KR100945088B1 - 5-dof manipulator for positioning surgical tool - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수술도구를 시술 부위에 위치시키는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 수직암, 일단이 상기 수직암의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암, 일단이 상기 상박암의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암, 상기 하박암의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷, 상기 브래킷에 회전가능하게 연결된 어댑터, 상기 어댑터에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브를 포함하는 로봇암; 상기 수직암의 하단에 구비되어 상기 수직암을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암을 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩부; 바닥으로부터 상기 슬라이딩부를 지지하는 지지체;를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 수직형의 로봇암에 의해 종래의 수술로봇에 비하여 보다 좁은 영역에서 작동이 가능하여 로봇암이 다른 수술도구에 간섭되어 의료사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 시술하는 의사에게 보다 넓은 시술공간을 제공할 수 있어 수술에 대한 안정성을 높일 수 있으며, 수평형 로봇 암이 수술 공간상에 드리워지면서 수술공간이 가려지는 단점을 보완할 수 있다. The present invention relates to a five degree of freedom robot manipulator for positioning the surgical tool to the surgical site, the vertical arm, one end of the upper arm is rotatably connected to the upper end of the vertical arm, one end of the upper arm A robot arm rotatably connected to the lower arm, a bracket rotatably provided at the other end of the lower arm, an adapter rotatably connected to the bracket, and detachably coupled to the adapter to include a probe for zero adjustment; A sliding part provided at a lower end of the vertical arm to slide the robot arm as the vertical arm slides; The support for supporting the sliding portion from the bottom; can be configured, and according to the present invention configured as described above, the robot arm is operable in a narrower area than the conventional surgical robot by a vertical robot arm It can prevent medical accidents from interfering with other surgical instruments in advance, and can provide a wider treatment space to the surgeon, thereby increasing the stability to surgery, and a horizontal robot arm on the surgical space. As it falls, it can compensate for the disadvantage of occluding the surgical space.
수술도구, 위치 설정, 5자유도, 로봇, 매니퓰레이터 Surgical instruments, positioning, 5 degree of freedom, robot, manipulator
Description
본 발명은 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 특히 자동 및 수동 동작이 가능한 로봇을 이용하여 수술도구를 환자의 시술부위에 용이하게 정위치시킬 수 있고, 관절축으로 상호 연결된 다수의 로봇 암을 균형적으로 지지할 수 있으며, 로봇암의 유동되는 변위의 폭을 줄여 충분한 시술공간을 확보할 수 있어 수술의 정밀성과 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수술도구의 진입각도를 다양한 방향으로 조향할 수 있어 수술의 정밀성과 안정성을 높일 수 있으며, 특히 수술도구를 용이하게 지지할 수 있는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것이다. The present invention relates to a five degree of freedom robot manipulator for setting the position of the surgical tool, and in particular, by using a robot capable of automatic and manual operation, the surgical tool can be easily positioned on the surgical site of the patient, and a plurality of joints connected to the joint axis. It can support the robot arm in a balanced manner, and it can secure sufficient treatment space by reducing the width of the displacement of the robot arm, which can improve the precision and stability of the surgery as well as the angle of entry of the surgical tool in various directions. Steering can increase the precision and stability of the surgery, and particularly relates to a 5 degree of freedom robot manipulator for positioning surgical tools that can easily support the surgical tools.
일반적으로, 외과용 수술에는 의사를 보조하기 위하여 각종 의료용 기구를 장착할 수 있는 의료용 로봇이 사용되어 왔는데, 최근에는 그 응용 분야가 척추 수술에까지 적용되고 있다. In general, a surgical robot that can be equipped with a variety of medical instruments has been used in the surgical operation to assist the doctor, the application field has recently been applied to spinal surgery.
도 1은 종래의 의료용 로봇의 개략도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 한국공개특허 제2003-0018008호(2003.03.04)에 기재된 "외과용 기구 정위치장치"는 컴퓨 터(5) 및 상기 컴퓨터(5)에 의해 생성된 기구 이동지시를 수신하는 로봇 제어시스템(6)으로 구성된 것이다. 또한, 상기 로봇 제어시스템(6)은 기구(4)가 장착되는 플레이트(10)가 단부에 구비되고, 고정 베이스(9)에 고정되는 로봇암(8)으로 구성된다. Figure 1 is a schematic diagram of a conventional medical robot, as shown in Figure 1, "surgical instrument positioning device" described in Korean Patent Laid-Open No. 2003-0018008 (2003.03.04) is a
상기 외과용 기구(4) 이동 지시는 상기 로봇 제어시스템(6)에 의해 해석되며, 상기 로봇암(8)을 상기 기구(4)와 함께 고정베이스(9)에 대해 상대적으로 이동시킨다. The
한편, 상기 로봇암(8)은 플레이트(10)의 충분한 자유도가 가능하도록 3개 이상의 조인트로 구성되고, 상기 플레이트(10)에는 상기 기구(4)의 위치를 나타내는 기구센서(12)가 구비되어 있다. On the other hand, the
상기 장치(2)에는 광학적 탐지기(14)가 구비되어 있는데, 상기 광학적 탐지기(14)는 상기 기구센서(12)에 의해 발생된 신호를 수신하여 센서의 위치를 모니터링 하도록 둘 이상의 독립된 수신 소자들이 있으며, 또한 외과 시술이 시행되는 환자 내의 뼈에 고정될 수 있는 기준센서(16)가 포함되어 있다. The
또한, 상기 장치(2)는, 상기 탐지기(14)와 관련하여 규정된 좌표시스템 내의 환자 뼈의 위치를 등록하는데 사용되는 프로브(probe, 18)가 포함되어 있다. 뼈의 위치 등록은 뼈의 영상 생성을 위한 스캐닝 작업(특히, X-레이 또는 CT스캔)에 앞서서 뼈 내부에 이식된 표준 마커(marker)에 상기 프로브(18)를 접촉시킴으로써 이루어진다. The
상기 마커는 외과적인 시술에 사용되는 기준 센서로서, 좌표시스템 내의 환 자 뼈의 위치를 이전에 생성된 뼈의 영상과 연관시켜줄 수 있는 기준이 될 수 있고, 상기 컴퓨터(5)를 통해 상기 마커들의 위치를 확인할 수 있도록 각 마커들과 차례로 접촉할 수 있으며, 상기 프로브(18)를 조인트의 이동이 측정될 수 있는 암 상에 부착함으로써, 수학적인 모니터링이 가능해진다. The marker is a reference sensor used in a surgical procedure, and may be a reference for associating the position of a patient's bone in a coordinate system with an image of a previously generated bone, and through the
한편, 상기 좌표시스템 내에서 상기 로봇 제어시스템(6)의 진정한 위치를 나타내는 로봇 제어시스템 센서(20)를 고정식 베이스(9)에 설치할 수 있는데, 상기 로봇 제어시스템 센서(20) 또한 상기 기구센서(12)와 같이 다수의 발광 다이오드가 배치된 플레이트가 포함된다. On the other hand, the robot
상기 로봇 제어시스템 센서(20)에 의해 상기 로봇 제어시스템(6)의 위치 변화가 감지되어 상기 컴퓨터(5)로 송신되고, 상기 컴퓨터(5)는 수신된 감지 신호에 의해 상기 기구(4)를 적절하게 위치되도록 동작시킬 수 있는 것이다. The position change of the
그러나 상기와 같이 이루어진 장치(2)는 다수의 센서(12, 20), 마커, 프로브(18) 등을 통해 시술하고자 하는 위치로 상기 외과용 기구(4)를 이동시킬 수 있으나, 다수의 센서(12, 20), 마커, 프로브(18)를 통해 상기 컴퓨터(5)에서 처리해야 하는 매개변수의 값이 많아 상기 외과용 기구(4)를 정밀하게 제어하는데 어려움이 있었으며, 상기 외과용 기구(4)를 정확하게 위치시키기 위한 재교정 시간이 장시간 소요되는 문제점이 있었다. However, the
또한, 지금까지 제안된 기술들은 단순히 조인트로 연결된 로봇의 형태를 갖는 구조에 불과한 것이어서, 수술과정 중에 조인트의 회전에 의해 상기 로봇암(8)이 다른 수술장치들에 간섭될 수밖에 없어 상대적으로 많은 공간을 확보해야 하는 단점이 있었으며, 이로 인하여 의사가 충분한 수술공간을 확보하지 못한 상태에서 시술을 해야하는 어려움이 있었다. In addition, the techniques proposed so far are merely a structure having a robot connected by a joint, so that the
아울러, 척추경은 적게는 5∼8mm이고, 이에 고정되는 스크류는 3∼5mm의 직경을 갖게 되는 것이며, 척추는 통상적으로 일정 각도로 경사진 형태를 갖는 것으로, 척추경 나사못 시술은 고도의 정밀성을 요하게 되는 것임에도 불구하고, 상기 기구(4)를 조향하는 별도의 장치가 없어 척추의 경사진 형태에 일치되게 상기 기구(4)를 위치시키기에는 어려움이 있었다. In addition, the pedicle is at least 5 to 8mm, the screw is fixed to have a diameter of 3 to 5mm, the spine is usually inclined at a certain angle, the pedicle screw procedure requires a high degree of precision In spite of the fact that there is no separate device for steering the
특히, 상기 기구(4)를 단순히 플레이트(10)에 장착되는 구조이어서, 수술시 사용되는 기구의 종류에 따라 이를 장착수단을 통해 각각 장착하여 사용해야 하는 번거로움이 발생되었을 뿐만 아니라, 수술 시간을 지연시키는 원인이 되었다. In particular, since the
또한, 척추경은 적게는 5∼8mm이고, 이에 고정되는 스크류는 3∼5mm의 직경을 갖게 되는 것이며, 척추는 통상적으로 일정 각도로 경사진 형태를 갖는 것으로, 척추경 나사못 시술은 고도의 정밀성을 요하게 되는데, 상기 로봇암(8)의 경우 상기 고정 베이스(9)에 고정되는 구조이어서 상기 외과용 기구(4)를 압박하여 뼈에 나사공을 형성하는 과정 중에 상기 로봇암(8)에 전달되는 가압력을 원활하게 지지할 수 없었고, 이로 인하여 상기 조인트 부분에서 미세한 유동이 발생되어 시술의 정밀성을 저하시키는 요인이 되었다. In addition, the pedicle is at least 5 to 8mm, the screw is fixed to have a diameter of 3 to 5mm, the spine is usually inclined at a certain angle, the pedicle screw procedure requires a high degree of precision In the case of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 다수의 관절로 연결된 로봇암의 유동되는 변위의 폭을 감소시킴으로써, 상대적으로 의사가 넓은 시술공간과 안전을 확보함고 동시에 다른 수술장치에 간섭되지 않도록 로봇암을 동작시킬 수 있는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems, by reducing the width of the displacement of the robot arm is connected to a large number of joints, relatively secure a wide surgical space and safety while at the same time do not interfere with other surgical devices The purpose of the present invention is to provide a 5 degree of freedom robot manipulator for positioning a surgical tool that can operate the robot arm.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터는, 수직암, 일단이 상기 수직암의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암, 일단이 상기 상박암의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암, 상기 하박암의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷, 상기 브래킷에 회전가능하게 연결된 어댑터, 상기 어댑터에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브를 포함하는 로봇암; 상기 수직암의 하단에 구비되어 상기 수직암을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암을 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩부; 바닥으로부터 상기 슬라이딩부를 지지하는 지지체;를 포함하여 구성될 수 있다. In order to achieve this technical problem, the five degree of freedom manipulator for positioning the surgical instrument of the present invention, a vertical arm, one upper arm rotatably connected to the upper end of the vertical arm, one end rotatable to the other end of the upper arm A robot arm including a probe connected to the lower arm, a bracket rotatably provided at the other end of the lower arm, an adapter rotatably connected to the bracket, and detachably coupled to the adapter; A sliding part provided at a lower end of the vertical arm to slide the robot arm as the vertical arm slides; It may be configured to include; a support for supporting the sliding portion from the bottom.
바람직하게, 상기 상박암은, 상박프레임, 상기 상박프레임의 타단에 구비된 상박하우징, 상기 상박하우징의 내부공간에 구비된 상박모터, 상기 상박모터의 회전축에 결합된 상박하모닉기어를 포함하고, 상기 하박암은, 상기 상박하모닉기어와 치합되는 하박하모닉기어, 상기 하박하모닉기어와 결합되어 상기 상박하모닉기어 및 하박하모닉기어의 외측을 감싸는 하박케이싱, 일단이 상기 하박케이싱과 고정결합되는 하박프레임을 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the upper and lower arm, the upper and lower frame, the upper and lower housing provided at the other end of the upper and lower frame, upper and lower motor provided in the inner space of the upper and lower housing, upper and lower harmonic gear coupled to the rotating shaft of the upper and lower motor, The lower arm includes a lower lower harmonic gear meshed with the upper lower harmonic gear, a lower lower casing that is coupled to the lower lower harmonic gear and surrounds the outer lower end of the upper lower harmonic gear and the lower lower harmonic gear, and one end is fixed to the lower lower casing. It can be configured.
더욱 바람직하게, 상기 하박프레임의 타단에는, 상기 브래킷을 회전시키기 위한 하박모터, 상기 하박모터의 회전변위량을 감지하는 하박엔코더가 구비될 수 있다. More preferably, at the other end of the lower thin frame, a lower thin motor for rotating the bracket, a lower thin encoder for detecting the rotational displacement of the lower thin motor may be provided.
더욱 바람직하게, 상기 상박하우징의 외측에는, 타이밍벨트에 의해 상기 하박케이싱과 연동되는 벨트풀리, 상기 벨트풀리의 중심에 고정결합된 회전축, 상기 회전축이 회전가능하도록 지지하는 지지프레임, 상기 벨트풀리의 회전변위량을 감지하는 상박엔코더가 구비될 수 있다. More preferably, the outer side of the upper housing, a belt pulley interlocked with the lower casing by a timing belt, a rotating shaft fixedly coupled to the center of the belt pulley, a support frame for supporting the rotating shaft rotatably, of the belt pulley An upper arm encoder for detecting a rotation displacement may be provided.
바람직하게, 상기 브래킷은, "ㄷ"자프레임, 상기 "ㄷ"자프레임의 대향된 양면을 관통하는 회전축, 상기 회전축을 회전시키는 브래킷모터, 상기 회전축의 회전변위량을 감지하는 브래킷엔코더를 포함하고, 상기 어댑터는, 상기 회전축에 고정결합된 고정용더브테일과, 상기 더브테일에 슬라이딩 탈착가능하게 결합되는 탈착용더브테일을 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the bracket includes a "c" child frame, a rotating shaft passing through opposite sides of the "c" child frame, a bracket motor for rotating the rotating shaft, a bracket encoder for detecting a rotation displacement of the rotating shaft, The adapter may include a fixed dovetail fixedly coupled to the rotating shaft, and a detachable dovetail that is slidably coupled to the dovetail.
더욱 바람직하게, 상기 탈착용더브테일에는 상기 프로브가 삽입되어 고정되기 위한 삽입홀, 상기 삽입홀과 연통된 볼트고정홀이 형성되고, 상기 프로브는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 볼트고정홀에 구비된 볼트에 의해 고정될 수 있다. More preferably, the detachable dovetail has an insertion hole for inserting and fixing the probe, and a bolt fixing hole communicating with the insertion hole is formed, and the probe is inserted into the insertion hole and provided in the bolt fixing hole. It can be fixed by bolts.
더욱 바람직하게, 상기 프로브는, 상기 삽입홀에 삽입되는 몸체, 상기 삽입홀의 지름보다 큰 지름으로 형성되어 상기 몸체의 상단에 결합되는 스토퍼, 상기 몸체의 하단에 형성된 첨단부를 포함하여 구성될 수 있다. More preferably, the probe may include a body inserted into the insertion hole, a stopper formed to a diameter larger than the diameter of the insertion hole and coupled to an upper end of the body, and a tip formed at the lower end of the body.
바람직하게, 상기 수직암의 상단에는 상기 하박암을 회전시키기 위한 수직암모터와, 상기 수직암모터에 의해 회전되는 하박암의 회전변위량을 감지하는 수직암엔코더를 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the upper end of the vertical arm may be configured to include a vertical arm motor for rotating the lower arm and a vertical arm encoder for sensing the rotational displacement of the lower arm to be rotated by the vertical arm motor.
바람직하게, 상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 어댑터의 회전중심축이 서로 평행하게 이루어질 수 있다. Preferably, the rotation center axis of the upper arm, the rotation center axis of the lower arm, the rotation center axis of the adapter may be made parallel to each other.
더욱 바람직하게, 상기 슬라이딩부가 상기 수직암을 슬라이딩 이동시키는 방향은 상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 브래킷의 회전중심축과 평행한 방향으로 이루어질 수 있다. More preferably, the sliding portion sliding direction of the vertical arm may be made in a direction parallel to the rotation center axis of the upper and lower arm, the rotation center axis of the lower arm, the rotation center axis of the bracket.
더욱 바람직하게, 상기 어댑터의 회전중심축은 상기 브래킷의 회전중심축과 직교되도록 이루어질 수 있다. More preferably, the axis of rotation of the adapter may be made orthogonal to the axis of rotation of the bracket.
바람직하게, 상기 슬라이딩부는, 수직암의 하단부에 결합되는 슬라이딩블록, 상기 슬라이딩블록을 관통하여 볼트결합되는 볼스크류, 상기 슬라이딩블록 및 볼스크류를 수용하도록 상부가 개구된 수용케이스, 상기 볼스크류를 회전시켜 상기 슬라이딩블록이 슬라이딩되게 하는 볼스크류구동모터를 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the sliding part, a sliding block coupled to the lower end of the vertical arm, a ball screw bolted through the sliding block, a housing case having an upper opening to accommodate the sliding block and the ball screw, the ball screw rotates It can be configured to include a ball screw drive motor for sliding the sliding block.
바람직하게, 상기 지지체는, 사각형상의 플레이트, 상기 플레이트의 하면에 구비된 다수의 바퀴, 상기 플레이트와 상기 바퀴 사이에 구비된 방진패드, 상기 플레이트의 상면에 구비되어 상기 슬라이딩부를 지지하는 수직프레임을 포함하여 구성될 수 있다. Preferably, the support includes a rectangular plate, a plurality of wheels provided on the lower surface of the plate, a dustproof pad provided between the plate and the wheel, a vertical frame provided on the upper surface of the plate to support the sliding portion Can be configured.
더욱 바람직하게, 상기 플레이트의 중심을 기준으로, 상기 로봇암이 연장되어 위치된 방향과 반대 방향에 대응되는 상기 플레이트의 상면에 상기 수직프레임 이 구비될 수 있다. More preferably, the vertical frame may be provided on an upper surface of the plate corresponding to a direction opposite to the direction in which the robot arm is extended and positioned based on the center of the plate.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 수직형의 로봇암에 의해 종래의 수술로봇에 비하여 보다 좁은 영역에서 작동이 가능하여 로봇암이 다른 수술도구에 간섭되어 의료사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 시술하는 의사에게 보다 넓은 시술공간을 제공할 수 있어 수술에 대한 안정성을 높일 수 있다. According to the present invention as described above, it is possible to operate in a narrower area than the conventional surgical robot by a vertical robot arm to prevent the medical accident caused by the robot arm interferes with other surgical instruments. As a result, the surgeon can provide a wider treatment space to the surgeon, thereby increasing the stability of the surgery.
그리고, 수술도구가 장착되는 어댑터를 다양한 각도로 조향할 수 있어 척추의 경사진 방향과 일치되게 수술도구를 정확하게 위치시킬 수 있을 뿐 아니라 원활하게 지지할 수 있고, 수직형의 로봇암에 의해 수술도구가 횡방향으로 유동되는 것이 미연에 방지됨으로 인하여 수술의 정확성과 안정성을 향상시킬 수 있다. In addition, the adapter to which the surgical tool is mounted can be steered at various angles, so that the surgical tool can be accurately positioned as well as smoothly supported in accordance with the inclined direction of the spine, and the surgical tool can be supported by a vertical robot arm. This prevents the flow of laterally in advance, thereby improving the accuracy and stability of the surgery.
또한, 로봇암이 자동구동 및 의사의 손에 의해 동작시키는 수동구동이 가능함에 따라, 불가피한 사고로 인하여 로봇암의 구동장치가 작동되지 않더라도 적절하게 수동으로 동작시켜 시술을 수행할 수 있어 로봇의 오작동에 의한 의료 사고를 방지할 수 있다. In addition, since the robot arm can be operated automatically and manually operated by a doctor's hand, even if the driving device of the robot arm is not operated due to an unavoidable accident, the robot arm can be manually operated to perform the procedure properly so that the robot malfunctions. You can prevent medical accidents.
또한, 수평형 로봇 암이 수술 공간상에 드리워지면서 수술공간이 가려지는 단점을 보완할 수 있다. In addition, as the horizontal robot arm is dropped on the surgical space can be compensated for the disadvantage that the surgical space is covered.
또한, 척추수술뿐 아니라, 뇌수술, 고관절 수술 등의 다양한 수술 영역에서 적용될 수 있다. In addition to spinal surgery, it can be applied in various surgical areas such as brain surgery, hip surgery, and the like.
수술도구를 시술 부위에 위치시키기 위한 본 실시예의 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게, 로봇암(100), 슬라이딩부(200), 지지체(300)를 포함하여 구성된다. The 5 degree of freedom manipulator for setting the surgical tool position of the present embodiment for positioning the surgical tool in the surgical site, as shown in Figure 2, largely, the
상기 로봇암(100)은, 수직암(110), 일단이 상기 수직암(110)의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암(120), 일단이 상기 상박암(120)의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암(130), 상기 하박암(130)의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷(140), 상기 브래킷(140)에 회전가능하게 연결된 어댑터(150), 상기 어댑터(150)에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브(160)를 포함한다. The
상기 슬라이딩부(200)는, 상기 수직암(110)의 하단에 구비되어 상기 수직암(110)을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암(100)을 슬라이딩 이동시킨다. The
상기 지지체(300)는, 바닥으로부터 상기 슬라이딩부(200)를 지지한다. The
먼저, 로봇암(100)에 대하여 설명하도록 한다. First, the
로봇암(100)은 수술도구를 시술부위에 위치시키기 위해 구동 프로그램에 의해 작동되거나 사용자가 수동으로 작동될 수 있도록 구성되며, 상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단면이 사각으로 형성되어 상하방향으로 수직하게 설치된 수직암(110)과, 일단이 상기 수직암(110)의 상단에서 y축(a1)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 상박암(120)과, 일단이 상기 상박암(120)의 타단에서 y축(a2)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 하박암(130)과, 상기 하박암(130)의 타단에서 y축(a3)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 브래킷(140)과, 상기 브래킷(140)에 y축(a3)과 직교되는 축(a4)를 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 어댑터(150)와, 상기 어댑터(150)에 착탈가능하게 결합되어, 시술부위로 영점조정을 하기 위한 프로브(160)를 포함하여 구성된다. The
이때, 상술한 바와 같이, 상기 상박암(120)의 회전중심축(a1), 상기 하박암(130)의 회전중심축(a2), 상기 브래킷(140)의 회전중심축(a3)은 모두 y축이므로, 이들의 회전중심축은 서로 평행하게 구성되고, 상기 어댑터(150)의 회전중심축(a4)은 y축(a3)과 직교되도록 구성된다. At this time, as described above, the central axis of rotation (a1) of the upper arm (120), the central axis of rotation (a2) of the
상기 수직암(110)의 상단에는 상기 하박암(130)을 회전시키기 위한 수직암모터(미도시)와, 상기 수직암(110)모터에 의해 회전되는 하박암(130)의 회전변위량을 감지하는 수직암엔코더(미도시)를 포함하여 구성된다. The upper arm of the
상술한 바와 같은 구성에 따르면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수직암(110)의 상단에 구비된 수직암모터(미도시)가 회전구동됨에 따라 상박암(120)이 y축(a1)을 회전중심축으로 하여 회전구동될 수 있으며, 이때, 상박암(120)은 수직암모터(미도시)에 의한 회전구동 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다. According to the configuration as described above, as shown in Figures 6 and 7, as the vertical arm motor (not shown) provided on the top of the
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 상박암(120)의 구성은, 상박프레임(121), 상기 상박프레임(121)의 타단에 구비된 상박하우징(123), 상기 상박하우징(123)의 내부공간에 구비된 상박모터(125), 상기 상박모터(125)의 회전축에 결합된 상박하모닉기어(127)를 포함하고, 상기 하박암(130)의 구성은, 상기 상박하모닉기어(127)와 치합되는 하박하모닉기어(137), 상기 하박하모닉기어(137)와 결합되어 상기 상박하모닉기어(127) 및 하박하모닉기어(137)의 외측을 감싸는 하박케이 싱(133), 일단이 상기 하박케이싱(133)과 고정결합되는 하박프레임(131)을 포함하여 이루어진다. On the other hand, as shown in Figure 13, the configuration of the
상술한 바와 같은 구성에 따르면, 도 6, 도 7, 도 13에 도시된 바와 같이, 상박프레임(121)의 타단에 구비된 상박하우징(123)의 내부공간에 구비된 상박모터(125)가 회전구동됨에 따라 상박하모닉기어(127)가 회전구동되고, 상박하모닉기어(127)와 치합된 하박하모닉기어(137)가 동시에 회전구동되며, 결과적으로, 하박하모닉기어(137)와 결합된 하박케이싱(133) 및 이에 고정겹합된 하박프레임(131)이 회전구동되어 하박암(130)이 y축(a2)을 회전중심축으로 하여 회전구동될 수 있다. According to the configuration as described above, as shown in Figure 6, 7, 7, 13, the upper and
한편, 상박암(120)에 회전가능하게 구비된 하박암(130)은 상박하모닉기어(127)에 의해 연동되어 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다. Meanwhile, the
그리고 상기 상박하우징(123)의 외측에는, 도 13에 도시된 바와 같이, 타이밍벨트(123-1)에 의해 상기 하박케이싱(133)과 연동되는 벨트풀리(123-2), 상기 벨트풀리(123-2)의 중심에 고정결합된 회전축(123-3), 상기 회전축(123-3)이 회전가능하도록 지지하는 지지프레임(123-4), 상기 벨트풀리(123-2)의 회전변위량을 감지하는 상박엔코더(123-5)가 구비된다. And the outer side of the upper and
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 하박프레임(131)의 타단에는, 상기 브래킷(140)을 회전시키기 위한 하박모터(135), 상기 하박모터(135)의 회전변위량을 감지하는 하박엔코더(132)가 구비된다. In addition, as shown in Figure 14, the other end of the
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 브래킷(140)의 구성은, "ㄷ"자프레 임(141), 상기 "ㄷ"자프레임(141)의 대향된 양면을 관통하는 회전축(143), 상기 회전축(143)을 회전시키는 브래킷모터(145), 상기 회전축(143)의 회전변위량을 감지하는 브래킷엔코더(147)를 포함하고, 어댑터(150)의 구성은, 상기 회전축(143)에 고정결합된 고정용더브테일(151)과, 상기 더브테일에 슬라이딩 탈착가능하게 결합되는 탈착용더브테일(153)을 포함하여 이루어진다. As shown in Figure 14 and 15, the configuration of the
이때, 상기 탈착용더브테일(153)에는 상기 프로브(160)가 삽입되어 고정되기 위한 삽입홀(153-1), 상기 삽입홀(153-1)과 연통된 볼트고정홀(153-2)이 형성되고, 상기 프로브(160)는 상기 삽입홀(153-1)에 삽입되어 상기 볼트고정홀(153-2)에 구비된 볼트(153-3)에 의해 고정되는데, 상기 프로브(160)는, 상기 삽입홀(153-1)에 삽입되는 몸체(160-1), 상기 삽입홀(153-1)의 지름보다 큰 지름으로 형성되어 상기 몸체(160-1)의 상단에 결합되는 스토퍼(160-2), 상기 몸체(160-1)의 하단에 형성된 첨단부(160-3)를 포함하여 이루어진다. In this case, an insertion hole 153-1 for fixing the
한편, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 하박암(130)에 회전가능하게 구비된 브래킷(140)은 하박모터(도 14의 135)에 의해 연동되어 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 브래킷(140)에 구비된 회전축(도 14의 143)에 고정되어 브래킷모터(도 14의 145)에 의해 회전되는 어댑터(150)는, 브래킷모터(145)에 의해 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다. On the other hand, as shown in Figures 8 to 10, the
상술한 바와 같이, 수직암(110), 상박암(120), 하박암(130), 브래킷(140), 어댑터(150), 프로브(160)를 포함하여 구성된 로봇암(100)에 의해서, 로봇암(100) 의 최단부에 착탈가능하게 결합된 프로브(160)의 첨단부(160-3)가 시술부위에 위치되도록 하여 로봇암(100)의 시술을 위한 초기위치를 설정할 수 있다. 또한, 수직암(110)에 구비된 수직암(110)엔코더, 상박암(120)에 구비된 상박엔코더(123-5), 하박암(130)에 구비된 하박엔코더(132), 브래킷(140)에 구비된 브래킷엔코더(147)에 의해서 로봇암(100)의 홈포지션(home position)으로의 설정이 가능하다. As described above, by the
다음으로, 슬라이딩부(200)에 대하여 설명하도록 한다. Next, the sliding
슬라이딩부(200)는 상기 수직암(110)의 하단에 구비되어 상기 수직암(110)을 y축 방향을 따라서 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암(100)을 슬라이딩 이동시키는 부분이다. The sliding
상기 슬라이딩부(200)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수직암(110)의 하단부에 결합되는 슬라이딩블록(210), 상기 슬라이딩블록(210)을 관통하여 볼트(153-3)결합되는 볼스크류(220), 상기 슬라이딩블록(210) 및 볼스크류(220)를 수용하도록 상부가 개구된 수용케이스(230), 상기 볼스크류(220)를 회전시켜 상기 슬라이딩블록(210)이 슬라이딩되게 하는 볼스크류구동모터(240)를 포함하여 구성된다. 2 to 5, the sliding
상기 슬라이등부는, 도 2에 도시된 바와 같이, y축 방향으로 왕복 슬라이딩 되며, 상세하게는, 상기 상박암(120)의 회전중심축, 상기 하박암(130)의 회전중심축, 상기 어댑터(150)의 회전중심축과 평행한 방향이 된다. 따라서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, y축 방향으로 직선 왕복 슬라이딩 운동하게 된다. As shown in FIG. 2, the slit lamp is reciprocated in the y-axis direction, and in detail, a center of rotation of the
마지막으로, 지지체(300)에 대하여 설명하도록 한다. Finally, the
지지체(300)는 바닥으로부터 상기 슬라이딩부(200)를 지지하는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각형상의 플레이트(310), 상기 플레이트(310)의 하면에 구비된 다수의 바퀴(320), 상기 플레이트(310)와 상기 바퀴(320) 사이에 구비된 방진패드, 상기 플레이트(310)의 상면에 구비되어 상기 슬라이딩부(200)를 지지하는 수직프레임(340)을 포함하여 구성된다. The
한편, 상기 수직프레임(340)은 상기 플레이트(310)의 중심을 기준으로 하여, 상기 로봇암(100)이 연장되어 위치된 방향과 반대 방향에 대응되는 상기 플레이트(310)의 상면에 구비되는 것이 바람직하며, 이는, 로봇암(100)이 일측으로 연장되어 무게중심이 한쪽으로 치우침에 따른 장치의 안정성을 위함이다. On the other hand, the
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
도 1은 종래의 수술도구 위치 설정용 로봇의 종단면도. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional surgical instrument positioning robot.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 전체사시도. Figure 2 is an overall perspective view of a five degree of freedom manipulator for positioning surgical instruments according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 슬라이딩부 구동을 나타내는 개략도. 3 to 5 is a schematic diagram showing the driving of the sliding portion of the five degree of freedom manipulator position setting for surgical instruments according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 상박암과 하박암의 회전 구동을 나타내는 개략도. 6 and 7 is a schematic diagram showing the rotational drive of the upper and lower arm of the five degree of freedom manipulator for positioning the surgical tool according to an embodiment of the present invention.
도 8 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 브래킷의 회전 구동을 나타내는 개략도. 8 and 10 is a schematic diagram showing the rotational drive of the bracket of the five degree of freedom manipulator for positioning the surgical tool according to an embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 어댑터의 회전 구동을 나타내는 개략도. 11 and 12 are schematic views showing the rotational drive of the adapter of the five degree of freedom manipulator for positioning the surgical tool according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 상박암과 하박암의 연결부분을 나타내는 단면도. Figure 13 is a cross-sectional view showing the connecting portion between the upper arm and lower arm of the five degree of freedom manipulator for positioning surgical instruments according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 하박암과 브래킷과 어댑터의 연결부분을 나타내는 제1단면도. Figure 14 is a first cross-sectional view showing the connecting portion of the lower arm and the bracket and adapter of the five degree of freedom manipulator position setting according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 하박암과 브래킷과 어댑터의 연결부분을 나타내는 제2단면도. Figure 15 is a second cross-sectional view showing the connecting portion of the lower arm and bracket and adapter of the five degree of freedom manipulator position setting according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100:로봇암 110:수직암100: robot arm 110: vertical arm
120:상박암 121:상박프레임120: upper arm 121: upper arm frame
123:상박하우징 123-1:타이밍벨트123: slit housing 123-1: Timing belt
123-2:벨트풀리 123-3:회전축123-2: belt pulley 123-3: rotating shaft
123-4:지지프레임 123-5:상박엔코더123-4: Supporting frame 123-5: Upper arm encoder
125:상박모터 127:상박하모닉기어125: upper arm motor 127: upper arm harmonic gear
130:하박암 131:하박프레임130: Habakam 131: Habakku frame
132:하박엔코더 133:하박케이싱132: Habak encoder 133: Habak casing
135:하박모터 137:하박하모닉기어135: Habakku motor 137: Habakkuk gear
140:브래킷 141:"ㄷ"자프레임140: Bracket 141: "j" frame
143:회전축 145:브래킷모터143: rotary shaft 145: bracket motor
147:브래킷엔코더 150:어댑터147: bracket encoder 150: adapter
151:고정용더브테일 153:탈착용더브테일151: fixed dovetail 153: removable dovetail
153-1:삽입홀 153-2:볼트고정홀153-1: Insertion hole 153-2: Bolt fixing hole
153-3:볼트 160:프로브153-3: Bolt 160: probe
160-1:몸체 160-2:스토퍼160-1: Body 160-2: Stopper
160-3:첨단부 200:슬라이딩부160-3: Advanced part 200: Sliding part
210:슬라이딩블록 220:볼스크류210: sliding block 220: ball screw
230:수용케이스 240:볼스크류구동모터230: storage case 240: ball screw drive motor
300:지지체 310:플레이트300: support 310: plate
320:바퀴 340:수직프레임320: wheel 340: vertical frame
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