KR101684799B1

KR101684799B1 - 수술용 로봇팔

Info

Publication number: KR101684799B1
Application number: KR1020150136224A
Authority: KR
Inventors: 홍대희; 김병곤; 전훈재; 박세훈; 김윤진; 송용남; 최혁순; 금보라
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-12-21

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔는 내시경관의 전단에 착탈가능하게 설치되는 장착몸체와, 장착몸체의 원주방향을 따라 이동가능하게 장착몸체에 설치된 이동몸체가 마련된 몸체부; 일단이 이동몸체에 회전가능하게 설치되어, 소정의 각도로 접혔다 펼쳐졌다 관절운동하는 관절암부; 집게구조로 관절암부의 타단에 설치된 그리퍼부; 내시경관의 외면에서, 이동몸체, 관절암부와 그리퍼부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및 복수의 와이어에 각각 연결되어, 복수의 와이어의 이동방향을 조절하여, 이동몸체, 관절암부와 그리퍼부의 움직임을 조작하는 조작부를 포함하고, 장착몸체는 내시경관이 착탈가능하게 삽입되는 삽입홀과, 상단과 하단에 원주방향을 따라 체결홈이 마련된 원통형 구조를 가지고, 이동몸체는 상단과 하단에 체결홈에 삽입되어, 장착몸체의 외주면을 따라 이동가능한 구조를 가지며, 이동몸체의 일측에는 복수의 와이어 중 제 1 와이어가 결합되고, 이동몸체의 타측에는 복수의 와이어 중 제 2 와이어가 결합되며, 제 1 와이어와 제 2 와이어는 조작부의 조작에 의해 이동몸체가 장착몸체의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.

Description

수술용 로봇팔{OPERATION ROBOTARM}

본 발명은 수술용 로봇팔에 관한 것이며, 보다 상세하게는 내시경의 전단부에 설치되고 내시경의 채널을 이용한 다른 기구들과 협업하여 다양한 수술을 할 수 있게 해주는 수술용 로봇팔에 관한 것이다.

내시경이란 수술을 하거나 또는 부검을 하지 않고서는 직접 병변을 볼 수 없는 장기에 대하여 기계를 삽입하여 관찰하도록 고안된 기구이다. 내시경에는 직달경이라 하여 1개의 통으로 되어 있어서 장기를 직접 육안으로 볼 수 있는 형, 렌즈시스템을 이용한 형, 카메라를 직접 장기에 삽입하는 형과 유리섬유를 사용한 파이버스코프 등이 있다.

최근에는, 봉합가능한 수술기구를 내시경에 부착하여 환자의 장기 내부로 삽입시킴으로써 환자의 신체를 절개하지 아니하고서도 장기 내부를 시술할 수 있는 여러 종류의 수술기구가 고안되어 왔으며, 본원 발명의 출원인에 의해 봉합용 비드, 장기흡인용 진공캡 및 이를 이용한 장기봉합 장치 (대한민국 특허등록번호 : 10-0838983호)가 특허 등록된 바 있다.

종래의 진공캡은 흡입한 장기를 봉합용 바늘로 제대로 뚫었는지를 확인할 수 없는 문제점이 존재하였고, 봉합용 비드가 제대로 배출되었는지 확인일 곤란한 문제점이 있었다.

아울러, 진공캡은 내시경의 시야를 방해하며 석션 면적이 넓고 석션되는 조직의 양을 컨트롤하기 어려워 섬세한 수술에는 적합하지 않다. 그래서 진공캡을 대신해 내시경 옆면의 조직을 잡아줄 수 있는 기구가 필요하다. 이미 내시경용 집게(endoscopic grippers)가 있지만 이 기구는 내시경 전면부로 직선 운동밖에 수행할 수가 없어 내시경 옆면에 있는 조직을 잡아 줄 수가 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존 봉합기구를 사용하는데 필수구성요소인 진공캡을 사용하지 않고도 그리퍼를 이용하여 조직을 잡아줘, 수술되는 부위를 정밀하게 컨트롤할 수 있는 수술용 로봇팔을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 내시경기구에 착탈가능하게 설치되고, 내시경기구의 외부에서 조작할 수 있는 수술용 로봇팔을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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본 발명의 일 실시예에 있어서, 관절암부는, 이동몸체에 회전가능하게 연결되는 제 1 조인트가 마련된 제 1 관절암; 및 제 1 관절암에 회전가능하게 연결되는 제 2 조인트가 마련된 제 2 관절암을 포함하고, 제 1 관절암은 제 1 조인트의 외면에 감겨진 제 3 와이어의 이동방향에 따라 제 1 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하고, 제 2 관절암은 제 2 조인트의 외면에 감겨진 제 4 와이어의 이동방향에 따라 제 2 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하면서, 제 1 관절암에 대해 접힘 또는 펼쳐지는 관절운동하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 그리퍼부는, 일단이 제 2 관절암에 결합되고, 타단에 제 1 그리퍼축이 마련되고, 복수의 와이어 중 제 5 와이어가 연결된 그리퍼몸체; 일단이 그리퍼몸체의 타단에 맞물리게 위치되는 제 1 그리퍼바; 일단이 그리퍼몸체의 타단에 맞물리고, 제 1 그리퍼바에 맞닿게 위치된 제 2 그리퍼바; 제 1 그리퍼축과 이격된 위치에서, 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바를 집게구조로 연결하는 제 2 그리퍼축; 일단이 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 제 1 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 1 연결부재; 및 일단이 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 제 2 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 2 연결부재를 포함하여, 제 5 와이어가 그리퍼몸체를 제 2 관절암 방향으로 잡아당기면, 제 1 연결부재와 제 2 연결부재는 제 1 그리퍼축에 대해 링크운동하면서, 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바가 제 2 그리퍼축을 중심으로 회전되면서 집게운동하도록 작동되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 그리퍼바는 제 2 그리퍼바와 마주보는 면에 제 1 요철부가 마련되고, 제 2 그리퍼바는 제 1 그리퍼바와 마주보는 면에 제 2 요철부가 마련되며, 제 1 요철부와 제 2 요철부는 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바가 맞닿을 때 요철결합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 와이어는, 일단이 이동몸체의 일측면에 연결되고, 타단이 제 1a 모터에 연결된 제 1 와이어; 일단이 이동몸체의 타측면에 연결되고, 타단이 제 1b 모터에 연결된 제 2 와이어; 관절암부의 일단에 감겨지고, 일단이 제 2a 모터에 연결되고 타단이 조작부의 제 2b 모터에 연결된 제 3 와이어; 관절암부의 타단에 감겨지고, 제 3a 모터에 연결되고 타단이 제 3b 모터에 연결된 제 4 와이어; 및 일단이 그리퍼부에 연결된 제 5 와이어를 포함하고, 조작부는 제 1a 모터, 제 1b 모터, 제 2a 모터, 제 2b 모터, 제 3a 모터와 제 3b 모터의 작동을 조작하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔은 일단이 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 제 1a 모터에 연결되어, 제 1 와이어의 움직임을 가이드하는 제 1 튜브; 일단이 제 1 튜브와 이격되어 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 제 1b 모터에 연결되어, 제 2 와이어의 움직임을 가이드하는 제 2 튜브; 이동몸체의 외면에 결합되어, 제 3 와이어의 일단과 제 4 와이어의 일단의 움직임을 가이드하는 제 3 튜브; 및 제 3 튜브와 이격되어 이동몸체의 외면에 결합되어, 제 3 와이어의 타단과 제 4 와이어의 타단의 움직임을 가이드하는 제 4 튜브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔은 내시경관의 전단에 착탈가능하게 설치되는 장착몸체와, 장착몸체의 원주방향을 따라 이동가능하게 장착몸체에 설치된 이동몸체가 마련된 몸체부; 일단이 이동몸체에 회전가능하게 설치되어, 소정의 각도로 접혔다 펼쳐졌다 관절운동하는 관절암부; 집게구조로 관절암부의 타단에 설치된 그리퍼부; 내시경관의 외면에서, 이동몸체, 관절암부와 그리퍼부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및 복수의 와이어에 각각 연결되어, 복수의 와이어의 이동방향을 조절하여, 이동몸체, 관절암부와 그리퍼부의 움직임을 조작하는 조작부를 포함하고, 복수의 와이어는, 일단이 이동몸체의 일측면에 연결되고, 타단이 제 1a 모터에 연결된 제 1 와이어; 일단이 이동몸체의 타측면에 연결되고, 타단이 제 1b 모터에 연결된 제 2 와이어; 관절암부의 일단에 감겨지고, 일단이 제 2a 모터에 연결되고 타단이 조작부의 제 2b 모터에 연결된 제 3 와이어; 관절암부의 타단에 감겨지고, 제 3a 모터에 연결되고 타단이 제 3b 모터에 연결된 제 4 와이어; 및 일단이 그리퍼부에 연결된 제 5 와이어를 포함하고, 조작부는 제 1a 모터, 제 1b 모터, 제 2a 모터, 제 2b 모터, 제 3a 모터와 제 3b 모터의 작동을 조작하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 장착몸체는 내시경관이 착탈가능하게 삽입되는 삽입홀과, 상단과 하단에 원주방향을 따라 체결홈이 마련된 원통형 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 이동몸체는 상단과 하단에 체결홈에 삽입되어, 장착몸체의 외주면을 따라 이동가능한 구조를 가지며, 이동몸체의 일측에는 제 1 와이어가 결합되고, 이동몸체의 타측에는 제 2 와이어가 결합되며, 제 1 와이어와 제 2 와이어는 조작부의 조작에 의해 이동몸체가 장착몸체의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서,관절암부는, 이동몸체에 회전가능하게 연결되는 제 1 조인트가 마련된 제 1 관절암; 및 제 1 관절암에 회전가능하게 연결되는 제 2 조인트가 마련된 제 2 관절암을 포함하고, 제 1 관절암은 제 1 조인트의 외면에 감겨진 제 3 와이어의 이동방향에 따라 제 1 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하고, 제 2 관절암은 제 2 조인트의 외면에 감겨진 제 4 와이어의 이동방향에 따라 제 2 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하면서, 제 1 관절암에 대해 접힘 또는 펼쳐지는 관절운동하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 그리퍼부는, 일단이 제 2 관절암에 결합되고, 타단에 제 1 그리퍼축이 마련되고, 제 5 와이어가 연결된 그리퍼몸체; 일단이 그리퍼몸체의 타단에 맞물리게 위치되는 제 1 그리퍼바; 일단이 그리퍼몸체의 타단에 맞물리고, 제 1 그리퍼바에 맞닿게 위치된 제 2 그리퍼바; 제 1 그리퍼축과 이격된 위치에서, 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바를 집게구조로 연결하는 제 2 그리퍼축; 일단이 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 제 1 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 1 연결부재; 및 일단이 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 제 2 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 2 연결부재를 포함하여, 제 5 와이어가 그리퍼몸체를 제 2 관절암 방향으로 잡아당기면, 제 1 연결부재와 제 2 연결부재는 제 1 그리퍼축에 대해 링크운동하면서, 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바가 제 2 그리퍼축을 중심으로 회전되면서 집게운동하도록 작동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 그리퍼바는 제 2 그리퍼바와 마주보는 면에 제 1 요철부가 마련되고, 제 2 그리퍼바는 제 1 그리퍼바와 마주보는 면에 제 2 요철부가 마련되며, 제 1 요철부와 제 2 요철부는 제 1 그리퍼바와 제 2 그리퍼바가 맞닿을 때 요철결합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 일단이 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 제 1a 모터에 연결되어, 제 1 와이어의 움직임을 가이드하는 제 1 튜브; 일단이 제 1 튜브와 이격되어 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 제 1b 모터에 연결되어, 제 2 와이어의 움직임을 가이드하는 제 2 튜브; 이동몸체의 외면에 결합되어, 제 3 와이어의 일단과 제 4 와이어의 일단의 움직임을 가이드하는 제 3 튜브; 및 제 3 튜브와 이격되어 이동몸체의 외면에 결합되어, 제 3 와이어의 타단과 제 4 와이어의 타단의 움직임을 가이드하는 제 4 튜브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 관절암부가 기본적으로 링크와 조인트로 이루어진 여타 로봇팔과 유사한 구조를 가지고, 이동몸체가 장착몸체의 원주방향을 따라 이동가능한 구조를 가져, 내시경기구의 시야를 가리지 않고 수술부위의 조직을 잡아줘, 내시경 화면에 보이는 영역 전부를 작업 공간으로 삼을 수 있다.

본 발명은 그리퍼부가 종래기술의 진공캡과 비슷한 기능, 즉, 수술부위의 조직을 잡아는 기능을 수행하면서 진공캡에 비해 적은 면적을 정확하게 잡아 줄 수 있으며, 내시경의 시야를 가리지 않아 수술자에게 보다 편리하고 정확하게 수술할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 몸체부가 내시경관의 내부에 설치되는 것이 아니고, 내시경관에 착탈가능하게 설치되고, 내시경관의 외부에서 이동몸체, 관절암부와 그리퍼부를 조작할 수 있어, 봉합 수술 이외에도 종양 절개나, 위장 축소술 등 다양한 수술에 응용가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔가 내시경관에 설치된 설치상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼부의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔의 구성요소간의 연결상태도를 개략적으로 도시한 것이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수술용 로봇팔에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇팔(100)은 몸체부(110), 관절암부(130), 그리퍼부(150), 복수의 와이어 및 조작부(190)를 포함한다. 본 발명은 내시경수술시 수술시야를 원활하게 확보하고, 수술부위의 조직을 정밀하게 잡아주기 위한 것이다.

몸체부(110)는 내시경관(10)의 전단에 착탈가능하게 설치되어, 관절암부(130)와 그리퍼부(150)를 지지하기 위한 것이다. 몸체부(110)는 장착몸체(111)와 이동몸체(115)로 이루어진다.

장착몸체(111)는 내시경관(10)의 전단에 삽입되는 삽입홀(111c)이 마련된 원통형 구조를 가진다. 장착몸체(111)의 상단과 하단에는 체결홈(111a)이 마련된다. 체결홈(111a)은 장착몸체(111)의 원주방향을 따라 마련된 링 형상의 홈이다. 체결홈(111a)은 이동몸체(115)가 걸리는 부분이다.

이동몸체(115)는 상단과 하단이 장착몸체(111)의 체결홈(111a)에 걸리는 구조를 가진다. 이동몸체(115)는 C형 단면(

)을 가진다. 이동몸체(115)는 장착몸체(111)의 외주면을 따라 이동가능한 구조를 가진다. 그리고, 이동몸체(115)는 제 1 와이어(171)와 제 2 와이어(172)의 조작에 의해 체결홈(111a)을 따라 장착몸체(111)의 원주방향을 따라 움직인다.

여기서, 이동몸체(115)의 일측에는 제 1 와이어(171)가 결합된다. 제 1 와이어(171)는 복수의 와이어 중 어느 하나이다. 제 1 와이어(171)는 얇은 와이어가 사용된다. 제 1 와이어(171)는 제 1 튜브(181)를 관통하여 이동된다.

제 1 튜브는 일단이 장착몸체(111)의 외면에 결합되고 타단이 제 1a 모터(191a)에 연결된다. 제 1 튜브(181)는 제 1 와이어(171)의 움직임을 가이드하고, 제 1 와이어(171)를 보호하기 위한 것이다. 제 1 튜브(181)는 내시경관(10)의 길이방향을 따라 랜덤하게 구불구불하게 휘어진 구조를 가진다.

이는, 제 1 와이어(171)가 제 1 튜브(181)를 따라 이동되면서, 제 1 튜브(181)의 휘어진 경로를 따라 이동되면서 제 1 이동몸체(115)로 힘을 전달하기 위함이다. 제 1 튜브(181)는 내시경관(10)의 외면에 위치된다.

그리고, 이동몸체(115)의 타측에는 제 2 와이어(172)가 결합된다. 제 2 와이어(172)는 복수의 와이어 중 어느 하나이다. 제 2 와이어(172)는 제 2 튜브(182)를 관통하여 이동된다. 제 2 튜브(182)는 일단이 제 1 튜브(181)와 이격되어 장착몸체(111)의 외면에 결합되고 타단이 제 1b 모터(191b)에 연결된다. 제 2 튜브(182)는 제 2 와이어(172)의 움직임을 가이드한다.

제 2 튜브(182)는 제 2 와이어(172)의 움직임을 가이드하고, 제 2 와이어(172)를 보호하기 위한 것이다. 제 2 튜브(182)는 내시경관(10)의 길이방향을 따라 구불구불하게 휘어진 구조를 가진다.

이는, 제 2 와이어(172)가 제 2 튜브(182)를 따라 이동되면서, 제 2 튜브(182)의 휘어진 경로를 따라 이동되면서 제 2 이동몸체(115)로 힘을 전달하기 위함이다. 제 2 튜브(182)는 내시경관(10)의 외면에 위치된다.

제 1 와이어(171) 또는 제 2 와이어(172)는 조작부(190)의 조작에 의해 이동몸체(115)를 장착몸체(111)의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 잡아당기면서, 이동몸체(115)의 위치를 가변시키기 위한 것이다.

관절암부(130)는 일단이 이동몸체(115)에 회전가능하게 설치되고, 복수의 와이어의 조작에 의해, 소정의 각도로 접혔다 펼쳐졌다 관절운동하는 부재이다. 관절암부(130)는 제 1 관절암(131)과 제 2 관절암(132)을 포함한다.

제 1 관절암(131)은 일단에 제 1 조인트(131a)가 마련되고, 타단에 제 2 관절암(132)이 마련된다. 제 1 관절암(131)은 제 1 조인트(131a)에 의해 이동몸체(115)의 상단에 회전가능하게 연결된다.

제 1 조인트(131a)의 외면에는 제 3 와이어(173)가 감겨진다. 여기서, 제 3 와이어(173)는 일단이 제 2a 모터(192a)에 연결되고 타단이 조작부(190)의 제 2b 모터(192b)에 연결된다.

제 2a 모터(192a) 또는 제 2b 모터(192b)는 제 3 와이어의 일단(173a) 또는 제 3 와이어의 타단(173b)을 잡아당겼다 놓았다 하면서, 제 3 와이어(173)를 이용하여 제 1 조인트(131a)의 회전방향을 조절할 수 있다. 제 2a 모터(192a) 또는 제 2b 모터(192b)의 작동시, 제 1 관절암(131)은 제 1 조인트(131a)를 중심축으로 하여, 제 3 와이어(173)에 의해 소정의 각도로 회전가능하게 움직인다.

제 2 관절암(132)은 일단에 제 2 조인트(132a)가 마련되고, 타단에 그리퍼장착홈(138)이 마련된다. 제 2 조인트(132a)는 제 1 관절암(131)의 타단에 회전가능하게 설치된다. 제 2 조인트(132a)의 외면에는 제 4 와이어(174)가 감겨진다. 여기서, 제 4 와이어(174)는 일단(174a)이 제 3a 모터(193a)에 연결되고 타단(174b)이 조작부(190)의 제 3b 모터(193b)에 연결된다.

제 3a 모터(193a) 또는 제 3b 모터(193b)는 제 4 와이어의 일단(174a) 또는 제 4 와이어의 타단(174b)을 잡아당겼다 놓았다 하면서, 제 4 와이어(174)를 이용하여 제 2 조인트(132a)의 회전방향을 조절할 수 있다.

제 3a 모터(193a) 또는 제 3b 모터(193b)의 작동시, 제 2 관절암(132)은 제 2 조인트(132a)를 중심축으로 하여, 제 4 와이어(174)에 의해 소정의 각도로 회전가능하게 움직이면서, 제 1 관절암(131)에 대해 접혔다 펼쳐졌다하는 관절운동을 한다.

제 3 튜브(183)는 제 3 와이어의 일단(173a)과 제 4 와이어의 일단(174a)의 이동경로 상에서 이동몸체(115)의 외면에 결합된다. 제 3 튜브(183)는 제 3 와이어의 일단(173a)과 제 4 와이어의 일단(174a)의 움직임을 가이드한다.

제 4 튜브(184)는 제 3 와이어의 타단(173b)과 제 4 와이어의 타단(174b)의 이동경로 상에서 이동몸체(115)의 외면에 결합된다. 제 4 튜브(184)는 제 3 와이어의 타단(173b)과 제 4 와이어의 타단(174b)의 움직임을 가이드한다.

제 3 튜브(183)와 제 4 튜브(184)도 상술했던 제 1 튜브(181)와 제 2 튜브(182)처럼 구불구불한 관형 구조를 가진 것이 바람직하다. 제 3 튜브(183)와 제 4 튜브(184)는 내시경관(10)의 외면에 위치된다.

한편, 그리퍼부(150)는 제 2 관절암(132)의 그리퍼장착홈(138)에 설치된다. 그리퍼부(150)는 집게구조로 내시경관(10) 수술시 조직을 잡아주는 부재이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 그리퍼부(150)는, 그리퍼몸체(151), 제 1 그리퍼바(153), 제 2 그리퍼바(154), 제 1 그리퍼축(152), 제 2 그리퍼축(158), 제 1 연결부재(155) 및 제 2 연결부재(156)를 포함한다.

그리퍼몸체(151)는 제 5 와이어(175)에 의해 그리퍼장착홈(138)에 전후이동가능하게 연결된다. 그리퍼몸체(151)에는 링크연결홈(151a)이 마련된다. 링크연결홈(151a)에는 제 1 그리퍼축(152)이 회전가능하게 연결된다. 그리고, 링크연결홈(151a)에서 제 1 그리퍼축(152)에는 제 1 연결부재(155)와 제 2 연결부재(156)가 연결된다.

제 5 와이어(175)는 그리퍼몸체(151)에 연결되며, 사용자에 의해 수동으로 조작된다. 제 5 와이어(175)는 제 1 와이어(171) 내지 제 4 와이어(174)보다 두꺼운 와이어가 사용될 수 있다.

수동으로 제 5 와이어(175)를 잡아당기면, 제 5 와이어(175)는 그리퍼몸체(151)를 잡아당기게 되고, 그리퍼몸체(151)의 제 1 그리퍼축(152)에 연결된 제 1 연결부재(155)와 제 2 연결부재(156)는 링크운동하면서 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)를 각각 잡아당기고, 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)가 제 2 그리퍼축(158)에 대해 회전하면서, 집게처럼 상호 간에 맞물렸다 벌어지게 작동될 수 있다.

제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)는, 제 5 와이어(175)의 잡아당김에 의해 그리퍼몸체(151)가 제 2 관절암(132)의 그리퍼장착홈(138)의 내면과 맞닿게 위치될 때, 제 1 요철부(153a)와 제 2 요철부(154a)가 요철결합되게 맞물리면서 내시경수술시 필요한 조직을 잡아줄 수 있다.

여기서, 제 1 연결부재(155)는 일단이 제 1 그리퍼축(152)에 연결되고, 타단이 제 1 그리퍼바(153)의 일단에 연결된다. 그리고, 제 2 연결부재(156)는 일단이 제 1 그리퍼축(152)에 연결되고, 타단이 제 2 그리퍼바(154)의 일단에 연결된다.

제 1 그리퍼바(153)는 일단이 그리퍼몸체(151)의 타단에 맞물리게 위치된다. 그리고, 제 1 그리퍼바(153)는 제 1 연결부재(155)에 의해 그리퍼몸체(151)에 연결된다. 제 1 연결부재(155)는 그리퍼몸체(151)의 위치변화시 링크운동하면서 제 1 그리퍼바(153)의 움직임을 가변시키는 부재이다.

그리고, 제 1 그리퍼바(153)는 제 2 그리퍼바(154)와 마주보는 면에 제 1 요철부(153a)가 마련된다. 여기서, 제 1 요철부(153a)는 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)가 집게처럼 조직을 잡아줄 때, 조직에 대한 마찰력을 높이기 위한 것이다.

제 2 그리퍼바(154)는 일단이 그리퍼몸체(151)의 타단에 맞물리게 위치된다. 이때, 제 2 그리퍼바(154)의 측면은 제 1 그리퍼바(153)의 측면에 맞닿게 위치된다. 제 2 그리퍼바(154)는 제 2 연결부재(156)에 의해 그리퍼몸체(151)에 연결된다. 제 2 연결부재(156)는 그리퍼몸체(151)의 위치변화시 링크운동하면서 제 2 그리퍼바(154)의 움직임을 가변시키는 부재이다.

제 2 그리퍼바(154)는 제 2 그리퍼축(158)에 의해 제 1 그리퍼바(153)에 대해 집게구조로 연결된다. 여기서, 제 2 그리퍼축(158)은 제 2 관절암(132)의 타단을 관통하여, 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)를 연결한다. 이때, 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)는 제 2 그리퍼축(158)에 의해 제 2 관절암(132)에 집게구조로 연결된다.

제 2 그리퍼바(154)는 제 1 그리퍼바(153)와 마주보는 면에 제 2 요철부(154a)가 마련된다. 제 2 요철부(154a)는 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)가 맞닿을 때 제 1 요철부(153a)와 요철결합된다. 제 2 요철부(154a)는 제 1 그리퍼바(153)와 제 2 그리퍼바(154)가 집게처럼 조직을 잡아줄 때, 조직에 대한 마찰력을 높이기 위한 것이다.

조작부(190)는 복수의 와이어에 의해 몸체부(110), 관절암부(130)와 그리퍼부(150)에 각각 연결되어, 복수의 와이어의 이동방향을 조절하여, 이동몸체(115), 관절암부(130)와 그리퍼부(150)의 움직임을 조작하기 위한 것이다. 조작부(190)는 제 1a 모터(191a), 제 1b 모터(191b), 제 2a 모터(192a), 제 2b 모터(192b), 제 3a 모터(193a), 제 3b 모터(193b)와 조작부재(195)로 이루어진다.

제 1a 모터(191a), 제 1b 모터(191b), 제 2a 모터(192a), 제 2b 모터(192b), 제 3a 모터(193a), 제 3b 모터(193b)는 복수의 와이어인 제 1 와이어(171) 내지 제 4 와이어(174)로 구동력을 제공하기 위한 것이다. 그리고, 조작부재(195)는 제 1a 모터(191a), 제 1b 모터(191b), 제 2a 모터(192a), 제 2b 모터(192b), 제 3a 모터(193a), 제 3b 모터(193b)의 작동여부, 구동속도, 회전방향 등을 각각 개별적으로 조작하기 위한 것이다.

제 1a 모터(191a)와 제 1b 모터(191b)는 제 1 와이어(171) 및 제 2 와이어(172)에 의해 이동몸체(115)에 연결된다. 제 1a 모터(191a)는 제 1 와이어(171)에 의해 이동몸체(115)의 일측에 연결된다. 그리고, 제 1b 모터(191b)는 제 2 와이어(172)에 의해 이동몸체(115)의 타측에 연결된다.

이동몸체(115)는 제 1a 모터(191a)가 작동되면 제 1 와이어(171)가 잡아당기는 방향으로 움직이고, 제 1b 모터(191b)가 작동되면 제 2 와이어(172)가 잡아당기는 방향으로 움직인다. 즉, 본 실시예에 따른 조작부(190)는 제 1a 모터(191a) 또는 제 1b 모터(191b)의 조작을 통해 이동몸체(115)가 장착몸체(111)의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동되도록 조작할 수 있다.

제 2a 모터(192a)와 제 2b 모터(192b)는 제 3 와이어(173)에 의해 제 1 관절암(131)에 연결된다. 구체적으로, 제 3 와이어(173)는 제 1 관절암(131)의 제 1 조인트(131a)의 외주면에 2-3회 감겨진 상태로, 일단이 제 2a 모터(192a)에 연결되고, 타단이 제 2b 모터(192b)에 연결된다.

제 2a 모터(192a) 또는 제 2b 모터(192b)의 작동시, 제 3 와이어(173)는 제 1 조인트(131a)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되도록 제 1 조인트(131a)를 잡아당긴다. 예를 들어, 제 2a 모터(192a)가 제 3 와이어의 일단(173a)을 잡아당기고, 제 2b 모터(192b)가 제 3 와이어의 타단(173b)을 느슨하게 풀어지도록 작동되면 시계방향으로 회전되면서, 제 1 조인트(131a)는 제 1 관절암(131)이 이동몸체(115)에 대해 뒤로 졌혀지도록 작동된다.

이와 반대로, 제 2a 모터(192a)가 제 3 와이어의 일단(173a)을 느슨하게 풀어지도록 작동되고, 제 2b 모터(192b)가 제 3 와이어의 타단(173b)을 잡아당기게 작동되면, 제 1 조인트(131a)는 반시계방향으로 회전되면서, 제 1 관절암(131)이 장착몸체(111)를 향해 앞으로 졌혀지도록 작동된다.

제 3a 모터(193a)와 제 3b 모터(193b)는 제 4 와이어(174)에 의해 제 2 관절암(132)에 연결된다. 구체적으로, 제 4 와이어(174)는 제 2 관절암(132)의 제 2 조인트(132a)의 외주면에 3-4회 감겨진 상태로, 일단이 제 3a 모터(193a)에 연결되고, 타단이 제 3b 모터(193b)에 연결된다.

제 3a 모터(193a) 또는 제 3b 모터(193b)의 작동시, 제 4 와이어(174)는 제 2 조인트(132a)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되도록 제 2 조인트(132a)를 잡아당긴다. 예를 들어, 제 3a 모터(193a)가 제 4 와이어의 일단(174a)을 잡아당기고, 제 3b 모터(193b)가 제 4 와이어의 타단(174b)을 느슨하게 풀어지도록 작동되면 시계방향으로 회전되면서, 제 2 조인트(132a)는 제 2 관절암(132)이 제 1 관절암(131)과의 간격이 벌어지면서 펼쳐지게 작동된다.

이와 반대로, 제 3a 모터(193a)가 제 4 와이어의 일단(174a)을 느슨하게 풀어지도록 작동되고, 제 3b 모터(193b)가 제 4 와이어의 타단(174b)을 잡아당기게 작동되면, 제 2 조인트(132a)는 반시계방향으로 회전되면서, 제 2 관절암(132)이 제 1 관절암(131)에 대해 접혀지도록 작동된다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100: 수술용 로봇팔 110: 몸체부
111: 장착몸체 115: 이동몸체
130: 관절암부 131: 제 1 관절암
131a: 제 1 조인트 132: 제 2 관절암
132a: 제 2 조인트 138: 그리퍼장착홈
150: 그리퍼부 151: 그리퍼몸체
151a: 링크연결홈 152: 제 1 그리퍼축
153: 제 1 그리퍼바 154: 제 2 그리퍼바
155: 제 1 연결부재 156: 제 2 연결부재
158: 제 2 그리퍼축 171: 제 1 와이어
172: 제 2 와이어 173: 제 3 와이어
174: 제 4 와이어 175: 제 5 와이어
181: 제 1 튜브 182: 제 2 튜브
183: 제 3 튜브 184: 제 4 튜브
190: 조작부 191a: 제 1a 모터
191b: 제 1b 모터 192a: 제 2a 모터
192b: 제 2b 모터 193a: 제 3a 모터
193b: 제 3b 모터 195: 조작부재

Claims

내시경관의 전단에 착탈가능하게 설치되는 장착몸체와, 상기 장착몸체의 원주방향을 따라 이동가능하게 상기 장착몸체에 설치된 이동몸체가 마련된 몸체부;
일단이 상기 이동몸체에 회전가능하게 설치되어, 소정의 각도로 접혔다 펼쳐졌다 관절운동하는 관절암부;
집게구조로 상기 관절암부의 타단에 설치된 그리퍼부;
상기 내시경관의 외면에서, 상기 이동몸체, 상기 관절암부와 상기 그리퍼부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및
상기 복수의 와이어에 각각 연결되어, 상기 복수의 와이어의 이동방향을 조절하여, 상기 이동몸체, 상기 관절암부와 상기 그리퍼부의 움직임을 조작하는 조작부를 포함하고,
상기 장착몸체는 상기 내시경관이 착탈가능하게 삽입되는 삽입홀과, 상단과 하단에 원주방향을 따라 체결홈이 마련된 원통형 구조를 가지고,
상기 이동몸체는 상단과 하단에 상기 체결홈에 삽입되어, 상기 장착몸체의 외주면을 따라 이동가능한 구조를 가지며,
상기 이동몸체의 일측에는 상기 복수의 와이어 중 제 1 와이어가 결합되고, 상기 이동몸체의 타측에는 상기 복수의 와이어 중 제 2 와이어가 결합되며,
상기 제 1 와이어와 상기 제 2 와이어는 상기 조작부의 조작에 의해 상기 이동몸체가 상기 장착몸체의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
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제 1 항에 있어서, 상기 관절암부는,
상기 이동몸체에 회전가능하게 연결되는 제 1 조인트가 마련된 제 1 관절암; 및
상기 제 1 관절암에 회전가능하게 연결되는 제 2 조인트가 마련된 제 2 관절암을 포함하고,
상기 제 1 관절암은 상기 제 1 조인트의 외면에 감겨진 제 3 와이어의 이동방향에 따라 상기 제 1 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하고,
상기 제 2 관절암은 상기 제 2 조인트의 외면에 감겨진 제 4 와이어의 이동방향에 따라 상기 제 2 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하면서, 상기 제 1 관절암에 대해 접힘 또는 펼쳐지는 관절운동하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 4 항에 있어서, 상기 그리퍼부는,
일단이 상기 제 2 관절암에 결합되고, 타단에 제 1 그리퍼축이 마련되고, 상기 복수의 와이어 중 제 5 와이어가 연결된 그리퍼몸체;
일단이 상기 그리퍼몸체의 타단에 맞물리게 위치되는 제 1 그리퍼바;
일단이 상기 그리퍼몸체의 타단에 맞물리고, 상기 제 1 그리퍼바에 맞닿게 위치된 제 2 그리퍼바;
상기 제 1 그리퍼축과 이격된 위치에서, 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바를 집게구조로 연결하는 제 2 그리퍼축;
일단이 상기 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 상기 제 1 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 1 연결부재; 및
일단이 상기 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 상기 제 2 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 2 연결부재를 포함하여,
상기 제 5 와이어가 상기 그리퍼몸체를 상기 제 2 관절암 방향으로 잡아당기면, 제 1 연결부재와 상기 제 2 연결부재는 상기 제 1 그리퍼축에 대해 링크운동하면서, 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바가 상기 제 2 그리퍼축을 중심으로 회전되면서 집게운동하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 그리퍼바는 상기 제 2 그리퍼바와 마주보는 면에 제 1 요철부가 마련되고,
상기 제 2 그리퍼바는 상기 제 1 그리퍼바와 마주보는 면에 제 2 요철부가 마련되며,
상기 제 1 요철부와 상기 제 2 요철부는 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바가 맞닿을 때 요철결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 1 항에 있어서, 복수의 와이어는,
일단이 상기 이동몸체의 일측면에 연결되고, 타단이 제 1a 모터에 연결된 제 1 와이어;
일단이 상기 이동몸체의 타측면에 연결되고, 타단이 제 1b 모터에 연결된 제 2 와이어;
상기 관절암부의 일단에 감겨지고, 일단이 제 2a 모터에 연결되고 타단이 상기 조작부의 제 2b 모터에 연결된 제 3 와이어;
상기 관절암부의 타단에 감겨지고, 제 3a 모터에 연결되고 타단이 제 3b 모터에 연결된 제 4 와이어; 및
일단이 상기 그리퍼부에 연결된 제 5 와이어를 포함하고,
상기 조작부는 상기 제 1a 모터, 상기 제 1b 모터, 상기 제 2a 모터, 상기 제 2b 모터, 상기 제 3a 모터와 상기 제 3b 모터의 작동을 조작하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 7 항에 있어서,
일단이 상기 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 상기 제 1a 모터에 연결되어, 상기 제 1 와이어의 움직임을 가이드하는 제 1 튜브;
일단이 상기 제 1 튜브와 이격되어 상기 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 상기 제 1b 모터에 연결되어, 상기 제 2 와이어의 움직임을 가이드하는 제 2 튜브;
상기 이동몸체의 외면에 결합되어, 상기 제 3 와이어의 일단과 상기 제 4 와이어의 일단의 움직임을 가이드하는 제 3 튜브; 및
상기 제 3 튜브와 이격되어 상기 이동몸체의 외면에 결합되어, 상기 제 3 와이어의 타단과 상기 제 4 와이어의 타단의 움직임을 가이드하는 제 4 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
내시경관의 전단에 착탈가능하게 설치되는 장착몸체와, 상기 장착몸체의 원주방향을 따라 이동가능하게 상기 장착몸체에 설치된 이동몸체가 마련된 몸체부;
일단이 상기 이동몸체에 회전가능하게 설치되어, 소정의 각도로 접혔다 펼쳐졌다 관절운동하는 관절암부;
집게구조로 상기 관절암부의 타단에 설치된 그리퍼부;
상기 내시경관의 외면에서, 상기 이동몸체, 상기 관절암부와 상기 그리퍼부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및
상기 복수의 와이어에 각각 연결되어, 상기 복수의 와이어의 이동방향을 조절하여, 상기 이동몸체, 상기 관절암부와 상기 그리퍼부의 움직임을 조작하는 조작부를 포함하고,
상기 복수의 와이어는,
일단이 상기 이동몸체의 일측면에 연결되고, 타단이 제 1a 모터에 연결된 제 1 와이어;
일단이 상기 이동몸체의 타측면에 연결되고, 타단이 제 1b 모터에 연결된 제 2 와이어;
상기 관절암부의 일단에 감겨지고, 일단이 제 2a 모터에 연결되고 타단이 상기 조작부의 제 2b 모터에 연결된 제 3 와이어;
상기 관절암부의 타단에 감겨지고, 제 3a 모터에 연결되고 타단이 제 3b 모터에 연결된 제 4 와이어; 및
일단이 상기 그리퍼부에 연결된 제 5 와이어를 포함하고,
상기 조작부는 상기 제 1a 모터, 상기 제 1b 모터, 상기 제 2a 모터, 상기 제 2b 모터, 상기 제 3a 모터와 상기 제 3b 모터의 작동을 조작하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 9 항에 있어서,
상기 장착몸체는 상기 내시경관이 착탈가능하게 삽입되는 삽입홀과, 상단과 하단에 원주방향을 따라 체결홈이 마련된 원통형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 10 항에 있어서,
상기 이동몸체는 상단과 하단에 상기 체결홈에 삽입되어, 상기 장착몸체의 외주면을 따라 이동가능한 구조를 가지며,
상기 이동몸체의 일측에는 상기 제 1 와이어가 결합되고, 상기 이동몸체의 타측에는 상기 제 2 와이어가 결합되며,
상기 제 1 와이어와 상기 제 2 와이어는 상기 조작부의 조작에 의해 상기 이동몸체가 상기 장착몸체의 원주방향을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 9 항에 있어서, 상기 관절암부는,
상기 이동몸체에 회전가능하게 연결되는 제 1 조인트가 마련된 제 1 관절암; 및
상기 제 1 관절암에 회전가능하게 연결되는 제 2 조인트가 마련된 제 2 관절암을 포함하고,
상기 제 1 관절암은 상기 제 1 조인트의 외면에 감겨진 상기 제 3 와이어의 이동방향에 따라 상기 제 1 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하고,
상기 제 2 관절암은 상기 제 2 조인트의 외면에 감겨진 상기 제 4 와이어의 이동방향에 따라 상기 제 2 조인트를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전운동하면서, 상기 제 1 관절암에 대해 접힘 또는 펼쳐지는 관절운동하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 12 항에 있어서, 상기 그리퍼부는,
일단이 상기 제 2 관절암에 결합되고, 타단에 제 1 그리퍼축이 마련되고, 상기 제 5 와이어가 연결된 그리퍼몸체;
일단이 상기 그리퍼몸체의 타단에 맞물리게 위치되는 제 1 그리퍼바;
일단이 상기 그리퍼몸체의 타단에 맞물리고, 상기 제 1 그리퍼바에 맞닿게 위치된 제 2 그리퍼바;
상기 제 1 그리퍼축과 이격된 위치에서, 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바를 집게구조로 연결하는 제 2 그리퍼축;
일단이 상기 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 상기 제 1 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 1 연결부재; 및
일단이 상기 제 1 그리퍼축에 연결되고, 타단이 상기 제 2 그리퍼바의 일단에 연결되는 제 2 연결부재를 포함하여,
상기 제 5 와이어가 상기 그리퍼몸체를 상기 제 2 관절암 방향으로 잡아당기면, 제 1 연결부재와 상기 제 2 연결부재는 상기 제 1 그리퍼축에 대해 링크운동하면서, 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바가 상기 제 2 그리퍼축을 중심으로 회전되면서 집게운동하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 그리퍼바는 상기 제 2 그리퍼바와 마주보는 면에 제 1 요철부가 마련되고,
상기 제 2 그리퍼바는 상기 제 1 그리퍼바와 마주보는 면에 제 2 요철부가 마련되며,
상기 제 1 요철부와 상기 제 2 요철부는 상기 제 1 그리퍼바와 상기 제 2 그리퍼바가 맞닿을 때 요철결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.
제 9 항에 있어서,
일단이 상기 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 상기 제 1a 모터에 연결되어, 상기 제 1 와이어의 움직임을 가이드하는 제 1 튜브;
일단이 상기 제 1 튜브와 이격되어 상기 장착몸체의 외면에 결합되고 타단이 상기 제 1b 모터에 연결되어, 상기 제 2 와이어의 움직임을 가이드하는 제 2 튜브;
상기 이동몸체의 외면에 결합되어, 상기 제 3 와이어의 일단과 상기 제 4 와이어의 일단의 움직임을 가이드하는 제 3 튜브; 및
상기 제 3 튜브와 이격되어 상기 이동몸체의 외면에 결합되어, 상기 제 3 와이어의 타단과 상기 제 4 와이어의 타단의 움직임을 가이드하는 제 4 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇팔.