KR20240009253A - 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트 - Google Patents

이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트에 관한 것이다.

Description

이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트{Strut of a fracture reduction robot capable of sensing the degree of movement}
본 발명은 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 복수개의 링 프레임과, 상기 복수개의 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서, 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트에 관한 것이다.
대퇴골 또는 경골 골절 환자의 접합 수술 시 경우에 따라 고정장치(external fixation device) 등의 수술 보조 기구를 뼈에 고정시킨 뒤, 골절 부위의 접합을 위해 반복적인 X-ray 촬영을 통해 뼈를 조금씩 맞춰 나가는 과정을 수행한다.
이러한 과정에서 의료진들은 C-ARM X-ray 장비에 근접하여 수술하므로 방사선에 과다 노출되는 위험을 가지고 있다.
또한, 환자의 골절 부위를 견인 후 장시간 그 견인 위치를 유지해야 하므로 외과의에게 육체적으로 큰 부담을 주는 작업이며, 육체적 노동이 필요한 작업만을 위해 다수의 외과의를 투입하여 비효율적인 인력 운영의 형태로 이뤄지고 있었다.
상기와 같은 견인을 위해서 골절 수술 전용 수술대(Fracture table)가 시판되고 있으나, 팔 또는 다리의 골절 부위를 고정하여 견인하는 것은 골편의 정확한 위치 조정이 어렵고, 골편 견인에 요구되는 힘을 계측할 수 없어 과도한 견인의 원인이 될 수 있다.
또한, 수술 항법 장치와 산업용 시리얼 아암 형태의 로봇을 이용해서 상기 문제를 해결하고자 하는 시도가 있어 왔으나, 이 경우 로봇에 요구되는 가반하중이 매우 크기 때문에 이러한 가반하중을 만족시키기 위해서는 로봇의 부피가 증가하게 되어 수술실에서 요구되는 디자인을 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.
이에, 한국등록특허공보 제10-1735481호 ‘탈착식 액츄에이터를 구비한 외고정 장치’는 탈착식 액츄에이터를 가변 레그에 용이하게 장착하는 것으로, 가변 레그의 이전 상태를 용이하게 파악할 수 있어 골절되거나 변형된 벼의 교정을 성공적으로 수행할 수 있도록 하였으나, 뼈를 견인하고 정복하는 구성이 많아짐에 따라 외고정장치를 뼈에 고정시킬 시 각 가변 레그의 길이를 변화시키는 구동 부재와 탈착식 액츄에이터에 전기를 인가하는 전선이 늘어나게 되어, 해당 전선들이 수술 부위에 닿을 수 있는 문제점이 남아있다.
따라서, 골절 정복 수술 시, 전선이 제거된 구동부를 이용하여 수술에 방해되지 않는 골절 정복 로봇의 개발이 요구되는 실정이었고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 배터리와 모터를 구동부에 삽입하고, 구동부를 무선으로 형성하여, 수술에 방해가 되는 전선이 제거된 와이러리스 구동부가 형성된 골절 정복 로봇을 개발하였다.
와이러리스 구동부가 형성된 골절 정복 로봇은, 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 복수개의 링 프레임과, 상기 복수개의 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트를 포함하도록 구성될 수 있는데, 이때, 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절 정도를 알기 위해 스트러트는 이동 정도를 측정해야 한다.
그러나, 종래의 스트러트의 이동 정도에 대한 측정 정도는 육안에 의지하고 있는 실정이라 정밀하지 못한 문제점이 있어, 이를 해결할 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결 하기 위하여 제공되는 발명으로, 골절 정복 로봇의 스트러트에 있어서, 스트러트의 정밀 제어가 가능하도록 하는 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 복수개의 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서, 상기 스트러트의 이동 경로 일측에 스트러트의 이동 경로를 따라 길이를 형성하되, 일정 길이 마다 각기 다른 가변저항을 나타내는 가변 저항체를 구비하고, 상기 스트러트에는 상기 가변 저항체를 따라 접촉하며 이동하는 접촉자를 구비하여, 접촉자의 이동에 따라 가변 저항체에 측정되는 가변 저항의 변화를 통해 스트러트의 이동 정도를 측정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 복수개의 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서, 상기 스트러트에 와이어를 연결하고, 상기 와이어에는 스트러트의 움직임에 따라 와이어를 권선 또는 권취하되 와이어의 회전수를 감지하는 회전수 감지 센서를 구비하여, 스트러트의 움직임에 따라 회전수 감지 센서에 측정되는 회전수를 통해 스트러트의 이동 정도를 센싱하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서, 상기 스트러트 이동 경로 일측에 스트러트를 향해 광선을 발산하는 광학 센서를 구비하고, 상기 스트러트에는 상기 광학 센서의 광선을 각기 다른 반사 거리로 광학 센서로 반사하도록 길이 방향을 따라 두께 편차를 가진 리플렉터를 구비하여, 스트러트의 이동 정도를 센싱하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 스트러트의 정밀 제어가 가능하여 골절 치료 정확성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 효과는, 위에서 언급된 내용에만 한정되지 않고, 명세서 및 도면으로부터 예측 가능한 모든 효과를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 골절 정복 로봇의 사시도이다.
도 2a는 도 1의 골절정복부와 구동부를 분해한 모습을 나타낸 분해도이고, 도 2b는 골절정복부와 구동부가 결합되는 모습을 보여주기 위한 예시도이다.
도 3은 도 2의 골절정복부의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 상단 커넥터가 링 프레임과 연결된 모습을 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 3의 상단 커넥터와 스트러트를 분해한 분해도이다.
도 6는 도 3의 하단 커넥터의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 3의 링 프레임이 연결된 하단 커넥터와 스트러트 및 구동부를 분해한 모습을 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 6의 하단 커넥터의 평면투영도이다.
도 9는 도 3의 스트러트의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 스트러트와 하단 커넥터가 연결된 모습을 나타낸 단면예시도이다.
도 11은 도 2의 구동부의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11의 구동부를 회전시켜 제어부의 모습을 나타낸 분해도이다.
도 13은 도 2의 드라이버 커플러와 스트러트의 동력 전달부의 모습을 나타낸 예시도이다.
도 14는 도 13의 드라이버 커플러의 클러치이의 모습을 나타낸 회전사시도이다.
도 15a 내지 도 15c는 도 13의 드라이버 커플러와 스트러트의 동력 전달부가 연결되는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이다.
도 17은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 골절 정복 로봇의 사시도이며, 도 2a는 도 1의 골절정복부와 구동부를 분해한 모습을 나타낸 분해도이고, 도 2b는 골절정복부와 구동부가 결합되는 모습을 보여주기 위한 예시도이고, 도 3은 도 2의 골절정복부의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 환자의 골편 중 적어도 두 부분에 고정되는 복수개의 링 프레임(11) 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임(11)의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트(12)에 있어서, 스트러트가 이동 정도 센싱이 가능하도록 구성됨을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 골절 정복 로봇(1)은 본 발명의 실시예에 따른 골절 정복 로봇은 골절정복부(10) 및 구동부(20)를 포함할 수 있다.
먼저, 골절정복부(10)는 환자의 팔 또는 다리가 관통되어, 고정핀과 같은 수술도구를 이용하여 골편에 직접적으로 고정되는 부분일 수 있다. 골절정복부(10)는 뼈를 정복(整復)하기 위하여 골편의 위치와 자세를 조정할 수 있다.
링 프레임(11)은 환자의 팔 또는 다리가 관통될 수 있도록 링의 형태로 형성될 수 있다. 링 프레임(11)은 환자의 팔 또는 다리가 관통된 후 환부의 위치에 맞춰 환부에 고정될 수 있다.
이때, 링 프레임(11)은 원주 방향을 따라 일정 간격으로 관통되는 결합홀(110)이 마련될 수 있다. 여기서, 결합홀(110)은 골절 정복 수술에 이용되는 뼈 고정 프레임(미도시)가 결합될 수 있다.
구체적으로, 뼈 고정 프레임(미도시)은 통상적으로 뼈에 맞닿는 철판과, 링 프레임(11)에 설치되어 'ㄱ'자로 형성되는 막대 및 철판과 막대 간을 결합 시키기 위한 볼트로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 링 프레임(11)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 복수 개의 링 프레임(11)은 상호 일정 간격 이격되게 위치할 수 있다. 이러한 링 프레임(11)은 골절된 환부의 길이 방향을 따라 고정될 수 있다.
바람직하게는 2개의 링 프레임(11)이 각각 환부의 끝단에 고정되고, 하나 이상의 스트러트(12)가 링 프레임(11)의 사이에 연결될 수 있다.
이를 위해, 링 프레임(11)은 상단 커넥터(111) 및 하단 커넥터(112)를 포함하여 스트러트(12)와 연결될 수 있다.
이후, 환부에 고정된 링 프레임(11)은 스트러트(12)의 구동에 맞춰 뼈를 정복시킬 수 있다. 스트러트(12)의 구동에 대한 설명은 하기에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
이하, 도 4 내지 도 5 및 도 6 내지 도 8을 참조하여, 상술된 링 프레임(11)과 스트러트(12) 간을 고정시키기 위해 구비되는 하단 커넥터(112)와 상단 커넥터(111)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 4는 도 3의 상단 커넥터가 링 프레임과 연결된 모습을 나타낸 예시도이며, 도 5는 도 3의 상단 커넥터와 스트러트를 분해한 분해도이다.
도 4를 참조하면, 상단 커넥터(111)는 스트러트(12)의 일단과 링 프레임(11)을 연결시킬 수 있다.
구체적으로, 상단 커넥터(111)는 클램프를 포함할 수 있다. 클램프는 링 프레임(11)의 테두리에 밀착되도록 형성될 수 있어, 상단 커넥터(111)의 각도가 틀어지거나 원주 둘레를 따라 미끄러지는 것을 방지할 수 있다.
상단 커넥터(111)는 고정홈을 클램프의 상측에 더 마련할 수 있다. 이러한 고정홈 내에 고정핀(1111)이 삽입되고, 고정홈과 고정핀(1111)에 마련된 중공부를 통해 회전핀(1112)이 삽입될 수 있다.
또한, 고정핀(1111)은 상단에 이탈방지부재(1110)가 체결될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.
상단 커넥터(111)는 도 5에 도시된 바와 같이 스트러트(12)와 더 연결될 수 있다. 여기서, 스트러트(12)의 일단은 로드의 형태 즉, 가운데에 관통홀(121)이 형성된 형태로 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 고정핀(1111)의 상단에 형성된 홈과 스트러트(12)의 관통홀(121)에 이탈방지부재(1110)가 삽입됨으로써, 상단 커넥터(111)와 스트러트(12)가 이탈방지부재(1110)와 회전핀(1112)을 축으로 하여 연결될 수 있다.
바람직하게, 상단 커넥터(111)는 두 개의 이탈방지부재(1110)를 이용하여 한 쌍의 스트러트(12)와 연결될 수 있어, 사용자가 링 프레임(11)과 스트러트(12)를 조립할 때 부담을 줄여줄 수 있다.
이에 따라, 상단 커넥터(111)는 상기의 구성을 통해 하나 이상의 스트러트(12)를 링 프레임(11)에 체결 시킬 수 있고, 각각의 스트러트(12)가 관통홀(121)과 회전핀(1112)을 축으로 하여 회전할 수 있음과 동시에, 스트러트(12)의 높이가 가변 될 수 있어, 최종적으로 링 프레임(11)의 각도가 변할 수 있다.
스트러트(12)의 높이 가변에 대한 설명은 하기에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 도 6은 도 3의 하단 커넥터의 모습을 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 3의 링 프레임이 연결된 하단 커넥터와 스트러트 및 구동부를 분해한 모습을 나타낸 분해도이고, 도 8은 도 6의 하단 커넥터의 제 1 연계홀 및 제 2 연계홀의 직경 차이를 나타낸 평면투영도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 하단 커넥터(112)는 클램프를 포함할 수 있다. 클램프는 링 프레임(11)의 테두리에 밀착되도록 형성될 수 있어, 하단 커넥터(112)의 각도가 틀어지거나 원주 둘레를 따라 미끄러지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하단 커넥터(112)는 연계홀(1120)을 통해 구동부(20)와 스트러트(12)와 연결될 수 있다.
이를 위해, 연계홀(1120)의 직경이 구동부(20) 및 스트러트(12)와 대응되도록 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 구동부(20)와 맞닿는 연계홀(1120)의 직경은 드라이버 커플러(23)의 크기와 대응되도록 마련될 수 있으며, 스트러트(122)와 맞닿는 연계홀(1120)의 직경은 동력 전달부(122)의 크기와 대응되도록 마련될 수 있다.
여기서, 스트러트(12)의 측으로 개방된 연계홀(1120)을 제 1 연계홀(1120a)이라 하고, 구동부(20) 측으로 개방된 연계홀(1120)을 제 2 연계홀(1120b)이라 한다.
즉, 하단 커넥터(112)는 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 연계홀(1120a)과 제 2 연계홀(1120b)의 직경의 차이((1120a-1120b)/2)가 나타날 수 있다.
이에 드라이버 커플러(23)와 스트러트(12)의 동력 전달부(122)는 연계홀(1120)의 내부에 수용됨에 따라, 드라이버 커플러(23)와 동력 전달부(122)의 연결이 가이드 될 수 있어, 사용자가 골절정복부(10)에 구동부(20)을 보다 용이하게 장착할 수 있는 효과가 있다.
여기서, 스트러트(12)의 동력 전달부(122)는 스트러트(12)의 타단에 형성되어 구동부(20)의 구동을 전달 받는 부분이고, 드라이버 커플러(23)는 구동부(20)의 구동을 전달해 줄 수 있으며, 각각에 대한 설명은 하기에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 도 9는 도 3의 스트러트의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9를 참조하면, 스트러트(12)는 액추에이터 또는 실린더와 같은 길이 가변이 가능한 구성을 가지도록 형성될 수 있어, 링 프레임(11)의 위치를 변화시킬 수 있다. 스트러트(12)는 스트러트 몸체(120), 관통홀(121) 및 동력 전달부(122)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트러트 몸체(120)는 사이트게이지(1200), 실린더(1201) 및 측정자(1202)를 포함할 수 있다.
사이트게이지(1200)은 스트러트 몸체(120)의 둘레에 길이 방향을 따라 형성될 수 됨으로써, 스트러트(12)의 최대 축소 길이와 최대 연장 길이를 나타낼 수 있다.
실린더(1201)는 스트러트 몸체(120)의 내부에서 이동할 수 있어, 스트러트(12)의 전체 길이를 가변 시킬 수 있다. 실린더(1201)는 구동부(20)에서 전달 받은 동력으로 스트러트 몸체(120)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다.
측정자(1202)는 도 10에 도시된 바와 같이 실린더(1201)의 끝단에 형성되며, 사이트게이지(1200)의 내측에서 왕복 운동하여 스트러트(12)의 길이를 표시하는 위치에 위치됨으로써, 사용자가 육안으로 스트러트(12)의 길이를 파악할 수 있다.
그러나, 앞서 상술된 사용자의 육안을 통해 스트러트(30)의 길이를 측정하는 물리적인 방식은, 반드시 한정되는 사항이 아닌 구동부(40)의 동작을 통해 전자식으로 측정하는 방식 등이 함께 혼용되어 이용될 수도 있다.
스트러트의 길이를 전자식으로 측정하는 방식에 대해서는 골절 정복 로봇에 대한 설명을 마친 후 구체적으로 후술하기로 한다.
이에 따라, 사용자가 사이트게이지(1200)과 측정자(1202)를 통해 각 스트러트(12) 전체의 길이를 파악할 수 있으며, 스트러트(12)의 길이에 따라 환부에 고정된 골절정복부(10)의 형태도 파악할 수 있다.
관통홀(121)은 스트러트 몸체(120)의 일단에 도넛 형태로 형성될 수 있으며, 내주면에 회전의 용이성을 위하여 베어링이 설치될 수 있다.
관통홀(121)은 이탈방지부재(1110)에 관통될 수 있어, 상단 커넥터(111)와 연결될 수 있다. 다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이 관통홀(121)은 상단 커넥터(111)의 이탈방지부재(1110)를 통해 고정핀(1111)에 체결될 수 있다.
즉, 관통홀(121)은 각 스트러트(12)가 상단 커넥터(111)에서 이탈방지부재(1110) 및 고정핀(1111)을 축으로 하여 회전할 수 있도록 마련될 수 있다.
동력 전달부(122)는 스트러트 몸체(120)의 타단에 형성되어 하단 커넥터(112)와 연결될 수 있으며, 하단 커넥터(112)를 통해 구동부(20)와 연결되어 동력을 전달 받을 수 있다.
또한, 도 10은 도 9의 스트러트의 내부 모습과 하단 커넥터가 연결된 모습을 나타낸 단면예시도이다.
도 10을 참조하면, 동력 전달부(122)는 관형나사(1220), 키홈(1221) 및 볼 조인트(1222)를 포함할 수 있다.
관형나사(1220)는 하단 커넥터(112)와 맞닿을 수 있다.
관형나사(1220)는 하단 커넥터(112)와 스트러트(12)를 결합시키기 위한 구성으로서, 하단 커넥터(112)의 내측면까지 확장되어 하단 커넥터(112)와 맞닿을 수 있다.
키홈(1221)은 구동부(20)과 직접적으로 연결되어, 구동부(20)의 동력을 전달 받는 부분일 수 있다.
볼 조인트(1222)에는 동력 전달부(122)의 외측에서 관통하는 관통핀(12220)이 삽입될 수 있으며, 관통핀(12220)을 회전축으로 하여 회전할 수 있다.
상기에서 설명한 높이 가변 성질과 상단 커넥터(111)와 체결된 형태 및 동력 전달부(122)를 이용하여, 스트러트(12)들의 길이 변화에 따라 링 프레임(11)은 선형 축, 수평 직진 및 수직 직진 이동할 수 있으며, 피치(pitch), 편요각(yaw) 및 롤(roll) 회전이 가능한 6자유도가 부여될 수 있다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구동부(20)가 스트러트(11)로 동력을 전달하기 위한 구성 및 방식에 대한 설명을 이어나가도록 한다.
도 11은 도 2의 구동부의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 11의 구동부를 회전시켜 제어부의 모습을 나타낸 분해도이고, 도 13은 도 2의 드라이버 커플러와 스트러트의 동력 전달부의 모습을 나타낸 예시도이고, 도 14는 도 13의 드라이버 커플러의 클러치이의 모습을 나타낸 회전사시도이며, 도 15a는 도 13의 드라이버 커플러와 스트러트의 연결부가 연결되기 전의 모습을 나타낸 예시도이고, 도 15b는 도 13의 드라이버 커플러가 스트러트의 연결부에 삽입된 모습을 나타낸 예시도이며, 도 15c는 도 13의 드라이버 커플러와 스트러트의 연결부가 연결되는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 11을 참조하면, 구동부(20)는 링 프레임(11)에 연결되기 위한 드라이버 커플러(23)가 외측으로 돌출될 수 있다. 이러한 구동부(20)는 드라이버 커플러(23)를 통해 스트러트(12)에 동력을 전달할 수 있으며, 통신선과 전원선이 제거된 와이어리스(wireless)로 형성될 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 구동부(20)와 링 프레임(11)간에는, 그들을 결속시키기 위한 구동부 고정핀(P)이 구비될 수 있으며, 상기 구동부 고정핀(P)은, 상기 구동부(20)를 관통하는 상태에서, 일단이 링 프레임(11)에 고정되는 방식을 통해 구동부(20)와 링 프레임(11)간의 고정력을 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 구동부(20)는 구동부 하우징(21) 및 제어부(22)를 포함할 수 있다.
먼저, 구동부 하우징(21)은 환자의 팔 또는 다리가 관통되도록 링 형태로 형성될 수 있다. 이때, 구동부 하우징(21)은 링 프레임(11)의 외경의 길이보다 긴 내경의 길이를 가질 수 있다.
다시 말해, 구동부 하우징(21)은 링 프레임(11)보다 크게 형성되어 환자의 팔 또는 다리가 링 프레임(11)에 관통할 시 링 프레임(11)의 움직임을 방해하지 않을 수 있다.
바람직하게, 구동부 하우징(21)은 도 12에 도시된 바와 같이 일부 절개된 형태로 형성될 수 있어, 사용자가 절개된 부분에 손을 넣어 조립하는 방식으로 용이하게 골절정복부(10)와 구동부(20)를 조립할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 구동부 하우징(21)은 제어부(22)의 구동모터(221)에 설치된 드라이버 커플러(23)가 통과할 수 있는 홀(hole)이 형성될 수 있다.
제어부(22)는 구동부 하우징(21)의 내부에 형성될 수 있으며, 스트러트(12)를 제어할 수 있다.
제어부(22)는 도 12에 도시된 바와 같이 각 구성이 구동부 하우징(21)의 내부 일측에 마련될 수 있다.
제어부(22)는 메인 컨트롤러(220), 구동모터(221) 및 전원부(222)를 포함할 수 있다.
메인 컨트롤러(220)는 골절정복부(10)의 구동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 메인 컨트롤러(220)는 무선으로 내비게이션과 같은 수술계획 프로그램을 갖는 외부PC 등과 통신할 수 있으며, 통신된 정보에 따라 구동모터(221) 및 전원부(222)를 제어하고, 골절정복부(10)가 환부를 교정하도록 제어할 수 있다. 또한 스트러트의 현재 위치 정보를 바탕으로 수술계획 프로그램에서 사용자가 필요로 하는 데이터를 시각적으로 표출 할 수 도 있다.
메인 컨트롤러(220)는 골절정복부(10)의 구동을 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 메인 컨트롤러(220)는 현재 위치로부터 스트러트(12)의 길이가 가변되도록 구동모터(221)의 회전 수 및 방향을 제어할 수 있다.
예컨대, 메인 컨트롤러(220)는 스트러트(12)의 길이를 가변 시킴으로써, 링 프레임(11)의 위치를 변하게 할 수 있다.
또한, 메인 컨트롤러(220)는 NFC(근거리 무선 통신)와 같은 직접 접촉 방식을 이용한 페어링 방법 및 ISM대역을 활용한 원거리 무선 통신 방법을 활용하여 다른 단말과 통신할 수도 있다.
구동모터(221)는 스트러트(12)의 개수에 맞춰 형성될 수 있으며, 메인 컨트롤러(220)의 제어에 따라 각 스트러트(12)의 길이 및 방향을 가변 시키는 동력을 생성할 수 있다.
구동모터(221)는 스트러트(12)의 위치에 따라 2개가 한쌍을 이뤄 3방향에 형성될 수 있으며, 드라이버 커플러(23)를 통해 각각의 스트러트(12)로 동력을 전달할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 메인 컨트롤러(220)는 각 스트러트(12)에 대응하는 구동모터(221) 별로 회전 수 및 방향을 모니터링 할 수 있어, 스트러트(12)의 현재 길이를 측정할 수 있다.
전원부(222)는 메인 컨트롤러(220)의 제어에 따라 각 구동모터(221)에 전원을 인가할 수 있다.
전원부(222)는 내부에 배터리를 구비하여 무선으로 충전될 수 있다. 전원부(222)는 자기 유도방식, 공진 유도방식 등의 방법으로 충전될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
드라이버 커플러(23)는 구동부 하우징(21)의 일면에 형성되며, 스트러트(12)와 연결될 수 있다.
드라이버 커플러(23)는 구동모터(221)가 형성된 위치에 마련될 수 있으며, 구동모터(221)의 동력을 스트러트(12)에 전달한다.
이때, 드라이버 커플러(23)는 하단 커넥터(112)를 통해 스트러트(12)와 연결될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 드라이버 커플러(23)는 클러치이(230)를 포함할 수 있다.
클러치이(230)는 스트러트(12)의 키홈(1221)과 맞물리게 형성될 수 있다.
구체적으로, 클러치이(230)는 도 14에 도시된 바와 같이 드라이버 커플러(23)의 원주를 따라 하나 이상 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로, 키홈(1221)과 탈착 가능한 형태가 모두 포함될 수 있다.
바람직하게, 클러치이(230)는 드라이버 커플러(23)의 원주 방향을 따라 일정 간격 이격되게 형성될 수 있다.
또한, 드라이버 커플러(23)는 도 15a에 도시된 바와 같이 클러치이(230)와 연결되는 탄성부재(231)를 더 포함할 수 있다.
클러치이(230)는 탄성부재(231)로 인해 키홈(1221)과의 탈착에 따라 드라이버 커플러(23)에서부터 키홈(1221)의 방향으로 밀려나가거나 그 반대 방향으로 당겨질 수 있다.
탄성부재(231)는 코일스프링, 판스프링, 접시스프링 등과 같이 클러치이(230)를 키홈(1221)이 마련된 방향으로 밀어낼 수 있는 모든 부재를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게, 탄성부재(231)는 클러치이(230)의 하단이 관통하는 코일스프링으로 형성될 수 있다.
즉, 도 15a에 도시된 바와 같이 드라이버 커플러(23)는 동력 전달부(122)와 연결면이 서로 대응되게 마련될 수 있고, 스트러트(12)와 드라이버 커플러(23)를 연결시킬 시, 도 15b에 도시된 바와 같이 탄성부재(231)의 탄성력으로 인해 클러치이(230)와 키홈(1221)의 맞물림 결합이 지연된 상태가 유지될 수 있으며, 도 15c에 도시된 바와 같이 구동모터(221)의 회전력이 가산됨으로 인해 클러치이(230)와 키홈(1221)이 맞물림 결합될 수 있다.
이에 따라, 사용자는 복수개의 스트러트(12)와 복수개의 드라이버 커플러(23)를 한번에 장착시킬 수 있어, 골절정복부(10)와 구동부(20)의 조립을 보다 편리하게 진행되도록 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 골절 정복 로봇(1)의 스트러트 이동 정도 센싱에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 특징은 상기와 같은 골절 정복 로봇(1)의 스트러트 이동 정도 센싱을 전자식으로 센싱하는 구조를 제공하는 것에 있다.
도 16은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이며, 도 17은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 스트러트(12)의 이동 경로 일측에 스트러트(12)의 이동 경로를 따라 길이를 형성하되, 접촉 길이에 따라 선형적인 저항 값의 변화를 보이는 가변 저항체(3100)를 구비하고, 스트러트(12)에는 가변 저항체(3100)를 따라 접촉하며 이동하는 접촉자(3150)를 구비할 수 있다.
즉, 스트러트(12)가 스트러트 몸체(120) 내에서 실린더(1201)에 의해 이동할 경우에 스트러트(12)에 구비된 접촉자(3150)는 스트러트(12)를 따라 이동하게 되는데, 이때, 접촉자(3150)가 접촉하는 위치에 길이를 따라 각기 다른 가변 저항을 나타내는 가변 저항체(3100)가 구비되어, 스트러트(12)의 이동 시에 접촉자(3150)는 가변 저항체(3100)를 따라 이동하게 되며, 스트러트(12)의 위치에 따라 다른 가변 저항 값을 감지할 수 있다.
여기서, 가변 저항체(3100)는 상술한 제어부(22)나 또는 외부에 마련되는 특정 서버 또는 단말 등과 연동되어 감지하는 가변 저항 값을 전달할 수 있고, 연동된 제어부(22)나 특정 서버 또는 단말 등은 이를 계산하여 이동 정도와 스트러트(12)의 현재 길이의 절댓값을 측정할 수 있다.
한편, 가변 저항체(3100)는 바람직하게는 스트러트 몸체(120) 내부에 위치하거나 스트러트 몸체(120)와 연결될 수 있으나, 반드시 한정되는 사항은 아니고 스트러트 몸체(120)와 이원화 될 수도 있고, 접촉자(3150)는 상술한 측정자(1202)의 위치 즉, 실린더(1201)의 단부에 위치될 수도 있으나, 이 또한 한정되는 사항은 아니다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이며, 도 19는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 스트러트(12)에 와이어(3200)를 연결하고, 와이어(3200)에는 회전수 감지 센서(3250)를 구비하도록 구성될 수 있다.
여기서, 회전수 감지 센서(3250)는 회전하면서 와이어(3200)를 권취 또는 권선하는 와인더(3251)와, 와이어(3200)를 권선 또는 권취하는 회전 방향으로 같이 회전하면서 탄성력을 제공하며, 태엽 스프링 등으로 구비되는 스프링(3252)과, 스프링(3252)의 탄성력이나 회전 등을 감지하여 와이어(3200)의 권선과 권취 감지를 통해 회전수를 측정하는 포텐션미터(3253)를 포함하여 구성되어, 권선 또는 권취되는 와이어(3200)의 회전수를 감지하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 스트러트(12)가 이동 시에 연결된 스트러트(12)의 이동에 의해 연결된 와이어(3200)는 회전수 감지 센서(3250)에 권선 또는 권취되고, 회전수 감지 센서(3250)는 이를 이용해 회전수를 감지하면서 스트러트(12)의 현재 길이를 측정할 수 있다.
제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트도 제1 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트와 마찬가지로 회전수 감지 센서(3250)에서 감지된 회전수는 상술한 제어부(22)나 또는 외부에 마련되는 특정 서버 또는 단말 등의 연동 장치로 전달할 수 있고, 연동된 제어부(22)나 특정 서버 또는 단말 등은 이를 계산하여 스트러트(12)의 이동 정도를 측정하고 계산할 수 있다.
도 20은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트의 개념도이며, 도 21은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 골절 정복 로봇의 스트러트 이동 정도 센싱 원리를 상세히 보여주는 도면이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 스트러트(12) 이동 경로 일측에 스트러트(12)를 향해 광선을 발산하는 광학 센서(3300)를 구비하고, 스트러트(12)에는 광학 센서(3300)의 광선을 각기 다른 반사 거리로 반사하는 리플렉터(3350)를 구비하도록 구성될 수 있다.
즉, 광학 센서(3300)는 스트러트(12)의 이동 경로 일측에서 스트러트(12)의 이동 방향을 향해 광선을 발산하게 되는데, 이때, 광선을 반사하는 리플렉터(3350)는 길이 방향에 따른 두께 편차에 의해 스트러트(12)의 이동 경로를 따라 이동하면서 스트러트(12)의 이동 위치에서 각기 다른 반사 거리로 다시 광학 센서(3300)로 반사하게 된다. 이러한 광선은 광학 센서(3300)로 입사되게 되므로, 스트러트(12)의 현재 길이를 측정할 수 있다.
그러나, 이는 바람직한 예일 뿐 이러한 구조에 한정되지 않고, 반대로 광학 센서(3300)가 스트러트(12)를 따라 이동하도록 형성되며, 리플렉터(3350)는 스트러트(12) 이동 경로 일측에 고정 설치될 수도 있다.
제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트도 제1 또는 제2 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트와 마찬가지로 광학 센서(3300)에서 감지한 정보를 상술한 제어부(22)나 또는 외부에 마련되는 특정 서버 또는 단말 등의 연동 장치로 전달할 수 있고, 연동된 제어부(22)나 특정 서버 또는 단말 등은 이 정보를 토대로 계산하여 스트러트(12)의 이동 정도를 측정하고 계산할 수 있다.
아울러, 상기 제1 내지 제3 실시 예에 따른 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트는, 이해를 돕기 위해 각각 분리하여 설명하였으나, 이들은 서로 각기 따로 구비될 수도 있고, 서로 간섭하지 않는 범위 내에서 혼용 사용될 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
1 : 골절 정복 로봇
10 : 골절정복부
11 : 링 프레임
110 : 결합홀
111 : 상단 커넥터
1110 : 이탈방지부재
1111 : 고정핀
1112 : 회전핀
112 : 하단 커넥터
1120 : 연계홀
1120a : 제 1 연계홀
1120b : 제 2 연계홀
12 : 스트러트
120 : 스트러트 몸체
1200 : 사이트게이지
1201 : 실린더
1202 : 측정자
121 : 관통홀
122 : 동력 전달부
1220 : 관형나사
1221 : 키홈
1222 : 볼 조인트
12220 : 관통핀
20 : 구동부
21 : 구동부 하우징
22 : 제어부
220 : 메인 컨트롤러
221 : 구동모터
222 : 전원부
23 : 드라이버 커플러
230 : 클러치이
231 : 탄성부재
3100 : 가변 저항체
3150 : 접촉자
3200 : 와이어
3250 : 회전수 감지 센서
3251 : 와인더
3252 : 스프링
3253 : 포텐션미터
3300 : 광학 센서
3350 : 리플렉터
P : 구동부 고정핀

Claims (3)

  1. 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서,
    상기 스트러트의 이동 경로 일측에 스트러트의 이동 경로를 따라 길이를 형성하되, 접촉 길이에 따라 선형적인 저항 값의 변화를 보이는 가변 저항체를 구비하고, 상기 스트러트에는 상기 가변 저항체를 따라 접촉하며 이동하는 접촉자를 구비하여, 접촉자의 이동에 따라 가변 저항체에 감지되는 가변 저항의 변화를 통해 스트러트의 이동 정도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트.
  2. 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서,
    상기 스트러트에 와이어를 연결하고, 상기 와이어에는 스트러트의 움직임에 따라 와이어를 권선 또는 권취하되 와이어의 회전수를 감지하는 회전수 감지 센서를 구비하여, 스트러트의 움직임에 따라 회전수 감지 센서에 감지되는 회전수를 통해 스트러트의 이동 정도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트.
  3. 환자의 환부 중 적어도 두 부분에 고정되는 링 프레임 사이를 연결하도록 마련되며, 상기 링 프레임의 각도와 이격 거리를 조절하는 스트러트에 있어서 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트로서,
    상기 스트러트 이동 경로 일측에 스트러트를 향해 광선을 발산하는 광학 센서를 구비하고, 상기 스트러트에는 상기 광학 센서의 광선을 각기 다른 반사 거리로 광학 센서로 반사하도록 길이 방향을 따라 두께 편차를 가진 리플렉터를 구비하여, 스트러트의 이동 정도를 센싱하는 것을 특징으로 하는 이동 정도 센싱이 가능한 골절 정복 로봇의 스트러트.
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