KR102366044B1 - 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템 - Google Patents

진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템 Download PDF

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원종대
노성훈
박재형
정재용
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(주)영창로보테크
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Abstract

본 발명은 검체가 저장되는 용기본체 및 용기뚜껑으로 이루어진 검체용기 내에 시료를 주입하여 상기 검체와 상기 시료를 반응시키는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 상기 검체용기를 저장 및 공급하는 검체공급유니트; 상기 검체공급유니트로부터 공급되는 상기 검체용기를 파지하는 검체파지유니트; 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내에 주입되는 시료를 저장 및 공급하는 시료공급유니트; 상기 시료가 주입된 상기 검체용기를 상기 검체파지유니트로부터 회수하여 저장 및 취출하는 검체취출유니트; 상기 하우징 내에 설치되며 상기 검체공급유니트에 저장된 상기 검체용기를 파지하는 제1로봇핸드와, 상기 제1로봇핸드가 단부에 설치되며 상기 검체공급유니트로부터 상기 검체파지유니트로 상기 검체용기를 이송하는 제1로봇아암을 포함하는 제1다관절로봇유니트; 상기 하우징 내에서 상기 제1다관절로봇유니트와 이격 배치되며, 상기 시료공급유니트에 저장된 상기 시료를 취하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내로 주입하는 피펫로봇핸드와, 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기를 상기 검체취출유니트로 이송되도록 파지하는 제2로봇핸드와, 상기 피펫로봇핸드 및 상기 제2로봇핸드 중 어느 하나를 단부에 착탈가능하도록 결합하는 제2로봇아암을 포함하는 제2다관절로봇유니트; 및 상기 제1다관절로봇유니트 및 상기 제2다관절로봇유니트의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 검체의 진단 검사를 위해 작업자의 수작업으로 이루어지던 과정을 자동화하여 작업자의 안전 및 작업 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템{Medical robot system for diagnostic test pipetting}
본 발명은 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검체의 진단 검사를 위해 작업자의 수작업으로 이루어지던 과정을 자동화하여 작업자의 안전 및 작업 효율을 증가시킬 수 있는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 관한 것이다.
병원에서는 각종 병리진단 검사장비를 이용하여 다양한 검사를 진행하고 있는데, 병리진단 검사의 경우 동물이나 사람의 신체로부터 채취되는 각종 검체로 특정 물질을 검사함으로써 질병의 선별, 조기 발견, 진단, 경과 관찰, 치료 및 예후 판정에 기여하는 중요한 검사에 해당한다. 이러한 병리진단 검사는 주로 전혈구 검사, 혈액화학 검사, 전해질 검사, 호르몬 검사, 혈액응고계 검사, 혈액가스 검사, 요분석 검사 등과 같이 매우 다양한 검사를 수행할 수 있다. 또한 화학, 생물 또는 의학과 같은 분야의 실험실에서도 각종 실험이나 검사가 이루어지고 있는데, 주로 화학 또는 생물 시료 채취, 시료 전처리, 시료 분석, 생물시료 배양 등이 이루어지고 있다.
이와 같이 병원에서 행해지는 병리진단 검사 또는 실험실에서 행해지는 시료 검사의 경우 시료용기에 피펫을 이용하여 시료를 투입하는 과정이 필수적으로 행해지고 있는데, 이러한 과정은 주로 작업자의 수작업으로 행해지고 있다. 하지만 이러한 과정들을 작업자의 수작업으로 행할 경우 검사 중 작업자가 세균이나 바이러스에 노출되어 감염될 우려가 있으며, 화학 시료나 안전하지 못한 검사 도구에 의해 작업자가 다치는 등의 안전문제가 발생하는 경우가 있다. 이뿐만 아니라 시료 검사의 경우 반복되는 작업에 의해 작업자의 업무 피로도가 증가하게 되고, 이는 근, 골격계 질환의 위험성 증가에 원인이 될 수 있다. 특히 최근에는 코로나 바이러스에 의해 코로나 진단 검사가 전국적으로 상당수가 진행되고 있는데, 이러한 진단 검사를 작업자가 수작업으로 행하기에는 작업자의 업무 부담이 클 뿐 아니라 다른 업무에 지장이 생겨 업무 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-0759079호 로봇 아암을 포함하는 의료용 자동진단장비'와 같이, 플레이트에 혼합된 시료와 시약을 통해 병리 검사를 수행하는 의료용 자동진단장비에 있어서, 상기 플레이트를 받아 상기 병리 검사를 수행하는 검사부; 시료 피펫을 공급하는 시료 피펫 공급부; 시약 피펫을 공급하는 시약 피펫 공급부; 상기 시료 피펫 공급부로부터 상기 시료 피펫을 공급받고, 상기 시약 피펫 공급부로부터 상기 시약 피펫을 공급받고, 상기 시료 피펫과 상기 시약 피펫을 통해 상기 플레이트로 시료와 시약을 배출하며, 상기 플레 이트를 이송시키는 핸드부; 및상기 핸드부가 장착되어 상기 플레이트를 지정된 위치로 이송하는 로봇 아암을 포함하는 기술이 알려져 있다.
이와 같은 종래기술은 다수 개의 시료용기에 담긴 시료가 외부에 노출된 상태로 존재하게 되며, 상측이 노출된 시료용기에 피펫을 이용하여 시료를 추출하고 다른 시료용기에 주입하는 방식으로 이루어져 있다. 하지만 이와 같이 시료용기의 상단부가 노출되어 있는 경우 휘발성이 있거나 외부 공기와 접촉에 의해 시료의 변성이 발생할 수 있으며, 바이러스 또는 세균을 포함하는 시료의 경우 바이러스 또는 세균이 외부로 노출되어 검사를 진행하는 작업자의 안전이 보장되지 못한다는 단점이 있다. 이뿐만 아니라 종래기술의 로봇아암은 상하운동 및 회전운동만 가능하도록 형성되어 있기 때문에 다양한 기능을 수행할 수 없다는 단점이 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-0759079호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 검체의 진단 검사를 위해 작업자의 수작업으로 이루어지던 과정을 자동화하여 작업자의 안전 및 작업 효율을 증가시킬 수 있는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 검체가 저장되는 용기본체 및 용기뚜껑으로 이루어진 검체용기 내에 시료를 주입하여 상기 검체와 상기 시료를 반응시키는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 있어서, 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 상기 검체용기를 저장 및 공급하는 검체공급유니트; 상기 검체공급유니트로부터 공급되는 상기 검체용기를 파지하는 검체파지유니트; 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내에 주입되는 시료를 저장 및 공급하는 시료공급유니트; 상기 시료가 주입된 상기 검체용기를 상기 검체파지유니트로부터 회수하여 저장 및 취출하는 검체취출유니트; 상기 하우징 내에 설치되며 상기 검체공급유니트에 저장된 상기 검체용기를 파지하는 제1로봇핸드와, 상기 제1로봇핸드가 단부에 설치되며 상기 검체공급유니트로부터 상기 검체파지유니트로 상기 검체용기를 이송하는 제1로봇아암을 포함하는 제1다관절로봇유니트; 상기 하우징 내에서 상기 제1다관절로봇유니트와 이격 배치되며, 상기 시료공급유니트에 저장된 상기 시료를 취하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내로 주입하는 피펫로봇핸드와, 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기를 상기 검체취출유니트로 이송되도록 파지하는 제2로봇핸드와, 상기 피펫로봇핸드 및 상기 제2로봇핸드 중 어느 하나를 단부에 착탈가능하도록 결합하는 제2로봇아암을 포함하는 제2다관절로봇유니트; 및 상기 제1다관절로봇유니트 및 상기 제2다관절로봇유니트의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 검체파지유니트는, 복수 개의 파지홈이 방사상으로 형성된 파지플레이트와, 상기 파지홈에 각각 지지되어 중앙에 파지공간을 형성하며 상기 파지공간으로 공급되는 상기 검체용기의 외면을 방사상으로 파지하는 복수 개의 파지부와, 상기 파지부의 하부에 결합되며 상기 파지부가 상기 파지홈을 따라 슬라이딩 이동하도록 지지하는 파지지지부와, 상기 파지지지부가 하방으로 탄성적으로 구동되도록 상기 파지지지부의 하부에 결합된 파지스프링을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1로봇핸드는, 상기 제1로봇아암의 단부와 결합하는 제1핸드본체와, 상기 제1핸드본체의 하부에 결합되며 상기 용기뚜껑을 파지하는 제1핑거부를 포함하며, 상기 제1로봇아암의 회전구동에 의해 상기 제1핑거부가 회전하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 중 상기 용기뚜껑을 개봉하는 것이 바람직하다.
이뿐만 아니라, 상기 피펫로봇핸드는, 상기 제2로봇아암의 단부에 착탈가능하도록 결합하는 피펫핸드본체와, 상기 피펫핸드본체의 하부에 결합되는 핸드지지부와, 상기 핸드지지부에 지지되어 상기 시료를 주입하는 피펫을 파지하는 피펫핑거부와, 상기 피펫핑거부의 상측에 지지되어 상기 피펫의 상단을 가압하는 피펫실린더를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제2로봇핸드는, 상기 제2로봇아암의 단부에 착탈가능하도록 결합하는 제2핸드본체와, 상기 제2핸드본체의 하부에 결합되며 상기 용기뚜껑을 파지하는 제2핑거부를 포함하며, 상기 제1로봇아암의 회전구동에 의해 상기 제2핑거부가 회전하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 용기본체와 상기 용기뚜껑을 결합시켜 상기 검체용기를 밀봉하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 검체의 진단 검사를 위해 작업자의 수작업으로 이루어지던 과정을 자동화하여 작업자의 안전 및 작업 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템의 사시도이고,
도 3은 검체공급유니트로부터 검체용기를 파지하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 4는 검체파지유니트에 파지된 검체용기로부터 제1로봇핸드를 이용하여 용기뚜껑을 개봉하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 5는 검체용기 내에 시료를 주입하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 6 및 도 7은 피펫로봇핸드에서 제2로봇핸드로 교체하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 8은 제2로봇핸드를 이용하여 용기뚜껑을 닫아 검체용기를 밀봉하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 9는 검체파지유니트로부터 검체용기를 꺼내어 검체취출유니트로 이송하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 10은 시료를 폐기하는 과정을 나타낸 설명도이고,
도 11 및 도 12는 제1로봇핸드 및 제2로봇핸드의 사시도이고,
도 13은 피펫로봇핸드의 사시도이고,
도 14는 제2로봇아암의 사시도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템의 사시도이고, 도 3은 검체공급유니트로부터 검체용기를 파지하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 4는 검체파지유니트에 파지된 검체용기로부터 제1로봇핸드를 이용하여 용기뚜껑을 개봉하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 5는 검체용기 내에 시료를 주입하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 6 및 도 7은 피펫로봇핸드에서 제2로봇핸드로 교체하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 8은 제2로봇핸드를 이용하여 용기뚜껑을 닫아 검체용기를 밀봉하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 9는 검체파지유니트로부터 검체용기를 꺼내어 검체취출유니트로 이송하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 10은 시료를 폐기하는 과정을 나타낸 설명도이고, 도 11 및 도 12는 제1로봇핸드 및 제2로봇핸드의 사시도이고, 도 13은 피펫로봇핸드의 사시도이고, 도 14는 제2로봇아암의 사시도이다.
이러한 본 발명에 따른 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템(10)은, 검체가 저장되는 용기본체(2) 및 용기뚜껑(3)으로 이루어진 검체용기(1) 내에 시료를 주입하여 검체와 시료를 반응시키는 시스템으로, 작업자가 수동으로 진행하던 용기뚜껑(3) 개봉, 검체 내에 시료를 주입하여 혼합, 용기본체(2)에 용기뚜껑(3)을 결합시켜 검체용기(1) 밀봉 등과 같은 과정을 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 다관절로봇을 이용하여 자동화한 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템(10)에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템(10)은, 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이 하우징(100), 검체공급유니트(200), 검체파지유니트(300), 시료공급유니트(400), 검체취출유니트(500), 제1다관절로봇유니트(600), 제2다관절로봇유니트(700) 및 제어부를 포함한다.
하우징(100)은, 검체공급유니트(200), 검체파지유니트(300), 시료공급유니트(400), 검체취출유니트(500), 제1다관절로봇유니트(600), 제2다관절로봇유니트(700) 및 제어부를 내부에 구비한다. 이러한 하우징(100)은 공조장치(미도시) 및 헤파필터(미도시) 등이 추가로 설치되어 생물안전등급(BioSafety Level) Class 2 수준의 생물안전 작업대와 동일한 기능을 하며, 감염병의 진단 및 검사 시험을 가능하도록 한다. 생물안전 작업대의 경우 생물안전등급에 따라 취급할 수 있는 병원균의 종류가 상이하며, 코로나-19(Covid-19) 등과 같은 전염병의 경우 Class 2 이상에서 진단 및 검사 시험이 가능하다. 따라서 본 발명의 하우징(100)은 일반적으로 사용되고 있는 생물안전 작업대와 유사한 사이즈 및 형태로 이루어질 뿐 아니라, 생물안전등급 Class 2 이상의 동일한 기능을 수행할 수 있도록 형성된다. 이러한 하우징(100)은 정면에 검체공급도어(110), 검체취출도어(120) 및 검사확인부(130)를 포함한다.
검체공급도어(110) 및 검체취출도어(120)는, 작업자가 하우징(100)의 외부에서 내부로 접근할 수 있도록 개폐가능한 구조로 이루어진다. 이 중 검체공급도어(110)는 검체공급유니트(200)와 근접하게 형성되어 작업자가 검체공급도어(110)를 개방하여 검체용기(1)를 검체공급유니트(200)로 공급할 수 있으며, 검체취출도어(120)는 검체취출유니트(500)와 근접하게 형성되어 작업자가 검체취출도어(120)를 개방하여 검체와 시료가 혼합된 검체용기(1)를 외부로 취출할 수 있다.
검사확인부(130)는, 검체공급도어(110)와 검체취출도어(120)의 사이, 검체공급도어(110)의 상부 및 검체취출도어(120)의 상부에 각각 형성되어 하우징(100) 내에서 이루어지는 전반적인 진단 검사 과정을 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 형성된 구성으로, 투명한 유리 또는 플라스틱 소재로 이루어지게 된다.
검체공급유니트(200)는, 하우징(100) 내에 설치되어 검체용기(1)를 저장 및 공급하는 구성으로, 검체공급키트(210), 검체공급판(220) 및 검체공급손잡이(230)를 포함한다.
검체공급키트(210)는, 복수 개의 검체용기(1)가 한꺼번에 저장되어 진단 검사가 반복으로 이루어질 수 있도록 키트(kit) 형식으로 구성된다. 즉, 기존에 작업자가 복수 개의 검체를 수작업으로 반복해서 진단 검사하는 과정을 한 번의 자동화 과정을 통해 수행하기 위해, 복수 개의 검체용기(1)를 한 번에 보관할 수 있도록 검체공급키트(210)를 이용하게 된다.
검체공급판(220)은, 상부에 검체공급키트(210)가 구비될 수 있도록 판 형상으로 이루어지며, 하우징(100)의 외부로 노출될 수 있도록 슬라이딩 이동 가능한 구조로 이루어진다. 이러한 검체공급판(220)의 정면에는 검체공급손잡이(230)가 설치되는데, 검체공급손잡이(230)를 잡고 작업자가 검체공급판(220)을 하우징의 외부로 꺼내게 되면 검체공급판(220)이 슬라이딩 이동하여 외부로 노출되고, 이 상태에서 상부에 검체공급키트(210)를 올려놓은 후 다시 검체공급판(220)을 슬라이딩 이동을 통해 하우징(100) 내부로 넣는 방식으로 검체공급키트(210)가 하우징(100) 내로 공급된다.
검체파지유니트(300)는, 검체공급유니트(200)로부터 공급되는 검체용기(1)를 파지하는 구성으로, 파지플레이트(310), 파지부(320), 파지지지부(330) 및 파지스프링(미도시)을 포함한다.
파지플레이트(310)는, 복수 개의 파지홈(311)이 방사상으로 형성된 판상의 구성으로, 수직축을 기준으로 한 쌍이 상부 및 하부에 서로 이격되도록 배치된다. 여기서 파지홈(311)은 복수 개의 파지홈(311)이 서로 동일한 각도로 이격되도록 방사상으로 형성되며, 파지플레이트(310)의 중앙에서 서로 연결되도록 구성된다. 경우에 따라서 복수 개의 파지홈(311)은 세 개로 이루어져 서로 120°로 이격되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
파지부(320)는, 파지홈(311)에 각각 지지되어 중앙에 파지공간을 형성하며 파지공간에 공급되는 검체용기(1)의 외면을 방사상으로 파지하는 구성으로, 복수 개의 파지홈(311)에 각각 지지되도록 복수 개로 구비된다. 예를 들어, 상기와 같이 파지홈(311)이 세 개로 이루어질 경우 파지부(320)도 세 개로 이루어져 각각의 파지홈(311)에 서로 동일한 각도로 이격되도록 구비된다. 검체용기(1)의 경우 일반적으로 원통 형상으로 이루어져 있으며, 이에 맞춰 파지공간을 향하도록 배치되는 파지부(320)의 일면은 검체용기(1)에 맞춰 굴곡진 형상으로 이루어지고, 방사상으로 배치되는 파지부(320)의 타면은 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 증가하도록 경사진 형상으로 이루어진다.
복수 개의 파지부(320)에 의해 형성된 중앙의 파지공간에는 검체용기(1)가 삽입되고, 그 후 검체용기(1)의 둘레를 따라 배치된 파지부(320)가 검체용기(1)를 안정적으로 파지하게 된다. 검체용기(1)가 삽입되기 전에는 파지부(320) 간의 간격이 검체용기(1)의 직경보다 크게 이격되어 파지공간을 형성하고 있으나, 검체용기(1)가 삽입된 후에는 검체용기(1)를 향해 파지부(320)가 파지홈(311)을 타고 이동하여 검체용기(1)를 강하게 파지하게 된다. 이러한 구동이 가능하도록 파지지지부(330) 및 파지스프링을 포함한다.
파지지지부(330)는 파지부(320)의 하부에 결합되며 파지부(320)가 파지홈(311)을 따라 슬라이딩 이동하도록 지지하는 구성이며, 파지스프링은 파지지지부(330)가 하방으로 탄성적으로 구동되도록 파지지지부(330)의 하부에 결합된 스프링에 해당한다.
파지공간에 검체용기(1)가 삽입되면서 후술할 제1다관절로봇유니트(600)를 이용해 검체용기(1)를 수직방향으로 누르게 되면, 검체용기(1)가 파지지지부(330)를 하방으로 가압하게 된다. 이와 같이 파지지지부(330)가 가압되면 하부의 파지스프링이 탄성적으로 구동되며, 동시에 파지부(320)가 검체용기(1) 방향으로 수평 이동하여 검체용기(1)를 강하게 파지한다. 이후 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)로부터 꺼낼 때에는 제1다관절로봇유니트(600)를 통해 검체용기(1)를 수직방향으로 한 번더 누르게 되면, 파지지지부(330) 및 파지스프링에 의해 다시 탄성 구동되면서 파지부(320)가 검체용기(1)로부터 수평 방향으로 이격되면서 파지가 해제된다. 즉, 검체용기(1)를 통해 파지지지부(330)를 하방으로 가압함에 의해 검체용기(1)의 파지 및 파지 해제 구동이 이루어지게 된다.
시료공급유니트(400)는, 검체파지유니트(300)에 파지된 검체용기(1) 내에 주입되는 시료를 저장 및 공급하기 위해 구비되며, 시료가 담긴 복수 개의 시료용기(4)를 키트에 저장하고 검체용기(1)에 시료를 주입해야 할 경우에 하나씩 공급할 수 있도록 한다.
검체취출유니트(500)는, 시료가 주입된 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)로부터 회수하여 저장 및 취출하는 구성으로, 검체취출키트(510), 검체취출판(520) 및 검체취출손잡이(530)를 포함한다.
검체취출키트(510)는, 검체공급키트(210)와 마찬가지로 시료가 혼합된 검체용기(1)를 모아서 한꺼번에 저장한 후 하우징(100) 외부로 취출하기 위해 키트 형식으로 구성된 것으로, 진단 검사하는 과정을 용이하게 자동화하도록 구비된다.
검체취출판(520)은, 상부에 검체취출키트(510)가 구비될 수 있도록 판 형상으로 이루어지며, 하우징(100)의 외부로 노출될 수 있도록 슬라이딩 이동 가능한 구조로 이루어진다. 이러한 검체취출판(520)의 정면에는 검체취출손잡이(530)가 설치되는데, 검체취출손잡이(530)를 잡고 작업자가 검체취출판(520)을 하우징(100)의 외부로 꺼내는 과정을 통해 검체취출키트(510)를 하우징(100)의 외부로 취출 가능하다.
제1다관절로봇유니트(600)는, 하우징(100) 내에 설치되어 검체공급유니트(200)에 저장된 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)로 이송시키기 위한 로봇으로, 제1로봇핸드(610) 및 제1로봇아암(620)을 포함한다.
제1로봇핸드(610)는 검체공급유니트(200)에 저장된 검체용기(1)를 파지하기 위한 구성으로, 제1핸드본체(611) 및 제1핑거부(612)를 포함한다.
제1핸드본체(611)는, 제1로봇아암(620)의 단부와 결합하여 제1로봇아암(620)과 제1로봇핸드(610)를 연결하는 구성으로, 일반적으로는 제1핸드본체(611)가 제1로봇아암(620)에 고정된 상태로 결합된다. 하지만 경우에 따라서 제1핸드본체(611)가 제1로봇아암(620)의 단부에 탈부착 가능하도록 결합될 수도 있는데, 만약 제1핸드본체(611)가 탈부착 가능하도록 이루어질 경우 제1핸드본체(611)는 ATC(automatic tool changer) 용을 사용하는 것이 바람직하다.
제1핑거부(612)는, 제1핸드본체(611)의 하부에 결합되며 검체용기(1) 중 용기뚜껑(3) 부분만을 파지하는 역할을 한다. 여기서 제1핑거부(612)는 용기뚜껑(3)을 용이하게 파지할 수 있도록 서로 동일한 각도로 이격 배치되는 세 개의 핑거 형상으로 이루어지며, 제1로봇아암(620)을 통해 제1핑거부(612)가 수직 하강하여 용기뚜껑(3)을 수직으로 파지하게된다. 그 후 후술할 제1로봇아암(620)의 회전구동에 의해 제1핑거부(612)가 함께 회전하여 검체파지유니트(300)에 파지된 검체용기(1) 중 용기뚜껑(3)을 회전을 통해 개봉할 수 있다.
제1로봇아암(620)은, 제1로봇핸드(610)가 단부에 설치되며 검체공급유니트(200)로부터 검체파지유니트(300)로 검체용기(1)를 이송하는 구성에 해당하는데, 이러한 제1로봇아암(620)은 다관절로 이루어진다. 상세하게는 하우징(100)에 결합되어 수직축을 기준으로 회전하는 1축, 상기 1축의 상부에 형성되어 수평방향으로 회전하는 2축, 상기 2축의 상부에 형성되어 수평방향으로 회전하는 3축, 상기 3축의 전방에 형성되어 상하로 구동하는 4축, 상기 4축의 전방에 형성되어 수평방향으로 회전하는 5축, 상기 5축의 전방에 배치되어 전방축을 중심으로 회전하는 6축과 같이 총 6개의 축을 이용하여 다관절로 구동된다.
특히 제1로봇아암(620)의 6축 회전에 의해 검체용기(1) 중 용기본체(2)로부터 용기뚜껑(3)을 회전을 통해 분리할 수 있는데, 이러한 제1로봇아암(620)은 540 내지 720°로 회전 구동되는 것이 바람직하다. 만약 제1로봇아암(620)이 540° 미만으로 회전할 경우 용기뚜껑(3)이 완전히 개봉되지 않을 수 있으며, 720°를 초과할 경우 과도한 동작으로 인해 진단 검사 시간이 증가하여 자동화 효율이 떨어진다는 단점이 있다.
이와 같이 6개의 축을 통해 다관절로 이루어진 제1로봇아암(620)을 통해 좁은공간인 하우징(100) 내에서도 최소한의 범위 내에서 원하는 위치로 자유롭게 구동 가능하며, 이를 통해 검체공급유니트(200)에 저장된 검체용기(1)를 검체공급유니트(200)와 이격배치된 검체파지유니트(300)로 용이하게 이송 가능하다.
이와 같이 제1다관절로봇유니트(600)를 이용한 검체용기(1)의 이송 및 개봉 과정은, 도 3에 도시된 바와 같이 검체공급유니트(200)에 저장된 검체용기(1) 중 용기뚜껑(3)을 제1핑거부(612)가 파지하고, 제1로봇아암(620)의 구동을 통해 제1로봇핸드(610)가 수직방향으로 상승한다. 그 후 도 4에 도시된 바와 같이 제1로봇아암(620)을 이용하여 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)의 상측에 배치되도록 이송하고, 수직으로 하강시켜 검체용기(1)가 검체파지유니트(300) 내로 삽입 및 가압에 의해 파지되도록 한다. 그 다음 제1로봇아암(620)의 회전구동 의해 제1핑거부(612)와 제1핑거부(612)에 파지된 용기뚜껑(3)이 함께 회전하고, 용기본체(2)로부터 용기뚜껑(3)이 분리되어 검체용기(1)가 개봉된다.
제2다관절로봇유니트(700)는, 하우징(100) 내에서 제1다관절로봇유니트(600)와 이격 배치되며, 검체용기(1) 내에 시료를 주입한 후 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)로부터 검체취출유니트(500)로 이송시키는 역할을 한다. 이러한 제2다관절로봇유니트(710)는 피펫로봇핸드(710), 제2로봇핸드(720), 제2로봇아암(730), 피펫로봇핸드거치부(740) 및 제2로봇핸드거치부(750)를 포함한다.
피펫로봇핸드(710)는, 시료공급유니트(400)에 저장된 시료를 취하여 검체파지유니트(300)에 파지된 검체용기(1) 내로 주입하는 구성으로, 피펫핸드본체(711), 핸드지지부(712), 피펫핑거부(713) 및 피펫실린더(714)를 포함한다.
피펫핸드본체(711)는, 피펫로봇핸드(710)가 제2로봇아암(730)의 단부에 착탈가능하도록 결합하는 구성으로, 제2로봇아암(730)에 억지끼움 가능하도록 피펫핸드결합부(711a)를 포함한다. 피펫핸드결합부(711a)는 피펫핸드본체(711)의 중앙영역에 형성되어 함몰된 원형의 구조로, 피펫핸드결합부(711a)의 내부에 제2로봇아암(730)에 형성된 후술할 아암결합부(731)가 억지끼움 결합된다.
핸드지지부(712)는, 피펫핸드본체(711)의 하부에 결합되어 후술할 피펫핑거부(713) 및 피펫실린더(714)를 지지하는 구성으로, 핸드지지부(712)의 측면에는 피펫핑거부(713)가 수평방향으로 지지되며, 핸드지지부(712)의 상면에 해당하는 피펫핸드본체(711)와 근접한 영역에는 피펫실린더(714)가 수직방향으로 지지된다.
피펫핑거부(713)는, 핸드지지부(712)에 지지되어 시료를 주입하는 피펫(5)을 파지하는 구성으로, 시료를 취하기 용이하게 피펫(5)이 수직방향으로 지지되도록 피펫핑거부(713)는 피펫(5)의 측면에서 수평방향으로 파지하게 된다. 이러한 피펫핑거부(713)는 수평방향 파지가 가능하도록 두 개의 핑거를 통해 피펫(5)을 안정적으로 파지한다.
피펫실린더(714)는, 피펫핑거부(713)의 상측에 지지되어 피펫(5)의 상단을 수직방향으로 가압하는 구성으로, 피펫실린더(714)가 피펫(5)의 상단을 누른 상태에서 시료에 피펫(5)을 담구어 시료를 취한 후 피펫(5)의 상단으로부터 피펫실린더(714)가 이격된다. 그 후 피펫로봇핸드(710)가 검체용기(1)의 상부에 위치하게 되면 피펫실린더(714)가 다시 피펫(5)의 상단을 눌러 피펫(5) 내에 시료가 검체용기(1) 내로 주입되도록 한다. 즉, 피펫실린더(714)의 구동에 의해 피펫(5)이 시료를 취하거나 또는 검체용기(1) 내로 주입할 수 있게 된다.
제2로봇핸드(720)는, 검체파지유니트(300)에 파지된 검체용기(1)를 검체취출유니트(500)로 이송되도록 파지하는 구성으로, 제2핸드본체(721) 및 제2핑거부(722)를 포함한다.
제2핸드본체(721)는, 제2로봇아암(730)의 단부에 착탈가능하도록 결합하는 구성으로, 제2로봇아암(730)에 억지끼움 가능하도록 제2핸드결합부(721a)를 포함한다. 제2핸드결합부(721a)는 제2핸드본체(721)의 중앙영역에 형성되어 함몰된 원형의 구조로, 제2핸드결합부(721a)의 내부에 제2로봇아암(730)에 형성된 아암결합부(731)가 억지끼움 결합된다. 여기서 제2핸드본체(721)는 피펫핸드본체(711)와 결합하는 제2로봇아암(730)과 동일한 제2로봇아암(730)에 결합해야 하기 때문에, 제2핸드본체(721)와 피펫핸드본체(711)는 동일한 형상으로 이루어진다. 즉, 피펫핸드본체(711)와 제2핸드본체(721)는 ATC(automatic tool changer) 용을 사용하는 것이 바람직하다.
제2핑거부(722)는, 제2핸드본체(721)의 하부에 결합되며 용기뚜껑(3)을 파지하는 구성에 해당한다. 여기서 제2핑거부(722)는 용기뚜껑(3)을 용이하게 파지할 수 있도록 서로 동일한 각도로 이격 배치되는 세 개의 핑거를 포함하며, 용기뚜껑(3)을 파지한 상태로 제2로봇아암(730)을 통해 제2핑거부(722)가 수직하강하여 용기본체(2)와 용기뚜껑(3)을 접촉시키게 된다. 이 상태에서 제2로봇아암(730)의 회전구동에 의해 제2핑거부(722)가 회전하여 검체파지유니트(300)에 파지된 용기본체(2)와 용기뚜껑(3)을 결합시켜 검체용기(1)를 밀봉하게 된다.
제2로봇아암(730)은, 피펫로봇핸드(710) 및 제2로봇핸드(720) 중 어느 하나를 단부에 착탈가능하도록 결합하는 구성으로, 피펫로봇핸드(710) 및 제2로봇핸드(720)와 결합가능하도록 단부에 아암결합부(731)를 포함한다.
제2로봇아암(730)은 제1로봇아암(620)을 통해 검체용기(1)가 검체파지유니트(300)에 파지된 후 용기뚜껑(3)이 열린 상태에서 용기본체(2) 내에 구비된 검체에 시료를 주입하고, 시료 주입 후 용기뚜껑(3)을 닫아 검체용기(1)를 검체파지유니트(300)로부터 검체취출유니트(500)로 이송하는 과정을 수행하게 된다. 이와 같은 다단계의 과정을 수행할 수 있도록 제2로봇아암(730)의 단부에는 피펫로봇핸드(710)와 제2로봇핸드(720)가 순차적으로 교체되어 각 과정을 수행하는 데 사용되어야 한다.
여기서 피펫로봇핸드(710)와 제2로봇핸드(720)가 탈착이 가능하도록 제2로봇아암(730)의 단부에는 아암결합부(731)를 포함한다. 아암결합부(731)는 제2로봇아암(730)의 단부로부터 하방을 향해 돌출 형성되는 원형으로 이루어지며, 측면에 복수 개의 돌기를 형성한다. 이러한 아암결합부(731)는 피펫핸드결합부(711a) 및 제2핸드결합부(721a)의 내부 직경과 동일 또는 유사하게 형성되어 억지끼움을 통해 결합된다. 경우에 따라서 아암결합부(731), 피펫핸드결합부(711a) 및 제2핸드결합부(721a)는 추가로 자석을 포함하여 자석 결합을 통해 더욱 견고하게 결합될 수도 있다.
제2로봇아암(730)은 제1로봇아암(620)과 같이 다관절로 이루어지는데, 바람직하게는 제1로봇아암(620)과 마찬가지로 6개의 축을 이용하여 다관절로 구동되도록 하여 좁은 공간인 하우징(100) 내에서도 최소한의 범위 내에서 원하는 위치로 자유롭게 구동될 수 있다. 특히 제2로봇아암(730)의 6축 회전에 의해 검체용기(1) 중 용기본체(2)로부터 용기뚜껑(3)을 회전을 통해 분리할 수 있는데, 이러한 제2로봇아암(730)은 540 내지 720°로 회전 구동되는 것이 바람직하다. 만약 제2로봇아암(730)이 540° 미만으로 회전할 경우 용기뚜껑(3)이 완전히 개봉되지 않을 수 있으며, 720°를 초과할 경우 과도한 동작으로 인해 진단 검사 시간이 증가하여 자동화 효율이 떨어진다는 단점이 있다.
피펫로봇핸드거치부(740) 및 제2로봇핸드거치부(750)는, 피펫로봇핸드(710)와 제2로봇핸드(720)를 거치할 수 있도록 하우징(100) 내에 구비된 구성이다. 이는 제2로봇아암(730)에 피펫로봇핸드(710)가 결합 및 사용될 때에는 제2로봇핸드(720)를 제2로봇핸드거치부(750)에 거치시켜놓으며, 반대로 제2로봇아암(730)에 제2로봇핸드(720)가 결합 및 사용될 때에는 피펫로봇핸드(710)를 피펫로봇핸드거치부(740)에 거치시키게 된다.
이와 같이 제2다관절로봇유니트(700)를 이용한 시료 주입, 검체용기(1)의 밀봉 및 이송과정은, 먼저 하우징(100) 내에 구비된 피펫로봇핸드(710)와 제2로봇핸드(720) 중 피펫로봇핸드(710)를 선택하여 제2로봇아암(730)과 결합하고 피펫로봇핸드(710)가 시료공급유니트(00)의 상부로 이송된다. 이 상태에서 피펫로봇핸드(710)에 파지된 피펫(5)을 이용하여 시료공급유니트(400)로부터 시료를 취하고, 그 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 피펫로봇핸드(710)를 검체파지유니트(300)의 상부로 이송시켜 용기본체(2) 내로 시료를 주입한다.
그 다음으로 도 6에 도시된 바와 같이 제2로봇아암(730)으로부터 피펫로봇핸드(710)를 제거하고, 도 7에 도시된 바와 같이 제2로봇핸드(720)로 교체한다. 그 후 도 8에 도시된 바와 같이 제2로봇핸드(720)가 용기뚜껑(3)을 파지하여 검체파지유니트(300)에 파지된 용기본체(2)로 이동되고, 용기본체(2)의 상부에 용기뚜껑(3)을 얹은 후 제2로봇아암(730)을 통해 제2핑거부(722)와 용기뚜껑(3)을 함께 회전시켜 시료용기(1)를 밀봉한다. 밀봉된 시료용기(1)는 도 9에 도시된 바와 같이 제2로봇핸드(720)에 의해 검체취출유니트(500)로 이송되고, 이후 제2로봇핸드(720)는 도 10에 도시된 바와 같이 시료용기(4)를 파지하여 시료를 폐기하게 된다.
제어부(미도시)는, 제1다관절로봇유니트(600) 및 제2다관절로봇유니트(700)의 구동을 제어하기 위한 구성으로, 작업자가 진단 검사 자동화를 위한 제어 정보를 입력할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템(10)을 이용할 경우, 종래에 병원이나 실험실에서 이루어지는 진단 검사를 작업자가 수작업으로 진행하던 과정을 자동화할 수 있으며, 이를 통해 작업자의 안전 및 작업 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1: 검체용기
2: 검체본체
3: 용기뚜껑
4: 시료용기
5: 피펫
10: 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템
100: 하우징
110: 검체공급도어
120: 검체취출도어
130: 검사확인부
200: 검체공급유니트
210: 검체공급키트
220: 검체공급판
230: 검체공급손잡이
300: 검체파지유니트
310: 파지플레이트
311: 파지홈
320: 파지부
330: 파지지지부
400: 시료공급유니트
500: 검체취출유니트
510: 검체취출키트
520: 검체취출판
530: 검체취출손잡이
600: 제1다관절로봇유니트
610: 제1로봇핸드
611: 제1핸드본체
612: 제1핑거부
620: 제1로봇아암
700: 제2다관절로봇유니트
710: 피펫로봇핸드
711: 피펫핸드본체
711a: 피펫핸드결합부
712: 핸드지지부
713: 피펫핑거부
714: 피펫실린더
720: 제2로봇핸드
721: 제2핸드본체
721a: 제2핸드결합부
722: 제2핑거부
730: 제2로봇아암
731: 아암결합부
740: 피펫로봇핸드거치부
750: 제2로봇핸드거치부

Claims (5)

  1. 검체가 저장되는 용기본체 및 용기뚜껑으로 이루어진 검체용기 내에 시료를 주입하여 상기 검체와 상기 시료를 반응시키는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 설치되어 상기 검체용기를 저장 및 공급하는 검체공급유니트;
    상기 검체공급유니트로부터 공급되는 상기 검체용기를 파지하도록 복수 개의 파지홈이 방사상으로 형성된 파지플레이트와, 상기 파지홈에 각각 지지되어 중앙에 파지공간을 형성하며 상기 파지공간으로 공급되는 상기 검체용기의 외면을 방사상으로 파지하는 복수 개의 파지부와, 상기 파지부의 하부에 결합되며 상기 파지부가 상기 파지홈을 따라 슬라이딩 이동하도록 지지하는 파지지지부와, 상기 파지지지부가 하방으로 탄성적으로 구동되도록 상기 파지지지부의 하부에 결합된 파지스프링을 포함하며, 상기 검체용기가 상기 파지지지부를 하방으로 가압하여 상기 파지스프링이 탄성적으로 구동되고 동시에 상기 파지부가 상기 검체용기 방향으로 수평 이동하여 상기 검체용기를 파지하는 검체파지유니트;
    상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내에 주입되는 시료를 저장 및 공급하는 시료공급유니트;
    상기 시료가 주입된 상기 검체용기를 상기 검체파지유니트로부터 회수하여 저장 및 취출하는 검체취출유니트;
    상기 하우징 내에 설치되며 상기 검체공급유니트에 저장된 상기 검체용기를 파지하는 제1로봇핸드와, 상기 제1로봇핸드가 단부에 설치되며 상기 검체공급유니트로부터 상기 검체파지유니트로 상기 검체용기를 이송하는 제1로봇아암을 포함하는 제1다관절로봇유니트;
    상기 하우징 내에서 상기 제1다관절로봇유니트와 이격 배치되며, 상기 시료공급유니트에 저장된 상기 시료를 취하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 내로 주입하는 피펫로봇핸드와, 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기를 상기 검체취출유니트로 이송되도록 파지하는 제2로봇핸드와, 상기 피펫로봇핸드 및 상기 제2로봇핸드 중 어느 하나를 단부에 착탈가능하도록 단부에 형성된 아암결합부와 상기 아암결합부의 측면에 형성된 복수 개의 돌기를 가진 제2로봇아암을 포함하는 제2다관절로봇유니트;
    상기 제1다관절로봇유니트 및 상기 제2다관절로봇유니트의 구동을 제어하는 제어부;
    상기 피펫로봇핸드를 거치하는 피펫로봇핸드거치부; 및 상기 제2로봇핸드를 거치하는 제2로봇핸드거치부;를 포함하되,
    상기 피펫로봇핸드는,
    피펫핸드본체와, 상기 제2로봇아암에 착탈가능하도록 상기 피펫핸드본체에 형성되어 상기 아암결합부에 억지끼움되는 피펫핸드결합부를 포함하며,
    상기 제2로봇핸드는,
    제2핸드본체와, 상기 제2로봇아암에 착탈가능하도록 상기 제2핸드본체에 형성되어 상기 아암결합부에 억지끼움되는 제2핸드결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1로봇핸드는,
    상기 제1로봇아암의 단부와 결합하는 제1핸드본체와, 상기 제1핸드본체의 하부에 결합되며 상기 용기뚜껑을 파지하는 제1핑거부를 포함하며,
    상기 제1로봇아암의 회전구동에 의해 상기 제1핑거부가 회전하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 검체용기 중 상기 용기뚜껑을 개봉하는 것을 특징으로 하는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피펫로봇핸드는,
    상기 피펫핸드본체의 하부에 결합되는 핸드지지부와, 상기 핸드지지부에 지지되어 상기 시료를 주입하는 피펫을 파지하는 피펫핑거부와, 상기 피펫핑거부의 상측에 지지되어 상기 피펫의 상단을 가압하는 피펫실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2로봇핸드는,
    상기 제2핸드본체의 하부에 결합되며 상기 용기뚜껑을 파지하는 제2핑거부를 포함하며,
    상기 제1로봇아암의 회전구동에 의해 상기 제2핑거부가 회전하여 상기 검체파지유니트에 파지된 상기 용기본체와 상기 용기뚜껑을 결합시켜 상기 검체용기를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 진단검사 피펫팅 의료 로봇 시스템.
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