KR20140141085A - 중재시술 로봇용 다기능 엔드이펙터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중재시술 로봇용 엔드이펙터에 관한 것으로서, 로봇 팔의 끝단에 고정된 상태로 설치되는 지지수단; 상기 지지수단 상의 중간에 나란히 설치되는 한 쌍의 수평이동수단; 상기 지지수단 상의 뒤쪽에 설치되는 승강수단; 상기 지지수단 상의 앞쪽에 설치되는 전후진수단; 상기 수평이동수단과 승강수단 및 전후진수단과 연결되어 각각 수평 이동하거나 승강 이동 또는 서로 엇갈려 전후진하는 바늘 그랍수단; 및 상기 바늘 그랍수단에 장착되어 상기 전후진수단에 의해 회전하는 시술바늘;을 포함한 것이며, 로봇의 팔에 연결하여 설치하였기 때문에 시술 시에 환자와 의사가 방사능에 노출되는 일이 없어 방사능 피폭의 저감효과가 있고, 시술바늘을 삽입하는 위치를 정확히 찾아가기 때문에 삽입 정확도가 개선되며, 이에 따라 시술시간의 개선효과도 있다.

Description

중재시술 로봇용 다기능 엔드이펙터{End effector for robot of intervention treatment}

본 고안은 중재시술 로봇용 다기능 엔드이펙터에 관한 것으로서, 상세하게는 중재시술을 위한 시술바늘을 사이에 고정하는 바늘 그랍수단을 수평이동수단과 승강수단에 각각 연결하여 수평 이동이나 승강 이동하도록 하고, 상기 바늘 그랍수단을 전후진수단에 연결하여 시술바늘이 회전 운동하도록 한 중재시술 로봇용 다기능 엔드이펙터에 관한 것이다.

일반적으로 중재시술은 내과와 외과를 넘나들며 중재한다는 의미로 생검, 확장술 등 최근의 여러 전문분야의 융합적 치료행위를 반영하고 있으며, 이러한 중재시술은 영상장비를 통하여 인체 내부를 관찰하면서, 미세 의료 기구를 체내에 삽입하여 약물 주입과 같은 내과적 시술과, 절개와 같은 외과적 시술을 수행하는 의학기술이다. 중재시술에서 사용되는 미세의료 기구가 주사바늘일 경우 바늘 삽입형 중재시술이라고 한다.

이러한 바늘 삽입형 중재시술의 경우, 인체 내부의 병변을 바늘로 찔러 시술하는 것이기 때문에, 바늘의 끝단을 병변 위치에 정확히 위치시키는 것이 매우 중요한 요소이다. 하지만 인체 내부를 영상장비를 통해서만 볼 수 있기 때문에 직관적이지 않으며, 바늘을 삽입하는 동안 다른 장기들은 피해서 삽입해야 하며, 바늘의 휨에 의해 바늘이 직선으로만 들어가지 않으므로, 바늘의 정확한 위치 삽입이 어렵다.

즉 종래 중재시술 관련 기술은 바늘삽입 목표점을 알아내기 위해 CT촬영과 바늘삽입을 의료진의 감각에 의존하여 반복적으로 이루어졌다. 이 과정에 방사선 피폭 등의 문제점들이 다수 제기되고 있었다. 이를 개선하기 위해 도 6과 같은 바늘 삽입장치를 사용하고 있는데, 이러한 종래 바늘 삽입장치는 단순히 바늘(60)을 삽입하는 위치로 이동만한 후 상기 바늘(60)을 회전시켜 삽입하고 있을 뿐이어서 아직까지 의료진들이 충분히 만족하는 장치로 되지 못하고 있다.

한국 등록특허 제10-1212634호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 중재시술을 위한 시술바늘을 장착하는 바늘 그랍수단을 로봇팔의 끝단에 연결하여 설치된 지지수단 상에 설치하고 있는 수평이동수단과 승강수단 및 전후진수단에 각각 연결하여, 상기 수평이동수단과 승강수단 및 전후진수단에 의한 시술바늘의 적절하고도 정밀한 이동과 회전으로 상기 시술바늘의 삽입정확도 등을 개선하도록 한 중재시술 로봇용 엔드이펙터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 중재시술 로봇용 엔드이펙터는, 로봇 팔의 끝단에 고정된 상태로 설치되는 지지수단; 상기 지지수단 상의 중간에 나란히 설치되는 한 쌍의 수평이동수단; 상기 지지수단 상의 뒤쪽에 설치되는 승강수단; 상기 지지수단 상의 앞쪽에 설치되는 전후진수단; 상기 수평이동수단과 승강수단 및 전후진수단과 연결되어 각각 수평 이동하거나 승강 이동 또는 서로 엇갈려 전후진하는 바늘 그랍수단; 및 상기 바늘 그랍수단에 장착되어 상기 전후진수단에 의해 회전하는 시술바늘;을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 상기 바늘 그랍수단은 나란히 배치된 한 쌍의 상단 손가락부와 하단 손가락부로 구성되어, 상기 상단 손가락부의 상측은 승강수단에 연결되고 하측은 하단 손가락부 상에서 수평이동수단에 연결되고, 하단 손가락부도 수평이동수단에 연결되는 것이 바람직하다.

또 상기 수평이동수단은 가이드레일과 가이드블록으로 이루어진 수평 LM가이드와 상기 가이드블록에 연결된 소형 서보모터를 포함하며, 상기 소형 서보모터의 모터축에 캠팔로워가 연결되어 가이드블록과 접하도록 하는 것이 바람직하다.

또 상기 승강수단은, 상기 상단 손가락부의 상측에 연결된 연결블록; 상기 각 연결블록의 바깥쪽에 삽입되어 각각 연결된 연결축; 상기 각 연결축의 끝단을 연결하여 설치한 승강브래킷; 상기 승강브래킷과 모터축에 연결된 캠팔로워가 접하도록 설치된 소형 서보모터; 및 가이드레일과 가이드블록으로 이루어져 상기 지지수단 상의 중간에 설치하되, 상기 가이드블록은 상단 손가락부의 끝단에 각각 연결된 승강 LM가이드;를 포함하는 것이 바람직하다.

또 상기 전후진수단은 가이드레일과 가이드블록으로 이루어진 전후진 LM가이드와 상기 가이드블록에 연결된 소형 서보모터를 포함하며, 상기 소형 서보모터의 모터축에 캠팔로워가 연결되어 가이드블록과 접하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 중재시술 로봇용 엔드이펙터에 의하면, 로봇의 팔에 연결하여 설치하였기 때문에 시술 시에 환자와 의사가 방사능에 노출되는 일이 없어 방사능 피폭의 저감효과가 있고, 시술바늘을 삽입하는 위치를 정확히 찾아가기 때문에 삽입 정확도가 개선되며, 이에 따라 시술시간의 개선효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 탈착 전 및 탈착 후의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 삽입 전 및 삽입 후의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 회전 전 및 회전 후의 사시도
도 6은 종래 바늘 삽입장치의 사시도

이하, 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 평면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터는 지지수단(1), 수평이동수단(2), 승강수단(3), 전후진수단(4), 바늘 그랍수단(5) 및 시술바늘(6)로 이루어져 있다.

상기 지지수단(1)은 판상의 형태로 되어 그 위에 상기 수평이동수단(2) 등을 설치한 것이며 밑면을 통해 로봇 팔의 손목 끝단에 연결된다.

상기 수평이동수단(2)은 한 쌍의 가이드레일(7a)(7b)과 가이드블록(8a)(8b)로 이루어진 각각의 수평 LM가이드(9a)(9b) 및 소형 서보모터(10a)(10b)로 구성된다. 여기서 한 쌍의 상기 가이드레일(7a)(7b)은 지지수단(1) 상의 중간에서 2개가 나란히 설치되고, 상기 각 가이드블록(8a)(8b)은 가이드레일(7a)(7b)에 각각 결합되며, 지지수단(1) 상의 일측 및 뒤쪽에 각각 설치되는 소형 서보모터(10a)(10b)의 각 모터축에 연결된 캠팔로워가 각각의 가이드블록(8a)(8b)과 접하도록 함으로써, 고감속비의 기어헤드를 갖는 상기 소형 서보모터(10a)(10b)의 구동에 따른 캠팔로워의 캠 운동에 의해 가이드블록(8a)(8b)은 가이드레일(7a)(7b)을 따라 수평면 상에서 수평이동하게 된다. 따라서 한 쌍으로 이루어진 바늘 그랍수단(5)은 각각 상기 가이드블록(8a)(8b)에 연결되어 서로 별개로 수평 이동하게 된다.

상기 승강수단(3)은 연결블록(11), 연결축(12), 승강브래킷(13), 소형 서보모터(10c) 및 승강 LM가이드(16a)(16b)로 구성된다. 여기서 상기 연결블록(11)은 상기 바늘 그랍수단(5)의 상측 하단에 각각 연결되고, 상기 연결축(12)의 일단이 연결블록(11)의 바깥쪽에 베어링(B)과 함께 삽입되어 각각 연결되며, 상기 승강브래킷(13)은 각 연결축(12)의 타단을 서로 연결하여 설치하되, 한쪽 연결축(12)과 승강브래킷(13)의 사이에는 바늘 그랍수단(5)의 수평 이동을 위해 베어링(B)에 삽입된 보조연결축(17)을 통해 연결되도록 한다. 또한 지지수단(1) 상의 뒤쪽에 설치된 상기 소형 서보모터(10c)는 모터축에 연결한 캠팔로워(14)가 상기 승강브래킷(13)과 접하고 있고, 상기 각 승강 LM가이드(16a)(16b)는 바늘 그랍수단(5)의 상단 손가락부(5a)의 상측 끝단에 각각 부착된 가이드블록(7c)(7d)과 상기 지지수단(1)의 상의 중간에 나란히 각각 세워지는 가이드레일(8c)(8d)로 이루어진다. 따라서 고감속비의 기어헤드를 갖는 소형 서보모터(10c)의 구동에 따른 캠팔로워(14)의 캠운동에 의해 상기 승강브래킷(11)은 승강 이동하게 됨에 따라, 상기 각 승강 LM가이드(16a)(16b)의 각 가이드블록(7c)(7d)도 가이드레일(8c)(8d)을 따라 승강 이동하여 상기 바늘 그랍수단(5)의 상단 손가락부(5a)를 승강 이동시킨다.

상기 전후진수단(4)은 가이드레일(7e)과 가이드블록(8e)으로 이루어진 전후진 LM가이드(15)와 소형 서보모터(10d)로 구성된다. 여기서 상기 가이드레일(7e)은 지지수단(1) 상의 앞쪽에서 평면 상으로 길게 설치되고, 상기 가이드블록(8e)은 가이드레일(7e)에 결합되며, 지지판(1) 상의 타측에 설치되는 소형 서보모터(10d)의 모터축에 연결된 캠팔로워가 상기 가이드블록(8e)과 접하도록 함으로써, 고감속비의 기어헤드를 갖는 상기 소형 서보모터(10d)의 구동에 따른 캠팔로워의 캠운동에 의해 가이드블록(8e)은 가이드레일(7c)을 따라 전진 또는 후진 이동하게 됨에 따라, 이와 연결된 바늘 그랍수단(5)의 한 쌍의 상단 손가락부(5a)는 서로 엇갈려 전진 또는 후진을 함으로써 시술바늘(6)을 비벼 회전시킨다.

상기 바늘 그랍수단(5)은 상단 손가락부(5a)와 하단 손가락부(5b)로 구성된다. 상기 상단 손가락부(5a)는 2개를 나란히 배치한 한 쌍으로 구성되어, 각각의 상측 및 하측의 일부가 서로 반대방향으로 각각 절곡된 형상으로 구성되며, 시술바늘(6)을 잡는 하측의 절곡된 부분이 하단 손가락부(5b) 상에 안착되고, 상측의 절곡된 부분 끝단에는 각각 수평이동수단(2)의 가이드블록(8a)(8b)이 각각 연결됨과 동시에 끝단의 하단을 통해 승강수단(3)의 연결블록(11)에 연결된다. 상기 하단 손가락부(5b)는 나란히 배치된 한 쌍으로 구성되어, 상기 전후진수단(4)의 가이드블록(8c)에 연결된다.

상기 시술바늘(6)은 수평이동수단(2)에 의해 각각 수평 이동하는 바늘 그랍수단(5)의 한 쌍의 상단 손가락부(5a) 사이와 한 쌍의 하단 손가락부(5b) 사이에 장착되어, 상기 바늘 그랍수단(5)과 함께 수평 이동과 승강 이동 및 회전운동을 하게 된다.

다음은 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 각 상황별 작동상태를 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 탈착 전 및 탈착 후의 사시도를 도시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 시술바늘(6)이 바늘 그랍수단(5)의 상단 손가락부(5a) 사이 및 하단 손가락부(5b)의 사이에 걸쳐 장착되어 있다가(a) 탈착하고자 하는 경우, 수평이동수단(2)의 소형 서보모터(10a)(10b)를 각각 구동하여 각각의 수평 LM가이드(9a)(9b)에 의해 바늘 그랍수단(5)의 상단 손가락부(5a)와 하단 손가락부(5b)를 각각 수평 이동시켜 벌어지도록 한 후(b), 상기 시술바늘(6)을 탈착하게 된다. 물론 상기 시술바늘(6)을 다시 장착하려면 상기와 반대의 동작을 실시하면 된다.

도 4는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 삽입 전 및 삽입 후의 사시도를 도시한 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 시술바늘(6)을 필요한 곳에 삽입하기 전에는 승강수단(3)의 소형 서보모터(10c)를 구동하여 승강브래킷(13)을 통해 각 승강 LM가이드(16a)(16b)의 작동에 의해 바늘 그랍수단(5)의 상단 손가락부(5a)로 상기 시술바늘(6)을 잡고 들어 올린 후(a), 상기 승강수단(3)을 통해 시술바늘(6)을 잡고 있는 상단 손가락부(5a)를 잡고 내려 상기 시술바늘(6)을 필요한 곳에 삽입하도록 한다(b).

도 5는 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 시술바늘 회전 전 및 회전 후의 사시도를 도시한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 시술바늘(6)의 삽입을 위해 회전시키고자 하는 경우, 전후진수단(4)의 소형 서보모터(10d)를 구동하여 전후진 LM가이드(15)에 의해 한 쌍으로 된 상단 손가락부(5a)의 한쪽이 전진하면 다른 쪽은 후진하고, 반대로 한쪽이 후진하면 다른 쪽은 전진하는 동작을 계속 반복하는 비빔동작을 통해, 상기 상단 손가락부(5a)로 잡고 있는 시술바늘(6)을 회전시켜 필요한 곳에 삽입하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 중재시술 로봇용 엔드이펙터에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 지지수단 2 : 수평이동수단
3 : 승강수단 4 : 전후진수단
5 : 바늘 그랍수단 5a : 상단 손가락부
5b : 하단 손가락부 6 : 시술바늘
7a,7b,7c,7d,7e : 가이드블록 8a,8b,8c,8d,8e : 가이드레일
9a,9b : 수평 LM가이드 10a,10b,10c,10d : 소형 서보모터
11 : 연결블록 12 : 연결축
13 : 승강브래킷 14 : 캠팔로워
15 : 전후진 LM가이드 16a,16b : 승강 LM가이드
17 : 보조연결축

Claims (5)

1. 로봇 팔의 끝단에 고정된 상태로 설치되는 지지수단;
   상기 지지수단 상의 중간에 나란히 설치되는 한 쌍의 수평이동수단;
   상기 지지수단 상의 뒤쪽에 설치되는 승강수단;
   상기 지지수단 상의 앞쪽에 설치되는 전후진수단;
   상기 수평이동수단과 승강수단 및 전후진수단과 연결되어 각각 수평 이동하거나 승강 이동 또는 서로 엇갈려 전후진하는 바늘 그랍수단; 및
   상기 바늘 그랍수단에 장착되어 상기 전후진수단에 의해 회전하는 시술바늘;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바늘 그랍수단은 나란히 배치된 한 쌍의 상단 손가락부와 하단 손가락부로 구성되어,
   상기 상단 손가락부의 상측은 승강수단에 연결되고 하측은 하단 손가락부 상에서 수평이동수단에 연결되고, 하단 손가락부도 수평이동수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수평이동수단은 가이드레일과 가이드블록으로 이루어진 수평 LM가이드와 상기 가이드블록에 연결된 소형 서보모터를 포함하며, 상기 소형 서보모터의 모터축에 캠팔로워가 연결되어 가이드블록과 접하도록 한 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 승강수단은,
   상기 상단 손가락부의 상측에 연결된 연결블록;
   상기 각 연결블록의 바깥쪽에 삽입되어 각각 연결된 연결축;
   상기 각 연결축의 끝단을 연결하여 설치한 승강브래킷;
   상기 승강브래킷과 모터축에 연결된 캠팔로워가 접하도록 설치된 소형 서보모터; 및
   가이드레일과 가이드블록으로 이루어져 상기 지지수단 상의 중간에 설치하되, 상기 가이드블록은 상단 손가락부의 끝단에 각각 연결된 승강 LM가이드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터.
5. 제2항에 있어서,
   상기 전후진수단은 가이드레일과 가이드블록으로 이루어진 전후진 LM가이드와 상기 가이드블록에 연결된 소형 서보모터를 포함하며, 상기 소형 서보모터의 모터축에 캠팔로워가 연결되어 가이드블록과 접하도록 한 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터.

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