KR20220060218A - 수술 로봇용 마스터 장치 - Google Patents

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KR20220060218A
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지대근
이수빈
심성보
홍재성
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

최소 침습 수술에 사용되는 슬레이브 로봇의 로봇식 수술기구에 대한 동작을 제어하기 위한 수술 로봇용 마스터 장치에 관한 것이다. 수술 로봇용 마스터 장치는 내부에 수용공간이 형성되고, 지지부재 상에 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 결합된 바디부; 상기 바디부의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성되고, 상기 바디부로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성된 핸들; 상기 바디부와 상기 핸들 사이에 결합되고, 상기 핸들을 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 이동부재; 및 상기 바디부와 상기 핸들 사이에 신축 가능하게 결합되고, 상기 핸들을 X축 방향으로의 굽힘 가능하게 지지하는 신축부재;를 포함할 수 있다.

Description

수술 로봇용 마스터 장치{Master device for surgical robot}
본 발명은 최소 침습 수술에 사용되는 슬레이브 로봇의 로봇식 수술기구에 대한 동작을 제어하기 위한 수술 로봇용 마스터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇식 수술기구의 컨트롤러인 핸들을 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동, 및 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성함으로써, 로봇식 수술기구의 동작범위를 효율적으로 제어할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치에 관한 것이다.
최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다. 최소 침습 수술은 인체의 일부에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과 달리, 0.5㎝~1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 내고, 이 절개공을 통해 비디오 카메라와 각종 기구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.
이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과 달리 수술 후 통증이 적고, 장 운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며, 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며, 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 가진다. 이러한 장점으로 인해 최소 침습 수술은 추간판 수술, 담낭 절재술, 전립선 암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.
최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 마스터 콘솔과 슬레이브 로봇을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마스터 콘솔은 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브 로봇으로 전송하고, 슬레이브 로봇은 마스터 콘솔로부터 수신한 제어신호에 따라 동작할 수 있다. 그리고, 슬레이브 로봇에는 적어도 하나의 로봇 암이 구비되며, 각 로봇 암의 선단에는 로봇식 수술기구(robotic surgical instrument)가 장착될 수 있다. 이에 따라, 절개공(incision point)을 통해 수술기구를 환자의 체내로 삽입시킨 후, 로봇 암을 이용하여 수술기구의 위치와 자세를 유지시키며 수술을 진행할 수 있게 된다.
한편, 로봇식 수술기구는 통상적으로 유연한(Bendable) 특성을 갖도록 다중 관절을 구비하여 오버튜브(overtube)에 끼워져 사용될 수 있으며, 로봇 암은 조이스틱을 컨트롤러로 사용하여 로봇식 수술기구의 움직임을 제어할 수 있다. 그러나, 조이스틱의 경우 2자유도, 즉, X축 방향 및 Y축 방향의 선형 운동과 회전 운동만이 가능하기 때문에 로봇식 수술기구는 오버튜브 내에서만 작동이 가능하고, 이로 인해 로봇식 수술기구의 동작범위가 제한되는 문제가 있었다.
공개특허공보 10-2019-0009115(2019.01.28 공개)
본 발명의 과제는 로봇식 수술기구의 컨트롤러인 핸들을 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동, 및 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성함으로써, 로봇식 수술기구의 동작범위를 효율적으로 제어할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수술 로봇용 마스터 장치는 내부에 수용공간이 형성되고, 지지부재 상에 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 결합된 바디부; 상기 바디부의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성되고, 상기 바디부로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성된 핸들; 상기 바디부와 상기 핸들 사이에 결합되고, 상기 핸들을 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 이동부재; 및 상기 바디부와 상기 핸들 사이에 신축 가능하게 결합되고, 상기 핸들을 X축 방향으로의 굽힘 가능하게 지지하는 신축부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 바디부는 링 형상의 제1 프레임과, 상기 제1 프레임과 상기 지지부재 사이에 Z축 방향으로 결합되어 내부에 상기 수용공간을 형성하는 복수의 제2 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재에는 상기 핸들이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리를 측정하기 위한 제1 위치측정 센서가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 위치측정 센서는 엔코더로 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지부재에는 배선을 위한 와이어가 관통할 수 있는 관통공이 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동부재는 한 쌍으로 이루어져 상기 바디부의 내측면에 서로 마주하도록 결합되고, 일면에 Z축 방향으로 가이드 레일이 형성된 가이드 바와, 한 쌍으로 이루어져 일측이 상기 핸들에 결합되고, 타측이 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능하도록 결합된 레일부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 레일부재는 상기 수용공간 내에 X축 방향으로 길게 배치되고, 일측이 상기 가이드 레일에 결합되는 제1 결합부재와, 상기 제1 결합부재의 타측으로부터 상부로 연장된 제2 결합부재와, 원판 형상으로 형성되어 상기 제2 결합부재의 상부로 연장되고, 회전 축을 통해 상기 핸들과 힌지 결합되는 제3 결합부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 핸들은 상기 바디부의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성된 파지부와, 원판 형상으로 형성되어 상기 파지부의 하부로 연장되고, 상기 회전 축을 통해 상기 제3 결합부재 사이에 결합되는 연결부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 축에는 상기 핸들의 구동을 제어하기 위한 무여자브레이크가 설치될 수 있다.
또한, 상기 하나의 제3 결합부재의 일면에는 상기 무여자브레이크가 안착되어 결합될 수 있도록 무여자브레이크 결합부가 함몰 형성될 수 있다.
또한, 상기 나머지 제3 결합부재의 일면에는 제2 위치측정 센서 결합부가 함몰 형성되고, 상기 제2 위치측정 센서 결합부에는 상기 핸들이 X축 방향으로 굽힘 이동한 거리를 측정하기 위한 제2 위치측정 센서가 설치될 수 있다.
또한, 상기 신축부재는 한 쌍으로 제공되고, 상기 수용공간에 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 신축부재는 일측이 상기 바디부에 결합된 실린더와, 일측이 상기 실린더에 결합되고, 타측이 상기 핸들에 결합되어 상기 핸들의 선형 운동과 굽힘 운동 시에 신축되는 피스톤을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신축부재는 힌지 결합부재를 통해 상기 바디부에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 힌지 결합부재의 일측에는 상기 핸들이 Z축 방향으로의 선형 이동한 거리를 측정하기 위한 제3 위치측정 센서가 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 핸들을 바디부로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하도록 형성함으로써, 벤딩 가능한 로봇식 수술기구의 동작 범위를 자유롭게 구현할 수 있다. 즉, 수술 부위의 깊이에 따라 로봇식 수술기구는 오버튜브의 밖으로 선형 이동할 수 있게 되고, 이 상태에서 로봇식 수술기구를 요(yaw) 방향으로 회전 이동시키거나 X축 방향으로의 굽힘 이동시키는 경우, 종래와 같이 오버튜브 내에서 동작하는 로봇식 수술기구에 비하여 보다 넓은 부위를 수술할 수 있게 된다.
또한, 핸들에 무여자브레이크를 설치함으로써 사용자가 수술을 멈추고 싶을 때, 무여자브레이크를 통해 핸들이 더 이상 움직이지 않도록 제어하여 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다
아울러, 제1 위치측정 센서와, 제2 위치측정 센서, 및 제3 위치측정 센서를 통해 핸들이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리와, Y축 방향으로 선형 이동한 거리, 및 X축 방향으로의 굽힘 이동한 거리를 각각 측정하여 로봇식 수술기구로 전달할 수 있으므로, 로봇식 수술기구를 보다 정교하게 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 수술 로봇용 마스터 장치에서 케이스를 제거한 상태를 도시한 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치의 구동 예를 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치의 구동 매커니즘을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치의 구동에 의한 로봇식 수술기구의 동작 변화를 나타낸 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇용 마스터 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 수술 로봇용 마스터 장치에서 케이스를 제거한 상태를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치의 구동 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치의 구동 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 수술 로봇용 마스터 장치(100)는 지지부재(110)와, 바디부(120)와, 핸들(130)과, 이동부재(140), 및 신축부재(150)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서의 수술 로봇용 마스터 장치(100)는 최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)에 사용되는 슬레이브 로봇(1)의 로봇식 수술기구(20)에 대한 동작을 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
지지부재(110)는 바디부(120)를 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 지지하기 위한 것으로서, 원기둥 형상의 지지대(111)와, 상기 지지대(111) 상에 베이렁으로 연결되어 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 결합된 턴 테이블(112)을 포함할 수 있다. 여기서, 턴 테이블(112)은 후술되는 핸들(130)과 연동하여 이동할 수 있는데, 자세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 지지부재(110)는 작업대 상에 배치되어 사용될 수 있는데, 이를 위하여 턴 테이블(112)의 하부는 복수의 고정부재(113)가 형성될 수 있다. 이러한 고정부재(113)는 바(bar) 형상으로 형성되어 턴 테이블(112)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있고, 일면에는 작업대와 결합하기 위한 결합공이 형성될 수 있다.
바디부(120)는 내부에 수용공간(120a)이 형성되고, 지지부재(110) 상에 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 바디부(120)는 3d 프린터를 통해 제조될 수 있으며, 제1 프레임(121)과, 제2 프레임(122)을 포함할 수 있다.
제1 프레임(121)은 링 형상으로 형성될 수 있으며, 눕혀진 상태로 지지부재(110)의 상부에 이격 배치될 수 있다.
제2 프레임(122)은 제1 프레임(121)과 지지부재(110) 사이에 Z축 방향으로 결합되어 내부에 수용공간(120a)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 프레임(122)은 4개 구비되어 90°간격으로 균등하게 배치될 수 있고, 일단은 제1 프레임(121)에 결합되고, 타단은 턴 테이블(112) 상에 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 프레임(122)이 4개 구비된 것으로 도시 및 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 3개, 5개 등과 같이 다양하게 구비될 수 있다.
핸들(130)은 바디부(120)의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성된 것으로서, 사용자의 피로도를 최소로 하기 위하여 성인의 평균 손크기인 약 180mm 내외로 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 핸들(130)은 바디부(120)로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 핸들(130)은 종래에 비하여 Z축 방향으로의 선형 이동이 더 가능한 3자유도의 조이스틱으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 핸들(130)에 의하여 움직임이 제어되는 로봇식 수술기구(20) 또한 바디부(120)로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능해질 수 있고, 이는 로봇식 수술기구(20)의 동작 범위를 더 넓게 형성하여 수술시 원하는 위치에 자세를 유지시킬 수 있게 된다.
이동부재(140)는 바디부(120)와 핸들(130) 사이에 결합되고, 핸들(130)을 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지할 수 있다. 구체적으로, 이동부재(140)는 가이드 바(141)와, 레일부재(142)를 포함할 수 있다.
가이드 바(141)는 한 쌍으로 이루어져 바디부(120)의 내측면에 서로 마주하도록 결합되고, 일면에 Z축 방향으로 가이드 레일이 형성될 수 있다. 예를 들어, 가이드 바(141)는 일면이 바디부(120)의 내측면에 결합되어, 가이드 레일이 형성된 타면이 핸들(130)을 향하도록 배치될 수 있다.
레일부재(142)는 한 쌍으로 이루어져 일측이 핸들(130)에 결합되고, 타측이 가이드 레일을 따라 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 구체적으로, 레일부재(142)는 제1 결합부재(41)와, 제2 결합부재(42), 및 제3 결합부재(43)를 포함할 수 있다.
제1 결합부재(41)는 수용공간(120a) 내에 Y축 방향으로 길게 배치되고, 일측이 가이드 레일에 결합될 수 있다.
제2 결합부재(42)는 제1 결합부재(41)의 타측으로부터 상부로 연장될 수 있다. 즉, 제2 결합부재(42)는 수용공간(120a) 내에 Z축 방향으로 길게 배치될 수 있다.
제3 결합부재(43)는 원판 형상으로 형성되어 제2 결합부재(42)의 상부로 연장되고, 회전 축(A)을 통해 핸들(130)과 힌지 결합될 수 있다. 이때, 회전 축(A)에는 핸들(130)의 구동을 제어하기 위한 무여자브레이크(미도시)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 무여자브레이크는 2개의 제3 결합부재(43) 중 하나에 설치될 수 있고, 이를 위해 제3 결합부재(43)의 일면에는 무여자브레이크 결합부(43a)가 함몰 형성될 수 있다. 이에 따라, 사용자가 수술을 멈추고 싶을 때, 무여자브레이크를 통해 핸들(130)이 더 이상 움직이지 않도록 제어함으로써 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 핸들(130)이 Z축 방향으로 선형 이동하는 레일부재(142)와 회전 축(A)을 통해 결합됨에 따라, 핸들(130)에 Z축 방향으로 힘을 가하는 경우 핸들(130)은 레일부재(142)와 연동하여 Z축 방향으로 선형 이동할 수 있게 되고, 핸들(130)에 X축 방향으로의 힘을 가하는 경우 핸들(130)은 회전 축(A)을 중심으로 X축 방향으로 굽힘 운동이 가능해질 수 있다.
신축부재(150)는 바디부(120)와 핸들(130) 사이에 신축 가능하게 결합되고, 핸들(130)을 X축 방향으로의 굽힘 가능하게 지지할 수 있다. 구체적으로, 신축부재(150)는 한 쌍으로 제공되어 수용공간(120a)에 서로 마주하도록 배치될 수 있으며, 실린더(151)와, 피스톤(152)을 포함할 수 있다.
실린더(151)는 내부에 수용공간(120a)이 형성된 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 일측이 바디부(120)에 결합될 수 있다. 이때, 실린더(151)는 힌지 결합부재(153)를 통해 바디부(120) 상에 회전 가능하게 결합될 수 있는데, 이는 핸들(130)이 Z축 방향으로 이동할 때 한 쌍의 실린더(151)의 사이각이 커지거나 작아지도록 함으로써 실린더(151)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
피스톤(152)은 일측이 실린더(151)에 결합되고, 타측이 핸들(130)에 결합되어 핸들(130)의 선형 운동과 굽힘 운동 시에 신축되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 피스톤(152)은 일측이 실린더(151) 내부에 위치하여 스프링에 의해 탄성지지 될 수 있고, 타측이 핸들(130)의 연결부재(132)에 결합되어 핸들(130)에 가해지는 외력에 의하여 신축될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 신축부재(150)는 가변 이등변 삼각형 매커니즘을 이용하여 구현될 수 있다.
즉, 한 쌍의 신축부재(150)는 바디부(120)의 일측 및 타측에 각각 힌지 결합되고, 그 중심부에는 핸들(130)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 핸들(130)에 Z축 방향으로 외력이 가해지는 경우, 신축부재(150)는 수축 및 회전 이동하여 이등변 삼각형 α 1의 각도가 α 2로 변경되고, 이러한 각도의 변화에 의하여 핸들(130)은 중심 축(L)을 따라 h1에서 h2의 위치로 선형 이동할 수 있게 된다. 이러한 가변 이등변 삼각형 매커니즘을 이용하면, 핸들(130)이 Z축 방향으로 이동하는 거리가 길어질 수록 굽힘 각도 역시 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 핸들(130)은 파지부(131)와, 연결부재(132)를 포함할 수 있다.
파지부(131)는 바디부(120)의 상측 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 파지부(131)의 하부에는 연결 축이 돌출 형성될 수 있으며, 사용자가 용이하게 파지할 수 있도록 외주면에 파지 홈이 형성되거나, 고무 등의 그립이 제공될 수 있다.
연결부재(132)는 원판 형상으로 형성되어 파지부(131)의 하부로 연장되고, 회전 축(A)을 통해 한 쌍의 제3 결합부재(43) 사이에 결합될 수 있다. 이와 같이, 연결부재(132)가 제3 결합부재(43) 사이에 제공됨에 따라, 핸들(130)은 Z축 방향으로 이동할 때 중심 축(L)을 따라 일자로 선형 이동할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 핸들(130)이 이동한 거리를 측정하기 위한 위치측정 센서(미도시)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 지지부재(110)의 일면에는 후술되는 핸들(130)이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리를 측정하기 위한 제1 위치측정 센서가 설치되고, 제3 결합부재(43)의 일면에는 핸들(130)이 X축 방향으로 굽힘 이동한 거리를 측정하기 위한 제2 위치측정 센서가 설치되고, 힌지 결합부재(153)의 일측에는 핸들(130)이 Z축 방향으로의 선형 이동한 거리를 측정하기 위한 제3 위치측정 센서가 설치될 수 있다. 이때, 제2 위치측정 센서는 2개의 제3 결합부재(43) 중 무여자브레이크 결합부(43a)가 형성되지 않은 나머지 제3 결합부재(43)에 형성될 수 있다. 이를 위해, 나머지 제3 결합부재(43)의 일면에는 제2 위치측정 센서 결합부(43b)가 함몰 형성될 수 있다. 그리고, 힌지 결합부재(153)의 일면에는 제3 위치측정 센서 결합부(153a)가 함몰 형성될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제1 위치측정 센서와, 제2 위치측정 센서, 및 제3 위치측정 센서는 엔코더로 제공될 수 있으며, 이러한 각각의 위치측정 센서를 통해 핸들(130)이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리와, Y축 방향으로 선형 이동한 거리, 및 X축 방향으로의 굽힘 이동한 거리를 측정하여 로봇식 수술기구(20)로 전달할 수 있다. 따라서, 로봇식 수술기구(20)는 이러한 이동 정보를 토대로 움직임이 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지부재(110)에는 배선을 위한 와이어가 관통할 수 있도록 중심부에 관통공(120a)이 Z축 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 무여자브레이크 및 위치측정 센서로 전원을 제공하기 위한 와이어는 관통공(120a)을 통해 수용공간(120a) 내에 삽입되어 무여자브레이크 및 위치측정 센서와 결선될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 수술 로봇용 마스터 장치(100)의 구동에 의한 로봇식 수술기구(20)의 동작 변화를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 슬레이브 로봇(1)은 오버튜브(10)와, 오버튜브(10) 내에 벤딩 가능하게 형성된 유연한 로봇식 수술기구(20)를 포함할 수 있으며, 로봇식 수술기구(20)는 수술 로봇용 마스터 장치(100)에 의하여 동작이 제어될 수 있다. 이러한 수술 로봇용 마스터 장치(100)를 이용한 로봇식 수술기구(20)의 제어방법을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 핸들(130)에 아무런 힘이 가해지지 않은 도 5(a)의 상태에서, 도 5(b)와 같이 핸들(130)을 Z축 방향으로 선형 이동시키게 되면 로봇식 수술기구(20)는 제3 위치측정 센서로부터 핸들(130)이 선형 이동한 거리를 제공받게 된다. 그러면, 로봇식 수술기구(20)는 핸들(130)이 Z축 방향으로 이동한 거리만큼 이동하여 오버튜브(10)의 외부로 더 많이 노출되는 상태가 된다.
이 상태에서, 도 5(C)에 도시된 바와 같이, 핸들(130)을 회전 축(A)을 중심으로 하여 X축 방향으로 굽힘 이동시키는 경우, 로봇식 수술기구(20)는 제2 위치측정 센서로부터 핸들(130)이 굽힘 이동한 거리를 제공받게 된다. 그러면, 로봇식 수술기구(20)는 오버튜브(10)의 외부에서 핸들(130)이 X축 방향으로 굽힘 이동한 거리만큼 벤딩될 수 있다. 이때, 로봇식 수술기구(20)가 Z축 방향으로 더 많이 이동하여 오버튜브(10)의 외부로 노출되는 면적이 증가할수록 로봇식 수술기구(20)는 더 많이 벤딩될 수 있다.
이와 같이, 로봇식 수술기구(20)가 Z축 방향으로 이동하여 오버튜브(10)의 외부에서 벤딩됨에 따라, 종래와 같이 오버튜브(10) 내부에서 벤딩되는 로봇식 수술기구(20)에 비하여 동작 범위가 넓어지게 된다.
한편, 로봇식 수술기구(20)는 핸들(130)에 의하여 요(yaw) 방향으로의 회전이 가능하므로, 벤딩되는 방향을 다양하게 제어할 수 있고, 이로 인해 로봇식 수술기구(20)의 위치를 미세하게 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 수술 로봇용 마스터 장치(100)는 핸들(130)을 바디부(120)로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하도록 형성함으로써, 벤딩 가능한 로봇식 수술기구(20)의 동작 범위를 자유롭게 구현할 수 있다. 즉, 수술 부위의 깊이에 따라 로봇식 수술기구(20)는 오버튜브(10)의 밖으로 선형 이동할 수 있게 되고, 이 상태에서 로봇식 수술기구(20)를 요(yaw) 방향으로 회전 이동시키거나 X축 방향으로의 굽힘 이동시키는 경우, 종래와 같이 오버튜브(10) 내에서 동작하는 로봇식 수술기구(20)에 비하여 보다 넓은 부위를 수술할 수 있게 된다.
또한, 핸들(130)에 무여자브레이크를 설치함으로써 사용자가 수술을 멈추고 싶을 때, 무여자브레이크를 통해 핸들(130)이 더 이상 움직이지 않도록 제어하여 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다
아울러, 제1 위치측정 센서와, 제2 위치측정 센서, 및 제3 위치측정 센서를 통해 핸들(130)이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리와, Y축 방향으로 선형 이동한 거리, 및 X축 방향으로의 굽힘 이동한 거리를 각각 측정하여 로봇식 수술기구(20)로 전달할 수 있으므로, 로봇식 수술기구(20)를 보다 정교하게 제어할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110: 지지부재
111: 지지대
112: 턴 테이블
113: 고정부재
120: 바디부
121: 제1 프레임
122: 제2 프레임
130: 핸들
131: 파지부
132: 연결부재
140: 이동부재
141: 가이드 바
142: 레일부재
150: 신축부재
151: 실린더
152: 피스톤
153: 힌지 결합부재

Claims (15)

  1. 내부에 수용공간이 형성되고, 지지부재 상에 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 결합된 바디부;
    상기 바디부의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성되고, 상기 바디부로부터 Z축 방향으로의 선형 운동과, X축 방향으로의 굽힘 운동과, 요(yaw) 방향으로의 회전 운동이 가능하게 형성된 핸들;
    상기 바디부와 상기 핸들 사이에 결합되고, 상기 핸들을 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 이동부재; 및
    상기 바디부와 상기 핸들 사이에 신축 가능하게 결합되고, 상기 핸들을 X축 방향으로의 굽힘 가능하게 지지하는 신축부재;
    를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디부는,
    링 형상의 제1 프레임과,
    상기 제1 프레임과 상기 지지부재 사이에 Z축 방향으로 결합되어 내부에 상기 수용공간을 형성하는 복수의 제2 프레임을 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재에는 상기 핸들이 요(yaw) 방향으로의 회전 이동한 거리를 측정하기 위한 제1 위치측정 센서가 설치되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 위치측정 센서는 엔코더로 제공되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재에는 배선을 위한 와이어가 관통할 수 있는 관통공이 제공되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동부재는,
    한 쌍으로 이루어져 상기 바디부의 내측면에 서로 마주하도록 결합되고, 일면에 Z축 방향으로 가이드 레일이 형성된 가이드 바와,
    한 쌍으로 이루어져 일측이 상기 핸들에 결합되고, 타측이 상기 가이드 레일을 따라 이동 가능하도록 결합된 레일부재를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레일부재는,
    상기 수용공간 내에 X축 방향으로 길게 배치되고, 일측이 상기 가이드 레일에 결합되는 제1 결합부재와,
    상기 제1 결합부재의 타측으로부터 상부로 연장된 제2 결합부재와,
    원판 형상으로 형성되어 상기 제2 결합부재의 상부로 연장되고, 회전 축을 통해 상기 핸들과 힌지 결합되는 제3 결합부재를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 핸들은,
    상기 바디부의 외부로 노출되어 파지 가능하게 형성된 파지부와,
    원판 형상으로 형성되어 상기 파지부의 하부로 연장되고, 상기 회전 축을 통해 상기 제3 결합부재 사이에 결합되는 연결부재를 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 축에는 상기 핸들의 구동을 제어하기 위한 무여자브레이크가 설치되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나의 제3 결합부재의 일면에는 상기 무여자브레이크가 안착되어 결합될 수 있도록 무여자브레이크 결합부가 함몰 형성되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 나머지 제3 결합부재의 일면에는 제2 위치측정 센서 결합부가 함몰 형성되고, 상기 제2 위치측정 센서 결합부에는 상기 핸들이 X축 방향으로 굽힘 이동한 거리를 측정하기 위한 제2 위치측정 센서가 설치되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 신축부재는 한 쌍으로 제공되고, 상기 수용공간에 서로 마주하도록 배치되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신축부재는,
    일측이 상기 바디부에 결합된 실린더와,
    일측이 상기 실린더에 결합되고, 타측이 상기 핸들에 결합되어 상기 핸들의 선형 운동과 굽힘 운동 시에 신축되는 피스톤을 포함하는 수술 로봇용 마스터 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 신축부재는 힌지 결합부재를 통해 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 수술 로봇용 마스터 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 힌지 결합부재의 일측에는 상기 핸들이 Z축 방향으로의 선형 이동한 거리를 측정하기 위한 제3 위치측정 센서가 설치되는 수술 로봇용 마스터 장치.
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