KR101717437B1 - 휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조 - Google Patents

Abstract

휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조가 개시된다. 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 수술용 로봇 암으로부터 구동력을 전달받아 구동하며, 복수의 제1 전기 접점을 가지는 구동휠과, 구동휠에 정합 시 제1 전기 접점에 연결되고 사이에 소정의 전기 저항이 연결된 복수의 제2 전기 접점을 가지는 종동휠을 포함하는 휠의 체결 구조는 전기적, 자기적, 기구적 특성 등을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하고, 휠을 정밀하게 정렬 및 정합할 수 있으며, 체결 시 휠의 회전에 의한 오차를 보정할 수 있고, 하나의 센서를 이용하여 복수의 휠의 정렬 여부를 감지함으로써 부피 및 비용이 감소하는 효과가 있으며, 센싱의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조{Connection structure of wheel and surgical instrument}

본 발명은 휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

로봇 수술에 사용되는 수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master)부와, 마스터부로부터 신호를 받아 환자에 대해 수술에 필요한 조작을 수행하는 슬레이브(slave)부로 이루어지며, 마스터부와 슬레이브부는 통합된 하나의 로봇의 형태로 구현하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치하게 된다.

수술용 로봇에는 수술을 위한 각종 동작을 수행하기 위해 로봇 암이 구비되며, 로봇 암의 선단부에는 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착될 수 있도록 인스트루먼트 홀더가 형성된다. 로봇 암에 인스트루먼트를 장착하기 위해서는, 인스트루먼트 홀더에 멸균 어댑터(sterile adapter)를 결합하고, 멸균 어댑터에 인스트루먼트의 하우징을 끼워 넣는 방식으로 인스트루먼트가 로봇 암에 장착된다.

인스트루먼트 홀더에는 로봇에서 생성되는 구동력을 인스트루먼트로 전달하기 위한 구동휠이 형성되고, 인스트루먼트에도 구동력을 전달받기 위한 구동휠이 형성되며, 멸균 어댑터에는 인스트루먼트 홀더에 형성된 구동휠 및 인스트루먼트에 형성된 구동휠에 각각 정합되는 휠이 형성된다.

이러한 휠 구조가 서로 정합되도록 인스트루먼트 홀더에 멸균 어댑터를, 멸균 어댑터에 인스트루먼트를 장착하면, 로봇에서 생성된 구동력이 멸균 어댑터를 통해 인스트루먼트에 전달되며, 인스트루먼트의 구동휠에 연결된 와이어는 인스트루먼트의 말단부에 결합된 이펙터에 구동력을 전달함으로써, 이펙터가 움직여 수술에 필요한 다양한 조작이 이루어지게 된다.

이와 같이 수술용 로봇 암과 그에 장착되는 인스트루먼트 사이에는 멸균 어댑터가 개재되며, 멸균 어댑터에는 로봇 암 및 인스트루먼트와의 커플링(coupling) 구조가 구현되어 있다.

그러나, 종래의 로봇 암, 멸균 어댑터 및 인스트루먼트에 형성되는 휠 구조는 휠을 정밀하게 정렬시키기 위해 그 정렬 여부를 감지하기 위한 구성이 미흡하였으며, 다양한 수단에 의해 정렬 여부 감지 및 정렬 이후 작동에 필요한 힘을 전달하기 위한 구조를 제시하는데 한계가 있었다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 전기적, 자기적, 기구적 특성을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하고, 정밀하게 정렬하기 위한 휠의 체결 구조 및 해당 체결 구조를 이용하여 의료 기기의 결합 여부를 감지하기 위한 의료 기기의 체결 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 수술용 로봇 암으로부터 구동력을 전달받아 구동하는 구동휠과, 구동휠에 정합되는 종동휠과, 구동휠 또는 종동휠에 결합하며, 구동휠과 종동휠의 정합 시 발생하는 전기적 변화를 감지하여 정합 여부를 감지하는 정합 감지부를 포함하는 휠의 체결 구조가 제공된다.

여기서, 정합 감지부는, 광원과, 광원에서 방출된 광에 변화를 주는 변화 수단과, 구동휠과 종동휠의 정합 시 변화 수단에 의해 변화된 광을 감지하는 광 감지 수단을 포함할 수 있다.

여기서, 구동휠은 복수의 제1 전기 접점을 가지고, 종동휠은 구동휠에 정합 시 제1 전기 접점에 연결되고 사이에 소정의 전기 저항이 연결된 복수의 제2 전기 접점을 가질 수 있으며, 정합 감지부는, 제1 전기 접점에 연결되어 구동휠과 종동휠의 정합 시 저항값을 측정하여 정합 여부를 감지할 수 있다.

또한, 종동휠은, 구동휠과 일면에서 정합 시 제1 전기 접점에 연결되고 사이에 제1 전기 저항이 연결된 복수의 제2 전기 접점을 가지는 제1 종동휠과, 제1 종동휠의 타면과 결합하며, 제2 전기 접점에 연결되는 복수의 제3 전기 접점을 가지는 제2 종동휠과, 제2 종동휠과 일면에서 정합 시 제3 전기 접점에 연결되고 사이에 제2 전기 저항이 연결된 복수의 제4 전기 접점을 가지는 제3 종동휠을 포함할 수 있다.

여기서, 정합 감지부는 제1 전기 저항과 제2 전기 저항의 합성 저항값을 감지하여 정합 여부를 감지할 수 있으며, 구동휠에는 돌기가 돌설되고, 종동휠에는 돌기에 상응하는 홈이 형성되며, 제1 전기 접점은 돌기에 형성되고, 제2 전기 접점은 홈에 형성될 수 있다.

또한, 구동휠은 전도체로 형성되고, 돌기는, 전도체와 연결된 제1 돌기와, 전도체와 절연된 제2 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 구동휠에는 홈이 형성되고, 종동휠에는 홈에 상응하는 돌기가 돌설되며, 제1 전기 접점은 홈에 형성되고, 제2 전기 접점은 돌기에 형성될 수 있다.

여기서, 종동휠은 전도체로 형성되고, 돌기는, 전도체와 연결된 제1 돌기와, 전도체와 절연된 제2 돌기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 수술용 로봇 암으로부터 구동력을 전달받아 구동하며, 일면에 복수의 제1 요철이 형성된 구동휠과, 구동휠에 정합 시 제1 요철의 형상에 상응하여 결합하는 복수의 제2 요철을 가지는 종동휠과, 종동휠의 일측에 결합하며, 소정의 방향으로 배열된 자석과, 자석의 배열 방향을 감지하여 정렬 여부를 감지하는 자기 센서를 더 포함하는 휠의 체결 구조가 제공된다.

본 실시예는 종동휠의 일측에 결합하며, 자석의 배열 오차 정보를 저장하는 저장 수단을 더 포함할 수 있으며, 저장 수단은 RFID가 될 수 있고, 또한, 본 실시예는 RFID로부터 자석의 배열 오차 정보를 수신하는 RFID 리더기를 더 포함하되, 수술용 로봇은 수술용 인스트루먼트의 조작 시 배열 오차 정보를 참조하여 오차를 수정할 수 있다.

여기서, 제1 요철 및 제2 요철은 부채살 형상의 요철이 되거나 또는 제1 요철 및 제2 요철은 원뿔, 타원뿔 및 각뿔 중 어느 하나의 형상이 될 수 있으며, 이 경우 제1 요철 및 제2 요철의 밑면은 인접한 요철의 밑면과 접하며, 구동휠과 종동휠이 정합되는 경우 제1 요철이 제2 요철에 삽입되도록 구동휠 또는 종동휠이 일면의 법선을 축으로 회전할 수 있다.

또한, 자기 센서는 제1 요철에 각각 인접하여 위치하며, 자기 센서의 수는 제1 요철의 수와 동일하거나 2 이하 차이이고, 자석은 제2 요철에 위치하며, 자석의 수는 자기 센서의 수보다 작을 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 본체부와, 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과, 구동휠에 정합 시 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과, 본체부에 형성되며, 종동휠이 일방향으로 이동하는 경우 돌기를 일방향으로 정렬하기 위한 가이드 수단을 포함하는 휠의 체결 구조가 제공된다.

여기서, 가이드 수단은 구동휠이 노출된 본체부에 돌출 형성되며, 종동휠의 이동 방향에 상응하여 폭이 줄어드는 깔때기 형상이 될 수 있다.

또한, 돌기는 종동휠의 일부에 연장 형성되어, 종동휠이 일방향으로 이동하는 경우 돌기는 가이드 수단으로부터 편심 회전력을 전달받을 수 있다.

또한, 본 실시예는 종동휠이 구동휠과 정합되는 면에서 돌기에 인접하여 결합하며, 소정의 방향으로 배열된 자석과, 자석의 배열 방향을 감지하여 정렬 여부를 감지하는 자기 센서를 더 포함할 수 있다.

여기서, 종동휠이 구동휠과 정합되는 면과 다른 타면에, 돌기가 연장된 방향과 소정 각도를 형성하여 연장되는 제2 홈이 형성될 수 있으며, 종동휠의 타면에서 제2 홈에 인접하여 결합하며, 소정의 방향으로 배열된 제2 자석을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가이드 수단은 구동휠이 노출된 본체부에 돌출 형성되는 복수의 핀 형상이 될 수 있으며, 돌기는 종동휠의 일부에 연장 형성되어, 종동휠이 일방향으로 이동하는 경우, 돌기가 복수의 핀 형상의 가이드 수단 사이를 통과하도록 가이드 수단으로부터 편심 회전력을 전달받을 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 휠의 체결 구조가 적용되고, 수술용 로봇 암에 형성되며, 구동휠을 포함하는 인스트루먼트 홀더가 제공될 수 있으며, 상술한 휠의 체결 구조가 적용되고, 인스트루먼트 홀더에 장착되며, 종동휠을 포함하는 수술용 인스트루먼트가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 휠의 체결 구조가 적용되는 멸균 어댑터로서, 인스트루먼트 홀더에 대향하는 제1 면과, 수술용 인스트루먼트에 대향하는 제2 면을 구비하는 몸체부와, 몸체부에 탄지되고 제1 면으로 노출되며, 인스트루먼트 홀더에 형성되는 구동휠에 정합되는 제1 휠과, 몸체부에 탄지되고 제2 면으로 노출되며, 인스트루먼트에 형성되는 종동휠에 정합되는 제2 휠을 포함하는 멸균 어댑터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 사이에 개재되는 어댑터가, 수술용 인스트루먼트와 결합하는 경우 발생하는 전기적 변화를 감지하여 결합 여부를 감지하는 결합 감지부를 포함하는 의료 기기의 체결 구조가 제공된다.

결합 감지부는, 광원과, 광원에서 방출된 광에 변화를 주는 변화 수단과, 어댑터와 수술용 인스트루먼트의 결합 시 변화 수단에 의해 변화된 광을 감지하는 광 감지 수단을 포함할 수 있다.

또한, 어댑터는 복수의 제3 전기 접점을 가지고, 수술용 인스트루먼트는 어댑터에 결합 시 제3 전기 접점에 연결되고 사이에 소정의 전기 저항이 연결된 복수의 제4 전기 접점을 가질 수 있다.

여기서, 결합 감지부는, 제3 전기 접점에 연결되어 어댑터와 수술용 인스트루먼트의 결합 시 저항값을 측정하여 결합 여부를 감지할 수 있다.

또한, 인스트루먼트 홀더는 결합 감지부에 연결되는 복수의 제1 전기 접점이 형성되고, 어댑터의 일면은 인스트루먼트 홀더와 결합 시 제1 전기 접점에 연결되고 사이에 제1 전기 저항이 연결된 복수의 제2 전기 접점이 형성되며, 수술용 인스트루먼트와 결합하는 어댑터의 타면은 제2 전기 접점에 연결되는 복수의 제3 전기 접점이 형성되고, 수술용 인스트루먼트의 일면은 어댑터의 타면과 결합 시 제3 전기 접점에 연결되고 사이에 제2 전기 저항이 연결된 복수의 제4 전기 접점이 형성될 수 있다.

또한, 결합 감지부는 인스트루먼트 홀더에 결합하며, 제1 전기 접점 및 제2 전기 접점을 경유하여 제3 전기 접점에 연결될 수 있으며, 결합 감지부는 제1 전기 저항과 제2 전기 저항의 합성 저항값을 감지하여 결합 여부를 감지할 수 있다.

또한, 어댑터에는 돌기가 돌설되고, 수술용 인스트루먼트에는 돌기에 상응하는 홈이 형성되며, 제3 전기 접점은 돌기에 형성되고, 제4 전기 접점은 홈에 형성될 수 있으며, 이 경우 어댑터는 전도체로 형성되고, 돌기는, 전도체와 연결된 제1 돌기와, 전도체와 절연된 제2 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 어댑터에는 홈이 형성되고, 수술용 인스트루먼트에는 홈에 상응하는 돌기가 돌설되며, 제3 전기 접점은 홈에 형성되고, 제4 전기 접점은 돌기에 형성될 수 있으며, 이 경우 수술용 인스트루먼트는 전도체로 형성되고, 돌기는, 전도체와 연결된 제1 돌기와, 전도체와 절연된 제2 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 상기 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 본체부와, 상기 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과, 상기 구동휠에 정합 시 상기 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과, 상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트에 형성된 가이드 돌기를 수용하여 상기 수술용 인스트루먼트가 특정 진행방향으로 이동하도록 가이드하는 인스트루먼트 가이드와, 상기 본체부와 상기 인스트루먼트 가이드 사이에 결합하는 제1 탄성 수단을 포함하는 휠의 체결 구조가 제공된다.

본 실시예는 상기 본체부에 형성되며, 상기 종동휠이 상기 일방향으로 이동하는 경우 상기 돌기를 상기 일방향으로 정렬하기 위한 가이드 수단을 더 포함할 수 있으며, 상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하지 않도록 정지시키는 스토퍼를 더 포함하되, 상기 수술용 인스트루먼트를 상기 제1 탄성 수단의 탄성력에 대항하여 상기 진행방향과 다른 방향으로 이동시키는 경우 상기 수술용 인스트루먼트는 상기 스토퍼를 벗어날 수 있다.

또한, 본 실시예는 상기 스토퍼와 상기 본체부 사이에 결합하는 제2 탄성 수단을 더 포함하되, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합하기 위해 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하는 경우 상기 스토퍼는 상기 수술용 인스트루먼트에 눌린 상태이며, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합된 경우 상기 스토퍼의 위치는 상기 제2 탄성 수단에 의해 복원될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 상기 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서, 본체부와, 상기 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과, 상기 구동휠에 정합 시 상기 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과, 상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트에 형성된 가이드 돌기를 수용하여 상기 수술용 인스트루먼트가 특정 진행방향으로 이동하도록 가이드하는 인스트루먼트 가이드와, 상기 수술용 인스트루먼트에 결합하고, 상기 인스트루먼트 가이드를 밀어서 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 인스트루먼트 가이드에서 탈착되도록 하는 릴리즈 레버를 포함하는 휠의 체결 구조가 제공된다.

여기서, 상기 인스트루먼트 가이드는 상기 본체부에 회동 결합할 수 있다.

또한, 본 실시예는 상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하지 않도록 정지시키는 스토퍼와, 상기 스토퍼와 상기 본체부 사이에 결합하는 제2 탄성 수단을 더 포함하되, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합하기 위해 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하는 경우 상기 스토퍼는 상기 수술용 인스트루먼트에 눌린 상태이며, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합된 경우 상기 스토퍼의 위치는 상기 제2 탄성 수단에 의해 복원될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조는 전기적, 자기적, 기구적 특성 등을 이용하여 휠 및 각 기기의 정렬 및 결합 여부를 감지하고, 휠을 정밀하게 정렬 및 정합할 수 있으며, 체결 시 휠의 회전에 의한 오차를 보정할 수 있고, 하나의 센서를 이용하여 복수의 휠의 정렬 여부를 감지함으로써 부피 및 비용이 감소하는 효과가 있으며, 센싱의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멸균 어댑터를 나타낸 분해사시도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 멸균 어댑터가 인스트루먼트 홀더에 장착되는 상태를 나타낸 도면.
도 2b는 도 2a의 'A'에 대한 단면도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트가 멸균 어댑터에 장착되는 상태를 나타낸 도면.
도 3b는 도 3a의 'B'에 대한 단면도.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 절연 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면.
도 7a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 사시도.
도 7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 정면도.
도 7c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 원리를 설명한 도면.
도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면.
도 8b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 사시도.
도 9a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 측면도.
도 9b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 상면도.
도 9c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 결합을 감지하는 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제8 실시예에 따른 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제9 실시예에 따른 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 수술용 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더, 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트 및 그 사이에 개재되는 어댑터에 대해서 먼저 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멸균 어댑터를 나타낸 분해사시도이다. 도 1을 참조하면, 로봇 암(1), 인스트루먼트 홀더(3), 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 몸체부(12), 제1 면(14), 제2 면(17), 제1 구동휠(30), 제1 휠(20), 제2 휠(24), 제2 구동휠(50)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 멸균 어댑터(10)는, 인스트루먼트 홀더(3)에 수술용 인스트루먼트(5)를 장착하는 과정에서 그 사이에 개재되는 어댑터로서, 멸균 어댑터(10)를 이용하여 인스트루먼트(5)가 인스트루먼트 홀더(3)에 결합된다.

본 실시예에 따른 멸균 어댑터(10)는 몸체부(12)를 기준으로 양면으로 노출되는 제1 휠(20)과 제2 휠(24)로 이루어지며, 제1, 제2 휠(20, 24)은 각각 몸체부(12)에 탄성적으로 지지된다. 즉, 몸체부(12)의 인스트루먼트 홀더(3)에 대향하는 면을 제1 면(14), 인스트루먼트(5)에 대향하는 면을 제2 면(17)이라 할 때, 제1 휠(20)은 제1 면(14)으로 노출되고, 제2 휠(24)은 제2 면(17)으로 노출되어, 제1, 제2 휠(20, 24)이 몸체부(12)의 양면으로 노출된다.

한편, 제1 휠(20) 및 제2 휠(24)은 각각 스프링 등의 탄성체(도 1의 'E')를 개재하여 몸체부(12)에 결합되며, 이에 따라 제1, 제2 휠(20, 24)은 외력에 의해 함입되고, 외력이 제거되면 탄성력에 의해 다시 원래의 위치로 복귀하게 된다. 즉, 제1 휠(20)과 제2 휠(24)은 서로 연결되어 같이 회전을 하는 한편, 스프링 등을 개재하여 몸체부(12)에 결합됨으로써, 제1 휠(20)과 제2 휠(24)이 서로 밀어내는 방향으로 탄성력이 인가되도록 구성된다.

본 실시예에 따른 멸균 어댑터(10)를 인스트루먼트 홀더(3)에 장착하면 제1 면(14)이 인스트루먼트 홀더(3)에 접하게 되며, 제1 면(14)으로 노출되는 제1 휠(20)은 인스트루먼트 홀더(3)에 형성되는 제1 구동휠(30)에 정합된다.

또한, 멸균 어댑터(10)에 수술용 인스트루먼트(5)를 장착하면 제2 면(17)이 인스트루먼트(5)에 접하게 되며, 제2 면(17)으로 노출되는 제2 휠(24)은 인스트루먼트(5)에 형성되는 제2 구동휠(50)에 정합된다. 이하, 본 실시예에 따른 멸균 어댑터(10)와 인스트루먼트 홀더(3) 및 인스트루먼트(5)가 결합되는 방식에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 멸균 어댑터가 인스트루먼트 홀더에 장착되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a의 'A'에 대한 단면도이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트가 멸균 어댑터에 장착되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a의 'B'에 대한 단면도이다. 도 2a 내지 도 3b를 참조하면, 인스트루먼트 홀더(3), 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 몸체부(12), 제1 면(14), 제2 면(17), 제1 구동휠(30), 돌기(32, 33), 제1 휠(20), 홈(22, 23), 제2 휠(24), 제2 구동휠(50)이 도시되어 있다.

멸균 어댑터(10)와 인스트루먼트 홀더(3) 간의 결합 방식을 살펴보면, 인스트루먼트 홀더(3)에 형성된 제1 구동휠(30)에는 돌기(32)가 돌설되고, 제1 구동휠(30)에 대향하는 제1 휠(20)에는 돌기(32)가 삽입될 수 있는 홈(22)이 형성된다.

멸균 어댑터(10)를 인스트루먼트 홀더(3)에 장착함에 따라 제1 구동휠(30)과 제1 휠(20)은 서로 접하게 되는데, 이 때 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되면 제1 구동휠(30)과 제1 휠(20)은 서로 정합될 것이나, 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되지 않을 경우에는 돌기(32)에 의해 제1 휠(20)이 가압되게 된다. 제1 휠(20)은 멸균 어댑터(10)에 탄지되어 있으므로, 돌기(32)에 의해 제1 휠(20)이 가압되면, 도 2b의 (a)에 도시된 것처럼, 제1 휠(20)은 멸균 어댑터(10)의 표면(제1 면(14))으로부터 밀려들어간다.

이처럼 돌기(32)에 의해 제1 휠(20)이 함입된 상태에서, 제1 구동휠(30)을 좌우로 회전시키면, 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되는 경우가 발생하며, 이에 따라 돌기(32)가 제1 휠(20)을 가압하는 상태가 해제되게 된다. 이처럼, 돌기(32)에 의한 외력이 제거됨에 따라, 도 2b의 (b)에 도시된 것처럼, 제1 휠(20)은 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀하게 되며, 이로써 제1 휠(20)이 제1 구동휠(30)에 정합된다.

이와 같이 제1 휠(20)이 제1 구동휠(30)에 정합된 상태에서 제1 구동휠(30)을 회전시키면 그에 따라 제1 휠(20)이 연동하여 회전하게 되므로, 로봇으로부터 생성된 구동력이 제1 구동휠(30)을 통해 제1 휠(20)로 전달된다.

다음으로, 멸균 어댑터(10)와 수술용 인스트루먼트(5) 간의 결합 방식을 살펴보면, 제2 휠(24)에는 돌기(33)가 돌설되고, 제2 휠(24)에 대향하는 제2 구동휠(50)에는 돌기(33)가 삽입될 수 있는 홈(23)이 형성된다.

멸균 어댑터(10)에 수술용 인스트루먼트(5)를 장착함에 따라 제2 구동휠(50)과 제2 휠(24)은 서로 접하게 되는데, 이 때 돌기(33)가 홈(23)에 삽입되면 제2 구동휠(50)과 제2 휠(24)은 서로 정합될 것이나, 돌기(33)가 홈(23)에 삽입되지 않을 경우에는 제2 구동휠(50)이 돌기(33)를 가압하고 그로 인하여 제2 휠(24)이 가압되게 된다. 전술한 바와 같이 제2 휠(24)은 멸균 어댑터(10)에 탄지되어 있으므로, 돌기(33)로 인하여 제2 휠(24)이 가압되면, 도 3b의 (a)에 도시된 것처럼, 제2 휠(24)은 멸균 어댑터(10)의 표면(제2 면(17))으로부터 밀려들어간다.

제2 휠(24)이 함입된 상태에서 제1 구동휠(30)을 좌우로 회전시키면, 제1 구동휠(30)에 정합된 제1 휠(20), 및 제1 휠(20)에 연결된 제2 휠(24)이 연동하여 회전하며, 이에 따라 돌기(33)가 홈(23)에 삽입되는 경우가 발생하여 제2 휠(24)이 가압된 상태가 해제된다. 이처럼, 외력이 제거됨에 따라, 도 3b의 (b)에 도시된 것처럼, 제2 휠(24)은 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀하게 되며, 이로써 제2 휠(24)과 제2 구동휠(50)이 서로 정합된다.

이와 같이 제2 구동휠(50)과 제2 휠(24)이 정합된 상태에서 제1 구동휠(30)을 회전시키면 그에 따라 제1 휠(20), 제2 휠(24) 및 제2 구동휠(50)이 연동하여 회전하게 되므로, 로봇으로부터 생성되어 된 구동력이 제1 구동휠(30), 제1 휠(20) 및 제2 휠(24)을 통해 제2 구동휠(50)로 전달된다.

제2 구동휠(50)은 인스트루먼트(5)의 말단부에 결합된 이펙터와 와이어에 의해 연결될 수 있는데, 전술한 것처럼 구동력이 제2 구동휠(50)로 전달되어 제2 구동휠(50)이 회전함에 따라, 와이어를 통해 구동력이 이펙터로 전달되어 이펙터가 작동되게 된다.

여기에서는 제1 구동휠(30) 및 제2 휠(24)에 돌기(32, 33)가, 제1 휠(20) 및 제2 구동휠(50)에 홈(22, 23)이 형성되어 서로 정합되는 경우에 대해 설명하였으나, 돌기와 홈이 반드시 전술한 바와 같이 형성되어야 하는 것은 아니며, 한 쌍의 휠의 어느 한쪽에는 돌기를, 다른 한 쪽에는 홈을 형성하여 서로 정합되도록 할 수 있다.

나아가, 반드시 어느 하나의 휠에는 돌기를, 다른 하나의 휠에는 홈을 형성하여 정합되도록 해야 하는 것은 아니며, 한 쌍의 휠이 서로 정합되도록 할 수 있는 다양한 기구적(機構的) 구성을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 이하에서 설명될 휠의 체결 구조는 제1 휠(20), 제2 휠(4), 제1 구동휠(30), 제2 구동휠(50)이 서로 체결되는 구조이며, 어느 특정 휠에만 적용되는 구조는 아니다. 물론, 본 실시예에 따른 휠의 체결 구조가 반드시 의료용 기기에만 사용될 필요는 없으며, 복수의 휠이 결합하는 구조에 있어서 정렬 여부 감지 기술이 적용되는 구조이거나 또는 소정의 힘을 전달할 수 있는 구조라면 본 실시예들이 적용될 수 있음은 당연하다.

아울러, 이하에서 설명하는 실시예에 표현된 본체부는 휠이 결합하는 본체를 의미하며, 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 몸체부(12) 등이 될 수 있다. 또한, 구동휠과 종동휠은 휠을 구분하기 위해 지칭된 단어로서, 각각 제1 휠(20), 제2 휠(4), 제1 구동휠(30), 제2 구동휠(50) 등이 될 수 있다. 즉, 구동휠과 종동휠은 상대적인 개념으로서 동일한 휠을 지칭할 수 있다. 예를 들면, 수술용 인스트루먼트(5)에 구비된 제2 구동휠(50)은 상술한 이펙터를 구동하는 측면에서는 구동휠이 되며, 인스트루먼트 홀더(3)에 구비된 제1 구동휠(30)이 구동함에 따라 구동하는 측면에서는 종동휠이 될 수 있다. 구동휠 및 종동휠을 구동하는 원천력은 수술용 로봇 암(1)으로부터 제공받을 수 있다.

또한, 상술한 바에 의하면, 제1 휠(20)과 제2 휠(24)이 별도의 기구물로 형성된 경우를 중심으로 설명하였으나, 이하에서 설명될 실시예들은 이러한 구조에 한정되지 않으며, 동일한 구조물로 구현되어 양면에 상술한 돌기 및 홈이 각각 형성됨으로써 제1 구동휠(30)과 제2 구동휠(50)에 결합할 수 있음은 물론이다. 또한, 이하에서 설명될 실시예들은 먼저 설명된 실시예들과의 차이점을 위주로 설명한다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 제1 휠(20), 홈(22, 23), 제2 휠(24), 제1 구동휠(30), 돌기(32, 33), 정합 감지부(35), 전기 접점(43, 44), 제2 구동휠(50)이 도시된다. 이하에서 설명할 각 휠의 구조 및 기능에 대한 설명은 서로 다른 명칭을 가지는 휠에도 적용될 수 있다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 전기적 특성을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하도록 하는 특징이 있다. 즉, 복수의 휠이 서로 체결되는 경우 전기 접점이 서로 연결되어 통전되고, 센서가 통전되어 달라지는 전기적 특성을 감지함으로써 휠이 체결되었음이 감지될 수 있다.

상술한 바와 같이 제1 휠(20), 제2 휠(24), 제1 구동휠(30) 및 제2 구동휠(50)은 각각 다른 방향으로 회동 가능하여 서로 체결할 때 각 휠에 형성된 돌기(32, 33)가 홈(22, 23)에 삽입되지 않을 수 있다. 따라서 각 돌기(32, 33)가 홈(22, 23)에 삽입됨에 따라 휠이 서로 정렬되었음을 감지하는 기술이 필요한 바, 본 실시예는 전기적 특성을 이용하여 이를 감지하는 기술이다.

본 실시예는 각 휠이 서로 정합될 때 발생하는 전기적 변화를 감지함으로써, 그 정합 여부를 판별한다. 여기서, 정합시 발생하는 전기적 변화를 감지하는 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 휠의 정합 시 발생하는 전기적 변화를 감지하여 정합 여부를 감지하는 정합 감지부를 포함할 수 있으며, 정합 감지부는 전기적 신호, 저항값, 전류값, 전압값 등의 전기적 변화를 측정함으로써 정합 여부를 감지할 수 있다.

예를 들면, 정합 감지부는 하나의 휠의 일면에 구비되는 광원과, 광원의 광의 변화를 감지하는 광 감지 수단과, 상기 휠 또는 이에 대응하는 다른 휠의 일면에 구비되며 광원의 광 특성에 변화를 주는 변화 수단을 포함할 수 있다. 광원의 광 특성은 반사, 굴절, 회절, 간섭에 의해 변화될 수 있으며, 또한, 변화되는 광 특성은 광의 진행 방향, 색상, 휘도, 색좌표, 색온도, 회절 패턴, 간섭 패턴 등이 될 수 있다. 예를 들면, 변화 수단이 광을 반사하는 수단인 경우, 이러한 구조에서 휠이 서로 정합되지 않아 소정의 거리만큼 이격되는 경우 광 감지 수단은 광원의 광을 감지하지 못하며, 휠들이 서로 정합하는 경우 광원의 광은 반사 수단에서 반사되고, 광 감지 수단이 반사된 광을 감지하여 휠들이 서로 정합되었음을 감지할 수 있다. 여기서, 광 감지 수단은 포토 다이오드 등이 될 수 있으며, 반사 수단은 거울 등이 될 수 있다.

이하에서는 휠에 저항이 결합하여 저항값의 변화를 감지함으로써 정합 여부를 감지하는 경우를 중심으로 설명하지만, 상술한 바와 같이 광의 감지에 따른 전자기적 변화를 감지하거나 또는 다른 전자기적 특성의 변화를 이용하여 정합 여부를 감지하는 다양한 방법이 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예는 저항(resistance)의 변화, 정전 용량(capacitance)의 변화, 인덕턴스(inductance)의 변화 등과 같은 수동(passive) 소자를 이용한 전자기적 변화를 이용하거나 기타 능동(active) 소자를 이용하여 정합 여부를 감지할 수도 있음은 물론이다.

먼저, 제1 휠(20)과 제1 구동휠(30)의 결합 관계를 설명한다. 제1 구동휠(30)에 돌출된 돌기(32)는 제1 휠(20)에 형성된 홈(22)에 삽입됨으로써 제1 구동휠(30)과 제1 휠(20)이 서로 체결된다. 돌기(32) 및 홈(22)의 수는 하나 또는 복수개가 될 수 있으며, 그 형성 위치는 특별히 한정되지 않으며, 도 4a에서는 각각 두 개인 경우를 설명한다.

돌기(32)의 일단에는 전기 접점(43)이 형성되고, 홈(22)의 내측면에는 전기 접점(44)이 형성되어 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되는 경우 두 전기 접점(43, 44)은 서로 전기적으로 연결된다. 전기 접점(43, 44)이 돌기(32) 또는 홈(22)에 형성되는 위치는 서로 연결될 수 있는 위치라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 돌기(32)의 끝단부, 중간 부분 등 다양한 위치가 될 수 있다.

각 돌기(32)의 전기 접점(43)은 정합 감지부(35)에 연결되며, 정합 감지부(35)는 돌기(32)의 전기 접점(43)이 홈(22)의 전기 접점(44)과 접촉하는지 여부를 감지한다. 정합 감지부(35)는 전기적 신호를 수신하고 이를 해석함으로써 현재 상태 정보를 출력하는 장치가 될 수 있다.

예를 들면, 정합 감지부(35)는 저항값을 측정하고 측정된 저항값을 분석하여 전기 접점(43, 44)의 접촉 여부를 판별할 수 있다. 즉, 도 4a에 도시된 상태에서는 돌기(32)의 전기 접점(43)이 서로 이격되어 있으므로, 정합 감지부(35)가 측정한 저항값은 무한대(∞)가 된다. 하지만, 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되어 전기 접점(43, 44)이 서로 접촉하는 경우, 정합 감지부(35)가 측정한 저항값은 홈(22)에 형성된 전기 접점(44) 간에 연결된 제1 저항(R1)의 저항값이 된다.

따라서 정합 감지부(35)는 측정된 저항값을 서로 비교하거나 접촉되지 않은 상태의 저항값과 비교함으로써 전기 접점(43, 44)의 접촉 여부를 판별할 수 있다. 여기서, 정합 감지부(35)가 저항값을 감지하여 접촉 여부를 판별하는 경우를 설명하였으나, 이외의 전기적인 특성, 예를 들면, 전류값, 전압값 등을 측정하여 접촉 여부를 판별하는 경우도 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서 정합 감지부(35)는 저항측정기, 전류측정기 및 전압측정기 중 어느 하나 이상이 될 수 있다. 판별 결과는 소정의 수단, 예를 들면, 소리, 광, 떨림 등에 의해 출력하거나 또는 로봇 암(1)의 정상 동작을 개시하도록 하는 정보로서 사용될 수 있다.

다음으로, 제2 휠(24)과 제2 구동휠(50)의 결합 관계를 설명한다. 제2 휠(24)에 돌출된 돌기(33)는 제2 구동휠(50)에 형성된 홈(23)에 삽입됨으로써 제2 휠(24)과 제2 구동휠(50)이 서로 체결된다. 돌기(33)의 일단에는 전기 접점(43)이 형성되고, 홈(23)의 내측면에는 전기 접점(44)이 형성되어 돌기(33)가 홈(23)에 삽입되는 경우 돌기(33)와 홈(23)의 두 전기 접점(43, 44)은 서로 전기적으로 연결된다.

이 경우 돌기(32)와 홈(22)의 두 전기 접점(43, 44) 및 돌기(33)와 홈(23)의 두 전기 접점(43, 44)이 서로 접촉됨으로써 새로운 합성 저항을 가지는 회로가 형성된다. 즉, 홈(22)의 두 전기 접점(43) 간 연결된 제1 저항(R1)과 홈(23)의 두 전기 접점(43) 간 연결된 제2 저항(R2)이 서로 병렬 연결됨으로써, 새로운 합성 저항값(R)이 다음과 같이 산출된다.

(1)

이 경우 정합 감지부(35)는 합성 저항값(R)을 감지하여 인스트루먼트 홀더(3), 멸균 어댑터(10) 및 수술용 인스트루먼트(5)가 서로 정상 체결되었음을 감지할 수 있다.

또한, 이 경우 단지 돌기(32)가 홈(22)에 삽입되는 경우의 저항값(R1) 및 이와 함께 돌기(33)와 홈(23)에 삽입되는 경우의 저항값(R)은 서로 다르기 때문에 정합 감지부(35)는 이를 이용하여 각 휠의 체결 상태를 측정할 수 있다. 예를 들면, R1이 100Ω이고, R2가 0Ω일 때, 돌기(32)와 홈(22)의 두 전기 접점(43, 44)만이 접촉하는 경우 정합 감지부(35)는 측정하는 저항값은 100Ω이다. 하지만, 이 상태에서 돌기(33)와 홈(23)의 두 전기 접점(43, 44)도 서로 접촉하는 경우 정합 감지부(35)는 측정하는 저항값은 0Ω이다. 따라서 이러한 전기적 특성을 이용하면 각 휠의 체결 상태를 보다 정확히 감지할 수 있는 장점이 있다.

여기서, 제1 구동휠(30), 제1 휠(20), 제2 휠(24) 및 제2 구동휠(50)은 해당 명칭으로 설명하였으나, 각각 순서대로 주동휠, 제1 종동휠, 제2 종동휠 및 제3 종동휠로 지칭되어 설명될 수 있음은 물론이다.

도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 절연 상태를 도시한 도면이다. 도 4b를 참조하면, 제1 구동휠(30), 돌기(32, 32'), 전기 접점(43, 43'), 정합 감지부(35)가 도시된다.

본 실시예는 제1 구동휠(30)이 쇠와 같은 전도체로 형성되는 경우 돌기(32, 32')를 서로 절연시키기 위한 구조를 특정하는 기술이다. 제1 구동휠(30)의 개방된 외면은 전체적으로 전도체로 형성되어 있으며, 일면에 돌출된 돌기(32')가 형성된다. 제1 구동휠(30)의 개방된 외면에는 돌기(32)에 상응하여 홀이 천공되어 있으며, 돌기(32)는 해당 홀에 삽입되어 전기 접점(43)을 노출시킨다. 따라서 제1 구동휠(30)이 전도체로 형성되는 경우에도 전기 접점(43, 43')은 서로 절연된 상태로 유지될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 제1 구동휠(30), 자기 센서(37), 제2 구동휠(50), 자석(56), 저장 수단(58)이 도시된다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 자기적 특성을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하도록 하는 특징이 있다. 즉, 복수의 휠이 서로 체결되는 경우 특정 휠에 부착된 자석의 배열 방향을 감지하여 휠의 정렬 상태를 측정함으로써, 휠의 체결 여부 및 정상 정렬 여부를 감지할 수 있다.

제1 구동휠(30)과 제2 구동휠(50)이 서로 결합하는 각 면에는 소정의 요철이 형성되며, 이러한 요철은 각각 제1 요철 및 제2 요철로 지칭될 수 있다. 제1 구동휠(30)의 일면에 형성된 제1 요철은 제2 구동휠(50)에 형성된 제2 요철과 요철 결합함으로써, 제1 구동휠(30)과 제2 구동휠(50)이 서로 체결된다.

여기서, 제1 요철 및 제2 요철은 부채살 형상의 요철이 될 수 있다. 부채살 형상의 요철은 도시된 바와 같이 중심부로부터 방사형으로 연장되어 요(凹)와 철(凸)이 번갈아 형성된 요철이 될 수 있다. 제1 구동휠(30)과 제2 구동휠(50)은 이러한 부채살 형상의 요철에 의해 그 회전 정도에 무관하게 서로 결합할 수 있다. 즉, 부채살 형상의 요철은 요(凹)와 철(凸)이 번갈아 다수 형성되어 있으므로, 한쪽 휠이 소정의 각도를 유지한 채 서로 결합하더라도 그 요철 결합이 가능하다.

제2 구동휠(50)의 일면에는 자석(56)이 소정의 방향으로 배열되어 부착된다. 제1 구동휠(30) 측에 구비된 자기 센서(37)는 자석(56)의 자기적 특성을 감지하여 그 배열 상태를 감지한다. 여기서, 자석(56)과 자기 센서(37)가 제2 구동휠(50)과 제1 구동휠(30)의 각 면 중심 부위에 위치한 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이러한 특정 위치에 한정되지 않으며, 자기 센서(37)가 자석(56)의 배열을 감지할 수 있는 위치라면 본 발명에 적용가능함은 물론이다.

자기 센서(37)는 제2 구동휠(50)의 체결시 그 회전 정도를 자석(56)의 극성(N극과 S극)을 감지하여 판별할 수 있다. 예를 들면, 제2 구동휠(50)의 초기 설정 상태에 자석(56)은 N극과 S극이 소정의 기준선에 수직 또는 수평하게 배열되며, 상술한 바와 같이 제2 구동휠(50)은 소정의 각도로 회전된 상태에서도 제1 구동휠(30)과 결합할 수 있으므로, 자기 센서(37)는 자석(56)의 회전각을 측정하여 제2 구동휠(50)의 회전 정도를 감지할 수 있다.

감지된 제2 구동휠(50)의 회전각은 로봇 암(1)의 작동 시 참조되며, 제2 구동휠(50)의 작동을 보정할 수 있다. 예를 들면, 이펙터에 구비된 한 쌍의 죠가 서로 맞물려 있는 상태가 초기 설정 상태이고, 이 상태의 이펙터에 와이어로 결합하는 제2 구동휠(50)은 회전이 없는 상태이며, 자석(56)은 수술용 인스트루먼트(5)의 모서리에 평행한 상태로 배열된다고 가정할 때, 제2 구동휠(50)이 제1 구동휠(30)에 체결 시 소정의 각도로 회전한 상태에서 체결된 경우 자기 센서(37)는 그 회전각을 감지하여 이펙터의 상태 정보를 알 수 있으며, 이러한 상태 정보를 보정하여 이펙터의 정밀한 제어가 가능하다.

한편, 최초에 자석(56)이 제2 구동휠(50)에 부착될 때 오차 없이 정상 상태로 부착되는 경우에는 상술한 바와 같이 자석(56)의 회전각을 측정하여 제2 구동휠(50)의 회전 정보를 도출하는 것이 합리적이지만, 제조시 자석(56)이 제2 구동휠(50)에 부착될 때 소정의 배열 오차를 가지고 부착되는 경우에는 이러한 회전 정보 도출 절차가 의미가 없게 된다. 따라서 자석(56)이 제2 구동휠(50)에 부착된 후 정상 상태로 극성이 배열되어 부착되었는지 측정하고 측정된 정보를 저장하여 실제 사용시 이러한 측정 정보를 활용할 필요가 있다.

저장 수단(58)이 이러한 자석(56)의 배열에 대한 오차 정보를 저장한다. 즉, 수술용 인스트루먼트(5)의 제조시 자석(56)을 제2 구동휠(50)의 일면에 부착 또는 형성한 후 그 극성의 배열 상태를 측정함으로써 오차 정보를 생성하고 이를 저장 수단(58)에 저장한다. 저장 수단(58)은 수술용 인스트루먼트(5)의 일측에 부착되어 제조된 각 수술용 인스트루먼트(5)의 고유 정보를 저장하는 매체로 활용될 수 있다. 여기서, 저장 수단(58)은 RFID와 같이 정보를 저장 가능한 매체가 될 수 있다.

인스트루먼트 홀더(3) 측에서는 저장 수단(58)의 판독기, 예를 들면, RFID 리더기(미도시)를 구비한다. RFID 리더기는 저장 수단(58)으로부터 자석(56)의 배열 오차 정보를 수신하고 이를 로봇 암(1)의 제어부에 전송하거나 소정의 저장부에 저장하도록 하고, 로봇 암(1)의 제어부는 수술용 인스트루먼트(5)의 조작 시 배열 오차 정보를 참조하여 오차를 수정함으로써 수술용 인스트루먼트(5)의 동작을 보정한다. 예를 들면, 저장 수단(58)이 자석(56)이 5도 만큼 회전하여 부착되었다는 배열 오차 정보를 저장하는 경우 로봇 암(1)의 제어부는 이러한 배열 오차 정보를 참조하고, -5도만큼 보정하여 수술용 인스트루먼트(5)의 동작을 제어할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 홈(23), 제1 구동휠(30), 돌기(32), 자기 센서(37), 제2 구동휠(50), 자석(56)이 도시된다. 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 상술한 바와 같은 자기적 특성을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하되, 돌기(32)의 수를 특정하여 제2 구동휠(50)의 체결시 회전각을 제한함으로써 휠의 정렬에 대한 오차를 줄일 수 있는 특징이 있다.

제1 구동휠(30)의 개방면에는 복수의 돌기(32)가 형성되며, 제2 구동휠(50)의 개방면에는 돌기(32)가 삽입 가능한 형상의 홈(23)이 형성된다. 여기서, 돌기(32)는 상술한 제1 요철, 홈(23)은 상술한 제2 요철이 될 수 있다.

제1 구동휠(30)에 형성된 돌기(32)는 종단면이 원, 타원(일부 곡선 포함), 다각형 등인 원뿔, 타원뿔, 각뿔(다각뿔) 등이 될 수 있다. 원뿔, 타원뿔, 각뿔 등으로 구현되는 각 돌기(32)는 인접한 돌기(32)의 밑면과 접함으로써 휠의 회전 정도에 관계없이 제2 구동휠(50)의 홈(23)에 삽입될 수 있다.

예를 들면, 도시된 바와 같이 동일한 형상 및 크기의 돌기(32)가 인접한 돌기(32)와 밑면이 서로 접하고 제1 구동휠(30)의 개방면의 테두리에 접하여 4개 형성되는 경우, 제2 구동휠(50)의 초기 설정 상태에서 제1 구동휠(30)과 정합될 때 회전에 의한 최대 오차각은 45도(-45부터 +45도)가 된다. 즉, 돌기(32)의 최첨단이 홈(23)과 홈(23)이 서로 만나는 점을 향하고 있는 경우, 제2 구동휠(50)은 최대 45도만큼 회전하여 제1 구동휠(30)과 정합된다.

따라서 본 실시예에 따르면, 제2 구동휠(50)의 회전에 의한 오차 범위를 특정 범위 내로 제한할 수 있는 특징이 있다. 이러한 오차 범위는 돌기(32)의 수에 상응하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 돌기(32)의 수가 5개인 경우 오차각은 36도(-36부터 +36도)이며, 돌기(32)의 수가 N개인 경우 오차각은 (180/N)도(-(180/N)부터 +(180/N)도)가 된다. 물론, 상술한 바에 의하면 돌기(32)의 크기 및 형상이 동일한 경우를 가정하여 설명하였으나, 본 실시예는 이러한 구조에 한정되지 않으며, 돌기(32)의 크기 및 형상은 서로 다르게 구현될 수도 있다.

제2 구동휠(50)에는 자석(56)이 소정의 방향으로 배열되어 부착되며, 제1 구동휠(30)에는 자석(56)을 감지하는 자기 센서(37)가 구비된다. 자기 센서(37)의 수 및 결합 위치는 자석(56)의 결합 위치에 상응하여 정해질 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 자석(56)이 제2 구동휠(50)의 하나의 홈(23)에 마련되는 경우 자기 센서(37)는 제1 구동휠(30)에 형성된 4개의 돌기(32)에 각각 구비될 수 있다. 또한, 자석(56)은 홈(23)의 외부에서 제2 구동휠(50)에 마련될 수도 있으며, 자기 센서(37)는 돌기(32)의 외부에서 제1 구동휠(30)에 부착되거나 또는 인스트루먼트 홀더(3)의 일측, 예를 들면, 네 모서리에 각각 구비될 수도 있다(도 6b 참고).

여기서, 자기 센서(37)의 수는 돌기(32)의 수와 동일하거나 그 수의 차이가 2 이하가 될 수 있으며, 자석(56)의 수는 자기 센서의 수보다 작을 수 있다. 제1 구동휠(30)과 제2 구동휠(50)이 서로 정합되는 경우 자기 센서(37)는 자석(56)의 자기장을 감지하여 자석(56)의 위치, 그 배열 방향 및 정합 여부를 감지할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 사시도 및 정면도이고, 도 7c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 원리를 설명한 도면이다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 몸체부(12), 제1 판재(15), 제2 판재(18), 홈(23), 제2 휠(24), 가이드 수단(25), 정렬홈(27), 정렬돌기(28), 돌기(33), 제2 구동휠(50)이 도시된다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 기구적 특성을 이용하여 체결되는 휠을 정렬시키는 특징이 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 체결될 휠에 구현된 돌기를 삽입될 홈이 형성된 방향으로 정렬시킴으로써 휠을 정렬시킬 수 있다.

도 7a를 참조하면, 상술한 멸균 어댑터(10)에 깔때기 형상의 가이드 수단(25)이 돌출되어 형성된다. 여기서는 멸균 어댑터(10)를 중심으로 설명하지만, 상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 구조는 인스트루먼트 홀더(3) 및 수술용 인스트루먼트(5)에도 구현될 수 있으며, 이들을 통칭하여 본체부로 칭할 수 있다.

가이드 수단(25)은 수술용 인스트루먼트(5)가 슬라이딩 방식으로 삽입되는 방향의 멸균 어댑터(10)의 일측에 형성되며, 제2 휠(24)로 향할수록 그 폭이 좁아지는 형상이 될 수 있다. 돌기(33)와 홈(23)은 일방향으로 연장되어 형성되며, 홈(23)의 형상은 돌기(33)가 정합될 수 있는 형상이 될 수 있다.

도 7b 및 도 7c를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5)가 슬라이딩 방식으로 삽입되는 경우 제2 구동휠(50)에 형성된 돌기(33)는 가이드 수단(25)에 의해 편심 회전력을 제공받아 제2 휠(24)에 형성된 홈(23)의 방향에 상응하여 정렬된다.

여기서, 인스트루먼트(5)를 멸균 어댑터(10)에 슬라이딩 방식으로 장착할 경우, 인스트루먼트(5)가 멸균 어댑터(10) 상의 정확한 위치에 장착되도록 하기 위해, 본 실시예에 따른 인스트루먼트(5)에는 정렬(align) 수단이 형성될 수 있다. 즉, 도 7b에 도시된 것처럼 인스트루먼트(5)의 단부에 정렬홈(27)이 함입, 형성될 경우, 제2 판재(18)의 일단부에도 정렬홈(27)에 정합될 수 있는 정렬돌기(28)를 돌설(突設)할 수 있다.

도 7b에 도시된 것처럼 인스트루먼트(5)를 슬라이드 이동시켜 멸균 어댑터(10)에 장착할 경우, 정렬홈(27)에 정렬돌기(28)가 정합될 때까지 인스트루먼트(5)를 이동시켜 장착함으로써 인스트루먼트(5)가 정확한 위치에 정렬되도록 할 수 있다. 본 실시예에 따른 정렬홈(27) 및 정렬돌기(28)는 미리 지정된 위치에서 인스트루먼트(5)가 멸균 어댑터(10)에 장착되도록 정렬하는 역할을 하는 것이므로, 정렬홈(27)과 정렬돌기(28) 사이에 유격(裕隔)이 발생하지 않도록 정교하게 제작할 수 있다.

도 7c를 참조하면, 제2 구동휠(50)에 형성된 돌기(33)는 제2 구동휠(50)의 일부에 편심되어 돌출 형성된다. 편심은 어떤 물체의 중심이 한쪽으로 치우쳐 있어 중심이 서로 맞지 않은 상태이므로, 돌기(33)가 회전된 상태에서 가이드 수단(25)을 지나는 경우 돌기(33)는 가이드 수단(25)의 양 날개 중 어느 하나의 날개에 의한 항력에 의해 회전하게 된다.

가이드 수단(25)의 일단의 폭은 넓고 제2 휠(24) 방향의 타단의 폭은 좁기 때문에 상술한 항력이 돌기(33)에게 편심 회전력으로 작용하여 돌기(33)는 홈(23)에 삽입 가능한 상태로 회전한다. 여기서 가이드 수단(25)의 타단의 내측 폭은 홈(23)의 폭과 동일하거나 거의 유사할 정도로 넓을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 가이드 수단(25)이 제공하는 편심 회전력에 의해 돌기(33)가 회전하고, 이에 상응하여 제2 구동휠(50)이 회전함으로써 제2 구동휠(50)은 최초의 설정 상태로 제2 휠(24)에 정합될 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 도면이며, 도 8b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기적 특성에 의해 정렬을 감지하는 휠의 체결 구조를 도시한 사시도이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 로봇 암(1), 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 몸체부(12), 제1 면(14), 제2 면(17), 제1 휠(20), 홈(22, 23), 제2 휠(24), 제1 구동휠(30), 돌기(32, 33), 자기 센서(37), 자석(41, 42, 56), 제2 구동휠(50)이 도시된다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 자기적 특성을 이용하여 휠의 정렬 여부를 감지하되, 하나의 자기 센서(37)를 이용하여 복수의 휠의 정렬 여부를 감지할 수 있는 특징이 있다. 즉, 제1 휠(20)과 제2 휠(24)이 서로 마주보지 않는 양면에 형성된 돌기(32)와 홈(23)을 90도만큼 회전되도록 구현함으로써 제1 구동휠(30) 측에 마련된 하나의 자기 센서(37)를 활용하여 제1 구동휠(30), 제1 휠(20), 제2 휠(24) 및 제2 구동휠(50)의 정렬 여부를 감지할 수 있다. 돌기(32)와 홈(23)의 연장 방향이 형성하는 각도는 90도, 180도, 기타 특정 각도가 될 수 있으며, 이하에서는 90인 경우를 중심으로 설명한다.

또한, 여기서는, 제1 휠(20)과 제2 휠(24)이 서로 다른 경우를 중심으로 설명하지만, 본 실시예는 이러한 구조에 한정되지 않으며, 예를 들면, 하나의 휠의 일면에 돌기(32)와 자석(41)이 형성되고, 타면에 홈(23)과 자석(42)이 형성된 경우도 설명할 원리로 동일하게 동작될 수 있음은 물론이다.

휠의 체결 순서 및 정렬 감지 순서를 살펴보면, 먼저, 제1 구동휠(30)과 제1 휠(20)을 정합 및 체결하고, 자기 센서(37)가 자석(41)을 감지하여 제1 휠(20)의 정상 정렬 여부를 판별한다. 그 다음, 제1 구동휠(30)을 90도 회전하여 제1 휠(20) 및 이에 체결된 제2 휠(24)을 90도 회전시킴으로써, 자기 센서(37)가 제2 휠(24)에 상술한 바와 같이 자석(41)에 대해 특정한 각도만큼 회전하여 부착된 자석(42)을 감지하여 회전 정도 및 정렬 정도를 감지할 수 있다. 이후 제2 구동휠(50)을 제2 휠(24)에 정합하고, 자기 센서(37)가 제2 구동휠(50)에 부착된 자석(56)을 센싱하여 제2 구동휠(50)의 정렬 상태를 체크할 수 있다. 여기서, 제2 휠(24)의 자석(42) 및 제2 구동휠(50)에 부착된 자석(56) 중 어느 하나의 자석은 부착되지 않을 수 있으며, 이 경우 자기 센서(37)는 부착된 어느 하나의 자석만을 센싱하여 제2 구동휠(50)의 정렬 상태를 측정할 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 하나의 자기 센서(37)로 복수의 휠의 정렬 상태를 센싱할 수 있으므로, 부피 및 비용이 감소하는 효과가 있으며, 또한, 멸균 어댑터(10)의 폭을 작게 하는 경우 센싱의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 기구적 특성에 의해 휠을 정렬하는 휠의 체결 구조를 도시한 측면도, 상면도 및 단면도이다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 홈(23), 제2 휠(24), 돌기(33), 제2 구동휠(50), 풀리(pulley)(55), 가이드 핀(61)이 도시된다. 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다.

본 실시예에 따른 휠의 체결 구조는 상술한 바와 다른 기구적 특성을 이용하여 체결되는 휠을 정렬시키는 특징이 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 상술한 가이드 수단이 핀 형상인 가이드 핀을 이용하여 체결될 휠에 구현된 돌기를 삽입될 홈이 형성된 방향으로 정렬시킴으로써 휠을 정렬시킬 수 있다.

도 9a, 도 9a의 A 방향에서 바라본 도 9b 및 도 9a의 B에 따른 단면도인 도 9c를 참조하면, 제2 구동휠(50)에 대향하는 제2 휠(24)의 일면 또는 멸균 어댑터(10)에는 제2 구동휠(50)의 돌기(33)를 회전시켜서 제2 휠(24)의 홈(23)에 삽입되도록 정렬하는 가이드 핀(61)이 형성된다. 가이드 핀(61)은 제2 구동휠(50)의 돌기(33)가 그 사이로 통과할 수 있도록 양측에 복수로 형성될 수 있으며, 가이드 핀(61) 간의 폭은 돌기(33)의 폭과 대체적으로 동일하거나 커서, 돌기(33)가 그 사이로 통과할 수 있는 만큼의 폭이 될 수 있다. 풀리(pulley)(55)는 제2 구동휠(50)의 회전에 의해 회전함으로써 수술용 인스트루먼트(5)의 샤프트, 이펙터 등의 움직임을 제어한다.

도 9b에서 확대 부분(C)을 참조하면, 제2 구동휠(50)에 형성된 돌기(33)는 제2 구동휠(50)의 일부에 편심되어 돌출 형성된다. 편심은 상술한 바와 같이 어떤 물체의 중심이 한쪽으로 치우쳐 있어 중심이 서로 맞지 않은 상태이므로, 돌기(33)가 회전된 상태에서 가이드 핀(61)을 지나는 경우 돌기(33)는 가이드 핀(61)에 부딪혀 발생한 항력에 의해 회전하게 된다. 가이드 핀(61) 간의 폭이 돌기(33)의 폭과 동일하거나 거의 유사할 정도로 넓은 경우, 돌기(33)는 홈(23)에 삽입 가능한 상태로 회전한다.

본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이 가이드 핀(61)이 제공하는 편심 회전력에 의해 돌기(33)가 회전하고, 이에 상응하여 제2 구동휠(50)이 회전함으로써 제2 구동휠(50)은 최초의 설정 상태로 제2 휠(24)에 정합될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전기적 특성에 의해 결합을 감지하는 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 제1 휠(20), 제2 휠(24), 제1 구동휠(30), 제2 구동휠(50), 전기 접점(63, 64), 결합 감지부(65)가 도시된다.

본 실시예에 따른 의료 기기의 체결 구조는 전기적 특성을 이용하여 의료 기기의 결합 여부를 감지하도록 하는 특징이 있다. 즉, 상술한 휠의 체결 구조와 같이 복수의 의료 기기가 서로 체결되는 경우 발생하는 전기적 변화를 감지함으로써, 그 결합 여부를 판별할 수 있다.

본 실시예는 상술한 전기적 변화를 감지하여 휠의 정합 여부를 감지하는 기술을 이용하여 의료 기기의 체결 여부를 감지할 수 있다. 따라서 상술한 실시예들의 내용은 본 실시예에 준용 가능하며, 각 구조 및 기능의 차별에 의해 구체적인 체결 구조가 달라질 수 있다. 즉, 상술한 실시예에서의 휠 및 정합 감지부 등에 대한 설명은 본 실시예에서 각각 의료 기기 및 결합 감지부 등에 적용가능하다. 이하에서는 상술한 바와의 차이점을 위주로 설명한다.

본 실시예에 따른 의료 기기는 인스트루먼트 홀더(3), 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10) 등이 될 수 있다. 이외에도 서로 결합하여 동작하는 기타 다양한 종류의 의료 기기의 결합 구조에 본 실시예가 적용될 수 있음은 물론이다.

도 10을 참조하면, 인스트루먼트 홀더(3), 멸균 어댑터(10), 수술용 인스트루먼트(5)가 순서대로 결합한다. 세 가지 의료 기기가 결합하기 때문에 결합 면은 4면이 되며, 이를 인스트루먼트 홀더(3)의 일면, 멸균 어댑터(10)의 일면 및 타면, 수술용 인스트루먼트(5)의 일면이라 지칭한다.

인스트루먼트 홀더(3)의 일면에는 복수의 제1 전기 접점(63)이 형성되고, 인스트루먼트 홀더(3)의 일면과 결합하는 멸균 어댑터(10)의 일면에는 복수의 제2 전기 접점(64)이 형성되며, 멸균 어댑터(10)의 타면에는 복수의 제3 전기 접점(63)이 형성되고, 멸균 어댑터(10)의 타면과 결합하는 수술용 인스트루먼트(5)의 일면에는 복수의 제4 전기 접점(64)이 형성된다. 각 전기 접점(63, 64)이 각 면에 형성되는 위치는 특별히 한정되지 않으며, 서로 전기적으로 연결될 수 있는 위치에 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 인스트루먼트 홀더(3)와 멸균 어댑터(10)가 결합하면 각 전기 접점(63, 64)이 연결되고, 멸균 어댑터(10)와 수술용 인스트루먼트(5)가 결합하면 각 전기 접점(63, 64)이 연결됨으로써, 결합 대상에 따라 서로 다른 회로가 구성되고, 각 저항(R3, R4)에 의해 전체 저항값이 달라지며, 인스트루먼트 홀더(3) 측에 마련된 결합 감지부(65)는 이러한 저항값을 측정하여 각 의료 기기의 결합 여부를 감지할 수 있다. 이상의 방식을 이용하여 인스트루먼트 홀더(3), 멸균 어댑터(10) 및 수술용 인스트루먼트(5)의 체결을 감지함은 물론 상술한 각각의 구동휠과 종동휠의 체결도 감지할 수 있다.

도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제8 실시예에 따른 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면이다. 보다 자세하게 설명하면, 도 11a는 수술용 인스트루먼트(5)의 사시도이고, 도 11b는 멸균 어댑터(10)의 사시도이며, 도 11c는 수술용 인스트루먼트(5)와 멸균 어댑터(10)가 결합한 상태의 측면도이고, 도 11d는 수술용 인스트루먼트(5)와 멸균 어댑터(10)가 결합한 상태의 정면도이며, 도 11e는 도 11d의 C-C 라인 단면도이다. 도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 제1 탄성 수단(11), 가이드 홈(16), 인스트루먼트 가이드(19), 스토퍼(29), 가이드 돌기(59), 가이드 핀(61)이 도시된다. 상술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.

본 실시예는 휠의 체결 구조에 있어서, 안정적으로 휠이 결합할 뿐만 아니라, 사용자가 쉽게 휠을 탈착시킬 수 있는 구조를 제시한다. 즉, 본 실시예는, 휠이 부착된 의료 기기의 진행 방향에 가이드 및 스토퍼를 마련하여 안정적이고 쉽게 휠을 이동 및 결합시킬 수 있으며, 탈착시 탄성 수단을 이용하여 탈착시키는 방향을 다양하게 구현할 수 있는 특징이 있다. 여기서는, 수술용 인스트루먼트(5)와 멸균 어댑터(10)가 결합한 상태를 설명하지만, 본 실시예는 멸균 어댑터(10)와 인스트루먼트 홀더(3)가 결합하는 경우 및/또는 수술용 인스트루먼트(5)와 인스트루먼트 홀더(3)가 결합하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.

수술용 인스트루먼트(5)의 가이드 돌기(59)는 인스트루먼트 가이드(19)의 내측에 형성된 가이드 홈(16)을 따라 이동하여 휠이 서로 결합한다. 도 11c를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5)는 가이드 돌기(59)가 가이드 홈(16)에 수용된 상태에서 B의 역방향으로 이동하여 멸균 어댑터(10)와 결합한다. 이 경우 수술용 인스트루먼트(5)의 휠과 멸균 어댑터(10)의 휠이 정합되는 경우 스토퍼(29)는 수술용 인스트루먼트(5)가 B방향으로 이동하지 못하도록 막는 역할을 수행한다.

수술용 인스트루먼트(5) 탈착시, 사용자는 수술용 인스트루먼트(5)를 A방향으로 이동시킨 후 B방향으로 이동시키는 2단계 탈착 구조를 이용할 수 있다. 즉, 수술용 인스트루먼트(5)의 가이드 돌기(59)가 가이드 홈(16)에 수용된 상태에서 수술용 인스트루먼트(5)를 A방향으로 이동시켜서 수술용 인스트루먼트(5)가 스토퍼(29)를 벗어나게 한 후, 가이드 돌기(59)가 가이드 홈(16)을 따라 결합시 진행방향과 반대 방향으로 이동시켜서 수술용 인스트루먼트(5)를 멸균 어댑터(10)로부터 분리시킬 수 있다.

도 11e를 참조하면, 인스트루먼트 가이드(19)는 멸균 어댑터(10)의 본체부와 제1 탄성 수단(11)을 매개로 결합하여, 인스트루먼트 가이드(19)는 A방향으로 이동시 다시 A방향의 역방향으로 이동하도록 제1 탄성 수단(11)으로부터 탄성력을 인가받을 수 있다. 여기서, 제1 탄성 수단(11)은 스프링이 될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 스토퍼(29)는 멸균 어댑터(10)의 본체부와 제2 탄성 수단을 매개로 결합할 수 있다. 제2 탄성 수단은 스토퍼(29)에 탄성력을 인가하여 스토퍼(29)가 눌리는 경우 이를 원 상태로 복원시키는 힘을 부가한다. 즉, 수술용 인스트루먼트(5)가 B방향의 역방향으로 이동하는 경우 스토퍼(29)는 눌려 있으며, 수술용 인스트루먼트(5)가 휠의 정합 위치에 도달하는 경우 스토퍼(29)는 수술용 인스트루먼트(5)가 B방향으로 이동하지 못하도록 복원된다. 또한, 이 상태에서 사용자는 스토퍼(29)를 누르고, 수술용 인스트루먼트(5)를 B방향으로 이동시킴으로써 수술용 인스트루먼트(5)를 멸균 어댑터(10)로부터 분리할 수 있다.

도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제9 실시예에 따른 의료 기기의 체결 구조를 도시한 도면이다. 보다 자세하게 설명하면, 도 12a는 수술용 인스트루먼트(5)와 멸균 어댑터(10)가 결합한 상태의 사시도이고, 도 12b는 수술용 인스트루먼트(5)의 사시도이며, 도 12c는 멸균 어댑터(10)의 정면도이고, 도 12d는 도 12c의 C-C 라인 단면도이다. 도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 수술용 인스트루먼트(5), 멸균 어댑터(10), 릴리즈 레버(13), 인스트루먼트 가이드(19), 제2 휠(24), 푸쉬 수단(26), 스토퍼(29), 돌기(33), 제2 구동휠(50), 가이드 핀(61), 전기 접점(63)이 도시된다. 상술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.

본 실시예는 휠의 체결 구조에 있어서, 사용자가 레버를 이용하여 쉽게 휠을 탈착시킬 수 있는 구조를 제시한다. 즉, 본 실시예는 휠의 탈착시 릴리즈 레버(13)를 이용하여 인스트루먼트 가이드(19)를 밀어서 가이드 돌기(59)가 가이드 홈(16)에서 빠져 나와 수술용 인스트루먼트(5)를 멸균 어댑터(10)로부터 쉽게 이탈되도록 하는 특징이 있다.

도 12b를 참조하면, 릴리즈 레버(13)는 수술용 인스트루먼트(5)에 부착되어 사용자가 누르는 경우 타단이 돌출되는 구조를 가진다. 여기서, 릴리즈 레버(13)의 타단은 푸쉬 수단(26)으로 지칭될 수 있다. 도 12a를 참조하면, 릴리즈 레버(13)가 눌리는 경우 푸쉬 수단(26)은 인스트루먼트 가이드(19)를 밀어서, A축을 중심으로 인스트루먼트 가이드(19)를 회전시킬 수 있다. 인스트루먼트 가이드(19)가 회전하는 경우 상술한 가이드 돌기(59)는 가이드 홈(16)에서 이탈되어 사용자는 가이드 홈(16)의 형성 방향과 무관한 방향으로 인스트루먼트(5)를 이동시켜서 이를 멸균 어댑터(10)로부터 분리시킬 수 있다.

도 12d를 참조하면, 상술한 전기 접점(63)과 저항(R3)은 멸균 어댑터(10)의 일단측에 형성되어, 수술용 인스트루먼트(5)가 멸균 어댑터(10)에 동작 가능한 상태로 체결되는 경우 그 체결 여부를 감지하는데 사용될 수 있다. 즉, 인스트루먼트(5)가 멸균 어댑터(10)에 체결되는 경우 전기 접점(63)은 상술한 전기 접점(64)과 전기적으로 결합하고, 결합 감지부(65)는 변화된 저항값을 측정하여 각 의료 기기의 결합 여부를 감지할 수 있다.

이 경우에도 상술한 바와 같이, 스토퍼(29)와 제2 탄성 수단을 이용하여 수술용 인스트루먼트(5)와 멸균 어댑터(10)의 분리 및 결합을 조작할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 수술용 인스트루먼트(5)가 B방향의 역방향으로 이동하는 경우 스토퍼(29)는 눌려 있으며, 수술용 인스트루먼트(5)가 휠의 정합 위치에 도달하는 경우 스토퍼(29)는 수술용 인스트루먼트(5)가 B방향으로 이동하지 못하도록 복원되어 있으며, 이 상태에서 사용자는 스토퍼(29)를 누르고, 수술용 인스트루먼트(5)를 B방향으로 이동시킴으로써 수술용 인스트루먼트(5)를 멸균 어댑터(10)로부터 분리할 수 있다.

해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 로봇 암 3 : 인스트루먼트 홀더
5 : 인스트루먼트 10 : 멸균 어댑터
11 : 제1 탄성 수단 12 : 몸체부
13 : 릴리즈 레버 14 : 제1 면
15 : 제1 판재 16 : 가이드 홈
17 : 제2 면 18 : 제2 판재
19 : 인스트루먼트 가이드 20 : 제1 휠
22, 23 : 홈 24 : 제2 휠
25 : 가이드 수단 26 : 푸쉬 수단
27 : 정렬홈 28 : 정렬돌기
29 : 스토퍼 30 : 제1 구동휠
32, 33 : 돌기 35 : 정합 감지부
37 : 자기 센서 41, 42, 56 : 자석
43, 44 : 전기 접점 50 : 제2 구동휠
55 : 풀리(pulley) 58 : 저장 수단
59 : 가이드 돌기 61 : 가이드 핀
63, 64 : 전기 접점 65 : 결합 감지부

Claims (16)

1. 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 상기 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서,
   본체부와;
   상기 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과;
   상기 구동휠에 정합 시 상기 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과;
   상기 본체부에 형성되며, 상기 종동휠이 상기 일방향으로 이동하는 경우 상기 돌기를 상기 일방향으로 정렬하기 위한 가이드 수단을 포함하는 휠의 체결 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 수단은 상기 구동휠이 노출된 상기 본체부에 돌출 형성되며, 상기 종동휠의 이동 방향에 상응하여 폭이 줄어드는 깔때기 형상인 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 종동휠의 일부에 연장 형성되어, 상기 종동휠이 상기 일방향으로 이동하는 경우 상기 돌기는 상기 가이드 수단으로부터 편심 회전력을 전달받는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합되는 면에서 상기 돌기에 인접하여 결합하며, 소정의 방향으로 배열된 자석과;
   상기 자석의 배열 방향을 감지하여 정렬 여부를 감지하는 자기 센서를 더 포함하는 휠의 체결 구조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합되는 면과 다른 타면에, 상기 돌기가 연장된 방향과 소정 각도를 형성하여 연장되는 제2 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 종동휠의 타면에서 상기 제2 홈에 인접하여 결합하며, 소정의 방향으로 배열된 제2 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 수단은 상기 구동휠이 노출된 상기 본체부에 돌출 형성되는 복수의 핀 형상인 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 종동휠의 일부에 연장 형성되어, 상기 종동휠이 상기 일방향으로 이동하는 경우, 상기 돌기가 상기 복수의 핀 형상의 가이드 수단 사이를 통과하도록 상기 가이드 수단으로부터 편심 회전력을 전달받는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
   
9. 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 상기 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서,
   본체부와;
   상기 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과;
   상기 구동휠에 정합 시 상기 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과;
   상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트에 형성된 가이드 돌기를 수용하여 상기 수술용 인스트루먼트가 특정 진행방향으로 이동하도록 가이드하는 인스트루먼트 가이드와;
   상기 본체부와 상기 인스트루먼트 가이드 사이에 결합하는 제1 탄성 수단을 포함하는 휠의 체결 구조.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 본체부에 형성되며, 상기 종동휠이 상기 일방향으로 이동하는 경우 상기 종동휠에 형성된 돌기를 상기 일방향으로 정렬하기 위한 가이드 수단을 더 포함하는 휠의 체결 구조.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하지 않도록 정지시키는 스토퍼를 더 포함하되,
    상기 수술용 인스트루먼트를 상기 제1 탄성 수단의 탄성력에 대항하여 상기 진행방향과 다른 방향으로 이동시키는 경우 상기 수술용 인스트루먼트는 상기 스토퍼를 벗어나는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 스토퍼와 상기 본체부 사이에 결합하는 제2 탄성 수단을 더 포함하되,
    상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합하기 위해 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하는 경우 상기 스토퍼는 상기 수술용 인스트루먼트에 눌린 상태이며, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합된 경우 상기 스토퍼의 위치는 상기 제2 탄성 수단에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
    
13. 수술용 로봇의 로봇 암에 형성되는 인스트루먼트 홀더와, 상기 인스트루먼트 홀더에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 체결을 위한 휠의 체결 구조로서,
    본체부와;
    상기 본체부에 탄지되고 일면에 일방향으로 연장된 홈이 형성된 구동휠과;
    상기 구동휠에 정합 시 상기 홈에 상응하는 돌기가 형성되는 종동휠과;
    상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트에 형성된 가이드 돌기를 수용하여 상기 수술용 인스트루먼트가 특정 진행방향으로 이동하도록 가이드하는 인스트루먼트 가이드와;
    상기 수술용 인스트루먼트에 결합하고, 상기 인스트루먼트 가이드를 밀어서 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 인스트루먼트 가이드에서 탈착되도록 하는 릴리즈 레버를 포함하는 휠의 체결 구조.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 인스트루먼트 가이드는 상기 본체부에 회동 결합하는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 본체부에 결합하고, 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하지 않도록 정지시키는 스토퍼와;
    상기 스토퍼와 상기 본체부 사이에 결합하는 제2 탄성 수단을 더 포함하되,
    상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합하기 위해 상기 수술용 인스트루먼트가 상기 진행방향으로 이동하는 경우 상기 스토퍼는 상기 수술용 인스트루먼트에 눌린 상태이며, 상기 종동휠이 상기 구동휠과 정합된 경우 상기 스토퍼의 위치는 상기 제2 탄성 수단에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 휠의 체결 구조.
    
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 휠의 체결 구조가 적용되며, 상기 종동휠을 포함하는 수술용 인스트루먼트.

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