KR20230046569A - 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇은 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 지지대; 수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 선택된 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 지지대 상에 이동 가능하게 설치되는 캐리어; 상기 제1위치에서 수용홈 내에 수용된 수술기구를 선택하여 상기 제1위치 전방의 제2위치로 이송하는 이송부; 및 상기 제2위치로 이동한 수술기구에 접속하고 시술기구의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇 {Wearable surgical robot with multi-tool}
본 발명은 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수술에 필요한 다수의 수술기구가 장착된 캐리어가 시술자의 팔에 연결된 상태에서, 수술기구의 교환 및 동작이 시술자에 의해 입력되는 신호에 따라 제어되도록 함으로써 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 수술실에 투입되는 보조 인력을 최소화할 수 있는 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇에 관한 것이다.
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 수술 도구를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 및 복강경 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 및 수술의 정밀도 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
종래의 수술용 로봇은, 미국 인튜이티브 서지컬(Intuitive Surgical)사에서 개발한 다빈치 로봇(Da Vinci Surgical System)과 같이, 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master) 로봇과 마스터 로봇으로부터 신호를 받아 직접 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave) 로봇으로 이루어지는데, 통상 슬레이브 로봇은 수술실에, 마스터 로봇은 수술실과 분리된 조작실에 각각 설치하고 마스터 로봇과 슬레이브 로봇을 유, 무선 방식으로 연결하여 원격으로 수술을 진행하게 된다.
그러나, 종래의 수술용 로봇은 그 부피가 매우 커서 설치에 상당한 공간이 필요하며, 장치의 구성이 복잡하여 제조, 설치 및 숙련 과정에서 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다. 특히, 간단한 수술인 경우에도 종래의 수술용 로봇을 사용할 경우, 소요되는 시간 및 비용으로 인하여 로봇 수술이 오히려 비효율적인 방식이 될 수 있다는 문제가 있다.
또한, 시술 중에 다른 수술기구를 이용할 필요성이 있는 경우에 현재 사용중인 수술용 로봇의 로봇 암을 위치이동하고 수술보조자에 의해 수술기구를 교체하여 원래의 위치로 다시 이동하는 방법 등이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 경우에 수술보조자가 수술기구를 교체할 수 있는 공간으로 로봇 암을 이동시켜야 하므로, 로봇 암의 불필요한 동선을 야기시킬 수 있다. 이는 가능한 빠른 시간 내에 시술을 완료해야 하는 수술의 특성상 불필요한 시간을 낭비하게 되는 문제가 있다. 또한, 수술기구를 교체하는 단순한 작업을 위한 별도의 인력(수술장 보조 간호사 1~2인, 기구전달 간호사 1인)이 추가로 요구되는 문제가 있다.
또한, 로봇을 이용한 수술과정에서 환자에게 예측하지 못한 응급 상황이 발생하는 경우, 수술실과 분리된 원격지에서 마스터 로봇을 이용해 수술을 진행하던 의사가 수술에 직접 참여하기 위해서는 준비시간이 필요하므로 수술 시간이 지연될 수밖에 없으며, 이로 인해 응급 상황에 대한 즉각적인 대처가 불가능한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1004690호(2010.01.27 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수술에 필요한 다수의 수술기구가 장착된 캐리어가 시술자의 팔에 연결된 상태에서, 수술기구의 교환 및 동작이 시술자에 의해 입력되는 신호에 따라 제어되도록 함으로써 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 수술실에 투입되는 보조 인력을 최소화할 수 있는 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 지지대; 수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 선택된 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 지지대 상에 이동 가능하게 설치되는 캐리어; 상기 제1위치에서 수용홈 내에 수용된 수술기구를 선택하여 상기 제1위치 전방의 제2위치로 이송하는 이송부; 및 상기 제2위치로 이동한 수술기구에 접속하고 시술기구의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 수술에 필요한 다수의 수술기구가 장착된 캐리어가 시술자의 팔에 연결된 상태에서, 수술기구의 교환 및 동작이 시술자에 의해 입력되는 신호에 따라 제어되도록 함으로써 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 수술실에 투입되는 보조 인력을 최소화할 수 있는 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇이 제공된다.
도 1은 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 사시도이고,
도 2는 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 작동 상태를 나타낸 도면이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 다양한 사용예를 나타낸 도면이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 1은 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 다양한 사용형태를 나타낸 도면이다.
상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇은 지지대(110), 캐리어(120), 이송부(130), 구동부(140) 및 조작부(150)를 포함한다.
상기 지지대(110)는 외과의사와 같은 시술자의 팔에 지지되어 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있도록 구성되며, 내부에는 상기 캐리어(120), 이송부(130) 및 구동부(140)를 수용할 수 있는 수용공간이 마련되고, 전면에는 수술기구(10)가 통과할 수 있는 관통홀이 형성된다.
상기 캐리어(120)는 상기 지지대(110)의 수용공간 내에서 축회전 가능하게 지지되는 원통형의 몸체부(121), 상기 몸체부(121)의 외주면을 따라 등간격으로 함몰 형성되고 수술기구(10)가 수용되는 다수의 수용홈(122) 및 상기 몸체부(121)를 축회전시키는 제1구동모터(123)를 포함한다. 상기 제1구동모터(123)는 상기 몸체부(121)의 회전 위치를 제어할 수 있도록 구성되며, 이를 통해 시술자에 의해 선택된 수술기구(10)를 미리 지정된 제1위치로 이동시킬 수 있다.
상기 수용홈(122)에는 수술에 필요한 다양한 수술기구(10)가 탈착 및 축방향 이동이 가능한 형태로 삽입될 수 있다. 예컨대, 상기 수술기구(10)는 선단부가 신체 내부의 수술부위로 진입한 상태에서 후단부가 신체 외부에 위치할 수 있도록 일정한 길이를 갖는 막대 형태로 이루어지고, 선단에는 가위, 집게, 열소작기 등의 형태로 이루어지는 엔드이펙터(11)가 마련될 수 있고, 후단에는 상기 수술기구(10)의 움직임을 제어하기 위한 접속부가 마련된다. 예컨대, 상기 접속부는 상기 수술기구(10)의 축회전을 위한 제1연결부(12), 상기 엔드이펙터(11)의 동작 제어를 위한 제2연결부(13) 및 상기 수술기구(10)의 축방향 이송을 위한 제3연결부(14)가 마련될 수 있으며, 선택된 수술기구(10)가 제1위치로 이동한 상태에서 상기 이송부(130) 및 구동부(140)와 접속될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 몸체부(121)가 원통형으로 이루어지고 축회전하면서 선택된 수용홈(122)이 제1위치로 이동하는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 제한하는 것은 아니며, 상기 몸체부(121)가 원호형 또는 직선형으로 이루어지고 왕복 운동하면서 선택된 수용홈(122)이 제1위치로 이동하는 것도 가능할 것이다.
상기 이송부(130)는 상기 제1위치와 근접한 위치에서 수용홈(122)과 나란하게 배치되는 볼스크류(131), 상기 볼스크류(131)의 축회전에 의해 볼스크류(131)와 나란한 방향으로 직선운동하는 슬라이더(132) 및 볼스크류(131)를 축회전시키는 제2구동모터(133)를 포함한다. 상기 슬라이더(132)는 상기 몸체부(121)의 후단측으로 이동한 상태에서 제1위치에 배치된 수술기구(10)의 제3연결부(14)에 접속/접속해제 될 수 있다. 이러한 이송부(130)는 상기 슬라이더(132)가 수술기구(10)의 제3연결부(14)에 접속된 상태에서, 볼스크류(131)를 축회전시켜 상기 슬라이더(132)를 직선운동시킴으로써, 제1위치의 수술기구(10)를 제2위치로 이동시켜 수용홈(122) 전방으로 돌출되도록 하거나, 제2위치의 수술기구(10)를 제1위치로 이동시켜 수용홈(122) 내부로 수용되도록 할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 이송부(130)는 제2구동모터(133), 볼스크류(131) 및 슬라이더(132)의 조합에 의해 슬라이더(132)가 직선운동하는 것으로 설명하였으나 이에 제한하는 것은 아니며, 제1위치와 제2위치 사이에서 수술기구(10)를 이동시킬 수 있는 유압/공압 실린더 또는 리니어 모터 등의 형태로 이루어지는 것도 가능할 것이다.
상기 구동부(140)는 상기 수술기구(10)가 제2위치로 이동한 상태에서, 상기 수술기구(10)의 제1연결부(12)에 접속하여 수술기구(10)를 축회전시키는 제1구동부(141)와 상기 수술기구(10)의 제2연결부(13)에 접속하여 엔드이펙터(11)의 동작을 제어하는 제2구동부(142)를 포함한다.
상기 제1구동부(141)와 제1연결부(12)는 수술기구(10)가 제2위치로 이동한 상태에서 서로 맞물릴 수 있는 한 쌍의 기어로 이루어질 수 있으며, 상기 제1구동부(141)는 기어를 회전시킬 수 있는 동력원을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2연결부(13)는 엔드이펙터(11)와 와이어 등으로 연결되고 소정 범위 내에서 회전 또는 직선 운동할 수 있는 형태로 이루어지고, 상기 제2구동부(142)는 상기 수술기구(10)가 제2위치로 이동한 상태에서 상기 제2연결부(13)와 맞물려 상기 제2연결부(13)를 구동시킬 수 있는 형태로 이루어진다. 예컨대, 상기 제2연결부(13)는 외주면에 결합홈이 형성되고 상기 수술기구(10)와 나란한 방향으로 이동할 수 있는 링형부재를 포함할 수 있고, 상기 제2구동부(142)는 상기 결합홈과 맞물릴 수 있는 결합돌기와 상기 결합돌기를 상기 수술기구(10)와 나란한 방향으로 구동할 수 있는 액추에이터를 포함할 수 있으며, 상기 결합홈과 결합돌기는 액추에이터의 형태에 따라 복수 마련되고 각각 독립적으로 운동할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 조작부(150)는 상기 지지대(110)의 상측에 배치되고, 상기 지지대(110)의 위치를 제어하기 위해 시술자가 손으로 잡아 이동시킬 수 있는 손잡이, 상기 수술기구(10)의 선택 및 동작 제어를 위한 복수의 제어신호 입력부를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 조작부(150)는 일반적인 조이스틱의 형태로 이루어질 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다.
첨부도면 중 도 3 내지 도 5는 본 발명 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇의 다양한 사용예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 3과 같이 상기 지지대(110)는 수술실 벽, 천장, 바닥 등에 고정된 다관절 로봇암(160a)에 연결되거나, 도 4와 같이 이송대차에 의해 자유롭게 이동할 수 있는 다관절 로봇암(160a)에 연결될 수 있으며, 상기 다관절 로봇암(160a)은 시술자의 팔에 가해지는 부하를 줄이기 위해 수술로봇의 하중을 보상할 수 있는 중력 보상 메커니즘을 구비할 수 있다.
또한, 도 5와 같이 상기 지지대(110)는, 위치조절이 가능한 동시에 수술로봇의 하중을 지지할 수 있는 자바라식 지지구조체(160b)에 연결될 수 있으며, 상기 자바라식 지지구조체(160b)는 자유로운 이동을 위해 이동대차(160c)에 고정될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:지지대, 120:캐리어, 121:몸체부,
122:수용홈, 123:제1구동모터, 130:이송부,
131:볼스크류, 132:슬라이더, 133:제2구동모터,
140:구동부, 141:제1구동부, 142:제2구동부,
150:조작부, 160a:다관절 로봇암,
160b:자바라식 지지구조체, 160c:이동대차,
10:수술기구, 11:엔드이펙터, 12:제1연결부,
13:제2연결부, 14:제3연결부

Claims (1)

  1. 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 지지대;
    수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 선택된 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 지지대 상에 이동 가능하게 설치되는 캐리어;
    상기 제1위치에서 수용홈 내에 수용된 수술기구를 선택하여 상기 제1위치 전방의 제2위치로 이송하는 이송부; 및
    상기 제2위치로 이동한 수술기구에 접속하고 시술기구의 작동을 위한 동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 멀티 툴을 탑재한 웨어러블 수술로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101004690B1 (ko) 2008-07-17 2011-01-04 (주)미래컴퍼니 수술용 로봇 시스템 및 그 구동 방법

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