WO2020085624A1 - 착용 가능한 수술용 로봇 암 - Google Patents

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WO2020085624A1
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Definitions

  • the present invention relates to a wearable surgical robot arm, and more specifically, a wearable surgical robot arm capable of performing surgery through a surgical instrument controlled by the operator's operation while the robot arm is fixed to the operator's arm. It is about.
  • surgery refers to healing of the skin, mucous membranes, or other tissues by using surgical instruments to cut, slit, or manipulate them.
  • open surgery and laparoscopic surgery in which the skin at the surgical site is incised and opened to treat, mold, or remove the organs therein, have recently been caused by problems such as bleeding, side effects, patient pain, scarring, and precision of surgery.
  • Robotic surgery is becoming an alternative.
  • Conventional surgical robots such as the Da Vinci Surgical System developed by the United States Intuitive Surgical (Da Vinci Surgical System) and the master (master) robot to generate and transmit the necessary signal by the operation of the doctor It consists of a slave robot that receives the signal from the master robot and directly applies the necessary operations for surgery.
  • the slave robot is installed in the operating room
  • the master robot is installed in the operating room separate from the operating room
  • the master robot and the slave robot are installed. The operation is performed remotely by connecting wirelessly.
  • the conventional surgical robot has a problem in that its volume is very large and requires a lot of space for installation, and the configuration of the device is complicated, so that it takes a lot of time and money in manufacturing, installation, and skill.
  • robot surgery may be a rather inefficient method due to time and cost.
  • the object of the present invention is to solve such a conventional problem, since the surgery is performed through a surgical instrument controlled by the operator's operation while the robot arm is fixed to the operator's arm, an unexpected emergency It is to provide a wearable surgical robot arm capable of promptly responding to an operator even if a situation occurs.
  • the operation time can be shortened, as well as surgical instruments. It is to provide a wearable surgical robot arm that does not require a separate manpower for the exchange of.
  • a wearable surgical robot arm capable of preventing the fatigue of the operator's arm from increasing due to the weight of the robot arm.
  • the above object is, according to the present invention, a base that can move with the operator's arm; and, a plurality of receiving grooves are provided with a surgical instrument, one of the plurality of receiving grooves to be located in the first position
  • a moving part movably installed on the base so as to be movable; and a shaft arranged to be able to move back and forth to selectively penetrate the receiving groove in the first position from the rear of the moving part; and, mounted on a plurality of receiving grooves
  • the moving part is disposed in a rotatable form on the base.
  • the third driving portion is provided on the shaft.
  • a driving wheel capable of transmitting power provided from the third driving unit is provided at the front end of the shaft, and a driven wheel provided at a position corresponding to the driving wheel is provided at a rear end of the surgical instrument and engaged with the driving wheel. It is preferred.
  • the base is preferably provided with an input unit for the operator to input a control signal.
  • the input unit includes a first input unit capable of inputting a control signal for operation control of the surgical instrument.
  • the input unit preferably includes a second input unit capable of inputting control signals for driving the first driving unit and the second driving unit.
  • the second input unit preferably includes a voice input unit for recognizing the operator's voice, and a voice recognition unit for generating control signals for driving the first drive unit and the second drive unit according to the voice input through the voice input unit.
  • a multi-joint support arm for supporting the base in a movable state.
  • the surgery is performed through a surgical instrument controlled by the operator's operation while the robot arm is fixed to the operator's arm, a wearable surgery that enables the operator to respond immediately even if an unexpected emergency occurs Dragon robot arm is provided.
  • the operation time can be shortened, as well as surgical instruments. It is provided with a wearable surgical robot arm that does not require a separate manpower for the exchange of.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a surgical wearable robot arm of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view of the present invention wearable surgical robot arm
  • FIG. 3 is a functional diagram showing the operation of the moving part according to the present invention wearable surgical robot arm
  • Figure 4 is an operational view showing the operation of the shaft according to the present invention wearable surgical robot arm
  • Figure 5 is a perspective view showing a coupling portion of the shaft and the surgical instrument according to the present invention wearable surgical robot arm,
  • FIG. 6 is a view showing a modified example of the moving part according to the present invention wearable surgical robot arm.
  • FIG. 1 is a schematic view of the present invention wearable surgical robot arm
  • FIG. 2 is a perspective view of the present invention wearable surgical robot arm
  • FIG. 3 is an operation of a moving part according to the present invention wearable surgical robot arm 4
  • FIG. 5 is a view showing the coupling portion of the shaft and the surgical instrument according to the wearable surgical robot arm of the present invention.
  • Figure 6 is a view showing a modification of the moving portion according to the present invention can be worn surgical robot arm.
  • the wearable surgical robot arm of the present invention as shown in the figure, the base 110, the moving part 120, the shaft 130, the first driving part 140, the second driving part 150, the third driving part 160, an input unit 170, a surgical instrument 180 and a multi-joint support arm 190.
  • the base 110 is mounted on the arm of a practitioner such as a surgeon and moves together with the arm, a band or a belt for fixing the arm, etc. may be provided, and it may be possible to be configured in such a way that the arm is inserted.
  • the moving part 120 is rotatably installed on the base 110, is made of an arc-shaped cross-section, and receiving groove 121 in which the surgical instrument 180 can be mounted within the same radius based on the rotation center This number is provided, it is possible to place any one of the receiving groove 121 of the plurality of receiving grooves 121 in the first position (P1) according to the rotational position.
  • the moving part 120 is provided with an arc-shaped rail along the moving direction of the moving part 120, and the base 110 is provided with a block coupled to the rail to provide the moving part 120 ) Rotation can be guided.
  • one of the receiving grooves 121 of the plurality of receiving grooves 121 moves to the first position P1 while the moving unit 120 rotates.
  • the shaft 130 is disposed on the same axis as the receiving groove 121 of the first position P1 from the rear of the moving part 120, and is capable of moving forward and backward in the axial direction to the base 110. Is supported.
  • a coupling mechanism capable of selectively fixing or releasing the rear end of the surgical instrument 180 such as a gripper, may be provided at the front end of the shaft 130.
  • the first driving unit 140 is the moving unit 120 so that any one of the surgical instruments 180 selected from among the surgical instruments 180 mounted on the plurality of receiving grooves 121 can be moved to the first position P1.
  • the servo motor (not shown) provided on the base 110 and the pinion 141 fixed to the drive shaft of the servo motor and the arc provided on the moving part 120 to mesh with the pinion 141
  • It may include a rack (142).
  • the moving part 120 is rotated by using the pinion 141 and the rack 142, but the present invention is not limited thereto, and the rotational position of the moving part 120 can be controlled.
  • Various types of driving means and power transmission mechanisms may be applied.
  • the second driving unit 150 is to move the shaft 130 back and forth in the axial direction, may be configured in the form of a hydraulic or pneumatic cylinder, the moving direction of the shaft 130 is the moving unit 120 It is set in the direction parallel to the rotation center axis of.
  • the surgical instrument 180 disposed in the receiving groove 121 in the first position P1 moves away from the receiving groove 121 to remove the
  • the shaft 130 is retracted by the driving of the second driving unit 150, it is moved to the second position (P2) located in front of the first position (P1), the surgical instrument disposed in the second position (P2) 180 is moved to the first position (P1) is inserted into the receiving groove 121 of the moving unit 120.
  • the second driving unit 150 is in the first and second positions (P1) for smooth coupling or disengagement of the front end of the shaft 130 and the rear end of the surgical instrument 180 during the forward and backward process of the shaft 130. It would be desirable to pause for a while and then move on.
  • the third driving unit 160 is coupled to the front end of the shaft 130 to provide power to the surgical instrument 180 moved to the second position P2, the servo motor 161 and the shaft 130 ) May include a driving wheel 162 that is disposed at the front end portion and rotates by the power provided from the servo motor 161, and may be provided in plural for various operations of the surgical instrument 180.
  • a terminal that is electrically connected to each other to transmit power or a signal may be additionally provided on a coupling surface of the shaft 130 and the surgical instrument 180.
  • the input unit 170 is provided on the base 110 so that the operator can input a control signal for the operation or exchange of the surgical instrument 180, and generates a control signal for driving the third driving unit 160 It includes a first input unit 171 and a second input unit 172 capable of generating control signals for driving the first driving unit 140 and the second driving unit 150.
  • the first input unit 171 is a joystick, a glove, a trigger-gun, a manual type capable of generating a control signal for driving the third driving unit 160 according to the operator's operation It may include one or more of various input devices such as a controller.
  • the second input unit 172 is a voice input unit 170 capable of recognizing the operator's voice, and the first drive unit 140 and the second drive unit 150 according to the voice input through the voice input unit 170 It may include a voice recognition unit for generating a control signal for driving.
  • a voice recognition unit for generating a control signal for driving.
  • the present invention is not limited thereto, and the operator is performed as in the first input unit 171. It may be possible to generate a control signal through a button that can be directly manipulated or a sensor that can detect the operator's motion.
  • the surgical instrument 180 is provided in the body portion, the end effector provided on the tip of the body portion, the driven wheel 181 provided on the rear end of the body portion and the inside of the body portion, the driven wheel 181 and the end effector It may include a power transmission mechanism for connecting, the joint may be provided in the body portion. According to the shape of the end effector, the surgical instrument 180 may be divided into a forceps, an electric cauterizing device, a sealing device, an ultrasonic cutting machine, a cleaning and draining device, and the like, and the receiving groove 121 of the moving part 120 by type ).
  • the driven wheel 181 is provided at a position corresponding to the driving wheel 162 of the third driving unit 160 at the rear end of the surgical instrument 180, and is engaged with the driving wheel 162 and the third driving unit ( It is configured to receive the power provided from 160).
  • the multi-joint support arm 190 is one end is connected to the base 110, the other end is connected to a structure such as a wall, a ceiling, a floor to support the base 110, the weight of the robot arm, etc. It may include a gravity compensation mechanism for compensating for gravity.
  • the base 110 is fixed to the operator's arm and can move with the arm, and is supported by structures such as a ceiling, a wall, and a floor inside the operating room by a multi-joint support arm 190. Accordingly, the operator performs surgery by controlling the surgical instrument 180 mounted on the robot arm by manually operating the first input unit 171 provided on the base 110 while wearing the surgical robot arm in the operating room. It is possible to easily exchange the surgical instrument 180 mounted on the robot arm by inputting a voice to the second input unit 172. Particularly, if necessary, the operator can directly treat the surgical site by hand after releasing the wearing of the robot arm, so that an immediate response is possible when a dangerous situation occurs.
  • the moving part 120 is rotatably installed on the base 110 so as to be rotated by the first driving part 140, and a plurality of receiving grooves 121 provided in the moving part 120 have different types of surgery Mechanisms 180 are each inserted.
  • the second driving unit 150 is driven backward to reverse the shaft 130, thereby using the surgical instrument 180 in the second position P2 in use.
  • the first driving unit 140 is driven and the receiving groove 121 into which the surgical instrument 180 corresponding to the corresponding voice is inserted is placed in the first position P1.
  • the first driving unit 140 moves forward to advance the shaft 130 to move the surgical instrument 180 disposed in the first position P1 to the second position P2.
  • the surgical instrument 180 is exchanged only by the operator's voice, not only can the operation time be shortened, but a separate manpower for exchanging the surgical instrument 180 is not required.
  • a surgical surgeon can pre-configure a combination of instruments required for a scheduled operation, and can be sequentially arranged in the receiving groove 121 of the moving part 120 according to the order of use, it is necessary to exchange the surgical instruments 180. Time can be minimized.
  • the operation of the third driving unit 160 is controlled as the operator operates the first input unit 171 in the surgical instrument 180 disposed in the second position P2, the end effector is controlled. , Surgery can be performed using the end effector of the surgical instrument 180.
  • the robot arm of this embodiment can be operated in a form similar to laparoscopic surgery in a state where the robot arm is mounted on the operator's arm. , If the operator has experience in laparoscopic surgery, it is possible to intuitively use the robot arm of the present embodiment.

Abstract

본 발명은 착용 가능한 수술용 로봇 암에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 착용 가능한 수술용 로봇 암은 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 베이스;와, 수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 베이스에 이동 가능하게 설치되는 이동부;와, 상기 이동부의 후방에서 상기 제1위치의 수용홈을 선택적으로 관통할 수 있도록 전후진 가능하게 배치되는 샤프트;와, 다수의 수용홈에 장착된 수술기구 중 선택된 어느 하나의 수술기구가 제1위치로 이동하도록 상기 이동부를 이동시키는 제1구동부;와, 상기 제1위치의 수술기구를 제1위치의 전방에 위치한 제2위치로 이동시키도록 상기 샤프트를 이동시키는 제2구동부; 및 상기 제2위치로 이동한 수술기구에 동력을 제공하는 제3구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

착용 가능한 수술용 로봇 암
본 발명은 착용 가능한 수술용 로봇 암에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시술자의 팔에 로봇 암이 고정된 상태에서 시술자의 조작에 의해 제어되는 수술기구를 통해 수술을 진행할 수 있는 착용 가능한 수술용 로봇 암에 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.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시술자의 팔에 로봇 암이 고정된 상태에서 시술자의 조작에 의해 제어되는 수술기구를 통해 수술이 진행되므로, 예측하지 못한 응급한 상황이 발생하더라도 시술자의 즉각적인 대처가 가능한 착용 가능한 수술용 로봇 암을 제공함에 있다.
또한, 시술자의 팔에 장착되는 베이스에 다수의 수술기구가 장착된 이동부를 마련하고 시술자에 의해 입력되는 신호에 따라 수술기구의 교환이 이루어짐에 따라, 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 수술기구의 교환을 위한 별도의 인력이 요구되지 않는 착용 가능한 수술용 로봇 암을 제공함에 있다.
또한, 시술자의 팔에 장착되는 베이스가 다관절 지지암에 의해 구조체에 지지되므로, 로봇 암의 자중에 의해 시술자의 팔의 피로도가 증가하는 것을 방지할 수 있는 착용 가능한 수술용 로봇 암을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 베이스;와, 수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 베이스에 이동 가능하게 설치되는 이동부;와, 상기 이동부의 후방에서 상기 제1위치의 수용홈을 선택적으로 관통할 수 있도록 전후진 가능하게 배치되는 샤프트;와, 다수의 수용홈에 장착된 수술기구 중 선택된 어느 하나의 수술기구가 제1위치로 이동하도록 상기 이동부를 이동시키는 제1구동부;와, 상기 제1위치의 수술기구를 제1위치의 전방에 위치한 제2위치로 이동시키도록 상기 샤프트를 이동시키는 제2구동부; 및 상기 제2위치로 이동한 수술기구에 동력을 제공하는 제3구동부;를 포함하는 착용 가능한 수술용 로봇 암에 의해 달성된다.
여기서, 상기 이동부는 상기 베이스에 회전가능한 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3구동부는 샤프트에 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 샤프트의 선단에는 상기 제3구동부로부터 제공되는 동력을 전달할 수 있는 구동휠이 마련되고, 상기 수술기구의 후단에는 상기 구동휠에 대응하는 위치에 마련되어 구동휠과 맞물리는 종동휠이 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스에는 시술자가 제어신호를 입력할 수 있는 입력부가 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 입력부는 수술기구의 동작제어를 위한 제어신호를 입력할 수 있는 제1입력부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 입력부는 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 위한 제어신호를 입력할 수 있는 제2입력부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2입력부는 시술자의 음성을 인식하는 음성입력부와, 상기 음성입력부를 통해 입력된 음성에 따라 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 위한 제어신호를 생성하는 음성인식부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스를 이동 가능한 상태로 지지하는 다관절 지지암을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 시술자의 팔에 로봇 암이 고정된 상태에서 시술자의 조작에 의해 제어되는 수술기구를 통해 수술이 진행되므로, 예측하지 못한 응급한 상황이 발생하더라도 시술자의 즉각적인 대처가 가능한 착용 가능한 수술용 로봇 암이 제공된다.
또한, 시술자의 팔에 장착되는 베이스에 다수의 수술기구가 장착된 이동부를 마련하고 시술자에 의해 입력되는 신호에 따라 수술기구의 교환이 이루어짐에 따라, 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 수술기구의 교환을 위한 별도의 인력이 요구되지 않는 착용 가능한 수술용 로봇 암이 제공된다.
또한, 시술자의 팔에 장착되는 베이스가 다관절 지지암에 의해 구조체에 지지되므로, 로봇 암의 자중에 의해 시술자의 팔의 피로도가 증가하는 것을 방지할 수 있는 착용 가능한 수술용 로봇 암이 제공된다.
도 1은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암의 개략 구성도,
도 2는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암의 사시도,
도 3은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 이동부의 동작을 나타낸 작용도,
도 4는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 샤프트의 동작을 나타낸 작용도,
도 5는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 샤프트와 수술기구의 결합부위를 나타낸 사시도이고,
도 6은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 이동부의 변형예를 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 착용 가능한 수술용 로봇 암에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 1은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암의 개략도이고, 도 2는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암의 사시도이고, 도 3은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 이동부의 동작을 나타낸 작용도이고, 도 4는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 샤프트의 동작을 나타낸 작용도이고, 도 5는 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 샤프트와 수술기구의 결합부위를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암에 따른 이동부의 변형예를 나타낸 도면이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 착용 가능한 수술용 로봇 암은, 베이스(110), 이동부(120), 샤프트(130), 제1구동부(140), 제2구동부(150), 제3구동부(160), 입력부(170), 수술기구(180) 및 다관절 지지암(190)을 포함한다.
한편, 복잡한 기계구성이 수술실 내에서 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해, 상기 베이스(110), 이동부(120), 제1구동부(140), 제2구동부(150) 등을 수용하는 하우징(H)을 구비하는 것이 바람직할 것이다.
상기 베이스(110)는 외과의사와 같은 시술자의 팔에 장착되어 팔과 함께 움직이는 것으로서, 팔을 고정하기 위한 밴드나 벨트 등이 마련될 수 있으며, 팔을 끼워넣는 형태로 구성되는 것도 가능할 것이다.
상기 이동부(120)는 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 설치되는 것으로서, 호형의 단면으로 이루어지고, 회전중심을 기준으로 동일 반경 내에 수술기구(180)가 장착될 수 있는 수용홈(121)이 다수 마련되며, 회전위치에 따라 다수의 수용홈(121) 중 어느 하나의 수용홈(121)이 제1위치(P1)에 위치하도록 할 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 이동부(120)에는 이동부(120)의 이동방향을 따라 호형의 레일이 마련되고, 상기 베이스(110)에는 상기 레일에 결합되는 블록이 마련되어 상기 이동부(120)의 회전이 안내되도록 할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 이동부(120)가 회전하면서 다수의 수용홈(121) 중 어느 하나의 수용홈(121)이 제1위치(P1)로 이동하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 도 6에 도시된 바와 같이 이동부(120)가 좌우(또는 상하)로 이동하면서 다수의 수용홈(121) 중 어느 하나가 제1위치(P1)로 이동할 수 있도록 구성하는 것도 가능할 것이다.
상기 샤프트(130)는 상기 이동부(120)의 후방에서 상기 제1위치(P1)의 수용홈(121)과 동일 축선상에 배치되며, 상기 베이스(110)에 축방향으로 전후진 가능한 상태로 지지된다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 샤프트(130)의 선단에는 그리퍼(gripper)와 같이 수술기구(180)의 후단을 선택적으로 고정 또는 고정해제할 수 있는 결합기구가 마련될 수 있다.
상기 제1구동부(140)는 다수의 수용홈(121)에 장착된 수술기구(180) 중 선택된 어느 하나의 수술기구(180)가 제1위치(P1)로 이동할 수 있도록 상기 이동부(120)를 회전시키는 것으로서, 상기 베이스(110)에 마련되는 서보모터(미도시)와 상기 서보모터의 구동축에 고정되는 피니언(141) 및 상기 이동부(120)에 마련되어 상기 피니언(141)과 맞물리는 호형의 래크(142)를 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 피니언(141)과 래크(142)를 이용하여 이동부(120)를 회전시키는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 제한하는 것은 아니며, 이동부(120)의 회전위치를 제어할 수 있는 다양한 형태의 구동수단과 동력전달기구가 적용될 수 있을 것이다.
상기 제2구동부(150)는 상기 샤프트(130)를 축방향으로 전후진 이동시키는 것으로서, 유압 또는 공압 실린더의 형태로 구성될 수 있으며, 상기 샤프트(130)의 이동방향은 상기 이동부(120)의 회전중심축과 나란한 방향으로 설정된다. 이러한 제2구동부(150)의 구동에 의해 샤프트(130)가 전진하는 경우에는 제1위치(P1)의 수용홈(121) 내에 배치된 수술기구(180)가 수용홈(121)으로부터 이탈하여 제1위치(P1)의 전방에 위치한 제2위치(P2)로 이동하게 되고, 제2구동부(150)의 구동에 의해 샤프트(130)가 후진하는 경우에는 제2위치(P2)에 배치된 수술기구(180)가 제1위치(P1)로 이동하여 이동부(120)의 수용홈(121) 내에 삽입된다. 한편, 상기 제2구동부(150)는 샤프트(130)의 전,후진 과정에서, 상기 샤프트(130)의 선단과 수술기구(180)의 후단의 원활한 결합 또는 결합 해제를 위해, 제1위치(P1)에서 잠시 멈췄다가 이동하는 것이 바람직할 것이다.
상기 제3구동부(160)는 샤프트(130)의 선단에 결합되어 제2위치(P2)로 이동한 수술기구(180)에 동력을 제공하기 위한 것으로서, 서보모터(161)와, 상기 샤프트(130)의 선단부에 배치되어 상기 서보모터(161)로부터 제공되는 동력에 의해 회전하는 구동휠(162)을 포함할 수 있으며, 수술기구(180)의 다양한 동작을 위해 복수 마련될 수 있다. 아울러, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 샤프트(130)와 수술기구(180)의 결합면에는 전원이나 신호를 전달하기 위해 서로 전기적으로 접속하는 단자가 추가로 마련될 수 있을 것이다.
상기 입력부(170)는 시술자가 수술기구(180)의 동작이나 교환을 위한 제어신호를 입력할 수 있도록 베이스(110) 상에 마련되는 것으로서, 제3구동부(160)의 구동을 위한 제어신호를 생성할 수 있는 제1입력부(171)와, 제1구동부(140) 및 제2구동부(150)의 구동을 위한 제어신호를 생성할 수 있는 제2입력부(172)를 포함한다.
상기 제1입력부(171)는 시술자의 조작에 따라 제3구동부(160)의 구동을 위한 제어신호를 생성할 수 있는 조이스틱(joystick), 글러브(glove), 트리거-건(trigger-gun), 수동식 컨트롤러 등과 같은 다양한 입력장치 들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2입력부(172)는 시술자의 음성을 인식할 수 있는 음성입력부(170)와, 상기 음성입력부(170)를 통해 입력된 음성에 따라 상기 제1구동부(140) 및 제2구동부(150)의 구동을 위한 제어신호를 생성하는 음성인식부를 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 시술자의 음성을 인식하여 제1구동부(140) 및 제2구동부(150)를 제어하는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 제한하는 것은 아니며, 상기 제1입력부(171)와 같이 시술자가 직접 조작할 수 있는 버튼이나 시술자의 동작을 감지할 수 있는 센서 등을 통해 제어신호를 생성하는 것도 가능할 것이다.
상기 수술기구(180)는 몸통부와, 상기 몸통부의 선단에 마련되는 엔드 이펙터와, 상기 몸통부의 후단에 마련되는 종동휠(181) 및 상기 몸통부의 내부에 마련되어 종동휠(181)과 엔드 이펙터를 연결하는 동력전달기구를 포함할 수 있으며, 상기 몸통부에는 관절이 마련될 수 있다. 이러한 수술기구(180)는 엔드 이펙터의 형태에 따라 집게, 전기소작기구, 봉합기구, 초음파 절단기구, 세척 및 배액 기구 등으로 구분될 수 있으며, 종류별로 상기 이동부(120)의 수용홈(121)에 각각 수용된다. 상기 종동휠(181)은 상기 수술기구(180)의 후단부에서 상기 제3구동부(160)의 구동휠(162)에 대응하는 위치에 마련되고, 상기 구동휠(162)과 맞물려 제3구동부(160)로부터 제공되는 동력을 전달받을 수 있도록 구성된다.
상기 다관절 지지암(190)은 일단부가 상기 베이스(110)에 연결되고, 타단부가 벽, 천장, 바닥과 같은 구조체에 연결되어 상기 베이스(110)를 지지하는 것으로서, 로봇 암 등의 자중에 의한 중력을 보상하는 중력보상기구를 포함할 수 있다.
지금부터는 상술한 착용 가능한 수술용 로봇 암의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
베이스(110)는 시술자의 팔에 고정되어 팔과 함께 이동할 수 있으며, 다관절 지지암(190)에 의해 수술실 내부의 천장, 벽, 바닥과 같은 구조체에 지지된다. 따라서, 시술자는 수술실 내에서 수술용 로봇 암을 착용한 상태에서, 베이스(110)에 마련된 제1입력부(171)를 손으로 조작하여 로봇 암에 장착된 수술기구(180)를 제어함으로써 수술을 진행할 수 있으며, 제2입력부(172)에 음성을 입력하여 로봇 암에 장착된 수술기구(180)를 용이하게 교환할 수 있다. 특히, 필요에 따라 시술자가 로봇 암의 착용을 해제한 뒤 수술부위를 손으로 직접 처치할 수 있으므로 위험한 상황이 발생하는 경우 즉각적인 대처가 가능하게 된다.
이동부(120)는 제1구동부(140)에 의해 회전할 수 있도록 상기 베이스(110)에 회전 가능하게 설치되고, 이동부(120)에 마련된 다수의 수용홈(121)에는 서로 다른 종류의 수술기구(180)가 각각 삽입된다. 시술자가 수술 도중 원하는 수술기구(180)를 사용하기 위해 음성으로 지시하면, 제2구동부(150)가 후진구동하여 샤프트(130)를 후진시킴으로써 사용중인 제2위치(P2)의 수술기구(180)를 제1위치(P1)의 수용홈(121)에 위치시키고, 제1구동부(140)가 구동하여 해당 음성에 대응하는 수술기구(180)가 삽입된 수용홈(121)을 제1위치(P1)로 이동시킨 다음, 제1구동부(140)가 전진구동하여 샤프트(130)를 전진시킴으로써 제1위치(P1)에 배치된 수술기구(180)를 제2위치(P2)로 이동시킨다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 시술자의 음성만으로 수술기구(180)의 교환이 이루어지므로, 수술시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 수술기구(180)의 교환을 위한 별도의 인력이 요구되지 않는다. 또한, 수술 집도의가 예정된 수술에 필요한 기구의 조합을 미리 구성하고, 사용 순서에 따라 이동부(120)의 수용홈(121)에 차례대로 배치할 수 있으므로, 수술기구(180)의 교환에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
상기와 같이 제2위치(P2)에 배치된 수술기구(180)는, 시술자가 제1입력부(171)를 조작함에 따라 제3구동부(160)의 구동이 제어되면서 엔드 이펙터의 동작 제어가 이루어지므로, 수술기구(180)의 엔드 이펙터를 이용해 수술을 진행할 수 있다.
특히, 상기 제1입력부(171)를 복강경 수술기구의 조작부와 유사한 형태로 제공하는 경우, 본 실시예의 로봇 암을 시술자의 팔에 장착한 상태에서, 복강경 수술과 유사한 형태로 수술을 진행할 수 있게 되므로, 복강경 수술 경험이 있는 시술자라면 직관적으로 본 실시예의 로봇 암을 사용할 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.

Claims (9)

  1. 시술자의 팔과 함께 움직일 수 있는 베이스;
    수술기구가 장착되는 수용홈이 다수 마련되고, 다수의 수용홈 중 어느 하나의 수용홈이 제1위치에 위치할 수 있도록 상기 베이스에 이동 가능하게 설치되는 이동부;
    상기 이동부의 후방에서 상기 제1위치의 수용홈을 선택적으로 관통할 수 있도록 전후진 가능하게 배치되는 샤프트;
    다수의 수용홈에 장착된 수술기구 중 선택된 어느 하나의 수술기구가 제1위치로 이동하도록 상기 이동부를 이동시키는 제1구동부;
    상기 제1위치의 수술기구를 제1위치의 전방에 위치한 제2위치로 이동시키도록 상기 샤프트를 이동시키는 제2구동부; 및
    상기 제2위치로 이동한 수술기구에 동력을 제공하는 제3구동부;를 포함하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 베이스에 회전가능한 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제3구동부는 샤프트에 마련되는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 샤프트의 선단에는 상기 제3구동부로부터 제공되는 동력을 전달할 수 있는 구동휠이 마련되고, 상기 수술기구의 후단에는 상기 구동휠에 대응하는 위치에 마련되어 구동휠과 맞물리는 종동휠이 마련되는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스에는 시술자가 제어신호를 입력할 수 있는 입력부가 마련되는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 입력부는 수술기구의 동작제어를 위한 제어신호를 입력할 수 있는 제1입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 입력부는 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 위한 제어신호를 입력할 수 있는 제2입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2입력부는 시술자의 음성을 인식하는 음성입력부와, 상기 음성입력부를 통해 입력된 음성에 따라 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 위한 제어신호를 생성하는 음성인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스를 이동 가능한 상태로 지지하는 다관절 지지암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 가능한 수술용 로봇 암.
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