KR200479723Y1

KR200479723Y1 - 수술용 로봇 암의 ｒｃｍ 구조

Info

Publication number: KR200479723Y1
Application number: KR2020150005619U
Authority: KR
Inventors: 최승욱; 원종석
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2016-03-03
Also published as: KR20150003612U

Abstract

수술용 로봇 암의 RCM 구조가 개시된다. 로봇 암의 단부에 수술용 인스트루먼트를 장착하여, 인스트루먼트가 원격의 RCM(remote center of motion) 포인트를 중심으로 회전하도록 작동되는 수술용 로봇 암의 RCM 구조로서, 베이스(base)와, 베이스와 RCM 포인트를 연결한 가상의 선을 기준으로 일측과 타측으로 모두 회전가능하도록 베이스에 결합되는 제1 링크부와, 제1 링크부에 회전가능하도록 결합되며, 그 단부에 인스트루먼트가 장착되는 제2 링크부를 포함하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조는, 베이스에 대해 360도 회전가능한 구조로 링크부를 구성함으로써, 수술용 인스트루먼트가 RCM 포인트를 중심으로 회전할 수 있는 범위를 대폭 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 수술용 로봇 암이 RCM을 유지하면서 보다 넓은 범위에서 작동되도록 할 수 있다.

Description

수술용 로봇 암의 ＲＣＭ 구조{ＲＣＭ structure of surgical robot arm}

본 고안은 수술용 로봇 암의 RCM 구조에 관한 것이다.

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

수술용 로봇에는 수술을 위한 조작을 위해 로봇 암을 구비하게 되며, 로봇 암의 선단부에는 인스트루먼트(instrument)가 장착된다. 이와 같이 로봇 암의 선단에 인스트루먼트를 장착하여 수술을 수행하게 되면 로봇 암의 움직임에 따라 인스트루먼트도 같이 움직이며, 이는 환자의 피부를 일부 천공하고 여기에 인스트루먼트를 삽입하여 수술을 수행하는 과정에서 인체의 피부에 불필요한 손상을 입힐 우려가 있다. 또한, 수술 부위가 넓을 경우에는 인스트루먼트가 움직이는 경로만큼 피부를 절개하거나 각 수술 부위마다 피부를 천공해야 하는 등 로봇 수술의 잇점이 반감될 우려도 있다.

따라서, 로봇 암의 선단에 장착되는 인스트루먼트는 말단부의 소정 위치에 가상의 회전 중심점을 설정하고 이 점을 중심으로 인스트루먼트가 회전하도록 로봇 암을 제어하게 되는데, 이러한 가상의 중심점을 '원격중심' 또는 'RCM(remote center of motion)'이라 한다.

종래의 수술용 로봇 암에는, 도 1에 도시된 것처럼, 패러랠 링크(parallel link)로 이루어진 RCM 구조(23)를 구성하여, 로봇 암의 단부에 장착되는 인스트루먼트의 샤프트 상의 소정 위치가 원격중심(8)이 되도록 제어하는 방식이 적용되었다.

그러나, 종래의 RCM 구조는 그 작동 범위에 한계가 있었는데, 예를 들어 도 1에 도시된 RCM 구조는 베이스(1)와 RCM 포인트(8)를 연결한 가상의 선에 대해 한쪽 영역에서만 작동이 가능하며, 이에 따라 도 1에서 원호 형상의 화살표(R)처럼 인스트루먼트의 팁 부분(T)이 움직일 수 있는 범위에도 한계가 있었다.

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

본 고안은, 수술용 인스트루먼트가 RCM 포인트를 중심으로 자유자재로 회전할 수 있는 수술용 로봇 암의 RCM 구조를 제공하는 것이다.

본 고안의 일 측면에 따르면, 로봇 암의 단부에 수술용 인스트루먼트를 장착하여, 인스트루먼트가 원격의 RCM(remote center of motion) 포인트를 중심으로 회전하도록 작동되는 수술용 로봇 암의 RCM 구조로서, 베이스(base)와, 베이스와 RCM 포인트를 연결한 가상의 선을 기준으로 일측과 타측으로 모두 회전가능하도록 베이스에 결합되는 제1 링크부와, 제1 링크부에 회전가능하도록 결합되며, 그 단부에 인스트루먼트가 장착되는 제2 링크부를 포함하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조가 제공된다. 제1 링크부는 360도 회전이 가능하도록 베이스에 결합될 수 있다.

로봇 암은 로봇 본체에 결합되는 서포트 암(support arm)에 결합되며, 베이스는 서포트 암의 단부에 형성되고, 제1 링크부 및 제2 링크부는 로봇 암을 이룰 수 있다.

인스트루먼트는 제2 링크부에 결합되는 하우징과, 하우징으로부터 연장되는 샤프트를 포함하며, RCM 포인트는 샤프트 상에 위치할 수 있다.

제2 링크부는 제1 링크부에 회전가능하도록 결합되는 링크부재와, 링크부재에 회전가능하도록 결합되며 인스트루먼트가 장착되는 인스트루먼트 홀더(holder)를 포함하며, 베이스와 제1 링크부의 결합축이 소정의 평면과 만나는 제1 지점, 제1 링크부와 링크부재의 결합축이 평면과 만나는 제2 지점, 링크부재와 인스트루먼트 홀더의 결합축이 평면과 만나는 제3 지점 및 RCM 포인트는 평행사변형을 이룰 수 있다.

이 경우, 제1 링크부가 회전함에 따라, 제2 링크부는 제1 지점, 제2 지점, 제3 지점 및 RCM 포인트가 평행사변형을 유지하도록 작동될 수 있다.

이를 위해, 제1 링크부는 베이스에 간섭되지 않고 회전가능하도록 베이스에 축결합되고, 링크부재는 (베이스 및) 제1 링크부에 간섭되지 않고 회전가능하도록 제1 링크부에 축결합되며, 인스트루먼트 홀더는 (베이스, 제1 링크부 및) 링크부재에 간섭되지 않고 회전가능하도록 링크부재에 축결합될 수 있다. 또한, 인스트루먼트는 그 회전 동작이 베이스, 제1 링크부 및 제2 링크부에 간섭되지 않도록 인스트루먼트 홀더에 장착될 수 있다.

제1 링크부는 그 가상의 연장선이 RCM 포인트를 통과하도록 소정의 각도를 가지고 베이스에 축결합되고, 링크부재는 그 가상의 연장선이 RCM 포인트를 통과하도록 소정의 각도를 가지고 제1 링크부에 축결합되며, 인스트루먼트 홀더는 그 가상의 연장선이 RCM 포인트를 통과하도록 소정의 각도를 가지고 링크부재에 축결합될 수 있다.

이 경우, 인스트루먼트는 인스트루먼트 홀더에 결합되는 하우징과, 하우징으로부터 연장되는 샤프트를 포함하고, RCM 포인트는 샤프트 상에 위치하며, 인스트루먼트는 인스트루먼트 홀더로부터의 가상의 연장선이 RCM 포인트 통과하도록 소정의 각도를 가지고 인스트루먼트 홀더에 장착될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 실용신안등록청구범위 및 고안의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 베이스에 대해 360도 회전 가능한 구조로 링크부를 구성함으로써, 수술용 인스트루먼트가 RCM 포인트를 중심으로 회전할 수 있는 범위를 대폭 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 수술용 로봇 암이 RCM을 유지하면서 보다 넓은 범위에서 작동되도록 할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 수술용 로봇 암의 RCM 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 RCM 구조를 나타낸 개념도.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 RCM 구조의 작동 방식을 나타낸 도면.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 구조를 나타낸 사시도.
도 5 및 도 6은 도 4의 'A' 방향에서 로봇 암의 구조를 도시한 도면.
도 7 내지 도 10은 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 구조를 나타낸 도면.
도 11a 내지 도 14b는 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 RCM 작동 상태를 나타낸 도면.

본 고안은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 고안을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 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.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 RCM 구조를 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 RCM 구조의 작동 방식을 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 로봇 암(1), 서포트 암(3), 인스트루먼트(5), 하우징(6), 샤프트(7), RCM 포인트(8), 베이스(10), 제1 링크부(20), 제2 링크부(30), 링크부재(32), 인스트루먼트 홀더(34)가 도시되어 있다.

본 실시예는, 소정의 베이스(base)를 기준으로 전(全)방향으로 회전가능하도록 로봇 암의 패러랠 링크를 구성함으로써, 수술용 로봇 암이 RCM(remote center of motion)을 유지한 채로 작동될 수 있는 범위를 확장하고, 이를 통해 베이스를 움직일 필요가 없거나 베이스의 작동을 최소화할 수 있는 로봇 암 구조를 특징으로 한다.

이를 위해, 본 실시예에 따른 RCM 구조는 패러랠 링크 구조, 즉 로봇 암의 각 링크부재(32)가 이루는 평행사변형 구조가 베이스(10)와 RCM 포인트를 연결한 가상의 선을 기준으로 한 쪽에서 다른 쪽으로 완전히 넘어가도록 회전할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.

이처럼, RCM 구조를 그 가동 범위가 보다 넓어지도록 개선함으로써, 수술용 로봇의 서포트 암을 도 3에 도시된 것처럼 수직 방향으로 세워서 세팅을 하고, 로봇 암이 수직 방향의 축(도 3의 'S' 참조)을 중심으로 양쪽으로(도 3에서는 좌측 및 우측) 자유롭게 움직이면서 작동되도록 할 수 있다.

RCM 구조는, 전술한 바와 같이 로봇 암의 단부에 장착된 수술용 인스트루먼트가 원격의 'RCM 포인트', 예를 들면 인스트루먼트 샤프트 상의 한 지점을 중심으로 회전하도록, 수술용 로봇 암이 작동되는 구조이다. 예를 들어, 환자의 피부를 천공하고 인스트루먼트를 삽입한다면, 인스트루먼트의 샤프트가 환자의 피부에 접하는 지점이 RCM 포인트가 되도록 로봇 암을 설계, 제작, 작동시킴으로써, 환자의 피부에 가해지는 외력을 최소화하면서 보다 안전한 로봇 수술을 수행할 수 있다.

본 실시예에 따른 로봇 암(1)은 베이스(10)와, 베이스(10)에 회전가능하도록 결합되는 링크 구조로 이루어지는데, 링크 구조는 RCM을 구현하기 위해 후술하는 것처럼 패러랠 링크 형태로 구성된다.

본 실시예에 따른 링크 구조는 베이스(10)에 회전가능하도록 결합되는 제1 링크부(20)와, 제1 링크부(20)에 회전가능하도록 결합되는 제2 링크부(30)로 이루어지며, 제2 링크부(30)의 단부에는 수술용 인스트루먼트가 장착된다. 제1 링크부(20)가 작동되어 베이스(10)에 대해 회전하면, 제2 링크부(30) 또한 그에 연동하여 인스트루먼트가 항상 RCM 포인트를 중심으로 회전하도록 작동(회전)된다.

본 실시예에서 제1 링크부(20)는 베이스(10)에 대해 자유자재로, 예를 들면 베이스(10)에 대해 360도 회전이 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 2에서 볼 수 있듯이, 제1 링크부(20)는 베이스(10)에의 결합축을 중심으로 베이스(10)와 RCM 포인트(8)를 연결한 기준선(도 2의 'S' 참조)의 일측 및 타측(도 2에서는 상방 및 하방)으로 모두 회전가능하도록(도 2의 화살표 'R' 참조) 베이스(10)에 결합될 수 있다.

이처럼, 제1 링크부(20)가 베이스(10)에 대해 회전가능한 범위를 확장함으로써, 인스트루먼트가 RCM을 유지하면서 작동되는 범위 또한 확장될 수 있으며, 이에 따라 수술용 로봇 암을 지지하는 서포트 암(3)을 작동시킬 필요가 없거나 그 작동을 최소화할 수 있다.

즉, 수술용 로봇은, 로봇 본체에 결합되는 서포트 암(3)과, 서포트 암(3)에 결합되는 로봇 암(1), 및 로봇 암(1)의 단부에 장착되는 인스트루먼트(5)를 기본적인 구조로 하여 구성될 수 있는데, 서포트 암(3)의 단부(로봇 암이 결합되는 부분)를 베이스(10)로 하고 제1 링크부(20) 및 제2 링크부(30)가 로봇 암(1)을 이루도록 하여 본 실시예에 따른 RCM 구조를 구현할 수 있다. 전술한 것처럼, 본 실시예에 따른 RCM 구조는 로봇 암의 작동 범위를 대폭 확장한 것으로서, 인스트루먼트(5)의 위치를 변경하기 위해 베이스(10)(서포트 암(3))를 움직일 필요가 없거나 필요한 최소한의 범위에서만 움직이고, 나머지 수술에 필요한 동작 범위는 로봇 암의 RCM 구조를 이용한 인스트루먼트(5)의 작동 범위로 커버하도록 한 것을 특징으로 한다.

수술용 로봇에 장착되는 인스트루먼트(5)는, 로봇 암(1)의 단부, 즉 제2 링크부(30)의 단부에 결합되는 하우징(6)과 하우징(6)으로부터 연장되는 샤프트(7)로 이루어지는데, 전술한 것처럼 샤프트(7) 상의 한 지점(샤프트(7)가 환자의 피부에 접하는 지점)에 RCM 포인트(8)가 위치하도록 로봇 암을 설계할 수 있다.

RCM을 구현하기 위해서는 로봇 암(1)을 패러랠 링크 형태로 구성할 수 있는데, 이를 위해 본 실시예에 따른 제2 링크부(30)는 제1 링크부(20)에 회전가능하도록 결합되는 링크부재(32)와, 링크부재(32)에 회전가능하도록 결합되는 인스트루먼트 홀더(34)로 이루어질 수 있다. 인스트루먼트 홀더(34)에는 인스트루먼트(5)가 장착된다.

이처럼 로봇 암(1)을 패러랠 링크 형태로 구성할 경우, 즉, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 링크부(20)가 베이스(10)에 결합되는 지점(도 2의 'P1'), 링크부재(32)가 제1 링크부(20)에 결합되는 지점(도 2의 'P2'), 인스트루먼트 홀더(34)가 링크부재(32)에 결합되는 지점(도 2의 'P3'), 및 RCM 포인트(8)는 평행사변형을 이루게 된다.

예를 들어, 제1 링크부(20)가 P1을 중심으로 회전한 각도만큼 반대 방향으로 링크부재(32)가 P2를 중심으로 회전하고, 인스트루먼트 홀더(34)는 P3을 중심으로 제1 링크부와 같은 방향으로 같은 각도만큼 회전하도록, 제1 링크부(20) 및 링크부재(32) 내부에 풀리나 벨트 등을 설치함으로써, 로봇 암의 링크 구조가 '평행사변형 구조'를 유지하도록 할 수 있다.

후술하는 것처럼, 베이스(10), 제1 링크부(20), 링크부재(32), 인스트루먼트 홀더(34)는 반드시 동일 평면상에 위치해야 하는 것은 아니며, 이 경우 RCM 포인트(8)를 포함하는 가상의 평면에 있어서, 베이스(10)와 제1 링크부(20)의 결합축이 평면과 만나는 지점이 'P1', 제1 링크부(20)와 링크부재(32)의 결합축이 평면과 만나는 지점이 'P2', 링크부재(32)와 인스트루먼트 홀더(34)의 결합축이 평면과 만나는 지점이 'P3'이 될 수 있다.

이처럼, 링크 구조의 각 지점(P1, P2, P3, 8)이 평행사변형을 이루도록 패러랠 링크를 구현한 상태에서, 로봇 암(1)을 작동시켜 제1 링크부(20)가 회전하면, 그에 따라, 제2 링크부(30), 즉 링크부재(32) 및 인스트루먼트 홀더(34)를 연동하여 회전시켜, 각 지점(P1, P2, P3, 8)이 여전히 평행사변형을 유지하도록 함으로써, 인스트루먼트(5)가 항상 RCM 포인트(8)를 중심으로 회전하도록, 즉 로봇 암(1)에 RCM 기능이 구현되도록 할 수 있다.

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 로봇 암의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 'A' 방향에서 로봇 암의 구조를 도시한 도면이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 인스트루먼트(5), 하우징(6), 샤프트(7), RCM 포인트(8), 베이스(10), 제1 링크부(20), 제2 링크부(30), 링크부재(32), 인스트루먼트 홀더(34)가 도시되어 있다.

패러랠 링크 구조의 로봇 암이 보다 넓은 범위에서 작동되도록, 즉 전술한 것처럼 제1 링크부(20)가 베이스에 대해 자유자재로 회전하여 기준선(도 2의 'S' 참조)의 어느 쪽으로도 위치할 수 있도록 하기 위해, 제1 링크부(20)는 베이스(10)에 간섭되지 않고 회전가능하도록 베이스(10)에 축결합될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 것처럼, 베이스(10)의 일측에 제1 링크부(20)를 축결합함으로써 제1 링크부(20)는 그 회전 과정에서 베이스(10)에 간섭되지 않도록 할 수 있다.

제1 링크부(20)가 베이스(10)에 간섭되지 않고 회전할 경우, RCM을 유지하면서 회전하는 제2 링크부(30) 또한 제1 링크부(20) 및/또는 베이스(10)에 간섭될 우려가 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 링크부재(32)는 (베이스(10) 및) 제1 링크부(20)에 간섭되지 않고 회전가능하도록 제1 링크부(20)에 축결합되며, 인스트루먼트 홀더(34)는 (베이스(10), 제1 링크부(20) 및) 링크부재(32)에 간섭되지 않고 회전가능하도록 링크부재(32)에 축결합될 수 있다.

이처럼, 로봇 암(1)을 구성하는 각 구성요소, 즉 제1 링크부(20), 링크부재(32) 및 인스트루먼트 홀더(34)를 서로 간섭되지 않고 회전가능하도록 결합함으로써, RCM 기능이 유지되도록 로봇 암(1)을 작동시키면서도 그 작동 가능 범위를 넓힐 수 있다. 도 5는 도 4에 예시된 로봇 암(1) 구조를 'A' 방향에서 도시한 것으로서, 도 5에서 볼 수 있듯이 각 구성요소가 각각 평행한 다른 평면상에 위치하도록 서로 축결합함으로써 서로 간섭되지 않고 회전가능하도록 구성한 사례이다.

다만, 각 구성요소를 반드시 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 결합해야 하는 것은 아니며, 서로 간섭되지 않고 회전가능하도록 하는 다양한 결합 구조가 적용될 수 있다.

예를 들면, 도 2에 예시된 로봇 암 구조를 'P' 방향에서 도시한 도 7 및 도 9와 같이, 각 구성요소가 서로 간섭되지 않고 회전가능하도록 하는 결합 구조가 적용될 수 있는데, 도 7 및 도 7에 대한 사시도인 도 8에는 베이스(10)의 중앙 부분(제1 링크부가 수용되도록 중공(中空)이 형성되어 있음)을 통해 제1 링크부(20)가 베이스에 간섭되지 않고 회전가능하고, 제1 링크부(20)의 중앙 부분(제2 링크부가 수용되도록 중공이 형성되어 있음)을 통해 제2 링크부(30)가 제1 링크부에 간섭되지 않고 회전가능하도록 결합한 링크 구조가 예시되어 있으며, 도 9 및 도 9에 대한 사시도인 도 10에는 도 5나 도 6과 마찬가지로 각 구성요소가 각각 평행한 다른 평면상에 위치하도록 서로 축결합한 경우가 예시되어 있다.

인스트루먼트 홀더(34)가 링크부재(32)에 간섭되지 않고 회전할 경우, 홀더(34)에 장착된 인스트루먼트(5)의 샤프트(7)가 그 회전 과정에서 베이스(10), 제1 링크부(20), 링크부재(32) 등에 간섭될 우려가 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 인스트루먼트(5)는 (베이스(10), 제1링크부, 및) 링크부재(32)에 간섭되지 않고 회전가능하도록 인스트루먼트 홀더(34)에 장착될 수 있다.

인스트루먼트(5)의 하우징(6)에는 홀더(34)로부터 구동력을 전달받을 수 있도록 복수의 구동휠이 구비될 수 있으며, 따라서 인스트루먼트(5)는 그 구동휠이 형성된 면이 홀더(34)에 접하도록 장착되게 된다.

로봇 암의 각 구성요소가 동일 평면상에 위치하는 종래의 로봇 암 구조에서 하우징의 배면에 구동휠이 형성되며, 따라서 하우징의 배면이 홀더(34)에 접하도록 인스트루먼트가 장착되는 반면, 본 실시예처럼 로봇 암(1)의 각 구성요소가 서로 평행한 다른 평면상에 위치하는 경우, 인스트루먼트(5)는 그 하우징(6)의 옆면이 홀더(34)에 접하도록 장착되는 구조가 될 수 있다.

이를 위해, 도 4에 도시된 것처럼, 하우징(6)의 옆면, 즉 하우징(6)이 홀더(34)에 접하는 면(도 4의 'F' 참조)에 복수의 구동휠을 형성할 수 있다. 또는, 하우징(6)의 측면이 홀더(34)에 접하되 다른 면을 통해 구동력이 전달될 수 있는 구조로 인스트루먼트(5) 및 홀더(34)를 제작할 수도 있다.

전술한 것처럼, 로봇 암(1)의 각 구성요소가 서로 다른 평면상에 위치하도록 결합할 경우, 도 4처럼 로봇 암(1)을 측면에서 볼 때에는 '평행사변형' 링크 구조가 형성된 것처럼 보이지만, 실제로는 링크의 각 절점이 동일 평면상에 위치하지 않으므로 3차원 공간상에서 RCM이 구현되지 않을 우려가 있다.

이를 위해, 본 실시예에 따른 링크 구조는 각 구성요소가 소정의 각도를 가지도록 서로 축결합함으로써, 로봇 암(1)의 작동에 따라 3차원 공간상에서 실질적으로 RCM이 유지되도록 할 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 것처럼 제1 링크부(20)는 베이스(10)와 다른 평면상에 위치하면서도, 소정의 각도를 가지도록 베이스(10)에 결합될 수 있다. 제1 링크부(20)의 베이스(10)에 대한 각도는, 제1 링크부(20)의 길이방향으로의 가상의 연장선(도 5의 'b1' 참조)이 RCM 포인트(8)를 통과하도록 하는 각도로 설정할 수 있다. 이에 따라, 베이스(10)를 기준으로 제1 링크부(20)를 회전시키면 제1 링크부(20)의 회전 궤적에 의해 형성되는 평면이 RCM 포인트(8)를 지나게 된다.

이러한 제1 링크부(20)와 베이스(10) 간의 결합구조를 제2 링크부(30)에도 적용할 수 있다. 즉, 링크부재(32)는 제1 링크부(20)와 다른 평면상에 위치하면서도, 소정의 각도를 가지도록 제1 링크부(20)에 결합될 수 있다. 링크부재(32)의 제1 링크부(20)에 대한 각도는, 링크부재(32)의 길이방향으로의 가상의 연장선(도 5의 'b2' 참조)이 RCM 포인트(8)를 통과하도록 하는 각도로 설정할 수 있다. 이에 따라, 제1 링크부(20)를 기준으로 링크부재(32)를 회전시키면 링크부재(32)의 회전 궤적에 의해 형성되는 평면이 RCM 포인트(8)를 지나게 된다.

인스트루먼트 홀더(34) 또한 링크부재(32)와 다른 평면상에 위치하면서도, 소정의 각도를 가지도록 링크부재(32)에 결합될 수 있다. 인스트루먼트 홀더(34)의 링크부재(32)에 대한 각도는, 인스트루먼트 홀더(34)의 길이방향으로의 가상의 연장선(도 5의 'b3' 참조)이 RCM 포인트(8)를 통과하도록 하는 각도로 설정할 수 있다. 이에 따라, 링크부재(32)를 기준으로 인스트루먼트 홀더(34)를 회전시키면 그 회전 궤적에 의해 형성되는 평면이 RCM 포인트(8)를 지나게 된다.

이처럼, 본 실시예에 따른 RCM 구조를 구성하는 각 구성요소들, 즉 제1 링크부(20) 및 제2 링크부(30)(링크부재(32), 인스트루먼트 홀더(34))를 소정의 각도를 가지도록 축결합함으로써, 각 구성요소의 회전 궤적이 모두 RCM 포인트(8)를 통과하게 되며, 따라서 3차원 공간상에서 로봇 암(1)이 작동됨에 따라 인스트루먼트(5)가 RCM을 유지하면서 움직이도록 할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 인스트루먼트(5)도 소정의 각도를 가지도록 인스트루먼트 홀더(34)에 장착될 수 있는데, 그 각도는 인스트루먼트(5) 샤프트(7) 상의 한 지점, 즉 RCM 포인트(8)와 인스트루먼트 홀더(34)로부터의 가상의 연장선(도 5의 'b3' 참조)이 만나도록 하는 각도로 설정할 수 있다.

또는, 도 5와 같이 RCM 구조를 구성하는 각 구성요소들을 모두 틸팅시키는 대신, 도 6에 도시된 것처럼 인스트루먼트 홀더(34)만을 틸팅시켜, RCM 포인트(8)가 베이스(10)의 길이방향으로의 가상의 연장선(도 6의 'b' 참조)을 통과하도록 함으로써, RCM 기능이 유지되도록 할 수도 있다.

한편, 도 7 및 도 9에 도시된 것처럼, 서포트 암(3)의 중심 축(도 7, 도 9의 'S' 참조) 상에 RCM 포인트가 위치하도록 로봇 암(1)의 링크 구조를 설계할 경우에는, 전술한 것처럼 각 구성요소들끼리 소정의 각도를 가지도록 결합하지 않더라도, 즉 각 구성요소가 동일 평면상에 위치(도 7의 경우)하거나, 각각 평행한 평면상에 위치(도 9의 경우)하면서, 링크 구조의 회동에 따라 RCM이 구현되도록 할 수 있다.

이상으로 설명한 로봇 암이 회동하는 상태, 즉 RCM 기능이 유지되면서 로봇 암의 각 링크가 움직이는 상태는 도 11a 내지 도 14b에 도시되어 있다. 도 11a는 제1 링크부가 0도만큼 회전한 경우의 측면도, 도 11b는 도 11a의 사시도이고, 도 12a는 제1 링크부가 45도만큼 회전한 경우의 측면도, 도 12b는 도 12a의 사시도이며, 도 13a는 제1 링크부가 90도만큼 회전한 경우의 측면도, 도 13b는 도 13a의 사시도이고, 도 14a는 제1 링크부가 135도만큼 회전한 경우의 측면도, 도 14b는 도 14a의 사시도이다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 로봇 암 3 : 서포트 암
5 : 인스트루먼트 6 : 하우징
7 : 샤프트 8 : RCM 포인트
10 : 베이스 20 : 제1 링크부
30 : 제2 링크부 32 : 링크부재
34 : 인스트루먼트 홀더

Claims

로봇 암의 단부에 수술용 인스트루먼트를 장착하여, 상기 인스트루먼트가 원격의 RCM(remote center of motion) 포인트를 중심으로 회전하도록 작동되며, 상기 로봇 암의 중심 축 상에 상기 RCM 포인트가 위치하도록 구성된 수술용 로봇 암의 RCM 구조로서,
중앙 부분에 중공(中空)이 형성되어 있는 베이스(base)와;
상기 베이스의 중앙 부분에 수용되어, 상기 베이스의 중앙 부분을 통과하면서 상기 베이스에 간섭되지 않고 회전 가능하도록 상기 베이스에 결합되며, 중앙 부분에 중공이 형성되어 있는 제1 링크부와;
상기 제1 링크부의 중앙 부분에 수용되어, 상기 제1 링크부의 중앙 부분을 통과하면서 상기 제1 링크부에 간섭되지 않고 회전 가능하도록 상기 제1 링크부에 결합되는 링크부재와;
상기 링크부재의 단부에 회전가능하도록 결합되며 상기 인스트루먼트가 장착되는 인스트루먼트 홀더(holder)를 포함하여,
상기 제1 링크부 및 상기 링크부재가, 상기 베이스와 상기 RCM 포인트를 연결한 가상의 선을 기준으로 한 쪽에서 다른 쪽으로 완전히 넘어가도록 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조.
제1항에 있어서,
상기 인스트루먼트는 상기 인스트루먼트 홀더에 결합되는 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장되는 샤프트를 포함하며, 상기 RCM 포인트는 상기 샤프트 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조.
제2항에 있어서,
상기 베이스와 상기 제1 링크부의 결합축이 소정의 평면과 만나는 제1 지점, 상기 제1 링크부와 상기 링크부재의 결합축이 상기 평면과 만나는 제2 지점, 상기 링크부재와 상기 인스트루먼트 홀더의 결합축이 상기 평면과 만나는 제3 지점 및 상기 RCM 포인트는 평행사변형을 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조.
제3항에 있어서,
상기 제1 링크부가 회전함에 따라, 상기 링크부재 및 상기 인스트루먼트 홀더는 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점 및 상기 RCM 포인트가 평행사변형을 유지하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암의 RCM 구조.
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