KR101241809B1 - 수술용 로봇 - Google Patents

Abstract

수술용 로봇이 개시된다. 사용자의 조작에 의해 수술에 필요한 조작이 이루어지는 조작부와, 조작부에 연결되어 환자의 체내에 삽입되며, 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 회동하는 로봇 암(robot arm)과, 로봇 암의 단부에 결합되어 환자의 체내에 삽입되며, 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 수술에 필요한 동작을 수행하는 이펙터(effector)를 포함하는 수술용 로봇은, 수술용 로봇과 그에 장착되는 인스트루먼트를 각각 별도로 구성하지 않고 로봇 암이 인스트루먼트의 역할을 하도록, 또는 인스트루먼트가 로봇 암의 역할을 하도록 통합적으로 구성함으로써, 통합된 로봇 암-인스트루먼트 자체를 체내에 직접 삽입하여 수술을 수행할 수 있다.

수술, 로봇

Description

수술용 로봇{Surgical robot}

본 발명은 수술용 로봇에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다.

이에 대해, 피부를 절개하는 대신 약간의 삽입공(孔)을 천공하고, 이를 통해 내시경, 복강경, 수술용 인스트루먼트(instrument), 미세수술용 현미경 등의 의료 기기를 삽입하여 체내에서 수술이 이루어지도록 하는 '복강경 수술' 내지는 '최소 침습 수술'이 각광받고 있다.

나아가, 최근에는 복강경 수술에 로봇(robot)을 사용하는 수술이 대안으로 떠오르고 있다. 로봇 수술은, 로봇 암이 구비된 수술용 로봇을 사용하여 수술을 수행하는 것으로서, 로봇 암의 선단부에 인스트루먼트(instrument)를 장착하고 로봇으로부터 생성, 전달되는 구동력에 의해 인스트루먼트가 수술에 필요한 동작을 수행하도록 함으로써 수술이 수행된다.

그러나, 로봇 수술의 경우 로봇 자체가 수술을 수행하는 것이 아니라 로봇이 인스트루먼트를 작동시켜 수술을 수행하게 되며, 수술 과정에서 인스트루먼트의 움직임에 따라 인체의 피부가 불필요하게 손상되는 것을 방지하기 위해 인스트루먼트가 가상의 회동 중심점을 중심으로 회동하도록 해야 하며, 이를 위해 로봇 암이 '원격중심(RCM; remote center of motion)'을 중심으로 작동되도록 제어해야 한다는 한계가 있다.

또한, 체내에 삽입된 인스트루먼트가 닿을 수 없는 부위를 수술하기 위해 인스트루먼트의 샤프트를 굴곡시켜야 하는 등의 기술적 곤란성이 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은, 수술용 인스트루먼트 자체가 마치 로봇 암처럼 구동될 수 있도록 함으로써 로봇 암에 별도의 인스트루먼트를 장착할 필요가 없고, 로봇 암이 RCM을 중심으로 회동하도록 구성할 필요가 없으며, 인스트루먼트의 샤프트를 굴곡시킬 필요가 없는 수술용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 사용자의 조작에 의해 수술에 필요한 조작이 이루어지는 조작부와, 조작부에 연결되어 환자의 체내에 삽입되며, 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 회동하는 로봇 암(robot arm)과, 로봇 암의 단부에 결합되어 환자의 체내에 삽입되며, 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 수술에 필요한 동작을 수행하는 이펙터(effector)를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.

환자의 수술 부위에는 싱글 포트(single port)가 천공되며, 로봇 암 및 이펙터는 싱글 포트를 통해 체내로 삽입될 수 있다. 이 경우, 로봇 암은 복수로 조작부에 결합되며, 복수의 로봇 암은 싱글 포트를 통과할 수 있는 굵기로 형성될 수 있다.

로봇 암은 복수의 암 부재와 복수의 암 부재를 서로 연결하는 복수의 암 조인트로 이루어지며, 조작부에는 로봇 암의 구조에 상응하는 구조로 이루어진 조작핸들이 구비될 수 있다. 이 경우, 조작핸들은, 복수의 암 부재에 상응하는 복수의 핸들 부재와 복수의 암 조인트에 상응하는 복수의 핸들 조인트로 이루어지며, 복수의 암 조인트와 복수의 핸들 조인트는 각각 와이어에 의해 풀리(pulley) 결합될 수 있다. 또는, 복수의 암 조인트에는 각각 모터가 결합되어 있고, 조작핸들은 복수의 암 조인트에 상응하는 복수의 핸들 조인트를 포함하며, 조작핸들에 대한 사용자 조작에 따른 복수의 핸들 조인트의 작동에 의해 모터를 구동시키는 신호가 각각 생성될 수 있다.

한편, 로봇 암은 스네이크(snake) 조인트 구조로 이루어지며, 조작부에는 로봇 암의 구조에 상응하여 스네이크 조인트 구조로 이루어진 조작핸들이 구비될 수 있다.

수술용 로봇은 사용자의 조작에 의해 소정의 신호를 생성하여 전송하는 마스터 로봇과, 마스터 로봇으로부터 신호를 받아 작동되는 슬레이브 로봇으로 이루어지며, 조작부는 마스터 로봇에 포함되고, 로봇 암 및 이펙터는 슬레이브 로봇에 포함될 수 있다.

이펙터는 복수로 구비되며, 사용자의 선택에 따라 어느 하나의 이펙터가 로봇 암의 단부에 결합되어 작동될 수 있다. 이 경우, 복수의 이펙터는 리볼버(revolver) 구조로 이루어진 베이스에 결합되며, 베이스는 사용자의 선택에 따라 회동하도록 로봇 암의 단부에 결합될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수술용 로봇과 그에 장착되는 인스트루먼트를 각각 별도로 구성하지 않고 로봇 암이 인스트루먼트의 역할을 하도록, 또는 인스트루먼트가 로봇 암의 역할을 하도록 통합적으로 구성함으로써, 통합된 로봇 암-인스트루먼트 자체를 체내에 직접 삽입하여 수술을 수행할 수 있다.

이로써, 수술용 로봇에 별도의 인스트루먼트를 장착하는 복잡한 구조가 불필요하고, 샤프트가 굴곡되는 인스트루먼트를 사용할 필요가 없으며, 로봇 암이 RCM을 중심으로 회동하도록 구성할 필요가 없어, 보다 간단한 구조로 로봇 암-인스 트루먼트 통합형 로봇을 구현할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇을 나타낸 개념도이다. 도 1을 참조하면, 환자(1), 싱글 포트(3), 조작부(10), 로봇 암(20), 이펙터(30)가 도시되어 있다.

본 실시예는, 로봇 암을 환자의 피부에 천공된 삽입공을 통해 체내에 직접 삽입하여 조작할 수 있을 정도의 크기로 제작함으로서, 로봇 암에 별도의 인스트루먼트를 장착할 필요가 없고, 로봇 암을 RCM을 중심으로 회동하는 구조로 구성할 필요가 없어, 보다 간단하고 직관적인 수술용 로봇을 구현한 것을 특징으로 한다.

수술용 로봇은, 사람(의사)의 수작업을 대신하거나 보완하여 수술에 필요한 작업이나 조작을 수행하는 기계 장치로서, 이하 설명하는 실시예에서 '수술용 로봇'은, 센서, 컨트롤러, 모터 등의 자동 구동 수단을 포함하는 기계 장치뿐만 아니라, 사람이 수동으로 조작하여 작동되는 수술용 인스트루먼트, 보조 도구 등의 기계, 기구 장치까지 포함하는 광의의 개념으로 사용된다.

종래의 로봇 수술용 인스트루먼트는 로봇 암에 장착되는 조작부와, 조작부로부터 일 방향으로 연장되는 샤프트와, 샤프트의 말단에 결합되는 이펙터로 이루어지며, 로봇 수술 과정은, 환자의 피부에 1cm 이하의 직경을 갖는 삽입공을 천공하고, 이를 통해 샤프트의 단부를 체내로 삽입한 후, 로봇을 구동시켜 조작부에 구 동력을 전달함으로써 체내에 삽입된 이펙터가 수술에 필요한 동작을 하도록 하는 것이다.

이 경우, 환자의 피부에 천공되는 삽입공의 크기가 매우 작아 로봇 암을 직접 체내로 삽입하기는 곤란하며, 이를 위해 직경 수 mm 정도의 샤프트가 구비된 인스트루먼트를 로봇 암에 장착하여 로봇 수술을 진행해 왔다.

한편, 인스트루먼트가 삽입될 부위마다 삽입공을 천공하는 것이 아니라, 환자의 배꼽 등의 부위에 2-5cm 정도의 직경으로 삽입공(이를 '싱글 포트'라 함)을 천공하고, 싱글 포트를 통해 각종 수술 도구를 삽입하여 수술을 수행하는 이른바, '싱글 포트 수술(single port surgery)'의 경우, 로봇 암의 직경을 1cm 정도로 제작함으로써, 별도의 인스트루먼트를 장착하지 않고도 로봇 암 자체를 체내로 삽입하여 로봇 수술을 수행할 수 있다.

종전과 같이 로봇 암에 인스트루먼트를 장착하여 수술을 수행할 경우, 인스트루먼트의 회동 중심점(RCM)을 중심으로 로봇 암이 구동되도록 로봇 암의 구조를 설계해야 했으나, 전술한 바와 같이 로봇 암 자체를 체내에 삽입하여 작동시킬 경우 로봇 암이 반드시 RCM을 중심으로 회동해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 자유롭게 로봇 암을 움직여 수술을 수행할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 수술용 로봇은 조작부(10)와, 조작부(10)에 연결되는 로봇 암(20)과, 로봇 암(20)의 단부에 결합되는 이펙터(30)로 이루어진다. 조작부(10)는 사용자(예를 들면, 의사)가 손으로 잡고 수술에 필요한 각종 조작을 함으로써 로봇이 작동되도록 하는 일종의 콘솔(console) 역할을 하는 구성요소이다.

로봇 암(robot arm)(20)은 환자(1)의 체내에 삽입되어 움직이는 구성요소로서, 전술한 바와 같이 환자(1)의 피부에 천공된 삽입공을 통해 체내로 삽입될 수 있을 정도의 크기로 제작될 수 있다. 사용자가 조작부(10)를 조작하면 그에 따라 로봇 암(20)이 회전 및/또는 이동하여 수술이 이루어질 수 있도록 움직이게 된다. 이를 위해 로봇 암(20)은 다관절 구조, 스네이크 조인트 구조 등 다양한 구조로 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

이펙터(effector)(30)는 체내에 삽입된 로봇 암(20)의 단부에 결합되는 구성요소로서, 사용자가 조작부(10)를 조작함에 따라 집게(grip) 동작, 절단(cutting) 동작, 봉합(suturing) 동작 등 수술에 필요한 각종 동작을 수행하게 된다. 이펙터(30)가 다양한 동작을 수행하도록 하기 위해, 다양한 형상 및 구조를 갖는 여러 가지 이펙터(30)를 로봇 암(20)의 단부에 결합하여 사용할 수 있으며, 그 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

본 실시예에 따른 수술용 로봇은 조작부(10)에 복수의 로봇 암(20)을 결합하고, 각 로봇 암(20)의 단부에 다양한 기능의 이펙터(30)를 결합하여 사용할 수 있다. 이처럼 복수의 로봇 암(20)을 사용하여 수술을 수행할 경우, 각 로봇 암(20)에 결합된 다양한 기능의 이펙터(30)를 활용할 수 있으므로, 수술 도중에 이펙터(30)를 교체할 필요가 없으며, 따라서 이펙터(30)의 교체를 위해 로봇 암(20)을 체외로 인출할 필요 없이 로봇 수술을 완료할 수 있다.

본 실시예에 따른 로봇 암(20)은 환자(1)의 피부에 천공된 삽입공을 통해 체내로 직접 삽입되어 작동되며, 특히 전술한 싱글 포트 수술의 경우 싱글 포트(3) 를 통해 복수의 로봇 암(20) 및 그에 결합된 이펙터(30)를 모두 체내로 삽입하여 수술을 수행할 수 있다. 이 경우, 복수의 로봇 암(20)의 굵기를 싱글 포트(3)를 통과할 수 있을 정도로 형성하는 것이 좋음은 전술한 바와 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 조작부(10), 조작핸들(11), 핸들 부재(12), 핸들 조인트(14), 와이어(16), 로봇 암(20), 암 부재(22), 암 조인트(24), 이펙터(30)가 도시되어 있다.

이하, 도 2를 참조하여 전술한 로봇 암(20)의 구조를 보다 상세하게 설명한다. 본 실시예에 따른 로봇 암(20)은 전체적으로 다관절(articulate) 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 것처럼, 로봇 암(20)을 복수의 암 부재(22)로 구성하고 각 암 부재(22) 사이에 암 조인트(24)를 개재시킴으로써, 각 암 조인트(24) 부분이 로봇 암(20)의 관절 역할을 하도록 구성할 수 있다.

이와 같이 다관절 구조로 로봇 암(20)을 구성할 경우, 사용자는 조작부(10)를 조작하여 각 관절이 구부려지는 정도를 조절함으로써 로봇 암(20)이 원하는 동작을 하도록 하거나, 필요한 위치로 이동하도록 할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 조작부(10)에는 로봇 암(20)의 관절 구조에 상응하는 구조로 이루어진 조작핸들(11)을 구비함으로써, 보다 직관적으로 로봇 암(20)을 조작하도록 할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(20)의 관절구조와 동일한 구조로 조작핸들(11)을 제작하고, 조작핸들(11)에 대한 사용자 조작에 1:1로 대응하여 로 봇 암(20)이 움직이도록 구성할 수 있다. 즉, 로봇 암(20)과 동일한 구조의 조작핸들(11)을 만들어, 사용자가 조작핸들(11)을 움직이면 체내에 삽입되어 있는 로봇 암(20)도 조작핸들(11)의 움직임에 대응하여 움직이도록 조작할 수 있다.

전술한 바와 같이, 로봇 암(20)이 복수의 암 부재(22)와 각 암 부재(22)를 연결하는 암 조인트(24)로 이루어진다고 할 때, 본 실시예에 따른 조작핸들(11)은 각 암 부재(22)에 대응하는 복수의 핸들 부재(12)와, 각 암 조인트(24)에 대응하는 핸들 조인트(14)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 각 핸들 부재(12)를 움직여 특정 핸들 조인트(14)에서 핸들 부재(12)가 구부러지게 되면, 특정 핸들 조인트(14)에 대응되는 암 조인트(24)가 회전하여 암 조인트(24)에 연결된 암 부재(22)가 핸들 부재(12)와 마찬가지로 구부러지게 되는 것이다.

이를 위해 서로 대응되는 각 암 조인트(24)와 각 핸들 조인트(14)는 서로 연결되어 작동되도록 할 수 있는데, 예를 들어 각 암 조인트(24)와 각 핸들 조인트(14)를 와이어(16)로 풀리(pulley) 결합함으로써, 어느 하나의 핸들 조인트(14)가 회전하면 그에 대응되는 암 조인트(24)도 회전하도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 수술용 로봇은 로봇 암(20)을 체내에 삽입하고 로봇 암(20)과 동일한 구조로 구성된 조작핸들(11)을 조작하여 로봇 암(20)을 움직이는 방식으로 작동될 수 있으며, 따라서 종래의 수술용 로봇처럼 로봇 암(20)이 원격 회동중심(RCM)을 중심으로 움직이도록 구성할 필요 없이, 단순히 로봇 암(20)을 환자(1)의 체내에 삽입하고 로봇 암(20)과 동일한 구조의 조작핸들(11)을 조작하여 수술을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 조작부(10), 조작핸들(11), 핸들 부재(12), 핸들 조인트(14), 센서(17), 모터(18), 제어부(19), 로봇 암(20), 암 부재(22), 암 조인트(24), 이펙터(30)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 수술용 로봇은, 종래의 수술용 로봇에서 로봇 암(20)과 인스트루먼트의 구분을 없애고, 로봇 암(20) 자체를 체내에 삽입하여 움직여가면서 수술을 수행할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 로봇 암(20)을 다관절 구조로 제작하고 조작핸들(11)을 조작하여 로봇 암(20)의 각 암 조인트(24)를 회전시킴으로써 로봇 암(20)을 작동시킬 수 있음은 전술한 바와 같다. 이를 위해 도 2에서는 조작핸들(11)의 각 핸들 조인트(14)와 로봇 암(20)의 각 암 조인트(24)를 와이어(16)로 풀리 결합한 경우를 설명하였다.

나아가, 도 3에 도시된 것처럼, 로봇 암(20)의 각 암 조인트(24)에 모터(18)를 장착하고, 조작핸들(11)의 각 핸들 조인트(14)에서는 모터(18)를 작동시킬 수 있는 신호를 생성, 전달하도록 구성할 수도 있다.

즉, 다관절 구조의 각 암 조인트(24)에 각각 모터(18)를 결합하여 모터(18)가 작동되면 그에 따라 암 조인트(24)가 회전하도록 구성함으로써, 사용자는 조작부(10)를 조작하여 각 모터(18)를 작동시킴으로써 로봇 암(20)의 각 관절이 회동하도록 할 수 있다.

나아가, 전술한 바와 같이 로봇 암(20)의 관절 구조와 동일한 관절 구조를 갖는 조작핸들(11)을 사용하여 로봇 암(20)을 작동시킬 경우, 조작핸들(11)의 각 핸들 조인트(14)에서는 그에 대응되는 암 조인트(24)가 회동하도록 당해 암 조인트(24)에 장착된 모터(18)를 구동시키기 위한 신호를 생성하도록 할 수 있다.

예를 들어, 각 핸들 조인트(14)에 그 회전 정도를 감지할 수 있는 센서(17)를 설치하고, 센서(17)에 의해 감지된 값(회전 정도)에 비례하도록 각 핸들 조인트(14)에 대응되는 암 조인트(24)에 장착된 모터(18)를 구동시킴으로써, 사용자가 조작핸들(11)을 조작하여 각 핸들 조인트(14)가 회전한 정도만큼 그에 대응하여 로봇 암(20)의 각 암 조인트(24)가 회전하도록 할 수 있다. 이를 위해, 조작핸들(11)과 로봇 암(20) 사이에 제어부(19)를 개재하고, 제어부(19)에서 조작핸들(11)로부터 센싱된 신호를 수신하여 그에 따라 모터(18)를 구동시키는 신호를 생성, 전송하도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 조작부(10), 조작핸들(11), 로봇 암(20), 이펙터(30)가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 실시예는 로봇 암(20)을 이른바 '스네이크(snake) 조인트' 구조로 구성한 예이다. 스네이크 조인트 구조는 암 부재와 암 조인트의 구별이 없이 암 전체를 연속된 관절로 구성한 것으로서, 마치 뱀의 몸체처럼 로봇 암(20)이 임의의 위치에서 임의의 방향으로 구부러지도록 한 것이다.

이처럼 본 실시예에 따른 로봇 암(20)을 스네이크 조인트 구조로 구성할 경우, 사용자는 조작부(10)를 조작하여 로봇 암(20)의 구부러지는 위치 및 정도를 조절함으로써 로봇 암(20)이 원하는 동작을 하도록 하거나, 필요한 위치로 이동하도록 할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 조작부(10)에는 로봇 암(20)의 관절 구조에 상응하는 구조로 이루어진 조작핸들(11)을 구비함으로써, 보다 직관적으로 로봇 암(20)을 조작하도록 할 수 있다. 즉, 로봇 암(20)과 마찬가지로 스네이크 조인트 구조로 조작핸들(11)을 제작하고, 조작핸들(11)에 대한 사용자 조작에 1:1로 대응하여 로봇 암(20)이 움직이도록 구성할 수 있다.

이처럼, 로봇 암(20) 및 조작핸들(11)을 스네이크 조인트 구조로 구성할 경우, 로봇 암(20)의 각 지점과 그에 상응하는 조작핸들(11)의 각 지점을 와이어로 연결하여, 조작핸들(11)을 구부리면 그에 따라 각 와이어에 장력이 인가되고, 각 와이어가 결합된 로봇 암(20)의 해당 부분에 장력이 전달됨으로써, 로봇 암(20)이 조작핸들(11)의 구부러짐에 대응하여 구부러지도록 조작할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 환자(1), 조작핸들(11), 로봇 암(20), 이펙터(30)가 도시되어 있다.

전술한 실시예에서는 로봇 암과 동일한 구조로 구성된 조작핸들을 조작하여 로봇 암을 작동시키는 경우에 대하여 설명하였으나, 조작핸들을 반드시 로봇 암과 동일한 구조로 구성해야 하는 것은 아니며, 로봇 암 및 이펙터를 작동시켜 수술에 필요한 동작을 수행하도록 할 수 있는 다른 구조의 조작핸들도 사용될 수 있음은 물론이다.

나아가, 도 5에 도시된 것처럼 본 실시예에 따른 수술용 로봇을 마스터-슬레이브 구조로 구성하고, 조작핸들(11)을 마스터 로봇에 설치하여 원격으로 조작하도록 할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 수술용 로봇을 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 로봇(도 5의 'M' 참조)과, 마스터 로봇으로부터 신호를 받아 직접 환자(1)에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 로봇(도 5의 'S' 참조)으로 구성하고, 마스터 로봇에 설치된 조작핸들(11)을 조작하여 생성되는 신호가 슬레이브 로봇으로 전송되도록 함으로써, 슬레이브 로봇의 로봇 암(20) 및 이펙터(30)가 작동되도록 할 수 있다.

마스터 로봇과 슬레이브 로봇은 각각 별도의 장치로 구성되어 마스터 로봇은 조작실, 슬레이브 로봇은 수술실에 배치되도록 하거나, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇을 하나의 장치로 통합하여 구성할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이펙터를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 로봇 암(20), 이펙터(30), 베이스(32)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 수술용 로봇은 로봇 암(20) 자체가 체내에 들어가 있는 상태에서 작동되므로, 로봇 암(20)의 단부에 장착된 이펙터(30)를 필요에 따라 다른 종류의 것으로 교체하기 위해서는 로봇 암(20)을 체외로 인출하여 이펙터(30)를 교체한 후 다시 로봇 암(20)을 체내로 삽입하는 작업이 수행되어야 한다. 따라서, 처음에 로봇 암(20)의 단부에 여러 종류의 이펙터(30)를 장착한 상태에서 로봇 암(20)을 체내로 삽입하면 이펙터(30)를 교체하는 번거로운 작업을 생략할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 본 실시예에 따른 수술용 로봇은, 로봇 암(20)에 내시경, 복강경, 조명, 집게, 포셉(forceps), 가위(scissors), 커터(cutter) 등 여러 종류의 이펙터(30)를 장착한 상태로 사용될 수 있으며, 필요에 따라 사용자가 적절한 이펙터(30)를 선택함으로써 원하는 이펙터(30)가 로봇 암(20)의 단부에 결합되어 작동되도록 할 수 있다.

이를 위해, 도 6에 도시된 것처럼, 로봇 암(20)에 회전 가능한 베이스(32)를 결합하고 베이스(32)에 여러 종류의 이펙터(30)를 결합함으로써, 사용자의 선택에 따라 베이스(32)를 회전시켜 원하는 이펙터(30)가 로봇 암(20)의 단부에 결합되도록 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 베이스(32)는 마치 권총이나 현미경의 리볼버(revolver) 구조와 유사하게 작동되어, 사용자의 필요에 따라 원하는 이펙터(30)로 교체하여 사용하도록 할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇을 나타낸 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 구조를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이펙터를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 환자 3 : 싱글 포트

10 : 조작부 11 : 조작핸들

12 : 핸들 부재 14 : 핸들 조인트

16 : 와이어 17 : 센서

18 : 모터 19 : 제어부

20 : 로봇 암 22 : 암 부재

24 : 암 조인트 30 : 이펙터

32 : 베이스

Claims (10)

1. 사용자의 조작에 의해 수술에 필요한 조작이 이루어지는 조작부와;

   상기 조작부에 연결되어 환자의 체내에 삽입되며, 상기 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 회동하는 로봇 암(robot arm)과;

   상기 로봇 암의 단부에 결합되어 환자의 체내에 삽입되며, 상기 조작부에 대한 사용자 조작에 따라 수술에 필요한 동작을 수행하는 이펙터(effector)를 포함하되,

   상기 로봇 암은 복수의 암 부재와 상기 복수의 암 부재를 서로 연결하는 복수의 암 조인트로 이루어지며, 상기 조작부에는 상기 로봇 암의 구조에 상응하는 구조로 이루어진 조작핸들이 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
2. 제1항에 있어서,

   환자의 수술 부위에는 싱글 포트(single port)가 천공되며, 상기 로봇 암 및 상기 이펙터는 상기 싱글 포트를 통해 체내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
3. 제2항에 있어서,

   상기 로봇 암은 복수로 상기 조작부에 결합되며, 상기 복수의 로봇 암은 상기 싱글 포트를 통과할 수 있는 굵기로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 조작핸들은, 상기 복수의 암 부재에 상응하는 복수의 핸들 부재와 상기 복수의 암 조인트에 상응하는 복수의 핸들 조인트로 이루어지며, 상기 복수의 암 조인트와 상기 복수의 핸들 조인트는 각각 와이어에 의해 풀리(pulley) 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
6. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 암 조인트에는 각각 모터가 결합되어 있고, 상기 조작핸들은 상기 복수의 암 조인트에 상응하는 복수의 핸들 조인트를 포함하며, 상기 조작핸들에 대한 사용자 조작에 따른 상기 복수의 핸들 조인트의 작동에 의해 상기 모터를 구동시키는 신호가 각각 생성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
7. 제1항에 있어서,

   상기 로봇 암은 스네이크(snake) 조인트 구조로 이루어지며, 상기 조작부에는 상기 로봇 암의 구조에 상응하여 스네이크 조인트 구조로 이루어진 조작핸들이 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
8. 제1항에 있어서,

   상기 수술용 로봇은 사용자의 조작에 의해 소정의 신호를 생성하여 전송하는 마스터 로봇과, 상기 마스터 로봇으로부터 신호를 받아 작동되는 슬레이브 로봇으로 이루어지며,

   상기 조작부는 상기 마스터 로봇에 포함되고,

   상기 로봇 암 및 상기 이펙터는 상기 슬레이브 로봇에 포함되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
9. 제1항에 있어서,

   상기 이펙터는 복수로 구비되며, 사용자의 선택에 따라 어느 하나의 이펙터가 상기 로봇 암의 단부에 결합되어 작동되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
10. 제9항에 있어서,

    상기 복수의 이펙터는 리볼버(revolver) 구조로 이루어진 베이스에 결합되며, 상기 베이스는 사용자의 선택에 따라 회동하도록 상기 로봇 암의 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.

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