WO2020185031A1 - 수술용 로봇의 엔드이펙터 - Google Patents

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WO2020185031A1
WO2020185031A1 PCT/KR2020/003528 KR2020003528W WO2020185031A1 WO 2020185031 A1 WO2020185031 A1 WO 2020185031A1 KR 2020003528 W KR2020003528 W KR 2020003528W WO 2020185031 A1 WO2020185031 A1 WO 2020185031A1
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tool
surgical
end effector
mounting
clamp
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PCT/KR2020/003528
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차용엽
류승재
김홍호
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큐렉소 주식회사
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control

Definitions

  • the present invention relates to an end effector of a surgical robot, and more particularly, by using a robot, the operation can be performed quickly and conveniently, and the surgical procedure can be safely performed.
  • the present invention relates to an end effector of a surgical robot that can conveniently and accurately perform the setting and maintenance process of the location and surgery point.
  • a surgical robot is a medical robot that assists a doctor to perform an operation, and a surgical method using a robot is in the spotlight because a patient's recovery speed is fast and the removal site can be optimized and accurately operated.
  • such surgical robots are widely used as surgical methods as they develop along with the development of medical technology.
  • surgical robots include laparoscopic surgical robots that operate on soft tissues such as the prostate, stomach, and heart, artificial joint surgical robots that operate on hard tissues such as knee joints, and catheter in blood vessels.
  • a vascular surgery robot that is inserted through and operated through has been developed and used.
  • the surgical robot is an interventional robot equipped with an end-effector that performs medical and surgical procedures such as tissue biopsy, expansion, and drug injection by inserting medical instruments into the body while observing the inside of the human body through an imaging device. Etc. are being used.
  • pedicle screw insertion surgery involves inserting a pedicle screw into a plurality of pedicles and combining the pedicle screws with adjacent pedicle screws with a rod to perform spine fusion.
  • Pedicle screw insertion surgery is performed by inserting a pedicle screw into a plurality of pedicles using a fastening tool called a screwdriver, and then connecting the rods between the pedicle screw screw heads, but inserting the pedicle screw into the pedicle.
  • a screwdriver a fastening tool
  • the surgical procedure is very complicated because it requires about 12 or more surgical steps and requires numerous tools and procedures.
  • the present invention has been proposed in light of the above, and an object thereof is to provide an end effector of a surgical robot capable of performing a surgical procedure safely as well as a quick and convenient operation using a robot.
  • Another object of the present invention is to provide an end effector of a surgical robot capable of conveniently and accurately performing gripping of a surgical tool during surgery, setting and maintaining a location of a surgical tool, and a surgical point.
  • the end effector of the surgical robot is an end effector mounted on a surgical robot, comprising: a force/torque sensor module mounted on a robot arm; An end effect frame to which the force/torque sensor module is coupled; Clamping means installed on the end effect frame; And a tool mounting means that is attached to and detached from the end-effect frame by the clamping means and mounted with a surgical tool.
  • the tool mounting means includes: a mounting plate having one end connected to the end effect frame and a tool holder formed at the other end; A tool guide member installed on the tool holder and on which the surgical tool is mounted; And a tool presence/absence detection means installed on the mounting table to detect whether or not the tool guide member is installed.
  • the tool holder may be configured to include a mounting body curved in a horizontal direction at a lower end of the mounting body, and a guide hole penetrating the mounting body in a vertical direction and having an opening formed at one side thereof.
  • the mounting base is provided with a mounting body in which the tool holder is formed at the lower end and the tool presence/absence detection means is embedded therein, and a second terminal part coupled to the mounting body and connected to the first terminal part provided in the end effect frame. It may be configured to include a mounting cover, a mounting stand coupled to the upper end of the mounting body and the clamping means is installed.
  • the tool guide member may include an insertion portion inserted into the guide hole and into which a locking groove is concave on an outer surface, and a locking ring formed at an upper end of the insertion portion to be engaged with the mounting body.
  • the tool mounting means may be provided with a guide member stopper formed on the mounting body to be elastically seated in the locking groove.
  • the clamping means may include a first clamp unit installed on the end effect frame and a second clamp unit installed on the tool mounting unit so as to be attached to and detached from the first clamp unit.
  • the end effector of the surgical robot according to the present invention includes an end effect case installed in a form surrounding the outside of the end effect frame, and a line laser unit installed on the end effect frame and generating laser light indicating a surgical site, ,
  • the end effect case may have a pair of light irradiation slits which are obliquely perforated so that the laser light generated by the line laser unit is irradiated to the outside.
  • the end effect frame may include a sensor module mounting part to which the force/torque sensor module is mounted, a clamp mounting part to which the first clamp part is mounted, and a case fixing bracket to which the end effect case is bound.
  • a drape adapter for restraining the sterilization cloth may be installed between the first clamp unit and the second clamp unit.
  • the drape adapter may include a sterilization pouch fixing portion interposed between the first clamp portion and the second clamp portion and on which the sterilization cloth is seated, and a light-transmitting portion formed on the sterilization pouch fixing portion to face the light irradiation slit.
  • the tool mounting means may include a marker member installed to provide an optical signal for measuring the position of the end effector to the optical position measuring equipment.
  • the end effector of the surgical robot it is possible to conveniently prepare for surgery by attaching and detaching the tool mounting means, and by simply installing a sterilized cloth, it is possible to distinguish between a sterilized area and a non-sterile area, using a line laser unit. Since the surgical position can be displayed quickly and accurately, not only can the operation using a robot be performed quickly, but also the position of the surgical tool and the setting and maintenance process of the surgical point can be conveniently and accurately performed, improving the accuracy of the operation. It can have an effect.
  • the installed state of the surgical tool can be detected by the tool presence/absence detection means provided in the tool mounting means to detect whether the operation has been performed.
  • the tool presence/absence detection means provided in the tool mounting means to detect whether the operation has been performed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which an end effector is installed in a surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the appearance structure in an assembled state of the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of an end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing the separated state of the main components in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an exploded perspective view showing a separated state of the end effect frame portion provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view for explaining an end effect case provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining the drape adapter provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 is an exploded perspective view showing a separate part of the tool mounting means provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9A and 9C are views for explaining the operation of the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9A shows a state before the tool mounting means is mounted
  • FIG. 9B is a sterile cloth and It shows a state in which the tool mounting means is installed and the surgical tool is installed
  • FIG. 9C is a perspective view showing the surgical tool used for pedicle screw insertion surgery, which is one of the representative spinal surgery.
  • FIGS. 1 to 9C a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings FIGS. 1 to 9C, but the same reference numerals are assigned to the same components in FIGS. 1 to 9C.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which an end effector is installed in a surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an external structure of an end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention in an assembled state.
  • 3 is a schematic exploded perspective view of an end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a separated perspective view of main components in the end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention.
  • An exploded perspective view showing the state Figure 5 is an exploded perspective view showing the separated state of the end effect frame portion provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention.
  • the end effector (e) of the surgical robot grips the surgical tool (t) during spine surgery, and sets and maintains the location of the surgical tool and the surgical point.
  • a force/torque sensor module (1), an end effect frame (2), a clamping means (3), and a tool mounting means (4) are provided as configured to conveniently and accurately perform the process.
  • the end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention is a major feature in that it is configured to easily and safely insert a pedicle screw into the pedicle during a pedicle screw insertion surgery. to be.
  • the force/torque sensor module (1, Force/Torque sensor module) is a sensor to control the operation of the robot by measuring the external force applied to the end effector, and is usually called an F/T sensor, an overload protection device, etc. It is mounted on the end of the robot arm (a) on which the effector is installed. Further, since the force/torque sensor module 1 is a well-known component widely applied to a medical robot or an industrial robot, a description of the detailed structure thereof will be omitted.
  • the end effect frame 2 performs the function of a main body in which the main components are mounted, and there is no particular limitation on the structure and shape, but in this embodiment, a sensor module mounting portion 21 and a clamp mounting portion 22 are provided.
  • the sensor module mounting part 21 is a part to which the force/torque sensor module 1 is mounted, and is formed of a plate-like member having a plurality of fastening holes so that a fastening member for assembling the force/torque sensor module is fastened.
  • the clamp mounting part 22 is a part to which the first clamp part 31 of the clamping means 3 is mounted, and is assembled in a direction orthogonal to the sensor module mounting part 22, for assembling the first clamp part 31 It is formed of a plate-like member having a plurality of fastening holes so that the fastening member is fastened.
  • the clamp mounting portion 22 is provided with a first terminal portion 61 electrically connected to a second terminal portion 62 to be described later.
  • the first terminal part 61 is installed so that the terminal piece 612 is exposed to the outside in the first terminal housing 611 that is fastened to the clamp mounting part 22 by a fastening member, and the tool mounting means 4 is an end effect frame ( In the state of being mounted on 2), it is electrically connected to the terminal piece 621 of the second terminal portion 62 to be described later.
  • the end effect frame 2 includes an end effect case 23 for protecting main components to be embedded, and a case fixing bracket 24 for fixing the end effect case 23.
  • the end effect case 23 is formed in a form that surrounds the outside of the end effect frame 2 by a thin plate, and is composed of an upper case 231 and a lower case 232, and is fixed to the case fixing bracket 24 by a fastening member. do.
  • FIG. 6 is a view for explaining an end effect case provided in an end effector of a surgical robot according to an embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a bottom portion of the end effect case.
  • the end effect case 23 has a light irradiation slit 233 so that the laser light generated by the line laser unit 7 to be described later is irradiated to the outside.
  • the light irradiation slit 233 is formed by a pair of long holes obliquely perforated on the bottom of the end effect case 23, and the irradiated laser light converges at an arbitrary vanishing point to form an intersection point indicating the surgical site. It is perforated facing each other in a structure with an acute angle to be used.
  • the case fixing bracket 24 is formed by bending a plurality of fastening portions having fastening holes in a plate-shaped member, and is fastened and fixed to a laser bracket 25 to be described later.
  • the end-effect frame 2 is provided with a line laser unit 7 for generating laser light indicating a surgical site.
  • the line laser part 7 is installed on the laser bracket 25 that is assembled to the clamp mounting part 22 as shown in FIG. 5.
  • the line laser unit 7 is configured to generate laser light when power is supplied by having a laser diode module built into the cylindrical body, and the light emitting unit connects the light irradiation slit 233 of the end effect case 23 It is installed in the laser installation hole formed in the laser bracket 25 to face.
  • the clamping means 3 is provided to fix or separate the tool mounting means 4 to the end effect frame 2, the first clamp portion 31 installed on the end effect frame 2, and the first It consists of a second clamp portion 32 installed on the tool mounting means 4 to be attached to and detached from the clamp portion 31.
  • the first clamp part 31 is a first clamp body 311 having a hollow part, a clamp lever 312 installed rotatably on the first clamp body 311 and provided with a handle 312a, and a clamp lever 312 ) Is provided with a clamping shaft 313 that is raised and lowered in accordance with the rotational motion and formed with a locking protrusion.
  • the first clamp body 311 has a plurality of locking grooves 311b in which the locking protrusions 513 of the drape adapter 5, which will be described later, are seated at the periphery are concave, and positioning for setting the positions of the assembled parts
  • the pin 311c protrudes.
  • the second clamp unit 32 is a second clamp body 321 coupled to a mounting table to be described later, protruding from the second clamp body 321 and inserted into the clamping shaft 313 of the first clamp unit 31 or
  • the clamp protrusion 322 is provided with a locking hole to be locked.
  • first clamp unit 31 and the second clamp unit 32 may be configured in various ways without any particular limitation on their structure and shape as long as the attachment and detachment operation of the tool mounting means 4 is possible.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining the drape adapter provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention.
  • the end effector of the surgical robot is a drape that divides the sterilized area and the non-sterile area during surgery between the first clamp unit 31 and the second clamp unit 32
  • An adapter (5, draft adapter) is installed.
  • the drape adapter 5 is interposed between the first clamp part 31 and the second clamp part 32 so as to face the sterilization pouch fixing part 51 for restraining the sterilization cloth s, and the light irradiation slit 233 Consists of a light-transmitting portion 52 formed on the sterilization pouch portion 51.
  • the sterilization bag fixing part 51 has a through hole 511 perforated in the center of the thin plate body having a substantially disk shape, and a plurality of locking projections 513 protrude on the inner circumference of the through hole, while the first clamp part ( A pin insertion hole 512 inserted into the positioning pin 311c of 31) is perforated.
  • the light-transmitting part 52 is composed of a light-transmitting plate or a light-transmitting sheet having excellent light transmittance such as polycarbonate (PC) to facilitate transmission of the laser light generated by the line laser part 7.
  • PC polycarbonate
  • Figure 8 is an exploded perspective view showing a separate part of the tool mounting means provided in the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention.
  • the tool mounting means 4 is a component in which a surgical tool for performing an operation is installed, and is configured to be detachably attached to the end effect frame 2 by a clamping means 3.
  • the tool mounting means (4) is a tool that is installed on a mounting table (41) having one end connected to the end effect frame (2) and having a tool holder (411) formed at the other end, and a surgical tool mounted on the tool holder (411)
  • a guide member 42 and a tool presence/absence detection means 43 installed on the mounting table 41 are provided to detect whether the tool guide member 42 is installed or not.
  • Mounting table 41 is a tool holder 411 is formed at the lower end of the body having a rod shape, and the tool presence/absence detection means 43 is formed inside the rear of the tool holder 411 is a sensing means receiving groove is formed It is coupled to the mounting body 412, the mounting body 412, the mounting base cover 413 provided with the second terminal portion 62, and the upper end of the mounting body 412, and the clamping means 3 It is composed of a mounting bracket 414 to which the two clamps 32 are installed.
  • the tool holder 411 is composed of a mounting body 411a that protrudes to be bent in the horizontal direction at the lower end of the mounting body 412 and a guide hole 411b penetrating through the mounting body 411a.
  • the mounting body 411a is a stopper hole through which a part of the tool presence/absence detection means 43, which will be described later, is inserted, and a part of the guide member stopper 45 is inserted as shown in the enlarged portion of FIG. (411e) is perforated in the inner peripheral surface of the guide hole (411b).
  • the guide hole 411b is penetrated in the vertical direction, and an opening 411c is formed for smooth passage even when a pedicle screw having a volume larger than the outer diameter is installed on the surgical tool during surgery. At this time, the interval between the openings 411c is formed to be smaller than the inner diameter of the guide hole 411b so that the inserted tool guide member 42 is not separated.
  • the tool guide member 42 is formed in an approximate bushing shape and is inserted into the guide hole 411b of the tool holder 411, and the locking groove 421b is concave on the outer surface of the cylindrical body where the tool insertion hole 421b is formed. It has a structure having an inserted portion 421 and a locking ring 422 that is integrally formed at the upper end of the insertion portion 421 to be seated and caught on the mounting body 411a.
  • the tool guide member 42 may be formed of a metal or a non-metallic body with a metal coating layer formed thereon.
  • the tool presence/absence detection means 43 is a detection means for detecting the installation of the tool guide member 42.
  • the control unit that controls the operation of the surgical robot recognizes that the operation is in progress and stops the operation of the robot arm during surgery. Medical accidents that may occur due to the movement of the robot arm can be prevented in advance.
  • the tool presence/absence detection means 43 can install various types of sensors if it can detect the installation of the tool guide member 42, but in this embodiment, the tool guide member 42 is formed of a metal material. It is composed of a proximity sensor called a metal detector so as to detect the installed state of the member 42.
  • a guide member stopper 45 is installed inside so that the tool guide member 42 inserted into the guide hole 411b is not easily separated. It is supposed to be supported.
  • the guide member stopper 45 is attached to the tube-shaped ball housing 451 and the ball housing 451 so as to be elastically seated in the locking groove 421a of the tool guide member 42 as shown in the enlarged portion of FIG. It is composed of an inserted ball 452, an elastic member (not shown) that is embedded in the ball housing 451 to apply an elastic force to the ball 422, and a separation preventing member 454 fastened to the ball housing 451.
  • the separation preventing member 454 is composed of a set screw.
  • the end effector of the surgical robot is provided with a marker member 8 to provide an optical signal for measuring the position of the end effector mounted on the robot arm to the optical position measuring equipment (not shown). Has been.
  • the marker member 8 is a marker rod 81 formed integrally with the mounting stand 414, a marker receiving portion 82 formed at the end of the marker rod 81 and having a recessed marker receiving groove, and a marker It consists of a marker 83 that is inserted and installed in the receiving part 82.
  • the marker 83 is for obtaining position information through a calculation process by providing reflected light to the optical position measuring equipment (OTS), and is configured by applying a known conventional marker.
  • OTS optical position measuring equipment
  • FIG. 9A and 9C are views for explaining the operation of the end effector of the surgical robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9A shows a state before the tool mounting means 4 is mounted, and FIG. 9B is It shows a state in which the sterile cloth and tool mounting means are installed and the surgical tools are installed, and FIG. 9C is a perspective view showing the surgical tools used for pedicle screw insertion surgery, one of the representative spinal surgery.
  • the force/torque sensor module 1 is assembled to the sensor module mounting part 21, and the force/torque sensor module 1 is installed at the end of the robot arm a, while the clamp mounting part 22 Assemble the first clamp part 31 to, assemble the line laser part 7 to the laser bracket 25, and assemble the end effect case 23 via the case fixing bracket 24.
  • the end effector (e) including the robot arm is covered with a sterilized cloth (s) made of vinyl paper, etc., and the drape adapter (5) is inserted into the first clamp part (31), and then the tool mounting means (4) ), and the tool mounting means 4 is fixed in such a way that the second clamp unit 32 is inserted and a locking operation is performed.
  • the process of binding the second clamp unit 2 to the first clamp unit 2 will be described in more detail.
  • the clamp protrusion 322 of the second clamp unit 32 is When the closing operation of the clamp lever 312 is performed while the locking hole is inserted so that the outer diameter of the clamping shaft 313 is small, the locking protrusion of the clamping shaft 313 is inserted into the locking hole and is constrained.
  • the tool guide member 42 is inserted into the tool holder 411 of the mounting table 41, and the tool guide member 42 Insert and mount the surgical tool handle device (9) in which the surgical tool (t) is installed.
  • the handle device 9 for a surgical tool consists of a handle body 91, a marker member 92 for a surgical tool, and a handle member 93.
  • the user can operate the surgical tool t with the other hand while holding the handle member 93 with one hand. Since it is possible to prevent the position change of the marker member 92, accurate surgery can be performed.
  • the marker member 92 for surgical tools is fixed to the handle body 91 and does not rotate, it is calculated by providing the reflected light to the optical position measuring equipment (OTS) by maintaining the state opposite to the optical position measuring equipment.
  • OTS optical position measuring equipment
  • the surgical tool (t) is not particularly limited in type or shape, but in this embodiment, a pedicle screw expansion process, a tapping process, and a process of inserting a pedicle screw are performed during the pedicle screw insertion surgery. It shows an example consisting of a medical screw surgical device (t1) and an operation tool (t2) connected to the upper portion of the medical screw surgical device (t1) to operate the same.
  • the robot arm moves to the surgical position while being operated according to a predetermined driving signal.
  • the line laser unit 7 is operated to emit laser light, and the laser light r passes through a pair of light irradiation slits 233 formed to be inclined as shown in FIG. 9B to mark the surgical site. Since the intersection point (p) is formed, the operation can be safely and conveniently performed while confirming the correct surgical position by positioning the lower end of the surgical tool (t).
  • the end effector of the surgical robot can operate quickly and conveniently and safely perform the surgical procedure, as well as the grip of the surgical tool during surgery, the location of the surgical tool, and the setting and maintenance process of the surgical point. It can be conveniently and accurately performed, and can be installed and used as an end effector on the arm of a surgical robot.

Abstract

본 발명은 수술용 로봇의 엔드이펙터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 로봇을 이용하여 신속하고 편리하게 수술할 수 있고 수술과정을 안전하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 수술시에 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있느 수술용 로봇의 엔드이펙터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 수술용 로봇에 장착되는 엔드이펙터에 있어서, 로봇 암에 장착되는 힘/토크센서모듈; 상기 힘/토크센서모듈이 결합되는 엔드이펙트프레임; 상기 엔드이펙트프레임에 설치되는 클램핑수단; 및 상기 클램핑수단에 의해 상기 엔드이펙트프레임에 착탈되고 수술도구가 거치되는 툴장착수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수술용 로봇의 엔드이펙터
본 발명은 수술용 로봇의 엔드이펙터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 로봇을 이용하여 신속하고 편리하게 수술할 수 있고 수술과정을 안전하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 수술시에 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있는 수술용 로봇의 엔드이펙터에 관한 것이다.
일반적으로, 수술용 로봇은 의사를 보조하여 수술을 수행하는 의료용 로봇으로써, 로봇을 이용한 수술방법은 환자의 회복속도가 빠르고, 제거부위를 최적화하여 정확하게 수술할 수 있어서 많은 각광을 받고 있다. 또한 이러한 수술용 로봇은 의료 기술의 발전과 더불어 발전하면서 수술 방법으로 널리 이용되고 있다.
현재 수술용 로봇은 전립선이나 위장, 심장부위와 같은 소프트 티슈(soft tissue)를 수술하는 복강경 수술로봇, 무릅 관절과 같은 하드 티슈(hard tissue)를 수술하는 인공관절 수술로봇, 및 혈관에 카테터 등을 통해 삽입되어 수술하는 혈관 수술 로봇 등이 개발되어 사용되고 있다.
그 외에도, 수술용 로봇은 영상장치를 통하여 인체 내부를 관찰하면서 의료기구를 체내에 삽입하여 조직생검, 확장술, 약물주입 등 내과적 시술 및 외과적 시술을 수행하는 엔드이펙터가 장착된 중재시술용 로봇 등이 이용되고 있다.
근래, 수술용 로봇은 척추경을 고정하는 고정장치를 삽입하여 척추의 위치를 바로잡거나 신경을 압박하는 부분을 압박하지 않도록 하는 등의 척추 수술에도 이용하고자 하는 연구개발이 이루어지고 있다.
예컨대, 대표적인 척추 수술의 하나인 척추경 나사못 삽입수술은 복수의 척추경에 척추경 나사못(Pedicle screw)을 삽입하고, 척추경 나사못과 인접한 척추경 나사못을 로드로 결합하여 척추의 유합을 수행하는 것으로서, 신경을 압박하는 척추경과 인접한 척추경의 사이를 로드에 의해 벌어지도록 척추를 교정하여 척추경이 신경을 압박하는 것을 방지할 수 있다.
척추경 나사못 삽입수술은 척추경 나사못을 드라이버라고 호칭되는 체결공구를 이용하여 복수의 척추경에 삽입한 후 척추경 나사못 스크류헤드 간에 로드를 결합하는 방식으로 시행하게 되지만 척추경 나사못을 척추경에 삽입하기까지는 의료인에 의존하여 시행할 경우 대략 12단계 이상의 수술단계가 필요하고 수많은 도구와 절차가 요구되므로 수술과정이 매우 복잡한 단점이 있다.
그리고, 척추경 나사못 삽입수술은 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 의료인의 수작업에 의존하는 것이므로 정확하고 안정적인 수술이 매우 어렵고, 지나치게 많은 수술시간이 요구되는 단점이 있다.
또한, 종래 척추경 나사못 삽입수술은 수술도구 등을 삽입하기 위한 과정에서 반복적인 방사선 촬영을 수반하게 되므로 환자나 의료진이 방사선에 피폭량이 증가되는 단점이 있다.
이에 따라 수술용 로봇을 이용한 척추 수술이 가능함은 물론이고, 척추 수술시에 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 의료인의 수작업에 의존하지 않고 로봇 암에 간편하게 장착하여 수행할 수 있는 엔드이펙트가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 로봇을 이용하여 신속하고 편리하게 수술할 수 있을 뿐만 아니라 수술과정을 안전하게 수행할 수 있도록 한 수술용 로봇의 엔드이펙터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수술시에 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있도록 한 수술용 로봇의 엔드이펙터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 수술용 로봇에 장착되는 엔드이펙터에 있어서, 로봇 암에 장착되는 힘/토크센서모듈; 상기 힘/토크센서모듈이 결합되는 엔드이펙트프레임; 상기 엔드이펙트프레임에 설치되는 클램핑수단; 및 상기 클램핑수단에 의해 상기 엔드이펙트프레임에 착탈되고 수술도구가 거치되는 툴장착수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 툴장착수단은, 상기 엔드이펙트프레임에 일단이 접속되고 타단에 도구거치부가 형성된 장착대; 상기 도구거치부에 설치되고 상기 수술도구가 거치되는 도구가이드부재; 및 상기 도구가이드부재의 설치유무를 감지하도록 상기 장착대에 설치되는 도구유무감지수단을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 도구거치부는 상기 장착대몸체의 하단에 수평방향으로 굴곡 형성되는 거치몸체와, 상기 거치몸체에 상하방향으로 관통되되 일측으로 개구부가 형성된 가이드홀을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 장착대는 하단에 상기 도구거치부가 형성되고 내부에 상기 도구유무감지수단이 내장되는 장착대몸체, 상기 장착대몸체에 결합되고 상기 엔드이펙트프레임에 마련된 제1 단자부와 접속되는 제2 단자부가 구비된 장착대커버, 상기 장착대몸체의 상단에 결합되고 상기 클램핑수단이 설치되는 장착대결속부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도구가이드부재는 상기 가이드홀에 삽입되고 외면에 걸림홈이 요입되는 삽입부와 상기 삽입부의 상단에 형성되어 상기 거치몸체에 걸림되는 걸림링를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 툴장착수단은 상기 걸림홈에 탄성적으로 안착되도록 상기 장착대몸체에 형성되는 가이드부재스토퍼가 구비될 수 있다.
한편, 상기 클램핑수단은 상기 엔드이펙트프레임에 설치되는 제1 클램프부와, 상기 제1 클램프부에 착탈되도록 상기 툴장착수단에 설치되는 제2 클램프부로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 상기 엔드이펙트프레임의 외부를 감싸는 형태로 설치되는 엔드이펙트케이스와, 상기 엔드이펙트프레임에 설치되고 수술 부위를 표시하는 레이저 광이 생성되는 라인레이저부를 포함하고, 상기 엔드이펙트케이스는 상기 라인레이저부에서 생성된 레이저 광이 외부로 조사되도록 경사지게 천공된 한 쌍의 광조사슬릿이 형성될 수 있다.
상기 엔드이펙트프레임은 상기 힘/토크센서모듈이 장착되는 센서모듈장착부와, 상기 제1 클램프부가 장착되는 클램프장착부, 상기 엔드이펙트케이스가 결속되는 케이스고정브라켓을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 클램프부와 상기 제2 클램프부 사이에는 멸균포를 구속하는 드레이프 아답터가 설치될 수 있다.
상기 드레이프 아답터는 상기 제1 클램프부와 상기 제2 클램프부 사이에 개재되고 멸균포가 안착되는 멸균포고정부와, 상기 광조사슬릿과 대향되게 상기 멸균포고정부에 형성되는 투광부를 포함할 수 있다.
상기 툴장착수단은 상기 엔드이펙터의 위치 측정을 위한 광신호를 광학식 위치 계측장비에 제공하도록 설치되는 마커부재를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 의하면, 툴장착수단을 탈부착하여 편리하게 수술 준비를 할 수 있고, 멸균포를 간편하게 설치하여 멸균영역과 비멸균영역을 구분할 수 있으며, 라인레이저부를 이용하여 수술 위치를 신속, 정확하게 표시할 수 있으므로 로봇을 이용한 수술을 신속하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있어서 수술의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 의하면, 툴장착수단에 구비된 도구유무감지수단에 의해 수술도구의 설치된 상태를 감지하여 수술의 시행유무를 감지할 수 있으므로 수술도구의 장착된 상태가 감지된 경우 로봇의 작동을 차단함으로써 로봇의 오작동으로 인한 의료사고를 미연에 방지할 수 있고, 도구거치부에 개구부가 마련되어 척추경 나사못 삽입수술시 척추경 나사못을 수술도구에 결속한 상태에서도 용이하게 통과할 수 있으므로 수술과정을 원활하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇에 엔드이펙터가 설치된 상태를 나타낸 사시도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 조립된 상태에서의 외관구조를 나타낸 사시도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 개략적인 분리사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에서 주요 구성요소의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 엔드이펙트프레임 부분의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 엔드이펙트케이스를 설명하기 위한 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 드레이프 아답터를 설명하기 위한 사시도,
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 툴장착수단 부분을 분리하여 나타낸 분리사시도,
도9a 및 도9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도9a는 툴장착수단이 장착되기 전 상태를 나타낸 것이고, 도9b는 멸균포 및 툴장착수단이 설치되고 수술도구가 설치된 상태를 나타낸 것이며, 도9c는 대표적인 척추 수술의 하나인 척추경 나사못 삽입수술에 이용되는 수술도구를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도9c에 의거하여 상세히 설명하되, 도1 내지 도9c에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 수술용 로봇의 엔드이펙터에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇에 엔드이펙터가 설치된 상태를 나타낸 사시도, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 조립된 상태에서의 외관구조를 나타낸 사시도, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 개략적인 분리사시도, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에서 주요 구성요소의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 엔드이펙트프레임 부분의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도이다.
도1 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터(e)는 척추 수술시에 수술도구(t)의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있도록 구성한 것으로서 힘/토크센서모듈(1), 엔드이펙트프레임(2), 클램핑수단(3), 및 툴장착수단(4)이 구비되어 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 척추경 나사못 삽입수술시 척추경에 척추경 나사못(Pedicle screw)을 계획된 경로를 따라 용이하고 안전하게 삽입할 수 있도록 구성한 점에 주요한 특징이다.
힘/토크센서모듈(1,Force/Torque sensor module)은 엔드이펙터에 가해지는 외력을 측정하여 로봇의 구동을 제어하기 위한 센서로서, 통상 F/T 센서, 과하중보호장치 등으로 호칭되며, 엔드이펙터가 설치되는 로봇 암(a)의 단부에 장착된다. 그리고, 힘/토크센서모듈(1)은 의료용 로봇이나 산업용 로봇에 널리 적용되고 있는 공지의 구성품이므로 그 세부구조에 대한 설명을 생략한다.
엔드이펙트프레임(2)은 주요 구성품이 장착되는 본체의 기능을 수행하는 것으로서, 구조와 형태에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 센서모듈장착부(21) 및 클램프장착부(22)가 구비되어 있다.
센서모듈장착부(21)는 힘/토크센서모듈(1)이 장착되는 부분으로서, 힘/토크센서모듈의 조립을 위한 체결부재가 체결되도록 복수의 체결공이 형성된 판상부재로 형성되어 있다.
클램프장착부(22)는 클램프수단(3)의 제1 클램프부(31)가 장착되는 부분으로서, 센선모듈장착부(22)에 직교되는 방향으로 조립되고, 제1 클램프부(31)의 조립을 위한 체결부재가 체결되도록 복수의 체결공이 형성된 판상부재로 형성되어 있다.
그리고, 클램프장착부(22)는 하부에 후술되는 제2 단자부(62)와 전기적으로 연결되는 제1 단자부(61)가 구비되어 있다. 제1 단자부(61)는 클램프장착부(22)에 체결부재에 의해 체결되는 제1 단자하우징(611)에 단자편(612)이 외부로 노출되게 설치된 것으로서 툴장착수단(4)이 엔드이펙트프레임(2)에 장착된 상태에서 후술되는 제2 단자부(62)의 단자편(621)에 전기적으로 접속된다.
한편 엔드이펙트프레임(2)은 내장되는 주요 구성품을 보호하기 위한 엔드이펙트케이스(23)와, 엔드이펙트케이스(23)의 고정을 위한 케이스고정브라켓(24)이 구성되어 있다.
엔드이펙트케이스(23)는 박판에 의해 엔드이펙트프레임(2)의 외부를 감싸는 형태로 형성된 것으로 상부케이스(231)와 하부케이스(232)로 구성되어 체결부재에 의해 케이스고정브라켓(24) 등에 고정된다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 엔드이펙트케이스를 설명하기 위한 도면으로서, 엔드이펙트케이스의 저면 부분이 나타나도록 도시한 사시도이다.
도6을 참조하면, 엔드이펙트케이스(23)는 후술되는 라인레이저부(7)에서 생성된 레이저 광이 외부로 조사되도록 광조사슬릿(233)이 형성되어 있다.
그리고, 광조사슬릿(233)은 엔드이펙트케이스(23)의 저면에 경사지게 천공된 한 쌍의 장공으로 형성된 것으로, 조사되는 레이저 광이 수술 부위를 표시하는 교점을 형성할 수 있도록 임의의 소실점에서 수렴되는 예각을 갖는 구조로 마주보게 천공되어 있다.
케이스고정브라켓(24)은 판형부재에 체결공을 갖는 복수의 체결부가 절곡, 형성된 것으로 후술되는 레이저브라켓(25)에 체결, 고정되어 있다.
그리고, 엔드이펙트프레임(2)에는 수술 부위를 표시하는 레이저 광이 생성되는 라인레이저부(7)가 구비되어 있다. 이 라인레이저부(7)는 도5에 도시된 바와 같이 클램프장착부(22)에 조립되는 레이저브라켓(25)에 설치된다.
라인레이저부(7)는 원통 형상의 몸체 내부에 레이저 다이오드모듈 등이 내장되어 전원의 공급시에 레이저 광을 발생하도록 구성된 것으로서, 광방출부가 엔드이펙트케이스(23)의 광조사슬릿(233)을 향하도록 레이저브라켓(25)에 형성된 레이저설치공에 설치되어 있다.
한편, 클램핑수단(3)은 툴장착수단(4)을 엔드이펙트프레임(2)에 고정하거나 분리하기 위해 마련된 것으로서, 엔드이펙트프레임(2)에 설치되는 제1 클램프부(31)와, 제1 클램프부(31)에 착탈되도록 툴장착수단(4)에 설치되는 제2 클램프부(32)로 구성되어 있다.
제1 클램프부(31)는 중공부가 형성된 제1 클램프몸체(311), 제1 클램프몸체(311)에 회동 가능하게 설치되고 손잡이(312a)가 구비된 클램프레버(312), 및 클램프레버(312)의 회동동작에 따라 승강되고 걸림돌부가 형성된 클램핑축(313)이 구비되어 있다.
그리고, 제1 클램프몸체(311)에는 주연부에 후술되는 드레이프 아답터(5)의 걸림돌부(513)가 안착되는 복수의 걸림홈부(311b)가 요입되어 있고, 조립되는 부품의 위치 설정을 위한 위치설정핀(311c)이 돌출되어 있다.
제2 클램프부(32)는 후술되는 장착대에 결합되는 제2 클램프몸체(321), 이 제2 클램프몸체(321)에 돌출되고 제1 클램프부(31)의 클램핑축(313)에 삽입되거나 걸림되는 걸림홀이 형성된 클램프돌부(322)가 구비되어 있다.
전술한, 제1 클램프부(31) 및 제2 크램프부(32)는 툴장착수단(4)의 착탈동작이 가능하다면 구조와 형태에 특별한 제한 없이 다양하게 구성할 수 있다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 드레이프 아답터를 설명하기 위한 사시도이다.
도7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 제1 클램프부(31)와 제2 클램프부(32) 사이에 수술시 멸균영역과 비멸균영역을 구획하는 드레이프 아답터(5,drape adapter)가 설치되어 있다.
드레이프 아답터(5)는 제1 클램프부(31)와 제2 클램프부(32) 사이에 개재되어 멸균포(s)를 구속하는 멸균포고정부(51)와, 광조사슬릿(233)과 대향되게 멸균포고정부(51)에 형성되는 투광부(52)로 구성되어 있다.
멸균포고정부(51)는 대략 원판 형상을 갖는 박판 몸체의 중앙에 통공(511)이 천공되어 있고, 이 통공의 둘레 내면에 복수의 걸림돌부(513)가 돌출되어 있는 한편, 제1 클램프부(31)의 위치설정핀(311c)에 삽입되는 핀삽입홀(512)이 천공되어 있다.
투광부(52)는 라인레이저부(7)에서 생성된 레이저 광의 투과가 용이하도록 폴리카보네이트(PC) 등과 같은 광투과성이 우수한 투광판이나 투광시트로 구성된다.
첨부도면 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터에 구비된 툴장착수단 부분을 분리하여 나타낸 분리사시도이다.
도8을 참조하면, 툴장착수단(4)은 수술을 수행하는 수술도구가 설치되는 구성요소로서 클램핑수단(3)에 의해 엔드이펙트프레임(2)에 착탈 가능하게 구성되어 있다.
상기 툴장착수단(4)은 엔드이펙트프레임(2)에 일단이 접속되고 타단에 도구거치부(411)가 형성된 장착대(41), 도구거치부(411)에 설치되고 수술도구가 거치되는 도구가이드부재(42), 및 도구가이드부재(42)의 설치유무를 감지하도록 장착대(41)에 설치되는 도구유무감지수단(43)이 구비되어 있다.
장착대(41)는 막대 형상을 갖는 몸체의 하단에 도구거치부(411)가 형성되고 이 도구거치부(411)의 후면 내부에 도구유무감지수단(43)이 내장되는 감지수단수용홈부가 형성된 장착대몸체(412), 장착대몸체(412)에 결합되고 제2 단자부(62)가 구비된 장착대커버(413) 및 장착대몸체(412)의 상단에 결합되고 클램핑수단(3)의 제2 클램프부(32)가 설치되는 장착대결속부(414)로 구성되어 있다.
도구거치부(411)는 장착대몸체(412)의 하단에 수평방향으로 굴곡되게 돌출되는 거치몸체(411a)와, 거치몸체(411a)에 관통되는 가이드홀(411b)로 구성되어 있다.
거치몸체(411a)는 도8의 확대부에 도시된 바와 같이 후술되는 도구유무감지수단(43)의 일부가 끼워지는 센서홀(411d)과 가이드부재스토퍼(45)의 일부가 끼워져 노출되는 스토퍼홀(411e)이 가이드홀(411b)의 내주면에 천공되어 있다.
가이드홀(411b)은 상하방향으로 관통되되 수술시 수술도구에 그 외경보다 부피가 큰 척추경 나사못(Pedicle screw)을 설치한 상태에서도 원활한 통과를 위해 개구부(411c)가 형성되어 있다. 이때, 개구부(411c)의 간격은 삽입된 도구가이드부재(42)의 이탈되지 않도록 가이드홀(411b)의 내경보다 작은 치수로 형성되어 있다.
도구가이드부재(42)는 대략 부싱 형상으로 형성되어 도구거치부(411)의 가이드홀(411b)에 삽입되는 것으로, 도구삽입홀(421b)이 형성된 원통형 몸체의 외면에 걸림홈(421b)이 요입된 삽입부(421)와, 이 삽입부(421)의 상단에 일체로 형성되어 거치몸체(411a)에 안착, 걸림되는 걸림링(422)을 갖는 구조로 되어 있다.
그리고, 도구가이드부재(42)는 금속으로 형성되거나 비금속으로 형성된 몸체에 금속 코팅층이 형성된 구조로 형성될 수 있다.
도구유무감지수단(43)은 도구가이드부재(42)의 설치유무를 감지하기 위한 감지수단이다. 이 도구유무감지수단(43)에 의해 도구가이드부재(42)의 설치된 상태가 감지될 경우 수술용 로봇의 구동을 제어하는 제어부는 수술이 진행되고 있는 것으로 인지하고 로봇 암의 구동을 정지함으로써 수술시 로봇 암의 움직임에 따라 발생할 수 있는 의료사고를 미연에 방지할 수 있다.
도구유무감지수단(43)은 도구가이드부재(42)의 설치유무를 감지할 수 있다면 다양한 종류의 센서를 설치할 수 있지만, 본 실시예에서 도구가이드부재(42)가 금속 소재로 형성됨에 따라 도구가이드부재(42)의 설치된 상태를 감지할 수 있도록 메탈 디텍터(metal detector)로 호칭되고 있는 근접센서로 구성되어 있다.
그리고, 도구유무감지수단(43)과 인접한 도구거치부(411)에는 가이드홀(411b)에 삽입된 도구가이드부재(42)가 쉽게 이탈되지 않도록 내부에 가이드부재스토퍼(45)가 설치되어 탄성적으로 지지되도록 되어 있다.
가이드부재스토퍼(45)는 도8의 확대부에 도시된 바와 같이 도구가이드부재(42)의 걸림홈(421a)에 탄성적으로 안착되도록 튜브 형태의 볼하우징(451), 볼하우징(451)에 삽입되는 볼(452), 및 볼하우징(451)에 내장되어 볼(422)에 탄성력을 인가하는 탄성부재(미도시), 및 볼하우징(451)에 체결되는 이탈방지부재(454)로 구성되어 있다. 여기서 이탈방지부재(454)는 셋트 스크류로 구성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터는 로봇 암에 장착된 엔드이펙터의 위치 측정을 위한 광신호를 광학식 위치 계측장비(미도시)에 제공하도록 마커부재(8)가 구비되어 있다.
마커부재(8)는 광학식 위치 계측장비에 광신호를 용이하게 전달할 수 있다면 설치위치, 수량, 구조 등에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 장착대결속부(414)의 외면에서 등각도로 4개가 설치되어 있다
그리고, 마커부재(8)는 장착대결속부(414)에 일체로 형성되는 마커로드(81), 이 마커로드(81)의 단부에 형성되고 마커수용홈이 요입된 마커수용부(82) 및 마커수용부(82)에 삽입, 설치되는 마커(83)로 구성되어 있다.
여기서 마커(83)는 반사광을 광학식 위치 계측장비(OTS)에 제공함으로써 계산과정을 통해 위치정보를 획득되도록 하기 위한 것으로서, 공지된 통상의 마커를 적용하여 구성한다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 작용을 간략하게 설명한다.
도9a 및 도9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도9a는 툴장착수단(4)이 장착되기 전 상태를 나타낸 것이고, 도9b는 멸균포 및 툴장착수단이 설치되고 수술도구가 설치된 상태를 나타낸 것이며, 도9c는 대표적인 척추 수술의 하나인 척추경 나사못 삽입수술에 이용되는 수술도구를 나타낸 사시도이다.
도9a에 도시된 바와 같이 센서모듈장착부(21)에 힘/토크센서모듈(1)을 조립하고 힘/토크센서모듈(1)을 로봇 암(a)의 단부에 설치하는 한편 클램프장착부(22)에 제1 클램프부(31)를 조립하고, 레이저브라켓(25)에 라인레이저부(7)를 조립하며 케이스고정브라켓(24)을 매개로 엔드이펙트케이스(23)를 조립한다.
이러한 상태에서 로봇 암을 포함하는 엔드이펙터(e)에 비닐지 등으로 형성된 멸균포(s)를 덧씌우고 제1 클램프부(31) 부위에 드레이프 아답터(5)를 삽입한 다음 툴장착수단(4)에 설치된 제2 클램프부(32)를 삽입하고 잠금동작을 수행하는 방식으로 툴장착수단(4)을 고정한다.
여기서, 제2 클램프부(2)를 제1 클램프부(2)에 결속과정을 보다 구체적으로 설명하면 클램프레버(312)를 개방한 상태에서 제2 클램프부(32)의 클램프돌부(322)의 걸림홀이 클램핑축(313)의 외경이 작은 부위에 끼워지도록 삽입한 상태에서 클램프레버(312)의 닫힘동작을 수행하게 되면 클램핑축(313)의 걸림돌부가 걸림홀에 끼워져 구속된다.
전술한 바와 같이 툴장착수단(4)이 엔드이펙트프레임(2)에 고정되면, 장착대(41)의 도구거치부(411)에 도구가이드부재(42)를 삽입하고, 이 도구가이드부재(42)에 수술도구(t)가 설치된 수술도구용 핸들장치(9)를 삽입, 거치한다.
여기서, 수술도구용 핸들장치(9)는 핸들본체(91), 수술도구용 마커부재(92) 및 손잡이부재(93)로 구성되어 있다.
상기한 수술도구용 핸들장치(9)를 수술에 이용할 경우 사용자가 한 손으로 손잡이부재(93)를 파지한 상태에서 다른 한 손으로 수술도구(t)를 조작할 수 있으므로 수술도구를 움직이게 되더라도 수술도구용 마커부재(92)의 위치 변경을 방지할 수 있어서 정확한 수술을 시행할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 수술도구용 마커부재(92)는 핸들본체(91)에 고정되어 회전하지 않으므로 광학식 위치 계측장비와의 대향된 상태를 유지하여 반사광을 광학식 위치 계측장비(OTS)에 제공하여 계산과정을 통해 수술도구의 끝단 위치 등 위치정보를 지속적으로 정확하게 획득할 수 있다.
그리고, 수술도구(t)는 종류나 형상에 특별한 제한이 없지만, 본 실시예에서는 척추경 나사못 삽입수술시에 척추경의 확공과정, 탭핑과정 및 척추경 나사못(Pedicle screw)을 삽입하는 과정을 수행하는 의료용스크류 수술장치(t1) 및 이를 조작하기 위해 의료용스크류 수술장치(t1)의 상부에 접속되는 조작공구(t2)로 구성된 예를 도시하고 있다.
한편, 전술한 바와 같이 툴장착수단(4)에 수술도구(t)가 장착되면 로봇 암이 정해진 구동신호에 따라 작동되면서 수술 위치로 이동하게 된다. 이때, 라인레이저부(7)가 작동되어 레이저 광이 발광되고, 이 레이저 광(r)은 도9b에 도시된 바와 같이 경사지게 형성된 한 쌍의 광조사슬릿(233)를 통과하면서 수술 부위를 표시하는 교점(p)을 형성하게 되므로 수술도구(t)의 하단을 정위치 시켜 정확한 수술 위치를 확인하면서 안전하고 편리하게 수술을 진행할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 엔드이펙터의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 수술용 로봇의 엔드이펙터는 신속하고 편리하게 수술할 수 있고 수술과정을 안전하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 수술시에 수술도구의 파지, 수술도구의 위치 및 수술지점의 설정과 유지과정 등을 편리하고 정확하게 수행할 수 있는 것으로서, 수술용 로봇의 아암에 엔드이펙터로 설치하여 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 수술용 로봇에 장착되는 엔드이펙터에 있어서,
    로봇 암에 장착되는 힘/토크센서모듈;
    상기 힘/토크센서모듈이 결합되는 엔드이펙트프레임;
    상기 엔드이펙트프레임에 설치되는 클램핑수단; 및
    상기 클램핑수단에 의해 상기 엔드이펙트프레임에 착탈되고 수술도구가 거치되는 툴장착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 툴장착수단은,
    상기 엔드이펙트프레임에 일단이 접속되고 타단에 도구거치부가 형성된 장착대;
    상기 도구거치부에 설치되고 상기 수술도구가 거치되는 도구가이드부재; 및
    상기 도구가이드부재의 설치유무를 감지하도록 상기 장착대에 설치되는 도구유무감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도구거치부는 상기 장착대몸체의 하단에 수평방향으로 굴곡 형성되는 거치몸체와, 상기 거치몸체에 상하방향으로 관통되되 일측으로 개구부가 형성된 가이드홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장착대는 하단에 상기 도구거치부가 형성되고 내부에 상기 도구유무감지수단이 내장되는 장착대몸체, 상기 장착대몸체에 결합되고 상기 엔드이펙트프레임에 마련된 제1 단자부와 접속되는 제2 단자부가 구비된 장착대커버, 상기 장착대몸체의 상단에 결합되고 상기 클램핑수단이 설치되는 장착대결속부를 포함하고,
    상기 도구가이드부재는 상기 가이드홀에 삽입되고 외면에 걸림홈이 요입되는 삽입부와 상기 삽입부의 상단에 형성되어 상기 거치몸체에 걸림되는 걸림링를 포함하고,
    상기 걸림홈에 탄성적으로 안착되도록 상기 장착대몸체에 형성되는 가이드부재스토퍼가 구성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑수단은 상기 엔드이펙트프레임에 설치되는 제1 클램프부와, 상기 제1 클램프부에 착탈되도록 상기 툴장착수단에 설치되는 제2 클램프부로 구성되고,
    상기 제1 클램프부와 상기 제2 클램프부 사이에 설치되고 멸균포를 구속하는 드레이프 아답터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔드이펙트프레임의 외부를 감싸는 형태로 설치되는 엔드이펙트케이스를 더 포함하고,
    상기 엔드이펙트프레임은 상기 힘/토크센서모듈이 장착되는 센서모듈장착부와, 상기 제1 클램프부가 장착되는 클램프장착부, 상기 엔드이펙트케이스가 결속되는 케이스고정브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔드이펙트프레임에 설치되고 수술 부위를 표시하는 레이저 광이 생성되는 라인레이저부를 포함하고,
    상기 엔드이펙트케이스는 상기 라인레이저부에서 생성된 레이저 광이 외부로 조사되도록 경사지게 천공된 한 쌍의 광조사슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 드레이프 아답터는 상기 제1 클램프부와 상기 제2 클램프부 사이에 개재되고 멸균포가 안착되는 멸균포고정부와, 상기 광조사슬릿과 대향되게 상기 멸균포고정부에 형성되는 투광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 엔드이펙터의 위치 측정을 위한 광신호를 광학식 위치 계측장비에 제공하도록 설치되는 마커부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 엔드이펙터.
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