KR102052446B1

KR102052446B1 - 동축형 튜브 로봇의 구동기

Info

Publication number: KR102052446B1
Application number: KR1020180063672A
Authority: KR
Inventors: 고성영; 무하매드 우마르 파루크; 서빈상
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2019-12-05

Abstract

본 발명은 동축형 튜브 로봇의 구동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중첩된 형상가변튜브의 회전운동 및 병진운동을 위한 동력원으로써 중공축 모터를 제공하여 구성을 간소화하여 로보 제어 정밀도를 높이고, 구동기 전체 크기를 컴팩트화할 수 있도록 한 동축형 튜브 로봇의 구동기에 관한 것이다.
이를 위해, 복수의 형상가변튜브가 서로 중첩되어 마련되되, 중첩의 정도와 방향에 따라 형상이 가변하는 형상가변튜브 조립체를 포함하는 동축형 튜브 로봇이 제공되고, 베이스; 베이스의 길이 방향으로 복수로 설치되며, 복수의 형상가변튜브가 직경 크기순으로 중첩 결합되되 복수의 형상가변튜브를 각각 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 회전동력발생수단; 상기 회전동력발생수단을 병진운동시키면서 중첩된 형상가변튜브의 중첩의 정도를 가변시킬 수 있는 병진동력발생수단:을 포함하며, 상기 회전동력발생수단은 중공축 모터이며, 상기 병진동력발생수단은, 상기 베이스의 길이 방향으로 설치된 스크류; 상기 스크류 상에 결합된 복수의 중공축 모터; 상기 중공축 모터의 회전동력에 연동되며, 상기 스크류에 나사 결합된 너트를 포함하고, 상기 회전동력발생수단과 상기 병진동력발생수단 사이에는 회전동력발생수단 및 병진동력발생수단을 연결시킬 수 있도록 구성된 연결지그가 마련되고, 상기 병진동력발생수단의 중공축 모터는 각각 회전 동력을 발생하면서 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성되며, 상기 베이스의 일측에는 상기 스크류를 정,역 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 구동부가 설치되어, 상기 병진동력발생수단을 구성하는 복수의 중공축 모터는 상기 구동부의 동력에 의한 스크류 회전에 의해 일률적으로 이동될 수 있도록 구성되고, 상기 너트는 병진동력발생수단의 중공축 모터에 축 결합되고, 병진동력발생수단의 중공축모터는 너트에 회전 동력을 발생하여 스크류 상에서의 너트 이동을 통해 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동축형 튜브 로봇의 구동기를 제공한다.

Description

동축형 튜브 로봇의 구동기{An actuating module for a concentric tube robot}

본 발명은 동축형 튜브 로봇의 구동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구성을 간소화하여 장치를 컴팩트화하고, 로봇 제어의 정밀도가 감소되지 않도록 한 동축형 튜브 로봇의 구동기에 관한 것이다.

최근에는 관절(Joint)과 링크(Link)로 이루어진 일반적인 로봇과는 달리, 다양한 타입의 로봇이 개발되고 있다.

다양한 타입의 로봇 중, 연속체 로봇(Continuum Robot)은 몸체의 형태가 연속적으로 변화하여 끝단의 위치와 방향이 변화되는 로봇 구조를 의미하며, 동축형 튜브 로봇은 그 중 대표적인 예이다.

이러한 동축형 튜브 로봇은 의료 분야에 적용되며, 특히 최소침습수술을 위해 사용되고 있다.

최소침습수술이란 배를 열지 않고 절개부위를 최소화해 시행하는 수술로, 절개 부위가 작아 흉터나 후유증이 거의 없고 회복이 빠른 장점이 있는 의료행위로써, 상기 동축형 튜브 로봇이 사용된다.

이하, 도 1 내지 도 3를 참조하여 동축형 튜브 로봇에 대하여 살펴보도록 한다.

도 1은 동축형 튜브 로봇을 구성하는 복수의 튜브(10,20,30)를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 튜브들(10,20,30)에 의해 구성된 동축형 튜브 로봇을 개념적으로 도시한 것이다.

도 1은 3개의 튜브가 사용되는 상황을 보여주고 있으며, 외부 튜브(30)는 기본 형상이 직선이고, 중간 튜브(20)는 끝단이 호(arc)를 형성하는 형태, 내부 튜브(10)는 끝단이 S형태로 이루어진 경우를 보여주고 있다.

외부튜브(30)의 강성은 중간 튜브(20) 또는 내부 튜브(10) 보다 크게 설계 되지만, 필요에 따라 강성 차이가 크지 않도록 만들기도 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 복수의 튜브(10,20,30)는 중첩 구성되는데, (a)를 통해 알 수 있듯이, 외부튜브(30)의 강성으로 인하여 다른 두 튜브(10,20)는 직선형태로 변형된 상태이다.

(b)는 중간 튜브(20)가 이동하여 외부튜브(30) 외측으로 인출되어, 원래의 형태로 복원되는 상태를 보여주고 있다.

(c)는 내부 튜브(10)가 이동하여 중간 튜브(20) 외측으로 인출되어, 내부 튜브(10)도 원래 형상인 S형태가 된 상태를 보여주고 있다.

이러한 튜브 구성을 갖는 동축형 튜브 로봇은 각 튜브(10,20,30)의 인출된 양과 축방향으로의 회전량을 가지고 내부 튜브(10) 끝 단의 방향과 위치를 제어한다.

이에 따라, N 개의 튜브는 ×2자유도를 갖게 되며, 3개의 튜브 경우 6개의 자유도를 가진 동축형 튜브 로봇을 구성할 수 있다.

상기한 구성의 튜브 조립체는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 중첩되어 움직이는 튜브의 상호 작용으로 인해, 튜브 최선단에 설치된 엔드 이펙터(end-effector)(미도시)의 위치가 제어될 수 있다.

이때, 상기 엔드이펙터에 수술용 기기를 장착함으로써, 최소침습수술과 같은 정밀한 의료 행위를 실시할 수 있다.

이때, 상기 엔드이펙터는 튜브 조립체의 제일 안쪽에 분리된 형태로 삽입되어 장착될 수도 있다.

한편, 상기한 동축형 튜브 로봇의 튜브를 구동하기 위한 구동기(Actuator)가 제공된다.

즉, 구동기는 중첩된 복수의 튜브(10,20,30)를 밀어내고 당기거나(병진운동) 회전시키는(회전운동) 동력을 발생하여, 엔드이펙터의 위치가 가변될 수 있도록 한 것이다.

하지만, 상기한 종래의 구동기(40)는 범용모터를 구성함에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 기어, 풀리, 벨트 등의 추가 부품이 소요되어 구성이 복잡해질 뿐만아니라 구동기(40) 전체 크기가 커지는 문제가 있었다.

즉, 구동기(40)는 상기한 바와 같이 튜브(10,20,30)의 병진운동 및 회전운동을 구현해야하기 때문에, 부품이 많아져 구성이 복잡해질 수 있으며 장비 크기도 커져 좁은 공간에서의 운용이 효율적이지 못하였던 것이다.

나아가 부품들이 많이 소요됨으로써, 부품들 사이에 유격이 발생할 가능성이 높기 때문에 동축 튜브 로봇 제어에 대한 정밀도를 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있었다.

대한민국 등록번호 제10-1667933호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 중첩된 튜브의 병진운동 및 회전운동을 위한 동력원을 중공축 모터로 구성함으로써, 구성을 간소화하여 장비 전체를 컴팩트하게 마련하고, 소요되는 부품수를 최소화하여 부품 유격에 따른 정밀도 하락을 방지한 동축형 튜브 로봇의 구동기를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 복수의 형상가변튜브가 서로 중첩되어 마련되되, 중첩의 정도와 방향에 따라 형상이 가변하는 형상가변튜브 조립체를 포함하는 동축형 튜브 로봇이 제공되고, 베이스; 베이스의 길이 방향으로 복수로 설치되며, 복수의 형상가변튜브가 직경 크기순으로 중첩 결합되되 복수의 형상가변튜브를 각각 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 회전동력발생수단; 상기 회전동력발생수단을 병진운동시키면서 중첩된 형상가변튜브의 중첩의 정도를 가변시킬 수 있는 병진동력발생수단:을 포함하며, 상기 회전동력발생수단은 중공축 모터이며, 상기 병진동력발생수단은, 상기 베이스의 길이 방향으로 설치된 스크류; 상기 스크류 상에 결합된 복수의 중공축 모터; 상기 중공축 모터의 회전동력에 연동되며, 상기 스크류에 나사 결합된 너트를 포함하고, 상기 회전동력발생수단과 상기 병진동력발생수단 사이에는 회전동력발생수단 및 병진동력발생수단을 연결시킬 수 있도록 구성된 연결지그가 마련되고, 상기 병진동력발생수단의 중공축 모터는 각각 회전 동력을 발생하면서 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성되며, 상기 베이스의 일측에는 상기 스크류를 정,역 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 구동부가 설치되어, 상기 병진동력발생수단을 구성하는 복수의 중공축 모터는 상기 구동부의 동력에 의한 스크류 회전에 의해 일률적으로 이동될 수 있도록 구성되고, 상기 너트는 병진동력발생수단의 중공축 모터에 축 결합되고, 병진동력발생수단의 중공축모터는 너트에 회전 동력을 발생하여 스크류 상에서의 너트 이동을 통해 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동축형 튜브 로봇의 구동기를 제공한다.

삭제

본 발명에 따른 동축 튜브형 로봇의 구동기는 다음과 같은 효과가 있다.

튜브의 병진운동 및 회전운동을 위한 동력원으로써, 중공축 모터가 제공됨으로써 부품 소요를 최소화할 수 있으므로 구동기 전체 크기를 줄일 수 있다.

즉, 중공축 모터의 동력은 튜브에 직접 전달될 수 있으므로, 튜브에 동력 전달을 위한 추가 부품 소요를 최소화할 수 있어, 구동기를 컴팩트하게 구성할 수 있는 것이다.

이에 따라, 동축형 튜브 로봇 공간 운용의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 중공축 모터 사용에 따른 부품 소요가 최소화됨으로써, 부품 간 유격 발생 가능성을 최소화할 수 있으므로 로봇 제어의 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 동축형 튜브 로봇의 중첩 구성된 튜브를 나타낸 도면
도 2는 동축형 튜브 로봇의 작용을 나타낸 도면
도 3은 종래 기술에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기를 나타낸 도면
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기를 나타낸 도면
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3실시예에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기를 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기 제어 방법을 나타낸 순서도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기에 대하여 설명하도록 한다.

설명하기에 앞서, 설명의 편의상 제1실시예에서는 형상가변튜브가 2개인 것을 예로 하며, 도면에서 형상가변튜브가 직선으로 도시되어 있으나 작업의 필요에 따라 형상가변튜브 일부 또는 전체가 굽혀지도록 제작될 수 있다.

또한, 형상가변튜브의 개수가 한정되는 것은 아니다.

동축형 튜브 로봇의 구동기는 동축형 튜브 로봇을 구성하는 복수의 형상가변튜브에 대한 회전운동과 병진운동의 동력원으로써 중공축 모터를 구성한다.

이에 따라, 구동기 구성을 간소화하여 구동기를 컴팩트화할 수 있으며, 로봇 제어의 정밀도가 떨어질 수 있는 것을 방지할 수 있다.

동축형 튜브 로봇의 구동기(이하, '구동기'라 함)는 베이스(100)와, 회전동력발생수단(200)과, 병진동력발생수단(300)을 포함하여 구성된다.

베이스(100)는 각 부품이 설치되는 기본틀을 구성한다.

회전동력발생수단(200)은 중첩된 복수의 형상가변튜브(T1,T2)를 회전시키는 동력을 발생한다.

회전동력발생수단(200)은 형상가변튜브(T1) 끝단에 설치된 수술용 기기(미도시)가 신체 환부를 찾아가는 과정에서 상기 형상가변튜브(T1.T2)를 회전시키면서 수술용 기기의 위치를 제어한다.

회전동력발생수단(200)은 중공축 모터로 제공된다.

중공축 모터(200)는 범용모터와는 달리, 축의 내부가 축방향으로 홀이 형성된 모터로 형상가변튜브를 축의 내부에 직접 연결하면, 중공축 모터(200)의 회전동력을 형상가변튜브(T1.T2)에 직접 전달할 수 있으므로, 기어 및 풀리 등의 추가 부품이 소요되지 않아 구동기를 간소화할 수 있다.

중공축 모터(200)는 각 형상가변튜브(T1,T2)의 개별 제어를 위해, 형상가변튜브(T1,T2)의 개수와 동일하게 제공된다.

상기 형상가변튜브(T1,T2)는 직경이 다른 2개로 제공되며, 직경이 상대적으로 작은 형상가변튜브는 제1튜브(T1)라 하고, 직경이 상대적으로 큰 형상가변튜브는 제2튜브(T2)라 한다.

이때, 제1튜브(T1)는 맨 내측의 이너 튜브로써, 강성이 있는 재질로 이루어지며, 이상적으로는 형상기억함금재질의 초탄성 성질을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 제1튜브(T1)는 특정의 형태로 되돌아가려는 탄성력을 갖는 것이다.

제2튜브(T2)는 맨 외측의 아우터 튜브로써, 제1튜브(T1)와 마찬가지로 강성이 있는 재질로 이루어지며, 이상적으로는 형상기억함금재질의 초탄성 성질을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 제2튜브(T2) 역시 특정의 형태로 되돌아가려는 탄성력을 갖는 것이다.

제1튜브(T1)와 제2튜브(T2)는 서로 다른 형상으로 인해서, 상호 작용을 통해 끝단의 위치가 변경된다.

이에 따라, 제2튜브(T2)에 제1튜브(T1)를 중첩시키면, 제1튜브(T1)와 제2튜브의 탄성력 크기에 따라 평형점이 만들어지도록 서로 변형이 된다.

예컨대, 제2튜브(T2)의 탄성이 제1튜브(T1)의 탄성보다 매우 크고, 제2튜브(T2)를 직선의 형태로 만든다면 2개의 튜브(T1,T2)가 중첩될 때, 내측의 제1튜브(T1)는 외측의 제2튜브(T2)를 휘게 하지 못하므로, 직선의 형태를 유지하고, 제2튜브(T2)로부터 제1튜브(T1)가 인출되면 제1튜브(T1)는 원래 형태로 되돌아가면서 제1튜브(T1) 끝단의 위치 및 방향을 가변시킨다.

상기 중공축 모터(200) 역시, 제1튜브(T1)가 축 결합된 중공축 모터는 제1중공축 모터(210)라 하고, 제2튜브(T2)가 축 결합된 중공축 모터는 제2중공축 모터(220)라 한다.

중공축 모터(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(210a,220a)와, 중공축(210b,220b)으로 구성된다.

이때, 제1중공축 모터(210)의 제1중공축(210b) 내경은 제1튜브(T1)의 직경에 대응되고, 제2중공축 모터(220)의 제2중공축(220b) 내경은 제2튜브(T2)의 직경에 대응된다.

이때, 제1튜브(T1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1중공축(210b)에 축 결합된 후, 제2중공축(220b)에 축 결합되어 있는 제2튜브(T2)에 일부가 중첩된다.

이에 따라, 제2튜브(T2)가 감싸고 있는 제1튜브(T1)의 특정 부위는 직선도를 유지하고, 제2튜브(T2)를 통과해 노출된 제1튜브(T1)의 특정 부위는 원래 형태로 변형되어 있는 상태가 된다.

다음으로, 병진동력발생수단(300)은 상기 회전동력발생수단(200)을 병진운동시킬 수 있는 동력을 발생하며, 베이스(100)에 설치된다.

병진동력발생수단(300)은 중공축 모터(200)에 각각 대응된다.

즉, 중공축 모터(200)가 2개이므로, 병진동력발생수단(300) 역시 2개가 제공된다.

병진동력발생수단(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 구동모터(310)와, 스크류(320)와, 연결지그(330)를 포함하여 구성된다.

구동모터(310)는 정,역 회전동력을 발생하며, 베이스(100)에 설치된다.

상기 구동모터(310)는 범용모터로 제공된다.

스크류(320)는 구동모터(310)에 축 결합되며, 구동모터(310)의 동력에 따라 정,역 회전된다.

연결지그(330)는 스크류(320) 회전운동 의해 병진운동을 하며, 스크류(320)와 중공축 모터(200)를 연결한다.

연결지그(330)의 일단부는 중공축 모터(200)에 고정되고, 연결지그(330)의 타단부는 상기 스크류(320)에 나사 결합된다.

이와 같은 구성에 의해, 연결지그(330)는 스크류(320)의 회전에 연동되어 베이스(100)의 길이 방향으로 병진운동을 하며, 이에 따라 연결지그(330)에 고정된 중공축 모터(200) 역시 베이스(100)의 길이 방향으로 병진운동을 한다.

이때, 도시되지는 않았지만, 연결지그(330)의 원활한 병진운동을 위해, 베이스(100)에는 연결지그(330)의 병진운동을 가이드하는 가이드레일(미도시)이 설치될 수도 있다.

이와 같은 구성의 제1실시예에 따른 구동기는 제1중공축 모터(210) 및 제2중공축 모터(220)를 이용하여 독립적인 회전운동을 구현하고, 제1중공축 모터(210) 및 제2중공축 모터(220)에 각각 대응되는 구동모터(310)의 동력을 각각 이용하여 상기 중공축 모터(200)의 변위 즉, 형상가변튜브(T1,T2)의 독립적인 변위를 구현할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 구동기에 대하여 설명하도록 한다.

설명하기에 앞서 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

제1실시예에 따른 구동기의 경우, 제1튜브(T1)의 스트로크와, 제2튜브(T2)의 스트로크를 독립적으로 확보해야하기 때문에, 형상가변튜브(T)가 동시에 같이 움직이는 경우가 많은 동축형 튜브 로봇의 경우 길이가 비효율적으로 길어질 수 있다.

이는, 도 4에 도시된 바와 같이 구동모터(310)와 스크류(320)로 구성된 조립체가 중공축 모터(210,220)에 각각 대응 구성되기 때문이다.

형상가변튜브(T)가 복수로 마련됨을 감안할 때, 병진동력발생수단(300)을 효율적으로 구성할 필요가 있다.

이를 위해, 도 5a에 도시된 바와 같이, 병진동력발생수단(300)을 구성하는 구동모터(310) 대신 중공축 모터로 구성할 수 있다.

즉, 베이스(100)의 길이 방향으로 스크류(340)를 일체로 구성하고, 상기 스크류(340) 상에 중공축 모터를 설치하여 구성한 것이다.

이때, 설명의 편의상 제1중공축 모터(210)의 하방에 대응된 중공축 모터는 제1중공축 하부모터(350)라 하고, 제2중공축 모터(220)의 하방에 대응된 중공축 모터는 제2중공축 하부모터(360)라 한다.

상기 제1중공축 하부모터(350) 및 제2중공축 하부모터(360)에는 각각, 스크류(340)에 나사 체결을 위한 너트(N)가 설치된다.

그리고, 제1중공축 모터(210)와 제1중공축 하부모터(350) 및 제2중공축 모터(220)와 제2중공축 하부모터(360)는 연결지그(330)를 통해 일체화 되며, 도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 중공축모터(200,300)는 연결지그(330)를 통해 상,하로 배열된다.

이와 같은 구성에 의해, 제1,2중공축 모터(210,220)는 각각 회전 동력을 발생하면서 제1튜브(T1) 및 제2튜브(T2)를 각각 회전시킬 수 있다.

또한, 제1,2중공축 하부모터(350,360)는 각각 회전동력을 발생하여 스크류 상에서의 너트(N) 회전을 통해 상기 스크류(340) 상에서 이동될 수 있다.

이에 따라, 연결지그(330)를 통해 연결된 중공축 모터(210,220)의 제1튜브(T1) 및 제2튜브(T2)를 개별적으로 병진시킬 수 있다.

도 5b는 제2실시예에 따른 구동기의 변형예를 나타낸 것으로서, 형상가변튜브(T)가 3개인 경우의 구동기를 나타낸 것이다.

즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 형상가변튜브(T)를 3개로 확장하여 구성할 수 있으며, 필요에 따라 형상가변튜브(T) 개수는 추가될 수 있다.

이때, 제1튜브(T1)와 제2튜브(T2) 사이에는 제3튜브(T3)가 마련된다.

상기 제3튜브(T3)는 제1튜브(T1)와 제2튜브(T2) 사이의 미들 튜브로써, 제1튜브(T1)와 마찬가지로 강성이 있는 재질로 이루어지며, 이상적으로는 형상기억함금재질의 초탄성 성질을 갖는다.

즉, 제3튜브(T3) 역시 특정의 형태로 되돌아가려는 탄성력을 갖는 것이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 제3튜브(T3)는 제1튜브(T1)의 일부를 감싸며, 제2튜브(T2)는 제3튜브(T3)의 일부를 감싸도록 구성된다.

또한, 제1중공축 모터(210)와 제2중공축 모터(220) 사이에는 제3중공축 모터(230)가 설치된다.

제3중공축 모터(230)는 제3튜브(T3) 회전운동을 위한 동력을 발생시키는 구성으로써, 제3튜브(T3)는 제3중공축(230b)에 축 결합된다.

이와 같은 구성에 의해, 제2튜브(T2)는 제2중공축(220b)에 축 결합되고, 제3튜브(T3)는 제3중공축(230b)에 축 결합된 후 제2튜브(T2)를 통과해 제2튜브(T2)의 외측으로 돌출된다.

또한, 제1튜브(T1)는 제1중공축(210b)에 축 결합된 후, 제3튜브(T3)를 통과해 제3튜브(T3)의 외측으로 돌출된다.

그리고, 제3중공축 모터(230)의 하방 스크류(340) 상에도, 너트(N)를 통해 제3중공축 하부모터(370)가 설치되며, 연결지그(330)를 통해 제3중공축 모터(230)와 연결된다.

이와 같은 제2실시예에 따른 구동기의 구성에 의해, 베이스(100) 전체의 길이 또는 스크류(340) 전체 길이를 2개 또는 3개 이상의 형상가변튜브(T1,T2,T3)가 동시에 활용할 수 있으므로, 상기 형상가변튜브(T1,T2,T3)가 동시에 같이 움직이더라도, 스크류(340) 상에서의 중공축 하부모터(350,360,370) 동선 길이가 최대화될 수 있다.

이에 따라, 로봇 제어의 정밀도를 높일 수 있으며, 구동기 전체 길이를 늘릴 필요가 없기 때문에 구동기를 효율적으로 설계할 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 구동기에 대하여 설명하도록 한다.

설명하기에 앞서 제1실시예 및 제2실시예와 동일한 구성에 대해서는 부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

제2실시예에 따른 구동기의 경우, 제1,2,3 중공축 하부 모터(350,360,370)를 동시에 병진운동시켜야 할 경우, 각각의 중공축 하부모터(350,360,370)를 개별적으로 제어해야 하는데, 중공축 하부모터(250,260,370)에 대한 개별 제어가 이루어지는 과정에서 제어가 정밀하게 이루어지기 어려울 수 있다.

즉, 중공축 하부모터(350,360,370)의 개별제어를 통해 중공축 모터(210,220,230)의 형상가변튜브(T1,T2,T3)를 동시에 동일한 길이만큼 움직이기는 것은 쉽지 않은 것이다.

중공축 하부모터(350,360,370)의 병진 운동을 통한 형상가변튜브(T1,T2,T3)의 움직임이 동시에 이루어지기 어려울 경우, 로봇 제어에 오차가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 6a에 도시된 바와 같이, 스크류(340)를 정,역 회전시키기 위한 구동부(400)가 제공된다.

전술한 제2실시예에서는 중공축 하부모터(350,360,370)의 동력을 발생하여, 너트(N) 회전을 통해 중공축 하부모터(350,360,370)의 개별적인 병진운동이 이루어졌다면, 제3실시예에서는 스크류(340) 자체를 회전시켜 중공축 하부모터(350,360,370)가 동시에 병진 운동할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 베이스(100)의 일측에는 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 스크류(340)가 축 결합된 구동부(400)가 설치되며, 상기 구동부(400)는 범용모터임이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의해, 구동부(400)를 통해 스크류(340)를 회전시키면 제1,2,3 중공축 하부모터(350,360,370)가 동시에 동일한 속도로 병진운동을 할 수 있으므로, 제어에 대한 정밀도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라, 로봇 제어의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 구동부(400) 구동을 정지한 상태에서는, 스크류(340) 상에서 제1,2,3중공축 하부 모터(350,360,370)에 대한 개별제어도 이루어질 수 있다.

한편, 도 6a에 도시된 제2중공축 하부모터(360)의 구성을 생략할 수 있다.

이는 제2중공축 하부모터(360)의 역할을 구동부(400)가 대신할 수 있으므로, 구동부(400)가 설치되는 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2중공축 하부모터(360)의 구성을 생략할 수 있는 것이다.

즉, 구동부(400)를 설치할 경우 도 6b에 도시된 바와 같이 제2중공축 하부모터(360)의 구성을 생략하여 구동기의 효율적인 설계가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 구동기를 갖는 동축형 튜브 로봇의 작용에 대하여 첨부된 도 7을 참조하여 살펴보도록 한다.

컴퓨터는 신체 환부 위치를 고려하여, 각 튜브(T1,T2,T3)의 위치 및 회전값을 계산한다.(S100)

각 튜브(T1,T2,T3)의 위치는 도 2를 통해 이해될 수 있으며, 컴퓨터는 제1튜브(T1)의 끝단이 신체 환부에 도달할 수 있는 위치 및 회전값을 계산한다.

이때, 컴퓨터는 튜브(T1,T2,T3)의 위치를 미리 계산할 수 있고, 튜브(T1,T2,T3)의 움직임을 고려하면서 상황에 맞게 실시간으로 계산할 수 있다.

다음으로, 컴퓨터를 통해 계산된 튜브 위치 및 회전값은 통신모듈을 통해 동축형 튜브 로봇의 제어부로 전달된다.(S200)

이때, 통신모듈은 특정한 것으로 제한되지 않는다.

다음으로, 제어부는 각 튜브(T1,T2,T3)에 대응되는 위치/속도 제어기로 튜브의 위치 및 회전값을 명령한다.(S300)

다음으로, 각각의 위치/속도제어기는 튜브의 병진운동 및 회전운동을 구동하기 위한 각각의 모터 드라이버에 명령한다.(S400)

다음으로, 각각의 모터 드라이버는 각각의 튜브(T1,T2,T3)에 대응되는 모터를 구동함으로써(S500), 튜브(T1,T2,T3)는 회전운동 및 병진운동을 하면서, 컴퓨터를 통해 계산된 신체 환부에 도달한다.

이후, 제1튜브의 끝단에 설치된 수술용 기기를 조작하면서 의료행위를 실시한다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 동축형 튜브 로봇의 구동기는 신체 환부에 위치하기 위한 튜브의 병진운동 및 회전운동 동력원으로써, 중공축 모터를 구성하였다.

이에 따라, 중공축 모터의 동력이 튜브에 직접 전달됨으로써, 추가 부품이 소요되지 않으므로, 구동기 크기를 줄여 컴팩트화할 수 있으며, 간소화된 부품으로 인해 오동작 확률을 줄여 로봇 제어에 대한 정밀도를 높일 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 베이스 200 : 회전동력 발생수단(중공축 모터)
210 : 제1중공축모터 210a : 제1몸체
210b : 제1중공축 220 : 제2중공축 모터
220a : 제2몸체 220b : 제2중공축
230 : 제3중공축모터 230b : 제3중공축
300 : 병진동력 발생수단 310 : 구동모터
320,340 : 스크류 330 : 연결지그
350 : 제1중공축 하부모터 360 : 제2중공축 하부모터
370 : 제3중공축 하부모터 400 : 구동부
N : 너트 T1 : 제1튜브
T2 : 제2튜브 T3 : 제3튜브

Claims

복수의 형상가변튜브가 서로 중첩되어 마련되되, 중첩의 정도와 방향에 따라 형상이 가변하는 형상가변튜브 조립체를 포함하는 동축형 튜브 로봇이 제공되고,
베이스;
베이스의 길이 방향으로 복수로 설치되며, 복수의 형상가변튜브가 직경 크기순으로 중첩 결합되되 복수의 형상가변튜브를 각각 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 회전동력발생수단;
상기 회전동력발생수단을 병진운동시키면서 중첩된 형상가변튜브의 중첩의 정도를 가변시킬 수 있는 병진동력발생수단:을 포함하며,
상기 회전동력발생수단은 중공축 모터이며,
상기 병진동력발생수단은,
상기 베이스의 길이 방향으로 설치된 스크류;
상기 스크류 상에 결합된 복수의 중공축 모터;
상기 중공축 모터의 회전동력에 연동되며, 상기 스크류에 나사 결합된 너트를 포함하고,
상기 회전동력발생수단과 상기 병진동력발생수단 사이에는 회전동력발생수단 및 병진동력발생수단을 연결시킬 수 있도록 구성된 연결지그가 마련되고,
상기 병진동력발생수단의 중공축 모터는 각각 회전 동력을 발생하면서 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성되며,
상기 베이스의 일측에는 상기 스크류를 정,역 회전시키는 동력을 발생할 수 있는 구동부가 설치되어,
상기 병진동력발생수단을 구성하는 복수의 중공축 모터는 상기 구동부의 동력에 의한 스크류 회전에 의해 일률적으로 이동될 수 있도록 구성되고,
상기 너트는 병진동력발생수단의 중공축 모터에 축 결합되고, 병진동력발생수단의 중공축모터는 너트에 회전 동력을 발생하여 스크류 상에서의 너트 이동을 통해 스크류 상에서 개별적으로 이동될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동축형 튜브 로봇의 구동기.
삭제
삭제
삭제
삭제