KR101159424B1 - 수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템 - Google Patents

수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고자유도 및 정밀 제어 시술이 가능하도록 구조가 개선된 수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수술용 로봇 암은 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 수술작동부와, 수술작동부에 구동력을 제공하는 구동유닛과, 수술작동부와 구동유닛 사이에 배치되고 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어 수술작동부를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시키는 로드유닛과, 수술작동부와 구동유닛 사이에 배치되고 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 회전 운동되어 수술작동부를 작동시키는 회전유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템{ROBOT ARM FOR SURGERY AND ROBOT SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 최소 침습술(MIS: Minimally Invasive Surgery) 및 무흉터 수술(NOTES: Natural Orifice Translumianl Endoscopic Surgery)에 사용되는 수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다.
일반적인 개복 절개 수술의 경우, 절개 부위가 크고, 이에 따라 발생하는 출혈량이 많은 단점이 있다.
그래서, 최근 환자의 회복속도 증대 등을 고려하여 최소 침습술(MIS: Minimally Invasive Surgery) 및 무흉터 수술(NOTES: Natural Orifice Translumianl Endoscopic Surgery) 등의 새로운 수술 기법이 개발되어 시술되고 있다.
이러한 최소 침습술은 절개 부위를 최소화 하고 가늘고 긴 수술 도구를 절개 부위로 인입하여 시술하는 방식이고, 무흉터 수술은 환자의 신체에 자연적으로 존재하는 구멍(예를 들면, 항문, 식도 및 질 등)으로 수술도구를 인입시켜 시술하는 방식이다.
한편, 최소침습술 및 무흉터 수술은 절개 부위가 작기 때문에 협소한 공간에서 정밀하게 작동될 수 있는 수술용 로봇 암 및 이를 이용하는 로봇 시스템이 개발되었다. 여기서, 수술용 로봇 암 및 이를 이용하는 로봇 시스템은 집게(forceps) 또는 가위(scissors)와 같은 수술작동부를 구동하기 위해 와이어의 장력을 이용하고, 또한 수술작동부의 고자유도 작동도 와이어의 장력을 이용한다.
그런데 종래의 수술용 로봇 암 및 이를 이용하는 로봇 시스템의 와이어를 이용한 메커니즘은 와이어 특성 상 미끄러짐이 발생하고 강성이 적으며 작동 신뢰도가 낮다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 협소한 시술 부위에 대해 정밀한 고자유도 운동이 가능하도록 구조가 개선된 수술용 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 수술작동부와, 상기 수술작동부에 구동력을 제공하는 구동유닛과, 상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어 상기 수술작동부를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시키는 로드유닛과, 상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 회전 운동되어 상기 수술작동부를 작동시키는 회전유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 수술작동부는, 상기 로드유닛에 연결되는 작동지지부와, 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되도록,상기 작동지지부에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 작동부재와, 상기 회전유닛에 인접한 각각의 상기 작동부재 일측에 형성된 제1기어부와, 상기 제1기어부와 치합되고 상기 회전유닛에 연결되어 상기 회전유닛의 회전력에 따라 상기 제1기어부에 회전력을 전달하는 제2기어부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 제1기어부와 상기 제2기어부는 베벨기어(bevel gear)로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 수술작동부는 수술 부위의 조직을 파지하는 집게(forceps)와 조직을 절단하는 가위(scissors) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 로드유닛은, 상기 구동유닛에 연결되어 상기 구동유닛의 구동력에 의해 병진 운동되는 구동로드와, 일측은 상기 작동지지부와 회전 가능하게 결합되고 타측은 상기 구동로드와 자유도 운동 가능하게 볼 조인트로 결합되는 연결로드를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 로드유닛은 상기 작동지지부에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 3개가 배치될 수 있다.
바람직하게 상기 회전유닛은 복수의 상기 로드유닛의 중심 영역에 배치될 수 있다.
상기 회전유닛은, 상기 구동유닛에 연결되며 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 회전되는 제1회전 연결부와, 상기 수술작동부에 연결되며 상기 제1회전 연결부의 회전 운동에 연동되는 제2회전 연결부와, 상기 제1회전 연결부와 상기 제2회전 연결부 사이에 배치되어 상기 제1회전 연결부로부터의 회전력을 상기 제2회전 연결부에 전달하는 제3회전 연결부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 제1회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 연결과 상기 제2회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 연결은 각각 유니버셜 조인트로 연결되어, 상기 제1회전 연결부, 상기 제2회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 상호 자유도 운동이 안내될 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 수술작동부와, 상기 수술 작동부에 구동력을 제공하는 구동유닛과, 상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어 상기 수술작동부를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시키는 로드유닛과, 상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 구동력을 제공 받아 상기 로드유닛에 대해 독립적으로 병진 운동되어 상기 수술작동부를 작동시키는 링크유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암에 의해서도 이루어진다..
여기서, 상기 수술작동부는, 상기 로드유닛에 연결되는 작동지지부와, 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되도록,상기 작동지지부에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 작동부재를 포함할 수 있다.
상기 로드유닛은, 상기 구동유닛에 연결되어 상기 구동유닛의 구동력에 의해 병진 운동되는 구동로드와, 일측은 상기 작동지지부와 회전 가능하게 결합되고 타측은 상기 구동로드와 자유도 운동 가능하게 볼 조인트로 결합되는 연결로드를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 로드유닛은 상기 작동지지부에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 3개가 배치되고, 상기 링크유닛은 복수의 상기 로드의 중심 영역에 배치될 수 있다.
상기 링크유닛은, 상기 구동유닛에 연결되며 상기 구동유닛으로부터의 구동력에 의해 병진 운동되는 제1링크 연결부와, 한 쌍의 상기 작동부재의 일측에 각각 회전 가능하게 연결되는 한 쌍의 링크부재와, 일측은 상기 제1링크 연결부와 연결되고 타측은 한 쌍의 상기 링크부재와 동일 회전축선 상에서 연결되어 상기 제1링크 연결부로부터의 구동력을 한 쌍의 상기 링크부재에 전달하는 상기 제2링크 연결부를 포함할 수 있다.
바람직하게 한 쌍의 상기 작동부재, 한 쌍의 상기 링크부재 및 상기 제2링크 연결부의 상호 연결은 4개의 회전축선을 갖는 4절 링크 형상을 이룰 수 있다.
더욱 바람직하게 상기 제1링크 연결부와 상기 제2링크 연결부는 상호 자유도 운동 가능하도록 유니버셜 조인트로 연결될 수 있다.
반면, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 전술한 구성의 수술용 로봇 암과, 상기 수술용 로봇 암과 결합되는 본체와, 상기 수술용 로봇 암에 인가되는 작동 신호를 입력 받는 입력부와, 상기 입력부로부터 인가된 작동 신호에 기초하여 상기 수술용 로봇 암의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템에 의해 이루어진다.
또한, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 전술한 구성의 수술용 로봇 암과, 상기 수술용 로봇 암과 착탈 가능하게 결합되는 본체와, 상기 수술용 로봇 암에 인가되는 작동 신호를 입력 받는 입력부와, 상기 입력부로부터 인가된 작동 신호에 기초하여 상기 수술용 로봇 암의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템에 의해서도 이루어진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 로드유닛 및 회전유닛의 조합 또는 로드유닛 및 링크유닛의 두 개의 서로 다른 형태의 3 자유도 구조를 적용함으로써, 고자유도 구현을 실현할 수 있다.
또한, 와이어 사용 없이 로드유닛을 사용하여 구동 메커니즘을 구현하여, 강성 특성 및 제어 정밀도가 향상되고, 이에 따라 시술 신뢰성이 향상될 수 있다.
더불어, 로드유닛 및 회전유닛의 조합 또는 로드유닛 및 링크유닛의 두 개의 서로 다른 형태의 구조는 각각 파지 또는 절단 운동, 병진 운동, 피치 운동 및 요 운동이 동시에 구현될 수 있으므로, 시술 정밀도 및 편의성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 로봇 시스템의 제어 블럭도,
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 수술작동부 영역의 분해 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 로드유닛 영역의 분해 사시도,
도 5는 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 회전유닛 영역의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1피치(pitch) 운동 작동도,
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2피치 운동 작동도,
도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3피치 운동 작동도,
도 9는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1요(yaw) 운동 작동도,
도 10은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2요 운동 작동도,
도 11은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3요 운동 작동도,
도 12는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 기구학적 모델도,
도 13은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 사시도,
도 14는 도 13에 도시된 수술용 로봇 암 중 수술작동부 및 링크유닛 영역의 분해 사시도,
도 15는 도 13에 도시된 수술용 로봇 암 중 로드유닛 및 링크유닛 영역의 분해 사시도,
도 16은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1피치(pitch) 운동 작동도,
도 17은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2피치 운동 작동도,
도 18은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3피치 운동 작동도,
도 19는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1요(yaw) 운동 작동도,
도 20은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2요 운동 작동도,
도 21은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3요 운동 작동도,
도 22는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 기구학적 모델도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 구성 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 로봇 시스템은 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암을 포함함으로, 도 1에 제1 및 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 도면 부호를 함께 기재하였음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암은 상이점을 명확히 구분하기 위해 동일 명칭의 구성이라도 상이한 도면 부호로 기재되었음도 미리 밝혀둔다.
더불어, 본 발명의 바람직한 실시 예에 설명되는 수술작동부는 집게와 가위 중 집게가 적용되어 설명되었음도 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 로봇 시스템의 제어 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 로봇 시스템(1)은 수술용 로봇 암(10, 10'), 본체(30), 입력부(50), 제어부(70) 및 피드백부(90)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 수술작동부 영역의 분해 사시도, 도 4는 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 로드유닛 영역의 분해 사시도, 그리고 도 5는 도 2에 도시된 수술용 로봇 암 중 회전유닛 영역의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10)은 수술작동부(100), 구동유닛(300), 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)을 포함한다. 여기서, 수술용 로봇 암(10)은 후술할 본체(30)와 착탈 가능하게 결합된다. 수술용 로봇 암(10)은 수술작동부(100)의 파지 운동, 축 방향의 병진 운동, 피치(pitch) 운동 및 요(yaw) 운동의 4 자유도 운동이 가능하도록 마련된다.
수술작동부(100)는 본 발명의 일 실시 예로서, 작동지지부(120), 작동부재(140), 제1기어부(160), 제2기어부(180) 및 작동핀(190)을 포함한다. 수술작동부(100)는 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련된다. 즉, 수술작동부(100)는 집게(forceps)와 가위(scissors) 중 어느 하나가 사용된다. 예를 들어, 집게가 수술작동부(100)로 사용되면 수술 부위 조직을 파지하는 것이고, 가위가 수술작동부(100)로 사용되면 수술 부위 조직을 절단하는 것이다. 일반적으로 수술용 로봇 암(10)은 본체(30)에 대해 한 쌍으로 결합되므로, 한 쌍의 수술용 로봇 암(10)에는 수술작동부(100)로 집게와 가위가 혼용 장착되어 수술 부위의 조직의 파지 및 절단을 함께 할 수 있다.
작동지지부(120)는 로드유닛(500)에 연결되며, 작동부재(140)를 지지한다. 본 발명의 작동지지부(120)는 지지부몸체(122), 제1관통공(124), 제2관통공(126) 및 회전지지부(128)를 포함한다. 작동지지부(120)는 연결된 복수의 로드유닛(500)의 병진 운동에 의해 병진 운동 또는 회전 운동된다.
지지부몸체(122)는 작동부재(140)를 지지하며, 지지부몸체(122)에는 한 쌍의 작동부재(140)를 회전 가능하게 연결하는 작동핀(190)이 삽입되는 제2관통공(126) 및 제2기어부(180)와 연결되는 후술할 회전유닛(700)의 회전축(744)이 관통되는 제1관통공(124)이 형성된다.
회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면, 즉 로드유닛(500)과 대향된 판면에 배치된다. 회전지지부(128)는 로드유닛(500)의 개수에 대응하여 3개가 배치된다. 회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되며, 이러한 회전지지부(128)의 간격은 상호 120도 간격을 두고 있다. 회전지지부(128)는 로드유닛(500)과 연결되어 로드유닛(500)에 대해 작동지지부(120)를 회전 운동시킨다.
작동부재(140)(여기서, 작동부재는 집게 적용)는 수술 부위의 조직을 파지하는 파지위치 및 파지 해제위치 사이에서 왕복 회전 운동 가능하도록 한 쌍으로 마련된다. 한편, 작동부재(140)(여기서, 작동부재는 가위 적용)는 수술 부위의 조직을 절단하는 절단위치 및 절단 해제위치 사이에서 왕복 회전 운동 가능하도록 한 쌍으로 마련되기도 한다. 한 쌍의 작동부재(140)는 작동핀(190)에 삽입에 의해 작동지지부(120)에 결합되어 회전 운동된다.
제1기어부(160)는 회전유닛(700)에 인접한 각각의 작동부재(140) 일측에 형성된다. 제1기어부(160)는 회전유닛(700)으로부터의 회전력을 전달 받아 작동부재(140)가 파지위치 및 파지 해제 위치 또는 절단위치 및 절단 해제 위치 사이에서 왕복 회전 운동되도록 한다.
제2기어부(180)는 회전유닛(700)에 연결되고, 제1기어부(160)와 치합된다. 제2기어부(180)는 회전유닛(700)의 회전 운동에 연동되어 회전된다. 작동부재(140)는 제2기어부(180)의 회전에 따라 제2기어부(180)에 치합된 제1기어부(160)의 작동에 의해 왕복 회전 운동된다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예로서, 제1기어부(160) 및 제2기어부(180)는 베벨기어(bevel gear)로 마련되어, 작동부재(140)를 왕복 회전 운동 시킨다.
구동유닛(300)은 구동몸체(320), 구동부(340) 및 구동지지부(360)를 포함한다. 구동유닛(300)은 수술작동부(100)에 구동력을 제공한다. 그리고, 본 발명의 구동유닛(300)은 후술할 본체(30)와 착탈 가능하게 결합됨으로써, 고장과 같은 결함이 발생할 때 교체 편의성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
구동몸체(320)는 수술작동부(100)에 작동력을 제공하는 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)을 수용한다. 구동몸체(320)는 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)을 커버하여, 외부로부터의 이물질 및 충격 등이 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)으로 전달되는 것을 방지한다.
구동부(340)는 본체(30)로부터의 작동 신호를 인가 받아 구동력을 발생하여 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)에 제공한다. 구동부(340)는 본 발명의 일 실시 예로서, 로드유닛(500)의 병진 운동을 위해 리니어 모터(미도시)로 마련되고, 회전유닛(700)의 회전 운동을 위해 일반적인 모터(미도시)로 마련될 수 있다. 여기서, 구동부(340)는 3개의 로드유닛(500)이 각각 병진 운동될 수 있도록 3개의 로드유닛(500)에 대응하는 리니어 모터가 마련된다.
구동지지부(360)는 로드유닛(500) 및 회전유닛(700)이 구동몸체(320) 내부에 지지되도록 마련된다. 구동지지부(360)는 로드유닛(500)의 병진 운동 및 회전유닛(700)의 회전 운동에 대한 각각의 축선에 대해 편심을 방지하는 역할을 한다.
다음으로 로드유닛(500)은 구동로드(520) 및 연결로드(540)를 포함한다. 로드유닛(500)은 수술작동부(100)와 구동유닛(300) 사이에 배치되고 구동유닛(300)으로부터 제공된 구동력에 의해 병진 운동되어, 수술작동부(100)의 병진 운동 방향 기준으로 수술작동부(100)를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시킨다.
구동로드(520)는 구동로드몸체(522)와 수용부(524)를 포함한다. 구동로드(520)는 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 3개가 배치된다. 즉, 구동로드(520)를 포함하는 로드유닛(500)이 적어도 3개로 배치되어야 한다. 본 발명의 구동로드(520)는 3개로 배치된 회전지지부(128)에 대응하여 3개가 배치되나, 3개를 초과하여 배치될 수도 있다. 본 발명의 구동로드(520)는 작동지지부(120)의 회전지지부(128)에 대응하여 상호 120도 간격을 두고 배치된다. 3개의 구동로드(520)는 구동부(340)의 3개의 리니어 모터에 각각 결합되어 독립적으로 병진 운동된다.
구동로드몸체(522)는 봉 형상으로 마련된다. 구동로드몸체(522)의 일측은 구동부(340)에 연결되고, 타측은 작동지지부(120)와 구동로드몸체(522)를 상호 연결하는 연결로드(540)에 연결된다. 여기서, 연결로드(540)에 연결되는 구동로드몸체(522)의 타측에는 연결로드(540)의 볼 조인트(546)를 수용할 수 있도록 수용부(524)가 형성된다.
수용부(524)는 연결로드(540)의 볼 조인트(546) 수용 시, 볼 조인트(546)가 이탈되지 않도록 볼 조인트(546)와 억지끼워 맞춤 되는 것이 바람직하다. 물론, 수용부(524)는 볼 조인트(546)와 억지끼워 맞춤되어 볼 조인트(546)의 이탈을 방지함과 동시에 연결로드(540)와 구동로드몸체(522)가 상호 자유도 운동되도록 볼 조인트(546)와의 면 접촉량이 감소되어야 한다.
연결로드(540)는 작동지지부(120)와 구동로드(520) 사이에서 작동지지부(120)와 회전 가능하게 결합되고 구동로드(520)와 자유도 운동 가능하게 결합된다. 본 발명의 연결로드(540)는 연결로드몸체(542), 회전결합부(544), 볼 조인트(546) 및 회전핀(548)을 포함한다.
연결로드몸체(542)는 봉 형상으로 마련된다. 연결로드몸체(542)의 일측은 작동지지부(120)의 회전지지부(128)와 맞물리는 회전결합부(544)가 마련되고, 타측은 구동로드(520)의 수용부(524)에 수용되는 볼 조인트(546)가 마련된다.
회전결합부(544)는 작동지지부(120)의 회전지지부(128)와 맞물린다. 회전결합부(544)와 회전지지부(128)는 회전핀(548)에 의해 연결된다. 이렇게 회전지지부(128)와 회전결합부(544)는 회전핀(548)에 의해 상호 연결됨으로써, 작동지지부(120)와 로드유닛(500)은 상호 회전 운동 가능하게 된다.
볼 조인트(546)는 구동로드(520)의 수용부(524)에 수용된다. 볼 조인트(546)는 구동로드(520)와 연결로드(540)가 상호 자유도 운동 가능하도록 구형으로 형성된다.
전술한 로드유닛(500)의 구동로드(520) 및 연결로드(540)의 구성 상의 특징에 의해 수술작동부(100)의 작동지지부(120)는 구동로드(520)의 독립적인 병진 운동에 의해 3 자유도 운동된다. 상세하게 설명하면, 작동지지부(120)는 3개의 구동로드(520)의 병진 운동에 의해 병진 운동, 그리고 3개의 구동로드(520)의 독립적인 병진 운동에 의해 피치 운동 및 요 운동된다. 이러한 작동지지부(120)의 3 자유도 운동은 수술작동부(100)의 3 자유도 운동을 초래할 수 있다.
다음으로 회전유닛(700)은 수술작동부(100)와 구동유닛(300) 사이에 배치되고 구동유닛(300)으로부터 제공된 구동력에 의해 회전 운동되어, 수술작동부(100)를 작동시킨다. 본 발명의 회전유닛(700)은 제1회전 연결부(720), 제2회전 연결부(740), 제3회전 연결부(750), 제1유니버셜 조인트(770) 및 제2유니버셜 조인트(790)를 포함한다.
여기서, 회전유닛(700)은 원주 간격을 두고 일정 간격 배치된 복수의 로드유닛(500) 중심 영역에 배치된다. 즉, 회전유닛(700)은 3개의 로드유닛(500) 중심 영역에 배치되어 수술작동부(100)와 구동유닛(300)을 상호 연결하는 것이다.
제1회전 연결부(720)는 구동유닛(300)에 연결되며, 구동유닛(300)으로부터 제공된 구동력에 의해 회전된다. 본 발명의 제1회전 연결부(720)는 제1회전 연결몸체(722) 및 가이드(724)를 포함한다.
제1회전 연결몸체(722)는 구동유닛(300)과 제3회전 연결부(750)를 상호 연결한다. 제1회전 연결몸체(722)의 일측은 후술할 가이드(724)에 연결되고, 제1회전 연결몸체(722)의 타측은 제3회전 연결부(750)와 후술할 제1유니버셜 조인트(770)에 의해 연결된다. 제1회전 연결몸체(722)의 내부는 중공되어 가이드(724)에 삽입된다. 이렇게 제1회전 연결몸체(722)는 가이드(724)에 삽입되어, 로드유닛(500)의 병진 운동 시 연동된다.
한편, 제1회전 연결몸체(722)와 가이드(724)의 결합 형상은 제1회전 연결몸체(722)와 가이드(724)의 상대 회전 운동을 방지하기 위해 원형으로 제작될 수 없다. 즉, 제1회전 연결몸체(722)와 가이드(724)의 결합 형상은 원형을 제외한 다각형 형상을 가짐으로써, 가이드(724)로부터 회전 운동에 제1회전 연결몸체(722)가 연동되어야 한다.
가이드(724)는 구동유닛(300)에 연결되어 구동유닛(300)으로부터의 구동력을 제1회전 연결몸체(722)에 전달하여 제1회전 연결몸체(722)를 회전 운동시킨다. 또한, 가이드(724)는 로드유닛(500)이 병진 운동될 때, 제1회전 연결몸체(722)가 로드유닛(500)의 병진 운동에 연동되도록 제1회전 연결몸체(722)의 왕복 이동을 안내한다.
제2회전 연결부(740)는 수술작동부(100)에 연결되며, 제1회전 연결부(720)의 회전 운동에 연동되어 회전 운동된다. 본 발명의 제2회전 연결부(740)는 제2회전 연결몸체(742) 및 회전축(744)을 포함한다. 제2회전 연결몸체(742)의 일측은 후술할 제3회전 연결부(750)와 제2유니버셜 조인트(790)로 연결된다. 제2회전 연결몸체(742)의 타측은 회전축(744)이 형성되며, 회전축(744)은 수술작동부(100)의 제2기어부(180)와 연결된다. 이렇게 제2기어부(180)와 연결된 회전축(744)은 회전 운동되어 제2기어부(180)를 회전시킴으로써, 수술작동부(100)를 작동시킨다.
제3회전 연결부(750)는 제1회전 연결부(720)와 제2회전 연결부(740) 사이에 배치되어, 제1회전 연결부(720)로부터의 회전력을 제2회전 연결부(740)에 전달한다. 본 발명의 제3회전 연결부(750)는 제3회전 연결몸체(752), 제1조인트 결합부(754) 및 제2조인트 결합부(756)를 포함한다.
제3회전 연결몸체(752)는 제1회전 연결부(720)와 제2회전 연결부(740) 사이에 배치되며, 제3회전 연결몸체(752)의 양측으로는 각각 제1회전 연결부(720) 및 제2회전 연결부(740)와 회전 가능하게 결합되는 제1조인트 결합부(754) 및 제2조인트 결합부(756)가 배치된다.
제1조인트 결합부(754) 및 제2조인트 결합부(756)는 각각 제1유니버셜 조인트(770) 및 제2유니버셜 조인트(790)에 의해 제3회전 연결몸체(752)를 제1회전 연결부(720) 및 제2회전 연결부(740)에 연결시킨다.
제1유니버셜 조인트(770) 및 제2유니버셜 조인트(790)는 각각 제1회전 연결부(720) 및 제3회전 연결부(750)와 제2회전 연결부(740) 및 제3회전 연결부(750)가 상호 자유도 운동 가능하도록 각각 제1회전 연결부(720) 및 제3회전 연결부(750)와 제2회전 연결부(740) 및 제3회전 연결부(750)를 결합시킨다.
제1유니버셜 조인트(770)는 제1메인 조인트(772), 제1보조 조인트(774) 및 제1조인트 핀(776)을 포함한다. 제1메인 조인트(772)는 제1회전 연결부(720)와 제3회전 연결부(750)가 상호 2개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 제1보조 조인트(774)는 제1메인 조인트(772) 내부에 삽입되고, 제1회전 연결부(720)와 제3회전 연결부(750)가 상호 1개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 그리고, 제1조인트 핀(776)은 제1메인 조인트(772)와 제1보조 조인트(774)를 상호 연결한다.
제2유니버셜 조인트(790)는 제2메인 조인트(792), 제2보조 조인트(794) 및 제2조인트 핀(796)을 포함한다. 제2메인 조인트(792)는 제2회전 연결부(740)와 제3회전 연결부(750)가 상호 2개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 제2보조 조인트(794)는 제2메인 조인트(792) 내부에 삽입되고, 제2회전 연결부(740)와 제3회전 연결부(750)가 상호 1개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 그리고, 제2조인트 핀(796)은 제2메인 조인트(792)와 제2보조 조인트(794)를 상호 연결한다.
전술한 회전유닛(700)은 제1회전 연결몸체(722)와 가이드(724) 사이의 병진 운동에 따른 1 자유도, 제1회전 연결부(720)와 제3회전 연결부(750) 사이의 2 자유도, 제2회전 연결부(740)와 제3회전 연결부(750) 사이의 2 자유도 및 제2회전 연결부(740)의 회전축(744)의 회전 운동에 따른 1 자유도, 즉 회전유닛(700)은 총 6 자유도 운동을 가진다. 그러나, 회전유닛(700)은 수술작동부(100)의 작동에만 관여되며, 수술작동부(100)의 작동지지부(120)에 대해서는 어떤 자유도도 구속하지 않는다.
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1피치(pitch) 운동 작동도, 도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2피치 운동 작동도, 그리고 도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3피치 운동 작동도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10)은 로드유닛(500)의 독립적인 병진 운동에 의해 피치 운동된다. 즉, 수술용 로봇 암(10)은 y축 방향의 회전축선을 가지고, y축 기준으로 회전 운동되는 것이다. 이때, 회전유닛(700)은 로드유닛(500)의 병진 운동에 관계없이 회전 운동되어 수술작동부(100)를 작동시킬 수 있다.
반면, 도 9는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1요(yaw) 운동 작동도, 도 10은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2요 운동 작동도, 그리고 도 11은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3요 운동 작동도이다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10)은 로드유닛(500)의 독립적인 병진 운동에 의해 요 운동된다. 즉, 수술용 로봇 암(10)은 z축 방향의 회전 축선을 가지고, z축 기준으로 회전 운동되는 것이다. 물론, 수술용 로봇 암(10)의 피치 운동과 같이, 요 운동에 관계 없이 회전유닛(700)은 회전 운동될 수 있다.
여기서, 수술용 로봇 암(10)의 롤링 운동은 수술용 로봇 암과 본체와의 결합 부위에서 이루어질 수 있다.
도 12는 도 12는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 기구학적 모델도이다.
도 12는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10)의 기구학적 특징을 나타낸다.
도 12에 도시된 R-Joint는 회전 결합을 나타내고, U-Joint는 유니버셜 조인트를 나타낸다. 그리고, P-Joint는 병진 운동을 나타내고, S-Joint는 볼 조인트를 나타낸다.
한편, 도 13은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 사시도, 도 14는 도 13에 도시된 수술용 로봇 암 중 수술작동부 및 링크유닛 영역의 분해 사시도, 그리고 도 15는 도 13에 도시된 수술용 로봇 암 중 로드유닛 및 링크유닛 영역의 분해 사시도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10')은 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 수술작동부(1000), 구동유닛(1200), 로드유닛(1400) 및 링크유닛(1600)을 포함한다.
본 발명의 제2실시 예의 수술작동부(1000)는 작동지지부(1020), 작동부재(1040) 및 작동핀(1060)을 포함한다.
작동지지부(1020)는 지지부몸체(1022), 핀 결합부(1024), 가이드홀(1026) 및 회전지지부(1028)를 포함한다. 지지부몸체(1022)는 한 쌍의 작동부재(1040)가 파지위치 및 파지 해제위치 사이에서 왕복 회전 가능하도록 작동부재(1040)를 지지한다. 지지부몸체(1022)는 한 쌍의 작동부재(1040)가 회전 가능하게 연결되도록 작동핀(1060)이 삽입되는 핀 결합부(1024)가 형성된다.
가이드홀(1026)은 후술할 링크유닛(1600)의 제2링크 연결부(1660)의 병진 운동을 안내하도록 마련된다. 여기서, 가이드홀(1026)은 제2링크 연결부(1660)의 병진 운동 시, 지지부몸체(1022)와 제2링크 연결부(1660)가 상대 회전 운동되는 것을 방지하도록 원형 단면 형상 이외의 단면 형상으로 마련된다.
회전지지부(1028)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 3개의 로드유닛(1400)가 연결되도록 120도 간격을 두고 원주 방향으로 배치된다. 회전지지부(1028)는 로드유닛(1400)의 연결로드(1440)와 제1유니버셜 조인트(1460)로 연결된다.
작동부재(1040)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 한 쌍으로 마련된다. 그리고, 한 쌍의 작동부재(1040)는 작동핀(1060)에 의해 결합되어 상호 회전 운동된다. 본 발명의 제2실시 예에 따른 작동부재(1040)는 작동부재몸체(1042), 그리고 작동부재몸체(1042)에 형성된 제1핀 수용부(1044) 및 제2핀 수용부(1046)를 포함한다.
제1핀 수용부(1044)에는 한 쌍의 작동부재(140)가 상호 회전 운동가능하게 결합되도록 작동핀(1060)이 삽입된다. 그리고, 제2핀 수용부(1046)에는 작동부재(1040)가 후술할 링크유닛(1600)의 링크부재(1640)와 상호 회전 가능하게 연결될 수 있도록 링크핀(1648)이 삽입된다.
구동유닛(1200)은 로드유닛(1400) 및 링크유닛(1600)을 수용하는 구동몸체(1220)와, 로드유닛(1400) 및 링크유닛(1600)에 전달되는 구동력을 발생하는 구동부(1240)를 포함한다. 여기서, 구동부(1240)는 본 발명의 제1실시 예와 달리, 로드유닛(1400) 및 링크유닛(1600)을 병진 운동시키도록 리니어 모터로만 구성된다.
다음으로 로드유닛(1400)은 수술작동부(1000)와 구동유닛(1200) 사이에 배치되고 구동유닛(1200)으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어, 수술작동부(1000)의 병진 운동 방향 기준으로 수술작동부(1000)를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시킨다. 본 발명의 제2실시 예의 로드유닛(1400)은 구동로드(1420), 연결로드(1440) 및 제1유니버셜 조인트(1460)를 포함한다.
구동로드(1420)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 구동로드몸체(1422) 및 수용부(1424)를 포함한다. 구동로드몸체(1422) 및 수용부(1424)에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1실시 예에서 설명하였으므로, 이하에서 생략한다.
연결로드(1440)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 연결로드몸체(1442), 회전결합부(1444) 및 볼 조인트(1446)를 포함한다. 다만, 본 발명의 제2실시 예의 연결로드(1440)는 제1유니버셜 조인트(1460)로 작동지지부(1020)와 연결되어, 작동지지부(1020)와 2 자유도 상대 회전 운동이 된다.
제1유니버셜 조인트(1460)는 회전지지부(1028)와 연결로드(1440)의 2 자유도 운동을 안내한다. 본 발명의 제1유니버셜 조인트(1460)는 제1메인 조인트(1462), 제1보조 조인트(1464) 및 제1조인트 핀(1466)을 포함한다.
제1메인 조인트(1462)는 작동지지부(1020)와 로드유닛(1400)의 연결로드(1440)가 상호 2개의 회전축선을 가지고 상대 회전 가능하도록 마련된다. 제1보조 조인트(1464)는 제1메인 조인트(1462) 내부에 삽입되고, 작동지지부(1020)와 연결로드(1440)가 상호 1개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 그리고, 제1조인트 핀(1466)은 제1메인 조인트(1462)와 제1보조 조인트(1464)를 상호 연결한다.
다음으로 링크유닛(1600)은 수술작동부(1000)와 구동유닛(1200) 사이에 배치되고 구동유닛(1200)으로부터 구동력을 제공 받아 로드유닛(1400)에 대해 독립적으로 병진 운동되어, 수술작동부(1000)를 작동시킨다. 본 발명의 링크유닛(1600)은 제1링크 연결부(1620), 링크부재(1640), 제2링크 연결부(1660) 및 제2유니버셜 조인트(1680)를 포함한다.
제1링크 연결부(1620)는 구동유닛(1200)에 연결되며, 구동유닛(1200)으로부터의 구동력에 의해 병진 운동된다.
링크부재(1640)는 한 쌍의 작동부재(1040)의 일측에 각각 회전 가능하게 연결되도록 한 쌍으로 마련된다. 링크부재(1640)는 링크몸체(1642), 제1수용공(1644), 제2수용공(1646) 및 링크핀(1648)을 포함한다.
링크몸체(1642)는 링크부재(1640)의 외관을 형성하며, 링크몸체(1642)의 양측에는 각각 제1수용공(1644) 및 제2수용공(1646)이 형성된다. 여기서, 제1수용공(1644)은 작동부재(1040)의 제2핀 수용부(1046)와 연통된다. 제1수용공(1644)과 제2핀 수용부(1046)의 연통 영역에는 링크핀(1648)이 삽입되어 작동부재(1040)와 링크몸체(1642)가 상호 회전 가능하도록 작동부재(1040)와 링크몸체(1642)를 상호 연결한다.
한 쌍의 링크몸체(1642)에 형성된 각각의 제2수용공(1646)은 상호 연통된다. 이렇게 연통된 제2수용공(1646)에는 후술할 제2링크 연결부(1660)의 연결핀(1664)이 삽입된다. 연결핀(1664)에 의해 한 쌍의 링크몸체(1642)는 제2링크 연결부(1660)와 동일 회전축선 상에서 연결된다.
제2링크 연결부(1660)는 수술작동부(1000)와 제1링크 연결부(1620) 사이에 배치된다. 제2링크 연결부(1660)의 일측은 제1링크 연결부(1620)와 연결되고 타측은 한 쌍의 링크부재(1640)와 동일 회전축선 상에서 연결되어, 제1링크 연결부(1620)로부터의 구동력을 한 쌍의 링크부재(1640)에 전달한다. 본 발명의 제2링크 연결부(1660)는 제2링크 연결몸체(1662), 연결핀(1664)을 포함한다. 여기서, 제2링크 연결몸체(1662)의 단면 형상은 작동지지부(1020)의 지지부몸체(1022) 내부에서 왕복 이동 가능하도록 전술한 가이드홀(1026) 단면 형상에 대응한 형상을 갖는다.
전술한 한 쌍의 작동부재(1040), 한 쌍의 링크부재(1640) 및 제2링크 연결부(1660)의 상호 연결은 4개의 회전축선을 갖는 4절 링크 형상을 이룬다. 이러한 4절 링크 형상에 의해 링크유닛(1600)의 병진 운동 시, 수술작동부(1000)는 작동된다.
제2유니버셜 조인트(1680)는 제1링크 연결부(1620)와 제2링크 연결부(1660)가 2 자유도 회전 운동가능하도록 제1링크 연결부(1620)와 제2링크 연결부(1660)를 연결시킨다. 본 발명의 제2유니버셜 조인트(1680)는 제2메인 조인트(1682), 제2보조 조인트(1684) 및 제2조인트 핀(1686)을 포함한다.
제2메인 조인트(1682)는 제1링크 연결부(1620)와 제2링크 연결부(1660)가 상호 2개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 제2보조 조인트(1684)는 제2메인 조인트(1682) 내부에 삽입되고, 제1링크 연결부(1620)와 제2링크 연결부(1660)가 상호 1개의 회전축선을 가지고 회전 가능하도록 마련된다. 그리고, 제2조인트 핀(1686)은 제2메인 조인트(1682)와 제2보조 조인트(1684)를 상호 연결한다.
다음으로 도 16은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1피치(pitch) 운동 작동도, 도 17은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2피치 운동 작동도, 그리고 도 18은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3피치 운동 작동도이다.
도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10')은 로드유닛의 독립적인 병진 운동에 의해 피치 운동된다. 즉, 수술용 로봇 암(10')은 y축 방향의 회전축선을 가지고, y축 기준으로 회전 운동되는 것이다. 이때, 링크유닛(1600)은 로드유닛(1400)의 병진 운동에 관계없이 병진 운동되어 수술작동부(1000)를 작동시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제1요(yaw) 운동 작동도, 도 20은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제2요 운동 작동도, 그리고 도 21은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 제3요 운동 작동도,
도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10')은 로드유닛(1400)의 독립적인 병진 운동에 의해 요 운동된다. 즉, 수술용 로봇 암(10')은 z축 방향의 회전 축선을 가지고, z축 기준으로 회전 운동되는 것이다. 물론, 수술용 로봇 암(10')의 피치 운동과 같이, 요 운동에 관계 없이 링크유닛(1600)은 병진 운동될 수 있다.
여기서, 수술용 로봇 암(10')의 롤링 운동은 수술용 로봇 암(10')과 본체(30)와의 결합 부위에서 이루어질 수 있다.
도 22는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암의 기구학적 모델도이다.
도 22에 도시된 U-Joint는 유니버셜 조인트를 나타낸다. 그리고, P-Joint는 병진 운동을 나타내고, S-Joint는 볼 조인트를 나타낸다.
한편, 본 발명의 제1 및 제2실시 예의 수술용 로봇 암(10, 10')을 포함하는 수술용 로봇 시스템(1)은 전술한 바와 같이, 본체(30), 입력부(50), 제어부(70) 및 피드백부(90)를 포함한다.
본체(30)는 제1 및 제2실시 예에 따른 수술용 로봇 암(10, 10')이 착탈 가능하게 결합된다. 본체(30)는 수술용 로봇 암(10, 10')이 롤링 운동 가능한 결합 구조를 가질 수 있다. 여기서, 본체(30)는 시술자가 착석하는 의자(미도시)와 같은 다양한 장치들을 포함할 수 있다.
입력부(50)는 수술용 로봇 암(10, 10')에 인가되는 작동 신호를 입력 받는다. 입력부(50)는 시술자에 의해 작동 신호를 입력 받는다. 입력부(50)는 버튼 및 암 구조와 같은 시술자의 편의를 위한 구조로 마련된다.
제어부(70)는 입력부(50)로부터 인가된 작동 신호에 기초하여, 수술용 로봇 암(10, 10')의 작동을 제어한다. 즉, 제어부(70)는 수술용 로봇 암(10, 10')이 수술작동부(100) 파지 운동, 피치 운동 및 요 운동으로 작동될 수 있도록 수술용 로봇 암(10, 10')을 제어하는 것이다.
마지막으로 피드백부(90)는 제어부(70)에 의해 제어된 수술용 로봇 암(10, 10') 작동의 정밀도를 감지하도록 마련된다. 피드백부(90)는 센서 등과 같은 공지된 감지장치로 구성될 수 있다. 피드백부(90)는 감지된 신호를 제어부로 송신하는 역할을 한다.
이에, 로드유닛 및 회전유닛의 조합 또는 로드유닛 및 링크유닛의 두 개의 서로 다른 형태의 3 자유도 구조를 적용함으로써, 고자유도 구현을 실현할 수 있다.
또한, 와이어 사용 없이 로드유닛을 사용하여 구동 메커니즘을 구현하여, 강성 특성 및 제어 정밀도가 향상되고, 이에 따라 시술 신뢰성이 향상될 수 있다.
로드유닛 및 회전유닛의 조합 또는 로드유닛 및 링크유닛의 두 개의 서로 다른 형태의 구조는 각각 파지 또는 절단 운동, 병진 운동, 피치 운동 및 요 운동이 동시에 구현될 수 있으므로, 시술 정밀도 및 편의성이 향상될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 수술용 로봇 시스템 10: 수술용 로봇 암
30: 본체 50: 입력부
70: 제어부 90: 피드백부
100: 수술작동부 120: 작동지지부
140: 작동부재 160: 제1기어부
180: 제2기어부 300: 구동유닛
500: 로드유닛 520: 구동로드
540: 연결로드 700: 회전유닛
720: 제1회전 연결부 740: 제2회전 연결부
750: 제3회전 연결부 770: 제1유니버셜 조인트
790: 제2유니버셜 조인트 10': 수술용 로봇 암
1000: 수술작동부 1420: 작동지지부
1040: 작동부재 1200: 구동유닛
1400: 로드유닛 1420: 구동로드
1440: 연결로드 1460: 제1유니버셜 조인트
1600: 링크유닛 1620: 제1링크 연결부
1640: 링크부재 1660: 제2링크 연결부
1680: 제2유니버셜 조인트

Claims (18)

  1. 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 수술작동부와;
    상기 수술작동부에 구동력을 제공하는 구동유닛과;
    상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어, 상기 수술작동부를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시키는 로드유닛과;
    상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 회전 운동되어, 상기 수술작동부를 작동시키는 회전유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수술작동부는,
    상기 로드유닛에 연결되는 작동지지부와;
    수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되도록,상기 작동지지부에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 작동부재와;
    상기 회전유닛에 인접한 각각의 상기 작동부재 일측에 형성된 제1기어부와;
    상기 제1기어부와 치합되고 상기 회전유닛에 연결되어, 상기 회전유닛의 회전력에 따라 상기 제1기어부에 회전력을 전달하는 제2기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1기어부와 상기 제2기어부는 베벨기어(bevel gear)로 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수술작동부는 수술 부위의 조직을 파지하는 집게(forceps)와 조직을 절단하는 가위(scissors) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 로드유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되어, 상기 구동유닛의 구동력에 의해 병진 운동되는 구동로드와;
    일측은 상기 작동지지부와 회전 가능하게 결합되고, 타측은 상기 구동로드와 자유도 운동 가능하게 볼 조인트로 결합되는 연결로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 로드유닛은 상기 작동지지부에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 3개가 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전유닛은 복수의 상기 로드유닛의 중심 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되며, 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 회전되는 제1회전 연결부와;
    상기 수술작동부에 연결되며, 상기 제1회전 연결부의 회전 운동에 연동되는 제2회전 연결부와;
    상기 제1회전 연결부와 상기 제2회전 연결부 사이에 배치되어, 상기 제1회전 연결부로부터의 회전력을 상기 제2회전 연결부에 전달하는 제3회전 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 연결과 상기 제2회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 연결은 각각 유니버셜 조인트로 연결되어, 상기 제1회전 연결부, 상기 제2회전 연결부 및 상기 제3회전 연결부의 상호 자유도 운동이 안내되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  10. 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 수술작동부와;
    상기 수술 작동부에 구동력을 제공하는 구동유닛과;
    상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 제공된 구동력에 의해 독립적으로 병진 운동되어, 상기 수술작동부를 피치(pitch) 및 요(yaw) 운동시키는 로드유닛과;
    상기 수술작동부와 상기 구동유닛 사이에 배치되고 상기 구동유닛으로부터 구동력을 제공 받아 상기 로드유닛에 대해 독립적으로 병진 운동되어, 상기 수술작동부를 작동시키는 링크유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수술작동부는,
    상기 로드유닛에 연결되는 작동지지부와;
    수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되도록,상기 작동지지부에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 작동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 로드유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되어, 상기 구동유닛의 구동력에 의해 병진 운동되는 구동로드와;
    일측은 상기 작동지지부와 회전 가능하게 결합되고, 타측은 상기 구동로드와 자유도 운동 가능하게 볼 조인트로 결합되는 연결로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 로드유닛은 상기 작동지지부에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 3개가 배치되고,
    상기 링크유닛은 복수의 상기 로드의 중심 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 링크유닛은,
    상기 구동유닛에 연결되며, 상기 구동유닛으로부터의 구동력에 의해 병진 운동되는 제1링크 연결부와;
    한 쌍의 상기 작동부재의 일측에 각각 회전 가능하게 연결되는 한 쌍의 링크부재와;
    일측은 상기 제1링크 연결부와 연결되고 타측은 한 쌍의 상기 링크부재와 동일 회전축선 상에서 연결되어, 상기 제1링크 연결부로부터의 구동력을 한 쌍의 상기 링크부재에 전달하는 제2링크 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  15. 제14항에 있어서,
    한 쌍의 상기 작동부재, 한 쌍의 상기 링크부재 및 상기 제2링크 연결부의 상호 연결은 4개의 회전축선을 갖는 4절 링크 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1링크 연결부와 상기 제2링크 연결부는 상호 자유도 운동 가능하도록 유니버셜 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
  17. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 수술용 로봇 암과;
    상기 수술용 로봇 암과 결합되는 본체와;
    상기 수술용 로봇 암에 인가되는 작동 신호를 입력 받는 입력부와;
    상기 입력부로부터 인가된 작동 신호에 기초하여, 상기 수술용 로봇 암의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템.
  18. 제10항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 수술용 로봇 암과;
    상기 수술용 로봇 암과 착탈 가능하게 결합되는 본체와;
    상기 수술용 로봇 암에 인가되는 작동 신호를 입력 받는 입력부와;
    상기 입력부로부터 인가된 작동 신호에 기초하여, 상기 수술용 로봇 암의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템.
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