KR20180001153A - A translation type of delta robot and a surgical robot comprising thereof - Google Patents
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Abstract
Description
아래의 실시예는, 병진형 델타 로봇 및 이를 포함하는 수술용 로봇에 관한 것이다. The following embodiment relates to a translational type delta robot and a surgical robot including the same.
델타로봇은 컨베이어 상의 물체를 자체 감지기능에 의해 픽업하여 다른 컨베이어 또는 기타 장소로 이동시켜주는 지능형 로봇이다. 이러한 델타로봇은 3개 이상의 축이 지속적으로 동기화해 움직이면서 구동한다.Delta robots are intelligent robots that pick up objects on the conveyor by self-sensing and move them to another conveyor or other location. These delta robots are driven by three or more axes that are continuously synchronized and moving.
이러한 델타로봇은 소형이면서도 고속의 픽 앤 플레이스(Pick & Place)작업을 할 수 있어서 소형 데스크탑형 표면실장기술(Surface Mount Technology: SMT)설비 픽 앤 플레이스(Pick & Place) 로봇에 활용되어 왔다.These delta robots have been used in small desktop and surface mount technology (SMT) pick-and-place robots because they can perform small and high speed pick and place operations.
3점지지 방식의 델타로봇은, 상부 플레이트와 하부 플레이트가 마련되고, 이들을 3지점의 로드 암에 의해 연결하고, 상부 플레이트에는 로드 암을 구동하기 위한 모터가 형성되어, 모터의 구동에 의해 상부 플레이트에 대한 하부 플레이트의 상대적 위치를 조절하는 동작 특성을 가지고 있다. 하부 플레이트의 하부에는 픽업되는 물품의 회전을 위한 그립퍼가 형성되어 있다.The three-point support type delta robot is provided with an upper plate and a lower plate, which are connected by three-point rod arms, and a motor for driving the rod arm is formed on the upper plate, The lower plate has an operating characteristic for adjusting the relative position of the lower plate relative to the lower plate. And a gripper for rotating the article to be picked up is formed at a lower portion of the lower plate.
그러나, 델타 로봇의 회전 자유도를 구현하는 볼링크는 홀더가 볼을 50%이상 감싸는 형태의 구조적인 이유로 회전반경이 적고, 장기간 사용시 면 마찰에 의한 백래쉬가 증가하는 문제점이 있다. 이러한 델타로봇의 백래쉬의 증가는 오차발생 가능성이 높아 정밀한 작업에 적합하지 않다. However, the ball link that implements the rotational freedom of the delta robot has a problem that the radius of rotation is small due to the structure of the holder which covers the ball by 50% or more, and the backlash due to the surface friction increases during long-term use. The increase of backlash of such a delta robot is not suitable for precise work due to high possibility of error.
또한, 델타 로봇을, 미세 수술 분야에 활용하기 위해서는, 정밀도를 기존에 비하여 비약적으로 상승시켜야 하나, 3개의 지지점의 이동 자체의 정밀도만을 증가시키는 것에는 비용이 과도하게 상승할 수 있으며, 작업성이 떨어질 수 있다. In order to utilize the delta robot in the field of micro-surgery, the precision should be increased dramatically compared to the conventional one. However, only increasing the precision of the movement of the three supporting points may increase the cost excessively, It can fall.
일 실시예에 따른 목적은, 2개의 3점 지지 방식의 델타 로봇을 병렬로 배치하는 것이다. An object according to an embodiment is to arrange two three-point support type delta robots in parallel.
일 실시예에 따른 목적은, 구동 샤프트를 지지하는 두 개의 그리퍼의 간격을 조절하는 것이다. An object according to an embodiment is to adjust the gap between the two grippers supporting the drive shaft.
일 실시예에 따른 로봇은, 순서대로 배치되는 제1 지지점, 제2 지지점, 및 작용점을 포함하는 샤프트; 상기 제1 지지점을 이동가능하게 지지하는 제 1 델타 로봇; 및 상기 제 1 델타 로봇과 병렬로 연결되고 상기 제2 지지점을 이동가능하게 지지하는 제2 델타 로봇을 포함할 수 있다. A robot according to one embodiment includes: a shaft including a first support point, a second support point, and a point of action, which are placed in order; A first delta robot movably supporting the first support point; And a second delta robot connected in parallel with the first delta robot and movably supporting the second support point.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점은 상기 샤프트의 일 단부에 배치되고, 상기 작용점은 상기 샤프트의 타 단부에 배치되고, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리는 조절할 수 있다. According to one aspect, the first supporting point is disposed at one end of the shaft, the working point is disposed at the other end of the shaft, and the distance between the first supporting point and the second supporting point can be adjusted.
일 측에 따르면, 상기 작용점은 상기 제1 지지점의 이동시, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리 대비 상기 제2 지지점과 작용점의 거리의 비에 따라 이동 반경이 달라질 수 있다.According to one aspect of the present invention, the movement radius may vary depending on the ratio of the distance between the first support point and the second support point to the distance between the second support point and the action point, when the first support point is moved.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리가 가까워지는 경우, 상기 제1 지지점의 이동 거리 대비 상기 작용점의 이동 거리가 증가할 수 있다. According to one aspect, when the distance between the first support point and the second support point is short, the movement distance of the action point with respect to the movement distance of the first support point may increase.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리가 멀어지는 경우, 상기 제1 지지점의 이동 거리 대비 상기 작용점의 이동 거리가 감소할 수 있다. According to one aspect of the present invention, when the distance between the first support point and the second support point is increased, the movement distance of the action point with respect to the movement distance of the first support point may be reduced.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점은 제1 평면 상에서 움직이고, 상기 제2 지지점 제2 평면 상에서 움직일 수 있따. According to one aspect, the first fulcrum moves on a first plane and the second fulcrum moves on a second plane.
일 측에 따르면, 상기 제1 평면과 제2 평면은 평행할 수 있다. According to one aspect, the first plane and the second plane may be parallel.
일 측에 따르면, 상기 제1 델타 로봇 및 제2 델타 로봇은, 각각, 3개의 지지 로드; 상기 지지 로드의 길이방향을 따라 이동하는 3개의 이동부; 상기 샤프트를 이동가능하게 지지하는 그리퍼; 및 상기 이동부와 그리퍼 사이를 연결하는 N 개의 암(arm)을 포함할 수 있다. According to one aspect, the first delta robot and the second delta robot each include three support rods; Three moving parts moving along the longitudinal direction of the support rod; A gripper movably supporting the shaft; And N arms connecting the moving part and the gripper.
일 측에 따르면, 상기 회전 암은 각각의 상기 이동부 및 그리퍼에 회전가능하게 연결될 수 있다. According to one aspect, the rotary arm may be rotatably connected to each of the moving part and the gripper.
일 측에 따르면, 상기 제1 델타 로봇 및 제2 델타 로봇은, 각각, 상기 3개의 이동부 각각의 움직임을 발생시키는 3개의 구동원을 더 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the first delta robot and the second delta robot may further include three driving sources each for generating movement of each of the three moving parts.
일 측에 따르면, 상기 그리퍼의 평면 내 이동은, 상기 3개의 이동부의 각각의 상하 운동으로부터 발생할 수 있다. According to one aspect, the in-plane movement of the gripper may arise from the up-and-down movement of each of the three moving parts.
일 측에 따르면, 상기 제1 델타 로봇의 지지 로드와, 상기 제2 델타 로봇의 지지 로드는 서로 평행할 수 있다. According to one aspect, the support rods of the first delta robot and the support rods of the second delta robot may be parallel to each other.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리는, 상기 제1 델타 로봇의 이동부와 상기 제2 델타 로봇의 이동부 사이의 거리를 조절하는 것에 의하여, 조절 가능하다. According to one aspect, the distance between the first support point and the second support point is adjustable by adjusting the distance between the moving part of the first delta robot and the moving part of the second delta robot.
일 실시예에 따른 수술용 로봇은, 차례로 배치되는 제1 지지점, 제2 지지점 및 작용점을 포함하는 샤프트; 상기 제1 지지점을 이동가능하게 지지하는 제 1 델타 로봇; 상기 제 1 델타 로봇과 병렬로 연결되고 상기 제2 지지점을 이동가능하게 지지하는 제2 델타 로봇; 및 상기 작용점에 연결되는 수술용 장치를 포함할 수 있다.A surgical robot according to one embodiment comprises: a shaft including a first support point, a second support point and a point of action arranged in turn; A first delta robot movably supporting the first support point; A second delta robot connected in parallel with the first delta robot and movably supporting the second support point; And a surgical device coupled to the point of action.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점은 상기 샤프트의 일 단부에 배치되고, 상기 작용점은 상기 일 단부의 반대편 단부에 배치될 수 있다. According to one aspect, the first support point is disposed at one end of the shaft, and the action point may be disposed at the opposite end of the one end.
일 측에 따르면, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리를 증가시키는 것에 의하여, 상기 수술용 장치의 정밀도를 향상시키고, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리를 감소시키는 것에 의하여, 상기 수술용 장치의 정밀도를 감소시킬 수 있다.According to one aspect, by increasing the distance between the first support point and the second support point, by improving the precision of the surgical apparatus and by reducing the distance between the first and second support points, The accuracy of the surgical apparatus can be reduced.
일 측에 따르면, 상기 1 지지점 또는 제2 지지점에 배치되고, 상기 샤프트를 상기 샤프트의 길이 방향을 회전축으로 회전시키기 위한 회전 모듈을 더 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the apparatus may further include a rotation module disposed at the first support point or the second support point, for rotating the shaft in the longitudinal direction of the shaft with the rotation axis.
일 측에 따르면, 상기 회전 모듈은 상기 수술용 장치에 통합될 수 있다. According to one aspect, the rotating module may be integrated into the surgical device.
일 실시예에 따르면, 구동 샤프트를 지지하는 두 개의 그리퍼의 간격을 조절하여, 작업의 정밀도를 변경할 수 있다. According to one embodiment, the spacing of the two grippers supporting the drive shaft can be adjusted to change the precision of the work.
일 실시예에 따르면, 2개의 델타 로봇을 병렬로 배치함으로써, 견고한 구조를 달성 할 수 있고, 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀한 움직임이 가능하다.According to one embodiment, by arranging two delta robots in parallel, a robust structure can be achieved, and accurate movement with less vibration and backlash is possible.
일 실시예에 따르면, 델타 로봇을 이중으로 활용함으로써 기존의 델타로봇이 가지고 있던 작은 동작 가능범위라는 한계를 넘어설 수 있다 .According to one embodiment, by using a dual Delta robot, it is possible to overcome the limit of the small operation range that existing Delta robots have.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 은 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇의 움직임을 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇의 정밀도 및 동작 가능범위 조정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇의 정밀도 및 동작 가능범위 조정을 나타낸 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇을 포함하는 수술용 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 회전 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 회전 모듈의 다른 배치를 나타낸 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 전체 구성을 나타낸 구조도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a perspective view illustrating a translational type delta robot according to an embodiment.
2 is a perspective view illustrating movement of a translational type delta robot according to an embodiment.
3 is a schematic diagram illustrating the precision and operable range adjustment of a translational delta robot according to one embodiment.
4 is a perspective view illustrating the precision and operable range adjustment of the translational type delta robot according to one embodiment.
5 is a perspective view illustrating a surgical robot including a translational delta robot according to an embodiment.
6 is a cross-sectional view illustrating a rotation module of a surgical robot according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view showing another arrangement of the rotation module of the surgical robot according to the embodiment.
FIG. 8 is a structural view showing the entire configuration of a surgical robot according to an embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
도 1 은 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇(1)을 나타낸 사시도이다. 1 is a perspective view showing a translational
병진형 델타 로봇(1)은 두 개의 제1 델타 로봇(10), 및 제2 델타 로봇(20)이 병렬로 연결되어 있는 형태이다. 제1 델타 로봇(10) 및 제2 델타 로봇(20)은, 이동점들(12, 13, 14, 22, 23, 24)들이 이동하는 방향에 평행한 방향으로, 순서대로 상 하로 배치될 수 있다. The translational
샤프트(30)는, 병진형 델타 로봇(1)의 중앙 부근에서 이동하도록 배치되고,. 세 개의 지점(11, 21,31)을 포함한다. The shaft (30) is arranged to move in the vicinity of the center of the translational type delta robot (1). And includes three
샤프트(30)의 제1 지지점(11)은 상단 말단부에 위치되고, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼(15)에 의하여 지지된다. 샤프트(30)의 제2 지지점(21)은, 샤프트(30)의 양 단부 사이의 중간 부분 중 어느 지점에 해당하고, 제2 델타 로봇(20)의 그리퍼(25)에 의하여 지지된다.The
제1 지지점(11)의 위치는 일반적으로 고정이고, 제2 지지점(21)의 위치는 병진형 델타 로봇(1)의 정밀도 또는 이동성 향상을 위하여 변경될 수 있다. 따라서, 상기 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리는 조절될 수 있다. The position of the
샤프트(30)의 작용점(31)은 제1 지지점(11)의 반대편 단부에 배치된다. 작용점(31)에는 로봇에서 이용될 수 있는 각종 작업 도구, 의료용 장치, 절단기 등이 배치될 수 있다. The working
제1 델타 로봇(10)의 각각의 이동점들(12, 13, 14)은, 각 이동점들이 고정되는 로드를 따라 상하로 슬라이딩 할 수 있다. 또한, 제1 델타 로봇(10)의 이동점들(12, 13, 14)은 각각 링크에 의하여 그리퍼(15)와 연결될 수 있다. 각각의 이동점들(12, 13, 14) 상기 로드를 따라 상측 또는 하측으로 이동하게 되면, 이와 연동하여 그리퍼(15)가 이동하면서 제1 지지점(11)을 이동시킬 수 있다. Each of the
같은 방식으로, 제2 델타 로봇(10)의 각각의 이동점들(22, 23, 24)은, 각 이동점들이 고정되는 로드를 따라 상하로 슬라이딩 할 수 있고, 각각 링크에 의하여 그리퍼(25)와 연결될 수 있다. 각각의 이동점들(22, 23, 24)이 상기 로드를 따라, 상측 또는 하측으로 이동하게 되면, 이와 연동하여 그리퍼(25)가 이동하면서 제2 지지점(21)을 이동시킬 수 있다.In the same manner, each of the movement points 22, 23, 24 of the
도 2는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇(1)의 움직임을 나타낸 사시도이다. 도 2(a)는, 샤프트(30)의 X, Y, Z 축 방향으로의 움직임을 나타내고, 도 2(b)는 샤프트(30)의 롤(roll), 피치(pitch) 회전 움직임을 나타낸다. 2 is a perspective view showing the movement of the translational
제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)의 거리가 고정된 상태에서, 샤프트(30)의 제1 지지점(11)은, 제1 평면(A) 내에서 움직이고, 샤프트(30)의 제2 지지점(21)은 제2 평면(B) 내에서 움직이고, 샤프트(30)의 작용점(31)은 제3 평면(C)내에서 움직일 수 있다. 제1 평면(A)과 제2 평면(B)은 실질적으로 평행할 수 있다. The
도 2(a)를 참고하면, 샤프트(30)는 X, Y, Z 축 방향으로 병진 이동할 수 있다. Referring to FIG. 2 (a), the
샤프트(30)가 X축 또는 Y 축으로 방향으로 병진 이동하는 경우에는, 각 지점(11, 21, 31)의 이동 평면(A, B, C)의 위치는 변하지 않게 된다. 또한, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼(15)와 제2 델타 로봇(20)의 그리퍼(25)는 서로 동일한 움직임을 나타낼 수 있다. The positions of the moving planes A, B, and C of the
샤프트(30)의 Z 축 방향으로의 병진 이동은, 제1 델타 로봇(10)의 이동점들과 제2 델타 로봇(20)의 이동점들이 동일한 방향으로 이동하는 것에 의하여 발생할 수 있다. 샤프트(30)가 Z축으로 방향으로 병진 이동하는 경우에는, 샤프트(30)가 이동하는 만큼, 각 지점의 이동 평면(A, B, C)이 Z 축 방향으로 이동할 수 있다. The translational movement of the
도 2(b)는 샤프트(30)의 롤(roll), 피치(pitch) 회전 움직임을 나타낸다. 롤(roll), 피치(pitch) 회전 움직임을 위하여, 제2 지지점(21)은 그 위치가 실질적으로 고정되고, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼(15)가 제1 평면(A) 내에서 움직이면서 샤프트(30)의 제1 지지점(11)을 이동시킬 수 있다. Fig. 2 (b) shows the roll and pitch rotation movement of the
제1 델타 로봇(10)의 그리퍼(15)가 Y축 방향과 평행하게 움직이는 경우에는 샤프트(30)에 대하여 X축을 회전축으로 하는 롤 회전이 발생할 수 있고, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼(15)가 X축 방향과 평행하게 움직이는 경우에는 샤프트(30)에 대하여 Y축을 회전축으로 하는 피치 회전이 발생할 수 있다. When the
샤프트(30)의 요우(Yaw) 회전에 대해서는 도 7 및 8에서 후술한다. Yaw rotation of the
도 3은 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇(1)의 정밀도 및 동작 가능범위 조정을 나타낸 개략도이고, 이는 도 2(b)의 롤 피치 회전 운동과 관련이 있다. 도 3에서 제2 지지점(21)은 지렛대의 중심 역할을 할 수 있다. FIG. 3 is a schematic diagram showing the precision and operable range adjustment of the
제1 델타 로봇(10) 및 제2 델타 로봇(20)의 각각의 그리퍼(15, 25)를 X, Y, Z의 3자유도로 움직이게 할 수 있으며 두 델타 로봇을 병렬로 사용할 경우, X, Y, Z 방향 움직임에 롤, 피치 움직임과 지렛대 중심(fulcrum point) 조정 움직임이 추가될 수 있다. The
도 3(a)는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리가 가까운 경우에 해당하고, 예를 들어, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리와 제2 지지점(21)과 작용점(31) 사이의 거리의 비가 1:2 정도 되는 경우이다. 3 (a) corresponds to a case in which the distance between the first supporting
이 경우에는, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼가 제1 지지점(11)을 이동시키는 거리에 비하여, 작용점(31)이 이동하는 거리가 실질적으로 2배 정도가 될 수 있다. 따라서, 샤프트(30)의 작용점(31)이 넓은 범위에 걸쳐 빠른 시간 내에 이동하는 작업이 필요한 경우에는, 도 3(a)와 같이, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리를 조정할 수 있다. In this case, the distance that the
도 3(b)는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)의 거리가 중간 정도인 경우에 해당하고, 예를 들어, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리와 제2 지지점(21)과 작용점(31) 사이의 거리의 비가 1:1 정도 되는 경우이다. 3 (b) corresponds to a case where the distance between the first supporting
이 경우에는, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼가 제1 지지점(11)을 이동시키는 거리와, 작용점(31)이 이동하는 거리가 실질적으로 동일한 수준이 될 수 있다. 따라서, 도 3(a)와 도 3(c)의 중간 정도의 정밀도가 요구되는 작업에서 활용될 수 있다. In this case, the distance at which the gripper of the
도 3(c)는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)의 거리가 멀어진 경우에 해당하고, 예를 들어, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리와 제2 지지점(21)과 작용점(31) 사이의 거리의 비가 2:1정도 되는 경우이다. 3 (c) corresponds to a case where the distance between the first supporting
이 경우에는, 제1 델타 로봇(10)의 그리퍼가 제1 지지점(11)을 이동시키는 거리에 비하여, 작용점(31)이 이동하는 거리가 실질적으로 절반 정도가 될 수 있다. 따라서, 샤프트(30)의 작용점(31)을 좁은 범위에 걸쳐 이동시켜야 하는 정밀한 작업이 필요한 경우에는, 도 3(c)와 같이, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리가 멀어지도록 결정할 수 있다. In this case, the distance that the
앞서 설명한 내용을 종합하면, 작용점(31)의 이동 반경은, 제1 지지점(11)에 대한 제2 지지점(21)의 상대적인 위치에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리가 가까워지는 경우, 제1 지지점(11)의 이동 거리 대비 작용점(31)의 이동 거리가 증가하게 되고, 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리가 멀어지는 경우, 제1 지지점(11)의 이동 거리 대비 작용점(31)의 이동 거리가 감소하게 된다. The movement radius of the
따라서, 도 3(a)에서 도 3(c)로 갈수록, 지렛대의 원리에 의하여 정밀도가 증가하고, 이와 반대로 도 3(c)에서 도 3(a)로 갈수록 동작 가능 범위가 증가하며, 이는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21) 사이의 거리를 조절하는 것에 의하여 정밀하게 조절이 가능하다. 3 (a) to Fig. 3 (c), the accuracy increases by the principle of the leverage, and conversely, the operable range increases from Fig. 3 (c) to Fig. 3 1 can be precisely adjusted by adjusting the distance between the supporting
도 4는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇(1)의 정밀도 및 동작 가능범위 조정을 나타낸 사시도이다. 도 4(a)는 도 3(a)에 대응하는 모습을 나탸내고, 도 4(b)는 도 3(b)에 대응하는 모습을 나타낸다, 도 4(c)는 도 3(c)에 대응하는 모습을 나탸낸다. 4 is a perspective view showing the precision and operable range adjustment of the translational
도 4(a) 내지 4(c)에서, 제1 지지점(11)이 이동하는 평면(A) 내 반경은 동일하고, 제1 지지점(11)이 이동하는 거리 대비 작용점(31)의 이동하는 거리를 나타내는 평면(C)의 반경은 각각의 도 4(a) 내지 4(c)가 모두 다르다. 4 (a) to 4 (c), the radii in the plane A on which the first supporting
도 4(a)에서는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)사이의 거리가 가깝기 때문에, 작용점(31)이 이동하는 평면(C)의 반경이 가장 크고, 도 4(b)에서는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)사이의 거리가 중간 정도이기 때문에, 작용점(31)이 이동하는 평면(C)의 반경이 중간 정도를 나타내고, 도 4(c)에서는 제1 지지점(11)과 제2 지지점(21)사이의 거리가 가장 멀기 때문에, 작용점(31)이 이동하는 평면(C)의 반경이 상대적으로 작게 나타난다. 4A, since the distance between the first supporting
예를 들어, 도 4(a)의 경우에는, 넓은 동작 가능범위를 가진다는 특징이 있으므로 낮은 정밀도를 가지는 수술 작업에 활용될 수 있고, 도 4(b)의 경우에는 적당한 수준의 동작 가능범위를 가진다는 특징이 있으므로, 적당한 정밀도를 가지는 수술 영역에 접근하는 과정에서 활용할 수 있으며, 도 4(c)의 경우에는, 작은 동작범위를 가지면서 높은 정밀도를 나타낼 수 있으므로, 높은 정밀도를 요구하는 수술 작업에 활용할 수 있다. For example, in the case of FIG. 4 (a), since it has a wide operable range, it can be utilized for a surgical operation with low precision, and in the case of FIG. 4 (b) In the case of FIG. 4 (c), since a high accuracy can be obtained while having a small operation range, it is possible to perform a surgical operation requiring high precision .
도 5는 일 실시예에 따른 병진형 델타 로봇(1) 구조가 적용된 수술용 로봇(100)을 나타낸 사시도이다. 5 is a perspective view showing a
수술용 로봇(100)은 제1 델타 로봇(110), 및 제1 델타 로봇(110)의 하측에 병렬로 연결되는 제2 델타 로봇(120), 제1 델타 로봇(110) 및 제2 델타 로봇(120)에 의하여 이동하는 샤프트(130), 및 샤프트(130)의 하측 끝단에 배치되는 수술용 장치(140)를 포함할 수 있다. The
도 5를 참고하면, 각각의 제1 델타 로봇(110) 및 제2 델타 로봇(120)은, 3개의 지지 로드(111, 121), 지지 로드(111, 121)의 길이방향을 따라 이동하는 3개의 이동부(112, 122), 샤프트(130)를 이동가능하게 지지하는 하나의 그리퍼(115, 125), 및 이동부(112, 122)와 그리퍼(115, 125)사이를 연결하는 3개의 암(113, 143)을 포함할 수 있다. 5, each of the
각각의 암(113, 143)과 대응하는 이동부(112, 122)는 서로에 대하여 상대적으로 회전가능하게 연결될 수 있고, 각각의 암(113, 143)과 대응하는 그리퍼(115, 125)는 서로에 대하여 상대적으로 회전가능하게 연결될 수 있다. The moving
제1 델타 로봇(110)의 그리퍼(115)는 샤프트(130)의 상단 단부, 즉 제1 지지점을 지지하고, 제2 델타 로봇(120)의 그리퍼(125)는 샤프트(130)의 양 단부 사이의 특정한 지점인 제2 지지점을 지지하고, 수술용 장치(140)는 샤프트(130)의 하단 단부에 연결된다. The
수술용 로봇(100)의 상단 프레임(150)은 제1 델타 로봇(111)의 세 개의 지지 로드(111)의 각각의 상단을, 중심을 기준으로 서로 120도의 각도를 이루도록 배치한다. 수술용 로봇(100)의 하단 프레임(170)은, 제2 델타 로봇(120)의 세 개의 지지 로드(121)의 각각의 하단을 중심을 기준으로 서로 120도의 각도를 이루도록 배치한다.The
제1 델타 로봇(111)의 지지 로드(111)와 제2 델타 로봇(120)의 지지 로드(121)는 서로 미들 프레임(160)에 의하여 연결될 수 있으며, 실질적으로, 제1 델타 로봇(111)의 지지 로드(111)와 제2 델타 로봇(120)의 지지 로드(121)는 평행하다. The
각 프레임들(150, 160, 170)은 도 5에 도시된 바와 같이 삼각형으로 형성될 수 있으나, 지지 로드(111, 121)의 각각의 위치가 변경될 수 있으므로, 각 프레임들(150, 160, 170)은 원형 또는 다른 다각형으로 형성될 수 있다. Each of the
제1 델타 로봇(110)의 세 개의 이동부(112)들 각각은 별개의 구동원(M)에 의하여 각각의 지지 로드(112)를 따라 이동할 수 있다. 그리퍼(115)가 평면적으로 움직이기 때문에, 세 개의 이동부(112)들 각각의 움직임의 상하 방향과 크기는 서로 달라질 수 있다. Each of the three moving
마찬가지로, 제2 델타 로봇(120)의 세 개의 이동부(122)들 각각은 별개의 구동원(M)에 의하여 각각의 지지 로드(122)를 따라 이동할 수 있다. 제2 델타 로봇(120)의 그리퍼(125)가 평면적으로 움직이기 때문에, 세 개의 이동부(122)들의 움직임의 상하 방향과 크기가 서로 달라질 수 있다. Likewise, each of the three moving
기존의 미세 수술용 로봇들은 주로 각 수술에 특화된 형태의 메커니즘을 갖도록 개발되었고, 여러 수술에 범용으로 사용하기에는 구조적인 한계 및 동작 가능범위(Workspace)의 한계를 갖고 있는 경우가 대부분이나, 일 실시예에 따른 수술용 로봇(100)은 2중 병렬형 델타로봇 구조 및 지렛대의 원리를 적용하여 동작 가능 범위와 정밀도 조정이 가능한 메커니즘을 제공할 수 있다. Conventional microsurgery robots have been mainly developed to have a mechanism specialized for each surgery, and most of them have a structural limit and a workspace limit for general use in various operations, The
이러한 메커니즘은, 제어적으로 RCM(Remote Center of Motion) 및 다자유도 움직임이 동시에 가능한 메커니즘이므로 RCM이 필요한 안구 수술뿐 만 아니라 미세 혈관/신경의 연결 등 다양한 미세수술 분야에 범용적으로 적용 할 수 있다. This mechanism is a mechanism that can simultaneously control the RCM (Remote Center of Motion) and the multi-degree of freedom movement. Therefore, RCM can be universally applied to various micro surgical fields such as microvascular / nerve connection as well as eye surgery have.
이러한 메커니즘은, 지렛대의 받침점(Fulcrum Point)를 가변 가능하도록 구성하여 수술용 로봇에 장착될 샤프트 끝단 움직임의 정밀도(precision)와 동작 가능범위(Workspace)를 가변 가능하여 미세수술 타겟에 맞는 움짐임의 가변이 가능하다.Such a mechanism can be configured to vary the fulcrum point of the lever so that the precision and the workspace of the shaft end motion to be mounted on the surgical robot can be varied, This is possible.
도 6은 일 실시예에 따른 수술용 로봇(100)에 적용 가능한 회전 모듈(200)을 나타낸 단면도이다. 회전 모듈(200)은 수술용 로봇(100)의 제1 그리퍼(115) 또는 제2 그리퍼(125) 상에 설치될 수 있다. 이와 다르게, 샤프트(230)의 다른 곳에도 설치될 수 있다. 6 is a cross-sectional view illustrating a
회전 모듈(200)은, 본체(215), 본체(215)의 측면에 설치되는 제1 기어(216), 제1 기어(216)와 맞물리고 샤프트(230)에 끼워지는 제2 기어(231), 제1 기어(216)를 회전시키기 위한 회전축(217)을 포함할 수 있다. The
회전 모듈(200)에 설치되는 구동원은 먼저 회전축(217)을 회전시키고, 이에 따라 제1 기어(216)는 제2 기어(231)를 회전시키고, 다음으로 샤프트(230)가 회전하게 된다. 이를 통해 샤프트(230)의 길이방향을 회전축으로 하는 요우(yaw) 회전이 달성될 수 있다. The driving source installed in the
도 7은 일 실시예에 따른 수술용 로봇(100)의 회전 모듈(200)의 다른 배치를 나타낸 사시도이다. 회전 모듈(200)은 샤프트(130)와 수술용 장치(140) 사이에 배치되어, 수술용 장치(140) 자체를 회전시킬 수 있다. 7 is a perspective view showing another arrangement of the
도 6의 경우와 같이, 회전 모듈(200)을 그리퍼(115, 125) 상에 설치하는 경우에는 회전 모듈(200)이 샤프트(130) 및 수술용 장치(140)를 모두 회전시켜야 하므로, 많은 힘을 필요로 할 수 있다. 6, when the
이에 비하여 도 7의 경우에는, 회전 모듈(200)이 수술용 장치(140)만을 회전시키면 되는 것이므로, 회전 모듈(200)에 가해지는 부담이 더 적어질 수 있다. In contrast, in the case of FIG. 7, since only the
도 8은 일 실시예에 따른 수술용 로봇(100)의 전체 구성을 나타낸 구조도이다. FIG. 8 is a structural view showing the entire configuration of a
제1 델타 로봇(110) 및 제2 델타 로봇(120)의 작동은 각각 제어부(180)에 의하여 제어되고, 샤프트(130)는 제1 델타 로봇(110) 및 제2 델타 로봇(120)에 의하여 이동될 수 있다. The operation of the
제어부(180)는 제1 델타 로봇(110)의 세 개의 구동원들(114) 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(114)의 작동에 따라 이동부(122)가 이동하고, 이동부(112)에 연결된 암(113)이 이동하면서, 그리퍼(115)를 이동시킨다. 그리퍼(115)는 최종적으로 샤프트(130)의 제1 지지점을 이동시킨다. The
또한, 제어부(180)는 제2 델타 로봇(120)의 세 개의 구동원들(114) 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(124)의 작동에 따라 이동부(122)가 이동하고, 이동부(122)에 연결된 암(123)이 이동하면서, 그리퍼(125)를 이동시킨다. 그리퍼(125)는 최종적으로 샤프트(130)의 제2 지지점을 이동시킨다. In addition, the
수술용 장치(140)의 이동은 샤프트(130)의 이동에 따라 연동되어 진행될 수 있다. The movement of the
앞서 설명한 실시예에 따르면, 델타 로봇 로봇이라는 견고한 구조를 사용함으로 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀 움직임이 가능하며, 델타 로봇을 이중으로 활용함으로써 기존의 델타 로봇이 가지고 있던 작은 동작 가능 범위라는 한계를 넘어설 수 있다. According to the above-described embodiment, since a rigid structure called a delta robot robot is used, precise movement with less vibration and backlash can be performed, and by utilizing the delta robot in a double manner, the delta robot has a small operation range .
또한, 기존의 산업 전반에 사용되고 있던 정밀한 델타 로봇 구조를 활용하여 정밀도와 동작 가능범위를 필요에 따라 조절 가능하므로, 의료 로봇 뿐만 아니라 필요에 따라 정밀 움직임과 넓은 동작 가능범위를 조절할 필요가 있는 모든 분야에 활용이 가능하다.In addition, the precision and operation range can be adjusted as needed by utilizing the precise delta robot structure that has been used throughout the existing industry, so that not only medical robots but also all the fields .
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. For example, it is contemplated that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described structures, devices, and the like may be combined or combined in other ways than the described methods, Appropriate results can be achieved even if they are replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다. Therefore, other implementations, other embodiments and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.
1 : 병진형 델타 로봇
10 : 제1 델타 로봇
20 : 제2 델타 로봇
30 : 샤프트
11: 121 : 지지 로드
112: 122 : 이동부
113, 123 : 암
114, 124 : 구동원
115, 125 : 그리퍼
140 : 수술용 장치1: translational type delta robot
10: First Delta Robot
20: Second Delta Robot
30: Shaft
11: 121: support rod
112: 122:
113, 123: Cancer
114, 124: driving source
115, 125: gripper
140: Surgical device
Claims (17)
상기 제1 지지점을 이동가능하게 지지하는 제 1 델타 로봇; 및
상기 제 1 델타 로봇과 병렬로 연결되고 상기 제2 지지점을 이동가능하게 지지하는 제2 델타 로봇을 포함하는 로봇.
A shaft including a first support point, a second support point, and a point of action arranged in order;
A first delta robot movably supporting the first support point; And
And a second delta robot connected in parallel with the first delta robot and movably supporting the second support point.
상기 제1 지지점은 상기 샤프트의 일 단부에 배치되고,
상기 작용점은 상기 샤프트의 타 단부에 배치되고,
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리는 조절 가능한 로봇.
The method according to claim 1,
The first support point being disposed at one end of the shaft,
The action point is disposed at the other end of the shaft,
Wherein the distance between the first support point and the second support point is adjustable.
상기 작용점은 상기 제1 지지점의 이동시, 상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리 및 상기 제2 지지점과 작용점의 거리의 비에 따라 이동 반경이 달라지는 로봇.
3. The method of claim 2,
Wherein the action point is such that, when the first support point is moved, the movement radius varies according to a distance between the first support point and the second support point and a ratio of the distance between the second support point and the action point.
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리가 가까워지는 경우,
상기 제1 지지점의 이동 거리 대비 상기 작용점의 이동 거리가 증가하는 로봇.
The method of claim 3,
When the distance between the first support point and the second support point approaches,
Wherein the movement distance of the action point increases with respect to the movement distance of the first support point.
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리가 멀어지는 경우,
상기 제1 지지점의 이동 거리 대비 상기 작용점의 이동 거리가 감소하는 로봇.
The method of claim 3,
When the distance between the first support point and the second support point is large,
Wherein the movement distance of the action point is reduced with respect to the movement distance of the first support point.
상기 제1 지지점은 제1 평면 상에서 움직이고, 상기 제2 지지점은 제2 평면 상에서 움직이고,
상기 제1 평면과 제2 평면은 평행한 로봇.
The method according to claim 1,
The first support point moves on a first plane, the second support point moves on a second plane,
Wherein the first plane and the second plane are parallel to each other.
상기 제1 델타 로봇 및 제2 델타 로봇은, 각각,
3개의 지지 로드;
상기 지지 로드의 길이방향을 따라 이동하는 3개의 이동부;
상기 샤프트를 이동가능하게 지지하는 그리퍼; 및
상기 이동부와 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 암(arm)을 포함하는 로봇.
The method according to claim 6,
Wherein the first delta robot and the second delta robot respectively comprise:
Three support rods;
Three moving parts moving along the longitudinal direction of the support rod;
A gripper movably supporting the shaft; And
And three arms connecting the moving part and the gripper.
상기 암은 각각의 상기 이동부 및 그리퍼에 회전가능하게 연결되는 로봇.
8. The method of claim 7,
The arm being rotatably connected to each of the moving part and the gripper.
상기 제1 델타 로봇 및 제2 델타 로봇은, 각각,
상기 3개의 이동부 각각의 움직임을 발생시키는 3개의 구동원을 더 포함하는 로봇.
9. The method of claim 8,
Wherein the first delta robot and the second delta robot respectively comprise:
Further comprising three driving sources for generating movement of each of the three moving parts.
상기 그리퍼의 평면 내 이동은, 상기 3개의 이동부의 각각의 상하 운동으로부터 발생하는 로봇.
10. The method of claim 9,
And the in-plane movement of the gripper is caused by the up-and-down movement of each of the three moving parts.
상기 제1 델타 로봇의 지지 로드와, 상기 제2 델타 로봇의 지지 로드는 서로 평행한 로봇.
8. The method of claim 7,
Wherein the support rods of the first delta robot and the support rods of the second delta robot are parallel to each other.
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리는, 상기 제1 델타 로봇의 이동부와 상기 제2 델타 로봇의 이동부 사이의 거리를 조절하는 것에 의하여, 조절가능한 로봇.
12. The method of claim 11,
Wherein the distance between the first support point and the second support point is adjustable by adjusting a distance between a moving part of the first delta robot and a moving part of the second delta robot.
상기 제1 지지점을 이동가능하게 지지하는 제 1 델타 로봇;
상기 제 1 델타 로봇과 병렬로 연결되고 상기 제2 지지점을 이동가능하게 지지하는 제2 델타 로봇; 및
상기 작용점에 연결되는 수술용 장치를 포함하는 수술용 로봇.
A shaft including a first fulcrum, a second fulcrum, and a point of action arranged in turn;
A first delta robot movably supporting the first support point;
A second delta robot connected in parallel with the first delta robot and movably supporting the second support point; And
And a surgical device connected to said action point.
상기 제1 지지점은 상기 샤프트의 일 단부에 배치되고, 상기 작용점은 상기 일 단부의 반대편 단부에 배치되는 수술용 로봇.
14. The method of claim 13,
Wherein the first support point is disposed at one end of the shaft, and the action point is disposed at the opposite end of the one end.
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리를 증가시키는 것에 의하여, 상기 수술용 장치의 정밀도를 향상시키고,
상기 제1 지지점과 제2 지지점 사이의 거리를 감소시키는 것에 의하여, 상기 수술용 장치의 정밀도를 감소시키는 수술용 로봇.
14. The method of claim 13,
By increasing the distance between the first support point and the second support point, the precision of the surgical apparatus can be improved,
Thereby reducing the distance between the first support point and the second support point, thereby reducing the precision of the surgical apparatus.
상기 1 지지점 또는 제2 지지점에 배치되고, 상기 샤프트를 상기 샤프트의 길이 방향을 회전축으로 회전시키기 위한 회전 모듈을 더 포함하는 수술용 로봇.
15. The method of claim 14,
Further comprising a rotation module disposed at the one support point or the second support point for rotating the shaft in the longitudinal direction of the shaft with the rotation axis.
상기 회전 모듈은 상기 수술용 장치에 통합되는 수술용 로봇.17. The method of claim 16,
Wherein the rotating module is integrated into the surgical device.
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