KR20180065790A - 치아 프렙 로봇 - Google Patents

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KR20180065790A
KR20180065790A KR1020160167062A KR20160167062A KR20180065790A KR 20180065790 A KR20180065790 A KR 20180065790A KR 1020160167062 A KR1020160167062 A KR 1020160167062A KR 20160167062 A KR20160167062 A KR 20160167062A KR 20180065790 A KR20180065790 A KR 20180065790A
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임중연
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

치아 프렙 로봇이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 구강을 열린 상태로 고정하는 고정부; 상기 고정부에 의해 열린 상태로 고정된 환자의 구강을 촬영하여 3차원 구강 이미지를 생성하는 이미지생성부; 상기 고정부가 결합되는 플랫폼; 상기 플랫폼에 탑재되는 치아 절삭용 핸드피스; 상기 플랫폼에 결합되고, 상기 핸드피스의 위치 및 자세를 변경시키는 이송부; 상기 3차원 구강 이미지를 기초로 치아 절삭 계획을 입력하는 입력부; 및 상기 치아 절삭 계획에 따라 상기 핸드피스가 이동하여 치아 절삭 작업을 수행하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇이 제공될 수 있다.

Description

치아 프렙 로봇{DENTAL PREPARATION ROBOTS}
본 발명은 치아 프렙 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치아 일부를 깎아내는 치아 프렙 시술을 자동으로 수행할 수 있는 치아 프렙 로봇에 관한 것이다.
인간의 평균 수명이 지속적으로 증가함에 따라 다수의 국가에서는 본격적인 고령화 사회에 진입하고 있고 이에 따라 고급 의료기술에 대한 관심도 함께 증가하고 있다.
특히, 고령 인구에 의한 치아 보철치료에 대한 수요가 점차 증가하고 있는 실정이다.
치아 보철치료는 치아가 썩거나 깨지는 등 치아에 커다란 결손이 있는 경우에 인공물로 보충하여 치아의 기능을 회복시키는 치료를 의미하고, 치아 보철치료 중에는 치아에 인공물을 씌우기 전에 치아의 일부, 예를 들어 법랑질, 상아질 등을 깎아내는 치아 프렙 시술이 이루어진다.
치아 프렙 시술에 의해 깎인 치아의 상태는 치아와 인공물 사이의 부착력과 밀접한 관련성을 가지는 것으로 알려져 있다. 즉, 깎인 치아의 상태가 양호하지 못한 경우에는 접착 시멘트에 의해 치아에 부착된 인공물이 쉽게 떨어져 나갈 수 있다. 종래 치아 프렙 시술은 치과의사 등 전문 의료인에 의해 이루어지긴 하였지만, 핸드피스를 사용하여 수작업으로 이루어지기 때문에 시술자의 숙련도에 따라 깎인 치아의 상태가 균일하게 나타나지 않는 문제점이 있었다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0327017호(2003.09.19, 기준핀을 구비한 치아 연마용 핸드피스)
본 발명의 실시예들은 치아 프렙 시술을 자동으로 수행할 수 있는 치아 프렙 로봇을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 구강을 열린 상태로 고정하는 고정부; 상기 고정부에 의해 열린 상태로 고정된 환자의 구강을 촬영하여 3차원 구강 이미지를 생성하는 이미지생성부; 상기 고정부가 결합되는 플랫폼; 상기 플랫폼에 탑재되는 치아 절삭용 핸드피스; 상기 플랫폼에 결합되고, 상기 핸드피스의 위치 및 자세를 변경시키는 이송부; 상기 3차원 구강 이미지를 기초로 치아 절삭 계획을 입력하는 입력부; 및 상기 치아 절삭 계획에 따라 상기 핸드피스가 이동하여 치아 절삭 작업을 수행하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇이 제공될 수 있다.
본체 프레임; 및 상기 본체 프레임과 상기 플랫폼을 연결하고, 상기 플랫폼을 지지하는 제1 다관절 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 고정부에는 방사선 비 투과영역이 형성되고, 상기 이미지생성부는 방사선 촬영에 의해 상기 방사선 비 투과영역이 표시되는 상기 3차원 구강 이미지를 생성하고, 상기 제어부는 상기 방사선 비 투과영역의 좌표를 참조하여 상기 치아 절삭 계획에 따라 상기 핸드피스의 이동 좌표를 생성할 수 있다.
상기 플랫폼과 상기 고정부를 연결하고, 상기 고정부가 탈착 가능하게 결합되는 제2 다관절 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 플랫폼에 대한 상기 제2 다관절 링크의 움직임을 감지하는 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부의 감지 결과에 따라 상기 방사선 비 투과영역의 좌표 및 상기 핸드피스의 이동 좌표를 수정할 수 있다.
상기 이송부는, 상기 플랫폼에 수평 방향인 X축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 X축 이송유닛; 상기 X축 이송유닛에 상기 X축과 수직이면서 수평 방향인 Y축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 Y축 이송유닛; 및 상기 Y축 이송유닛에 상하 방향인 Z축 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 상기 핸드피스가 결합되는 Z축 이송유닛을 포함할 수 있다.
상기 이송부는, 상기 핸드피스의 자세를 변경시키는 자세변경부를 더 포함할 수 있다.
상기 자세변경부는, 상기 Y축 이송유닛에 결합되는 복수의 승강유닛; 및 상기 복수의 승강유닛에 의해 지지되고, 상기 Z축 이송유닛이 탑재되는 자세 제어용 플레이트부재를 포함하고, 상기 핸드피스의 자세는 상기 복수의 승강유닛에 의한 상기 플레이트부재의 각각의 지지점의 상하 이동의 차이에 의해 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 치아 프렙 시술을 치아 프렙 로봇을 통해 자동으로 수행함으로써, 시술자의 숙련도와 관계없이 깎인 치아의 상태가 균일하게 나타나게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 나타낸 도면이다.
도 2는 제어부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 핸드피스의 위치 및 자세가 변경된 상태로 나타낸 사시도이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 치아 프렙 로봇의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 나타낸 도면, 도 2는 제어부를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇(10)은 본체 프레임(100), 플랫폼(200), 고정부(300), 핸드피스(400), 이송부(500), 이미지생성부(600), 입력부(610), 센서부(620) 및 제어부(630)를 포함할 수 있다.
본체 프레임(100)은 치아 프렙 로봇(10)의 동작에 필요한 각종 전기기계 장치를 탑재할 수 있다. 예를 들어, 본체 프레임(100)은 외부 전원을 통해 치아 프렙 로봇(10)의 동작에 필요한 전기를 공급받을 수 있고, 치아 프렙 로봇(10)의 공압 또는 유압 장치에 공급되는 압축공기 또는 오일 저장탱크를 탑재할 수 있다.
본체 프레임(100)에는 플랫폼(200)을 지지하는 제1 다관절 링크(110)가 결합될 수 있다.
제1 다관절 링크(110)는 복수의 링크가 관절을 통해 직렬 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 그 결과, 시술자는 본체 프레임(100)을 이동시키지 않고도 제1 다관절 링크(110)를 수동으로 움직여서 플랫폼(200)을 환자 근처로 이동시킬 수 있다.
제1 다관절 링크(110)의 관절은 예를 들어 볼 조인트(ball joint) 구조로 이루어질 수 있다.
제1 다관절 링크(110)에는 치아 프렙 시술 중 임의로 움직이는 것을 방지하기 위하여 제1 링크 고정장치가 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 플랫폼(200)에는 제2 다관절 링크(210)가 결합될 수 있다.
제2 다관절 링크(210)는 복수의 링크가 관절을 통해 직렬 연결된 구조로 이루어질 수 있다. 그 결과, 시술자는 플랫폼(200)을 환자 근처로 이동시킨 상태에서 제2 다관절 링크(210)를 수동으로 움직여서 환자의 구강에 삽입된 고정부(300)에 제2 다관절 링크(210)를 연결할 수 있다.
제2 다관절 링크(210)는 예를 들어 6자유도 직렬 링크 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제2 다관절 링크(210)는 직사각형의 플레이트 형상의 플랫폼(200)의 측면을 따라 수평 연장되도록 형성되는 가이드 레일(220)을 따라 이동 가능하게 플랫폼(200)에 결합될 수 있고, 제2 다관절 링크(210)의 관절은 힌지 구조로 이루어질 수 있으며, 제2 다관절 링크(210)의 복수의 링크 중 일부는 길이 방향의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 이루어짐으로써, 제2 다관절 링크(210)는 6자유도를 가질 수 있다.
제2 다관절 링크(210)에는 치아 프렙 시술 중 임의로 움직이는 것을 방지하기 위하여 제2 링크 고정장치가 설치될 수 있다.
고정부(300)는 플랫폼(200) 또는 제2 다관절 링크(210)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
고정부(300)는 환자의 구강을 열린 상태로 고정하는 형상으로 이루어질 수 있다. 시술자는 고정부(300)를 환자의 구강에 삽입하여 환자의 구강을 열린 상태로 고정한 후에 고정부(300)에 제2 다관절 링크(210)를 결합할 수 있다.
핸드피스(400)는 치아를 절삭하기 위한 공구로서, 치아 연마용 버(bur)를 구비할 수 있다.
이송부(500)는 플랫폼(200)에 결합될 수 있고, 핸드피스(400)를 3차원 공간 상에서 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 핸드피스(400)의 자세, 즉 핸드피스(400)에 의한 절삭 각도를 변화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치아 프렙 로봇을 핸드피스의 위치 및 자세가 변경된 상태로 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이송부(500)는 X축 이송유닛(510), Y축 이송유닛(520), 복수의 승강유닛(530), 자세 제어용 플레이트부재(540) 및 Z축 이송유닛(550)을 포함할 수 있다.
X축 이송유닛(510)은 플랫폼(200)의 상면에 수평 방향인 X축 방향으로 이동 가능하게 결합될 수 있다.
X축 이송유닛(510)은 모터, 공압 또는 유압 실린더에 의해 이동할 수 있다.
Y축 이송유닛(520)은 X축 이송유닛(510)의 상면에 수평 방향인 Y축 방향으로 이동 가능하게 결합될 수 있다. X축 및 Y축은 수평면 상에서 서로 수직으로 교차하는 가상의 축을 의미한다.
Y축 이송유닛(520)은 모터, 공압 또는 유압 실린더에 의해 이동할 수 있다.
승강유닛(530)은 Y축 이송유닛(520)의 상면에 결합되어 자세 제어용 플레이트부재(540)를 지지할 수 있고, 자세 제어용 플레이트부재(540)를 상하 방향인 Z축 방향으로 상하 이동시킬 수 있다.
승강유닛(530)은 평행 링크(parallel link) 구조, 공압 또는 유압 실린더를 포함할 수 있다.
복수의 승강유닛(530)은 자세 제어용 플레이트부재(540)의 하면에서 서로 다른 지지점, 예를 들어 자세 제어용 플레이트부재(540)의 하면 꼭지점 부근에 위치하는 지지점에 결합되어 자세 제어용 플레이트부재(540)를 지지할 수 있다. 그 결과, 핸드피스(400)의 자세는 복수의 승강유닛(530)에 의한 자세 제어용 플레이트부재(540)의 각각의 지지점의 상하 이동의 차이, 즉 높이 차이에 의해 변경될 수 있다. 즉, 복수의 승강유닛(530) 및 자세 제어용 플레이트부재(540)를 포함하는 자세변경부는 핸드피스(400)의 자세를 변경시킬 수 있다.
자세 제어용 플레이트부재(540)는 예를 들어 직사각형의 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다.
Z축 이송유닛(550)은 자세 제어용 플레이트부재(540)에 상하 방향인 Z축 방향으로 이동 가능하게 결합될 수 있다. Z축은 상하 방향으로 연장되는 가상의 축을 의미한다.
Z축 이송유닛(550)은 공압 또는 유압 실린더에 의해 이동할 수 있다.
Z축 이송유닛(550)은 핸드피스(400)가 탈착 가능하게 결합될 수 있도록 그립 장치를 구비할 수 있다.
이미지생성부(600)는 고정부(300)에 의해 열린 상태로 고정된 환자의 구강을 촬영하여 3차원 구강 이미지를 생성할 수 있다.
이미지생성부(600)는 컴퓨터 단층촬영(CT, Computed Tomography) 등 방사선 촬영 장비를 포함할 수 있다. 이 경우, 방사선 비 투과영역(310)이 형성된 고정부(300)를 사용하게 되면, 이미지생성부(600)에 의해 생성된 3차원 구강 이미지에는 방사선 비 투과영역(310)이 표시될 수 있다.
입력부(610)는 시술자가 이미지생성부(600)에 의해 생성되는 3차원 구강 이미지를 기초로 수립한 치아 절삭 계획을 입력하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 시술자는 컴퓨터 모니터 등을 통해 3차원 구강 이미지를 확인할 수 있고, 3차원 구강 이미지를 기초로 치아 절삭 계획을 수립한 후에 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어를 통해 치아 절삭 계획을 입력할 수 있다. 입력부(610)는 본체 프레임(100)에 탑재되는 컴퓨터를 포함할 수 있다.
센서부(620)는 플랫폼(200)에 대한 제2 다관절 링크(210)의 움직임을 감지할 수 있다.
센서부(620)는 환자가 치아 프렙 시술 중에 움직이는 경우에 제2 다관절 링크(210)의 움직임을 감지할 수 있고, 제어부(630)는 센서부(620)의 감지 결과에 따라 방사선 비 투과영역(310)의 좌표 및 핸드피스(400)의 이동 좌표를 수정할 수 있다.
제어부(630)는 입력부(610)를 통해 입력되는 치아 절삭 계획에 따라 핸드피스(400)의 이동 좌표를 생성할 수 있고, 핸드피스(400)가 이동 좌표를 따라 이동하면서 치아 절삭 작업을 수행할 수 있도록 이송부(500)를 제어할 수 있다. 핸드피스(400)의 이동좌표는 방사선 비 투과영역(310)의 좌표를 참조하여 치아 절삭 계획에 따라 생성될 수 있다. 구체적으로, 플랫폼(200)에 대한 방사선 비 투과영역(310)의 좌표는 일정하게 유지되거나 센서부(620)의 감지 결과에 따라 수정될 수 있고, 방사선 비 투과영역(310)은 치아 절삭 계획의 기초가 되는 3차원 구강 이미지에 표시되어 있으므로, 치아 절삭 계획을 수행하기 위한 핸드피스(400)의 이동좌표는 방사선 비 투과영역(310)의 좌표를 기준으로 생성될 수 있다. 제어부(630)는 본체 프레임(100)에 탑재되는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 한편, 본체 프레임(100)은 핸드피스(400)의 버(bur)를 구동 및 정지시키는데 사용되는 전원스위치, 핸드피스(400)의 버(bur)의 회전 속도를 조절하는데 사용되는 속도조절다이얼 또는 발판스위치, 핸드피스(400)의 버(bur) 및 이송부(500)를 정지시키는 비상정지버튼 등을 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 치아 프렙 로봇
100: 본체 프레임
110: 제1 다관절 링크
200: 플랫폼
210: 제2 다관절 링크
220: 가이드 레일
300: 고정부
310: 방사선 비 투과영역
400: 핸드피스
500: 이송부
510: X축 이송유닛
520: Y축 이송유닛
530: 승강유닛
540: 자세 제어용 플레이트부재
550: Z축 이송유닛
600: 이미지생성부
610: 입력부
620: 센서부
630: 제어부

Claims (8)

  1. 환자의 구강을 열린 상태로 고정하는 고정부;
    상기 고정부에 의해 열린 상태로 고정된 환자의 구강을 촬영하여 3차원 구강 이미지를 생성하는 이미지생성부;
    상기 고정부가 결합되는 플랫폼;
    상기 플랫폼에 탑재되는 치아 절삭용 핸드피스;
    상기 플랫폼에 결합되고, 상기 핸드피스의 위치 및 자세를 변경시키는 이송부;
    상기 3차원 구강 이미지를 기초로 치아 절삭 계획을 입력하는 입력부; 및
    상기 치아 절삭 계획에 따라 상기 핸드피스가 이동하여 치아 절삭 작업을 수행하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    본체 프레임; 및
    상기 본체 프레임과 상기 플랫폼을 연결하고, 상기 플랫폼을 지지하는 제1 다관절 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정부에는 방사선 비 투과영역이 형성되고,
    상기 이미지생성부는 방사선 촬영에 의해 상기 방사선 비 투과영역이 표시되는 상기 3차원 구강 이미지를 생성하고,
    상기 제어부는 상기 방사선 비 투과영역의 좌표를 참조하여 상기 치아 절삭 계획에 따라 상기 핸드피스의 이동 좌표를 생성하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플랫폼과 상기 고정부를 연결하고, 상기 고정부가 탈착 가능하게 결합되는 제2 다관절 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플랫폼에 대한 상기 제2 다관절 링크의 움직임을 감지하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서부의 감지 결과에 따라 상기 방사선 비 투과영역의 좌표 및 상기 핸드피스의 이동 좌표를 수정하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 플랫폼에 수평 방향인 X축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 X축 이송유닛;
    상기 X축 이송유닛에 상기 X축과 수직이면서 수평 방향인 Y축 방향으로 이동 가능하게 결합되는 Y축 이송유닛; 및
    상기 Y축 이송유닛에 상하 방향인 Z축 방향으로 이동 가능하게 결합되고, 상기 핸드피스가 결합되는 Z축 이송유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 핸드피스의 자세를 변경시키는 자세변경부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 자세변경부는,
    상기 Y축 이송유닛에 결합되는 복수의 승강유닛; 및
    상기 복수의 승강유닛에 의해 지지되고, 상기 Z축 이송유닛이 탑재되는 자세 제어용 플레이트부재를 포함하고,
    상기 핸드피스의 자세는 상기 복수의 승강유닛에 의한 상기 플레이트부재의 각각의 지지점의 상하 이동의 차이에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 치아 프렙 로봇.
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