KR20200124034A

KR20200124034A - 수술 로봇용 마스터 장치

Info

Publication number: KR20200124034A
Application number: KR1020190047390A
Authority: KR
Inventors: 천병식
Original assignee: 주식회사 이지엔도서지컬
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-11-02
Also published as: KR102235895B1; KR102235895B9; WO2020218678A1

Abstract

일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는, 가이드 레일; 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 상기 슬라이더에 대해 회전 가능하게 연결되는 요 링크;상기 요 링크에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 연결 링크; 상기 연결 링크에 상기 제 1 회전축으로부터 이격된 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 피치 링크; 및 상기 피치 링크에 연결되는 핸들을 포함할 수 있다.

Description

수술 로봇용 마스터 장치{MASTER DEVICE FOR SURGICAL ROBOT}

아래의 설명은 수술 로봇용 마스터 장치에 관한 것이다.

수술이란 피부나 점만, 기타의 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 일을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형 또는 제거하는 개복 수술은 출혈, 부작용, 환자의 고통 및/또는 흉터 등의 문제로 인하여, 최근에는 로봇을 이용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치와, 마스터 장치로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치로 구성되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치할 수 있다. 한편, 마스터 장치 및 슬레이브 장치는 서로 멀리 이격되어 배치될 수도 있다. 의사는 마스터 장치를 통해 멀리 이격되어 있는 장소에 배치된 슬레이브 장치를 구동할 수 있다. 또한, 하나의 마스터 장치는 복수 개의 슬레이브 장치 중 어느 하나의 슬레이브 장치에 선택적으로 연동될 수 있다.

의사는 마스터 장치를 통해 슬레이브 장치를 조작하여 수술 작업을 수행할 수 있다. 그러나, 마스터 장치를 사용한다고 하더라도, 장기간 수술의 경우, 의사의 손목 관절에 부담이 갈 수 있다. 의사가 장기간 수술을 집도하더라도, 의사의 손목 관절에 무리를 주지 않으면서도, 다양한 동작 신호를 생성할 수 있는 마스터 장치가 요구되는 실정이다.

일 실시 예의 목적은, 내부 정밀 그립을 통해 그립 가능하며, 사용자의 손목 관절에 부담을 주지 않으면서 다양한 동작을 수행할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치를 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는, 가이드 레일; 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 상기 슬라이더에 대해 회전 가능하게 연결되는 요 링크; 상기 요 링크에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 연결 링크; 상기 연결 링크에 상기 제 1 회전축으로부터 이격된 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 피치 링크; 및 상기 피치 링크에 연결되는 핸들을 포함할 수 있다.

상기 수술 로봇용 마스터 장치는, 상기 연결 링크 및 피치 링크가 1자유도 운동할 수 있도록, 상기 요 링크 및 피치 링크를 연결하는 커플링 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 커플링 부재는 상기 요 링크 및 피치 링크 각각의 적어도 일부를 감싸는 방식으로, 상기 요 링크 및 피치 링크를 연결할 수 있다.

상기 핸들은 상기 피치 링크에 대해 상기 제 2 회전축에 교차하는 제 3 회전축을 중심으로 1자유도로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 핸들은, 상기 피치 링크에 회전 가능하게 연결되는 핸들 헤드; 및 상기 핸들 헤드로부터 연장 형성되는 핸들 그립부를 포함할 수 있다.

상기 핸들은, 상기 핸들 그립부의 상면에 구비되고, 상기 핸들 그립부의 길이 방향으로 슬라이딩 가능한 인터페이스를 더 포함할 수 있다.

상기 핸들은, 상기 핸들 그립부의 전방 단부에 마련되는 버튼을 더 포함할 수 있다.

상기 수술 로봇용 마스터 장치는, 상기 가이드 레일을 회전 가능하게 지지하는 가이드 지지 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 가이드 레일의 회전 축은 상기 요 링크의 회전 축과 평행할 수 있다.

일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는, 요 링크; 상기 요 링크에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 연결 링크; 상기 연결 링크에 상기 제 1 회전축으로부터 이격된 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 피치 링크; 및 상기 피치 링크에 상기 제 2 회전축에 교차하는 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 핸들을 포함할 수 있다.

상기 핸들은 상기 요 링크에 대해 2자유도 운동 가능하다.

상기 수술 로봇용 마스터 장치는, 상기 연결 링크 및 피치 링크가 1자유도 운동할 수 있도록, 상기 연결 링크 및 피치 링크를 연결하는 커플링 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 수술 로봇용 마스터 장치는, 상기 요 링크를 회전 가능하게 지지하는 슬라이더; 및 상기 슬라이더의 슬라이딩을 안내하는 가이드 레일을 더 포함할 수 있다.

상기 핸들은, 상기 핸들 그립부의 상면에 구비되고, 상기 핸들 그립부를 따라 슬라이딩 가능한 인터페이스를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는 사용자의 손목 관절에 부담을 주지 않을 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇용 마스터 장치의 핸들의 경우, 후방 단부가 들어올려질 때 전방 단부가 함께 들어올려질 수 있으므로, 사용자는 내부 정밀 그립 방식으로 핸들을 그립한 상태에서 핸들을 피치(pitch) 회전하더라도, 사용자의 손목 관절은 상대적으로 작은 각도를 이룰 수 있다.

또한, 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는 다양한 동작을 편안한 자세로 수행할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 외부 정밀 그립으로 길이 방향 부재를 그립한 상태로 손목 관절의 회전을 도시하는 도면이다.
도 2a는 사용자가 오른손을 엄지 손가락 방향으로 꺾었을 때 수근골의 모습을 도시하는 도면이다.
도 2b는 사용자가 오른손을 새끼 손가락 방향으로 꺾었을 때 수근골의 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 수술 로봇용 마스터 장치에서 핸들이 롤링 회전된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 측면도이다.
도 7은 도 6에서 핸들이 연결 링크에 대해 일 방향으로 피칭 회전된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 8은 도 6에서 핸들이 연결 링크에 대해 반대 방향으로 피칭 회전된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 평면도이다.

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.

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.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 외부 정밀 그립으로 길이 방향 부재를 그립한 상태로 손목 관절의 회전을 도시하는 도면이고, 도 2a는 사용자가 오른손을 엄지 손가락 방향으로 꺾었을 때 수근골의 모습을 도시하는 도면이고, 도 2b는 사용자가 오른손을 새끼 손가락 방향으로 꺾었을 때 수근골의 모습을 도시하는 도면이다.도 1 내지 도 2b를 참조하면, 사용자가 길이 방향 부재를 외부 정밀 그립(External precision grip)으로 그립하고 있는 상태에서는 노뼈(r, radius) 및 자뼈(u, ulna)가 수평 방향으로 나란하게 위치되므로, 사용자의 손목 관절은 피치 회전 방향으로 큰 가동 각도로 움직일 수 있다. 한편, 사용자가 길이 방향 부재를 내부 정밀 그립(Internal precision grip)으로 그립하고 있는 상태에서는, 사용자의 손목 관절은 피치 회전 방향으로 가동 각도가 상대적으로 작을 수 있다. 그 이유는, 수근골(C, Carpal bones)로 인한 각도 제한 때문이다. 수근골(C)은 하부 수근골(C1) 및 상부 수근골(C2)을 포함하는데, 예를 들어, 사용자가 손을 엄지손가락 쪽으로 최대한으로 꺾을 경우, 상부 수근골(C2)은 하부 수근골(C1)로부터 제 1 각도(Θ1)를 이루고, 하부 수근골(C1)은 노뼈(r)로부터 이격되어, 노뼈(r)와 각도 제 2 각도(Θ2)를 이룰 수 있다. 한편, 사용자가 손을 새끼손가락 쪽으로 최대한 꺾을 경우, 상부 수근골(C2)은 하부 수근골(C1)에 접하고(Θ1=0), 하부 수근골(C1)은 노뼈(r)에 접할 수 있다(Θ2=0). 이러한 수근골(C) 내부의 간섭 및 노뼈(r)와의 간섭으로 인해, 사용자가 내부 정밀 그립으로 길이 방향 부재를 그립한 상태에서의 피치 회전 방향으로의 가동 각도는 작게 형성될 수 있다.

내부 정밀 그립은 외부 정밀 그립보다 편하여 오랜 시간 유지할 수 있으나,

수근골(Carpal bones) 회전각이 제한적이라 상대적으로 피치 회전 방향으로 가동 각도가 작다. 또한, 내부 정밀 그립은 엄지 손가락의 움직임이 상대적으로 자유롭다. 이하 구체적으로 설명하는 수술 로봇용 마스터 장치(1)는 핸들의 후방 단부가 상방으로 이동하는 동안, 핸들의 전방 단부를 함께 이동시키는 구조를 통해, 손목 관절의 피치 회전 방향의 각도 변화를 줄일 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 수술 로봇용 마스터 장치에서 핸들이 롤링(rolling) 회전된 상태를 도시하는 평면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 수술 로봇용 마스터 장치(1)는 멀리 이격되어 배치되는 슬레이브 장치를 구동할 수 있다. 여기서, 슬레이브 장치는 예를 들어, 병진 이동, 롤링 회전 및 벤딩 동작이 가능한 튜브체와, 튜브체 내부 공간의 길이 방향을 따라서 전방 또는 후방으로 이동 가능한 팁(예: 바스켓 또는 레이저 파쇠기 등)을 구비하는 내시경 장치일 수 있다. 도시되지는 않았으나 수술 로봇용 마스터 장치(1)는 각각의 구성 요소들의 상대적인 움직임 정보를 수신하여, 슬레이브 장치에 동작 명령을 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.

수술 로봇용 마스터 장치(1)는 가이드 레일(11), 요 링크(12), 연결 링크(13), 피치 링크(14), 핸들(15), 커플링 부재(10) 및 슬라이더(16)를 포함할 수 있다. 수술 로봇용 마스터 장치(1)의 핸들(15)이 고정되어 있는 회전축을 중심으로 회전하는 것이 아니라, 핸들(15)과 함께 이동되는 회전축(A2)을 중심으로 회전 가능하다. 예를 들어, 사용자는 핸들(15)의 전방 단부를 상방으로 이동시키면서 핸들(15)의 후방 단부를 들어올릴 수 있고, 핸들(15)의 전방 단부를 하방으로 이동시키면서 핸들(15)의 후방 단부를 아래로 내릴 수 있다. 이와 같은 구조에 의해, 사용자는 내부 정밀 그립 방식으로 핸들(15)을 그립한 상태에서, 손목의 각도 변화 크기를 작게 유지할 수 있으므로, 보다 편안하게 핸들(15)을 조작할 수 있다.

가이드 레일(11)은 요 링크(12)의 슬라이딩을 안내할 수 있다. 가이드 레일(11)은 일직선으로 뻗어 있는 형상을 가질 수 있다. 가이드 레일(11)은 길이 방향을 따라 요 링크(12)의 위치를 감지하기 위한 복수 개의 센서, 예를 들어 접촉 센서 또는 적외선 센서 등을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 복수 개의 센서 중 적어도 하나 이상의 센서로부터 신호를 수신하여, 요 링크(12)의 슬라이딩 거리를 감지할 수 있다. 제어부는 감지된 슬라이딩 거리에 기초하여 제어 신호를 슬레이브 장치로 전송할 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 장치는 수신된 제어 신호에 기초하여 수술 장치를 전방으로 이동시킬 수 있다. 도시되지는 않았으나, 가이드 레일(11)의 전방 단부는 다른 설치물에 회전 가능하게 고정될 수 있다. 다시 말하면, 가이드 레일(11) 자체가 어느 하나의 회전 축을 중심으로 회전 가능할 수 있다. 예를 들어, 가이드 레일(11)의 회전 축은 후술하는 요 링크 프레임(122)의 회전 축과 평행할 수 있다.

요 링크(12)는 가이드 레일(11)을 따라 슬라이딩할 수 있다. 예를 들어, 변위 센서를 구비할 수 있다. 제어부는 요 링크(12)에 구비된 변위 센서로부터 신호를 수신하여, 요 링크(12)의 슬라이딩 거리를 감지할 수 있다. 요 링크(12)는 요 링크 베이스(121) 및 요 링크 프레임(122)을 포함할 수 있다.

요 링크 베이스(121)는 슬라이더(16) 및 요 링크 프레임(122)을 연결할 수 있다. 예를 들어, 요 링크 베이스(121) 및 요 링크 프레임(122)은 마찰을 저감할 수 있는 베어링을 매개하여 서로 연결될 수 있다.

요 링크 프레임(122)은 가이드 레일(11)에 대해 수직한 방향의 회전축(A4)을 중심으로 요 링크 베이스(121)를 통해 슬라이더(16)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 요 링크 프레임(122)은 가이드 레일(11)에 대해 2자유도 운동 가능하다. 요 링크 프레임(122)은 슬라이더(16)의 슬라이딩에 의해 가이드 레일(11)을 따라 슬라이딩 가능하면서도, 슬라이더(16)에 대해 회전 가능하다. 요 링크 프레임(122)의 회전은 수술 로봇용 마스터 장치(1)에 여자유도를 제공한다. 요 링크 프레임(122)은 사용자가 수술 로봇용 마스터 장치(1)를 사용함에 있어서, 요잉 방향으로 손목을 자유롭게 회전할 수 있게 하여 손목 부담을 줄여줄 수 있다. 여기서, 요잉 방향이란 지면에 대해 수직한 축을 중심으로 회전하는 방향을 의미한다. 예를 들어, 사용자가 핸들(15)을 전방 또는 후방으로 미는 동작을 수행할 때, 사용자의 손목은 요잉 방향으로 꺾일 수 있는데, 이때 요 링크 프레임(122)은 슬라이더(16)에 대해 회전하여 사용자의 손목이 편안한 각도를 유지할 수 있게 보조할 수 있다. 요 링크 프레임(122)은 요 링크 베이스(121) 없이 직접적으로 슬라이더(16)에 회전 가능하게 연결될 수도 있다.

요 링크 프레임(122)은 연결 링크(13)를 회전 가능하게 지지하기 위한 요 링크 헤드(123)를 포함할 수 있다.

연결 링크(13)는 요 링크(12)에 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 연결 링크(13)는 요 링크 헤드(123)에 회전 가능하게 연결되는 후방 단부(131)와, 후방 단부(131)로부터 제 1 회전축(A1)에 수직한 방향으로 연장 형성되는 중앙부(132)와, 중앙부(132)의 단부에 형성되고 피치 링크(14)에 회전 가능하게 연결되는 전방 단부(133)를 포함할 수 있다.

피치 링크(14)는 연결 링크(13)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 피치 링크(14)는 연결 링크(13)에 제 2 회전축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 2 회전축(A2)은 제 1 회전축(A1)으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 제 2 회전축(A2)은 제 1 회전축(A1)과 평행할 수 있다. 피치 링크(14)는 연결 링크(13)에 회전 가능한 상태로 삽입되는 피치 헤드(141)와, 피치 헤드(141)로부터 연장되는 피치 바디(142)를 포함할 수 있다. 피치 헤드(141) 및 요 링크 헤드(123)는 연결 링크(13)를 기준으로 같은 방향으로 돌출될 수 있다.

연결 링크(13) 및 피치 링크(14)는 핸들(15)의 피치 회전을 보조할 수 있다. 사용자가 핸들(15)을 피치 회전시키는 동안, 피치 링크(14)는 연결 링크(13)에 대해 회전하고, 연결 링크(13)는 요 링크(12)에 대해 회전할 수 있다.

커플링 부재(10)는 연결 링크(13) 및 피치 링크(14)가 1자유도 운동할 수 있도록, 요 링크(12) 및 피치 링크(14)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 커플링 부재(10)는 요 링크(12) 및 피치 링크(14) 각각의 적어도 일부를 감싸는 방식으로, 요 링크(12) 및 피치 링크(14)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 커플링 부재(10)는 강한 장력으로 피치 링크(14) 및 요 링크(12) 각각의 적어도 일부를 둘러싸는 와이어 또는 벨트이거나, 또는 피치 링크(14) 및 요 링크(12)에 맞물리는 체인(chain)일 수 있다. 커플링 부재(10)는 피치 헤드(141) 및 요 링크 헤드(123)에 감겨 있을 수 있다. 커플링 부재(10)에 의해, 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전은, 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전과 상호 커플링될 수 있다. 예를 들어, 피치 링크(14)가 연결 링크(13)에 대해 회전하는 동안, 커플링 부재(10)에 의해 동력을 전달 받아, 연결 링크(13)는 요 링크(12)에 대해 회전할 수 있다.

연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전 방향은, 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전 방향과 반대일 수 있다. 예를 들어, 피치 링크(14)가 연결 링크(13)에 대해 시계 방향으로 회전할 경우, 연결 링크(13)는 요 링크(12)에 대해 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

사용자가 핸들(15)의 후방 부분을 들어올리거나 아래로 내리는 동안, 핸들(15)의 전방 단부 및 후방 단부는 상방으로 이동할 수 있고, 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전 각도 및 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전 각도는 변경될 수 있다. 제어부는, 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전 각도 및/또는 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전 각도에 기초하여, 제어 신호를 슬레이브 장치로 전송할 수 있다. 슬레이브 장치는 수신된 제어 신호에 기초하여 수술 장치의 팁을 피치 방향으로 벤딩시킬 수 있다.

피치 링크(14) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상과, 요 링크(12) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상을 변경하여, 변속비를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 피치 링크(14) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상이, 요 링크(12) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상과 동일할 경우, 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전 각도와 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전 각도는 동일할 수 있다. 한편, 피치 링크(14) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상이, 요 링크(12) 중 커플링 부재(10)를 지지하는 형상 보다 그 크기가 클 경우, 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 회전 각도는 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 회전 각도 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 피치 헤드(141) 및/또는 요 링크 헤드(123)에는, 사용자의 신체 사양 또는 선호도에 따라 변속비를 조절할 수 있도록 탈부착 가능한 변속비 조절 헤드가 구비될 수 있다. 사용자는 피치 헤드(141)의 변속비 조절 헤드 및 요 링크 헤드(123)의 변속비 조절 헤드 중 적어도 하나 이상을 교체함으로써, 사용자에게 적합한 변속비를 선택할 수 있다.

핸들(15)은 피치 링크(14)에 연결될 수 있다. 핸들(15)은 피치 링크(14)에 대해 제 3 회전축(A3)을 중심으로 1자유도로 회전 가능하다. 사용자는 핸들(15)을 롤링 회전시킬 수 있고, 제어부는 핸들(15)의 롤링 회전 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 핸들(15)에는 핸들(15)의 회전 정보를 제어부로 전송하기 위한 센서가 구비될 수 있다. 제어부는 핸들(15)의 회전 정보에 기초하여 슬레이브 장치를 작동하기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다. 슬레이브 장치는 제어부로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 수술 장치의 팁을 롤링 회전시킬 수 있다. 핸들(15)은 핸들 헤드(151), 핸들 그립부(152), 인터페이스(153) 및 버튼(154)을 포함할 수 있다.

핸들 헤드(151)는 피치 링크(14)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 피치 링크(14)는 핸들 헤드(151)를 수용하기 위한 수용부를 구비할 수 있다. 핸들 헤드(151) 및 피치 링크(14)는 서로 맞물려, 이탈이 방지될 수 있다.

핸들 그립부(152)는 핸들 헤드(151)로부터 연장 형성될 수 있다. 핸들 그립부(152)는 사용자가 내부 정밀 그립으로 그립하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 핸들 그립부(152)는 핸들 헤드(151)에 연결되는 연결 파트(1521)와, 연결 파트(1521)에 연결되는 조작 파트(1522)와, 조작 파트(1522)로부터 연장되는 지지 파트(1523)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 파트(1521) 및 조작 파트(1522)는 제 3 회전축(A3)을 따라 연장 형성되고, 지지 파트(1523)는 사용자의 착용 편의성을 위해 조작 파트(1522)로부터 경사진 경로를 따라 연장 형성될 수 있다. 조작 파트(1522)는 지지 파트(1523) 보다 상대적으로 두꺼운 형상을 가질 수 있다. 사용자는 손바닥과 중지 내지 소지로 지지 파트(1523)를 감싸고, 엄지 및 검지의 끝 마디로 조작 파트(1522)를 지지할 수 있다. 조작 파트(1522)는 인터페이스(153)의 슬라이딩을 안내하기 위한 가이드(1522a)를 구비할 수 있다. 핸들 그립부(152)는 핸들 헤드(151)에 탈착 가능하다. 사용자는 핸들 그립부(152)를 핸들 헤드(151)로부터 분리하여, 교체 및/또는 수리를 용이하게 할 수 있다.

인터페이스(153)는 핸들 그립부(152)의 상면에 구비되고, 핸들 그립부(152)의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하다. 여기서, 핸들 그립부(152)의 길이 방향이란 핸들(15)의 회전축인 제 3 회전축(A3)과 나란한 방향을 의미한다. 사용자는 인터페이스(153)를 전방 또는 후방으로 슬라이딩시키는 동작을 통해, 슬레이브 장치의 팁을 전방 또는 후방으로 병진 이동시킬 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 사용자는 슬라이더(16)를 가이드 레일(11)을 따라 슬라이딩 시킴으로써 수술 장치 자체를 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있으며, 인터페이스(153)를 통해 수술 장치의 팁만을 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다.

버튼(154)은 핸들 그립부(152)의 전방 단부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 수술 장치의 팁이 레이저(laser)일 경우, 사용자는 버튼(154)을 눌러 레이저를 발사할 수 있다.

슬라이더(16)는 가이드 레일(11)을 따라 슬라이더(16)를 따라 슬라이딩 가능하다.

도 6은 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 측면도이고, 도 7은 도 6에서 핸들이 연결 링크에 대해 일 방향으로 피칭 회전된 상태를 도시하는 측면도이고, 도 8은 도 6에서 핸들이 연결 링크에 대해 반대 방향으로 피칭 회전된 상태를 도시하는 측면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 피치 링크(14) 및 연결 링크(13)는 1자유도로 움직임을 알 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위해, 도 6의 수술 로봇용 마스터 장치(1)를 초기 상태라고 한다. 초기 상태에서 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 각도를 제 1 연결 각도(Θ11), 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 각도를 제 1 피치 각도(Θ21)라고 한다. 도 7은 초기 상태에서 핸들(15)이 상방으로 들어 올려진 상태이며, 이때의 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 각도를 제 2 연결 각도(Θ12), 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 각도를 제 2 피치 각도(Θ22)라고 한다. 도 8은 초기 상태에서 핸들(15)이 하방으로 내려진 상태이며, 이때의 요 링크(12)에 대한 연결 링크(13)의 각도를 제 3 연결 각도(Θ13), 연결 링크(13)에 대한 피치 링크(14)의 각도를 제 3 피치 각도(Θ23)라고 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 수술 장치의 팁의 벤딩 동작을 구현하기 위해 사용자가 핸들의 후방부를 상방으로 들어올리면, 피치 링크(14)가 연결 링크(13)에 대해 반시계 방향으로 회전하게 되고, 커플링 부재(10)에 의해 연결 링크(13)는 요 링크(12)에 대해 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같은 구조에 의해, 핸들의 후방부가 상방으로 들어올려지는 동안 핸들의 전방부도 함께 상방으로 들어올려지게 된다. 결과적으로, 가이드 레일(11)에 대한 핸들(15)의 기울기 변화는 상대적으로 작을 수 있다. 사용자는 손목 각도를 크게 변화시키지 않으면서 핸들(15)을 충분히 들어올릴 수 있다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 수술 장치의 팁의 피치 회전을 구현하기 위해 사용자가 핸들의 후방부를 하방으로 내리면, 피치 링크(14)가 연결 링크(13)에 대해 시계 방향으로 회전하게 되고, 커플링 부재(10)에 의해 연결 링크(13)는 요 링크(12)에 대해 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같은 구조에 의해, 핸들의 후방부가 하방으로 내려지는 동안 핸들의 전방부도 함께 하방으로 내려지게 된다. 결과적으로, 가이드 레일(11)에 대한 핸들(15)의 기울기 변화는 상대적으로 작을 수 있다. 사용자는 손목 각도를 크게 변화시키지 않으면서 핸들(15)을 충분히 내릴 수 있다.

커플링 부재(10)를 지지하는 부분의 형상에 기초하여 연결 각도 및 피치 각도의 각도 변화의 비율이 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 6 내지 도 8에서와 같이, 커플링 부재(10)를 지지하는 피치 링크(14)의 형상과, 커플링 부재(10)를 지지하는 요 링크(12)의 형상이 동일할 경우, 제 1 연결 각도(Θ11) 및 제 2 연결 각도(Θ12)의 차이인 Θ11-Θ12는, 제 1 피치 각도(Θ21) 및 제 2 피치 각도(Θ22)의 차이인 Θ21-Θ22와 같을 수 있다. 마찬가지로, 제 1 연결 각도(Θ11) 및 제 3 연결 각도(Θ13)의 차이인 Θ13-Θ11은, 제 1 피치 각도(Θ21) 및 제 3 피치 각도(Θ23)의 차이인 Θ23-Θ21과 같을 수 있다. 한편, 커플링 부재(10)를 지지하는 피치 링크(14)의 형상과, 커플링 부재(10)를 지지하는 요 링크(12)의 형상이 서로 동일하지 않을 경우, 각도 차이는 달라질 수 있다.

도 9는 일 실시 예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 평면도이다.

도 9를 참조하면, 수술 로봇용 마스터 장치(1)는, 가이드 레일(11)을 회전 가능하게 지지하는 가이드 지지 부재(19)를 더 포함할 수 있다. 가이드 레일(11)은 가이드 레일(11)의 길이 방향에 수직한 회전 축(A5)을 중심으로 회전 가능할 수 있다. 가이드 레일(11)의 회전 축(A5)은 요 링크(12)의 회전 축(A4)과 평행할 수 있다.

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.

Claims

가이드 레일;
상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더;
상기 슬라이더에 대해 회전 가능하게 연결되는 요 링크;
상기 요 링크에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 연결 링크;
상기 연결 링크에 상기 제 1 회전축으로부터 이격된 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 피치 링크; 및
상기 피치 링크에 연결되는 핸들을 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 링크 및 피치 링크가 1자유도 운동할 수 있도록, 상기 요 링크 및 피치 링크를 연결하는 커플링 부재를 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 커플링 부재는 상기 요 링크 및 피치 링크 각각의 적어도 일부를 감싸는 방식으로, 상기 요 링크 및 피치 링크를 연결하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 핸들은 상기 피치 링크에 대해 상기 제 2 회전축에 교차하는 제 3 회전축을 중심으로 1자유도로 회전 가능하게 연결되는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 피치 링크에 회전 가능하게 연결되는 핸들 헤드; 및
상기 핸들 헤드로부터 연장 형성되는 핸들 그립부를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 핸들 그립부의 상면에 구비되고, 상기 핸들 그립부의 길이 방향으로 슬라이딩 가능한 인터페이스를 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 핸들 그립부의 전방 단부에 마련되는 버튼을 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드 레일을 회전 가능하게 지지하는 가이드 지지 부재를 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 가이드 레일의 회전 축은 상기 요 링크의 회전 축과 평행한 수술 로봇용 마스터 장치.
요 링크;
상기 요 링크에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 연결 링크;
상기 연결 링크에 상기 제 1 회전축으로부터 이격된 제 2 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 피치 링크; 및
상기 피치 링크에 상기 제 2 회전축에 교차하는 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 핸들을 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 핸들은 상기 요 링크에 대해 2자유도 운동 가능한 수술 로봇용 마스터 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 연결 링크 및 피치 링크가 1자유도 운동할 수 있도록, 상기 연결 링크 및 피치 링크를 연결하는 커플링 부재를 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 요 링크를 회전 가능하게 지지하는 슬라이더; 및
상기 슬라이더의 슬라이딩을 안내하는 가이드 레일을 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 피치 링크에 회전 가능하게 연결되는 핸들 헤드; 및
상기 핸들 헤드로부터 연장 형성되는 핸들 그립부를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 핸들 그립부의 상면에 구비되고, 상기 핸들 그립부를 따라 슬라이딩 가능한 인터페이스를 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 핸들은,
상기 핸들 그립부의 전방 단부에 마련되는 버튼을 더 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.