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WO2020256504A2 - 수술 시스템 - Google Patents

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WO2020256504A2
WO2020256504A2 PCT/KR2020/008019 KR2020008019W WO2020256504A2 WO 2020256504 A2 WO2020256504 A2 WO 2020256504A2 KR 2020008019 W KR2020008019 W KR 2020008019W WO 2020256504 A2 WO2020256504 A2 WO 2020256504A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arm
rotation
gripper
link
support rod
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2020/008019
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2020256504A3 (ko
Inventor
권동수
양운제
김덕상
공덕유
김창균
안정도
김준환
유재민
천병식
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.)
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Roen Surgical Inc
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Easyendo Surgical Inc
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 Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST, Easyendo Surgical Inc filed Critical Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Publication of WO2020256504A2 publication Critical patent/WO2020256504A2/ko
Publication of WO2020256504A3 publication Critical patent/WO2020256504A3/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61B34/37—Leader-follower robots
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    • B25J13/02—Hand grip control means
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    • B25J9/16—Programme controls
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    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A61B2017/00398—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches

Definitions

  • the description below relates to the surgical system.
  • Surgery refers to the treatment of diseases by cutting, slicing or manipulating skin, dots, and other tissues using a medical machine.
  • open surgery in which the skin at the surgical site is cut open and the internal organs, etc. are treated, formed, or removed. Due to problems such as bleeding, side effects, patient pain and/or scars, surgery using a robot is recently It is in the spotlight as an alternative.
  • the surgical robot consists of a master device that generates and transmits the necessary signals by the operation of a doctor, and a slave device that receives signals from the master device and directly applies necessary operations for surgery to the patient.It is composed by integrating the master device and the slave device. Alternatively, each may be configured as a separate device and disposed in the operating room. Meanwhile, the master device and the slave device may be disposed far apart from each other. The doctor can drive the slave devices located in remote locations through the master device. In addition, one master device may be selectively interlocked with any one of a plurality of slave devices.
  • the doctor can operate the slave device through the master device to perform the surgical operation.
  • fatigue may accumulate in the wrist and arm joints of the doctor, and thus, it may be difficult to perform the precise operation. Accordingly, there is a need for a master device capable of generating various operation signals and reducing user fatigue due to manipulation.
  • An object of an embodiment is to provide a surgical system.
  • the surgical system includes a lower shaft, an upper shaft slidably connected to the lower shaft with one degree of freedom, a lower gripper supporting the lower shaft to be rotatable with two degrees of freedom, and the upper shaft.
  • a lower gripper supporting the lower shaft to be rotatable with two degrees of freedom
  • the upper shaft Including an upper gripper that supports two degrees of freedom to be rotatable, a lower delta robot that supports the lower gripper to be movable, an upper delta robot that supports the upper gripper to be movable, and a surgical tool connected to the lower shaft.
  • a slave device A master base part, an arm support rod connected from the master base part, an upper arm installed on the upper side of the arm support rod, a master arm installed under the arm support rod and having a lower arm, and the upper arm
  • a master device that is rotatably connected to the lower arm and includes a manipulation gripper that can be gripped by a user.
  • a controller configured to receive an input signal from the master device and control the slave device.
  • the controller generates an input signal for controlling the movement of the surgical tool based on the displacement of the upper arm or the lower arm when the manipulation gripper is gripped and moved, and based on the input signal, the By controlling the lower delta robot and the upper delta robot, the position and angle of the surgical tool may be controlled.
  • Each of the upper arm and the lower arm may include a rotation coupling part rotatably installed with respect to the arm support rod with respect to a rotation axis parallel to the ground; And it is rotatably connected to the rotation coupling portion, it may include a rotation link consisting of a two-fold link that can be bent or extended in the same plane.
  • Each of the upper arm and the lower arm may include a first arm link rotatable with respect to the rotation coupling portion; A second arm link rotatable with respect to the first arm link; And an operation gripper joint installed at an end of the second arm link so as to be rotatable with respect to a rotation axis parallel to a longitudinal direction of the second arm link and connected to the operation gripper.
  • Each of the upper arm and the lower arm may include: a first rotation drive unit configured to form a resistance force against a rotational motion of the first arm link with respect to the rotation coupling unit; And a second rotation driving unit for forming a resistance force against a rotational motion of the second arm link with respect to the first arm link, wherein the arm support rod is a resistance force against the rotational motion of the upper arm with respect to the arm support rod
  • An upper rotation driving unit forming a;
  • a lower rotation driving part for forming resistance against the rotational motion of the lower arm with respect to the arm support rod.
  • the operation gripper includes a handle; A fixed shaft extending longitudinally from the handle; A grip switch unit extending in the longitudinal direction from the handle and extending in the longitudinal direction when the circumference is pressed; And a measurement housing fixed from the fixed shaft and including an inner space accommodating at least a portion of the grip switch unit, and a displacement detection sensor for measuring a displacement of the grip switch unit moving in the inner space.
  • the grip switch unit may include a bending input unit protruding from the handle toward the inner space of the measurement housing and bending along a radial direction outside the circumference of the fixed shaft; And an input slider connected to the bending input unit and at least partially inserted into the inner space of the measurement housing.
  • the lower delta robot includes three lower support rods, three lower moving parts moving along a length direction of the lower support rod, and three lower arms connecting between the lower moving part and the lower gripper
  • the upper delta robot includes three upper support rods, three upper moving parts moving along the length direction of the upper support rod, and three upper arms connecting between the upper moving part and the upper gripper. can do.
  • the control unit sets the position of one point of the surgical tool as a center of remote rotation, and the control unit adjusts the position of the tip of the surgical tool based on the movement of the manipulation gripper, wherein at least one point of the surgical tool is It can be controlled to always pass through the remote center of rotation.
  • the master base portion a fixed base fixed to the outside; And a rotating base that interconnects the fixed base and the arm support rod and is installed to be rotatable with one degree of freedom with respect to the fixed base, wherein the arm support rod can rotate two degrees of freedom with respect to the fixed base.
  • the position or angle of the surgical tool may be controlled.
  • the surgical system from a user, includes (i) a first mode in which the arm support rod does not move with respect to the fixed base, and (ii) both the upper arm and the lower arm do not move with respect to the arm support rod. It may further include a mode input unit capable of receiving any one of a plurality of modes including a second mode to prevent input.
  • control unit adjusts the position of the end of the surgical tool based on spatial position information of the end of the manipulation gripper, but the upper delta robot so that the surgical tool always passes a specific point And it is possible to control the lower delta robot.
  • control unit adjusts the position of the surgical tool based on the amount of rotation that the arm support rod moves with respect to the fixed base, but based on the origin of a preset spherical coordinate system, the specific point
  • the upper delta robot and the lower delta robot may be controlled to move to different points located at the same distance.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surgical system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a master device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram of a master device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of an operation unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a manipulation unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of an upper arm according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of a lower arm according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a changed posture of a master arm according to a movement of a manipulation gripper according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view of an operation gripper according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a manipulation gripper according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a state in which a switch portion of a manipulation gripper is pressed according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a state in which an arm support rod is rotated in a vertical direction according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which an arm support rod is rotated in a horizontal direction according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view of an arm rest device according to an embodiment.
  • 15 is a block diagram of a damping unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view of a horizontal movement module according to an embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic plan view illustrating an operation structure of a horizontal movement module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 18 is a perspective view of an arm support module according to an embodiment.
  • 19 and 20 are side views of an arm support module according to an embodiment.
  • 21 is a perspective view illustrating a slave device and a microscope according to an embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view schematically illustrating an internal structure of a slave device according to an embodiment.
  • FIG. 23 is a plan view schematically illustrating a surgical tool according to an embodiment.
  • 24 is a front view schematically showing a lower shaft and a surgical tool according to an embodiment.
  • 25 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are positioned relatively close according to an embodiment.
  • 26 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are located relatively far away according to an embodiment.
  • 27 is a block diagram of a slave device according to an embodiment.
  • FIG. 28 is a perspective view of a slave device according to an embodiment.
  • 29 and 30 are diagrams schematically illustrating a state in which the eyeball rotates according to the driving of the first and second slave devices, and the microscope moves according to the rotation of the eyeball.
  • first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surgical system according to an embodiment.
  • the surgical system 100 includes a master device 1 that generates and transmits a necessary signal by manipulation of a user U, and receives a signal from the master device 1 and directly
  • a slave device (2) that applies operations necessary for surgery to the patient (P)
  • a microscope module (3) that photographs the operation of the patient's (P) surgical site and the slave device (2), the slave device (2), and a microscope It may include a support 6 for supporting the module 3 and a display 8 for displaying an image captured from the microscope module 3 to the user U.
  • the master device 1 may be fixed to an external object.
  • the master device 1 may be fixed on an external object 7 having a flat work space such as a table, as shown in FIG. 1, and the display 8 is also disposed on the external object 7 It allows the user U to remotely observe the surgical site of the patient P and simultaneously operate the slave device 2 easily.
  • FIG. 2 is a perspective view of a master device according to an embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a master device according to an embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view of a manipulation unit according to an embodiment
  • FIG. 5 is An exploded perspective view of a manipulation unit
  • FIG. 6 is a perspective view of an upper arm according to an embodiment
  • FIG. 7 is a perspective view of a lower arm according to an embodiment
  • FIG. 8 is a master arm according to the movement of the manipulation gripper according to an embodiment. It is a perspective view showing the changed posture of.
  • the master device 1 includes an operation unit 12 that can be directly gripped by a user to manipulate a remote slave device 2 or a microscope module 3, and a user Controls the operation of the arm rest device 11, which supports the arm of (U) and guides the operation of the arm during the operation, and the operation part 12 and the arm rest device 11, and based on the operation of the operation part 12 It may include a master control unit 14 that generates an input signal for operating the slave device 2 or the microscope module 3.
  • the manipulation unit 12 may be driven by being gripped by the user U while being fixed to the external object 7.
  • the operation part 12 includes a master base part 123 fixed to an external object 7, an arm support rod 124 connected from the master base part 123, and an arm support rod 124. Whether to drive the installed master arm 121, the operation gripper 122 that is rotatably connected by the master arm 121 and grips the user, and the master device 1 in the first mode or the second mode It may include a mode input unit 128 for transmitting a mode input signal for selecting whether or not to the master control unit 14.
  • the master base part 123 interconnects the fixed base 1231 fixed to the external object 7 and the fixed base 1231 and the arm support rod 124, and rotates one degree of freedom with respect to the fixed base 1231 It may include a rotating base 1232 installed to be possible.
  • the rotation base 1232 may be installed to be rotatable with respect to the fixed base 1231 by one degree of freedom based on an axis perpendicular to the ground.
  • the arm support rod 124 may be installed to be rotatable with one degree of freedom with respect to the rotation base 1232 based on an axis parallel to the ground (an axis perpendicular to the rotation axis of the rotation base 1232 ).
  • the arm support rod 124 can be rotated by two degrees of freedom with respect to the fixed base 1231.
  • the rotation base 1232 includes a horizontal rotation adjustment unit 12322 (see FIG. 12) for adjusting and detecting rotation of the fixed base 1231, and the arm support rod 124 and the master arm 121 It may include a moment compensation unit 12321 (see FIG. 12) for compensating for a rotational moment due to weight.
  • the horizontal rotation adjustment unit 12322 is a horizontal rotation driving unit 123221 that can form a frictional force between the fixed base 1231 and the rotation base 1232 to form a resistance force of rotational motion of the rotation base 1232, see FIG. ), and a horizontal rotation encoder 123222 (refer to FIG. 3) capable of measuring a rotation angle displacement between the fixed base 1231 and the rotation base 1232.
  • the moment compensation unit 12321 may include an elastic body installed between the rotation base 1232 and the arm support rod 124.
  • the moment compensation unit 12321 may be a leaf spring or a torsion spring installed on a rotation shaft to which the arm support rod 124 is connected to the rotation base 1232.
  • the arm support rod 124 includes a vertical rotation adjustment unit 1241 (see FIG. 8) for controlling and detecting the rotation of the arm support rod 124 with respect to the rotation base 1232 and the arm support rod 124. Adjusting and detecting the rotation of the lower arm 1212 relative to the arm support rod 124 and an upper rotation adjustment unit 1243 (see FIG. 5) for controlling and detecting the rotation of the upper arm 1211 (see FIG. 5) It may include a lower rotation control unit 1244 for.
  • the vertical rotation adjustment unit 1241 is a vertical rotation driving unit capable of forming a frictional force between the rotation base 1232 and the arm support rod 124 to form a resistance force of the rotational motion of the arm support rod 124 (12411, see FIG. 3), and a vertical rotation encoder 12412 (see FIG. 3) capable of measuring a rotational angular displacement between the rotation base 1232 and the arm support rod 124.
  • the upper rotation adjustment part 1243 (see FIG. 5) may be formed on the side of the arm support rod 124.
  • the upper rotation control unit 1243 is an upper rotation driving unit 12431 (FIG. 3) that can form a frictional force between the arm support rod 124 and the upper arm 1211 to form a resistance force of the rotational motion of the upper arm 1211.
  • Reference an upper rotary encoder 12432 (refer to FIG. 3) capable of measuring a rotational angular displacement between the arm support rod 124 and the upper arm 1211.
  • the upper rotation adjustment unit 1243 may be installed in two configurations that are symmetrical to each of both sides of the arm support rod 124.
  • one upper rotation control unit 1243 will be referred to as the left upper rotation control unit 1143 and the other upper rotation control unit 1243 will be referred to as the right upper rotation control unit 1143', but the opposite description It should be noted that the description corresponding to the one upper rotation control unit 1243 can be equally applied to both configurations unless there is no.
  • the lower rotation adjustment part 1244 (refer to FIG. 5) is installed on the side of the arm support rod 124, and may be located below the upper rotation adjustment part 1243.
  • the lower rotation control unit 1244 is a lower rotation drive unit 1241 (FIG. 3) that can form frictional force between the arm support rod 124 and the lower arm 1212 to form a resistance force of the rotational motion of the lower arm 1212. Reference), and a lower rotary encoder 12442 (refer to FIG. 3) capable of measuring a rotational angular displacement between the arm support rod 124 and the lower arm 1212.
  • the lower rotation adjustment unit 1244 may be installed in two configurations that are symmetrical to each of both sides of the arm support rod 124.
  • one lower rotation control unit 1244 will be referred to as the lower left rotation control unit 1244 and the other lower rotation control unit 1244 will be referred to as the lower right rotation control unit 1244', but the opposite description It should be noted that the description corresponding to the one lower rotation control unit 1244 can be applied equally to both configurations unless there is no.
  • the arm support rod 124 may further include an extension rod 1242 (refer to FIG. 8) protruding in a direction away from the vertical rotation adjustment unit 1241.
  • the extension rod 1242 may protrude in the opposite direction in which the user U is located.
  • the master arm 121 may include an upper arm 1211 installed on an upper side of the arm support rod 124, and a lower arm 1212 installed under the arm support rod 124.
  • the upper arm 1211 may be installed on the upper rotation control unit 1243, and the lower arm 1212 may be installed on the lower rotation control unit 1244.
  • the ends of each of the upper arm 1211 and the lower arm 1212 may be connected to two spaced apart points of one operating gripper 122.
  • the master arm 121 may be installed in two configurations that are symmetrical on each side of the arm support rod 124 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • one master arm 121 will be referred to as the left master arm 121 and the other master arm 121 will be referred to as the right master arm 121, but unless otherwise stated, one master arm 121 It should be noted that the description corresponding to) can be applied equally to both configurations.
  • the upper arm 1211 is rotatably connected to a rotation coupling portion 12111 rotatably installed with respect to the arm support rod 124 and a rotation coupling portion 12111, as shown in FIG.
  • Rotating link 12112 formed as a two-fold link rotatable in, and arm rotation adjustment units 12113, 12114 for controlling and sensing the rotational motion of the rotational link 12112 with respect to the rotational coupling part 12111, and arm
  • the upper arm 1211 with respect to the support rod 124 may include a rotation compensating part 12115 for compensating for a rotation moment formed by its own weight.
  • the rotation coupling part 12111 may be rotatably installed on the upper rotation adjustment part 1243 (see FIG. 5) of the arm support rod 124.
  • the rotation axis of the rotation coupling part 12111 may be the same as the rotation axis of the arm support rod 124.
  • the rotation coupling part 12111 may be rotated with respect to the arm support rod 124 based on a rotation axis parallel to the ground.
  • the rotation coupling part 12111 may include a coupling shaft 121111 rotatably connected to the upper rotation adjustment part 1243.
  • the rotational link 12112 includes a first arm link 121121 that can be rotated with respect to the rotation coupling portion 12111, a second arm link 121122 that can be rotated with respect to the first arm link 121121, and a second arm link. It may include a manipulation gripper joint 121123 that is rotatably installed with respect to a rotation axis parallel to the length direction of the second arm link 121122 at the end of 121122.
  • first arm link 121121 and the second arm link 121122 may have a two-fold link structure that rotates within the same plane.
  • the rotation axis of each of the first arm link 121121 and the second arm link 121122 may be orthogonal to the rotation axis of the rotation coupling part 12111.
  • the second arm link 121122 may include a first rotation pulley 1211221 connected to a rotation transmission member 121145 to be described later.
  • One side of the manipulation gripper joint 121123 may be connected to an end of the second arm link 121122, and the other side may be connected to the manipulation gripper 122.
  • the manipulation gripper 122 may be connected to be rotatable by 2 degrees of freedom with respect to the second arm link 121122.
  • the manipulation gripper joint 121123 may connect the manipulation gripper 122 and the second arm link 121122 in a universal joint method.
  • the manipulation gripper joint 121123 of the upper arm 1211 may be connected to the upper joint 1227 (refer to FIG. 8) of the manipulation gripper 122.
  • the arm rotation adjustment units 12113 and 12114 include a first rotation driving unit 12113 capable of adjusting and sensing the rotational motion of the first arm link 121121 with respect to the rotational coupling unit 12111, and a rotational coupling unit 12111 It may include a second rotation driving unit 12114 that can control and sense the rotational motion of the second arm link 121122 for.
  • the first rotation drive unit 12113 is connected to the first arm link 121121 to rotate the first rotor 121133 and the first rotor 121133 to rotate the first arm link 121121
  • a first friction member 121132 that transmits a resistance force according to the first friction member 121132
  • a first rotation fixing portion 121131 connected to the first friction member 121132 to form a resistance force and adjustable the magnitude of the resistance force
  • a rotation coupling portion A first arm encoder 121134 capable of measuring the rotational angular displacement of the first arm link 121121 relative to the 12111 may be included.
  • the first rotor 121133 may be a circular or arc-shaped member that shares the rotation axis of the first arm link 121121.
  • the first arm encoder 121134 may be fixed to the rotation coupling portion 12111 to measure an angular displacement at which the first rotor 121133 is relatively rotated.
  • the second rotation drive unit 12114 is connected between the second rotor 121143 and the second arm link 121122 and the second rotor 121143 connected to the second arm link 121122 and rotates.
  • the rotation transmission member 121145 that transmits the rotational force of the second arm link 121122 to the arm link 121121 to the second rotor 121143, and the second arm is connected to the second rotor 121143.
  • a second friction member 121142 that transmits a resistance force according to the rotational motion of the link 121122, and a second rotation fixing part 121141 connected to the second friction member 121142 to form a resistance force and adjust the amount of the resistance force.
  • a second arm encoder capable of measuring the rotational angular displacement of the second arm 121122 with respect to the rotational coupling portion 12111 or the rotation angular displacement of the second arm link 121122 with respect to the first arm 121121 (121144) may be included.
  • the second rotor 121143 may be a circular or arc-shaped member having the same axis of rotation of the first rotor 121133.
  • the second rotor 121143 may include a second rotation pulley 1211431 connected to the rotation transmission member 121145.
  • the rotation transmission member 121145 may transmit a rotational motion between the second rotor 121143 and the second arm link 121122.
  • the rotation transmission member 121145 may be a timing belt wound between the first rotation pulley 1211221 of the second arm link 121122 and the second rotation pulley 1211431 of the second rotor 121143. have.
  • the second arm encoder 121144 may be fixed to the rotation coupling portion 12111 to measure an angular displacement at which the second rotor 121143 is relatively rotated.
  • the rotation compensation unit 12115 is a mass body located in the opposite direction of the rotation link 12122 with the rotation coupling unit 12121 as a center, and compensates for a rotation moment based on the coupling shaft 121211, so that the user (U) Can be easily operated.
  • the portion of the manipulation gripper 122 connected to the manipulation gripper joint 121123 may be moved by three degrees of freedom while being held by the user U.
  • the upper arm 1211 and the lower arm 1212 of the master arm 121 may have the same or similar configurations.
  • the upper arm 1211 and the lower arm 1212 may have a structure symmetrical to each other. It should be noted that the description of the upper arm 1211 can also be applied to the lower arm 1212 unless otherwise stated.
  • the lower arm 1212 is rotatably installed with respect to the arm support rod 124 based on a rotational axis parallel to the ground, and the rotation coupling part 12121
  • a rotational link 12122 formed of a two-fold link that is rotatably connected and rotatable in the same plane, and an arm rotation adjustment unit for controlling and detecting the rotational motion of the rotational link 12122 with respect to the rotational coupling part 12121
  • the lower arm 1212 may include a rotation compensation unit 12125 for compensating for a rotation moment formed by its own weight with respect to the arm support rod 124 and 12123 and 12124.
  • the rotation coupling part 12121 of the lower arm 1212 may be rotatably installed on the lower rotation adjustment part 1244 of the arm support rod 124.
  • the rotation axis of the rotation coupling part 12121 of the lower arm 1212 may be parallel to the rotation axis of the rotation coupling part 12111 of the upper arm 1211.
  • the rotation coupling part 12121 may include a coupling shaft 121211 rotatably connected to the lower rotation adjustment part 1244.
  • the rotation link 12122 may include a first arm link 121221, a second arm link 121222, and a manipulation gripper joint 121223.
  • the second arm link 121222 may include a first rotation pulley 1212221 connected to the rotation transmission member 121245.
  • the manipulation gripper joint 121223 of the lower arm 1212 may be connected to the lower joint 1228 of the manipulation gripper 122.
  • the arm rotation adjustment units 12123 and 12124 may include a first rotation driving unit 12123 and a second rotation driving unit 12124.
  • the first rotation driving part 12123 may include a first rotor 121233, a first friction member 121232, a first rotation fixing part 121231, and a first arm encoder 121234.
  • the second rotation drive unit 12124 includes a second rotor 121243, a rotation transmission member 121245, a second friction member 121242, a second rotation fixing unit 121241, and a second arm encoder 121244. can do.
  • the second rotor 121243 may include a second rotation pulley 1212431 connected to the rotation transmission member 121245.
  • the upper arm 1211 and the lower arm 1212 may each be rotated at different angles with respect to the arm support rod 124.
  • the rotation coupling portion 12111 of the upper arm 1211 and the rotation coupling portion 12121 of the lower arm 1212, the coupling shaft (according to the above structure, the operation gripper joint 121123 and the lower portion of the upper arm 1211
  • the manipulation grippers 122 each connected to the manipulation gripper joint 121223 of the arm 1212, may have six degrees of freedom movement while being held by the user U.
  • the user U is the manipulation gripper. (122) can move 3 degrees of freedom and rotate 3 degrees of freedom.
  • FIG. 9 is a perspective view of a manipulation gripper according to an embodiment
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a manipulation gripper according to an embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a state in which a switch portion of the manipulation gripper is pressed according to an embodiment.
  • the manipulation gripper 122 may be gripped by the user U and may generate an input signal capable of manipulating the slave device 2.
  • the master control unit 14 detects the movement of the manipulation gripper 122 and transmits an input signal for moving the position of the surgical end of the slave device 2 directly in contact with the affected part of the patient P. Can be formed.
  • the master control unit 14 transmits the position (x, y, z coordinate value) of the end of the manipulation gripper 122 to the slave device 2, thereby transferring the end of the surgical tool connected to the slave device 2 thereto. It is possible to generate an input signal to move to a corresponding position.
  • the master control unit 14 transmits the rotation or posture change of the manipulation gripper 122 to the slave device 2, thereby providing an input signal for controlling the rotation or posture of the surgical tool connected to the slave device 2 Can be generated.
  • the manipulation gripper 122 is composed of two and may be connected to the ends of the two master arms 121 respectively installed on both sides of the arm support rod 124.
  • the operation gripper 122 connected to the left master arm 121 is referred to as the left operation gripper 122
  • the operation gripper 122 connected to the right master arm 121 ′ is referred to as the right operation gripper 122 ′.
  • the description corresponding to the one manipulation gripper 122 can be applied equally to both configurations unless otherwise stated.
  • the operation gripper 122 includes a handle 1221 gripped by the user U, a fixed shaft 1222 extending longitudinally from the handle 1221, and a measurement fixed to the fixed shaft 1222.
  • the housing 1224 and the handle 1221 are connected to the inside of the measurement housing 1224 and pressed by the user U, at least a part of the grip switch 1223 slides inside the measurement housing 1224, and is fixed.
  • a fixed connection part 1225 connecting the shaft 1222 and the measurement housing 1224, a connection shaft 1226 extending in the longitudinal direction from the measurement housing 1224, and the connection shaft 1226 are rotatably installed on the upper side.
  • a fixed gripper rotation encoder 1229 may be included to measure the angular displacement at which the connecting shaft 1226 rotates with respect to the lower joint 1228.
  • the fixed shaft 1222 may protrude downward from the handle 1221 along the longitudinal direction of the manipulation gripper 122 based on FIG. 10. For example, a lower portion of the fixed shaft 1222 may be inserted into the measurement housing 1224. For example, the fixed shaft 1222 and the measuring housing 1224 may be connected to the fixed connection part 1225 and fixed to each other.
  • the fixed shaft 1222 may include a gripping limiting portion 12221 protruding radially outwardly at a portion between the handle 1221 and the measuring housing 1224.
  • the grip switch part 1223 When the grip switch part 1223 is gripped, the grip switch part 1223 extends in the longitudinal direction so that at least a part of the grip switch part 1223 may be moved in the inner space 12241 of the measurement housing 1224.
  • the grip switch unit 1223 may include a bending input unit 12231 and an input slider 12232.
  • the bending input unit 12231 has an elastic restoring force to push the input slider 12232 from the handle 1221 when the user U presses it, and when the user U does not press the input slider 1221, input it toward the handle 1221 The slider 12232 can be pulled.
  • the bending input unit 12231 may be installed to surround the circumference of the fixed shaft 1222, and may have a shape bent toward the outside of the circumference of the fixed shaft 1222.
  • the bending input unit 12231 may have a shape of a plurality of rakes arranged radially at a constant angle along the circumference of the fixed shaft 1222.
  • the bending input unit 12231 includes a first bent portion 122311 and a first bent portion 122311 having a shape that is radially distant from the central axis of the fixed shaft 1222 in a direction away from the handle 1221.
  • To the input slider 12232 may include a second bent portion 122312 having a shape that becomes closer toward the central axis of the fixed shaft 1222.
  • the input slider 12232 may be connected to a lower side of the bending input unit 12231, that is, to a lower side of the second bent portion 122312.
  • a part of the input slider 12232 may slide along the length direction while being inserted into the inner space 12241 of the measurement housing 1224.
  • the input slider 12232 may include a first sliding support part 122321 that is in contact with the inner wall of the measurement housing 1224 to guide a sliding motion in the longitudinal direction.
  • the bending input unit 12231 when the bending input unit 12231 is pressed by the user (U), a portion of the bending input unit 12231 that is opened so as to be radially separated from the central axis of the fixed shaft 1222 is It may be pressed toward the central axis of the fixed shaft 1222, and accordingly, the first bent part 122311 and the second bent part 122312 of the bending input part 12231 are the second bent part as the connecting part between each other is extended.
  • the input slider 12232 connected to the 122312 may be slid downward with respect to the measurement housing 1224.
  • the gripping limiting unit 12221 may limit a displacement in which the gripping limiting unit 12221 contracts toward the fixed shaft 1222. According to the above structure, the gripping limiting unit 12221 may limit the displacement by which the input slider 12232 slides downward.
  • the measurement housing 1224 includes an inner space 12241 accommodating the input slider 12232, a displacement detection sensor 12242 installed in the inner space 12241 and capable of measuring the sliding movement displacement of the input slider 12232, and , It includes a second sliding support portion 12243 that is installed to contact the outer surface of the input slider 12232 from the inner wall of the inner space 12241 of the measurement housing 1224 to guide the sliding movement of the input slider 12232. I can.
  • first sliding support portion 122321 and the second sliding support portion 12243 may be ball plungers.
  • the displacement detection sensor 12242 measures the displacement by which the input slider 12232 slides. can do.
  • connection shaft 1226 may extend below the measurement housing 1224 along the longitudinal direction.
  • the upper joint 1227 may be rotatably connected to the operation gripper joint 121123 of the upper arm 1211.
  • the upper joint 1227 and the operation gripper joint 121123 of the upper arm 1211 may be connected in a universal joint method capable of rotating 2 degrees of freedom.
  • the lower joint 1228 may rotate along the circumference of the connection shaft 1226.
  • the lower joint 1228 may be installed below the upper joint 1227.
  • the lower joint 1228 may be rotatably connected to the operation gripper joint 121123 of the lower arm 1212.
  • the operation gripper joint 121123 of the lower joint 1228 and the lower arm 1212 may be connected in a universal joint method capable of rotating 2 degrees of freedom.
  • the operation gripper rotation encoder 1229 may measure the angular displacement in which the connection shaft 1226 is rotated to the lower joint 1228.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a state in which an arm support rod is rotated in a vertical direction according to an exemplary embodiment
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which an arm support rod according to an exemplary embodiment is rotated in a horizontal direction.
  • the user U may drive the operation unit 12 in the first mode or the second mode by inputting a mode through the mode input unit 128. A description of each mode will be described later.
  • the master control unit 14 controls the movement of the slave device 2 based on the displacement of the upper arm 1211 and the lower arm 1212 of the master arm 121, respectively, when the operation gripper 122 is gripped and moved. It is possible to generate or transmit an input signal for control.
  • the master control unit 14 may detect an operation in which the grip switch unit 1223 of the manipulation gripper 122 is gripped and generate or transmit an input signal for manipulating a surgical tool of the slave device 2.
  • the master control unit 14 may generate or transmit an input signal for rotating the surgical tool of the slave device 2 about one axis based on information measured from the manipulation gripper rotation encoder 1229.
  • the master control unit 14 includes an angular displacement at which the rotational coupling portion 12111 of the lower arm 1212 rotates with respect to the arm support rod 124, and the first arm link 121121 of the lower arm 1212 ) Is rotated with respect to the rotation coupling portion 12111, and the lower arm 1212 based on the angular displacement of the second arm link 121122 of the lower arm 1212 rotating with respect to the first arm link 121121.
  • the master control unit 14 includes (i) an angular displacement at which the rotational coupling portion 12111 of the upper arm rotates with respect to the arm support rod 124, and the first arm link 121121 of the upper arm 1211
  • the upper arm 1211 based on the angular displacement of which is rotated with respect to the rotational coupling part 12111 and the angular displacement of the second arm link 121122 of the upper arm 1211 with respect to the first arm link 121121
  • the position of the upper operation gripper connected to the operation gripper 122 (the position of the upper joint 1227), (ii) the angular displacement at which the rotational coupling portion 12111 of the lower arm rotates with respect to the arm support rod 124 ,
  • the angular displacement at which the first arm link 121121 of the lower arm 1212 rotates with respect to the rotation coupling portion 12111, and the second arm link 121122 of the lower arm 1212 are the first arm link 121121
  • the lower arm 1212 can calculate the lower operation
  • the master control unit 14 may include a vertical rotation adjustment unit 1241, a horizontal rotation adjustment unit 12322, an upper rotation adjustment unit 1243 (see FIG. 5), and a lower rotation adjustment unit 1244 (see FIG. 5). , It is connected to the arm rotation adjustment unit (12113, 12114, see Fig. 6) of the upper arm 1211 and the arm rotation adjustment unit (12123, 12124, Fig. 7) of the lower arm 1212, the rotation of the operation unit 12 The rotational angular displacement of all possible configurations can be measured, and each rotation can be suppressed individually.
  • the master control unit 14 may drive the operation unit 12 in the first mode or the second mode based on a signal input to the mode input unit 128 from the user U.
  • the master control unit 14 drives the vertical rotation drive unit 12411 and the horizontal rotation drive unit 123221 to prevent rotation of the arm support rod 124 and the rotation base 1232. 122) can be made to move 3 degrees of freedom and rotate 3 degrees of freedom.
  • the slave device 2 is transmitted to the slave device 2 by transmitting information on the end position of the operating gripper 122, the attitude of the operating gripper 122, or the amount of rotation in the axial direction of the operating gripper 122, etc. )'S surgical tools can be manipulated.
  • the master control unit 14 includes an upper rotation driving unit 12431 and a lower rotation driving unit, and a first rotation driving unit 12113 and 12123 and a second rotation driving unit of the upper arm 1211 and the lower arm 1212, respectively.
  • driving (12114, 12124) it is possible to fix the postures of the upper arm 1211 and the lower arm 1212.
  • the master control unit 14 drives the upper rotation drive part 12431 and the lower rotation drive part 1241 to prevent rotational motion of the upper arm 1211 and the lower arm 1212, and the upper arm ( 1211) and the lower arm 1212, respectively, by driving the first rotation driving unit 12113, 12123 and the second rotation driving unit 12114, 12124, the rotation link 12112 of each of the upper arm 1211 and the lower arm 1212, 12122) can be prevented.
  • the posture of the master arm 121 in the second mode as shown in FIGS. 12 and 13 may be fixed, and the arm support rod 124 is free of two along the vertical and horizontal directions with respect to the master base part 123. Also can be rotated.
  • the master control unit 14 rotates the surgical tool of the slave device 2 in the first direction based on the angular displacement at which the arm support rod 124 rotates with respect to the rotation base 1232 It can generate or transmit an input signal to move.
  • the master control unit 14 rotates or moves the surgical tool of the slave device 2 in the second direction based on the angular displacement at which the rotating base 1232 rotates with respect to the fixed base 1231 It is possible to generate or transmit an input signal to adjust the displacement to be caused.
  • the first direction may be orthogonal to the second direction.
  • the movement of the arm support rod 124 to rotate 2 degrees of freedom with respect to the master base part 123 is to rotate the surgical tool of the slave device 2 inserted into the eyeball to reduce the eyeball of the patient P. It is possible to form an input signal that rotates in two directions orthogonal to each other.
  • a movement in which the arm support rod 124 rotates in a vertical direction with respect to the rotation base 1232 in the second mode may generate an input signal for rotating the eyeball in the first direction
  • the arm support rod 124 ) Is rotated in the horizontal direction with respect to the fixed base may generate an input signal that rotates the eyeball in a second direction orthogonal to the first direction
  • the movement of the arm support rod 124 to rotate 2 degrees of freedom with respect to the master base part 123 in the second mode corresponds to the change in the position of the pupil as the eyeball is rotated. You can also adjust the position.
  • the surgical tool of the slave device 2 rotates the eyeball by fixing the posture of the master arm 121 while the arm support rod 124 rotates with respect to the master base part 123 It is possible to prevent movement in an unintended direction in the middle, and it is possible to prevent damage to the eyeball by changing the angle and distance on the two surgical instruments.
  • the configuration of the armrest device 11 will be described with reference to FIGS. 14 to 20.
  • FIG. 14 is a perspective view of an arm rest device according to an embodiment.
  • the arm rest device 11 may support movement of an arm of a user U on a work space.
  • the arm rest device 11 may be fixed to an external object 7 such as a desk as shown in FIG. 1 to support the arm movement of the user U in the work space in all postures.
  • the arm rest device 11 can alleviate the fatigue caused by the movement of the user's (U) arm, and enable the movement in the horizontal direction to which fixing and damping is applied, allowing the user (U) to move the arm precisely. can do.
  • the arm rest device 11 may include a fixing part 111, a horizontal movement module 113, a damping part 112, and an arm support module 114.
  • the fixing part 111 may be fixed to the external object 7 to provide a driving reference position of the arm rest device 11.
  • the fixing part 111 drives a fixed base 1112 that can be fixed to an external object and a horizontal moving module 113 and an arm support module 114 to be described later by being connected to the fixed base 1112 It may include a support base 1111 supporting possible.
  • the fixing base 1112 may be fixed to an external object 7 such as a desk, a shelf, and a table as shown in FIG. 14.
  • the support base 1111 may be fixed from the fixed base 1112 to provide a relative rotation or movement reference point of the horizontal movement module 113.
  • the horizontal movement module 113 may move 2 degrees of freedom in the horizontal direction based on the fixing part 111.
  • one end of the horizontal movement module 113 is rotatably connected to the support base 1111 and the other end moves in a horizontal direction with respect to the fixing part 111 and at the same time enables the arm support module 114 to be rotatable. I can support it.
  • the damping unit 112 may be connected to the horizontal movement module 113 to form a resistance force according to the movement of the horizontal movement module 113.
  • the resistance force formed by the damping unit 112 is adjustable, so that the horizontal movement module 113 is not completely moved, and even if the user U applies the same force, the horizontal movement module ( 113) movement speed can be changed.
  • the arm support module 114 is movably supported by the horizontal movement module 113 to support the arm of the user U.
  • the arm support module 114 may include two arm supports 1143 and 1147 that are rotatably installed with each other based on a rotation axis parallel to the horizontal direction in which the horizontal movement module 113 moves. .
  • the horizontal direction based on the fixing part 111 is a direction in a plane parallel to the ground (xy plane in the drawing), and the vertical direction is a direction perpendicular to the ground (z-axis direction in the drawing) Although it appears to be, it should be noted that the horizontal direction and the vertical direction may differ from the coordinate axis of the ground according to the fixed position of the fixing part 111.
  • FIG. 15 is a block diagram of a damping unit according to an exemplary embodiment
  • FIG. 16 is a perspective view of a horizontal movement module according to an exemplary embodiment
  • FIG. 17 is a plan view schematically illustrating an operation structure of the horizontal movement module according to an exemplary embodiment.
  • the horizontal movement module 113 includes a first driving frame 1131, a second driving frame 1132, a central connection part 1133, a rotation end 1134, and a plurality of links 1135, 1136, 1137. ) Can be included.
  • the first driving frame 1131 may rotate on the fixing part 111 with respect to the first rotation shaft 1A.
  • one end of the first drive frame 1131 may be rotatably connected to the support base 1111 based on the first rotation shaft 1A, and the other end of the first drive frame 1131 is a central connection part ( It may be connected to be rotatable on the basis of the second rotation shaft 1B parallel to the first rotation shaft 1A on 1133).
  • the first drive frame 1131 is fixed from the first link 11311 and the first link 11311 connected between the first rotation shaft 1A and the second rotation shaft 1B, and the first rotation shaft ( It may include a first protruding member 11312 that rotates based on 1A).
  • At least a portion of the first protruding member 11312 may have an edge shape of an arc shape protruding radially from the first link 11311 with respect to the first rotation axis 1A.
  • the first protruding member 11312 may be connected to the first damping part 1121 to be described later to form a resistance force against the rotational motion of the first link 11311.
  • the first protruding member 11312 may include a first contact surface 113121 in contact with the first damping member 11213 of the first damping part 1121 along an arc-shaped edge.
  • the second driving frame 1132 includes three-fold links 11322 and 11321 rotatably connected between the first rotation shaft 1A of the fixing part 111 and the second rotation shaft 1B of the central connection part 1133, 11323).
  • the second drive frame 1132 has a drive link 11322 that is rotatably connected to the fixed part with respect to the first rotation shaft 1A, and is parallel with the first rotation shaft 1A to the drive link 1322
  • a second link 11321 rotatably connected with respect to one third rotation shaft 1G, and a fourth rotation shaft 1H spaced apart from the second link 11321 at one end in a state parallel to the third rotation shaft 1G.
  • the other side may include a third link 11323 which is rotatably connected to the center connection part 1133 with respect to the second rotation shaft 1B.
  • the driving link 11322 may be rotatably connected to the first rotation shaft 1A and may have a shape having an arc-shaped edge at least partially protruding radially.
  • the drive link 11322 may also be referred to as a second protruding member 11322.
  • the second protruding member 11322 may include a second contact surface 113221 in contact with the second damping member 11223 of the second damping part 1122 along an arc-shaped edge.
  • the first driving frame 1131 and the second driving frame 1132 may be formed in a four-fold link structure that connects the fixing part 111 and the central connection part 1133, and the length of the second link 1131
  • the length of the first link 11311 may be the same, and the length of the driving link 11322 may be the same as the length of the third link 11323.
  • each of the links 11311, 11321, 11322, and 11323 may form a parallelogram shape in which links facing each other are maintained in parallel. Since such a parallelogram structure can have high stiffness compared to other power transmission structures, even if a relatively light material is used, equivalent stiffness can be secured.
  • at least some of the links 11311, 11321, 11322, and 11323 may be made of a carbon fiber pipe that has 5 to 10 times more rigidity than aluminum or steel, through which it is lighter. It can provide a durable structure.
  • the central connection part 1133 may be connected from the fixing part 111 to the first driving frame 1131 and the second driving frame 1132 to move to the fixing part 111 along a horizontal direction.
  • the rotation end 1134 may be rotatably and movably connected from the central connection 1133 through a plurality of links 1135 and 1137, and an arm rotation shaft capable of rotatably installing an arm support module 114 to be described later (1C) can be provided.
  • the arm rotation shaft 1C may be parallel to the first rotation shaft 1A.
  • a damping part may be installed on the arm rotation shaft 1C to form resistance of a relative rotational motion between members connected to the arm rotation shaft 1C. According to such a damping unit, it is possible to implement damping in the movement of the arm rest device 11 on a plane.
  • the plurality of links 1135, 1136, 1137 may include a fourth link 1135, a fifth link 1136, and a sixth link 1137.
  • the fourth link 1135 has one end rotatably connected to the central connection part 1133 based on the second rotation shaft 1B, and the other end is a fifth rotation shaft parallel to the first rotation shaft 1A at the rotation end 1134 It can be connected rotatably based on (1F).
  • the fourth link 1135 may be fixed to the third link 11323, so that when the third link 11323 rotates based on the second rotation axis 1B, the fourth link 1135 is simultaneously Can rotate.
  • the fourth link 1135 and the third link 11323 can perform one rigid body movement, and in this respect, the fourth link 1135 and the third link 11323 are each of the same one link. It can also be understood as referring to different parts.
  • the fifth link 1136 is rotatably connected to the fixing part 111 with one end parallel to the first rotation shaft 1A and is rotatably connected with respect to the sixth rotation shaft 1D, and the other end is the central connection part 1133 ) May be connected to be rotatable with respect to the seventh rotation shaft 1E spaced apart from the second rotation shaft 1B in a parallel state.
  • the length of the fifth link 1136 may be the same as the length of the first link 11311.
  • the distance and direction of the sixth rotation shaft 1D on the fixing part 111 is separated from the first rotation shaft 1A, and the seventh rotation shaft 1E on the central connection part 1133 is the second rotation shaft 1B. It may be the same as the distance and direction away from.
  • the first link 11311 and the fifth link 1136 can always be in a parallel state, and accordingly, the first link 11311 between the fixing portion 111 and the central connection portion 1133 And the fifth link 1136 may provide a parallelogram joint structure connecting the first rotation shaft 1A, the second rotation shaft 1B, the seventh rotation shaft 1E, and the sixth rotation shaft 1D.
  • the links 11311 and 1136 forming a parallelogram may be made of a carbon fiber pipe.
  • the sixth link 1137 has one end rotatably connected to the central connection 1133 with respect to the eighth rotational shaft 1I spaced apart from the second rotational shaft 1B, and the other end is a rotational end 1134 ) May be connected rotatably with respect to the ninth rotation shaft 1J spaced apart in a state parallel to the fifth rotation shaft 1F.
  • the length of the sixth link 1137 may be the same as the length of the fourth link 1135.
  • the distance and direction of the eighth rotation shaft 1I on the central connection 1133 from the second rotation shaft 1B is the ninth rotation shaft 1J on the rotation end 1134 and the fifth rotation shaft 1F. It may be the same as the distance and direction away from.
  • the fourth link 1135 and the sixth link 1137 can always be in a parallel state, and accordingly, the fourth link 1135 between the central connection part 1133 and the rotating end 1134 And the sixth link 1137 may provide a parallelogram joint structure connecting the second rotation shaft 1B, the fifth rotation shaft 1F, the eighth rotation shaft 1I, and the ninth rotation shaft 1J.
  • the links 1135 and 1137 forming a parallelogram may be made of a carbon fiber pipe.
  • the arm rotation shaft 1C on the rotation end 1134 may be formed at a point spaced apart from the fifth rotation shaft 1F and the ninth rotation shaft 1J in a parallel state, and the arm support module 114 It may be installed rotatably on the rotation end 1134 with respect to the arm rotation shaft 1C.
  • the support base 1111, the central connection portion 1133, and the rotation end 1134 can also be referred to as "links", respectively.
  • the support base 1111 may be referred to as a "fixed link” in that it does not move relative to the external object 7.
  • the arm support module 114 the rotation end 1134 to which the) is installed may implement 2 degrees of freedom movement in the horizontal direction with respect to the fixing part 111.
  • the arm rest device 11 includes (i) a "first trimming link structure”, (ii) a “second trimming link structure” that shares any one link with the "first trimming link structure”, and (iii) It may include a “third trimming link structure” having a link fixed to any one of the “second trimming link structure” and sharing the other link with the “first trimming link structure”.
  • any one of the four links constituting the "first trimming link structure" may be a support base 1111 that is fixed to the external object 7 and functions as a reference frame.
  • the "first trimming link structure” is as long as the support base 1111, the central connection part 1133 spaced apart from the support base 1111, and the support base 1111 and the central connection part 1133 are interconnected. It may be made of a pair of links (11311, 1136). According to this structure, the central connection part 1133 can move one degree of freedom with respect to the support base 1111. For example, the length of each of the pair of links 11311 and 1136 may be longer than the maximum distance between the pair of links 11311 and 1136. According to such a structure, it is possible to sufficiently secure a moving radius of the central connection portion 1133 with respect to the support base 1111.
  • One link shared with the "second trimming link structure" of the “first trimming link structure” may be a central connection part 1133 that is not directly connected to the support base 1111.
  • the "second trimming link structure" is as long as the central connecting portion 1133, the rotating end 1134 spaced apart from the central connecting portion 1133, the central connecting portion 1133, and the rotating end 1134 are interconnected. It may consist of a pair of links 1135 and 1137. According to this structure, the rotating end 1134 can move one degree of freedom with respect to the central connection part 1133, and as a result, the rotating end 1134 can move two degrees of freedom with respect to the support base 1111. have. For example, the length of each of the pair of links 1135 and 1137 may be longer than the maximum distance between the pair of links 1135 and 1137. According to this structure, the working area of the rotation end 1134 with respect to the support base 1111 can be sufficiently secured.
  • the trimming link structure has a limitation in that stiffness is greater than that of a linear mechanism, while a work space is narrow.
  • stiffness is greater than that of a linear mechanism, while a work space is narrow.
  • One link shared with the “third trimming link structure” of the “first trimming link structure” is any one link 11311 of a pair of links 11311 and 1136 directly connected to the support base 1111 ,
  • a link that is fixed and integrally moving with any one link 11323 of the “third trimming link structure” of the “second trimming link structure” is a pair of links 1135 and 1137 directly connected to the central connection unit 1133 ) May be any one of the links 1135.
  • the "third trimming link structure” includes a first link 11311, a second link 11321 spaced apart from the first link 11311, a first link 11311 and a second link 11321 It may be made of a pair of links (11322, 11323) for interconnecting.
  • any one link 11323 of the pair of links 11322 and 11323 is fixed to any one link 1135 of the pair of links 1135 and 1137 of the "second trimming link structure” Can move to According to this structure, since the rigidity of the support base 1111 to the rotation end 1134 can be reinforced, a more stable structure can be provided.
  • a damping part for forming resistance to the movement of the "second trimming link structure" is located close to the fixing part 111 (for example, a specific position on the fixing part 111 or on an external object 7 ). A specific position), it is possible to prevent an increase in the moment of inertia of the arm rest device 11.
  • each of the three trimming link structures described above may have a parallelogram structure. According to such a design, the problem of limiting the working area of the rotating end 1134 can be reduced by preventing singularity from occurring in the process of moving each trimming link structure.
  • the present invention is not necessarily limited as described above, and some or all of the three trimming link structures described above may not be a parallelogram structure.
  • the plurality of links may be formed of hollow members having an empty inside to reduce the weight of the horizontal movement module 113 and inertia according to the movement.
  • the damping part 112 may include a first damping part 1121, a second damping part 1122 and an input part 1124.
  • at least a part of the damping part 112 is installed on the non-moving part of the arm rest device 11, that is, the fixing part 111, thereby preventing an increase in the moment of inertia of the arm rest device 11. I can.
  • at least a part of the damping part 112 may be installed on the external object 7.
  • the first damping part 1121 may form a resistance force against the rotational motion of the first driving frame 1131.
  • the first damping part 1121 may include a first damping member 11213 that is connected to the first protruding member 11312 to transmit a resistance force according to the rotational motion of the first driving frame 1131, and the first damping member 1121.
  • the first driving source 11211 is connected to the damping member 11213 to form a resistance force and adjusts the magnitude of the resistance force, and the first damping member 11213 is firmly fixed to prevent rotation of the first driving frame 1131.
  • a first brake 11212 may be included.
  • the first damping member 11213 may contact the circular first contact surface 113121 of the first protruding member 11312.
  • connection between the first damping member 11213 and the first contact surface 113121 can be formed through various rotation transmission elements such as gear coupling, screw coupling, frictional coupling, and the like.
  • the first driving source 11211 may form a rotational resistance force in the first damping member 11213 connected to the first contact surface 113121 and adjust the magnitude of the resistance.
  • the first driving source 11211 may include a driving source such as a motor or a cylinder capable of forming a rotational force using energy such as electricity, pneumatic or hydraulic pressure.
  • the first brake 11212 prevents the first driving frame 1131 from being rotated with respect to the first rotation shaft 1A by fixing the first damping member 11213 connected to the first contact surface 113121 to prevent rotation.
  • the first brake 11112 may be an electromagnetic brake that strongly presses the first damping member 11213 by operating in an electromagnetic manner.
  • the second damping part 1122 may form a resistance force against the rotational motion of the second driving frame 1132.
  • the second damping part 1122 is connected to the second protruding member 11322 to transmit a resistance force according to the rotational motion of the second driving frame 1132, and a second damping member 11223
  • a second driving source 11221 connected to the member 11223 to form a resistance force and adjusting the magnitude of the resistance force, and a second driving frame 1132 to prevent rotation of the second driving frame 1132 by firmly fixing the second damping member 11223 It may include 2 brakes 11222.
  • the second driving source 11221 may form a rotational resistance force on the second damping member 11223 connected to the second contact surface 113221 and adjust the magnitude of the resistance.
  • the second driving source 11221 may include a driving source such as a motor or a cylinder capable of forming a rotational force with energy such as electricity, pneumatic, or hydraulic.
  • the second brake 11222 prevents the second drive frame 1132 from being rotated with respect to the first rotation shaft 1A by fixing the second damping member 11223 connected to the second contact surface 113221 so that it does not rotate.
  • the second brake 11222 may be an electromagnetic brake that strongly presses the second damping member 11223 by operating in an electromagnetic manner.
  • the structure of the first damping part 1121 and the second damping part 1122 it is possible to form a resistance force according to two degrees of freedom movement of the arm support module 114 in the horizontal direction.
  • the first damping part 1121 is a fixed part 111 by forming resistance against the movement of the first rotational freedom ⁇ 1 in which the first driving frame 1131 rotates with respect to the first rotational shaft 1A. It is possible to suppress the tendency of the central connection portion 1133 to rotate.
  • the second damping part 1122 forms a resistance force against the movement of the second driving frame 1132, that is, the second degree of freedom ( ⁇ 2) in which the driving link 1322 rotates with respect to the first rotation axis 1A, The tendency of the rotation end 1134 to be rotated with respect to the connection part 1133 may be suppressed.
  • damping control can be provided according to the type of work, precision, or preference of the user U. Can be implemented.
  • the horizontal direction of the rotation end 1134 can prevent the movement.
  • the arm of the user U supported by the arm support module 114 may be fixed in a position or posture according to the horizontal direction, so it may be effective for a task requiring precise movement using small muscles below the wrist. .
  • the first damping unit 1121 and the second damping unit 1122 that is, the first rotational freedom ( ⁇ 1) and the second rotational freedom ( ⁇ 2) are different from each other.
  • the first rotational freedom ( ⁇ 1) and the second rotational freedom ( ⁇ 2) are different from each other.
  • the master control unit 1123 operates the first damping unit 1121 or the second damping unit 1122 so that the first driving frame 1131 or the second driving frame 1132 is performed based on the first rotation axis 1A. Resistance to the rotational movement can be formed, and the magnitude of the resistance can be adjusted.
  • the master control unit 1123 operates the first brake 11212 or the second brake 11222 so that the first drive frame 1131 or the second drive frame 1132 performs rotation based on the first rotation axis 1A. It can inhibit movement.
  • the input unit 1124 may include an interface for receiving an input signal for controlling the first damping unit 1121 or the second damping unit 1122 from the user U.
  • first damping part 1121 and the second damping part 1122 do not necessarily have to individually form resistance to the rotational motion of the drive frames 1131 and 132 which are different from each other.
  • first damping member 11213 in contact with the first protruding member 11312 and the second damping member 11223 in contact with the second protruding member 1322 are each part of the same configuration. It could be.
  • FIGS. 19 and 20 are side views of the arm support module according to an exemplary embodiment.
  • the arm support module 114 includes a connection part 1141, a first support part 1144, a first arm support 1143, a rotation link 1145, a second support part 1146, and a second arm support part ( 1147) and a weight compensation unit 1148 may be included.
  • connection portion 1141 may be installed to be rotatable with respect to the arm rotation shaft 1C at the rotation end 1134.
  • the first support 1144 may be fixed to the connection 1141 and may support the first arm support 1143.
  • the first support part 1144 may be formed integrally with the connection part 1141 and rotate together with respect to the arm rotation shaft 1C.
  • the first arm support 1143 may support the arm of the user U.
  • the first arm support 1143 may support a portion of the arm of the user U adjacent to the elbow.
  • the surface of the first arm support 1143 may have a shape in which both edge portions are curved upward so that the arm of the user U can be stably seated and supported.
  • the first arm support 1143 may overlap with the arm rotation shaft 1C, so that the rotational motion of the forearm portion based on the elbow joint may be stably guided.
  • the rotation link 1145 may be a link whose one side is rotatably connected to the first support part 1144 and is connected to the second support part 1146 on the other side.
  • the rotation link 1145 may rotate with respect to the first support 1144 based on the tilt adjustment shaft 1K, and the tilt adjustment shaft 1K may be perpendicular to the arm rotation shaft 1C.
  • a damping part may be installed on the tilt adjustment shaft 1K to form resistance of a relative rotational motion between members connected to the tilt adjustment shaft 1K. According to such a damping unit, it is possible to implement damping in the movement of the arm rest device 11 in space.
  • the second support 1146 may be connected to the rotation link 1145 and support the second arm support 1147.
  • the second arm support 1147 may support the arm of the user U.
  • the second arm support 1147 may support a portion of the arm of the user U adjacent to the wrist.
  • the surface of the second arm support 1147 may have a shape in which both edge portions are curved upward so that the arm of the user U can be stably seated and supported.
  • the weight compensation unit 1148 may compensate for the influence of the weight of the arm of the user U and the weight of the arm support module 114 in the rotational motion of the rotation link 1145 with respect to the first support unit 1144. have.
  • the weight compensation unit 1148 may include an elastic body 11481 installed on the rotation link 1145 and a wire 11482 connected between the elastic body 11481 and the first support unit 1144. .
  • the elastic body 11481 may have one end fixed to the rotation link 1145 and the other end connected to the wire 11482.
  • the elastic body 11481 may be a spring installed so as to be expandable along the longitudinal direction of the rotation link 1145 as shown in FIGS. 18 to 20.
  • the wire 11482 may apply a tensile force to the elastic body 11481 between the elastic body 11481 and the first support portion 1144. According to the structure of the wire 11482, the amount of the tensile force applied to the elastic body 11481 may be adjusted according to the rotation angle formed by the rotation link 1145 with respect to the tilt adjustment shaft 1K.
  • a portion to which the wire 11482 is connected to the first support portion 1144 may be formed above a portion in which the tilt adjustment shaft is positioned in the first support portion 1144 along a vertical direction.
  • a portion where the wire 11482 is fixed to the first support portion 1144 may be referred to as a wire fixing portion 11441.
  • the spaced distance between the wire fixing part 11441 and the end of the elastic body 11481 may increase.
  • the tension applied to the elastic body 11481 may increase, and at the same time, from the elastic body 11481 The resilience formed can also be increased.
  • the restoring force of the elastic body 11481 can form a force in which the second arm support 1147 tends to move upward with respect to the first arm support 1143, so that the posture of the forearm of the user U In the process of switching to incline upward, the influence of the weight of the arm support module 114 including the weight of the arm of the user U may be reduced or compensated.
  • the first support portion 1144 and the elastic body 11481 may further include a guide pulley (11451) for guiding the connection direction of the wire (11482) between.
  • the wire 11482 extending from the wire fixing portion 11441 as shown in FIGS. 19 and 20 is wound around a part of the guide pulley 11451 and is parallel to the extending direction of the rotating link 1145. Since it can be connected to the elastic body 11481 in one state, the tensile force applied to the elastic body 11481 can be adjusted substantially linearly according to the rotation angle of the rotation link 1145.
  • the rotation link 1145 may further include an interference unit 11452 that interferes with the first support unit 1144 to prevent rotation with respect to the first support unit 1144 by more than a set angle.
  • the rotation link 1145 rotates so that it is oriented horizontally with respect to the tilt adjustment axis. If so, the interference unit 11452 may interfere with the first support unit 1144 to prevent the rotation link 1145 from rotating in a downwardly inclined direction with respect to the tilt adjustment axis.
  • the horizontal movement module 113 can stably guide two degrees of freedom movement along the horizontal direction while supporting the arm of the user U, and at the same time
  • the support module 114 may stably compensate the weight of the arm even in various postures by applying a gravity compensation mechanism according to the inclination of the arm posture in the vertical direction.
  • the arm rest device 11 can ergonomically support all postures of the user U's arm and minimize fatigue of the user U due to movement.
  • the user U can slowly and precisely move the tip of the surgical tool held by the hand near the lesion of the patient, so that the horizontal movement module 113 Can increase the damping power of This allows you to filter out unintended rapid and large arm movements, preventing unexpected scarring of the lesion.
  • the horizontal position of the arm support module 114 can be fixed through the brakes 11212 and 11222, it will be very effective for precise work utilizing small muscles below the wrist. I can.
  • 21 is a perspective view illustrating a slave device and a microscope according to an embodiment.
  • the first slave device 2 and the second slave device 2 ′ may be connected to the lower part of the support part 6.
  • the microscope 3 can be connected to the top of the support 6.
  • the support part 6 supports the first support frame 61 for supporting the first slave device 2, the second support frame 62 for supporting the second slave device 2', and the microscope 3 It may include a supporting base (63).
  • the support base 63 may be hinge-connected to be relatively rotatable, and may have a plurality of link structures provided in series.
  • the first support frame 61 and the second support frame 62 may have a hole formed through the underside of the microscope 3, and the microscope 3 may observe the patient's eyeball through the hole. .
  • the microscope 3 can be mounted movably on the support 6.
  • the microscope 3 is movable on the first support frame 61 and the second support frame 62 while maintaining the angle of the lens.
  • the microscope 3 is movable on a plane.
  • the microscope is movable along a first path P1 parallel to the first support frame 61 and a second path P2 perpendicular to the first path P1 (see FIGS. 29 and 30 ). ).
  • the support 6 includes a first linear actuator (not shown) for moving the microscope 3 along a first path, and a second linear actuator (not shown) for moving the microscope 3 along a second path. (Not shown) may be included.
  • the first slave device 2 includes a first surgical tool 250
  • the second slave device 2 ′ includes a second surgical tool 250 ′.
  • the first surgical tool 250 may include a rotation module 251 and a surgical tip 252 inserted into the eyeball of the patient and rotated by the rotation module 251.
  • the second surgical tool 250 ′ may include a rotation module 251 ′ and a surgical tip 252 ′ inserted into the eyeball of the patient and rotated by the rotation module 251 ′.
  • only one of the first surgical tool 250 and the second surgical tool 250 ′ is inserted into the eyeball, so that observation or surgery may be performed.
  • FIG. 22 is a perspective view schematically illustrating an internal structure of a slave device according to an embodiment.
  • the slave device includes a lower delta robot 210, an upper delta robot 220, a lower shaft 231, an upper shaft 232, a lower gripper 241, an upper gripper 242, and a surgical tool. 250, a lower frame 280 and an upper frame 290 may be included.
  • the lower delta robot 210 may support the lower gripper 241 to be movable.
  • the upper delta robot 220 may support the upper gripper 242 to be movable.
  • the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are, respectively, three support rods 211 and 221 and three moving parts 212 and 222 that move along the length direction of the support rods 211 and 221. ), and three arms (213, 223) connecting the moving parts (212, 222) and the grippers (241, 242), and a driving source 214 that provides power to move the three moving parts (212, 222). , 224).
  • the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are driven by a linear actuator method, and precise movements with little vibration and backlash are possible.
  • the three support rods 211 and 221 may be disposed between the lower frame 280 and the upper frame 290.
  • Each of the arms 213 and 223 and the corresponding moving parts 212 and 222 may be connected to be relatively rotatable with respect to each other, and each arm 213 and 223 and the corresponding grippers 241 and 242 are It can be connected to be relatively rotatable with respect to.
  • the support rod 211 of the lower delta robot 210 may be parallel to the support rod 221 of the upper delta robot 220.
  • the support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be a lower portion and an upper portion of any one of the support rods, respectively.
  • the support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be bonded to each other without boundaries. According to this structure, since it is possible to guide the six moving parts with only three support rods, the structure can be designed simply. Meanwhile, the support rod 211 of the lower delta robot 210 may be spaced apart from the support rod 221 of the upper delta robot 220 (see FIG. 28 ).
  • the lower shaft 231 may be driven by the lower delta robot 210.
  • the lower shaft 231 may be connected to the lower gripper 241 so as to be rotatable with two degrees of freedom.
  • the lower shaft 231 may include a joint for rotatably connected to the lower gripper 241 with two degrees of freedom, for example, a ball joint or a universal joint.
  • the lower shaft 231 may be fixed to the lower gripper 241 at a point where the joint is disposed.
  • One point of the lower shaft 231 may be fixed to the lower gripper 241.
  • a point of the lower gripper 241 at which the lower shaft 231 is fixed may be referred to as a center point of the lower gripper 241.
  • the upper shaft 232 may be driven by the upper delta robot 220.
  • the upper shaft 232 may be rotatably connected to the upper gripper 242 by two degrees of freedom.
  • the upper shaft 232 may include a joint for rotatably connected to the upper gripper 242 with two degrees of freedom, for example, a ball joint or a universal joint.
  • the upper shaft 232 may be fixed to the upper gripper 242 at a point where the joint is disposed.
  • One point of the upper shaft 232 may be fixed to the upper gripper 242.
  • a point of the upper gripper 242 at which the upper shaft 232 is fixed may be referred to as a center point of the upper gripper 242.
  • the lower shaft 231 and the upper shaft 232 are relatively slidable.
  • the lower shaft 231 and the upper shaft (232) can slide in one degree of freedom.
  • the lower shaft 231 can rotate 2 degrees of freedom with respect to the lower gripper 241, and the rotation of the lower shaft 231 is between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 in the axial direction of the lower shaft 231.
  • the slave device can move only the upper shaft 232 while the lower shaft 231 is fixed.
  • one of the lower shaft 231 and the upper shaft 232 may include a hollow portion, and the other shaft may include a slider that is slidable while being inserted into the hollow portion.
  • the lower shaft 231 includes a hollow portion accommodating at least a portion of the upper shaft 232, and the upper shaft 232 is inserted into the hollow portion of the lower shaft 231 It may include a slideable slider.
  • the slider can slide with one degree of freedom while in surface contact with the inner wall of the lower shaft 231.
  • the lower gripper 241 may rotatably support the lower shaft 231.
  • the lower gripper 241 is supported by the three arms 213 of the lower delta robot 210, and the position may be changed based on the movement of the three moving parts 212.
  • the upper gripper 242 may rotatably support the upper shaft 232.
  • the upper gripper 242 is supported by the three arms 223 of the upper delta robot 220, and the position may be changed based on the movement of the three moving parts 222.
  • the lower gripper 241 and the upper gripper 242 are in a state in which the surgical tool 250 is separated from the center point of the lower gripper 241 in the axial direction (length direction) of the lower shaft 231
  • the distance between the gripper 241 and the upper gripper 242 may be adjusted.
  • the lower gripper 241 is fixed, and the upper gripper 242 moves along a path parallel to the length direction of the lower shaft 231.
  • the surgical tool 250 may include a rotating module 251 and a surgical tip 252.
  • the surgical tip 252 may be a longitudinal member.
  • the surgical tip 252 may be parallel to the lower shaft 231 and the upper shaft 232.
  • the central axis of the surgical tip 252 may pass through the central axis of each of the lower shaft 231 and the upper shaft 232.
  • the surgical tip 252 has a thickness thinner than that of the lower shaft 231 and may be inserted into the eyeball through the surface of the eyeball.
  • the rotation module 251 may be mounted on the lower shaft 231 and rotate the surgical tip 252.
  • the surgical tip 252 may rotate about an axis parallel or parallel to the longitudinal axis of the lower shaft 231.
  • FIG. 23 is a plan view schematically showing a surgical tool according to an embodiment
  • FIG. 24 is a front view schematically showing a lower shaft and a surgical tool according to an embodiment.
  • FIG. 23 shows the internal mechanism of the rotation module 251 shown briefly in FIG. 24.
  • the rotation module 251 may be installed at the lower end of the lower shaft 231. Unlike this, of course, the rotation module 251 may be installed elsewhere on the lower shaft 231.
  • the rotation module 251 includes a main body 2511, a first gear 2512 installed on the side of the main body 2511, a gear shaft 2513 for rotating the first gear 2512, and a first gear 2512. ) May include a second gear (2514) meshing.
  • the surgical tip 252 may be rotated together according to the rotation of the second gear 2514.
  • the rotation axis of the second gear 2514 may be parallel to or coincide with the central axis of the lower shaft 231.
  • the drive source installed in the rotation module 251 first rotates the gear shaft 2513, and accordingly, the first gear 2512 rotates the second gear 2514, and then the surgical tip 252 rotates. . Through this, yaw rotation with the longitudinal direction of the lower shaft 231 as a gear shaft may be achieved.
  • 25 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are positioned relatively close according to an embodiment.
  • 26 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are located relatively far away according to an embodiment.
  • the user can adjust the distance between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 as much as possible within the movable range, thereby increasing the precision of the slave device.
  • the surgical tool 250 with respect to the center point (C1) of the lower gripper 241 The position can be fixed. According to this structure, even while the surgical tool 250 performs a surgical operation on a part of the eye, the level of precision can be adjusted without changing the position of the surgical tool 250.
  • 27 is a block diagram of a slave device according to an embodiment.
  • operations of the lower delta robot 210, the upper delta robot 220, and the rotation module 251 are controlled by the control unit 270, respectively.
  • the lower delta robot 210 controls the position of the lower gripper 241
  • the upper delta robot 220 controls the position of the upper gripper 242.
  • control unit 270 may be distinguished from the master control unit 14 (refer to FIG. 3) and may be referred to as a “slave control unit”.
  • master control unit 14 and the slave control unit 270 are described separately from each other, it should be noted that they are not necessarily physically divided and provided inside the master or slave.
  • a separate control unit may be provided outside the master and the slave, and the master and the slave may be operated by the same control unit.
  • the surgical system 100 (refer to FIG. 1) includes a control unit that receives an input signal from the master device and controls the slave device, and the control unit is provided in the master device and/or the slave device, or It should be noted that it may be provided outside.
  • the control unit 270 may separately control all operations of each of the three driving sources 214 of the lower delta robot 210.
  • the moving part 212 moves according to the operation of the driving source 214, and the arm 213 connected to the moving part 212 moves, thereby moving the lower gripper 241.
  • the lower gripper 241 finally moves the lower shaft.
  • control unit 270 may separately control all operations of each of the three driving sources 224 of the upper delta robot 220.
  • the moving part 222 moves, and the arm 223 connected to the moving part 222 moves, thereby moving the upper gripper 242.
  • the upper gripper 242 finally moves the upper shaft.
  • the movement of the surgical tip 252 may be interlocked with the movement of the lower and upper shafts.
  • the surgical tip 252 can rotate a total of 3 degrees of freedom.
  • the controller 270 controls the rotation of the two degrees of freedom of the surgical tip 252 through the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220, and controls the rotation of the remaining one degree of freedom through the rotation module 251. have.
  • precision and operation range can be adjusted as necessary by utilizing the precise delta robot structure used in the entire industry, so not only medical robots, but also all fields that need to adjust precise movement and wide range of operation as necessary. It can be used for
  • FIG. 28 is a perspective view of a slave device according to an embodiment.
  • the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 respectively, three support rods (211, 221), three moving parts (212, 222), and three arms (213) , 223), and three driving sources 214 and 224, and three guide rods 215 and 225 may be included.
  • the support rods 211 and 221 and the moving parts 212 and 222 may have, for example, a ball-screw linear sliding structure.
  • the driving sources 214 and 224 may cause the moving parts 212 and 222 to move in the longitudinal direction of the support rods 211 and 221 by rotating the support rods 211 and 221. According to such a structure, more precise operation is possible and a rigid structure can be implemented against external impact.
  • the support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be spaced apart from each other.
  • any one support rod 211 of the lower delta robot 210 may be disposed between two adjacent support rods 221 of the upper delta robot 220. In this way, when the support rods 211 and 221 of the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are spaced apart, the support rods 211 and 221 of the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 Compared with the state in which) are arranged side by side, the movable range of the moving parts 212 and 222 may be increased.
  • the guide rods 215 and 225 are disposed in parallel with the support rods 211 and 221 and may guide the movement of the moving parts 212 and 222.
  • the moving parts 212 and 222 move along the guide rods 215 and 225 and the support rods 211 and 221, thereby enabling a more stable vertical movement.
  • the guide rods 215 and 225 may increase the positioning accuracy of the moving parts 212 and 222, and as a result, may increase the positioning accuracy of the surgical tool 250.
  • the moving parts 212 and 222 may move along the support rods 211 and 221 and the guide rods 215 and 225 to control the position of the surgical tip 252.
  • the rotation module 251 may rotate the surgical tip 252 around a central axis of the surgical tip 252. By the moving parts 212 and 222 and the rotation module 251, a roll, pitch, and yaw rotation of the surgical tip 252 may be implemented.
  • 29 and 30 are diagrams schematically illustrating a state in which the eyeball rotates according to the driving of the first and second slave devices, and the microscope moves according to the rotation of the eyeball.
  • the microscope 3 is disposed between the first slave device 2 and the second slave device 2 ′, and is movable on the support frames 61 and 62.
  • the microscope 3 is movable along two paths P1 and P2 orthogonal to each other.
  • the two paths P1 and P2 include a first path P1 and a second path P2 that are each perpendicular to an arbitrary line perpendicular to the lens of the microscope 3.
  • the microscope 3 is movable on a plane comprising a first path P1 and a second path P2.
  • the microscope 3 may include two linear actuators that are orthogonal and provided.
  • the first slave device 2 and the second slave device 2 ′ may each include a first surgical tool 250 and a second surgical tool 250 ′ passing through the surface of the eyeball E.
  • the first slave device 2 and the second slave device 2 ′ may rotate the eyeball E by changing the angles of the first surgical tool 250 and the second surgical tool 250 ′.
  • the eyeball E is rotatable around a first rotation axis A1 passing through the center of the eyeball, and can rotate around a second rotation axis perpendicular to the first rotation axis A1 and passing through the center of the eyeball.
  • the first rotation axis A1 and the second rotation axis A2 may be orthogonal to an imaginary extension line passing through the center of the pupil P from the center of the eyeball E, for example.
  • the microscope 3 can move based on the rotation of the eyeball E.
  • the lens By moving the microscope 3 in response to the change in the position of the pupil P, the lens can be positioned parallel to the pupil P.
  • the amount of movement of the microscope 3 can be determined as the amount of change in the position where the center position of the pupil P is projected onto a plane in which the microscope 3 can move. According to this method, as shown in Figs. 29 and 30, the area that can be observed from the inside of the eyeball E can be increased.
  • the slave devices 2 and 2' rotate the eyeball E while the relative position and angle of the surgical tools 250 and 250' with respect to the eyeball E are fixed. I can make it. According to this control method, since the distance between the two surgical instruments 250 and 250 ′ is not changed, it is possible to prevent the eyeball E from being damaged in the process of rotating the eyeball E.

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Abstract

일 실시 예에 따르면, 수술 시스템은, 하부 샤프트와, 상기 하부 샤프트에 1자유도로 슬라이딩 가능하게 연결되는 상부 샤프트와, 상기 하부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 하부 그리퍼와, 상기 상부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 상부 그리퍼와, 상기 하부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 하부 델타 로봇과, 상기 상부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 상부 델타 로봇과, 상기 하부 샤프트에 연결되는 수술 도구를 포함하는 슬레이브 장치; 마스터 베이스부와, 상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드와, 상기 암 지지 로드의 상측에 설치되는 상부 암 및 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암과, 상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며 사용자가 파지할 수 있는 조작 그리퍼를 포함하는 마스터 장치; 및 상기 마스터 장치로부터 입력 신호를 전달받아, 상기 슬레이브 장치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

수술 시스템
아래의 설명은 수술 시스템에 관한 것이다.
수술이란 피부, 점, 기타의 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 일을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형 또는 제거하는 개복 수술은 출혈, 부작용, 환자의 고통 및/또는 흉터 등의 문제로 인하여, 최근에는 로봇을 이용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치와, 마스터 장치로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치로 구성되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치할 수 있다. 한편, 마스터 장치 및 슬레이브 장치는 서로 멀리 이격되어 배치될 수도 있다. 의사는 마스터 장치를 통해 멀리 이격되어 있는 장소에 배치된 슬레이브 장치를 구동할 수 있다. 또한, 하나의 마스터 장치는 복수 개의 슬레이브 장치 중 어느 하나의 슬레이브 장치에 선택적으로 연동될 수 있다.
의사는 마스터 장치를 통해 슬레이브 장치를 조작하여 수술 작업을 수행할 수 있다. 하지만 장기간의 시간이 소요되거나 정교하고 세밀한 작업이 필요한 수술의 경우, 마스터 장치를 이용하더라도 의사의 손목 및 팔 관절에 피로가 누적되어 정교한 작업을 수행하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 다양한 동작 신호를 생성할 수 있는 동시에, 조작에 따른 사용자의 피로를 경감할 수 있는 마스터 장치가 요구되는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 목적은 수술 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 수술 시스템은, 하부 샤프트와, 상기 하부 샤프트에 1자유도로 슬라이딩 가능하게 연결되는 상부 샤프트와, 상기 하부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 하부 그리퍼와, 상기 상부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 상부 그리퍼와, 상기 하부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 하부 델타 로봇과, 상기 상부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 상부 델타 로봇과, 상기 하부 샤프트에 연결되는 수술 도구를 포함하는 슬레이브 장치; 마스터 베이스부와, 상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드와, 상기 암 지지 로드의 상측에 설치되는 상부 암 및 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암과, 상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며 사용자가 파지할 수 있는 조작 그리퍼를 포함하는 마스터 장치; 및 상기 마스터 장치로부터 입력 신호를 전달받아, 상기 슬레이브 장치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 조작 그리퍼가 파지되어 움직일 경우, 상기 상부 암 또는 상기 하부 암이 이동된 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성하고, 상기 입력 신호에 기초하여, 상기 하부 델타 로봇 및 상부 델타 로봇을 제어함으로써 상기 수술 도구의 위치 및 각도를 제어할 수 있다.
상기 상부 암 및 상기 하부 암은 각각, 상기 암 지지 로드에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부; 및 상기 회전 결합부에 회전 가능하게 연결되며, 동일한 평면 내에서 굴곡 또는 신전 가능한 2절 링크로 구성되는 회동 링크를 포함할 수 있다.
상기 상부 암 및 상기 하부 암 각각의 회동 링크는, 상기 회전 결합부에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크; 상기 제 1 암 링크에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크; 및 상기 제 2 암 링크의 단부에 상기 제 2 암 링크의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되고 상기 조작 그리퍼에 연결되는 조작 그리퍼 조인트를 포함할 수 있다.
상기 상부 암 및 상기 하부 암은 각각, 상기 회전 결합부에 대한 상기 제 1 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 1 회전 구동부; 및 상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 2 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 암 지지 로드는, 상기 암 지지 로드에 대한 상기 상부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 상부 회전 구동부; 및 상기 암 지지 로드에 대한 상기 하부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 하부 회전 구동부를 포함할 수 있다.
상기 조작 그리퍼는, 핸들; 상기 핸들로부터 길이 방향으로 연장되는 고정 샤프트; 상기 핸들로부터 길이 방향으로 연장되고 둘레가 가압될 경우 길이 방향으로 신장되는 파지 스위치부; 및 상기 고정 샤프트로부터 고정되고, 상기 파지 스위치부의 적어도 일부를 수용하는 내부 공간과, 상기 파지 스위치부가 상기 내부 공간에서 이동하는 변위를 계측하는 변위 감지 센서를 구비하는 측정 하우징을 포함할 수 있다.
상기 파지 스위치부는, 상기 핸들로부터 상기 측정 하우징의 내부 공간을 향해 돌출하는 동시에, 상기 고정 샤프트의 둘레 바깥의 방사상의 방향을 따라서 절곡되는 절곡 입력부; 및 상기 절곡 입력부에 연결되고 적어도 일부가 상기 측정 하우징의 내부 공간에 삽입되어 있는 입력 슬라이더를 포함할 수 있다.
상기 하부 델타 로봇은, 3개의 하부 지지 로드와, 상기 하부 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 하부 이동부와, 상기 하부 이동부 및 상기 하부 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 하부 암을 포함하고, 상기 상부 델타 로봇은, 3개의 상부 지지 로드와, 상기 상부 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 상부 이동부와, 상기 상부 이동부 및 상기 상부 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 상부 암을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 수술 도구의 일 지점의 위치를 원격 회전 중심으로 설정하고, 상기 제어부는 상기 조작 그리퍼의 움직임에 기초하여, 상기 수술 도구의 끝단의 위치를 조정하되, 상기 수술 도구의 적어도 일 지점이 항상 상기 원격 회전 중심을 지나도록 제어할 수 있다.
상기 마스터 베이스부는, 외부에 고정되는 고정 베이스; 및 상기 고정 베이스 및 상기 암 지지 로드를 상호 연결하고, 상기 고정 베이스에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스를 포함하고, 상기 암 지지 로드는, 상기 고정 베이스에 대하여 2자유도 회전할 수 있다.
상기 고정 베이스에 대한 상기 암 지지 로드의 회전에 기초하여, 상기 수술 도구의 위치 또는 각도가 제어될 수 있다.
상기 수술 시스템은, 사용자로부터, (i) 상기 암 지지 로드가 상기 고정 베이스에 대하여 움직이지 않게 하는 제 1 모드와, (ii) 상기 상부 암 및 상기 하부 암이 모두 상기 암 지지 로드에 대하여 움직이지 않게 하는 제 2 모드를 포함하는 복수 개의 모드 중 어느 하나의 모드를 입력받을 수 있는 모드 입력부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 모드에서, 상기 제어부는, 상기 조작 그리퍼의 단부의 공간상의 위치 정보에 기초하여, 상기 수술 도구의 단부의 위치를 조절하되, 상기 수술 도구가 특정 지점을 항상 지나가도록, 상기 상부 델타 로봇 및 상기 하부 델타 로봇을 제어할 수 있다.
상기 제 2 모드에서, 상기 제어부는, 상기 암 지지 로드가 상기 고정 베이스에 대하여 움직인 회전량에 기초하여, 상기 수술 도구의 위치를 조절하되, 미리 설정된 구면 좌표계의 원점을 기준으로, 상기 특정 지점이 동일한 거리에 위치하는 다른 지점으로 이동되도록 상기 상부 델타 로봇 및 상기 하부 델타 로봇을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수술 시스템에 의하면, 사용이 직관적이면서도, 수술 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 수술 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 조작부의 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 조작부의 분해 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 상부 암의 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 하부 암의 사시도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 움직임에 따라 마스터 암의 변화된 자세를 나타내는 사시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 사시도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 단면도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 스위치부가 눌려진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수직 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수평 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 18은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이다.
도 19 및 도 20은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.
도 21은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치 및 현미경을 도시하는 사시도이다.
도 22는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 23은 일 실시 예에 따른 수술 도구를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 24는 일 실시 예에 따른 하부 샤프트 및 수술 도구를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 25은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 가까이 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 26은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 멀리 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 27은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 블록도이다.
도 28는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 사시도이다.
도 29 및 도 30은 제 1 및 제 2 슬레이브 장치의 구동에 따라 안구가 회전하고, 안구의 회전에 따라 현미경이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 수술 시스템의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 수술 시스템(100)은, 사용자(U)의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치(1)와, 마스터 장치(1)로부터 신호를 받아 직접 환자(P)에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치(2)와, 환자(P)의 수술 부위 및 슬레이브 장치(2)의 동작을 촬영하는 현미경 모듈(3)과, 슬레이브 장치(2)와 현미경 모듈(3)을 지지하는 지지부(6)와, 현미경 모듈(3)로부터 촬영된 영상을 사용자(U)에게 표시하는 디스플레이(8)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)는 외부 물체에 고정될 수 있다. 예를 들어, 마스터 장치(1)는 도 1과 같이, 테이블과 같은 평면의 작업 공간을 갖는 외부 물체(7) 상에 고정될 수 있고, 디스플레이(8) 또한 외부 물체(7) 상에 배치되어 사용자(U)로 하여금 원격으로 환자(P)의 수술 부위를 관찰하는 동시에 슬레이브 장치(2)를 용이하게 조작할 수 있도록 한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 블록도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 조작부의 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 조작부의 분해 사시도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 상부 암의 사시도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 하부 암의 사시도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 움직임에 따라 마스터 암의 변화된 자세를 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)는 사용자가 직접 파지하여 원격의 슬레이브 장치(2) 또는 현미경 모듈(3)을 조작할 수 있는 조작부(12)와, 사용자(U)의 팔을 지지하고 수술 과정에서 팔의 동작을 가이드하는 암 레스트 장치(11)와, 조작부(12) 및 암 레스트 장치(11)의 동작을 제어하고 조작부(12)의 동작에 기초하여 슬레이브 장치(2) 또는 현미경 모듈(3)을 조작하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 제어부(14)를 포함할 수 있다.
암 레스트 장치(11)에 대한 구체적인 설명은 도 14 내지 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.
일 실시 예에 따른 조작부(12)는, 외부 물체(7)에 고정된 상태로 사용자(U)에 의해 파지되어 구동될 수 있다.
일 실시 예에 따른 조작부(12)는 외부 물체(7)에 고정되는 마스터 베이스부(123)와, 마스터 베이스부(123)로부터 연결되는 암 지지 로드(124)와, 암 지지 로드(124)에 설치되는 마스터 암(121)과, 마스터 암(121)에 의해 회전 가능하게 연결되고 사용자가 파지할 수 있는 조작 그리퍼(122)와, 마스터 장치(1)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할지 여부를 선택하는 모드 입력 신호를 마스터 제어부(14)에 전달하는 모드 입력부(128)를 포함할 수 있다.
마스터 베이스부(123)는, 외부 물체(7)에 고정되는 고정 베이스(1231)와, 고정 베이스(1231)와 암 지지 로드(124)를 상호 연결하고 고정 베이스(1231)에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스(1232)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 회전 베이스(1232)는 고정 베이스(1231)에 대해서 지면과 수직한 축을 기준으로 1 자유도 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 암 지지 로드(124)는 회전 베이스(1232)에 대해서 지면과 평행한 축(회전 베이스(1232)의 회전축에 수직한 축)을 기준으로 1 자유도 회전 가능하게 설치될 수 있다.
위의 구조에 의하면, 암 지지 로드(124)는 고정 베이스(1231)에 대하여 2 자유도 회전 가능하게 움직일 수 있다.
예를 들어 회전 베이스(1232)는, 고정 베이스(1231)에 대한 회전을 조절 및 감지하기 위한 수평 회전 조절부(12322, 도 12 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 마스터 암(121)의 무게로 인한 회전 모멘트를 보상하기 위한 모멘트 보상부(12321, 도 12 참조)를 포함할 수 있다.
수평 회전 조절부(12322)는, 고정 베이스(1231) 및 회전 베이스(1232) 사이에 마찰력을 형성하여 회전 베이스(1232)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 수평 회전 구동부(123221, 도 3 참조)와, 고정 베이스(1231) 및 회전 베이스(1232) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 수평 회전 인코더(123222, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
모멘트 보상부(12321)는, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이에 설치되는 탄성체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모멘트 보상부(12321)는, 회전 베이스(1232)에 암 지지 로드(124)가 연결되는 회전축에 설치되는 판 스프링 또는 토션 스프링일 수 있다.
암 지지 로드(124)는, 회전 베이스(1232)에 대한 암 지지 로드(124)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 수직 회전 조절부(1241, 도 8 참조)와, 암 지지 로드(124)에 대한 상부 암(1211, 도 5 참조)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)와, 암 지지 로드(124)에 대한 하부 암(1212)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 하부 회전 조절부(1244)를 포함할 수 있다.
수직 회전 조절부(1241, 도 8 참조)는, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이에 마찰력을 형성하여 암 지지 로드(124)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 수직 회전 구동부(12411, 도 3 참조)와, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 수직 회전 인코더(12412, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)는, 암 지지 로드(124)의 측부에 형성될 수 있다.
상부 회전 조절부(1243)는, 암 지지 로드(124) 및 상부 암(1211) 사이에 마찰력을 형성하여 상부 암(1211)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 상부 회전 구동부(12431, 도 3 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 상부 암(1211) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 상부 회전 인코더(12432, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상부 회전 조절부(1243)는 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 상부 회전 조절부(1243)를 좌측 상부 회전 조절부(1143)로, 나머지 상부 회전 조절부(1243)를 우측 상부 회전 조절부(1143')로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 상부 회전 조절부(1243)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀 둔다.
하부 회전 조절부(1244, 도 5 참조)는, 암 지지 로드(124)의 측부에 설치되되, 상부 회전 조절부(1243)보다 하측에 위치될 수 있다.
하부 회전 조절부(1244)는, 암 지지 로드(124) 및 하부 암(1212) 사이에 마찰력을 형성하여 하부 암(1212)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 하부 회전 구동부(12441, 도 3 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 하부 암(1212) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 하부 회전 인코더(12442, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 하부 회전 조절부(1244)는 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 하부 회전 조절부(1244)를 좌측 하부 회전 조절부(1244)로, 나머지 하부 회전 조절부(1244)를 우측 하부 회전 조절부(1244')로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 하부 회전 조절부(1244)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
예를 들어, 암 지지 로드(124)는 수직 회전 조절부(1241)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 연장 로드(1242, 도 8 참조)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 연장 로드(1242)는 사용자(U)가 위치하는 반대 방향으로 돌출될 수 있다.
마스터 암(121)은, 암 지지 로드(124)의 상측에 설치되는 상부 암(1211)과, 암 지지 로드(124)의 하측에 설치되고 하부 암(1212)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상부 암(1211)은 상부 회전 조절부(1243)에 설치될 수 있고, 하부 암(1212)은 하부 회전 조절부(1244)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 단부는 하나의 조작 그리퍼(122)의 이격된 2 지점에 연결될 수 있다.
예를 들어, 마스터 암(121)은 도 4 및 도 5와 같이 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에서 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 마스터 암(121)을 좌측 마스터 암(121)으로, 나머지 마스터 암(121)을 우측 마스터 암(121)로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 마스터 암(121)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
상부 암(1211)은, 도 6에 도시된 것처럼, 암 지지 로드(124)에 대해 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부(12111)와, 회전 결합부(12111)에 회전 가능하게 연결되며 동일한 평면 내에서 회전 가능한 2절 링크로 형성되는 회동 링크(12112)와, 회전 결합부(12111)에 대한 회동 링크(12112)의 회전 운동을 조절 및 감지하기 위한 암 회전 조절부(12113, 12114)와, 암 지지 로드(124)에 대해서 상부 암(1211)이 자중에 의해 형성되는 회전 모멘트를 보상하기 위한 회전 보상부(12115)를 포함할 수 있다.
회전 결합부(12111)는, 암 지지 로드(124)의 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)의 회전축은 암 지지 로드(124)의 회전축과 동일할 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)는, 암 지지 로드(124)에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)는 상부 회전 조절부(1243)에 회전 가능하게 연결되는 결합 축(121111)을 포함할 수 있다.
회동 링크(12112)는, 회전 결합부(12111)에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크(121121)와, 제 1 암 링크(121121)에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크(121122)와, 제 2 암 링크(121122)의 단부에서 제 2 암 링크(121122)의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 조작 그리퍼 조인트(121123)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 암 링크(121121) 및 제 2 암 링크(121122)는 동일한 평면 내에서 회동하는 2 절 링크 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 링크(121121) 및 제 2 암 링크(121122) 각각의 회전축은 회전 결합부(12111)의 회전축과 직교할 수 있다.
예를 들어, 제 2 암 링크(121122)는 후술할 회전 전달 부재(121145)에 연결되는 제 1 회전 풀리(1211221)를 포함할 수 있다.
조작 그리퍼 조인트(121123)의 일측은 제 2 암 링크(121122)의 단부에 연결되고, 타측은 조작 그리퍼(122)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 조작 그리퍼 조인트(121123)에 의하면, 조작 그리퍼(122)는 제 2 암 링크(121122)에 대하여 2 자유도 회전 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 조작 그리퍼 조인트(121123)는 유니버셜 조인트 방식으로 조작 그리퍼(122) 및 제 2 암 링크(121122)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211)의 조작 그리퍼 조인트(121123)는 조작 그리퍼(122)의 상부 조인트(1227, 도 8 참조)에 연결될 수 있다.
암 회전 조절부(12113, 12114)는 회전 결합부(12111)에 대한 제 1 암 링크(121121)의 회전 운동을 조절 및 감지할 수 있는 제 1 회전 구동부(12113)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 2 암 링크(121122)의 회전 운동을 조절 및 감지할 수 있는 제 2 회전 구동부(12114)를 포함할 수 있다.
제 1 회전 구동부(12113)는, 제 1 암 링크(121121)에 연결되어 회전하는 제 1 회전자(121133)와, 제 1 회전자(121133)에 연결되어 제 1 암 링크(121121)의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 마찰 부재(121132)와, 제 1 마찰 부재(121132)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 1 회전 고정부(121131)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 1 암 링크(121121)의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 제 1 암 인코더(121134)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 회전자(121133)는 제 1 암 링크(121121)의 회전축을 공유하는 원형 또는 호(arc)형의 부재일 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 인코더(121134)는 회전 결합부(12111)에 고정되어 제 1 회전자(121133)가 상대적으로 회전되는 각도 변위를 계측할 수 있다.
제 2 회전 구동부(12114)는, 제 2 암 링크(121122)에 연결되어 회전하는 제 2 회전자(121143)와, 제 2 암 링크(121122) 및 제 2 회전자(121143) 사이에 연결되어 제 1 암 링크(121121)에 대한 상기 제 2 암 링크(121122)의 회전력을 제 2 회전자(121143)에 전달하는 회전 전달 부재(121145)와, 제 2 회전자(121143)에 연결되어 제 2 암 링크(121122)의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 마찰 부재(121142)와, 제 2 마찰 부재(121142)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 2 회전 고정부(121141)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 2 암(121122)의 회전 각도 변위 또는 제 1 암(121121)에 대한 제 2 암 링크(121122)의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 제 2 암 인코더(121144)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 2 회전자(121143)는 제 1 회전자(121133)의 동일한 회전축을 갖는 원형 또는 호(arc)형의 부재일 수 있다. 예를 들어, 제 2 회전자(121143)는 회전 전달 부재(121145)에 연결되는 제 2 회전 풀리(1211431)를 포함할 수 있다.
회전 전달 부재(121145)는, 제 2 회전자(121143) 및 제 2 암 링크(121122) 사이의 회전 운동을 전달할 수 있다. 예를 들어, 회전 전달 부재(121145)는 제 2 암 링크(121122)의 제 1 회전 풀리(1211221) 및 제 2 회전자(121143)의 제 2 회전 풀리(1211431) 사이에 감겨진 타이밍 벨트일 수 있다.
예를 들어, 제 2 암 인코더(121144)는 회전 결합부(12111)에 고정되어 제 2 회전자(121143)가 상대적으로 회전되는 각도 변위를 계측할 수 있다.
회전 보상부(12115)는, 회전 결합부(12121)를 중심으로 회동 링크(12122)의 반대 방향에 위치하는 질량체로써, 결합 축(121211)을 기준으로 한 회전 모멘트를 보상함으로써, 사용자(U)의 조작을 용이하게 할 수 있다.
상부 암(1211)에 의하면, 조작 그리퍼 조인트(121123)에 연결된 조작 그리퍼(122)의 부분은 사용자(U)에게 파지된 상태로 3 자유도 이동이 가능할 수 있다.
예를 들어, 마스터 암(121)의 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 서로 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 서로 대칭되는 구조를 가질 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 상부 암(1211)에 대한 설명은 하부 암(1212)에도 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
하부 암(1212)은, 도 7에 도시된 것처럼, 암 지지 로드(124)에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부(12121)와, 회전 결합부(12121)에 회전 가능하게 연결되며 동일한 평면 내에서 회전 가능한 2절 링크로 형성되는 회동 링크(12122)와, 회전 결합부(12121)에 대한 회동 링크(12122)의 회전 운동을 조절 및 감지하기 위한 암 회전 조절부(12123, 12124)와, 암 지지 로드(124)에 대해서 하부 암(1212)이 자중에 의해 형성되는 회전 모멘트를 보상하기 위한 회전 보상부(12125)를 포함할 수 있다.
하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)는, 암 지지 로드(124)의 하부 회전 조절부(1244)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)의 회전축은 상부 암(1211)의 회전 결합부(12111)의 회전축과 평행할 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12121)는 하부 회전 조절부(1244)에 회전 가능하게 연결되는 결합 축(121211)을 포함할 수 있다.
회동 링크(12122)는, 제 1 암 링크(121221), 제 2 암 링크(121222) 및 조작 그리퍼 조인트(121223)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 암 링크(121222)는 회전 전달 부재(121245)에 연결되는 제 1 회전 풀리(1212221)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 암(1212)의 조작 그리퍼 조인트(121223)는 조작 그리퍼(122)의 하부 조인트(1228)에 연결될 수 있다.
암 회전 조절부(12123, 12124)는, 제 1 회전 구동부(12123) 및 제 2 회전 구동부(12124)를 포함할 수 있다. 제 1 회전 구동부(12123)는, 제 1 회전자(121233), 제 1 마찰 부재(121232), 제 1 회전 고정부(121231) 및 제 1 암 인코더(121234)를 포함할 수 있다. 제 2 회전 구동부(12124)는, 제 2 회전자(121243), 회전 전달 부재(121245), 제 2 마찰 부재(121242), 제 2 회전 고정부(121241) 및 제 2 암 인코더(121244)를 포함할 수 있다. 제 2 회전자(121243)는 회전 전달 부재(121245)에 연결되는 제 2 회전 풀리(1212431)를 포함할 수 있다.
한편, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 각각 암 지지 로드(124)에 대하여 각각 서로 다른 각도로 회전될 수 있다. 구체적으로, 상부 암(1211)의 회전 결합부(12111) 및 하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)결합 축(이상의 구조에 의하면, 상부 암(1211)의 조작 그리퍼 조인트(121123) 및 하부 암(1212)의 조작 그리퍼 조인트(121223)에 각각 연결된 조작 그리퍼(122)는, 사용자(U)에 의해 파지된 상태로 6자유도 움직임을 가질 수 있다. 다시 말하면, 사용자(U)는 조작 그리퍼(122)를 3 자유도 이동 및 3 자유도 회전시킬 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 사시도이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 단면도이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼의 스위치부가 눌려진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 조작 그리퍼(122)는 사용자(U)에 의해 파지될 수 있고, 슬레이브 장치(2)를 조작할 수 있는 입력 신호를 생성할 수 있다.
마스터 제어부(14, 도 3 참조)는, 조작 그리퍼(122)의 움직임을 감지하여, 환자(P)의 환부에 직접적으로 접촉되는 슬레이브 장치(2)의 수술 단부의 위치를 이동시키기 위한 입력 신호를 형성할 수 있다. 일 예로, 마스터 제어부(14)는, 조작 그리퍼(122) 단부의 위치(x, y, z 좌표값)를 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)에 연결된 수술 도구의 단부를 그에 대응하는 위치로 이동하게 하는 입력 신호를 생성할 수 있다. 다른 예로, 마스터 제어부(14)는, 조작 그리퍼(122)의 회전 또는 자세의 변화를 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)에 연결된 수술 도구의 회전 또는 자세를 제어하는 입력 신호를 생성할 수 있다.
조작 그리퍼(122)는 2 개로 구성되어 암 지지 로드(124)의 양측에 각각 설치된 2 개의 마스터 암(121)의 단부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 좌측 마스터 암(121)에 연결되는 조작 그리퍼(122)를 좌측 조작 그리퍼(122)라 하고, 우측 마스터 암(121')에 연결되는 조작 그리퍼(122)를 우측 조작 그리퍼(122')라 할 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 조작 그리퍼(122)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
예를 들어, 조작 그리퍼(122)는, 사용자(U)로부터 파지되는 핸들(1221)과, 핸들(1221)로부터 길이 방향으로 연장되는 고정 샤프트(1222)와, 고정 샤프트(1222)에 고정되는 측정 하우징(1224)과, 핸들(1221)로부터 측정 하우징(1224) 내부를 향해 연결되어 사용자(U)로부터 가압될 경우 적어도 일부가 측정 하우징(1224) 내부에서 슬라이딩 되는 파지 스위치부(1223)와, 고정 샤프트(1222)와 측정 하우징(1224)을 연결하는 고정 연결부(1225)와, 측정 하우징(1224)으로부터 길이 방향으로 연장되는 연결 샤프트(1226)와, 연결 샤프트(1226)에 회전 가능하게 설치되어 상부 암(1211)의 단부에 연결되는 상부 조인트(1227)와, 연결 샤프트(1226)에 회전 가능하게 설치되어 하부 암(1212)의 단부에 연결되는 하부 조인트(1228)와, 하부 조인트(1228)에 고정되어 연결 샤프트(1226)가 하부 조인트(1228)에 대해 회전하는 각도 변위를 계측하는 조작 그리퍼 회전 인코더(1229)를 포함할 수 있다.
고정 샤프트(1222)는 도 10을 기준으로 조작 그리퍼(122)의 길이 방향을 따라서 핸들(1221)로부터 하측으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 고정 샤프트(1222)의 하측 일부는 측정 하우징(1224)의 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 고정 샤프트(1222) 및 측정 하우징(1224)은 고정 연결부(1225)에 연결되어 상호 고정될 수 있다.
예를 들어, 고정 샤프트(1222)는 핸들(1221) 및 측정 하우징(1224) 사이의 부분에서, 방사상 외측으로 돌출 형성되는 파지 제한부(12221)를 포함할 수 있다.
파지 스위치부(1223)는 둘레가 파지될 경우 길이 방향으로 신장되어 파지 스위치부(1223)의 적어도 일부가 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)에서 이동될 수 있다. 파지 스위치부(1223)는, 절곡 입력부(12231) 및 입력 슬라이더(12232)를 포함할 수 있다.
절곡 입력부(12231)는, 탄성 복원력을 가짐으로써 사용자(U)가 가압할 때 핸들(1221)로부터 입력 슬라이더(12232)를 밀어내고, 사용자(U)가 가압하지 않을 때, 핸들(1221) 쪽으로 입력 슬라이더(12232)를 당길 수 있다.
예를 들어, 절곡 입력부(12231)는, 고정 샤프트(1222)의 둘레를 감싸도록 설치되고, 고정 샤프트(1222)의 둘레의 외측을 향하여 절곡된 형상을 가질 수 있다. 절곡 입력부(12231)는, 고정 샤프트(1222)의 둘레를 따라서 방사상으로 일정한 각도로 이격 배열되는 복수개의 갈퀴(rake) 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 절곡 입력부(12231)는 핸들(1221)부로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 고정 샤프트(1222)의 중심축으로부터 방사상으로 멀어지는 형상을 갖는 제 1 절곡부(122311)와, 제 1 절곡부(122311)로부터 입력 슬라이더(12232)로 갈수록 고정 샤프트(1222)의 중심축을 향하여 가까워지는 형상을 갖는 제 2 절곡부(122312)를 포함할 수 있다.
입력 슬라이더(12232)는 절곡 입력부(12231)의 하측, 다시 말하면 제 2 절곡부(122312)의 하측에 연결될 수 있다.
예를 들어, 입력 슬라이더(12232)의 일부는 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)에 삽입된 상태로 길이 방향을 따라서 슬라이딩 될 수 있다. 입력 슬라이더(12232)는 측정 하우징(1224)의 내벽에 접촉되어 길이 방향의 슬라이딩 운동을 가이드 할 수 있는 제 1 슬라이딩 지지부(122321)를 포함할 수 있다.
절곡 입력부(12231)의 구조에 의하면, 사용자(U)에 의해 절곡 입력부(12231)가 가압될 경우, 절곡 입력부(12231)의 부분 중 고정 샤프트(1222)의 중심축으로부터 방사상으로 이격되도록 벌어진 부분이 고정 샤프트(1222)의 중심축을 향해 가압될 수 있고, 이에 따라 절곡 입력부(12231)의 제 1 절곡부(122311)와 제 2 절곡부(122312)는 상호간의 연결 부분이 신전됨에 따라 제 2 절곡부(122312)에 연결되는 입력 슬라이더(12232)가 측정 하우징(1224)에 대해 하측 방향으로 슬라이딩될 수 있다.
파지 제한부(12221)는 절곡 입력부(12231)가 파지될 경우, 파지 제한부(12221)가 고정 샤프트(1222)를 향해 수축되는 변위를 제한할 수 있다. 이상의 구조에 의하면, 파지 제한부(12221)는 입력 슬라이더(12232)가 하측으로 슬라이딩되는 변위를 제한할 수 있다.
측정 하우징(1224)은 입력 슬라이더(12232)를 수용하는 내부 공간(12241)과, 내부 공간(12241)에 설치되어 입력 슬라이더(12232)의 슬라이딩 이동 변위를 계측할 수 있는 변위 감지 센서(12242)와, 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)의 내벽으로부터 입력 슬라이더(12232)의 외면에 접촉하도록 설치되어 입력 슬라이더(12232)의 슬라이딩 운동을 가이드할 수 있는 제 2 슬라이딩 지지부(12243)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 슬라이딩 지지부(122321) 및 제 2 슬라이딩 지지부(12243)는 볼 플런저일 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 절곡 입력부(12231)가 파지되어 입력 슬라이더(12232)가 측정 하우징(1224) 내부에서 하측으로 슬라이딩할 경우, 변위 감지 센서(12242)는 입력 슬라이더(12232)가 슬라이딩된 변위를 계측할 수 있다.
연결 샤프트(1226)는 측정 하우징(1224)의 하측으로 길이 방향을 따라서 연장할 수 있다.
상부 조인트(1227)는 상부 암(1211)의 조작 그리퍼 조인트(121123)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 조인트(1227) 및 상부 암(1211)의 조작 그리퍼 조인트(121123)는 2 자유도 회전이 가능한 유니버셜 조인트 방식으로 연결될 수 있다.
하부 조인트(1228)는 연결 샤프트(1226)의 둘레를 따라서 회전할 수 있다. 하부 조인트(1228)는 상부 조인트(1227)보다 하측에 설치될 수 있다.
하부 조인트(1228)는 하부 암(1212)의 조작 그리퍼 조인트(121123)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 조인트(1228) 및 하부 암(1212)의 조작 그리퍼 조인트(121123)는 2 자유도 회전이 가능한 유니버셜 조인트 방식으로 연결될 수 있다.
조작 그리퍼 회전 인코더(1229)는 하부 조인트(1228)에 연결 샤프트(1226)가 회전된 각도 변위를 계측할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수직 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이고, 도 13은 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수평 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하여, 모드 입력부(128, 도 3 참조) 및 마스터 제어부(14)에 대하여 설명하기로 한다.
사용자(U)는, 모드 입력부(128)를 통해 모드를 입력함으로써, 조작부(12)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동시킬 수 있다. 각 모드에 대한 설명은 후술하기로 한다.
마스터 제어부(14)는, 조작 그리퍼(122)가 파지되어 움직일 경우 마스터 암(121)의 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각이 이동된 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.
마스터 제어부(14)는, 조작 그리퍼(122)의 파지 스위치부(1223)가 파지되는 동작을 감지하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 조작하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.
마스터 제어부(14)는, 조작 그리퍼 회전 인코더(1229)로부터 계측되는 정보에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 하나의 축을 기준을 회전시키기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.
예를 들어, 마스터 제어부(14)는, 하부 암(1212)의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 하부 암(1212)이 조작 그리퍼(122)에 연결되는 조작 그리퍼 위치를 계산할 수 있고, 상기 조작 그리퍼 위치에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달 할 수 있다. 이와 같은 계산 방식에 의하면, 조작 그리퍼(122)의 자세에 무관하게 조작 그리퍼(122)의 단부의 위치 정보를 이용하여, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 단부의 위치를 결정할 수 있다.
다른 예로, 마스터 제어부(14)는, (i)상부 암의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 상부 암(1211)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 상부 암(1211)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상부 암(1211)이 조작 그리퍼(122)에 연결되는 상부 조작 그리퍼 위치(상부 조인트(1227)의 위치)와, (ii)하부 암의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 하부 암(1212)이 조작 그리퍼(122)에 연결되는 하부 조작 그리퍼 위치(하부 조인트(1228)의 위치)를 계산할 수 있고, 상기 상부 조작 그리퍼 위치 및 하부 조작 그리퍼 위치에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달 할 수 있다. 이와 같은 계산 방식에 의하면, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구가 조작 그리퍼(122)의 자세에 일치하도록 제어할 수도 있다.
예를 들어, 마스터 제어부(14)는, 수직 회전 조절부(1241), 수평 회전 조절부(12322), 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조), 하부 회전 조절부(1244, 도 5 참조), 상부 암(1211)의 암 회전 조절부(12113, 12114, 도 6 참조) 및 하부 암(1212)의 암 회전 조절부(12123, 12124, 도 7 참조)에 연결되어, 조작부(12)의 회전 가능한 모든 구성의 회전 각도 변위를 측정할 수 있고, 또한 각각의 회전을 개별적으로 억제할 수 있다.
예를 들어, 마스터 제어부(14)는 사용자(U)로부터 모드 입력부(128)에 입력된 신호에 기초하여 조작부(12)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할 수 있다.
제 1 모드에서, 마스터 제어부(14)는 수직 회전 구동부(12411) 및 수평 회전 구동부(123221)를 구동하여 암 지지 로드(124) 및 회전 베이스(1232)의 회전을 방지한 상태로, 조작 그리퍼(122)가 3 자유도 이동 및 3 자유도 회전 가능하도록 할 수 있다. 이와 같은 모드에 의하면, 조작 그리퍼(122)의 끝단 위치 정보, 조작 그리퍼(122)의 자세, 또는 조작 그리퍼(122)의 축 방향 회전량 등을 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 조작할 수 있다.
제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 상부 회전 구동부(12431) 및 하부 회전 구동부와, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 제 1 회전 구동부(12113, 12123) 및 제 2 회전 구동부(12114, 12124)를 구동하여, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)의 자세를 고정시킬 수 있다.
구체적으로 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 상부 회전 구동부(12431) 및 하부 회전 구동부(12441)를 구동하여 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)의 회전 운동을 방지하고, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 제 1 회전 구동부(12113, 12123) 및 제 2 회전 구동부(12114, 12124)를 구동하여 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 회동 링크(12112, 12122)의 회동을 방지할 수 있다.
결과적으로, 도 12 및 도 13과 같이 제 2 모드에서 마스터 암(121)의 자세는 고정될 수 있고, 암 지지 로드(124)는 마스터 베이스부(123)에 대해서 수직 및 수평 방향을 따라서 2 자유도 회전 운동될 수 있다.
예를 들어 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 암 지지 로드(124)가 회전 베이스(1232)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 제 1 방향으로 회전 또는 이동시키는 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.
예를 들어 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 회전 베이스(1232)가 고정 베이스(1231)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 제 2 방향으로 회전 또는 이동시키는 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.
예를 들어, 제 1 방향은 제 2 방향과 직교(orthogonal)할 수 있다.
예를 들어, 일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)를 통해 안구의 미세한 조직에 대한 현미경 수술(예를 들어, 유리체망막 수술(Vitreoretinal Surgery))을 수행하는 슬레이브 장치(2)를 조작하는 경우, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도 회전하는 움직임은, 안구 내부에 삽입된 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 회전시킴으로써 환자(P)의 안구를 서로 직교하는 2 개의 축 방향으로 회전 시키는 입력 신호를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 회전 베이스(1232)에 대해 수직 방향으로 회전하는 이동은 안구를 제 1 방향으로 회전시키는 입력 신호를 생성할 수 있고, 암 지지 로드(124)가 고정 베이스에 대해 수평 방향으로 회전하는 이동은 안구를 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 회전시키는 입력 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도 회전하는 움직임은, 안구를 회전시킴에 따라 동공의 위치가 변화하는 것에 대응하여 현미경 모듈(3)의 위치를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 2 개의 마스터 암(121, 121')을 통해 환자(P)의 안구에 삽입된 2 개의 슬레이브 장치(2, 2')의 수술 도구를 조작하는 상태에서, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)를 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도로 회전할 경우, 마스터 제어부(14)는 각각의 마스터 암(121, 121')의 위치 정보에 기초하여 2 개의 슬레이브 장치(2, 2') 각각의 수술 도구의 상대적인 위치 및 각도가 고정된 상태로 안구를 회전 시키도록 함으로써, 안구를 회전시키는 과정에서 안구가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
제 2 모드에 의하면, 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 회전하는 과정에서, 마스터 암(121)의 자세를 고정시킴으로써 슬레이브 장치(2)의 수술 도구가 안구를 회전시키는 과정 도중에서 의도치 않은 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있고, 2개의 수술 도구 상의 각도 및 거리가 변화되어 안구가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 14 내지 도 20을 참조하여 암레스트 장치(11)의 구성을 설명하기로 한다.
도 14는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.
도 14를 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는 작업 공간 상에서 사용자(U)의 팔의 움직임을 지지할 수 있다.
예를 들어, 암 레스트 장치(11)는 도 1과 같이 책상과 같은 외부 물체(7)에 고정되어 작업 공간 상에서 사용자(U)의 팔 움직임을 모든 자세에서 지지할 수 있다. 암 레스트 장치(11)는, 사용자(U)의 팔 움직임에 따른 피로도를 완화시킬 수 있으며, 고정 및 댐핑이 적용된 수평 방향의 움직임을 가능하게 하여 사용자(U)로 하여금 정밀한 팔의 움직임을 가능하게 할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는, 고정부(111), 수평 이동 모듈(113), 댐핑부(112) 및 암 지지 모듈(114)을 포함할 수 있다.
고정부(111)는, 외부 물체(7)에 고정되어 암 레스트 장치(11)의 구동 기준 위치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 고정부(111)는 외부 물체에 고정될 수 있는 고정 베이스(1112)와, 상기 고정 베이스(1112)에 연결되어 후술할 수평 이동 모듈(113) 및 암 지지 모듈(114)을 구동 가능하게 지지하는 지지 베이스(1111)를 포함할 수 있다.
고정 베이스(1112)는 도 14와 같이 책상, 선반, 탁자 등 외부 물체(7)에 고정될 수 있다.
지지 베이스(1111)는 고정 베이스(1112)로부터 고정되어 수평 이동 모듈(113)의 상대적인 회전 또는 이동 기준점을 제공할 수 있다.
수평 이동 모듈(113)은 고정부(111)를 기준으로 수평 방향으로 2 자유도 움직일 수 있다. 예를 들어, 수평 이동 모듈(113)의 일단은 지지 베이스(1111)에 대해 회전 가능하게 연결되고 타단은 고정부(111)에 대해 수평 방향으로 이동하는 동시에 암 지지 모듈(114)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.
댐핑부(112)는 수평 이동 모듈(113)에 연결되어 수평 이동 모듈(113)의 움직임에 따른 저항력을 형성할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(112)에 의해 형성되는 저항력은 조절 가능함으로써, 수평 이동 모듈(113)이 완전히 움직이지 않도록 하는 것뿐만 아니라, 사용자(U)가 동일한 힘을 가하더라도, 수평 이동 모듈(113)의 움직임 속도가 달라지도록 할 수 있다.
암 지지 모듈(114)은 수평 이동 모듈(113)에 의해 이동가능하게 지지되어 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 암 지지 모듈(114)은 수평 이동 모듈(113)이 움직이는 수평 방향과 각각 평행한 회전축을 기준으로 상호간에 회전 가능하게 설치되는 2 개의 암 지지대(1143, 1147)를 포함할 수 있다.
본원의 설명 및 도면 상에서, 고정부(111)를 기준으로 수평 방향은 지면과 평행한 평면(도면의 xy 평면) 내에서의 방향이며, 수직 방향은 지면과 수직한 방향(도면의 z축 방향)인 것으로 나타나지만, 상기 수평 방향 및 수직 방향은 고정부(111)의 고정 위치에 따라서 지면의 좌표축과 달라질 수 있다는 점을 밝혀둔다.
수평 이동 모듈(113), 댐핑부(112) 및 암 지지 모듈(114)에 대한 구체적인 설명은 도 15 내지 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.
도 15은 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이고, 도 16는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이고, 도 17는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 15 내지 도 17를 참조하면, 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(113)과 댐핑부(112)에 대한 구체적인 구조를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(113)은, 제 1 구동 프레임(1131), 제 2 구동 프레임(1132), 중앙 연결부(1133), 회전 단부(1134) 및 복수개의 링크(1135, 1136, 1137)를 포함할 수 있다.
제 1 구동 프레임(1131)은 고정부(111)에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동 프레임(1131)의 일단은 지지 베이스(1111) 상에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있고, 제 1 구동 프레임(1131)의 타단은 중앙 연결부(1133) 상에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 구동 프레임(1131)은 제 1 회전축(1A) 및 제 2 회전축(1B) 사이에 연결되는 제 1 링크(11311)와, 제 1 링크(11311)로부터 고정되어 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 1 돌출 부재(11312)를 포함할 수 있다.
제 1 돌출 부재(11312)는 제 1 회전축(1A)을 기준으로 적어도 일부가 제 1 링크(11311)로부터 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)는 후술할 제 1 댐핑부(1121)와 연결되어 제 1 링크(11311)의 회전 운동에 대한 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 1 댐핑부(1121)의 제 1 댐핑 부재(11213)와 접촉하는 제 1 접촉면(113121)을 포함할 수 있다.
제 2 구동 프레임(1132)은, 고정부(111)의 제 1 회전축(1A)과, 중앙 연결부(1133)의 제 2 회전축(1B) 사이에 회전 가능하게 연결되는 3절 링크(11322, 11321, 11323)의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 2 구동 프레임(1132)은 고정부에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 구동 링크(11322)와, 구동 링크(11322)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 3 회전축(1G)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크(11321)와, 일단은 제 2 링크(11321)에 제 3 회전축(1G)과 평행한 상태로 이격된 제 4 회전축(1H)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고 타측은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 3 링크(11323)를 포함할 수 있다.
구동 링크(11322)는 제 1 회전축(1A)에 회전 가능하게 연결되어 적어도 일부가 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리를 갖는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 링크(11322)는 제 2 돌출 부재(11322)로 칭할수도 있다.
예를 들어, 제 2 돌출 부재(11322)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 2 댐핑부(1122)의 제 2 댐핑 부재(11223)와 접촉하는 제 2 접촉면(113221)을 포함할 수 있다.
제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)은 고정부(111) 및 중앙 연결부(1133) 사이를 연결하는 4절 링크 구조로 형성될 수 있고, 제 2 링크(11321)의 길이는 제 1 링크(11311)의 길이와 동일할 수 있고, 구동 링크(11322)의 길이는 제 3 링크(11323)의 길이와 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 각각의 링크(11311, 11321, 11322, 11323)들은 서로 마주보는 링크가 평행하게 유지되는 평행 사변형 형태를 이룰 수 있다. 이와 같은 평행 사변형 구조는 다른 동력 전달 구조에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있으므로, 상대적으로 가벼운 소재를 이용하더라도 동등한 강성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 각각의 링크(11311, 11321, 11322, 11323) 중 적어도 일부는 알루미늄이나 스틸보다 5~10배 강성이 우수한 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있으며, 이를 통해, 보다 가벼우면서도 튼튼한 구조를 제공할 수 있다.
중앙 연결부(1133)는, 고정부(111)로부터 제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)으로부터 연결되어 고정부(111)에 수평 방향을 따라서 이동될 수 있다.
회전 단부(1134)는, 중앙 연결부(1133)로부터 복수개의 링크(1135, 1137)를 통해 회전 및 이동가능하게 연결될 수 있고, 후술할 암 지지 모듈(114)이 회전 가능하게 설치될 수 있는 암 회전축(1C)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 암 회전축(1C)은 제 1 회전축(1A)과 평행할 수 있다. 암 회전축(1C) 상에는 암 회전축(1C) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(11)의 평면 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.
복수개의 링크(1135, 1136, 1137)는 제 4 링크(1135), 제 5 링크(1136) 및 제 6 링크(1137)를 포함할 수 있다.
제 4 링크(1135)는 일단은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(1134)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 5 회전축(1F)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 4 링크(1135)는 제 3 링크(11323)에 고정될 수 있어서, 제 3 링크(11323)가 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전하는 경우 제 4 링크(1135)가 동시에 회전할 수 있다. 다시 말하면, 제 4 링크(1135) 및 제 3 링크(11323)는 하나의 강체 운동을 할 수 있으며, 이와 같은 관점에서 제 4 링크(1135) 및 제 3 링크(11323)는 각각 동일한 하나의 링크의 서로 다른 부분을 지칭하는 것으로 이해할 수도 있다.
제 5 링크(1136)는, 일단이 상기 고정부(111)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 상태로 이격된 제 6 회전축(1D)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 타단이 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)과 평행한 상태로 이격된 제 7 회전축(1E)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 5 링크(1136)의 길이는 제 1 링크(11311)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 고정부(111) 상에서 제 6 회전축(1D)이 제 1 회전축(1A)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 중앙 연결부(1133) 상에서 제 7 회전축(1E)이 제 2 회전축(1B)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 1 링크(11311) 및 제 5 링크(1136)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 고정부(111)와 중앙 연결부(1133) 사이에서 제 1 링크(11311)와 제 5 링크(1136)는 제 1 회전축(1A), 제 2 회전축(1B), 제 7 회전축(1E) 및 제 6 회전축(1D)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(11311, 1136) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.
제 6 링크(1137)는, 일단은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)과 평행한 상태로 이격된 제 8 회전축(1I)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(1134)에 제 5 회전축(1F)과 평행한 상태로 이격된 제 9 회전축(1J)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 6 링크(1137)의 길이는 제 4 링크(1135)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 중앙 연결부(1133) 상에서 제 8 회전축(1I)이 제 2 회전축(1B)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 회전 단부(1134) 상에서 제 9 회전축(1J)이 제 5 회전축(1F)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 4 링크(1135) 및 제 6 링크(1137)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 중앙 연결부(1133)와 회전 단부(1134) 사이에서 제 4 링크(1135)와 제 6 링크(1137)는 제 2 회전축(1B), 제 5 회전축(1F), 제 8 회전축(1I) 및 제 9 회전축(1J)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(1135, 1137) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.
예를 들어, 회전 단부(1134) 상에서 암 회전축(1C)은 제 5 회전축(1F) 및 제 9 회전축(1J)으로부터 평행한 상태로 이격된 지점에 형성될 수 있고, 암 지지 모듈(114)은 회전 단부(1134) 상에 상기 암 회전축(1C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
한편, 지지 베이스(1111), 중앙 연결부(1133) 및 회전 단부(1134)도 각각 "링크"라고 지칭할 수 있음을 밝혀 둔다. 예를 들어, 지지 베이스(1111)는 외부 물체(7)에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 점에서, "고정 링크"라고 할 수도 있다. 이상과 같이 복수개의 링크들을 통해 형성되는 3개의 평행 사변형(1111-11311-1133-1136, 11311-11322-11321-11323, 1133-1135-1134-1137)의 연결 구조에 의하면, 암 지지 모듈(114)이 설치되는 회전 단부(1134)가 고정부(111)에 대해 수평 방향으로의 2 자유도 운동을 구현할 수 있다.
이하 도 17의 개념도를 참조하여, 링크 구조의 관점에서 정리하기로 한다. 암 레스트 장치(11)는, (i) "제 1 사절 링크 구조"와, (ii) "제 1 사절 링크 구조"와 어느 하나의 링크를 공유하는 "제 2 사절 링크 구조"와, (iii) "제 1 사절 링크 구조"와 다른 하나의 링크를 공유하고, "제 2 사절 링크 구조" 중 어느 하나의 링크에 고정된 링크를 갖는 "제 3 사절 링크 구조"를 포함할 수 있다.
여기서, "제 1 사절 링크 구조"를 구성하는 4개의 링크 중 어느 하나는, 외부 물체(7)에 고정되어 기준 프레임으로 기능하는 지지 베이스(1111)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 1 사절 링크 구조"는, 지지 베이스(1111)와, 지지 베이스(1111)로부터 이격된 중앙 연결부(1133)와, 지지 베이스(1111) 및 중앙 연결부(1133)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(11311, 1136)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 중앙 연결부(1133)는 지지 베이스(1111)에 대하여 1자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(11311, 1136) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(11311, 1136) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 중앙 연결부(1133)의 이동 반경을 충분히 확보할 수 있다.
"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 2 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(1111)에 직접적으로 연결되지 않는 중앙 연결부(1133)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 2 사절 링크 구조"는, 중앙 연결부(1133)와, 중앙 연결부(1133)로부터 이격된 회전 단부(1134)와, 중앙 연결부(1133) 및 회전 단부(1134)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(1135, 1137)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전 단부(1134)는 중앙 연결부(1133)에 대하여 1자유도 운동할 수 있고, 결과적으로, 회전 단부(1134)는, 지지 베이스(1111)에 대하여 2자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(1135, 1137) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(1135, 1137) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 회전 단부(1134)의 작업영역을 충분히 확보할 수 있다.
일반적으로 사절 링크 구조는, 리니어 메커니즘(Linear mechanism)에 비해 강성(Stiffness)이 큰 반면, 작업영역(Workspace)은 좁다는 한계가 존재하였다. 그러나 본원처럼 하나의 링크를 공유하는 2개의 사절 링크 구조를 이용하면, 이와 같은 한계를 극복하고, 넓은 작업영역에서 높은 강성으로 암 레스트 장치(11)를 제공할 수 있는 장점이 있다.
"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(1111)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(11311, 1136) 중 어느 하나의 링크(11311)이고, "제 2 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"의 어느 하나의 링크(11323)와 고정되어 일체로 움직이는 링크는 중앙 연결부(1133)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(1135, 1137) 중 어느 하나의 링크(1135)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 3 사절 링크 구조"는, 제 1 링크(11311)와, 제 1 링크(11311)로부터 이격된 제 2 링크(11321)와, 제 1 링크(11311) 및 제 2 링크(11321)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(11322, 11323)로 이루어질 수 있다. 여기서, 한 쌍의 링크(11322, 11323) 중 어느 하나의 링크(11323)는, "제 2 사절 링크 구조"의 한 쌍의 링크(1135, 1137) 중 어느 하나의 링크(1135)에 고정되어 일체로 움직일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 회전 단부(1134)까지의 강성을 보강할 수 있으므로, 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있다. 또한, 후술하는 것처럼 "제 2 사절 링크 구조"의 움직임에 저항력을 형성하기 위한 댐핑부를 고정부(111)에 가까운 위치(예를 들면, 고정부(111) 상의 특정 위치 또는 외부 물체(7) 상의 특정 위치)에 배치시키는 것이 가능하므로, 암 레스트 장치(11)의 관성모멘트가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상술한 3개의 사절 링크 구조는 각각 평행사변형 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 설계에 따르면, 각각의 사절 링크 구조가 움직이는 과정에서 특이점(singularity)이 발생되지 않도록 함으로써, 회전 단부(1134)의 작업영역이 제한되는 문제를 줄여줄 수 있다. 한편, 본원발명이 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아니며, 상술한 3개의 사절 링크 구조 중 일부 또는 전부가 평행사변형 구조가 아닐 수도 있음을 밝혀 둔다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 복수개의 링크들이 상호간의 이동 및 회전을 가이드하고 지지됨에 따라서 사용자(U)의 팔의 무게를 비롯한 암 지지 모듈(114)의 수직 방향의 하중을 효과적으로 분산할 수 있는 구조임에 따라 내구성 및 동작 안정성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 복수개의 링크들은 수평 이동 모듈(113)의 중량과 움직임에 따른 관성을 감소시키기 위해 내부가 비어있는 중공형 부재로 형성될 수 있다.
댐핑부(112)는 제 1 댐핑부(1121), 제 2 댐핑부(1122) 및 입력부(1124)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(112)의 적어도 일부는 암 레스트 장치(11) 중 움직임이 없는 부분, 즉, 고정부(111)에 설치됨으로써 암 레스트 장치(11)의 관성모멘트가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 다른 예로, 댐핑부(112)의 적어도 일부는 외부 물체(7)에 설치될 수도 있을 것이다.
제 1 댐핑부(1121)는, 제 1 구동 프레임(1131)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 댐핑부(1121)는, 제 1 돌출 부재(11312)에 연결되어 제 1 구동 프레임(1131)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 댐핑 부재(11213)와, 제 1 댐핑 부재(11213)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 1 구동원(11211)과, 제 1 댐핑 부재(11213)를 단단히 고정하여 제 1 구동 프레임(1131)의 회전을 방지하는 제 1 브레이크(11212)를 포함할 수 있다.
제 1 댐핑 부재(11213)는, 제 1 돌출 부재(11312)의 원형의 제 1 접촉면(113121)에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제 1 댐핑 부재(11213) 및 제 1 접촉면(113121) 사이의 연결은 기어 결합, 나사 결합, 마찰자 접합 등 다양한 회전 전달 요소를 통해 형성될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
제 1 구동원(11211)은 제 1 접촉면(113121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(11213)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동원(11211)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.
제 1 브레이크(11212)는 제 1 접촉면(113121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(11213)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 1 구동 프레임(1131)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 브레이크(11212)는 전자기 방식으로 동작하여 제 1 댐핑 부재(11213)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.
제 2 댐핑부(1122)는, 제 2 구동 프레임(1132)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 2 댐핑부(1122)는 제 2 돌출 부재(11322)에 연결되어 제 2 구동 프레임(1132)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 댐핑 부재(11223)와, 제 2 댐핑 부재(11223)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 2 구동원(11221)과, 제 2 댐핑 부재(11223)를 단단히 고정하여 제 2 구동 프레임(1132)의 회전을 방지하는 제 2 브레이크(11222)를 포함할 수 있다.
제 2 구동원(11221)은 제 2 접촉면(113221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(11223)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 구동원(11221)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.
제 2 브레이크(11222)는 제 2 접촉면(113221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(11223)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 브레이크(11222)는 전자기 방식으로 동작하여 제 2 댐핑 부재(11223)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.
제 1 댐핑부(1121) 및 제 2 댐핑부(1122)의 구조에 의하면, 암 지지 모듈(114)의 수평 방향의 2 자유도 이동에 따른 저항력을 형성할 수 있다.
구체적으로, 제 1 댐핑부(1121)는 제 1 구동 프레임(1131)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 1 회전 자유도(θ1) 움직임에 대해 저항을 형성함으로써 고정부(111)에 대해 중앙 연결부(1133)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.
제 2 댐핑부(1122)는 제 2 구동 프레임(1132), 즉 구동 링크(11322)가 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 2 회전 자유도(θ2) 움직임에 대해 저항력을 형성함으로써 중앙 연결부(1133)에 대해 회전 단부(1134)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.
결과적으로, 댐핑부(112)를 통해 사용자(U)의 팔의 이동 및 자세의 변화에 따라 회전 단부(1134)에 인가되는 힘에 저항하는 댐핑력을 형성함으로써, 사용자(U)는 팔을 보다 정밀하고 천천히 움직이도록 가이드할 수 있다.
또한, 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 통해 형성하는 저항력의 크기를 조절함으로써, 작업의 종류, 정밀도 또는 사용자(U)의 기호에 따라 적절한 댐핑 제어(damping control)를 구현할 수 있다.
더불어, 필요에 따라 제 1 브레이크(11212) 또는 제 2 브레이크(11222)를 구동하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)의 회전을 억제함으로써, 회전 단부(1134)의 수평 방향의 이동을 방지할 수 있다. 이를 통해 암 지지 모듈(114)에 의해 지지되는 사용자(U)의 팔은 수평 방향에 따른 위치 또는 자세가 고정될 수 있어서, 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 움직임이 필요한 작업에 효과적일 수 있다.
한편으로, 제 1 댐핑부(1121)와 제 2 댐핑부(1122)를 서로 개별적으로 구동함으로써, 즉 제 1 회전 자유도(θ1) 움직임과 제 2 회전 자유도(θ2) 움직임의 억제 정도를 다르게 형성함으로써, 작업의 종류 또는 작업 영역에서 팔의 이동 궤적에 따라 선택적인 팔의 움직임을 유도할 수도 있다.
마스터 제어부(1123)는 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 동작하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 수행되는 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있고, 저항력의 크기를 조절할 수 있다.
마스터 제어부(1123)는 제 1 브레이크(11212) 또는 제 2 브레이크(11222)를 동작하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 수행하는 회전 운동을 억제할 수 있다.
입력부(1124)는 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 제어하기 위한 입력 신호를 사용자(U)로부터 인가받는 인터페이스를 포함할 수 있다.
한편, 제 1 댐핑부(1121) 및 제 2 댐핑부(1122)가 반드시 각각 개별적으로 서로 다른 구동 프레임(1131, 132)의 회전 운동에 저항력을 형성하여야 하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 도 16 등에 도시된 것처럼, 제 1 구동 프레임(1131)의 일부(11312)와, 제 2 구동 프레임(1132)의 일부(11322)가 동일한 회전축(1A)을 중심으로 회전될 경우, 하나의 동일한 댐핑부를 이용하여 제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)에 동시에 댐핑력을 제공하는 것도 가능하다는 점을 밝혀 둔다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)에 접촉하는 제 1 댐핑 부재(11213)와, 제 2 돌출 부재(11322)에 접촉하는 제 2 댐핑 부재(11223)는 각각 동일한 구성의 일 부분인 것으로 이해될 수도 있다.
도 18은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이고, 도 19 및 도 20은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(114)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(114)은 연결부(1141), 제 1 지지부(1144), 제 1 암 지지대(1143), 회전 링크(1145), 제 2 지지부(1146), 제 2 암 지지대(1147) 및 중량 보상부(1148)를 포함할 수 있다.
연결부(1141)는, 회전 단부(1134)에서 암 회전축(1C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
제 1 지지부(1144)는, 연결부(1141)에 고정될 수 있고 제 1 암 지지대(1143)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지부(1144)는 연결부(1141)와 일체로 형성되어 암 회전축(1C)을 기준으로 함께 회전될 수 있다.
제 1 암 지지대(1143)는 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 지지대(1143)는 사용자(U)의 팔의 부위 중 팔꿈치에 인접한 부분을 지지할 수 있다.
예를 들어, 제 1 암 지지대(1143)의 표면은 사용자(U)의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 19 및 도 20과 같이 제 1 암 지지대(1143)는 암 회전축(1C)과 오버랩될 수 있어서 팔꿈치 관절을 기준으로 하는 전완 부분의 회전 운동을 안정적으로 가이드할 수 있다.
회전 링크(1145)는 일측이 제 1 지지부(1144)에 회전가능하게 연결되어 타측으로 제 2 지지부(1146)에 연결되는 링크일 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(1145)는 제 1 지지부(1144)에 대해 경사 조절축(1K)을 기준으로 회전할 수 있고, 경사 조절축(1K)은 암 회전축(1C)에 수직할 수 있다. 경사 조절축(1K) 상에는 경사 조절출(1K) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(11)의 공간 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.
제 2 지지부(1146)는, 회전 링크(1145)에 연결될 수 있고 제 2 암 지지대(1147)를 지지할 수 있다.
제 2 암 지지대(1147)는 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 암 지지대(1147)는 사용자(U)의 팔의 부위 중 손목에 인접한 부분을 지지할 수 있다.
예를 들어, 제 2 암 지지대(1147)의 표면은 사용자(U)의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.
중량 보상부(1148)는, 제 1 지지부(1144)에 대한 회전 링크(1145)의 회전 운동에 있어서, 사용자(U)의 팔의 중량과 암 지지 모듈(114)의 중량의 영향을 보상할 수 있다.
예를 들어, 중량 보상부(1148)는, 회전 링크(1145)에 설치되는 탄성체(11481)와, 탄성체(11481) 및 제 1 지지부(1144) 사이에 연결되는 와이어(11482)를 포함할 수 있다.
탄성체(11481)는 일단은 회전 링크(1145)에 고정되고 타단은 와이어(11482)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(11481)는 도 18 내지 도 20과 같이 회전 링크(1145)의 길이 방향을 따라서 확장 가능하게 설치되는 스프링일 수 있다.
와이어(11482)는 탄성체(11481) 및 제 1 지지부(1144) 사이에 탄성체(11481)에 인장력을 인가할 수 있다. 와이어(11482)의 구조에 의하면, 회전 링크(1145)가 경사 조절축(1K)에 대해 형성하는 회전 각도에 따라서 탄성체(11481)에 인가되는 인장력의 크기가 조절될 수 있다.
예를 들어, 와이어(11482)가 제 1 지지부(1144)에 연결되는 부분은 수직 방향을 따라서 제 1 지지부(1144)에 경사 조절축이 위치하는 부분보다 상측에 형성될 수 있다. 여기서 와이어(11482)가 제 1 지지부(1144)에 고정되는 부분을 와이어 고정부(11441)라 할 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 회전 링크(1145)가 지면에 대하여 수직한 방향(z축 방향)으로부터 벗어날수록, 와이어 고정부(11441)와 탄성체(11481)의 단부 사이의 이격된 거리가 멀어질 수 있다.
다시 말하면, 회전 링크(1145)가 도 20과 같이 상측으로 경사져있는 상태에서 도 19과 같이 수평한 상태로 회전함에 따라서 탄성체(11481)에 인가되는 장력이 증가할 수 있고, 동시에 탄성체(11481)로부터 형성되는 복원력 역시 증가될 수 있다.
결과적으로, 탄성체(11481)의 복원력은 제 2 암 지지대(1147)가 제 1 암 지지대(1143)에 대해 상측으로 이동하는 경향의 힘을 형성할 수 있기 때문에, 사용자(U)의 전완의 자세가 상향 경사지도록 전환되는 과정에서 사용자(U)의 팔의 중량을 비롯한 암 지지 모듈(114)의 중량에 의한 영향을 경감 또는 보상할 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(1145)는 와이어(11482)로부터 탄성체(11481)에 전해지는 인장력의 방향이 회전 링크(1145)의 방향과 평행하게 유지시키기 위해서, 제 1 지지부(1144) 및 탄성체(11481) 사이에서 와이어(11482)의 연결 방향을 가이드하는 가이드 풀리(11451)를 더 포함할 수 있다.
가이드 풀리(11451)에 의하면, 도 19 및 도 20과 같이 와이어 고정부(11441)로부터 연장되는 와이어(11482)가 가이드 풀리(11451)의 일부에 감겨진 이후 회전 링크(1145)의 연장 방향과 평행한 상태로 탄성체(11481)에 연결될 수 있으므로 탄성체(11481)에 인가되는 인장력이 회전 링크(1145)의 회전 각도에 따라 대체로 선형적으로 조절될 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(1145)는 제 1 지지부(1144)에 대해 설정 각도 이상으로 회전 되지 못하도록 제 1 지지부(1144)에 대해 간섭되는 간섭부(11452)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 암 지지대(1143) 및 제 2 암 지지대(1147)가 서로 수평한 상태를 유지하는 경우 또는 도 19과 같이 회전 링크(1145)가 경사 조절축을 기준으로 수평 방향을 지향하도록 회전되어 있는 경우, 간섭부(11452)는 제 1 지지부(1144)에 간섭되어 회전 링크(1145)가 경사 조절축을 기준으로 하향 경사지는 방향으로 회전되지 못하도록 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 수평 이동 모듈(113)은 사용자(U)의 팔을 지지한 상태에서 수평 방향을 따라 2 자유도 움직임을 안정적으로 가이드할 수 있고, 동시에 암 지지 모듈(114)은 팔의 자세가 수직 방향으로의 경사에 따라서 중력 보상 메커니즘을 적용하여 팔의 무게를 다양한 자세에서도 안정적으로 보상할 수 있다.
결과적으로, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는 사용자(U)의 팔의 모든 자세를 인체 공학적으로 지지할 수 있는 동시에 움직임에 따른 사용자(U)의 피로감을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 댐핑부(112)를 통해 팔의 수평 이동에 따른 댐핑 제어가 가능하기 때문에 작업 특성에 따라서 정밀하고 정확한 이동을 구현할 수 있다.
예를 들어, 암 레스트 장치(11)가 수술 환경에서 사용될 경우, 사용자(U)는 환자의 병변 근처에서 손으로 파지하고 있는 수술 도구의 끝단을 천천히 그리고 정밀하게 움직일 수 있도록 수평 이동 모듈(113)의 댐핑력을 높일 수 있다. 이를 통해 의도치 않은 빠르고 큰 팔의 움직임을 필터링함으로써 병변에 예기치 못한 상처가 생기는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 브레이크(11212, 11222)를 통해 암 지지 모듈(114)의 수평 위치를 고정할 수 있으므로 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 작업에 매우 효과적일 수 있다.
도 21은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치 및 현미경을 도시하는 사시도이다.
도 21을 참조하면, 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 지지부(6)의 하부에 연결될 수 있다. 현미경(3)은 지지부(6)의 상부에 연결될 수 있다. 지지부(6)는 제 1 슬레이브 장치(2)를 지지하는 제 1 지지 프레임(61)과, 제 2 슬레이브 장치(2')를 지지하는 제 2 지지 프레임(62)과, 현미경(3)을 지지하는 지지 베이스(63)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 베이스(63)는 상대적으로 회전 가능하게 힌지 연결되고, 직렬로 구비되는 복수 개의 링크 구조를 가질 수 있다.
제 1 지지 프레임(61) 및 제 2 지지 프레임(62)은 현미경(3)의 하측에 관통 형성되는 홀을 구비할 수 있고, 현미경(3)은 상기 홀을 통해 환자의 안구를 관찰할 수 있다. 현미경(3)은 지지부(6) 상에 이동 가능하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 현미경(3)은 렌즈의 각도를 유지한 상태로 제 1 지지 프레임(61) 및 제 2 지지 프레임(62) 상에서 이동 가능하다. 현미경(3)은 평면 상에서 이동 가능하다. 예를 들어, 현미경은 제 1 지지 프레임(61)과 나란한 제 1 경로(P1)와, 제 1 경로(P1)에 수직한 제 2 경로(P2)를 따라 이동 가능하다(도 29 및 도 30 참조). 예를 들어, 제 1 지지 프레임(61), 제 2 지지 프레임(62) 및 지지 베이스(63) 중 적어도 하나 이상은 현미경(3)을 수용하고, 현미경(3)의 이동 가능한 공간을 마련하기 위한 공간을 구비할 수 있다. 예를 들어, 지지부(6)는 현미경(3)을 제 1 경로를 따라 이동시키기 위한 제 1 선형 액츄에이터(미도시)와, 현미경(3)을 제 2 경로를 따라 이동시키기 위한 제 2 선형 액츄에이터(미도시)를 포함할 수 있다.
제 1 슬레이브 장치(2)는 제 1 수술 도구(250)를 포함하고, 제 2 슬레이브 장치(2')는 제 2 수술 도구(250')를 포함한다. 제 1 수술 도구(250)는 회전 모듈(251)과, 환자의 안구에 삽입되고 회전 모듈(251)에 의해 회전되는 수술 팁(252)을 포함할 수 있다. 제 2 수술 도구(250')는 회전 모듈(251')과, 환자의 안구에 삽입되고 회전 모듈(251')에 의해 회전되는 수술 팁(252')을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250') 중 어느 하나의 수술 도구만 안구에 삽입되어, 관찰 또는 수술을 수행할 수 있다.
도 22는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 22를 참조하면, 슬레이브 장치는, 하부 델타 로봇(210), 상부 델타 로봇(220), 하부 샤프트(231), 상부 샤프트(232), 하부 그리퍼(241), 상부 그리퍼(242), 수술 도구(250), 하단 프레임(280) 및 상단 프레임(290)을 포함할 수 있다.
하부 델타 로봇(210)은 하부 그리퍼(241)를 이동 가능하게 지지할 수 있다. 상부 델타 로봇(220)은 상부 그리퍼(242)를 이동 가능하게 지지할 수 있다. 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은, 각각, 3개의 지지 로드(211, 221)와, 지지 로드(211, 221)의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 이동부(212, 222)와, 이동부(212, 222)와 그리퍼(241, 242)를 연결하는 3개의 암(213, 223)과, 3개의 이동부(212, 222)를 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동원(214, 224)를 포함할 수 있다. 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은 리니어 액츄에이터 방식으로 구동되고, 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀 움직임이 가능하다. 3개의 지지 로드(211, 221)은 하단 프레임(280) 및 상단 프레임(290) 사이에 배치될 수 있다.
각각의 암(213, 223)과 대응하는 이동부(212, 222)는 서로에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 연결될 수 있고, 각각의 암(213, 223)과 대응하는 그리퍼(241, 242)는 서로에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)는, 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)와 서로 나란할 수 있다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 각각 어느 하나의 지지 로드의 하부 부분 및 상부 부분일 수 있다. 다시 말하면, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 경계 없이 서로 접합하고 있을 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 3개의 지지 로드만으로 6개의 이동부를 가이드할 수 있으므로, 구조를 간단하게 설계할 수 있다. 한편, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)는 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)와 서로 이격될 수도 있다(도 28 참조).
하부 샤프트(231)는 하부 델타 로봇(210)에 의해 구동될 수 있다. 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 대해 2자유도 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 2자유도 회전 가능하게 연결되기 위한 조인트, 예를 들어 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다. 하부 샤프트(231)는 조인트가 배치된 지점에서 하부 그리퍼(241)에 고정될 수 있다. 하부 샤프트(231)의 일 지점은 하부 그리퍼(241)에 고정될 수 있다. 이하, 하부 그리퍼(241) 중 하부 샤프트(231)를 고정하는 지점을 하부 그리퍼(241)의 중심점이라고 지칭할 수 있다.
상부 샤프트(232)는 상부 델타 로봇(220)에 의해 구동될 수 있다. 상부 샤프트(232)는 상부 그리퍼(242)에 대해 2자유도 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 샤프트(232)는 상부 그리퍼(242)에 2자유도 회전 가능하게 연결되기 위한 조인트, 예를 들어 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다. 상부 샤프트(232)는 조인트가 배치된 지점에서 상부 그리퍼(242)에 고정될 수 있다. 상부 샤프트(232)의 일 지점은 상부 그리퍼(242)에 고정될 수 있다. 이하, 상부 그리퍼(242) 중 상부 샤프트(232)를 고정하는 지점을 상부 그리퍼(242)의 중심점이라고 지칭할 수 있다.
하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)는 상대적으로 슬라이딩 가능하다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210) 및/또는 상부 델타 로봇(220)이 하부 그리퍼(241) 및/또는 상부 그리퍼(242)의 위치를 변경하도록 구동하는 동안, 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)는 1자유도로 슬라이딩 가능하다. 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 대해 2자유도 회전 가능하며, 하부 샤프트(231)의 회전은 하부 샤프트(231)의 축 방향으로의 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리 변화와 무관하다. 이와 같은 구조에 따라, 슬레이브 장치는 하부 샤프트(231)를 고정시킨 상태로 상부 샤프트(232)만을 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232) 중 어느 하나의 샤프트는 중공부를 포함할 수 있고, 다른 하나의 샤프트는 상기 중공부에 삽입된 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 22에서와 같이, 하부 샤프트(231)는 상부 샤프트(232)의 적어도 일부를 수용하는 중공부를 포함하고, 상부 샤프트(232)는 하부 샤프트(231)의 중공부에 삽입된 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다. 예를 들어 슬라이더는 하부 샤프트(231)의 내벽에 면접촉한 상태로 1자유도로 슬라이딩 가능하다.
하부 그리퍼(241)는 하부 샤프트(231)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 하부 그리퍼(241)는 하부 델타 로봇(210)의 3개의 암(213)에 의해 지지되고, 3개의 이동부(212)의 이동에 기초하여 위치가 변경될 수 있다.
상부 그리퍼(242)는 상부 샤프트(232)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 상부 그리퍼(242)는 상부 델타 로봇(220)의 3개의 암(223)에 의해 지지되고, 3개의 이동부(222)의 이동에 기초하여 위치가 변경될 수 있다.
하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242)는, 하부 샤프트(231)의 축 방향(길이 방향)으로 수술 도구(250)가 하부 그리퍼(241)의 중심점으로부터 이격된 위치를 유지한 상태로, 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리는 조절될 수 있다. 이 경우, 하부 그리퍼(241)는 고정되며, 상부 그리퍼(242)는 하부 샤프트(231)의 길이 방향과 나란한 경로를 따라 이동한다.
수술 도구(250)는 회전 모듈(251) 및 수술 팁(252)을 포함할 수 있다. 수술 팁(252)은 길이 방향 부재일 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)와 나란할 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)의 중심 축은 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232) 각각의 중심축을 통과할 수 있다. 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231)보다 얇은 두께를 가지며, 안구의 표면을 관통하여 안구 내부로 삽입될 수 있다. 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)에 장착되고 수술 팁(252)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231)의 길이 방향 축과 나란한 또는 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있다.
도 23은 일 실시 예에 따른 수술 도구를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 24는 일 실시 예에 따른 하부 샤프트 및 수술 도구를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 23은 도 24에서 간략하게 도시된 회전 모듈(251)의 내부 메커니즘을 도시하는 것이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)의 하단에 설치될 수 있다. 이와 달리, 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)의 다른 곳에도 설치될 수 있음은 물론이다.
회전 모듈(251)은, 본체(2511), 본체(2511)의 측부에 설치되는 제 1 기어(2512), 제 1 기어(2512)를 회전시키기 위한 기어축(2513), 및 제 1 기어(2512)와 맞물리는 제 2 기어(2514)를 포함할 수 있다. 수술 팁(252)은 제 2 기어(2514)의 회전에 따라 함께 회전될 수 있다. 예를 들어, 제 2 기어(2514)의 회전 축은 하부 샤프트(231)의 중심축과 평행하거나, 일치할 수 있다.
회전 모듈(251)에 설치되는 구동원은 먼저 기어축(2513)을 회전시키고, 이에 따라 제 1 기어(2512)는 제 2 기어(2514)를 회전시키고, 다음으로 수술 팁(252)이 회전하게 된다. 이를 통해 하부 샤프트(231)의 길이 방향을 기어축으로 하는 요(yaw) 회전이 달성될 수 있다.
도 25은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 가까이 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 26은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 멀리 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 상대적으로 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리가 가까울 때(도 25), 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 지면에 수직한 초기 상태에서부터, 상부 그리퍼(242)가 우측으로 거리 d만큼 이동할 때, 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 기울어지는 각도를 Θ1이라 하고, 상대적으로 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리가 멀 때(도 26), 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 지면에 수직한 초기 상태에서부터, 상부 그리퍼(242)가 우측으로 거리 d만큼 이동할 때, 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 기울어지는 각도를 Θ2라 할 때, Θ1은 Θ2보다 클 수 있다.
사용자는 가동 범위 내에서 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리를 최대한 조절하여, 슬레이브 장치의 정밀도를 높일 수 있다. 아울러, 하부 그리퍼(241)의 중심점(C1) 및 상부 그리퍼(242)의 중심점(C2) 사이의 거리가 조절되는 동안에도, 하부 그리퍼(241)의 중심점(C1)에 대한 수술 도구(250)의 위치는 고정될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 수술 도구(250)가 안구의 일 부분에 대한 수술 작업을 수행하는 동안에도, 수술 도구(250)의 위치를 변경하지 않으면서 정밀도 수준을 조절할 수 있다.
도 27은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 블록도이다.
도 27을 참조하면, 하부 델타 로봇(210), 상부 델타 로봇(220) 및 회전 모듈(251)의 작동은 각각 제어부(270)에 의하여 제어된다. 하부 델타 로봇(210)은 하부 그리퍼(241)의 위치를 제어하고, 상부 델타 로봇(220)은 상부 그리퍼(242)의 위치를 제어한다.
한편, 제어부(270)를 마스터 제어부(14, 도 3 참조)와 구별하여, "슬레이브 제어부"라고 할 수도 있다. 또한, 마스터 제어부(14) 및 슬레이브 제어부(270)를 서로 구별하여 서술하지만, 이들이 반드시 물리적으로 나뉘어서 마스터 또는 슬레이브 내부에 구비되어야 하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 예를 들면, 마스터 및 슬레이브의 외부에 별도의 제어부가 마련되고, 동일한 제어부에 의해 마스터 및 슬레이브가 동작될 수도 있다. 다시 말하면, 수술 시스템(100, 도 1 참조)은, 마스터 장치로부터 입력 신호를 전달받아, 슬레이브 장치를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 마스터 장치 및/또는 슬레이브 장치에 구비되거나, 이들의 외부에 구비될 수도 있음을 밝혀 둔다.
제어부(270)는 하부 델타 로봇(210)의 세 개의 구동원(214)들 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(214)의 작동에 따라 이동부(212)가 이동하고, 이동부(212)에 연결된 암(213)이 이동하면서, 하부 그리퍼(241)를 이동시킨다. 하부 그리퍼(241)는 최종적으로 하부 샤프트를 이동시킨다.
또한, 제어부(270)는 상부 델타 로봇(220)의 세 개의 구동원(224)들 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(224)의 작동에 따라 이동부(222)가 이동하고, 이동부(222)에 연결된 암(223)이 이동하면서, 상부 그리퍼(242)를 이동시킨다. 상부 그리퍼(242)는 최종적으로 상부 샤프트를 이동시킨다.
수술 팁(252)의 이동은 하부 및 상부 샤프트의 이동에 따라 연동되어 진행될 수 있다. 수술 팁(252)은 총 3자유도 회전이 가능하다. 제어부(270)는 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)을 통해 수술 팁(252)의 2자유도 회전을 제어하고, 회전 모듈(251)을 통해 나머지 1자유도 회전을 제어할 수 있다.
앞서 설명한 실시예에 따르면, 델타 로봇이라는 견고한 구조를 사용함으로 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀 움직임이 가능하며, 델타 로봇을 이중으로 활용함으로써 기존의 델타 로봇이 가지고 있던 작은 동작 가능 범위라는 한계를 넘어설 수 있다.
또한, 기존의 산업 전반에 사용되고 있던 정밀한 델타 로봇 구조를 활용하여 정밀도와 동작 가능범위를 필요에 따라 조절 가능하므로, 의료 로봇 뿐만 아니라 필요에 따라 정밀 움직임과 넓은 동작 가능범위를 조절할 필요가 있는 모든 분야에 활용이 가능하다.
도 28는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 사시도이다.
도 28을 참조하면, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은, 각각, 3개의 지지 로드(211, 221)와, 3개의 이동부(212, 222)와, 3개의 암(213, 223)과, 3개의 구동원(214, 224)과, 3개의 가이드 로드(215, 225)를 포함할 수 있다.
지지 로드(211, 221) 및 이동부(212, 222)는, 예를 들어, 볼-스크류 리니어 슬라이딩 구조를 가질 수 있다. 구동원(214, 224)은, 지지 로드(211, 221)를 회전시킴으로써, 이동부(212, 222)가 지지 로드(211, 221)의 길이 방향으로 이동되게 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 보다 정밀한 조작이 가능하고, 외부의 충격에 대하여 강성한 구조를 구현할 수 있다.
하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)와 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 서로 이격되어 있을 수 있다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210)의 어느 하나의 지지 로드(211)는 상부 델타 로봇(220)의 인접한 2개의 지지 로드(221) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(211, 221)가 이격되어 있을 경우, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(211, 221)가 나란하게 배치된 상태와 비교할 때, 이동부(212, 222)의 가동 범위를 증가시킬 수 있다.
가이드 로드(215, 225)는 지지 로드(211, 221)와 평행하게 배치되고, 이동부(212, 222)의 이동을 가이드할 수 있다. 이동부(212, 222)는 가이드 로드(215, 225) 및 지지 로드(211, 221)를 따라 이동함으로써, 보다 안정적으로 상하 운동 가능하다. 가이드 로드(215, 225)는 이동부(212, 222)의 위치 제어 정확도를 높여줄 수 있고, 결과적으로 수술 도구(250)의 위치 제어 정확도를 높여줄 수 있다.
이동부(212, 222)는 지지 로드(211, 221) 및 가이드 로드(215, 225)를 따라 이동하여, 수술 팁(252)의 위치를 제어할 수 있다. 회전 모듈(251)은 수술 팁(252)을 수술 팁(252)의 중심축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이동부(212, 222) 및 회전 모듈(251)에 의해, 수술 팁(252)의 롤(roll), 피치(pitch) 및 요 회전이 구현될 수 있다.
도 29 및 도 30은 제 1 및 제 2 슬레이브 장치의 구동에 따라 안구가 회전하고, 안구의 회전에 따라 현미경이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 29 및 도 30을 참조하면, 현미경(3)은 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2') 사이에 배치되고, 지지 프레임(61, 62) 상에서 위치 이동 가능하다. 현미경(3)은 서로 직교하는 2개의 경로(P1, P2)를 따라 이동 가능하다. 2개의 경로(P1, P2)는 현미경(3)의 렌즈의 수직한 임의의 선에 각각 직교하는 제 1 경로(P1)와, 제 2 경로(P2)를 포함한다. 현미경(3)은 제 1 경로(P1) 및 제 2 경로(P2)를 포함하는 평면 상에서 이동 가능하다. 예를 들어, 현미경(3)은 직교하며 구비되는 2개의 리니어 액츄에이터를 포함할 수 있다.
제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 각각 안구(E)의 표면을 통과하는 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250')를 포함할 수 있다. 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250')의 각도를 변경하여, 안구(E)를 회전시킬 수 있다. 안구(E)는 안구의 중심을 통과하는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하고, 제 1 회전축(A1)에 수직하고 안구의 중심을 통과하는 제 2 회전축를 중심으로 회전 가능하다. 제 1 회전축(A1) 및 제 2 회전축(A2)은 예를 들어 안구(E)의 중심으로부터 동공(P)의 중심을 통과하는 가상의 연장선에 직교할 수 있다.
현미경(3)은 안구(E)의 회전에 기초하여 이동할 수 있다. 현미경(3)은 동공(P)의 위치 변화에 대응하여 이동함으로써, 렌즈를 동공(P)과 나란하게 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 현미경(3)의 이동량은, 동공(P)의 중심 위치를 현미경(3)이 이동 가능한 평면 상으로 투영한 위치의 변화량으로 결정할 수 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 도 29 및 도 30에 나타나는 바와 같이, 안구(E)의 내부에서 관찰할 수 있는 영역을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 슬레이브 장치(2, 2')는 도 30에 도시되는 것처럼, 안구(E)에 대한 수술 도구(250, 250')의 상대적인 위치 및 각도가 고정된 상태로 안구(E)를 회전시킬 수 있다. 이와 같은 제어 방법에 따르면, 2개의 수술 도구(250, 250') 사이의 거리가 변화되지 않으므로, 안구(E)를 회전시키는 과정에서 안구(E)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 하부 샤프트와, 상기 하부 샤프트에 1자유도로 슬라이딩 가능하게 연결되는 상부 샤프트와, 상기 하부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 하부 그리퍼와, 상기 상부 샤프트를 2자유도 회전 가능하게 지지하는 상부 그리퍼와, 상기 하부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 하부 델타 로봇과, 상기 상부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 상부 델타 로봇과, 상기 하부 샤프트에 연결되는 수술 도구를 포함하는 슬레이브 장치;
    마스터 베이스부와, 상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드와, 상기 암 지지 로드의 상측에 설치되는 상부 암 및 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암과, 상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며 사용자가 파지할 수 있는 조작 그리퍼를 포함하는 마스터 장치; 및
    상기 마스터 장치로부터 입력 신호를 전달받아, 상기 슬레이브 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 수술 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조작 그리퍼가 파지되어 움직일 경우, 상기 상부 암 또는 상기 하부 암이 이동된 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성하고,
    상기 입력 신호에 기초하여, 상기 하부 델타 로봇 및 상부 델타 로봇을 제어함으로써 상기 수술 도구의 위치 및 각도를 제어하는 수술 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 암 및 상기 하부 암은 각각,
    상기 암 지지 로드에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부; 및
    상기 회전 결합부에 회전 가능하게 연결되며, 동일한 평면 내에서 굴곡 또는 신전 가능한 2절 링크로 구성되는 회동 링크를 포함하는 마스터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 암 및 상기 하부 암 각각의 회동 링크는,
    상기 회전 결합부에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크;
    상기 제 1 암 링크에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크; 및
    상기 제 2 암 링크의 단부에 상기 제 2 암 링크의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되고 상기 조작 그리퍼에 연결되는 조작 그리퍼 조인트를 포함하는 수술 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 암 및 상기 하부 암은 각각,
    상기 회전 결합부에 대한 상기 제 1 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 1 회전 구동부; 및
    상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 2 회전 구동부를 더 포함하고,
    상기 암 지지 로드는,
    상기 암 지지 로드에 대한 상기 상부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 상부 회전 구동부; 및
    상기 암 지지 로드에 대한 상기 하부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 하부 회전 구동부를 포함하는 수술 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 조작 그리퍼는,
    핸들;
    상기 핸들로부터 길이 방향으로 연장되는 고정 샤프트;
    상기 핸들로부터 길이 방향으로 연장되고 둘레가 가압될 경우 길이 방향으로 신장되는 파지 스위치부; 및
    상기 고정 샤프트로부터 고정되고, 상기 파지 스위치부의 적어도 일부를 수용하는 내부 공간과, 상기 파지 스위치부가 상기 내부 공간에서 이동하는 변위를 계측하는 변위 감지 센서를 구비하는 측정 하우징을 포함하는 수술 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파지 스위치부는,
    상기 핸들로부터 상기 측정 하우징의 내부 공간을 향해 돌출하는 동시에, 상기 고정 샤프트의 둘레 바깥의 방사상의 방향을 따라서 절곡되는 절곡 입력부; 및
    상기 절곡 입력부에 연결되고 적어도 일부가 상기 측정 하우징의 내부 공간에 삽입되어 있는 입력 슬라이더를 포함하는 수술 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 델타 로봇은,
    3개의 하부 지지 로드와, 상기 하부 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 하부 이동부와, 상기 하부 이동부 및 상기 하부 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 하부 암을 포함하고,
    상기 상부 델타 로봇은,
    3개의 상부 지지 로드와, 상기 상부 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 상부 이동부와, 상기 상부 이동부 및 상기 상부 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 상부 암을 포함하는 수술 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수술 도구의 일 지점의 위치를 원격 회전 중심으로 설정하고,
    상기 제어부는 상기 조작 그리퍼의 움직임에 기초하여, 상기 수술 도구의 끝단의 위치를 조정하되, 상기 수술 도구의 적어도 일 지점이 항상 상기 원격 회전 중심을 지나도록 제어하는 수술 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 베이스부는,
    외부에 고정되는 고정 베이스; 및
    상기 고정 베이스 및 상기 암 지지 로드를 상호 연결하고, 상기 고정 베이스에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스를 포함하고,
    상기 암 지지 로드는, 상기 고정 베이스에 대하여 2자유도 회전 가능한 수술 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정 베이스에 대한 상기 암 지지 로드의 회전에 기초하여, 상기 수술 도구의 위치 또는 각도가 제어되는 수술 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    사용자로부터, (i) 상기 암 지지 로드가 상기 고정 베이스에 대하여 움직이지 않게 하는 제 1 모드와, (ii) 상기 상부 암 및 상기 하부 암이 모두 상기 암 지지 로드에 대하여 움직이지 않게 하는 제 2 모드를 포함하는 복수 개의 모드 중 어느 하나의 모드를 입력받을 수 있는 모드 입력부를 더 포함하는 수술 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서, 상기 제어부는,
    상기 조작 그리퍼의 단부의 공간상의 위치 정보에 기초하여, 상기 수술 도구의 단부의 위치를 조절하되,
    상기 수술 도구가 특정 지점을 항상 지나가도록, 상기 상부 델타 로봇 및 상기 하부 델타 로봇을 제어하는 수술 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 모드에서, 상기 제어부는,
    상기 암 지지 로드가 상기 고정 베이스에 대하여 움직인 회전량에 기초하여, 상기 수술 도구의 위치를 조절하되,
    미리 설정된 구면 좌표계의 원점을 기준으로, 상기 특정 지점이 동일한 거리에 위치하는 다른 지점으로 이동되도록 상기 상부 델타 로봇 및 상기 하부 델타 로봇을 제어하는 수술 시스템.
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