KR20090086656A - 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술도구를 시술 부위에 위치시키는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 수직암, 일단이 상기 수직암의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암, 일단이 상기 상박암의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암, 상기 하박암의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷, 상기 브래킷에 회전가능하게 연결된 어댑터, 상기 어댑터에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브를 포함하는 로봇암; 상기 수직암의 하단에 구비되어 상기 수직암을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암을 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩부; 바닥으로부터 상기 슬라이딩부를 지지하는 지지체;를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 수직형의 로봇암에 의해 종래의 수술로봇에 비하여 보다 좁은 영역에서 작동이 가능하여 로봇암이 다른 수술도구에 간섭되어 의료사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 시술하는 의사에게 보다 넓은 시술공간을 제공할 수 있어 수술에 대한 안정성을 높일 수 있으며, 수평형 로봇 암이 수술 공간상에 드리워지면서 수술공간이 가려지는 단점을 보완할 수 있다.

수술도구, 위치 설정, 5자유도, 로봇, 매니퓰레이터

Description

수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터{5-DOF MANIPULATOR FOR POSITIONING SURGICAL TOOL}

본 발명은 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 특히 자동 및 수동 동작이 가능한 로봇을 이용하여 수술도구를 환자의 시술부위에 용이하게 정위치시킬 수 있고, 관절축으로 상호 연결된 다수의 로봇 암을 균형적으로 지지할 수 있으며, 로봇암의 유동되는 변위의 폭을 줄여 충분한 시술공간을 확보할 수 있어 수술의 정밀성과 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 수술도구의 진입각도를 다양한 방향으로 조향할 수 있어 수술의 정밀성과 안정성을 높일 수 있으며, 특히 수술도구를 용이하게 지지할 수 있는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터에 관한 것이다.

일반적으로, 외과용 수술에는 의사를 보조하기 위하여 각종 의료용 기구를 장착할 수 있는 의료용 로봇이 사용되어 왔는데, 최근에는 그 응용 분야가 척추 수술에까지 적용되고 있다.

도 1은 종래의 의료용 로봇의 개략도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 한국공개특허 제2003-0018008호(2003.03.04)에 기재된 "외과용 기구 정위치장치"는 컴퓨 터(5) 및 상기 컴퓨터(5)에 의해 생성된 기구 이동지시를 수신하는 로봇 제어시스템(6)으로 구성된 것이다. 또한, 상기 로봇 제어시스템(6)은 기구(4)가 장착되는 플레이트(10)가 단부에 구비되고, 고정 베이스(9)에 고정되는 로봇암(8)으로 구성된다.

상기 외과용 기구(4) 이동 지시는 상기 로봇 제어시스템(6)에 의해 해석되며, 상기 로봇암(8)을 상기 기구(4)와 함께 고정베이스(9)에 대해 상대적으로 이동시킨다.

한편, 상기 로봇암(8)은 플레이트(10)의 충분한 자유도가 가능하도록 3개 이상의 조인트로 구성되고, 상기 플레이트(10)에는 상기 기구(4)의 위치를 나타내는 기구센서(12)가 구비되어 있다.

상기 장치(2)에는 광학적 탐지기(14)가 구비되어 있는데, 상기 광학적 탐지기(14)는 상기 기구센서(12)에 의해 발생된 신호를 수신하여 센서의 위치를 모니터링 하도록 둘 이상의 독립된 수신 소자들이 있으며, 또한 외과 시술이 시행되는 환자 내의 뼈에 고정될 수 있는 기준센서(16)가 포함되어 있다.

또한, 상기 장치(2)는, 상기 탐지기(14)와 관련하여 규정된 좌표시스템 내의 환자 뼈의 위치를 등록하는데 사용되는 프로브(probe, 18)가 포함되어 있다. 뼈의 위치 등록은 뼈의 영상 생성을 위한 스캐닝 작업(특히, X-레이 또는 CT스캔)에 앞서서 뼈 내부에 이식된 표준 마커(marker)에 상기 프로브(18)를 접촉시킴으로써 이루어진다.

상기 마커는 외과적인 시술에 사용되는 기준 센서로서, 좌표시스템 내의 환 자 뼈의 위치를 이전에 생성된 뼈의 영상과 연관시켜줄 수 있는 기준이 될 수 있고, 상기 컴퓨터(5)를 통해 상기 마커들의 위치를 확인할 수 있도록 각 마커들과 차례로 접촉할 수 있으며, 상기 프로브(18)를 조인트의 이동이 측정될 수 있는 암 상에 부착함으로써, 수학적인 모니터링이 가능해진다.

한편, 상기 좌표시스템 내에서 상기 로봇 제어시스템(6)의 진정한 위치를 나타내는 로봇 제어시스템 센서(20)를 고정식 베이스(9)에 설치할 수 있는데, 상기 로봇 제어시스템 센서(20) 또한 상기 기구센서(12)와 같이 다수의 발광 다이오드가 배치된 플레이트가 포함된다.

상기 로봇 제어시스템 센서(20)에 의해 상기 로봇 제어시스템(6)의 위치 변화가 감지되어 상기 컴퓨터(5)로 송신되고, 상기 컴퓨터(5)는 수신된 감지 신호에 의해 상기 기구(4)를 적절하게 위치되도록 동작시킬 수 있는 것이다.

그러나 상기와 같이 이루어진 장치(2)는 다수의 센서(12, 20), 마커, 프로브(18) 등을 통해 시술하고자 하는 위치로 상기 외과용 기구(4)를 이동시킬 수 있으나, 다수의 센서(12, 20), 마커, 프로브(18)를 통해 상기 컴퓨터(5)에서 처리해야 하는 매개변수의 값이 많아 상기 외과용 기구(4)를 정밀하게 제어하는데 어려움이 있었으며, 상기 외과용 기구(4)를 정확하게 위치시키기 위한 재교정 시간이 장시간 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 지금까지 제안된 기술들은 단순히 조인트로 연결된 로봇의 형태를 갖는 구조에 불과한 것이어서, 수술과정 중에 조인트의 회전에 의해 상기 로봇암(8)이 다른 수술장치들에 간섭될 수밖에 없어 상대적으로 많은 공간을 확보해야 하는 단점이 있었으며, 이로 인하여 의사가 충분한 수술공간을 확보하지 못한 상태에서 시술을 해야하는 어려움이 있었다.

아울러, 척추경은 적게는 5∼8mm이고, 이에 고정되는 스크류는 3∼5mm의 직경을 갖게 되는 것이며, 척추는 통상적으로 일정 각도로 경사진 형태를 갖는 것으로, 척추경 나사못 시술은 고도의 정밀성을 요하게 되는 것임에도 불구하고, 상기 기구(4)를 조향하는 별도의 장치가 없어 척추의 경사진 형태에 일치되게 상기 기구(4)를 위치시키기에는 어려움이 있었다.

특히, 상기 기구(4)를 단순히 플레이트(10)에 장착되는 구조이어서, 수술시 사용되는 기구의 종류에 따라 이를 장착수단을 통해 각각 장착하여 사용해야 하는 번거로움이 발생되었을 뿐만 아니라, 수술 시간을 지연시키는 원인이 되었다.

또한, 척추경은 적게는 5∼8mm이고, 이에 고정되는 스크류는 3∼5mm의 직경을 갖게 되는 것이며, 척추는 통상적으로 일정 각도로 경사진 형태를 갖는 것으로, 척추경 나사못 시술은 고도의 정밀성을 요하게 되는데, 상기 로봇암(8)의 경우 상기 고정 베이스(9)에 고정되는 구조이어서 상기 외과용 기구(4)를 압박하여 뼈에 나사공을 형성하는 과정 중에 상기 로봇암(8)에 전달되는 가압력을 원활하게 지지할 수 없었고, 이로 인하여 상기 조인트 부분에서 미세한 유동이 발생되어 시술의 정밀성을 저하시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 다수의 관절로 연결된 로봇암의 유동되는 변위의 폭을 감소시킴으로써, 상대적으로 의사가 넓은 시술공간과 안전을 확보함고 동시에 다른 수술장치에 간섭되지 않도록 로봇암을 동작시킬 수 있는 수술도구 위치 설정용 5자유도 로봇 매니퓰레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터는, 수직암, 일단이 상기 수직암의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암, 일단이 상기 상박암의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암, 상기 하박암의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷, 상기 브래킷에 회전가능하게 연결된 어댑터, 상기 어댑터에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브를 포함하는 로봇암; 상기 수직암의 하단에 구비되어 상기 수직암을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암을 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩부; 바닥으로부터 상기 슬라이딩부를 지지하는 지지체;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 상박암은, 상박프레임, 상기 상박프레임의 타단에 구비된 상박하우징, 상기 상박하우징의 내부공간에 구비된 상박모터, 상기 상박모터의 회전축에 결합된 상박하모닉기어를 포함하고, 상기 하박암은, 상기 상박하모닉기어와 치합되는 하박하모닉기어, 상기 하박하모닉기어와 결합되어 상기 상박하모닉기어 및 하박하모닉기어의 외측을 감싸는 하박케이싱, 일단이 상기 하박케이싱과 고정결합되는 하박프레임을 포함하여 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 하박프레임의 타단에는, 상기 브래킷을 회전시키기 위한 하박모터, 상기 하박모터의 회전변위량을 감지하는 하박엔코더가 구비될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 상박하우징의 외측에는, 타이밍벨트에 의해 상기 하박케이싱과 연동되는 벨트풀리, 상기 벨트풀리의 중심에 고정결합된 회전축, 상기 회전축이 회전가능하도록 지지하는 지지프레임, 상기 벨트풀리의 회전변위량을 감지하는 상박엔코더가 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 브래킷은, "ㄷ"자프레임, 상기 "ㄷ"자프레임의 대향된 양면을 관통하는 회전축, 상기 회전축을 회전시키는 브래킷모터, 상기 회전축의 회전변위량을 감지하는 브래킷엔코더를 포함하고, 상기 어댑터는, 상기 회전축에 고정결합된 고정용더브테일과, 상기 더브테일에 슬라이딩 탈착가능하게 결합되는 탈착용더브테일을 포함하여 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 탈착용더브테일에는 상기 프로브가 삽입되어 고정되기 위한 삽입홀, 상기 삽입홀과 연통된 볼트고정홀이 형성되고, 상기 프로브는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 볼트고정홀에 구비된 볼트에 의해 고정될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 프로브는, 상기 삽입홀에 삽입되는 몸체, 상기 삽입홀의 지름보다 큰 지름으로 형성되어 상기 몸체의 상단에 결합되는 스토퍼, 상기 몸체의 하단에 형성된 첨단부를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 수직암의 상단에는 상기 하박암을 회전시키기 위한 수직암모터와, 상기 수직암모터에 의해 회전되는 하박암의 회전변위량을 감지하는 수직암엔코더를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 어댑터의 회전중심축이 서로 평행하게 이루어질 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 슬라이딩부가 상기 수직암을 슬라이딩 이동시키는 방향은 상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 브래킷의 회전중심축과 평행한 방향으로 이루어질 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 어댑터의 회전중심축은 상기 브래킷의 회전중심축과 직교되도록 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 슬라이딩부는, 수직암의 하단부에 결합되는 슬라이딩블록, 상기 슬라이딩블록을 관통하여 볼트결합되는 볼스크류, 상기 슬라이딩블록 및 볼스크류를 수용하도록 상부가 개구된 수용케이스, 상기 볼스크류를 회전시켜 상기 슬라이딩블록이 슬라이딩되게 하는 볼스크류구동모터를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 지지체는, 사각형상의 플레이트, 상기 플레이트의 하면에 구비된 다수의 바퀴, 상기 플레이트와 상기 바퀴 사이에 구비된 방진패드, 상기 플레이트의 상면에 구비되어 상기 슬라이딩부를 지지하는 수직프레임을 포함하여 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 플레이트의 중심을 기준으로, 상기 로봇암이 연장되어 위치된 방향과 반대 방향에 대응되는 상기 플레이트의 상면에 상기 수직프레임 이 구비될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 수직형의 로봇암에 의해 종래의 수술로봇에 비하여 보다 좁은 영역에서 작동이 가능하여 로봇암이 다른 수술도구에 간섭되어 의료사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 시술하는 의사에게 보다 넓은 시술공간을 제공할 수 있어 수술에 대한 안정성을 높일 수 있다.

그리고, 수술도구가 장착되는 어댑터를 다양한 각도로 조향할 수 있어 척추의 경사진 방향과 일치되게 수술도구를 정확하게 위치시킬 수 있을 뿐 아니라 원활하게 지지할 수 있고, 수직형의 로봇암에 의해 수술도구가 횡방향으로 유동되는 것이 미연에 방지됨으로 인하여 수술의 정확성과 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 로봇암이 자동구동 및 의사의 손에 의해 동작시키는 수동구동이 가능함에 따라, 불가피한 사고로 인하여 로봇암의 구동장치가 작동되지 않더라도 적절하게 수동으로 동작시켜 시술을 수행할 수 있어 로봇의 오작동에 의한 의료 사고를 방지할 수 있다.

또한, 수평형 로봇 암이 수술 공간상에 드리워지면서 수술공간이 가려지는 단점을 보완할 수 있다.

또한, 척추수술뿐 아니라, 뇌수술, 고관절 수술 등의 다양한 수술 영역에서 적용될 수 있다.

수술도구를 시술 부위에 위치시키기 위한 본 실시예의 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게, 로봇암(100), 슬라이딩부(200), 지지체(300)를 포함하여 구성된다.

상기 로봇암(100)은, 수직암(110), 일단이 상기 수직암(110)의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암(120), 일단이 상기 상박암(120)의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암(130), 상기 하박암(130)의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷(140), 상기 브래킷(140)에 회전가능하게 연결된 어댑터(150), 상기 어댑터(150)에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브(160)를 포함한다.

상기 슬라이딩부(200)는, 상기 수직암(110)의 하단에 구비되어 상기 수직암(110)을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암(100)을 슬라이딩 이동시킨다.

상기 지지체(300)는, 바닥으로부터 상기 슬라이딩부(200)를 지지한다.

먼저, 로봇암(100)에 대하여 설명하도록 한다.

로봇암(100)은 수술도구를 시술부위에 위치시키기 위해 구동 프로그램에 의해 작동되거나 사용자가 수동으로 작동될 수 있도록 구성되며, 상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 단면이 사각으로 형성되어 상하방향으로 수직하게 설치된 수직암(110)과, 일단이 상기 수직암(110)의 상단에서 y축(a1)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 상박암(120)과, 일단이 상기 상박암(120)의 타단에서 y축(a2)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 하박암(130)과, 상기 하박암(130)의 타단에서 y축(a3)을 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 브래킷(140)과, 상기 브래킷(140)에 y축(a3)과 직교되는 축(a4)를 회전중심축으로 하여 회전가능하게 연결된 어댑터(150)와, 상기 어댑터(150)에 착탈가능하게 결합되어, 시술부위로 영점조정을 하기 위한 프로브(160)를 포함하여 구성된다.

이때, 상술한 바와 같이, 상기 상박암(120)의 회전중심축(a1), 상기 하박암(130)의 회전중심축(a2), 상기 브래킷(140)의 회전중심축(a3)은 모두 y축이므로, 이들의 회전중심축은 서로 평행하게 구성되고, 상기 어댑터(150)의 회전중심축(a4)은 y축(a3)과 직교되도록 구성된다.

상기 수직암(110)의 상단에는 상기 하박암(130)을 회전시키기 위한 수직암모터(미도시)와, 상기 수직암(110)모터에 의해 회전되는 하박암(130)의 회전변위량을 감지하는 수직암엔코더(미도시)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같은 구성에 따르면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수직암(110)의 상단에 구비된 수직암모터(미도시)가 회전구동됨에 따라 상박암(120)이 y축(a1)을 회전중심축으로 하여 회전구동될 수 있으며, 이때, 상박암(120)은 수직암모터(미도시)에 의한 회전구동 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다.

한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 상박암(120)의 구성은, 상박프레임(121), 상기 상박프레임(121)의 타단에 구비된 상박하우징(123), 상기 상박하우징(123)의 내부공간에 구비된 상박모터(125), 상기 상박모터(125)의 회전축에 결합된 상박하모닉기어(127)를 포함하고, 상기 하박암(130)의 구성은, 상기 상박하모닉기어(127)와 치합되는 하박하모닉기어(137), 상기 하박하모닉기어(137)와 결합되어 상기 상박하모닉기어(127) 및 하박하모닉기어(137)의 외측을 감싸는 하박케이 싱(133), 일단이 상기 하박케이싱(133)과 고정결합되는 하박프레임(131)을 포함하여 이루어진다.

상술한 바와 같은 구성에 따르면, 도 6, 도 7, 도 13에 도시된 바와 같이, 상박프레임(121)의 타단에 구비된 상박하우징(123)의 내부공간에 구비된 상박모터(125)가 회전구동됨에 따라 상박하모닉기어(127)가 회전구동되고, 상박하모닉기어(127)와 치합된 하박하모닉기어(137)가 동시에 회전구동되며, 결과적으로, 하박하모닉기어(137)와 결합된 하박케이싱(133) 및 이에 고정겹합된 하박프레임(131)이 회전구동되어 하박암(130)이 y축(a2)을 회전중심축으로 하여 회전구동될 수 있다.

한편, 상박암(120)에 회전가능하게 구비된 하박암(130)은 상박하모닉기어(127)에 의해 연동되어 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다.

그리고 상기 상박하우징(123)의 외측에는, 도 13에 도시된 바와 같이, 타이밍벨트(123-1)에 의해 상기 하박케이싱(133)과 연동되는 벨트풀리(123-2), 상기 벨트풀리(123-2)의 중심에 고정결합된 회전축(123-3), 상기 회전축(123-3)이 회전가능하도록 지지하는 지지프레임(123-4), 상기 벨트풀리(123-2)의 회전변위량을 감지하는 상박엔코더(123-5)가 구비된다.

또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 하박프레임(131)의 타단에는, 상기 브래킷(140)을 회전시키기 위한 하박모터(135), 상기 하박모터(135)의 회전변위량을 감지하는 하박엔코더(132)가 구비된다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 브래킷(140)의 구성은, "ㄷ"자프레 임(141), 상기 "ㄷ"자프레임(141)의 대향된 양면을 관통하는 회전축(143), 상기 회전축(143)을 회전시키는 브래킷모터(145), 상기 회전축(143)의 회전변위량을 감지하는 브래킷엔코더(147)를 포함하고, 어댑터(150)의 구성은, 상기 회전축(143)에 고정결합된 고정용더브테일(151)과, 상기 더브테일에 슬라이딩 탈착가능하게 결합되는 탈착용더브테일(153)을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 탈착용더브테일(153)에는 상기 프로브(160)가 삽입되어 고정되기 위한 삽입홀(153-1), 상기 삽입홀(153-1)과 연통된 볼트고정홀(153-2)이 형성되고, 상기 프로브(160)는 상기 삽입홀(153-1)에 삽입되어 상기 볼트고정홀(153-2)에 구비된 볼트(153-3)에 의해 고정되는데, 상기 프로브(160)는, 상기 삽입홀(153-1)에 삽입되는 몸체(160-1), 상기 삽입홀(153-1)의 지름보다 큰 지름으로 형성되어 상기 몸체(160-1)의 상단에 결합되는 스토퍼(160-2), 상기 몸체(160-1)의 하단에 형성된 첨단부(160-3)를 포함하여 이루어진다.

한편, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 하박암(130)에 회전가능하게 구비된 브래킷(140)은 하박모터(도 14의 135)에 의해 연동되어 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 브래킷(140)에 구비된 회전축(도 14의 143)에 고정되어 브래킷모터(도 14의 145)에 의해 회전되는 어댑터(150)는, 브래킷모터(145)에 의해 회전구동하는 것 이외에도 사용자에 의해 수동적으로 회전되어 역구동될 수 있다.

상술한 바와 같이, 수직암(110), 상박암(120), 하박암(130), 브래킷(140), 어댑터(150), 프로브(160)를 포함하여 구성된 로봇암(100)에 의해서, 로봇암(100) 의 최단부에 착탈가능하게 결합된 프로브(160)의 첨단부(160-3)가 시술부위에 위치되도록 하여 로봇암(100)의 시술을 위한 초기위치를 설정할 수 있다. 또한, 수직암(110)에 구비된 수직암(110)엔코더, 상박암(120)에 구비된 상박엔코더(123-5), 하박암(130)에 구비된 하박엔코더(132), 브래킷(140)에 구비된 브래킷엔코더(147)에 의해서 로봇암(100)의 홈포지션(home position)으로의 설정이 가능하다.

다음으로, 슬라이딩부(200)에 대하여 설명하도록 한다.

슬라이딩부(200)는 상기 수직암(110)의 하단에 구비되어 상기 수직암(110)을 y축 방향을 따라서 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암(100)을 슬라이딩 이동시키는 부분이다.

상기 슬라이딩부(200)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수직암(110)의 하단부에 결합되는 슬라이딩블록(210), 상기 슬라이딩블록(210)을 관통하여 볼트(153-3)결합되는 볼스크류(220), 상기 슬라이딩블록(210) 및 볼스크류(220)를 수용하도록 상부가 개구된 수용케이스(230), 상기 볼스크류(220)를 회전시켜 상기 슬라이딩블록(210)이 슬라이딩되게 하는 볼스크류구동모터(240)를 포함하여 구성된다.

상기 슬라이등부는, 도 2에 도시된 바와 같이, y축 방향으로 왕복 슬라이딩 되며, 상세하게는, 상기 상박암(120)의 회전중심축, 상기 하박암(130)의 회전중심축, 상기 어댑터(150)의 회전중심축과 평행한 방향이 된다. 따라서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, y축 방향으로 직선 왕복 슬라이딩 운동하게 된다.

마지막으로, 지지체(300)에 대하여 설명하도록 한다.

지지체(300)는 바닥으로부터 상기 슬라이딩부(200)를 지지하는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각형상의 플레이트(310), 상기 플레이트(310)의 하면에 구비된 다수의 바퀴(320), 상기 플레이트(310)와 상기 바퀴(320) 사이에 구비된 방진패드, 상기 플레이트(310)의 상면에 구비되어 상기 슬라이딩부(200)를 지지하는 수직프레임(340)을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 수직프레임(340)은 상기 플레이트(310)의 중심을 기준으로 하여, 상기 로봇암(100)이 연장되어 위치된 방향과 반대 방향에 대응되는 상기 플레이트(310)의 상면에 구비되는 것이 바람직하며, 이는, 로봇암(100)이 일측으로 연장되어 무게중심이 한쪽으로 치우침에 따른 장치의 안정성을 위함이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래의 수술도구 위치 설정용 로봇의 종단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 전체사시도.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 슬라이딩부 구동을 나타내는 개략도.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 상박암과 하박암의 회전 구동을 나타내는 개략도.

도 8 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 브래킷의 회전 구동을 나타내는 개략도.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 어댑터의 회전 구동을 나타내는 개략도.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 상박암과 하박암의 연결부분을 나타내는 단면도.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 하박암과 브래킷과 어댑터의 연결부분을 나타내는 제1단면도.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터의 하박암과 브래킷과 어댑터의 연결부분을 나타내는 제2단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:로봇암 110:수직암

120:상박암 121:상박프레임

123:상박하우징 123-1:타이밍벨트

123-2:벨트풀리 123-3:회전축

123-4:지지프레임 123-5:상박엔코더

125:상박모터 127:상박하모닉기어

130:하박암 131:하박프레임

132:하박엔코더 133:하박케이싱

135:하박모터 137:하박하모닉기어

140:브래킷 141:"ㄷ"자프레임

143:회전축 145:브래킷모터

147:브래킷엔코더 150:어댑터

151:고정용더브테일 153:탈착용더브테일

153-1:삽입홀 153-2:볼트고정홀

153-3:볼트 160:프로브

160-1:몸체 160-2:스토퍼

160-3:첨단부 200:슬라이딩부

210:슬라이딩블록 220:볼스크류

230:수용케이스 240:볼스크류구동모터

300:지지체 310:플레이트

320:바퀴 340:수직프레임

Claims (14)

1. 수술도구를 시술 부위에 위치시키는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터에 있어서,

   수직암, 일단이 상기 수직암의 상단에 회전가능하게 연결된 상박암, 일단이 상기 상박암의 타단에 회전가능하게 연결된 하박암, 상기 하박암의 타단에 회전가능하게 구비된 브래킷, 상기 브래킷에 회전가능하게 연결된 어댑터, 상기 어댑터에 착탈가능하게 결합되어 영점조정을 위한 프로브를 포함하는 로봇암;

   상기 수직암의 하단에 구비되어 상기 수직암을 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 로봇암을 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩부;

   바닥으로부터 상기 슬라이딩부를 지지하는 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상박암은, 상박프레임, 상기 상박프레임의 타단에 구비된 상박하우징, 상기 상박하우징의 내부공간에 구비된 상박모터, 상기 상박모터의 회전축에 결합된 상박하모닉기어를 포함하고,

   상기 하박암은, 상기 상박하모닉기어와 치합되는 하박하모닉기어, 상기 하박하모닉기어와 결합되어 상기 상박하모닉기어 및 하박하모닉기어의 외측을 감싸는 하박케이싱, 일단이 상기 하박케이싱과 고정결합되는 하박프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하박프레임의 타단에는, 상기 브래킷을 회전시키기 위한 하박모터, 상기 하박모터의 회전변위량을 감지하는 하박엔코더가 구비된 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
4. 제2항에 있어서,

   상기 상박하우징의 외측에는, 타이밍벨트에 의해 상기 하박케이싱과 연동되는 벨트풀리, 상기 벨트풀리의 중심에 고정결합된 회전축, 상기 회전축이 회전가능하도록 지지하는 지지프레임, 상기 벨트풀리의 회전변위량을 감지하는 상박엔코더가 구비된 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 브래킷은, "ㄷ"자프레임, 상기 "ㄷ"자프레임의 대향된 양면을 관통하는 회전축, 상기 회전축을 회전시키는 브래킷모터, 상기 회전축의 회전변위량을 감지하는 브래킷엔코더를 포함하고,

   상기 어댑터는, 상기 회전축에 고정결합된 고정용더브테일과, 상기 더브테일에 슬라이딩 탈착가능하게 결합되는 탈착용더브테일을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 탈착용더브테일에는 상기 프로브가 삽입되어 고정되기 위한 삽입홀, 상기 삽입홀과 연통된 볼트고정홀이 형성되고, 상기 프로브는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 볼트고정홀에 구비된 볼트에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 프로브는, 상기 삽입홀에 삽입되는 몸체, 상기 삽입홀의 지름보다 큰 지름으로 형성되어 상기 몸체의 상단에 결합되는 스토퍼, 상기 몸체의 하단에 형성된 첨단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
8. 제1항에 있어서,

   상기 수직암의 상단에는 상기 하박암을 회전시키기 위한 수직암모터와, 상기 수직암모터에 의해 회전되는 하박암의 회전변위량을 감지하는 수직암엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
9. 제1항에 있어서,

   상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 어댑터의 회전 중심축이 서로 평행한 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
10. 제9항에 있어서,

    상기 슬라이딩부가 상기 수직암을 슬라이딩 이동시키는 방향은 상기 상박암의 회전중심축, 상기 하박암의 회전중심축, 상기 브래킷의 회전중심축과 평행한 방향인 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
11. 제10항에 있어서,

    상기 어댑터의 회전중심축은 상기 브래킷의 회전중심축과 직교되는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
12. 제1항에 있어서,

    상기 슬라이딩부는,

    수직암의 하단부에 결합되는 슬라이딩블록, 상기 슬라이딩블록을 관통하여 볼트결합되는 볼스크류, 상기 슬라이딩블록 및 볼스크류를 수용하도록 상부가 개구된 수용케이스, 상기 볼스크류를 회전시켜 상기 슬라이딩블록이 슬라이딩되게 하는 볼스크류구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
13. 제1항에 있어서,

    상기 지지체는,

    사각형상의 플레이트, 상기 플레이트의 하면에 구비된 다수의 바퀴, 상기 플레이트와 상기 바퀴 사이에 구비된 방진패드, 상기 플레이트의 상면에 구비되어 상기 슬라이딩부를 지지하는 수직프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.
14. 제13항에 있어서,

    상기 플레이트의 중심을 기준으로, 상기 로봇암이 연장되어 위치된 방향과 반대 방향에 대응되는 상기 플레이트의 상면에 상기 수직프레임이 구비된 것을 특징으로 하는 수술도구 위치 설정용 5자유도 매니퓰레이터.

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