KR20140062671A - Medical robot driving safety for multiple safety apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직렬로 연결 구성된 다중 안전장치를 통해 기구적으로 높은 동작 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있도록 한 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a multiple safety device for securing driving safety of a medical robot, and more particularly, to a safety device of a medical robot which can secure high operational reliability and safety through a plurality of safety devices connected in series, And more particularly to a multiple safety device for ensuring safety.
기존 산업용 로봇에서는 그 작업 대상이 사람이 아니므로 기구의 구동 안전장치는 작업자의 안전을 보호하기 위한 최소한의 안전 장치인 S/W Limit와 기구적인 스토퍼(Stopper), 그리고 비상정지장치를 이용하는 단일 안전 장치 구조를 가지고 있었다.In conventional industrial robots, since the object of the work is not a person, the driving safety device of the device is a safety device which is a minimum safety device to protect the safety of workers, a mechanical stopper, a single safety device using an emergency stop device Device structure.
그러나, 의료 로봇은 작업 대상이 사람이기 때문에 작동 오류 발생 시 피해정도가 매우 치명적이므로 로봇 자체의 안전성과 신뢰성이 절대적으로 보장되어야 하며, 이를 위해서는 다중의 안전장치를 구성할 필요가 있다.However, since the medical robot is a human being, the safety of the robot itself and the reliability of the robot itself must be absolutely guaranteed.
기존의 의료 로봇은 특정한 시술에 대해 그 기능을 로봇으로 구현하기 위해 국내특허공개공보 제2010-0008946호(2010.01.27,공개)에서와 같이 제어적인 네트워크 등의 전체 시스템에 대한 통합적인 안정장치와, 국내특허출원 제2008-0045684호(2008.05.16)에서와 같이 시술방법에 있어 안전성을 보장하기 위한 기법의 구현과 같은 기술이 주를 이루고 있다.In order to implement the function of a conventional medical robot as a robot for a specific operation, an integrated stabilizing device for an entire system such as a control network, as in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0008946 (published on Jan. 21, 2010) , And Korean Patent Application No. 2008-0045684 (May 16, 2008), the technique such as the implementation of the technique for securing the safety in the method of operation is predominant.
그러나, 정작 기기 자체의 안전성을 확보할 수 있는 안전 장치에 대해서는 고려된 바가 없거나 기존 산업용 로봇의 안전장치 수준에서 크게 벗어나지 않는다.However, safety devices that can secure the safety of the device itself have not been considered, or do not deviate greatly from the level of safety of existing industrial robots.
일부 의료 로봇의 경우, 협소한 공간 및 윤활에 의한 누유 등의 신뢰성 문제로 벨트 및 와이어와 같은 장력을 이용한 동력 전달 메커니즘을 많이 사용하고 있다.In some medical robots, power transmission mechanisms using tension such as belts and wires are widely used due to reliability problems such as leakage due to narrow space and lubrication.
이러한 형태의 동력 전달 장치는 동력 전달 요소의 핵심적인 역할을 하는 벨트와 와이어가 기구적으로 파손 또는 절손 되었을 때를 고려한 안전 설계가 필요함에도 불구하고 공간, 무게 등 설계적인 제한요소로 인하여 안전 장치의 설계 자체에 대한 고려가 매우 부족한 실정이다.Although this type of power transmission system requires a safety design that takes into account when the belt and wire are mechanically damaged or damaged, which plays a key role of the power transmission element, Consideration of design itself is very lacking.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 첫째 의료 로봇에 사용되는 벨트 구조와 같은 장력을 이용한 동력 전달 메커니즘을 지닌 의료 로봇의 구동 안전을 확보하기 위하여 직렬로 구성된 다중 안전장치를 통해 기구적으로 높은 동작 신뢰성과 안전성을 확보하여 사용자에게 신뢰감을 극대화할 수 있게 된다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a medical robot having a power transmission mechanism using a tension such as a belt structure used in a medical robot, The safety device ensures high reliability of operation and safety and maximizes the reliability to the user.
둘째, 모터 제어시 동작을 위한 명령치와 입력치를 비교하여 차이가 발생되면 제어기에서 감지하여 의료 로봇의 동작을 정지시킬 수 있도록 함으로써 제품성 및 의료 시술의 신뢰성을 최대화할 수 있도록 한 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치를 제공함에 있다.Second, when the difference between the command value and the input value for the motor control operation is compared, it is possible to stop the operation of the medical robot by detecting the difference, so that the medical robot And a plurality of safety devices for securing safety.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 동력 입력 장치인 모터의 오작동을 검출하는 동력 입력부 안전 여부 검지장치, 감속기 출력단의 오작동을 검출하는 동력 출력부 안전 여부 검지장치, 입력부와 출력부의 동력을 전달하는 과정의 유효성을 검지하는 동력 전달부 안전 여부 검지장치와 동력 출력부의 입력단 제동장치, 동력 출력부의 출력단 제동장치로 구성된 기구부와, 상기 기구부의 신호를 전달받아 의료 로봇을 제어할 수 있도록 전원에 의해 작동되는 제어기가 구성된 제어부와, 상기 제어부의 신호에 따라 의료 로봇을 정지시키게 되는 비상정지장치가 직렬 연결로 구성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치를 제공함에 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a power input unit safety detection apparatus for detecting a malfunction of a motor, which is a power input apparatus, a power output unit safety detection apparatus for detecting a malfunction of a reducer output stage, And a control unit for controlling the medical robot so as to control the medical robot in response to the signal of the mechanical unit. The power supply unit includes a power supply unit safety detection unit for detecting the effectiveness of the process, an input stage braking device for the power output unit, And the emergency stop device that stops the medical robot according to the signal of the control unit is constituted by a serial connection. The present invention provides a multiple safety device for securing driving safety of a medical robot.
이와 같이 본 발명은 의료 로봇의 동력 전달 과정에 있어 각 전달 단계마다 안전장치를 직렬로 형성함으로써 의료 로봇의 동작 중에 높은 안전성을 확보할 수 있으며, 의료 로봇의 오작동을 일으키는 잠재적인 위험요소로부터 환자의 안전을 보장하게 되어 의료 로봇을 이용한 의료 시술의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in the power transmission process of the medical robot, a safety device is formed in series for each delivery step, thereby securing high safety during operation of the medical robot, and it is possible to prevent a potential danger from malfunctioning of the medical robot It is possible to secure the reliability of the medical treatment using the medical robot.
도 1은 본 발명에 따른 의료 로봇 다중 안전장치를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 기구부 다중 안전장치의 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안전장치의 리밋 센서를 활용한 출력부 안전 여부 검지장치를 도시한 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is an exemplary view showing a medical safety apparatus according to the present invention; Fig.
Figure 2 is an illustration of a multiple safety device for a mechanical part in accordance with the present invention;
3 is a view illustrating an output unit safety detection device using a limit sensor of a multiple safety device according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 의료 로봇 다중 안전장치를 도시한 예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 기구부 다중 안전장치의 예시도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 다중 안전장치의 리밋 센서를 활용한 출력부 안전 여부 검지장치를 도시한 예시도이다.FIG. 1 is a view showing an example of a multiple safety device of a medical robot according to the present invention, FIG. 2 is an exemplary view of a multiple safety device of a mechanical device according to the present invention, FIG. 2 is a view illustrating an output unit safety detection apparatus using a sensor.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 의료 로봇의 구동 안전성을 확보하기 위한 다중 안전장치로서, 상기 다중 안전장치는 기구부(100)와, 상기 기구부(100)의 안전 여부 검지(S1,S2,S3) 신호를 전달받아 의료 로봇의 작동을 제어하는 제어부(200)와, 상기 제어부(200)와 기구부(100) 사이에 감지 신호에 따라 이상 신호 검지시 제어부(200)에 명령이 기구부(100)에 도달하지 않도록 스위칭되는 스위칭부(300)가 형성되어진다.1 to 3, the present invention is a multiple safety device for ensuring driving safety of a medical robot. The multiple safety device includes a
상기 기구부(100)는 동력 입력 장치인 모터(111)의 오작동을 검출할 수 있도록 동력 입력부 안전 여부 검지(S1)하는 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)와, 감속기(121) 출력단의 오작동을 검출할 수 있도록 동력 출력부 안전 여부 검지(S2)하는 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)와, 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)와 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)의 동력을 전달하는 과정의 유효성을 검지할 수 있도록 동력 전달부 안전 여부 검지(S3)하는 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)가 형성되어진다.The
또한, 상기 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)와 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120) 사이에는 안전 유무에 따라 작동되는 동력 출력부의 입력단 제동장치(140)가 형성된다.An input
그리고 상기 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)와 시술 대상자(400) 사이에는 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)의 신호에 따라 작동되는 동력 출력부의 출력단 제동장치(141)가 형성되어진다.An output
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기구부(100)는 모터(111)와 감속기(121)가 벨트(131)로 연결되며, 모터(111)에 동력 입력부인 모터(111)를 제어하는 입력 엔코더(112)가 형성되고, 상기 감속기(121)에 모터(111)의 입력 엔코더(112)와 비교하여 동력 전달 여부를 검지하는 동력 전달부의 출력 엔코더(122)가 형성된다.2 and 3, the
또한, 상기 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)는 감속기(121)에 리밋 센서 검지용 디스크(123)가 형성되며, 상기 리밋 센서 검지용 디스크(123)의 일측에 동력 출력부의 일정 회전을 검지하는 리밋 센서(124)가 형성된다.The power output unit
한편, 상기 동력 전달부 안전 여부 검지장치에는 동력 출력부의 입력단 제동장치로서, 상기 리밋 센서 검지용 디스크(123)에 리밋 센서(124)의 신호에 따라 작동되는 브레이크(125)가 형성되어진다.On the other hand, as the input stage braking device of the power output section, the
상기 제어부(200)는 기구부(100)와 스위칭부(300)로 연결되어 기구부(100)의 안전 여부 검지에 따라 의료 로봇의 작동을 제어하는 제어기(201)가 형성되며, 상기 제어기(201)에 전원(202)이 연결되어진다.The
또한, 상기 제어기(201)에는 기구부(100)에서 오류가 발생시 제어기(201)의 제어 신호에 따라 의료 로봇을 정지시키게 되는 비상정지장치(210)가 연결되어진다.An
상기 스위칭부(300)는 기구부(100) 각각의 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)와 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120) 및 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)에 전자적으로 접지되어 기구부(100)의 각 검지장치(110,120,130)에서 검지(S1,S2,S3)되는 검지 신호에 따라 이상 신호 검지시 제어기(201)의 명령이 기구부(100)에 도달하지 않도록 전자적인 스위치(W1,W2,W3)가 형성되어진다.The
첨부된 도면중 미설명 부호 (126)은 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)에 형성되는 출력측 링크이다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 작용상태를 살펴보면 아래와 같다.The operation state according to the present invention having the above-described configuration will be described below.
상기 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)에서 모터(111) 제어시 동작을 위한 명령치와 입력치를 비교하여 차이가 발생될 경우 상기 스위칭부(300)의 스위치(W1)가 오프(OFF)되어져 상기 제어기(201)에서 이를 감지하여 의료 로봇의 동작을 정지시키게 된다.The power input unit
그리고, 상기 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)에서 동력 입력부인 모터(111)를 제어하는 입력 엔코더(112)의 동작값과 동력 전달부의 출력 엔코더(122)의 동작값을 비교함으로써 실시간으로 동력전달 상태를 모니터링하여 오류 감지시 스위치(W3)가 오프(OFF)되어지고 동력 출력부의 입력단 제동장치(140)의 브레이크(125)가 작동되어 의료 로봇이 정지되어지게 된다.The operation value of the
이는 상기 모터(111)와 감속기(121)에 연결되는 벨트(131)와 같은 동력 전달 요소품의 파손 또는 절손으로 인해 정상적인 동력 전달이 불가능할 때 출력단의 예상치 못한 동작을 제지할 수 있게 된다.This can prevent the unexpected operation of the output terminal when normal power transmission is impossible due to breakage or damage of the power transmission element such as the
또한, 상기 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)에 리밋 센서(124)가 형성되어 상기 벨트(131)와 같은 핵심 동력 전달 요소가 파손 또는 결손 되었을 경우 상기 리밋 센서(124)가 이를 감지하여 리밋 센서 검지용 디스크(123)에 전달되면서 상기 감속기(121)에 연결되는 브레이크(125)가 작동되어짐에 따라 제어 불능인 출력단의 안전성을 확보해주게 된다.When the
이와 같이, 본 발명에 따른 다중 안전장치는 기구부(100)의 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)와 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120) 및 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)에서 검지(S1,S2,S3) 신호가 감지되면 상기 스위칭부(300) 전체의 스위치(W1,W2,W3)가 오프(OFF)되어 상기 제어부(200)의 제어기(201)가 이를 감지하고 제어하게 되어 의료 로봇의 작동이 정지되어지게 된다.In this way, the multiple safety devices according to the present invention can be detected by the power input unit
따라서, 본 발명에 따른 다중 안전장치는 상기 모터(111)가 구동되면서 기구부(100)가 작동되어질 때 상기 동력 입력부 안전 여부 검지장치(110)에서 모터(111) 제어시 동작을 위한 명령치와 입력치를 비교하여 차이가 발생되면 상기 스위칭부(300)의 스위치(W1)가 오프(OFF)되면서 상기 제어기(201)에서 감지하여 의료 로봇의 동작을 정지시키며, 상기 동력 전달부 안전 여부 검지장치(130)에서 모터(111)의 구동에 따라 동력 출력부 안전 여부 검지장치(120)로 동력을 전달하는 동력 전달 요소인 벨트(131)의 파손 여부를 모터(111) 측의 입력 엔코더 값과 감속기(121)의 입력단에 붙어 있는 출력 엔코더(122) 값을 비교하여 차이가 발생되면 스위치(W3)가 오프(OFF)되면서 브레이크(125)가 작동되고, 상기 리밋 센서(124)에서 동력 출력부의 일정 회전을 검지하여 이상이 발생되면 스위치(W2)가 오프(OFF)됨에 따라 브레이크(125)를 작동시켜 다중 안전장치의 동작을 제지하게 되어 의료 로봇의 구동 안전을 확보할 수 있게 된다.Accordingly, in the multiple safety device according to the present invention, when the
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.
100 : 기구부 110 : 동력 입력부 안전 여부 검지장치
111 : 모터 112 : 입력 엔코더
120 : 동력 출력부 안전 여부 검지장치
121 : 감속기 122 : 출력 엔코더
123 : 리밋 센서 검지용 디스크 124 : 리밋 센서
125 : 브레이크 126 : 출력측 링크
130 : 동력 전달부 안전 여부 검지장치
131 : 벨트 140 : 입력단 제동장치
141 : 출력단 제동장치 200 : 제어부
201 : 제어기 202 : 전원
210 : 비상정지장치 300 : 스위칭부
400 : 시술 대상자 S1,S2,S3 : 안전 여부 검지
W1,W2,W3 : 스위치100: Mechanism part 110: Power input part safety detection device
111: motor 112: input encoder
120: Power failure detection unit
121: Reduction gear 122: Output encoder
123: Limit sensor detection disk 124: Limit sensor
125: brake 126: output side link
130: Power transmission unit safety check device
131: Belt 140: Input stage braking device
141: Output stage braking device 200:
201: Controller 202: Power
210: Emergency stop device 300:
400: Subject S1, S2, S3: Safety check
W1, W2, W3: Switch
Claims (6)
모터의 오작동을 검출하고, 감속기 출력단의 오작동을 검출하며, 입력부와 출력부의 동력을 전달하는 과정의 유효성을 검지하는 안전 여부 검지장치가 직렬로 연결된 기구부와;
상기 기구부의 안전 여부 검지 신호를 전달받아 의료 로봇의 작동을 제어하는 제어부와;
상기 제어부와 기구부 사이에 기구부에서 이상 신호 검지시 제어부의 명령이 기구부에 도달하지 않도록 스위칭되는 스위칭부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.A safety device for securing driving safety of a medical robot,
A safety unit for detecting a malfunction of the motor, detecting a malfunction of the output of the speed reducer, and detecting the effectiveness of a process of transmitting power between the input unit and the output unit;
A control unit which receives the safety detection signal of the mechanical unit and controls the operation of the medical robot;
And a switching unit which is switched between the control unit and the mechanical unit so that an instruction of the control unit does not reach the mechanical unit when the abnormality signal is detected in the mechanical unit.
상기 기구부는 모터의 동력 입력 장치의 오작동을 검출할 수 있도록 동력 입력부 안전 여부 검지하는 동력 입력부 안전 여부 검지장치와, 감속기 출력단의 오작동을 검출할 수 있도록 동력 출력부 안전 여부 검지하는 동력 출력부 안전 여부 검지장치와, 입력부와 출력부의 동력을 전달하는 과정의 유효성을 검지할 수 있도록 동력 전달부 안전 여부 검지하는 동력 전달부 안전 여부 검지장치가 형성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.The method according to claim 1,
The mechanical section includes a power input section safety detection device for detecting a safety input of the power input section so as to detect a malfunction of the power input device of the motor and a power output section for detecting the safety of the power output section so as to detect a malfunction of the reducer output stage. And a power transmission portion safety detection device for detecting the safety of the power transmission portion so as to detect the effectiveness of the process of transmitting the power between the input portion and the output portion. Device.
상기 동력 전달부 안전 여부 검지장치와 동력 출력부 안전 여부 검지장치의 사이에는 안전 유무에 따라 작동되는 동력 출력부의 입력단 제동장치가 형성되며, 상기 동력 출력부 안전 여부 검지장치와 시술 대상자 사이에는 동력 출력부 안전 여부 검지장치의 신호에 따라 작동되는 동력 출력부의 출력단 제동장치가 형성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.3. The method of claim 2,
A power input portion braking device for operating a safety output device is provided between the power transmitting portion safety detection device and the power output portion safety detection device, And an output stage braking device of a power output section operated in accordance with a signal of the safety assurance device.
상기 기구부는 모터와 감속기가 벨트로 연결되며, 상기 모터에 동력 입력부인 모터를 제어하는 입력 엔코더가 형성되고, 상기 감속기에 모터의 입력 엔코더와 비교하여 동력 전달 여부를 검지하는 동력 전달부의 출력 엔코더가 형성되며, 상기 감속기에 리밋 센서 검지용 디스크가 형성되고, 상기 리밋 센서 검지용 디스크의 일측에 동력 출력부의 일정 회전을 검지하는 리밋 센서가 형성되며, 상기 리밋 센서 검지용 디스크에 리밋 센서의 신호에 따라 의료 로봇을 정지시키게 되는 브레이크가 형성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.3. The method of claim 2,
The mechanical unit includes an input encoder connected to a motor and a speed reducer through a belt, an input encoder for controlling the motor, which is a power input unit, and an output encoder of the power transmitting unit for detecting power transmission to the speed reducer, A limit sensor for detecting a constant rotation of the power output unit is formed on one side of the limit sensor detection disk and a limit sensor for detecting a predetermined rotation of the power output unit is formed on the limit sensor detection disk, And a brake is provided to stop the medical robot.
상기 제어부는 기구부와 스위칭부로 연결되어 기구부의 안전 여부 검지에 따라 의료 로봇의 작동을 제어하는 제어기가 형성되며, 상기 제어기에 전원이 연결되고, 상기 제어기에 기구부에서 오류가 발생시 제어기의 제어 신호에 따라 의료 로봇을 정지시키게 되는 비상정지장치가 연결된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.The method according to claim 1,
The control unit is connected to the control unit and the switching unit to form a controller for controlling the operation of the medical robot according to the detection of the safety of the mechanical unit. When power is supplied to the controller and an error occurs in the control unit, And an emergency stop device for stopping the medical robot is connected.
상기 스위칭부는 기구부 각각의 동력 입력부 안전 여부 검지장치와 동력 출력부 안전 여부 검지장치 및 동력 전달부 안전 여부 검지장치에 전자적으로 접지되어 기구부의 각 검지장치에서 검지되는 검지 신호에 따라 이상 신호 검지시 제어기의 명령이 기구부에 도달하지 않도록 전자적인 스위치가 형성된 것을 특징으로 하는 의료 로봇의 구동 안전성 확보를 위한 다중 안전장치.The method according to claim 1,
The switching unit is electrically grounded to the power input unit safety detection unit, the power output unit safety detection unit, and the power transmission unit safety detection unit of each mechanical unit, Wherein an electronic switch is formed so that the command of the medical robot does not reach the mechanical part.
Priority Applications (1)
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