KR101384776B1 - Surgical Robot Hand with Decoupled Wrist Structure - Google Patents

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KR101384776B1
KR101384776B1 KR1020120086488A KR20120086488A KR101384776B1 KR 101384776 B1 KR101384776 B1 KR 101384776B1 KR 1020120086488 A KR1020120086488 A KR 1020120086488A KR 20120086488 A KR20120086488 A KR 20120086488A KR 101384776 B1 KR101384776 B1 KR 101384776B1
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신원호
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Abstract

기구적으로 커플링 현상을 해결하여 제어의 정확도를 향상시킬 수 있도록, 서로 인접하여 설치되는 제1링 및 제2링과, 한쪽 끝부분은 제1링의 하부에 회전가능하게 연결되고 반대쪽 끝부분은 제2링의 상부에 회전가능하게 연결되고 중앙에는 제1링과의 연결점과 제2링과의 연결점을 연결하는 선과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍이 형성되는 주링크와, 한쪽 끝부분은 각각 제1링의 하부 또는 제2링의 상부에 연결되고 각각의 반대쪽 끝부분은 주링크의 슬라이딩구멍에 삽입되는 힌지축에 회전가능하게 연결되는 한쌍의 보조링크를 포함하는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드를 제공한다.The first ring and the second ring are installed adjacent to each other, and one end is rotatably connected to the lower part of the first ring and the opposite end to mechanically solve the coupling phenomenon to improve the control accuracy The main link is rotatably connected to the upper portion of the second ring and the sliding hole is formed in the center perpendicular to the line connecting the connection point with the first ring and the connection point with the second ring, and one end is respectively Separated degrees of freedom wrist structure comprising a pair of auxiliary links connected to the lower portion of the first ring or the upper portion of the second ring and each opposite end is rotatably connected to a hinge axis inserted into the sliding hole of the main link. The eggplant provides a surgical robot hand.

Description

자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드 {Surgical Robot Hand with Decoupled Wrist Structure}Surgical Robot Hand with Decoupled Wrist Structure

본 발명은 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수술도구의 손목 관절에서 발생하는 커플(couple) 현상을 방지하여 정확한 위치제어가 가능한 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 관한 것이다.The present invention relates to a surgical robot hand having a wrist structure with separated degrees of freedom, and more particularly, a wrist structure with freedom of separation capable of precise position control by preventing a couple phenomenon occurring in the wrist joint of a surgical tool. It relates to a surgical robot hand having a.

일반적으로 복강경 수술(Laparoscopic surgery)이나 로봇 수술(Robotic surgery)에 사용되는 수술기기는 말단장치(End-effector)의 작동을 위하여 관절구동장치를 구비하고 있다. 이 관절구동장치는 와이어들의 긴장과 이완에 의하여 링크(link) 또는 디스크(Disk)라 부르는 링들을 작동시키고 있으며, 로봇의 손목형 기구(Wrist-like mechanism), 다자유도 머니퓰레이터(Manipulator) 등에 적용되고 있다.In general, a surgical device used for laparoscopic surgery or robotic surgery is equipped with a joint driving device for the operation of the end-effector. This joint driving device actuates rings called links or disks by tension and relaxation of wires, and is applied to the robot's wrist-like mechanism and a multiple degree of freedom manipulator. It is becoming.

미국 등록특허공보 제6,394,998호에는 관절을 이용하여 자유도를 높여 복잡한 동작을 가능하게 한 수술도구가 공개되어 있다.U.S. Patent No. 6,394,998 discloses a surgical tool that enables a complex operation by increasing the degree of freedom using a joint.

그런데, 종래 수술도구(예를 들면 다빈치(daVinci) 등)의 경우에는 롤러를 이용하여 와이어를 통해 구동력을 전달하는 시스템으로 수술도구 끝단의 손목 관절에서 서로 커플(couple)된 움직임이 발생하므로, 정확한 위치제어를 위해서는 다시 역기구학을 적용해야 하는 단점이 있다.However, in the case of a conventional surgical tool (for example, daVinci, etc.) is a system that transmits a driving force through a wire using a roller, the movement is coupled to each other at the wrist joint at the end of the surgical tool, In order to control position, inverse kinematics has to be applied again.

예를 들면, 미국 등록특허공보 제6,394,998호에 공개된 수술도구에 있어서, 하나의 축에 대해 회전시키면, 와이어가 한쪽 롤러에서 감기는 만큼 다른쪽에서 풀리면서 길이가 보정되고, 보정되는 길이만큼 다른 축을 중심으로 다른 롤러가 회전하며, 하나의 축과 다른 축이 서로 커플되는 움직임이 발생한다.For example, in the surgical tool disclosed in US Patent No. 6,394,998, when rotating about one axis, the wire is unwinded on the other as it is wound on one roller, and the length is corrected, and the other axis by the length to be corrected. The other roller rotates around the center, and a movement occurs in which one axis and the other axis are coupled to each other.

그리고, 수술도구에 다관절을 적용할 때에는 자유도를 분리시켜야 제어가 간단하고, 정확한 위치제어가 가능해진다.In addition, when applying the joints to the surgical tool, the degree of freedom must be separated for simple control and accurate position control.

본 발명은 상기와 같은 점을 조감하여 이루어진 것으로서, 기구적인 구성으로 자유도를 분리하여 커플링 현상을 해결하므로 제어속도를 개선하고 정확도를 향상시키는 것이 가능한 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above point, because the mechanical configuration to separate the degree of freedom to solve the coupling phenomenon, the robot robot for surgery having a wrist structure separated from the freedom of freedom to improve the control speed and improve the accuracy To provide, the purpose is.

본 발명의 실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드는 서로 인접하여 설치되는 제1링 및 제2링과, 상기 제1링과 제2링을 연결하며 상기 제2링에 대하여 상기 제1링이 상대적인 움직임을 가질 때에 상기 제1링과 제2링 사이의 중심선을 기준으로 상기 제1링과 제2링의 서로 마주하는 면이 위치하는 각도가 동일하게 유지되도록 상기 제1링과 제2링을 지지하는 링크장치를 포함하여 이루어진다.Surgical robot hand having a wrist structure separated in the degree of freedom according to an embodiment of the present invention is the first ring and the second ring which are installed adjacent to each other, the first ring and the second ring connecting to the second ring When the first ring has a relative movement with respect to the center line between the first ring and the second ring, the angle at which the opposite surfaces of the first ring and the second ring are located is maintained to be the same. It comprises a link device for supporting the ring and the second ring.

상기 링크장치는 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 양쪽 끝부분이 각각 회전가능하게 연결되고 중앙에는 상기 제1링과 제2링을 연결하는 선과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍이 형성되는 주링크와, 한쪽 끝부분은 각각 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 회전가능하게 연결되고 각각의 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 연결되어 상기 슬라이딩구멍의 연장선을 기준으로 서로 동일한 각도를 유지하도록 움직이는 한쌍의 보조링크를 포함하여 이루어진다.The link device has both ends rotatably connected to the surfaces of the first ring and the second ring facing each other, and has a sliding hole extending in a direction perpendicular to a line connecting the first ring and the second ring at the center thereof. The main link is formed, and one end thereof is rotatably connected to opposite surfaces of the first ring and the second ring, respectively, and opposite ends thereof are connected to the sliding holes of the main link to extend the sliding hole. It comprises a pair of auxiliary links that move to maintain the same angle with respect to each other.

상기 주링크는 한쪽 끝부분은 상기 제1링의 하부에 회전가능하게 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 제2링의 상부에 회전가능하게 연결되고 중앙에는 상기 제1링과의 연결점과 상기 제2링과의 연결점을 연결하는 선과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍이 형성된다.The main link has one end rotatably connected to the lower portion of the first ring, the opposite end rotatably connected to the upper portion of the second ring, and a connection point with the first ring and the second ring in the center thereof. Sliding holes are formed long in the direction perpendicular to the line connecting the connection point with the.

상기 한쌍의 보조링크는 한쪽 끝부분은 각각 상기 제1링의 하부 또는 상기 제2링의 상부에 연결되고 각각의 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 삽입되는 힌지축에 회전가능하게 연결된다.One end of each of the pair of auxiliary links is connected to a lower portion of the first ring or an upper portion of the second ring, and opposite ends thereof are rotatably connected to a hinge shaft inserted into a sliding hole of the main link. .

상기 주링크는 각각 상기 제1링과 제2링의 중앙부를 관통하여 설치되는 회전축에 회전가능하게 설치되고, 상기 한쌍의 보조링크의 한쪽 끝부분은 각각 상기 제1링과 제2링의 중앙부에서 한쪽으로 치우친 상태로 설치된다.The main link is rotatably installed on a rotating shaft installed through the center of the first ring and the second ring, respectively, and one end of the pair of auxiliary links is formed at the center of the first ring and the second ring, respectively. It is installed on one side.

상기 링크장치는 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 양쪽 끝부분이 각각 회전가능하게 연결되는 주링크와, 상기 제1링과 제2링의 한쪽 또는 양쪽 측면에 각각 회전가능하게 설치되고 서로의 외주면이 접한 상태로 설치되는 한쌍의 링크롤러를 포함하여 이루어진다.The link device includes a main link having both ends rotatably connected to surfaces of the first ring and the second ring facing each other, and rotatably on one or both sides of the first ring and the second ring, respectively. It includes a pair of link rollers are installed and installed in contact with the outer peripheral surface of each other.

상기 링크롤러는 외주면을 마찰력이 강한 재질로 형성하여 서로의 마찰에 의하여 한쪽이 회전하면 다른 한쪽도 회전하도록 구성한다.The link roller is formed of a material having a strong frictional force on the outer circumferential surface thereof so as to rotate the other side when one side rotates by friction with each other.

그리고 상기 한쌍의 링크롤러를 대각선방향으로 가로지르면서 양쪽 끝부분이 서로 반대쪽 링크롤러에 고정되는 한쌍의 장력와이어를 더 설치하는 것도 가능하다.In addition, it is possible to further install a pair of tension wires in which both ends are fixed to opposite link rollers while crossing the pair of link rollers in a diagonal direction.

본 발명의 실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 의하면, 와이어를 작동시키면 상기 링크장치의 주링크와 한쌍의 보조링크 및 주링크와 한쌍의 링크롤러가 상대적인 움직임을 만들어내므로 제1링과 제2링의 상대적 움직임이 제한되고 롤러 사이의 거리가 변하지 않게 되어 커플링현상이 발생되지 않는다. 따라서, 제어속도를 개선하는 것이 가능하고, 정확도가 향상되며, 사용자의 불편함이 감소된다.According to the surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom according to an embodiment of the present invention, when the wire is operated, the main link and the pair of auxiliary links and the main link and the pair of link rollers of the link device make relative movements. As a result, the relative movement of the first ring and the second ring is limited and the distance between the rollers is not changed so that no coupling phenomenon occurs. Thus, it is possible to improve the control speed, improve the accuracy, and reduce the inconvenience of the user.

즉, 상기 한쌍의 보조링크가 주링크의 슬라이딩구멍의 연장선을 기준으로 서로 동일한 각도를 유지하면서 상대적 움직임이 제한되므로, 제1링에서 움직이는 작동부재 2개의 자유도가 디커플(decouple)된다.That is, since the relative movement is limited while the pair of auxiliary links maintain the same angle with respect to the extension line of the sliding hole of the main link, two degrees of freedom of the operating member moving in the first ring are decoupled.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조에 있어서, 주링크와 한쌍의 보조링크가 설치된 상태를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 있어서, 도 1의 반대쪽에서 본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 있어서, 주링크와 한쌍의 보조링크의 운동을 설명하기 위하여 개략적인 링크구조로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유도가 분리된 손목구조를 가지는 수술용 로봇 핸드를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유도가 분리된 손목구조를 가지는 수술용 로봇 핸드에 있어서, 장력와이어가 설치된 상태를 나타내는 측면도이다.1 is a perspective view showing a surgical robot hand having a wrist structure separated in the degree of freedom according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom according to an embodiment of the present invention.
3 is a partial cross-sectional side view showing a state in which a main link and a pair of auxiliary links are installed in a wrist structure having a degree of freedom in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of the surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom according to an embodiment of the present invention, seen from the opposite side of FIG.
5 is a side view showing a schematic link structure in order to explain the movement of the main link and the pair of auxiliary links in the surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a side view showing a surgical robot hand having a wrist structure separated in accordance with another embodiment of the present invention.
7 is a side view showing a state in which the tension wire is installed in the surgical robot hand having a wrist structure with a degree of freedom according to another embodiment of the present invention.

다음으로 본 발명에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of a surgical robot hand having a wrist structure separated by degrees of freedom according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.The present invention can be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described below.

이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like numerals refer to like elements throughout.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드는, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1링(10)과, 제2링(20)과, 링크장치를 포함하여 이루어진다.First, a surgical robot hand having a wrist structure with separated degrees of freedom according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 4, the first ring 10, the second ring 20, It includes a link device.

상기 제1링(10)과 제2링(20)은 서로 인접하여 설치된다.The first ring 10 and the second ring 20 are installed adjacent to each other.

상기 제1링(10)과 제2링(20)의 서로 마주보는 면에는 각각 서로 대칭형상으로 양쪽 모서리로부터 돌출하는 한쌍의 지지러그(12), (22)가 형성된다.A pair of support lugs 12 and 22 protruding from both edges are formed on the surfaces of the first ring 10 and the second ring 20 that face each other in a symmetrical shape.

상기 제1링(10)의 상기 제2링(20)과 마주하는 면의 반대쪽 면에는 상기 지지러그(22)와 90도의 위상을 갖는 한쌍의 말단러그(14)가 형성된다.A pair of end lugs 14 having a phase of 90 degrees with the support lug 22 is formed on the surface opposite to the surface facing the second ring 20 of the first ring 10.

상기 지지러그(12), (22) 및 말단러그(14)는 서로 마주하는 한쌍의 탑처럼 상기 제1링(10) 및 제2링(20)으로부터 돌출하여 형성된다.The support lugs 12, 22 and the end lugs 14 are formed to protrude from the first ring 10 and the second ring 20 like a pair of towers facing each other.

상기 말단러그(14)에는 실제 작업이 이루어지는 작동부재(90)가 설치된다.The end lug 14 is provided with an operating member 90 is actually performed.

상기 말단러그(14)에는 상기 작동부재(90)의 양면에 배치되는 한쌍의 롤러(82), (84)와 작동부재(90)를 관통하는 힌지핀(66)이 설치된다.The end lugs 14 are provided with a pair of rollers 82 and 84 disposed on both sides of the operating member 90 and a hinge pin 66 passing through the operating member 90.

상기 말단러그(14)에는 상기 힌지핀(66)이 관통하는 축구멍(17)이 형성된다.The end lug 14 is formed with a shaft hole 17 through which the hinge pin 66 passes.

상기 한쌍의 지지러그(12), (22)에는 각각 축구멍(13), (23)이 중앙부를 관통하여 형성되고, 중앙에서 한쪽으로 치우친 상태로 핀구멍(15), (25)이 형성된다.The pair of support lugs 12, 22 are formed with shaft holes 13, 23 through the center, respectively, and pin holes 15, 25 are formed in a state biased from the center to one side. .

상기 링크장치는 상기 제1링(10)과 제2링(20)을 연결하며 지지하도록 설치된다.The link device is installed to connect and support the first ring 10 and the second ring 20.

상기 링크장치는 주링크(30)와, 한쌍의 보조링크(40), (50)를 포함하여 이루어진다.The link device includes a main link 30 and a pair of auxiliary links 40 and 50.

상기 링크장치는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 제2링(20)에 대하여 상기 제1링(10)이 상대적인 움직임을 가질 때에, 상기 제1링(10)과 제2링(20) 사이의 중심선(d0)을 기준으로 상기 제1링(10)과 제2링(20)의 서로 마주하는 면(d1, d2)이 위치하는 각도가 동일하게 유지되도록 작동한다.As shown in FIG. 5, the linkage is provided between the first ring 10 and the second ring 20 when the first ring 10 has a relative movement with respect to the second ring 20. The angles at which the surfaces d 1 and d 2 of the first ring 10 and the second ring 20 face each other with respect to the center line d 0 of the second ring 20 are maintained to be the same.

상기 주링크(30)는 한쪽 끝부분은 상기 제1링(10)이 하부에 회전가능하게 연결되고, 반대쪽 끝부분은 상기 제2링(20)의 상부에 회전가능하게 연결된다.One end of the main link 30 is rotatably connected to the lower end of the first ring 10, and the other end of the main link 30 is rotatably connected to an upper portion of the second ring 20.

예를 들면, 상기 주링크(30)의 상단쪽 끝부분은 상기 제1링(10)의 지지러그(12)에 회전축(62)을 통하여 회전가능하게 연결되고, 하단쪽 끝부분은 상기 제2링(20)의 지지러그(22)에 회전축(64)을 통하여 회전가능하게 연결된다.For example, the upper end portion of the main link 30 is rotatably connected to the support lug 12 of the first ring 10 through the rotation shaft 62, and the lower end portion is the second end portion. It is rotatably connected to the support lug 22 of the ring 20 via the rotation shaft 64.

상기 주링크(30)에는 상기 회전축(62), (64)이 관통하는 축구멍(32), (33)이 상부와 하부에 각각 형성된다.The main link 30 has shaft holes 32 and 33 through which the rotation shafts 62 and 64 pass, respectively, at upper and lower portions thereof.

상기 주링크(30)의 중앙에는 상기 제1링(10)과의 연결점과 상기 제2링(20)과의 연결점을 연결하는 선(상기 축구멍(32), (33)의 중심을 연결하는 선)과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍(35)이 형성된다.In the center of the main link 30, a line connecting the connection point with the first ring 10 and the connection point with the second ring 20 (connecting the center of the shaft holes 32, 33) A sliding hole 35 is formed long in the direction perpendicular to the line).

상기 한쌍의 보조링크(40), (50) 중에서 하나의 보조링크(40)는 한쪽 끝부분이 상기 제1링(10)의 하부에 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 주링크(30)의 슬라이딩구멍(35)에 삽입되는 힌지축(48)에 회전가능하게 연결된다.One of the auxiliary links 40 and 50 of the pair of auxiliary links 40 and 50 has one end connected to the lower portion of the first ring 10 and the opposite end thereof has a sliding hole of the main link 30. It is rotatably connected to a hinge shaft 48 inserted into 35.

또 상기 한쌍의 보조링크(40), (50) 중에서 다른 하나의 보조링크(50)는 한쪽 끝부분이 상기 제2링(20)의 상부에 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 주링크(30)의 슬라이딩구멍(35)에 삽입되는 힌지축(48)에 회전가능하게 연결된다.In addition, the other auxiliary link 50 of the pair of auxiliary links 40, 50 has one end connected to the upper portion of the second ring 20 and the other end of the main link 30 It is rotatably connected to the hinge shaft 48 inserted into the sliding hole 35.

상기 한쌍의 보조링크(40), (50)의 상기 제1링(10)의 지지러그(12) 및 제2링(20)의 지지러그(22)에 연결되는 한쪽 끝부분은 각각 중앙에서 한쪽으로 치우친 상태로 형성되는 핀구멍(15), (25)에 관통하는 힌지핀(46),(56)을 통하여 회전가능하게 설치된다.One end connected to the support lug 12 of the first ring 10 and the support lug 22 of the second ring 20 of the pair of auxiliary links 40 and 50 is one at the center, respectively. It is rotatably installed through the hinge pins 46, 56 penetrating through the pin holes 15, 25 formed in a biased state.

상기 제1링(10)의 지지러그(12)에는 회전축(62)을 통하여 회전가능하게 지지되는 2쌍의 롤러(75), (76), (77), (78)가 2개씩 상기 주링크(30)를 사이에 두고 양쪽에 배치되어 설치된다.Two main pairs of rollers 75, 76, 77, and 78 are rotatably supported by the support lug 12 of the first ring 10, respectively. It is arrange | positioned and installed in both sides with 30 in between.

상기 제2링(20)의 지지러그(22)에는 회전축(64)을 통하여 회전가능하게 지지되는 2쌍의 롤러(71), (72), (73), (74)가 2개씩 상기 주링크(30)를 사이에 두고 양쪽에 배치되어 설치된다.Two main pairs of rollers 71, 72, 73, 74 are supported by the support lug 22 of the second ring 20 so as to be rotatably supported through the rotation shaft 64. It is arrange | positioned and installed in both sides with 30 in between.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드의 작동과정을 설명한다.Next will be described the operation of the surgical robot hand having a wrist structure separated in the degree of freedom according to an embodiment of the present invention configured as described above.

먼저, 와이어(도면에 나타내지 않음)를 구동시켜 제2링(20)을 기준으로 제1링(10)이 경사지게 굽어지도록 작동하면, 상기 주링크(30)의 슬라이딩구멍(35)을 따라 상기 한쌍의 보조링크(40), (50)의 한쪽 끝부분을 관통하는 힌지축(48)이 이동하게 되고, 각 보조링크(40), (50)는 주링크(30)에 대해 상대적인 움직임이 이루어진다.First, when the wire (not shown) is driven to operate the first ring 10 to bend obliquely relative to the second ring 20, the pair along the sliding hole 35 of the main link (30) The hinge shaft 48 penetrates through one end of the auxiliary links 40 and 50, and each of the auxiliary links 40 and 50 is made to move relative to the main link 30.

즉, 상기 주링크(30)는 상기 제1링(10)과 제2링(20)의 중앙부를 관통하는 회전축(62), (64)에 의하여 지지되고, 상기 한쌍의 보조링크(40), (50)의 주링크(30)의 슬라이딩구멍(35) 반대쪽은 상기 제1링(10)과 제2링(20)의 중앙부로부터 한쪽으로 치우친 상태로 서로 대칭형상으로 설치되므로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 중심선(d0)에 대하여 제1링(10)과 제2링(20)이 동일한 각도(각 d0-d1=각 d0-d2)로 회전하게 된다.That is, the main link 30 is supported by the rotation shafts 62 and 64 passing through the central portions of the first ring 10 and the second ring 20, and the pair of auxiliary links 40, The opposite side of the sliding hole 35 of the main link 30 of the 50 is installed symmetrically with each other while being biased to one side from the center portions of the first ring 10 and the second ring 20, and thus shown in FIG. , is rotated by the center line (d 0), the first ring 10 and second ring 20 have the same angle (each d 0 -d 1 = each d 0 -d 2) with respect to as.

따라서, 도 3에서 보아서, 와이어가 롤러(72)->롤러(76)->롤러(82)를 거쳐 뒤쪽의 롤러(78)->롤러(74)를 차례로 통과하게 되면, 회전축(64)을 중심으로 회전시에 와이어가 롤러(72)에서 감기는 만큼, 롤러(76)에서 풀려지고, 롤러(82)에는 영향을 주지 않게 된다. 상기 롤러(78)와 롤러(74) 사이에서도 동일한 작용이 이루어진다.Therefore, as shown in FIG. 3, when the wire passes through the roller 72-> roller 76-> roller 82 and passes through the rear roller 78-> roller 74 in order, the rotation shaft 64 is rotated. As the wire is wound around the roller 72 at the time of rotation about the center, it is released from the roller 76 and the roller 82 is not affected. The same action is performed between the roller 78 and the roller 74.

결국, 회전축(64)과 회전축(66)의 움직임이 커플(couple)되지 않고, 종래 수술도구의 손목 관절에서 나타나는 커플링 현상이 해소된다.As a result, the movement of the rotation shaft 64 and the rotation shaft 66 is not coupled, and the coupling phenomenon appearing in the wrist joint of the conventional surgical tool is eliminated.

즉, 회전축(64)이 구동시에 롤러(72)와 롤러(76) 사이의 거리(와이어의 길이)가 변하지 않으므로, 종래 수술도구에서 나타나는 커플링 현상을 방지하는 것이 가능하다.That is, since the distance (the length of the wire) between the roller 72 and the roller 76 does not change when the rotating shaft 64 is driven, it is possible to prevent the coupling phenomenon appearing in the conventional surgical tool.

그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 링크장치를 상기 제1링(10)과 제2링(20)의 서로 마주보는 면에 양쪽 끝부분이 각각 회전가능하게 연결되는 주링크(31)와, 상기 제1링(10)과 제2링(20)의 한쪽 또는 양쪽 측면에 각각 회전가능하게 설치되고 서로의 외주면이 접한 상태로 설치되는 한쌍의 링크롤러(41), (51)를 포함하여 이루어진다.In addition, the surgical robot hand having a wrist structure with separate degrees of freedom according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 6, the linkage of the first ring 10 and the second ring 20 of each other Main links 31 which are respectively rotatably connected to opposite ends on opposite sides, and are rotatably installed on one or both sides of the first ring 10 and the second ring 20, respectively It consists of a pair of link rollers 41 and 51 which are installed in this contacted state.

상기 링크롤러(41), (51)는 외주면을 마찰력이 강한 재질로 형성하여 서로의 마찰에 의하여 한쪽이 회전하면 다른 한쪽도 회전하도록 구성한다.The link rollers 41 and 51 are formed of a material having a strong frictional force on the outer circumferential surface thereof so as to rotate the other side when one side rotates due to mutual friction.

상기 링크롤러(41), (51)는 각각 상기 제1링(10) 및 제2링(20)이 양쪽 측면에 쌍으로 설치하는 것이 가해지는 힘이 한쪽으로 기울어지지 않고 균형을 이루게 되므로 바람직하다.The link rollers 41 and 51 are preferable because the force applied to the pair of the first ring 10 and the second ring 20 to be installed on both sides thereof is balanced without inclination to one side. .

상기와 같이 링크롤러(41), (51) 외주면을 마찰력이 강한 재질로 형성하여 서로 접하게 설치하면, 한쪽의 링크롤러(41)가 회전함에 따라 다른쪽의 링크롤러(51)도 회전하게 되어, 중심선에 대하여 서로 동일한 각도를 유지하게 된다.As described above, when the outer peripheral surfaces of the link rollers 41 and 51 are formed of a material having a strong friction force and installed in contact with each other, the link rollers 51 of the other side also rotate as the one of the link rollers 41 rotates. Maintain the same angle with respect to the center line.

그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 한쌍의 링크롤러(41), (51)를 대각선방향으로 가로지르면서 양쪽 끝부분이 서로 반대쪽 링크롤러(41), (51)에 고정되는 한쌍의 장력와이어(53)를 더 설치하는 것도 가능하다.As shown in FIG. 7, a pair of tension wires are fixed at opposite ends of the link rollers 41 and 51 while crossing the pair of link rollers 41 and 51 in a diagonal direction. It is also possible to install 53 further.

상기 장력와이어(53)은 한쪽 끝부분은 상기 제1링(10)에 설치되는 링크롤러(41)의 한쪽에 고정하고, 반대쪽 끝부부은 상기 제2링(20)에 설치되는 링크롤러(51)의 반대쪽에 고정한다.One end portion of the tension wire 53 is fixed to one side of the link roller 41 installed in the first ring 10, and the other end portion thereof is a link roller 51 installed in the second ring 20. Fix it on the opposite side of the.

상기와 같이 한쌍의 장력와이어(53)를 설치하게 되면, 두 장력와이어(53)는 측면에서 보아서 "X"형상을 이루게 된다.When the pair of tension wires 53 are installed as described above, the two tension wires 53 form an "X" shape when viewed from the side.

상기와 같이 장력와이어(53)를 설치하면, 장력와이어(53)의 길이가 일정하므로, 상기 제1링(10)이 움직일 때에 상기 제2링(20)에 설치된 링크롤러(51)에서 풀리거나 감기는 양만큼 상기 제1링(10)에 설치된 링크롤러(41)에서 감기거나 풀리게 되고, 양쪽 제1링(10)과 제2링(20)은 중심선이 대하여 서로 동일한 각도를 유지하며 회전하게 된다.When the tension wire 53 is installed as described above, since the length of the tension wire 53 is constant, when the first ring 10 moves, it is loosened from the link roller 51 installed in the second ring 20. The winding amount is wound or unwound by the link roller 41 installed in the first ring 10, and both the first ring 10 and the second ring 20 are rotated while maintaining the same angle with respect to the center line. do.

상기에서 장력와이어(53)를 설치하는 경우에는 상기 링크롤러(41), (51)의 외주면을 마찰력이 강한 재질로 형성하지 않는 것도 가능하다.When the tension wire 53 is provided in the above, the outer circumferential surfaces of the link rollers 41 and 51 may not be formed of a material having strong frictional force.

상기한 본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 일실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.In the other embodiments according to the present invention described above, it is possible to carry out the same configuration as in the above-described embodiment except for the above-described configuration, and thus detailed description thereof will be omitted.

상기에서는 본 발명에 따른 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above, a preferred embodiment of a surgical robot hand having a wrist structure having a degree of freedom according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications are made within the scope of the claims and the specification and the accompanying drawings. Can be carried out, and this also belongs to the scope of the present invention.

10 - 제1링, 12,22 - 지지러그, 13,17,23,32,33 - 축구멍, 14 - 말단러그
15,25 - 핀구멍, 20 - 제2링, 30,31 - 주링크, 35 - 슬라이딩구멍
40,50 - 보조링크, 41,51 - 링크롤러, 46,56,66 - 힌지핀, 48 - 힌지축
62,64 - 회전축, 71,72,73,74,75,76,77,78.82,84 - 롤러, 90 - 작동부재10-first ring, 12,22-support lug, 13,17,23,32,33-shaft bore, 14-end lug
15,25-pin hole, 20-2nd ring, 30,31-main link, 35-sliding hole
40,50-Secondary link, 41,51-Link roller, 46,56,66-Hinge pin, 48-Hinge shaft
62,64-shaft, 71,72,73,74,75,76,77,78.82,84-roller, 90-operating member

Claims (14)

서로 인접하여 설치되는 제1링 및 제2링과,
상기 제1링과 제2링을 연결하며 상기 제2링에 대하여 상기 제1링이 상대적인 움직임을 가질 때에 상기 제1링과 제2링 사이의 중심선을 기준으로 상기 제1링과 제2링의 서로 마주하는 면이 위치하는 각도가 동일하게 유지되도록 상기 제1링과 제2링을 지지하는 링크장치를 포함하는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.A first ring and a second ring installed adjacent to each other,
When the first ring has a relative movement with respect to the second ring, the first ring and the second ring are connected to each other based on the center line between the first ring and the second ring. Surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom including a link device for supporting the first ring and the second ring so that the angles at which the surfaces facing each other remain the same. 청구항 1에 있어서,
상기 링크장치는 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 양쪽 끝부분이 각각 회전가능하게 연결되는 주링크와, 상기 제1링과 제2링의 한쪽 또는 양쪽 측면에 각각 회전가능하게 설치되고 서로의 외주면이 접한 상태로 설치되는 한쌍의 링크롤러를 포함하여 이루어지는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method according to claim 1,
The link device includes a main link having both ends rotatably connected to surfaces of the first ring and the second ring facing each other, and rotatably on one or both sides of the first ring and the second ring, respectively. Surgical robot hand having a wrist structure separated by degrees of freedom comprising a pair of link rollers are installed and installed in contact with each other outer peripheral surface. 청구항 2에 있어서,
상기 한쌍의 링크롤러는 서로의 마찰에 의하여 한쪽이 회전하면 다른 한쪽도 회전하도록 구성하는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method according to claim 2,
The pair of link rollers is a surgical robot hand having a wrist structure separated from the degree of freedom configured to rotate one side when the other rotates by friction. 청구항 2에 있어서,
상기 한쌍의 링크롤러를 대각선방향으로 "X"형상으로 가로지르면서 양쪽 끝부분이 서로 반대쪽 링크롤러에 고정되는 한쌍의 장력와이어를 더 설치하는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method according to claim 2,
Surgical robot hand having a wrist structure having a degree of freedom to install a pair of tension wires that are fixed to the opposite link rollers at both ends while traversing the pair of link rollers in an "X" shape in a diagonal direction. 청구항 1에 있어서,
상기 링크장치는 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 양쪽 끝부분이 각각 회전가능하게 연결되고 중앙에는 상기 제1링과 제2링을 연결하는 선과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍이 형성되는 주링크와, 한쪽 끝부분은 각각 상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에 회전가능하게 연결되고 각각의 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 연결되어 상기 슬라이딩구멍의 연장선을 기준으로 서로 동일한 각도를 유지하도록 움직이는 한쌍의 보조링크를 포함하는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method according to claim 1,
The link device has both ends rotatably connected to the surfaces of the first ring and the second ring facing each other, and has a sliding hole extending in a direction perpendicular to a line connecting the first ring and the second ring at the center thereof. The main link is formed, and one end thereof is rotatably connected to opposite surfaces of the first ring and the second ring, respectively, and opposite ends thereof are connected to the sliding holes of the main link to extend the sliding hole. Surgical robot hand having a wrist structure with a degree of freedom including a pair of auxiliary links moving to maintain the same angle relative to each other. 청구항 5에 있어서,
상기 주링크는 한쪽 끝부분은 상기 제1링의 하부에 회전가능하게 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 제2링의 상부에 회전가능하게 연결되고 중앙에는 상기 제1링과의 연결점과 상기 제2링과의 연결점을 연결하는 선과 수직한 방향으로 길게 슬라이딩구멍이 형성되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 5,
The main link has one end rotatably connected to the lower portion of the first ring, the opposite end rotatably connected to the upper portion of the second ring, and a connection point with the first ring and the second ring in the center thereof. A surgical robot hand having a wrist structure with a degree of freedom in which a sliding hole is formed in a long direction perpendicular to a line connecting a connection point with a joint. 청구항 5에 있어서,
상기 한쌍의 보조링크는 각각 한쪽 끝부분은 상기 제1링의 하부 또는 상기 제2링의 상부에 연결되고 각각의 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 삽입되는 힌지축에 회전가능하게 연결되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 5,
Each of the pair of auxiliary links has one end connected to the lower portion of the first ring or the upper portion of the second ring, and the opposite ends thereof are rotatably connected to a hinge shaft inserted into the sliding hole of the main link. A surgical robot hand having a wrist structure with separate degrees of freedom. 청구항 5에 있어서,
상기 주링크는 각각 상기 제1링과 제2링의 중앙부를 관통하여 설치되는 회전축에 회전가능하게 설치되고, 상기 한쌍의 보조링크의 한쪽 끝부분은 각각 상기 제1링과 제2링의 중앙부에서 한쪽으로 치우친 상태로 설치되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 5,
The main link is rotatably installed on a rotating shaft installed through the center of the first ring and the second ring, respectively, and one end of the pair of auxiliary links is formed at the center of the first ring and the second ring, respectively. Surgical robot hand having a wrist structure with separated degrees of freedom installed in one side. 청구항 5에 있어서,
상기 제1링과 제2링의 서로 마주보는 면에는 각각 서로 대칭형상으로 양쪽 모서리로부터 돌출하는 한쌍의 지지러그가 형성되고,
상기 제1링의 상기 제2링과 마주하는 면의 반대쪽 면에는 상기 지지러그와 90도의 위상을 갖는 한쌍의 말단러그가 형성되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 5,
A pair of support lugs protruding from both corners are formed on the surfaces of the first ring and the second ring facing each other in a symmetrical shape, respectively.
Surgical robot hand having a wrist structure having a degree of freedom in which a pair of end lugs having a phase of 90 degrees with the support lug is formed on the surface opposite to the surface facing the second ring of the first ring. 청구항 9에 있어서,
상기 한쌍의 지지러그에는 각각 축구멍이 중앙부를 관통하여 형성되고, 중앙에서 한쪽으로 치우친 상태로 핀구멍이 형성되고,
상기 주링크의 한쪽 끝부분은 상기 제1링의 지지러그에 형성된 축구멍을 관통하여 설치되는 회전축을 통하여 회전가능하게 연결되고, 다른쪽 끝부분은 상기 제2링의 지지러그에 형성된 축구멍을 관통하여 설치되는 회전축을 통하여 회전가능하게 연결되고,
상기 한쌍의 보조링크 중에서 하나의 보조링크는 한쪽 끝부분이 상기 제1링의 지지러그에 형성되는 핀구멍을 관통하는 힌지핀을 통하여 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 삽입되는 힌지축에 회전가능하게 연결되고,
상기 한쌍의 보조링크 중에서 다른 하나의 보조링크는 한쪽 끝부분이 상기 제2링의 지지러그에 형성되는 핀구멍을 관통하는 힌지핀을 통하여 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 주링크의 슬라이딩구멍에 삽입되는 힌지축에 회전가능하게 연결되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 9,
Each of the pair of support lugs has a shaft hole formed through a central portion thereof, and a pin hole is formed in a state biased from the center to one side.
One end of the main link is rotatably connected through a rotating shaft installed through the shaft hole formed in the support lug of the first ring, and the other end of the main link is connected to the shaft hole formed in the support lug of the second ring. Rotatably connected through a rotating shaft installed therethrough,
One of the pair of auxiliary links is connected through a hinge pin, one end of which passes through a pin hole formed in the support lug of the first ring, and the other end of the hinge is inserted into the sliding hole of the main link. Rotatably connected to the shaft,
The other one of the pair of auxiliary links is connected through a hinge pin, one end of which passes through a pin hole formed in the support lug of the second ring, and the other end thereof is inserted into the sliding hole of the main link. Surgical robot hand having a wrist structure separated by a degree of freedom rotatably connected to the hinge axis. 청구항 10에 있어서,
상기 제1링의 지지러그에는 상기 주링크의 한쪽 끝부분에 결합되는 회전축을 통하여 회전가능하게 지지되는 2쌍의 롤러가 2개씩 상기 주링크를 사이에 두고 양쪽에 배치되어 설치되고,
상기 제2링의 지지러그에는 상기 주링크의 다른쪽 끝부분에 결합되는 회전축을 통하여 회전가능하게 지지되는 2쌍의 롤러가 2개씩 상기 주링크를 사이에 두고 양쪽에 배치되어 설치되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 10,
Two pairs of rollers rotatably supported through a rotating shaft coupled to one end of the main link are disposed on both sides of the support lug of the first ring with the main link interposed therebetween,
The support lug of the second ring is provided with two pairs of rollers rotatably supported by a rotating shaft coupled to the other end of the main link, each having a degree of freedom between the main link, and installed on both sides. Robotic hand with a wrist structure. 청구항 10에 있어서,
상기 지지러그 및 말단러그는 서로 마주하는 한쌍의 탑처럼 상기 제1링 및 제2링으로부터 돌출하여 형성되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 10,
The support lug and the end lug is a surgical robot hand having a wrist structure separated from the freedom formed by protruding from the first ring and the second ring like a pair of tower facing each other. 청구항 10에 있어서,
상기 제1링의 말단러그에는 실제 작업이 이루어지는 작동부재가 설치되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method of claim 10,
Surgical robot hand having a wrist structure separated in the end lug of the first ring has a degree of freedom to install the operation member is actually made. 청구항 13에 있어서,
상기 제1링의 말단러그에는 상기 작동부재의 양면에 배치되는 한쌍의 롤러와 작동부재를 관통하는 힌지핀이 설치되고,
상기 말단러그에는 상기 작동부재를 관통하는 힌지핀이 관통하는 축구멍이 형성되는 자유도가 분리된 손목 구조를 가지는 수술용 로봇 핸드.The method according to claim 13,
The end lug of the first ring is provided with a pair of rollers arranged on both sides of the operating member and a hinge pin penetrating the operating member,
The end lug has a surgical robot hand having a wrist structure separated from the freedom to form a shaft hole through which the hinge pin penetrates the operation member.
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