KR102194454B1 - A multi axis medical-operation robot and a master system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다축 수술 로봇을 구성하는 엔드이펙터는 다축으로 구성되고, 상기 다축 엔드이펙터를 원격 제어하는 마스터 시스템은 인체공학적으로 설계된다.
이에 따라, 최소침습수술에 대한 사용자의 조작 직관성을 높여 수술에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 마스터 시스템 조작법 습득훈련 시간을 단축할 수 있고, 수술 시간을 단축할 수 있으며, 장비 규모를 줄일 수 있어 제작비용 절감 및 설치 공간의 활용도를 높일 수 있다.The present invention relates to a multi-axis surgical robot and a master system, and more particularly, the end effector constituting the multi-axis surgical robot is composed of multiple axes, and the master system for remotely controlling the multi-axis end effector is ergonomically designed.
Accordingly, it is possible to increase the reliability of the operation by increasing the user's operation intuitiveness for minimally invasive surgery.
In addition, the master system operation method learning training time can be shortened, the operation time can be shortened, the size of the equipment can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost and increasing the utilization of the installation space.
Description
본 발명은 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수술 로봇 제어를 위한 사용자의 조작 직관성을 높이고, 수술 장비를 슬림화하여 공간 활용도를 높일 수 있는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-axis surgical robot and a master system, and more particularly, to a multi-axis surgical robot and a master system that can increase the user's operation intuitiveness for controlling the surgical robot and increase space utilization by slimming the surgical equipment.
원격 제어 장치는 마스터부와 슬래이브부를 포함하는 장치로, 마스터부를 이용하여 원격지에 위치한 슬래이브부를 원격 제어한다. The remote control device is a device including a master unit and a slave unit, and remotely controls a slave unit located at a remote location using the master unit.
이때 마스터부는 슬래이브부에서 검출된 힘, 촉감, 온도, 습도 및 조도 등과 같은 각종 물리적 정보에 기초하여 슬래이브부의 동작을 원격에서 제어한다.At this time, the master unit remotely controls the operation of the slave unit based on various physical information such as force, touch, temperature, humidity, and illuminance detected by the slave unit.
이러한 원격 제어 장치로는 수술 로봇, 위험물 처리 로봇, 순찰 로봇, 국방 로봇 및 우주 항공 원격 장치 등이 있다.Such remote control devices include surgical robots, dangerous goods handling robots, patrol robots, defense robots, and aerospace remote devices.
이 중 수술 로봇은 사용자의 명령에 따라 수술 도구를 움직여 환부를 치료 또는 수술을 수행하는 로봇으로, 마스터부에 해당하는 콘솔, 슬래이브부에 해당하는 머니퓰레이터 및 엔드이펙터를 포함한다.Among them, the surgical robot is a robot that treats or performs surgery on an affected area by moving a surgical tool according to a user's command, and includes a console corresponding to the master unit, a manipulator corresponding to the slave unit, and an end effector.
이러한 수술 로봇에 의해 수행되는 수술은, 환부의 절개구 크기를 최소화 하는 최소침습수술(Minimal InvasiveSurgery), 로봇수술(Robotic surgery) 등이 있다.Surgery performed by such a surgical robot includes Minimal Invasive Surgery and Robotic Surgery to minimize the size of the incision of the affected area.
여기서 최소침습수술은 배를 완전히 열고 수술을 하는 개복수술(Open Surgery)과 달리 몇 개의 작은 절개구(Small Incision)을 내고 배에 가스를 채워 수술 공간을 만든 후, 절개구를 통해 복강경(Laparoscope)과 수술용 엔드이펙터를 넣어 복강 안의 영상을 보면서 수술용 엔드이펙터를 이용하여 수술을 하는 것이다.Here, the minimally invasive surgery is different from Open Surgery, in which the abdomen is completely opened, and a few small incisions are made and gas is filled in the abdomen to create an operating space, and then a laparoscope is performed through the incision. The surgical end effector is used to perform surgery while viewing the image in the abdominal cavity by inserting the surgical end effector.
이러한 최소침습수술은 수술 후 통증이 적고, 장 운동의 조기회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며 절개범위가 작아 미용효과가 우수하다. This minimally invasive surgery has less pain after surgery, allows early recovery of bowel movements and early intake of food, short hospitalization period, quick return to normal state, and small incision range, thus excellent cosmetic effect.
이로 인해 최소침습수술은 담낭 절재술, 전립선 암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.For this reason, minimally invasive surgery is being used for gallbladder resection, prostate cancer surgery, and hernia correction, and the field is expanding more and more.
하지만 최소침습수술은 수술용 엔드 이펙터의 조정이 어렵고 절개구를 통하여 수술용 엔드 이펙터를 움직여야 하는 어려움이 있다.However, in minimally invasive surgery, it is difficult to adjust the surgical end effector, and it is difficult to move the surgical end effector through an incision.
또한 최소침습수술은 복강 내의 실제 위치와 사용자가 영상을 통해 표시되는 위치가 상하 좌우 반전되기 때문에 숙련된 의사와 의료진을 필요로 한다.In addition, minimally invasive surgery requires an experienced doctor and medical staff because the actual position in the abdominal cavity and the position displayed by the user through the image are inverted vertically and horizontally.
이러한 최소침습수술의 단점을 극복한 것이 도 1에 개시된 다빈치 로봇(daVinci robot)을 이용한 수술이다.Overcoming the shortcomings of such minimally invasive surgery is surgery using the daVinci robot disclosed in FIG. 1.
여기서 다빈치 로봇은 사용자에게 좌우 반전 없이 10배 내지 15배의 확대된 입체 영상을 전달하고 사용자의 움직임을 정교하게 머니퓰레이터 및 수술용 엔드 이펙터에 전달한다.Here, the Da Vinci robot delivers an enlarged 3D image of 10 to 15 times to the user without reversing left and right, and precisely transmits the user's movement to the manipulator and surgical end effector.
하지만, 상기한 종래의 수술용 다빈치 로봇은 다음과 같은 문제가 있다.However, the conventional da Vinci robot for surgery has the following problems.
첫째, 이와 같은 수술 로봇은 힘과 촉감(Tactile)의 피드백 기능이 없다.First, such a surgical robot does not have a force and tactile feedback function.
이로 인해 사용자(의사)는 봉합 시술중 수술용 엔드 이펙터에 인가되는 힘을 알 수 없는 문제가 있었다. For this reason, there is a problem that the user (doctor) cannot know the force applied to the surgical end effector during the suture procedure.
예컨대 봉합 시술 중 실이 과도하게 당겨져 실이 끊어지거나 장기 조직에 과도한 힘이 인가되어 장지조직을 손상시키는 문제를 야기할 수 있다.For example, during a suture procedure, the thread may be pulled excessively and the thread may be broken, or excessive force may be applied to the organ tissue, causing a problem of damaging the organ tissue.
둘째, 수술 로봇을 구성하는 도 2의 엔드이펙터(10)는, 수술 작업 반경에 제한이 있는 문제가 있다.Second, the
물론, 엔드이펙터(10)가 결합되는 복수의 로봇암(20)이 다축으로 움직일 수 있도록 제공되어 있어, 엔드이펙터(10)의 위치 이동에는 문제가 없겠지만, 복수의 로봇암(20)이 환부에 대응되도록 환자 복부에 여러 개의 절개구가 시술되어야 하는 문제가 있다.Of course, a plurality of
이는 환자 회복을 더디게 하는 문제가 있다.This has a problem that slows patient recovery.
셋째, 복수의 로봇암(20) 등 구성으로 인한 수술 로봇 및 마스터 시스템의 규모가 커, 설치 공간의 활용도를 높이기 어려우며 장비 제작 단가를 낮추기 어려워 경제성이 떨어지는 문제가 있다.Third, due to the configuration of a plurality of
나아가 대형 병원에만 국한되어 장비가 활용되는 문제가 있다.Furthermore, it is limited to large hospitals and there is a problem that the equipment is used.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 엔드이펙터를 다축 구성하고, 마스터 시스템의 인체공학적 설계를 통해 엔드이펙터 조작의 직관성을 높일 수 있도록 한 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템을 제공하고자 한 것이다.The present invention was conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is a multi-axis surgical robot and a master to configure an end effector and increase the intuitiveness of the end effector operation through an ergonomic design of the master system. It was intended to provide a system.
본 발명의 다른 목적은 수술 장비 전체의 규모를 줄여, 공간 활용도를 높이고 제작 비용을 절감하여 경제성을 높일 수 있는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템을 제공하고자 한 것이다.Another object of the present invention is to provide a multi-axis surgical robot and a master system that can reduce the size of the entire surgical equipment, increase space utilization, and reduce manufacturing costs, thereby increasing economic efficiency.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 수술 로봇을 구성하는 다축 엔드이펙터와, 사용자의 조작을 통해 상기 다축 엔드이펙터를 원격 제어하는 마스터 시스템을 포함하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템에 있어서, 상기 다축 엔드이펙터는, 복수의 회전축을 통해 복수의 마디가 서로 연결된 관절체; 상기 관절체의 단부에 설치되며, 양측으로 벌어졌다 오므라지는 작용을 하는 그리퍼:를 포함하고, 상기 마스터 시스템은, 수평플레이트와, 이 수평플레이트에 대하여 수직인 수직플레이트로 구성된 베이스; 상기 수직플레이트 상에서 회동 가능하게 축 결합되며, 사용자의 팔이 안착될 수 있도록 구성된 암거치부; 상기 암거치부 상에서 암거치부의 회전축과 수직한 방향으로 회동 가능하게 축 결합되며, 사용자의 손목이 안착될 수 있도록 구성된 손목거치부; 상기 손목거치부에 고정되며, 사용자의 손가락이 거치되되 손가락 관절의 움직임에 따라 연동되는 손가락거치부; 상기 손가락거치부의 일측에 설치되며, 밀거나 당기고 누름 동작이 수행될 수 있도록 마련된 버튼부:를 포함하며, 마스터 시스템의 각 회전축에 설치된 위치 감지 수단을 통해 상기 회전축의 회전각도가 감지되고, 그 회전각도는 상기 다축 엔드이펙터의 회전축에 동기화되도록 함으로써 그 동기화에 따른 다축 엔드이펙터의 관절체 움직임이 이루어질 수 있도록 하되, 상기 다축 엔드이펙터를 구성하는 각 관절체는, 상기 마스터 시스템의 암거치부 회동에 연동되는 제1축; 상기 손목거치부 회동에 연동되는 제2축; 상기 손가락거치부 중 사용자 손가락의 2개 관절 움직임에 대응되는 제3축 및 제4축; 상기 버튼부를 밀거나 당기는 조작에 연동되는 제5축:으로 회동 가능하게 구성되고, 상기 다축 엔드이펙터를 구성하는 그리퍼는, 상기 손가락거치부 중 사용자의 나머지 손가락 1개 관절 움직임에 따라, 관절체의 일측 또는 타측으로 회동되는 제6축 및 제7축:으로 회동 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a multi-axis surgical robot and a master system comprising a multi-axis end effector constituting a surgical robot and a master system for remotely controlling the multi-axis end effector through a user's manipulation, the multi-axis The end effector includes a joint body in which a plurality of nodes are connected to each other through a plurality of rotation axes; A gripper installed at the end of the joint body and having a function of opening and closing to both sides, wherein the master system includes: a base consisting of a horizontal plate and a vertical plate perpendicular to the horizontal plate; An armrest part rotatably coupled on the vertical plate and configured to allow a user's arm to be seated; A wrist support unit that is axially coupled to be rotatable in a direction perpendicular to the rotation axis of the arm holder unit on the arm holder unit, and is configured to seat the user's wrist; A finger holder fixed to the wrist holder and on which a user's finger is placed and interlocked according to the movement of the finger joint; A button part installed on one side of the finger rest part and provided to perform a pushing, pulling, or pressing operation, and the rotation angle of the rotation shaft is sensed through a position sensing means installed on each rotation shaft of the master system, and the rotation thereof The angle is synchronized with the rotation axis of the multi-axis end effector, so that the joint body movement of the multi-axis end effector can be performed according to the synchronization, but each joint body constituting the multi-axis end effector is linked to the rotation of the arm holder of the master system. The first axis; A second shaft interlocked with the rotation of the wrist rest; A third axis and a fourth axis corresponding to two joint movements of the user's finger among the finger rest portions; The fifth axis linked to the manipulation of pushing or pulling the button part: is configured to be rotatable, and the gripper constituting the multi-axis end effector, according to the movement of one other finger of the user among the finger rest, It provides a multi-axis surgical robot and a master system, characterized in that it is configured to be rotatable with a sixth axis and a seventh axis rotated to one side or the other side.
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이때, 상기 버튼부의 누름 동작에 의해 그리퍼가 오므라지거나 벌어지는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the gripper is closed or opened by the pressing operation of the button part.
또한, 상기 제1축 및 제5축은 0도에서 360도 범위 내에서 회전되도록 설치되고, 상기 제2축 내지 제4축은 0도에서 180도 범위내에서 회전되도록 설치되고, 제6축 및 제7축은 각각, 제5축의 회전축을 기준으로 0도에서 45도 범위내에서 회전되도록 설치된 것이 바람직하다.In addition, the first and fifth axes are installed to rotate within a range of 0 degrees to 360 degrees, and the second to fourth axes are installed to rotate within a range of 0 degrees to 180 degrees, and the sixth and seventh axes Each of the shafts is preferably installed so as to rotate within a range of 0 degrees to 45 degrees with respect to the rotation axis of the fifth shaft.
또한, 상기 위치감지수단은 포텐셔미터 센서인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the position sensing means is a potentiometer sensor.
본 발명에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The multi-axis surgical robot and the master system according to the present invention have the following effects.
첫째, 마스터 시스템의 인체공학적 설계를 통해 수술 로봇 조작의 직관성을 높일 수 있다.First, it is possible to increase the intuitiveness of operating the surgical robot through the ergonomic design of the master system.
이에 따라, 수술의 의료 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect of increasing the medical quality of surgery.
또한, 수술 로봇 숙련 시간을 줄일 수 있으며, 실제 수술시에도 시간 단축 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to reduce the skill time of the surgical robot, and the time reduction effect can be obtained even during actual surgery.
둘째, 마스터 시스템 및 수술 로봇을 경량화하고 슬림화함으로써, 제작 비용을 절감할 수 있으며 수술 장비 설치 공간의 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.Second, by reducing the weight and slimness of the master system and the surgical robot, there is an effect of reducing the manufacturing cost and increasing the utilization of the surgical equipment installation space.
셋째, 마스터 시스템에 의해 원격 제어되는 엔드이펙터를 다축으로 구성함으로써, 환자의 복부에 절개구 시술을 최소화할 수 있다.Third, by configuring the end effector remotely controlled by the master system into multiple axes, it is possible to minimize the incisional procedure on the patient's abdomen.
이에 따라, 수술 후, 환자 회복 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, after the operation, there is an effect of improving the recovery rate of the patient.
도 1은 종래 기술에 따른 다빈치 수술로봇 및 마스터 시스템을 나타낸 사진
도 2는 도 1의 A부를 확대한 사진으로써, 다빈치 수술로봇의 엔드이펙터를 나타낸 사진
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템의 다축 수술로봇의 다축 엔드이펙터를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템의 마스터 시스템을 나타낸 사시도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템의 손가락 거치부 조작을 통해 그리퍼의 움직임을 나타낸 개념도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템의 손가락거치부를 나타낸 요부 사시도.1 is a photograph showing a da Vinci surgical robot and a master system according to the prior art
FIG. 2 is an enlarged photograph of part A of FIG. 1, and a photograph showing the end effector of the da Vinci surgical robot
3 is a view showing a multi-axis surgical robot according to a preferred embodiment of the present invention and a multi-axis end effector of the multi-axis surgical robot of the master system
4 is a perspective view showing a master system of a multi-axis surgical robot and a master system according to a preferred embodiment of the present invention
5A to 5C are conceptual diagrams showing the movement of a gripper through manipulation of a finger holding part of a multi-axis surgical robot and a master system according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a perspective view of the main part showing the finger rest of the multi-axis surgical robot and the master system according to a preferred embodiment of the present invention.
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.Terms and words used in the present specification and claims are not limited to the usual or dictionary meanings, and the inventor is based on the principle that the concept of terms can be appropriately defined in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
이하, 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a multi-axis surgical robot and a master system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.
먼저 다축 수술로봇에 대하여 설명하도록 한다.First, let's explain the multi-axis surgical robot.
다축 수술로봇은 마스터 시스템의 조작을 통해 다축 회동되는 다축 엔드이펙터(100)를 통해 환부를 시술하는 역할을 한다.The multi-axis surgical robot serves to treat the affected area through the
다축 엔드이펙터(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 회전축으로 마디마다 회동 가능하게 연결됨으로써, 움직임 반경을 최대화할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
이에 따라, 복강경 수술시 환자 복부에 여러 개의 절개구를 시술할 필요 없이 절개구 시술을 최소화할 수 있다. Accordingly, during laparoscopic surgery, it is possible to minimize the incision without having to perform multiple incisions on the patient's abdomen.
다축 엔드이펙터(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 관절체(110)와, 그리퍼(120)로 구성됨이 바람직하다.The
관절체(110)는 복수의 마디로 구성되며, 그 마디는 서로 회전축으로 축 결합된다.The
상기 마디는 원통형으로 이루어짐이 바람직하다.It is preferable that the node has a cylindrical shape.
이때, 본 발명은 복수의 회전축으로 복수의 마디가 연결되되, 관절체(110)를 구성하는 마디는 5개의 회전축으로 연결된다.At this time, in the present invention, a plurality of nodes are connected by a plurality of rotation axes, and the nodes constituting the
제1축(A1)은 제1마디(111)와 제2마디(112) 사이에 축 결합되며, 제1축(A1)은 제1마디(111)와 제2마디(112)가 서로 0도에서 360 범위 내에서 회전될 수 있도록 설치된다.The first axis (A1) is axially coupled between the first node (111) and the second node (112), and the first axis (A1) has the first node (111) and the second node (112) at 0 degrees. It is installed so that it can be rotated within the range of 360.
제2축(A2)은 제2마디(112)와 제3마디(113) 사이에 축 결합되며, 제2축(A2)은 제1축(A1)에 대하여 수직한 방향으로 축을 형성한다.The second axis A2 is axially coupled between the
상기 제2축(A2)은 제2마디(112)와 제3마디(113)가 서로 0도에서 180도 범위 내에서 회전될 수 있도록 설치된다.The second shaft A2 is installed so that the
제3축(A3)은 제3마디(113)와 제4마디(114) 사이에 축 결합되며, 제3축(A3)은 제2축(A2)과 동일한 방향으로 축을 형성한다.The third axis A3 is axially coupled between the
상기 제3축(A3) 역시 제2축(A2)처럼, 제3마디(113)와 제4마디(114)가 서로 0도에서 180도 범위 내에서 회전될 수 있도록 설치된다.Like the second axis A2, the third axis A3 is also installed so that the third and
제4축(A4)은 제4마디(114)와 제5마디(115) 사이에 축 결합되며, 제4축(A4)은 제2축(A2) 및 제3축(A3)과 동일한 방향으로 축을 형성한다.The fourth axis (A4) is axially coupled between the fourth node (114) and the fifth node (115), and the fourth axis (A4) is in the same direction as the second axis (A2) and the third axis (A3). Form an axis.
제4축(A4)은 제2축(A2) 및 제3축(A3)처럼, 제4마디(114)와 제5마디(115)가 서로 0도에서 180도 범위 내에서 회전될 수 있도록 설치된다.The 4th axis (A4) is installed so that the 4th (114) and 5th (115) segments can be rotated within the range of 0 to 180 degrees from each other, like the 2nd axis (A2) and the 3rd axis (A3). do.
제5축(A5)은 제5마디(115)와 제6마디(116) 사이에 축 결합되며, 제5축(A5)은 제1축(A1)과 동일한 방향으로 축을 형성한다.The fifth axis A5 is axially coupled between the
제5축(A5)은 제1축(A1)처럼, 제5마디(115)와 제6마디(116)가 서로 0도에서 360도 범위 내에서 회전될 수 있도록 설치된다.Like the first axis A1, the fifth axis A5 is installed so that the fifth and
이와 같이 5개의 축으로 구성된 관절체(110)는 제1축(A1) 내지 제5축(A5)의 회동을 통해 환부를 향해 세밀하게 접근할 수 있다.In this way, the
이에 따라, 복부 내로 진입하는 절개구의 위치 및 개수에 제약을 덜 받으며, 복부 내에서 관절체(110)의 다양한 움직임을 통해 환부에 세밀하게 접근할 수 있는 것이다.Accordingly, it is less restricted by the location and number of incisions entering the abdomen, and it is possible to closely access the affected area through various movements of the
다음으로, 그리퍼(120)는 관절체(110)의 움직임을 통해 환부에 도달하면, 환부를 컷팅하거나 컷팅된 환부를 파지하여 끄집어내는 역할을 한다.Next, when the
그리퍼(120)는 집게로 구성되며, 도 3에 도시된 바와 같이 제6마디(116)에 축 결합된다.The
상기 그리퍼(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 회동유닛(121)으로 구성되며, 상기 각각의 회동유닛(121)은 제6마디(116)에 각각 축 결합된다.The
상기 회동유닛(121)과 제6마디(116) 사이에 결합된 축은 각각, 제6축(A6)과 제7축(A7)이라 한다.The axes coupled between the
제6축(A6) 및 제7축(A7)은 제2축(112) 내지 제4축(114)과 동일한 방향으로 축을 형성한다.The sixth axis A6 and the seventh axis A7 form an axis in the same direction as the
이때, 한 쌍의 회동유닛(121)이 서로 벌어진 상태의 그리퍼(120) 각도는 90도임이 바람직하다.At this time, the angle of the
이와 같은 구성은, 제5축(A5)의 축 방향과 각 회동유닛(121)의 각도는 항상 45도를 유지하게 된다.In this configuration, the axial direction of the fifth axis A5 and the angle of each
도 4를 참조하여 마스터 시스템에 대하여 살펴보도록 한다.With reference to FIG. 4, the master system will be described.
마스터 시스템(200)은 전술한 다축 엔드이펙터(100)를 원격 제어하여, 다축 엔드이펙터(100)로 하여금 수술이 진행될 수 있도록 하는 역할을 한다.The
마스터 시스템(200)은 사용자 즉, 의사가 직접 조작하며 인체공학적 설계를 통해 제공된다.The
마스터 시스템(200)은 사람의 신체 중, 팔과 손을 이용해 조작될 수 있도록 마련된다.The
본 명세서에서는 설명의 이해를 돕기 위하여, 사람의 우측 팔과 손을 이용하여 마스터 시스템(200)을 조작할 수 있는 구성을 예로 하였다.In the present specification, in order to facilitate understanding of the description, a configuration capable of operating the
마스터 시스템(200)은 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스(210)와, 암거치부(220)와, 손목거치부(230)와, 손가락거치부(240)와, 버튼부(250)를 포함한다.The
베이스(210)는 조작을 위한 각 구성들이 설치되며, 수평플레이트(211)와 수직플레이트(212)를 포함한다.The
수직플레이트(212)는 수평플레이트(211)의 단부에 수직하게 형성됨이 바람직하다.The
상기 베이스(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(C)가 설치된다.The
암거치부(220)는 다축 엔드이펙터(100)의 제1축(A1)과 연동되는 구성이며, 수직플레이트(212) 상에서 수평 회동될 수 있도록 축 결합된다.The
암거치부(220)는 팔이 거치될 수 있도록 수직플레이트(212)로부터 돌출되도록 설치되며, 암거치부(220)의 단부에는 사용자의 팔이 안정감 있게 안착될 수 있는 지지부재(221)가 설치됨이 바람직하다.The
상기 지지부재(221)는 도 4에 도시된 바와 같이, 팔을 감쌀 수 있는 곡률을 갖도록 형성됨이 바람직하다.It is preferable that the
이와 같은 구성에 의해, 사용자는 암거치부(220)에 팔을 거치한 상태에서, 상기 암거치부(220)를 양측으로 용이하게 회동시킬 수 있다.With such a configuration, the user can easily rotate the
암거치부(220)의 회동 조작을 통해 다중 엔드이펙터(100)의 제1마디(111)와 제2마디(112)는 제1축(A1)을 중심으로 회동 작용을 실시한다. The
다음으로, 손목거치부(230)는 다축 엔드이펙터(100)의 제2축(A2)과 연동되는 구성이며, 암거치부(220) 상에서 회동될 수 있도록 축 결합된다.Next, the
상기 손목거치부(230)의 축 방향은 암거치부(220)의 축 방향과 수직한 방향으로 제공된다.The axial direction of the
상기 손목거치부(230)는 손목거치부(230)의 파지를 위해, 상방으로 연장된 고정축(231)을 형성한다.The
이와 같은 구성으로 인해, 사용자는 암거치부(220)의 지지부재(221)에 팔을 안착시킨 상태에서, 고정축(231)의 파지가 자연스럽게 이루어질 수 있다.Due to such a configuration, the user can naturally grip the fixed
이때, 사용자가 고정축(231)을 파지한 상태에서 손목거치부(230)를 회동 조작하면, 다중 엔드이펙터(100)의 제2마디(112)와 제3마디(113)는 제2축(A2)을 중심으로 회동 작용을 실시한다.At this time, when the user rotates the
다음으로, 손가락 거치부(240)는 다축 엔드이펙터(100)의 제3축(A3) 및 제4축(A4)과, 그리퍼(120)의 제6축(A6) 및 제7축(A7)과 연동되는 구성이다.Next, the
손가락 거치부(240)는 사용자의 손가락 관절의 움직임에 대응될 수 있도록 제공되며, 고정축(231)의 상단부에 설치된다.The
이때, 손가락 거치부(240)를 조작하기 위한 손가락은 사용자의 검지임이 바람직하다.At this time, the finger for manipulating the
즉, 고정축(231)을 파지한 상태에서 검지는 고정축(231) 상단부에 설치된 손가락 거치부(240)에 유연하게 대응될 수 있으므로, 손가락 거치부(240)에 고정되는 손가락은 검지임이 바람직한 것이다.That is, while holding the fixed
검지는 3개의 관절로 이루어져 있으며, 손가락 거치부(240)는 검지의 각 관절에 대응되도록 3개의 회동축을 구성한다.The index finger consists of three joints, and the
즉, 검지가 손가락 거치부(240)에 고정된 상태이므로, 상기 손가락 거치부(240)는 검지 관절의 움직임을 따라 그대로 움직이는 것이다.That is, since the index finger is fixed to the
이때, 손가락 거치부(240) 3개의 회동축 중, 2개의 회동축은 다중 엔드이펙터(100)의 제3축(A3) 및 제4축(A4)과 연동된다.At this time, of the three rotation shafts of the
상기 2개의 회동축은 검지의 2개 관절에 대응되는데, 검지의 2개 관절은 손바닥에 가장 근접한 2개의 관절을 말한다.The two rotation axes correspond to the two joints of the index finger, and the two joints of the index finger refer to the two joints closest to the palm.
이에 따라, 검지 관절을 움직여 상기 2개의 회동축을 조작하면, 다중 엔드이펙터(100)의 제3마디(113)와 제4마디(114)는 제3축(A3)을 중심으로 회동 작용을 실시하고, 제4마디(114)와 제5마디(115)는 제4축(A4)을 중심으로 회동 작용을 실시한다.Accordingly, when the index finger joint is moved to manipulate the two rotation axes, the third joint 113 and the
상기 손가락 거치부(240) 중, 나머지 한 개의 회동축 즉, 검지의 나머지 한 개 관절에 대응되는 회동축은 다중 엔드이펙터(100)의 제6축(A6) 및 제7축(A7)에 연동된다.Among the
검지의 가장 끝마디 관절을 움직임에 따라, 그 끝마디 관절에 대응되는 손가락 거치부(240)의 회동축은 제6축(A6) 및 제7축(A7)을 연동시키는 것이다.According to the movement of the most proximal joint of the index finger, the rotation axis of the
즉, 검지의 끝마디 관절을 양측으로 움직여 손가락 거치부(240)의 회동축을 조작하면, 제6축(A6) 및 제7축(A7)은 각각, 제6마디(116)를 기준으로 양측으로 회동되면서 그리퍼(120)를 제6마디(116)의 양측으로 회동시킬 수 있는 것이다.That is, if the tip joint of the index finger is moved to both sides to manipulate the rotational axis of the
이를 첨부된 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 더욱 상세하 살펴보도록 한다.This will be described in more detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
검지를 직선으로 편 상태는 도 5a에 도시된 바와 같이 그리퍼(120)의 벌어진 각도가 제6마디(116)를 기준으로 직진을 유지한다.In the state where the index finger is straightened, as shown in FIG. 5A, the opened angle of the
이후, 검지의 끝마디 관절을 일측으로 움직여 손가락 거치부(240)의 회동축을 일측으로 조작하면, 도 5b에 도시된 바와 같이 제6마디(116)를 기준으로 그리퍼(120)는 제6마디(116)의 일측을 향한다.Thereafter, when the tip joint of the index finger is moved to one side and the rotation axis of the
이때, 제6축(A6)과 제7축(A7)은 각각 회동하면서 회동유닛(121)을 제6마디(116)의 일측으로 회동시키는데, 이때, 한 쌍의 회동유닛(121)이 벌어진 각도는 90도를 유지하게 된다. At this time, the sixth axis (A6) and the seventh axis (A7) rotate each of the
이후, 검지의 끝마디 관절을 타측으로 움직여 손가락 거치부(240)의 회동축을 타측으로 조작하면, 도 5c에 도시된 바와 같이 제6마디(116)를 기준으로 그리퍼(120)는 제6마디(116)의 타측을 향한다.Thereafter, when the tip joint of the index finger is moved to the other side and the rotational axis of the
이때, 제6축(A6)과 제7축(A7)은 각각 회동하면서 회동유닛(121)을 제6마디(116)의 타측으로 회동시키는데, 이때, 한 쌍의 회동유닛(121)이 벌어진 각도는 90도를 유지하게 된다.At this time, the sixth axis (A6) and the seventh axis (A7) rotate each of the
다음으로, 버튼부(250)는 제5축(A5)과 그리퍼(120)를 연동시키는 역할을 한다.Next, the
버튼부(250)는 손가락 거치부(240)의 일측에 설치되며, 검지를 손가락 거치부(240)에 고정시키면 상기 버튼부(250)에는 엄지가 자연스럽게 대응된다.The
이에 따라, 버튼부(250)는 사용자의 엄지를 통해 조작됨이 바람직하다.Accordingly, it is preferable that the
이때, 버튼부(250)는 엄지에 유연하게 대응될 수 있도록, 도 6에 도시된 바와 같이 일측으로 경사지게 설치됨이 바람직하다.In this case, the
버튼부(250)는 밀거나 당기는 조작을 통해 제5축(A5)을 회동시킨다.The
즉, 버튼부(250)를 밀거나 당기는 조작을 통해 제6마디(116)는 제5축(A5)을 중심으로 양측으로 회동 작용을 실시할 수 있는 것이다.That is, through the manipulation of pushing or pulling the
또한, 버튼부(250)는 누름 조작이 이루어질 수 있으며, 누름 조작을 통해 상기 그리퍼(120)를 벌어지거나 오므라지게 할 수 있다.In addition, the
즉, 사용자가 버튼부(250)를 한 번 누르면, 한 쌍의 회동유닛(121)은 각각 제6축(A6) 및 제7축(A7)을 중심으로 회동되어 그리퍼(120)를 오므리고, 그리퍼(120)가 오므라진 상태에서 사용자가 버튼부(250)를 재차 누르면, 한 쌍의 회동 유닛(121)은 각각 제6축(A6) 및 제7축(A7)을 중심으로 회동되어 그리퍼(120)를 벌리는 것이다.That is, when the user presses the
이러한 작용은 그리퍼(120)가 환부를 떼어내거나 파지하기 위해 수행된다.This action is performed by the
한편, 상기 마스터 시스템(200)의 조작에 따른 각 구성의 움직임은 전술한 바와 같이 다축 엔드이펙터(100)의 움직임에 연동되는데, 이러한 연동 작용은 마스터 시스템(200)의 각 축에 설치된 위치 감지 수단을 통해 이루어진다.Meanwhile, the movement of each component according to the manipulation of the
이때, 상기 위치 감지 수단은 포텐셔미터 센서(P)임이 바람직하다.In this case, the position sensing means is preferably a potentiometer sensor (P).
즉, 마스터 시스템(200) 각 축의 움직임 각도는 포텐셔미터 센서(P)를 통해 감지되고, 이는 제어부(C)로 전달된다. 이 제어부(C)는 외부 컴퓨터(미도시)로 각 축의 움직임을 전달함에 따라 외부 컴퓨터는 다축 엔드이펙터(100)를 작동시키는 것이다.That is, the movement angle of each axis of the
이하, 상기한 구성으로 이루어진 다축 수술로봇 및 마스터 시스템 작용에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the multi-axis surgical robot and the master system configured as described above will be described.
환자의 복부에 절개구를 시술하고, 수술 로봇의 다축 엔드이펙터(100)를 상기 절개구에 삽입시킨다.An incision is performed on the patient's abdomen, and the
한편, 사용자는 마스터 시스템(200)의 암거치부(220)에 팔을 거치시키고, 고정축(231)을 파지한 상태에서 검지를 손가락 거치부(240)에 고정시킨다.On the other hand, the user mounts the arm on the
이후, 마스터 시스템(200)의 각 구성들을 조작함에 따라, 각 구성요소들을 연결하고 있는 회동축에 설치된 포텐셔미터 센서(P)는 회동축의 회동각도를 제어부(C)에 전달하고 그 제어부(C)는 외부 컴퓨터로 하여금 다축 엔드이펙터(100)를 제어하도록 한다.Thereafter, as each component of the
이와 같은 일련의 과정을 통해 최소 침습 수술을 세밀하면서도 용이하게 수행할 수 있다.Through such a series of processes, minimally invasive surgery can be performed in detail and easily.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다축 수술로봇 및 마스터 시스템은 엔드 이펙터를 7축으로 구성하고, 이를 제어하는 마스터 시스템은 인체공학적 설계 및 경량화 하였다.As described so far, the multi-axis surgical robot and the master system according to the present invention consist of 7 axes of end effectors, and the master system for controlling them is ergonomically designed and lightweight.
이에 따라, 수술 로봇 조작을 위한 편의성 및 직관성을 높이고, 장비 규모를 줄여 설치 공간의 효율성을 높일 수 있다.Accordingly, it is possible to increase the convenience and intuitiveness for operating the surgical robot, and increase the efficiency of the installation space by reducing the size of the equipment.
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.In the above, the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and it is natural that such modifications and modifications fall within the scope of the appended claims.
100 : 다축 엔드이펙터 110 : 관절체
111 : 제1마디 112 : 제2마디
113 : 제3마디 114 : 제4마디
115 : 제5마디 116 : 제6마디
10 : 그리퍼 121 : 회동유닛
200 : 마스터 시스템 210 : 베이스
211 : 수평플레이트 212 : 수직플레이트
220 : 암거치부 221 : 지지부재
230 : 손목거치부 231 : 고정축
240 : 손가락 거치부 250 : 버튼부
A1 ~ A7 : 제1축 ~ 제7축 C : 제어부
P : 포텐셔미터 센서100: multi-axis end effector 110: joint
111: first bar 112: second bar
113: bar 3 114: bar 4
115: bar 5 116: bar 6
10: gripper 121: rotating unit
200: master system 210: base
211: horizontal plate 212: vertical plate
220: arm cradle 221: support member
230: wrist rest 231: fixed shaft
240: finger mounting part 250: button part
A1 ~ A7: 1st axis ~ 7th axis C: Control unit
P: Potentiometer sensor
Claims (5)
상기 다축 엔드이펙터는,
복수의 회전축을 통해 복수의 마디가 서로 연결된 관절체;
상기 관절체의 단부에 설치되며, 양측으로 벌어졌다 오므라지는 작용을 하는 그리퍼:를 포함하고,
상기 마스터 시스템은,
수평플레이트와, 이 수평플레이트에 대하여 수직인 수직플레이트로 구성된 베이스;
상기 수직플레이트 상에서 회동 가능하게 축 결합되며, 사용자의 팔이 안착될 수 있도록 구성된 암거치부;
상기 암거치부 상에서 암거치부의 회전축과 수직한 방향으로 회동 가능하게 축 결합되며, 사용자의 손목이 안착될 수 있도록 구성된 손목거치부;
상기 손목거치부에 고정되며, 사용자의 손가락이 거치되되 손가락 관절의 움직임에 따라 연동되는 손가락거치부;
상기 손가락거치부의 일측에 설치되며, 밀거나 당기고 누름 동작이 수행될 수 있도록 마련된 버튼부:를 포함하며,
마스터 시스템의 각 회전축에 설치된 위치 감지 수단을 통해 상기 회전축의 회전각도가 감지되고, 그 회전각도는 상기 다축 엔드이펙터의 회전축에 동기화되도록 함으로써 그 동기화에 따른 다축 엔드이펙터의 관절체 움직임이 이루어질 수 있도록 하되,
상기 다축 엔드이펙터를 구성하는 각 관절체는,
상기 마스터 시스템의 암거치부 회동에 연동되는 제1축;
상기 손목거치부 회동에 연동되는 제2축;
상기 손가락거치부 중 사용자 손가락의 2개 관절 움직임에 대응되는 제3축 및 제4축;
상기 버튼부를 밀거나 당기는 조작에 연동되는 제5축:으로 회동 가능하게 구성되고,
상기 다축 엔드이펙터를 구성하는 그리퍼는,
상기 손가락거치부 중 사용자의 나머지 손가락 1개 관절 움직임에 따라, 관절체의 일측 또는 타측으로 회동되는 제6축 및 제7축:으로 회동 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템.In a multi-axis surgical robot and a master system comprising a multi-axis end effector constituting a surgical robot and a master system for remotely controlling the multi-axis end effector through a user's manipulation,
The multi-axis end effector,
A joint body in which a plurality of nodes are connected to each other through a plurality of rotation shafts;
It is installed at the end of the joint body, a gripper that acts to open and close to both sides: including,
The master system,
A base composed of a horizontal plate and a vertical plate perpendicular to the horizontal plate;
An armrest part rotatably coupled on the vertical plate and configured to allow a user's arm to be seated;
A wrist support unit that is axially coupled to be rotatable in a direction perpendicular to a rotation axis of the arm holder unit on the arm holder unit, and configured to seat a user's wrist;
A finger holder fixed to the wrist holder and on which a user's finger is placed and interlocked according to the movement of the finger joint;
It is installed on one side of the finger rest, a button portion provided to perform a pushing or pulling and pressing operation: includes,
The rotation angle of the rotation axis is sensed through the position sensing means installed on each rotation axis of the master system, and the rotation angle is synchronized with the rotation axis of the multi-axis end effector so that the joint movement of the multi-axis end effector can be made according to the synchronization. But,
Each joint body constituting the multi-axis end effector,
A first shaft interlocked with the rotation of the arm holder of the master system;
A second shaft interlocked with the rotation of the wrist rest;
A third axis and a fourth axis corresponding to movement of two joints of the user's finger among the finger rest portions;
The fifth axis linked to the operation of pushing or pulling the button part: is configured to be rotatable,
The gripper constituting the multi-axis end effector,
A multi-axis surgical robot and a master system, characterized in that it is configured to be rotatable with a sixth axis and a seventh axis that are rotated to one side or the other side of the joint body according to the movement of one of the other fingers of the finger holder.
상기 버튼부의 누름 동작에 의해 그리퍼가 오므라지거나 벌어지는 것을 특징으로 하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템.The method of claim 1,
A multi-axis surgical robot and a master system, characterized in that the gripper is closed or opened by the pressing operation of the button part.
상기 제1축 및 제5축은 0도에서 360도 범위 내에서 회전되도록 설치되고,
상기 제2축 내지 제4축은 0도에서 180도 범위내에서 회전되도록 설치되고,
제6축 및 제7축은 각각, 제5축의 회전축을 기준으로 0도에서 45도 범위내에서 회전되도록 설치된 것을 특징으로 하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템.The method of claim 1 or 3,
The first and fifth axes are installed to rotate within a range of 0 degrees to 360 degrees,
The second to fourth axes are installed to rotate within a range of 0 degrees to 180 degrees,
Each of the sixth and seventh axes is a multi-axis surgical robot and a master system, characterized in that they are installed to rotate within a range of 0 degrees to 45 degrees with respect to the rotation axis of the fifth axis.
상기 위치감지수단은 포텐셔미터 센서인 것을 특징으로 하는 다축 수술 로봇 및 마스터 시스템.
The method of claim 1 or 3,
The position sensing means is a multi-axis surgical robot and master system, characterized in that the potentiometer sensor.
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Date | Code | Title | Description |
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