WO2016003172A1 - 병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템 - Google Patents

병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템 Download PDF

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WO2016003172A1
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unit
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coupled
robot
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PCT/KR2015/006728
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김성목
김희국
이병주
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주식회사 고영테크놀러지
고려대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a parallel micro robot and a surgical robot system having the same, and more particularly, to a parallel micro robot and a surgical robot system having the same to precisely position the surgical tool in a desired position.
  • a robot having a serial structure is widely used to control a position and a posture in three dimensions during a surgery using a robot.
  • various types of parallel robots have been developed and used as compared to serial structures.
  • the first advantage is that the inertial mass of the moving part can be reduced compared to the surgical robot of the serial structure, thereby increasing the speed and acceleration of the machine.
  • the second advantage is that the base platform and the moving platform are connected by a plurality of actuators, so that each of the actuators receives only tensile and compression forces instead of bending forces, thereby increasing mechanical rigidity. Is the point.
  • the third advantage is that since the errors of each of the actuators are reflected on the mobile platform on average, the accuracy is improved compared to the serial robot that accumulates the errors.
  • the degree of freedom increases, the number of actuators corresponding to the increased degree of freedom must be further installed between the base platform and the moving platform. Therefore, when manufacturing a surgical robot having a parallel structure having more than four degrees of freedom in addition to the increase in the manufacturing cost, the size of the robot can be enlarged, which may cause a lot of restrictions on the installation and surgical space. In addition, when a strong load is imposed on the actuator disposed between the base platform and the moving platform, in particular the actuator responsible for the translational movement, it may adversely affect the structural stability.
  • the present invention is to solve this problem, the problem to be solved by the present invention is to provide a parallel micro-robot capable of precise control while minimizing the size and increase the structural stability.
  • Another object of the present invention is to provide a surgical robot system having the parallel micro-robot.
  • the parallel micro robot includes a base plate, a working plate, a main fixed shaft module, a horizontal moving module, and at least one angle adjusting module.
  • the base plate includes a base body portion and at least one base connection portion connected to the base body portion.
  • the operation plate includes an operation body portion corresponding to the base body portion and at least one operation connection portion connected to the operation body portion to correspond to the base connection portion.
  • the main fixed shaft module is disposed between the base body portion and the operating body portion, and is coupled to the operating body portion so that the operating body portion is rotatable.
  • the horizontal moving module is disposed between the main fixed shaft module and the base body portion and moves the main fixed shaft module along first and second directions crossing each other.
  • the angle adjusting module is coupled with the base connecting portion so that the base connecting portion is rotatable, coupled with the operating connecting portion so that the actuating connecting portion is rotatable, and translates between the base connecting portion and the actuating connecting portion.
  • the base connecting portion may include first and second base connecting portions connected to the base body portion, and the actuating connecting portion may include first and second connected to the actuating body portions to correspond to the first and second base connecting portions, respectively. Operational connections may be included.
  • the angle adjusting module may include first and second angle adjusting modules. The first angle adjusting module is coupled to the first base connecting portion so that the first base connecting portion is rotatable, and is coupled to the first operating connecting portion so that the first actuation connecting portion is rotatable, and the first base connecting portion and the Translate between the first actuating connection.
  • the second angle adjustment module is coupled with the second base connector so that the second base connector is rotatable, coupled with the second actuating connector so that the second actuating connector is rotatable, and the second base connector and the Translate between the second actuation connections.
  • the first base connection part may be connected to the base body part in one of the first and second directions, and the second base connection part may be connected to the other of the base body part and the first and second directions. Can be connected in a direction.
  • the first actuating connecting portion may be connected with the actuating body portion in one direction, and the second actuating connecting portion may be connected with the actuating body portion in the other direction.
  • the first and second directions may perpendicularly intersect each other.
  • the operation plate may further include a mounting connection portion connected to the operation body portion and providing a mounting space.
  • the mounting connection portion may be disposed at a position corresponding to the operation connection portion.
  • the parallel micro-robot may further include a surgical mount coupled to the mounting connection and configured to mount a surgical unit.
  • the angle adjustment module may include a translation unit, one rotational movement connecting unit and the other rotational movement connecting unit.
  • the translational unit translates between the base connection and the actuating connection.
  • the one side rotational movement connecting unit connects between the base connecting portion and the translational movement unit to enable the base connecting portion to rotate.
  • the other rotational movement connecting unit connects the operation connecting portion and the translational movement unit to enable the operation connecting portion to rotate.
  • the angle adjusting module may further include a vertical movement guide unit coupled to the translational movement unit to guide translational movement by the translational movement unit.
  • the translation unit may include a vertical movement actuator and a vertical movement shaft.
  • the vertical movement actuator provides power for the translational movement.
  • the vertical movement shaft portion performs a translational motion by the power by the vertical movement actuator between the operation connecting portion and the vertical movement actuator, or between the base connection portion and the vertical movement actuator.
  • the vertical movement guide unit may include a guide body portion and a vertical movement sliding portion.
  • the guide body portion is coupled to the vertical movement shaft to perform a translational movement with the vertical movement shaft.
  • the vertical movement sliding portion is disposed between the vertical movement actuator and the guide body portion, and the guide body portion is slid and guided during translational movement.
  • the translation unit may further include an actuator mounting portion mounted to the vertical movement actuator on the inner side and coupled to the vertical movement sliding portion on the outer side.
  • the vertical movement sliding part may include a vertical movement rail part and a vertical movement rail groove part.
  • the vertical movement rail portion is coupled to any one of the vertical movement actuator and the guide body portion.
  • the vertical movement rail groove portion is coupled to the other one of the vertical movement actuator and the guide body portion, and slides along the vertical movement rail portion.
  • the horizontal moving module may include first and second sliding modules.
  • the first sliding module is disposed between the main fixed shaft module and the base body portion, and moves the main fixed shaft module along one of the first and second directions.
  • the second sliding module is disposed between the main fixed shaft module and the first sliding module, and moves the main fixed shaft module along the other of the first and second directions.
  • the main fixed shaft module may include a main fixed shaft unit and a main rotary motion connecting unit.
  • the main fixed shaft unit is coupled to the horizontal moving module and moved along the first and second directions by the horizontal moving module.
  • the main rotary motion connecting unit connects between the main fixed shaft unit and the operating body so that the operating body portion can rotate.
  • the surgical robot system includes a parallel micro robot, and a robot installation stage for mounting the parallel micro robot so as to correspond to an operating table on which a patient is placed.
  • the parallel micro robot includes a base plate, a working plate, a main fixed shaft module, a horizontal moving module, and at least one angle adjusting module.
  • the base plate is mounted to the robot installation stage, and includes a base body portion and at least one base connection portion connected to the base body portion.
  • the operation plate includes an operation body portion corresponding to the base body portion and at least one operation connection portion connected to the operation body portion to correspond to the base connection portion.
  • the main fixed shaft module is disposed between the base body portion and the operating body portion, and is coupled to the operating body portion so that the operating body portion is rotatable.
  • the horizontal moving module is disposed between the main fixed shaft module and the base body portion and moves the main fixed shaft module along first and second directions crossing each other.
  • the angle adjusting module is coupled with the base connecting portion so that the base connecting portion is rotatable, coupled with the operating connecting portion so that the actuating connecting portion is rotatable, and translates between the base connecting portion and the actuating connecting portion.
  • the robot installation stage may include a robot mounting unit, one direction moving unit and a pair of other direction moving units.
  • the robot mounting portion mounts the parallel micro robot.
  • the one-way moving part is coupled to the robot mounting part and moves the robot mounting part along one direction across the operating table.
  • the other direction moving parts are disposed on both sides of the operating table so as to be coupled to the one direction moving part, and move the one direction moving part along another direction crossing the one direction.
  • the parallel microrobot includes first and second sliding modules and first and second angle adjustment modules to translate in four directions.
  • the motion By controlling the motion, it is possible to implement a parallel micro robot with 4 degrees of freedom capable of precisely controlling the angle and position of the operating plate.
  • the number of actuators for adjusting the angle of the operation plate can be drastically reduced compared to the conventional parallel micro robot. As a result, it is possible to manufacture a small and lightweight structure, thereby minimizing installation and surgical space constraints.
  • each of the first and second angle adjustment modules has a vertical movement guide unit coupled to the vertical movement shaft portion, it is possible to more stably guide the translational movement by the vertical movement shaft portion. That is, the vertical movement shaft portion may be structurally unstable during the translational movement because it is formed in a relatively thin thickness, the structural movement can be improved by the vertical movement guide unit reinforces the vertical movement shaft portion.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of the parallel micro robot of the surgical robot system of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which the surgical mount is removed from the parallel micro robot of FIG. 2, viewed from another angle.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a parallel microrobot of FIG. 2 as viewed from above.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a base plate, a working plate, and a surgical mounting stand of the parallel micro robot of FIG. 2.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating a main fixed shaft module of the parallel micro robot of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a first sliding module of the parallel micro robot of FIG. 2.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view illustrating the first sliding module of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a first angle adjusting module of the parallel micro robot of FIG. 2.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating the first angle adjusting module of FIG. 9.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.
  • the surgical robot system includes a parallel micro robot 100 in which a surgical unit (not shown) is mounted, and a parallel micro robot so as to correspond to an operating table (not shown) in which a patient is placed. It includes a robot installation stage 200 for mounting (100).
  • the robot installation stage 200 may move the parallel micro robot 100 along a horizontal direction parallel to the operating table while mounting and fixing the parallel micro robot 100.
  • the robot installation stage 200 may include a robot mounting unit 210, one direction moving unit 220, and a pair of other direction moving units 230.
  • the robot mounting unit 210 mounts and fixes the parallel micro robot 100.
  • the robot mounting unit 210 may adjust the distance between the operating table and the parallel micro-robot 100 by moving the parallel micro-robot 100 along a vertical direction perpendicular to the horizontal direction.
  • the one-way moving part 220 is disposed along one direction across the operating table, that is, along the width direction.
  • the one-way moving part 220 may be coupled to the robot mounting part 210 on an upper surface thereof and move the robot mounting part 210 along the one direction.
  • the one-way moving unit 220 may determine a position in one direction of the parallel micro robot 100.
  • the other direction moving parts 230 are disposed on both sides of the operating table in other directions crossing the one direction, for example, along the length direction of the operating table. Each of the other direction moving parts 230 is coupled to the one direction moving part 220 on an upper surface and moves the one direction moving part 220 along the other direction. As a result, the other direction moving parts 230 may determine the position in the other direction of the parallel micro-robot 100.
  • the surgical robot system may move the parallel microrobot 100 along the width and length of the operating table to determine a surgical position by the surgical unit mounted on the parallel microrobot 100.
  • the surgical robot system may be a surgical system that performs the surgery by placing the surgical unit in the desired portion of the spine of the patient disposed on the operating table.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of the parallel micro robot of the surgical robot system of FIG. 1
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a base plate, an operation plate, and a surgical mounting stand of the parallel microrobot of FIG. 2.
  • the parallel micro-robot 100 includes a base plate 110, an operation plate 120, a surgical mount 130, a main fixed shaft module 140, and a horizontal moving module (M). ) And at least one angle adjustment module.
  • the base plate 110 is mounted and fixed to the robot mounting unit 210 shown in FIG.
  • the base plate 110 may include a base body portion 112 and at least one base connection portion connected to the base body portion 112.
  • the base connection part may include first and second base connection parts 114 and 116 connected to the base body part 112.
  • the first and second base connection parts 114 and 116 may protrude from the base body part 112 to correspond to each other.
  • the operation plate 120 is spaced apart from the base plate 100 to face.
  • the operation plate 120 may include an operation body portion 122 corresponding to the base body portion 112 and at least one operation connection portion connected to the operation body portion 122 to correspond to the base connection portion.
  • the actuating connecting portion may include first and second actuating connecting portions 124 and 126 connected to the actuating body 122 to correspond to the first and second base connecting portions 114 and 116, respectively. Can be.
  • the first and second operation connecting portions 124 and 126 may be formed to protrude to correspond to each other from the operating body 122.
  • the operation plate 120 may further include a mounting connection portion 128 that is connected to the operation body portion 122 and provides a mounting space.
  • the mounting connection portion 128 may protrude from the operating body portion 122 and be disposed at a position corresponding to the operation connection portion.
  • the mounting connection 128 may be disposed at a position opposite to any one of the first and second operational connections 124 and 126.
  • the surgical mount 130 is mounted to the mounting connection 128 to fix the surgical unit. Specifically, one end of the surgical mount 130 is fixed to the coupling coupling portion 128, the other end of the fixing means for fixing the surgical unit, for example fixing hole for fixing the surgical unit It may be provided.
  • the surgical unit may be a surgical needle or a surgical drill that can be inserted and fixed in the fixing hole.
  • the main fixed shaft module 140 is disposed between the base body portion 112 and the operating body portion 122 and is coupled to the operating body portion 122 so that the operating body portion 122 is rotatable. .
  • the horizontal moving module M is disposed between the main fixed shaft module 140 and the base body portion 112 and moves along the first and second directions crossing the main fixed shaft module 140 with each other. Let's do it.
  • the horizontal moving module M may include first and second sliding modules 150 and 160.
  • the first sliding module 150 is disposed between the main fixed shaft module 140 and the base body portion 112, and the main fixed shaft module 140 is moved to any one of the first and second directions. Move along the direction.
  • the second sliding module 160 is disposed between the main fixed shaft module 140 and the first sliding module 150 and moves the main fixed shaft module 140 to the other of the first and second directions. Move along one direction.
  • the angle adjusting module is coupled with the base connecting portion so that the base connecting portion is rotatable, coupled with the operating connecting portion so that the actuating connecting portion is rotatable, and translates between the base connecting portion and the actuating connecting portion.
  • the angle adjusting module may include first and second angle adjusting modules 170 and 180.
  • the first angle adjustment module 170 is coupled to the first base connection portion 114 so that the first base connection portion 114 is rotatable, and the first operation so that the first operation connection portion 124 is rotatable. Coupling with the connecting portion 124, the translation between the first base connecting portion 114 and the first actuating connecting portion (124).
  • the second angle adjustment module 180 is coupled to the second base connection part 116 so that the second base connection part 116 is rotatable, and the second operation so that the second operation connection part 126 is rotatable. Coupling with the connecting portion 126, and translates between the second base connecting portion 116 and the second actuating connecting portion 126.
  • the first base connection part 114 may be connected to the base body part 112 in one of the first and second directions
  • the second base connection part 116 may be The base body 112 may be connected to the other of the first and second directions.
  • the first actuating connection part 124 may be connected to the actuating body part 122 in one direction
  • the second actuating connection part 126 may be connected to the actuating body part 122 in the other direction.
  • the first and second directions may cross perpendicular to each other.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating a main fixed shaft module of the parallel micro robot of FIG. 2.
  • the main fixed shaft module 140 may include a main fixed shaft unit 142 and a main rotary motion connecting unit 144.
  • the main fixed shaft unit 142 is coupled to the horizontal moving module M and moved along the first and second directions by the horizontal moving module M.
  • the main fixed shaft unit 142 may include a fixed shaft body part 142a, a bottom connection part 142b, and an upper connection part 142c.
  • the fixed shaft body portion 142a is disposed along a third direction perpendicular to a horizontal plane parallel to the first and second directions.
  • the bottom connection part 142b is connected to the lower portion of the fixed shaft body part 142a and is fixedly coupled to the horizontal moving module M, that is, the second sliding module 160.
  • the upper connection part 142c is connected to the upper portion of the fixed shaft body part 142a and is coupled to the main rotational motion connection unit 144.
  • the main rotary motion connecting unit 144 connects between the main fixed shaft unit 142 and the operating body 122 so that the operating body 122 can rotate.
  • the main rotary motion connecting unit 144 may be a two-axis rotary motion connecting unit such as a universal joint or an omnidirectional rotary motion connecting unit such as a ball joint.
  • the main rotary motion connecting unit 144 may include a rotary ring plate 144a, a first rotary shaft connecting portion 144b, a fixed ring plate 144c and a second rotary shaft connecting portion 144d. .
  • a through hole is formed in the rotary ring plate 144a so that the upper connecting portion 142c of the main fixed shaft unit 142 can be inserted therein.
  • the first rotating shaft connecting portion 144b connects between the rotating ring plate 144a and the upper connecting portion 142c such that the rotating ring plate 144a is rotated along one of the first and second directions. Let's do it.
  • the fixing ring plate 144c is formed with a through hole so that the rotary ring plate 144a is inserted therein.
  • the second rotation shaft connecting portion 144d is disposed between the rotation ring plate 144a and the fixed ring plate 144c such that the rotation ring plate 144a is rotated along the other of the first and second directions. Connect it.
  • the fixing ring plate 144c is attached to and fixed to the lower surface of the operation body 122.
  • the rotation body plate 122 may be formed in the operating body 122 so that the rotating ring plate 144a may be freely rotated along the first and second directions.
  • the rotary ring plate 144a is directly inserted into the rotary through hole 122a of the operating body portion 122, it may be coupled by the second rotary shaft connecting portion (144d) to rotate along the other direction. have. As a result, the fixed ring plate 144c may be omitted.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a first sliding module of the parallel micro robot of FIG. 2, and FIG. 8 is an exploded perspective view illustrating the first sliding module of FIG. 7.
  • the first sliding module 150 may include a first upper sliding unit 152, a first lower sliding unit 154, and a first sliding actuator 156.
  • the first upper sliding unit 152 is engaged with and coupled to the first lower sliding unit 154 in one of the first and second directions by the power provided from the first sliding actuator 156. Sliding can move. That is, the first upper sliding unit 152 may move relative to the first lower sliding unit 154 in any one direction.
  • the first upper sliding unit 152 may include a first upper sliding body 152a and a first movement that performs translation by the power provided by the first sliding actuator 156.
  • the first upper sliding connection part 152d may be connected to the first upper sliding body part 152a to transfer the translational motion of the first sliding movement shaft 152b by connecting between the two parts 152a.
  • first lower sliding unit 154 is coupled to the first lower sliding body portion 154a and the head of the first sliding actuator 156 engaged with the first upper sliding body portion 152a.
  • a first sliding actuator fixing part 154b for fixing and a first lower sliding connecting part 154c for connecting between the first sliding actuator fixing part 154b and the first lower sliding body part 154a. have.
  • the first upper sliding body portion 152a of the first upper sliding body portion 152a is moved relative to the first lower sliding body portion 154a in any one direction.
  • One of a sliding rail and a sliding rail groove may be formed on a lower surface thereof, and the other of the sliding rail and a sliding rail groove may be formed on an upper surface of the first lower sliding body portion 154a.
  • a sliding rail groove is formed on a lower surface of the first upper sliding body 152a, and a sliding rail is formed on an upper surface of the first lower sliding body 154a.
  • the second sliding module 160 may include a second upper sliding unit, a second lower sliding unit, and a second sliding actuator.
  • the second upper sliding unit may be engaged with the second lower sliding unit to be slidably moved in the other of the first and second directions by the power provided from the second sliding actuator.
  • the second sliding module 160 differs only in the direction in which it slides, and the components of the second sliding module 160 correspond to the components of the first sliding module 150 corresponding thereto. Since it is substantially the same, a detailed description thereof will be omitted.
  • the first angle adjustment module 170 will be described in detail.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a first angle adjusting module of the parallel micro robot of FIG. 2, and FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating the first angle adjusting module of FIG. 9.
  • the first angle adjustment module 170 may include a first translational movement unit 172, a first rotational motion connecting unit 174, a first other rotational motion connecting unit 176, and It may include a first vertical movement guide unit 178.
  • the first translational unit 172 translates between the first base connection 114 and the first actuating connection 124. That is, the first translational movement unit 172 may increase or decrease the distance between the first base connecting portion 114 and the first operating connecting portion 124, so that the angle of the operating plate 120 is changed Can be.
  • the first translation unit 172 includes a first vertical movement actuator 172a, a first vertical movement shaft portion 172b, a first actuator mounting portion 172c, and a first vertical movement shaft height.
  • a government unit 172d and a first actuator fixing unit 172e may be included.
  • the first vertical movement actuator 172a is disposed between the first base connecting portion 114 and the first actuating connecting portion 124 and provides power for translational movement in the third direction.
  • the first vertical movement shaft 172b is between the first operation connecting portion 124 and the first vertical movement actuator 172a or between the first base connecting portion 114 and the first vertical movement actuator 172a. In, the translational motion is performed by the power by the first vertical movement actuator (172a). In the drawings, for example, the first vertical movement shaft 172b is disposed between the first operation connecting portion 124 and the first vertical movement actuator 172a.
  • the first actuator mounting portion 172c mounts and fixes the first vertical movement actuator 172a. That is, the first vertical movement actuator may be mounted on the inner surface of the first actuator mounting portion 172c, and the first vertical movement guide unit 178 may be coupled to the outer surface of the first actuator mounting portion 172c. have.
  • the first actuator mounting portion 172c may be L- to be coupled to the first vertical movement guide unit 178 on the outer side while easily mounting the first vertical movement actuator 172a on the inner side. It may be formed in the shape of a child.
  • the first vertical movement shaft fixing unit 172d is fixed to the first vertical movement shaft unit 172b to connect the first vertical movement shaft unit 172b and the first vertical movement guide unit 178. Meanwhile, the first vertical movement shaft fixing part 172d may be omitted. In this case, the first vertical movement shaft unit 172b may be directly coupled to the first vertical movement guide unit 178 to perform a translational movement with the first vertical movement guide unit 178.
  • the first actuator fixing part 172e inserts the head of the first vertical movement actuator 172a mounted on the first actuator mounting part 172c to fix it more firmly.
  • the first actuator mounting portion 172c and the first actuator fixing portion 172e may be coupled to each other to form a c-shape, thereby more firmly fixing the first vertical movement actuator 172a. have.
  • the first actuator mounting portion 172c and the first actuator fixing portion 172e may be omitted, and the first vertical movement actuator 172a may be disposed alone.
  • the first one side rotational motion connecting unit 174 connects between the first base connection part 114 and the first translational motion unit 172 so that the first base connection part 114 can rotate. Specifically, the first one side rotational movement connecting unit 174 connects between the first base connecting portion 114 and the first actuator mounting portion 172c. Meanwhile, the first one side rotational motion connecting unit 174 may be a two-axis rotational motion connecting unit such as a universal joint or an omnidirectional rotational motion connecting unit such as a ball joint. In the drawings, for example, the first one side rotational motion connecting unit 174 is shown as employing the omni-directional rotational motion connecting unit.
  • the first other rotational motion connecting unit 176 connects the first operational connection part 124 and the first translational motion unit 172 such that the first operational connection part 124 can rotate.
  • the first other rotational movement connecting unit 176 connects the first operation connecting portion 124 and the first vertical movement shaft portion 172b.
  • the first other rotational motion connecting unit 176 may be a two-axis rotary motion connecting unit such as a universal joint or an omnidirectional rotary motion connecting unit such as a ball joint.
  • the first rotational motion connecting unit 176 as the first omnidirectional rotary motion connecting unit is shown.
  • the first vertical movement guide unit 178 is coupled to the first translation unit 172 to guide the translation by the first translation unit 172.
  • the first vertical movement guide unit 178 may include a first guide body portion 178a and a first vertical movement sliding portion 178b.
  • the first guide body portion 178a may be coupled to the first vertical movement shaft portion 172b to perform a translational movement together with the first vertical movement shaft portion 172b.
  • the first guide body 178a may have an L-shape.
  • the one end portion of the upper portion of the a-shape surrounds and fixes the first upper and lower movement shaft fixing portion 172d fixed to the first vertical movement shaft portion 172b, and the side surface portion of the a-shaped portion is formed in the first portion. It may be combined with the vertical movement sliding portion 178b.
  • the first vertical movement sliding portion 178b is disposed between the first vertical movement actuator 172a and the first guide body portion 178a, and the first guide body portion 178a may face the third direction.
  • the first vertical movement sliding portion 178b may be disposed between the outer surface of the first actuator mounting portion 172c and the side surface portion of the first guide body portion 178a.
  • the first vertical movement sliding portion 178b may include a first vertical movement rail portion 178b-1 and a first vertical movement rail groove portion 178b-2.
  • the first vertical movement rail portion 178b-1 is coupled to any one of an outer surface of the first actuator mounting portion 172c and a side portion of the first guide body portion 178a
  • the first vertical movement rail groove portion Reference numeral 178b-2 may be coupled to the other of an outer side surface of the first actuator mounting portion 172c and a side portion of the first guide body portion 178a.
  • the first vertical rail rail 178b-1 is coupled to an outer surface of the first actuator mounting part 172c
  • the first vertical rail rail 178b-2 is the first guide. The state coupled to the side portion of the body portion 178a is illustrated.
  • first vertically moving rail groove part 178b-2 As such, as the first vertically moving rail groove part 178b-2 is engaged with the first vertically moving rail part 178b-1 and slides along the first vertically moving rail part 178b-1, The translational motion of the first guide body 178a can be stably guided.
  • the second angle adjustment module 180 may include a second translational movement unit, a second one side rotational movement connecting unit, a second other side rotational movement connecting unit and a second vertical movement guide unit. have.
  • the second translational unit translates between the second base connection 116 and the second actuating connection 126.
  • the second one side rotational motion connecting unit connects between the second base connection part 116 and the second translational motion unit so that the second base connection part 116 can rotate.
  • the second other rotational motion connecting unit connects between the second operational connection part 126 and the second translational motion unit so that the second operational connection part 126 can rotate.
  • the second vertical movement guide unit is coupled to the second translational motion unit to guide translational motion by the second translational motion unit.
  • the second angle adjustment module 180 differs only in the arrangement position, and the components of the second angle adjustment module 180 are substantially different from the components of the first angle adjustment module 170. Since it is the same, detailed description thereof will be omitted.
  • the parallel micro robot 100 may adjust the first sliding module 150, the second sliding module 160, the first angle adjusting module 170, and the second angle adjusting.
  • a parallel micro robot having four degrees of freedom capable of precisely controlling the angle and position of the operation plate 120 can be implemented.
  • the operating plate 120 as compared to a conventional parallel micro robot.
  • the number of actuators to adjust the angle of) can be drastically reduced, and as a result, it can be manufactured in a small and lightweight structure, thereby minimizing installation and surgical space constraints.
  • each of the first and second angle adjustment modules 170 and 180 includes a vertical movement guide unit coupled to the vertical movement shaft portion, the translational movement by the vertical movement shaft portion may be guided more stably. . That is, the vertical movement shaft portion may be structurally unstable during the translational movement because it is formed in a relatively thin thickness, the structural movement can be improved by the vertical movement guide unit reinforces the vertical movement shaft portion.

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Abstract

본 발명의 병렬형 마이크로 로봇은 베이스 몸체부 및 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함하는 베이스판, 작동 몸체부 및 적어도 하나의 작동 연결부를 포함하는 작동판, 상기 작동 몸체부가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부와 결합된 메인 고정축 모듈, 상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고 상기 메인 고정축 모듈을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시키는 수평 이동 모듈 및 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함한다. 상기 각도 조절 모듈은 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부와 각각 결합되고, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다. 이로써, 로봇의 크기를 최소화하면서 구조적 안정성을 높이는 동시에 정밀한 제어가 가능해질 수 있다.

Description

병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템
본 발명은 병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수술 도구를 원하는 위치에 정밀 위치시키는 병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 로봇을 이용한 수술 시에는 3차원 상에서 위치 및 자세를 제어하기 위하여 통상 직렬 구조의 로봇이 널리 이용되었다. 그러나, 최근에는 직렬 구조에 대비되는 여러 종류의 병렬 구조의 로봇이 개발되어 사용되고 있는 실정이다.
이러한 병렬 구조의 수술 로봇은 직렬 구조의 수술 로봇에 비하여 다양한 장점을 갖고 있다. 첫 번째 장점은 직렬 구조의 수술 로봇에 비하여 이동부의 관성 질량을 감소시킬 수 있어 기계의 속도 및 가속도를 증가시킬 수 있다는 점이다. 두 번째 장점은 베이스 플랫폼(Base Platform)과 이동 플랫폼(Moving Platform)이 복수개의 액추에이터들에 의해 연결되어 있어, 상기 액추에이터들 각각이 굽힘력 대신에 인장력과 압축력만을 받으므로, 기계적 강성을 높일 수 있다는 점이다. 세 번째 장점은 상기 액추에이터들 각각의 오차가 상기 이동 플랫폼에 평균적으로 반영되기 때문에, 오차가 누적되는 직렬 구조의 수술로봇에 비하여 정확도가 향상된다는 점이다.
그러나, 이와 같은 일반적인 병렬 구조의 수술 로봇은 자유도가 증가하게 되면, 그 증가되는 자유도와 대응되는 개수의 액추에이터가 상기 베이스 플랫폼 및 상기 이동 플랫폼 사이에 더 설치되어야 한다. 따라서, 제작비용의 증가와 더불어 4 자유도 이상을 가지는 병렬 구조의 수술 로봇을 제작하게 되면, 로봇의 크기가 대형화되어 설치 및 수술 공간상의 많은 제약을 받는다는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 상기 베이스 플랫폼 및 상기 이동 플랫폼 사이에 배치되는 액추에이터, 특히 병진 운동을 담당하는 액추에이터에 강한 하중이 부과될 경우, 구조적 안정성에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 크기를 최소화하면서 구조적 안정성을 높이는 동시에 정밀한 제어가 가능한 병렬형 마이크로 로봇을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 병렬형 마이크로 로봇을 구비한 수술 로봇 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 병렬형 마이크로 로봇은 베이스판, 작동판, 메인 고정축 모듈, 수평 이동 모듈 및 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함한다.
상기 베이스판은 베이스 몸체부 및 상기 베이스 몸체부와 연결된 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함한다. 상기 작동판은 상기 베이스 몸체부와 대응되는 작동 몸체부 및 상기 베이스 연결부와 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 적어도 하나의 작동 연결부를 포함한다. 상기 메인 고정축 모듈은 상기 베이스 몸체부 및 상기 작동 몸체부 사이에 배치되고, 상기 작동 몸체부가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부와 결합된다. 상기 수평 이동 모듈은 상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시킨다. 상기 각도 조절 모듈은 상기 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부와 결합되고, 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 작동 연결부와 결합되며, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다.
상기 베이스 연결부에는 상기 베이스 몸체부와 연결된 제1 및 제2 베이스 연결부들이 포함될 수 있고, 상기 작동 연결부에는 상기 제1 및 제2 베이스 연결부들과 각각 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 제1 및 제2 작동 연결부들이 포함될 수 있다. 또한, 상기 각도 조절 모듈에는 제1 및 제2 각도 조절 모듈들이 포함될 수 있다. 상기 제1 각도 조절 모듈은 상기 제1 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 제1 베이스 연결부와 결합되고, 상기 제1 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 제1 작동 연결부와 결합되며, 상기 제1 베이스 연결부 및 상기 제1 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다. 상기 제2 각도 조절 모듈은 상기 제2 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 제2 베이스 연결부와 결합되고, 상기 제2 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 제2 작동 연결부와 결합되며, 상기 제2 베이스 연결부 및 상기 제2 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다.
상기 제1 베이스 연결부는 상기 베이스 몸체부와 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향으로 연결될 수 있고, 상기 제2 베이스 연결부는 상기 베이스 몸체부와 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 작동 연결부는 상기 작동 몸체부와 상기 어느 한 방향으로 연결될 수 있고, 상기 제2 작동 연결부는 상기 작동 몸체부와 상기 다른 한 방향으로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 방향들은 서로 수직하게 교차할 수 있다.
상기 작동판은 상기 작동 몸체부와 연결되고, 장착 공간을 제공하는 장착 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 장착 연결부는 상기 작동 연결부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 병렬형 마이크로 로봇은 상기 장착 연결부와 결합되고, 수술 유닛을 장착시킬 수 있는 수술 장착대를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 각도 조절 모듈은 병진 운동 유닛, 일측 회전운동 연결유닛 및 타측 회전운동 연결유닛을 포함할 수 있다. 상기 병진 운동 유닛은 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다. 상기 일측 회전운동 연결유닛은 상기 베이스 연결부가 회전운동이 가능하도록 상기 베이스 연결부 및 상기 병진 운동 유닛 사이를 연결시킨다. 상기 타측 회전운동 연결유닛은 상기 작동 연결부가 회전운동이 가능하도록 상기 작동 연결부 및 상기 병진 운동 유닛 사이를 연결시킨다.
상기 각도 조절 모듈은 상기 병진 운동 유닛에 결합되어, 상기 병진 운동 유닛에 의한 병진 운동을 가이드하는 상하 이동 가이드 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 병진 운동 유닛은 상하 이동 액추에이터 및 상하 이동축부를 포함할 수 있다. 상기 상하 이동 액추에이터는 병진 운동을 위한 동력을 제공한다. 상기 상하 이동축부는 상기 작동 연결부 및 상기 상하 이동 액추에이터 사이, 또는 상기 베이스 연결부 및 상기 상하 이동 액추에이터 사이에서, 상기 상하 이동 액추에이터에 의한 동력에 의해 병진 운동을 수행한다.
상기 상하 이동 가이드 유닛은 가이드 몸체부 및 상하 이동 슬라이딩부를 포함할 수 있다. 상기 가이드 몸체부는 상기 상하 이동축부에 결합되어 상기 상하 이동축부와 함께 병진 운동을 수행한다. 상기 상하 이동 슬라이딩부는 상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 사이에 배치되고, 상기 가이드 몸체부가 병진 운동할 때 슬라이딩되어 가이드한다.
상기 병진 운동 유닛은 내측면에 상기 상하 이동 액추에이터가 장착되고, 외측면에 상기 상하 이동 슬라이딩부와 결합되는 액추에이터 장착부를 더 포함할 수 있다.
상기 상하 이동 슬라이딩부는 상하 이동 레일부 및 상하 이동 레일홈부를 포함할 수 있다. 상기 상하 이동 레일부는 상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 중 어느 하나에 결합된다. 상기 상하 이동 레일홈부는 상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 중 다른 하나에 결합되고, 상기 상하 이동 레일부를 따라 슬라이딩된다.
상기 수평 이동 모듈은 제1 및 제2 슬라이딩 모듈들을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬라이딩 모듈은 상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향을 따라 이동시킨다. 상기 제2 슬라이딩 모듈은 상기 메인 고정축 모듈 및 상기 제1 슬라이딩 모듈 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향을 따라 이동시킨다.
상기 메인 고정축 모듈은 메인 고정축 유닛 및 메인 회전운동 연결유닛을 포함할 수 있다. 상기 메인 고정축 유닛은 상기 수평 이동 모듈에 결합되어 상기 수평 이동 모듈에 의해 상기 제1 및 제2 방향들을 따라 이동된다. 상기 메인 회전운동 연결유닛은 상기 작동 몸체부가 회전운동이 가능하도록 상기 메인 고정축 유닛 및 상기 작동 몸체부 사이를 연결시킨다.
본 발명의 일 실시예에 의한 수술 로봇 시스템은 병렬형 마이크로 로봇, 및 환자가 배치되는 수술대에 대응되도록 상기 병렬형 마이크로 로봇을 장착시키는 로봇 설치 스테이지를 포함한다.
상기 병렬형 마이크로 로봇은 베이스판, 작동판, 메인 고정축 모듈, 수평 이동 모듈 및 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함한다.
상기 베이스판은 상기 로봇 설치 스테이지에 장착되고, 베이스 몸체부 및 상기 베이스 몸체부와 연결된 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함한다. 상기 작동판은 상기 베이스 몸체부와 대응되는 작동 몸체부 및 상기 베이스 연결부와 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 적어도 하나의 작동 연결부를 포함한다. 상기 메인 고정축 모듈은 상기 베이스 몸체부 및 상기 작동 몸체부 사이에 배치되고, 상기 작동 몸체부가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부와 결합된다. 상기 수평 이동 모듈은 상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시킨다. 상기 각도 조절 모듈은 상기 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부와 결합되고, 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 작동 연결부와 결합되며, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다.
상기 로봇 설치 스테이지는 로봇 장착부, 일 방향 이동부 및 한 쌍의 타 방향 이동부들을 포함할 수 있다. 상기 로봇 장착부는 상기 병렬형 마이크로 로봇을 장착시킨다. 상기 일 방향 이동부는 상기 로봇 장착부와 결합되어, 상기 로봇 장착부를 상기 수술대를 가로지르는 일 방향을 따라 이동시킨다. 상기 타 방향 이동부들은 상기 일 방향 이동부와 결합되도록 상기 수술대의 양측에 각각 배치되어, 상기 일 방향 이동부를 상기 일 방향과 교차하는 타 방향을 따라 이동시킨다.
이와 같이 본 발명에 의한 병렬형 마이크로 로봇 및 이를 갖는 수술 로봇 시스템에 따르면, 상기 병렬형 마이크로 로봇이 제1 및 제2 슬라이딩 모듈들과, 제1 및 제2 각도 조절 모듈들을 구비하여 4 방향으로 병진 운동을 제어함에 따라, 작동판의 각도 및 위치를 정밀 제어할 수 있는 4 자유도를 가진 병렬형 마이크로 로봇을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 각도 조절 모듈들을 사용하여 상기 작동판의 각도를 제어함에 따라, 종래의 병렬형 마이크로 로봇에 비하여 상기 작동판의 각도를 조절하기 위한 액추에이터의 설치 개수를 획기적으로 줄일 수 있고, 그 결과 소규모의 경량 구조로 제작할 수 있어 설치 및 수술 공간상의 제약을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 각도 조절 모듈들 각각이 상하 이동축부에 결합된 상하 이동 가이드 유닛을 구비함에 따라, 상기 상하 이동축부에 의한 병진 운동을 보다 안정적으로 가이드할 수 있다. 즉, 상기 상하 이동축부는 비교적 얇은 두께로 형성되기 때문에 병진 운동시 구조적으로 불안정할 수 있는데, 상기 상하 이동 가이드 유닛이 상기 상하 이동축부를 보강함으로써 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수술 로봇 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템 중 병렬형 마이크로 로봇을 확대해서 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇에서 수술 장착대를 제거한 상태를 다른 각도에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇을 상측에서 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 베이스판, 작동판 및 수술 장착대를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 메인 고정축 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 제1 슬라이딩 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 제1 슬라이딩 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 제1 각도 조절 모듈을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 제1 각도 조절 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수술 로봇 시스템을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 수술 로봇 시스템은 수술 유닛(미도시)이 장착되는 병렬형 마이크로 로봇(100), 및 환자가 배치되는 수술대(미도시)에 대응되도록 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 장착시키는 로봇 설치 스테이지(200)를 포함한다.
상기 로봇 설치 스테이지(200)는 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 장착시켜 고정시키면서, 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 상기 수술대와 평행한 수평 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 로봇 설치 스테이지(200)는 로봇 장착부(210), 일 방향 이동부(220) 및 한 쌍의 타 방향 이동부들(230)을 포함할 수 있다.
상기 로봇 장착부(210)는 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 장착시켜 고정시킨다. 이때, 상기 로봇 장착부(210)는 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 상기 수평 방향과 수직한 수직 방향을 따라 이동시켜, 상기 수술대와 상기 병렬형 마이크로 로봇(100) 사이의 거리를 조절할 수도 있다.
상기 일 방향 이동부(220)는 상기 수술대를 가로지르는 일 방향, 즉 폭 방향을 따라 배치된다. 상기 일 방향 이동부(220)는 상면에서 상기 로봇 장착부(210)와 결합되고, 상기 일 방향을 따라 상기 로봇 장착부(210)를 이동시킬 수 있다. 그 결과, 상기 일 방향 이동부(220)는 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)의 일 방향에서의 위치를 결정할 수 있다.
상기 타 방향 이동부들(230)은 상기 수술대의 양측에 상기 일 방향과 교차하는 타 방향, 예를 들어 상기 수술대의 길이 방향을 따라 각각 배치된다. 상기 타 방향 이동부들(230) 각각은 상면에서 상기 일 방향 이동부(220)와 결합되고, 상기 일 방향 이동부(220)를 상기 타 방향을 따라 이동시킨다. 그 결과, 상기 타 방향 이동부들(230)은 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)의 타 방향에서의 위치를 결정할 수 있다.
이와 같이, 상기 수술 로봇 시스템은 상기 수술대의 폭 및 길이 방향을 따라 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)을 이동시켜, 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)에 장착된 상기 수술 유닛에 의한 수술 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 수술 로봇 시스템은 상기 수술 유닛을 상기 수술대에 배치된 환자의 척추 중 원하는 부분에 위치시켜 수술을 수행하는 수술 시스템일 수 있다.
이하, 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)에 대해 자세히 설명하고자 한다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템 중 병렬형 마이크로 로봇을 확대해서 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇에서 수술 장착대를 제거한 상태를 다른 각도에서 바라본 모습을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇을 상측에서 바라본 모습을 도시한 평면도이고, 도 5는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 베이스판, 작동판 및 수술 장착대를 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)은 베이스판(110), 작동판(120), 수술 장착대(130), 메인 고정축 모듈(140), 수평 이동 모듈(M) 및 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함할 수 있다.
상기 베이스판(110)은 도 1에 도시된 상기 로봇 장착부(210)에 장착되어 고정된다. 구체적으로, 상기 베이스판(110)은 베이스 몸체부(112) 및 상기 베이스 몸체부(112)와 연결된 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 연결부에는 상기 베이스 몸체부(112)와 연결된 제1 및 제2 베이스 연결부들(114, 116)이 포함될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 베이스 연결부들(114, 116)은 상기 베이스 몸체부(112)로부터 서로 대응되게 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 작동판(120)는 상기 베이스판(100)과 대향하도록 이격되어 배치된다. 상기 작동판(120)은 상기 베이스 몸체부(112)와 대응되는 작동 몸체부(122) 및 상기 베이스 연결부와 대응되도록 상기 작동 몸체부(122)와 연결된 적어도 하나의 작동 연결부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 작동 연결부에는 상기 제1 및 제2 베이스 연결부들(114, 116)과 각각 대응되도록 상기 작동 몸체부(122)와 연결된 제1 및 제2 작동 연결부들(124, 126)이 포함될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 작동 연결부들(124, 126)은 상기 작동 몸체부(122)로부터 서로 대응되게 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 작동판(120)은 상기 작동 몸체부(122)와 연결되고, 장착 공간을 제공하는 장착 연결부(128)를 더 포함할 수 있다. 상기 장착 연결부(128)는 상기 작동 몸체부(122)로부터 돌출되어 형성되고, 상기 작동 연결부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 장착 연결부(128)은 상기 제1 및 제2 작동 연결부들(124, 126) 중 어느 하나와 대향하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 수술 장착대(130)는 상기 장착 연결부(128)에 장착되어 상기 수술 유닛을 고정시킨다. 구체적으로, 상기 수술 장착대(130)의 일단부가 상기 장착 연결부(128)에 결합되어 고정되고, 상기 수술 장착대(130)의 타단부가 상기 수술 유닛을 고정시키는 고정 수단, 예를 들어 고정홀을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 수술 유닛은 상기 고정홀에 삽입되어 고정될 수 있는 수술용 바늘 또는 수술용 드릴일 수 있다.
상기 메인 고정축 모듈(140)은 상기 베이스 몸체부(112) 및 상기 작동 몸체부(122) 사이에 배치되고, 상기 작동 몸체부(122)가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부(122)와 결합된다.
상기 수평 이동 모듈(M)은 상기 메인 고정축 모듈(140) 및 상기 베이스 몸체부(112) 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈(140)을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시킨다. 예를 들어, 상기 수평 이동 모듈(M)은 제1 및 제2 슬라이딩 모듈들(150, 160)을 포함할 수 있다.
상기 제1 슬라이딩 모듈(150)은 상기 메인 고정축 모듈(140) 및 상기 베이스 몸체부(112) 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈(140)을 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향을 따라 이동시킨다. 상기 제2 슬라이딩 모듈(160)은 상기 메인 고정축 모듈(140) 및 상기 제1 슬라이딩 모듈(150) 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈(140)을 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향을 따라 이동시킨다.
상기 각도 조절 모듈은 상기 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부와 결합되고, 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 작동 연결부와 결합되며, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시킨다. 예를 들어, 상기 각도 조절 모듈에는 제1 및 제2 각도 조절 모듈들(170, 180)이 포함될 수 있다.
상기 제1 각도 조절 모듈(170)은 상기 제1 베이스 연결부(114)가 회전 가능하도록 상기 제1 베이스 연결부(114)와 결합되고, 상기 제1 작동 연결부(124)가 회전 가능하도록 상기 제1 작동 연결부(124)와 결합되며, 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 작동 연결부(124) 사이에서 병진 운동시킨다. 상기 제2 각도 조절 모듈(180)은 상기 제2 베이스 연결부(116)가 회전 가능하도록 상기 제2 베이스 연결부(116)와 결합되고, 상기 제2 작동 연결부(126)가 회전 가능하도록 상기 제2 작동 연결부(126)와 결합되며, 상기 제2 베이스 연결부(116) 및 상기 제2 작동 연결부(126) 사이에서 병진 운동시킨다.
한편, 본 실시예에서, 상기 제1 베이스 연결부(114)는 상기 베이스 몸체부(112)와 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향으로 연결될 수 있고, 상기 제2 베이스 연결부(116)는 상기 베이스 몸체부(112)와 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 작동 연결부(124)는 상기 작동 몸체부(122)와 상기 어느 한 방향으로 연결될 수 있고, 상기 제2 작동 연결부(126)는 상기 작동 몸체부(122)와 상기 다른 한 방향으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 방향들은 서로 수직하게 교차할 수 있다.
이하, 상기 메인 고정축 모듈(140)에 대하여 자세하게 설명하고자 한다.
도 6은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 메인 고정축 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 메인 고정축 모듈(140)은 메인 고정축 유닛(142) 및 메인 회전운동 연결유닛(144)을 포함할 수 있다.
상기 메인 고정축 유닛(142)은 상기 수평 이동 모듈(M)에 결합되어 상기 수평 이동 모듈(M)에 의해 상기 제1 및 제2 방향들을 따라 이동된다. 구체적으로, 상기 메인 고정축 유닛(142)은 고정축 몸체부(142a), 바닥 연결부(142b) 및 상단 연결부(142c)를 포함할 수 있다.
상기 고정축 몸체부(142a)는 상기 제1 및 제2 방향들에 평행한 수평면에 대해 수직한 제3 방향을 따라 배치된다. 상기 바닥 연결부(142b)는 상기 고정축 몸체부(142a)의 하부에 연결되고, 상기 수평 이동 모듈(M), 즉 상기 제2 슬라이딩 모듈(160)에 결합되어 고정된다. 상기 상단 연결부(142c)는 상기 고정축 몸체부(142a)의 상부에 연결되고, 상기 메인 회전운동 연결유닛(144)과 결합된다.
상기 메인 회전운동 연결유닛(144)은 상기 작동 몸체부(122)가 회전운동이 가능하도록 상기 메인 고정축 유닛(142) 및 상기 작동 몸체부(122) 사이를 연결시킨다. 예를 들어, 상기 메인 회전운동 연결유닛(144)은 유니버셜 조인트와 같은 2축 회전운동 연결유닛이거나, 볼 조인트와 같은 전방위 회전운동 연결유닛일 수 있다.
도면에서는, 상기 메인 회전운동 연결유닛(144)으로 상기 2축 회전운동 연결유닛을 채용한 일 예가 도시되었다. 구체적으로 예를 들면, 상기 메인 회전운동 연결유닛(144)은 회전 고리판(144a), 제1 회전축 연결부(144b), 고정 고리판(144c) 및 제2 회전축 연결부(144d)를 포함할 수 있다.
상기 회전 고리판(144a)에는 상기 메인 고정축 유닛(142)의 상단 연결부(142c)가 삽입될 수 있도록 관통홀이 형성된다. 상기 제1 회전축 연결부(144b)는 상기 회전 고리판(144a)이 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향을 따라 회전되도록 상기 회전 고리판(144a) 및 상기 상단 연결부(142c) 사이를 연결시킨다.
상기 고정 고리판(144c)은 상기 회전 고리판(144a)이 삽입되도록 관통홀이 형성된다. 상기 제2 회전축 연결부(144d)는 상기 회전 고리판(144a)이 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향을 따라 회전되도록 상기 회전 고리판(144a) 및 상기 고정 고리판(144c) 사이를 연결시킨다.
상기 고정 고리판(144c)는 상기 작동 몸체부(122)의 하면에 부착되어 고정된다. 여기서, 상기 작동 몸체부(122)에는 상기 회전 고리판(144a)이 상기 제1 및 제2 방향들을 따라 자유롭게 회전될 수 있도록 회전 관통홀(122a)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 회전 고리판(144a)은 상기 작동 몸체부(122)의 회전 관통홀(122a)에 직접 삽입되어, 상기 다른 한 방향을 따라 회전되도록 상기 제2 회전축 연결부(144d)에 의해 결합될 수도 있다. 그 결과, 상기 고정 고리판(144c)는 생략될 수 있다.
이하, 상기 제1 슬라이딩 모듈(150)에 대하여 자세하게 설명하고자 한다.
도 7은 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 제1 슬라이딩 모듈을 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 제1 슬라이딩 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 제1 슬라이딩 모듈(150)은 제1 상측 슬라이딩 유닛(152), 제1 하측 슬라이딩 유닛(154) 및 제1 슬라이딩 액추에이터(156)를 포함할 수 있다.
상기 제1 상측 슬라이딩 유닛(152)은 상기 제1 하측 슬라이딩 유닛(154)과 맞물려 결합되어 상기 제1 슬라이딩 액추에이터(156)에서 제공되는 동력에 의해 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다. 즉, 상기 제1 상측 슬라이딩 유닛(152)은 상기 제1 하측 슬라이딩 유닛(154)에 대하여 상기 어느 한 방향을 따라 상대적으로 이동할 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들어 설명하면, 상기 제1 상측 슬라이딩 유닛(152)은 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a), 상기 제1 슬라이딩 액추에이터(156)에서 제공되는 동력에 의해 병진 운동을 수행하는 제1 슬라이딩 이동축(152b), 상기 제1 슬라이딩 이동축(152b)과 결합되는 제1 슬라이딩 이동축 고정부(152c), 및 상기 제1 슬라이딩 이동축 고정부(152c)와 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a) 사이를 연결시켜 상기 제1 슬라이딩 이동축(152b)의 병진 운동을 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a)으로 전달하는 제1 상측 슬라이딩 연결부(152d)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 하측 슬라이딩 유닛(154)은 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a)과 맞물려 결합되는 제1 하측 슬라이딩 몸체부(154a), 상기 제1 슬라이딩 액추에이터(156)의 머리부와 결합되어 고정시키는 제1 슬라이딩 액추에이터 고정부(154b), 및 상기 제1 슬라이딩 액추에이터 고정부(154b)와 상기 제1 하측 슬라이딩 몸체부(154a) 사이를 연결시키는 제1 하측 슬라이딩 연결부(154c)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a)가 상기 제1 하측 슬라이딩 몸체부(154a)에 대해 상기 어느 한 방향을 따라 상대적으로 이동하도록, 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a)의 하면에는 슬라이딩 레일 및 슬라이딩 레일홈 중 어느 하나가 형성되고, 상기 제1 하측 슬라이딩 몸체부(154a)의 상면에는 슬라이딩 레일 및 슬라이딩 레일홈 중 다른 하나가 형성될 수 있다. 도면에서는, 일 예로, 상기 제1 상측 슬라이딩 몸체부(152a)의 하면에는 슬라이딩 레일홈이 형성되고, 상기 제1 하측 슬라이딩 몸체부(154a)의 상면에는 슬라이딩 레일이 형성되는 것으로 도시되었다.
한편, 도면으로 도시되지 않았지만, 상기 제2 슬라이딩 모듈(160)은 제2 상측 슬라이딩 유닛, 제2 하측 슬라이딩 유닛 및 제2 슬라이딩 액추에이터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 상측 슬라이딩 유닛은 상기 제2 하측 슬라이딩 유닛과 맞물려 결합되어 상기 제2 슬라이딩 액추에이터에서 제공되는 동력에 의해 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2 슬라이딩 모듈(160)은 슬라이딩되는 이동 방향만 다를 뿐, 상기 제2 슬라이딩 모듈(160)의 구성요소들은 이와 대응되는 상기 제1 슬라이딩 모듈(150)의 구성요소들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 상기 제1 각도 조절 모듈(170)에 대해 자세하게 설명하고자 한다.
도 9는 도 2의 병렬형 마이크로 로봇 중 제1 각도 조절 모듈을 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 제1 각도 조절 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 각도 조절 모듈(170)은 제1 병진 운동 유닛(172), 제1 일측 회전운동 연결유닛(174), 제1 타측 회전운동 연결유닛(176) 및 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)을 포함할 수 있다.
상기 제1 병진 운동 유닛(172)은 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 작동 연결부(124) 사이에서 병진 운동시킨다. 즉, 상기 제1 병진 운동 유닛(172)은 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 작동 연결부(124) 사이의 간격을 증감시킬 수 있고, 그 결과 상기 작동판(120)의 각도가 변경될 수 있다.
구체적으로 예를 들어 설명하면, 상기 제1 병진 운동 유닛(172)은 제1 상하 이동 액추에이터(172a), 제1 상하 이동축부(172b), 제1 액추에이터 장착부(172c), 제1 상하 이동축 고정부(172d) 및 제1 액추에이터 고정부(172e)를 포함할 수 있다.
상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)는 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 작동 연결부(124) 사이에 배치되고, 상기 제3 방향으로의 병진 운동을 위한 동력을 제공한다.
상기 제1 상하 이동축부(172b)는 상기 제1 작동 연결부(124) 및 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a) 사이, 또는 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a) 사이에서, 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)에 의한 동력에 의해 병진 운동을 수행한다. 도면에서는 일례로, 상기 제1 상하 이동축부(172b)가 상기 제1 작동 연결부(124) 및 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a) 사이에 배치된 것을 도시하였다.
상기 제1 액추에이터 장착부(172c)는 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)를 장착시켜 고정시킨다. 즉, 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 내측면에는 상기 제1 상하 이동 액추에이터가 장착되고, 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 외측면에는 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)이 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)는 내측면으로 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)를 용이하게 장착시키면서, 외측면으로 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)와 결합되기 위해 L-자 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 상하 이동축 고정부(172d)는 상기 제1 상하 이동축부(172b)에 고정되어, 상기 제1 상하 이동축부(172b) 및 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178) 사이를 연결시킨다. 한편, 상기 제1 상하 이동축 고정부(172d)는 생략될 수 있다. 이때, 상기 제1 상하 이동축부(172b)은 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)에 직접 결합되어, 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)와 함께 병진 운동을 수행할 수 있다.
상기 제1 액추에이터 고정부(172e)는 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)에 장착된 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)의 머리부를 삽입시켜 보다 견고하게 고정시킨다. 예를 들어, 상기 제1 액추에이터 장착부(172c) 및 상기 제1 액추에이터 고정부(172e)가 서로 결합되어 ㄷ-자 형상을 형성함으로써, 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a)를 보다 견고하게 고정시킬 수 있다. 한편, 상기 제1 액추에이터 장착부(172c) 및 상기 제1 액추에이터 고정부(172e)는 생략되어 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a) 단독으로 배치될 수도 있다.
상기 제1 일측 회전운동 연결유닛(174)은 상기 제1 베이스 연결부(114)가 회전운동이 가능하도록 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 병진 운동 유닛(172) 사이를 연결시킨다. 구체적으로, 상기 제1 일측 회전운동 연결유닛(174)은 상기 제1 베이스 연결부(114) 및 상기 제1 액추에이터 장착부(172c) 사이를 연결시킨다. 한편, 상기 제1 일측 회전운동 연결유닛(174)은 유니버셜 조인트와 같은 2축 회전운동 연결유닛이거나, 볼 조인트와 같은 전방위 회전운동 연결유닛일 수 있다. 도면에서는 일 예로, 상기 제1 일측 회전운동 연결유닛(174)이 상기 전방위 회전운동 연결유닛을 채용한 것으로 도시하였다.
상기 제1 타측 회전운동 연결유닛(176)은 상기 제1 작동 연결부(124)가 회전운동이 가능하도록 상기 제1 작동 연결부(124) 및 상기 제1 병진 운동 유닛(172) 사이를 연결시킨다. 구체적으로, 상기 제1 타측 회전운동 연결유닛(176)은 상기 제1 작동 연결부(124) 및 상기 제1 상하 이동축부(172b) 사이를 연결시킨다. 한편, 상기 제1 타측 회전운동 연결유닛(176)은 유니버셜 조인트와 같은 2축 회전운동 연결유닛이거나, 볼 조인트와 같은 전방위 회전운동 연결유닛일 수 있다. 도면에서는 일 예로, 상기 제1 타측 회전운동 연결유닛(176)으로 상기 전방위 회전운동 연결유닛을 채용한 것을 도시하였다.
상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)은 상기 제1 병진 운동 유닛(172)에 결합되어, 상기 제1 병진 운동 유닛(172)에 의한 병진 운동을 가이드한다. 예를 들어, 상기 제1 상하 이동 가이드 유닛(178)은 제1 가이드 몸체부(178a) 및 제1 상하 이동 슬라이딩부(178b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드 몸체부(178a)는 상기 제1 상하 이동축부(172b)에 결합되어 상기 제1 상하 이동축부(172b)와 함께 병진 운동을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 가이드 몸체부(178a)는 ㄱ-자 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 ㄱ-자 형상의 상측 일단부가 상기 제1 상하 이동축부(172b)에 고정된 상기 제1 상하 이동축 고정부(172d)를 감싸서 고정시키고, 상기 ㄱ-자 형상의 측면부가 상기 제1 상하 이동 슬라이딩부(178b)와 결합될 수 있다.
상기 제1 상하 이동 슬라이딩부(178b)는 상기 제1 상하 이동 액추에이터(172a) 및 상기 제1 가이드 몸체부(178a) 사이에 배치되고, 상기 제1 가이드 몸체부(178a)가 상기 제3 방향을 따라 병진 운동할 때 슬라이딩되어 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 이동을 가이드한다. 구체적으로, 상기 제1 상하 이동 슬라이딩부(178b)는 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 외측면 및 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 측면부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 상하 이동 슬라이딩부(178b)는 제1 상하 이동 레일부(178b-1) 및 제1 상하 이동 레일홈부(178b-2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 상하 이동 레일부(178b-1)는 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 외측면 및 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 측면부 중 어느 하나에 결합되고, 상기 제1 상하 이동 레일홈부(178b-2)는 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 외측면 및 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 측면부 중 다른 하나에 결합될 수 있다. 도면에서는 일 예로, 상기 제1 상하 이동 레일부(178b-1)가 상기 제1 액추에이터 장착부(172c)의 외측면에 결합되고, 상기 제1 상하 이동 레일홈부(178b-2)가 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 측면부에 결합된 상태를 도시하였다.
이와 같이, 상기 제1 상하 이동 레일홈부(178b-2)가 상기 제1 상하 이동 레일부(178b-1)과 맞물려 결합되어 상기 제1 상하 이동 레일부(178b-1)를 따라 슬라이딩됨에 따라, 상기 제1 가이드 몸체부(178a)의 병진 운동을 안정적으로 가이드할 수 있다.
한편, 도면으로 도시되지 않았지만, 상기 제2 각도 조절 모듈(180)은 제2 병진 운동 유닛, 제2 일측 회전운동 연결유닛, 제2 타측 회전운동 연결유닛 및 제2 상하 이동 가이드 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제2 병진 운동 유닛은 상기 제2 베이스 연결부(116) 및 상기 제2 작동 연결부(126) 사이에서 병진 운동시킨다. 상기 제2 일측 회전운동 연결유닛은 상기 제2 베이스 연결부(116)가 회전운동이 가능하도록 상기 제2 베이스 연결부(116) 및 상기 제2 병진 운동 유닛 사이를 연결시킨다. 상기 제2 타측 회전운동 연결유닛은 상기 제2 작동 연결부(126)가 회전운동이 가능하도록 상기 제2 작동 연결부(126) 및 상기 제2 병진 운동 유닛 사이를 연결시킨다. 상기 제2 상하 이동 가이드 유닛은 상기 제2 병진 운동 유닛에 결합되어, 상기 제2 병진 운동 유닛에 의한 병진 운동을 가이드한다.
본 실시예에서, 상기 제2 각도 조절 모듈(180)은 배치 위치만 서로 다를 뿐, 상기 제2 각도 조절 모듈(180)의 구성요소들은 상기 제1 각도 조절 모듈(170)의 구성요소들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 병렬형 마이크로 로봇(100)이 상기 제1 슬라이딩 모듈(150), 상기 제2 슬라이딩 모듈(160), 상기 제1 각도 조절 모듈(170) 및 상기 제2 각도 조절 모듈(180)을 구비하여 4 방향으로 병진 운동을 제어함에 따라, 상기 작동판(120)의 각도 및 위치를 정밀 제어할 수 있는 4 자유도를 가진 병렬형 마이크로 로봇을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1 각도 조절 모듈(170) 및 상기 제2 각도 조절 모듈(180)을 사용하여 상기 작동판(120)의 각도를 제어함에 따라, 종래의 병렬형 마이크로 로봇에 비하여 상기 작동판(120)의 각도를 조절하기 위한 액추에이터의 설치 개수를 획기적으로 줄일 수 있고, 그 결과 소규모의 경량 구조로 제작할 수 있어 설치 및 수술 공간상의 제약을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 각도 조절 모듈들(170, 180) 각각이 상하 이동축부에 결합된 상하 이동 가이드 유닛을 구비함에 따라, 상기 상하 이동축부에 의한 병진 운동을 보다 안정적으로 가이드할 수 있다. 즉, 상기 상하 이동축부는 비교적 얇은 두께로 형성되기 때문에 병진 운동시 구조적으로 불안정할 수 있는데, 상기 상하 이동 가이드 유닛이 상기 상하 이동축부를 보강함으로써 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 베이스 몸체부 및 상기 베이스 몸체부와 연결된 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함하는 베이스판;
    상기 베이스 몸체부와 대응되는 작동 몸체부 및 상기 베이스 연결부와 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 적어도 하나의 작동 연결부를 포함하는 작동판;
    상기 베이스 몸체부 및 상기 작동 몸체부 사이에 배치되고, 상기 작동 몸체부가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부와 결합된 메인 고정축 모듈;
    상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시키는 수평 이동 모듈; 및
    상기 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부와 결합되고, 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 작동 연결부와 결합되며, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시키는 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함하는 병렬형 마이크로 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 연결부에는 상기 베이스 몸체부와 연결된 제1 및 제2 베이스 연결부들이 포함되고,
    상기 작동 연결부에는 상기 제1 및 제2 베이스 연결부들과 각각 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 제1 및 제2 작동 연결부들이 포함되며,
    상기 각도 조절 모듈에는
    상기 제1 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 제1 베이스 연결부와 결합되고, 상기 제1 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 제1 작동 연결부와 결합되며, 상기 제1 베이스 연결부 및 상기 제1 작동 연결부 사이에서 병진 운동시키는 제1 각도 조절 모듈; 및
    상기 제2 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 제2 베이스 연결부와 결합되고, 상기 제2 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 제2 작동 연결부와 결합되며, 상기 제2 베이스 연결부 및 상기 제2 작동 연결부 사이에서 병진 운동시키는 제2 각도 조절 모듈이 포함되는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 베이스 연결부는 상기 베이스 몸체부와 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향으로 연결되고,
    상기 제2 베이스 연결부는 상기 베이스 몸체부와 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향으로 연결되며,
    상기 제1 작동 연결부는 상기 작동 몸체부와 상기 어느 한 방향으로 연결되고,
    상기 제2 작동 연결부는 상기 작동 몸체부와 상기 다른 한 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향들은 서로 수직하게 교차하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  5. 제1항에 있어서, 상기 작동판은
    상기 작동 몸체부와 연결되고, 장착 공간을 제공하는 장착 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장착 연결부는
    상기 작동 연결부와 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  7. 제5항에 있어서, 상기 장착 연결부와 결합되고, 수술 유닛을 장착시킬 수 있는 수술 장착대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각도 조절 모듈은
    상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시키는 병진 운동 유닛;
    상기 베이스 연결부가 회전운동이 가능하도록 상기 베이스 연결부 및 상기 병진 운동 유닛 사이를 연결시키는 일측 회전운동 연결유닛; 및
    상기 작동 연결부가 회전운동이 가능하도록 상기 작동 연결부 및 상기 병진 운동 유닛 사이를 연결시키는 타측 회전운동 연결유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각도 조절 모듈은
    상기 병진 운동 유닛에 결합되어, 상기 병진 운동 유닛에 의한 병진 운동을 가이드하는 상하 이동 가이드 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  10. 제9항에 있어서, 상기 병진 운동 유닛은
    병진 운동을 위한 동력을 제공하는 상하 이동 액추에이터; 및
    상기 작동 연결부 및 상기 상하 이동 액추에이터 사이, 또는 상기 베이스 연결부 및 상기 상하 이동 액추에이터 사이에서, 상기 상하 이동 액추에이터에 의한 동력에 의해 병진 운동을 수행하는 상하 이동축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상하 이동 가이드 유닛은
    상기 상하 이동축부에 결합되어 상기 상하 이동축부와 함께 병진 운동을 수행하는 가이드 몸체부; 및
    상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 사이에 배치되고, 상기 가이드 몸체부가 병진 운동할 때 슬라이딩되어 가이드하는 상하 이동 슬라이딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  12. 제11항에 있어서, 상기 병진 운동 유닛은
    내측면에 상기 상하 이동 액추에이터가 장착되고, 외측면에 상기 상하 이동 슬라이딩부와 결합되는 액추에이터 장착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  13. 제11항에 있어서, 상기 상하 이동 슬라이딩부는
    상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 중 어느 하나에 결합되는 상하 이동 레일부; 및
    상기 상하 이동 액추에이터 및 상기 가이드 몸체부 중 다른 하나에 결합되고, 상기 상하 이동 레일부를 따라 슬라이딩되는 상하 이동 레일홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  14. 제1항에 있어서, 상기 수평 이동 모듈은
    상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 상기 제1 및 제2 방향들 중 어느 한 방향을 따라 이동시키는 제1 슬라이딩 모듈; 및
    상기 메인 고정축 모듈 및 상기 제1 슬라이딩 모듈 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 상기 제1 및 제2 방향들 중 다른 한 방향을 따라 이동시키는 제2 슬라이딩 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  15. 제1항에 있어서, 상기 메인 고정축 모듈은
    상기 수평 이동 모듈에 결합되어 상기 수평 이동 모듈에 의해 상기 제1 및 제2 방향들을 따라 이동되는 메인 고정축 유닛; 및
    상기 작동 몸체부가 회전운동이 가능하도록 상기 메인 고정축 유닛 및 상기 작동 몸체부 사이를 연결시키는 메인 회전운동 연결유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 마이크로 로봇.
  16. 병렬형 마이크로 로봇; 및
    환자가 배치되는 수술대에 대응되도록 상기 병렬형 마이크로 로봇을 장착시키는 로봇 설치 스테이지를 포함하고,
    상기 병렬형 마이크로 로봇은
    상기 로봇 설치 스테이지에 장착되고, 베이스 몸체부 및 상기 베이스 몸체부와 연결된 적어도 하나의 베이스 연결부를 포함하는 베이스판;
    상기 베이스 몸체부와 대응되는 작동 몸체부 및 상기 베이스 연결부와 대응되도록 상기 작동 몸체부와 연결된 적어도 하나의 작동 연결부를 포함하는 작동판;
    상기 베이스 몸체부 및 상기 작동 몸체부 사이에 배치되고, 상기 작동 몸체부가 회전 가능하도록 상기 작동 몸체부와 결합된 메인 고정축 모듈;
    상기 메인 고정축 모듈 및 상기 베이스 몸체부 사이에 배치되고, 상기 메인 고정축 모듈을 서로 교차하는 제1 및 제2 방향들을 따라 이동시키는 수평 이동 모듈; 및
    상기 베이스 연결부가 회전 가능하도록 상기 베이스 연결부와 결합되고, 상기 작동 연결부가 회전 가능하도록 상기 작동 연결부와 결합되며, 상기 베이스 연결부 및 상기 작동 연결부 사이에서 병진 운동시키는 적어도 하나의 각도 조절 모듈을 포함하는 수술 로봇 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 로봇 설치 스테이지는
    상기 병렬형 마이크로 로봇을 장착시키는 로봇 장착부;
    상기 로봇 장착부와 결합되어, 상기 로봇 장착부를 상기 수술대를 가로지르는 일 방향을 따라 이동시키는 일 방향 이동부; 및
    상기 일 방향 이동부와 결합되도록 상기 수술대의 양측에 각각 배치되어, 상기 일 방향 이동부를 상기 일 방향과 교차하는 타 방향을 따라 이동시키는 한 쌍의 타 방향 이동부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 로봇 시스템.
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