KR20120053650A

KR20120053650A - 수술기구 형태 변형 시스템

Info

Publication number: KR20120053650A
Application number: KR1020100114876A
Authority: KR
Inventors: 김원수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-29

Abstract

본 발명은 수술기구 형태 변형 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 적어도 두 개의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤이 직선 이동할 수 있는 공간으로 형성된 적어도 두 개의 피스톤 프레임을 포함하는 피스톤부; 상기 피스톤부의 일면에 위치하여, 상기 피스톤을 이동시킬 수 있는 동력을 전달하도록 구성된 동력부; 상기 피스톤부의 다른 일면에 위치하여, 수술기구로 구성된 수술기구부; 와 상기 피스톤의 일면에 부착되어, 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 형성되어 있으며, 일정한 힘에 의해 휘어짐이 가능하도록 구성된 적어도 두 개의 샤프트부를 포함하는 수술기구의 형태 변형 시스템을 제공한다. 따라서, 본 발명의 수술기구의 형태 변형 시스템에 따르면, 시술자는 샤프트를 밀어주는 간단한 동작만으로 수술기구의 형태를 변화시킬 수 있어, 수술 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 여러 샤프트를 이용하면, 수술기구에 다양한 형태 변화를 줄 수 있어, 다양한 수술 환경에 대응할 수 있으며, 정확한 시술을 가능하게 하고, 수술의 안정성 또한 담보할 수 있는 효과가 있다.

Description

수술기구 형태 변형 시스템{SHARP MODIFICATION SYSTEM OF SURGICAL INSTRUMENT}

본 발명은 수술용 로봇에 부착되는 수술기구의 형태를 변형시키도록 하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최소 침습 수술에 사용되는 수술기구의 형태를 샤프트(Shaft)를 이용하여 변형시키는 시스템에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란, 피부나 점막 또는 기타 조직을 수술용 기구를 사용하여, 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고, 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다.

이에 대해, 피부를 절개하는 대신 작은 삽입공(孔)을 천공하고, 이를 통해 내시경, 복강경 수술기구(Surgical Instrument), 미세 수술용 현미경 등의 수술 기구를 삽입하여, 체내에서 수술이 이루어지도록 하는 최소 침습 수술이 각광받고 있다.

한편, 이러한 최소 침습 수술은 집도의에 의해 수동으로 진행될 수도 있으나, 최근에는 시술자가 직접 기구를 조작하는 대신, 수술용 로봇을 사용하여 기구를 정교하게 조작하여 수술을 수행하는 로봇 수술이 대안으로서 제시되고 있다.

일반적으로 로봇 수술을 위한 수술용 로봇은, 기구의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(Master) 입력부와 마스터 입력부로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(Slave) 로봇으로 이루어진다.

여기서, 마스터 입력부와 슬레이브 로봇을 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치하게 된다. 슬레이브 로봇에는 수술을 위한 조작을 위해 로봇 암(Robotic Arm)을 구비하게 되며, 로봇 암의 선단부에는 수술기구가 장착된다.

한편, 수술 로봇을 이용하여 진행되는 최소 침습 수술은, 피부에 0.5~1.5cm 가량 크기의 작은 구멍(절개창)을 여러 개 내고, 그 안으로 비디오 카메라나 각종 기구들을 넣고 시행하는 수술 방법이다. 최소 침습 수술은 전통적인 개복 수술과 비교하여, 절개창의 크기가 작기 때문에 수술 상처가 미용적으로 보기 좋고, 창상으로 인한 통증이 훨씬 작다. 또한, 환자의 회복 속도가 빠르며, 개복 수술에 비하여 재원기간이 짧고, 일상생활로 빠르게 복귀할 수 있다는 장점이 있다.

수술 로봇을 이용하여 최소 침습 수술을 진행하기 위해서는, 작은 구멍인 절개창에 여러 수술기구들을 정밀하게 넣어야 한다. 그리고, 환자의 몸 안은 다양한 모양으로 구성되므로, 수술기구를 수술 상황 및 환자의 몸에 맞도록 형태를 변형해야 하는 경우가 있다.

따라서, 최소 침습 수술을 정밀하게 수행하기 위하여, 수술기구의 형태를 효율적으로 변형하는 시스템이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 최소 침습 수술을 정밀하게 수행할 수 있도록 구성된 수술기구의 형태 변형 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적어도 두 개의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤이 직선 이동할 수 있는 공간으로 형성된 적어도 두 개의 피스톤 프레임을 포함하는 피스톤부; 상기 피스톤부의 일면에 위치하여, 상기 피스톤을 이동시킬 수 있는 동력을 전달하도록 구성된 동력부; 상기 피스톤부의 다른 일면에 위치하여, 수술기구로 구성된 수술기구부; 와 상기 피스톤의 일면에 부착되어, 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 형성되어 있으며, 일정한 힘에 의해 휘어짐이 가능하도록 구성된 적어도 두 개의 샤프트부를 포함하는 수술기구 형태 변형 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 샤프트부의 일측면에 부착되어, 상기 샤프트부의 위치를 고정시키도록 구성된 고정부를 더 포함하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 수술기구부에는, 상기 샤프트부의 이동 경로를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 가이드 고리가 부착되어 있는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 동력부는, 공기의 압력을 이용하도록 동력을 전달하도록 구성된 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 피스톤부는, 상기 적어도 두개의 피스톤이 서로 독립적으로 이동할 수 있도록 구성된 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 적어도 두 개의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤이 직선 이동할 수 있는 공간으로 형성된 적어도 두 개의 피스톤 프레임을 포함하는 피스톤부; 상기 피스톤부의 일면에 위치하여, 상기 피스톤을 이동시킬 수 있는 동력을 전달하도록 구성된 동력부; 상기 피스톤부의 다른 일면에 위치하여, 수술기구로 구성된 수술기구부; 와 상기 피스톤의 일면에 부착되어, 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 형성되어 있으며, 일정한 힘에 의해 휘어짐이 가능하도록 구성된 적어도 두 개의 샤프트부를 포함하고, 상기 샤프트부를 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 이동시켜, 상기 수술기구부의 형태를 변형시키도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 샤프트부를 상기 수술기구부가 위치한 방향의 반대 방향으로 이동시켜, 상기 수술기구부의 형태를 변형시키도록 구성된 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 동력부, 공기의 압력을 이용하도록 동력을 전달하도록 구성된 실시예를 포함한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속함을 밝혀둔다.

상기와 같은 구성을 통하여, 본 발명의 수술기구의 형태 변형 시스템은, 수술기구를 동력부, 피스톤과 샤프트만으로 용이하게 구성할 수 있으며, 시술자는 샤프트를 밀어주는 간단한 동작만으로 수술기구의 형태를 변화시킬 수 있어, 수술 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 여러 샤프트를 이용하면, 수술기구에 다양한 형태 변화를 줄 수 있어, 다양한 수술 환경에 대응할 수 있으며, 정확한 시술을 가능하게 하고, 수술의 안정성 또한 담보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 암의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술기구의 개략도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기구부의 개략도로, 샤프트를 이용하여, 기구부의 형태를 변화시키는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 이하 설명에서 동일한 구성 요소에는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템(100)의 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 수술용 로봇 시스템(100)은 수술 테이블(0)에 누워있는 환자(P) 측에서 최소 침습 수술법이 시행되는 동안, 시술자(S)의 기구의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 입력부(2)와, 마스터 입력부(2)로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 로봇(1)을 포함한다.

우선, 본 발명의 마스터 입력부(2)는 시술자(S)가 조작하도록 구성되는 마스터 입력장치(10)를 구비하며, 마스터 입력장치(10)는 수술부위(20)의 영상을 나타내는 제 1 화면과 사용자 인터페이스를 위한 제 2 화면을 시술자에게 제공하는 표시부(12), 제 1 화면에 표시되는 수술용 로봇의 동작과, 제 2 화면에 표시된 사용자 인터페이스를 사용자의 조작에 의해 제어하도록 하는 하나 이상의 사용자 조작부(14, 15) 및 사용자의 조작에 의한 사용자 조작부(14, 15)의 움직임을 수술용 로봇의 동작의 제어신호 또는 사용자 인터페이스의 제어신호로 변환하여 출력하는 신호처리부(16)를 포함한다.

본 발명의 수술용 로봇 시스템(100)에서는 시스템의 설정 변경을 위한 사용자 인터페이스가 별도의 디스플레이 장치가 아닌 수술 영상을 나타내는 표시부(12)에 의해 선택적으로 제공될 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스를 통한 시스템 설정 변경 등의 동작이 수술기구를 조작하기 위한 사용자 조작부(14, 15)에 의해 실행ㄷ될 수 있다.

사용자 조작부(14, 15)는 조이스틱(Joystick), 글러브(Glove), 트리거-건(Triggergun), 수동식 컨트롤러 등과 같은 다양한 입력 장치들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 신호처리부(16)는 마스터 입력장치(10)에 통합되어 있거나, 마스터 입력장치(10) 옆에 위치하는 컴퓨터로 구성될 수 있다.

시술자는 내시경(30) 등에 의해 포착되어 마스터 입력장치(10)의 표시부(12)로 제공되는, 수술부위(20)를 나타내는 제 1 화면을 관찰하면서, 로봇 암(32, 36)에 탈착할 수 있도록 결합된 수술 기구부(38, 40)가 구동되도록 사용자 조작부(14, 15)를 조종함으로써 최소 침습 수술법을 시행한다. 이 경우, 제 1 화면은 수술부위의 평면 영상 또는 입체 영상으로 제공될 수 있다.

또한, 시술자는 수술 진행 도중 필요한 경우, 시스템의 모드를 수술 모드에서 사용자 인터페이스 모드로 전환할 수 있다. 이때, 표시부(12)는 제 2 화면을 제공하여, 시술자가 수술과 관련된 정보를 확인하고, 수술용 로봇 시스템의 설정을 변경할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템(100)에서 시술자는 시스템 설정 변경을 위한 동작을 마스터 입력장치(10)와 별도로 구비되는 디스플레이 장치 및 입력장치를 이용하지 않고, 수술 동작을 실행하기 위한 표시부(12) 및 사용자 조작부(14, 15)를 통해 수행할 수 있다. 따라서 시술과정에서 시스템의 설정변경 등이 필요한 경우에도, 시술자는 마스터 입력장치(10)에서 벗어나지 않고 단순한 조작에 의해 이를 수행할 수 있게 되므로 그로 인한 수술의 지연이 발생하지 않게 된다. 또한, 자리를 벗어나지 않고 수술을 지속적으로 수행할 수 있어 시술자는 수술에 대한 집중력을 유지할 수 있게 된다.

또한, 시술자가 수술부위(20)를 실제로 직접 내려다보는 느낌을 가지도록 향해 있는 영상을 표시하도록 표시부(12)는 시술자의 손 근처에 위치될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 수술 기구부(38, 40)의 영상은 실제로 시술자의 손이 위치되어 있는 곳에 배치되게 보이는 것이 바람직하다. 이를 위해, 신호처리부(16)는 내시경(30)에 의해 보여지는 대로 해당 수술 기구부(38, 40)의 방향을 맞추기 위해서 사용자 조작부(14, 15)의 방향을 바꾸는 것이 바람직하다.

신호처리부(16)는 수술용 로봇 시스템(100)에서 다양한 기능을 수행한다. 특히, 신호처리부(16)는 시술자가 각각의 수술 기구부(38, 40)를 효과적으로 이동 및/또는 조종할 수 있도록, 사용자 조작부(14, 15)의 기계적인 움직임을 각각의 로봇 암(32, 34, 36)에 대한 제어신호로 변형한다. 그리고, 신호처리부(16)는 변형된 제어신호를 제어 신호 버스(50)를 통하여, 슬레이브 로봇(1)의 베이스(140)에 전달한다. 또한, 신호처리부(16)는 수술 기구부(38, 40)가 표시부(12)에 표시되는 카메라 포착 화면 바깥쪽에 위치하거나, 표시부(12)에 표시되는 카메라 포착 화면 내에서 차단되어 있는 경우에 수술 기구부(38, 40)의 위치를 표시한다.

또한, 신호처리부(16)는 시술자가 제 2 화면을 통해 사용자 조작부(14, 15)를 조작하여 시스템의 설정을 변경하는 경우, 사용자 조작부(14, 15)의 기계적 움직임을 시스템에 설정 변경을 위한 제어신호로 변형하여 전달할 수 있다.

이와 같은 신호처리부(16)는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어(Firmware)의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 또한, 신호처리부의 기능은 본 명세서에서 기술된 바와 같이 하나의 유닛에 의해 실행될 수 있거나, 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합으로 차례로 실시될 수 있는 상이한 구성요소들로 분할된 것에 의해 실행될 수 있다.

본 발명의 슬레이브 로봇(1)은, 신호처리부(16)에서 제어신호를 전달받아 로봇 암(32, 34, 36)을 제어신호에 구동하는 베이스(140)와, 실제 최소 침식 수술을 수행하는 복수의 로봇 암(32, 34, 36)들로 구성된다. 슬레이브 로봇(1)에서 특히 로봇 암(32, 34, 36)에 대한 자세한 구성은 이하 도 2에서 설명하도록 한다.

로봇 암(32, 34, 36)에는 내시경(30) 및 각각의 수술 기구부(38, 40)가 부착된다. 내시경(30)을 포함한 각각의 수술 기구부(38, 40)는 캐뉼러(Cannula)와 같은 수술 기구 가이드를 통하여 환자 속으로 삽입될 수 있다. 각각의 로봇 암(32, 34, 36)은 연동장치와 같은 링크장치로 형성되고, 링크장치는 서로 결합되어 있으며 모터 제어식 관절을 통하여 조작될 수 있다.

사용되는 수술 기구부(38, 40)의 개수와 수술용 로봇 시스템(100)에 사용되는 로봇 암(32, 34, 36)의 개수는 여러 가지 요소 중에서 진단법 또는 수술법 그리고 수술실 내의 공간적인 제약에 따라 결정될 수 있다. 즉, 비록 도 1에서는 수술용 로봇 시스템(100)이 3개의 로봇 암(32, 34, 36)을 가지는 것으로 도시하였으나, 이는 본원 발명을 예시하기 위한 것으로, 로봇 암 및 수술기구의 개수는 필요에 따라 늘리거나 줄일 수 있으며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

또한, 수술과정 동안 사용되는 수술 기구부(38, 40)를 교체할 필요가 있는 경우, 수술 기구부(38, 40)를 로봇 암으로부터 제거하고 다른 수술기구로 교체할 수 있다. 교체될 수술기구를 확인하는 것을 도와주기 위해서, 로봇 암(32, 34, 36) 각각은 셋업 조인트(Setup Joint)와 같은 것에 인쇄된 확인 숫자나 칼라 표시부를 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 암(32)의 측면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 로봇 암(32)는 제 1 로봇 관절부(62), 제 2 로봇 관절부(64), 이동 지지부(52)와 복수 개의 수술 기구부(38, 39)로 구성된다.

제 1 로봇 관절부(62)는 베이스(140)에 직접 부착되어, 이동 지지부(52)의 수평면을 기준으로 한 롤 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제 2 로봇 관절부(64)는 제 1 로봇 관절부(62)와 이동 지지부(52) 사이에 연결되도록 구비되어, 이동 지지부(52)의 피치 방향에 대한 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.

그리고, 제 1 로봇 관절부(62)와 제 2 로봇 관절부(64)는 모터 제어식 관절로 구성될 수 있으며, 연동장치와 같은 링크장치로 서로 연결된다. 따라서, 본 발명의 로봇 암(32)은 신호처리부(16)에서 전달된 제어신호에 따라, 제 1 로봇 관절부(62)와 제 2 로봇 관절부(64)를 구동시켜, 이동 지지부(52)에 부착된 수술기구(38, 39)의 움직임을 독립적으로 제어하는 것이다.

또한, 본 발명의 로봇 암(32)에는 이동 지지부(52)의 자유로운 움직임을 위하여, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제 3 내지 제 4 로봇 관절부가 추가적으로 구비될 수 있다.

로봇 암(32)의 최단 부에는 이동 지지부(52)가 구비된다. 이동 지지부(52)는 제 2 로봇 관절부(64)에 연결되며, 아치 형태의 프레임으로 구성될 수 있다. 이동 지지부(52)에는 복수 개의 수술 기구부(38, 39)가 부착된다. 따라서, 제 1,2 로봇 관절부(62, 64)의 움직임에 따라, 이동 지지부(52)가 이동하게 되며, 그에 따라 이동 지지부(52)에 부착되어 있는 수술 기구부(38, 39)의 위치가 변화되는 것이다.

그리고, 이동 지지부(52)의 측면 부에는 가이드 레일(54)이 형성된다. 가이드 레일(54)은 원형의 홈으로 형성된 레일(Rail)로, 수술기구(38, 39)의 이동 경로가 된다. 즉, 수술기구(38, 39)는 이동 지지부(52)의 측면 부에 형성된 가이드 레일(54)을 따라서 이동하게 되는 것이다.

가이드 레일(54)은 이동 지지부(52)의 측면 부에, 하나의 중심을 가지는 반원으로 형성된다. 따라서, 이동 지지부(52)에 부착되는 수술 기구부(38, 39) 원의 중심에서 교차하게 되며, 원의 중심, 수술 기구부(38, 39)들이 교차하는 부분이, 환자의 피부 위치가 되는 것이다.

그리고, 복수 개의 수술 기구부(38, 39)는 가이드 레일(54)에서 독립적으로 이동하게 된다. 따라서, 시술자는 마스터 입력부(2)를 통하여, 수술 기구부(38, 39)의 이동 및 구동을 독립적으로 제어하게 된다. 또한, 복수 개의 수술 기구부(38, 39)는 이동 지지부(52)에 탈부착 되도록 구성될 수 있다.

시술자는 복수 개의 수술 기구부(38, 39)를 환자의 특정 부위에 동시에 접근시켜 시술할 수 있어, 시술시간을 단축하고, 긴급상황 발생시에 신속하게 대응할 수 있다. 그리고, 환자의 한 부위를 특정하게 되면, 수술 기구부(38, 39)의 동선을 최소화할 수 있어, 신속하고 정확한 시술을 가능하게 되어, 수술의 안정성을 담보할 수 있게 된다

한편, 수술 기구부(38, 39)의 일측 단면에는 수술에 필요한 여러 수술 도구들이 부착된다. 이하에서는, 수술 기구부(38, 39)의 구성에 대하여, 설명하도록 한다.

수술 기구부(39, 39)는 이동 지지부(52)에 부착되는 프레임부(35)와 프레임부(35)의 일끝단에 부착되는 수술기구(37)로 구성될 수 있다. 프레임부(35)는 이동 지지부(52)에 탈부착 되도록 구성되는 일자 프레임이며, 프레임부(35) 일끝단에는 실제 수술에 사용되는 기구인 수술기구(37)가 부착된다. 수술기구(37) 또한, 프레임부(35)에 탈부착할 수 있도록 구성될 수 있다.

수술기구(37)는 시행되는 수술에 따라, 여러 수술기구(37)로 구성될 수 있다. 일례로, 수술기구(37)는 환자의 몸속을 볼 수 있는 내시경 기구, 종양 등을 제거하기 위한 기구 등으로 구성될 수 있다. 따라서, 시술자는 각 수술 목적에 따라, 프레임부(35)에 적절한 수술기구(37)를 부착시키는 것이다.

그리고, 수술기구(37)는 환자의 몸속으로 삽입되므로, 수술기구(37)는 환자의 몸속 형태에 맞도록 변형을 되어야한다. 특히, 길게 파이프 형태의 수술기구(37)의 경우에는, 환자의 몸속에 맞도록 특정 부분을 구부리는 변형이 필수적으로 이뤄져야 한다.

또한, 수술기구(37)는 환자의 몸속으로 들어가는 특성상, 정밀한 구동 및 형태 변형의 제어가 필요하게 된다. 따라서, 이하에서는, 수술기구(37)의 휘어짐, 구부러짐을 제어하는 수술기구(37)의 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술기구(37)의 개략도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 수술기구(37)는 샤프트(Shaft, 76, 77), 피스톤 프레임(71), 피스톤(73, 74), 동력부(72), 기구부(75)로 구성된다.

우선, 본 발명의 동력부(72) 힘(동력)을 생성하여, 생성된 동력을 피스톤 프레임(71)에 전달하도록 구성된다. 피스톤 프레임(71)에 전달된 동력은 피스톤 프레임(71) 내부에 위치한 피스톤(73, 74)을 움직이는데 사용된다. 도면에서의 동력부(72)는 에어 펌프(Air Pump)와 같이, 공기를 이용하도록 구성되는 것을 도시하였으나, 이는 하나의 일례로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 동력부(72)는 모터 펌프, 전기 펌프, 체인/벨트 등과 같이, 동력을 생성하여, 피스톤 프레임(71)에 동력을 전달하는 모든 동력원을 포함할 수 있다.

그리고, 피스톤 프레임(71)은 동력부(72)와 기구부(75) 사이에 위치하여, 하나 이상의 피스톤(73, 74)을 포함할 수 있다. 피스톤 프레임(71)은 각 하나의 피스톤(73, 74) 마다 피스톤(73, 74)이 전후 운동이 가능한 독립적인 공간을 제공하게 된다.

피스톤 프레임(71) 내에 위치한 하나 이상의 피스톤(73, 74)은 동력부(72)로 부터 전달받은 힘에 의해, 전후 피스톤 운동을 하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 샤프트(76, 77)는 피스톤(73, 74) 일단면에 부착되어, 기구부(75) 방향으로 향하는 코드(Cord) 형태로 구성된다. 도면과 같이, 샤프트(76, 77)는 기구부(75) 내부로 뻗어 있도록 구성된다. 샤프트(76, 77)는 실제 기구부(75)의 형태를 변형하도록 구성되는데, 이에 대한 메커니즘은 이하 도 4와 도 5에서 설명하도록 한다. 그리고, 본 발명의 샤프트(76, 77)는 일정한 힘에 의해 자유롭게 구부러지거나 휘어지는 특성을 가지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 수술기구(37)는 하나 이상의 샤프트(76, 77)를 구비할 수 있으며, 샤프트(76, 77)의 개수와 피스톤(73, 74)의 개수는 일 대 일로 대응된다. 즉, 하나의 샤프트(76, 77)는 하나의 피스톤(73, 74)에 부착되는 것이다.

도면에서는 두 개의 샤프트(76, 77)와 피스톤(73, 74)으로 구성된 수술기구(37)를 도시하고 있으며, 도면 상단의 샤프트와 피스톤을 제 1 샤프트(76), 제 1 피스톤(73)으로, 도면 하단의 샤프트와 피스톤을 제 2 샤프트(77), 제 2 피스토(74)으로 명명하도록 한다.

따라서, 본 발명의 수술기구(37)에서는, 동력부(72)에서 전달받은 힘에 의해, 피스톤 프레임(71) 내의 피스톤(73, 74)이 전후 운동을 하게 되며, 피스톤(73, 74)의 운동에 따라, 피스톤(73, 74)에 부착된 샤프트(76, 77) 또한 전후 이동을 하는 것이다.

기구부(75)는 실제 수술 기구에 해당하는 것으로, 피스톤 프레임(71)에 부착되며, 기구부(75) 내부로는 피스톤(73, 14)에 부착된 샤프트(76, 77)이 들어가게 된다. 또한, 기구부(75)는 수술 목적에 따라 바뀔 수 있으므로, 기구부(75)는 피스튼 프레임(71)에 탈부착 가능하도록 구성된다.

이하에서는 전술한 구성을 가진 수술기구(37)에서 기구부(75)의 형태를 변형시키는 메커니즘에 대하여 설명하도록 한다.

도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기구부(75)의 개략도로, 샤프트(76, 77)를 이용하여, 기구부(75)의 형태를 변화시키는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 기구부(75) 내부 일단면에는 다수의 가이드 고리(79)가 부착된다. 가이드 고리(79)는 샤프트(76, 77)의 이동 경로를 설정하기 위한 것으로, 샤프트(76, 77)는 가이드 고리(79)를 따라 전후 이동하게 되는 것이다.

도면에서는 제 1 샤프트(76)는 기구부(75)의 내부 상단 일면을 따라 이동하게 되며, 제 2 샤프트(77)는 기구부(75)의 내부 하단 일면을 따라 이동하게 된다.

그리고, 본 발명의 샤프트(76, 77)의 일끝 단에는 고정부(78)가 부착된다. 고정부(78)는, 샤프트(76, 77)가 기구부(75)의 내부에서 가이드 고리(79)를 따라 전후 이동하게 된 후에, 이동된 위치에서 샤프트(76, 77)를 고정시키는 역할을 하게 된다.

도 4는 기구부(75)가 도면 아래 방향을 휘어지도록 하는 메커니즘을 설명하는 것으로, 도면에서와 같이, 제 1 샤프트(76)를 제 2 샤프트(77) 보다 앞으로 밀게 되면, 장력에 의해 기구부(75)는 제 2 샤프트(77) 방향으로 휘어지게 된다.

마찬가지로, 도 5는 기구부(75)가 도면 위 방향으로 휘어지도록 하는 메커니즘을 설명하는 것으로, 도면에서와 같이, 제 2 샤프트(77)를 제 1 샤프트(76) 보다 앞으로 밀게 되면, 장력에 의해 기구부(75)는 제 1 샤프트(76) 방향으로 휘어지게 된다.

따라서, 제 1 샤프트(76)와 제 2 샤프트(77)를 적절하게 앞으로 밀어서, 기구부(75)를 원하는 형태로 만들 수 있는 것이다.

그러므로, 본 발명의 수술기구(37)는 기구부(75)의 형태 변형을 위하여, 동력부(72)를 제어하여, 이동시킬 피스톤(73, 74)에 힘을 가한다. 가해진 힘에 의해, 해당 피스톤(73, 74)은 전후로 움직이게 되며, 피스톤(73, 74)의 움직임에 따라 해당 피스톤(73, 74)에 부착되어 있는 샤프트(76, 77)가 이동하게 된다. 따라서, 샤프트(76, 77)의 이동으로, 이동된 샤프트(76, 77)의 반대 방향에 해당하는 기구부(75) 부분이 휘어지는 것이다.

도면에서는 두 개의 샤프트(76, 77)를 이용하는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 기구부(75)의 정밀한 형태 변형을 제어하기 위하여, 두 개 이상의 샤프트(76, 77)가 이용될 수 있다.

전술한 수술기구(37)의 동작은, 사용자 조작부(14, 15)의 움직임으로 제어할 수 있다. 신호처리부(16)는 사용자 조작부(14, 15)의 기계적인 움직임을 로봇 암(32, 34, 36)에 대한 제어신호로 변형하여 베이스(140)에 전달하고, 전달된 제어 신호에 따라 수술기구(37)는 샤프트(76, 77)를 이동시켜, 기구부(75)의 형태를 변형시키는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 슬레이브 로봇 2: 마스터 입력부
10: 마스터 입력 장치 12: 표시부
14, 15: 사용자 조작부 16: 신호 처리부
20: 수술부위 30: 내시경
32, 34, 36: 로봇 암 35: 수술기구 프레임
37: 수술기구 38, 39: 수술 기구부
38, 39: 수술 기구부 50: 제어 신호 버스
52: 이동 지지부 54: 가이드 레일
62, 64: 로봇 관절부 71: 피스톤 프레임
72: 동력부 73, 74: 피스톤
75: 기구부 76, 77: 샤프트
78: 고정부 79: 가이드 고리
100: 수술 로봇 시스템 140: 베이스

Claims

적어도 두 개의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤이 직선 이동할 수 있는 공간으로 형성된 적어도 두 개의 피스톤 프레임을 포함하는 피스톤부;
상기 피스톤부의 일면에 위치하여, 상기 피스톤을 이동시킬 수 있는 동력을 전달하도록 구성된 동력부;
상기 피스톤부의 다른 일면에 위치하여, 수술기구로 구성된 수술기구부; 와
상기 피스톤의 일면에 부착되어, 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 형성되어 있으며, 일정한 힘에 의해 휘어짐이 가능하도록 구성된 적어도 두 개의 샤프트부를 포함하는 수술기구 형태 변형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 샤프트부의 일측면에 부착되어, 상기 샤프트부의 위치를 고정시키도록 구성된 고정부를 더 포함하는 수술기구 형태 변형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 수술기구부에는,
상기 샤프트부의 이동 경로를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 가이드 고리가 부착되어 있는 수술기구 형태 변형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 동력부는,
공기의 압력을 이용하도록 동력을 전달하도록 구성된 수술기구의 형태 변형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤부는,
상기 적어도 두개의 피스톤이 서로 독립적으로 이동할 수 있도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템.
적어도 두 개의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤이 직선 이동할 수 있는 공간으로 형성된 적어도 두 개의 피스톤 프레임을 포함하는 피스톤부;
상기 피스톤부의 일면에 위치하여, 상기 피스톤을 이동시킬 수 있는 동력을 전달하도록 구성된 동력부;
상기 피스톤부의 다른 일면에 위치하여, 수술기구로 구성된 수술기구부; 와
상기 피스톤의 일면에 부착되어, 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 형성되어 있으며, 일정한 힘에 의해 휘어짐이 가능하도록 구성된 적어도 두 개의 샤프트부를 포함하고,
상기 샤프트부를 상기 수술기구부가 위치한 방향으로 이동시켜, 상기 수술기구부의 형태를 변형시키도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 샤프트부를 상기 수술기구부가 위치한 방향의 반대 방향으로 이동시켜, 상기 수술기구부의 형태를 변형시키도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 샤프트부의 일측면에 부착되어, 상기 샤프트부의 위치를 고정시키도록 구성된 고정부를 더 포함하는 수술기구 형태 변형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 수술기구부에는,
상기 샤프트부의 이동 경로를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 가이드 고리가 부착되어 있는 수술기구 형태 변형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 동력부,
공기의 압력을 이용하도록 동력을 전달하도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 피스톤부는,
상기 적어도 두개의 피스톤이 서로 독립적으로 이동할 수 있도록 구성된 수술기구 형태 변형 시스템.