KR101559548B1 - Surgical end-effector - Google Patents
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Abstract
부비동 수술 등과 같은 이비인후과의 내시경 수술에 사용되는 삽입튜브 회전구조를 포함하는 수술용 엔드이펙터가 개시된다.
본 발명은 구동수단으로부터 전달되는 동력을 제1 동력전달수단에 의해 전달받하 회전하는 샤프트; 및 상기 샤프트와 제2 동력전달수단에 의해 평행하게 병렬 연결되어 상기 샤프트와 연동되어 회전하는 튜브를 포함하여, 와이어와 폴리를 이용하여 샤프트와 연동되도록 튜브와 연결함으로써 튜브와 하우징 내 외벽 사이의 간격이 1mm정도의 공간을 가질 수 있도록 하여 듀얼 암 로봇 시스템 구성이 용이하도록 하는 수술용 엔드이펙터에 관한 것이다. A surgical end effector is disclosed that includes an insertion tube revolving structure for use in endoscopic surgery for otolaryngology such as sinus surgery.
The present invention relates to a power transmission device, comprising: a shaft that receives power transmitted from a drive means and is rotated by a first power transmission means; And a tube connected in parallel by the shaft and the second power transmission means and rotating in association with the shaft, wherein the tube and the tube are connected to each other by a wire and a poly, The present invention relates to a surgical end effector capable of having a space of about 1 mm to facilitate the construction of a dual arm robot system.
Description
본 발명은 수술용 엔드이펙터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부비동 수술 등과 같은 이비인후과의 내시경 수술에 사용되는 삽입튜브 회전구조를 포함하는 수술용 엔드이펙터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 내시경 수술은 인체를 크게 절개하지 않고 작은 구멍을 통해 카메라가 설치된 내시경과 수술도구를 삽입하여 내시경에 의하여 촬영된 영상을 통해 환자의 환부를 살피면서 수술을 진행하는 것이다.In general, endoscopic surgery is performed by inserting a camera-equipped endoscope and a surgical tool through a small hole without performing a large incision on the human body, thereby performing surgery while examining the patient's lesion through the endoscopic image.
복강경 수술에서부터 시작된 이러한 내시경 수술은 개복수술에 비하여 절개 부위가 작기 때문에 흉터도 작고 출혈도 적어 수술환자의 회복 시간이 빠르다는 장점이 있다.This endoscopic operation, which started from laparoscopic surgery, has the advantage that the recovery time is fast because the scar is small and the bleeding is small because the incision site is smaller than the open surgery.
최근에는 개복수술이 필요한 거의 모든 수술에 대하여 내시경 수술이 가능할 정도로 기술이 발전하였을 뿐만 아니라 다른 의료분야에서도 내시경 수술을 적용하는 경우가 늘고 있는 실정이다.In recent years, endoscopic surgery has been developed not only in endoscopic surgery but also in other medical fields.
한편, 이비인후과는 귀, 코, 인두, 후두의 해부, 생리, 병리 치료를 취급하는 의학의 한 분야로서, 상기 이비인후과에서도 다양한 수술과 치료를 위하여 내시경 수술을 적용하고 있다. 그러나, 이비인후과에서 내시경 수술을 적용하고자 하는 부비동 등과 같은 신체 부위는 인체의 구조상 내시경 및 수술도구의 접근이 용이하지 못하다는 문제점이 있었다.On the other hand, otorhinolaryngology is a field of medicine that deals with ears, nose, pharynx, anatomy of the larynx, physiology and pathology, and endoscopic surgery is applied to various otolaryngologists for various operations and therapies. However, there is a problem in that the body part such as the sinuses in which the endoscopic surgery is applied in the otolaryngology is not easy to access the endoscopic and surgical instruments in the structure of the human body.
특히, 이비인후과의 내시경 수술에 사용되는 엔드이펙터의 경우 내시경과 수술도구가 결합되어 있는 삽입튜브를 사용해야 하는데, 종래에는 각각의 로봇 암에 결합하여 사용하여 왔다. 하지만, 좁은 공간으로 삽입되야 하는 두 개의 엔드이펙터의 삽입튜브는 회전구조가 베벨기어 혹은 헬리컬 기어를 사용한 구조로써 엔드이펙터 설계 시, 삽입튜브의 중심으로부터 일정거리 이상의 공간이 반드시 필요하며, 이에 따라 내시경과 수술도구 삽입 시 일정한 각도를 형성하며 삽입되어 안쪽에서의 움직임이 제한되는 문제점이 있다. In particular, in the case of an end effector used in endoscopic surgery for otolaryngology, an insertion tube in which an endoscope and a surgical tool are combined must be used. However, the insertion tube of the two end effectors to be inserted into the narrow space is structured using a bevel gear or a helical gear as the rotation structure. In designing the end effector, a space at least a certain distance from the center of the insertion tube is necessarily required. And insertion of the surgical tool to form a certain angle, and the movement of the inside is limited.
또한, 내시경과 수술도구가 같이 결합되어 있는 듀얼 암 시스템 구축 시 두 개의 엔드이펙터 사이의 거리가 1mm정도가 되어야 가능하지만, 기존의 구조를 이용해서는 엔드이펙터 삽입튜브의 회전이 가능한 구조를 설계하기 어렵다. In addition, it is possible to construct a dual arm system in which an endoscope and a surgical tool are combined together. However, it is difficult to design a structure capable of rotating the end effector insertion tube by using the existing structure when the distance between the two end effectors is about 1 mm .
따라서, 본 발명의 목적은 와이어와 폴리를 이용하여 샤프트와 연동되도록 튜브와 연결함으로써 튜브와 하우징 내 외벽 사이의 간격이 1mm정도의 공간을 가질 수 있도록 하여 듀얼 암 로봇 시스템 구성이 용이하도록 하는 수술용 엔드이펙터를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dual-arm robot system in which the space between the tube and the outer wall of the housing is about 1 mm by connecting the tube and the tube using a wire and a poly, End effector.
본 발명의 일실시예에 의한 수술용 엔드이펙터는 구동수단으로부터 전달되는 동력을 제1 동력전달수단에 의해 전달받하 회전하는 샤프트 및 상기 샤프트와 제2 동력전달수단에 의해 평행하게 병렬 연결되어 상기 샤프트와 연동되어 회전하는 튜브를 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 동력전달수단은 헬리컬 기어일 수 있다. The end effector for surgical operation according to an embodiment of the present invention includes a shaft that is rotated by receiving a power transmitted from a driving means by a first power transmitting means and a shaft that is connected in parallel by a shaft and a second power transmitting means in parallel, And a tube that rotates in conjunction with the tube. For example, the first power transmitting means may be a helical gear.
한편, 상기 제2 동력전달수단은 상기 샤프트의 끝단에 축설되는 제1 풀리와, 상기 제1 풀리의 상단에 배치되도록 상기 튜브의 끝단에 축설되는 제2 풀리 및 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 동력전달부재를 포함한다. 예를 들면, 상기 동력전달부재는 와이어를 사용할 수 있다. The second power transmission means includes a first pulley shrouded at an end of the shaft, a second pulley shrouded at an end of the tube so as to be disposed at an upper end of the first pulley, And a power transmitting member for connecting the power transmitting member. For example, the power transmitting member may use a wire.
이와 같이 본 발명에 따른 수술용 엔드이펙터는 튜브와 하우징과의 공간을 최소화 할 수 있도록 하기 때문에 듀얼 암 로봇시스템을 구성하는 경우 튜브와 튜브사이의 공간을 최소화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. As described above, since the surgical end effector can minimize the space between the tube and the housing, the space between the tube and the tube can be minimized when the dual arm robot system is constructed.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수술용 엔드이펙터의 튜브 회전구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수술용 엔드이펙터를 이용하여 듀얼 암 로봇 시스템을 구현한 것을 나타낸 것이다. 1 shows a tube rotation structure of a surgical end effector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a dual-arm robot system using a surgical end effector according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Do not.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수술용 엔드이펙터를 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a surgical end effector according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수술용 엔드이펙터(10)는 구동수단(110), 샤프트(130), 튜브(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a
상기 구동수단(110)은 하우징(10)의 내부에 배치되며 제1 동력 전달수단(120)을 통하여 상기 샤프트(130)에 동력을 전달한다. 예를 들면, 상기 제1 동력 전달수단(120)은 헬리컬 기어를 사용하여 상기 구동수단(110)의 회전력(A)을 상기 샤프트(130)에 수직방향으로 전달하여 샤프트가 구동수단과 수직 방향의 회전력(B)을 얻도록 할 수 있다. The driving means 110 is disposed inside the
상기 튜브(150)는 상기 샤프트(130)와 같은 방향을 향하여 평행하게 배치된다. 이때, 상기 튜브(150)는 상기 하우징(10)의 외벽과 가깝게 배치될 수 있다. 예를들면, 상기 하우징(10)과 튜브(150)의 간격이 1mm 정도의 좁은 공간을 형성할 수 있다. 상기와 같이 하우징(10)의 외벽에 가깝게 배치된 튜브를 구비하는 엔드이펙터를 두 개 결합하여 사용함으로써 듀얼 암 로봇 시스템 구현이 용이하다는 이점이 있다. The
상기 튜브(150)는 상기 샤프트(130)와 각 끝단이 제2 동력 전달수단(140)에 의해 연결되어 상기 샤프트(130)의 회전(B)과 연동하여 상기 튜브(150)가 회전(C)할 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 제2 동력 전달수단(140)은 제1 풀리(141), 제2 풀리(142), 동력전달부재(143)를 포함할 수 있다. 상기 제1 풀리(141)는 상기 샤프트(150)의 끝단에 축설된다 . 상기 제2 플리(142)는 상기 제1 풀리(141)와 대응되도록 상기 튜브(150)의 끝단에 축설된다 . 상기 동력전달부재(143)는 상기 제1 풀리(141)와 상기 제2 풀리(142)를 연결하여 구동수단(110)에 의해 전달되는 동력을 상기 튜브(150)까지 연동될 수 있도록 한다. 즉, 상기 제1 풀리(141)와 제2 풀리(142)를 와이어, 벨트, 체인과 같은 것으로 연결하여 상기 샤프트(130)의 회전과 상기 튜브(150)의 회전이 연동될 수 있도록 하는 것이다. The
상기와 같이 상기 샤프트(130)와 튜브(150)를 제2 동력 전달수단(140)을 사용하여 연결함으로써 상기 튜브(150)를 하우징(10)의 외벽에 최대한 가까이 배치시킬 수 있다. 상기와 같이 하우징(10)의 외벽에 가까이 배치된 상기 튜브(150)를 포함하는 엔드이펙터 2개를 사용하여 수술용 듀얼 암 로봇시스템을 형성할 수 있다. The
도 2는 본 발명의 일실시예인 수술용 엔드이펙터를 사용하여 듀얼 암 시스템을 구현한 것을 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a dual arm system using a surgical end effector according to an embodiment of the present invention.
도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 수술용 엔드이펙터(10)를 두 개 연결하여 듀얼암 시스템을 형성하였다. 예를 들면, 상기와 같이 듀얼 암 형식으로 되어 있으며 한쪽은 내시경을 장착하고, 한쪽은 엔드이펙터를 장착하여 구동시킬 수 있다. 이때, 내시경과 엔드이펙터가 동시에 들어갈 수 있기 때문에 수술을 좀 더 용이하게 할 수 있는 이점이 있다. As shown in FIG. 2, two
이와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 수술용 엔드이펙터(1)는 튜브(150)를 하우징(10)의 외벽에 최대한 가까이 배치시키기 위하여 상기 샤프트(130)와 평행하게 병렬연결하여 상기 샤프트(130)의 동력이 상기 튜브(150)까지 전달될 수 있도록 하였다. 따라서, 종래 헬리컬 기어, 베벨 기어와 같은 제1 동력 전달수단(120)을 사용했을 경우 상기 기어의 크기 때문에 하우징의 외벽 가까운 곳에 배치시킬 수 없었던 종래의 엔드이펙터의 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다. The
상기와 같이 하우징(10)의 외벽에 최대한 가까이에 배치되도록 하면, 상기 엔드이펙터(150) 두 개를 사용하여 듀얼 로봇 암 시스템을 형성할 수 있다. 종래에는 내시경 카메라를 장착한 제1 엔드이펙터를 포함하는 제1 로봇암과, 수술용 도구가 결합되어 있는 제2 엔드이펙터를 포함하는 제2 로봇암이 서로 각각 움직이면서 수술을 진행하였다. 이때, 두 개의 엔드이펙터를 사용하는 경우 좁은 공간에 들어가야 하는 경우 두 개의 엔드이펙터 사이에는 일정한 각도가 형성되어 수술을 진행하는데 어려움이 많았다. 하지만, 본 발명과 같은 엔드이펙터를 사용하게 될 경우 두 개의 튜브가 거의 밀착하여 나란하게 형성되기 때문에 좁은 곳에도 두 개의 엔드이펙터가 삽입되기에 큰 어려움이 없다.
As described above, when the
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
110: 구동수단 120: 제1 동력 전달수단
130: 샤프트 140: 제2 동력 전달 수단
141: 제1 풀리 142: 제2 풀리
143: 동력전달부재 150: 튜브110: drive means 120: first power transmission means
130: shaft 140: second power transmission means
141: first pulley 142: second pulley
143: Power transmission member 150: Tube
Claims (6)
구동수단으로부터 전달되는 동력을 제1 동력전달수단에 의해 전달받아 회전하는 샤프트; 및
상기 샤프트와 제2 동력전달수단에 의해 평행하게 병렬 연결되어 상기 샤프트와 연동되어 회전하며, 상기 구동수단, 상기 제1 동력전달수단 및 상기 샤프트보다 상기 하우징의 외벽에 가깝게 배치되는 튜브를 포함하는 수술용 엔드이펙터.A surgical end effector disposed within a housing for use in surgery,
A shaft that receives power transmitted from the driving means and is rotated by the first power transmitting means; And
And a tube that is connected in parallel to the shaft in parallel by the second power transmission means and rotates in association with the shaft and is disposed closer to the outer wall of the housing than the drive means, the first power transmission means, End effector.
상기 제1 동력전달수단은 헬리컬 기어인 것을 특징으로 하는 수술용 엔드이펙터.The method according to claim 1,
Wherein the first power transmission means is a helical gear.
상기 샤프트의 끝단에 축설되는 제1 풀리;
상기 제1 풀리의 상단에 배치되도록 상기 튜브의 끝단에 축설되는 제2 풀리; 및
상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 동력전달부재를 포함하는 수술용 엔드이펙터.The power transmission device according to claim 1, wherein the second power transmission means
A first pulley axially installed at an end of the shaft;
A second pulley shrouded at an end of the tube so as to be disposed at an upper end of the first pulley; And
And a power transmitting member connecting the first pulley and the second pulley.
상기 동력전달부재는 와이어인 것을 특징으로 하는 수술용 엔드이펙터.The method of claim 3,
Wherein the power transmitting member is a wire.
상기 제1 및 제2 엔드이펙터들 각각은,
동력을 발생시키는 구동수단;
상기 구동수단으로부터 동력을 전달받아 회전하는 샤프트;
상기 구동수단에서 발생된 동력을 상기 샤프트로 전달하는 제1 동력전달수단;
상기 샤프트와 평행하게 병렬 연결되어 상기 샤프트와 연동되어 회전하는 튜브; 및
상기 샤프트 및 상기 튜브를 평행하게 병렬 연결하여 상기 샤프트의 회전력을 상기 튜브에 전달하는 제2 동력전달수단을 포함하고,
상기 제1 엔드이펙터의 튜브 및 상기 제2 엔드이펙터의 튜브는 각각 상기 구동수단, 상기 제1 동력전달수단 및 상기 샤프트보다 상기 제1 및 제2 하우징들의 서로 마주보는 외벽에 가깝게 배치된 것을 특징으로 하는 듀얼 로봇암 시스템.A dual robot arm system comprising first and second surgical end effectors disposed in parallel within first and second housings, respectively, for use in surgery,
Wherein each of the first and second end-
Drive means for generating power;
A shaft that receives power from the driving unit and rotates;
A first power transmitting means for transmitting the power generated by the driving means to the shaft;
A tube connected in parallel with the shaft and rotated in association with the shaft; And
And second power transmission means for parallelly connecting the shaft and the tube in parallel to transmit the rotational force of the shaft to the tube,
Wherein the tube of the first end effector and the tube of the second end effector are disposed closer to the opposed outer walls of the first and second housings than the drive means, the first power transmission means, and the shaft, respectively Dual robot arm system.
상기 제1 엔드이펙터에는 내시경 카메라가 장착되고,
상기 제2 엔드이펙터에는 수술 도구가 장착되는 것을 특징으로 하는 듀얼 로봇암 시스템.6. The method of claim 5,
An endoscope camera is mounted on the first end effector,
And a surgical tool is mounted on the second end effector.
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KR20130120898A (en) | 2013-11-05 |
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