KR100997196B1 - 수술용 로봇의 조작 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술용 로봇의 조작 장치에 관한 것으로서, 샤프트형 구조로 이루어져 회전 작동에 의해 제1조작력을 발생시키는 제1조작부와; 상기 제1조작부의 둘레에 구비되어 회전 작동에 의해 제2조작력을 발생시키는 제2조작부와; 상기 제1조작부의 조작력과 제2조작부의 조작력을 하나로 합성하여 출력하는 합성 출력부를 포함하여 구성됨으로써, 하나의 조작 장치를 통해 수술 도구의 조작 범위를 다변화시켜 수술 조작의 편의성 및 다양성을 실현할 수 있는 효과를 제공한다.

핸들, 마스터, 슬레이브, 인스트루먼트, 유성기어, 합성, 손잡이

Description

수술용 로봇의 조작 장치{Handling device of surgical robot}

본 발명은 수술용 로봇에서 마스터 로봇에 구비되어 수술 도구를 조작하는 수술용 로봇의 조작 장치에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 기타 조작을 가하여 병을 고치는 것을 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 이러한 부작용을 최소화할 수 있는 복강경 수술이 그 응용 범위를 확대하고 있다.

복강경 수술이란 개복 부위를 최소화하면서 수술 도구를 삽입하여 내시경 등으로 체내를 관찰하면서 진행하는 수술을 말하는데, 이를 위하여 말단부에 각종 수술 도구(가위, 집게, 클립 등)를 탑재하고, 체내에 삽입 가능하여 체외에서 의사의 수동 조작이 가능하도록 되어 있는 수동(hand-held) 수술 기구가 널리 사용되고 있다.

한편, 더 나아가서 로봇(robot)을 사용한 수술도 대안으로서 각광받고 있는데, 이러한 수술용 로봇은 도 1을 참조하면, 일반적으로 의사의 조작에 의해 필요 한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master) 로봇(1)과, 마스터 로봇(1)으로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave) 로봇(5)으로 이루어진다.

마스터 로봇(1)은 의사가 직접 조작하는 조작 장치인 핸들(2)을 비롯하여, 이 핸들(2) 조작에 의해 입력된 정보를 슬레이브 로봇(5)에 출력 제어 신호로 변환하여 전달하고 각종 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 장치(3)가 구비된다. 물론 마스터 로봇(1)측에는 내시경 카메라에 의해 획득된 화상 정보를 제공하는 디스플레이 장치(4) 및 전체 시스템의 다양한 기능과 파라메터를 제어할 수 있도록 그래픽 유저 인터페이스 등을 표시할 수 있는 스크린(5) 등도 구비된다.

슬레이브 로봇(6)의 로봇 암(7)에는 체내에 삽입되어 수술 작업을 수행하는 인스트루먼트(7) 등이 설치될 수 있도록 이루어진다.

특히, 상기 핸들(2)은 의사가 수술을 시행할 때 직접 조작하는 구성부분이다. 이러한 핸들(2)의 슬레이브 로봇(6) 및 인스트루먼트(8), 그리고 인스트루먼트(8)에 구비된 이펙터의 조작 조건에 따라 다양한 조작이 가능하도록 수 개의 자유도 조작이 가능하도록 구성되고 있다.

그러나, 종래의 핸들(2) 즉, 조작 장치는 특정 자유도 구현에서, 핸들을 회전 또는 이동시키는데 있어서, 하나의 축선 방향에 대하여 하나의 조작만이 가능하고, 특히 그 조작 범위 즉, 회전 범위가 제한됨에 따라 보다 다양하게 폭넓은 수술 조작을 구현하는 데는 한계가 있는 문제점이 있다.

즉, 조작자(의사)가 자신의 손목을 비틀면서 핸들(2)을 회전시키는 경우에, 손목을 일정 이상 비틀게 되면 더 이상 핸들을 회전시키는 데는 한계가 있기 때문에 핸들을 일정 각도 이상 회전시키면 더 이상 회전시킬 수 없게 되어 실제 수술 도구(인스트루먼트)의 회전 범위도 제한되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 핸들을 하나의 축을 중심으로 회전시킬 때 필요에 따라서는 미세 조작이 이루어지도록 회전시킬 필요가 있는데, 종래에는 일정한 회전 조작량으로 핸들을 회전시키면서 수술 도구를 조작할 수 있도록 구성되기 때문에 보다 다양하고 정밀한 수술 작업을 진행하는 데는 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 2중축 구조로 배치된 두 조작부의 회전 조작력을 합성하여 출력할 수 있도록 구성함으로써 하나의 조작 장치(핸들)를 통해 조작 범위를 다변화시켜 수술 조작의 편의성 및 다양성을 실현할 수 있는 수술용 로봇의 조작 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 각 조작부에 의해 조작되는 출력량이 상이하도록 구성함으로써 복수의 조작부를 이용하여 수술 도구의 빠른 조작 및 미세 조작이 가능하게 하고, 이에 따라 보다 효율적이고 정밀한 수술 작업이 가능해지도록 하는 수술용 로봇의 조작 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수술용 로봇의 조작 장치는, 샤프트형 구조로 이루어져 회전 작동에 의해 제1조작력을 발생시키는 제1조작부와; 상기 제1조작부의 둘레에 구비되어 회전 작동에 의해 제2조작력을 발생시키는 제2조작부와; 상기 제1조작부의 조작력과 제2조작부의 조작력을 하나의 출력부로 합성하여 출력하는 합성 출력부를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 제1조작부는 조작자가 손으로 잡은 상태에서 회전시킬 수 있도록 구성되고, 상기 제2조작부는 조작자가 손가락을 움직여서 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제1조작부는, 조작자가 손으로 잡을 수 있도록 이루어진 손잡이부와, 이 손잡이부에서 상기 합성 출력부로 연결되는 주축부를 포함하고, 상기 제2조작부는 상기 제1조작부의 주축부의 둘레에 회전 가능하게 설치된 상태에서 상기 합성 출력부에 연결되게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 합성 출력부는, 좌우로 나란히 위치되어 상기 제1조작부와 제2조작부 측과 각각 결합되는 양측 사이드 기어와, 이 양측 사이드 기어 사이에서 양측 사이드 기어에 베벨기어 방식으로 치합되는 피니언 기어와, 이 피니언 기어가 자전 가능하게 결합되는 동시에 피니언 기어가 상기 양측 사이드 기어를 따라 공전할 때 함께 회전하면서 합성 조작력을 출력하는 합성 케이스를 포함하여 구성될 수 있다.

이때 상기 피니언 기어는 상기 양측 사이드 기어 사이에 복수개가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 합성 출력부는, 상기 합성 케이스에서 출력된 회전력을 증대시키거나 감소시켜 출력할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 합성 출력부는, 양측 사이드 기어의 기어비가 다르게 형성되어 제1조작부의 회전 조작에 의한 출력 회전량과 제2조작부의 회전 조작에 의한 출력 회전량이 달라지도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 합성 출력부는 상기 제2조작부에 연결된 사이드 기어의 기어수가 제1조작부에 연결된 사이드 기어의 기어수 보다 더 작게 형성되어, 제2조작부의 미세 조작이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 합성 출력부는, 선기어, 위성기어 및 캐리어, 링기어로 이루어진 유성 기어장치로 구성되되, 상기 선기어는 상기 제1조작부에 연결되고, 상기 링기어는 제2조작부에 연결되어, 상기 캐리어를 통해 합성 출력이 이루어지도록 구성될 수도 있다. 이때, 상기 합성 출력부는 상기 캐리어를 통해 출력되는 회전력을 증대시키거나 감소시켜 출력할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 수술용 로봇의 조작 장치는, 상기 합성 출력부에서 출력되는 회전량을 감지하여, 마스터 로봇을 제어하는 제어부에 감지 신호를 입력하는 조작 감지부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1조작부 또는 제2조작부에는 조작자의 작동에 의해 인스트루먼트의 구동신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의 조작 스위치기구가 포함되어 구성될 수도 있다.

또한 상기 제2조작부는 그 양쪽에 조작자의 손가락을 끼우거나 손가락의 일부가 삽입되어 위치될 수 있도록 각각 복수개의 손가락 삽입부를 구비할 수 있다.

이때, 상기 손가락 삽입부는 양쪽에 두 개씩 구비되는 것이 바람직하고, 상기 양쪽의 손가락 삽입부 중 적어도 어느 하나는 다른 손가락 삽입부와 구별되도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 수술용 로봇의 조작 장치는, 샤프트형 구조로 이루어져 회전 작동에 의해 제1조작력을 발생시키는 제1조작부와; 상기 제1조작부의 둘레에 회전 가능하게 구비되어 회전 작동에 의해 제2조작력을 발생시키는 제2조작부와; 상기 제1조작부와 제2조작부의 회전 작동 상태를 감지하여 마스터 로봇의 제어부에 감지 신호를 입력하는 감지부를 포함한 것을 특 징으로 하여 구성되는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

상기한 바와 같은 과제를 해결할 수 있도록 구성된 본 발명에 따른 수술용 로봇의 조작 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명은, 2중축 구조로 배치된 제1 조작부 및 제2조작부의 회전 조작력을 하나의 축으로 합성하여 출력할 수 있도록 구성되기 때문에 하나의 조작 장치를 통해 조작 범위를 다변화시켜 수술 조작의 편의성 및 다양성을 실현하고, 조작 장치(핸들)의 구성을 전체적으로 간소화할 수 있는 효과를 제공한다.

즉, 본 발명은, 조작자가 제1조작부를 자신의 손목을 비틀면서 회전시킬 때, 더 이상 회전시킬 수 없는 상태에서 제1조작부 둘레에 구비된 제2조작부를 자신의 손가락으로 회전시킬 수 있도록 구성되기 때문에 실제 수술 도구의 회전 또는 이동 조작 범위를 확대하여, 수술 작업의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다. 또 제1조작부와 제2조작부의 회전 조합을 통해 다양한 수술 조작 방법을 구현할 수 있기 때 문에 다양한 수술 조작을 하나의 조작 장치를 통해 실현할 수 있고, 이에 따라 전체적인 조작 장치의 구성을 간소화할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 제1조작부에 의한 출력 회전량과 제2조작부에 의한 출력 회전량이 달라지도록 구성할 경우에, 제1조작부와 제2조작부가 동일한 회전 조작량으로 회전되더라도 빠른 조작 및 미세 조작을 분리하여 실행할 수 있게 되므로 보다 편리하고 정밀한 수술 작업을 실행할 수 있는 효과를 제공한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 수술용 로봇의 조작 장치는, 도 1을 참조하면, 마스터 로봇(1) 쪽에 설치되어 슬레이브 로봇(6)에 구비되는 인스트루먼트(7) 등을 조작할 수 있도록 구성된 것으로서, 슬레이브 로봇(6)의 작동 조건에 따라 다자유도로 조작할 수 있도록 구성된다. 이러한 다자유도 조작 방식에 대해서는 미국 특허 6839612호 등에 널리 공지되어 있으므로, 이하 설명되는 실시예에서는 하나의 특정 자유도(움직임)를 구현하기 위해 하나의 회전축을 중심으로 손잡이 또는 이와 유사한 조작간을 작동시킬 때의 구성을 중심으로 설명한다.

따라서, 마스터 로봇(1)에서, 조작자가 조작하는 조작 장치(핸들)에서 마스터 로봇 본체와 연결되는 부분 또는 다자유도 작동을 구현하기 위한 여러 연결조작 장치의 구성들은 공지 기술의 구성을 조합하여 다양하게 실시 가능하므로 이에 대 한 설명은 생략하고, 조작자가 직접 잡고 조작하는 핸들 조작 부분을 중심으로 본 발명의 주요 실시예를 설명한다.

이하 설명될 본 발명의 실시예들은, 도면을 참조하여 크게 5개의 바람직한 실시예에 대하여 설명하고, 기타 구현 가능한 다른 여러 실시예들은 각각의 실시예를 설명할 때 간단히 추가하여 설명한다.

참고로, 제1실시예에서는 역디퍼렌셜 구조를 이용한 조작력 합성 구조를, 제2실시예에서는 유성기어 장치를 이용한 조작력 합성 구조를, 제3실시예에서는 기계식 합성 구조가 아닌 전자식 합성 출력 구조를, 제4실시예에서는 제1조작부 또는 제2조작부에 추가 조작기구들이 설치된 구조를, 제5실시예에서는 조작부에 손가락 삽입부가 설치된 구조에 대하여 각각 설명한다.

본 발명의 여러 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 도면에 동일한 참조 번호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 대하여 설명한다.

도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서, 도 2는 사시도, 도 3은 측면도, 도 4는 측단면도, 도 5는 본 발명의 조작 장치에 의해 작동될 수 있는 인스트루먼트의 예시도, 도 6a 내지 도 6d는 제1실시예의 여러 조작 상태를 보여주는 도면들, 도 7은 합성 출력부의 다른 실시예를 보여주는 구성도, 도 8은 합성 출력부의 또 다른 실시예를 보여주는 측단 면도이다.

본 발명의 제1실시예는, 조작자(일반적으로 의사)가 손으로 잡고 회전시키는 제1조작부(10), 조작자가 제1조작부(10)를 손으로 잡은 상태에서 손가락으로 회전시키는 제2조작부(20), 제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 회전 작동력을 합성하여 출력하는 합성 출력부(30)의 구성으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 주요 구성 부분을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1조작부(10)는, 샤프트형 구조로 이루어져 조작자가 회전 작동시키는 조작에 의해 제1조작력을 발생시키도록 구성되는데, 조작자가 손으로 잡은 상태에서 회전시킬 수 있도록 구성된다.

이를 위해 제1조작부(10)는 조작자가 손으로 잡을 수 있도록 이루어진 손잡이부(11)가 구비되고, 이 손잡이부(11)와 상기 합성 출력부(30) 사이에 샤프트형 구조를 갖는 주축부(13)가 연결되게 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 손잡이부(11)가 주축부(13)에 대해 일정 각도 꺾이는 방향으로 연결됨으로써 제1조작부(10)가 전체적으로 건(gun) 타입 구조를 가지면서 조작자가 편리하게 제1조작부(10) 및 아래에서 설명할 제2조작부(20)의 조작이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 제1조작부(10)는 조작자가 손잡이부(11)를 잡은 상태에서 자신의 손목을 좌우로 비틀어서 회전시키는 동작을 함으로써 제1조작부(10)가 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 제1조작력을 발생시킬 수 있도록 구성되는 것이다.

제2조작부(20)는, 상기 제1조작부(10)의 둘레에 구비되어 조작자가 회전 작동시키는 조작에 의해 제2조작력을 발생시키도록 구성되는데, 조작자가 제1조작부(10)를 잡은 상태에서 손가락(엄지 손가락, 검지 손가락 등)으로 회전 작동시킬 수 있도록 구성된다.

이를 위해 제2조작부(20)는, 원통형 구조로 형성되어 제1조작부(10)의 주축부(13) 둘레에서 회전할 수 있도록 구성된다. 물론 제2조작부(20)도 상기 합성 출력부(30)에 연결되어 조작력을 전달할 수 있도록 구성된다.

한편, 제2조작부(20)에는 조작자의 작동에 의해 인스트루먼트를 포함한 슬레이브 로봇의 구동신호를 발생시킬 수 있도록 적어도 하나 이상의 조작 스위치기구가 포함되어 구성될 수 있다. 물론, 조작 스위치기구는 제1조작부(10)에 설치하여 구성할 수도 있으나, 조작자의 손가락이 제2조작부(20)에 위치되므로, 제2조작부(20)에 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 조작 스위치기구의 구성에 대해서는 본 발명의 제4실시예를 통해 자세히 설명한다.

합성 출력부(30)는, 상기 제1조작부(10)의 조작력과 제2조작부(20)의 조작력을 하나로 합성하여 출력하는 구성 부분으로서, 본 실시예에서는 역디퍼렌셜 원리를 이용한 실시예를 설명한다.

이러한 합성 출력부(30)는, 좌우로 나란히 위치되어 상기 제1조작부(10)와 제2조작부(20) 측과 각각 결합되는 양측 사이드 기어(31, 32), 이 양측 사이드 기어(31, 32) 사이에서 양측 사이드 기어(31, 32)에 베벨기어 방식으로 치합되는 한 쌍의 피니언 기어(33, 34), 이 한 쌍의 피니언 기어(33, 34)가 각각 자전 가능하게 결합되는 동시에 피니언 기어(33, 34)가 상기 양측 사이드 기어(31, 32) 사이에서 공전할 때 함께 회전하면서 합성 조작력을 출력하는 합성 케이스(35)로 이루어진다.

여기서, 상기 한 쌍의 피니언 기어(33, 34) 중 어느 하나를 생략하고 구성하는 것도 가능하나, 2개 이상의 복수개로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 역디퍼렌셜을 이용한 합성 출력부(30)의 자세한 동작 설명은 아래에서 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 자세히 설명한다.

도 4를 비롯한 본 발명의 도면에서 참조 번호 B는, 베어링을 나타내고, 참조 번호 40은 하우징을 나타낸다. 하우징(40)은 마스터 로봇의 본체 또는 주변 구조물에 그 위치가 안정되게 지지될 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 합성 출력부(30)에서 출력된 회전력은 조작 감지부 등을 통해서 마스터 로봇의 제어장치인 제어부(미도시) 쪽에 전달하게 되는데, 마스터 로봇에 기구적으로 직접 연결되어 구성되거나, 조작 감지부를 통해 전기적으로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 합성 출력부(30)에서 제어부 쪽에 기구적으로 연결되거나 조작 감지부를 통해서 전기적으로 신호를 전달하더라도 결국은 제어부에는 전기적으로 신호를 입력해야 한다. 따라서 마스터 로봇의 본체에 본 발명의 조작 장치가 연결된 구성 조건에 따라 기구적 연결 부분(기구적 동력 전달수단)을 더 추가하거나 일부를 생략하여 구성할 수 있고, 이때 합성 출력부(30) 또는 동력 전달을 위한 추가되는 기구적 연결 부분에 최종 합성 출력 회전량을 감지하여 제어부에 감지 신호를 입력하는 조작 감지부가 설치된다.

이와 같이 합성 출력부의 연장 구성 및 조작 감지부의 설치 위치는 마스터 로봇의 전체 구성 상태에 따라 적절하게 설계 변경하여 구성할 수 있음은 물론이다.

도 4에서는, 합성 출력부(30)의 합성 케이스(35)에 출력축(37)이 연결된 구성을 보여주고 있는데, 상기 출력축(37)에 조작 감지부(50)를 바로 설치하여, 이 조작 감지부(50)를 통해서 최종 합성 조작력을 감지하여 마스터 로봇의 제어부에 입력토록 구성할 수도 있다.

이외에도 상기 조작 감지부(50)는 합성 케이스(35), 상기 출력축(37)으로부터 동력을 전달받는 추가 동력전달기구의 특정 부분에 설치하여 합성 출력 조작력을 감지할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

조작 감지부(50)는 통상 널리 사용되는 회전수 감지센서를 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 5는 인스트루먼트(100)가 인체에 삽입된 상태를 보여주는 예시 도면으로서, 인스트루먼트 샤프트(101)의 끝단부에 집게 구조로 이루어진 수술 도구인 이펙터(103)가 설치된 상태를 보여준다. 이러한 인스트루먼트(100)는 상기한 본 발명의 조작 장치에서, 제1조작부(10) 및 제2조작부(20)를 회전 작동시켜 출력되는 합성 출력량에 의해 샤프트(101)의 회전량을 조절하도록 구성하거나, 샤프트(10)와 이펙터(103) 사이의 리스트(wrist) 부분(105)의 꺾임량을 조절하도록 구성할 수 있다. 이외에도 슬레이브 로봇의 다른 작동 부분을 조작하도록 구성할 수도 있다.

도 5에서 참조 번호, 110은 인체의 절개부이고, 115는 상기 샤프트(10)가 삽 입되는 관체인 캐눌러(cannula)를 나타낸다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제1실시예의 작동 예를 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

제1조작부(10)는 위에서 설명한 바와 같이 조작자가 손잡이부(11)를 잡은 상태에서 손목을 회전시키면서 조작하고, 제2조작부(20)는 조작자가 손잡이부(11)를 잡은 상태에서 엄지, 검지, 중지 손가락 등을 이용하여 회전시키면서 조작할 수 있도록 구성된다.

제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 각 회전량 또는 회전 방향에 따라 다양한 조작 방법이 구현될 수 있는데, 대표적인 경우를 예로 들어 1) ~ 4)로 구분하여 설명하면 다음과 같다.

1) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)는 정지시키는 경우(도 6a 및 아래의 [표 1]에서 조작1 또는 조작2 참조), 합성 출력부(30)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 제1사이드 기어(31)를 회전시키고, 이때 제1사이드 기어(31)에 맞물린 피니언 기어(33, 34)는, 제2조작부(20)와 함께 제2사이드 기어(32)가 정지 상태이므로, 제2사이드 기어(32)의 둘레를 따라 자전하면서 회전(공전)하게 된다. 따라서 피니언 기어(33, 34)가 사이드 기어(31, 32)의 둘레를 따라 자전하면서 공전함에 따라 피니언 기어(33, 34)의 축이 결합된 합성 케이스(35)도 함께 회전하면서 합성 출력이 이루어진다.

2) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)도 좌측(또는 우측)으로 회전시키는 경우(도 6b 및 표 1에서 조작3 또는 조작4 참조), 합성 출력부(30)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량 및 제2조작부(20)의 좌측(또는 우측) 회전량의 합에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 제1사이드 기어(31)를 회전시키고, 이와 동시에 제2조작부(20)의 회전력도 제2사이드 기어(32)를 회전시키게 됨에 따라 피니언 기어(33, 34)는 자전하지 않은 상태에서 양쪽 사이드 기어(31, 32)와 함께 회전(공전)하게 된다. 따라서 피니언 기어(33, 34)가 사이드 기어(31, 32)의 둘레를 따라 자전하지 않고 공전함에 따라 피니언 기어(33, 34)의 축이 결합된 합성 케이스(35)도 함께 회전하게 되어 위 1)의 경우보다 회전 조작량이 커진 합성 출력이 이루어진다.

3) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)를 반대로 우측(또는 좌측)으로 회전시키는 경우(도 6c 및 표 1에서 조작5 또는 조작6 참조), 합성 출력부(30)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량과 제2조작부(20)의 우측(또는 좌측) 회전량이 서로 상쇄되면서 회전 출력이 이루어지지 않게 된다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 제1사이드 기어(31)를 회전시키고, 이와 동시에 제2조작부(20)의 회전력은 제2사이드 기어(32)를 제1사이드 기어(31)와 반대로 회전시키게 됨에 따라 피니언 기어(33, 34)는 공전하지 않고 그 자리에서 자전만 하게 된다. 따라서 피니언 기어(33, 34)가 자전만 하고 공전하지 않게 됨에 따라 피니언 기어(33, 34)의 축이 결합된 합성 케이스(35)도 회전하지 않게 되어 합성 출력은 제로가 된다.

4) 제1조작부(10)를 정지시키고, 제2조작부(20)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키는 경우(도 6d 및 표 1에서, 조작7 또는 조작8 참조), 합성 출력부(30)는 제2조작부(20)의 좌측(또는 우측) 회전량에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제2조작부(20)의 회전력은 제2사이드 기어(32)를 회전시키고, 이때 제2사이드 기어(32)에 맞물린 피니언 기어(33, 34)는, 제1조작부(10)와 함께 제1사이드 기어(31)가 정지 상태이므로, 제1사이드 기어(31)의 둘레를 따라 자전하면서 회전(공전)하게 된다. 따라서 피니언 기어(33, 34)가 제1사이드 기어(31)의 둘레를 따라 자전하면서 공전함에 따라, 피니언 기어(33, 34)의 축이 결합된 합성 케이스(35)도 함께 회전하면서 합성 출력이 이루어진다.

[표 1](사이드 기어와 피니언 기어의 기어비가 1 : 1 인 경우)

	제1조작부 회전량	제2조작부 회전량	합성 출력부 출력 회전량
조작1	+ 1	0	+ 1/2
조작2	- 1	0	- 1/2
조작3	+ 1	+ 1	+ 1
조작4	- 1	- 1	- 1
조작5	+ 1	- 1	0
조작6	- 1	+ 1	0
조작7	0	+ 1	+ 1/2
조작8	0	- 1	- 1/2

상기한 바와 같은 제1실시예의 조작 예들은, 하나의 예시로서, 실제 제1조작부(10)의 회전량이 + 1 이고, 제2조작부(20)의 회전량이 0 일 때, 합성 출력부(30)의 회전량이 + 1/2 로 출력되지 않을 수 있다. 이는 사이드 기어(31, 32)와 피니언 기어(33, 34)의 기어비에 따라 출력되는 회전량은 달라지기 때문이다. 따라서, 실시 조건에 따라 입력 회전량 대비 출력 회전량 비를 사이드 기어(31, 32)와 피니언 기어(33, 34)의 기어비를 적절하게 설정하여 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 입력 회전량 대비 출력 회전량을 증대시키거나 감소시키기 위해서는 합성 출력부(30)의 출력축(37) 쪽 기어와 이에 치합되는 출력 기어의 비를 조절함으로써 실제 출력되는 합성 출력비를 적절하게 변경하여 설정할 수도 있다. 도 7은 이러한 일 실시예를 예시한 것으로서, 합성 케이스(35)에 구비된 합성 기어(36) 대비 출력 기어(38)의 기어비를 작게 설정함으로써 실제 출력축(37')을 통해 출력되는 합성 출력량을 증대시킬 수 있다. 물론 이와 반대로 기어비를 바꾸어 설정하면 합성 출력량을 감소시킬 수도 있다.

또한 도 7에서는 합성 기어(36)와 출력 기어(38)를 베벨 기어 방식으로 치합시킴으로써 합성 출력 방향을 변환시킨 실시예를 보여주고 있다. 출력 방향의 변환은 마스터 로봇에 연결되는 조작 장치의 설치 구성에 따라 적절하게 설계 변경하여 적용할 수 있다.

한편, 도 8은 제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 동일한 회전각도로 회전 조작하더라도, 합성 출력부(30)를 통해서 출력되는 출력 회전량이 달라지도록 하는 실시예를 예시한 도면이다.

즉, 제1조작부(10)에 연결된 제1사이드 기어(31)의 기어비에 비하여, 제2조작부(20)에 연결된 제2사이드 기어(32)의 기어비가 작게 되도록 구성함에 따라, 제1조작부(10)를 회전 조작할 경우의 출력 회전량이 제2조작부(20)를 회전 조작할 경우의 출력 회전량보다 커지게 된다.

따라서, 제1조작부(10)는 상대적으로 큰 회전량을 조작할 때 사용하고, 제2 조작부(20)는 상대적으로 작은 회전량 즉, 미세 회전 조작을 할 경우에 사용하면 적합할 것이다. 실제 인체에 수술 작업을 진행하는 인스트루먼트의 회전 조작을 예로 들면, 인스트루먼트(이펙터)를 빨리 회전시킬 때는 조작자의 손목을 회전시키면서 제1조작부(10)를 회전시키고, 이후 인스트루먼트를 미세하게 회전시킬 필요가 있을 때는 조작자의 손가락을 이용하여 제2조작부(20)를 회전시킴으로써 인스트루먼트의 빠른 조작과, 필요에 따라 미세한 조작이 구분하여 가능해질 수 있게 된다.

물론, 상기와 반대로 제1조작부(10)를 미세 회전 조작용으로, 제2조작부(20)를 빠른 회전 조작용으로 구성할 수도 있다. 이때에는 도 8의 양쪽 사이드 기어(31, 32)의 기어비를 반대로 배치하여 구성하면 가능하게 된다.

다음, 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서, 도 9는 내부 구조를 보인 측단면도, 도 10은 도 9의 A-A 선 방향의 유성기어 장치를 보인 정면도, 도 11a 내지 도 11d는 제2실시예의 작동 상태를 보인 도면들, 도 12는 다른 실시예의 구성을 보인 정면도이다.

본 발명의 제2실시예에서는 합성 출력부(300)를 유성기어장치를 이용하여 구성한 실시예를 보여준다. 전술한 제1실시예의 구성과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 도면에 동일한 참조 번호를 부여하고, 그에 대한 반복 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에서도, 상기한 제1실시예에서와 같이 제1조작부(10), 제2조작부(20), 제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 회전 작동력을 합성하여 출력하 는 합성 출력부(300)의 구성으로 이루어진다.

이 중에서 제1조작부(10) 및 제2조작부(20)의 구성은 전술한 제1실시예의 구성과 동일하게 구성될 수 있으므로, 합성 출력부(300)를 중심으로 설명한다.

제2실시예에서의 합성 출력부(300)는, 선기어(301), 위성기어(303) 및 캐리어(304), 링기어(302)로 이루어진 유성기어장치로 구성된다.

이때, 선기어(301)는 상기 제1조작부(10)에 연결되고, 링기어(302)는 제2조작부(20)에 연결된다. 그리고 위성기어(303)에 결합된 캐리어(304)는 출력축(307)에 연결되어 합성 조작력을 출력할 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 캐리어(304) 또는 출력축(307) 쪽에는 출력 회전량을 감지하여 마스터 로봇의 제어부에 감지 신호를 입력하는 조작 감지부가 구비될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제2실시예의 작동 예를 도 11a 내지 도 11d를 참조하여 설명한다.

제2실시예에서도 조작자가 손잡이부(11)를 잡은 상태에서 손목을 회전시켜 제1조작부(10)를 회전 조작하고, 엄지, 검지, 중지 손가락 등을 이용하여 제2조작부(20)를 회전시켜 조작한다.

제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 각 회전 방향에 따라 다양한 조작 방법이 구현될 수 있는데, 몇 가지 대표적인 경우를 1) ~ 4) 로 구분하여 설명하면 다음과 같다.

1) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)는 정지 시키는 경우(도 10a 및 아래의 [표 2]에서 조작1 또는 조작2 참조), 합성 출력부(300)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 선기어(301)를 회전시키고, 이때 선기어(301)에 맞물린 위성기어(303)는, 제2조작부(20)와 함께 링기어(302)가 정지 상태이므로, 링기어(302)의 내주 기어를 따라 자전하면서 회전(공전)하게 된다. 따라서 위성기어(303)가 링기어(302)의 기어를 따라 자전하면서 공전함에 따라 위성기어(303)에 결합된 캐리어(304)가 함께 회전하면서 합성 출력이 이루어진다.

2) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)도 좌측(또는 우측)으로 회전시키는 경우(도 10b 및 표 2에서 조작3 또는 조작4 참조), 합성 출력부(300)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량 및 제2조작부(20)의 좌측(또는 우측) 회전량의 합에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 선기어(301)를 회전시키고, 이와 동시에 제2조작부(20)의 회전력도 링기어(302)를 회전시키게 됨에 따라 위성기어(303)는 자전하지 않은 상태에서 내측과 외측의 선기어(301)와 링기어(302)와 함께 회전(공전)하게 된다. 따라서 위성기어(303)가 공전함에 따라 캐리어(304)도 함께 회전하게 되어 위 1)의 경우보다 회전 조작량이 커진 합성 출력이 이루어진다.

3) 제1조작부(10)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키고, 제2조작부(20)를 반대로 우측(또는 좌측)으로 회전시키는 경우(도 10c 및 표 2에서 조작5 또는 조작6 참조), 합성 출력부(300)는 제1조작부(10)의 좌측(또는 우측) 회전량과 제2조작 부(20)의 우측(또는 좌측) 회전량이 서로 상쇄되고, 나머지 기어비 차이에 의한 감속 출력이 이루어진다.

즉, 제1조작부(10)의 회전력은 선기어(301)를 회전시키고, 이와 동시에 제2조작부(20)의 회전력은 링기어(302)를 선기어(301)와 반대로 회전시키게 되는데, 아래의 표 2에서와 같이 선기어(301)와 링기어(302)의 기어비가 1:2인 경우에 제1조작부(10)와 제2조작부(20)를 동일 회전각도 만큼 회전시키게 되면, 링기어(302) 쪽의 회전 출력량이 커지게 되어, 제1조작부(10)의 회전량이 상쇄된 제2조작부(20)의 조작 회전 방향으로 합성 출력이 발생하게 된다.

여기서, 합성 출력이 제로로 되게 하기 위해서는, 선기어(301)와 링기어(302)의 기어비 차를 고려하여 아래 [표 2]의 조작 9와 조작 10에서와 같이 제1조작부(10)의 회전 조작량에 비하여 제2조작부(20)의 회전 조작량을 일정 정도 작게 하면 합성 출력을 제로로 할 수 있다.

4) 제1조작부(10)를 정지시키고, 제2조작부(20)를 좌측(또는 우측)으로 회전시키는 경우(도 10d 및 표 2에서, 조작7 또는 조작8 참조), 합성 출력부(30)는 제2조작부(20)의 좌측(또는 우측) 회전량에 비례하여 회전력이 출력된다.

즉, 제2조작부(20)의 회전력은 링기어(302)를 회전시키고, 이때 링기어(302)에 맞물린 위성기어(303)는, 제1조작부(10)와 함께 선기어(301)가 정지 상태이므로, 선기어(301)의 둘레를 따라 자전하면서 회전(공전)하게 된다. 따라서 위성기어(303)가 선기어(301)의 둘레를 따라 자전하면서 공전함에 따라, 위성기어(303)의 축이 결합된 캐리어(304)도 함께 회전하면서 합성 출력이 이루어진다.

[표 2] (선기어와 링기어의 기어비가 1 : 2 인 경우)

	제1조작부 회전량	제2조작부 회전량	합성 출력부 출력 회전량
조작1	+ 1	0	+ 1/3
조작2	- 1	0	- 1/3
조작3	+ 1	+ 1	+ 1
조작4	- 1	- 1	- 1
조작5	+ 1	- 1	- 1/3
조작6	- 1	+ 1	+ 1/3
조작7	0	+ 1	+ 2/3
조작8	0	- 1	- 2/3
조작9	+ 1	-1/2	0
조작10	- 1	+ 1/2	0

이와 같은 제2실시예의 조작 예들 역시, 하나의 예시로서, 선기어(301)와 링기어(302)의 기어비를 변경하는 경우에, 합성 출력의 결과를 다양하게 변화시켜 설정할 수 있다. 또한 합성 출력부(300)의 캐리어(304) 또는 출력축(307) 쪽에 회전량 증대 또는 감속을 위한 기어 출력 구조를 설정하게 되면, 적절한 합성 출력을 설정할 수 있다.

예를 들면, 도 12에서와 같이 캐리어(304)의 기어수 대비 출력 기어(306)의 기어수를 작게 설정함으로써 출력 회전력을 크게 하여 출력할 수 있는 것이다.

다만, 본 발명의 제2실시예에서는, 제1실시예와 달리, 유성기어 장치의 특성상 제1조작부(10)와 제2조작부(20)를 동일각도 만큼 회전시키더라도, 제2조작부(20)가 기어수가 상대적으로 많은 링기어(302)와 연결되므로, 기어수가 상대적으로 작은 선기어(301)와 연결된 제1조작부(10) 보다도 더 큰 회전 출력량을 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제2실시예는, 도 8을 예시하여 설명하였던 실시예와 반대로, 제1조작부(10)를 통해 미세 회전 조작이 가능하고, 제2조작부(20)를 통해 제 1조작부보다 빠른 회전 조작이 가능해지는 구성을 보여준다.

다음, 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다.

도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면이다.

전술한 제1실시예 및 제2실시예가 합성 출력부(30)가 기구적으로 구성된 것과 달리, 본 발명의 제3실시예는 전자적으로 제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 회전량을 감지하여 각각의 회전 조작량을 출력할 수 있도록 구성된다.

즉, 제1조작부(10)와 제2조작부(20)가 전술한 실시예들과 같이 이중축 구조로 형성되는 것은 동일하나, 두 조작부의 회전 작동 상태를 감지하여 마스터 로봇의 제어부에 감지 신호를 각각 입력하는 감지부(51, 52)들이 구비된 점이 다르다.

이와 같은 본 발명의 제3실시예에서는, 제1감지부(51)를 통해 제1조작부(10)의 회전량을 감지하고, 제2감지부(52)를 통해 제2조작부(20)의 회전량을 감지한다. 그리고 제1감지부(51)와 제2감지부(52)의 감지 신호가 마스터 로봇의 제어부에 입력됨으로써, 마스터 로봇의 제어부에서 두 조작부(10, 20)의 조작 상태를 합성하여 판단한 후에 슬레이브 로봇의 인스트루먼트를 구동하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있도록 이루어진다.

상기한 바와 같은 본 발명의 여러 실시예들에서는, 주로 제1조작부(10)와 제2조작부(20)의 회전 조작량을 출력하는 구성에 대하여 설명하였다.

통상 수술용 로봇의 조작 장치는 회전 조작뿐만 아니라, 인스트루먼트의 이펙터(도 5의 103) 등을 작동하기 위한 여러 조작 신호를 출력하도록 구성되고 있는바, 제1조작부(10) 또는 제2조작부(20)에 추가 조작 신호를 발생시킬 수 있는 조작기구에 대하여 제4실시예를 통해 설명한다.

본 발명의 제4실시예에 대하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 측면도이다.

본 발명의 제4실시예는, 제1조작부(10) 또는 제2조작부(20), 그리고 합성 출력부(30) 또는 전자 출력부의 구성 등은 전술한 제1실시예 내지 제3실시예 중 어느 하나의 구성과 동일하게 구성될 수 있다.

다만, 제1조작부(10) 및 제2조작부(20)의 회전 조작이 아닌 추가 조작을 위한 조작부가 구성된다. 즉, 제1조작부(10) 또는 제2조작부(20)에는 조작자의 작동에 의해 인스트루먼트의 구동신호를 발생시키는 하나 이상의 조작 스위치기구(71, 72, 73)가 포함되는 구성으로 이루어질 수 있다.

조작 스위치 기구(71, 72, 73)는 조작자의 손가락이 위치되는 제2조작부(20)에 구성되는 것이 바람직하며, 스위치의 형태는 On/Off 스위치, 누르는 힘에 의해 출력 신호가 달라지는 압력 스위치, 노브(knob)의 이동에 따라 스위칭 신호를 다르게 출력하는 노브(또는 레버) 스위치 등으로 구성할 수 있다.

조작 스위치기구는 엄지 손가락과 검지 손가락에 의해 작동되는 두 개(71, 73)의 구성으로만 설정할 수도 있고, 필요한 경우에 본 실시예의 도면에 예시된 바와 같이 중지 손가락으로도 조작이 가능하도록 3개(71, 72, 73)로 구성할 수도 있다. 물론, 그 이상의 개수로 구성하는 것도 가능하다.

이러한 조작 스위치기구(71, 72, 73)들은 인스트루먼트 조작시에 이펙터를 작동시키는 신호를 발생시키도록 구성될 수 있는데, 예를 들면 이펙터가 집게인 경우에, 2개의 조작 스위치 기구(71, 73)의 작동에 따라 집게가 밀착되거나 벌어지게 조작 신호를 발생시키도록 구성할 수 있는 것이다. 또한 압력 스위치로 구성하는 경우에는 압력 스위치의 누르는 힘에 따라 집게의 근접량 또는 밀착력이 달라지도록 조작 신호를 발생시킬 수 있게 구성할 수도 있다.

이와 같은 조작 스위치기구(71, 72, 73)의 구성은 인스트루먼트를 포함한 슬레이브 로봇의 작동 조작 조건에 따라 그 개수 및 종류, 그리고 설치 위치 등을 적절하게 설정하여 구성할 수 있다.

한편, 조작 스위치기구의 전기적 신호는 신호 전달선을 통해 이루어질 수 있는데, 제2조작부(20)와 합성 출력부(30) 쪽의 하우징(40) 사이에 전기 접속부(80)를 통해 신호를 전달할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 여기서 전기 접속부(80)는 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 전기적 신호를 전달할 수 있도록 하는 공지 기술을 이용하여 구성할 수 있으므로 접속 구조에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 제5실시예에 대하여 설명한다.

도 15 내지 도 16은, 본 발명의 제5실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서, 도 15는 전체 측면도, 도 16은 도 15의 B-B 선 방향의 단면도이다.

본 발명의 제5실시예도, 전술한 제1실시예 내지 제4실시예 중 어느 하나의 실시예의 구성을 포함하도록 구성되고, 추가로 제2조작부(20)에 조작자의 손가락을 끼우거나 손가락의 일부가 삽입되어 위치될 수 있도록 손가락 삽입부(22, 23)를 구비한다.

손가락 삽입부(22, 23)는 제2조작부(20)에 'ㄷ'자 형태로 구비되어 조작자의 손가락을 끼운 상태에서 조작이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 물론 손가락 삽입부(22, 23)는 'ㄷ'자 형태 외에도 손가락을 끼울 수 있는 구조이면 그 모양을 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

또한 제2조작부(20)의 양쪽에 각각 두 개씩 손가락 삽입부(22, 23)가 구비되는 것이 바람직하다. 이는 제2조작부(20)를 조작할 때 한 쪽면에 엄지 손가락이 위치되고 반대쪽 면에 검지 손가락과 중지 손가락이 위치된 상태에서 조작하는 것이 바람직하므로, 제2조작부(20)에는 적어도 3개의 손가락 삽입부가 구비되어야 한다.

하지만, 3개의 손가락 삽입부만 구비될 경우에, 제2조작부(20)가 180도 회전하는 경우에 다시 원위치로 회전시킨 상태에서 조작을 실시하여야 하나, 본 실시예의 도면에서와 같이 양쪽에 두 개씩 4개의 손가락 삽입부(22, 23)를 구성하는 경우에 제2조작부(20)의 회전 위치에 상관없이 바로 엄지 손가락과 검지 및 중지 손가락을 삽입한 상태에서 조작이 가능해진다.

또한, 양쪽에 2개씩 4개의 손가락 삽입부(22, 23)가 구성되더라도, 어느 하나의 손가락 삽입부(22')는 제2조작부(20)의 회전 상태를 파악할 수 있도록 다른 손가락 삽입부와 모양이나 색깔 등을 다르게 하여 조작자가 구별할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 함께 손가락 삽입부(22, 23) 내에 전술한 제4실시예에서 설명하였던 바와 같은 조작 스위치 기구를 구성하는 것도 가능하다.

한편, 상기 손가락 삽입부(22, 23)는 손가락의 끝부분이 삽입되게 구성될 수도 있으나, 제2조작부(20) 둘레에 손가락의 밑부분이 약간 들어가는 오목한 홈(groove) 구조로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 제2조작부(20)의 양쪽에 각각 두 개씩 4개의 손가락 삽입부(22, 23)가 구비되는 구성을 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 1개 ~ 3개 사이로 손가락 삽입부를 구성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 여러 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 수술용 로봇을 보인 구성도이다.

도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서,

도 2는 사시도, 도 3은 측면도, 도 4는 측단면도, 도 5는 인스트루먼트의 예시도, 도 6a 내지 도 6d는 제1실시예의 작동 상태를 보여주는 도면들, 도 7은 합성 출력부의 다른 실시예를 보여주는 구성도, 도 8은 합성 출력부의 또 다른 실시예를 보여주는 측단면도이다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서,

도 9는 내부 구조를 보인 측단면도, 도 10은 도 9의 A-A 선 방향의 유성기어 장치를 보인 정면도, 도 11a 내지 도 11d는 제2실시예의 작동 상태를 보인 도면들, 도 12는 다른 실시예의 구성을 보인 정면도이다.

도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면이다.

도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 측면도이다.

도 15 내지 도 16은 본 발명의 제5실시예에 따른 수술용 로봇의 조작 장치가 도시된 도면들로서,

도 15는 전체 측면도, 도 16은 도 15의 B-B 선 방향의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1조작부 11 : 손잡이부

13 : 주축부 20 : 제2조작부

30 : 합성 출력부 31, 32 : 사이드 기어

33, 34 : 피니언 기어 35 : 합성 케이스

37 : 출력축 40 : 하우징

50 : 조작 감지부 51, 52 : 감지부

71, 72, 73 : 조작 스위치기구 300 : 합성 출력부

301 : 선기어 302 : 링기어

303 : 위성기어 304 : 캐리어

307 : 출력축

Claims (16)

1. 샤프트형 구조로 이루어져 회전 작동에 의해 제1조작력을 발생시키는 제1조작부와;

   상기 제1조작부의 둘레에 구비되어 회전 작동에 의해 제2조작력을 발생시키는 제2조작부와;

   상기 제1조작부의 조작력과 제2조작부의 조작력을 하나로 합성하여 출력하는 합성 출력부를 포함한 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
2. 샤프트형 구조로 이루어져 회전 작동에 의해 제1조작력을 발생시키는 제1조작부와;

   상기 제1조작부의 둘레에 회전 가능하게 구비되어 회전 작동에 의해 제2조작력을 발생시키는 제2조작부와;

   상기 제1조작부와 제2조작부의 회전 작동 상태를 감지하여 마스터 로봇의 제어부에 감지 신호를 입력하는 감지부를 포함한 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 제1조작부는 조작자가 손으로 잡은 상태에서 회전시킬 수 있도록 구성되고,

   상기 제2조작부는 조작자가 손가락을 움직여서 회전시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1조작부는, 조작자가 손으로 잡은 상태에서 회전시킬 수 있도록 구성된 것으로, 조작자가 손으로 잡을 수 있도록 이루어진 손잡이부와, 이 손잡이부에서 상기 합성 출력부로 연결되는 주축부를 포함하고,

   상기 제2조작부는, 조작자가 손가락을 움직여서 회전시킬 수 있도록 구성된 것으로, 상기 제1조작부의 주축부의 둘레에 회전 가능하게 설치된 상태에서 상기 합성 출력부에 연결된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 합성 출력부는, 좌우로 나란히 위치되어 상기 제1조작부와 제2조작부 측과 각각 결합되는 양측 사이드 기어와, 이 양측 사이드 기어 사이에서 양측 사이드 기어에 베벨기어 방식으로 치합되는 피니언 기어와, 이 피니언 기어가 자전 가능하게 결합되는 동시에 피니언 기어가 상기 양측 사이드 기어를 따라 공전할 때 함께 회전하면서 합성 조작력을 출력하는 합성 케이스를 포함한 것을 특징으로 하 는 수술용 로봇의 조작 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 피니언 기어는 상기 양측 사이드 기어 사이에 복수개가 설치된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 합성 출력부는, 상기 합성 케이스에서 출력된 회전력을 증대시키거나 감소시켜 출력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 합성 출력부는, 양측 사이드 기어의 기어비가 다르게 형성되어 제1조작부의 회전 조작에 의한 출력 회전량과 제2조작부의 회전 조작에 의한 출력 회전량이 달라지도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 합성 출력부는 상기 제2조작부에 연결된 사이드 기어의 기어수가 제1조작부에 연결된 사이드 기어의 기어수보다 더 작게 형성되어, 제2조작부의 미세 조작이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 합성 출력부는, 선기어, 위성기어 및 캐리어, 링기어로 이루어진 유성기어장치로 구성되되,

    상기 선기어는 상기 제1조작부에 연결되고, 상기 링기어는 제2조작부에 연결되어, 상기 캐리어를 통해 합성 출력이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 합성 출력부는 상기 캐리어를 통해 출력되는 회전력을 증대시키거나 감소시켜 출력할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 수술용 로봇의 조작 장치는, 상기 합성 출력부에서 출력되는 회전량을 감지하여, 마스터 로봇을 제어하는 제어부에 감지 신호를 입력하는 조작 감지부를 포함한 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 제1조작부 또는 제2조작부에는 조작자의 작동에 의해 인스트루먼트의 구동신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의 조작 스위치기구가 포함된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 제2조작부는 그 양쪽에 조작자의 손가락을 끼우거나 손가락의 일부가 삽입되어 위치될 수 있도록 각각 복수개의 손가락 삽입부를 구비한 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 손가락 삽입부는 양쪽에 두 개씩 구비된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 양쪽의 손가락 삽입부 중 적어도 어느 하나는 다른 손가락 삽입부와 구별되도록 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 조작 장치.

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