KR20130048340A - 수술용 로봇 암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술용 로봇 암에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수술용 로봇 암은 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 시술 그립퍼; 상기 시술 그립퍼의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크; 상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바; 상기 지지 디스크가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바와 연결되는 볼 조인트; 상기 그립퍼 지지 디스크의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어; 상기 각각의 와이어와 연결되어 상기 와이어를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크를 2축으로 회동시키는 모터 구동부를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명은 시술용 그립퍼 회동의 조작 및 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 회동의 중심점이 하나라는 점에서 기계의 고장 요소를 줄이고 구성이 간단하여 조작 및 보수가 간편하다는 큰 장점을 갖게 된다.

Description

수술용 로봇 암{robot arm for surgery}

본 발명은 수술용 로봇 암에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시술용 그립퍼 회동의 조작 및 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 구성이 간단하고 조작 및 보수가 간편한 수술용 로봇 암에 관한 것이다.

일반적인 개복 절개 수술의 경우, 절개 부위가 크고, 이에 따라 발생하는 출혈량이 많은 단점이 있다. 그래서, 최근 환자의 회복속도 증대 등을 고려하여 최소 침습술(MIS: Minimally Invasive [0003] Surgery) 및 무흉터수술(NOTES: Natural Orifice Translumianl Endoscopic Surgery) 등의 새로운 수술 기법이 개발되어 시술되고 있다.

이러한 최소 침습술은 절개 부위를 최소화 하고 가늘고 긴 수술 도구를 절개 부위로 인입하여 시술하는 방식이고, 무흉터 수술은 환자의 신체에 자연적으로 존재하는 구멍(예를 들면, 항문, 식도 및 질 등)으로 수술도구를 인입시켜 시술하는 방식이다.

한편, 최소침습술 및 무흉터 수술은 절개 부위가 작기 때문에 협소한 공간에서 정밀하게 작동될 수 있는 수술용 로봇 암 및 이를 이용하는 로봇 시스템이 개발되었다. 여기서, 수술용 로봇 암 및 이를 이용하는 로봇 시스템은 집게(forceps) 또는 가위(scissors)와 같은 수술작동부를 구동하기 위해 와이어의 장력을 이용하고, 또한 수술작동부의 고자유도 작동도 와이어의 장력을 이용한다.

도 1은 종래의 종래의 그립퍼의 2축 작동이 가능한 수술용 로봇 암의 분해 사시도를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 작동지지부(120)는 로드유닛(500)에 연결되며, 작동부재를 지지한다. 본 발명의 작동지지부(120)는 지지부몸체(122), 제1관통공(124), 제2관통공(126) 및 회전지지부(128)를 포함한다.

회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면, 즉 로드유닛(500)과 대향된 판면에 배치된다. 회전지지부(128)는 로드유닛(500)의 개수에 대응하여 3개가 배치된다. 회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되며, 이러한 회전지지부(128)의 간격은 상호 120도 간격을 두고 있다. 회전 지지부(128)는 로드유닛(500)과 연결되어 로드유닛(500)에 대해 작동지지부(120)를 회전 운동시킨다.

회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면, 즉 로드유닛(500)과 대향된 판면에 배치된다. 회전지지부(128)는 로드유닛(500)의 개수에 대응하여 3개가 배치된다. 회전지지부(128)는 지지부몸체(122)의 판면에 대해 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되며, 이러한 회전지지부(128)의 간격은 상호 120도 간격을 두고 있다. 회전지지부(128)는 로드유닛(500)과 연결되어 로드유닛(500)에 대해 작동지지부(120)를 회전 운동시킨다.

연결로드(540)는 작동지지부(120)와 구동로드(520) 사이에서 작동지지부(120)와 회전 가능하게 결합되고 구동로드(520)와 자유도 운동 가능하게 결합된다. 본 발명의 연결로드(540)는 연결로드몸체(542), 회전결합부(544), 볼 조인트(546) 및 회전핀(548)을 포함한다.

연결로드몸체(542)는 봉 형상으로 마련된다. 연결로드몸체(542)의 일측은 작동지지부(120)의 회전지지부(128)와 맞물리는 회전결합부(544)가 마련되고, 타측은 구동로드(520)의 수용부(524)에 수용되는 볼 조인트(546)가 마련된다. 회전결합부(544)는 작동지지부(120)의 회전지지부(128)와 맞물린다. 회전결합부(544)와 회전지지부(128)는 회전핀(548)에 의해 연결된다. 이렇게 회전지지부(128)와 회전결합부(544)는 회전핀(548)에 의해 상호 연결됨으로써, 작동지지부(120)와 로드유닛(500)은 상호 회전 운동 가능하게 된다.

볼 조인트(546)는 구동로드(520)의 수용부(524)에 수용된다. 볼 조인트(546)는 구동로드(520)와 연결로드(540)가 상호 자유도 운동 가능하도록 구형으로 형성된다. 전술한 로드유닛(500)의 구동로드(520) 및 연결로드(540)의 구성 상의 특징에 의해 수술작동부(100)의 작동지지 부(120)는 구동로드(520)의 독립적인 병진 운동에 의해 3 자유도 운동된다.

이처럼 종래의 시술 그립퍼의 작동과 3축 회동은 구동로드의 관절부 연결을 통해 작동 또는 회동하도록 하는 구조이지만, 각 로드의 연결과 구조가 매우 복잡하고, 연결 또는 관절 부위가 많아서 강성이 떨어지고, 어느 하나의 부위가 고장난 경우 전체 로봇 암의 동작에 제한을 가하게 되고, 고장시 보수하기가 매우 어렵다는 단점이 있다. 또한, 실술 그립퍼의 3축 회동을 구현하는 과정이 매우 복잡하고, 각각의 동작을 정밀하게 제어하기가 매우 어렵다는 문제가 있다.

상술한 문제를 해결고자 하는 본 발명의 과제는 시술용 그립퍼 회동의 조작 및 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 구성이 간단하고 조작 및 보수가 간편한 수술용 로봇 암을 제공하고자 함이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 특징은 시술 그립퍼의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크; 상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바; 상기 지지 디스크가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바와 연결되는 볼 조인트; 상기 그립퍼 지지 디스크의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어; 및 상기 각각의 디스크 와이어와 연결되어 상기 디스크 와이어를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크를 2축으로 회동시키는 모터 구동부를 포함한다.

여기서, 상기 볼 조인트는, 상기 중심바와 고정 연결되는 볼과, 상기 볼을 양쪽을 압축하여 선택적으로 고정 지지할 수 있는 지지부재를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 지지부재는, 상기 양쪽으로 분리되어 상기 볼의 양쪽 및 측면 일부를 감싸고 지지하는 홈부재와, 상기 홈부재 각각 측면 양쪽을 연결되는 볼 고정 와이어와, 상기 볼 조인트 하단부에 위치하고, 상기 볼 고정 와이어와 연결되어 상기 볼 고정 와이어를 구동시켜 상기 양쪽 홈부재 사이의 이격 간격을 조정하는 볼 고정 모터부를 포함하는 것이 바람직하다.

더하여, 바람직하게는 상기 디스크 와이어가 관통되어 가이드 되고, 상기 지지부재를 하단에서 받치고 지지하는 제2 지지 디스크와, 상기 와이어를 구동하는 모터 구동부를 하부에서 지지하는 제3 지지 디스크를 더 포함하는 것일 수 있고, 상기 디스크 와이어는, 경도가 높은 재질로서, 상기 디스크 와이어의 뒤틀림을 방지하고, 상기 디스크 와이어를 보호하는 와이어 케이스가 쒸어진 것일 수 있다.

또한, 상기 와이어 케이스와 상기 와이어 홀더 사이에서 상기 디스크와 와이어를 감싸고 상기 와이어 케이스를 지지하는 스프링 부재가 설치되는 것이 바람직하고, 상기 모터 구동부는, 볼트형 막대가 연결되어 상기 막대를 회동시키는 모터와, 상기 디스크 와이어와 고정 연결되고, 상기 볼트형 막대가 삽입 회동되어 상하로 구동되는 너트형 와이어 홀더를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 제2 특징은 시술 그립퍼의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크; 상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바; 상기 지지 디스크가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바와 연결되는 볼 조인트; 상기 그립퍼 지지 디스크의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어; 상기 각각의 디스크 와이어와 연결되어 상기 디스크 와이어를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크를 상기 X 및 Y축으로 회동시키는 모터 구동부; 및 상기 모터 구동부를 지지하는 바닥 디스크와 고정 연결되어, 상기 바닥 디스크 중심 하부에서 상기 바닥 디스크를 Z축으로 회동시키는 모터로 구성된 Z축 회동부를 포함한다.

여기서, 상기 볼 조인트는, 상기 중심바와 고정 연결되는 볼과, 상기 볼을 양쪽 또는 어느 한쪽을 압축하여 선택적으로 고정 지지할 수 있는 지지부재를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 지지부재는, 상기 양쪽으로 분리되어 상기 볼의 양쪽 하부 및 측면 일부를 감싸고 지지하는 홈부재와, 상기 홈부재 각각 측면 양쪽을 연결되는 볼 고정 와이어와, 상기 볼 조인트 하단부에 위치하고, 상기 볼 고정 와이어와 연결되어 상기 볼 고정 와이어를 구동시켜 상기 양쪽 홈부재 사이의 이격 간격을 조정하는 볼 고정 모터부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디스크 와이어가 관통되어 가이드 되고, 상기 지지부재를 하단에서 받치고 지지하는 제2 지지 디스크와, 상기 와이어를 구동하는 모터 구동부를 지지하는 제3 지지 디스크를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 디스크 와이어는, 경도가 높은 재질로서, 상기 디스크 와이어의 뒤틀림을 방지하고, 상기 디스크 와이어를 보호하는 와이어 케이스가 쒸어진 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 모터 구동부는, 볼트형 막대가 연결되어 상기 막대를 회동시키는 모터와, 상기 디스크 와이어와 고정 연결되고, 상기 볼트형 막대가 삽입 회동되어 상하로 구동되는 너트형 와이어 홀더를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 와이어 케이스와 상기 와이어 홀더 사이에서 상기 디스크 와이어를 감싸고 상기 와이어 케이스를 지지하는 스프링 부재가 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 시술용 그립퍼 회동의 조작 및 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 회동의 중심점이 하나라는 점에서 기계의 고장 요소를 줄이고 구성이 간단하여 조작 및 보수가 간편하다는 큰 장점을 갖게 된다.

또한, 본 발명은 정밀한 조작 및 제어가 가능하고, 정밀하게 선택적으로 볼의 회동을 금지시켜 고정 또는 잠글 수 있게 되어, 로봇 암에서 필요한 2축 회동과 함께 정밀하고 안정적인 회동 잠금장치를 구현할 수 있고, 수많은 회동 동작에 의해 발생할 수 있는 그립퍼 지지 디스크의 중심 기준점의 변화에 따른 작동 오차를 상당부분 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 그립퍼의 2축 작동이 가능한 수술용 로봇 암의 분해 사시도를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 수술용 로봇 암의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 모터 구동을 통한 2축 회동을 나타내기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 볼 조인트의 구조를 나타내기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 디스크 와이어의 구조를 나타내기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 3축 회동이 가능한 수술용 로봇 암의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 수술용 로봇 암의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수술용 로봇 암은 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나로 시술되기 위해 마련되는 시술 그립퍼(10); 상기 시술 그립퍼(10)의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크(20); 상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바(25); 상기 지지 디스크(20)가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바(25)와 연결되는 볼 조인트(30); 상기 그립퍼 지지 디스크(20)의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어(50); 상기 각각의 디스크 와이어(50)와 연결되어 상기 디스크 와이어(50)를 상하로 구동시켜 상기 디스크를 2축으로 회동시키는 모터 구동부(60)를 포함하여 구성된다.

정교한 로봇 수술을 위해서는 의사의 손 역할을 하는 그립퍼(10)를 자유자재로 정밀하게 조작할 수 있어야 하는 것이 가장 큰 문제이다. 그러므로 그립퍼(10)는 3축 방향으로 회동 가능하고 정밀한 제어가 가능해야 하기 때문에, 특히 X 및 Y축 회동을 정밀한 조작과 제어를 위해 다양한 구조의 장치 구성들이 개발되어져 왔다.

이에 본 발명에서는 그립퍼(10)의 3축 회동의 정밀한 제어와 조작을 위한 로봇 암 구조를 제안하고, 특히 도 2에 예시된 실시예는 X 및 Y 축(또는 Pitch 및 Yaw) 회동을 위한 장치 구성을 예시한다.

그립퍼(10)의 안전하고 정밀하고 안정된 2축(X 및 Y) 회동을 위해서, 본 발명에서는 중심에서의 볼 조인트(30) 회동을 제안한다. 즉, 그립퍼(10) 하부에 그립퍼(10)를 지지하는 원형의 그립퍼 지지 디스크(20)를 설치하고, 상기 디스크 하부 중심에서 중심바(25)가 연장되어 있고, 상기 중심바(25)에 볼 조인트(30)의 볼이 고정 연결되도록 하여 2축(X 및 Y)으로 자유롭게 회동할 수 있는 구조를 제안한다.

그리고, 상기 그립퍼(10)를 지지하는 지지 디스크(20)의 2축 회동의 정밀한 제어를 위해, 상기 지지 디스크(20)의 중심점에서 대칭으로 하는 적어도 3개의 지점을 디스크 와이어(50)로 연결하여 하부로 연장하고, 상기 디스크 와이어(50)를 하부에서 모터 구동부(60)와 연결하여, 모터 구동부(60)를 제어하여 상기 지지 디스크(20)를 2축 회동시키는 구조를 제안한다.

여기서 와이어는 충분한 인장력을 갖고 있고, 와이어의 힘으로 소정의 힘으로 반대로 상기 지지 디스크(20)를 밀어낼 수 있을 정도의 경도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 와이어가 어느 하나의 지점으로 끌어 내려지게 되면 상대적으로 나머지 지점에서 와이어가 위로 디스크를 밀어내어 올라갈 수 있어야 하고, 상기 디스크 와이어(50)를 상하 운동을 구동하는 모터 구동부(60)와의 안정적인 연동 운동이 필요하기 때문이다.

이와 같은 2축 회동 구조는 그립퍼(10)의 중심에 해당하는 지지 디스크(20) 하부 볼 조인트(30)를 중심으로 회동하도록 되어 있는데, 예를 들어 디스크 와이어(50)가 지지 디스크(20)와 연결되어 있는 세 지점을 각각 A, B 및 C 지점이라고 할때, 각 ABC 지점 디스크 와이어(50)와 연결되어 있는 각 모터 구동부(60)를 구동을 조합하여 어느 한 지점으로 상기 지지 디스크(20)를 기울이게 함으로써, 상기 지지 디스크(20) 중심에서 고정 연결된 상기 그립퍼(10)가 자유롭게 2축 회동이 가능하게 된다.

이와 같은 구조를 통하여 본 발명의 실시예에서는 전기 신호를 통한 모터 구동으로, 상기 회동의 조작 및 정밀한 제어가 가능할 뿐만 아니라, 회동의 중심점이 하나라는 점에서 기계의 고장 요소를 줄이고 구성이 간단하여 조작 및 보수가 간편하다는 큰 장점을 갖게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 모터 구동을 통한 2축 회동을 나타내기 위한 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 상기 그립퍼(10)를 지지하는 지지 디스크(20)의 2축 회동의 정밀한 제어를 위해, 상기 지지 디스크(20)의 중심점에서 대칭으로 하는 적어도 3개의 지점을 디스크 와이어(50)로 연결하여 하부로 연장하고, 상기 디스크 와이어(50)를 하부에서 모터 구동부(60)와 연결되어 있고, 상기 지지 디스크(20) 중심 하부에 볼 조인트(30)로 연결되어 있다.

즉, 상기 모터 구동부(60)에서 상기 디스크 와이어(50)를 당기거나 밀게 되면, 상기 지지 디스크(20)가 볼 조인트(30)에서 회동하여 2축 회동이 가능하고, 상기 모터 구동부(60)에서 조작 및 정밀한 제어가 가능하도록 되어 있는 구조이다. 여기서 모터 구동부(60)는, 볼트형 막대(63)가 연결되어 상기 막대를 회동시키는 모터와, 상기 디스크 와이어(50)와 고정 연결되고, 상기 볼트형 막대(63)가 삽입 회동되어 상하로 구동되는 너트형 와이어 홀더(61)를 포함하여 구성된다.

모터가 Z축으로 회동하게 되면, 모터와 연결되어 있는 볼트형 막대(63)가 회동하게 되고, 상기 볼트형 막대(63)가 삽입되는 너트형 와이어 홀더(61)가 제자리에서 상기 볼트를 따라 상하로 이동하여, 상기 와이어 홀더(61)와 고정 연결된 디스크 와이어(50)를 상하로 구동하게 된다. 모터 구동은 전기신호에 의해 작동하게 되므로, 외부에서 인가되는 각 모터의 전원을 제어함으로써, 정밀한 조작 및 제어가 가능하게 된다. 그리고 와이어 홀더(61)는 상기 볼트형 막대(63)를 따라 도는 것을 방지하기 위해 상부에 위치한 디스크와 고정 연결된 적어도 2개의 가이드 핀 등에 의해 상하로 구동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 볼 조인트(30)의 구조를 나타내기 위한 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 그립퍼(10)의 지지 디스크(20)는 중심 하부에 볼 조인트(30)로 연결되어 2축(X 및 Y)으로 회동 가능한 구조로서, 볼 조인트(30)는, 지지 디스크(20) 중심 하부에 고정 연결된 중심바(25)와 고정 연결되는 볼(31)과, 상기 볼을 양쪽 또는 어느 한쪽을 압축하여 선택적으로 고정 지지할 수 있는 지지부재를 포함하여 구성된다.

여기서 지지부재는, 상기 양쪽으로 분리되어 상기 볼의 양쪽 하부 및 측면을 감싸고 지지하는 홈부재(33)와, 상기 홈부재(33) 각각 측면 양쪽을 연결되는 볼 고정 와이어(37)와, 상기 볼 조인트(30) 하단부에 위치하고, 상기 볼 고정 와이어(37)와 연결되어 상기 볼 고정 와이어(37)를 구동시켜 상기 양쪽 홈부재(33) 사이의 이격 간격을 조정하는 볼 고정 모터부를 포함하여 구성된다. 홈부재(33)는 내측은 반구 형 홈이고 외측은 직육면체 형상을 갖는 모양으로서, 상기 볼(31)의 하부 일부와 측면을 감싸는 측면 일부를 감싸는 구조로 되어 있다.

이와 같은 양쪽은 홈부재(33)가 상기 볼(31)을 압축하여 공정하게 되면, 상기 볼과 중심바(25)를 통하여 고정 연결된 지지 디스크(20)는 2축으로 회동이 불가능한 잠금(locking) 상태가 될 수 있기 때문에, 상기 양쪽으로 분리된 홈부재(33) 사이의 이격 거리의 조정을 통해 상기 지지 디스크(20)의 회동을 선택적으로 잠궈서 고정할 수 있게 된다.

상기 볼 조인트(30)의 고정 또는 잠금(locking)은 상기 양쪽 홈부재(33)의 측면에 설치된 볼 고정 와이어(37) 연결부재(35)를 통해 각 홈부재(33)를 연결하게 되는데, 어느 하나의 홈부재(33)에 상기 볼 고정 와이어(37)를 고정하고, 타측 홈부재(33)의 연결부를 관통하여 하단부에 위치한 볼 고정 모터(39)를 상기 볼 고정 와이어(37)를 볼 고정 와이어 홀더(38)를 통해 연결시키면, 상기 볼 고정 모터(39)를 통해 볼 고정 와이어(37)를 하방으로 당기게 되면, 볼 고정 와이어(37)가 관통되는 홈부재(33)는 고정된 채로 가만히 있고, 볼 고정 와이어(37)가 고정된 홈부재(33)만 볼(31) 쪽으로 당겨져 상기 볼(31)을 압축하는 구조이다.

이와 같은 모터에 의해 볼 조인트(30)의 볼(31)을 고정하는 방식을 채택함으로써, 전기 신호에 의해 정밀하게 선택적으로 볼(31)의 회동을 금지시켜 고정 또는 잠글 수 있게 되어, 로봇 암에서 필요한 2축 회동과 함께 정밀하고 안정적인 회동 잠금장치를 구현할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암에서 디스크 와이어(50)의 구조를 나타내기 위한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 상기 디스크 와이어(50)가 경도가 높은 재질로서, 상기 디스크 와이어(50)의 뒤틀림을 방지하고, 상기 디스크 와이어(50)를 보호하는 와이어 케이스(53)가 쒸어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 그립퍼(10)를 지지하는 디스크가 볼 조인트(30)로 연결되어 있기 때문에, 볼 조인트(30)에 대해 X 및 Y축으로 2축 회동이 가능하기도 하지만, 때때로 그립퍼(10)의 동작이나 작동으로 상기 볼 조인트(30)의 Z축을 중심으로 회동하여 상기 와이어가 뒤틀리는 경우가 발생할 수 있다.

이에 본 발명의 실시예에서는 디스크의 Z축 회동에 따른 뒤틀림을 방지하고, 수 많은 와이어의 작동에 의해 발생할 수 있는 타 부품에 의한 손상을 방지하기 위해, 와이어 보다 딱딱하거나 경도가 높은 재질로 상기 와이어를 감싸는 관형의 케이스 또는 피복을 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 와이어 케이스(53) 최 상단 부분은 상기 지지 디스크(20)가 어느 한쪽으로 기울어진 경우에 어느 한 지점에 과도하게 압력을 가하여 손상될 수 있으므로 최 상단 끝 부분은 굴곡이 져 있는 라운드 형태로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 와이어 케이스(53)와 상기 와이어 홀더(61) 사이에서 상기 디스크와 와이어(50)를 감싸고 상기 와이어 케이스(53)를 지지하는 스프핑 부재(55)가 설치되는 것이 바람직한데, 이는 상기 지지 디스크(20)가 2축 회동을 자주 하게 되면, 상기 디스크 와이어(50)의 길이 변화 등에 의해 원 지지 디스크(20)의 중심 기준점이 변화되는 경우가 발생할 수 있다.

이와 같은 지지 디스크(20) 중심 기준점의 변화를 방지하기 위해 본 발명의 실시예에서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 각 와이어 케이스(53) 하단에 스프핑 부재(55)를 설치하여, 상기 스프핑 부재(55)의 탄성력 또는 복원력으로 디스크 회동력을 가하지 않는 경우, 원 기준점으로 복원할 수 있도록 하는 구조를 제안한다.

즉, 지지 디스크(20)가 어느 한쪽으로 기울어 지게 되면, 기울어진 부분에 있는 와이어 케이스(53)는 상기 디스크 와이어(50)와 분리되어 있기 때문에, 하방으로 압력이 가해지고, 상기 와이어 케이스(53) 하부에서 지지하느 스프핑 부재(55)가 눌려지게 된다. 눌려진 스프핑 부재(55)는 상기 지지 디스크(20)에 가해진 회동력을 제거하게 되면, 다시 상기 스프핑 부재(55)의 탄성력 또는 복원력으로 인해 상방으로 와이어 케이스(53)를 밀어내어, 상기 지지 디스크(20)의 중심 기준점으로 복원시키게 된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에서 적용되는 스프핑 부재(55)는, 수많은 2축 회동 동작에 의해 발생할 수 있는 그립퍼 지지 디스크(20)의 중심 기준점의 변화에 따른 작동 오차를 상당부분 줄일 수 있는 큰 장점이 있다.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 3축 회동이 가능한 수술용 로봇 암의 구성을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암은 시술 그립퍼(10)의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크(20); 상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바(25); 상기 지지 디스크(20)가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바(25)와 연결되는 볼 조인트(30); 상기 그립퍼 지지 디스크(20)의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어(50); 상기 각각의 디스크 와이어(50)와 연결되어 상기 디스크 와이어(50)를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크(20)를 2축으로 회동시키는 모터 구동부(60); 및 상기 모터 구동부(60)를 지지하는 바닥 디스크(70) 고정 연결되어, 상기 바닥 디스크(70) 중심 하부에서 상기 바닥 디스크(70)를 Z축으로 회동시키는 모터로 구성된 Z축 회동부(95)를 포함하여 구성된다.

도 6에 나타난 본 발명에 따른 실시예는 도 2의 실시예와 상기 그립퍼(10)를 Z축으로 회동시키기 위한 최 하단부에 설치한 Z축 회동부(95)를 더 구비한다는 점 외에는 다른 구성이 모두 동일하다. 즉, 상기 지지 디스크(20)를 2축으로 회동시키는 모터 구동부(60)를 지지하는 바닥 디스크(70) 하부 중심에 모터를 연결하여 Z축으로 회동시킬 수 있는 구조를 제안한다.

Z축 회전은 상기 그립퍼(10)의 중심점과 동일한 Z축 선상에 위치한 상기 바닥 디스크(70)의 중심점 하부에서 Z축 회동부(95)의 모터와 고정 연결하게 되면, 상기 모터가 Z축을 중심으로 회동하게 되면, 상기 바닥 디스크(70)를 포함하는 상부 전체가 Z축으로 회동 가능하게 되어, 수술 부위의 조직에 대해 파지 및 절단 중 어느 하나를 시술하기 위해 사용되는 그립퍼(10)를 X, Y 및 Z 축의 3축 회동이 가능해 지게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예는 3축 모두 모터 구동에 의해 전기 신호로 제어가 가능하므로, 정밀한 시술용 그립퍼(10)의 조작 및 제어가 가능하게 되고, 구성이 간단하고 동작 연결부위가 적어, 고장률이 낮아지게 되고, 고장 후 보수가 용이하게 되는 큰 장점이 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 그립퍼, 20: 그립퍼 지지 디스크, 25: 중심바, 30: 볼 조인트,
31: 볼, 33: 홈부재, 35: 연결부재, 37: 볼 고정 와이어, 39: 볼 고정 모터
40: 제2 디스크, 50: 디스크 와이어, 53: 와이어 케이스, 55: 스프링 부재,
60: 모터 구동부, 61: 와이어 홀더, 63: 볼트형 막대, 65: 모터,
70: 바닥 디스크, 95: Z축 회동부

Claims (14)

1. 시술 그립퍼의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크;
   상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바;
   상기 지지 디스크가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바와 연결되는 볼 조인트;
   상기 그립퍼 지지 디스크의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어; 및
   상기 각각의 디스크 와이어와 연결되어 상기 디스크 와이어를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크를 2축으로 회동시키는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 볼 조인트는,
   상기 중심바와 고정 연결되는 볼과,
   상기 볼을 양쪽을 압축하여 선택적으로 고정 지지할 수 있는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지부재는,
   상기 양쪽으로 분리되어 상기 볼의 양쪽 및 측면 일부를 감싸고 지지하는 홈부재와,
   상기 홈부재 각각 측면 양쪽을 연결되는 볼 고정 와이어와,
   상기 볼 조인트 하단부에 위치하고, 상기 와이어와 연결되어 상기 볼 고정 와이어를 구동시켜 상기 양쪽 홈부재 사이의 이격 간격을 조정하는 볼 고정 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 디스크 와이어가 관통되어 가이드 되고, 상기 지지부재를 하단에서 받치고 지지하는 제2 지지 디스크와,
   상기 디스크 와이어를 구동하는 모터 구동부를 하부에서 지지하는 제3 지지 디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 디스크 와이어는,
   경도가 높은 재질로서, 상기 디스크 와이어의 뒤틀림을 방지하고, 상기 디스크 와이어를 보호하는 와이어 케이스가 쒸어진 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 와이어 케이스와 상기 와이어 홀더 사이에서 상기 디스크 와이어를 감싸고 상기 와이어 케이스를 지지하는 스프링 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 모터 구동부는,
   볼트형 막대가 연결되어 상기 막대를 회동시키는 모터와,
   상기 디스크 와이어와 고정 연결되고, 상기 볼트형 막대가 삽입 회동되어 상하로 구동되는 너트형 와이어 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
8. 시술 그립퍼의 하단부에서 고정 지지하는 그립퍼 지지 디스크;
   상기 지지디스크의 하단 중심부에 연결되는 중심바;
   상기 지지 디스크가 X 및 Y축으로 회동 가능하도록 상기 중심바와 연결되는 볼 조인트;
   상기 그립퍼 지지 디스크의 중심점을 대칭으로 하는 둘레면 3지점과 하단으로 연결 지지되는 디스크 와이어;
   상기 각각의 디스크 와이어와 연결되어 상기 디스크 와이어를 상하로 구동시켜 상기 지지 디스크를 상기 X 및 Y축으로 회동시키는 모터 구동부; 및
   상기 모터 구동부를 지지하는 바닥 디스크와 고정 연결되어, 상기 바닥 디스크 중심 하부에서 상기 바닥 디스크를 Z축으로 회동시키는 모터로 구성된 Z축 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 볼 조인트는,
   상기 중심바와 고정 연결되는 볼과,
   상기 볼을 양쪽을 압축하여 선택적으로 고정 지지할 수 있는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 양쪽으로 분리되어 상기 볼의 양쪽 하부 및 측면 일부를 감싸고 지지하는 홈부재와,
    상기 홈부재 각각 측면 양쪽을 연결되는 볼 고정 와이어와,
    상기 볼 조인트 하단부에 위치하고, 상기 볼 고정 와이어와 연결되어 상기 볼 고정 와이어를 구동시켜 상기 양쪽 홈부재 사이의 이격 간격을 조정하는 볼 고정 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 디스크 와이어가 관통되어 가이드 되고, 상기 지지부재를 하단에서 받치고 지지하는 제2 지지 디스크와,
    상기 디스크 와이어를 구동하는 모터 구동부를 지지하는 제3 지지 디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 디스크 와이어는,
    경도가 높은 재질로서, 상기 디스크 와이어의 뒤틀림을 방지하고, 상기 디스크 와이어를 보호하는 와이어 케이스가 쒸어진 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 모터 구동부는,
    볼트형 막대가 연결되어 상기 막대를 회동시키는 모터와,
    상기 디스크 와이어와 고정 연결되고, 상기 볼트형 막대가 삽입 회동되어 상하로 구동되는 너트형 와이어 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 와이어 케이스와 상기 와이어 홀더 사이에서 상기 디스크 와이어를 감싸고 상기 와이어 케이스를 지지하는 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
    
    
    
    
    
    
    

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