KR20210028833A

KR20210028833A - 겸자 구동 장치

Info

Publication number: KR20210028833A
Application number: KR1020190109865A
Authority: KR
Inventors: 황동현; 박성우; 장남선; 인용석; 정진우; 김기훈; 오상록; 양성욱; 임세혁
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-15
Also published as: KR102309185B1; US20210068858A1; US11911060B2

Abstract

본 발명은, 바디; 상기 바디에 수용 가능하게 설치되고, 개폐 가능하도록 이루어지는 파지부; 상기 바디에 회전 가능하게 설치되고, 회전됨에 따라서 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제 가능하도록 이루어지는 개폐부재; 상기 개폐부재의 일 측에 연결되어, 상기 개폐부재에 탄성력을 제공 가능한 탄성부; 상기 개폐부재의 다른 일 측에 연결되어 수축 또는 인장됨에 의해 상기 개폐부재를 회전 가능하게 하는 액추에이터; 및 상기 개폐부재의 회전되는 동안에 상기 파지부가 파지하는 파지력을 측정 가능하게 이루어지는 힘 센싱 모듈을 포함하는 겸자 구동 장치를 제공한다.

Description

겸자 구동 장치{Forceps Driver Apparatus}

본 발명은 겸자 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파지부가 미세하게 파지하는 힘을 제어하는 겸자 구동 장치에 관한 것이다.

전자기모터에 의해 구동되는 리니어 슬라이더(linear-slider)의 상단에 위치한 2개의 휠(wheel)이 겸자의 길이방향으로 구동되고, 이것의 구동에 의해 겸자의 그립(grip)이 발생하는 장치가 알려져 있다.

이러한 장치의 경우, 길이가 다른 겸자를 구동하기 위해서는 모터의 스트로크(stroke) 및 리니어 슬라이더의 길이가 변경되어야 하는 문제가 있었다.

상용 겸자를 장치의 상단에서 하단 방향으로 밀어 넣어 장착하여야 했는데, 이러한 방식으로 겸자를 장착하게 되는 경우, 상단 공간을 별도로 활용할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 상기 장치의 경우, 그립력(Gripping-force)의 측정이 불가하여 이로 인해, 미세한 힘을 제어하는 것이 어려운 문제가 있었다.

본 발명의 일 목적은, 모터의 스트로크(stroke)나 리니어 슬라이더의 길이 등을 변경하지 않으면서도, 겸자를 개폐할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 파지부가 미세하게 파지하는 힘을 제어하는 장치를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 겸자 구동 장치는, 바디; 상기 바디에 수용 가능하게 설치되고, 개폐 가능하도록 이루어지는 파지부; 상기 바디에 회전 가능하게 설치되고, 회전됨에 따라서 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제 가능하도록 이루어지는 개폐부재; 상기 개폐부재의 일 측에 연결되어, 상기 개폐부재에 탄성력을 제공 가능한 탄성부; 상기 개폐부재의 다른 일 측에 연결되어 수축 또는 인장됨에 의해 상기 개폐부재를 회전 가능하게 하는 액추에이터; 및 상기 개폐부재의 회전되는 동안에 상기 파지부가 파지하는 파지력을 측정 가능하게 이루어지는 힘 센싱 모듈을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 힘 센싱 모듈은, 상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 전달받아 전달된 힘을 측정하는 센서; 및 상기 센서에 전원을 공급하고, 상기 센서에 의해 측정된 힘에 대한 정보를 제공받아서 출력 가능하게 하는 PCB를 포함한다.

바람직하게는, 상기 힘 센싱 모듈은, 상기 PCB의 일 면에 설치되고, 내부에 상기 센서가 설치되는 수용부를 구비하며, 상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 센서에 전달하는 응력전달부를 더 포함할 수 있다.

상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제함으로써 발생하는 파지부의 그립력은 상기 센서에 의해 측정된 힘을 교정함으로써 산출될 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 겸자 구동 장치는, 상기 액추에이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, PID 이득을 출력하는 퍼지 컨트롤러; 및 상기 퍼지 컨트롤러로부터의 상기 PID 이득을 입력받아 제어량을 출력하고, 상기 제어량에 근거하여 상기 액추에이터를 구동시키는 PID 컨트롤러를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 제어량이 기 결정된 양보다 커지거나 반응성이 없는 구간에서 제어량이 결정되지 않도록 상기 제어량의 출력을 제한하는 제한기; 및 상기 액추에이터의 동작에 의해 변화된 힘을 피드백하여 상기 퍼지 컨트롤러 및 상기 PID 컨트롤러로 전달하는 힘 피드백부를 더 포함할 수 있다.

초기 상태에서, 상기 개폐부재는 상기 탄성부의 탄성력에 의해 상기 파지부를 가압시켜서 상기 파지부를 닫히게 하고, 동작 상태에서, 상기 액추에이터가 수축됨에 의해 상기 파지부는 상기 개폐부재로부터 가압 해제되어서 상기 파지부를 열리게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 파지부는, 일 단에 형성되는 제1집게단부를 구비하는 제1부분; 및 일 단에 형성되는 제2집게단부를 구비하고, 상기 제1부분의 다른 일 단에서 탄성적으로 연결되는 제2부분을 포함하고, 상기 제1 및 제2부분의 일 단은, 상기 개폐부재에 의해 가압되는 때에 폐쇄되고, 상기 개폐부재에 의해 가압이 해제되는 때에 개방될 수 있다.

바람직하게는, 상기 개폐부재는, 상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 가이드 핀; 상기 가이드 핀에 연결되는 회동판; 및 상기 제1 및 제2부분을 가압 가능하도록 상기 회동판의 양 측에 각각 형성되는 가압부를 포함할 수 있다.

상기 바디 및 상기 가이드 핀 사이에는, 베어링이 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가압부 중 하나에는 고정홈이 형성되고, 상기 가압부에 탄성력을 제공하도록 상기 탄성부의 일 단부는 상기 고정홈에 감겨지도록 설치되고, 상기 가압부 중 다른 하나에는 고정공이 형성되고, 상기 개폐부재에 토크를 제공 가능 하도록 상기 액추에이터의 일 단부는 상기 고정공에 설치될 수 있다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 초기 상태에서, 상기 가압부 각각은 상기 탄성부의 탄성력에 의해 상기 제1 및 제2부분 각각을 가압시켜서 상기 제1 및 제2부분의 단부는 닫히게 되고, 동작 상태에서, 상기 액추에이터가 수축됨에 의해 상기 가압부 각각은 상기 제1 및 제2부분 각각으로부터 가압 해제되어서 상기 제1 및 제2부분의 단부는 열리게 된다.

본 발명은 와이어 형태의 액추에이터를 구동기로 활용함에 의해 장치의 소형화, 경량화 및 기구 간소화를 가능하게 한다.

본 발명은 바이어스 스프링에 의해 겸자가 닫히고, 액추에이터의 구동에 의해 겸자가 열려져서 전력 소비가 감소될 수 있다.

본 발명은 겸자의 커버가 보다 간단한 구조로 착탈이 이루어져서, 내부 구성들의 교체 및 소독을 용이하게 할 수 있다.

본 발명은 전류 제어를 통해 겸자의 개방 각도를 제어할 수 있다.

본 발명은 미세하게 힘을 제어하여 미세유연조작 파지 및 조작 작업이 동반되는 현미 수술(microsurgery) 분야에서 활용할 수 있다.

본 발명은 과도한 힘이 파지 대상물에 인가되어 조직이 압착 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 역감 피드백이 가능한 교시장치(master system)에 측정 힘을 전달하여 원격 수술자가 대상물 파지 상태를 시각 뿐만 아니라 역감으로 느낄 수 있게 한다.

도 1a는 본 발명의 겸자 구동 장치의 일례를 도시하는 사시도.
도 1b는 본 발명의 겸자 구동 장치의 일례를 도시하는 분해 사시도.
도 1c는 도 1a에서의 힘 센싱 모듈의 구조를 도시하는 단면도.
도 1d는 본 발명의 제어부의 구성 및 이의 동작을 도시하는 개념도.
도 1e는 본 발명의 PCB의 구성을 도시하는 사시도.
도 1f는 도 1e의 PCB의 회로도.
도 2a는 커버가 설치되는 본 발명의 겸자 구동 장치 동작의 일례를 도시하는 측면도.
도 2b는 커버가 설치되는 본 발명의 겸자 구동 장치의 사시도.
도 2c는 도 2b에 초소형 카메라가 더 설치된 예를 도시하는 측면도.
도 3a는 본 발명의 겸자 구동 장치의 일 동작을 도시하는 평면도.
도 3b는 본 발명의 겸자 구동 장치의 다른 일 동작을 도시하는 평면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 본 발명의 겸자 구동 장치(100)의 일례를 도시하는 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 겸자 구동 장치(100)의 일례를 도시하는 분해 사시도이다. 도 1c는 도 1a에서의 힘 센싱 모듈(60)의 구조를 도시하는 단면도이고, 도 1d는 본 발명의 제어부(80)의 구성 및 이의 동작을 도시하는 개념도이다. 또한, 도 1e는 본 발명의 PCB(61)의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 1f는 도 1e의 PCB(61)의 회로도이다. 한편, 도 3a는 본 발명의 겸자 구동 장치(100)의 일 동작을 도시하는 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 겸자 구동 장치(100)의 다른 일 동작을 도시하는 평면도이다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명의 겸자 구동 장치(100)는, 파지부(10), 바디(20), 개폐부재(30), 탄성부(40), 액추에이터(50) 및 힘 센싱 모듈(60)를 포함한다.

파지부(10)는 개폐 가능하도록 변형된다. 또한, 파지부(10)는 바디(20)에 의해 수용 가능하도록 바디(20)에 설치된다. 본 발명에서, 파지부(10)의 개폐는 파지부(10)의 일 단부가 조직이나 피부 등을 파지 가능한 상태 또는 파지 해제 상태에 있게 하는 것으로 이해될 수 있다.

파지부(10)는 일 단이 여닫히는 구조로 이루어지는 구성일 수 있다. 예를 들면, 파지부(10)는 겸자(forceps) 또는 수술용 가위일 수 있는데, 도 1a 등에는 파지부(10)가 겸자로 이루어진 예가 도시된다.

바디(20)는, 파지부(10)를 수용 가능하도록 이루어진다. 또한, 바디(20)는, 파지부(10)를 결합시키는 파지부 홀더(23)를 구비할 수 있다. 도 1a에는 파지부(10)의 우측단이 파지부 홀더(23)에 결합되고, 바디(20)에 파지부(10)가 여닫히며 수용될 수 있도록 설치되어 있는 예가 도시된다.

개폐부재(30)는 바디(20)에 회전 가능하게 설치되어 파지부(10)의 양 측을 가압 또는 가압 해제 가능하게 한다.

개폐부재(30)가 파지부(10)의 양 측을 일 방향으로 가압하여 파지부(10)의 단부가 닫혀질 수 있고, 개폐부재(30)가 가압 해제 상태에서는, 파지부(10)로부터 일 방향으로 이격됨으로써 파지부(10)는 개방될 수 있다.

탄성부(40)는 개폐부재(30)의 일 측에 연결되어, 개폐부재(30)에 탄성력을 제공 가능하도록 이루어진다. 탄성부(40)는 일례로, 스프링일 수 있다. 탄성부(40)의 일 단은 바디(20)에 볼트에 의해 결합될 수 있고, 다른 일 단은 개폐부재(30)의 일 측에 연결되는 예가 도 1a에 도시되어 있다.

액추에이터(50)는 개폐부재(30)의 다른 일 측에 연결되어 수축 또는 인장됨에 의해 개폐부재(30)를 회전 가능하게 한다. 액추에이터(50)는 일례로, 기 결정된 온도의 열이 가해짐에 따라 수축하는 형상 기억 합금(SMA, Shape Memory Alloy)으로 이루어진 액추에이터(50)일 수 있다. 또한, 액추에이터(50)는 와이어 형상으로 이루어질 수 있다.

도 1a를 참조하면, 파지부(10)를 기준으로 하측의 개폐부재(30)에 탄성부(40)가 설치되고, 상측의 개폐부재(30)에 액추에이터(50)가 설치되는 예가 도시된다. 또한, 도 1a에는 액추에이터(50)에 전원을 공급하는 전원공급부(53)가 전선(51)을 통해 연결되어 있는 예가 도시된다. 하지만, 본 발명에 있어서, 탄성부(40) 및 액추에이터(50)의 배치관계와 액추에이터(50)에 전선(51)으로 연결된 전원공급부(53)의 연결관계는, 반드시 이러한 관계에 한정되는 것은 아니다.

힘 센싱 모듈(60)은 개폐부재(30)의 동작 동안에 파지력을 측정 가능하게 한다. 도 1c를 참조하면, 힘 센싱 모듈(60)은 PCB(Printed Circuit Board, 61), 센서(64) 및 응력전달부(67)를 포함할 수 있다.

PCB(61)는 센서(64)에 전원을 공급하고, 센서(64)에 의해 측정된 힘에 대한 정보를 제공받아서 출력 가능하게 한다.

도 1e는 본 발명의 PCB(61)의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 1f는 도 1e의 PCB(61)의 회로도이다.

도 1e 및 도 1f를 참조하면, 일례로, PCB(61)는, 외부에서 인가된 전원을 안정시키는 2개의 캐패시터(61a, 61b), I2C 통신 데이터 및 시계 선을 각각 상승시키는(pull-up) 2개의 저항(61c, 61d) 및 압력 측정 가능한 압력센서(61e) 및 외부 장치와의 연결을 가능하게 하는 콘 패드(con pad)를 포함할 수 있다.

2개의 캐패시터(61a, 61b)는 각각 1㎛일 수 있고, 2개의 저항(61c, 61d)은 각각 4.7KΩ일 수 있다.

센서(64)는 개폐부재(30)가 파지부(10)의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 전달 받아 전달된 힘을 측정할 수 있다. 센서(64)는 PCB(61)의 일 면에 설치되어 PCB(61)에 전기적으로 연결된다.

일례로, 센서(64)는 대기압을 측정할 수 있는, 압력계 소자인 것이 바람직한데, 이 경우, 센서(64)는 도 1e 및 도 1f의 압력센서(61e)일 수 있다.

응력전달부(67)는 PCB(61)의 일 면에 설치되는데, 내부가 센서(64)에 접촉 가능하도록 설치되는 수용부를 구비한다. 응력전달부(67)는 개폐부재(30)가 파지부(10)의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 센서(64)에 전달하도록 탄성의 재질인 것이 바람직하다.

응력전달부(67)는 우레탄의 재질일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 개폐부재(30)가 파지부(10)의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 전달받아 전달된 힘을 센서(64)에 전달 가능한 어떠한 재질로도 형성될 수 있다.

응력전달부(67)는 또한, PCB(61)의 상부에 주조되고, 경화됨으로써, 설치될 수 있다. 주조 과정에서, 응력전달부(67)는, 펌프를 통해서 응력전달부(67) 또는 센서(64)에 잔류하는 공기를 뽑아낼 수 있다. 또한, 응력전달부(67)는 24시간 동안 경화되어 센서(64)에 접촉하도록 설치될 수 있다.

파지부(10)의 제1부분(13)의 그립력(gripping force)은 센서(64)에 의해 측정된 힘을 교정(calibration) 함으로써 산출될 수 있다.

본 발명의 겸자 구동 장치(100)는 힘 센싱 모듈(60)에 접촉되어 힘 센싱 모듈(60)을 회전 가능하도록 개폐부재(30)에 의해 회전되는 힘을 힘 센싱 모듈(60)에 전달 가능하도록 고정 설치하는 지지판(70)을 더 포함할 수 있다.

지지판(70)은 힘 센싱 모듈(60)에 접촉되는데, 도 1a에는 두 개의 회동판 사이에서 힘 센싱 모듈(60)에 접촉되도록 설치된 예가 도시된다.

지지판(70)은, 개폐부재(30)로부터의 회전력을 힘 센싱 모듈(60)에 전달 가능하도록 힘 센싱 모듈(60)을 지지한다.

도 1d는 본 발명의 제어부(80)의 구성 및 이의 동작을 도시하는 개념도이다.

도 1d를 참조하면, 본 발명의 겸자 구동 장치(100)는 액추에이터(50)의 동작을 제어하도록 이루어지는 제어부(80)를 더 포함할 수 있다.

제어부(80)는 퍼지 컨트롤러(81), PID 컨트롤러(83), 제한기(85) 및 힘 피드백부(87)를 포함할 수 있다.

퍼지(Fuzzy) 컨트롤러(81)는 기준값(reference) 및 피드백 루프의 차이인 에러값 및 에러값 변화량을 입력받아 퍼지화(Fuzzification), 규칙 기반(Rule-base) 및 비퍼지화(Defuzzification)의 과정을 통해 PID 이득(gain)을 출력한다.

PID 컨트롤러(83)는 퍼지 컨트롤러(81)로부터 PID 이득을 입력받아 이득과 에러값, 에러값 누적량 및 에러값 변화량을 곱해서 제어량을 출력하여 제어량에 근거하여 액추에이터(50)를 구동시킨다.

제한기(85)는 제어량이 과도하게 커지거나 반응성이 거의 없는 구간에서 제어량이 결정되지 않도록 제어량의 출력을 제한한다.

일례로, 퍼지 컨트롤러(81), PID 컨트롤러(83) 및 제한기(85)는 각각 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit)의 내부에 탑재되도록 구성될 수 있다.

힘 피드백부(87)는 센서(64)로 측정된 개폐부재(30)의 회전에 의해 발생된 힘과, 액추에이터(50)가 동작에 의해 변화된 힘을 피드백하여 퍼지 컨트롤러(81) 및 PID 컨트롤러(83)로 전달할 수 있다.

도 1d에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제어부(80)에 의해 수행되는 제어과정에 대해 설명한다.

입력 받은 목표 힘과 센서(64)를 통해 얻은 현재 힘을 비교하여 퍼지 컨트롤러(81)와 PID 컨트롤러(83)에 전달한다(①). 그 후, 입력 받은 e(에러값, error), de(에러값 변화율, derivation of error)는 퍼지 컨트롤러(81)를 거쳐 PID 제어기에 활용할 P, I, D 이득(Kp, KI, KD)으로 변환한다(②). 그 후, PID 컨트롤러(83)에서 입력 받은 e, PID 이득을 통해 제어할 제어량(PWM voltage duty)을 출력한다(③). 그 후, 제한기(85)는 만일 일정 제어량 초과 시 액추에이터(50)의 과열, 오작동을 막기 위해 제어량의 출력을 제한한다(④). 그 후, 제어기로부터 출력된 제어량을 통해 액추에이터(50)는 동작한다(⑤). 그 후, 힘 피드백부(87)가 변화된 힘을 피드백한다(⑥).

본 발명의 겸자 구동 장치(100)는 일례로, 초기 상태에서, 도 3a를 참조하면, 개폐부재(30)는 탄성부(40)의 탄성력에 의해 파지부(10)를 가압시켜서 파지부(10)는 닫히게 되고, 동작 상태에서, 도 3b를 참조하면, 액추에이터(50)가 수축됨에 의해 상기 파지부(10)는 상기 개폐부재(30)로부터 가압 해제되어서 상기 파지부(10)는 열리게 될 수 있다.

하지만, 반드시 이러한 동작에 한정되는 것은 아니고, 초기 상태에서 파지부(10)가 열리고, 동작 상태에서 액추에이터(50)의 동작에 의해 파지부(10)가 닫히는 예 또한 가능할 것이다.

도 1a 및 1b 등을 참조하면, 파지부(10)는 제1부분(13) 및 제2부분(16)을 포함하여 이루어질 수 있다.

제1부분(13)은 일 단에서 형성되는 제1집게단부(13a)를 구비할 수 있다. 제2부분(16)은 제1부분(13)의 다른 일 단에 탄성적으로 연결될 수 있다. 제2부분(16)의 일 단에는 제1집게단부(13a)와의 사이에서 개방 또는 폐쇄 가능하게 하는 제2집게단부(16a)가 구비된다.

제1 및 제2부분(13, 16)이 파지부(10)의 양 측을 형성하는 예가 도 1a 및 1b에 도시된다. 또한, 도 1a을 참조하면, 파지부(10)가 파지부 홀더(23)에 결합되고, 파지부 홀더(23)는 바디(20)에 설치되어 있는 예가 도시된다. 제1 및 제2부분(13, 16)은 도 1a 및 1b에 도시된 것처럼, 파지부 홀더(23)에 결합된 부분에서 경사지도록 형성되어 개폐부재(30)로부터 가압되기 용이한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 도 1b에 잘 도시되는 바와 같이, 개폐부재(30)는 가이드 핀(31), 회동판(33) 및 가압부(35)를 포함할 수 있다.

가이드 핀(31)은 바디(20)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 가이드 핀(31)은 회동판(33)의 회전에 있어 회전축의 역할을 할 수 있다. 가이드 핀(31) 및 바디(20) 사이에는 베어링(31a)이 더 설치될 수 있다. 베어링(31a)의 외주는 바디(20)에 결합되고, 베어링(31a)의 내주는 가이드 핀(31)의 외주에 결합될 수 있는데, 베어링(31a)은 가이드 핀(31)의 내마모성을 향상시키며 바디(20)에 대해 회전 가능하게 한다. 도 1b 등을 참조하면, 바디(20)에 베어링(31a)이 설치 가능한 베어링 결합홀(26)이 설치되어 있는 예가 도시된다.

회동판(33)은 가이드 핀(31)에 연결될 수 있다. 또한, 회동판(33)은 파지부(10)의 일 면에 놓여질 수 있다. 가압부(35)는 회동판(33)의 양 측에 각각 형성될 수 있는데, 가압부(35)는 제1 및 제2부분(13, 16)을 가압 가능하도록 이루어질 수 있다.

또한, 바디(20)에는 가이드 핀(31) 및 가압부(35)를 수용 가능하도록 이루어지는 회전 수용부(28)가 형성될 수 있다. 회전 수용부(28)는 파지부(10)가 닿는 바디(20)의 안쪽 일 면에서 가압부(35)의 회전 이동 경로를 따라서 오목하게 형성될 수 있다.

한편, 가압부(35) 중 하나에는 고정홈(35a)이 형성되는데, 고정홈(35a)은 가압부의 외주에서 원주 방향을 따라 형성될 수 있다. 탄성부(40)의 일 단부는 고정홈(35a)에 감겨져 설치되도록 후크 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

가압부(35) 중 다른 하나에는 고정공(35b)이 형성되고, 개폐부재(30)에 토크를 제공 가능하도록 액추에이터(50)의 일 단부는 고정공(35b)에 설치될 수 있다. 일례로, 액추에이터(50)의 일 단부는 복수의 고정공(35b)에 걸림됨으로써 설치될 수 있다. 도 1b의 개폐부재(30)에는, 좌측 가압부(35)에 고정홈(35a)이 형성되고, 우측 가압부(35)에 고정공(35b)이 형성되어 있는 예가 도시된다.

초기 상태에서, 도 3a를 참조하면, 회동판(33) 양 측의 가압부(35)는 탄성부(40)의 탄성력에 의해 상기 제1 및 제2부분(13, 16) 각각을 가압시켜서 제1 및 제2집게단부(13a, 16a)는 서로 닫히게 될 수 있다.

한편, 동작 상태에서, 도 3b를 참조하면, 액추에이터(50)가 수축됨에 의해 가압부(35) 각각은 제1 및 제2부분(13, 16) 각각으로부터 가압 해제되어서 제1 및 제2집게단부(13a, 16a)는 서로 열리게 될 수 있다.

한편, 도 2a는 커버(25)가 설치되는 본 발명의 겸자 구동 장치(100) 동작의 일례를 도시하는 측면도이고, 도 2b는 커버(25)가 설치되는 본 발명의 겸자 구동 장치(100)의 사시도이며, 도 2c는 도 2b에 초소형 카메라(27)가 더 설치된 예를 도시하는 측면도이다.

도 2a를 참조하면, 바디(20)에 커버(25)가 설치되어 있는 예가 도시되는데, 커버(25)는 피봇(25a)에 의해 바디(20)에 회전 가능하도록 이루어진다. 커버(25)에 의해 수술 중 장치 내부의 오염을 막을 수 있게 된다. 커버(25)는 영구 자석의 자력에 의해 바디(20)에 결합될 수 있다. 커버(25)가 피봇(25a)에 의해 회전 가능하고, 영구 자석의 자력에 의해 일 측이 탈착 가능하도록 이루어져서 내부 구성들의 교체나 소독 등이 용이하게 될 수 있다.

커버(25)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 절개되어 형성되는 열배출부(25b)를 구비할 수 있는데, 열배출부(25b)를 통해 액추에이터(50)의 동작에 의해 발생된 열을 외부로 배출할 수 있다.

도 2c를 참조하면, 커버(25)에는 초소형 카메라(27)가 설치될 수 있다. 초소형 카메라(27)는 수술 부위를 촬영함으로써 모니터링할 수 있게 한다.

이상에서 설명한 겸자 구동 장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100:겸자 구동 장치
10:파지부 13:제1부분 13a:제1집게단부
16:제2부분 16a:제2집게단부
20:바디 23:파지부 홀더 28:회전 수용부
25:커버 25a:피봇 25b:열배출부 27:초소형 카메라
30:개폐부재 31:가이드 핀 33:회동판
35:가압부 35a:고정홈 35b:고정공
40:탄성부
50:액추에이터
60:힘 센싱 모듈 61:PCB 64:센서 67:응력 전달부
70:지지판
80:제어부 81:퍼지 컨트롤러
83:PID 컨트롤러 85:제한기 87:힘 피드백부

Claims

바디;
상기 바디에 수용 가능하게 설치되고, 개폐 가능하도록 이루어지는 파지부;
상기 바디에 회전 가능하게 설치되고, 회전됨에 따라서 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제 가능하도록 이루어지는 개폐부재;
상기 개폐부재의 일 측에 연결되어, 상기 개폐부재에 탄성력을 제공 가능한 탄성부;
상기 개폐부재의 다른 일 측에 연결되어 수축 또는 인장됨에 의해 상기 개폐부재를 회전 가능하게 하는 액추에이터; 및
상기 개폐부재의 회전되는 동안에 상기 파지부가 파지하는 파지력을 측정 가능하게 이루어지는 힘 센싱 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 힘 센싱 모듈은,
상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 전달받아 전달된 힘을 측정하는 센서; 및
상기 센서에 전원을 공급하고, 상기 센서에 의해 측정된 힘에 대한 정보를 제공받아서 출력 가능하게 하는 PCB를 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 힘 센싱 모듈은,
상기 PCB의 일 면에 설치되고, 내부에 상기 센서가 설치되는 수용부를 구비하며, 상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제할 때의 힘을 센서에 전달하는 응력전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 개폐부재가 상기 파지부의 양 측을 가압 또는 가압 해제함으로써 발생하는 파지부의 그립력은 상기 센서에 의해 측정된 힘을 교정함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 액추에이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
PID 이득을 출력하는 퍼지 컨트롤러; 및
상기 퍼지 컨트롤러로부터의 상기 PID 이득을 입력받아 제어량을 출력하고, 상기 제어량에 근거하여 상기 액추에이터를 구동시키는 PID 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제어량이 기 결정된 양보다 커지거나 반응성이 없는 구간에서 제어량이 결정되지 않도록 상기 제어량의 출력을 제한하는 제한기; 및
상기 액추에이터의 동작에 의해 변화된 힘을 피드백하여 상기 퍼지 컨트롤러 및 상기 PID 컨트롤러로 전달하는 힘 피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제1항에 있어서,
초기 상태에서, 상기 개폐부재는 상기 탄성부의 탄성력에 의해 상기 파지부를 가압시켜서 상기 파지부를 닫히게 하고,
동작 상태에서, 상기 액추에이터가 수축됨에 의해 상기 파지부는 상기 개폐부재로부터 가압 해제되어서 상기 파지부를 열리게 하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 파지부는,
일 단에 형성되는 제1집게단부를 구비하는 제1부분; 및
일 단에 형성되는 제2집게단부를 구비하고, 상기 제1부분의 다른 일 단에서 탄성적으로 연결되는 제2부분을 포함하고,
상기 제1 및 제2부분의 일 단은, 상기 개폐부재에 의해 가압되는 때에 폐쇄되고, 상기 개폐부재에 의해 가압이 해제되는 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 개폐부재는,
상기 바디에 회전 가능하게 설치되는 가이드 핀;
상기 가이드 핀에 연결되는 회동판; 및
상기 제1 및 제2부분을 가압 가능하도록 상기 회동판의 양 측에 각각 형성되는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 바디 및 상기 가이드 핀 사이에는, 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 가압부 중 하나에는 고정홈이 형성되고, 상기 가압부에 탄성력을 제공하도록 상기 탄성부의 일 단부는 상기 고정홈에 감겨지도록 설치되고,
상기 가압부 중 다른 하나에는 고정공이 형성되고, 상기 개폐부재에 토크를 제공 가능 하도록 상기 액추에이터의 일 단부는 상기 고정공에 설치되는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.
제9항에 있어서,
초기 상태에서, 상기 가압부 각각은 상기 탄성부의 탄성력에 의해 상기 제1 및 제2부분 각각을 가압시켜서 상기 제1 및 제2부분의 단부는 닫히게 되고,
동작 상태에서, 상기 액추에이터가 수축됨에 의해 상기 가압부 각각은 상기 제1 및 제2부분 각각으로부터 가압 해제되어서 상기 제1 및 제2부분의 단부는 열리게 되는 것을 특징으로 하는 겸자 구동 장치.