이 너무 크면 모터가 원활하게 회전하기 힘들고, 텐션이 너무 작으면 백래쉬(backlash) 등의 문제가 발생할 수 있다는 한계가 있었다.However, the conventional master gripper structure requires a motor (for example, a servo motor) capable of controlling rotation in both directions on the hinge shaft (or the outside), so that the size of the gripper is increased and the structure is complicated. It was troublesome to operate properly when the tension of the belt was properly adjusted. That is, if the tension of the wire is too large, the motor can not rotate smoothly, and if the tension is too small, backlash or the like may occur.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

본 발명은, 구조가 간단하고 와이어의 텐션을 정밀하게 조절할 필요가 없으며 포스 피드백을 더욱 용이하게 구현할 수 있는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조 및 이를 구비한 수술용 로봇의 제어방법을 제공하는 것이다.
The present invention provides a master gripper structure of a surgical robot and a control method of the surgical robot having the simple structure, which do not need to precisely control the tension of the wire, and can easily implement force feedback.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술용 로봇의 마스터부에 구비되며, 인스트루먼트가 그립(grip) 동작을 수행하도록 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 제1 그립 요소(grip element)와, 제1 그립 요소에 대향하여 위치하는 제2 그립 요소와, 제1 그립 요소에 대해 벌어지는 방향으로 제2 그립 요소에 구동력을 인가하는 구동부와, 제1 그립 요소 및 제2 그립 요소 중 어느 하나 이상에 결합되며, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 포스 센서(force sensor)와, 센싱신호를 수신하여 구동부가 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gripper structure provided in a master part of a surgical robot on which a surgical instrument is mounted, the gripper structure being configured to receive a grip operation from a user so that the instrument performs a grip operation A second gripping element positioned opposite the first gripping element; a driver for applying a driving force to the second gripping element in a direction to widen with respect to the first gripping element; A force sensor coupled to at least one of the grip element and the second grip element for sensing a force by a user's grip operation and outputting a sensing signal, There is provided a master gripper structure of a surgical robot including a control portion for adjusting a magnitude of an applied driving force.

제1 그립 요소 및 제2 그립 요소는 소정의 지지점에 각각 결합되어 집게 구조를 이룰 수 있으며, 지지점은 힌지축을 포함하고, 제1 그립 요소 및 제2 그립 요소 중 적어도 하나 이상은 힌지축에 회전가능하도록 결합될 수 있다.The first grip element and the second grip element may each be coupled to a predetermined support point to form a claw structure, wherein the support point includes a hinge axis, and at least one of the first grip element and the second grip element is rotatable .

제1 그립 요소 및 제2 그립 요소에는 사용자의 손가락이 삽입될 수 있는 수용부가 형성되며, 포스 센서는 사용자의 손가락에 접촉되도록 수용부에 설치될 수 있다.The first grip element and the second grip element are formed with a receiving portion into which a user's finger can be inserted, and the force sensor can be installed in the receiving portion to contact the user's finger.

구동부는, 제2 그립 요소에 일단부가 결합되는 와이어, 로드 등의 결합수단과, 결합수단의 타단부에 결합되며, 결합수단에 인장력을 가하는 구동모터를 포함할 수 있다. 또는, 구동부는, 한 쌍의 그립 요소 모두에 구동력을 인가하여 한 쌍의 그립 요소가 서로 벌어지도록 할 수도 있다. 또는, 구동부는, 제1 그립 요소에 결합되는 제1 전자석과, 제1 전자석에 대향하여 제2 그립 요소에 결합되며, 제1 전자석에 대해 척력을 인가하는 제2 전자석을 포함할 수 있다.The driving unit may include a coupling means such as a wire and a rod, one end of which is coupled to the second grip element, and a driving motor coupled to the other end of the coupling means and applying a tensile force to the coupling means. Alternatively, the driving unit may apply a driving force to all of the pair of grip elements so that the pair of grip elements spread apart. Alternatively, the driving portion may include a first electromagnet coupled to the first grip element, and a second electromagnet coupled to the second grip element opposing the first electromagnet, and applying a repulsive force to the first electromagnet.

제어부는, 사용자의 그립 조작에 의한 힘이 커질수록 구동력을 작게 하여 제2 그립 요소가 제1 그립 요소에 접근하도록 하고, 사용자의 그립 조작에 의한 힘이 작아질수록 구동력을 크게 하여 제2 그립 요소가 제1 그립 요소로부터 벌어지도록 할 수 있다.The control unit allows the second gripping element to approach the first gripping element by reducing the driving force as the force by the gripping operation of the user becomes larger and increases the driving force as the force by the user's gripping operation becomes smaller, May be widened from the first grip element.

제2 그립 요소가 제1 그립 요소에 대해 소정의 기준치 이상으로 벌어지는 것을 억제할 수 있도록, 구동력과 반대 방향의 힘을 제2 그립 요소에 인가하는 구동 제한부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 구동 제한부는, 제2 그립 요소를 탄지하며, 제2 그립 요소가 제1 그립 요소에 대해 소정의 기준치로 벌어졌을 때 구동력보다 큰 탄성력을 인가하는 탄성체를 포함할 수 있다.And a drive limiter for applying a force in a direction opposite to the driving force to the second grip element so that the second grip element can be prevented from spreading beyond a predetermined reference value with respect to the first grip element. In this case, the drive restricting portion may include an elastic body that elastically urges the second grip element, and applies an elastic force larger than the driving force when the second grip element is opened at a predetermined reference value with respect to the first grip element.

수술용 로봇은, 포스 센서로부터 출력되는 센싱신호를 사용하여, 사용자의 그립 조작에 상응하여 인스트루먼트가 그립 동작을 수행하도록 인스트루먼트를 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부는, 인스트루먼트의 그립 동작에 따라 인스트루먼트에 가해지는 반력에 관한 정보를 수신하여, 포스 피드백(force feedback)이 구현될 수 있도록 구동력의 크기를 더 조절할 수 있다.The surgical robot can use the sensing signal outputted from the force sensor to control the instrument so that the instrument performs the grip operation corresponding to the grip operation of the user. In this case, the control unit can receive information on the reaction force applied to the instrument according to the grip operation of the instrument, and further adjust the size of the driving force so that force feedback can be implemented.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스터(master)부에는 그립 조작을 입력받는 그립퍼가 설치되고, 슬레이브(slave)부에는 그립 동작을 수행하는 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술용 로봇에서 포스 피드백(force feedback)을 구현하는 방법으로서, 그립퍼는, 서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 그립 요소와, 한 쌍의 그립 요소가 벌어지도록 한 쌍의 그립 요소 중 어느 하나에 구동력을 인가하는 구동부와, 한 쌍의 그립 요소 중 어느 하나 이상에 설치되어 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 포스 센서를 포함하며, (a) 센싱신호를 수신하는 단계, 및 (b) 사용자의 그립 조작에 의한 힘이 커질수록 구동력의 크기가 작아지도록, 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 제어방법이 제공된다. 한 쌍의 그립 요소는 소정의 지지점에 각각 결합되어 집게 구조를 이룰 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surgical robot having a gripper for receiving a grip operation and a surgical instrument for performing a grip operation on a slave unit, wherein the gripper comprises: a pair of grip elements positioned opposite to each other; a driving section for applying a driving force to any one of the pair of grip elements so that a pair of grip elements is opened; And a force sensor that is installed at one or more of the grip elements of the grip member and outputs a sensing signal by sensing a force by a grip operation of the user, the method comprising: (a) receiving a sensing signal; and (b) And adjusting the magnitude of the driving force applied by the driving part to the second grip element such that the driving force is reduced as the force by the second driving part This method is provided. The pair of grip elements may be respectively coupled to a predetermined support point to form a clamp structure.

단계 (a) 이후에, (c) 센싱신호를 사용하여, 사용자의 그립 조작에 상응하여 인스트루먼트가 그립 동작을 수행하도록 인스트루먼트를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 단계 (c) 이후에, (d) 인스트루먼트의 그립 동작에 따라 인스트루먼트에 가해지는 반력에 관한 정보를 수신하는 단계, 및 (e) 인스트루먼트에 가해지는 반력이 커질수록 구동력의 크기가 커지도록, 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.After step (a), (c) using the sensing signal, controlling the instrument so that the instrument performs the grip operation in accordance with the user's grip operation. In this case, after step (c): (d) receiving information about the reaction force applied to the instrument in accordance with the grip operation of the instrument; and (e) increasing the reaction force applied to the instrument And adjusting the magnitude of the driving force applied by the driving unit to the second grip element.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and the detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 그립 요소에 설치된 포스 센서와 한 쌍의 그립 요소 중 어느 한쪽을 벌어지도록 할 수 있는 구동부만으로 그립퍼의 개폐를 정밀하게 제어하고 그립퍼의 개폐 정도를 파악할 수 있다. 이에 따라 서보 모터나 인코더가 필요 없고 와이어의 텐션을 정밀하게 조절할 필요가 없어 보다 간단한 구조로 마스터 그립퍼를 제작할 수 있으며, 나아가 그립퍼와 인스트루먼트 간의 포스 피드백을 더욱 용이하게 구현할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, opening and closing of the gripper can be precisely controlled by only the force sensor provided on the grip element and the driving part capable of raising either one of the pair of grip elements, and the opening and closing degree of the gripper can be grasped. Accordingly, there is no need for a servo motor or an encoder, and it is not necessary to precisely adjust the tension of a wire, so that a master gripper can be manufactured with a simpler structure, and further force feedback between a gripper and an instrument can be implemented more easily.

도 1은 종래기술에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 전체적인 구조를 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 조작에 의한 힘과 구동력 간의 관계를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 제한부를 나타낸 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도.
1 is a conceptual view showing a master gripper structure of a surgical robot according to the prior art.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the overall structure of a surgical robot according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a conceptual view showing a master gripper structure of a surgical robot according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual view showing a master gripper structure of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
5 is a conceptual view showing a master gripper structure of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a relationship between a force and a driving force by a grip operation according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram illustrating a drive restriction unit according to an embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control method of a surgical robot according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 전체적인 구조를 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, 수술용 로봇(1), 마스터부(3), 슬레이브부(5), 인스트루먼트(7), 그립퍼(10)가 도시되어 있다.2 is a conceptual diagram illustrating the overall structure of a surgical robot according to an embodiment of the present invention. 2, a surgical robot 1, a master unit 3, a slave unit 5, an instrument 7, and a gripper 10 are shown.

본 실시예는, 수술용 로봇의 마스터 핸들에 적용되는 그립퍼(gripper)에 있어서, 사용자가 그립퍼를 잡고 누르는 힘을 감지할 수 있도록 그립 요소에 포스 센서를 부착하고, 그립 요소가 벌어지는 방향으로 구동력을 인가하는 모터 등을 결합하여, 포스 센서로부터의 신호에 따라 모터의 구동력을 조절함으로써, 그립퍼의 작동(개폐)을 제어할 수 있고, 포스 센서의 신호로부터 그립퍼의 개폐 정도를 쉽게 알 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.The present embodiment is a gripper applied to a master handle of a surgical robot, in which a force sensor is attached to a grip element so that a user can grip the gripper and sense a pressing force, and a driving force is applied in a direction (Opening and closing) of the gripper can be controlled by controlling the driving force of the motor in accordance with a signal from the force sensor, and the degree of opening and closing of the gripper can be easily recognized from the signal of the force sensor .

이에 따라, 본 실시예에 따른 마스터 그립퍼 구조는, 종래의 마스터 그립퍼에서처럼 풀리 와이어의 텐션을 정밀하게 조정할 필요가 없고, 힌지축에 모터 및 인코더를 설치할 필요가 없어 간단하고 슬림한 구조로 제작이 가능하며, 포스 센서의 신호를 사용하여 용이하게 '그립퍼-인스트루먼트' 간 포스 피드백을 구현할 수 있다.Accordingly, the master gripper structure according to the present embodiment does not need to precisely adjust the tension of the pulley wire as in the conventional master gripper, and it is not necessary to provide a motor and an encoder on the hinge axis, so that a simple and slim structure can be manufactured And force feedback between 'gripper-instrument' can be easily realized using the signal of the force sensor.

본 실시예에 따른 수술용 로봇(1)은, 도 2에 도시된 것처럼 마스터부(3)와 슬레이브부(5)로 이루어지며, 마스터부(3)에는 사용자가 잡고 조작하는 그립퍼(10)가 설치되고, 슬레이브부(5)에는 마스터부(3)로부터의 사용자 조작 명령에 따라 작동되는 수술용 인스트루먼트(7)가 장착될 수 있다. 이러한 수술용 로봇(1)의 구성은 하나의 일례를 도시한 것으로서, 마스터부와 슬레이브부가 반드시 별도의 장치로 분리되어야만 하는 것은 아니며, 하나의 장치에 각 부분으로서 구분될 수도 있음은 물론이다.The surgical robot 1 according to the present embodiment includes a master unit 3 and a slave unit 5 as shown in Fig. 2. The master unit 3 is provided with a gripper 10 And the slave unit 5 may be equipped with a surgical instrument 7 which is operated according to a user operation command from the master unit 3. [ The configuration of the surgical robot 1 is merely an example, and the master part and the slave part are not necessarily separated from each other, and it is also possible that the master part and the slave part are separated as one part in one device.

인스트루먼트(7)의 말단에는 한 쌍의 죠(jaw)를 포함하는 집게 구조의 이펙터가 결합될 수 있다. 이처럼, 그립퍼(10)의 구조(집게 구조)에 상응하는 구조의 이펙터를 구비한 인스트루먼트(7)를 장착할 경우, 수술용 로봇(1) 시스템에서는 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 집게 동작을 수행함에 따라 이펙터가 사용자의 동작에 상응하는 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.At the distal end of the instrument 7, an effector of a claw structure including a pair of jaws may be combined. When the instrument 7 having the effect of the structure corresponding to the structure of the gripper 10 is mounted, the user grips the gripper 10 and performs the gripping operation in the surgical robot 1 system. So that the effector can perform an operation corresponding to the operation of the user.

이러한 수술용 로봇(1)의 '사용자 직관적' 제어에 있어서, 이하, 사용자가 그립퍼(10)의 각 부분(그립 요소)을 손가락(예를 들면, 엄지와 검지)으로 잡고 손가락을 벌리거나 오므려 한 쌍의 그립 요소가 서로 벌어지거나(개방) 오므라지도록(폐쇄) 조작하는 것을 '그립 조작'이라 하고, 그립 조작에 상응하여 이펙터(한 쌍의 죠)가 벌어지거나 오므라지도록 작동되는 것을 '그립 동작'이라 명명하여 설명한다.In the 'user intuitive' control of the surgical robot 1, a user holds each part (grip element) of the gripper 10 with a finger (for example, thumb and index finger) Gripping operation " refers to operation in which a pair of gripping elements are opened or closed (closed), and that the effector (pair of jaws) is actuated so as to open or close the gripping operation, '.

전술한 것처럼, 본 실시예에 따른 그립퍼(10)는 수술용 로봇(1)의 마스터부(3)에 구비될 수 있으며, 수술용 로봇(1)의 슬레이브부(5)에는 수술용 인스트루먼트(7)가 장착될 수 있다. 본 실시예에 따른 수술용 로봇(1)은, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 그립 조작을 입력하면, 그에 따른 신호가 인스트루먼트(7)에 전달되어 인스트루먼트(7)가 그립 동작을 수행하는 구조로 이루어질 수 있다. 이하, 그립퍼의 세부적인 구성에 관하여 상세하게 설명한다.
The gripper 10 according to the present embodiment can be provided in the master part 3 of the surgical robot 1 and the slave part 5 of the surgical robot 1 is provided with the surgical instrument 7 Can be mounted. The surgical robot 1 according to the present embodiment has a structure in which when a user holds a gripper 10 and inputs a grip operation, a signal corresponding to the grip operation is transmitted to the instrument 7 and the instrument 7 performs a grip operation Lt; / RTI > Hereinafter, the detailed structure of the gripper will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 그립퍼(10), 힌지축(12), 그립 요소(14, 16), 수용부(15, 17), 포스 센서(18), 구동부(20), 와이어(22), 구동모터(24), 제어부(30)가 도시되어 있다.FIG. 3 is a conceptual view illustrating a structure of a master gripper of a surgical robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual view illustrating a structure of a master gripper of a surgical robot according to another embodiment of the present invention. 3 and 4, the gripper 10, the hinge shaft 12, the grip elements 14 and 16, the receiving portions 15 and 17, the force sensor 18, the driving portion 20, the wires 22 A drive motor 24, and a control unit 30 are shown.

본 실시예에 따른 그립퍼(10)는 기본적으로 소정의 지지점에 각각 결합된 한 쌍의 그립 요소(14, 16)로 이루어질 수 있다. 지지점은 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 집게 구조를 이룰 수 있도록 각 그립 요소(14, 16)가 결합되는 지점으로서, 예를 들어 소정의 힌지축(12)을 중심으로 한 쌍의 그립 요소(14, 16)를 각각 회전가능하도록 결합함으로써 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 집게 구조를 이루도록 할 수 있다.The gripper 10 according to the present embodiment can basically consist of a pair of grip elements 14, 16 coupled to a respective support point. The fulcrum is the point where each grip element 14, 16 is joined, so that a pair of grip elements 14, 16 can form a gripping structure, for example a pair of grips 12, By coupling the elements 14 and 16 to be rotatable respectively, a pair of grip elements 14 and 16 can be made to have a gripping structure.

다만, 그립퍼의 구조가 반드시 도 3에 도시된 것처럼 힌지축에 한 쌍의 그립 요소가 결합된 집게 구조에만 한정되어야 하는 것은 아니며, 구성하기에 따라서는, 도 4에 예시된 것처럼, 별도의 지지점(힌지축) 없이 대향하는 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 서로 가까워지거나 멀어지는 방식으로 작동하도록 그립퍼 구조를 구현하는 것도 가능함은 물론이다.However, the structure of the gripper does not necessarily have to be limited to the grip structure in which a pair of grip elements are coupled to the hinge axis as shown in Fig. 3, and, as shown in Fig. 4, It is of course also possible to implement the gripper structure such that the pair of gripping elements 14, 16 opposed to each other without a hinge axis (i.e.

또한, 집게 구조를 이루기 위해 반드시 지지점에 힌지축을 설치해야만 하는 것은 아니며, 한 쌍의 그립 요소가 소정의 각도를 이루도록 지지점에서 서로 접합하여 'V'자 형태를 이루도록 하는 등 다양한 방식으로 집게 구조를 구현할 수 있음은 물론이다. 나아가, 집게 구조를 이루기 위해 반드시 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 모두 회전가능하도록 힌지축(12)에 결합되어야만 하는 것은 아니며, 어느 하나의 그립 요소만 회전가능하도록 힌지축에 결합되는 구조로도 집게 구조를 이룰 수 있다.In addition, the hinge axis must not necessarily be provided at the supporting point in order to achieve the clamping structure, and the clamping structure may be implemented in various ways such as joining the pair of gripping elements to each other at the supporting points so as to form a "V" Of course. Further, in order to achieve the clamping structure, the pair of grip elements 14 and 16 must not necessarily be coupled to the hinge shaft 12 so that all the grip elements 14 and 16 are rotatable, It is possible to obtain a tongue structure.

이하, 그립퍼의 구조에 대해서는, 도 3에 도시된 것처럼, 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 힌지축(12)을 중심으로 회전가능하게 결합된 집게 구조를 예로 들어 설명한다.Hereinafter, as for the structure of the gripper, a grip structure in which a pair of grip elements 14 and 16 are rotatably coupled about the hinge shaft 12 will be described as an example, as shown in Fig.

제1 그립 요소(14)와 제2 그립 요소(16)는 서로 대응되도록 각각 지지점에 결합되어 집게 구조를 이루게 되는데, 본 실시예에 따른 그립퍼(10)는 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 벌어지도록 구동력을 인가하는 구동부(20)와, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하는 포스 센서(18)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.The gripper 10 according to the present embodiment includes a pair of grip elements 14 and 16. The gripper 10 has a pair of grip elements 14 and 16, And a force sensor 18 for sensing a force of a user by a grip operation.

구동부(20)는 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 서로 벌어지도록 구동력을 인가하는데, 예를 들어 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지도록 제2 그립 요소(16)에 '잡아당기는 힘'을 부여하도록 할 수 있다. 물론, 구동부가 반드시 제2 그립 요소에만 구동력을 부여하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 그립 요소에 동시에 구동력을 인가하여 제1 그립 요소와 제2 그립 요소가 서로 벌어지도록 하는 등, 한 쌍의 그립 요소 중 어느 하나(본 실시예에서는, 제2 그립 요소)에 결과적으로 구동력이 인가되는 구조로 구현할 수도 있다.The driving part 20 applies a driving force such that a pair of grip elements 14 and 16 spread apart from each other. For example, the second grip element 16 is extended from the first grip element 14 16) can be given a "pulling force". Of course, the driving force is not necessarily limited to the driving force exerted only on the second grip element. It is also possible to apply a driving force to the pair of grip elements at the same time so that the first grip element and the second grip element are opened to each other. The driving force may be applied to any one of the grip elements (the second grip element in this embodiment) as a result.

이를 위해, 도 3에 도시된 것처럼, 구동모터(24)를 설치하고 구동모터(24)와 제2 그립 요소(16)를 와이어(22)나 로드 등과 같은 결합수단으로 연결하여, 구동모터(24)를 작동시킴에 따라 와이어(22)에 인장력이 가해져 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지도록 구동력을 인가할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 결합수단으로서 와이어가 사용된 경우를 예로 들어 설명하나, 결합수단이 반드시 와이어에 한정되는 것은 아님은 물론이다.3, a drive motor 24 is installed and the drive motor 24 and the second grip element 16 are connected to each other by a coupling means such as a wire 22 or a rod, To apply a tensile force to the wire 22 to apply a driving force such that the second grip element 16 flares from the first grip element 14. Hereinafter, in this embodiment, a case where a wire is used as a coupling means is described as an example, but the coupling means is not necessarily limited to a wire.

이처럼, 구동모터(24)와 와이어(22)를 사용하여 구동부(20)를 구성할 경우, 본 실시예에 따른 구동모터(24)는 제1 그립 요소(14)로부터 제2 그립 요소(16)를 잡아당기는 방향으로(그립퍼(10)가 벌어지는 쪽으로) 힘을 가할 수만 있으면 되므로, 종래 그립퍼 구조에 사용되었던 서보 모터와 같이 양방향 회전을 제어할 수 있는 고가의 정교한 모터를 사용할 필요가 없으며, 회전식 모터가 아니더라도 제2 그립 요소(16)에 한쪽 방향으로 힘을 부여할 수 있는 다양한 형태의 모터(예를 들면, 리니어 모터)를 사용할 수도 있어, 간단하고 저렴하게 그립퍼를 제작할 수 있게 된다.When the drive unit 20 is constructed using the drive motor 24 and the wire 22 as described above, the drive motor 24 according to the present embodiment is configured to move from the first grip component 14 to the second grip component 16, It is not necessary to use an expensive and precise motor which can control the bidirectional rotation like the servo motor used in the conventional gripper structure, and it is not necessary to use a rotary motor (not shown) Various types of motors (for example, linear motors) capable of applying a force to the second grip element 16 in one direction can be used, so that the gripper can be manufactured simply and inexpensively.

또한, 종래의 그립퍼 구조에서는 풀리 와이어의 텐션을 정밀하게 조절해야만 그립퍼가 원활하게 작동될 수 있었으나, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에서 와이어(22)는 잡아당기는 힘(인장력)을 전달하는 역할만 수행하므로 되므로, 와이어(22)의 텐션을 조절할 필요가 없다는 장점이 있다.Further, in the conventional gripper structure, the gripper can be smoothly operated only by precisely adjusting the tension of the pulley wire. However, in the gripper structure according to the present embodiment, the wire 22 only performs the role of transmitting the pulling force There is an advantage that it is not necessary to adjust the tension of the wire 22.

포스 센서(18)는 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하는 역할을 하는데, 예를 들어, 그립 조작을 위해 사용자가 그립퍼(10)를 잡았을 때 사용자의 손가락이 닿는 부위(예를 들면, 제2 그립 요소(16)상의 특정 부위)에 포스 센서(18)가 설치될 수 있다.The force sensor 18 serves to sense the force of the user by the grip operation. For example, when the user holds the gripper 10 for grip operation, the force sensor 18 detects a portion of the user's finger The force sensor 18 may be installed at a specific location on the grip element 16).

그립퍼(10)는 사용자가 손가락으로 잡고 그립 조작을 하는 입력 디바이스 이므로, 도 3에 도시된 것처럼, 각 그립 요소(14, 16)에는 사용자의 손가락(예를 들면, 엄지와 검지)이 삽입될 수 있도록 수용부(15, 17)가 형성될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 포스 센서(18)는 수용부(15, 17) 내에 사용자의 손가락에 접촉되는 부위에 설치될 수 있다.Since the gripper 10 is an input device that the user grips with his / her fingers and performs a grip operation, a user's finger (e.g., thumb and index finger) can be inserted into each of the grip elements 14 and 16 The receiving portions 15 and 17 may be formed. In this case, the force sensor 18 according to the present embodiment can be installed in the receiving portion 15, 17 at a portion contacting the user's finger.

포스 센서(18)는 그립 조작 과정에서 사용자가 손가락으로 누르는 힘을 감지하여 그에 상응하는 센싱신호를 출력하는 센서로서, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에서는 이러한 센싱신호를 사용하여 그립퍼(10)의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.The force sensor 18 is a sensor that senses a force that the user presses with a finger in a grip operation process and outputs a sensing signal corresponding to the force. In the gripper structure according to the present embodiment, the grip sensor 10 And the like.

그립퍼 구조의 작동을 컨트롤하는 제어부(30)에서는, 포스 센서(18)로부터의 센싱신호를 받아, 사용자가 얼마만큼의 힘으로 그립 조작을 하는지 여부를 판단하고, 그에 맞춰 그립퍼(10)(한 쌍의 그립 요소(14, 16))가 오므라지도록(또는 벌어지도록), 구동력의 크기를 조절한다. 여기서, 제어부(30)는 그립퍼(10)의 제어만을 위해 별도로 구비된 프로세서일 수도 있고, 수술용 로봇(1)의 전체적인 제어를 위한 메인 컨트롤러의 일부 모듈로서 구현될 수도 있다.The control unit 30 that controls the operation of the gripper structure receives the sensing signal from the force sensor 18 to determine how much force the user performs grip operation and adjusts the gripper 10 (Or the grip elements 14, 16 of the first and second grippers 14, 16) are twisted (or widened). Here, the control unit 30 may be a separate processor for controlling the gripper 10, or may be implemented as a part of the main controller for overall control of the surgical robot 1. [

즉, 전술한 바와 같이 구동부(20)가 제2 그립 요소(16)를 잡아당겨 그립퍼(10)가 벌어지도록 한 상태에서, 사용자가 포스 센서(18)에 힘을 가하여 센싱신호가 출력되면, 제어부(30)는 이에 따라 구동력의 크기를 줄임으로써, 사용자의 그립력에 의해 그립퍼(10)가 오므라지도록 제어하게 된다. 제어부(30)의 구체적인 구동방식에 관하여는 후술하는 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
That is, when the user applies a force to the force sensor 18 and outputs a sensing signal in a state in which the driving unit 20 pulls the second grip element 16 to open the gripper 10 as described above, The gripper 30 controls the gripper 10 to be dislocated by the grip force of the user by reducing the size of the driving force. The specific driving method of the control unit 30 will be described in more detail with reference to FIG. 6 to be described later.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 나타낸 개념도이다. 도 5를 참조하면, 그립퍼(10), 힌지축(12), 그립 요소(14, 16), 수용부(15, 17), 포스 센서(18), 구동부(20), 전자석(26, 28), 제어부(30)가 도시되어 있다.5 is a conceptual view illustrating a master gripper structure of a surgical robot according to another embodiment of the present invention. 5, the gripper 10, the hinge shaft 12, the grip elements 14 and 16, the receiving portions 15 and 17, the force sensor 18, the driving portion 20, the electromagnets 26 and 28, , And a control unit 30 are shown.

도 5에는 구동부(20)의 다른 실시예가 예시되어 있다. 전술한 바와 같이 구동부(20)는 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지는 방향으로 구동력을 인가하는 역할을 하는데, 이를 위해, 도 5에 도시된 것처럼, 한 쌍의 그립 요소(14, 16)에 각각 서로 마주보도록 한 쌍의 전자석(26, 28)을 결합하되, 한 쌍의 전자석(26, 28)은 서로 밀어내는 힘, 즉 척력을 인가하도록 함으로써, 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지는 방향으로 구동력을 인가할 수 있다.5 shows another embodiment of the driving unit 20. In Fig. As described above, the driving portion 20 serves to apply a driving force in a direction in which the second grip element 16 extends from the first grip element 14. To this end, as shown in Fig. 5, The pair of electromagnets 26 and 28 are coupled to the elements 14 and 16 so as to face each other so that the pair of electromagnets 26 and 28 apply a pushing force to each other, The driving force can be applied in the direction in which the first gripping element 16 extends from the first gripping element 14.

이처럼, 한 쌍의 그립 요소(14, 16) 사이에 전자석(26, 28)을 배치하고 전자석(26, 28)끼리 서로 척력이 작용하도록 함으로써, 전술한 구동부(20)(구동모터(24)와 와이어(22))가 '잡아당기는 힘'을 인가하는 것과 마찬가지의 메커니즘을 구현할 수 있다.As described above, the electromagnets 26 and 28 are disposed between the pair of grip elements 14 and 16, and the repulsive force acts between the electromagnets 26 and 28. The drive unit 20 (The wire 22) is applied with a "pulling force".

이 경우, 전자석(26, 28)에 공급되는 전류의 세기를 조절하여 자력의 크기를 조절함으로써, 구동력의 크기를 조절할 수 있다.
In this case, by adjusting the magnitude of the magnetic force by adjusting the intensity of the electric current supplied to the electromagnets 26 and 28, the magnitude of the driving force can be adjusted.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 조작에 의한 힘과 구동력 간의 관계를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a relationship between a force and a driving force by a grip operation according to an embodiment of the present invention.

전술한 것처럼, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에서는 포스 센서(18)로부터의 센싱신호를 사용하여 그립퍼(10)의 작동을 제어하게 된다. 즉, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 눌러 포스 센서(18)에 힘을 가하면 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 오므라지도록 하고, 사용자가 그립퍼(10)를 잡았던 힘을 해제하면 한 쌍의 그립 요소(14, 16)가 다시 벌어지도록 제어하는 것이다.As described above, in the gripper structure according to the present embodiment, the sensing signal from the force sensor 18 is used to control the operation of the gripper 10. That is, when a user holds the gripper 10 and applies force to the force sensor 18, the pair of grip elements 14 and 16 are broken. When the user releases the force holding the gripper 10, And controls the grip elements 14 and 16 to re-open.

본 실시예에 따른 제어부(30)는, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 누르면(즉, 센싱신호에 의해 그립 조작에 의한 힘이 커진 것으로 감지되면), 구동부(20)가 제2 그립 요소(16)를 잡아당기는 힘을 줄여(도 6의 'A' 구간), 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14) 쪽으로 접근할 수 있도록 함으로써, 그립퍼(10)가 오므라지도록 제어할 수 있다.The control unit 30 according to the present embodiment controls the driving unit 20 so that the second gripping element 16 (see FIG. 1) is held by the user when the user grips the gripper 10 The second grip element 16 can be moved toward the first grip element 14 so that the gripper 10 can be controlled to be pinched by reducing the pulling force of the second grip element 16 .

또한, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 누르는 힘을 해제하면(즉, 센싱신호에 의해 그립 조작에 의한 힘이 작아진 것으로 감지되면), 구동부(20)의 구동력을 다시 원래대로 크게 하여(도 6의 'B' 구간), 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 이격되도록 함으로써, 그립퍼(10)가 벌어지도록 제어할 수 있다.When the user holds the gripper 10 and releases the pressing force (that is, when it is detected that the force due to the grip operation is reduced by the sensing signal), the driving force of the driving unit 20 is increased again The second grip element 16 is separated from the first grip element 14 so that the gripper 10 can be controlled to be opened.

정리하면, 본 실시예에 따른 제어부(30)는, 사용자가 그립퍼(10)를 잡는 동작을 하면, (포스 센서(18)로부터 신호를 받아) 구동부(20)의 잡아당기는 힘을 줄이고, 사용자가 잡고 있던 그립퍼(10)로부터 손가락을 떼면 구동부(20)가 다시 (초기 상태처럼) 잡아당기는 힘을 인가하도록 구동력의 크기를 조절할 수 있다.In summary, the control unit 30 according to the present embodiment reduces the pulling force of the driving unit 20 (receiving a signal from the force sensor 18) when the user grasps the gripper 10, When the finger is released from the holding gripper 10, the magnitude of the driving force can be adjusted so that the driving unit 20 applies a pulling force again (as in the initial state).

한편, 본 실시예와 같이 포스 센서(18)의 센싱신호에 의해 제어되는 그립퍼(10)를 사용함으로써, 수술용 로봇(1)의 제어 과정에서 포스 피드백(force feedback)을 보다 쉽게 구현할 수 있다. 즉, 그립퍼(10)에 대한 사용자 조작(그립 조작)에 의해 제어되는 인스트루먼트(7)의 작동(그립 동작) 과정에서, 이펙터가 물체를 집었을 때 이펙터에 가해지는 반력을 그립퍼(10)의 작동에 반영함으로써, 사용자는 마치 자신의 손으로 물체를 집은 것과 같은 반력을 느끼면서 그립 조작을 수행할 수 있어 보다 직관적인 로봇 수술이 가능하게 된다.By using the gripper 10 controlled by the sensing signal of the force sensor 18 as in the present embodiment, force feedback can be implemented more easily in the control process of the surgical robot 1. [ That is, during the operation (grip operation) of the instrument 7 controlled by the user operation (grip operation) on the gripper 10, the reaction force applied to the effector when the effector picks up the object is transmitted to the gripper 10 The user can perform the gripping operation while feeling the same reaction force as if the user holds his / her hand with his / her hand, thereby enabling a more intuitive robot operation.

먼저, 본 실시예에 따른 수술용 로봇(1)은, 포스 센서(18)로부터 출력되는 센싱신호를 사용하여, 그립퍼(10)의 작동을 제어할 뿐만 아니라, 슬레이브부(5)에 장착된 수술용 인스트루먼트(7)가 사용자의 그립 조작에 상응하여 그립 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.First, the surgical robot 1 according to the present embodiment controls not only the operation of the gripper 10 using the sensing signal outputted from the force sensor 18, but also the operation of the slave unit 5 So that the instrument 7 can control the grip operation in accordance with the grip operation of the user.

즉, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 눌러 포스 센서(18)로부터 센싱신호가 출력되면, 구동력을 조절하여 그립퍼(10)가 오므라지도록 할 뿐만 아니라, 인스트루먼트(7)(이펙터) 또한 오므라지도록 할 수 있으며, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 누르는 힘을 해제하여 포스 센서(18)로부터 센싱신호가 출력되면, 구동력을 조절하여 그립퍼(10)가 벌어지도록 할 뿐만 아니라, 인스트루먼트(7)(이펙터) 또한 벌어지도록 할 수 있다.That is, when the user holds the gripper 10 and outputs a sensing signal from the force sensor 18, the driving force is adjusted so that the gripper 10 is not only broken but also the instrument 7 (effector) When the user holds the gripper 10 and releases the pressing force and outputs a sensing signal from the force sensor 18, the grip 7 is not only opened by adjusting the driving force, but also the instrument 7 Can be opened.

이처럼, 그립 요소에 포스 센서(18)를 설치함으로써, 그립퍼(10)에 대한 사용자의 그립 조작에 따라 그립퍼(10)의 작동뿐만 아니라 인스트루먼트(7)의 작동까지 서로 상응하도록 제어할 수 있다.As described above, by providing the force sensor 18 on the grip element, it is possible to control not only the operation of the gripper 10 but also the operation of the instrument 7 according to the user's grip operation with respect to the gripper 10.

나아가, 인스트루먼트(7)의 그립 동작을 제어하는 과정에서 이펙터가 물체를 집게 되면 그에 따라 이펙터에 반력이 작용하게 되는데, 본 실시예에 따른 수술용 로봇(1)은 이펙터에 작용하는 반력값을 파악하여 그립퍼(10)의 조작 과정에 이 반력이 반영되도록 제어할 수 있다. 즉 포스 피드백 제어를 구현할 수 있다.In addition, when the effector grips the object in the process of controlling the grip operation of the instrument 7, the reaction force acts on the effector. The surgical robot 1 according to the present embodiment grasps the reaction force value acting on the effector So that this reaction force is reflected in the operation process of the gripper 10. That is, force feedback control can be implemented.

이를 위해, 본 실시예에 따른 제어부(30)는 그립 동작 과정에서 인스트루먼트(7)에 가해지는 반력에 관한 정보를 수신하여, 이 반력이 반영되도록 그립퍼(10)의 작동을 제어할 수 있다.To this end, the control unit 30 according to the present embodiment can receive the information about the reaction force applied to the instrument 7 during the grip operation and control the operation of the gripper 10 so that the reaction force is reflected.

예를 들어, 인스트루먼트(7)가 딱딱한 물체를 집어 이펙터에 작용하는 반력이 커지면, 제어부(30)는 구동부(20)가 제2 그립 요소(16)를 잡아당기는 힘을 크게 하여 그립퍼(10)가 잘 오므라지지 않도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 마치 자신의 손으로 딱딱한 물체를 집은 것과 같은 느낌을 받을 수 있다.For example, when the instrument 7 picks up a rigid object and the reaction force acting on the effector becomes large, the control unit 30 increases the pulling force of the second gripping element 16 by the driving unit 20 so that the gripper 10 It can be controlled so that it does not come off well. Accordingly, the user can feel as if he or she is holding a hard object with his or her hand.

또한, 인스트루먼트(7)가 물렁물렁한 물체를 집어 이펙터에 작용하는 반력이 작아지면, 제어부(30)는 구동부(20)의 구동력을 작게 하여 그립퍼(10)가 잘 오므라지도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 마치 자신의 손으로 물렁물렁한 물체를 집은 것과 같은 느낌을 받을 수 있다.In addition, when the reaction force acting on the effector by the instrument 7 is picked up by the instrument 7, the control unit 30 can reduce the driving force of the driving unit 20 and control the gripper 10 to be tight. Accordingly, the user can feel as if he or she is holding a soft object with his / her hand.

정리하면, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에서는, 인스트루먼트(7)의 그립 동작 과정에서 이펙터에 가해지는 반력에 관한 정보에 따라 그립퍼(10)에 작용하는 구동력의 크기가 조절되므로, 포스 피드백 제어를 용이하게 구현할 수 있다.
In summary, in the gripper structure according to the present embodiment, since the magnitude of the driving force acting on the gripper 10 is adjusted in accordance with the information about the reaction force applied to the effector in the grip operation of the instrument 7, .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 제한부를 나타낸 개념도이다. 도 7을 참조하면, 그립퍼(10), 힌지축(12), 그립 요소(14, 16), 포스 센서(18), 구동부(20), 구동 제한부(40)가 도시되어 있다.7 is a conceptual diagram illustrating a driving restriction unit according to an embodiment of the present invention. Referring to Fig. 7, the gripper 10, the hinge shaft 12, the grip elements 14 and 16, the force sensor 18, the driving portion 20, and the driving restriction portion 40 are shown.

한편, 구동부(20)가 제2 그립 요소(16)를 잡아당기는 방향으로 구동력을 인가하면, 제2 그립 요소(16)는 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지게 되는데, 이에 따라 그립퍼(10)가 필요 이상으로, 즉 사용자가 그립 조작을 하는 것이 어려워질 정도로 벌어질 우려가 있다.On the other hand, when the driving force is applied in the direction in which the driving unit 20 pulls the second grip element 16, the second grip element 16 is opened from the first grip element 14, There is a fear that the gripping operation is likely to take place more than necessary, that is, the gripping operation of the user becomes difficult.

이에, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에는, 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 소정의 기준치 이상으로 벌어지는 것을 억제할 수 있도록, 구동 제한부(40)가 더 설치될 수 있다.Thus, in the gripper structure according to the present embodiment, the drive limiting portion 40 can be further installed so that the second gripping element 16 can be prevented from spreading beyond the predetermined reference value from the first gripping element 14 have.

구동 제한부(40)는 구동력과 반대 방향의 힘을 제2 그립 요소(16)에 인가함으로써 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지는 것을 제한하는 역할을 하는데, 이를 위해, 도 7에 도시된 것처럼 제2 그립 요소(16)가 탄성체에 탄지, 즉 탄성적으로 지지되도록 탄성체를 설치할 수 있다.The drive limiting portion 40 serves to restrict the second grip element 16 from being extended from the first grip element 14 by applying a force in the opposite direction to the driving force to the second grip element 16, , An elastic body may be provided so that the second grip element 16 is resiliently supported, that is, resiliently supported, as shown in Fig.

구동 제한부(40)로서 설치되는 탄성체는, 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)에 대해 미리 설정된 기준치로 이상으로 벌어지는 것을 방지할 수 있도록, 제2 그립 요소(16)가 기준치만큼 벌어졌을 때에 발휘되는 탄성력이 구동부(20)의 구동력보다 커질 정도의 탄성력을 가진 탄성체를 사용할 수 있다.The elastic body provided as the drive limiting portion 40 is provided with a second gripping element 16 so as to prevent the second gripping element 16 from spreading abnormally to a preset reference value for the first gripping element 14. [ It is possible to use an elastic body having an elastic force such that the elastic force exerted when widened by the reference value is greater than the driving force of the driving section 20. [

이로써, 기준치까지는 구동력에 의해 제2 그립 요소(16)가 제1 그립 요소(14)로부터 벌어지다가, 기준치까지 벌어졌을 때에는 구동 제한부(40)의 탄성력에 의해 제2 그립 요소(16)가 벌어지는 것이 억제될 수 있다.As a result, when the second grip element 16 is extended from the first grip element 14 by the driving force to the reference value and then is opened up to the reference value, the second grip element 16 is opened by the elastic force of the drive restriction portion 40 Can be suppressed.

한편, 구동 제한부(40)에 의해 제2 그립 요소(16)의 벌어짐이 억제된 상태일지라도, 사용자가 그립퍼(10)를 잡고 벌리는 방향으로 힘을 가하여 사용자에 의한 힘이 탄성력보다 커지게 되면 그립퍼(10)가 기준치보다 더 벌어질 수도 있다.If the force applied by the user is greater than the elastic force by applying a force in a direction to hold the gripper 10 even if the extension of the second grip element 16 is suppressed by the drive restricting portion 40, (10) may be wider than the reference value.

따라서, 본 실시예에 따른 그립퍼(10)는 구동 제한부(40)로 인하여, 기준치까지만 벌어진 상태를 유지하다가, 사용자의 그립 조작에 의해 (오므라지는 조작은 물론이고) 벌어지는 조작도 가능하게 된다.
Therefore, the gripper 10 according to the present embodiment maintains a state in which the gripper 10 is opened up to the reference value owing to the drive restricting portion 40, so that the gripper 10 according to the present embodiment can be operated by the grip operation of the user (not only the gripping operation).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a control method of a surgical robot according to an embodiment of the present invention.

이하, 전술한 마스터 그립퍼 구조가 구비된 수술용 로봇에서 그립퍼(10)를 제어하는 방법, 그립퍼(10)의 작동에 따라 인스트루먼트(7)의 그립 동작을 제어하는 방법 및 인스트루먼트(7)의 작동에 따라 그립퍼(10)에 포스 피드백을 구현하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of controlling the gripper 10 in a surgical robot provided with the above-described master gripper structure, a method of controlling the gripping operation of the instrument 7 according to the operation of the gripper 10, A method of implementing force feedback in the gripper 10 will be described.

사용자가 그립퍼(10)를 잡고 조작함에 따라 그립 요소에 설치된 포스 센서(18)로부터 센싱신호가 출력되는데, 그립퍼(10)를 제어하는 제어부(30)에서는 센싱신호를 수신한다(S10).As the user grips the gripper 10, a sensing signal is output from the force sensor 18 mounted on the grip element. The control unit 30, which controls the gripper 10, receives the sensing signal (S10).

센싱신호로부터 사용자의 그립 조작에 따른 힘을 파악하여, 그립 조작의 힘이 커질수록 구동부(20)의 구동력의 크기가 작아지도록 구동력을 조절함으로써(S20), 그립퍼(10)가 오므라지도록 제어한다. 센싱신호로부터, 사용자의 그립 조작에 따른 힘이 작아지면, 구동력의 크기가 커지도록 함으로써 그립퍼(10)가 다시 벌어지도록 제어할 수 있음은 물론이다.(20) by controlling the driving force so that the driving force of the driving part (20) becomes smaller as the force of the grip operation becomes greater, and controls the gripper (10) to be broken. It goes without saying that, when the force due to the grip operation by the user becomes smaller from the sensing signal, the gripper 10 can be controlled to be opened again by increasing the driving force.

이처럼, 포스 센서(18)와 구동부(20)가 구비된 본 실시예에 따른 그립퍼(10)는, 사용자에 의한 그립 조작에 따라 그 작동(벌어짐, 오므라짐)이 제어될 수 있다.The operation of the gripper 10 according to the present embodiment including the force sensor 18 and the driving unit 20 can be controlled according to the grip operation by the user.

포스 센서(18)로부터 출력되는 센싱신호는 그립퍼(10)의 작동뿐만 아니라, 수술용 로봇에 장착된 인스트루먼트(7)의 제어에도 사용될 수 있다. 즉, 사용자의 그립 조작에 따라 포스 센서(18)로부터 센싱신호가 출력되면, 이를 사용하여 인스트루먼트(7)가 (그립 조작에 상응하는) 그립 동작을 수행하도록 제어할 수 있다(S30).The sensing signal outputted from the force sensor 18 can be used not only for the operation of the gripper 10 but also for the control of the instrument 7 mounted on the surgical robot. That is, if a sensing signal is output from the force sensor 18 in response to a user's grip operation, the instrument 7 can control the grip 7 to perform a grip operation (S30).

즉, 센싱신호로부터 사용자의 그립 조작에 따른 힘을 파악하여, 그립 조작의 힘이 커질수록 이펙터 또한 오므라지도록 하고, 사용자의 그립 조작에 따른 힘이 작아지면, 이펙터 또한 벌어지도록 할 수 있다.In other words, the force due to the grip operation of the user is grasped from the sensing signal, and as the force of the grip operation becomes greater, the effect is also disturbed. When the force of the grip operation of the user becomes smaller, the effector can be widened.

나아가, 본 실시예에 따른 마스터 그립퍼 구조는 '그립퍼-인스트루먼트' 간에 포스 피드백 제어를 구현하는 것도 용이하게 할 수 있는데, 그립퍼(10)의 작동에 상응하여 인스트루먼트(7)가 그립 동작을 수행하도록 하는 과정에서 인스트루먼트(7)에 가해지는 반력을 감지하고(S40), 감지된 반력값이 그립퍼(10)의 작동에 반영되도록 함으로써 포스 피드백을 구현할 수 있다.Furthermore, the master gripper structure according to the present embodiment can also facilitate the implementation of force feedback control between 'gripper-instruments', allowing the instrument 7 to perform a grip operation in response to the operation of the gripper 10 Force feedback can be implemented by detecting the reaction force applied to the instrument 7 in step S40 and reflecting the sensed reaction force value to the operation of the gripper 10. [

즉, 인스트루먼트(7)에 가해지는 반력이 커질수록 구동부(20)의 구동력을 크게 함으로써 그립퍼(10)가 잘 오므라지지 않도록, 인스트루먼트(7)에 가해지는 반력이 작아질수록 구동부(20)의 구동력을 작게 함으로써 그립퍼(10)가 잘 오므라지도록, 구동력의 크기를 조절하여(S50), 인스트루먼트(7)에 가해지는 반력이 그립퍼(10)에 그대로 전달되도록 할 수 있으며, 이에 따라 사용자는 마치 손으로 직접 물체를 집는 것과 같은 느낌을 받으면서 로봇 수술을 수행할 수 있다.
That is, as the reaction force applied to the instrument 7 is increased, the driving force of the driving unit 20 is increased so that the gripper 10 is not shrunk smoothly. As the reaction force applied to the instrument 7 becomes smaller, The reaction force applied to the instrument 7 can be transmitted to the gripper 10 as it is by adjusting the driving force so that the gripper 10 is tightly closed Robotic surgery can be performed while feeling the same as holding the object directly.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1 : 수술용 로봇 3 : 마스터부
5 : 슬레이브부 7 : 인스트루먼트
10 : 그립퍼 12 : 힌지축
14, 16 : 그립 요소 15, 17 : 수용부
18 : 포스 센서 20 : 구동부
22 : 와이어 24 : 구동모터
26, 28 : 전자석 30 : 제어부
40 : 구동 제한부
1: surgical robot 3: master part
5: Slave part 7: Instrument
10: gripper 12: hinge shaft
14, 16: grip element 15, 17:
18: Force sensor 20:
22: wire 24: drive motor
26, 28: electromagnet 30:
40:

Claims (15)

수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술용 로봇의 마스터부에 구비되며, 상기 인스트루먼트가 그립(grip) 동작을 수행하도록 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서,
제1 그립 요소(grip element)와;
상기 제1 그립 요소에 대향하여 위치하는 제2 그립 요소와;
상기 제1 그립 요소에 대해 벌어지는 방향으로 상기 제2 그립 요소에 구동력을 인가하는 구동부와,
상기 제1 그립 요소 및 상기 제2 그립 요소 중 어느 하나 이상에 결합되며, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 포스 센서(force sensor)와;
상기 센싱신호를 수신하여 상기 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
사용자의 그립 조작에 의한 힘이 커질수록 상기 구동력을 작게 하여 상기 제2 그립 요소가 상기 제1 그립 요소에 접근하도록 하고, 사용자의 그립 조작에 의한 힘이 작아질수록 상기 구동력을 크게 하여 상기 제2 그립 요소가 상기 제1 그립 요소로부터 벌어지도록 하고,
상기 구동부는,
상기 제1 그립 요소에 결합되는 제1 전자석과;
상기 제1 전자석에 대향하여 상기 제2 그립 요소에 결합되며, 상기 제1 전자석에 대해 척력을 인가하는 제2 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
A gripper structure provided on a master part of a surgical robot on which a surgical instrument is mounted and adapted to receive a grip operation from a user so that the instrument performs a grip operation,
A first grip element;
A second grip element positioned opposite the first grip element;
A driving unit for applying a driving force to the second grip element in a direction to widen toward the first grip element,
A force sensor coupled to at least one of the first grip element and the second grip element and configured to sense a force generated by a user's grip operation and output a sensing signal;
And a controller for receiving the sensing signal and adjusting a magnitude of driving force applied by the driving unit to the second grip element,
Wherein,
The driving force is reduced and the second grip element approaches the first grip element as the force by the grip operation of the user becomes larger. As the force by the grip operation of the user becomes smaller, the driving force is increased, Causing the grip element to extend from the first grip element,
The driving unit includes:
A first electromagnet coupled to the first grip element;
And a second electromagnet coupled to the second grip element opposite to the first electromagnet and applying a repulsive force to the first electromagnet.
제1항에 있어서,
상기 제1 그립 요소 및 상기 제2 그립 요소는 소정의 지지점에 각각 결합되어 집게 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the first grip element and the second grip element are coupled to a predetermined support point, respectively, to form a grip structure.
제2항에 있어서,
상기 지지점은 힌지축을 포함하고, 상기 제1 그립 요소 및 상기 제2 그립 요소 중 적어도 하나 이상은 상기 힌지축에 회전가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
3. The method of claim 2,
Wherein the support point includes a hinge axis, and at least one of the first grip element and the second grip element is rotatably coupled to the hinge shaft.
제1항에 있어서,
상기 제1 그립 요소 및 상기 제2 그립 요소에는 사용자의 손가락이 삽입될 수 있는 수용부가 형성되며, 상기 포스 센서는 사용자의 손가락에 접촉되도록 상기 수용부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the first grip element and the second grip element are formed with receiving portions into which the user's fingers can be inserted, and the force sensor is installed in the receiving portion to contact the user's finger Gripper structure.
제1항에 있어서, 상기 구동부는,
상기 제2 그립 요소에 일단부가 결합되는 결합수단과;
상기 결합수단의 타단부에 결합되며, 상기 결합수단에 인장력을 가하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The driving apparatus according to claim 1,
An engaging means having one end joined to the second grip element;
And a driving motor coupled to the other end of the coupling means and applying a tensile force to the coupling means.
제1항에 있어서, 상기 구동부는,
상기 제1 그립 요소 및 상기 제2 그립 요소에 구동력을 인가하여 상기 제1 그립 요소와 상기 제2 그립 요소가 서로 벌어지도록 하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The driving apparatus according to claim 1,
Wherein a driving force is applied to the first grip element and the second grip element to cause the first grip element and the second grip element to flare each other.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 그립 요소가 상기 제1 그립 요소에 대해 소정의 기준치 이상으로 벌어지는 것을 억제할 수 있도록, 상기 구동력과 반대 방향의 힘을 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동 제한부를 더 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The method according to claim 1,
Further comprising a drive restricting portion for applying a force in a direction opposite to the driving force to the second grip element so that the second grip element can be prevented from spreading beyond the predetermined reference value with respect to the first grip element, The master gripper structure.
제9항에 있어서, 상기 구동 제한부는,
상기 제2 그립 요소를 탄지하며, 상기 제2 그립 요소가 상기 제1 그립 요소에 대해 소정의 기준치로 벌어졌을 때 상기 구동력보다 큰 탄성력을 인가하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
10. The apparatus according to claim 9,
And an elastic body that elastically urges the second grip element and applies an elastic force greater than the driving force when the second grip element is opened at a predetermined reference value with respect to the first grip element. rescue.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 인스트루먼트의 그립 동작에 따라 상기 인스트루먼트에 가해지는 반력에 관한 정보를 수신하여, 포스 피드백(force feedback)이 구현될 수 있도록 상기 구동력의 크기를 더 조절하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit further receives the information on the reaction force applied to the instrument according to the grip operation of the instrument and further adjusts the size of the driving force so that force feedback can be implemented. The master gripper structure.
마스터(master)부에는 그립 조작을 입력받는 그립퍼가 설치되고, 슬레이브(slave)부에는 그립 동작을 수행하는 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술용 로봇에서 포스 피드백(force feedback)을 구현하는 방법으로서,
상기 그립퍼는, 서로 대향하여 위치하는 한 쌍의 그립 요소와, 상기 한 쌍의 그립 요소가 벌어지도록 상기 한 쌍의 그립 요소 중 어느 하나에 구동력을 인가하는 구동부와, 상기 한 쌍의 그립 요소 중 어느 하나 이상에 설치되어 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 포스 센서를 포함하며,
상기 구동부는,
상기 제1 그립 요소에 결합되는 제1 전자석과;
상기 제1 전자석에 대향하여 상기 제2 그립 요소에 결합되며, 상기 제1 전자석에 대해 척력을 인가하는 제2 전자석을 포함하고,
(a) 상기 센싱신호를 수신하는 단계; 및
(b) 사용자의 그립 조작에 의한 힘이 커질수록 상기 구동력의 크기가 작아지도록, 상기 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하고,
사용자의 그립 조작에 의한 힘이 작아질수록 상기 구동력의 크기가 커지도록, 상기 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 제어방법.
A method for implementing force feedback in a surgical robot in which a gripper for receiving a grip operation is installed in a master unit and a surgical instrument for performing a grip operation is mounted in a slave unit,
Wherein the gripper includes a pair of grip elements positioned opposite to each other and a driving unit that applies a driving force to any one of the pair of grip elements so that the pair of grip elements is opened, And a force sensor which is installed at one or more positions and outputs a sensing signal by sensing a force by a user's grip operation,
The driving unit includes:
A first electromagnet coupled to the first grip element;
And a second electromagnet coupled to the second grip element opposite the first electromagnet and applying a repulsive force to the first electromagnet,
(a) receiving the sensing signal; And
(b) adjusting a magnitude of a driving force applied to the second grip element by the driving part so that the driving force becomes smaller as the force by the user's grip operation becomes larger,
And adjusting a magnitude of a driving force applied to the second grip element by the driving unit such that a magnitude of the driving force increases as a force by a user's grip operation becomes smaller.
제12항에 있어서,
상기 한 쌍의 그립 요소는 소정의 지지점에 각각 결합되어 집게 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 제어방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the pair of grip elements are coupled to a predetermined support point to form a gripping structure.
제12항에 있어서,
상기 단계 (a) 이후에,
(c) 상기 센싱신호를 사용하여, 사용자의 그립 조작에 상응하여 상기 인스트루먼트가 그립 동작을 수행하도록 상기 인스트루먼트를 제어하는 단계를 더 포함하는 수술용 로봇의 제어방법.
13. The method of claim 12,
After said step (a)
(c) using the sensing signal to control the instrument so that the instrument performs a grip operation in accordance with a grip operation of the user.
제14항에 있어서,
상기 단계 (c) 이후에,
(d) 상기 인스트루먼트의 그립 동작에 따라 상기 인스트루먼트에 가해지는 반력에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
(e) 상기 인스트루먼트에 가해지는 반력이 커질수록 상기 구동력의 크기가 커지도록, 상기 구동부가 상기 제2 그립 요소에 인가하는 구동력의 크기를 조절하는 단계를 더 포함하는 수술용 로봇의 제어방법.
15. The method of claim 14,
After the step (c)
(d) receiving information about a reaction force applied to the instrument according to a grip operation of the instrument; And
(e) adjusting a magnitude of a driving force applied to the second grip element by the driving unit such that a magnitude of the driving force increases as a reaction force applied to the instrument increases.
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