KR20130015440A - 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조 - Google Patents

Abstract

수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조가 개시된다. 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와, 사용자의 그립 조작에 따라 핸들부재의 외주면을 향해 수축되며, 핸들부재의 외주부를 따라 방사상으로 배치됨으로써, 핸들부재의 회전 정도에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하는 그립부와, 사용자의 그립 조작에 의한 그립부의 수축 정도에 상응하는 정보를 감지하여 센싱신호를 출력하는 센싱부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조는, 우산 구조, 우산살 구조, 찜기 구조, 센서 포설 구조 등과 같이 핸들부재의 외주부를 따라 그립부가 방사상으로 배치되도록 함으로써, 사용자는 마스터 핸들의 회전 정도에 상관없이, 즉 핸들부재가 어느 각도로 회전되더라도, 항상 동일한 상태에서 그립 조작을 할 수 있다.

Description

수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조{Master gripper of surgical robot}

본 발명은 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 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.

이러한 수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master)부와, 조작부로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave)부로 구분될 수 있는데, 마스터부와 슬레이브부는 하나의 수술용 로봇의 각 부분으로서 구분되거나, 각각 별도의 장치로, 즉 조작부는 마스터 로봇으로, 구동부는 슬레이브 로봇으로 구분되어 수술실에 각각 배치될 수도 있다.

수술용 로봇의 마스터부에는 의사의 조작을 위한 디바이스가 설치되는데, 로봇 수술의 경우 집도의는 수술에 필요한 인스트루먼트를 직접 조작하는 것이 아니라, 전술한 디바이스를 조작하여 로봇에 장착된 각종 인스트루먼트가 수술에 필요한 동작을 수행하도록 한다.

수술용 로봇의 슬레이브부에는 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 인스트루먼트의 말단에는 이펙터(effector)가 결합된다. 이펙터는 수술 동작의 종류에 따라 집게, 가위, 나이프, 바늘 등 다양한 형상 및 구조로 이루어지는데, 전술한 것처럼 마스터부에 설치되는 디바이스를 조작함에 따라, 인스트루먼트의 이펙터는 그 형상 및 구조에 따른 수술에 필요한 동작, 즉 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 등의 다양한 동작을 수행하게 된다.

이 중, 이펙터가 집게 구조로 이루어진 경우, 이펙터의 동작을 제어하기 위해 마스터 디바이스에는 그립퍼(gripper)가 설치될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 것처럼, 수술용 로봇의 마스터 핸들(40)의 핸들부재(12)의 양측으로 한 쌍의 그립퍼(8)가 날개 형상으로 돌설되도록 하여, 전체적으로 집게 형상(이펙터의 집게 형상과 마찬가지로)이 되도록 그립퍼를 설치함으로써, 사용자가 그립퍼(8)를 조작하는 것에 상응하여 이펙터 또한 집게 동작을 수행하도록 하였다.

그러나, 종래의 마스터 그립퍼 구조에서는 핸들부재가 그 길이방향을 축으로 회전(도 1의 화살표 참조)할 경우 한 쌍의 그립퍼(8)도 회전하게 되므로, 핸들부재의 회전 상태에 따라 사용자가 그립퍼를 원활하게 잡지 못하는 상황이 발생할 수 있다.

예를 들어, 한 쌍의 그립퍼가 수평으로 배치(좌방과 우방)되어 있을 때 사용자가 엄지와 검지를 사용하여 그립퍼를 원활하게 잡을 수 있다고 가정하면, 핸들부재가 회전하여 그립퍼가 수직으로 배치(상방과 하방)되면 사용자는 쉽게 그립퍼를 잡지 못하고 손가락을 회전시켜 엄지와 검지가 각각 상방과 하방으로 가도록 한 후에야 그립퍼를 원활하게 잡을 수 있게 된다.

로봇 수술 과정에서는 의사가 내시경 화면을 보면서(즉, 그립퍼는 보지 않은 상태에서) 그립퍼를 잡거나 놓는 조작을 하는 경우가 있으며, 따라서 전술한 종래의 그립퍼 구조에서는 수술 상황에 따라 의사가 그립퍼를 제대로 잡지 못하는 경우가 발생할 수 있어, 자칫 의료사고로까지 이어질 우려를 배제할 수 없다.

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.

한편, 미국 등록특허공보 US6,714,839호에는 핸들부재의 양측으로 날개 형상으로 돌설된 그립퍼 구조가 개시되어 있고, 미국 등록특허공보 US6,669,693호에는 우산살 형상으로 이루어진 조직 제거(tissue ablation) 장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 미국 등록특허공보 US6,714,839호 특허문헌 2 : 미국 등록특허공보 US6,669,693호

본 발명은, 종래의 그립퍼 구조를 개선한 것으로, 마스터 핸들의 회전 상태에 상관없이 사용자가 원활하게 그립퍼를 잡고 그립 조작을 수 있는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와, 사용자의 그립 조작에 따라 핸들부재의 외주면을 향해 수축되며, 핸들부재의 외주부를 따라 방사상으로 배치됨으로써, 핸들부재의 회전 정도에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하는 그립부와, 사용자의 그립 조작에 의한 그립부의 수축 정도에 상응하는 정보를 감지하여 센싱신호를 출력하는 센싱부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조가 제공된다.

그립부는, 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되며 그 꼭지점이 핸들부재의 일단부에 결합되는 고깔 형상을 이루는 복수의 그립 요소를 포함하여, 핸들부재의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산 구조를 이룰 수 있다. 또는, 핸들부재의 일단부에 방사상으로 힌지결합되어 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되는 복수의 그립 요소를 포함하여, 핸들부재의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산살 구조를 이룰 수 있다. 또는, 핸들부재의 일단부에 방사상으로 힌지결합되고 상호 간의 순차적인 일부 중첩 관계가 방사상으로 연쇄되어 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되는 복수의 그립 요소를 포함하여, 핸들부재의 일단부를 베이스로 하는 찜기 구조를 이룰 수 있다.

복수의 그립 요소 중 일부의 그립 요소에는, 사용자가 그립 조작 과정에서 손가락으로 감지할 수 있도록 기준점이 형성될 수 있다. 또한, 복수의 그립 요소에는, 사용자의 손가락에 대응하여 복수의 형태의 기준점이 각각 형성될 수도 있다. 복수의 그립 요소 중 일부에 대한 사용자의 그립 조작에 상응하여, 복수의 그립 요소 전체가 핸들부재의 외주면 쪽으로 수축되거나, 조작된 일부의 그립 요소만이 핸들부재의 외주면 쪽으로 수축될 수 있다.

센싱부는, 복수의 그립 요소 중 제1 그립 요소에 대한 사용자의 그립 조작과, 복수의 그립 요소 중 제2 그립 요소에 대한 사용자의 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호를 출력할 수 있다.

센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되, 제어부는 서로 다른 센싱신호로부터 대푯값을 산출하고, 대푯값에 상응하여 제어신호를 생성하거나, 또는, 서로 다른 센싱신호에 상응하여 각각 서로 다른 제어신호를 생성할 수 있다.

이 경우, 수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭(matching)될 수 있다. 또는, 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 복수의 인스트루먼트에 각각 매칭될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와, 핸들부재의 외주부를 따라 방사상으로 포설됨으로써, 핸들부재의 회전 정도에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하는 센싱부를 포함하되, 센싱부는, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조가 제공된다.

센싱부에는, 사용자가 그립 조작 과정에서 손가락으로 감지할 수 있도록 기준점이 형성될 수 있다. 센싱부는 핸들부재의 외주면을 감싸는 하나의 포스 센서로 이루어지거나, 핸들부재의 외주면을 따라 포설되는 복수의 포스 센서로 이루어질 수 있다.

이 경우, 센싱부는, 복수의 포스 센서 중 제1 포스 센서에 대한 사용자의 그립 조작과, 복수의 포스 센서 중 제2 포스 센서에 대한 사용자의 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호를 출력할 수 있다.

센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되, 제어부는 서로 다른 센싱신호로부터 대푯값을 산출하고, 대푯값에 상응하여 제어신호를 생성하거나, 또는, 서로 다른 센싱신호에 상응하여 서로 다른 제어신호를 생성할 수 있다.

수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭될 수 있다. 또는, 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 복수의 인스트루먼트에 각각 매칭될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서, 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와, 핸들부재의 외주부의 일부에 배치되도록 핸들부재의 일단부에 힌지결합되며, 사용자의 그립 조작에 따라 핸들부재의 외주면을 향해 수축되는 그립부와, 사용자의 그립 조작에 의한 그립부의 수축 정도에 상응하는 정보를 감지하여 제1 센싱신호를 출력하는 센싱부와, 핸들부재의 외주부 중 그립부가 배치되지 않은 부분에 설치되며, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 제2 센싱신호를 출력하는 포스 센서와, 제1 센싱신호 및 제2 센싱신호를 수신하고 그에 상응하는 제어신호를 생성하여 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조가 제공된다.

제어부는 제1 센싱신호 및 제2 센싱신호에 상응하여 각각 서로 다른 제어신호를 생성할 수 있다. 수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭될 수 있다. 또는, 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며, 서로 다른 제어신호는 복수의 인스트루먼트에 각각 매칭될 수 있다.

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

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 우산 구조, 우산살 구조, 찜기 구조, 센서 포설 구조 등과 같이 핸들부재의 외주부를 따라 그립부가 방사상으로 배치되도록 함으로써, 사용자는 마스터 핸들의 회전 정도에 상관없이, 즉 핸들부재가 어느 각도로 회전되더라도, 항상 동일한 상태에서 그립 조작을 할 수 있다.

또한, 핸들부재의 회전에 상관없이 항상 동일한 상태에서 그립 조작이 가능한 그립퍼 구조를 활용하여, 핸들부재가 회전한 정도에 따라 그립 조작에 의해 생성되는 센싱신호가 서로 달라지도록 하고, 그로부터 서로 다른 제어신호가 생성되도록 함으로써, 사용자는 그립퍼의 잡는 각도를 달리하는 것만으로 수술용 로봇을 다양하게 제어할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇의 전체적인 구조를 나타낸 개념도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.
도 8a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.
도 8b는 도 8a의 단면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 그립퍼의 작동 상태를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 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 발명을 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 발명의 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 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇의 전체적인 구조를 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, 수술용 로봇(1), 마스터 핸들(3), 인스트루먼트(5), 핸들부재(10), 그립부(20), 센싱부(30), 제어부(50)가 도시되어 있다.

본 실시예는, 도 1에 도시된 것과 같이 핸들부재(10)의 양측으로 한 쌍의 그립퍼가 날개 형상으로 돌설된 그립퍼 구조의 단점을 개선한 것으로, 핸들부재(10)의 외주부를 따라 원뿔 형상, 우산 형상, 우산살 형상, 찜기 형상 등으로 그립퍼를 제작함으로써 핸들부재(10)의 회전 정도에 상관없이 항상 균일한 상태로 사용자가 그립퍼를 잡고 조작할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

즉, 종래의 그립퍼 구조에서는 한 쌍의 날개 형상의 그립퍼가 수평 상태(또는 소정의 기준 상태)를 유지할 경우에 사용자는 엄지와 검지를 사용하여 그립퍼를 잡고 조작하며, 만일 핸들부재가 회전하여 그립퍼가 수평 상태로부터 벗어나면 사용자는 핸들부재를 회전시켜 그립퍼가 다시 수평 상태가 되도록 한 후 그립퍼를 잡고 조작해야 하는 불편함이 있었다.

이에 대해, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조에서는, 핸들부재(10)(및 그립부(20))의 회전 상태에 상관없이 사용자는 엄지와 검지를 사용하여 그립부(20)를 잡고 조작할 수 있고, 그립부(20)를 제대로 잡기 위해 핸들부재(10)를 따로 회전시킬 필요가 없으며, 나아가 반드시 엄지와 검지가 아니더라도 임의의 손가락으로 그립부(20)를 잡아도 마찬가지의 조작이 가능하도록 한 것이다.

본 실시예에 따른 마스터 그립퍼(gripper)는, 도 2에 도시된 것처럼, 수술용 로봇(1)의 마스터 핸들(3)에 구비되는 구조물로서, 수술용 로봇(1)의 사용자는 그립퍼를 손가락(예를 들면, 엄지와 검지)으로 잡고 쥐거나(누르거나) 놓는 조작, 즉 그립(grip) 조작을 하고, 수술용 로봇(1)은 그립퍼에 대한 사용자의 그립 조작을 입력받아 이를 기초로 수술용 로봇(1)을 작동시키기 위한 각종 제어신호를 생성한다.

이하, 사용자가 그립부(20)의 각 부분(후술하는 '그립 요소' 참조)을 손가락으로 잡고 손가락을 오므리거나 벌려, 그립부(20)가 오므라지거나(수축) 펼쳐지도록(확장) 조작하는 것을 '그립 조작'이라 하고, 그립 조작에 상응하여 인스트루먼트(5)의 이펙터가 오므라지거나 벌어지도록 작동되는 것을 '그립 동작'이라 명명하여 설명한다.

본 실시예에 따른 마스터 그립퍼 구조는, 마스터 핸들(3)에 결합되는 핸들부재(10)와, 핸들부재(10)를 기준으로 배치되는 그립부(20), 그리고 그립부(20)에 대한 사용자 조작 결과를 감지하는 센싱부(30)로 이루어진다.

핸들부재(10)는 그립퍼 구조의 기본 골격을 이루는 부재로서, 길이방향으로 연장된 막대 형상으로 이루어지며, 그 길이방향을 축으로 회전할 수 있도록 마스터 핸들(3)에 결합된다. 예를 들어, 후술하는 도 3 내지 도 11에 도시된 것처럼, 핸들부재(10)를 원기둥 형상으로 제작할 수 있으며, 원기둥이 길이방향의 축(즉, 상하면의 원의 중심을 관통하는 축)을 중심으로 회전할 수 있도록 핸들부재(10)의 단부가 마스터 핸들(3)에 결합될 수 있다.

그립부(20)는 사용자가 그립 조작을 하기 위해 잡는 부분, 다시 말하면 사용자의 잡는 조작에 의해 변형되는 부분이다. 본 실시예에 따른 그립부(20)는 핸들부재(10)의 회전 정도에 무관하게 사용자가 잡는 조작을 할 수 있도록 하기 위해, 도 3 내지 도 8a에 도시된 것처럼, 핸들부재(10)의 외주부를 따라 방사상으로 배치될 수 있다.

이처럼, 그립부(20)가 핸들부재(10)의 특정 부분에만 돌설되는 것이 아니라, 핸들부재(10)의 외주부를 따라 고르게 분포되도록 함으로써, 사용자는 핸들부재(10)의 회전 상태와 상관없이 균일한 상황에서 그립부(20)를 잡는 조작을 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 그립부(20)는 핸들부재(10)의 회전에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지할 수 있다는 장점을 가진다.

종래의 한 쌍의 날개 형상의 그립퍼는 사용자가 그립퍼를 잡으면 날개가 핸들부재(10)에 밀착되어 접혀졌다가, 사용자가 그립퍼를 놓으면 다시 원래 상태로 펼쳐지는 방식으로 조작되었다.

본 실시예에 따른 그립퍼는, 그립부(20)가 핸들부재(10)의 주변에 방사상으로 배치되어 있으므로, 사용자가 그립부(20)를 잡으면 그립부(20)는 핸들부재(10)의 외주면에 밀착되도록 수축되며, 사용자가 그립부(20)를 놓으면 다시 원래 상태로(핸들 주변에 방사상으로 배치된 상태로) 펼쳐지는 방식으로 조작될 수 있다.

또는, 사용자의 손가락을 삽입할 수 있도록 골무나 링 등의 손가락 수용부를 그립부(20)에 설치하여, 사용자가 엄지와 검지를 각각 손가락 수용부에 삽입한 상태에서 손가락을 오므리는 동작을 하면 그립부(20)가 수축되고, 손가락을 벌리는 동작을 하면 그립부(20)가 원래 상태로 펼쳐지도록 할 수도 있다.

이처럼, 사용자가 그립 조작을 하면 그립부(20)가 수축되거나 펼쳐지게 되는데, 본 실시예에 따른 센싱부(30)는 이러한 그립부(20)의 수축 정도(및/또는 펼쳐진 정도)를 감지하여 사용자가 어느 정도로 그립 조작을 했는지를 알 수 있도록 센싱신호를 출력하게 된다.

예를 들어, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조가, 그립부(20)가 핸들부재(10)에 결합되는 부위에 힌지축이 설치되고 힌지축에 모터 및 인코더가 연결되어 있는 구조(도 4 참조)라고 할 때, 사용자가 그립부(20)를 잡는 조작을 하여 그립부(20)가 수축되면 그로 인해 힌지축 및 모터가 회전한 정도가 인코더를 통해 출력되며, 이 경우 인코더가 본 실시예에 따른 센싱부(30)에 해당할 수 있다.

도 4에는, 그립부(20)가 핸들부재(10)에 힌지축으로 연결되어 있고, 그것이 와이어나 로드 등을 통해 모터 및 인코더(도 4의 'M' 참조)에 연결된 구조가 예시되어 있다. 이 구조에서, 그립부(20)가 얼마나 눌렸는지 센싱만 하고 그립부(20)에 반력을 제공할 필요가 없는 경우라면 모터는 생략(인코더만 설치)될 수도 있다. 또한, 그립부(20)가 얼마나 눌렸는지 센싱하기 위해 반드시 인코더가 설치되어야 하는 것은 아니며, 홀 센서 등을 설치할 수도 있다. 즉, 인코더 이외에 홀 센서, 포텐셔미터 등 다른 센서도 가능하다.

한편, 본 실시예에 따른 그립퍼 구조가, 그립부(20)에 포스 센서가 설치되고 포스 센서에 의해 센싱된 신호가 로봇의 제어부(50)에 전달되는 구조라고 할 때, 사용자가 그립부(20)를 잡는 조작을 하여 그립부(20)가 수축되면 그 과정에서 사용자가 포스 센서를 가압한 결과에 따른 신호가 출력되며, 이 경우 포스 센서가 본 실시예에 따른 센싱부(30)에 해당할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 센싱부(30)는 다양한 구조로 구현될 수 있으며, 사용자가 그립 조작을 함에 따라 그립부(20)가 수축되는 정도에 상응하는 정보를 감지한다는 점에서 공통된 기능을 수행한다.

센싱부(30)로부터 출력된 센싱신호는 수술용 로봇(1)의 제어부(50)로 전달되며, 제어부(50)는 센싱신호에 기초하여 제어신호를 생성, 전달함으로써, 수술에 필요한 각종 동작을 수행하도록 로봇을 제어하게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면이고, 도 8a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면이고, 도 8b는 도 8a의 단면도이다. 도 3 내지 도 8b를 참조하면, 핸들부재(10), 그립부(20), 그립 요소(22, 24, 26), 기준점(28)이 도시되어 있다.

도 3 내지 도 8a는 다양한 그립부 구조의 실시예를 예시한 것이다.

도 3은 그립부(20)가 이른바 '우산 구조'로 이루어진 경우이다. 그립부(20)는 여러 개의 그립 요소(22)로 구성될 수 있으며, 각 그립 요소(22)는 사용자의 그립 조작에 의해 눌려지거나 펼쳐지게 된다. 도 3에서 복수의 그립 요소(22)는 핸들부재(10)의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되며 각각 핸들부재(10)의 일단부에 결합되어 있어, 전체적으로 보면 핸들부재(10)의 일단부를 꼭지점으로 하는 고깔 형상 또는 원뿔 형상을 이루게 된다.

여기에서는, 이러한 구조를 '우산 구조'라 명명하며, 도 3에는 핸들부재(10)의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산 구조의 그립부(20)가 예시되어 있다.

도 5는 그립부(20)가 이른바 '우산살 구조'로 이루어진 경우이다. 그립부(20)는 여러 개의 그립 요소(24)로 구성될 수 있으며, 각 그립 요소(24)는 사용자의 그립 조작에 의해 눌려지거나 펼쳐지게 된다. 도 5에서 복수의 그립 요소(24)는 핸들부재(10)의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되며 각각 핸들부재(10)의 일단부에 방사상으로 힌지결합되어 있어, 전체적으로 보면 핸들부재(10)가 '우산대'가 되고 그립 요소(24)는 핸들부재(10)의 일단부를 꼭지점으로 하는 '우산살'과 같은 형상을 이루게 된다.

여기에서는, 이러한 구조를 '우산살 구조'라 명명하며, 도 5에는 핸들부재(10)의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산살 구조의 그립부(20)가 예시되어 있다.

도 3에 도시된 우산 구조의 경우 그립부(20)가 우산포에 해당하는 면재로 이루어지며 그립부(20)가 전체적으로 수축되거나 단위 그립 요소(22)별로 주름이 생기면서 수축되는 방식으로 작동되나, 도 5에 도시된 우산살 구조의 경우 그립 요소(24)가 각각 핸들부재(10) 쪽으로 접근하도록 회전하면서 수축되고(도 6의 (a) 참조), 각각 핸들부재(10)로부터 멀어지도록 회전하면서 확장되는(도 6의 (b) 참조) 방식으로 작동될 수 있다.

도 8a는 그립부(20)가 이른바 '찜기 구조'로 이루어진 경우이다. 도 8b는 도 8a에 대하여 핸들부재의 길이방향에 수직한 방향에서의 단면을 도시한 것이다. 도 8a 및 도 8b에 예시되어 있듯이, 그립부(20)는 여러 개의 그립 요소(26)로 구성될 수 있으며, 각 그립 요소(26)는 사용자의 그립 조작에 의해 눌려지거나 펼쳐지게 된다. 도 8a 및 도 8b에서 복수의 그립 요소(26)는 핸들부재(10)의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되며 각각 핸들부재(10)의 일단부에 방사상으로 힌지결합되고 상호 간의 순차적인 일부 중첩 관계가 방사상으로 연쇄되어 있어, 전체적으로 보면 핸들부재(10)의 일단부를 베이스로 하는 '찜기'와 같은 형상을 이루게 된다.

여기에서는, 이러한 구조를 '찜기 구조'라 명명하며, 도 8a 및 도 8b에는 핸들부재(10)의 일단부를 베이스로 하는 찜기 구조의 그립부(20)가 예시되어 있다.

도 5에 도시된 우산살 구조의 경우 각 그립 요소(24)가 (서로 연동하여 회전할 수 있음은 물론이고) 독립적으로 회전할 수 있는 구조로 이루어지는 반면, 도 8a 및 도 8b에 도시된 찜기 구조의 경우 각 그립 요소(26)가 서로 연쇄적으로 중첩되어 있어 어느 하나의 그립 요소(26)를 조작하여 수축(또는 확장)시키면 그에 연동하여 나머지 그립 요소(26)들도 수축(또는 확장)되는 방식으로 작동될 수 있다.

도 3 내지 도 8a에 도시된 그립부(20)는 핸들부재(10)의 길이방향에서 볼 때, 원형(우산 구조의 경우), 정육각형(우산살 구조의 경우) 등의 형상을 이루도록 각 그립 요소(22, 24, 26)가 배치되어 있다. 다만, 본 실시예에 따른 각 그립 요소(22, 24, 26)가 반드시 원형이나 정육각형, 나아가 정다각형의 형상을 이루도록 배치되어야만 하는 것은 아니며, 핸들부재(10)의 길이방향에서 볼 때 타원형이나 어느 한 쪽으로 길쭉한 육각형, 다각형 등의 형상을 이루도록 배치될 수도 있다.

특히, 후술하는 바와 같이 각 그립 요소(22, 24, 26)에 대한 그립 조작에 따라 그 조작된 그립 요소만이 변형되거나 각 그립 요소별로 그립 조작에 따른 센싱신호를 다르게 생성하는 경우에는 각 그립 요소를 타원형이나 비대칭 다각형의 형상으로 배치할 필요성이 높아질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 복수의 그립 요소(22, 24, 26)를 방사상으로(우산 구조, 우산살 구조, 찜기 구조 등) 배치하여 그립퍼 구조를 구현함에 있어서, 그립 요소(22, 24, 26) 중 일부에 손가락으로 감지할 있는 기준점(28)을 형성하여, 사용자가 그립 조작 과정에서 특정 그립 요소가 잡혀졌는지 여부를 확인할 수 있도록 할 수 있다.

예를 들어, 로봇 수술 과정에서 사용자가 내시경 화면을 보면서 손가락으로 그립퍼를 조작한다고 할 때, 특정 그립 요소에 사용자의 엄지손가락이 닿는 부분에 작은 돌기 등의 기준점(28)을 형성함으로써, 사용자가 눈으로 보지 않고도 자신이 특정 그립 요소를 잡았는지 여부를 확인할 수 있도록 할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 그립부(20)는 임의의 손가락으로 아무렇게나 잡아도 그립 조작이 가능한 구조일 뿐만 아니라, 기준이 되는 그립 요소를 손가락 감촉만으로 식별할 수 있도록 함으로써, 사용자가 현재 어떤 그립 요소를 잡았는지(기준이 되는 그립 요소를 잡았는지 아닌지)를 촉각으로 알 수 있도록 할 수 있으며, 이에 따라, 사용자가 수술 과정에서 손과 눈의 동작이 일치되도록 하는 'hand-eye coordination'을 쉽게 구현할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 기준점은 반드시 그립 요소 중의 하나에만 형성해야 하는 것은 아니며, 그립 요소 중의 복수의 일부에 형성할 수도 있고, 전체 그립 요소에 대해 각각 서로 다른 형태의 기준점을 형성할 수도 있다.

예를 들어, 도 5에 예시된 그립 요소를 핸들부재(10)의 길이방향에서 본 형태로 도시한 도 7에 예시되어 있듯이, 그립 요소 중 엄지와 중지가 닿는 그립 요소에는 기준점으로서 1개의 돌기를 형성하고, 검지가 닿는 그립 요소에는 기준점으로서 2개의 돌기를 형성하며, 약지가 닿는 그립 요소에는 기준점으로서 3개의 돌기를 형성하는 등의 방식으로 기준점을 형성함으로써, 사용자가 그립부를 잡는 과정에서 어느 손가락에 어느 그립 요소가 잡혔는지를 촉각으로 안내받을 수 있도록 할 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 그립퍼의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 핸들부재(10), 그립부(20), 그립 요소(24, 24a, 24b, 24c), 센싱부(30), 제어부(50)가 도시되어 있다.

도 3 내지 도 8a에 예시된 실시예에 있어서, 사용자는 복수의 그립 요소(22, 24, 26) 중 일부에 대해서 그립 조작을 하게 되는데, 이 경우 사용자의 그립 조작에 따라 복수의 그립 요소(22, 24, 26) 전체가 한꺼번에 수축(또는 확장)되도록 그립부 구조를 구현할 수 있으며, 또는 사용자에 의해 조작된 일부의 그립 요소만(손가락으로 눌려진 서로 대향하는 그립 요소끼리만)이 수축(또는 확장)되도록 그립부 구조를 구현할 수도 있다. 도 9는 도 5에 도시된 그립부 구조를 예로 들어 설명한 것이나, 도 3 및 도 8a에 도시된 그립부 구조에 대해서도 도 9에 도시된 그립부 작동 방식이 적용될 수 있다.

예를 들어, 우산살 구조의 각 우산살에 해당하는 그립 요소(24)가 핸들부재(10)의 일단부에 힌지결합되어 있다고 할 때, 각 우산살의 힌지축을 기어 결합 등에 의해 서로 연결하여 놓음으로써, 도 9의 (a)와 같이, 어느 하나의 그립 요소(24)에 대한 조작에 따라 나머지 그립 요소(24)가 전체적으로 움직이도록 할 수도 있고, 각 우산살의 힌지축이 각각 독립적으로 움직이도록 함으로써(서로 연결되지 않도록 함으로써), 도 9의 (b)와 같이, 일부의 그립 요소(24)에 대한 조작에 따라 그 일부의 그립 요소(24)만 움직이도록 할 수도 있다.

도 9에 예시된 그립 요소를 핸들부재(10)의 길이방향에서 본 형태로 도시한 도 10을 참조하여 다시 설명하면, 도 10의 (a)와 같이, 어느 하나의 그립 요소(24a)에 대한 조작에 따라 나머지 그립 요소(24b, 24c)가 전체적으로 움직이도록 할 수도 있고, 도 10의 (b)와 같이, 일부의 그립 요소(24b)에 대한 조작에 따라 그 일부의 그립 요소(24b)만 움직이도록 할 수도 있다.

나아가, 조작된 그립 요소(24)만 독립적으로 움직이도록 할 경우, 그립 요소(24)별로 조작 결과에 대해 서로 다른 출력을 내도록 할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 센싱부(30)에서는 일부의 그립 요소(제1 그립 요소)에 대한 그립 조작과, 다른 일부의 그립 요소(제2 그립 요소)에 대한 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호가 출력되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 것처럼 그립부(20)가 총 3쌍(6개)의 그립 요소(24a, 24b, 24c)로 이루어진 경우, 각 그립 요소(24a, 24b, 24c) 쌍별로 사용자의 그립 조작에 따라 서로 다른 3가지의 센싱신호가 출력되도록 할 수 있는 것이다.

즉, 도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 것처럼, 제1 그립 요소 쌍(24a)에 대한 그립 조작의 경우 제1 센싱신호가 출력되고, 제2 그립 요소 쌍(24b)에 대한 그립 조작의 경우 제2 센싱신호가 출력되고, 제3 그립 요소 쌍(24c)에 대한 그립 조작의 경우 제3 센싱신호가 출력되도록 할 수 있다.

이는 센싱부(30)의 구성 방식에 따라 다양하게 구현할 수 있는데, 예를 들어 전술한 바와 같이 모터에 연결된 인코더의 형태로 센싱부(30)가 구현될 경우 인코더는 모터를 구동시킨(그립 조작에 의해 작동된) 그립 요소(24)를 식별하여 그립 요소(24)별로 다른 신호가 출력되도록 할 수 있다.

이 경우에도, 전술한 바와 같이 그립 요소(24)가 얼마나 조작되었는지 센싱만 하고 그립 요소(24)에 반력을 제공할 필요가 없는 경우라면 모터는 생략(인코더만 설치)될 수도 있고, 그립 요소(24)가 얼마나 눌렸는지 센싱하기 위해 홀 센서 등 다른 방식의 센서가 설치될 수도 있음은 물론이다.

또한, 각 그립 요소(24)에 설치된 포스 센서의 형태로 센싱부(30)가 구현될 경우 포스 센서별로 독립적으로 센싱신호가 출력되도록 할 수 있다.

이처럼, 그립 요소(24)별로 독립적인 센싱신호가 출력되도록 할 경우, 각각 서로 다른 센싱신호는 각각 서로 다른 제어를 위해 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 수술용 로봇의 제어부(50)는, 그립 요소(24)별로 독립적으로 출력된 센싱신호를 수신하고 각 센싱신호에 상응하도록 독립적으로 제어신호를 생성할 수 있다.

수술용 로봇에 장착되는 수술용 인스트루먼트가 복수의 작동 자유도로 움직인다고 할 때, 독립적으로 생성된 서로 다른 제어신호가 인스트루먼트의 각 작동 자유도에 매칭되도록 할 수 있는 것이다.

예를 들어, 인스트루먼트가 일반적인 2개의 죠(jaw)를 가지는 경우뿐만 아니라, 3개 이상의 죠를 가지는 이른바 '복합 인스트루먼트'인 경우에도 전술한 복수의 제어신호는 각각의 죠의 작동 자유도에 매칭될 수 있다.

전술한 예와 같이 그립부(20)가 총 3쌍(6개)의 그립 요소(24)로 이루어지고 각 그립 요소(24) 쌍별로 3가지의 센싱신호가 출력되며 이에 따라 제어부(50)에서 3가지 제어신호가 생성되는 경우, 수술용 인스트루먼트는 회전(rotation), 틸팅(tilting), 그립핑(gripping)의 3가지 작동 자유도로 움직인다고 할 때, 3가지 제어신호가 3가지 자유도에 각각 매칭되도록 함으로써, 사용자가 어느 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 인스트루먼트의 회전을 제어하고, 다른 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 인스트루먼트의 틸팅을 제어하며, 또 다른 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 인스트루먼트의 그립핑을 제어하도록 할 수 있다.

또는, 수술용 로봇에 여러 개의 인스트루먼트가 장착된다고 할 때, 독립적으로 생성된 서로 다른 제어신호가 각 인스트루먼트에 매칭되도록 할 수도 있다.

예를 들어, 그립부(20)가 총 3쌍(6개)의 그립 요소(24)로 이루어지고 각 그립 요소(24) 쌍별로 3가지의 센싱신호가 출력되며 이에 따라 제어부(50)에서 3가지 제어신호가 생성되는 경우, 수술용 로봇에는 3개의 인스트루먼트가 장착된다고 할 때, 3가지 제어신호가 3개의 인스트루먼트에 각각 매칭되도록 함으로써, 사용자가 어느 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 제1 인스트루먼트를 제어하고, 다른 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 제2 인스트루먼트를 제어하며, 또 다른 한 쌍의 그립 요소(24)를 조작하여 제3 인스트루먼트를 제어하도록 할 수도 있다.

한편, 그립 요소(24)별로 독립적으로 센싱신호가 출력되도록 할 경우, 각각 서로 다른 센싱신호가 반드시 각각 서로 다른 제어를 위해 사용되어야만 하는 것은 아니며, 독립적인 센싱신호가 통합되어 하나의 제어를 위해 사용될 수도 있다.

즉, 본 실시예에 따른 수술용 로봇의 제어부(50)에서는 서로 다른 센싱신호를 수신하되, 각 센싱신호를 통합하여 대푯값을 산출하고(예를 들면, 최대값이나 평균값을 산출하고), 산출된 대푯값에 상응하도록 제어신호를 생성함으로써 복수의 그립 요소(24) 중 어느 것을 조작하든지 하나의 제어 대상(예를 들면, 인스트루먼트의 복수의 작동 자유도 중 특정 자유도, 또는 복수의 인스트루먼트 중 특정 인스트루먼트 등)이 제어되도록 할 수도 있다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 그립퍼 구조를 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 핸들부재(10), 기준점(28), 센싱부(30), 포스 센서(32, 34), 제어부(50)가 도시되어 있다.

본 실시예는 마스터 그립퍼 구조에 있어서, 사용자의 그립 조작에 의해 움직이는 별도의 그립부(20)를 생략하고, 핸들부재(10)의 외주면을 따라 포스 센서(32, 34)를 포설함으로써, 핸들부재(10) 자체가 사용자의 그립 조작을 센싱하고, 사용자가 잡는 힘의 크기로 그립 조작의 정도를 감지하도록 한 것이다.

본 실시예에 따른 마스터 그립퍼(gripper) 또한 도 2에 도시된 것처럼 수술용 로봇의 마스터 핸들(3)에 구비되는 구조물로서, 마스터 핸들(3)에 결합되는 핸들부재(10)와, 핸들부재(10)에 대한 사용자의 그립 조작을 감지하는 센싱부(30)로 이루어진다.

핸들부재(10)는 전술한 실시예와 마찬가지로 그립퍼 구조의 기본 골격을 이루는 부재로서, 길이방향으로 연장된 막대 형상으로 이루어지며, 그 길이방향을 축으로 회전할 수 있도록 마스터 핸들(3)에 결합된다.

본 실시예에서는 그립부(20) 대신에 핸들부재(10)의 외주부를 따라 센싱부(30)가 방사상으로 포설되어 있다. 즉, 본 실시예에 따른 센싱부(30)는 핸들부재(10)의 회전 정도에 무관하게 사용자가 잡는 조작을 할 수 있도록 하기 위해, 도 11에 도시된 것처럼, 핸들부재(10)의 외주부를 따라 방사상으로 배치되어 있다.

이처럼, 센싱부(30)가 핸들부재(10)의 특정 부분에만 설치되는 것이 아니라, 핸들부재(10)의 외주부를 따라 고르게 분포되도록 함으로써, 사용자는 핸들부재(10)의 회전 상태와 상관없이 균일한 상황에서 핸들부재(10)를 잡는 조작을 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 센싱부(30)는 핸들부재(10)의 회전에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하도록 한다.

이에 따라, 사용자가 핸들부재(10)를 잡는 조작을 하고 그 과정에서 사용자가 센싱부(30)(포스 센서(32, 34))를 가압하면, 센싱부(30)는 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하게 된다.

한편, 전술한 실시예와 마찬가지로, 센싱부(30) 중 일부에 손가락으로 감지할 수 있는 기준점(28)을 형성하여, 사용자가 그립 조작 과정에서 특정 그립 요소가 잡혀졌는지 여부를 확인할 수 있도록 함으로써, 'hand-eye coordination'을 쉽게 구현할 수 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 센싱부(30)는 도 11의 (a)와 같이 핸들부재(10)의 외주면을 감싸는 띠모양의 포스 센서(32)로 구성하거나, 도 11의 (b)와 같이 핸들부재(10)의 외주면을 따라 소정 간격으로 포설되는 복수의 포스 센서(34)로 구성할 수도 있다.

띠모양의 포스 센서(32)로 핸들부재(10)의 외주면을 감싸는 방식의 경우(즉, 복수 개의 포스 센서를 띠모양으로 둘러서 설치하는 경우), 사용자가 손가락으로 잡는 부위에 따라 각각 서로 다른 센싱값이 감지될 수 있는데, 이 경우 서로 다른 센싱값 중 대푯값(예를 들면, 최대값, 최소값, 평균값 등)을 읽어 센싱신호로서 출력되도록 할 수 있다.

한편, 여러 개의 포스 센서(34)를 핸들부재(10)의 외주면에 포설하는 방식의 경우, 각 센서로부터 독립적으로 센싱신호가 출력될 수 있는데, 이 경우 수술용 로봇의 제어부(50)에서는 서로 다른 각각의 센싱신호를 통합하여 대푯값(예를 들면, 최대값, 최소값, 평균값 등)을 산출하고, 산출된 대푯값에 상응하도록 수술용 로봇을 제어하기 위한 제어신호가 생성되도록 할 수 있다.

나아가, 복수의 포스 센서(34)를 설치하는 경우, 각 포스 센서(34)별로 조작 결과에 대해 서로 다른 출력을 내도록 할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 센싱부(30)에서는 일부의 포스 센서(제1 포스 센서)에 대한 그립 조작과, 다른 일부의 포스 센서(제2 포스 센서)에 대한 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호가 출력되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 것처럼 센싱부(30)가 총 3쌍(6개)의 포스 센서(34)로 이루어진 경우, 각 포스 센서(34) 쌍별로 사용자의 그립 조작에 따라 서로 다른 3가지의 센싱신호가 출력되도록 할 수 있는 것이다.

이처럼, 포스 센서(34)별로 독립적인 센싱신호가 출력되도록 할 경우, 각각 서로 다른 센싱신호는 각각 서로 다른 제어를 위해 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 수술용 로봇의 제어부(50)는, 포스 센서(34)별로 독립적으로 출력된 센싱신호를 수신하고 각 센싱신호에 상응하도록 독립적으로 제어신호를 생성할 수 있다.

이에 따라, 전술한 실시예와 마찬가지로, 수술용 로봇에 장착되는 수술용 인스트루먼트가 복수의 작동 자유도로 움직인다고 할 때, 독립적으로 생성된 서로 다른 제어신호가 인스트루먼트의 각 작동 자유도에 매칭되도록 할 수 있으며, 또는, 수술용 로봇에 여러 개의 인스트루먼트가 장착된다고 할 때, 독립적으로 생성된 서로 다른 제어신호가 각 인스트루먼트에 매칭되도록 할 수 있다.

이 경우, 사용자의 그립 조작에 의해 핸들부재(10)에 힘이 가해지는 위치(각도)에 따라 수술용 로봇이나 수술용 인스트루먼트가 서로 다른 방식으로 작동되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 수술용 로봇에 그립 동작을 수행하는 인스트루먼트와 전기 수술기가 장착되어 있다고 가정하고, 사용자의 엄지손가락이 핸들부재(10)에 닿는 위치를 0도라고 할 때, 사용자가 핸들부재(10)의 0도와 180도 부근을 잡고 누르면 인스트루먼트가 그립 동작을 수행하고, 사용자가 핸들부재(10)의 -30도와 120도 부근을 잡고 누르면 전기 수술기가 작동되도록 제어할 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 8a에 예시된 '날개가 움직이는' 방식의 그립부 구조와, 도 11에 예시된 포스 센서가 포설된 구조를 혼합하여 마스터 그립퍼 구조를 구현할 수도 있다.

즉, 도 12에 도시된 것처럼, 핸들부재(10)의 일부에는 날개 형태의 그립부(20)를 설치하고 다른 일부에는 포스 센서(34)를 포설함으로써, 예를 들어 엄지와 중지로는 그립부(20)를 잡고 조작하고 검지로는 포스 센서(34)를 가압하여 (그에 대응되도록 설정된) 사용자 명령을 내릴 수 있는 마스터 그립퍼 구조를 구현할 수 있다.

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

1 : 수술용 로봇 3 : 마스터 핸들
5 : 인스트루먼트 10 : 핸들부재
20 : 그립부 22, 24, 26 : 그립 요소
28 : 기준점 30 : 센싱부
32, 34 : 포스 센서 50 : 제어부

Claims (26)

1. 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서,
   상기 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와;
   사용자의 그립 조작에 따라 상기 핸들부재의 외주면을 향해 수축되며, 상기 핸들부재의 외주부를 따라 방사상으로 배치됨으로써, 상기 핸들부재의 회전 정도에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하는 그립부와;
   사용자의 그립 조작에 의한 상기 그립부의 수축 정도에 상응하는 정보를 감지하여 센싱신호를 출력하는 센싱부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 그립부는, 상기 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되며 그 꼭지점이 상기 핸들부재의 일단부에 결합되는 고깔 형상을 이루는 복수의 그립 요소를 포함하여, 상기 핸들부재의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 그립부는, 상기 핸들부재의 일단부에 방사상으로 힌지결합되어 상기 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되는 복수의 그립 요소를 포함하여, 상기 핸들부재의 일단부를 꼭지점으로 하는 우산살 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 그립부는, 상기 핸들부재의 일단부에 방사상으로 힌지결합되고 상호 간의 순차적인 일부 중첩 관계가 방사상으로 연쇄되어 상기 핸들부재의 외주면의 둘레에 방사상으로 배열되는 복수의 그립 요소를 포함하여, 상기 핸들부재의 일단부를 베이스로 하는 찜기 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 그립 요소 중 일부의 그립 요소에는, 사용자가 그립 조작 과정에서 손가락으로 감지할 수 있도록 기준점이 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 그립 요소에는, 사용자의 손가락에 대응하여 복수의 형태의 기준점이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 그립 요소 중 일부에 대한 사용자의 그립 조작에 상응하여, 상기 복수의 그립 요소 전체가 상기 핸들부재의 외주면 쪽으로 수축되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 그립 요소 중 일부에 대한 사용자의 그립 조작에 상응하여, 조작된 일부의 그립 요소만이 상기 핸들부재의 외주면 쪽으로 수축되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센싱부는, 상기 복수의 그립 요소 중 제1 그립 요소에 대한 사용자의 그립 조작과, 상기 복수의 그립 요소 중 제2 그립 요소에 대한 사용자의 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 상기 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 서로 다른 센싱신호로부터 대푯값을 산출하고, 상기 대푯값에 상응하여 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 상기 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 서로 다른 센싱신호에 상응하여 각각 서로 다른 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 상기 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭(matching)되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 복수의 상기 인스트루먼트에 각각 매칭되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
14. 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서,
    상기 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와;
    상기 핸들부재의 외주부를 따라 방사상으로 포설됨으로써, 상기 핸들부재의 회전 정도에 무관하게 사용자로부터 그립 조작을 입력받을 수 있는 상태를 일정하게 유지하는 센싱부를 포함하되,
    상기 센싱부는, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 센싱신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 센싱부에는, 사용자가 그립 조작 과정에서 손가락으로 감지할 수 있도록 기준점이 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
16. 제14항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 핸들부재의 외주면을 감싸는 하나의 포스 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
17. 제14항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 핸들부재의 외주면을 따라 포설되는 복수의 포스 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 센싱부는, 상기 복수의 포스 센서 중 제1 포스 센서에 대한 사용자의 그립 조작과, 상기 복수의 포스 센서 중 제2 포스 센서에 대한 사용자의 그립 조작에 대하여, 각각 서로 다른 센싱신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
19. 제18항에 있어서,
    상기 센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 상기 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 서로 다른 센싱신호로부터 대푯값을 산출하고, 상기 대푯값에 상응하여 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
20. 제18항에 있어서,
    상기 센싱신호를 수신하고 제어신호를 생성하여 상기 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 서로 다른 센싱신호에 상응하여 각각 서로 다른 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
21. 제20항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 상기 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
22. 제20항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 복수의 상기 인스트루먼트에 각각 매칭되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
23. 수술용 로봇의 마스터 핸들에 구비되며, 사용자로부터 그립 조작을 입력받기 위한 그립퍼(gripper) 구조로서,
    상기 마스터 핸들에, 그 길이방향을 축으로 회전가능하게 결합되는 막대 형상의 핸들부재와;
    상기 핸들부재의 외주부의 일부에 배치되도록 상기 핸들부재의 일단부에 힌지결합되며, 사용자의 그립 조작에 따라 상기 핸들부재의 외주면을 향해 수축되는 그립부와;
    사용자의 그립 조작에 의한 상기 그립부의 수축 정도에 상응하는 정보를 감지하여 제1 센싱신호를 출력하는 센싱부와;
    상기 핸들부재의 외주부 중 상기 그립부가 배치되지 않은 부분에 설치되며, 사용자의 그립 조작에 의한 힘을 감지하여 제2 센싱신호를 출력하는 포스 센서와;
    상기 제1 센싱신호 및 상기 제2 센싱신호를 수신하고 그에 상응하는 제어신호를 생성하여 상기 수술용 로봇에 전달하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
24. 제23항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 센싱신호 및 상기 제2 센싱신호에 상응하여 각각 서로 다른 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
25. 제24항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 작동 자유도로 움직이는 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 상기 인스트루먼트의 작동 자유도에 각각 매칭(matching)되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.
    
26. 제24항에 있어서,
    상기 수술용 로봇에는 복수의 수술용 인스트루먼트가 장착되며,
    상기 서로 다른 제어신호는 복수의 상기 인스트루먼트에 각각 매칭되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 그립퍼 구조.

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