KR101646880B1 - 사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정형외과 수술 시 환자의 상지나 하지의 자세를 안정적으로 고정시키거나 원하는 상태로 간편하게 이동시킬 수 있는 사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 로봇 시스템은, 받침대(10); 상기 받침대(10)의 상면에 수직방향으로 설치되고, 상면의 적어도 일부가 개방된 제 1 지주대(2); 상기 제 1 지주대(2)와 결합되고, 상기 제 1 지주대(2) 상면의 개방된 부분을 통하여 승강되는 제 2 지주대(4); 상기 제 2 지주대(4)의 상부에 설치되고, 상기 제 2 지주대(4)의 축방향으로 회전 가능한 회동부재(12); 일단이 상기 회동부재(12)의 단부에 연결되고, 길이방향으로 긴 형상을 이루는 지지대(16); 환자의 상지 또는 하지를 고정하기 위한 고정부; 및 제어부(50);를 포함하되, 상기 고정부는, 상기 제 2 지주대(4)의 상측 내부에 설치된 윈치 모터(15); 일단은 상기 윈치 모터(15)에 연결되고, 상기 지지대(16)의 내부를 따라 배치되며, 상기 지지대(16)의 타단에 형성된 개구부를 관통하는 연결라인(17); 및 상기 연결라인(17)의 타단에 연결되고, 환자의 상지 또는 하지의 일부가 삽입 고정될 수 있는 중공의 중공부(19)가 구비된 고정부재(18);를 더 포함하고, 상기 제어부(50)는 상기 연결라인(17)이 상기 윈치 모터(15)에 권취되는 양을 제어함으로써 상기 지지대(16) 타단의 외부로 유출되는 상기 연결라인(17)의 길이를 조절할 수 있다.

Description

사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템{MULTI-AXIAL TRACTION ROBOT SYSTEM FOR THE CLEANSING AND DISINFECTION OF THE AFFECTED LIMBS}

본 발명은 사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정형외과 수술 시 환자의 상지나 하지의 자세를 안정적으로 고정시키거나 원하는 상태로 간편하게 이동시킬 수 있는 로봇 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 정형외과 수술 시 수술대에 누워있는 환자의 자세를 고정시키기 위하여 환측지를 잡아주거나 시술의 필요에 따라 환자의 신체를 3차원적으로 이동하여야 하는 일이 빈번하다.

그러나, 종래 기술에 의하면 단순히 환자의 상지나 하지를 잡아주는 기능만 있어서 서혜부를 세척소독할 때나 소독포로 덮을 때 고급 의료 인력이 다리를 잡고 요구에 따라 다리를 들고 움직여주어야 하였기 때문에 인력의 낭비 문제뿐 아니라 근골격계 상해를 입힐 가능성이 상존하였다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0074449호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정형외과 수술 시 누운 자세의 환자의 편측 상지 또는 하지를 원위부에서 고정한 상태에서 거상하거나 또는 3차원적으로 구동하며 동시에 필요시 환지를 견인할 수 있는 사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 의료 인력이 수행하던 업무를 로봇이 대신하여 보조 인력에 대한 비용적 부담 및 상해부담을 감소시킬 수 있는 로봇 시스템을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 로봇 시스템은, 받침대(10); 상기 받침대(10)의 상면에 수직방향으로 설치되고, 상면의 적어도 일부가 개방된 제 1 지주대(2); 상기 제 1 지주대(2)와 결합되고, 상기 제 1 지주대(2) 상면의 개방된 부분을 통하여 승강되는 제 2 지주대(4); 상기 제 2 지주대(4)의 상부에 설치되고, 상기 제 2 지주대(4)의 축방향으로 회전 가능한 회동부재(12); 일단이 상기 회동부재(12)의 단부에 연결되고, 길이방향으로 긴 형상을 이루는 지지대(16); 환자의 상지 또는 하지를 고정하기 위한 고정부; 및 제어부(50);를 포함하되, 상기 고정부는, 상기 제 2 지주대(4)의 상측 내부에 설치된 윈치 모터(15); 일단은 상기 윈치 모터(15)에 연결되고, 상기 지지대(16)의 내부를 따라 배치되며, 상기 지지대(16)의 타단에 형성된 개구부를 관통하는 연결라인(17); 및 상기 연결라인(17)의 타단에 연결되고, 환자의 상지 또는 하지의 일부가 삽입 고정될 수 있는 중공의 중공부(19)가 구비된 고정부재(18);를 더 포함하고, 상기 제어부(50)는 상기 연결라인(17)이 상기 윈치 모터(15)에 권취되는 양을 제어함으로써 상기 지지대(16) 타단의 외부로 유출되는 상기 연결라인(17)의 길이를 조절할 수 있다.

또한, 상기 지지대(16)는, 상기 지지대(16)의 일단에 설치되고, 상기 길이방향과 교차하는 방향을 이루는 지지대 축(14);을 더 포함하되, 상기 회동부재(12)의 단부에는 서로 평행하게 이격된 한 쌍의 가지(13)가 구비되고, 상기 지지대 축(14)의 양단은 상기 한 쌍의 가지(13)의 내측면에 각각 연결되며, 상기 지지대(16)는 상기 제어부(50)의 제어에 따라 상기 지지대 축(14)을 중심으로 회동될 수 있다.

또한, 상기 제 1 지주대(2)의 외측면에 설치되고, 내부로 인입된 홈이 형성된 제 1 연결부재(20); 및 일단은 상기 제 1 연결부재(20)의 홈에 삽입되어 고정되고, 타단은 상기 환자가 누워있는 수술대에 고정되는 제 2 연결부재(21);를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 지주대(4)의 승강을 지원하기 위한 동력을 발생시키는 동력 발생부; 상기 제 1 지주대(2)의 내부에 상기 수직방향으로 설치되고, 외주면에 스크류 홈(28)이 나선형으로 형성되어 있으며, 상기 동력 발생부로부터 동력을 전달받아 축방향으로 회전하는 볼스크류(26); 상기 제 1 지주대(2)의 상부에 설치되어 상기 볼스크류(26)의 상부를 고정시키는 상단 고정바(40); 상기 제 1 지주대(2)의 하부에 설치되어 상기 볼스크류(26)의 하부를 고정시키는 하단 고정바(42); 및 상기 제 2 지주대(4)의 하부에 결합되고, 상기 볼스크류(26)가 삽입되는 관통홈이 형성된 승강부(30);를 더 포함하되, 상기 관통홈의 내주면은 상기 스크류 홈(28)에 대응되는 형상으로 이루어짐으로써 상기 승강부(30)는 상기 볼스크류(26)의 회전에 대응하여 상기 볼스크류(26)를 따라 상하로 이동되고, 상기 승강부(30)의 상하 이동에 따라 상기 제 2 지주대(4)가 승강될 수 있다.

또한, 상기 상단 고정바(40)의 하부에 설치되는 상부 스위치(34); 상기 하단 고정바(42)의 상부에 설치되는 하부 스위치(36); 및 상기 승강부(30)에 결합되어 상기 승강부(30)의 이동과 함께 이동되는 스토퍼(38);를 더 포함하되, 상기 승강부(30)가 상부로 이동되어 상기 스토퍼(38)가 상기 상부 스위치(34)를 누르는 경우, 상기 동력 발생부의 동작이 정지되고, 상기 승강부(30)가 하부로 이동되어 상기 스토퍼(38)가 상기 하부 스위치(36)를 누르는 경우, 상기 동력 발생부의 동작이 정지될 수 있다.

또한, 상기 승강부(30)의 상면에 설치된 제 1 완충 스프링(44); 및 상기 승강부(30)의 상면에 설치된 제 2 완충 스프링(46);을 더 포함하되, 상기 승강부(30)가 상부로 이동되어 상기 제 1 완충 스프링(44)의 상면이 상기 상단 고정바(40)에 접촉되는 경우, 상기 제 1 완충 스프링(44)의 탄성에 의하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화되고, 상기 승강부(30)가 하부로 이동되어 상기 제 2 완충 스프링(46)의 하면이 상기 하단 고정바(42)에 접촉되는 경우, 상기 제 2 완충 스프링(46)의 탄성에 의하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화될 수 있다.

본 발명은 정형외과 수술 시 누운 자세의 환자의 편측 상지 또는 하지를 원위부에서 고정한 상태에서 거상하거나 또는 3차원적으로 구동하며 동시에 필요시 환지를 견인할 수 있는 사지세척 및 소독용 다축견인 로봇 시스템을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존의 의료 인력이 수행하던 업무를 로봇이 대신하여 보조 인력에 대한 비용적 부담 및 상해부담을 감소시킬 수 있는 로봇 시스템을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따라 구현될 수 있는 로봇 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 로봇 시스템을 상부에서 바라본 모습이다.
도 3은 본 발명의 로봇 시스템에 적용될 수 있는 고정부의 구성의 일예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 로봇 시스템의 블록 구성도의 일예를 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 로봇 시스템의 제 2 지주대의 승강 구조를 나타낸다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 정형외과 수술 전, 감염방지를 위해 환부인 상지 또는 하지를 세척 및 소독 시, 또는 멸균 소독포를 적용할 때 사용하는 장치로 환측지를 들어 잡아(holding) 주거나 서혜부같이 가려진 부분에 대해서 다리를 3차원적으로 이동하여 세척/소독 또는 멸균소독포를 적용하게 되고, 특히 환부가 골절상을 입은 경우에는 환부를 견인해주어야 하므로 견인기능을 제공하는 로봇 시스템을 제안한다.

도 1은 본 발명에 따라 구현될 수 있는 로봇 시스템의 일 실시예를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 로봇 시스템(100)은 하부에 받침대(10)를 구비하고 있다. 받침대의 저면에는 4개의 바퀴(6)가 설치되어 있으며, 바퀴(6)의 회동에 의하여 본 발명의 로봇 시스템(100)가 원하는 장소로 이동할 수 있다.

받침대(10)의 측면에는 전도 방지 연결부(8)가 설치되어 있으며, 전도 방지 연결부(8)의 단부에는 전도 방지부(9)가 설치된다. 전도 방지 연결부(8)는 각도와 방향을 조절할 수 있게 설치된다. 전도 방지부(9)의 하면은 마찰력이 큰 소재로 제작되며, 전도 방지부(9)의 하면이 지면에 접촉됨으로써 로봇 시스템(100)이 고정된다.

받침대(10)의 상면에는 제 1 지주대(2)가 설치되고, 제 1 지주대(2)의 상측에는 제 2 지주대(4)가 결합되어 있다. 제 1 지주대(2)의 상면은 일부 개방된 형태로 구성되어 있으며, 제 2 지주대(4)는 제 1 지주대(2) 상면의 개방된 부분을 통하여 승강될 수 있다. 제 2 지주대(4)의 승강에 대한 더욱 구체적인 구성은 후술한다.

제 1 지주대(2)의 외측면에는 제 1 연결부재(20)가 설치되어 있다. 제 1 연결부재(20)에는 내부로 인입된 홈이 형성되어 있으며, 제 2 연결부재(21)가 상기 제 1 연결부재(20)의 홈에 삽입되어 고정된다. 제 2 연결부재(21)는 환자가 누워있는 수술대와 본 발명의 로봇 시스템(100)를 서로 연결시키며, 안정적인 시술이 이루어질 수 있도록 양자를 고정시킨다.

제 2 지주대(4)의 상부에는 회동부재(12)가 설치된다. 회동부재(12)의 구체적인 동작은 도 2에서 자세하게 설명될 수 있다. 도 2는 본 발명의 로봇 시스템을 상부에서 바라본 모습이다.

도 2를 참조하면, 회동부재(12)는 제 2 지주대(4)의 상부에 결합되며, 제 2 지주대(4)의 축방향으로 회전 가능하게 구성된다.

회동부재(12)의 단부에는 지지대(16)가 연결된다. 구체적으로, 회동부재(12)의 단부에는 평행하게 이격된 한 쌍의 가지(13)가 형성되어 있으며, 지지대(16)의 지지대 축(14) 양단이 상기 한 쌍의 가지(13)의 내측면에 각각 연결된다. 지지대(16)는 지지대 축(14)을 중심으로 회동 가능하게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 지지대(16)는 길이방향으로 긴 형상을 이루며, 지지대(16)의 일단에는 길이방향과 교차하는 방향을 이루는 지지대 축(14)이 구비된다. 상술한 것과 같이, 지지대 축(14)은 회동부재(12)의 단부에 연결된다. 지지대(16)의 타단에는 개구된 개구부가 형성되어 있다.

지지대(16) 타단에는 연결라인(17)과 고정부재(18) 등이 연결되어 있다. 고정부는 연결라인(17)과 고정부재(18), 윈치 모터(15) 등을 포함하며, 환자의 상지 또는 하지를 고정하는 역할을 한다. 상기 고정부의 구체적인 구성은 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 로봇 시스템에 적용될 수 있는 고정부의 구성의 일예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 윈치 모터(15)는 제 2 지주대(4)의 상측 내부에 설치되며, 윈치 모터(15)는 연결라인(17)을 권취할 수 있다. 윈치 모터(15)에 권취되는 연결라인(17)의 양은 제어부(50)의 제어에 따라 결정될 수 있다.

연결라인(17)은 일단이 상기 윈치 모터(15)에 연결되어 있으며, 타단은 고정부재(18)에 연결되어 있다. 연결라인(17)은 지지대(16)를 따라 배치되며, 지지대(16)의 개구부를 관통한다. 연결라인(17)의 타단은 지지대(16)의 외부에 위치된다.

고정부재(18)에는 환자의 상지 또는 하지의 일부가 삽입 고정될 수 있는 크기의 중공으로 형성된 중공부(19)가 구비되어 있다. 윈치 모터(15)에 권취되는 연결라인(17)의 양이 조절됨에 따라서 고정부재(18)의 위치가 달라지게 된다.

한편, 도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 로봇 시스템의 블록 구성도의 일예를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 로봇 시스템(100)은 제어부(50), 통신부(52), 사용자 입력부(60), 모터(62), 전원 공급부(64), 출력부(66), 메모리(76), 인터페이스부(78) 등으로 구성될 수 있다. 단, 도 4에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 로봇 시스템(100)이 구현될 수도 있다.

제어부(50)는 통상적으로 로봇 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 발생시킨다. 예를 들어, 연결라인(17)이 상기 윈치 모터(15)에 권취되는 양을 조절하거나 지지대(16)가 회동되는 각도, 회동부재(12)가 회전되는 각도 등을 조절할 수 있다.

통신부(52)는 로봇 시스템(100)과 무선 통신 시스템 사이 또는 로봇 시스템(100)과 로봇 시스템(100)이 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 통신부(52)는 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신하는 방송 수신 모듈, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신하는 이동통신 모듈, 무선 인터넷 접속을 위한 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신을 위한 근거리 통신 모듈 및 로봇 시스템(100)의 위치를 획득하기 위한 위치정보 모듈(예를 들어, GPS 모듈) 등을 포함할 수 있다.

통신부(52)는 근거리 통신이나 무선 인터넷 통신을 이용하여 외부에 위치된 휴대단말과 통신적으로 연결된다. 여기서, 근거리 통신은, WLAN(Wireless LAN), 블루투스(Bluetooth), RFID 및 적외선 통신 등을 이용하며, 무선 인터넷 통신은, CDMA, W-CDMA, HSDPA, OFDMA, Wibro, Wimax 및 LTE 등을 이용할 수 있다.

로봇 시스템(100)의 외부에 위치된 사용자는 휴대단말을 이용하여 로봇 시스템(100)의 통신부(52)로 제어신호를 전송시킬 수 있으며, 이에 따라 사용자는 휴대단말을 이용하여 로봇 시스템(100)을 제어할 수 있다.

사용자 입력부(60)는 사용자가 로봇 시스템(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.

사용자 입력부(60)는 본 발명에 따라 표시되는 컨텐트들 중 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호를 사용자로부터 수신할 수 있다. 그리고, 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호는, 터치입력을 통하여 수신되거나, 하드키 및 소프트 키입력을 통하여 수신될 수 있다.

사용자 입력부(60)는 상기 하나 또는 둘 이상의 컨텐트들을 선택하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 또한, 사용자로부터 로봇 시스템(100)이 수행할 수 있는 기능과 관련된 아이콘을 생성하는 입력을 수신할 수 있다.

상기와 같은, 사용자 입력부(60)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

모터(62)는 로봇 시스템(100)의 동작과 관련된 동력을 발생시키는 수단으로서, 동력 발생부(49)와 윈치 모터(15) 등을 포함한다. 동력 발생부(49)는 제 2 지주대(4)의 승강을 지원하기 위한 동력을 발생시키며, 윈치 모터(15)는 연결라인(17)을 권취하기 위한 동력을 발생시킨다.

전원 공급부(64)는 제어부(50)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

출력부(66)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(68), 음향 출력 모듈(70), 알람부(72), 조명모듈(74) 등이 포함될 수 있다.

디스플레이부(68)는 본 발명의 로봇 시스템(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 본 발명의 로봇 시스템(100)이 동작 중인 경우 디스플레이부(68)는 그와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 예를 들어, 디스플레이부(68)는 동력 발생부(49)나 윈치 모터(15)의 동작 여부, 회동부재(12)나 지지대(16)의 동작상태 등을 표시하며, 나아가 환자의 상태(체온, 맥박, 호흡, 심박, 혈압 등)를 표시할 수 있다.

음향 출력 모듈(70)은 통신부(52)로부터 수신되거나 메모리(76)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(52)은 로봇 시스템(100)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(70)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

알람부(72)는 본 발명의 로봇 시스템(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다.

알람부(72)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(68)나 음향 출력 모듈(70)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(68) 및 음향 출력 모듈(70)은 알람부(72)의 일종으로 분류될 수도 있다.

조명모듈(74)은 수술대에 누워있는 환자의 환부를 향하여 빛을 조사하는 장치로서 대표적으로 LED 모듈을 이용하여 제작된다. 조명모듈(74)은 제 1 지주대(2), 제 2 지주대(4), 회동부재(12), 지지대(16), 고정부재(18) 등에 배치될 수 있다.

LED 모듈의 프레임 상면에는 히트싱크가 형성되어 복수의 LED 모듈에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 히트싱크는 방열특성이 좋은 알루미늄이나 알루미늄합금에 의해 형성될 수 있으며, 방열특성이 있는 금속재질이라면 특별히 한정되지 않는다. 히트싱크는 복수의 리브와 열전달층 등을 포함할 수 있다.

복수의 리브는 프레임의 하면에 설치된 복수의 LED 모듈에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 상기 복수의 리브 각각은 프레임의 길이방향으로 이어지는 배열을 이루며 돌출 형성되며, 복수의 리브가 이루는 각각의 배열은 서로 평행하게 형성될 수 있다.

복수의 리브는 표면이 평평하게 형성될 수 있으나, 복수의 리브 각각에는 추가적으로 복수의 돌기가 더 형성될 수도 있다. 상기 복수의 리브에 형성된 복수의 돌기는 공기와의 접촉면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 복수의 LED 모듈에서 발생되는 열의 방출을 더욱 신속하게 할 수 있다. 서로 이웃하는 리브에 형성된 복수의 돌기는 서로 엇갈려 돌출되는 것이 바람직하다. 즉, 서로 마주보는 리브에 형성된 복수의 돌기는 교호적으로 배치되며, 이러한 복수의 돌기의 교호적인 배치구조는 일측으로 유입되어 타측으로 유출되는 공기가 리브 사이를 통과하면서 요동치도록 한다. 다시 말해, 유입된 공기가 일측에서 타측으로 신속하게 빠져나가게 되고, 위아래로 흔들리면서 빠져나가는 과정에서 리브의 전후면에 반복적으로 부딪쳐 열을 보다 많이 빼앗게 된다.

열전달층은 복수의 리브의 하측에 배치되어 복수의 LED 모듈에서 발생되는 열을 복수의 리브로 신속하게 전달할 수 있다. 이러한 열전달층은 중공으로 이루어지거나 열전도율이 기 설정된 수치 이상인 물질로 이루어질 수 있다.

히트싱크는 결정화 핵제와 PLA(Poly Lactic Acid) 소재를 이용하여 제조된 생분해성 복합 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 결정화 핵제는 활성탄의 기공에 나노은을 침투시켜 건조하고, 건조된 활성탄에 에폭시수지를 침투시켜 표면 코팅하며, 코팅된 활성탄을 열경화함으로써 얻어질 수 있다.

구체적으로, 방사율이 우수하고 절연기능을 구비한 생분해성 복합 플라스틱의 제조방법은 활성탄의 기공에 나노은을 침투시키고 건조하는 단계와 건조된 활성탄에 에폭시수지를 침투시키고 표면을 코팅시키는 단계, 코팅된 활성탄을 열경화 시켜 결정화 핵제를 제조하는 단계, 결정화 핵제에 절연전도성 필러(filer)인 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화마그네슘(MGO), 질화규소(SIN), 탄화규소(SIC) 및 산화알루미늄(AL2O3) 중 어느 하나 이상을 혼합하여 절연성 결정화 핵제를 생성하는 단계, 절연성 결정화 핵제와 식물성 PLA(Poly Lactic Acid) 소재를 컴파운딩하여 생분해성 복합플라스틱을 생성하는 단계, 생분해성 복합 플라스틱을 트윈스크류를 이용하여 압출 후 펠렛화 하는 단계 등 통해서 이루어진다.

히트싱크의 경우 복사 열전도율이 좋고 전자의 이동이 원활한 그라파이트(Graphite), 탄소나노튜브(CNT), 탄소 섬유(carbon fiber) 등이 사용될 수 있지만, 일정함량 이상을 충전제로 사용하면 절연기능보다는 통전이 되어 효율이 떨어지게 된다. 본 발명에서는 친환경적인 생분해성 복합 플라스틱 제조를 위해 식물베이스 PLA 소재를 사용하고 있으며, PLA 소재의 복사열전도를 높이기 위해 활성탄을 사용하게 된다.

활성탄의 경우 기공이 많아 열전도에 방해가 될 수 있지만 반대로 숯에 비해 비표면적이 많아 자연 대류에 면적을 증가시켜 열을 낮추는데 효과가 있다. 숯과 활성탄의 비표면적은 일반 숯이 50㎡/g이고 활성탄은 1,000㎡/g으로 자신의 무게보다 40%이상의 수분흡수력을 가지고 있으며 비중은 0.45이다.

그러나, 활성탄은 단단하지 못하고 내마모성이 약해서 LED 히트싱크 복합플라스틱 소재로 사용시 표면경도가 약화 될 수 있는 문제가 있지만, 본 발명에서는 강도를 높이기 위해 생분해성 소재인 PLA(Poly Lactic Acid)에 생분해성 소재인 PBAT(Polybutylene adipate-co-terephthalate) 소재를 혼합하여 사용하였다. PBAT 소재 이외에 PBS(Polybutylene succinate), PBSA(Polybutylene succinate adipate), PCL(polycaprolactone), PVA(Polyvinyl alcohol) 등 다른 생분해성 소재를 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는 PLA 소재와 PBAT 소재의 혼합비율을 결정하기 위해 충격 실험을 하였으며, 배율에 따른 충격강도는 PLA 90%와 PBAT 10%를 컴파운딩하여 사용하였을 경우 높게 관찰되었다.

그리고, 본 발명에서는 방사율을 증가시기고 PLA 소재에 결정격자 진동을 상승시키기 위해 활성탄의 입자 크기는 1~5㎛인 것을 사용하였다. 일반적으로 활성탄의 방사율은 0.93(93%)으로 0.3(30%)인 알루미늄보다 높은 것으로 알려져 있다.

또한, 활성탄의 기공에 침투시키는 나노은은 에탄올베이스로 활성탄 비중대비 나노은의 입자 침투율은 400~500ppm으로 하였다. 에탄올베이스의 나노은은 활성탄 기공에 수분을 증발시킬 수 있으며, 본 발명에 적용되는 히트싱크 제조의 첫 단계의 건조과정은 열풍건조(90~110℃)로 40~60분간 건조하게 된다. 활성탄 기공에 나노은을 침투시키면 활성탄 기공에 전자 이동을 유도하여 열전도율을 상승시킬 수 있다. 이때 나노은의 입자 침투율이 400ppm 이하는 전자이동이 약할 수 있고, 500ppm 이상은 전자 이동은 활발 하지만, 가격이 비싸져 비경제적일 수 있다. 따라서 본 발명에 서는 나노은의 입자 침투율을 400~500ppm으로 설정하였다. 또한, 열풍건조시간은 나노은이 침투된 활성탄 중량 1000g을 기준으로 하였고, 건조시간 40분 이하는 활성탄 기공에 수분을 충분히 증발시키지 못하여 에폭시 침투 시 접착력을 약화시킬 수 있고, 60분 이상은 접착력은 우수하지만 경제적 측면에서 비효율적이다.

본 발명에 적용되는 히트싱크 제조의 두번째 단계는 건조된 활성탄에 에폭시수지를 침투시키게 되는데, 에폭시수지는 열경화성 수지로 접착력이 우수하고 단단하지 못한 활성탄에 경도를 높이고, 활성탄의 기공속에 침투하여 결정격자 진동을 상승시키는 역할을 하게 된다. 나노은이 침투된 활성탄 무게비 45~50중량%와 에폭시수지 50~55중량% 비율로 혼합한 후 가압리더기로 반응시키게 된다. 이때, 혼합된 나노은이 침투된 활성탄에 에폭시수지를 혼합한 소재의 비중은 0.7~0.8이 되게 한다. 활성탄의 비중은 0.45이며 에폭시수지의 비중은 1.189~1.230이다. 혼합과정에서 에폭시수지의 중량%가 50중량% 미만이면 활성탄의 기공에 에폭시수지가 충분하게 침투되지 않고 활성탄표면에 코팅반응이 약하여 인젝션 몰딩시 활성탄이 깨지는 문제가 발생하게 되며, 에폭시수지의 중량%가 55중량% 이상이면 활성탄 입자가 붙어 덩어리가 될 수 있다.

그리고, 에폭시수지를 침투시킨 활성탄은 가온믹서기에서 온도 100~110℃, 60~100RPM의 속도로 30~40분간 프리 믹서(free mixer)를 수행한 후 150~170℃, 200~250RPM의 속도로 트윈가압리더기에서 경화시키게 된다. 이때 프리 믹서 수행은 활성탄 기공 및 표면에 에폭시 수지를 침투시키고 표면코팅이 진행되는 단계이다.

프리 믹서가 끝나고 코팅된 활성탄을 100중량%로 했을 때, 분산 및 이형제인 스테아린산(Stearic Acid)을 3~5중량% 추가 첨가한 후 가압리더기에서 20~30분 열경화시켜 결정화 핵제를 생성하게 된다. 프리 믹서시 온도를 110℃이상, 40분간 진행하면 표면코팅 및 기공침투가 충분하게 활성화 되지만, 온도와 시간이 높거나 길면 열경화가 가속화 되어 분산 및 이형제인 스테아린산 첨가전에 뭉칠 수 있다.

열경화 과정을 거쳐 생성된 결정화 핵제는 열전도와 복사효과가 있는 소재이다. 히트싱크의 소재로 사용되기 위해서는 절연기능이 있어야 하기 때문에 절연전도성 필러(filer)인 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화마그네슘(MGO), 질화규소(SIN), 탄화규소(SIC), 산화알루미늄(Al2O3) 중 하나 이상의 소재를 혼합하게 된다.

또한, 혼합된 절연성 결정화 핵제와 식물성 PLA 소재를 컴파운딩 하게 되는데, 이때 절연성 결정화 핵제가 40중량% 이하이면 방사율이 떨어지고 50중량% 이상이면 충격강도가 약해져 제품 생산시 문제가 될 수 있다. 본 발명에서는 이런 문제점을 해결하기 위해 PLA 소재에 생분해성 소재인 PBAT를 혼합하여 물성을 극복하였다. 그리고 PLA 소재 60중량%와 만들어진 절연성 결정화 핵제 40중량%를 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 메모리(76)는 제어부(50)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(76)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다. 또한, 상기 메모리(76)에는 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

상기와 같은 메모리(76)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 인터넷(internet) 상에서 상기 메모리(76)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(78)는 로봇 시스템(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(78)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 로봇 시스템(100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 로봇 시스템(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(78)에 포함될 수 있다.

식별 모듈은 로봇 시스템(100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 포트를 통하여 로봇 시스템(100)에 연결될 수 있다.

상기 인터페이스부(78)는 로봇 시스템(100)이 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 로봇 시스템(100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 로봇 시스템(100)으로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 로봇 시스템(100)이 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.

여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(50) 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(76)에 저장되고, 제어부(50)에 의해 실행될 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 로봇 시스템의 제 2 지주대의 승강 구조를 나타낸다.

도 5 를 참조하면, 볼스크류(26)의 외주면에는 스크류 홈(28)이 나선형으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 이는 승강부(30)의 관통홈 내주면과 맞물리게 된다.

제 1 지주대(2)의 상부에는 상단 고정바(40)가 설치되어 볼스크류(26)의 상부를 고정하며, 제 1 지주대(2)의 하부에는 하단 고정바(42)가 설치되어 볼스크류(26)의 하부를 고정한다.

상단 고정바(40)의 하부에는 상부 스위치 연결부(35)가 하측으로 연장 형성되고, 상부 스위치 연결부(35)의 하부에 상부 스위치(34)가 연결된다.

승강부(30)에는 스토퍼(38)가 결합되어 있으며, 상기 스토퍼(38)는 스위치(34, 36)를 누를 수 있는 위치에 형성된다. 스토퍼(38)는 승강부(30)의 이동과 함께 상하로 이동된다.

즉, 승강부(30)가 상부로 이동되는 경우, 도 5와 같이 스토퍼(38)가 상부 스위치(34)를 누르게 된다. 상부 스위치(34)의 작동에 의하여 모터(22)의 동작이 자동적으로 정지되어 승강부(30)의 이동이 멈추게 된다. 또한, 상부 스위치(34)의 작동에 의하여 조명모듈(74)이 동작하여 빛이 조사되게 된다.

승강부(30)의 상면에는 제 1 완충 스프링(44)이 더 설치되어 있다. 승강부(30)가 상부로 이동되어 상기 제 1 완충 스프링(44)의 상면이 상단 고정바(40)에 접촉되는 경우, 제 1 완충 스프링(44)의 탄성이 작용하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화될 수 있다.

도 6을 참조하면, 하단 고정바(42)의 상부에는 하부 스위치 연결부(37)가 상측으로 연장 형성되고, 하부 스위치 연결부(37)의 상부에 하부 스위치(36)가 연결된다.

승강부(30)가 하부로 이동되는 경우, 도 6과 같이 스토퍼(38)가 하부 스위치(36)를 누르게 된다. 하부 스위치(36)의 작동에 의하여 모터(22)의 동작이 자동적으로 정지되어 승강부(30)의 이동이 멈추게 된다.

또한, 승강부(30)가 하부로 이동하면서 상부 스위치(34)의 누름 상태가 해제되게 되며, 이에 의하여 조명모듈(74)의 동작이 정지되며 조사되는 빛이 제거된다.

승강부(30)의 하면에는 제 2 완충 스프링(46)이 더 설치되어 있다. 승강부(30)가 하부로 이동되어 상기 제 2 완충 스프링(46)의 하면이 하단 고정바(42)에 접촉되는 경우, 제 2 완충 스프링(46)의 탄성이 작용하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화될 수 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분상방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행할 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

2: 제 1 지주대
4: 제 2 지주대
6: 바퀴
8: 전도 방지 연결부
9: 전도 방지부
10: 받침대
12: 회동부재
14: 지지대 축
15: 윈치 모터
16: 지지대
17: 연결라인
18: 고정부재
19: 중공부
20: 제 1 연결부재
21: 제 2 연결부재
26: 볼스크류
28: 스크류 홈
30: 승강부
34: 상부 스위치
35: 상부 스위치 연결부
36: 하부 스위치
37: 하부 스위치 연결부
38: 스토퍼
40: 상단 고정바
42: 하단 고정바
44: 제 1 완충 스프링
46: 제 2 완충 스프링
100: 로봇 시스템

Claims (6)

1. 받침대(10);
   상기 받침대(10)의 상면에 수직방향으로 설치되고, 상면의 적어도 일부가 개방된 제 1 지주대(2);
   상기 제 1 지주대(2)와 결합되고, 상기 제 1 지주대(2) 상면의 개방된 부분을 통하여 승강되는 제 2 지주대(4);
   상기 제 2 지주대(4)의 상부에 설치되고, 상기 제 2 지주대(4)의 축방향으로 회전 가능한 회동부재(12);
   일단이 상기 회동부재(12)의 단부에 연결되고, 길이방향으로 긴 형상을 이루는 지지대(16);
   환자의 상지 또는 하지를 고정하기 위한 고정부; 및
   제어부(50);를 포함하되,
   상기 고정부는,
   상기 제 2 지주대(4)의 상측 내부에 설치된 윈치 모터(15);
   일단은 상기 윈치 모터(15)에 연결되고, 상기 지지대(16)의 내부를 따라 배치되며, 상기 지지대(16)의 타단에 형성된 개구부를 관통하는 연결라인(17); 및
   상기 연결라인(17)의 타단에 연결되고, 환자의 상지 또는 하지의 일부가 삽입 고정될 수 있는 중공의 중공부(19)가 구비된 고정부재(18);를 더 포함하고,
   상기 제어부(50)는 상기 연결라인(17)이 상기 윈치 모터(15)에 권취되는 양을 제어함으로써 상기 지지대(16) 타단의 외부로 유출되는 상기 연결라인(17)의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 지지대(16)는,
   상기 지지대(16)의 일단에 설치되고, 상기 길이방향과 교차하는 방향을 이루는 지지대 축(14);을 더 포함하되,
   상기 회동부재(12)의 단부에는 서로 평행하게 이격된 한 쌍의 가지(13)가 구비되고, 상기 지지대 축(14)의 양단은 상기 한 쌍의 가지(13)의 내측면에 각각 연결되며,
   상기 지지대(16)는 상기 제어부(50)의 제어에 따라 상기 지지대 축(14)을 중심으로 회동되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 지주대(2)의 외측면에 설치되고, 내부로 인입된 홈이 형성된 제 1 연결부재(20); 및
   일단은 상기 제 1 연결부재(20)의 홈에 삽입되어 고정되고, 타단은 상기 환자가 누워있는 수술대에 고정되는 제 2 연결부재(21);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 지주대(4)의 승강을 지원하기 위한 동력을 발생시키는 동력 발생부(49);
   상기 제 1 지주대(2)의 내부에 상기 수직방향으로 설치되고, 외주면에 스크류 홈(28)이 나선형으로 형성되어 있으며, 상기 동력 발생부(49)로부터 동력을 전달받아 축방향으로 회전하는 볼스크류(26);
   상기 제 1 지주대(2)의 상부에 설치되어 상기 볼스크류(26)의 상부를 고정시키는 상단 고정바(40);
   상기 제 1 지주대(2)의 하부에 설치되어 상기 볼스크류(26)의 하부를 고정시키는 하단 고정바(42); 및
   상기 제 2 지주대(4)의 하부에 결합되고, 상기 볼스크류(26)가 삽입되는 관통홈이 형성된 승강부(30);를 더 포함하되,
   상기 관통홈의 내주면은 상기 스크류 홈(28)에 대응되는 형상으로 이루어짐으로써 상기 승강부(30)는 상기 볼스크류(26)의 회전에 대응하여 상기 볼스크류(26)를 따라 상하로 이동되고,
   상기 승강부(30)의 상하 이동에 따라 상기 제 2 지주대(4)가 승강되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 상단 고정바(40)의 하부에 설치되는 상부 스위치(34);
   상기 하단 고정바(42)의 상부에 설치되는 하부 스위치(36); 및
   상기 승강부(30)에 결합되어 상기 승강부(30)의 이동과 함께 이동되는 스토퍼(38);를 더 포함하되,
   상기 승강부(30)가 상부로 이동되어 상기 스토퍼(38)가 상기 상부 스위치(34)를 누르는 경우, 상기 동력 발생부(49)의 동작이 정지되고,
   상기 승강부(30)가 하부로 이동되어 상기 스토퍼(38)가 상기 하부 스위치(36)를 누르는 경우, 상기 동력 발생부(49)의 동작이 정지되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 승강부(30)의 상면에 설치된 제 1 완충 스프링(44); 및
   상기 승강부(30)의 하면에 설치된 제 2 완충 스프링(46);을 더 포함하되,
   상기 승강부(30)가 상부로 이동되어 상기 제 1 완충 스프링(44)의 상면이 상기 상단 고정바(40)에 접촉되는 경우, 상기 제 1 완충 스프링(44)의 탄성에 의하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화되고,
   상기 승강부(30)가 하부로 이동되어 상기 제 2 완충 스프링(46)의 하면이 상기 하단 고정바(42)에 접촉되는 경우, 상기 제 2 완충 스프링(46)의 탄성에 의하여 상기 접촉에 따른 충격이 완화되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.

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