KR20130122072A

KR20130122072A - 수술용 로봇

Info

Publication number: KR20130122072A
Application number: KR1020120045109A
Authority: KR
Inventors: 서종태; 이병주; 한정민
Original assignee: 주식회사 고영테크놀러지; 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2013-11-07
Also published as: KR101667529B1

Abstract

수술용 로봇이 개시된다. 베이스부와, 상기 베이스부에 회전가능하게 결합하는 로봇 암과, 상기 로봇 암의 일측에 결합하는 말단장치 및, 상기 로봇 암에 결합된 말단장치의 타측에 결합되어 상기 말단장치와 로봇 암의 하중을 보상해 균형을 유지하는 균형부를 포함한다. 이와 같은 수술용 로봇은 상기 로봇 암과 말단장치의 무게를 보상하는 균형부를 구비함으로서, 상기 로봇암과 말단장치를 작은 힘으로 움직일 수 있어 저 용량의 동력발생수단으로도 무리없이 원활하게 로봇 암과 말단장치를 제어할 수 있으므로 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

수술용 로봇{ROBOT FOR SURGERY}

본 발명은 수술용 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇 암에 결합된 말단장치의 하중을 보상해 작은 힘으로 제어할 수 있는 수술용 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 수술용 로봇은 로봇 암의 끝단부에 말단장치를 부착해 수술하려는 위치에 근접하도록 이동시킨 후 상기 로봇 암의 끝단부에 설치된 말단장치를 환자의 절개부를 통해 삽입하여 수술부위에 근접시킨 후 수술을 진행하게 된다.

이때, 상기 로봇 암과 말단장치를 원활하고 정밀하게 움직이기 위해선 고 용량 동력발생수단을 구비해야 한다. 특히, 말단장치의 무게가 무거워질수록 고 용량 동력발생수단이 요구된다.

그러나, 이러한 고 용량 동력발생수단은 매우 높은 가격대를 형성하고 있어 이를 적용시 전체적인 생산 단가가 높아지는 문제점이 있다.

또한, 저 용량 동력발생수단을 적용하면 생산 단가는 낮아지는 장점이 있으나, 로봇 암과 말단장치의 하중을 감당하지 못해 파손되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 저 용량 동력발생수단에 감속기를 장착해 파워를 높이는 노력이 있었으나, 수술로봇의 부피가 커지고 느리게 움직이는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 적은 용량의 동력발생수단으로 수술 로봇을 원활하게 움직일 수 있는 수술용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 의한 수술용 로봇은 베이스부와, 상기 베이스부에 회전가능하게 결합하는 로봇 암과, 상기 로봇 암의 일측에 결합하는 말단장치 및, 상기 로봇 암에 결합된 말단장치의 타측에 결합되어 상기 말단장치와 로봇 암의 하중을 보상해 균형을 유지하는 균형부를 포함한다.

여기서, 상기 로봇 암과 균형부는 축 결합할 수 있다.

상기 로봇 암은, 상기 말단장치와 결합되어 상기 말단장치를 승강 또는 하강 시키는 제1 작동부재와, 상기 말단장치와 결합되어 상기 말단장치를 회전시키는 제2 작동부재 및, 상기 제1 작동부재와 연동되어 상기 말단장치를 안정적으로 이송할 수 있도록 보조하는 제3 작동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.

상기 균형부는, 상기 말단장치의 위치가 변함에 따라 발생되는 하중이 변하는 양만큼 보상할 수 있도록 적어도 하나 이상의 균형부재가 배치될 수 있다.

또한, 균형부재는, 일측은 상기 로봇 암과 결합되고 타측은 상기 말단부재와 로봇 암의 하중을 보상하기 위한 무게추 형성될 수 있다.

상기 말단장치는, 동력을 발생하는 수단을 포함하는 구동부재와, 상기 구동부재에 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 로봇 암과 각각 결합되는 제1 결합부재와 제2 결합부재 및, 상기 구동부재의 일측에 결합되는 수술도구를 포함할 수 있다

이와 같이 본 발명에 따른 수술용 로봇은

상기 로봇 암과 말단장치의 무게를 보상하는 균형부를 구비함으로서, 상기 로봇암과 말단장치를 작은 힘으로 움직일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 수술용 로봇은 저 용량의 동력발생수단으로도 무리없이 원활하게 로봇 암과 말단장치를 제어할 수 있으므로 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇을 설명하기 위한 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇을 설명하기 위한 측면도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇의 균형부재를 설명하기 위한 사시도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇을 설명하기 위한 측면도 이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇의 균형부재를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1, 도2 및 도 3를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 수술용 로봇은 베이스부(100), 로봇 암(200), 말단장치(300), 균형부(400)을 포함한다.

상기 베이스부(100)는, 하우징(110), 상기 로봇 암(200)과 상기 균형부가 회전가능하게 결합되는 기준 축(120), 상기 로봇 암(200)과 회전가능하게 결합하는 보조 축(130)을 포함한다.

상기 하우징(110)은, 상기 로봇 암(200)과 상기 균형부(400)를 수용할 수 있는 수용공간(111)이 형성된다. 상기 하우징(110)의 하부에는 상기 균형부(400)와 간섭되지 않도록 간섭방지홀(150)이 형성된다.

상기 기준 축(120)은, 상기 하우징(110)에 관통되어 결합된다. 상기 기준 축(120)의 양 끝단에는 상기 하우징(110)과의 결합이 풀리지 않도록 고정구로 고정될 수 있다. 상기 기준 축(120)은 원형의 봉으로 형성되며, 높은 하중에도 변형이 되지 않도록 금속제로 이뤄지는 것이 바람직하다. 또한 상기 기준 축(120)에는 상기 로봇 암(200)이 회전가능하게 결합되는데 움직임이 원활 하도록 상기 기준 축(120) 표면에 윤활제가 도포 되거나 마찰계수가 적은 물질로 코팅될 수 있다.

상기 보조 축(130)은, 상기 기준 축(120)과 일정간격 이격되어 배치된다. 상기 보조 축(130)은 상기 기준 축(120)과 마찬가지로 상기 하우징(110)과 관통되어 결합된다. 상기 보조 축(130)은 상기 로봇 암(200)과 일측이 회전가능하게 결합되는데 이는 상기 로봇 암(200)이 상기 기준 축(120)을 기준으로 회전할 때 로봇 암(200)의 하중을 분산하는 효과가 있다.

상기 로봇 암(200)은, 상기 베이스부(100)에 회전가능하게 결합된다. 상기 로봇 암(200)은, 상기 말단장치(300)와 결합되어 상기 말단장치(300)를 승강 또는 하강 시키는 제1 작동부재(210)와, 상기 말단장치(300)와 결합되어 상기 말단장치(300)를 회전시키는 제2 작동부재(220) 및, 상기 제1 작동부재(210)와 연동되어 상기 말단장치(300)를 안정적으로 이송할 수 있도록 보조하는 제3 작동부재(230)를 포함한다.

상기 제1 작동부재(210)의 일측은 상기 기준 축(120)과 상기 보조 축(130)과 회전가능하게 결합되며 타측은 상기 말단장치(300)와 회전가능하게 결합한다. 상기 제1 작동부재(210)은 상기 말단장치(300)를 회전을 통해 상승 또는 하강 시킬 수 있다. 상기 제1 작동부재(210)는 다수의 링크의 조합으로 이뤄진다. 여기서, 상기 제1 작동부재(210)은 수술 로봇에 적용되는 로봇 암에 일반적으로 사용되는 것으로서, 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다.

상기 제2 작동부재(220)의 일측은 상기 기준 축(120)과 상기 보조 축(130)과 회전가능하게 결합되며 타측은 상기 말단장치(300)와 회전가능하게 결합한다. 상기 제2 작동부재(220)는 상기 말단장치(300)를 상기 제1 작동부재(210)와 결합된 축을 기준으로 상기 말단장치(300)를 회전시킨다. 상기 제2 작동부재()도 상기 제1 작동부재와 같이 수술 로봇에 적용되는 로봇 암에 일반적으로 사용되는 것으로서, 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다.

상기 제3 작동부재(230)의 일측은 상기 기준 축(120)과 상기 보조 축(130)과 회전가능하게 결합되며 타측은 상기 말단장치(300)와 회전가능하게 결합한다. 상기 제3 작동부재(230)는 상기 제1 작동부재(210)와 연동되어 움직인다. 즉, 상기 제3 작동부재(230)는 제1 작동부재(210)가 움직이면 그와 연동되어 같이 움직인다. 상기 제3 작동부재(230)는 상기 제1 작동부재(210)가 상기 말단장치(300)를 움직일 때 흔들림 없이 안정적으로 움직일 수 있게 한다.

이와 같이, 제1 작동부재(210), 제2 작동부재(220), 제3 작동부재(230)를 통해 상기 로봇 암(200)은 상기 말단장치(300)를 승강 또는 하강 시킬 수 있고 일측을 기준으로 회전시킬 수 있다.

상기 로봇 암(200)은, 상기 제1 작동부재(210)을 통해 상기 말단장치(300)를 승강 또는 하강 시킬 때 상기 기준 축(120)과 상기 보조 축(130)을 기준으로 회전을 통해 승강 또는 하강시키기 때문에 일정한 호를 그리며 상기 말단장치(300)가 움직이게 되므로 상기 말단장치(300)가 일정한 각도나 방향성을 유지하지 못하게 된다. 이때 상기 제2 작동부재(220)가 상기 말단장치(300)를 일측을 기준으로 회전 시키며 상기 말단장치(300)의 각도나 일정한 방향성을 유지할 수 있도록 조절한다. 즉 상기 제1 작동부재(210)와 제2 작동부재(220)는 서로 각기 다른 움직임을 통해 상기 말단장치(300)의 각도나 방향성을 제어한다.

상기 말단장치(300)는, 상기 로봇 암(200)의 일측에 결합된다. 상기 말단장치(300)는, 동력을 발생하는 수단을 포함하는 구동부재(310)와, 상기 구동부재에 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 로봇 암과 각각 결합되는 제1 결합부재(320)와 제2 결합부재(321) 및, 상기 구동부재(310)의 일측에 결합되는 수술도구(330)를 포함한다.

상기 구동부재(310)는, 내부에 동력을 발생하는 수단이 내장될 수 있다. 예를 들면, 상기 구동부재(310)에는 모터(미도시)가 내장될 수 있다. 또는 상기 구동부재(310)는 케이스(미도시)가 구비되고 여기에 동력을 발생하는 수단이 결합되어 형성될 수 있다. 상기 구동부재(310)는 상기 로봇 암(200)과 결합되는 제1 결합부재(320)와 제2 결합부재(321)가 결합 될 수 있도록 일면에 관통 홀이 형성될 수 있다. 또는 상기 제1 결합부재(320)와 제2 결합부재(321)가 체결될 수 있는 홈(미도시)이나 돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 홈(미도시)이나 돌기(미도시)는 일정간격 이격되어 형성된다.

상기 제1 결합부재(320)와 상기 제2 결합부재(321)는 상기 구동부재(310)에 관통 결합되거나 상기 구동부재(310)에 형성된 홈(미도시) 또는 돌기(미도시)와 회전가능하게 결합된다. 상기 제1 결합부재(320)와 상기 제2 결합부재(321)는 원활한 움직임을 위해 윤활제가 도포될 수 있으며 마찰계수가 적은 물질로 코팅 될 수 있다. 더불어 상기 제1 결합부재(320)와 상기 제2 결합부재(321)는 상기 로봇 암(200)과 회전을 통한 마찰이 많기 때문에 장시간 사용시 마모될 수 있으므로 마모가 적은 재질을 사용하거나 일정 주기로 교환하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1 결합부재(320)는 상기 제2 작동부재(220)의 일단과 회전가능하게 결합되고 상기 제2 결합부재(321)는 상기 제1 작동부재(210) 및, 제3 작동부재(230)와 회전가능하게 결합된다.

상기 수술도구(330)는 상기 구동부재(310)에 회전 가능하도록 축설 된다. 상기 수술도구(330)의 일측에는 인체의 조직을 절단하거나 갈아내거나 열을 제공해 괴사시키는 도구 등이 결합될 수 있다.

상기 균형부(400)는, 상기 로봇 암(200)에 결합된 말단장치(300)의 타측에 결합되어 상기 말단장치(300)와 상기 로봇 암(200)의 하중을 보상해 균형을 유지한다. 상기 균형부(400)는, 상기 말단장치(300)의 위치가 변함에 따라 발생되는 하중이 변하는 양만큼 보상할 수 있도록 적어도 하나 이상의 균형부재(410)가 배치될 수 있다.

상기 균형부재(410)는, 상기 기준 축()과 관통 결합되는 결합링크와 상기 결합링크에서 인출되어 형성되는 연장바 상기 연장바를 중심으로 상기 결합링크의 반대측에 형성되는 균형추를 포함한다.

상기 결합링크는 상기 기준 축(120)과 관통되어 결합된다. 이를 위해 상기 결합링크(411)의 중심부에는 상기 기준 축(120)과 결합 할 수 있도록 홀이 형성된다. 상기 결합링크(411)는 상기 기준 축과 결합시 헛돌지 않도록 고정부재(미도시)에 의해 고정될 수 있다. 상기 고정부재(미도시)는, 예를 들면, 상기 결합링크(411)에 관통된 나사산이 형성되고 나사를 상기 기준 축의 외주면을 압박하도록 체결해 고정할 수 있다. 이외에도 다양한 수단의 고정구를 사용할 수 있다.

상기 연장바(412)는 상기 결합링크(411)의 일측에서 연장되어 형성된다. 상기 연장바(412)는 원통형 또는 사각형의 바로 형성될 수 있으며 상황에 따라 연장바(412)의 길이는 다양하게 형성될 수 있다.

상기 균형추(413)는 상기 연장바(412)의 타측에 형성된다. 즉 결합링크(411)의 반대측에 형성된다. 상기 균형추(413)는 일정한 무게를 가지도록 형성된다. 상기 균형추(413)는 금속으로 이뤄질 수 있다. 또한, 상기 균형추(413)의 무게는 상기 로봇 암(200)과 말단장치(300)의 무게에 대비해 다양한 무게로 이뤄질 수 있다.

상기 균형부재(410)는 상기 말단장치(300)의 위치에 따라 변화하는 하중에 대비하기 위해 상기 기준 축(120)에 다수개가 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 기준 축(120)에는 상기 균형부재(410)가 3개 결합될 수 있다. 더불어 상기 3개의 균형부재(410)에 형성된 무게추(414)는 서로 다른 위치에 포진해 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 균형부재(410)들은 서로 30°의 간격으로 배치될 수 있다. 이는 상기 로봇 암(200)과 상기 말단장치(300)가 위치에 따라 반대측에 걸리는 하중이 변하기 때문이다. 이를 보상하기 위해 상기 균형부재(410)가 적절한 위치에 배치되어 하중을 보상한다. 좀 더 자세히 설명하면 상기 로봇 암(200)과 상기 말단장치(300)의 하중은 수평상태(0°)가 가장 높은 하중을 보이며, 상기 기준 축(120)과 상기 보조 축(130)을 기준으로 90°또는 -90°로 갈수록 반대측에 걸리는 하중이 점점 줄어든다. 이는 즉 상기 로봇 암(200)과 상기 말단장치(300)를 움직이는 모터(미도시)와 같은 동력 발생수단에 가해지는 부하가 변화한다는 것이다. 이를 제어하기는 모터의 출력을 로봇 망과 말단장치의 위치에 따라 가변해야 하는 소프트웨어를 구비하거나 고 용량의 동력 발생수단을 구비해야 한다. 하지만 이러한 다수의 균형부재(410)를 통해 상기 로봇 암(200)과 상기 말단장치(300)가 어느 위치에 있어도 일정한 하중을 반대측에 인가하도록 하면, 비용이 저렴한 저 용량 동력 발생수단을 사용할 수 있으며 복잡한 소프트웨어도 필요 없게 되어 연구기간이나 비용이 절약되는 장점이 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

(100) : 베이스부 (110) : 하우징
(120) : 기준 축 (130) : 보조 축
(200) : 로봇 암 (210) : 제1 작동부재
(220) : 제2 작동부재 (230) : 제3 작동부재
(300) : 말단장치 (310) : 구동부재
(320) : 제1 결합부재 (321) : 제2 결합부재
(330) : 수술도구 (400) : 균형부
(410) : 균형부재 (411) : 결합링크
(412) :연장바 (413) : 균형추

Claims

베이스부;
상기 베이스부에 회전가능하게 결합하는 로봇 암;
상기 로봇 암에 결합되는 말단장치; 및
상기 로봇 암에 결합된 말단장치에 결합되어 상기 말단장치와 로봇 암의 하중을 보상해 균형을 유지하는 균형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
제 1 항에 있어서, 상기 로봇 암은,
상기 말단장치와 결합되어 상기 말단장치를 승강 또는 하강 시키는 제1 작동부재;
상기 말단장치와 결합되어 상기 말단장치를 회전시키는 제2 작동부재; 및
상기 제1 작동부재와 연동되어 상기 말단장치를 안정적으로 이송할 수 있도록 보조하는 제3 작동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
제 1 항에 있어서, 상기 균형부는,
상기 말단장치의 위치가 변함에 따라 발생되는 하중이 변하는 양만큼 보상할 수 있도록 적어도 하나 이상의 균형부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
제 1 항에 있어서, 상기 말단장치는,
동력을 발생하는 수단을 포함하는 구동부재;
상기 구동부재에 일정 간격 이격되도록 형성되어 상기 로봇 암과 각각 결합되는 제1 결합부재와 제2 결합부재; 및
상기 구동부재의 일측에 결합되는 수술도구를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
제 3 항에 있어서, 균형부재는,
일측은 상기 로봇 암과 결합되고 타측은 상기 말단부재와 로봇 암의 하중을 보상하기 위한 무게추 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암과 균형부는 축 결합하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.