KR101152178B1 - 수술용 로봇의 구동 장치 - Google Patents

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의료법인 우리들의료재단
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    • A61B2560/02—Operational features

Abstract

본 발명은 수술 기구를 장착한 각 로봇팔 모두를 전방향으로 전후, 좌우, 회전 이송할 수 있도록 하는 수술용 로봇의 구동 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 수술 기구가 부착된 로봇팔을 수술 환부로 이송시키기 위한 수술용 로봇의 구동 장치에 있어서, 상기 로봇팔과 연계적으로 연결되고서, 모터의 구동에 따라 해당 로봇팔을 좌우 방향으로 이송시키기 위한 좌우 이송부와, 상기 좌우 이송부와 연동 가능하게 연결되고서, 상기 좌우 이송부의 좌우 방향 이송에 따라 연동되어 상기 로봇팔을 좌우 방향으로 이송시키고, 모터의 구동에 따라 해당 로봇팔을 전후 방향으로 이송시키기 위한 전후 이송부 및, 상기 전후 이송부와 연동 가능하게 연결되고서, 상기 좌우 이송부의 좌우 방향 이송과 상기 전후 이송부의 전후 방향 이송에 따라 각각 연동되어 상기 로봇팔을 좌우 방향 또는 전후 방향으로 이송시키고, 모터의 구동에 따라 상기 로봇팔을 회전 이송시키는 회전 이송부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

수술용 로봇의 구동 장치{Apparatus for Driving Microsurgery Robot}
본 발명은 수술용 로봇이 수술 환부를 향하여 정확히 이동될 수 있도록 전방향 구동이 가능한 수술용 로봇의 구동 장치에 관한 것이다.
종래, 전통적으로 의사의 수동 조작에 의존하여 외과적 수술을 진행하는 방식에서는, 의사의 의료적인 지식 및 수술 기술 수준에 따라 수술에 의한 외부 조직의 손상 정도가 달라지게 되고, 수술 경험이 많지 않은 의사에 의해 수술이 집도되는 경우에는 외부 조직의 손상 정도가 커지게 되어 수술후 입원 회복기간이 길어질 수 밖에 없게 된다.
또한, 의사가 직접 수술 도구를 수동 조작하여 수술을 진행하는 종래 방식에서는, 의사가 수술 도구를 직접 다루어서 수술을 집도하도록 되어 있기 때문에, 장시간의 수술을 진행하는 경우에는 의사의 피로도가 증가될 수 밖에 없다는 단점이 있다.
이에, 최근에는 의사의 수동 조작을 대신하여 수술 기구가 부착된 수술용 로봇을 서보 기구를 이용하여 원격 조작함에 의해, 수술용 로봇에 부착된 수술 기구를 환자의 수술 환부에 가하여 수술이 진행될 수 있도록 하는 수술용 로봇을 이용 한 원격 수술 장치가 개발되어 상용화되고 있다.
이러한 수술용 로봇을 이용한 원격 수술 장치는 각기 다른 역할을 담당하는 수술 기구를 장착한 다수개의 로봇팔이 외과 수술을 위해 적용되는데, 다수개의 로봇팔은 각각 별도의 서보 기구와 각 서보 기구를 조종하는 원격 조종기가 개별적으로 구비되어 있고, 의사가 원격 조종기를 개별 조작함에 의해 각 로봇팔이 다른 로봇팔과는 개별적으로 구동되어 수술을 진행할 수 있도록 한다.
그러나, 이러한 종래의 수술용 로봇을 이용한 원격 수술 장치는 다수개의 로봇팔 별로 각기 별도의 서보 기구를 구비하고 있고, 개별적인 서보 기구를 의사가 개별 조작함에 의해 각 로봇팔 별로 구동이 이루어지도록 되어 있기 때문에, 로봇팔의 원격 조종이 복잡해 질 수 밖에 없으며, 각 로봇팔을 구동하는 서보 기구의 제어 장치 및 구동 구조가 복잡해 지고, 장치의 제조 단가가 상승할 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 수술 기구를 장착한 각 로봇팔 모두를 전방향으로 전후, 좌우, 회전 이송할 수 있도록 하는 수술용 로봇의 구동 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 수술 기구가 부착된 로봇팔을 수술 환부로 이송시키기 위한 수술용 로봇의 구동 장치에 있어서, 상기 로봇팔 과 연계적으로 연결되고서, 모터의 구동에 따라 해당 로봇팔을 좌우 방향으로 이송시키기 위한 좌우 이송부와, 상기 좌우 이송부와 연동 가능하게 연결되고서, 상기 좌우 이송부의 좌우 방향 이송에 따라 연동되어 상기 로봇팔을 좌우 방향으로 이송시키고, 모터의 구동에 따라 해당 로봇팔을 전후 방향으로 이송시키기 위한 전후 이송부 및, 상기 전후 이송부와 연동 가능하게 연결되고서, 상기 좌우 이송부의 좌우 방향 이송과 상기 전후 이송부의 전후 방향 이송에 따라 각각 연동되어 상기 로봇팔을 좌우 방향 또는 전후 방향으로 이송시키고, 모터의 구동에 따라 상기 로봇팔을 회전 이송시키는 회전 이송부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치를 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 수술 기구가 장착된 2개의 로봇팔을 부착하고 있는 로봇팔 마운트 프레임과, 현미경 카메라를 장착한 카메라 마운트를 수술 환부로 이동시키고자 하는 경우에, 좌우 이송 메카니즘, 전후 이송 메카니즘, 회전 이송 메카니즘이 각각 연계적으로 결합되어 있는 구동 장치를 통해 로봇팔 마운ㅇ트 프레임과 카메라 마운트를 전체적으로 좌우, 전후, 회전 이송할 수 있도록 함에 따라, 각 로봇팔의 통합적인 이송이 가능하게 되어 로봇팔의 수술 환부 이송을 위한 의사의 원격 조종이 간단히 이루어질 수 있게 됨과 더불어, 로봇팔의 이송을 위한 구동 메카니즘의 구조가 간단해지고, 구조가 간단해 짐에 따라 장치의 제조 단가가 절감될 수 있게 된다는 효과를 갖게 된다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
즉, 도 1은 본 발명에 따른 수술용 로봇의 구동 장치에 대한 전체 외관을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수술용 로봇의 구동 장치에 대한 전체 외관을 나타낸 측면 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수술용 로봇의 구동 장치는, 일정 거리만큼 좌우 방향으로 이송될 수 있는 경로를 제공하는 좌우 이송 레일(10,12)이 각각 설치되고, 상기 좌우 이송 레일(10,12) 상에는 좌우 방향의 이송 경로를 따라 회전 이동하는 4개의 좌우 이송 롤러(14,16)가 설치되어 있으며, 상기 좌우 이송 롤러(14,16)는 2개의 좌우 이송 모터(22,24)와 각 좌우 이송축(18,20)을 통해 연결되어 있다.
상기 좌우 이송 레일(10,12)에는 그 이송 경로를 따라 래크 기어가 형성되어 있고, 상기 좌우 이송 롤러(14,16)는 상기 좌우 이송 레일(10,12)의 래크 기어와 기어 동작하는 피니언 기어가 형성되어 있다.
상기 좌우 이송 롤러(14,16)는 상기 2개의 좌우 이송 모터(22,24)로부터의 회전 구동력을 좌우 이송축(18,20)을 통해서 전달받아서 상기 좌우 이송 레일(10,12)을 따라 좌우 방향으로 이송된다.
상기 좌우 이송 레일(10,12)과, 좌우 이송 롤러(14,16), 좌우 이송축(18,20), 좌우 이송 모터(22,24)는 수술용 로봇을 좌우 방향으로 이송시키는 좌우 이송부에 해당된다.
또한, 일정 거리만큼 전후 방향으로 이송될 수 있는 경로를 제공하는 전후 이송 레일(26,28)이 설치되어 있고, 상기 전후 이송 레일(26,28) 상에는 그 전후 방향 이송 경로를 따라 회전 이동하는 4개의 전후 이송 롤러(30,32)가 설치되어 있으며, 상기 전후 이송 롤러(30,32)는 2개의 전후 이송 모터(38,40)와 각 전후 이송축(34,36)을 통해 연결되어 있다.
여기서, 상기 전후 이송 레일(26,28)에는 그 이송 경로를 따라 래크 기어가 형성되어 있고, 상기 전후 이송 롤러(30,32)에는 상기 전후 이송 레일(26,28)의 래크 기어와 기어 동작하는 피니언 기어가 형성되어 있다.
상기 전후 이송 레일(26,28)과, 전후 이송 롤러(30,32), 전후 이송축(34,36), 전후 이송 모터(38,40)는 수술용 로봇을 전후 방향으로 이송시키는 전후 이송부에 해당된다.
한편, 상기 2개의 좌우 이송 모터(22,24)는 상기 각 전후 이송 레일(26,28)과 고정적으로 결합되어 있어서, 해당 좌우 이송 모터(22,24)의 회전 구동에 의한 좌우 이송 롤러(14,16)의 좌우 이송 레일(10,12) 상에서의 좌우 이송에 따라 상기 전후 이송 레일(26,28)과, 그 전후 이송 레일(26,28)에 설치되어 있는 전후 이송 롤러(30,32), 전후 이송축(34,36), 전후 이송 모터(38,40)를 모두 좌우 방향으로 이송시킬 수 있게 된다.
상기 2개의 전후 이송 모터(38,40)는 결합 패널(42)을 매개로 회전 이송 모터(44)와 고정적으로 결합되어 있으며, 상기 회전 이송 모터(44)는 하부의 회전 이송축(46)을 통해 로봇팔(50,52)과, 카메라 마운트(72)가 부착되어 있는 로봇팔 마 운트 프레임(48)과 연결되어 있다.
상기 회전 이송 모터(44)는 그 회전 구동을 통해 회전 이송축(46)을 회전시켜서 상기 로봇팔 마운트 프레임(48)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 이송시킴에 의해, 해당 로봇팔 마운트 프레임(48)에 결합된 로봇팔(50,52)과 카메라 마운트(72)를 회전시키게 된다.
여기서, 상기 회전 이송 모터(44)와, 회전 이송축(46), 로봇팔 마운트 프레임(48)은 수술용 로봇을 회전 이송시키는 회전 이송부에 해당된다.
한편, 상기 전후 이송 모터(38,40)는 결합 패널(42)을 통해 상기 회전 이송 모터(44)와 고정적으로 결합되어 있어서, 해당 전후 이송 모터(38,40)의 회전 구동에 따라 전후 이송 롤러(30,32)가 전후 이송 레일(26,28) 상에서 전후 방향으로 이송됨에 따라, 상기 회전 이송 모터(44)와, 그 회전 이송 모터(44)와 회전 이송축(46)을 통해 결합된 로봇팔 마운트 프레임(48)을 전후 방향으로 연동시킬 수 있게 된다.
상기 로봇팔(50,52)에는 환자의 수술 환부에 대해 수술을 실행할 수 있는 수술 기구(54,56)가 각각 부착되어 있고, 상기 카메라 마운트(72)에는 수술 환부의 수술 진행 상태를 촬영하기 위한 현미경 카메라(도시되지 않음)가 장착되어 있다.
또한, 상기 로봇팔 마운트 프레임(48)은 아치형의 틸팅 구동 프레임(74)을 매개로 상기 카메라 마운트(72)와 연결되어 있는 바, 상기 틸팅 구동 프레임(74)은 상기 로봇팔 마운트 프레임(48) 양측에 고정적으로 결합되어 있는 2개의 제1틸팅 이송 모터(58,60)와 회전에 의한 틸팅 구동이 가능한 형태로 연결되어 있으며, 상 기 2개의 제1틸팅 이송 모터(58,60)와 연결된 아치형 프레임 부분과는 직교하는 위치의 아치형 프레임 부분에 2개의 제2틸팅 이송 모터(66,68)가 고정적으로 결합되어 있다.
상기 틸팅 구동 프레임(74)에 설치된 2개의 틸팅 이송 모터(66,68)는 틸팅 이송축(70)을 통해 상기 카메라 마운트(72)와 연결되어 있으며, 해당 제2틸팅 이송 모터(66,68)의 회전 구동에 의해 상기 제1틸팅 이송 모터(58,60)의 구동에 의한 틸팅 이송 방향과는 직교하는 방향으로 상기 카메라 마운트(72)를 틸팅 이송하게 된다.
상기 제 1 및 제 2틸팅 이송 모터(58,60,66,68)와, 상기 틸팅 구동 프레임(74), 틸팅 이송축(62,64,70)은 상기 카메라 마운트를 틸팅 이송시키는 틸팅 이송부에 해당된다.
상기 좌우 이송 모터(22,24)와, 상기 전후 이송 모터(38,40), 상기 회전 이송 모터(44), 상기 제 1 및 제 2틸팅 이송 모터(58,60,66,68)는, 각각의 이송축에 회전 구동력을 전달하기 위해 모터부 내에 각 이송축과 연동적으로 작용하는 기어 박스가 내장되어 있다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 도 3a 내지 도 3d의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 좌우 이송 모터(22,24)를 회전 구동시키는 경우에, 상기 좌우 이송 모터(22,24)와 결합된 좌우 이송축(18,20)을 매개로 회전 구동력이 좌우 이송 롤러(14,16)에 전달되고, 상기 좌우 이송 롤러(14,16)는 각 좌 우 이송 레일(10,12) 상에서 좌우 방향의 이송 경로를 따라 이동된다.
상기 좌우 이송 롤러(14,16)의 좌우 방향 이송 동작에 따라, 좌우 이송축(18,20)을 매개로 연결된 좌우 이송 모터(22,24)도 연동적으로 좌우 방향으로 이송되고, 상기 좌우 이송 모터(22,24)와 고정적으로 결합되어 있는 전후 이송 레일(26,28)을 좌우 방향으로 이송시킴으로써, 상기 전후 이송 레일(26,28)에 설치된 전후 이송 롤러(30,32)와, 그 전후 이송 롤러(30,32)에 전후 이송축(34,36)을 매개로 연결되어 있는 전후 이송 모터(38,40)로 이루어진 전후 이송부 전체를 좌우 방향으로 이송시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 전후 이송부와 결합되어 있는 회전 이송 모터(44) 및 회전 이송축(46)으로 이루어진 회전 이송부와, 그 회전 이송부와 연결되어 있는 로봇팔 마운트 프레임(48)을 연동적으로 좌우 방향으로 이송시킬 수 있게 되면서, 상기 로봇팔 마운트 프레임(48)에 연결되어 있는 로봇팔(50,52)과, 아치형상의 틸팅 구동 프레임(74)을 통해 연결된 카메라 마운트(72)를 좌우 방향으로 연동적으로 이송시킬 수 있게 된다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 전후 이송 모터(38,40)를 회전 구동시키는 경우에, 상기 전후 이송 모터(38,40)로부터의 회전 구동력이 전후 이송축(34,36)을 통해 전후 이송 롤러(30,32)에 전달되어, 해당 전후 이송 롤러(30,32)가 전후 이송 레일(26,28)의 전후 방향 이송 경로를 따라 전후 이송되고, 상기 전후 이송 모터(38,40)도 연동적으로 전후 방향으로 이송되면서, 결합 패널(42)을 통해 고정 결합된 회전 이송 모터(44)와, 그 회전 이송 모터(44)와 회전 이송축(46)을 매개로 연결된 로봇팔 마운트 프레임(48)도 연동적으로 전후 방향으로 이송된다.
상기 로봇팔 마운트 프레임(48)의 전후 방향 이송에 따라, 상기 로봇팔(50,52)도 전후 방향으로 이송됨과 더불어, 틸팅 구동 프레임(74)을 통해 상기 로봇팔 마운트 프레임(48)과 연결된 카메라 마운트(72)도 연동적으로 전후 방향으로 이송될 수 있게 된다.
그 다음에, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 회전 이송 모터(44)를 회전 구동시키는 경우에, 상기 회전 이송 모터(44)로부터의 회전 구동력이 회전 이송축(46)을 통해 상기 로봇팔 마운트 프레임(48)으로 전달됨으로써, 해당 로봇팔 마운트 프레임(48)이 연동적으로 회전될 수 있게 됨에 따라, 상기 로봇팔(50,52)과 상기 카메라 마운트(72)도 회전 이송될 수 있게 된다.
한편, 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 로봇팔 마운트 프레임(48) 측에 설치된 제1틸팅 이송 모터(58,60)를 회전 구동시키는 경우에, 틸팅 이송축(62,64)을 통해 회전 구동력이 상기 틸팅 구동 프레임(74)에 전달되면서, 해당 틸팅 구동 프레임(74)이 연동적으로 회전되어 틸팅 동작하게 되고, 틸팅 구동 프레임(74)과 연결된 카메라 마운트(72)도 연동적으로 틸팅될 수 있다.
또한, 상기 틸팅 구동 프레임(74) 측에 설치된 제2틸팅 이송 모터(66,68)를 회전 구동시키는 경우에, 틸팅 이송축(70)을 매개로 회전 구동력이 상기 카메라 마운트(72)에 전달되면서 해당 카메라 마운트(72)가 상기 제 1틸팅 이송 모터(58,50)의 구동에 의한 틸팅 이송 방향과는 직교하는 방향으로 회전하여 틸팅 동작된다.
여기서, 상기 카메라 마운트(72)에 설치된 현미경 카메라에는 카메라의 포커 싱을 위한 포커싱 구동 수단이 포함될 수 있다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수술용 로봇의 구동 장치에 대한 전체 외관을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 수술용 로봇의 구동 장치에 대한 전체 외관을 나타낸 측면 사시도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 수술용 로봇을 전후, 좌우, 회전 이동시키는 구동 상태를 각각 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,12:좌우 이송 레일, 14,16:좌우 이송 롤러,
18,20:좌우 이송축, 22,24:좌우 이송 모터,
26,28:전후 이송 레일, 30,32:전후 이송 롤러,
34,36:전후 이송축, 38,40:전후 이송 모터,
42:결합 패널, 44:회전 이송 모터,
46:회전 이송축, 48:로봇팔 마운트 프레임,
50,52:로봇팔, 54,56:수술 기구,
58,60,66,68:틸팅 이송 모터, 70:틸팅 이송축,
72:카메라 마운트, 74:틸팅 구동 프레임.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 수술 기구가 부착된 로봇팔을 수술 환부로 이송시키기 위한 수술용 로봇의 구동 장치에 있어서,
    회전 이송 모터의 구동에 따라 상기 로봇팔을 회전 이송시키는 회전 이송부;
    상기 회전 이송부와 연동되어 연결되고, 전후 이송 모터의 구동에 따라 상기 회전 이송부와 함께 상기 로봇팔을 전후 방향으로 이송시키는 전후 이송부; 및
    상기 전후 이송부와 연동되어 연결되고, 좌우 이송 모터의 구동에 따라 상기 전후 이송부와 함께 상기 로봇팔을 좌우 방향으로 이송시키는 좌우 이송부;를 포함하여 구성되고,
    상기 좌우 이송부는, 일정 거리의 좌우 방향 이송 경로가 형성되어 있는 좌우 이송 레일과, 상기 좌우 이송 레일 상에 설치되어 좌우 방향 이송 경로를 따라 이동하는 좌우 이송 롤러, 좌우 이송축을 통해 상기 좌우 이송 롤러와 연결되어, 그 회전 구동에 의해 상기 좌우 이송 롤러를 회전시키는 좌우 이송 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전후 이송부는, 상기 좌우 이송부의 좌우 이송 모터와 고정적으로 결합됨과 더불어, 일정 거리의 전후 방향 이송 경로가 형성되어 있는 전후 이송 레일과, 상기 전후 이송 레일 상에 설치되어 전후 방향 이송 경로를 따라 이동하는 전후 이송 롤러, 전후 이송축을 통해 상기 전후 이송 롤러와 연결되어, 그 회전 구동에 의해 상기 전후 이송 롤러를 회전시키는 전후 이송 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전 이송부는, 상기 전후 이송부의 전후 이송 모터와 결합 패널을 통해 고정적으로 결합되고서, 그 회전 구동에 의해 상기 로봇팔을 회전시키기 위한 회전 이송 모터와, 상기 회전 이송 모터로부터의 회전력을 전달하는 회전 이송축, 상기 회전 이송축이 그 상부에 연결됨과 더불어 상기 로봇팔을 부착하고서, 상기 회전 이송 모터의 회전 구동에 따라 상기 로봇팔을 회전시키는 로봇팔 마운트 프레임을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 이송부의 로봇팔 마운트 프레임과 결합되어, 수술 환부를 촬영하 는 현미경 카메라가 설치된 카메라 마운트를 전후, 좌우 방향으로 회전하여 틸팅 이송하는 틸팅 이송부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 틸팅 이송부는, 상기 회전 이송부의 로봇팔 마운트 프레임 양측에 고정 결합되고서, 그 회전 구동에 따라 상기 카메라 마운트를 전후 방향으로 회전시켜서 틸팅 이송시키는 제1틸팅 이송 모터와, 상기 제1틸팅 이송 모터와 틸팅 이송축을 통해 결합됨과 더불어 상기 카메라 마운트와 연결되어 있는 틸팅 구동 프레임, 상기 틸팅 구동 프레임의 양측에 상기 제1틸팅 이송 모터와 직교하는 방향으로 고정 결합됨과 더불어 틸팅 이송축을 매개로 상기 카메라 마운트와 연결되고서, 그 회전 구동에 의해 상기 카메라 마운트를 좌우 방향으로 회전시켜서 틸팅 이송시키는 제2틸팅 이송 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 구동 장치.
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