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WO2018093056A1 - 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치 - Google Patents

와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치 Download PDF

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WO2018093056A1
WO2018093056A1 PCT/KR2017/011770 KR2017011770W WO2018093056A1 WO 2018093056 A1 WO2018093056 A1 WO 2018093056A1 KR 2017011770 W KR2017011770 W KR 2017011770W WO 2018093056 A1 WO2018093056 A1 WO 2018093056A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
link
wire
wires
base
robot
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2017/011770
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
문영진
최재순
이호열
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asan Foundation
University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
Original Assignee
Asan Foundation
University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asan Foundation, University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation filed Critical Asan Foundation
Priority to CN201780070371.9A priority Critical patent/CN109952175B/zh
Publication of WO2018093056A1 publication Critical patent/WO2018093056A1/ko
Priority to US16/413,022 priority patent/US20190262087A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes

Definitions

  • the present invention relates to a robot joint driving device using a wire, an endoscope robot device and a medical robot device including the same.
  • a mechanism for driving a joint by a wire is often applied without directly mounting a motor to the joint.
  • Commercialized endoscopes, catheters, surgical robots, etc. are typical examples.
  • the motor for driving the wire is provided inside the surgical robot or the like.
  • the number of wires must be increased. However, as the number of wires increases, the number of motors also increases, making it difficult to miniaturize a surgical robot or the like.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a robot joint driving device using a wire that can generate a variety of motion by a relatively small number of wires, an endoscope robot device and a medical robot device including the same.
  • Robot joint driving apparatus using a wire for solving the above problems, the base, the first link is rotatably coupled to the base, the first link is rotatably coupled to the first link A second link, a plurality of wires opposed to each other to generate motion of the first link and the second link, and a wire driver to drive the plurality of wires, the plurality of wires via the second link It is fixed to the base or the first link, asymmetrically fixed to the position of different height.
  • the second link includes at least one winding in which the plurality of wires are wound.
  • the winding comprises at least one of a pulley, a projection or an opening.
  • At least one wire of the plurality of opposing wires is secured to the first link via the second link and further via the base.
  • the base includes at least one winding part of which the at least one wire is wound among the plurality of wires.
  • the method further includes a spring interposed between the base and the first link and between the first and second links.
  • Robot joint driving apparatus using a wire for solving the above problems, a robot arm including a base, a plurality of links extending from the base and rotatably coupled to each other, of the robot arm A plurality of wires opposed to each other for generating motion, and a wire driving unit for driving the plurality of wires, wherein at least one of the plurality of wires is connected to the base or via a first link of the plurality of links; It is fixed to a second link different from the first link among the plurality of links, and asymmetrically fixed to positions of different heights.
  • Robot joint driving apparatus using a wire for solving the above problems, the robot arm including a base, a plurality of links extending from the base and rotatably coupled to each other, the robot arm A plurality of wires opposed to each other for generating a motion of the wires, and a wire driving part for driving the plurality of wires, each of the plurality of wires via the one or more links of the plurality of links; And a spring symmetrically fixed to the same link of the other of the links and interposed between the base and the first link and between the first and second links.
  • An endoscope robot apparatus for solving the above problems includes any one of the robot joint driving apparatus using the above-described wire.
  • Medical robot device for solving the above problems includes any one of the robot joint drive device using the above-described wire.
  • the pulley effect is applied to the link constituting the robot arm, and according to the difference in the force provided to the plurality of wires opposed to each other, the relatively small number of wires It is also possible to generate various motions.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a driving mechanism of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 1.
  • 3A to 3C are views schematically showing the motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a driving mechanism of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a driving mechanism of the robot joint drive apparatus using the wire of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a view schematically showing a motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view schematically illustrating an endoscope robot apparatus including a robot joint driving apparatus using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 schematically illustrates a medical robot apparatus including a robot joint driving apparatus using a wire according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It can be used to easily describe a component's correlation with other components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of components in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a component shown in the drawing, a component described as “below” or “beneath” of another component may be placed “above” the other component. Can be. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. Components may be oriented in other directions as well, so spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • the robot joint driving apparatus 100 using a wire includes a pair of wires for generating motion of the base 110, the plurality of links 120 and 130, and the plurality of links 120 and 130. 151 and 152, and a wire driver 170 driving the wires 151 and 152.
  • the plurality of links 120 and 130 extend from the base 110 and are disposed adjacent to each other.
  • the plurality of links 120 and 130 are coupled in the same axial direction as the base 110.
  • the first link 120 of the plurality of links 120 and 130 is coupled to the base 110 through the rotary joint 141, and the second link 130 is connected to the first link 120 through the rotary joint 142.
  • Each link 120, 130 may be provided in a ring shape.
  • each link 120, 130 is coupled with the base 110 or another link 120, 130 through two or more rotary joints. Accordingly, the first link 120 is rotatable with respect to the base 110, and the second link 130 is rotatable with respect to the first link 120.
  • a plurality of other links may be further interposed between the base 110 and the first link 120 or between the first link 120 and the second link 130.
  • a plurality of links 120 and 130 rotatably coupled to each other constitute at least a portion of the robot arm.
  • One end of the pair of wires 151 and 152 is coupled to the wire driver 170, and the other end thereof is fixed to the plurality of links 120 and 130.
  • the first wire 151 of the pair of wires 151 and 152 extends and is fixed to one side of the robot arm (for example, the left side in FIG. 1), and the second wire 152 is the other side of the robot arm. (E.g., right in FIG. 1) to be fixed.
  • the pair of wires 151 and 152 are pulled or released by the wire driver 170 to generate the motion of the plurality of links 120 and 130. Accordingly, the robot arm can be bent to one side or to the other side.
  • the wire driver 170 drives the plurality of links 120 and 130 through the pair of wires 151 and 152. As the wire driver 170 pulls or unwinds the pair of wires 151 and 152, the plurality of links 120 and 130 rotate to generate motion.
  • the wire driver 170 may be provided as a DC motor, a servo motor, a step motor, and the like, but the present invention is not limited thereto.
  • At least one wire of the pair of wires 151 and 152 is the base 110. Or it is not fixed directly to the target link (120, 130), but is fixed via another link disposed above the fixed position. That is, at least one wire of the pair of wires 151 and 152 is connected to the other of the base 120 or the other of the links 120 and 130 via one of the plurality of links 120 and 130. Is fixed to. In addition, a pair of wires 151 and 152 opposed to each other are asymmetrically fixed to different links 120 and 130.
  • the first wire 151 of the pair of wires 151 and 152 is fixed to the base 110 via the second link 130.
  • One side of the second link 130 is provided with a winding portion 161 for winding the first wire 151.
  • the second wire 152 of the pair of wires 151 and 152 is fixed to the first link 120 via the second link 130.
  • the other side of the second link 130 is provided with a winding portion 162 for winding the second wire 152.
  • the windings 161 and 162 may be provided as pulleys, protrusions or openings, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a driving mechanism of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 1.
  • the pulley effect is applied to the robot.
  • a force corresponding to twice the force of pulling the wire from the outside is applied to the plurality of links 120 and 103.
  • various motions may be generated by a difference in force applied to each link.
  • one wire of the pair of wires is fixed to one side of the second link 130, the other wire to the other side of the second link 130 Fixed wire fastening method is applied.
  • the force F1 pulling the wire on one side and the force F2 pulling the wire on the other side are transmitted to the target link 130 in the same manner. Therefore, when F1 is larger than F2, the plurality of links 120 and 130 are all rotated toward one side so that the robot arm bends to one side, and when F2 is larger than F1, the plurality of links 120 to rotate the robot arm to the other side. , 130) are all rotated toward the other side. That is, the plurality of links 120 and 130 are not controlled independently but move in the same direction.
  • the moving pulley effect is applied so that the force 2F1 corresponding to twice the force F1 pulling the wire 151 on one side is the base 110 and the second link.
  • a force 2F2 corresponding to twice the force F2 pulling the wire 152 on the other side is applied between the first link 120 and the second link 130.
  • the same magnitude of force F2 is applied between the base 110 and the first link 120. Accordingly, when the wires 151 and 152 are pulled with a predetermined force, various motions of the robot arm are generated by a difference in forces applied to one side and the other side of the plurality of links 120 and 130.
  • the plurality of links 120 and 130 may be controlled independently of each other to move in different directions.
  • the robot joint driving apparatus 100 using the wires has a plurality of links 120 and 130. Only the first link 120 can rotate toward one side or toward the other side so that it rotates integrally, that is, only the lower portion of the robot arm is bent to one side or the other side.
  • the bilateral forces applied between the base 110 and the first link 120 may be in equilibrium, and the bilateral forces applied between the first link 120 and the second link 130.
  • the robot joint driving apparatus 100 using the wire may rotate the first link 120 and only the second link 130 toward one side or the other side.
  • the robot joint driving apparatus 100 using the wire may generate a motion in which both the first link 120 and the second link 130 rotate.
  • the first link 120 and the second link 130 may rotate independently of each other.
  • the first link 120 and the second link 130 may rotate in different directions, that is, the first link 120 may rotate toward one side and the second link 130 toward the other side.
  • 3A to 3C schematically illustrate the motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 1.
  • the motion of the robot arm requiring two pairs of wires by the mechanism for driving the joints by the conventional wires can be reproduced substantially identically with only one pair of wires.
  • a relatively identical motion can be generated using a relatively small number of wires compared to a mechanism for driving a joint by a conventional wire, making it possible to manufacture a robot arm more compactly.
  • FIG. 4 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention. For convenience of explanation, the following description will focus on differences from FIG. 1.
  • the pair of wires 153 and 154 of the robot joint driving apparatus 200 using the wires are all the same link ( 120). Then, one wire 153 of the pair of wires 153 and 154 passes through two times. That is, the wire 153 is fixed to the first link 120 via the second link 130 and the base 110 in sequence. One side of the second link 130 is provided with a winding portion 161 for winding the wire 153, and a winding portion 163 for winding the wire 153 is also provided on one side of the base 110. The remaining wire 154 is fixed to the first link 120 via the second link 130.
  • the other side of the second link 130 is provided with a winding portion 162 for winding the wire 154.
  • the windings 161, 162, and 163 may be provided as pulleys, protrusions or openings, but the present invention is not limited thereto.
  • the driving mechanism of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 4 and its motion are between the base 110 and the first link 120 and the first link 120 by the force of pulling the wire 163 on one side.
  • the magnitude of the force applied between the second link 130 is substantially the same as described with reference to FIGS. 2 and 3A to 3C.
  • FIG. 5 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention. For convenience of explanation, the following description will focus on differences from FIG. 1.
  • the pair of wires 155 and 156 of the robot joint driving apparatus 300 using the wires are all the same link ( 120).
  • the pair of wires 155 and 156 are both fixed to one side and the other side of the first link 120 via the second link 130, respectively.
  • One side of the second link 130 is provided with a winding portion 161 for winding the wire 155
  • the other side of the second link 130 is provided with a winding portion 162 for winding the wire 156. do.
  • the windings 161, 162, and 163 may be provided as pulleys, protrusions or openings, but the present invention is not limited thereto.
  • springs 181 and 182 are interposed between the base 110 and the link 120, and the link 120 and the link 130.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a driving mechanism of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 5.
  • the moving pulley effect is applied so that the force 2F1 corresponding to twice the force F1 pulling the wire 155 on one side is the first link 120 and the second link 130.
  • the force F1 of the same magnitude is applied between the base 110 and the first link 120.
  • a force 2F2 corresponding to twice the force F2 pulling the wire 156 on the other side is applied between the first link 120 and the second link 130, and the same force F2 is applied.
  • FIG. 7 schematically illustrates the motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention. For convenience of explanation, the following description will focus on differences from FIG. 1.
  • the pair of wires 157 and 158 of the robot joint driving apparatus 400 using the wires are all the same link ( 120).
  • the pair of wires 157 and 158 both pass through twice. That is, the pair of wires 157 and 158 are both fixed to one side and the other side of the first link 120 via the second link 130 and the base 110 sequentially.
  • One side of the second link 130 is provided with a winding portion 161 for winding the wire 157, and the other side is provided with a winding portion 162 for winding the wire 158.
  • winding portion 163 for winding the wire 157
  • winding portion 164 for winding the wire 158.
  • the windings 161, 162, and 163 may be provided as pulleys, protrusions or openings, but the present invention is not limited thereto.
  • springs 181 and 182 are interposed between the base 110 and the link 120, and the link 120 and the link 130.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a driving mechanism of the robot joint drive apparatus using the wire of FIG. 8.
  • the moving pulley effect is applied so that the force 2F1 corresponding to twice the force F1 pulling the wire 157 on one side is the first link 120 and the second link 130.
  • the force 3F1 corresponding to three times is applied between the base 110 and the first link 120.
  • a force 2F2 corresponding to twice the force F2 pulling the wire 158 on the other side is applied between the first link 120 and the second link 130, and the force corresponding to three times the force.
  • 3F2 is applied between the base 110 and the first link 120. Accordingly, when the wires 157 and 158 are pulled with a predetermined force, the magnitude of the force applied to the first link 120 is relatively greater than the force applied to the second link 130.
  • FIG. 10 schematically illustrates the motion of the robot joint driving apparatus using the wire of FIG. 8.
  • the wire fastening method is not limited to the illustrated embodiment, and the wire fastening method may be variously modified in a manner not illustrated so as to be suitable for the motion required according to the use of the robot arm.
  • FIG. 11 is a view schematically showing the configuration of a robot joint driving apparatus using a wire according to another embodiment of the present invention. (a) shows the front and (b) shows the side.
  • the robot joint driving apparatus 500 using wires may perform motions of the base 210, the plurality of links 220, 230, 240, and 250, and the plurality of links 220, 230, 240, and 250.
  • Each link 220, 230, 240, 250 may be provided in a ring shape.
  • each of the links 220, 230, 240, 250 are joined alternately in the vertical axis and horizontal axis. That is, the first link 220 is coupled to the base 210 so as to rotate up and down, and the upper second link 230 is coupled to the first link 220 so as to rotate left and right.
  • a plurality of other links may be further interposed between the base 210 and the link 220 or between each of the links 220, 230, 240, and 250.
  • FIG. 12 is a view schematically illustrating an endoscope robot apparatus including a robot joint driving apparatus using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope robot device 1000 includes a distal end 1100, a shaft assembly 1200, a body assembly 1300, a control assembly 1400, and a connection assembly 1500.
  • the shaft assembly 1200 includes a bending section adjacent the distal end 110.
  • the bending section can be bent according to a certain degree of freedom.
  • Robot joint driving apparatus (100, 200, 300, 400, 500) using a wire according to an embodiment of the present invention described above may be provided in the bending section of the shaft assembly 1200.
  • the endoscope robot apparatus 1000 may further include other components not shown.
  • FIG. 13 schematically illustrates a medical robot apparatus including a robot joint driving apparatus using a wire according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the medical robot device 2000 includes a robot arm (not shown), and an end effector having a predetermined function such as a grip, an incision, or a claw at an end of the robot arm. effector) is provided.
  • Robot joint driving device (100, 200, 300, 400, 500) using a wire according to an embodiment of the present invention described above may be provided in the robot arm or end effector of the medical robot device (2000).

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Abstract

와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치가 제공된다. 상기 로봇 관절 구동 장치는, 베이스, 상기 베이스에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제1 링크, 상기 제1 링크에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제2 링크, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어, 및 상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고, 상기 복수의 와이어는 상기 제2 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 제1 링크에 고정되고, 비대칭적으로 서로 다른 높이의 위치에 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치
본 발명은 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치에 관한 것이다.
인체에 삽입되는 수술 로봇 또는 수술 기구들은 소형으로 제조되어야 하기 때문에, 그 관절에 모터를 직접 장착하지 않고 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘이 적용되는 경우가 많다. 상용화된 내시경, 카테터, 수술 로봇 등이 대표적인 예이다. 와이어를 구동하기 위한 모터는 수술 로봇 등의 내부에 제공된다. 수술 로봇 등의 모션의 자유도를 증가시키기 위해서는 와이어의 수가 증가되어야 한다. 그러나, 와이어의 수가 증가함에 따라 모터의 수도 함께 증가하여, 수술 로봇 등의 소형화를 어렵게 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상대적으로 적은 수의 와이어에 의해서 다양한 모션을 생성할 수 있는 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치, 이를 포함하는 내시경 로봇 장치 및 의료용 로봇 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치는, 베이스, 상기 베이스에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제1 링크, 상기 제1 링크에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제2 링크, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어, 및 상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고, 상기 복수의 와이어는 상기 제2 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 제1 링크에 고정되고, 비대칭적으로 서로 다른 높이의 위치에 고정된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 제2 링크는 상기 복수의 와이어가 권취되는 적어도 하나의 권취부를 포함한다.
상기 권취부는 풀리, 돌기 또는 개구 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 서로 대립하는 상기 복수의 와이어 중 적어도 하나의 와이어는 상기 제2 링크를 경유하고 상기 베이스를 추가적으로 경유하여 상기 제1 링크에 고정된다.
상기 베이스는 상기 복수의 와이어 중 상기 적어도 하나의 와이어가 권취되는 적어도 하나의 권취부를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 베이스 및 상기 제1 링크 사이와 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크 사이에 개재되는 스프링을 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치는, 베이스, 상기 베이스로부터 연장되고, 서로 회동 가능하게 결합되는 복수의 링크를 포함하는 로봇 암, 상기 로봇 암의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어, 및 상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고, 상기 복수의 와이어 중 적어도 하나의 와이어는 상기 복수의 링크 중 제1 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 복수의 링크 중 상기 제1 링크와 다른 제2 링크에 고정되고, 비대칭적으로 서로 다른 높이의 위치에 고정된다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치는, 베이스, 상기 베이스로부터 연장되고, 서로 회동 가능하게 결합되는 복수의 링크를 포함하는 로봇 암, 상기 로봇 암의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어, 및 상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고, 상기 복수의 와이어 각각은 상기 복수의 링크 중 하나의 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 복수의 링크 중 다른 하나의 동일한 링크에 대칭적으로 고정되고, 상기 베이스 및 상기 제1 링크 사이와 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크 사이에 개재되는 스프링을 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 내시경 로봇 장치는 상술한 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치 중 어느 하나를 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 의료용 로봇 장치는 상술한 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치에 의하면, 로봇 암을 구성하는 링크에 움직 도르래 효과가 적용되며, 서로 대립하는 복수의 와이어에 제공되는 힘의 차이에 따라, 상대적으로 적은 수의 와이어에 의해서도 다양한 모션을 생성할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 도 5의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 도 8의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는 내시경 로봇 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는 의료용 로봇 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)는 베이스(110), 복수의 링크(120, 130), 복수의 링크(120, 130)의 모션을 생성하기 위한 한 쌍의 와이어(151, 152), 와이어(151, 152)를 구동하는 와이어 구동부(170)를 포함한다.
복수의 링크(120, 130)는 베이스(110)로부터 연장되어 서로 이웃하게 배치된다. 복수의 링크(120, 130)는 베이스(110)와 동일한 축 방향으로 결합된다. 복수의 링크(120, 130) 중 제1 링크(120)는 회전 조인트(141)를 통해서 베이스(110)와 결합되고, 제2 링크(130)는 회전 조인트(142)를 통해서 제1 링크(120)와 결합된다. 각각의 링크(120, 130)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이 경우, 둘 이상의 회전 조인트를 통해서 각각의 링크(120, 130)는 베이스(110) 또는 다른 링크(120, 130)와 결합된다. 이에 따라, 제1 링크(120)는 베이스(110)에 대하여 회동 가능하며, 제2 링크(130)는 제1 링크(120)에 대하여 회동 가능하다. 명확하게 도시하지 않았으나, 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이 또는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)의 사이에 복수의 다른 링크가 더 개재될 수 있다. 서로 회동 가능하게 결합되는 복수의 링크(120, 130)가 로봇 암의 적어도 일부를 구성한다.
한 쌍의 와이어(151, 152)는 그 일단이 와이어 구동부(170)에 결합되고, 다른 일단이 복수의 링크(120, 130)에 고정된다. 한 쌍의 와이어(151, 152) 중 제1 와이어(151)는 로봇 암의 일 측(예를 들어, 도 1에서 좌측)으로 연장되어 고정되고, 제2 와이어(152)는 로봇 암의 타 측(예를 들어, 도 1에서 우측)으로 연장되어 고정된다. 한 쌍의 와이어(151, 152)는 와이어 구동부(170)에 의해서 당겨지거나 풀어짐으로써 복수의 링크(120, 130)의 모션을 생성한다. 이에 따라, 로봇 암은 일 측으로 또는 타 측으로 구부러질 수 있다.
와이어 구동부(170)는 한 쌍의 와이어(151, 152)를 통해서 복수의 링크(120, 130)를 구동한다. 와이어 구동부(170)가 한 쌍의 와이어(151, 152)를 당기거나 푸는 것에 의해서, 복수의 링크(120, 130)가 회동하면서 모션을 생성한다. 예를 들어, 와이어 구동부(170)는 DC 모터, 서보 모터 및 스텝 모터 등으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)에서는, 종래의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치와 다르게, 한 쌍의 와이어(151, 152) 중 적어도 하나의 와이어가 베이스(110) 또는 대상 링크(120, 130)에 직접 고정되지 않고, 그 고정 위치보다 상부에 배치된 다른 링크를 경유하여 고정된다. 즉, 한 쌍의 와이어(151, 152) 중 적어도 하나의 와이어가 복수의 링크(120, 130) 중 하나의 링크를 경유하여 베이스(120) 또는 복수의 링크(120, 130) 중 다른 하나의 링크에 고정된다. 또한, 서로 대립하는 한 쌍의 와이어(151, 152)는 비대칭적으로 서로 다른 링크(120, 130)에 고정된다.
도 1에 도시된 일 실시예를 참조하면, 한 쌍의 와이어(151, 152) 중 제1 와이어(151)는 제2 링크(130)를 경유하여 베이스(110)에 고정된다. 제2 링크(130)의 일 측에는 제1 와이어(151)를 권취하기 위한 권취부(161)가 제공된다. 한 쌍의 와이어(151, 152) 중 제2 와이어(152)는 제2 링크(130)를 경유하여 제1 링크(120)에 고정된다. 제2 링크(130)의 타측에는 제2 와이어(152)를 권취하기 위한 권취부(162)가 제공된다. 예를 들어, 권취부(161, 162)는 풀리(pulley), 돌기 또는 개구(opening)으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 도 1의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 한 쌍의 와이어(151, 152)가 상부에 배치된 다른 링크를 경유하여 베이스(110) 또는 대상 링크(120)에 고정되기 때문에, 로봇 에 움직 도르래 효과가 적용된다. 움직 도르래 효과에 의해서, 외부에서 와이어를 당기는 힘의 두 배에 해당하는 힘이 복수의 링크(120, 103)에 적용된다. 또한, 서로 대립하는 한 쌍의 와이어(151, 152)가비대칭적으로 서로 다른 링크(120, 130)에 고정되기 때문에, 각각의 링크에 적용되는 힘의 차이에 의해서 다양한 모션이 생성될 수 있다.
종래의 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘에 의하면, 한 쌍의 와이어 중 하나의 와이어가 제2 링크(130)의 일 측에 고정되고, 다른 하나의 와이어가 제2 링크(130)의 타 측에 고정되는 와이어 체결 방식이 적용된다.
이와 같은 경우, 일 측의 와이어를 당기는 힘(F1)과 타 측의 와이어를 당기는 힘(F2)은 대상 링크(130)에 동일하게 전달된다. 따라서, F1이 F2보다 클 경우 로봇 암이 일 측으로 구부러지도록 복수의 링크(120, 130)는 모두 일 측을 향해 회동하고, F2가 F1보다 클 경우 로봇 암이 타 측으로 구부러지도록 복수의 링크(120, 130)는 모두 타 측을 향해 회동하게 된다. 즉, 복수의 링크(120, 130)는 독립적으로 제어되지 않고 동일한 방향으로 움직이게 된다.
복수의 링크(120, 130)의 모션을 독립적으로 제어하기 위해서는, 한 쌍의 와이어가 추가되어 각각 제2 링크(120)의 일 측과 타 측에 고정되어야만 하였다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 움직 도르래 효과가 적용되어, 일 측의 와이어(151)를 당기는 힘(F1)의 두 배에 해당하는 힘(2F1)이 베이스(110)와 제2 링크(130)의 사이에 적용되고, 타 측의 와이어(152)를 당기는 힘(F2)의 두 배에 해당하는 힘(2F2)이 제1 링크(120)와 제2 링크(130)의 사이에 적용되고, 동일한 크기의 힘(F2)이 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이에 적용된다. 이에 따라, 소정의 힘으로 와이어(151, 152)를 당겼을 때, 복수의 링크(120, 130)의 일 측과 타측에 적용되는 힘의 차이에 의해서 로봇 암의 다양한 모션이 생성된다.
또한, 복수의 링크(120, 130)가 서로 독립적으로 제어되어 서로 다른 방향으로 움직일 수 있다.
한 쌍의 와이어(151, 152)를 당기는 힘(F1, F2)을 적절하게 조절하여, 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에서 적용되는 양 측 방향의 힘이 평형을 이루고, 베이스(110)와 제1 링크(120) 사이에서 적용되는 양 측 방향의 힘 중 일 측 방향의 힘을 크게함으로써, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)는 복수의 링크(120, 130)가 일체로 회동하도록, 즉 로봇 암의 하부만이 일 측으로 또는 타측으로 구부러지도록, 제1 링크(120)만이 일 측을 향해 또는 타 측을 향해 회동할 수 있다.
또는, 베이스(110)와 제1 링크(120) 사이에서 적용되는 양 측 방향의 힘이 평형을 이루고, 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에서 적용되는 양 측 방향의 힘 중 일 측 방향의 힘을 크게함으로써, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)는 제1 링크(120)는 고정되고 제2 링크(130)만이 일 측을 향해 또는 타 측을 향해 회동할 수 있다.
또는, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)가 모두 회동하는 모션을 생성할 수 있다. 이 때, 제1 링크(120)와 제2 링크(130)는 서로 독립적으로 회동할 수 있다. 제1 링크(120)와 제2 링크(130)가 서로 다른 방향을 향해서, 즉 제1 링크(120)는 일 측을 향해 그리고 제2 링크(130)는 타 측을 향해 회동할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 이러한 도 1의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘에 의할 때 두 쌍의 와이어가 필요한 로봇 암의 모션을 한 쌍의 와이어만으로 실질적으로 동일하게 재현할 수 있다.
로봇 암을 구성하는 링크의 수가 증가할수록 이의 모션을 제어하기 위한 와이어와 와이어 구동부의 수도 동일하게 증가한다. 따라서, 와이어의 수가 많이 요구되는 종래의 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘에 의하면 로봇 암을 소형으로 제조하는 것은 어렵다. 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘에 비하여 상대적으로 적은 수의 와이어를 이용하여 실질적으로 동일한 모션을 생성할 수 있어, 로봇 암을 더욱 소형으로 제조하는 것이 가능해진다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여 도 1과의 차이점을 중점으로 하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명한 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)와 다르게, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(200)의 한 쌍의 와이어(153, 154)는 모두 동일한 링크(120)에 고정된다. 그리고, 한 쌍의 와이어(153, 154) 중 하나의 와이어(153)는 2회 경유한다. 즉, 와이어(153)는 제2 링크(130)와 베이스(110)를 순차적으로 경유하여 제1 링크(120)에 고정된다. 제2 링크(130)의 일 측에는 와이어(153)를 권취하기 위한 권취부(161)가 제공되고, 베이스(110)의 일 측에도 와이어(153)를 권취하기 위한 권취부(163)가 제공된다. 나머지 와이어(154)는 제2 링크(130)를 경유하여 제1 링크(120)에 고정된다. 제2 링크(130)의 타 측에는 와이어(154)를 권취하기 위한 권취부(162)가 제공된다. 예를 들어, 권취부(161, 162, 163)는 풀리(pulley), 돌기 또는 개구(opening)으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘과 그 모션은, 일 측의 와이어(163)를 당기는 힘에 의해 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이, 그리고 제1 링크(120)와 제2 링크(130)의 사이에 적용되는 힘의 크기에 차이가 있을 뿐, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여 도 1과의 차이점을 중점으로 하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명한 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)와 다르게, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(300)의 한 쌍의 와이어(155, 156)는 모두 동일한 링크(120)에 고정된다. 한 쌍의 와이어(155, 156)는 모두 제2 링크(130)를 경유하여 제1 링크(120)의 일 측과 타 측에 각각 고정된다. 제2 링크(130)의 일 측에는 와이어(155)를 권취하기 위한 권취부(161)가 제공되고, 제2 링크(130)의 타 측에는 와이어(156)를 권취하기 위한 권취부(162)가 제공된다. 예를 들어, 권취부(161, 162, 163)는 풀리(pulley), 돌기 또는 개구(opening)으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
추가적으로, 베이스(110)와 링크(120), 링크(120)와 링크(130) 사이에 스프링(181, 182)이 개재된다.
도 6은 도 5의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 움직 도르래 효과가 적용되어, 일 측의 와이어(155)를 당기는 힘(F1)의 두 배에 해당하는 힘(2F1)이 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에 적용되고, 동일한 크기의 힘(F1)이 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이에 적용된다. 또한, 타 측의 와이어(156)를 당기는 힘(F2)의 두 배에 해당하는 힘(2F2)이 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에 적용되고, 동일한 크기의 힘(F2)이 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이에 적용된다. 이에 따라, 소정의 힘으로 와이어(155, 156)를 당겼을 때, 제1 링크(120)에 적용되는 힘보다 제2 링크(130)에 적용되는 힘의 크기가 상대적으로 더 크게 된다.
따라서, 와이어(155, 156)를 당겼을 때, 제2 링크(130)가 제1 링크(120)에 비하여 상대적으로 더 크게 회동하게 된다. 즉, 로봇 암의 상부가 하부에 비하여 상대적으로 더 굽혀진다. 이로써, 로봇 암은 전체적으로 동일한 곡률이 아닌 부분마다 서로 다른 곡률(휨 정도)을 가질 수 있다. 로봇 암의 곡률은 권취된 와이어(155, 156)의 수 및/또는 스프링(181, 182)의 강성의 차이에 따라 조절될 수 있다. 도 7은 이러한 도 5의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 와이어에 의해 관절을 구동하는 매커니즘에 의할 때 불가능한 로봇 암의 곡률을 변화시키거나 조절할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여 도 1과의 차이점을 중점으로 하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 도 1을 참조하여 설명한 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100)와 다르게, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(400)의 한 쌍의 와이어(157, 158)는 모두 동일한 링크(120)에 고정된다. 그리고, 한 쌍의 와이어(157, 158)는 모두 2회 경유한다. 즉, 한 쌍의 와이어(157, 158)는 모두 제2 링크(130)와 베이스(110)를 순차적으로 경유하여 제1 링크(120)의 일 측과 타 측에 각각 고정된다. 제2 링크(130)의 일 측에는 와이어(157)를 권취하기 위한 권취부(161)가 제공되고, 타 측에는 와이어(158)를 권취하기 위한 권취부(162)가 제공된다. 베이스(110)의 일 측에는 와이어(157)를 권취하기 위한 권취부(163)가 제공되고, 타 측에는 와이어(158)를 권취하기 위한 권취부(164)가 제공된다. 예를 들어, 권취부(161, 162, 163)는 풀리(pulley), 돌기 또는 개구(opening)으로 제공될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
추가적으로, 베이스(110)와 링크(120), 링크(120)와 링크(130) 사이에 스프링(181, 182)이 개재된다.
도 9는 도 8의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구동 매커니즘을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 움직 도르래 효과가 적용되어, 일 측의 와이어(157)를 당기는 힘(F1)의 두 배에 해당하는 힘(2F1)이 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에 적용되고, 세 배에 해당하는 힘(3F1)이 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이에 적용된다. 또한, 타 측의 와이어(158)를 당기는 힘(F2)의 두 배에 해당하는 힘(2F2)이 제1 링크(120)와 제2 링크(130) 사이에 적용되고, 세 배에 해당하는 힘(3F2)이 베이스(110)와 제1 링크(120)의 사이에 적용된다. 이에 따라, 소정의 힘으로 와이어(157, 158)를 당겼을 때, 제2 링크(130)에 적용되는 힘보다 제1 링크(120)에 적용되는 힘의 크기가 상대적으로 더 크게 된다.
따라서, 와이어(157, 158)를 당겼을 때, 제1 링크(120)가 제2 링크(130)에 비하여 상대적으로 더 크게 회동하게 된다. 즉, 로봇 암의 하부가 상부에 비하여 상대적으로 더 굽혀진다. 이로써, 로봇 암은 전체적으로 동일한 곡률이 아닌 부분마다 서로 다른 곡률(휨 정도)을 가질 수 있다. 로봇 암의 곡률은 권취된 와이어(157, 158)의 수 및/또는 스프링(181, 182)의 강성의 차이에 따라 조절될 수 있다. 도 10은 이러한 도 8의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 모션을 개략적으로 도시한 것이다. 한편, 와이어 체결 방식은 도시된 실시예에 제한되지 않으며, 로봇 암의 용도에 따라 요구되는 모션에 적합하도록 와이어 체결 방식은 예시되지 않은 방식으로 다양하게 변형될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. (a)는 정면을 도시한 것이고, (b)는 측면을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(500)는 베이스(210), 복수의 링크(220, 230, 240, 250), 복수의 링크(220, 230, 240, 250)의 모션을 생성하기 위한 두 쌍의 와이어(261, 262, 263, 264), 와이어(261, 262, 263, 264)를 구동하는 와이어 구동부(미도시)를 포함한다.
각각의 링크(220, 230, 240, 250)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 결속력을 증가시키기 위하여, 각각의 링크(220, 230, 240, 250)는 수직축 및 수평축으로 교차하여 결합된다. 즉, 제1 링크(220)는 베이스(210)와 상-하 회동 가능하도록 결합되고, 그 상부의 제2 링크(230)는 제1 링크(220)와 좌-우 회동 가능하도록 결합된다. 명확하게 도시하지 않았으나, 베이스(210)와 링크(220)의 사이 또는 각각의 링크(220, 230, 240, 250)의 사이에 복수의 다른 링크가 더 개재될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는 내시경 로봇 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 내시경 로봇 장치(1000)는 원위 단부(1100), 샤프트 어셈블리(1200), 바디 어셈블리(1300), 제어 어셈블리(1400), 연결 어셈블리(1500)를 포함한다.
샤프트 어셈블리(1200)는 원위 단부(110)에 인접하여 벤딩 섹션(bending section)을 포함한다. 벤딩 섹션은 소정의 자유도에 따라 구부러질 수 있다. 이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 샤프트 어셈블리(1200)의 벤딩 섹션 내에 제공될 수 있다.
도 12에는 명확하게 도시하지 않았으나, 내시경 로봇 장치(1000)는 도시되지 않은 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는 의료용 로봇 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 의료용 로봇 장치(2000)는 로봇 암(미도시)을 포함하고, 로봇 암의 단부에는 그립(grip), 절개 또는 갈고리(claw) 등과 같은 소정의 기능을 갖는 엔드 이펙터(end effector)가 제공된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치(100, 200, 300, 400, 500)는 의료용 로봇 장치(2000)의 로봇 암 또는 엔드 이펙터 내에 제공될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제1 링크;
    상기 제1 링크에 대하여 회동 가능하게 결합되는 제2 링크;
    상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어; 및
    상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고,
    상기 복수의 와이어는 상기 제2 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 제1 링크에 고정되고, 비대칭적으로 서로 다른 높이의 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 링크는 상기 복수의 와이어가 권취되는 적어도 하나의 권취부를 포함하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 권취부는 풀리, 돌기 또는 개구 중 적어도 하나를 포함하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    서로 대립하는 상기 복수의 와이어 중 적어도 하나의 와이어는 상기 제2 링크를 경유하고 상기 베이스를 추가적으로 경유하여 상기 제1 링크에 고정되는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 복수의 와이어 중 상기 적어도 하나의 와이어가 권취되는 적어도 하나의 권취부를 포함하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 및 상기 제1 링크 사이와 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크 사이에 개재되는 스프링을 더 포함하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  7. 베이스;
    상기 베이스로부터 연장되고, 서로 회동 가능하게 결합되는 복수의 링크를 포함하는 로봇 암;
    상기 로봇 암의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어; 및
    상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고,
    상기 복수의 와이어 중 적어도 하나의 와이어는 상기 복수의 링크 중 제1 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 복수의 링크 중 상기 제1 링크와 다른 제2 링크에 고정되고, 비대칭적으로 서로 다른 높이의 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  8. 베이스;
    상기 베이스로부터 연장되고, 서로 회동 가능하게 결합되는 복수의 링크를 포함하는 로봇 암;
    상기 로봇 암의 모션을 생성하기 위한 서로 대립하는 복수의 와이어; 및
    상기 복수의 와이어를 구동하는 와이어 구동부를 포함하고,
    상기 복수의 와이어 각각은 상기 복수의 링크 중 하나의 링크를 경유하여 상기 베이스 또는 상기 복수의 링크 중 다른 하나의 동일한 링크에 대칭적으로 고정되고,
    상기 베이스 및 상기 제1 링크 사이와 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크 사이에 개재되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는,
    내시경 로봇 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 와이어를 이용한 로봇 관절 구동 장치를 포함하는,
    의료용 로봇 장치.
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