KR101567516B1 - 6 degree of freedom master device for needle insertion-type interventional robotic system - Google Patents

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KR101567516B1
KR101567516B1 KR1020140062064A KR20140062064A KR101567516B1 KR 101567516 B1 KR101567516 B1 KR 101567516B1 KR 1020140062064 A KR1020140062064 A KR 1020140062064A KR 20140062064 A KR20140062064 A KR 20140062064A KR 101567516 B1 KR101567516 B1 KR 101567516B1
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shaft
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KR1020140062064A
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Inventor
우현수
조장호
김철승
이혁진
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한국기계연구원
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices

Abstract

The present invention relates to a six degree-of-freedom master device for a needle insertion-type remote interventional robotic system and, more specifically, to a six degree-of-freedom master device for delivering a command of a doctor for movement to a slave robot, and delivering feedback information measured in the slave robot to the doctor in a needle insertion-type remote interventional robotic system. The six degree-of-freedom master device for a needle insertion-type remote interventional robotic system receives input of six degree-of-freedom of three degree-of-freedom rotation and three degree-of-freedom translation, and outputs a five degree-of-freedom reaction except for rotation in the roll direction.

Description

바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템을 위한 6자유도 마스터 장치{6 degree of freedom master device for needle insertion-type interventional robotic system}[0001] The present invention relates to a 6-degree-of-freedom master device for a needle-inserted remote interventional robotic system,

본 발명은 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템을 위한 6자유도 마스터 장치로서, 더욱 상세하게 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템에서 슬레이브 로봇에게 의사의 움직임 명령을 전달하고, 슬레이브 로봇에서 측정된 피드백 정보를 다시 의사에게 전달하기 위한 6자유도 마스터 장치에 관한 것으로, 3자유도 회전운동 및 3자유도 병진운동의 6자유도 운동에 대한 입력을 받을 수 있고, 동시에 롤 방향 회전을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있도록 형성될 수 있는 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템을 위한 6자유도 마스터 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a six-degree-of-freedom master apparatus for a needle-inserted remote mediating robot system, and more particularly, to a saddle-type remote mediating robot system which transmits a physician's motion command to a slave robot, The present invention relates to a six-degree-of-freedom master device for transmitting an input of a six degrees-of-freedom motion of three degrees of freedom rotational motion and three degrees of freedom translational motion, The present invention relates to a 6-DOF master apparatus for a needle insertion type remote arbitration robot system which can be formed so as to be able to generate a needle-

의료 기술이 발달함에 따라 직접 절개하지 않고 인체의 최소 부위만 구멍을 낸 뒤 영상을 보며 병변이 있는 부위에 애블레이터(Ablator) 또는 바이옵시(Biopsy) 등의 의료용 바늘을 삽입하여 치료나 검사를 하는 기술이 이용되고 있다.As the medical technology develops, a hole is made only in the smallest part of the human body without direct incision, and a medical needle such as an ablator or a biopsy is inserted into a lesion where the lesion is present. Technology is being used.

이러한 방법은 의학 영상장비로 인체 내부를 관찰하면서 시술을 행하기 때문에 "영상을 이용하는 시술법" 또는 "중재적 시술"이라고 한다.This method is called "interventional procedure" or "interventional procedure" because the procedure is performed while observing the inside of the human body with medical imaging equipment.

즉, 중재적 시술은, 방사선과에서 사용하는 영상 장비인 CT(Computerized Tomography), 혹은 MRI(Magnetic Resonance Imager) 등으로부터 얻은 영상을 시술 중에 보면서 피부를 통하여 의료용 바늘을 검사를 원하는 부위 또는 치료를 원하는 병변에 직접 도달시켜 진단이나 치료를 하는 시술로, 시술의는 방사선 피폭에 대한 부담을 가질 수밖에 없다.In other words, the interventional procedure can be performed in a region where the medical needle is inspected through the skin while observing the image obtained from CT (Computerized Tomography) or MRI (Magnetic Resonance Imager) And the procedure is a procedure to diagnose or treat, and the procedure has a burden on the radiation exposure.

따라서 시술의의 방사선 노출을 최소한으로 저감하기 바늘삽입용 중재시술로봇을 사용하기도 하는데, 바늘삽입용 중재시술로봇을 이용하여 바늘을 삽입하는 경우, 시술자가 바늘삽입로봇 조작부를 조작하여 바늘삽입로봇을 제어함으로써, 검사 부위 또는 치료 부위에 바늘을 삽입('투침')하게 되며, 일반적으로 조작부로 햅틱 장치가 사용된다.Therefore, in order to minimize radiation exposure of the procedure, an interventional robot for needle insertion may be used. In the case of insertion of a needle using a robot for intervention for insertion of a needle, the operator manipulates the needle insertion robot manipulator to insert the needle insertion robot A needle is inserted into a region to be inspected or a treatment region ('touched'), and a haptic device is generally used as an operation portion.

국내공개특허 제2011-0090782호(공개일 2011.08.10, 명칭 : 주사 시뮬레이션 시스템 및 방법)에는 주사 바늘을 포함하는 주사기; 주사 바늘의 삽입 각도 및 삽입 깊이를 측정하고, 측정된 삽입 각도 및 삽입 깊이에 대응되는 햅틱 힘으로 구동되는 모터부를 포함하는 햅틱부; 및 삽입 각도 및 삽입 깊이에 대응되는 햅틱 힘을 산출하고, 산출된 햅틱 힘을 상기 햅틱부의 모터부로 전달하는 제어부를 포함하여 형성된 주사 시뮬레이션 시스템 및 방법이 개시된 바 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0090782 (published on Aug. 10, 2011, entitled "Scanning Simulation System and Method") includes a syringe including an injection needle; A haptic portion that measures an insertion angle and an insertion depth of the injection needle and that is driven by a haptic force corresponding to the measured insertion angle and insertion depth; And a control unit for calculating a haptic force corresponding to the insertion angle and the insertion depth, and transmitting the calculated haptic force to the motor unit of the haptic unit.

하지만, 이와 같이 의료용 분야에 사용되는 햅틱장치에는 햅틱 피드백이 없거나 있다고 하더라도 위치 편차 량에만 의존하여 바늘을 삽입하기 때문에, 정밀한 힘 제어가 불가능하므로 피검자의 피부나 장기를 손상시킬 수 있는 문제점이 있다.However, since the haptic device used in the medical field has no haptic feedback or inserts the needle depending only on the amount of positional deviation, precise force control is not possible, which can damage the skin or the organ of the subject.

즉, 바늘이 삽입되는 지점과 현재 바늘이 삽입되는 지점 사이의 편차에만 의존하여 바늘을 삽입하기 때문에, 바늘삽입 힘을 정밀하게 제어할 수 있는 시스템이 마련되어 있지 않아 피검자의 피부나 장기를 손상시킬 수 있는 문제점이 발생하게 되는 것이다.That is, since the needle is inserted only depending on the deviation between the point at which the needle is inserted and the point at which the current needle is inserted, there is no system capable of precisely controlling the needle insertion force, There will be a problem.

또한, 이러한 기존의 햅틱장치나 마스터 장치는 범용적인 사용을 위한 목적으로 개발되어 움직임 범위나 반력의 구현 범위가 크고, 이에 따라 손잡이에서 느끼는 관성에 큰 문제가 있었다.In addition, the conventional haptic device and the master device have been developed for general purpose use and have a large range of movement range and reaction force, and accordingly, there is a great problem in inertia felt in the handle.

원격 바늘삽입형 중재시술을 위한 마스터장치는 바늘 형태의 손잡이 형태를 가지기 때문에 관성이 최소화되어야 하고, 움직임 범위 역시 시술 움직임 범위를 구현할 수 있어야 한다. 반면에, 반력 구현 범위는 크지 않아도 되는 특징이 있다.Since the master device for the remote needle insertion type intervention has a needle-shaped knob shape, the inertia should be minimized, and the movement range should also be able to realize the range of operation. On the other hand, the reaction force realization range does not have to be large.

따라서 이러한 원격 바늘삽입형 중재시술의 특성에 최적화된 마스터장치의 개발이 필요하다.
Therefore, it is necessary to develop a master device optimized for the characteristics of such a remote needle insertion type intervention procedure.

국내공개특허 제2011-0090782호(공개일 2011.08.10, 명칭 : 주사 시뮬레이션 시스템 및 방법)Korean Laid-Open Patent Application No. 2011-0090782 (Publication date: 2011.08.10, Name: Scanning simulation system and method)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 본 발명은 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템에서 슬레이브 로봇에게 의사의 움직임 명령을 전달하고, 슬레이브 로봇에서 측정된 피드백 정보를 다시 의사에게 전달하기 위한 마스터 장치에 있어서, 3자유도 회전운동 및 3자유도 병진운동의 6자유도 운동에 대한 입력을 받을 수 있고, 동시에 롤 방향 회전을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있어 피드백이 가능하도록 형성됨으로써, 원격 바늘삽입형 중재시술의 특정에 최적화된 6자유도 마스터 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a needle insertion type remote arbitration robot system that transmits a physician's motion command to a slave robot, The master device for transmitting feedback information back to the physician is capable of receiving input for 6 degrees of freedom movement of 3 degrees of freedom rotational motion and 3 degrees of freedom translational motion, So that feedback can be performed, thereby providing a six-degree-of-freedom master device optimized for specification of a remote needle insertion type interventional procedure.

본 발명의 6자유도 마스터 장치는 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템에서 슬레이브 로봇에게 바늘 형태의 손잡이로 의사의 움직임 명령을 전달하고, 슬레이브 로봇에서 측정된 피드백 정보를 다시 의사에게 전달하기 위한 6자유도 마스터 장치에 있어서, 제1샤프트를 회전시키며, 제1출력단에 제1암부가 연결된 제1구동모듈; 제2샤프트를 회전시키며, 제2출력단에 제2암부가 연결된 제2구동모듈; 제3샤프트를 회전시키며, 제3출력단에 제3암부가 연결된 제3구동모듈; 제1 내지 제3샤프트가 동일 평면상에서 델타(Δ) 형상으로 서로 일정 각도를 이루도록 상기 제1 내지 제3구동모듈이 결합된 베이스; 제1 내지 제3암부의 단부에 결합된 엔드 이펙터; 를 포함하여 형성되는 제1델타로봇 및 제2델타로봇이 서로 마주보도록 배치되고, 상기 손잡이의 길이방향으로 서로 이격된 두 지점에 상기 제1델타로봇 및 제2델타로봇의 엔드 이펙터가 각각 연결될 수 있다.The six-degree-of-freedom master device of the present invention is a six-degree-of-freedom master device for transferring a physician's motion command to a slave robot in a needle-like grip in a needle-inserted telescoping robot system, and transmitting feedback information measured by a slave robot to a doctor again. An apparatus comprising: a first drive module for rotating a first shaft, the first drive module having a first output connected to a first output; A second driving module that rotates the second shaft and has a second output connected to the second arm; A third driving module that rotates the third shaft and has a third output connected to the third arm; A base to which the first to third drive modules are coupled so that the first to third shafts are at an angle to each other in a delta shape on the same plane; An end effector coupled to the ends of the first through third arm portions; And the end effector of the first delta robot and the end effector of the second delta robot are respectively connected to two points spaced apart from each other in the longitudinal direction of the handle have.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 엔드 이펙터 단부에 내측 일정영역이 중공된 링 형태의 베어링삽입홀이 형성되고, 바늘 형태의 상기 손잡이가 두 지점에서 각각 볼베어링과 결합되며, 상기 볼베어링과 결합된 상기 손잡이가 상기 베어링삽입홀의 내주면에 결합된 구면 베어링과 결합될 수 있다.In addition, the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention is characterized in that a bearing insertion hole having a ring-shaped hollow portion with a predetermined inner region is formed at the end effector end, and the needle- And the handle coupled with the ball bearing can be engaged with a spherical bearing coupled to the inner circumferential surface of the bearing insertion hole.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 제1구동모듈이, 회전력을 발생시키는 제1모터와, 상기 제1모터의 일측에 형성된 제1출력단과, 상기 제1모터의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제1브레이크와, 상기 제1브레이크의 타측에서 제1샤프트에 결합되어 제1모터의 회전수 및 속도를 제어하는 제1엔코더를 포함하여 형성되며, 상기 제2구동모듈이, 회전력을 발생시키는 제2모터와, 상기 제2모터의 일측에 형성된 제2출력단과, 상기 제2모터의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제2브레이크와, 상기 제2브레이크의 타측에서 제2샤프트에 결합되어 제2모터의 회전수 및 속도를 제어하는 제2엔코더를 포함하여 형성되고, 상기 제2구동모듈이, 회전력을 발생시키는 제2모터와, 상기 제2모터의 일측에 형성된 제2출력단과, 상기 제2모터의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제2브레이크와, 상기 제2브레이크의 타측에서 제2샤프트에 결합되어 제2모터의 회전수 및 속도를 제어하는 제2엔코더를 포함하여 형성될 수 있다.Further, the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention is characterized in that the first drive module includes a first motor for generating a rotational force, a first output terminal formed at one side of the first motor, And a first encoder coupled to the first shaft at the other side of the first brake to control a rotation speed and a speed of the first motor, wherein the first encoder is disposed on the other side of the first brake and generates a braking force, A second brake for generating a braking force which is formed on the other side of the second motor and a second brake for generating a braking force on the other side of the second motor; And a second encoder coupled to the second shaft to control a rotation speed and a speed of the second motor, wherein the second drive module includes a second motor for generating a rotational force, A second output terminal formed, A second brake formed on the other side of the second motor for generating a braking force and a second encoder coupled to the second shaft at the other side of the second brake for controlling the rotational speed and speed of the second motor have.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 베이스는 중심부에서 방사방향으로 제1고정부, 제2고정부 및 제3고정부가 연장 형성되되, 상호간에 120도 간격으로 이격되어 형성되며, 원주방향으로 상기 제1고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제1브라켓이 상기 제1샤프트에 수직한 방향으로 상기 제1출력단에 결합되고, 원주방향으로 상기 제2고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제2브라켓이 상기 제2샤프트에 수직한 방향으로 상기 제2출력단에 결합되며, 원주방향으로 상기 제3고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제3브라켓이 상기 제3샤프트에 수직한 방향으로 상기 제3출력단에 결합될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the base further includes a first fixing part, a second fixing part, and a third fixing part extending in the radial direction from the central part, spaced apart from each other by 120 degrees, A first bracket protruding from both side edge surfaces of the first fixing part is coupled to the first output end in a direction perpendicular to the first shaft and protruded from both side edges of the second fixing part in the circumferential direction A second bracket is coupled to the second output end in a direction perpendicular to the second shaft and a third bracket protruding from both side edges of the third fixing part in the circumferential direction is disposed in a direction perpendicular to the third shaft And may be coupled to the third output terminal.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 제1출력단과 결합된 상기 제1암부의 타측면에 제1결합부재가 결합되어 상기 제1브라켓이 제1출력단 및 상기 제1결합부재에 각각 결합되며, 상기 제2출력단과 결합된 상기 제2암부의 타측면에 제2결합부재가 결합되어 상기 제2브라켓이 제2출력단 및 상기 제2결합부재에 각각 결합되고, 상기 제3출력단과 결합된 상기 제3암부의 타측면에 제3결합부재가 결합되어 상기 제3브라켓이 제3출력단 및 상기 제3결합부재에 각각 결합될 수 있다.Also, in the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention, the first engaging member is coupled to the other side of the first arm portion coupled with the first output end so that the first bracket is connected to the first output end and the And a second coupling member is coupled to the other side of the second arm portion coupled to the second output end so that the second bracket is coupled to the second output end and the second coupling member, And the third engaging member is coupled to the other side of the third arm portion coupled to the third output end so that the third bracket can be coupled to the third output end and the third engaging member, respectively.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 제1암부가 상기 제1출력단에 결합되는 제1상부암과, 상기 제1상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제1하부암을 포함하여 형성되며, 상기 제2암부가 상기 제2출력단에 결합되는 제2상부암과, 상기 제2상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제2하부암을 포함하여 형성되고, 상기 제3암부가 상기 제3출력단에 결합되는 제3상부암과, 상기 제3상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제3하부암을 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention includes a first upper arm to which the first arm portion is coupled to the first output end, and a second upper arm that is connected to the lower portion of the first upper arm by a rotation joint, A second upper arm formed to include the lower arm and having the second arm portion coupled to the second output end and a second lower arm connected to the lower portion of the second upper arm with a rotation joint, The third arm may include a third upper arm coupled to the third output end and a third lower arm connected to the lower portion of the third upper arm by a rotation joint.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 제1하부암이 상기 제1상부암의 하부에 형성된 제1회전홈과 결합되는 제1-1회전축과, 상기 제1회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제1-1하부암 및 제1-2하부암과, 상기 제1-1하부임 및 제1-2하부암의 하부를 연결하는 제1-2회전축을 포함하여 형성되며, 상기 제2하부암이 상기 제2상부암의 하부에 형성된 제2회전홈과 결합되는 제2-1회전축과, 상기 제2회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제2-1하부암 및 제2-2하부암과, 상기 제2-1하부암 및 제2-2하부암의 하부를 연결하는 제2-2회전축을 포함하여 형성되고, 상기 제3하부암이 상기 제3상부암의 하부에 형성된 제3회전홈과 결합되는 제3-1회전축과, 상기 제3회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제3-1하부암 및 제3-2하부암과, 상기 제3-1하부암 및 제3-2하부암의 하부를 연결하는 제3-2회전축을 포함하여 형성될 수 있다.In addition, the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention includes a first lower shaft coupled to a first rotary groove formed at a lower portion of the first upper arm, A first lower arm and a first lower arm coupled to the lower ends of the first lower arm and the second lower arm in a direction perpendicular to both ends thereof, The second lower arm is coupled to a second rotary groove formed in a lower portion of the second upper arm, and a second-1 lower arm coupled in a direction perpendicular to both ends of the second rotary shaft, And a second-2 rotation shaft connecting the second-2 lower arm and the lower ends of the second-1 lower arm and the second-2 lower arm, and the third lower arm is connected to the third upper arm A third-1 lower arm and a third -2 lower arm which are coupled in a direction perpendicular to both ends of the third rotation shaft; And a third-second rotary shaft connecting the lower arm and the lower arm of the third-second lower arm.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 6자유도 마스터 장치는 상기 제1하부암 및 제1상부암, 상기 제2하부암 및 제2상부암, 상기 제3하부암 및 제3상부암이 이루는 각도가 180도 미만이 되도록 상기 제1 내지 제3하부암과 일직선을 이루며 반대방향으로 돌출형성된 리미트; 상기 리미트의 일정영역이 중공된 플런저 삽입홀에 삽입 결합되어 삽입 깊이 조절을 통해 상기 제1하부암 및 제1상부암, 상기 제2하부암 및 제2상부암, 상기 제3하부암 및 제3상부암의 최대각도를 조절하는 단신플런저; 를 포함할 수 있다.
In addition, the 6-DOF master device according to an embodiment of the present invention includes a first lower arm and a first upper arm, a second lower arm and a second upper arm, a third lower arm, A limit formed in a straight line with the first through third lower arms and protruding in opposite directions so that an angle formed by the upper and lower arms is less than 180 degrees; A certain region of the limit is inserted into the hollow plunger insertion hole, and the first lower arm and the first upper arm, the second lower arm and the second upper arm, the third lower arm, and the third A short plunger for adjusting the maximum angle of the upper arm; . ≪ / RTI >

본 발명의 6자유도 마스터 장치는 3자유도 회전운동 및 3자유도 병진운동의 6자유도 운동에 대한 입력을 받을 수 있고, 동시에 롤 방향 회전을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있어 피드백이 가능하도록 형성됨으로써, 원격 바늘삽입형 중재시술의 특정에 최적화될 수 있다는 장점이 있다.The six-degree-of-freedom master device of the present invention is capable of receiving inputs for six-degree-of-freedom motion of three degrees of freedom rotational motion and three degrees of freedom translational motion, Therefore, it is advantageous to be able to be optimized for the specification of a remote needle insertion type interventional procedure.

즉, 본 발명의 6자유도 마스터 장치는 델타로봇 메커니즘의 특성을 활용하여 사용자가 손잡이에서 느끼는 관성을 최소화하여 보다 정밀한 중재시술이 가능하도록 한다.That is, the six-degree-of-freedom master device of the present invention utilizes the characteristics of the delta robot mechanism to minimize the inertia experienced by the user in the handle, thereby enabling more precise intervention.

또한, 본 발명의 6자유도 마스터 장치는 기존의 중재시술에서 사용된 햅틱장치에서 각도에 대한 피드백이 제대로 이루어지지 않아, 정밀한 힘 제어가 불가능하여 피검자의 피부나 장기를 손상시킬 수도 있었던 위험도를 크게 낮출 수 있어 시술 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the 6-DOF master device of the present invention can not accurately feedback the angles in the haptic device used in the conventional intervention procedure, and can not damage the skin or the organ of the subject. So that the accuracy of the procedure can be greatly improved.

아울러, 본 발명은 실제로 시술의가 중재시술을 구현하는 과정에서 측정되는 움직임과 힘정보를 분석한 데이터에 기반을 두어, 중재시술 구현에 충분한 움직임 범위와 반력을 구현할 수 있는 2개의 델타로봇 형태의 메커니즘이 결합되어 형성됨으로써, 실제 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템에 적용하여 시술효과를 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention is based on data obtained by analyzing motion and force information measured in the course of implementing a practicing intervention procedure, and is characterized in that two delta robots in the form of a motion range and reaction force sufficient to implement the intervention procedure The present invention can be applied to an actual needle insertion type remote-assisted robot system, thereby improving the operation effect.

또, 본 발명은 상부암과 하부암 사이에 단신플런저와 조합되어 장착된 리미트를 포함하여 형성됨으로써, 각 델타로봇의 상부암과 하부암이 이루는 각도가 일정 각도 이상이 되면 동작에 이상이 생기는 것을 방지할 수 있다.In addition, the present invention includes a limiter mounted in combination with a short plunger between an upper arm and a lower arm, so that when the angle between the upper arm and the lower arm of each of the delta robots exceeds a predetermined angle, .

이에 따라, 본 발명은 원격 중재 로봇 시스템의 성능을 향상시켜 시술 효과를 크게 개선함으로써, 중재시술을 대중화하는데 기여할 수 있다.
Accordingly, the present invention improves the performance of the remote interventional robotic system and significantly improves the surgical effect, thereby contributing to popularization of the interventional procedure.

도 1은 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치를 이루는 델타로봇 하나를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 델타로봇을 다른 각도에서 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치를 이루는 델타로봇의 어느 한 구동모듈을 나타낸 측면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치의 엔드 이펙터 및 손잡이 결합부위를 나타낸 사시도 및 분해사시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치의 상부암 및 하부암 연결부위를 나타낸 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 6자유도 마스터 장치의 실제 사진.
1 is a perspective view of a six degree of freedom master device according to the present invention;
2 is a perspective view showing one of the delta robots constituting the 6-DOF master device according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view of the delta robot of Figure 2 taken at different angles;
4 is a side view of a drive module of a delta robot constituting a 6-DOF master device according to the present invention.
5 and 6 are a perspective view and an exploded perspective view showing an end effector and a handle coupling portion of a 6-DOF master device according to the present invention.
7 to 9 are perspective views showing an upper arm and a lower arm connecting portion of a 6-DOF master device according to the present invention.
10 is an actual photograph of a 6-DOF master device according to the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템을 위한 6자유도 마스터 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a six-degree-of-freedom master device for a needle insertion type remote arbitration robot system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 시스템에서 슬레이브 로봇에게 바늘 형태의 손잡이(30)로 의사의 움직임 명령을 전달하고, 슬레이브 로봇에서 측정된 힘 관련 정보를 다시 의사에게 피드백해주기 위한 것으로, 두 개의 델타로봇을 이용하여 6자유도 운동에 대한 입력을 받을 수 있고, 동시에 롤 방향 회전을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있어 의사에게 피드백이 가능하도록 구현되었다.The six-degree-of-freedom master device 1 of the present invention transmits a physician's motion command to the slave robot in the needle-type remote-assisted robot system in the needle-inserted type and controls the slave robot To do this, two delta robots can be used to receive inputs for 6 degrees of freedom motion, and at the same time, outputs can be output in the form of 5-degree-of-freedom reaction except for roll rotation, .

먼저, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 제1델타로봇(10), 제2델타로봇(20)으로 이루어지는 두 개의 델타로봇과, 바늘 형태의 손잡이(30)로 구성된다.First, the 6-DOF master device 1 of the present invention comprises two delta robots composed of a first delta robot 10, a second delta robot 20, and a needle-like handle 30.

이때, 상기 제1델타로봇(10), 제2델타로봇(20)은 각각 세 개의 구동모듈과, 베이스(400) 및 엔드 이펙터(500)를 포함하여 형성된다.The first and second delta robots 10 and 20 include three drive modules and a base 400 and an end effector 500, respectively.

상기 구동모듈은 제1구동모듈(100), 제2구동모듈(200) 및 제3구동모듈(300)로 이루어지며, 모두 동일한 형태의 구성을 갖는다.The driving module includes a first driving module 100, a second driving module 200, and a third driving module 300, all of which have the same configuration.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1구동모듈(100)은 회전력을 발생시키는 제1모터(113)와, 상기 제1모터(113)의 일측에 형성된 제1출력단(112)과, 상기 제1모터(113)의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제1브레이크(114)와, 상기 제1브레이크(114)의 타측에서 상기 제1모터(113)에 의해 회전되는 제1샤프트(111)에 결합되어 제1모터(113)의 회전수 및 속도를 제어하는 제1엔코더(115)를 포함하여 형성될 수 있다.4, the first driving module 100 includes a first motor 113 for generating a rotational force, a first output terminal 112 formed on one side of the first motor 113, A first brake 114 which is formed on the other side of the motor 113 to generate a braking force and a second brake 114 which is provided on the first shaft 111 rotated by the first motor 113 on the other side of the first brake 114 And a first encoder 115 coupled to control the rotation speed and speed of the first motor 113.

즉, 상기 제1구동모듈(100)은 상기 제1모터(113)의 회전에 의해 출력단이 회전되며, 상기 제1브레이크(114)에 의해 필요시 제동력이 발생되며, 상기 제1엔코더(115)에 의해 모터의 회전수 및 속도를 제어하게 된다.That is, the first driving module 100 rotates the output end by the rotation of the first motor 113, generates the braking force if necessary by the first brake 114, Thereby controlling the rotational speed and speed of the motor.

모터의 브레이크 및 엔코더는 이미 공지된 기술인 바, 자세한 원리와 구조에 대한 설명은 생략하기로 한다.Since the brakes and encoders of the motors are well known in the art, detailed description of the principle and structure will be omitted.

이와 마찬가지로, 상기 제2구동모듈(200)은 회전력을 발생시키는 제2모터(213)와, 상기 제2모터(213)의 일측에 형성된 제2출력단(212)과, 상기 제2모터(213)의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제2브레이크(214)와, 상기 제2브레이크(214)의 타측에서 상기 제2모터(213)에 의해 회전되는 제2샤프트(211)에 결합되어 제2모터(213)의 회전수 및 속도를 제어하는 제2엔코더(215)를 포함하여 형성될 수 있다.Similarly, the second driving module 200 includes a second motor 213 for generating a rotational force, a second output terminal 212 formed on one side of the second motor 213, And a second brake 214 coupled to the second shaft 211 rotated by the second motor 213 at the other side of the second brake 214. The second brake 214 is disposed on the other side of the second brake 214 to generate a braking force, And a second encoder 215 for controlling the number of revolutions and the speed of the motor 213.

또한, 상기 제3구동모듈(300)은 회전력을 발생시키는 제3모터(313)와, 상기 제3모터(313)의 일측에 형성된 제3출력단(312)과, 상기 제3모터(313)의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제3브레이크(314)와, 상기 제3브레이크(314)의 타측에서 상기 제3모터(313)에 의해 회전되는 제2샤프트(211)에 결합되어 제3모터(313)의 회전수 및 속도를 제어하는 제3엔코더(315)를 포함하여 형성될 수 있다.The third driving module 300 includes a third motor 313 generating a rotational force, a third output 312 formed on one side of the third motor 313, And a third brake 314 coupled to the second shaft 211 rotated by the third motor 313 from the other side of the third brake 314 to generate a braking force, And a third encoder 315 for controlling the number of revolutions and the speed of the second encoder 313.

이때, 상기 제1구동모듈(100)의 제1출력단(112)에는 제1암부(120)가 연결되어 상기 제1모터(113)의 회전각도에 따라 상기 제1암부(120)의 움직임이 제어된다.At this time, the first arm part 120 is connected to the first output end 112 of the first driving module 100 so that the movement of the first arm part 120 is controlled according to the rotation angle of the first motor 113 do.

또한, 상기 제2구동모듈(200)의 제2출력단(212)에는 제2암부(220)가 연결되어 상기 제2모터(213)의 회전각도에 따라 상기 제2암부(220)의 움직임이 제어되며, 상기 제3모듈의 제3출력단(312)에는 제3암부(320)가 연결되어 상기 제3모터(313)의 회전각도에 따라 상기 제3암부(320)의 움직임이 제어된다.The second arm part 220 is connected to the second output terminal 212 of the second driving module 200 so that the movement of the second arm part 220 is controlled according to the rotation angle of the second motor 213 A third arm part 320 is connected to a third output terminal 312 of the third module to control the movement of the third arm part 320 according to the rotation angle of the third motor 313.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1구동모듈(100), 제2구동모듈(200) 및 제3구동모듈(300)은 서로 일정 각도 기울어져 상기 베이스(400)에 결합됨으로써, 각각 연결된 제1암부(120), 제2암부(220) 및 제3암부(320)의 움직임을 서로 다른 방향으로 제어하게 된다.1 to 3, the first driving module 100, the second driving module 200, and the third driving module 300 are inclined at a predetermined angle to each other and coupled to the base 400, The movement of the first arm 120, the second arm 220, and the third arm 320 connected to each other is controlled in different directions.

이때, 델타로봇 메커니즘과 같이, 상기 베이스(400)에는 제1구동모듈(100)의 제1샤프트(111)와, 제2구동모듈(200)의 제2샤프트(211) 및 제3구동모듈(300)의 제3샤프트(311)가 동일 평면상에서 델타(Δ) 형상을 이루며 서로 일정 각도로 기울어지도록 상기 제1 내지 제3구동모듈(300)이 결합된다.At this time, like the delta robot mechanism, the base 400 is provided with the first shaft 111 of the first driving module 100, the second shaft 211 of the second driving module 200, and the third driving module The first to third driving modules 300 are coupled such that the third shaft 311 of the first and second shafts 300 and 300 forms a delta shape on the same plane and is inclined at an angle with respect to each other.

좀 더 상세히 설명하면, 상기 베이스(400)는 중심부에서 방사방향으로 제1고정부(410), 제2고정부(420) 및 제3고정부(430)가 각각 연장 형성되되, 상호간에 대략 120도 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.More specifically, the base 400 has a first fixing portion 410, a second fixing portion 420, and a third fixing portion 430 extending in the radial direction from the central portion, As shown in FIG.

이때, 상기 제1고정부(410)는 원주방향으로 양측 가장자리 면에는 단부에 인접하여 각각 돌출형성된 제1브라켓(411)이 상기 제1샤프트(111)에 수직한 방향으로 상기 제1출력단(112)에 결합될 수 있다.At this time, the first fixing part 410 has a first bracket 411 protruding from both side edge surfaces in the circumferential direction adjacent to the end part, and the first bracket 411 protrudes from the first output part 112 (in the direction perpendicular to the first shaft 111) ). ≪ / RTI >

상기 제1브라켓(411)은 상기 제1고정부(410)의 양측에서 대략 수직방향으로 돌출형성되며, 상기 제1출력단(112)이 삽입 결합될 수 있도록 일정 영역이 중공된 형태를 가질 수 있다.The first bracket 411 may protrude substantially vertically from both sides of the first fixing part 410 and may have a hollow shape so that the first output end 112 may be inserted and coupled .

이와 마찬가지로, 상기 제2고정부(420)는 원주방향으로 양측 가장자리 면에는 단부에 인접하여 각각 돌출형성된 제2브라켓(421)이 상기 제2샤프트(211)에 수직한 방향으로 상기 제2출력단(212)에 결합되며, 상기 제3고정부(430)는 원주방향으로 양측 가장자리 면에는 단부에 인접하여 각각 돌출형성된 제3브라켓(431)이 상기 제3샤프트(311)에 수직한 방향으로 상기 제3출력단(312)에 결합될 수 있다.Likewise, the second fixing part 420 has a second bracket 421 protruding from both side edges thereof in the circumferential direction and adjacent to the end thereof, and the second bracket 421 protrudes from the second output end And a third bracket 431 protruding from both sides of the third fixing part 430 in the circumferential direction and adjacent to an end of the third bracket 431 in a direction perpendicular to the third shaft 311, 3 < / RTI >

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스(400)는 상기 제1고정부(410)와 제1샤프트(111), 제2고정부(420)와 제2샤프트(211), 제3고정부(430)와 제3샤프트(311)가 각각 대략 수직으로 교차되도록 상기 제1 내지 제3구동모듈(300)이 결합되며, 상기 제1 내지 제3샤프트(311)가 델타(Δ) 형상을 이루도록 한다.3, the base 400 includes a first fixing part 410, a first shaft 111, a second fixing part 420 and a second shaft 211, a third fixing part (not shown) The first to third driving modules 300 are coupled so that the first to third shafts 430 and 311 are substantially perpendicularly crossed and the first to third shafts 311 are formed in a delta .

이때, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 상기 제1 내지 3출력단에 결합되는 제1 내지 제3암부(320)의 외측면과 상기 제1 내지 제3브라켓(431) 사이에 제1 내지 제3결합부재가 더 구비될 수 있다.At this time, the 6-DOF master device 1 according to the present invention includes first to third arm portions 320 coupled to the first to third output ends, and first to third brackets 431, To 3 < / RTI >

다시 말해, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 상기 제1출력단(112)과 결합된 상기 제1암부(120)의 타측면에 제1결합부재가 결합되어 상기 제1브라켓(411)이 제1출력단(112) 및 상기 제1결합부재에 각각 결합되며, 상기 제2출력단(212)과 결합된 상기 제2암부(220)의 타측면에 제2결합부재가 결합되어 상기 제2브라켓(421)이 제2출력단(212) 및 상기 제2결합부재에 각각 결합되고, 상기 제3출력단(312)과 결합된 상기 제3암부(320)의 타측면에 제3결합부재가 결합되어 상기 제3브라켓(431)이 제3출력단(312) 및 상기 제3결합부재에 각각 결합될 수 있다.In other words, in the 6-DOF master device 1 of the present invention, the first engaging member is coupled to the other side of the first arm portion 120 coupled to the first output end 112, and the first bracket 411, And a second coupling member is coupled to the other side of the second arm portion 220 coupled to the first output end 112 and the first coupling member and coupled to the second output end 212, The third coupling part is coupled to the other side of the third arm part 320 coupled to the third output terminal 312, and the third coupling part is coupled to the second output part 212 and the second coupling part, And the third bracket 431 may be coupled to the third output end 312 and the third engagement member, respectively.

한편, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 상기 제1암부(120)가 상기 제1출력단(112)에 결합되는 제1상부암(130)과, 상기 제1상부암(130)의 하부에 회전관절로 연결되는 제1하부암(140)을 포함하여 형성되며, 상기 제2암부(220)가 상기 제2출력단(212)에 결합되는 제2상부암(230)과, 상기 제2상부암(230)의 하부에 회전관절로 연결되는 제2하부암(240)을 포함하여 형성되고, 상기 제3암부(320)가 상기 제3출력단(312)에 결합되는 제3상부암(330)과, 상기 제3상부암(330)의 하부에 회전관절로 연결되는 제3하부암(340)을 포함하여 형성될 수 있다.The six degrees of freedom master device 1 of the present invention includes a first upper arm 130 coupled to the first output end 112 of the first arm portion 120, A second upper arm 230 formed to include a first lower arm 140 connected to the lower part by a rotation joint and the second arm 220 coupled to the second output terminal 212, And a second lower arm 240 connected to the lower portion of the upper arm 230 by a rotation joint and the third arm portion 320 includes a third upper arm 330 coupled to the third output end 312 And a third lower arm 340 connected to the lower portion of the third upper arm 330 by a rotation joint.

이때, 상기 제1하부암(140)은 상기 제1상부암(130)의 하부에 형성된 제1회전홈(131)과 결합되는 제1-1회전축(141)과, 상기 제1-1회전축(141) 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제1-1하부암(142) 및 제1-2하부암(143)과, 상기 제1-1하부임 및 제1-2하부암(143)의 하부를 연결하는 제1-2회전축(144)을 포함하여 형성될 수 있다.The first lower arm 140 includes a first rotating shaft 141 coupled to a first rotating shaft 131 formed at a lower portion of the first upper arm 130, A lower first arm 143 and a second lower arm 143 which are coupled to both ends in a direction perpendicular to the first lower arm 141 and the second lower arm 143, And a first-second rotating shaft 144 connecting the first rotating shaft 144 and the second rotating shaft 144.

또한, 상기 제2하부암(240)은 상기 제2상부암(230)의 하부에 형성된 제2회전홈(231)과 결합되는 제2-1회전축(241)과, 상기 제2-1회전축(241) 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제2-1하부암(242) 및 제2-2하부암(243)과, 상기 제2-1하부암(242) 및 제2-2하부암(243)의 하부를 연결하는 제2-2회전축(244)을 포함하여 형성될 수 있다.The second lower arm 240 includes a second-1 rotary shaft 241 coupled to a second rotary groove 231 formed at a lower portion of the second upper arm 230, 2-1 lower arm 242 and second -2 lower arm 243 coupled to both ends in a direction perpendicular to both ends of the lower arm 241 and the second lower arm 242, And a second-2 rotating shaft 244 connecting the lower portion of the second rotating shaft 244.

또, 상기 제3하부암(340)이 상기 제3상부암(330)의 하부에 형성된 제3회전홈(331)과 결합되는 제3-1회전축(341)과, 상기 제3-1회전축(341) 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제3-1하부암(342) 및 제3-2하부암(343)과, 상기 제3-1하부암(342) 및 제3-2하부암(343)의 하부를 연결하는 제3-2회전축(344)을 포함하여 형성될 수 있다.The third lower arm 340 is coupled to a third rotary groove 331 formed at a lower portion of the third upper arm 330 and a third-first rotary shaft 341, The lower arm 342 and the lower arm 343 are connected to each other in a direction perpendicular to both ends of the upper arm 341 and the lower arm 342. The lower arm 342 and the lower arm 343 And a third-2 rotating shaft 344 connecting the lower part of the third rotating shaft 344.

상술한 바와 같은 델타로봇의 상부암 및 하부암 구조는 이미 널리 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the upper arm and the lower arm structure of the delta robot as described above are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

일반적으로 델타로봇에서 상부암 및 하부암은 서로 회전관절로 연결되어 관절운동이 가능하도록 형성되되, 상부암 및 하부암이 일직선이 되는 특이점(singularity)이 되면 제어가 불가능하게 된다.Generally, in the delta robot, the upper arm and the lower arm are connected to each other by rotating joints so that joint movement is possible. If the upper arm and the lower arm are singularities, control becomes impossible.

이를 방지하기 위해 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 리미트(610) 및 단신플런저(620)를 더 포함하여 형성될 수 있다.To prevent this, the 6-DOF master device 1 of the present invention may further include a limit 610 and a short plunger 620 as shown in FIGS.

상기 리미트(610)는 상기 제1하부암(140) 및 제1상부암(130), 상기 제2하부암(240) 및 제2상부암(230), 상기 제3하부암(340) 및 제3상부암(330)이 이루는 각도가 180도 미만이 되도록 상기 제1 내지 제3하부암(340)과 일직선을 이루며 반대방향으로 돌출형성될 수 있다.The limit 610 is formed in the first lower arm 140 and the first upper arm 130, the second lower arm 240 and the second upper arm 230, the third lower arm 340, 3 upper arm 330 may be less than 180 degrees and may protrude in a direction opposite to the first lower arm 340 in a straight line.

도 7 내지 도 9에 도시된 리미트(610)는 대략 'ㄷ'자 형태로 양단이 상기 제1-1회전축(141), 제2-1회전축(241) 및 제3-1회전축(341)에 볼트와 같은 별도 체결수단을 통해 결합되며, 결합되는 양단 사이에 상기 제1 내지 제3상부암(330)이 위치된다.The limit 610 shown in Figs. 7 to 9 has a substantially U-shaped configuration in which both ends are connected to the 1st-1st rotary shaft 141, the 2nd-1st rotary shaft 241 and the 3rd-1st rotary shaft 341 Such as a bolt, and the first to third upper arms 330 are positioned between both ends to be engaged.

상기 단신플런저(620)는 상기 리미트(610)의 일정영역이 중공된 플런저삽입홀(611)에 삽입 결합되는 나사 형태로, 삽입되는 깊이 조절을 통해, 상기 제1하부암(140) 및 제1상부암(130), 상기 제2하부암(240) 및 제2상부암(230), 상기 제3하부암(340) 및 제3상부암(330)의 최대각도를 조절하게 된다.The short plunger 620 is screwed into a hollow plunger insertion hole 611 in a certain region of the limit 610 and is inserted into the first lower arm 140 and first The maximum angle of the upper arm 130, the second lower arm 240 and the second upper arm 230, the third lower arm 340, and the third upper arm 330 is adjusted.

즉, 상기 플런저삽입홀(611)은 상기 제1 내지 제3상부암(330)의 위치와 대응되도록 형성되며, 상기 단신플런저(620)는 도 8과 같이 상기 제1 내지 제3상부암(330) 측으로 돌출된 길이를 조절함으로써, 상기 제1 내지 제3상부암(330)이 상기 단신플런저(620) 측으로 회전하여 이동될 수 있는 각도를 조절할 수 있다.That is, the plunger insertion holes 611 are formed to correspond to the positions of the first to third upper arms 330, and the short plungers 620 are connected to the first to third upper arms 330 To adjust the angle at which the first to third upper arms 330 can be rotated and moved to the short plunger 620 side.

상기 리미트(610) 및 단신플런저(620)의 형태와 결합방법은 상술한 바와 같은 형태 및 방법으로 한정되지 않으며, 상술한 바와 같은 각도조절 효과를 가질 수 있다면 얼마든지 다르게 변경실시가 가능하다.The shape of the limit 610 and the short plunger 620 are not limited to the above-described shapes and methods, and can be changed as long as they have the above-described angle adjustment effect.

한편, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 상기 제1 내지 제3암부(320)의 단부에 결합된 엔드 이펙터(500)를 포함하여 형성되며, 서로 마주보도록 배치되는 제1델타로봇(10) 및 제3델타로봇의 엔드 이펙터(500)가 상기 손잡이(30)의 길이방향으로 서로 이격된 두 지점에 각각 연결됨으로써 6자유도의 운동에 대한 입력을 받을 수 있으며, 5자유도 반력 형태의 출력을 낼 수 있도록 형성된다.Meanwhile, the 6-DOF master device 1 of the present invention includes a first delta robot (not shown) formed to include an end effector 500 coupled to ends of the first through third arm portions 320, 10 and the end effector 500 of the third delta robot are respectively connected to two points spaced apart from each other in the lengthwise direction of the handle 30 so as to receive input for 6 degrees of freedom motion, So that an output can be generated.

특히, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 6자유도 마스터 장치(1)는 상기 엔드 이펙터(500) 단부에 내측 일정영역이 중공된 링 형태의 베어링삽입홀(510)이 형성되고, 바늘 형태의 상기 손잡이(30)가 두 지점에서 각각 볼베어링(31)과 결합되며, 상기 볼베어링(31)과 결합된 상기 손잡이(30)가 상기 베어링삽입홀(510)의 내주면에 결합된 구면 베어링(32)과 결합될 수 있다.5 and 6, in the 6-DOF master device 1, a ring-shaped bearing insertion hole 510 is formed in the end portion of the end effector 500, The handle 30 in the form of a needle is coupled to the ball bearing 31 at two points and the handle 30 coupled to the ball bearing 31 is coupled to the inner surface of the bearing insertion hole 510 32).

볼베어링(31) 및 구면 베어링(32)에 의한 상기 엔드 이펙터(500)와의 결합을 통해, 두 지점을 통해 제1델타로봇(10) 및 제2델타로봇(20)과 연결된 바늘 형태의 손잡이(30)는 3자유도의 직선운동은 물론 3자유도 회전운동에 대한 입력을 받을 수 있게 된다.Shaped handle 30 connected to the first delta robot 10 and the second delta robot 20 through two points through engagement with the end effector 500 by the ball bearing 31 and the spherical bearing 32 ) Will be able to receive input for 3-DOF rotational motion as well as 3-DOF linear motion.

상기 엔드 이펙터(500)는 상기 제1-2회전축(144), 제2-2회전축(244) 및 제3-2회전축(344)과 회전관절 형태로 연결되어 상기 제1 내지 제3암부(320)의 움직임에 따라 제어될 수 있다.
The end effector 500 is connected to the first to third rotary portions 144 and 242 and the third to second rotary shafts 344 in the form of a rotary joint, As shown in FIG.

도 5를 기준으로 설명하면, 제1델타로봇(10)이 x1 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이 x2 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 x 방향으로 움직이게 된다.Referring to FIG. 5, when the first delta robot 10 moves in the x1 direction and the second delta robot 20 moves in the x2 direction, the grip 30 moves in the x direction.

또한, 제1델타로봇(10)이 y1 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이 y2 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 y 방향으로 움직이게 된다.Also, when the first delta robot 10 moves in the y1 direction and the second delta robot 20 moves in the y2 direction, the handle 30 moves in the y direction.

마찬가지로, 제1델타로봇(10)이 z1 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이 z2 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 z 방향으로 움직이게 됨으로써, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 3자유도 병진운동에 대한 입력을 받을 수 있다.Likewise, when the first delta robot 10 moves in the z1 direction and the second delta robot 20 moves in the z2 direction, the handle 30 moves in the z direction so that the six degree of freedom master device 1 of the present invention You can get an input for a three degree-of-freedom translational motion.

한편, 제1델타로봇(10)이 x1 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이-x2 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 y축을 중심으로 회전운동하게 된다.Meanwhile, when the first delta robot 10 moves in the x1 direction and the second delta robot 20 moves in the -x2 direction, the grip 30 rotates about the y axis.

또한, 제1델타로봇(10)이 y1 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이-y2 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 x축을 중심으로 회전운동하게 된다.In addition, when the first delta robot 10 moves in the y1 direction and the second delta robot 20 moves in the -y2 direction, the grip 30 rotates about the x axis.

마찬가지로, 제1델타로봇(10)의 엔드 이펙터(500)가 시계 방향으로 움직이고, 제2델타로봇(20)이 반시계 방향으로 움직이면 손잡이(30)는 z축을 중심으로 회전운동함으로써, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 3자유도 회전운동에 대한 입력을 받을 수 있다.Similarly, when the end effector 500 of the first delta robot 10 moves in the clockwise direction and the second delta robot 20 moves in the counterclockwise direction, the grip 30 rotates about the z-axis, The six degrees-of-freedom master device 1 can receive inputs for three degrees of freedom rotational motion.

본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 위와 같은 메커니즘과 마찬가지로 슬레이브 로봇으로부터 전달받은 반력에 대한 출력을 낼 수도 있지만, 상기 손잡이(30)의 축방향인 z축 방향으로 자체 회전할 수 있는 별도의 액추에이터가 구비되지 않기 때문에 롤 방향을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있다.
The 6-DOF master device 1 of the present invention can output the reaction force transmitted from the slave robot in the same manner as the above-described mechanism, It is possible to generate an output in the form of a reaction force of 5 degrees of freedom excluding the roll direction.

본 발명의 특징을 다시 한 번 정리하면, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 3자유도 회전운동 및 3자유도 병진운동의 6자유도 운동에 대한 입력을 받을 수 있고, 동시에 롤 방향 회전을 제외한 5자유도 반력의 형태로 출력을 낼 수 있어 피드백이 가능하도록 형성됨으로써, 원격 바늘삽입형 중재시술의 특정에 최적화될 수 있다.To summarize the features of the present invention once again, the 6-DOF master device 1 of the present invention is capable of receiving input for 6 degrees of freedom movement of 3 degrees of freedom rotational motion and 3 degrees of freedom translational motion, It is possible to generate the output in the form of a 5-degree-of-freedom reaction force except for the rotation, so that the feedback can be performed, so that it can be optimized for the specification of the remote needle insertion type interventional procedure.

즉, 본 발명의 6자유도 마스터 장치(1)는 델타로봇 메커니즘의 특성을 활용하여 사용자가 손잡이(30)에서 느끼는 관성을 최소화하여 보다 정밀한 중재시술이 가능하도록 한다.
That is, the 6-DOF master device 1 of the present invention utilizes the characteristics of the delta robot mechanism to minimize inertia felt by the user at the handle 30, thereby enabling more precise intervention.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
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. It goes without saying that various modifications can be made.

1 : 6자유도 마스터 장치
10 : 제1델타로봇 20 : 제2델타로봇
30 : 손잡이
31 : 볼베어링 32 : 구면 베어링
100 : 제1구동모듈
111 : 제1샤프트 112 : 제1출력단
113 : 제1모터 114 : 제1브레이크
115 : 제1엔코더 116 : 제1결합부재
120 : 제1암부
130 : 제1상부암 131 : 제1회전홈
140 : 제1하부암 141 : 제1-1회전축
142 : 제1-1하부암 143 : 제1-2하부암
144 : 제1-2회전축
200 : 제1구동모듈
211 : 제2샤프트 212 : 제2출력단
213 : 제2모터 214 : 제2브레이크
215 : 제2엔코더 216 : 제2결합부재
220 : 제2암부
230 : 제2상부암 231 : 제2회전홈
240 : 제2하부암 241 : 제2-1회전축
242 : 제2-1하부암 243 : 제2-2하부암
244 : 제2-2회전축
300 : 제3구동모듈
311 : 제3샤프트 312 : 제3출력단
313 : 제3모터 314 : 제3브레이크
315 : 제3엔코더 316 : 제3결합부재
320 : 제3암부
330 : 제3상부암 331 : 제3회전홈
340 : 제3하부암 341 : 제3-1회전축
342 : 제3-1하부암 343 : 제3-2하부암
344 : 제3-2회전축
400 : 베이스
410 : 제1고정부 411 : 제1브라켓
420 : 제2고정부 421 : 제2브라켓
430 : 제3고정부 431 : 제3브라켓
500 : 엔드 이펙터
510 : 베어링삽입홀
610 : 리미트 611 : 플런저삽입홀
620 : 단신플런저
1: 6 degree of freedom master device
10: first delta robot 20: second delta robot
30: Handle
31: Ball Bearing 32: Spherical Bearing
100: first drive module
111: first shaft 112: first output stage
113: first motor 114: first brake
115: first encoder 116: first coupling member
120: first arm portion
130: first upper arm 131: first rotary groove
140: first lower arm 141: 1st-1st rotary shaft
142: 1-1 lower arm 143: 1-2 lower arm
144:
200: first drive module
211: second shaft 212: second output stage
213: second motor 214: second brake
215: second encoder 216: second coupling member
220: second arm portion
230: second upper arm 231: second rotary groove
240: second lower arm 241: 2nd-1st rotary shaft
242: 2-1 lower arm 243: 2-2 lower arm
244:
300: third drive module
311: Third shaft 312: Third output stage
313: Third motor 314: Third brake
315: Third encoder 316: Third coupling member
320: Third arm portion
330: third upper arm 331: third rotary groove
340: third lower arm 341: 3rd-1st rotary shaft
342: Lower arm 3-1: Lower arm 343: Lower arm 3-2
344:
400: Base
410: first fixing part 411: first bracket
420: second fixing part 421: second bracket
430: third fixing portion 431: third bracket
500: End effector
510: Bearing insertion hole
610: Limit 611: Plunger insertion hole
620: Short plunger

Claims (9)

바늘 삽입형 원격 중재 로봇 장치에서 슬레이브 로봇에게 바늘 형태의 손잡이로 의사의 움직임 명령을 전달하고, 슬레이브 로봇에서 측정된 피드백 정보를 다시 의사에게 전달하기 위한 6자유도 마스터 장치에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
제1샤프트를 회전시키며, 제1출력단에 제1암부가 연결된 제1구동모듈;
제2샤프트를 회전시키며, 제2출력단에 제2암부가 연결된 제2구동모듈;
제3샤프트를 회전시키며, 제3출력단에 제3암부가 연결된 제3구동모듈;
제1 내지 제3샤프트가 동일 평면상에서 델타(Δ) 형상으로 서로 일정 각도를 이루도록 상기 제1 내지 제3구동모듈이 결합된 베이스;
제1 내지 제3암부의 단부에 결합된 엔드 이펙터; 를 포함하여 형성되는 제1델타로봇 및 제2델타로봇이 서로 마주보도록 배치되고,
상기 손잡이의 길이방향으로 서로 이격된 두 지점에 상기 제1델타로봇 및 제2델타로봇의 엔드 이펙터가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
A six-degree-of-freedom master device for transferring a physician's motion command to a slave robot in a needle-inserted type remote-assisted robot device and transmitting feedback information measured by a slave robot to a doctor,
The 6-DOF master device
A first driving module that rotates the first shaft and has a first arm connected to the first output terminal;
A second driving module that rotates the second shaft and has a second output connected to the second arm;
A third driving module that rotates the third shaft and has a third output connected to the third arm;
A base to which the first to third drive modules are coupled so that the first to third shafts are at an angle to each other in a delta shape on the same plane;
An end effector coupled to the ends of the first through third arm portions; The first delta robot and the second delta robot, which are formed so as to face each other,
And the end effectors of the first delta robot and the second delta robot are connected to two points spaced apart from each other in the longitudinal direction of the handle.
제 1항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 엔드 이펙터 단부에 내측 일정영역이 중공된 링 형태의 베어링삽입홀이 형성되고,
바늘 형태의 상기 손잡이가 두 지점에서 각각 볼베어링과 결합되며,
상기 볼베어링과 결합된 상기 손잡이가 상기 베어링삽입홀의 내주면에 결합된 구면 베어링과 결합되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
The method according to claim 1,
The 6-DOF master device
A ring-shaped bearing insertion hole is formed in the end effector,
The handle in the form of a needle is engaged with the ball bearing at two points, respectively,
And the handle coupled to the ball bearing is engaged with a spherical bearing coupled to an inner circumferential surface of the bearing insertion hole.
제 2항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 제1구동모듈이, 회전력을 발생시키는 제1모터와, 상기 제1모터의 일측에 형성된 제1출력단과, 상기 제1모터의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제1브레이크와, 상기 제1브레이크의 타측에서 제1샤프트에 결합되어 제1모터의 회전수 및 속도를 제어하는 제1엔코더를 포함하여 형성되며,
상기 제2구동모듈이, 회전력을 발생시키는 제2모터와, 상기 제2모터의 일측에 형성된 제2출력단과, 상기 제2모터의 타측에 형성되어 제동력을 발생시키는 제2브레이크와, 상기 제2브레이크의 타측에서 제2샤프트에 결합되어 제2모터의 회전수 및 속도를 제어하는 제2엔코더를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
3. The method of claim 2,
The 6-DOF master device
The first drive module includes a first motor for generating a rotational force, a first output end formed on one side of the first motor, a first brake formed on the other side of the first motor for generating a braking force, And a first encoder coupled to the first shaft at the other side of the brake to control a rotation speed and a speed of the first motor,
The second drive module includes a second motor for generating a rotational force, a second output end formed on one side of the second motor, a second brake formed on the other side of the second motor for generating a braking force, And a second encoder coupled to the second shaft at the other side of the brake to control the rotational speed and speed of the second motor.
제 3항에 있어서,
상기 베이스는
중심부에서 방사방향으로 제1고정부, 제2고정부 및 제3고정부가 연장 형성되되, 상호간에 120도 간격으로 이격되어 형성되며,
원주방향으로 상기 제1고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제1브라켓이 상기 제1샤프트에 수직한 방향으로 상기 제1출력단에 결합되고,
원주방향으로 상기 제2고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제2브라켓이 상기 제2샤프트에 수직한 방향으로 상기 제2출력단에 결합되며,
원주방향으로 상기 제3고정부의 양측 가장자리 면에 각각 돌출형성된 제3브라켓이 상기 제3샤프트에 수직한 방향으로 상기 제3출력단에 결합되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
The method of claim 3,
The base
The first fixing part, the second fixing part, and the third fixing part are extended from the central part in the radial direction and are spaced apart from each other by 120 degrees,
A first bracket protruding from both side edges of the first fixing part in the circumferential direction is coupled to the first output end in a direction perpendicular to the first shaft,
A second bracket formed on both side edges of the second fixing part in the circumferential direction is coupled to the second output end in a direction perpendicular to the second shaft,
And a third bracket protruding from both side edges of the third fixing part in the circumferential direction is coupled to the third output end in a direction perpendicular to the third shaft.
제 4항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 제1출력단과 결합된 상기 제1암부의 타측면에 제1결합부재가 결합되어 상기 제1브라켓이 제1출력단 및 상기 제1결합부재에 각각 결합되며,
상기 제2출력단과 결합된 상기 제2암부의 타측면에 제2결합부재가 결합되어 상기 제2브라켓이 제2출력단 및 상기 제2결합부재에 각각 결합되고,
상기 제3출력단과 결합된 상기 제3암부의 타측면에 제3결합부재가 결합되어 상기 제3브라켓이 제3출력단 및 상기 제3결합부재에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
5. The method of claim 4,
The 6-DOF master device
A first coupling member is coupled to the other side of the first arm portion coupled to the first output end, the first bracket is coupled to the first output end and the first coupling member,
A second coupling member is coupled to the other side of the second arm portion coupled to the second output terminal, the second bracket is coupled to the second output terminal and the second coupling member,
And a third coupling member is coupled to the other side of the third arm portion coupled to the third output end, and the third bracket is coupled to the third output end and the third coupling member, respectively.
제 5항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 제1암부가 상기 제1출력단에 결합되는 제1상부암과, 상기 제1상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제1하부암을 포함하여 형성되며,
상기 제2암부가 상기 제2출력단에 결합되는 제2상부암과, 상기 제2상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제2하부암을 포함하여 형성되고,
상기 제3암부가 상기 제3출력단에 결합되는 제3상부암과, 상기 제3상부암의 하부에 회전관절로 연결되는 제3하부암을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
6. The method of claim 5,
The 6-DOF master device
The first arm portion is formed to include a first upper arm coupled to the first output end and a first lower arm connected to the lower portion of the first upper arm by a rotation joint,
A second upper arm coupled to the second output end of the second arm portion and a second lower arm connected to the lower portion of the second upper arm by a rotation joint,
Wherein the third arm portion is formed to include a third upper arm coupled to the third output end and a third lower arm connected to the lower portion of the third upper arm by a rotation joint.
제 6항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 제1하부암이 상기 제1상부암의 하부에 형성된 제1회전홈과 결합되는 제1-1회전축과, 상기 제1-1회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제1-1하부암 및 제1-2하부암과, 상기 제1-1하부암 및 제1-2하부암의 하부를 연결하는 제1-2회전축을 포함하여 형성되며,
상기 제2하부암이 상기 제2상부암의 하부에 형성된 제2회전홈과 결합되는 제2-1회전축과, 상기 제2-1회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제2-1하부암 및 제2-2하부암과, 상기 제2-1하부암 및 제2-2하부암의 하부를 연결하는 제2-2회전축을 포함하여 형성되고,
상기 제3하부암이 상기 제3상부암의 하부에 형성된 제3회전홈과 결합되는 제3-1회전축과, 상기 제3-1회전축 양단에 수직한 방향으로 결합되는 제3-1하부암 및 제3-2하부암과, 상기 제3-1하부암 및 제3-2하부암의 하부를 연결하는 제3-2회전축을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
The method according to claim 6,
The 6-DOF master device
A first lower arm coupled to a first rotary groove formed in a lower portion of the first upper arm, a 1-1 second lower arm coupled in a direction perpendicular to both ends of the first rotary shaft, And a first-second rotary shaft connecting the first lower arm and the lower ends of the first lower arm and the second lower arm,
The second lower arm is coupled to a second rotary groove formed in a lower portion of the second upper arm, and a second lower arm coupled to the second rotary shaft in a direction perpendicular to both ends of the second rotary shaft; And a second-2 rotation shaft connecting the 2-2 lower arm and the lower ends of the 2-1 lower arm and the 2-2 lower arm,
A third lower arm coupled to a third rotary groove formed in a lower portion of the third upper arm, a third lower arm coupled in a direction perpendicular to both ends of the third rotary shaft , And a 3-2 rotation shaft connecting the 3-2 lower arm and the lower part of the 3-1 lower arm and the 3-2 lower arm.
제 7항에 있어서,
상기 6자유도 마스터 장치는
상기 제1하부암 및 제1상부암, 상기 제2하부암 및 제2상부암, 상기 제3하부암 및 제3상부암이 이루는 각도가 180도 미만이 되도록 상기 제1 내지 제3하부암과 일직선을 이루며 반대방향으로 돌출형성된 리미트;
상기 리미트의 일정영역이 중공된 플런저 삽입홀에 삽입 결합되어 삽입 깊이 조절을 통해 상기 제1하부암 및 제1상부암, 상기 제2하부암 및 제2상부암, 상기 제3하부암 및 제3상부암의 최대각도를 조절하는 단신플런저; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도 마스터 장치.
8. The method of claim 7,
The 6-DOF master device
The first lower arm and the second upper arm, the third lower arm, and the third upper arm are less than 180 degrees, A limit formed in a straight line and protruding in the opposite direction;
A certain region of the limit is inserted into the hollow plunger insertion hole, and the first lower arm and the first upper arm, the second lower arm and the second upper arm, the third lower arm, and the third A short plunger for adjusting the maximum angle of the upper arm; Wherein the master-slave device is a six-degree-of-freedom master device.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 6자유도 마스터 장치와,
바늘 형태의 손잡이에 가해진 의사의 움직임을 전달받아 실제 바늘 삽입형 시술을 수행하며, 시술 시 바늘에 가해진 반력을 상기 손잡이를 통해 의사에게 전달하는 슬레이브 로봇을 포함하여 형성되는 바늘 삽입형 원격 중재 로봇 장치.
9. A six-degree-of-freedom master device according to any one of claims 1 to 8,
And a slave robot which receives the movement of the doctor applied to the handle of the needle shape and performs the actual needle insertion type operation and transmits the reaction force applied to the needle to the doctor through the handle during the operation .
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