KR102617080B1

KR102617080B1 - 수술용 로봇의 이중 델타 구조

Info

Publication number: KR102617080B1
Application number: KR1020210157988A
Authority: KR
Inventors: 양운제; 김창균; 공덕유; 김덕상
Original assignee: 주식회사 로엔서지컬
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-12-27
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN118201562A; WO2023090782A1; US20250009447A1; KR20230071604A

Abstract

본 발명은 수술용 로봇의 이중 델타 구조에 관한 것으로서, 이중 델타 구조를 위한 링크 결합 구조를 제시함으로써 비틀림이나 외력에 강한 수술용 로봇의 이중 델타 구조에 관한 것이다. 이를 위해 제1 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제1 링크부, 제2 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제2 링크부, 제3 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제3 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조가 개시된다.

Description

수술용 로봇의 이중 델타 구조{Parallel delta structure of surgical robot}

본 발명은 수술용 로봇의 이중 델타 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중 델타 구조를 위한 링크 결합 구조를 제시함으로써 비틀림이나 외력에 강한 수술용 로봇의 이중 델타 구조에 관한 것이다.

일반적인 3자유도의 링크 병렬구조는 고 강성이나 낮은 워크스페이스(또는 작업공간)로 인해 자유도가 낮지만 높은 워크스페이스를 가질 수 있는 델타 구조의 채택이 많이 이루어지고 있다.

하지만, 종래의 델타 구조는 산업현장에서 많이 사용되는 구조로서 일반적으로 바닥과 수평으로 배치되어 사용됨으로써 모멘트의 영향을 고려하지 않아도 되는 구조이다.

반면, 수술 로봇의 경우에는 수술 환부에 따라 다양한 기울기로 배치되어야 하므로 이러한 종래의 델타 구조를 사용할 경우 원하는 정밀성과 충분한 강성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.

KR 10-2018-0001153

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 델타 구조를 이중으로 결합함으로써 비틀림 모멘트에 강한 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 제1 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제1 링크부, 제2 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제2 링크부, 제3 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제3 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 제1,2,3 링크부의 상측의 링크 연결을 통해 제1 델타 구조가 형성되고, 제1,2,3 링크부의 하측의 링크 연결을 통해 제2 델타 구조가 형성됨으로 이중 델타 구조가 형성된다.

또한, 제1,2,3 링크부 각각은 서로 동일한 링크 쌍으로 구성되며, 패러렐로그램 형상으로 이루어지도록 링크 결합된다.

또한, 제1,2,3 링크부 각각은 복수의 패러렐로그램 형상이 서로 나란하게 병렬로 이루어지도록 링크 결합된다.

또한, 제1,2,3 링크부 각각에 형성된 제1,2,3 패러렐로그램은 서로 소정 각도로 이격되면서 마주보도록 형성된다.

또한, 제1,2,3 링크부 각각은 복수의 베이스 링크부, 베이스 링크부의 상측에서 회전하도록 링크 결합되는 복수의 상측 조인트부, 상측 조인트부에 피치 및 요 회전되도록 링크 결합되는 복수의 상측 구속 링크부, 베이스 링크부의 하측에서 회전하도록 링크 결합되는 복수의 하측 조인트부, 하측 조인트부에 피치 및 요 회전되도록 링크 결합되는 복수의 하측 구속 링크부를 포함한다.

또한, 제1,2 상측 구속 링크부는 서로 나란하게 병렬로 복수의 상측 조인트부에 각각이 피치 및 요 회전하도록 링크 결합되며, 제1,2 하측 구속 링크부는 서로 나란하게 병렬로 복수의 하측 조인트부에 각각이 피치 및 요 회전하도록 링크 결합된다.

또한, 제1 상측 구속 링크부와 제1 하측 구속 링크부를 포함함으로써 형성되는 제1 패러렐로그램과, 제2 상측 구속 링크부와 제2 하측 구속 링크부를 포함함으로써 형성되는 제2 패러렐로그램을 포함한다.

또한, 제1 패러렐로그램과 제2 패러렐로그램은 서로 나란하게 병렬로 형성된다.

또한, 복수의 베이스 링크부는 제1 상측 조인트부 및 제1 하측 조인트부가 회전 가능하도록 링크 결합되는 제1 베이스 링크부, 제2 상측 조인트부 및 제2 하측 조인트부가 회전 가능하도록 링크 결합되는 제2 베이스 링크부를 포함한다.

또한, 제1,2 상측 구속 링크부의 양측 결합 링크 각각이 제1,2 상측 조인트부에 각각 링크 결합되며, 제1,2 하측 구속 링크부의 양측 결합 링크 각각이 제1,2 하측 조인트부에 각각 링크 결합된다.

또한, 제2 베이스 링크부는 무빙 축을 따라 이동하는 무빙 축 결합부를 더 포함하며, 제1,2,3 링크부의 결합에 의해 형성된 무빙 프레임이 무빙 축을 따라 이동함으로써 3자유도 움직임이 가능하다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 델타 구조를 이중으로 결합함으로써 비틀림 모멘트에 강한 구조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수술용 로봇의 이중 델타 구조를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 링크부를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 링크부의 제1,2 상측 구속 링크부 및 하측 구속 링크부가 도 3에 비해 피치 회전(θ₁) 및 요 회전(θ₂)한 것을 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제1,2,3 링크부(100,200,300)의 제2 베이스 링크부 각각이 결합된 무빙 축을 따라 상하로 이동하는 것을 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 수술용 로봇의 이중 델타 구조(또는 수술용 로봇의 병렬 델타 구조)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1,2,3 링크부(100,200,300)를 포함한다. 제1,2,3 링크부(100,200,300)는 서로 동일한 링크 부재로 이루어지기 때문에 이하에서는 제1 링크부(100)에 대해서만 설명하기로 하고 제2,3 링크부(200,300)에 대해서는 제1 링크부(100)의 설명에 갈음하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 제1,2,3 링크부(100,200,300)는 각각 대략 120도 방향으로 배치된다. 제1 링크부(100)는 일예로서 제1 방향에 배치되며, 제2 링크부(200)는 제1 방향과 120도 떨어진 제2 방향에 배치되며, 제3 링크부(300)는 제2 방향과 120도 떨어진 제3 방향에 배치된다.

본 발명의 일실시예에 따른 제1 링크부(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1 베이스 링크부(110) 및 제2 베이스 링크부(120)를 포함한다. 제1 링크부(100)의 제1 베이스 링크부(110), 제2 링크부(200)의 제1 베이스 링크부(210) 및 제3 링크부(300)의 제1 베이스 링크부(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 무빙 프레임의 중심에서 각각 결합됨으로써 대략 삼각형 형상을 이룬다.

제1 베이스 링크부(110)와 제2 베이스 링크부(120)는 일정거리 떨어지면서 서로 마주보도록 배치된다.

제1 베이스 링크부(110)의 상측에는 제1 상측 조인트부(111)가 회전 가능하도록 링크 결합된다. 제1 베이스 링크부(110)의 하측에는 제1 하측 조인트부(116)가 회전 가능하도록 링크 결합된다. 제2 베이스 링크부(120)의 상측에는 제2 상측 조인트부(112)가 회전 가능하도록 링크 결합된다. 제2 베이스 링크부(120)의 하측에는 제2 하측 조인트부(117)가 회전 가능하도록 링크 결합된다.

제1 상측 구속 링크부(113)의 제1 측 단부에는 제1 구속 조인트부가 구비되며, 제2 측 단부에는 제2 구속 조인트부가 구비된다. 제1 상측 구속 링크부(113)의 제1 구속 조인트부는 제1 상측 조인트부(111)에 구속 결합되며, 제2 구속 조인트부는 제2 상측 조인트부(112)에 구속 결합된다.

한편, 제2 상측 구속 링크부(114)의 제1 측 단부에는 제1 구속 조인트부가 구비되며, 제2 측 단부에는 제2 구속 조인트부가 구비된다. 제2 상측 구속 링크부(114)의 제1 구속 조인트부는 제1 상측 조인트부(111)에 구속 결합되며, 제2 구속 조인트부는 제2 상측 조인트부(112)에 구속 결합된다. 즉, 제1,2 상측 구속 링크부(113,114)는 서로 나란하게 병렬로 제1,2 상측 조인트부(111,112)에 각각 구속 결합된다.

제1 하측 구속 링크부(118)의 제1 측 단부에는 제1 구속 조인트부가 구비되며, 제2 측 단부에는 제2 구속 조인트부가 구비된다. 제1 하측 구속 링크부(118)의 제1 구속 조인트부는 제1 하측 조인트부(116)에 구속 결합되며, 제2 구속 조인트부는 제2 하측 조인트부(117)에 구속 결합된다.

한편, 제2 하측 구속 링크부(119)의 제1 측 단부에는 제1 구속 조인트부가 구비되며, 제2 측 단부에는 제2 구속 조인트부가 구비된다. 제2 하측 구속 링크부(119)의 제1 구속 조인트부는 제1 하측 조인트부(116)에 구속 결합되며, 제2 구속 조인트부는 제2 하측 조인트부(117)에 구속 결합된다. 즉, 제1,2 하측 구속 링크부(118,119)는 서로 나란하게 병렬로 제1,2 하측 조인트부(116,117)에 각각 구속 결합된다.

이때, 제1,2 상측 조인트부(111,112) 및 제1,2 하측 조인트부(116,117) 각각은 제1,2 베이스 링크부(110,120)에 대해 상대적으로 제1 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 제1,2 상측 구속 링크부(113,114) 및 제1,2 하측 구속 링크부(118,119) 각각은 제1,2 상측 조인트부(111,112) 및 제1,2 하측 조인트부(116,117)에 대해 상대적으로 제2 방향으로 회전할 수 있다.

따라서 도 3 및 도 4를 참조해보면, 도 3의 제1,2 상측 구속 링크부(113,114) 및 제1,2 하측 구속 링크부(118,119)가 도 4와 같이 피치 회전(θ₁) 및 요 회전(θ₂)할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 이중 델타 구조를 가짐으로써 비틀림(모멘트)이나 외력에 강한 구조를 지닌다.

즉, 제1 델타 구조는 제1,2,3 링크부(100,200,300) 각각의 상측에 배치된 제1,2 상측 조인트부 및 제1,2 상측 구속 링크부의 링크 결합에 의해 이루어지고, 제2 델타 구조는 제1,2,3 링크부(100,200,300) 각각의 하측에 배치된 제1,2 하측 조인트부 및 제1,2 하측 구속 링크부의 링크 결합에 의해 이루어진다. 따라서, 제1 델타 구조와 제2 델타 구조는 상하 서로 병렬로 구성된다.

또한, 제1,2,3 링크부(100,200,300) 각각에는 상측 및 하측에 배치된 제1,2 상측 구속 링크부 및 하측 구속 링크부에 의해 패러렐로그램이 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 링크부(100)의 제1,2 상측 구속 링크부(113,114) 및 제1,2 하측 구속 링크부(118,119)에 의해 제1 패러렐로그램(41)과 제2 패러렐로그램(42)이 형성된다. 따라서, 제2 링크부(200) 및 제3 링크부(300)에도 각각 제1,2 패러렐로그램이 형성된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 링크부(100)의 무빙 축 결합부(130)는 제2 베이스 링크부(120)의 일측에 구비되며, 제2 베이스 링크부(120)가 무빙 축(10)을 따라 이동 가능하도록 무빙 축(10)과 직간접적으로 결합한다.

본 발명의 일실시예에 따른 수술용 로봇의 이중 델타 구조는 일예로서 도 5와 같이 움직일 수 있다.

즉, 제1 링크부(100)의 제2 베이스 링크부(120)의 무빙 축 결합부(130)가 제1 무빙 축(10)과 직간접적으로 결합함으로써 제2 베이스 링크부(120)가 제1 무빙 축(10)을 따라 상하이동한다.

제2 링크부(200)의 제2 베이스 링크부(220)의 무빙 축 결합부(230)가 제2 무빙 축(20)과 직간접적으로 결합함으로써 제2 베이스 링크부(220)가 제2 무빙 축(20)을 따라 상하이동한다.

제3 링크부(300)의 제2 베이스 링크부(320)의 무빙 축 결합부(330)가 제3 무빙 축(30)과 직간접적으로 결합함으로써 제2 베이스 링크부(320)가 제3 무빙 축(30)을 따라 상하이동한다.

제1 링크부(100)의 제2 베이스 링크부(120), 제2 링크부(200)의 제2 베이스 링크부(220), 제3 링크부(300)의 제2 베이스 링크부(320) 각각을 상하로 서로 동일하거나 다른 거리로 이동함으로써 무빙 프레임(50)을 3자유도로 움직일 수 있다.

한편, 제1 링크부(100)의 제1,2 상측 및 하측 구속 링크부, 제2 링크부(200)의 제1,2 상측 및 하측 구속 링크부, 제3 링크부(300)의 제1,2 상측 및 하측 구속 링크부의 각 링크의 길이는 서로 다를 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.

상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

10 : 제1 무빙 축
20 : 제2 무빙 축
30 : 제3 무빙 축
41 : 제1 패러렐로그램
42 : 제2 패러렐로그램
50 : 무빙 프레임
100 : 제1 링크부
110 : 제1 베이스 링크부
111 : 제1 상측 조인트부
112 : 제2 상측 조인트부
113 : 제1 상측 구속 링크부
114 : 제2 상측 구속 링크부
116 : 제1 하측 조인트부
117 : 제2 하측 조인트부
118 : 제1 하측 구속 링크부
119 : 제2 하측 구속 링크부
120 : 제2 베이스 링크부
130 : 무빙 축 결합부
200 : 제2 링크부
210 : 제1 베이스 링크부
211 : 제1 상측 조인트부
212 : 제2 상측 조인트부
213 : 제1 상측 구속 링크부
214 : 제2 상측 구속 링크부
216 : 제1 하측 조인트부
217 : 제2 하측 조인트부
218 : 제1 하측 구속 링크부
219 : 제2 하측 구속 링크부
220 : 제2 베이스 링크부
230 : 무빙 축 결합부
300 : 제3 링크부
310 : 제1 베이스 링크부
311 : 제1 상측 조인트부
312 : 제2 상측 조인트부
313 : 제1 상측 구속 링크부
314 : 제2 상측 구속 링크부
317 : 제2 하측 조인트부
318 : 제1 하측 구속 링크부
319 : 제2 하측 구속 링크부
320 : 제2 베이스 링크부
330 : 무빙 축 결합부

Claims

제1 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제1 링크부,
제2 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제2 링크부,
제3 방향에서 기준 축을 중심으로 피치 및 요 회전되도록 링크 결합된 제3 링크부를 포함하고,
상기 제1,2,3 링크부 각각은,
복수의 베이스 링크부,
상기 베이스 링크부의 상측에서 회전하도록 링크 결합되는 복수의 상측 조인트부,
상기 상측 조인트부에 피치 및 요 회전되도록 링크 결합되는 복수의 상측 구속 링크부,
상기 베이스 링크부의 하측에서 회전하도록 링크 결합되는 복수의 하측 조인트부,
상기 하측 조인트부에 피치 및 요 회전되도록 링크 결합되는 복수의 하측 구속 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 제1,2,3 링크부의 상측의 링크 연결을 통해 제1 델타 구조가 형성되고,
상기 제1,2,3 링크부의 하측의 링크 연결을 통해 제2 델타 구조가 형성됨으로 이중 델타 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 2 항에 있어서,
상기 제1,2,3 링크부 각각은,
서로 동일한 링크 쌍으로 구성되며,
패러렐로그램 형상으로 이루어지도록 링크 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 제1,2,3 링크부 각각은,
복수의 패러렐로그램 형상이 서로 나란하게 병렬로 이루어지도록 링크 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 제1,2,3 링크부 각각에 형성된 제1,2,3 패러렐로그램은 서로 소정 각도로 이격되면서 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
삭제
제 1 항에 있어서,
제1,2 상측 구속 링크부는 서로 나란하게 병렬로 상기 복수의 상측 조인트부에 각각이 피치 및 요 회전하도록 링크 결합되며,
제1,2 하측 구속 링크부는 서로 나란하게 병렬로 상기 복수의 하측 조인트부에 각각이 피치 및 요 회전하도록 링크 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 상측 구속 링크부와 상기 제1 하측 구속 링크부를 포함함으로써 형성되는 제1 패러렐로그램과,
상기 제2 상측 구속 링크부와 상기 제2 하측 구속 링크부를 포함함으로써 형성되는 제2 패러렐로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 패러렐로그램과 제2 패러렐로그램은 서로 나란하게 병렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 베이스 링크부는,
제1 상측 조인트부 및 제1 하측 조인트부가 회전 가능하도록 링크 결합되는 제1 베이스 링크부,
제2 상측 조인트부 및 제2 하측 조인트부가 회전 가능하도록 링크 결합되는 제2 베이스 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 10 항에 있어서,
제1,2 상측 구속 링크부의 양측 결합 링크 각각이 상기 제1,2 상측 조인트부에 각각 링크 결합되며,
제1,2 하측 구속 링크부의 양측 결합 링크 각각이 상기 제1,2 하측 조인트부에 각각 링크 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.
제 11 항에 있어서,
상기 제2 베이스 링크부는,
무빙 축을 따라 이동하는 무빙 축 결합부를 더 포함하며,
상기 제1,2,3 링크부의 결합에 의해 형성된 무빙 프레임이 상기 무빙 축을 따라 이동함으로써 3자유도 움직임이 가능한 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 이중 델타 구조.