KR20150133080A - 웨이트 밸런스 기능을 갖춘 의료용 로봇 베이스 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 웨이트 밸런스 기능을 갖춘 의료용 로봇 베이스가 개시된다. 상기 의료용 로봇 베이스는, 전륜 및 후륜에 의해 이동 가능하게 지지되며, 그 위에 의료용 로봇을 탑재하기 위한 의료용 로봇 베이스로서, 의료용 로봇을 좌우 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 가이드와, 의료용 로봇의 슬라이딩 운동에 따른 무게 편심을 상쇄하기 위해, 의료용 로봇의 슬라이딩 운동과 반대되는 좌우 방향으로 이동하는 카운터 웨이트와, 카운터 웨이트의 슬라이딩 운동을 지지하기 위한 웨이트 가이드와, 카운터 웨이트의 구동을 위한 것으로, 컨트롤러의 제어 하에서 구동되는 구동 모터;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 의료용 로봇의 슬라이딩 이동에 따른 무게의 편심을 상쇄시키고, 무게 균형을 유지하도록 카운터 웨이트 기능을 지원하는 의료용 로봇 베이스가 제공된다.

Description

웨이트 밸런스 기능을 갖춘 의료용 로봇 베이스{Robot base for medical robot having weight balance function}

본 발명은 의료용 로봇 베이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로 매니퓰레이터(manipulator)를 포함하는 의료용 로봇을 이동 가능하게 지지하는 의료용 로봇 베이스에 관한 것이다.

최근 기술 발달에 따라 의료과정에서 각종 의료용 도구를 장착할 수 있는 의료장치가 개발되고 있다. 이러한 의료장치에는 치료 또는 진단 부위에 의료도구가 위치될 수 있게 제공함으로써 수술자가 의료도구의 위치에 구애되지 않고 수술할 수 있도록 해주거나, 또는 수술자의 지시에 따라 직접 의료도구를 구동하는 매니퓰레이터가 연결되어 있다.

진단, 치료, 수술과 같은 의료과정에서, 매니퓰레이터를 포함하는 의료용 로봇은 안정적인 상태로 지지되는 것이 필수적이며, 의료용 로봇의 움직임에 따른 무게의 편심을 상쇄시켜 안정된 지지 기반 하에서 정밀한 의료 행위가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태는, 의료용 로봇의 슬라이딩 이동에 따른 무게의 편심을 상쇄시키고, 무게 균형을 유지하도록 카운터 웨이트 기능을 지원하는 의료용 로봇 베이스를 제공한다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 의료용 로봇 베이스는,

전륜 및 후륜에 의해 이동 가능하게 지지되며, 그 위에 의료용 로봇을 탑재하기 위한 의료용 로봇 베이스로서,

상기 의료용 로봇을 좌우 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 가이드; 및

상기 의료용 로봇의 슬라이딩 운동에 따른 무게 편심을 상쇄하기 위해, 상기 의료용 로봇의 슬라이딩 운동과 반대되는 좌우 방향으로 이동하는 카운터 웨이트;

상기 카운터 웨이트의 슬라이딩 운동을 지지하기 위한 웨이트 가이드; 및

상기 카운터 웨이트의 구동을 위한 것으로, 컨트롤러의 제어 하에서 구동되는 구동 모터;를 포함한다.

예를 들어, 상기 의료용 로봇 베이스는 상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 카운터 웨이트의 슬라이딩 운동으로 변환하기 위한 운동 변환 기구를 더 포함한다.

예를 들어, 상기 운동 변환 기구는,

상기 구동 모터와 동축으로 동력 연결되어 있는 볼 스크류; 및

상기 볼 스크류에 나사 결합되어 상기 카운터 웨이트와 함께 일체적으로 슬라이딩 운동을 수행하는 기동부;를 포함한다.

예를 들어, 상기 슬라이딩 가이드는 상기 의료용 로봇이 탑재되는 프레임 상에 설치되고,

상기 카운터 웨이트 및 웨이트 가이드는 상기 프레임 내부에 설치된다.

예를 들어, 상기 슬라이딩 가이드와 웨이트 가이드는 서로 나란한 방향으로 연장된다.

예를 들어, 상기 의료용 로봇 베이스는, 상기 카운터 웨이트의 운동 궤적을 따라 최대 변위에 해당되는 일단의 제1 제한 위치와, 반대편 타단의 제2 제한 위치에서 상기 카운터 웨이트를 포착하기 위한 제1 위치 센서와 제2 위치 센서를 더 포함한다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 위치 센서는 조사 광의 차단 여부에 따라 카운터 웨이트가 제1 제한 위치 또는 제2 제한 위치에 도달하였음을 포착하는 광센서로 마련된다.

예를 들어, 상기 구동 모터는 회전체의 회전 위치를 나타내는 카운터를 출력한다.

예를 들어, 상기 컨트롤러는,

상기 의료용 로봇의 슬라이딩 구동에 따라,

상기 카운터 웨이트의 목표 위치와, 상기 구동 모터의 카운터 간의 대응관계를 저장해둔 메모리를 조회하고,

카운터 웨이트의 목표 위치에 대응되는 구동 모터의 카운터가 출력될 때까지 구동 모터를 동작시킨다.

예를 들어, 상기 컨트롤러는,

패널 조작에 따른 운용자의 지시 신호에 따라,

상기 의료용 로봇 베이스를 최 좌측 위치, 최 우측 위치, 또는 중앙 위치로 이동시키는 한편으로,

상기 카운터 웨이트를 제1 제한 위치, 제2 제한 위치, 또는 중앙 위치로 이동시킨다.

예를 들어, 상기 컨트롤러는,

상기 제1 제한 위치를 기준으로 하여, 제2 제한 위치까지 구동 모터의 최대-카운트가 저장된 메모리를 조회하고,

상기 구동 모터의 카운트가 제로(0)인 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이터를 제1 제한 위치로 이동시키고,

상기 구동 모터의 카운트가 최대-카운트의 절반이 되는 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이터를 중앙 위치로 이동시키며,

상기 구동 모터의 카운트가 최대-카운트가 되는 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이트를 제2 제한 위치까지 이동시킨다.

예를 들어, 상기 최대-카운터는,

상기 의료용 로봇 또는 의료용 로봇 베이스의 구동 초기에 캘리브레이션을 통하여 산출된다.

예를 들어, 상기 최대-카운터는,

상기 의료용 로봇 또는 의료용 로봇 베이스의 매 전원 인가시마다 캘리브레이션을 통하여 산출된다.

예를 들어, 상기 캘리브레이션에서,

상기 컨트롤러는,

카운터 웨이트가 이동 궤적을 따라 일단의 제1 제한 위치에 도달한 시점에서 카운터를 제로(0)로 설정하여 초기화하고,

카운터 웨이트가 이동 궤적을 따라 타단의 제2 제한 위치에 도달한 시점에서 카운터를 최대-카운터로 설정하고,

상기 최대-카운터를 메모리에 저장해둔다.

본 발명에 의하면, 의료용 로봇의 좌우 방향 슬라이딩 운동에 따른 무게의 편심을 상쇄하고 장치 전체의 무게 균형을 유지함으로써, 진단, 처치, 수술과 같은 정밀한 의료 행위가 안정된 기반 하에서 이루어질 수도 있도록 카운터 웨이트 기능을 지원하는 의료용 로봇 베이스를 제공한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 의료용 로봇 베이스의 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는 의료용 로봇의 좌우 슬라이딩 동작의 필요성을 보여주기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에는, 의료용 로봇의 좌우 슬라이딩 동작 및 카운터 웨이트의 밸런싱 동작을 구현하기 위한 주요 구성들을 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 5에는 카운터 웨이트의 밸런싱 동작을 구현하기 위한 주요 구성들을 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 6에는, 캘리브레이션 동작을 위해 컨트롤러에 의해 수행되는 일련의 제어 단계들을 도시한 플로우 차트가 도시되어 있다.
도 7에는 캘리브레이션 결과로서 카운터 웨이트의 위치와 구동 모터의 카운터 간의 대응관계를 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 8에는 카운터 웨이트의 밸런스 동작을 구현하기 위한 컨트롤러의 제어 단계들을 도시한 플로우 차트가 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 의료용 로봇 베이스에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 의료용 로봇 베이스의 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 의료용 로봇 베이스(100)는 전륜(103) 및 후륜(101)에 의해 이동 가능하게 지지되며, 상기 의료용 로봇 베이스(100) 상에는 의료용 로봇(210)이 탑재될 수 있다.

예를 들어, 상기 의료용 로봇 베이스(100) 상에는 적어도 하나 이상의 매니퓰레이터(manipulator)를 포함하는 의료용 로봇(210)이 탑재될 수 있으며, 이외에 컴퓨팅 유닛(미도시)과 디스플레이 유닛(미도시) 등이 탑재될 수 있다. 예를 들어, 상기 의료용 로봇(210)은 환자의 뼈를 깎아내는 기능을 수행할 수 있으며, 다수의 조인트 구조를 포함하여, 6 자유도(6-DOF, degree of freedom)의 정밀한 동작을 구현할 수 있다.

상기 디스플레이 유닛(미도시)은 상기 의료용 로봇(210)에 탑재된 카메라(미도시)로부터 전송되는 영상 신호를 입수하여 영상 이미지를 제공할 수 있으며, 디스플레이 유닛(미도시)을 통하여 환자의 수술 부위를 시각적으로 확인하며 매니퓰레이터 조작이 이루어질 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 유닛(미도시)은 컴퓨팅 유닛(미도시)과 연결된 유무선 네트워크를 통하여 환자의 처방 이력 등을 출력해줄 수 있다.

예를 들어, 상기 디스플레이 유닛(미도시)은 적어도 둘 이상의 디스플레이 패널(미도시)을 포함할 수 있으며, 디스플레이 패널(미도시)을 지지하기 위한 거치대(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 거치대는 적정의 자유도를 갖는 조인트 구조를 포함하여 디스플레이 패널을 보기 편한 위치에서 지지해줄 수 있다.

상기 의료용 로봇 베이스(100) 상에는 펌프 유닛(미도시)이 탑재될 수도 있다. 상기 펌프 유닛은 석션 기능과 토출 기능을 발휘하기 위하여, 음압이나 정압을 제공하는 유체 펌프(미도시)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 의료용 로봇(210)은 의료용 로봇 베이스(100) 상에 탑재될 수 있다. 그리고, 조향 및 제동 조작을 위한 조작부, 예를 들어, 조향 핸들(미도시), 브레이크 페달(121), 브레이크 해제 페달 등은 의료용 로봇 베이스(100)의 후방에 마련될 수 있다. 본 명세서를 통하여 전륜(103)이란 전방의 이송 바퀴를 지칭할 수 있고, 후륜(101)이란 의료용 로봇 베이스(100) 중에서 조작부(121)가 형성된 후방의 이송 바퀴를 의미할 수 있다.

예를 들어, 상기 의료용 로봇 베이스(100)는 의료용 로봇(210)의 운반을 위하여 한 쌍의 전륜(103)과 하나의 후륜(101)을 포함하는 3륜 차대 형태로 마련될 수 있다. 상기 의료용 로봇 베이스(100)는 제자리 또는 협소한 장소에서도 선회될 수 있도록 후륜 조향을 적용할 수 있다. 이때, 조향 동작이 부드럽게 이루어질 수 있도록 후륜은 하나의 바퀴로 형성될 수 있다. 조향을 담당하는 바퀴가 쌍으로 형성될 경우, 회전 반경에 따라 회전 반경의 내측과 외측 간의 차동 동작이 필요하기 때문이다.

본 발명의 의료용 로봇 베이스(100)는 진단, 처치, 수술과 같은 정밀한 의료 행위가 이루어지는 동안에, 차체를 바닥면으로부터 들어올린 리프팅 자세를 유지한다. 이때, 전륜(103)과 후륜(101)을 포함하는 차륜 대신에, 리프트 엑츄에이터(110)를 통하여 신장/수축 가능하게 장착된 레그 부재에 의해 차체가 지지되므로, 차체의 안정적인 지지를 위해 굳이 후륜(101)을 쌍으로 설치할 필요가 없다.

상기 의료용 로봇 베이스(100)는, 의료용 로봇(210)이 탑재되는 프레임(105)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임(105) 상에는 매니퓰레이터를 포함하는 의료용 로봇(210)과 디스플레이 유닛(미도시)이 배치될 수 있으며, 컴퓨팅 유닛(미도시)과 펌프 유닛(미도시) 등이 탑재될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 프레임(105) 내부에는 의료용 로봇 베이스(100)의 조향 및 제동에 관여하는 다수의 구성들이 수용될 수 있으며, 이중의 일부는 프레임(105) 외부로 노출되어 조향 및 제동에 관한 사용자의 조작을 입력받게 된다. 예를 들어, 의료용 로봇 베이스(100)의 후방 측에는 조향 조작을 위한 조향 핸들(미도시)과, 제동 관련 조작을 위한 브레이크 페달(121) 및 브레이크 해제 페달(미도시) 등이 형성될 수 있다.

진단, 처치, 수술과 같은 의료 행위 중에는 매니퓰레이터 또는 매니퓰레이터를 포함하는 의료용 로봇(210)을 좌우 방향으로 이동시키면서 의료 처치가 원활하게 이루어질 수 있도록 의료용 로봇(210)의 이동의 자유도를 향상시킬 필요성이 크다. 예를 들어, 의료용 로봇(210)은 로봇 베이스(100)의 차륜(101,103)을 통하여 전후 방향으로는 이동이 가능하다.

도 2는 의료용 로봇(210)의 좌우 방향 슬라이딩 동작의 필요성을 보여주기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 의료용 로봇(210)의 좌우 방향(도 2에서 화살표 방향)으로는 의료 처치의 대상이 되는 환자 및 베드가 놓여지게 되며, 환자 방향으로 매니퓰레이터 등의 처치 수단을 접근시키기 위해서는 로봇 베이스(100)는 위치 고정된 상태에서 의료용 로봇(210)을 좌우 방향으로 이동시킬 필요가 있다. 로봇 베이스(100) 자체의 두께와 베드의 두께를 고려하면, 로봇 베이스(100)를 최대한 베드 쪽으로 붙인 상태에서, 그 이상으로 환자 측으로 접근하기 위해서는 의료용 로봇(210)이 로봇 베이스(100) 상에서 좌우 방향으로 이동해야 하기 때문이다.

도 3 및 도 4에는 의료용 로봇(210)의 좌우 슬라이딩 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도면들을 함께 참조하면, 의료용 로봇(210)은 전후 방향을 따라 길게 형성된 로봇 장착부(205) 상에 탑재될 수 있으며, 이러한 로봇 장착부(205)는 좌우 방향으로 형성된 슬라이딩 가이드(151, 도 3 참조)의 안내를 받아서 좌우 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 의료용 로봇(210)은 슬라이딩 가이드(151)를 따라 좌우 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

예를 들어, 상기 의료용 로봇(210)은 패널 조작에 따른 운용자의 지시 신호를 감지한 컨트롤러의 제어 하에 구동될 수 있다. 즉, 상기 의료용 로봇(210)은 구동 모터(미도시)의 회전 운동을 가이드(151) 방향의 슬라이딩 운동으로 변환하기 위한 운동 변환 기구로서 나선 결합을 포함하는 구동 기구(미도시)에 의해 좌우 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 모터(미도시)는 컨트롤러의 제어 신호에 따라 구동될 수 있으며, 구동 모터(미도시)의 동작에 따라 구동 모터의 구동 축과 나선 결합을 통하여 연동 가능하게 연결된 의료용 로봇(210)은, 로봇 베이스(100) 상에서 좌우 방향으로 슬라이딩 동작할 수 있다.

한편, 의료용 로봇(210)이 로봇 베이스(100) 상에서 좌우 방향으로 구동됨에 따라, 장치 전체의 좌우 무게 균형이 깨지게 될 개연성이 크다. 이에, 본 발명의 로봇 베이스(100)는, 의료용 로봇(210)의 구동에 따른 좌우 방향의 무게 균형을 유지하도록 하는 카운터 웨이트(130)를 포함한다. 상기 카운터 웨이트(130)는 의료용 로봇(210)과 등가의 무게를 이룸으로써 장치 전체의 좌우 무게 균형을 유지하고, 고도의 정밀성이 요구되는 의료 행위가 안정적인 지지 기반 하에서 이루어질 수 있도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 카운터 웨이트(130)는, 의료용 로봇(210)의 위치 이동에 따라 초래되는 무게의 편심을 상쇄시키기 위해, 의료용 로봇(210)과 반대편 위치로 이동하면서, 예를 들어, 의료용 로봇(210)의 좌측 방향의 슬라이딩 이동(S1)에 대응하여 카운터 웨이트(130)는 반대방향의 우측 방향으로 슬라이딩 이동(S2)하면서, 능동적으로 좌우 방향의 무게 균형을 이루기 위해, 컨트롤러의 제어 하에 카운터 밸런스(130)가 좌우 방향으로 이동되는 밸런스 동작을 수행하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 의료용 로봇(210)의 슬라이딩 가이드(151)는, 프레임(105) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 슬라이딩 가이드(151)는, 프레임(105)의 상판(105U) 위에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 카운터 웨이트(130)와, 카운터 웨이트(130)의 운동을 안내하기 위한 웨이트 가이드(152)는 프레임(105)의 하판(105L) 위에 형성될 수 있다. 즉, 상기 카운터 웨이트(130)와 웨이트 가이드(152)는 프레임(105) 내부에 형성될 수 있는데, 보다 구체적으로, 상판(105U)과 하판(105L) 사이에 형성된 측벽(미도시)에 의해 둘러싸인 프레임(105) 내부 공간에 배치될 수 있다.

도 4 및 도 5에는 밸런스 동작을 구현하기 위한 주요 구성들을 도시한 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 의료용 로봇 베이스(100)는, 카운터 웨이트(130)와, 카운터 웨이트(130)의 슬라이딩 운동을 지지하기 위한 웨이트 가이드(152)와, 상기 카운터 웨이트(130)를 구동하기 위한 구동 모터(141)와, 상기 구동 모터(141)의 회전 운동을 웨이트 가이드 방향의 직선 운동으로 변환하기 위한 운동 변환 기구(145)를 포함한다.

상기 웨이트 가이드(152)는 카운터 웨이트(130)의 좌우 슬라이딩 운동을 지지하여 운동 궤적을 정의하는 것으로, 의료용 로봇(121)의 슬라이딩 가이드(151)와 같은 방향으로 연장될 수 있다. 카운터 웨이트(130)는 의료용 로봇(121)과 반대되는 나란한 방향을 따라 이동하면서 전체 무게 균형을 유지하는 밸런스 동작을 수행하게 된다.

상기 웨이트 가이드(152)는, 대략 로봇 베이스(100)의 중앙 위치로부터 좌우 방향으로 같은 폭 만큼 연장될 수 있다. 웨이트 가이드(152)의 좌우 폭은 카운터 웨이트(130)의 최대 변위를 정의할 수 있다. 이하에서는 카운터 웨이트(130)의 이동 궤적을 따라 어느 일단을 제1 제한 위치라고, 타단을 제2 제한 위치라고 한다. 그리고, 상기 제1, 제2 제한 위치의 중앙을 중앙 위치라고 한다. 예를 들어, 상기 제1 제한 위치는 우측으로 최대 변위에 해당되는 위치를 의미할 수 있고, 상기 제2 제한 위치는 좌측으로 최대 변위에 해당되는 위치를 의미할 수 있다.

한편, 상기 웨이트 가이드(152)와 카운터 웨이트(130) 사이에는 레일 장착부(131)가 마련될 수 있고, 상기 카운터 웨이터(130)는 레일 장착부(131) 상에 일체로 결합되어 레일 장착부(131)를 따라 웨이트 가이드(152)의 안내를 받으면서 좌우 방향의 슬라이딩 운동을 수행할 수 있다.

상기 구동 모터(141)는 컨트롤러의 제어를 받으며, 컨트롤러로부터 수신된 제어 신호에 따라 동작한다. 상기 컨트롤러는 구동 모터(141)를 제어함으로써 카운터 웨이트(130)의 위치 이동을 제어한다. 예를 들어, 상기 구동 모터(141)로서는 스태핑 모터가 사용될 수 있다. 상기 구동 모터(141)에는 모터의 회전 위치를 검출하기 위한 엔코더(미도시)가 마련될 수 있으며, 엔코더로부터 출력되는 펄스의 개수에 따라 모터의 회전 위치를 검출해낼 수 있다. 즉, 컨트롤러는 구동 모터(141)로부터 출력되는 펄스의 개수를 계수함으로써 구동 모터(141)의 회전 위치를 파악할 수 있다. 이하에서는 구동 모터(141)로부터 출력되는 여하의 형태의 회전 위치 정보를 카운트로 지칭하기로 한다. 즉, 구동 모터(141)의 카운트란, 구동 모터(141)의 엔코더(미도시)로부터 출력되는 펄스의 개수는 물론이고, 구동 모터(141)의 회전 위치를 나타내기 위한 여하의 정보를 포함한다.

구동 모터(141)의 카운트와, 카운터 웨이터(130)의 위치를 서로 맴핑시킨 대응관계는 메모리(미도시)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리(미도시)는 플래시 메모리로 마련될 수 있으며, 한번 저장된 대응관계는 전원의 차단 여부에 관계없이 유지될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 메모리(미도시)는 전원이 유지되는 동안에만 메모리 기능이 유지될 수 있다. 이러한 차이는 후술하는 바와 같이, 구동 모터(141)의 카운트와, 카운터 웨이트(130)의 위치를 서로 맵핑시킨 대응관계를 산출하는 캘리브레이션이 매 전원 인가시마다 이루어질 필요 없이 구동 초기에만 1회 이루어지고 이후로는 기 저장된 대응관계에 따라 카운터 웨이트(130)의 이동이 제어되는지, 아니면 상기한 캘리브레이션이 매 전원 인가시마다 수행되는지의 차이를 만들 수 있다.

예를 들어, 무게 균형을 위해 카운터 웨이트(130)를 특정 위치로 이동시킬 필요가 있을 때, 컨트롤러는 상기 메모리를 조회하여 카운터 웨이트(130)의 목표 위치에 해당되는 구동 모터(141)의 카운트를 파악할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 컨트롤러는 제1 제한 위치를 기준점으로 설정해두고, 상기 기준점으로부터 반대편 제2 제한 위치까지의 최대-카운트를 계수하여 둔 다음에, 최대-카운트를 메모리에 저장해둔다. 그리고 차후에 메모리에 저장된 최대-카운트 정보에 기초하여 목표 위치에 도달하기 위한 카운트를 산출해낼 수 있다. 예를 들어, 중앙 위치로 이동시키기 위해서는, 기준점으로부터 최대-카운트/2에 해당되는 카운트까지 구동 모터를 동작시키면 된다. 제1 제한 위치를 기준점으로 하여 제2 제한 위치까지의 최대-카운트는 구동 초기의 캘리브레이션을 통하여 결정될 수 있으며, 이러한 캘리브레이션은 매회 구동시마다 수행될 수도 있다.

상기 운동 변환 기구(145)는 구동 모터(141)의 회전 운동을 카운터 웨이터(130)의 직선적인 슬라이딩 운동으로 변환하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 상기 운동 변환 기구(145)는 구동 모터(141)와 동축으로 동력 연결되어 있는 볼 스크류(1451)와, 상기 볼 스크류(1451)와 나사 결합되어 슬라이딩 운동을 수행하는 기동부(1452)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기동부(1452)는 카운터 웨이터(130)의 하면에 결합되어 슬라이딩을 위한 이동 동력을 제공할 수 있다.

상기 로봇 베이스(100)에는 카운터 웨이트(130)의 제1, 제2 제한 위치를 검출하기 위한 제1, 제2 위치 센서(181,182)가 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2 위치 센서(181,182)는 각각 제1, 제2 제한 위치에 배치될 수 있고, 카운터 웨이터(130)가 이동 궤적을 따라 제1, 제2 제한 위치에 도달하였는지 여부를 검출해낼 수 있다.

예를 들어, 상기 위치 센서(181,182)는 광센서로 마련될 수 있으며, 발광 다이오드와 수광 센서의 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 다이오드와 수광 센서의 쌍은 카운터 웨이터(130)의 이동 궤적과 교차하는 방향으로 서로 마주보게 배치될 수 있다. 그리고, 발광 다이오드로부터 방출된 조사 광이 수광 센서에 의해 감지되거나, 또는 카운터 웨이트(130)에 가로막혀 차단되는지의 여부에 따라 현재 카운터 웨이트(130)가 제1 제한 위치 또는 제2 제한 위치에 도달하였는지 여부를 포착할 수 있다.

상기 카운터 웨이트(130)의 일 측에는 상기 위치 센서에 의한 카운터 웨이터의 포착을 위한 피검부(135)를 포함할 수 있다. 상기 카운터 웨이트(130)와 함께 일체적으로 이동하는 피검부(135)를 포착함으로써, 상기 위치 센서(181,182)는 카운터 웨이트(130)의 도달을 인식할 수 있다. 예를 들어, 상기 피검부(135)는 위치 센서(181,182)의 발광 다이오드와 수광 센서의 사이를 통과할 수 있도록 형성된 박판의 형태로 형성될 수 있다.

도 6은 캘리브레이션 동작을 위해 컨트롤러에 의해 수행되는 일련의 제어 단계들을 도시한 플로우 차트이다. 이하에서는 도면을 참조하여, 카운터 웨이트(130)의 위치와 구동 모터(141)의 카운트 간의 대응관계를 설정하기 위한 캘리브레이션에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 패널 조작에 따라 컨트롤러는 카운터 웨이트(130)를 우측으로 이동시키게 된다(S11). 그리고, 카운터 웨이트(130)가 이동 궤적을 따라 제1 제한 위치에 도달한 시점에서 구동 모터(141)를 초기화시킨다. 예를 들어, 구동 모터(141)의 초기화를 통하여 구동 모터(141)의 카운트가 제로(0)에 맞춰지게 되며, 제1 제한 위치는 기준점으로 설정된다(S12,S13). 카운터 웨이트(130)가 제1 제한 위치에 도달한 시점은 제1 위치 센서로부터 출력된 검출 신호를 분석함으로써 확인할 수 있다.

다음에, 상기 컨트롤러는 카운터 웨이트(130)를 좌측으로 이동시키게 된다(S14). 그리고, 카운터 웨이트(130)가 이동 궤적을 따라 제2 제한 위치에 도달한 시점에서의 카운트를 최대-카운트로서 메모리에 저장해둔다(S15,S16). 여기서, 상기 카운터 웨이트(130)가 제1 제한 위치로부터 제2 제한 위치로 이동하게 됨에 따라 카운트가 증가하게 되고, 제2 제한 위치에 도달한 시점의 카운트가 최대-카운트로 저장된다(S17). 카운터 웨이트가 제2 제한 위치에 도달한 시점은 제2 위치 센서로부터 출력된 검출 신호를 분석함으로써 확인할 수 있다.

다음에, 상기 컨트롤러는 카운터 웨이트(130)를 다시 우측으로 이동시키게 된다(S18). 그리고, 구동 모터(141)의 카운트 정보를 실시간으로 입수하여, 구동 모터(141)의 카운트가 최대-카운트/2이 되는 시점에서 구동 모터(141)의 동작을 중지시킨다(S19). 이러한 동작은 카운트 웨이터(130)를 이동 궤적의 중앙 위치에 위치시키기 위한 것으로, 기준점인 제1 제한 위치로부터 제2 제한 위치까지의 최대-카운트의 반이 되는 시점은, 카운터 웨이트(130)가 중앙 위치에 도달한 시점이 되기 때문이다.

도 7에는 캘리브레이션 결과로서 카운터 웨이트(130)의 위치와 구동 모터(141)의 카운터 간의 대응관계를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 최 우측 지점의 제1 제한 위치와, 최 좌측 위치의 제2 제한 위치 사이에서 카운터 웨이트(130)의 좌우 방향을 따르는 운동 궤적이 정의될 수 있다. 그리고, 상기 제1 제한 위치와 제2 제한 위치 사이의 정 가운데 지점은 중앙 위치로 정의될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 제1, 제2 제한 위치에는 제1, 제2 위치 센서(181,182)가 배치되어, 각각의 제1, 제2 제한 위치에 도달한 카운터 웨이트(130)를 포착할 수 있다.

앞서 설명된 캘리브레이션을 통하여 제1 제한 위치는 기준점으로 설정될 수 있으며, 이때 구동 모터의 카운트는 제로(0)에 해당될 수 있다. 그리고, 제2 제한 위치는 제1 제한 위치로부터 최대한 떨어진 위치로서, 기준점인 제1 제한 위치로부터 카운터 웨이터(130)의 최대 변위에 해당될 수 있다. 상기 제2 제한 위치는 구동 모터(141)의 최대-카운트에 해당될 수 있다. 그리고, 상기 중앙 위치는 최대-카운트의 절반에 해당될 수 있다. 이렇게, 카운터 웨이터(130)의 제1 제한 위치, 중앙 위치, 그리고, 제2 제한 위치는, 구동 모터(141)의 카운트로 맴핑되며, 제로(0), 최대-카운트의 절반, 그리고, 최대 카운트에 각각 대응될 수 있다.

도 8은 카운터 웨이트(130)의 밸런스 동작을 구현하기 위한 컨트롤러의 제어 단계들을 도시한 플로우 차트이다.

도면을 참조하면, 의료용 로봇(210)의 좌우 동작에 따라, 상기 컨트롤러는 카운트 밸런스(130)를 우측의 제1 제한 위치, 좌측의 제2 제한 위치, 그리고 중간의 중앙 위치로 이동시킬 수 있다. 물론 이러한 카운터 웨이트(130)의 밸런스 동작은 의료용 로봇(210)의 좌우 방향 이동에 따른 무게의 편심을 상쇄하기 위한 것으로, 의료용 로봇(210)의 이동 방향과 반대편으로 이동하게 되는 것이다.

먼저 컨트롤러는 의료용 로봇의 슬라이딩 이동에 따라 카운터 웨이터의 목표 위치를 산출하게 된다(S20). 그리고, 컨트롤러의 판단에 따라 카운터 웨이트(130)를 제1 제한 위치로 이동시키기 위해, 컨트롤러는 구동 모터(141)의 카운트가 제로(0)가 될 때까지 구동 모터(141)를 동작시키면 된다(S21~S24). 또한, 컨트롤러의 판단에 따라 카운터 웨이트(130)를 중앙 위치로 이동시키기 위해, 컨트롤러는 구동 모터(141)의 카운트가 최대-카운트/2가 될 때까지 구동 모터를 동작시키면 된다(S31~S34).

한편, 컨트롤러의 판단에 따라 카운터 웨이트를 제2 제한 위치로 이동시키기 위해, 컨트롤러는 구동 모터의 카운트가 최대-카운트가 될 때까지 구동 모터를 동작시키면 된다(S41~S44).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 의료용 로봇 베이스 101 : 후륜
103 : 전륜 105 : 프레임
105U : 프레임의 상판 105L : 프레임의 하판
110 : 리프트 엑츄에이터 121 : 브레이크 페달
130 : 카운터 웨이트 131 : 레일 장착부
135 : 피검부 141 : 구동 모터
145 : 운동 변환 기구 1451 : 볼 스크류
1452 : 기동부 151 : 슬라이딩 가이드
152 : 웨이트 가이드 181 : 제1 위치 센서
182 : 제2 위치 센서 205 : 로봇 장착부
210 : 의료용 로봇

Claims (14)

1. 전륜 및 후륜에 의해 이동 가능하게 지지되며, 그 위에 의료용 로봇을 탑재하기 위한 의료용 로봇 베이스로서,
   상기 의료용 로봇을 좌우 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 가이드; 및
   상기 의료용 로봇의 슬라이딩 운동에 따른 무게 편심을 상쇄하기 위해, 상기 의료용 로봇의 슬라이딩 운동과 반대되는 좌우 방향으로 이동하는 카운터 웨이트;
   상기 카운터 웨이트의 슬라이딩 운동을 지지하기 위한 웨이트 가이드; 및
   상기 카운터 웨이트의 구동을 위한 것으로, 컨트롤러의 제어 하에서 구동되는 구동 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 카운터 웨이트의 슬라이딩 운동으로 변환하기 위한 운동 변환 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 운동 변환 기구는,
   상기 구동 모터와 동축으로 동력 연결되어 있는 볼 스크류; 및
   상기 볼 스크류에 나사 결합되어 상기 카운터 웨이트와 함께 일체적으로 슬라이딩 운동을 수행하는 기동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩 가이드는 상기 의료용 로봇이 탑재되는 프레임 상에 설치되고,
   상기 카운터 웨이트 및 웨이트 가이드는 상기 프레임 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩 가이드와 웨이트 가이드는 서로 나란한 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 카운터 웨이트의 운동 궤적을 따라 최대 변위에 해당되는 일단의 제1 제한 위치와, 반대편 타단의 제2 제한 위치에서 상기 카운터 웨이트를 포착하기 위한 제1 위치 센서와 제2 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1, 제2 위치 센서는 조사 광의 차단 여부에 따라 카운터 웨이트가 제1 제한 위치 또는 제2 제한 위치에 도달하였음을 포착하는 광센서로 마련되는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
8. 제1항에 있어서,
   상기 구동 모터는 회전체의 회전 위치를 나타내는 카운터를 출력하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
9. 제8항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 의료용 로봇의 슬라이딩 구동에 따라,
   상기 카운터 웨이트의 목표 위치와, 상기 구동 모터의 카운터 간의 대응관계를 저장해둔 메모리를 조회하고,
   카운터 웨이트의 목표 위치에 대응되는 구동 모터의 카운터가 출력될 때까지 구동 모터를 동작시키는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
10. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    패널 조작에 따른 운용자의 지시 신호에 따라,
    상기 의료용 로봇 베이스를 최 좌측 위치, 최 우측 위치, 또는 중앙 위치로 이동시키는 한편으로,
    상기 카운터 웨이트를 제1 제한 위치, 제2 제한 위치, 또는 중앙 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 제한 위치를 기준으로 하여, 제2 제한 위치까지 구동 모터의 최대-카운트가 저장된 메모리를 조회하고,
    상기 구동 모터의 카운트가 제로(0)인 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이터를 제1 제한 위치로 이동시키고,
    상기 구동 모터의 카운트가 최대-카운트의 절반이 되는 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이터를 중앙 위치로 이동시키며,
    상기 구동 모터의 카운트가 최대-카운트가 되는 시점까지 구동 모터를 동작하여, 카운터 웨이트를 제2 제한 위치까지 이동시키는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
12. 제11항에 있어서,
    상기 최대-카운터는,
    상기 의료용 로봇 또는 의료용 로봇 베이스의 구동 초기에 캘리브레이션을 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
13. 제11항에 있어서,
    상기 최대-카운터는,
    상기 의료용 로봇 또는 의료용 로봇 베이스의 매 전원 인가시마다 캘리브레이션을 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 캘리브레이션에서,
    상기 컨트롤러는,
    카운터 웨이트가 이동 궤적을 따라 일단의 제1 제한 위치에 도달한 시점에서 카운터를 제로(0)로 설정하여 초기화하고,
    카운터 웨이트가 이동 궤적을 따라 타단의 제2 제한 위치에 도달한 시점에서 카운터를 최대-카운터로 설정하고,
    상기 최대-카운터를 메모리에 저장해두는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 베이스.

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