KR102503568B1 - Surgical robot appartus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수술 로봇 장치를 제공한다. 본 발명은 베이스 칼럼, 복수개의 암을 가지는 로봇 암 유닛, 상기 로봇 암 유닛과 상기 베이스 칼럼을 연결하며, 상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 이동하는 커넥터 유닛, 및 상기 커넥터 유닛과 연결되어, 상기 로봇 암 유닛 및 상기 커넥터 유닛 중 적어도 하나의 정하중을 보상하도록 상기 커넥터 유닛에 보상력을 가하는 하중 보상 유닛을 포함한다.The present invention provides a surgical robot device. The present invention relates to a base column, a robot arm unit having a plurality of arms, a connector unit connecting the robot arm unit and the base column and moving in a height direction of the base column, and a connector unit connected to the robot arm. and a load compensation unit for applying a compensating force to the connector unit to compensate for a static load of at least one of the unit and the connector unit.
Description
본 발명은 수술 로봇 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a surgical robot device.
수술 로봇은 외과의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다. 현재 전 세계적으로 개발되고 있는 수술 로봇은 뼈 수술 로봇, 복강경(復腔鏡) 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등이 있다. 이러한 수술 로봇과 관련된 기술은 한국등록특허 10-1767060호(2017.08.04.), 한국등록특허 10-1477133호(2014.12.22.), 한국등록특허 10-1299472호(2013.08.19.)에 나타나 있습니다.A surgical robot refers to a robot having a function that can substitute for a surgical operation performed by a surgeon. Compared to humans, these surgical robots have the advantage of being able to perform more accurate and precise movements and enabling remote surgery. Bone surgery robots, laparoscopic surgery robots, and stereotactic surgery robots are currently being developed worldwide. Technologies related to these surgical robots appear in Korean Patent Registration No. 10-1767060 (August 4, 2017), Korean Patent Registration No. 10-1477133 (December 22, 2014), and Korean Patent Registration No. 10-1299472 (August 19, 2013). there is.
수술 로봇 장치는 일반적으로 마스터 콘솔과 슬레이브 로봇으로 구성된다. 오퍼레이터가 마스터 콘솔에 구비된 조종 레버(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 인스트루먼트가 조작되어 수술이 수행된다. A surgical robot device is generally composed of a master console and a slave robot. When an operator manipulates a control lever (for example, a handle) provided in the master console, an instrument coupled to the robot arm of the slave robot or held by the robot arm is manipulated to perform surgery.
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.The foregoing background art is technical information that the inventor possessed for derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to filing the present invention.
본 발명은 로봇 암 구조의 하중을 보상하여, 안전성이 향상된 수술 로봇 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a surgical robot device with improved safety by compensating for a load of a robot arm structure.
본 발명의 일측면은, 베이스 칼럼과, 복수개의 암을 가지는 로봇 암 유닛과, 상기 로봇 암 유닛과 상기 베이스 칼럼을 연결하며, 상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 이동하는 커넥터 유닛, 및 상기 커넥터 유닛과 연결되어, 상기 로봇 암 유닛 및 상기 커넥터 유닛 중 적어도 하나의 정하중을 보상하도록 상기 커넥터 유닛에 보상력을 가하는 하중 보상 유닛을 포함하는 수술 로봇 장치를 제공한다.One aspect of the present invention is a base column, a robot arm unit having a plurality of arms, a connector unit connecting the robot arm unit and the base column and moving in a height direction of the base column, and the connector unit The surgical robot device includes a load compensation unit that is connected to apply a compensating force to the connector unit to compensate for a static load of at least one of the robot arm unit and the connector unit.
본 발명에 따른 수술 로봇 장치는 하중을 보상하여, 전체 장치의 안전성을 높일 수 있다. 하중 보상 유닛은 일정한 보상력을 커넥터에 제공하므로, 수술 로봇 장치의 동작 중에 일측으로 쏠리는 것을 방지하여, 안전하게 수술을 수행할 수 있다.The surgical robot device according to the present invention can compensate for the load, thereby increasing the safety of the entire device. Since the load compensation unit provides a constant compensating force to the connector, it is possible to safely perform surgery by preventing the surgical robot device from being tilted to one side during operation.
본 발명에 따른 수술 로봇 장치는 로봇 암 유닛의 높이가 변화하더라도, 하중 보상 유닛에서 일정한 보상력을 제공할 수 있다. 하중 보상 유닛은 정하중 스프링이 제공하는 탄성력이 편차가 있더라도, 제1 모터의 토크가 탄성력의 편차를 제거하므로, 커넥터 유닛으로 일정한 보상력이 제공될 수 있다.In the surgical robot device according to the present invention, even if the height of the robot arm unit changes, the load compensation unit may provide a constant compensation force. Even if the elastic force provided by the static load spring varies, the load compensation unit eliminates the deviation of the elastic force by the torque of the first motor, so that a constant compensating force can be provided to the connector unit.
본 발명에 따른 수술 로봇 장치는 로봇 암 유닛의 높이가 변화시에, 신속하게 일정한 보상력이 커넥터 유닛에 제공될 수 있다. 수술 로봇 장치는 커넥터 유닛의 높이에 따라 제1 모터가 출력해야할 토크에 대한 데이터를 미리 데이터 저장부에 저장한다. 오퍼레이터가 수술 로봇 장치로 수술을 진행시에 미리 저장된 데이터로 제1 모터를 신속하게 구동하므로, 하중 보상 유닛은 신속하게 일정한 보상력을 제공할 수 있다.In the surgical robot device according to the present invention, when the height of the robot arm unit changes, a constant compensating force can be quickly provided to the connector unit. The surgical robot device stores data on torque to be output by the first motor in the data storage unit in advance according to the height of the connector unit. Since the operator quickly drives the first motor with pre-stored data when performing surgery with the surgical robot device, the load compensation unit can quickly provide a constant compensation force.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 장치를 포함하는 수술 로봇 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 하중 보상 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 구동 풀리와 케이블의 조립관계를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 2의 수술 로봇 장치의 일부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 도 3의 하중 보상 유닛에서 생성되는 보상력을 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 2의 수술 로봇 장치의 변형예이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술 로봇 장치를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 수술 로봇 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 8의 수술 로봇 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.1 is a plan view illustrating a surgical robot system including a surgical robot device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the surgical robot device of FIG. 1 .
Fig. 3 is a perspective view showing the load compensation unit of Fig. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an assembly relationship between a drive pulley and a cable in FIG. 3;
FIG. 5 is a block diagram showing some configurations of the surgical robot device of FIG. 2 .
FIG. 6 is a graph illustrating a compensating force generated in the load compensation unit of FIG. 3 .
7 is a modified example of the surgical robot device of FIG. 2 .
8 is a diagram illustrating a surgical robot device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the surgical robot device of FIG. 8 .
FIG. 10 is a diagram showing another modified example of the surgical robot device of FIG. 8 .
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, even if shown in different embodiments, the same identification numbers are used for the same components.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "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.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시 예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.
이하에서, 수술 로봇 장치는 다양한 산업상 이용가능한 로봇에 적용될 수 있다. 다양한 형태의 로봇 장치, 로봇 시스템 예컨대, 산업용 로봇, 의료용 로봇, 이동 로봇 등에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 수술 로봇 장치는 특정 형태, 장소 또는 용도에 한정되지 않으며, 복수개의 링크나 암을 연결된 다양한 구조에 적용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 수술 로봇에 설치된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.In the following, the surgical robot device can be applied to various industrially available robots. It can be applied to various types of robot devices and robot systems, such as industrial robots, medical robots, and mobile robots. That is, the surgical robot device of the present invention is not limited to a specific shape, location, or use, and can be applied to various structures connected to a plurality of links or arms. However, hereinafter, for convenience of description, a case in which the surgical robot is installed will be mainly described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 장치를 포함하는 수술 로봇 시스템(1)을 나타내는 평면도이다.1 is a plan view showing a surgical robot system 1 including a surgical robot device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 수술 로봇 시스템(1)은 수술대(2)에 누워있는 환자(S)에게 수술을 행하는 수술 로봇 장치(10)와, 수술 로봇 장치(10)를 오퍼레이터(O)가 원격 조종하도록 하는 마스터 콘솔(20)을 포함한다. 또한, 수술 로봇 시스템(1)은 비전 카트(30)를 포함할 수 있다. 비전 카트(30)의 디스플레이부(35)를 통해서, 보조자(A)가 수술의 진행 상황을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, a surgical robot system 1 includes a
수술 로봇 장치(10)는 하나 이상의 로봇 암 유닛(11)을 포함할 수 있다. 일반적으로 로봇 암은 인간의 팔 및/또는 손목과 유사한 기능을 가지고 있으며 손목 부위에 소정의 도구를 부착시킬 수 있는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 로봇 암 유닛(11)이란 상박, 하박, 손목, 팔꿈치 등의 구성 요소 및 상기 손목 부위에 결합되는 수술용 인스트루먼트 등을 모두 포괄하는 개념으로 정의할 수 있다. 이와 같은, 수술 로봇 장치(10)의 로봇 암 유닛(11)은 다자유도를 가지며 구동되도록 구현될 수 있다. The surgical
로봇 암 유닛(11)은 예를 들어 환자(S)의 수술 부위에 삽입되는 인스트루먼트(12), 인스트루먼트(12)를 수술 위치에 따라 요(yaw)방향으로 회전시키는 요동 구동부, 요동 구동부의 회전 구동과 직교하는 피치(pitch) 방향으로 인스트루먼트를 회전시키는 피치 구동부, 인스트루먼트(12)를 길이 방향으로 이동시키는 이송 구동부와, 인스트루먼트를 회전시키는 회전 구동부, 인스트루먼트(12)의 끝단에 설치되어 수술 병변을 절개 또는 절단하는 인스트루먼트 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 로봇 암 유닛(11)의 구성이 이에 제한되지는 않으며, 이러한 예시가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 오퍼레이터(O)가 조작 레버를 조작함에 의해 로봇 암 유닛(11)이 상응하는 방향으로 회전, 이동하는 등의 실제 제어 과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The
수술 로봇 장치(10)는 환자(S)를 수술하기 위하여 하나 이상으로 이용될 수 있으며, 수술 부위가 디스플레이부(35)를 통해 화상 이미지로 표시되도록 하기 위한 인스트루먼트(12)는 독립된 수술 로봇 장치(10)으로 구현될 수도 있다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 복강경 이외의 다양한 수술용 내시경(예를 들어, 흉강경, 관절경, 비경 등)이 이용되는 수술들에 범용적으로 사용될 수 있다.One or more
마스터 콘솔(20)과 수술 로봇 장치(10)가 반드시 물리적으로 독립된 별도의 장치로 분리되어야 하는 것은 아니며, 하나로 통합되어 일체형으로 구성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 마스터 콘솔(20)과 수술 로봇 장치(10)가 물리적으로 이격된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.The
마스터 콘솔(20)은 조작 레버(미도시) 및 디스플레이 부재(미도시)를 포함한다. 또한, 마스터 콘솔(20)은 추가적으로 외측에 오퍼레이터(O)의 상태를 표시할 수 있는 외부의 디스플레이 장치(25)를 더 구비할 수 있다.The
상세히, 마스터 콘솔(20)은 오퍼레이터(O)가 양손에 각각 파지하여 조작할 수 있도록 조작 레버(미도시)를 구비한다. 조작 레버는 두 개 또는 그 이상의 수량의 핸들로 구현될 수 있으며, 오퍼레이터(O)의 핸들 조작에 따른 조작 신호가 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술 로봇 장치(10)으로 전송되어 로봇 암 유닛(11)이 제어된다. 즉, 오퍼레이터(O)의 핸들 조작에 의해 로봇 암 유닛(11)의 위치 이동, 회전, 절단 작업 등의 수술 동작이 수행될 수 있다.In detail, the
예를 들어, 오퍼레이터(O)는 핸들 형태의 조작 레버를 이용하여 로봇 암 유닛(11)이나 인스트루먼트(12) 등을 조작 할 수 있다. 이와 같은 조작 레버는 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 로봇 암 유닛(11)이나 인스트루먼트(12) 등의 동작을 조작하는 마스터 핸들과, 전체 시스템의 기능을 조작하기 위해 마스터 콘솔(20)에 부가된 조이스틱, 키패드, 트랙볼, 터치스크린과 같은 각종 입력도구와 같이, 수술 로봇 장치(10)의 로봇 암 유닛(11) 및/또는 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 조작 레버는 핸들의 형상으로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망과 같은 네트워크를 통해 로봇 암 유닛(11)의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한 없이 적용될 수 있다.For example, the operator O may operate the
마스터 콘솔(20)의 상기 디스플레이 부재에는 인스트루먼트(12)를 통해 촬영되는 영상이 화상 이미지로 표시된다. 또한 디스플레이 부재에는 소정의 가상 조작판이 상기 인스트루먼트(12)를 통해 촬영되는 영상과 함께 표시되거나 또는 독립적으로 표시될 수 있다. An image captured by the
디스플레이 부재는 오퍼레이터(O)가 영상을 확인할 수 있는 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터(O)의 양안에 대응하도록 디스플레이 장치가 설치될 수 있다. 다른 예로, 하나 이상의 모니터들로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 할 수 있다. 디스플레이 부재의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 더 상세한 마스터 콘솔(20)에 대한 설명은 하기에서 설명하기로 한다.The display member may be provided in various forms through which the operator O can check the image. For example, a display device may be installed to correspond to both eyes of the operator O. As another example, it may be composed of one or more monitors, and information necessary for surgery may be individually displayed on each monitor. The number of display members may be variously determined according to the type or type of information required to be displayed. A more detailed description of the
비전 카트(30)는 수술 로봇 장치(10)나 마스터 콘솔(20)에 이격되게 설치되고, 외부에서 수술의 진행상황을 디스플레이부(35)를 통해서 확인할 수 있다. 디스플레이부(35)에서 디스플레이되는 영상은 오퍼레이터(O)의 마스터 콘솔(20)에서 디스플레이 되는 영상과 동일할 수 있다. 보조자(A)는 디스플레이부(35)의 영상을 확인하면서, 오퍼레이터(O)의 수술 작업을 보조할 수 있다. 예를 들어, 보조자(A)는 수술의 진행상태에 따라 인스트루먼트(12)를 인스트루먼트 카트(3)에서 교체할 수 있다. The
중앙 제어부(40)는 수술 로봇 장치(10), 마스터 콘솔(20) 및 비전 카트(30)와 연결되어, 각각의 신호를 송수신 할 수 있다. 중앙 제어부(40)는 수술 로봇 장치(10), 마스터 콘솔(20) 및 비전 카트(30) 중 어느 하나에 설치되거나, 독립적으로 설치될 수 있다.The
도 2는 도 1의 수술 로봇 장치를 도시하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the surgical robot device of FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 수술 로봇 장치(100)는 바디(110), 베이스 칼럼(120), 로봇 암 유닛(130), 커넥터 유닛(140), 하중 보상 유닛(150)을 포함할 수 있다. 수술 로봇 장치(100)는 도 1의 수술 로봇 장치(10)에 적용될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
바디(110)는 수술 로봇 장치(100)의 하측에 배치될 수 있다. 바디(110)는 수술 로봇 장치(100)의 기본틀을 형성할 수 있으며, 베이스 칼럼(120)을 지지할 수 있다. The
일 실시예로, 바디(110)는 지면이나 외부 구조물 등에 고정되게 설치될 수 있다. 다른 실시예로, 바디(110)는 하부에 바퀴와 같은 이동 부재(미도시)가 설치되어 오퍼레이터(O)나 보조자(A)에 의해서 이동 가능할 수 있다. In one embodiment, the
베이스 칼럼(120)은 바디(110)에 연결되며, 높이 방향으로 연장될 수 있다. 베이스 칼럼(120)은 로봇 암 유닛(130)이 장착되며, 로봇 암 유닛(130)이 높이 방향으로 이동하도록 구동부(미도시)가 설치될 수 있다. 베이스 칼럼(120)의 개수는 특정 개수에 한정되지 않으며, 베이스 칼럼(120)은 바디(110)에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.The
베이스 칼럼(120)에는 로봇 암 유닛(130)이 장착될 수 있다. 도면에서는 베이스 칼럼(120)에 하나의 로봇 암 유닛(130)이 장착된 예를 도시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수개의 로봇 암 유닛(130)이 설치될 수 있다. 예컨대, 베이스 칼럼(120)의 각 측면에 로봇 암 유닛(130)이 설치될 수 있다. 또한, 베이스 칼럼(120)의 높이에 따라 적어도 복수개의 로봇 암 유닛(130)이 설치될 수 있다.A
로봇 암 유닛(130)은 복수 개의 조인트와 이들 조인트들을 연결하는 아암(Arm)들 또는 링크(link)들을 포함할 수 있다. The
수술 로봇 장치(10)는 패시브 영역(Passive Area; P.A)과 액티브 영역(Active Area; A.A)으로 구분될 수 있다. 로봇 암 유닛(130)에서 일부는 패시브 영역(P.A)으로 정의되고, 다른 일부는 액티브 영역(A.A)으로 정의될 수 있다. 패시브 영역(P.A)에는 패시브 암이 설치되고, 액티브 영역(A.A)에는 액티브 암이 설치될 수 있다. The
패시브 영역(P.A)과 액티브 영역(A.A)은 수술과정에서 수술 로봇 시스템(1)의 구동되는 영역에 따른 구분이다. 상세히, 패시브 영역(P.A)에는 패시브 암이 설치되고, 수술 전에 패시브 암만 구동되는 영역으로, 이때에는 액티브 암이 구동되지 않는다. 패시브 영역(P.A)은 수술을 수행하기 전에 수술 로봇 시스템(1)의 위치를 설정하는 영역으로, 오퍼레이터(O)나 보조자(A)는 패시브 암을 구동시켜서, 액티브 암의 위치를 설정할 수 있다. The passive area P.A and the active area A.A are classified according to the driving area of the surgical robot system 1 in the surgical procedure. In detail, a passive arm is installed in the passive area P.A, and only the passive arm is driven before surgery. In this case, the active arm is not driven. The passive area P.A is an area for setting the position of the surgical robot system 1 before performing surgery, and the operator O or assistant A may set the position of the active arm by driving the passive arm.
액티브 영역(A.A)은 액티브 암이 설치되고, 수술 과정에서 액티브 암만 구동되어 인스트루먼트(12)가 복수의 자유도를 가지고 수술을 수행할 수 있으며, 이때에는 패시브 암이 구동되지 않는다. 즉, 액티브 영역(A.A)은 수술 과정중에 구동되는 부분이며, 오퍼레이터(O)가 마스터 콘솔을 조작하여, 인스트루먼트(12)를 구동할 수 있다. 이때, 인스트루먼트(12)는 기 설정된 RCM(Remote Center of Motion) 포인트에 고정된 상태를 유지하면서, 요(Yaw) 운동, 피치(Pitch) 운동, 롤(Roll) 운동을 할 수 있다. In the active area A.A, an active arm is installed, and only the active arm is driven during a surgical procedure so that the
패시브 암은 복수 개의 조인트와 이들 조인트들을 연결하는 아암(Arm)들 또는 링크(link)들을 포함한다. 각 조인트는 회전(rotation) 운동 혹은 직선(prismatic) 운동을 하며, 이러한 운동을 통하여 패시브 암의 전체적인 움직임을 생성한다. 조인트는 구동기(actuator), 감속기, 센서, 브레이크(brake), 카운터밸런스(counterbalance) 등을 구비 할 수 있다. The passive arm includes a plurality of joints and arms or links connecting the joints. Each joint performs a rotational movement or a prismatic movement, and through this movement, the entire movement of the passive arm is created. The joint may include an actuator, a reducer, a sensor, a brake, a counterbalance, and the like.
구동기는 주로 전기 모터가 이용되며, BDC(brushed DC) 모터, BLDC(brushless DC) 모터, AC 모터 등을 포함 할 수 있다. 감속기는 하모닉 드라이브(harmonic drive), 유성기어 등과 같이 기어(gear)로 구현될 수 있다. 센서는 조인트의 움직임을 측정하는 엔코더(encoder), 리솔버(resolver) 등이 이용될 수 있으며, 각 조인트와 연결된 링크에 작용하는 힘이나 토크를 측정하는 힘/토크(force/torque) 센서를 포함 할 수 있다. 브레이크는 조인트의 움직임을 제한하는 장치로 주로 솔레노이드(solenoid)와 스프링 등이 주요 구성 요소이며, 구동기에 연결되어 구동기의 움직임을 제한하는 형태, 링크에 연결되어 링크의 움직임을 제한하는 형태, 혹은 위의 두 가지 형태 모두를 포함 할 수 있다. 카운터밸런스는 로봇 암의 무게를 보상하는 장치로, 정적(static) 상태에서 로봇 암의 무게를 상쇄할 수 있는 힘을 작용한다.The actuator mainly uses an electric motor, and may include a brushed DC (BDC) motor, a brushless DC (BLDC) motor, an AC motor, and the like. The reducer may be implemented as a gear, such as a harmonic drive or a planetary gear. The sensor may include an encoder, a resolver, etc. that measure the movement of the joint, and include a force/torque sensor that measures the force or torque acting on the link connected to each joint. can do. A brake is a device that limits the movement of a joint, and its main components are mainly a solenoid and a spring. may include both forms of The counterbalance is a device that compensates for the weight of the robot arm, and applies a force that can offset the weight of the robot arm in a static state.
액티브 암은 말단부에 인스트루먼트(12)나 내시경(미도시)이 장착되며, 수술중에 액티브 암의 각 조인트를 구동하여 인스트루먼트(12)나 내시경이 환자의 몸에서 움직일 수 있다. 액티브 암은 복수 개의 조인트와 이들 조인트들을 연결하는 아암(Arm)들 또는 링크(link)들을 포함한다. 각 조인트는 회전(rotation) 운동 혹은 직선(prismatic) 운동을 하며, 이러한 운동을 통하여 액티브 암의 전체적인 움직임을 생성한다. 조인트는 구동기(actuator), 감속기, 센서, 브레이크(brake), 카운터밸런스(counterbalance) 등을 구비 할 수 있다. 각 조인트의 구성은 전술한 패시브 암의 조인트와 실질적으로 동일하며, 배치만 상이할 수 있다.An
커넥터 유닛(140)은 로봇 암 유닛(130)과 베이스 칼럼(120)을 연결하고, 베이스 칼럼(120)의 높이 방향으로 이동할 수 있다. The
커넥터 유닛(140)에는 로봇 암 유닛(130)이 지지될 수 있다. 도면에서는 커넥터 유닛(140)에 하나의 로봇 암 유닛(130)이 설치된 것을 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 복수개의 로봇 암 유닛(130)이 설치될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서, 커넥터 유닛(140)에 하나의 로봇 암 유닛(130)이 설치된 실시예를 중심으로 설명하기로 한다. The
커넥터 유닛(140)은 웨이트 부재(145)가 장착될 수 있다. 커넥터 유닛(140)의 일측에는 기 설정된 웨이트를 가지는 웨이트 부재(145)가 장착되어, 로봇 암 유닛(130)의 안정성을 높일 수 있다. 웨이트 부재(145)는 상당한 무게를 가지는 로봇 암 유닛(130)이 한 쪽으로 쏠리는 것을 방지하도록 커넥터 유닛(140)에 장착되며, 수술 로봇 장치(100)는 로봇 암 유닛(130)을 안정적으로 구동시킬 수 있다.A
커넥터 유닛(140)은 베이스 칼럼(120)의 가이드 부재(125)를 따라 선형 이동할 수 있다. 커넥터 유닛(140)은 베이스 칼럼(120)에 기구적인 구동 매커니즘으로 연결될 수 있다. 예컨대 풀리, 커넥터 유닛(140)은 베이스 칼럼(120)에 기어, 체인, 벨트와 같은 동력 전달 기구로 연결되어, 베이스 칼럼(120)을 따라 이동할 수 있다. The
커넥터 유닛(140)은 하중 보상 유닛(150)과 연결되며, 로봇 암 유닛(130) 및 커넥터 유닛(140) 중 적어도 하나의 하중을 보상하는 보상력을 하중 보상 유닛(150)에서 전달 받을 수 있다. The
도 3은 도 2의 하중 보상 유닛(150)을 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3의 구동 풀리(154)와 케이블(152)의 조립관계를 도시하는 단면도이다.FIG. 3 is a perspective view showing the
도 2 내지 도 4를 참조하면, 하중 보상 유닛(150)은 로봇 암 유닛(130) 및 커넥터 유닛(140) 중 적어도 하나의 정하중을 보상하도록, 커넥터 유닛(140)에 보상력을 가할 수 있다. 하중 보상 유닛(150)은 커넥터 유닛(140)과 연결되어, 커넥터 유닛(140)의 상측으로 당겨서, 커넥터 유닛(140)에 보상력을 제공할 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 4 , the
하중 보상 유닛(150)은 정하중 스프링(151), 케이블(152), 제1 모터(153), 구동 풀리(154), 제1 풀리(155)를 구비할 수 있다. 하중 보상 유닛(150)은 정하중 스프링(151)에서 생성된 탄성력과, 제1 모터(153)의 출력으로, 커넥터 유닛(140)에 보상력을 제공할 수 있다. 하중 보상 유닛(150)은 로봇 암 유닛(130)과 커넥터 유닛(140)의 하중의 반대방향인 상부 방향으로 보상력을 제공하여, 로봇 암 유닛(130)이 처짐을 방지할 수 있다.The
정하중 스프링(151)은 형태의 변화에 관계없이 일정한 탄성력을 제공하도록 마련된 탄성 부재로 정의할 수 있다. 그러나, 정하중 스프링(151)이 생성하는 탄성력은 정하중 스프링(151)의 길이에 따라 편차가 발생할 수 있으며, 이러한 편차를 줄이는 것이 필요하다. 이에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.The
정하중 스프링(151)은 연결단(151a)에 케이블(152)이 연결된다. 정하중 스프링(151)은 대략 나선형으로 감긴 형태를 가질 수 있다. 정하중 스프링(151)은 케이블(152)과 연결된 커넥터 유닛(140)의 높이 변화에 따라, 길이가 변화 할 수 있다. In the
정하중 스프링(151)이 기 설정된 보상력(F)에 대응하는 탄성력을 제공하도록 바디(110)에 설치될 수 있다. 정하중 스프링(151)은 바디(110)에 장착되고, 바디(110)의 상면을 따라 전진 또는 후퇴할 수 있다.A
정하중 스프링(151)은 소정의 구간이 지나야만 일정한 탄성력을 제공할 수 있다. 따라서, 정하중 스프링(151)은 제1 구간(l)이 노출된 상태에서 수술 로봇 장치(100)에 설치될 수 있다. 도 5를 보면, 정하중 스프링(151)이 제1 구간(l)만큼 당겨지면, 탄성력이 일정한 구간으로 진입하게 된다. 즉, 제1 구간(l)보다 더 길게 당겨지더라도, 정하중 스프링(151)은 원칙적으로 일정한 정하중을 제공한다. 그러나, 정하중 스프링(151)이 제공하는 탄성력(f1)은 편차가 있는바, 편차를 제거하기 위하여 제1 모터(153)의 토크가 가해진다.The
정하중 스프링(151)은 커넥터 유닛(140)의 높이 변화에 대응하여, 길이가 조절될 수 있다. 도 3에서, 커넥터 유닛(140)은 L의 높이만큼 이동될 수 있으며, 정하중 스프링(151)도 커넥터 유닛(140)의 높이 변화에 대응하여 L 길이의 범위 내에서 인출될 수 있다.The length of the
케이블(152)은 커넥터 유닛(140)과 연결된다. 케이블(152)은 도 3과 같이 와이어의 형태를 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 케이블(152)은 동력을 전달하는 다양한 형태로 설정될 수 있다.The
케이블(152)의 일단은 정하중 스프링(151)과 연결되고, 타단은 커넥터 유닛(140)에 연결될 수 있다. 케이블(152)은 일부 구간이 구동 풀리(154)에 권취될 수 있으며, 구동 풀리(154)와 연결된 제1 모터(153)에서의 토크가 전달될 수 있다.One end of the
제1 모터(153)는 컨트롤러(50)로부터 전기적 신호를 전달 받으며, 출력을 조절하여, 하중 보상 유닛(150)이 일정한 보상력을 제공할 수 있다. 제1 모터(153)가 생성하는 토크는 정하중 스프링(151)의 편차를 조절하여, 커넥터 유닛(140)에는 일정한 보상력(F)이 제공될 수 있다.The
커넥터 유닛(140)의 높이를 조절하면, 커넥터 유닛(140)의 높이에 따라 정하중 스프링(151)의 길이가 변화한다. 커넥터 유닛(140) 및 로봇 암 유닛(130)은 일정한 하중을 가지므로, 하중 보상 유닛(150)은 커넥터 유닛(140)에 일정한 보상력을 제공하는 것이 바람직하다. 제1 모터(153)는 설정된 방향 및 크기의 토크(f2)를 생성하여, 정하중 스프링(151)이 제공하는 탄성력(f1)의 편차를 없애며, 커넥터 유닛(140)에 일정한 보상력(F)이 전달될 수 있다.When the height of the
제1 모터(153)는 바디(110)에 설치되되, 정하중 스프링(151)과 이격되게 배치될 수 있다. 제1 모터(153)와 정하중 스프링(151)이 서로 이격되게 배치되므로, 제1 모터(153)의 토크(f2)가 정하중 스프링(151)에서 생성되는 탄성력(f1)의 편차를 조절할 수 있다. The
제1 모터와 정하중 스프링이 일체로 형성된다면, 제1 모터는 정하중 스프링의 길이 변화에 따른 탄성력의 편차를 정확하게 측정하기 어렵다. 예컨대, 정하중 스프링의 축과 모터의 회전축이 같도록 연결되면, 제1 모터에서 출력되는 토크가 정하중 스프링의 길이에 영향을 미치므로, 제1 모터는 정하중 스프링의 편차를 정확하게 측정하기 어렵고, 일정한 보상력을 제공하는데 한계가 있다.If the first motor and the static load spring are integrally formed, it is difficult to accurately measure the deviation of the elastic force according to the length change of the static load spring in the first motor. For example, if the axis of the static load spring and the rotational axis of the motor are connected to be the same, the torque output from the first motor affects the length of the static load spring, so it is difficult for the first motor to accurately measure the deviation of the static load spring, and constant compensation There is a limit to the power provided.
제1 모터(153)의 회전축(153a)에는 구동 풀리(154)가 연결되고, 구동 풀리(154)에는 케이블(152)의 일부 구간이 권취 될 수 있다. 컨트롤러(50)의 제어 신호에 의해서, 제1 모터(153)의 토크(f2)는 크기와 방향이 조절 될 수 있다. 제1 모터(153)의 출력이 구동 풀리(154)를 통해서 케이블(152)에 전달되면, 케이블(152)은 탄성력(f1)과 토크(f2)의 합인 일정한 보상력(F)으로 커넥터 유닛(140)을 끌어 당길 수 있다.A driving
구동 풀리(154)는 제1 모터(153)의 회전축(153a)에 연결되며, 외주면에 케이블(152)이 권취될 수 있다. 구동 풀리(154)는 제1 모터(153)에서 토크를 전달 받아, 케이블(152)에 전달 할 수 있다.The
구동 풀리(154)는 외주면에 배치된 가이드홈(154a)을 가질 수 있다. 케이블(152)은 가이드홈(154a)에 삽입되며, 케이블(152)과 가이드홈(154a) 사이의 마찰력에 의해서 제1 모터(153)의 토크(f2)가 케이블(152)에 전달 될 수 있다. The driving
가이드홈(154a)은 구동 풀리(154)의 외주면을 따라 연장되며, 나선형을 가질 수 있다. 또한, 가이드홈(154a)은 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. The
커넥터 유닛(140)의 높이 변화에 따른 정하중 스프링(151)의 길이가 변화하면, 케이블(152)은 가이드홈(154a)을 따라 이동한다. 커넥터 유닛(140)의 높이가 설정되면 제1 모터(153)는 기 저장된 토크를 출력한다. 이때, 케이블(152)의 위치는 이동하지 않으며, 제1 모터(153)에서 생성하는 출력은 가이드홈(154a)을 통해서 케이블(152)로 전달된다.When the length of the
일 예로, 일정한 보상력(F)을 제공하기 위해서, 제1 모터(153)가 구동되더라도, 구동 풀리(154)는 회전하지 않으며, 케이블(152)은 구동 풀리(154)에서 권취된 상태로 토크를 전달 받을 수 있다.For example, in order to provide a constant compensation force F, even if the
다른 예로, 일정한 보상력(F)을 제공하기 위해서, 제1 모터(153)가 구동되면, 제1 모터(153)의 출력에 의해서 구동 풀리(154)는 약간 회전할 수 있다. 그러나, 구동 풀리(154)가 약간 회전 하더라도, 정하중 스프링(151)의 길이는 변화하지 않고, 케이블(152)의 위치는 변화하지 않는다. 즉, 구동 풀리(154)는 케이블(152)과 가이드홈(154a)의 표면 사이의 마찰력을 극복하고, 소정 범위로 회전할 수 있다. As another example, when the
제1 풀리(155)는 케이블(152)의 경로를 설정할 수 있다. 제1 풀리(155)는 베이스 칼럼(120)에 장착되어, 케이블(152)이 커넥터 유닛(140)을 상부로 끌어 올리도록 케이블(152)의 경로를 설정할 수 있다.The
제1 센서 유닛(160)은 커넥터 유닛(140)의 높이를 측정할 수 있다. 제1 센서 유닛(160)은 베이스 칼럼(120)에 장착되거나, 커넥터 유닛(140)에 장착될 수 있다. 제1 센서 유닛(160)은 특정 센서에 한정되지 않으며, 높이를 측정할 수 있는 다양한 부품으로 구성될 수 있다. 제1 센서 유닛(160)은 기구 장치만 아니라, 높이를 산출할 수 있는 소프트웨어일 수 있다.The
제2 센서 유닛(170)은 제1 모터(153)의 출력을 측정할 수 있다. 제2 센서 유닛(170)은 하중 보상 유닛(150)이 구동시에, 제1 모터(153)에서 생성되는 토크의 크기 및 방향을 측정할 수 있다. 제2 센서 유닛(170)은 제1 모터(153)의 출력 전압, 전류, 회전수 등을 측정하여, 제1 모터(153)의 출력 토크를 센싱할 수 있다. 제2 센서 유닛(170)은 기구 장치만 아니라, 토크를 산출할 수 있는 소프트웨어일 수 있다.The
도 5는 도 2의 수술 로봇 장치(100)의 일부 구성을 도시하는 블록도이고, 도 6은 도 3의 하중 보상 유닛(150)에서 생성되는 보상력을 도시하는 그래프이다.FIG. 5 is a block diagram showing some configurations of the
도 5 및 도 6을 참조하면, 하중 보상 유닛(150)에서 일정한 보상력(F)을 제공하기 위한 제어 방법을 다음과 같이 설명할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , a control method for providing a constant compensation force F in the
제1 센서 유닛(160), 제2 센서 유닛(170)에서 측정된 데이터를 데이터 저장부(60)에 저장되며, 컨트롤러(50)는 상기 데이터를 기초로 제어신호를 제1 모터(153)에 인가하고, 그리하여 하중 보상 유닛(150)이 일정한 보상력(F)을 커넥터 유닛(140)에 전달 할 수 있다.Data measured by the
로봇 암 유닛(130)과 커넥터 유닛(140)의 하중은 미리 결정되므로, 하중 보상 유닛(150)이 제공해야할 보상력(F)도 결정된다. Since the loads of the
제1 센서 유닛(160)은 커넥터 유닛(140)이 제1 높이(H1)에 위치하는지를 측정한다. 제2 센서 유닛(170)은 제1 모터(153)에서 출력된 토크(f2)를 측정한다. 제1 높이(H1)에서 정하중 스프링(151)은 탄성력(f1)을 제공하나, 편차에 의해서 탄성력(f1)과 보상력(F)을 일치하지 않을 수 있다. 토크(f2)는 편차를 없애므로, 제1 높이(H1)에서 하중 보상 유닛(150)이 제공하는 보상력(F)이 일정하게 된다.The
커넥터 유닛(140)의 높이가 제2 높이(H2)로 변경되면, 제1 센서 유닛(160)은 커넥터 유닛(140)이 제2 높이(H2)에 위치하는지를 측정한다. 제2 센서 유닛(170)은 제1 모터(153)에서 출력된 토크를 측정한다. 제2 높이(H2)에서 정하중 스프링(151)은 탄성력(f1)을 제공하나, 편차에 의해서 탄성력(f1)과 보상력(F)을 일치하지 않을 수 있다. 토크(f2)는 편차를 없애므로, 제2 높이(H2)에서 하중 보상 유닛(150)이 제공하는 보상력(F)이 일정하게 된다.When the height of the
제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)에서 측정된 토크(f2)는 각각 크기와 방향에 대한 정보를 가질 수 있다. 상기 정보는 제1 데이터로 데이터 저장부(60)에 저장될 수 있다.The torque f2 measured at the first height H1 and the second height H2 may have information about magnitude and direction, respectively. The information may be stored in the
수술 로봇 장치(100)로 수술을 진행중에, 오퍼레이터(O)나 보조자(A)가 커넥터 유닛(140)의 높이를 조절하면, 제1 센서 유닛(160)은 커넥터 유닛(140)의 높이를 측정하고, 이에 대한 정보를 컨트롤러(50)로 제공한다.When an operator O or an assistant A adjusts the height of the
컨트롤러(50)는 데이터 저장부(60)에 저장된 데이터를 기초로, 제1 모터(153)의 토크 출력을 제어할 수 있다. 즉, 커넥터 유닛(140)의 높이에 따라, 컨트롤러(50) 미리 저장된 토크의 크기와 방향을 제어하며, 이로써 하중 보상 유닛(150)은 수술 로봇 장치(100)를 이용 중에 높이가 변화하더라도, 일정한 보상력(F)을 커넥터 유닛(140)에 제공할 수 있다.The
일 실시예로, 수술 로봇 장치(100)는 제1 데이터를 획득하고, 이를 데이터 저장부(60)에 저장하는 단계를 먼저 수행할 수 있다. 수술 로봇 장치(100)의 조립하는 과정에서, 커넥터 유닛(140)의 각 위치에 따라, 제1 모터(153)가 생성해야 하는 토크를 산출 및 저장한다. 이후, 수술 로봇 장치(100)를 이용하여, 수술을 진행 중에는 미리 저장된 제1 데이터를 이용하여, 컨트롤러(50)가 즉시 제1 모터(153)의 출력을 제어할 수 있다. 즉, 수술 로봇 장치(100)는 제1 모터(153)의 출력을 미리 측정 및 저장할 수 있다.In one embodiment, the
다른 실시예로, 수술 로봇 장치(100)는 커넥터 유닛(140)의 높이가 변화하면, 그에 따라 제1 모터(153)에서 출력을 제어할 수 있다. 수술 로봇 장치(100)는 일정한 보상력(F)을 제공하기 위해서, 실시간으로 제1 모터(153)에서 출력해야할 토크의 크기와 방향을 센싱하며, 센싱한 데이터를 기초로 제1 모터(153)를 제어할 수 있다.In another embodiment, when the height of the
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(100)는 하중을 보상하여, 전체 장치의 안전성을 높일 수 있다. 하중 보상 유닛(150)은 일정한 보상력(F)을 커넥터 유닛(140)에 제공하므로, 수술 로봇 장치(100)의 동작 중에 일측으로 쏠리는 것을 방지하여, 안전하게 수술을 수행할 수 있다.The
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(100)는 로봇 암 유닛(130)의 높이가 변화하더라도, 하중 보상 유닛(150)에서 일정한 보상력(F)을 제공할 수 있다. 하중 보상 유닛(150)은 정하중 스프링(151)이 제공하는 탄성력(f1)이 편차가 있더라도, 제1 모터(153)의 토크(f2)가 탄성력(f1)의 편차를 제거하므로, 커넥터 유닛(140)으로 일정한 보상력이 제공될 수 있다.In the
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(100)는 로봇 암 유닛(130)의 높이가 변화시에, 신속하게 일정한 보상력이 커넥터 유닛(140)에 제공될 수 있다. 수술 로봇 장치(100)는 커넥터 유닛(140)의 높이에 따라 제1 모터(153)가 출력해야할 토크에 대한 데이터를 미리 데이터 저장부(60)에 저장한다. 오퍼레이터(O)가 수술 로봇 장치(100)로 수술을 진행시에 미리 저장된 데이터로 제1 모터(153)를 신속하게 구동하므로, 하중 보상 유닛(150)은 신속하게 일정한 보상력을 제공할 수 있다.In the
도 7은 도 2의 수술 로봇 장치의 변형예이다.7 is a modified example of the surgical robot device of FIG. 2 .
도 7을 참조하면, 수술 로봇 장치(100A)는 바디(110), 베이스 칼럼(120), 가이드 부재(125), 로봇 암 유닛(130), 커넥터 유닛(140), 웨이트 부재(145), 하중 보상 유닛(150A)을 포함할 수 있다. 수술 로봇 장치(100A)는 전술한 수술 로봇 장치(100)와 비교하면, 하중 보상 유닛(150A)의 배치에 차이가 있는바, 이하에서는 이를 중심으로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 7 , the
하중 보상 유닛(150A)은 정하중 스프링(151A), 케이블(152), 제1 모터(153A), 구동 풀리(154A)를 구비할 수 있다. The load compensation unit 150A may include a
정하중 스프링(151A)은 베이스 칼럼(120)에 배치되고, 케이블(152)은 정하중 스프링(151A)과 커넥터 유닛(140)을 연결할 수 있다. 정하중 스프링(151A)은 베이스 칼럼(120)의 상단에 배치될 수 있다. The
제1 모터(153A)는 정하중 스프링(151A)과 커넥터 유닛(140) 사이에 배치될 수 있다. 제1 모터(153A)는 구동 풀리(154A)가 장착되며 제1 모터(153A)의 토크는 케이블(152)로 전달 될 수 있다.The
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(100A)는 하중 보상 유닛(150A)이 베이스 칼럼(120)의 상단에 배치되어, 하중 보상 유닛(150A)이 제공하는 보상력의 전달 경로를 줄일 수 있다. In the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술 로봇 장치(200)를 도시하는 도면이다.8 is a diagram showing a
도 8을 참조하면, 수술 로봇 장치(200)는 바디(210), 베이스 칼럼(220), 로봇 암 유닛(230), 커넥터 유닛(240), 웨이트 부재(245), 하중 보상 유닛(250), 제1 센서 유닛(260), 제2 센서 유닛(270)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the
수술 로봇 장치(200)의 바디(210), 베이스 칼럼(220), 로봇 암 유닛(230), 커넥터 유닛(240), 웨이트 부재(245), 제1 센서 유닛(260), 제2 센서 유닛(270)은 전술한 수술 로봇 장치(100)의 바디(110), 베이스 칼럼(120), 로봇 암 유닛(130), 커넥터 유닛(140), 웨이트 부재(145), 제1 센서 유닛(160), 제2 센서 유닛(170)과 실질적으로 동일한 바, 이하에서는 하중 보상 유닛(250)을 중심적으로 설명하기로 한다.The
하중 보상 유닛(250)은 정하중 스프링(251), 케이블(252), 제2 모터(253), 구동 부재(254), 가이드 부재(255)를 구비할 수 있다.The
정하중 스프링(251)의 단부는 케이블(252)과 연결되며, 제1 풀리(256) 및 제2 풀리(257)로 케이블(252)은 경로가 설정될 수 있다.An end of the
제2 모터(253)는 커넥터 유닛(240)에 설치될 수 있으며, 커넥터 유닛(240)과 함께 이동할 수 있다.The
일 실시예로, 제2 모터(253)는 커넥터 유닛(240)의 높이 방향으로의 구동력을 생성하고, 동시에 탄성력(f1)의 편차를 조정하도록 토크(f2)를 제공할 수 있다.In one embodiment, the
제2 모터(253)가 구동하면, 구동 부재(254)가 가이드 부재(255)를 따라 선형 이동할 수 있다. 제2 모터(253)에서 출력된 구동력은 커넥터 유닛(240)을 높이 방향으로 이동시킬 수 있다. When the
동시에, 제2 모터(253)는 정하중 스프링(251)의 탄성력(f1)의 편차를 없애기 위해서, 토크(f2)를 제공할 수 있다. 컨트롤러(50)는 미리 데이터 저장부(60)에 저장된 토크에 대한 데이터를 이용하여, 제2 모터(253)의 출력을 제어할 수 있다. 이로써, 하중 보상 유닛(250)에서 제공되는 보상력(F)은 커넥터 유닛(240)의 높이가 변화하더라도, 일정하게 유지될 수 있다.At the same time, the
다른 실시예로, 제2 모터(253)는 정하중 스프링(251)의 편차를 없애도록, 토크를 제공할 수 있다. 커넥터 유닛(240)의 높이를 조절하는 구동원은 다른 부품에 의해서 제공받으며, 제2 모터(253)는 정하중 스프링(251)의 편차만 제거할 수 있다. In another embodiment, the
커넥터 유닛(240)의 높이가 설정되면, 컨트롤러(50)는 미리 데이터 저장부(60)에 저장된 제2 모터(253)의 토크에 대한 데이터를 이용하여, 제2 모터(253)의 출력을 제어할 수 있다. 이때, 제2 모터(253)에서 출력이 생성되더라도, 상기 출력은 탄성력(f1)의 편차를 없애는 것이므로, 커넥터 유닛(240)의 높이는 변화하지 않는다. 그리하여, 하중 보상 유닛(250)에서 제공되는 보상력(F)은 커넥터 유닛(240)의 높이가 변화하더라도, 일정하게 유지될 수 있다.When the height of the
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200)는 하중을 보상하여, 전체 장치의 안전성을 높일 수 있다. 하중 보상 유닛(250)은 일정한 보상력(F)을 커넥터 유닛(240)에 제공하므로, 수술 로봇 장치(200)의 동작 중에 일측으로 쏠리는 것을 방지하여, 안전하게 수술을 수행할 수 있다.The
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200)는 로봇 암 유닛(230)의 높이가 변화하더라도, 하중 보상 유닛(250)에서 일정한 보상력(F)을 제공할 수 있다. 하중 보상 유닛(250)은 정하중 스프링(251)이 제공하는 탄성력(f1)이 편차가 있더라도, 제2 모터(253)의 토크(f2)가 탄성력(f1)의 편차를 제거하므로, 커넥터 유닛(240)으로 일정한 보상력이 제공될 수 있다.In the
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200)는 로봇 암 유닛(230)의 높이가 변화시에, 신속하게 일정한 보상력이 커넥터 유닛(240)에 제공될 수 있다. 수술 로봇 장치(200)는 커넥터 유닛(240)의 높이에 따라 제2 모터(253)가 출력해야 할 토크에 대한 데이터를 미리 데이터 저장부(60)에 저장한다. 오퍼레이터(O)가 수술 로봇 장치(200)로 수술을 진행시에 미리 저장된 데이터로 제2 모터(253)를 신속하게 구동하므로, 하중 보상 유닛(250)은 신속하게 일정한 보상력을 제공할 수 있다.In the
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200)는 하중 보상 유닛(250)이 커넥터 유닛(240)의 높이 조절과 동시에, 커넥터 유닛(240)에 일정한 보상력(F)을 제공할 수 있다. 하중 보상 유닛(250)의 제2 모터(253)는 커넥터 유닛(240)과 함께 이동하는 바, 커넥터 유닛(240)의 높이를 조절하면도 동시에 정하중 스프링(251)의 편차를 없애서, 하중 보상 유닛(250)이 커넥터 유닛(240)에 일정한 보상력(F)을 제공할 수 있다.In the
도 9는 도 8의 수술 로봇 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the surgical robot device of FIG. 8 .
도 9를 참조하면, 수술 로봇 장치(200A)는 바디(210), 베이스 칼럼(220), 로봇 암 유닛(230), 커넥터 유닛(240), 웨이트 부재(245), 하중 보상 유닛(250A)을 포함할 수 있다. 수술 로봇 장치(200A)는 전술한 수술 로봇 장치(200)와 비교하면, 하중 보상 유닛(250A)의 배치에 차이가 있는바, 이하에서는 이를 중심으로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 9 , the
하중 보상 유닛(250A)은 정하중 스프링(251A), 케이블(252), 제2 모터(253), 구동 부재(254), 가이드 부재(255)를 구비할 수 있다. The
정하중 스프링(251A)은 바디(210)에 배치되고, 케이블(252)은 정하중 스프링(251A)과 커넥터 유닛(240)을 연결할 수 있다. 정하중 스프링(251A)은 베이스 칼럼(220)에 인접하게 배치되며, 정하중 스프링(251A)이 인출되면 베이스 칼럼(220)을 따라 연장될 수 있다.The
제2 모터(253)는 커넥터 유닛(240)에 설치될 수 있으며, 커넥터 유닛(240)과 함께 이동할 수 있다.The
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200A)는 하중 보상 유닛(250A)이 바디(210)에 배치되어, 하중 보상 유닛(250A)이 제공하는 보상력의 전달 경로를 줄일 수 있다. In the
도 10은 도 8의 수술 로봇 장치의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing another modified example of the surgical robot device of FIG. 8 .
도 10을 참조하면, 수술 로봇 장치(200B)는 바디(210), 베이스 칼럼(220), 로봇 암 유닛(230), 커넥터 유닛(240), 웨이트 부재(245), 하중 보상 유닛(250B)을 포함할 수 있다. 수술 로봇 장치(200B)는 전술한 수술 로봇 장치(200)와 비교하면, 하중 보상 유닛(250B)의 배치에 차이가 있는바, 이하에서는 이를 중심으로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 10 , the
정하중 스프링(251B)은 베이스 칼럼(220)에 배치되고, 케이블(252)은 정하중 스프링(251B)과 커넥터 유닛(240)을 연결할 수 있다. 정하중 스프링(251B)은 베이스 칼럼(220)의 상단에 배치될 수 있다. The
제2 모터(253)는 커넥터 유닛(240)에 설치될 수 있으며, 커넥터 유닛(240)과 함께 이동할 수 있다.The
본 발명에 따른 수술 로봇 장치(200B)는 하중 보상 유닛(250)이 베이스 칼럼(220)의 상단에 배치되어, 하중 보상 유닛(250)이 제공하는 보상력의 전달 경로를 줄일 수 있다. In the
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.In this specification, the present invention has been described with a focus on limited embodiments, but various embodiments are possible within the scope of the present invention. Also, although not described, equivalent means will also be incorporated in the present invention as they are. Therefore, the true scope of protection of the present invention will be defined by the claims below.
50: 컨트롤러
60: 데이터 저장부
100: 수술 로봇 장치
110: 바디
120: 베이스 칼럼
130: 로봇 암 유닛
140: 커넥터 유닛
150: 하중 보상 유닛50: controller
60: data storage unit
100: surgical robot device
110: body
120: base column
130: robot arm unit
140: connector unit
150: load compensation unit
Claims (12)
복수개의 암을 가지는 로봇 암 유닛;
상기 로봇 암 유닛과 상기 베이스 칼럼을 연결하며, 상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 이동하는 커넥터 유닛;
상기 베이스 칼럼에 장착되어 상기 커넥터 유닛과 일단이 연결된 케이블의 경로를 설정하는 제1 풀리; 및
상기 제1 풀리에 의해 경로가 설정된 상기 케이블의 타단과 결합되어 상기 로봇 암 유닛 및 상기 커넥터 유닛 중 적어도 하나의 정하중을 보상하도록 상기 케이블에 보상력을 가하는 하중 보상 유닛;을 포함하고,
상기 하중 보상 유닛은,
상기 커넥터 유닛에 연결된 케이블의 일부가 권취되는 제1 모터; 및
상기 제1 모터와 이격되어, 상기 제1 모터에 일부가 권취된 케이블의 타단이 연결되는 정하중 스프링;을 포함하는, 수술 로봇 장치.base column;
A robot arm unit having a plurality of arms;
a connector unit connecting the robot arm unit and the base column and moving in a height direction of the base column;
a first pulley mounted on the base column and configured to route a cable having one end connected to the connector unit; and
A load compensation unit coupled to the other end of the cable to which the path is set by the first pulley and applying a compensating force to the cable to compensate for a static load of at least one of the robot arm unit and the connector unit; includes,
The load compensation unit,
a first motor around which a portion of a cable connected to the connector unit is wound; and
A static load spring spaced apart from the first motor and to which the other end of a cable partially wound around the first motor is connected.
상기 제1 모터는
상기 정하중 스프링의 탄성력의 편차를 조정하도록, 정방향 또는 역방향으로 토크를 생성하는, 수술 로봇 장치.According to claim 1,
The first motor
A surgical robot device that generates torque in a forward or reverse direction so as to adjust the deviation of the elastic force of the static load spring.
상기 정하중 스프링의 탄성력과 상기 제1 모터의 토크의 합은 일정하게 유지되는, 수술 로봇 장치.According to claim 1,
The surgical robot device, wherein the sum of the elastic force of the static load spring and the torque of the first motor is maintained constant.
상기 하중 보상 유닛은
상기 제1 모터의 회전축에 장착되며, 외주면에 상기 케이블이 삽입되는 가이드홈을 가지는 구동 풀리;를 더 구비하는, 수술 로봇 장치. According to claim 1,
The load compensation unit
The surgical robot apparatus further comprising: a drive pulley mounted on the rotation shaft of the first motor and having a guide groove on an outer circumferential surface into which the cable is inserted.
상기 커넥터 유닛의 높이에 따라, 상기 제1 모터에서 생성하는 토크의 크기와 방향에 대한 데이터를 저장하는 데이터 저장 유닛;
상기 커넥터 유닛의 높이를 측정하는 제1 센서 유닛; 및
상기 제1 센서 유닛에서 측정된 상기 커넥터 유닛의 높이와, 상기 데이터 저장 유닛에서 미리 저장된 데이터를 기초로, 상기 제1 모터가 생성해야 할 토크의 크기와 방향에 관한 전기적 신호를 상기 제1 모터로 인가하는 컨트롤러;를 더 포함하는, 수술 로봇 장치. According to claim 1,
a data storage unit configured to store data on magnitude and direction of torque generated by the first motor according to the height of the connector unit;
a first sensor unit measuring a height of the connector unit; and
Based on the height of the connector unit measured by the first sensor unit and data stored in advance in the data storage unit, an electrical signal related to the magnitude and direction of torque to be generated by the first motor is transmitted to the first motor. A controller that applies; further comprising a surgical robot device.
복수개의 암을 가지는 로봇 암 유닛;
상기 로봇 암 유닛과 상기 베이스 칼럼을 연결하며, 상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 이동하는 커넥터 유닛;
상기 베이스 칼럼에 장착되어 상기 커넥터 유닛과 일단이 연결된 케이블의 경로를 설정하는 제1 풀리; 및
상기 제1 풀리에 의해 경로가 설정된 상기 케이블의 타단과 결합되어 상기 로봇 암 유닛 및 상기 커넥터 유닛 중 적어도 하나의 정하중을 보상하도록 상기 케이블에 보상력을 가하는 하중 보상 유닛;을 포함하고,
상기 하중 보상 유닛은
상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 연장되는 가이드 부재;
상기 커넥터 유닛에 설치되어, 구동력으로 상기 커넥터 유닛과 함께 상기 가이드 부재를 따라 이동하는 제2 모터; 및
상기 제2 모터와 이격되며, 상기 케이블의 타단과 단부가 연결되는 정하중 스프링;을 포함하는, 수술 로봇 장치.base column;
A robot arm unit having a plurality of arms;
a connector unit connecting the robot arm unit and the base column and moving in a height direction of the base column;
a first pulley mounted on the base column and configured to route a cable having one end connected to the connector unit; and
A load compensation unit coupled to the other end of the cable to which the path is set by the first pulley and applying a compensating force to the cable to compensate for a static load of at least one of the robot arm unit and the connector unit; includes,
The load compensation unit
a guide member extending in a height direction of the base column;
a second motor installed in the connector unit and moving along the guide member together with the connector unit by a driving force; and
A surgical robot apparatus including a static load spring spaced apart from the second motor and connected to the other end and the end of the cable.
상기 제2 모터는
상기 베이스 칼럼의 높이 방향으로 연장되는 가이드 부재와 연결되는, 수술 로봇 장치.According to claim 8,
The second motor
Connected to a guide member extending in the height direction of the base column, the surgical robot device.
상기 제2 모터는
상기 커넥터 유닛의 높이를 조절하도록 토크를 출력하되, 상기 정하중 스프링의 탄성력의 편차를 조정하도록 정방향 또는 역방향으로 토크를 조절하는, 수술 로봇 장치.According to claim 8,
The second motor
A surgical robot apparatus that outputs a torque to adjust the height of the connector unit, and adjusts the torque in a forward or reverse direction to adjust a deviation of elastic force of the static load spring.
상기 커넥터 유닛의 높이에 따라, 상기 제2 모터에서 생성하는 토크의 크기와 방향에 대한 데이터를 저장하는 데이터 저장 유닛;
상기 커넥터 유닛의 높이를 측정하는 센서 유닛; 및
상기 센서 유닛에서 측정된 상기 커넥터 유닛의 높이와, 상기 데이터 저장 유닛에서 미리 저장된 데이터를 기초로, 상기 제2 모터가 생성해야 할 토크의 크기와 방향에 관한 전기적 신호를 상기 제2 모터로 인가하는 컨트롤러;를 더 포함하는, 수술 로봇 장치. According to claim 8,
a data storage unit that stores data about the magnitude and direction of torque generated by the second motor according to the height of the connector unit;
a sensor unit measuring a height of the connector unit; and
Based on the height of the connector unit measured by the sensor unit and data previously stored in the data storage unit, an electrical signal related to the magnitude and direction of torque to be generated by the second motor is applied to the second motor A controller; further comprising a surgical robot device.
상기 커넥터 유닛에 장착되는 웨이트 유닛;을 더 포함하는, 수술 로봇 장치.According to claim 8,
A surgical robot device further comprising; a weight unit mounted on the connector unit.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090190721A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Yong Lv | X-ray detecting stand and x-ray imaging apparatus |
JP2016116802A (en) | 2014-12-24 | 2016-06-30 | ニスカ株式会社 | Load support mechanism |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6786896B1 (en) * | 1997-09-19 | 2004-09-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Robotic apparatus |
KR101646724B1 (en) * | 2012-11-19 | 2016-08-12 | 알피니언메디칼시스템 주식회사 | Articulating arm device, and ultrasonic medical device comprising same |
KR102390621B1 (en) * | 2014-03-17 | 2022-04-26 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Constant force spring with active bias |
-
2020
- 2020-12-30 KR KR1020200187137A patent/KR102503568B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090190721A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Yong Lv | X-ray detecting stand and x-ray imaging apparatus |
JP2016116802A (en) | 2014-12-24 | 2016-06-30 | ニスカ株式会社 | Load support mechanism |
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