KR20090119366A - Laparoscopic surgical robot with additional degree of freedom - Google Patents

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KR20090119366A
KR20090119366A KR1020080045356A KR20080045356A KR20090119366A KR 20090119366 A KR20090119366 A KR 20090119366A KR 1020080045356 A KR1020080045356 A KR 1020080045356A KR 20080045356 A KR20080045356 A KR 20080045356A KR 20090119366 A KR20090119366 A KR 20090119366A
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surgical tool
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driving
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KR1020080045356A
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이정주
김기영
송호석
서정욱
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한국과학기술원
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Abstract

PURPOSE: A laparoscope surgery robot is provided to perform an operation similar to arm motion of a doctor by using information about the arm motion of the doctor. CONSTITUTION: A driving part drives and controls a surgery tool(100). The driving part includes a base(280), a yaw driving part(260), a pitch driving part(240), a passive wrist part(250), a transfer part(220), and a connecting part(210). One side of the base is fixed. The yaw driving part rotates the surgery tool into a yaw direction. The pitch driving part rotates the surgery tool into a pitch direction. The passive wrist part comprises a plurality of links connected to the pitch driving part. The transfer part moves the surgery tool back and forth. The connecting part couples and the separates the surgery tool and the driving part.

Description

여유 자유도를 갖는 복강경 수술 로봇{Laparoscopic Surgical Robot with Additional Degree of Freedom}Laparoscopic Surgical Robot with Additional Degree of Freedom}

본 발명은 여유 자유도를 갖는 복강경 수술 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복강 속에 삽입되고 5 자유도를 갖는 복강경 수술 도구 및 수술도구와 탈, 부착이 가능하고 3 자유도를 갖는 구동부로 구성되어 총 8 자유도를 지님으로써, 수술 도구의 끝단이 고정되어도 다양한 자세를 취할 수 있는 복강경 수술로봇 에 관한 것이다.The present invention relates to a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, and more particularly, it is composed of a laparoscopic surgical tool and a surgical tool which are inserted into the abdominal cavity and have 5 degrees of freedom, and are detachable and attachable and have a driving part having 3 degrees of freedom. By having a laparoscopic surgical robot that can take a variety of positions even if the end of the surgical tool is fixed.

일반적으로 복강경 수술 로봇은 복강경과 소형 수술 도구를 이용하여 최소침습수술(Minimally Invasive Surgery)을 수행하는 로봇이다. 여기서, 최소침습수술이란 다수의 작은 절개공을 통해 주위 장기나 조직의 손상을 최소화하며 목적하는 수술을 정확하고 안정하게 수행하는 수술을 의미한다. 따라서, 최소침습수술은 수술 후 대사 과정의 변화를 상대적으로 감소시킬 수 있고, 이에 따라, 회복기간을 빠르게 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 입원 기간도 단축되며 수술 후 짧은 시일 내에 정상적인 생활로 복귀가 가능하다. In general, laparoscopic surgery robot is a robot that performs minimally invasive surgery using a laparoscope and a small surgical tool. Here, minimally invasive surgery refers to a surgery that minimizes damage to surrounding organs or tissues through a plurality of small incisions and accurately and stably performs a desired surgery. Therefore, minimally invasive surgery can relatively reduce the change in metabolic process after surgery, and thus has an advantage of speeding up the recovery period. In addition, the hospitalization period is also shortened and it is possible to return to normal life within a short time after the operation.

기존의 복강경 수술 로봇은 길고 가는 수술 도구를 이용하여 수술 도구를 피 치 방향, 요 방향 및 롤 방향 회전과 축방향 이동과 같이 4 자유도의 움직임을 갖는다. 이러한 4 자유도를 갖는 수술 도구는 집도의가 수술용 도구를 원하는 위치로 이동 시킬 수 있지만, 도구의 접근 방향은 제어할 수 없다. 단순한 작업을 위해서는 4 자유도의 움직임만으로도 충분하지만, 봉합 또는 수술사의 매듭을 짓기 위한 작업은 원활하지 못한 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여 개복 수술보다 수술 작업이 어렵고 수술 시간이 더 오래 걸리는 문제점이 있다. 또한, 장시간 수술을 하는 경우, 집도의의 팔과 다리에 무리가 가는 문제점이 있다.Conventional laparoscopic surgical robots use long, thin surgical instruments to move the surgical tools in four degrees of freedom, such as rotation in the pitch, yaw and roll directions, and axial movement. Surgical instruments with these 4 degrees of freedom can move the surgical instruments to the desired position, but the direction of approach of the tools can not be controlled. The movement of 4 degrees of freedom is enough for a simple operation, but the work for making a suture or knot of the surgeon is not smooth. Due to this problem, there is a problem that surgery is difficult and surgery takes longer than open surgery. In addition, when the operation for a long time, there is a problem that goes to the arm and leg of the doctor.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 마스터-슬레이브 시스템으로 구성된 복강경 수술 로봇 시스템이 등장하였다. 집도의는 마스터 시스템에 부착된 조종기를 조종하고, 마스터 시스템이 전해주는 정보를 통해 슬레이브 시스템이 직접 수술을 수행하는 역할을 한다. 이러한 수술용 로봇의 일례로써, 미국 특허 제 6,364,888호에는 1개의 내시경 조절 로봇과 2개의 슬레이브 로봇으로 구성된 직렬 로봇 시스템이 개시되어 있다. 또한, 미국 특허 제6,102,850호에는 내시경 조절 로봇과 2개의 슬레이브 로봇이 일체형으로 구성된 복강경 수술로봇이 개시되어 있다. 하지만, 이러한 복강경 수술 로봇 시스템은 기존 복강경 수술과 동일한 자유도를 지니거나 개복 수술의 경우와 같은 집도의의 팔의 움직임을 구현할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 이러한 장치들은 넓은 설치 공간을 필요로 하고, 대장암 수술과 같이 병변이 넓은 질환의 수술에는 적합하지 못한 문제점이 있다.In order to solve this problem, a laparoscopic surgical robot system composed of a master-slave system has emerged. The chief physician controls the manipulator attached to the master system, and the slave system directly performs the operation through the information transmitted from the master system. As an example of such a surgical robot, US Pat. No. 6,364,888 discloses a serial robot system consisting of one endoscope control robot and two slave robots. In addition, US Pat. No. 6,102,850 discloses a laparoscopic surgical robot in which an endoscope adjusting robot and two slave robots are integrated. However, such a laparoscopic surgical robot system has the same degree of freedom as the conventional laparoscopic surgery or there is a problem that can not implement the movement of the arm of the gypsy as in the case of open surgery. In addition, these devices require a large installation space, there is a problem that is not suitable for surgery of a wide lesion such as colon cancer surgery.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 의사의 팔과 같이 로봇의 종단이 고정되어도 여러 자세를 취하며, 의사의 팔과 동일한 자유도의 움직임을 행할 수 있는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems, and even when the end of the robot is fixed, such as a doctor's arm, it takes various postures, and the laparoscope having a degree of freedom to perform the movement of the same degree of freedom as the doctor's arm. The purpose is to provide a surgical robot.

상기와 같은 본 발명의 목적은 수술도구 및 수술도구를 구동 및 제어하는 구동부로 이루어진 복강경 수술로봇에 있어서, 구동부는 지면과 고정되는 베이스; 베이스 일측에 연결되어 수술도구를 요(Yaw) 방향으로 회전시키는 요 구동부; 베이스 일측에 연결되어 수술도구를 피치(Pitch) 방향으로 회전시키는 피치 구동부; 피치 구동부와 연결되는 다수의 링크로 이루어지는 수동관절부; 수동 관절부의 일측에 연결되어 수술도구를 전후로 이송하는 이송부; 및 이송부의 상부에 연결되어 수술도구와 구동부를 결합 및 분리하는 연결부로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇에 의해 달성될 수 있다.An object of the present invention as described above is a laparoscopic surgical robot consisting of a surgical tool and a drive unit for driving and controlling the surgical tool, the drive unit is fixed to the ground and the base; A yaw drive unit connected to one side of the base to rotate the surgical tool in a yaw direction; A pitch drive unit connected to one side of the base to rotate the surgical tool in a pitch direction; A passive joint part comprising a plurality of links connected to the pitch driver; A transfer part connected to one side of the manual joint part and transferring the surgical tool back and forth; And it can be achieved by a laparoscopic surgical robot having a margin of freedom characterized in that consisting of a connecting portion connected to the upper portion of the transfer unit and coupling and separating the surgical tool and the drive.

본 발명에 따르면 수술 도구의 종단이 고정되어도 다양한 자세를 취할 수 있으며, 수술 시 의사의 팔 움직임에 관한 정보를 이용하여 의사의 팔 움직임과 유사한 동작을 할 수 있는 효과가 있다. 따라서 의사는 수술 로봇의 움직임을 쉽게 예측할 수 있고, 개복 수술과 같은 자유도로 복강경 수술을 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 수술 작업 속도의 향상 및 수술 시간을 단축할 수 있다. 또한, 컴퓨터를 이용하여 미세한 영역의 다양한 수술까지도 수행할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, even if the end of the surgical tool is fixed, it can take various postures, and there is an effect that the operation similar to the doctor's arm movement by using information about the doctor's arm movement during surgery. Therefore, the doctor can easily predict the movement of the surgical robot, there is an effect that can be performed laparoscopic surgery smoothly with the same degree of freedom as open surgery. Accordingly, it is possible to improve the operation work speed and shorten the operation time. In addition, there is an effect that can be performed even a variety of operations in the minute region using a computer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

<복강경 수술로봇의 구성><Configuration of Laparoscopic Surgery Robot>

도 1은 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 일측면을 나타내는 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복강경 수술로봇(1)은 환자의 복강 내에서 움직이고, 5 자유도를 갖는 수술도구(100) 및 수술도구(100)를 구동하며 3 자유도를 갖는 구동부(200)로 이루어진다.1 is a perspective view showing one side of the laparoscopic surgical robot having a degree of freedom according to the present invention. As shown in FIG. 1, the laparoscopic surgical robot 1 moves in the abdominal cavity of the patient, and consists of a surgical tool 100 having 5 degrees of freedom and a driving unit 200 having 3 degrees of freedom and driving the surgical tool 100. .

(구동부의 구성)(Configuration of Driving Unit)

도 1은 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구동부(200)는 베이스(280), 요 구동부(260), 피치 구동부(240), 수동관절(250), 이송부(220) 및 연결부(210)로 구성된다.1 is a perspective view of a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom in accordance with the present invention. As shown in FIG. 1, the driving unit 200 according to the present invention includes a base 280, a yaw driving unit 260, a pitch driving unit 240, a manual joint 250, a transfer unit 220, and a connection unit 210. It is composed.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 베이스(280)는 지면에 고정되고, 그 일측에 구동부(200)를 구성하는 부재들이 설치되는 장소를 제공하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 형상으로 이루어져도 무방하다.As shown in FIG. 1, the base 280 according to the present invention is fixed to the ground and provides a place where members constituting the driving unit 200 are installed at one side thereof. It may be made in any shape.

도 2는 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 관절을 나타 내는 개략도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 요 구동부의 정면도를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 요 구동부(260)는 베이스(280)의 길이 방향 일측 종단에 설치되어 수술도구(100)를 요(Yaw) 방향으로 회전시키는 구성으로 이루어진다. 이에 따라, 베이스(280)와 연결되는 요 회전축(262) 및 요 회전축(262)을 중심으로 회전하는 반원형상으로 이루어진 요 회전 수단(261)이 구비된다. 이때, 요 회전축(262)이 회전할 수 있는 동력을 전달하기 위해 요 회전 수단(261) 및 요 회전축(262)과 제 3 와이어(W3)로 연결된 제 8 구동수단(M8)이 구비된다. 여기서, 제 8 구동수단은 정, 역회전이 가능한 서보모터, 스텝모터 또는 리니어 서보모터를 사용하는 것이 좋다.Figure 2 shows a schematic view showing the joint of the laparoscopic surgical robot having a degree of freedom in accordance with the present invention, Figure 3 shows a front view of the yaw drive unit according to the present invention. As shown in Figures 2 and 3, the yaw drive unit 260 according to the present invention is installed at one end in the longitudinal direction of the base 280 consists of a configuration for rotating the surgical tool 100 in the yaw direction (Yaw) direction . Accordingly, the yaw rotation shaft 262 connected to the base 280 and the yaw rotation means 261 is formed in a semi-circular shape that rotates around the yaw rotation shaft 262. In this case, the yaw rotation means 261 and the eighth driving means M8 connected to the yaw rotation shaft 262 and the third wire W3 are provided to transmit power capable of rotating the yaw rotation shaft 262. Here, the eighth drive means is preferably a servo motor, a step motor or a linear servo motor capable of forward and reverse rotation.

도 2는 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 관절을 나타내는 개략도를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 구동부의 수동관절부 및 피치 구동부의 측면도를 도시한 것이다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피치 구동부(240)는 수술도구(100)를 피치(Pitch) 방향으로 회전시키는 구성으로 이루어진다. 요 회전축(262)과 수직을 이루는 피치 회전축(242) 및 피치 회전축(242)을 중심으로 회전하는 반원 형상으로 이루어진 피치 회전 수단(241)이 구비된다. 이때, 피치 회전축(242)이 회전할 수 있는 동력을 전달하기 위해 피치 회전 수단(241) 및 피치 회전축(242)과 제 2 와이어(W2)로 연결되는 제 7 구동수단(M7)이 구비된다. 여기서, 제 7 구동수단(M7)은 정, 역회전이 가능한 서보모터, 스텝모터 또는 리니어 서보모터를 사용하는 것이 좋다.Figure 2 shows a schematic view showing the joint of the laparoscopic surgical robot having a degree of freedom according to the present invention, Figure 4 shows a side view of the passive joint and the pitch drive of the drive unit according to the present invention. 2 and 4, the pitch drive unit 240 according to the present invention is configured to rotate the surgical tool 100 in the pitch (Pitch) direction. A pitch rotating shaft 242 perpendicular to the yaw rotating shaft 262 and a pitch rotating means 241 having a semicircular shape rotating around the pitch rotating shaft 242 are provided. At this time, the pitch rotating shaft 242 is provided with a seventh driving means (M7) connected to the pitch rotating means 241 and the pitch rotating shaft 242 and the second wire (W2) to transmit power. Here, the seventh driving means M7 may use a servo motor, a step motor, or a linear servo motor capable of forward and reverse rotation.

또한, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수동관절부(250)는 별도의 구동장치 없이 피치 회전축(242)의 회전에 의해 수동관절 회전축(257)을 중심으로 회전하며, 수술 도구(100)를 구동한다. 그 구성은 피치 회전 수단(241)의 일측에 고정되고, 지면과 평행하게 이루어진 제 6 링크(256)가 설치된다. 제 6 링크(256)와 피치 회전 수단(241)이 연결된 제 6 링크(256)의 일측과 대향되는 타측 종단에 연결되어 수동관절 회전축(257)을 중심으로 회전 가능한 제 5 링크(255)가 설치된다. 제 5 링크(255)와 제 6 링크(256)가 연결된 제 5 링크(255)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단에 연결되고, 제 6 링크(256)와 평행하게 제 4 링크(254)가 설치된다. 이때, 제 4 링크(254)는 제 6 링크(256) 보다 상대적으로 길게 형성된다. 피치 회전축(242)과 일측 종단이 연결되어 회전 가능하고, 그 중간 일측이 제 4 링크(254)의 중간 일측과 연결되며, 제 5 링크(255)와 평행하게 제 3 링크(253)가 설치된다. 제 3 링크(253)와 피치 회전축(242)이 연결된 제 3 링크(253)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단에 연결되고, 제 4 링크(254) 및 제 6 링크(256)와 평행하게 제 2 링크(252)가 설치된다. In addition, as shown in Figures 2 and 4, the passive joint part 250 according to the present invention is rotated about the manual joint rotation axis 257 by the rotation of the pitch axis of rotation 242 without a separate driving device, surgery Drive tool 100. The configuration is fixed to one side of the pitch rotation means 241, and the sixth link 256 made in parallel with the ground is provided. The fifth link 255 is rotatable about the manual joint rotation axis 257 and is connected to the other end opposite to one side of the sixth link 256 to which the sixth link 256 and the pitch rotation means 241 are connected. do. The fourth link 254 is installed to be connected to the other end opposite to one end of the fifth link 255 to which the fifth link 255 and the sixth link 256 are connected. do. In this case, the fourth link 254 is formed relatively longer than the sixth link 256. The pitch rotation shaft 242 and one end thereof are connected and rotatable, and a middle one side thereof is connected to the middle one side of the fourth link 254, and a third link 253 is installed in parallel with the fifth link 255. . The second link 253 is connected to the other end opposite to one end of the third link 253 to which the pitch rotation shaft 242 is connected, and is parallel to the fourth link 254 and the sixth link 256. Link 252 is installed.

마지막으로, 제 2 링크(252)와 제 3 링크(253)가 연결된 제 2 링크(252)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단 및 제 4 링크(254)와 제 5 링크(255)가 연결된 제 4 링크(254)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단을 연결하는 제 1 링크(251)가 설치된다. 이때, 제 1 링크(251)는 제 3 링크(253) 및 제 5 링크(255)와 평행을 이루도록 설치된다. 이렇게 설치된 링크들은 제 1 링크(251), 제 2 링크(252), 제 3 링크(253) 및 제 4 링크(254)가 하나의 평행사변형으로 이루어진다. 또한, 제 3 링크(253), 제 4 링크(254), 제 5 링크(255) 및 제 6 링크(256)가 또 하나의 평행사 변형으로 이루어진다. 즉, 수동관절부(250)는 이중의 평행사변형(Double Parallelogram) 구조로 이루어진다. Finally, the other end opposite to one end of the second link 252 to which the second link 252 and the third link 253 are connected, and the fourth to which the fourth link 254 and the fifth link 255 are connected. The first link 251 connecting the other end opposite to one end of the link 254 is provided. In this case, the first link 251 is installed to be parallel to the third link 253 and the fifth link 255. In this way, the first link 251, the second link 252, the third link 253, and the fourth link 254 are formed in one parallelogram. In addition, the third link 253, the fourth link 254, the fifth link 255 and the sixth link 256 are made of another parallel yarn deformation. That is, the passive joint 250 has a double parallelogram structure.

도 5는 본 발명에 따른 연결부 및 이송부의 연결을 나타내는 측면도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이송부(220)는 수동관절부(250)의 제 1 링크(251)의 일측에 설치되어 수술도구(100)가 전후 방향으로 이동할 수 있는 경로를 제공하는 판 형상의 리니어 가이드(221)가 형성된다. 리니어 가이드(221) 상부 일측에 연결부(210)가 결합되는 경우 연결부(210)를 고정하기 위한 고정판(222)이 볼트(B)로 결합되고, 고정판(222)과 제 1 와이어(W1)로 연결되어 연결부(210)를 이송하기 위한 동력을 전달하는 제 8 구동수단(M8)이 구비된다.Figure 5 shows a side view showing the connection of the connection portion and the transfer unit according to the present invention. As shown in FIG. 5, the transfer part 220 according to the present invention is installed at one side of the first link 251 of the manual joint part 250 to provide a path through which the surgical tool 100 can move in the front-rear direction. A plate-shaped linear guide 221 is formed. When the connecting portion 210 is coupled to the upper side of the linear guide 221, the fixing plate 222 for fixing the connecting portion 210 is coupled with the bolt B, and the fixing plate 222 is connected with the first wire W1. And an eighth driving means M8 for transmitting power for transporting the connection portion 210.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연결부(210)는 수술도구(100) 및 구동부(200)를 연결하는 것으로서, 중공인 직육면체 형상으로 이루어져 그 내부에 수술도구(100)의 5가지 관절들과 연결된 와이어들과 연결되는 5개의 풀리가 구비된다. 그리고, 그 외부 일측에는 5개의 풀리에 각각 동력을 전달하는 제 1 구동수단(M1) 내지 제 5 구동수단(M1)이 구비된다. 연결부(210)는 이송부(220)의 리니어 가이드(221) 상부에 구비되어 고정판(222)과 볼트(B)로 고정되며, 고정판(222)과 연결된 제 8 구동수단(M8)에 의해 리니어 가이드(221) 상부를 전진 및/또는 후진한다.As shown in Figure 5, the connection portion 210 according to the present invention is to connect the surgical tool 100 and the driving unit 200, consisting of a hollow rectangular parallelepiped five joints of the surgical tool 100 therein Five pulleys are provided which are connected to the wires connected to the wires. And, the outer one side is provided with first driving means (M1) to fifth driving means (M1) for transmitting power to each of the five pulleys. The connection part 210 is provided on the linear guide 221 of the transfer part 220 and is fixed by the fixing plate 222 and the bolt B, and the linear guide (8) by the eighth driving means M8 connected to the fixing plate 222. 221) Advance and / or retract the upper part.

본 발명에 따른 복강경 수술로봇(1)의 수술도구(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(200)의 요 회전장치(261)의 회전 중심축을 연장한 선과 수술도구(100)가 교차하는 지점인 원격 중심(290)을 구심점으로 하여 작동하는 구성으로 이루어진다. 즉, 수술도구(100)가 피치 방향 및 요 방향으로 회전하여도 원격 중심(290)을 중심으로 회전하게 된다. 따라서, 환자의 복강으로 수술도구(100)가 삽입되어도 침습점으로 인한 움직임의 방해 없이 원활하게 시술할 수 있다.Surgical tool 100 of the laparoscopic surgical robot 1 according to the present invention is a line extending the central axis of rotation of the yaw rotation device 261 of the drive unit 200 and the surgical tool 100 as shown in FIG. It is composed of a configuration that operates with the center of the remote center 290 is the intersection point. That is, even if the surgical tool 100 is rotated in the pitch direction and yaw direction is to rotate around the remote center (290). Therefore, even if the surgical tool 100 is inserted into the abdominal cavity of the patient can be performed smoothly without disturbing the movement due to the invasion point.

(수술도구의 구성)(Configuration of Surgical Tools)

도 1은 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복강경 수술로봇(1)은 복강 내로 삽입되어 수술을 시행하는 5 자유도를 갖는 수술도구(100) 및 수술도구(100)을 구동하기 위한 3 자유도를 갖는 구동부(200)로 구성된다.1 is a perspective view of a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom in accordance with the present invention. As shown in FIG. 1, the laparoscopic surgical robot 1 is inserted into the abdominal cavity and has a surgical tool 100 having 5 degrees of freedom for performing surgery and a driving unit 200 having 3 degrees of freedom for driving the surgical tool 100. It consists of.

본 발명에 따른 수술도구(100)는 복강 내부에 삽입되어 시술할 수 있는 수술도구(100)라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 하지만, 바람직하게는 본 출원인이 이미 출원하여 등록된 대한민국등록특허 제 0778387호 "다자유도를 갖는 복강경 수술용 로봇 및 그 힘 측정방법"에 개시된 복강경 수술 로봇을 사용하는 것이 좋다. 원활한 설명을 위해 대한민국등록특허 제 0778387호에 수술도구(100)와 관련된 내용을 본 발명에 첨부된 도면에 맞도록 새로운 도면 부호를 사용하여 다시 한번 설명하기로 한다.Surgical tool 100 according to the present invention may be used as long as the surgical tool 100 can be inserted into the abdominal cavity. However, it is preferable to use a laparoscopic surgical robot disclosed in Korean Patent No. 0778387, "Laparoscopic Surgery Robot with Multiple Degrees of Freedom and a Force Measurement Method", which the applicant has already applied for and registered. For a smooth description, the contents related to the surgical tool 100 in the Republic of Korea Patent No. 0778387 will be described once again using new reference numerals to fit the drawings attached to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 수술도구의 사시도를 도시한 도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 수술도구(110)와 제 2 수술도구(120)는 수술도구(100)의 손가락 역할을하며, 가위, 집게, 소작기 등으로 제작될 수 있다. 이러한 제 1 수술도구(110)및 제 2 수술도구(120)는 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 만약, 제 1 수 술도구(110) 및 제 2 수술도구(120)가 동일한 방향으로 회전하면 수술도구(100)의 방향변화를 표현할 수 있고, 각각 다른 방향으로 회전하면 가위나 집게를 표현할 수 있다. 제 1 수술도구(110) 및 제 2 수술도구(120)는 수술도구 회전축(130)을 중심으로 회전할 수 있다.Figure 6 is a view showing a perspective view of the surgical tool according to the present invention. As shown in FIG. 6, the first surgical tool 110 and the second surgical tool 120 serve as fingers of the surgical tool 100 and may be manufactured by scissors, tongs, cauterizers, and the like. The first surgical tool 110 and the second surgical tool 120 can be controlled independently of each other. If the first surgical tool 110 and the second surgical tool 120 are rotated in the same direction, the direction change of the surgical tool 100 may be represented, and if the first surgical tool 110 and the second surgical tool 120 are rotated in different directions, scissors or tongs may be represented. . The first surgical tool 110 and the second surgical tool 120 may rotate about the surgical tool rotation axis 130.

본 발명에 따른 손목부(105)는 수술도구 회전축(130)을 포함하고 손목 회전축(150)을 중심으로 회전 가능하다.Wrist portion 105 according to the present invention includes a surgical tool rotation axis 130 and is rotatable about the wrist rotation axis 150.

본 발명에 따른 로드셀(160)은 4개의 빔이 형성되어 있고, 제 1 수술도구(110) 및 제 2 수술도구(120)에 작용하는 힘을 측정하는 센서이다. 로드셀(160)은 이러한 힘을 측정하여 시술에 알맞은 힘을 제 1 수술도구(110) 및 제 2 수술도구(120)에 가해지도록 제어한다. 로드셀(160)은 팔꿈치부(170)와 연결되고, 팔꿈치부(170)의 길이 방향 중심축(C축)을 기준으로 회전한다. The load cell 160 according to the present invention has four beams, and is a sensor for measuring the force acting on the first surgical tool 110 and the second surgical tool 120. The load cell 160 measures such a force to control a force suitable for the procedure to be applied to the first surgical tool 110 and the second surgical tool 120. The load cell 160 is connected to the elbow portion 170 and rotates based on the longitudinal central axis (C axis) of the elbow portion 170.

본 발명에 따른 팔꿈치부(170)는 상완부(180)와 연결되고, 팔꿈치 회전축(180)을 기준으로 회전한다. 팔꿈치부와(170) 연결된 상완부(180)의 일측과 대향되는 타측 종단은 구동부(200)의 연결부(210)와 연결된다.The elbow 170 according to the present invention is connected to the upper arm 180 and rotates based on the elbow rotation axis 180. The other end opposite to one side of the upper arm 180 connected to the elbow 170 is connected to the connection portion 210 of the driving unit 200.

<복강경 수술로봇의 구동 방법><How to Drive Laparoscopic Surgery Robot>

(구동부의 구동 방법)(Drive method of driving part)

본 발명에 따른 복강경 수술로봇(1)의 구동부(200)는 제 6 구동수단(M6) 내지 제 8 구동수단(M8)에서 발생되는 동력을 이용하여 제 1 와이어(W1) 내지 제 3 와이어(W3)로 제 15 풀리(P15) 내지 제 24 풀리(P24)를 감아 수술도구(100)를 전후 이동, 피치 방향 및 요 방향으로 회전시킨다.The driving unit 200 of the laparoscopic surgical robot 1 according to the present invention is the first wire (W1) to the third wire (W3) by using the power generated from the sixth driving means (M6) to eighth driving means (M8). ) Wound around the fifteenth pulley (P15) to the 24th pulley (P24) to rotate the surgical tool 100 in the front and rear movement, pitch direction and yaw direction.

도 3은 본 발명에 따른 구동부의 수동관절부 및 피치 구동부의 측면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 와이어(W1), 제 18 풀리(P18) 내지 제 24 풀리(P24) 및 제 8 구동수단(M8)을 사용하여 수술도구(100)를 전후 방향으로 이동시킨다. 제 8 구동수단(M8)에는 제 1 와이어(W1)가 감겨있다. 제 1 와이어(W1)는 제 3 링크(253)와 제 2 링크(252)가 연결되는 일측에 구비된 제 19 풀리(P19)를 지나 제 3 링크(253)와 제 2 링크(252)의 수동관절 회전축(257)에 구비된 제 18 풀리(P18)과 연결된다. Figure 3 shows a side view of the passive joint and the pitch drive of the drive unit according to the present invention. As shown in FIG. 3, the surgical tool 100 is moved forward and backward by using the first wire W1, the eighteenth pulley P18 to the twenty-fourth pulley P24, and the eighth driving means M8. . The first wire W1 is wound around the eighth drive means M8. The first wire W1 passes through a nineteenth pulley P19 provided at one side to which the third link 253 and the second link 252 are connected, so that the first wire W1 is passively connected to the third link 253 and the second link 252. It is connected to the eighteenth pulley P18 provided in the joint rotation shaft 257.

제 18 풀리(P18)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 18 풀리(P18)가 구비된 제 2 링크(252)의 일측과 대향된 타측에 구비된 제 17 풀리(P17)를 지난다. 제 17 풀리(P17)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 2 링크(252)와 연결된 제 1 링크(251)의 일측으로 소정간격 이격되도록 구비된 제 16 풀리(P16)를 지나고, 제 16 풀리(P16)와 인접한 곳에 설치된 제 15 풀리(P15)를 지난다. 제 15 풀리(P15)를 지난 제 1 와이어(W1)는 이송부(220)에 구비된 고정판(222)을 감으며 지나 제 15 풀리(P15)가 구비된 제 1 링크(251)의 일측과 대향되는 타측에 구비된 제 20 풀리(P20)를 지난다. The first wire W1 passing through the eighteenth pulley P18 passes through the seventeenth pulley P17 provided on the other side opposite to one side of the second link 252 provided with the eighteenth pulley P18. The first wire W1 passing through the seventeenth pulley P17 passes the sixteenth pulley P16 provided to be spaced a predetermined distance to one side of the first link 251 connected to the second link 252, and the sixteenth pulley Pass through the fifteenth pulley (P15) installed adjacent to (P16). The first wire W1 passing through the fifteenth pulley P15 is wound around the fixing plate 222 provided in the conveying part 220 to face one side of the first link 251 provided with the fifteenth pulley P15. Pass the 20th pulley (P20) provided on the other side.

제 20 풀리(P20)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 20 풀리(P20)와 근접한 곳에 구비된 제 21 풀리(P21)를 지난다. 제 21 풀리(P21)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 1 링크(251) 및 제 4 링크(254)를 연결하는 축에 구비된 제 22 풀리(P22)를 지난다. 제 22 풀리(P22)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 3 링크(253) 및 제 4 링크(254)를 연결하는 수동관절 회전축(257)에 구비된 제 24 풀리(P24)를 지나고, 제 24 풀 리(P24)와 근접한 곳에 구비된 제 23 풀리(P23)를 지난다. 제 23 풀리(P23)를 지난 제 1 와이어(W1)는 제 8 구동수단(M8)으로 되돌아감으로써 제 5 루프(L5)를 형성한다. 이렇게 형성된 제 5 루프(L5)는 제 8 구동수단(M8)의 정회전 또는 역회전에 따라 제 1 와이어(W1)가 제 5 루프(L5)를 따라 회전하며 이송부(220)의 고정판(222)을 전후 방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 고정판(222)에 결합된 연결부(210) 및 연결부(210)에 결합된 수술도구(100)가 함께 이동하게 된다. 여기서, 제 17 풀리(P17) 및 제 18 풀리(P18)와 제 22 풀리(P22) 및 제 24 풀리(P24)와 연결되는 제 1 와이어(W1)는 각각 제 2 링크(252) 및 제 4 링크(254)와 평행을 이룬다. 따라서, 수동관절부(250)가 회전하여도 제 5 루프(L5)의 길이는 변함없이 각각의 링크들을 구동할 수 있다.The first wire W1 passing through the twentieth pulley P20 passes through the twenty-first pulley P21 provided near the twentieth pulley P20. The first wire W1 passing through the twenty-first pulley P21 passes through the twenty-second pulley P22 provided on an axis connecting the first link 251 and the fourth link 254. The first wire W1 passing through the twenty-second pulley P22 passes through the twenty-fourth pulley P24 provided in the passive joint shaft 257 connecting the third link 253 and the fourth link 254. Pass the twenty-third pulley (P23) provided in close proximity to the 24 pulley (P24). The first wire W1 passing through the twenty-third pulley P23 returns to the eighth driving means M8 to form a fifth loop L5. In the fifth loop L5 formed as described above, the first wire W1 rotates along the fifth loop L5 according to the forward rotation or the reverse rotation of the eighth driving means M8, and the fixing plate 222 of the transfer unit 220. Move in the forward and backward direction. Accordingly, the connecting portion 210 coupled to the fixing plate 222 and the surgical tool 100 coupled to the connecting portion 210 are moved together. Here, the first wire W1 connected to the seventeenth pulley P17, the eighteenth pulley P18, the twenty-second pulley P22, and the twenty-fourth pulley P24 may have a second link 252 and a fourth link, respectively. Parallel to (254). Therefore, even if the passive joint 250 rotates, the length of the fifth loop L5 may drive the respective links without change.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 와이어(W2), 피치 회전 수단(241) 및 제 7 구동수단(M7)을 사용하여 수술도구(100)를 피치 방향으로 회전시킨다. 제 7 구동수단(M7)에는 제 2 와이어(W2)가 감겨있다. 제 2 와이어(W2)는 피치 회전 수단(241)의 외주면 일측을 따라 지나간다. 피치 회전 수단(241)의 외주면 일측을 지난 제 2 와이어(W2)는 제 3 링크(253)의 일측 종단과 연결된 피치 회전 수단(241)의 피치 회전축(242)을 지나 최초 지나간 피치 회전 수단(241)의 반대 방향 외주면을 따라 제 7 구동수단(M7)으로 되돌아가며 제 6 루프(L6)를 형성한다. 이렇게 형성된 제 6 루프(L6)는 제 7 구동수단(M7)의 정회전 또는 역회전에 따라 제 2 와이어(W2)가 구동되며, 피치 회전 수단(241)의 피치 회전축(242)을 회전시킨다. 이때, 피치 회전 수단(241)의 피치 회전축(242)과 연결된 제 3 링크(243)가 피치 회전 축(242)의 회전 방향을 따라 피치 방향으로 회전한다. 제 3 링크(243)와 직, 간접적으로 연결된 수동관절부(250)는 제 3 링크(243)의 회전에 맞추어 수동관절 회전축(257)을 중심으로 회전한다. 이에 따라, 제 1 링크(241)에 결합된 연결부(210) 및 연결부(210)에 결합된 수술도구(100)가 함께 원격중심(290)을 기준으로 피치 방향으로 회전하게 된다.In addition, as shown in FIG. 3, the surgical tool 100 is rotated in the pitch direction by using the second wire W2, the pitch rotating means 241, and the seventh driving means M7. The second wire W2 is wound around the seventh driving means M7. The second wire W2 passes along one side of the outer circumferential surface of the pitch rotation means 241. The second wire W2 passing one side of the outer circumferential surface of the pitch rotating means 241 passes through the pitch rotating shaft 242 of the pitch rotating means 241 connected to one end of the third link 253, and the first pitch rotating means 241 passes. The sixth loop L6 is formed by returning to the seventh driving means M7 along the outer circumferential surface in the opposite direction. In the sixth loop L6 formed as described above, the second wire W2 is driven by the forward rotation or the reverse rotation of the seventh driving means M7, and rotates the pitch rotation shaft 242 of the pitch rotation means 241. At this time, the third link 243 connected to the pitch rotation axis 242 of the pitch rotation means 241 rotates in the pitch direction along the rotation direction of the pitch rotation axis 242. The passive joint 250 directly or indirectly connected to the third link 243 rotates about the passive joint rotation axis 257 in accordance with the rotation of the third link 243. Accordingly, the connecting portion 210 coupled to the first link 241 and the surgical tool 100 coupled to the connecting portion 210 rotate in the pitch direction with respect to the remote center 290 together.

도 4는 본 발명에 따른 요 구동부의 정면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 와이어(W3), 요 회전 수단(261) 및 제 6 구동수단(M6)을 사용하여 수술도구(100)를 요 방향으로 회전시킨다. 제 6 구동수단(M6)에는 제 3 와이어(W3)가 감겨있다. 제 3 와이어(W3)는 요 회전 수단(261)의 외주면 일측을 따라 지나간다. 요 회전 수단(261)의 외주면을 지난 제 3 와이어(W3)는 제 5 링크(255)와 제 6 링크(256)를 연결하는 축과 연결된 요 회전 수단(251)의 요 회전축(262)을 지나 최초 지나간 요 회전 수단(261)의 반대 방향 외주면을 따라 제 6 구동수단(M6)으로 되돌아가며 제 7 루프(L6)를 형성한다. Figure 4 shows a front view of the yaw drive unit according to the present invention. As shown in FIG. 4, the surgical tool 100 is rotated in the yaw direction by using the third wire W3, the yaw rotation means 261, and the sixth driving means M6. The third wire W3 is wound around the sixth drive means M6. The third wire W3 passes along one side of the outer circumferential surface of the yaw rotation means 261. The third wire W3 past the outer circumferential surface of the yaw rotation means 261 passes through the yaw rotation axis 262 of the yaw rotation means 251 connected to the axis connecting the fifth link 255 and the sixth link 256. The seventh loop L6 is formed by returning to the sixth driving means M6 along the outer circumferential surface of the yaw rotation means 261 which has passed first.

이렇게 형성된 제 7 루프(L7)는 제 6 구동수단(M6)의 정회전 또는 역회전에 따라 제 3 와이어(W3)가 구동되며, 요 회전 수단(261)의 요 회전축(262)을 회전시킨다. 이때, 요 회전 수단(261)의 요 회전축(262)과 연결된 제 5 링크(255)와 제 6 링크(256)를 연결하는 축이 요 회전축(262)의 회전 방향을 따라 요 방향으로 회전하며, 수동관절부(250)를 전체적으로 요 방향으로 회전시킨다. 이에 따라, 제 1 링크(241)에 결합된 연결부(210) 및 연결부(210)에 결합된 수술도구(100)가 함께 원격중심(290)을 기준으로 요 방향으로 회전하게 된다.In the seventh loop L7 formed as described above, the third wire W3 is driven according to the forward rotation or the reverse rotation of the sixth driving means M6, and rotates the yaw rotation shaft 262 of the yaw rotation means 261. At this time, an axis connecting the fifth link 255 and the sixth link 256 connected to the yaw rotation axis 262 of the yaw rotation means 261 rotates in the yaw direction along the rotation direction of the yaw rotation axis 262, The manual joint part 250 is rotated in the yaw direction as a whole. Accordingly, the connector 210 coupled to the first link 241 and the surgical tool 100 coupled to the connector 210 rotate together in the yaw direction with respect to the remote center 290.

이와 같이, 본 발명에 따른 구동부(200)는 수술도구(100)를 전후 방향으로 이동시키는 제 8 구동수단(M8), 피치 방향으로 회전시키는 제 7 구동수단(M7) 및 요 방향으로 회전시키는 제 6 구동수단(M6)으로 3 자유도의 운동이 가능하다. Thus, the driving unit 200 according to the present invention is the eighth driving means (M8) for moving the surgical tool 100 in the front and rear direction, the seventh driving means (M7) for rotating in the pitch direction and the agent for rotating in the yaw direction 6 drive means (M6) it is possible to move in three degrees of freedom.

(수술도구의 구동 방법)(How to Operate Surgical Tools)

도 7은 본 발명에 따른 수술도구의 손목부에 대한 풀리 및 와이어의 결선 구성을 나타내는 도를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 수술도구의 전체적인 와이어 결선 구성을 나타내는 사시도이다. 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 와이어(C2)는 제 2 풀리(P2)를 한번 감으면서 지나 제 1 수술도구(110)와 일체인 A 풀리(PA)를 지난다. A 풀리(PA)를 지난 제 3 와이어(C3)가 다시 제 3 풀리(P3)과 제 6 풀리(P6)을 지나 제 2 풀리(P2)로 돌아오며 제 2 루프(L2)를 형성한다. 여기서, 제 6 풀리(P6)는 구동부(200)의 연결부(210)에 구비된 제 2 구동수단(M2)과 연결된다. 이때, 제 2 풀리(P2) 및 제 3 풀리(P3)에서는 손목 회전축(150)이 회전했을 때에도 와이어의 장력이 유지될 수 있도록 한바퀴 이상 감고 지나간다. 이와 같은 결선에 의해서 제 2 구동수단(M2)이 회전하면 제 2 루프(L2)가 돌며서 제 1 수술도구(110)를 작동시킨다.7 is a view showing the connection configuration of the pulley and the wire for the wrist of the surgical tool according to the present invention, Figure 9 is a perspective view showing the overall wire connection configuration of the surgical tool according to the present invention. As shown in FIGS. 7 and 9, the second wire C2 passes the second pulley P2 once and passes through the A pulley PA integral with the first surgical tool 110. The third wire C3 passing through the A pulley PA passes back through the third pulley P3 and the sixth pulley P6 to the second pulley P2 to form a second loop L2. Here, the sixth pulley P6 is connected to the second driving means M2 provided in the connection part 210 of the driving part 200. At this time, the second pulley (P2) and the third pulley (P3) is wound around one or more times so that the tension of the wire can be maintained even when the wrist axis of rotation (150) rotates. When the second driving means M2 is rotated by the wiring as described above, the second loop L2 rotates to operate the first surgical tool 110.

제 2 수술도구(120)도 제 1 수술도구(110)의 결선과 같이 제 1 풀리(P1), 제2 수술도구(120)와 일체인 B 풀리(PB), 제 4 풀리(P4) 및 제 5 풀리(P5)를 순차적으로 돌아 제 1 풀리(P1)로 되돌아가며 제 1 루프(L1)를 형성한다. 여기서, 제 5 풀리(P5)는 구동부(200)의 연결부(210)에 구비된 제 1 구동수단(M1)과 연결된다.Similar to the connection of the first surgical tool 110, the second surgical tool 120 also has a first pulley P1, a second pulley P1 integrated with the second surgical tool 120, a fourth pulley P4 and a first pulley. 5 pulleys P5 are sequentially returned to the first pulley P1 to form a first loop L1. Here, the fifth pulley P5 is connected to the first driving means M1 provided in the connection part 210 of the driving part 200.

제 5 와이어(C5) 및 제 6 와이어(C6)는 제 5 풀리(P5) 및 제 6 풀리(P6)에 묶이고, 제 7 풀리(P7)를 지나 서로 만난다. 여기서, 제 7 풀리(P7)는 구동부(200)의 연결부(210)에 구비된 제 3 구동수단(M3)과 연결된다. 따라서, 제 3 구동수단(M3)이 돌면 제 5 풀리(P5) 또는 제 6 풀리(P6)가 당겨진다. 만약, 제 6 풀리(P6)가 제 7 풀리(P7) 방향으로 당겨지면, 즉, 제 6 풀리(P6)가 줄어들면, 제 2 와이어(C2) 및 제 3 와이어(C3)가 동시에 제 7 풀리(P7) 쪽으로 당겨지면서 손목 회전축(150)을 중심으로 수술도구 회전축(130)이 회전하게 된다. 이때, 제 1 와이어(C1) 및 제 4 와이어(C4)는 제 7 풀리(P7)와 반대쪽으로 당겨지게 되며, 제 5 와이어가 늘어나면서 그것을 보상해주게 된다. The fifth wire C5 and the sixth wire C6 are tied to the fifth pulley P5 and the sixth pulley P6 and meet each other through the seventh pulley P7. Here, the seventh pulley P7 is connected to the third driving means M3 provided in the connection portion 210 of the driving unit 200. Therefore, when the third driving means M3 is turned, the fifth pulley P5 or the sixth pulley P6 is pulled out. If the sixth pulley P6 is pulled toward the seventh pulley P7, that is, if the sixth pulley P6 is reduced, the second wire C2 and the third wire C3 are simultaneously pulled off the seventh pulley. Pulled toward (P7) the surgical tool rotation axis 130 is rotated about the wrist rotation axis 150. At this time, the first wire C1 and the fourth wire C4 are pulled in the opposite direction to the seventh pulley P7, and the fifth wire is extended to compensate for it.

반대 방향도 동일한 방법으로 움직일 수 있다. 여기서, 제 2 구동수단(M2)은 제 3 구동수단(M3)과 동일한 방향으로 회전하고, 제 1 구동수단(M1)은 제 3 구동수단(M3)과 다른 방햐으로 회전하여 제 1 와이어(C1) 내지 제 4 와이어(C4)가 동일한 길이만큼 당겨질 수 있도록 한다. 따라서, 제 1 구동수단(M1) 내지 제 3 구동수단(M3)으로 3 자유도의 운동이 가능하다.The opposite direction can also be moved in the same way. Here, the second driving means M2 is rotated in the same direction as the third driving means M3, and the first driving means M1 is rotated in a different direction from the third driving means M3, so that the first wire C1 is rotated. ) To fourth wire C4 can be pulled by the same length. Therefore, the movement of three degrees of freedom is possible with the first driving means M1 to the third driving means M3.

도 8은 본 발명에 따른 팔꿈치부에 대한 풀리 및 와이어의 결선 구성을 나타내는 도를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 수술도구의 전체적인 와이어 결선 구성을 나타내는 사시도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 팔꿈치 운동을 묘사하기 위하여 제 4 구동수단(M4) 및 제 5 구동수단(M5)이 사용된다. 제 8 와이어(C8)는 제 9 풀리(P9)를 돌아 S1을 거쳐, 팔꿈치부의 하단 일측을 돌아 제 7 와이어(C7)과 연결된다. 제 7 와이어(C7)은 S2를 지나 제 8 풀리(P8)에 감긴후 제 11 풀리(P11)를 돌아 다시 제 8 와이어(C8)에 연결되며 제 3 루프를 형성한다. 여기서, 제 11 풀리(P11)는 구동부(200)의 연결부(210)에 구비된 제 4 구동수단(M4)과 연결된다. 따라서, 제 4 구동수단(M4)이 회전하면 제 3 루프(L3)가 구동되며 C축을 중심으로 팔꿈치부(170)가 회전한다.8 is a view showing the connection configuration of the pulley and the wire for the elbow portion according to the present invention, Figure 9 is a perspective view showing the overall wire connection configuration of the surgical tool according to the present invention. As shown in Figs. 8 and 9, the fourth driving means M4 and the fifth driving means M5 are used to describe the elbow movement. The eighth wire C8 is connected to the seventh wire C7 by turning the ninth pulley P9 and passing through S1 to the lower end of the elbow portion. The seventh wire C7 is wound around the eighth pulley P8 after S2, and then turns around the eleventh pulley P11 to be connected to the eighth wire C8 to form a third loop. Here, the eleventh pulley P11 is connected to the fourth driving means M4 provided in the connecting portion 210 of the driving unit 200. Accordingly, when the fourth driving means M4 rotates, the third loop L3 is driven and the elbow 170 rotates about the C axis.

또한, 제 9 와이어(C9)는 제 10 풀리(P10)을 감고 제 10 와이어(C10)와 연결된다. 제 10 와이어(C10)는 제 12 풀리(P12)를 돌아 제 10 풀리(P10)로 되돌아 감으로써 제 4 루프를 형성한다. 여기서, 제 12 풀리(P12)는 구동부(200)의 연결부(210)에 구비된 제 5 구동수단(M5)과 연결된다. 따라서, 제 5 구동수단(M5)이 회전하면 팔꿈치 회전축(180)을 따라 팔꿈치부(180)가 회전한다.In addition, the ninth wire C9 is wound around the tenth pulley P10 and connected to the tenth wire C10. The tenth wire C10 turns the twelfth pulley P12 and returns to the tenth pulley P10 to form a fourth loop. Here, the twelfth pulley P12 is connected to the fifth driving means M5 provided in the connecting portion 210 of the driving unit 200. Therefore, when the fifth driving means M5 rotates, the elbow portion 180 rotates along the elbow rotation shaft 180.

따라서, 두개의 제 4 구동수단(M4) 및 제 5 구동수단(M5)으로 팔꿈치부(170)의 회전 2 자유도를 표현할 수 있다. 이와 같이, 수술도구(100)는 전체적으로 제 1 구동수단(M1) 내지 제 5 구동수단(M5)을 사용하여 집기 1 자유도, 손목 2 자유도, 팔꿈치 2 자유도로써 총 5 자유도의 움직임이 가능하다.Accordingly, the two degrees of freedom of rotation of the elbow 170 may be expressed by the two fourth driving means M4 and the fifth driving means M5. As described above, the surgical tool 100 is capable of movement of a total of five degrees of freedom using the first driving means M1 to the fifth driving means M5 as the first degree of freedom, two degrees of freedom and two degrees of elbow freedom. .

<변형예><Variation example>

본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술 로봇은 복강경 수술 외에 미세한 작업이 필요한 유해 환경에서의 로봇 매니퓰레이터 등과 같이 다양한 분야에 응용 가능하다.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom according to the present invention is applicable to a variety of fields, such as robot manipulators in harmful environments that require fine work in addition to laparoscopic surgery.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. As described above, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 사세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is limited to the matters described in such drawings. It should not be construed as limited.

도 1은 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 사시도,1 is a perspective view of a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇의 관절을 나타내는 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing the joint of the laparoscopic surgical robot having a degree of freedom in accordance with the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 요 구동부의 정면도,3 is a front view of the yaw drive unit according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 구동부의 수동관절부 및 피치 구동부의 측면도,4 is a side view of the passive joint and the pitch drive of the driving unit according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 연결부 및 이송부의 연결을 나타내는 측면도,Figure 5 is a side view showing the connection of the connecting portion and the transfer unit according to the invention,

도 6은 본 발명에 따른 수술도구의 사시도,6 is a perspective view of a surgical tool according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 수술도구의 손목부에 대한 풀리 및 와이어의 결선 구성을 나타내는 도,7 is a view showing the connection configuration of the pulley and the wire for the wrist of the surgical tool according to the present invention,

도 8은 본 발병에 따른 팔꿈치부에 대한 풀리 및 와이어의 결선 구성을 나타내는 도,8 is a view showing the connection configuration of the pulley and the wire for the elbow portion according to the present invention,

도 9는 본 발명에 따른 수술도구의 전체적인 와이어 결선 구성을 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view showing the overall wire connection configuration of the surgical tool according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 복강경 수술로봇 100 : 수술도구1: laparoscopic surgical robot 100: surgical instruments

110 : 제 1 수술도구 120 : 제 2 수술도구110: first surgical instrument 120: second surgical instrument

130 : 수술도구 회전축 140 : 손목부130: rotation axis surgical instrument 140: wrist portion

150 : 손목 회전축 160 : 로드셀150: wrist rotation axis 160: load cell

170 : 팔꿈치부 180 : 팔꿈치 회전축170: elbow 180: elbow rotation axis

190 : 상완부 200 : 구동부190: upper arm 200: driving part

210 : 연결부 220 : 이송부210: connection portion 220: transfer portion

221 : 리니어 가이드 222 : 고정판221: linear guide 222: fixed plate

240 : 피치 구동부 241 : 피치 회전 수단240: pitch drive unit 241: pitch rotation means

242 : 피치 회전축 250 : 수동관절부242: pitch axis of rotation 250: manual joint

251 : 제 1 링크 252 : 제 2 링크251: first link 252: second link

253 : 제 3 링크 254 : 제 4 링크253: third link 254: fourth link

255 : 제 5 링크 256 : 제 6 링크255: fifth link 256: sixth link

257 : 수동관절 회전축 260 : 요 구동부257: manual joint rotation axis 260: yaw drive unit

261 : 요 회전 수단 262 : 요 회전축261: yaw rotation means 262: yaw rotation axis

280 : 베이스 290 : 원격 중심280: base 290: remote center

M1 ~ M8 : 구동수단 C1 ~ C10 : 수술도구의 와이어M1 ~ M8: drive means C1 ~ C10: wire of surgical instruments

W1 ~ W3 : 구동부의 와이어 P1 ~ P24 : 풀리W1 ~ W3: Wire of driving part P1 ~ P24: Pulley

L1 ~ L7 : 루프 B : 볼트L1 to L7: Loop B: Bolt

Claims (14)

수술도구(100) 및 상기 수술도구(100)를 구동 및 제어하는 구동부(200)를 포함하는 복강경 수술로봇(1)에 있어서, 상기 구동부(200)는 In the laparoscopic surgical robot 1 including a surgical tool 100 and a driving unit 200 for driving and controlling the surgical tool 100, the driving unit 200 is 일측이 고정되는 베이스(280);One side is fixed to the base 280; 상기 베이스(280) 일측에 연결되어 상기 수술도구(100)를 요(Yaw) 방향으로 회전시키는 요 구동부(260);A yaw driver 260 connected to one side of the base 280 to rotate the surgical tool 100 in a yaw direction; 상기 베이스(280) 일측에 연결되어 상기 수술도구(100)를 피치(Pitch) 방향으로 회전시키는 피치 구동부(240);A pitch drive unit 240 connected to one side of the base 280 to rotate the surgical tool 100 in a pitch direction; 상기 피치 구동부(240)와 연결되는 다수의 링크로 이루어지는 수동관절부(250);A passive joint part 250 formed of a plurality of links connected to the pitch driver 240; 상기 수동 관절부(250)의 일측에 연결되어 상기 수술도구(100)를 전후로 이송하는 이송부(220); 및A transfer part 220 connected to one side of the manual joint part 250 to transfer the surgical tool 100 back and forth; And 상기 이송부(220)의 상부에 연결되어 상기 수술도구(100)와 상기 구동부(200)를 결합 및 분리하는 연결부(210)로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that consisting of a connection portion 210 is connected to the upper portion of the transfer unit 220 and coupled to and separated from the surgical tool 100 and the drive unit (200). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 요 구동부(260)는 요 회전 장치(261) 및 상기 요 회전 장치(261)를 구동하는 제 6 구동수단(M6)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The yaw driving unit 260 is a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that consisting of a yaw rotation device (261) and the sixth drive means (M6) for driving the yaw rotation device (261). 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 요 구동부(260)는 정역 회전이 가능한 상기 제 6 구동수단(M6), 상기 요 회전 장치(261) 및 상기 요 회전 장치(261)의 요 회전축(262)을 순차적으로 돌아 상기 제 6 구동수단(M6)으로 되돌아오는 제 3 와이어(W3)가 제 7 루프(L7)를 형성함으로써 구동되는 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The yaw driver 260 sequentially rotates the yaw rotation shaft 262 of the sixth driving means M6, the yaw rotating device 261, and the yaw rotating device 261, which are capable of reverse rotation. Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that the third wire (W3) returning to (M6) is driven by forming a seventh loop (L7). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피치 구동부(240)는 피치 회전 장치(241) 및 상기 피치 회전 장치(241)를 구동하는 제 7 구동수단(M7)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The pitch drive unit 240 is a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that consisting of a pitch rotation device 241 and the seventh driving means (M7) for driving the pitch rotation device (241). 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 피치 구동부(240)는,The pitch drive unit 240, 정역 회전이 가능한 상기 제 7 구동수단(M7), 상기 피치 회전 장치(241) 및 상기 피치 회전 장치(241)의 피치 회전축(242)을 순차적으로 돌아 상기 제 7 구동수단(M7)으로 되돌아오는 제 2 와이어(W2)가 제 6 루프(L6)를 형성함으로써 구동되는 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The seventh driving means M7 capable of forward and reverse rotation, the pitch rotating device 241 and the pitch rotating shaft 242 of the pitch rotating device 241 are sequentially returned to the seventh driving means M7. Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that the two wire (W2) is driven by forming a sixth loop (L6). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수동관절부(250)의 링크들은, The links of the passive joint 250, 상기 연결부(210)와 결합하는 제 1 링크(251); A first link 251 coupled to the connection part 210; 상기 제 1 링크(251)의 일측 종단에 연결되는 제 2 링크(252); A second link 252 connected to one end of the first link 251; 상기 제 2 링크(252)와 상기 제 1 링크(251)가 연결되는 상기 제 2 링크(252)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단에 연결되고, 상기 제 1 링크(251)와 평행하게 설치되는 제 3 링크(253); A second end connected to the other end opposite to one end of the second link 252 to which the second link 252 and the first link 251 are connected and installed in parallel with the first link 251. Three links 253; 상기 제 1 링크(251)와 상기 제 2 링크(252)가 연결되는 상기 제 1 링크(251)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단 및 상기 제 3 링크(253)의 중간 일측과 중간 일측이 연결되고 상기 제 2 링크(252)와 평행하게 설치되는 제 4 링크(254); The other end facing the one end of the first link 251 to which the first link 251 and the second link 252 are connected and the middle one side and the middle one side of the third link 253 are connected. A fourth link 254 installed in parallel with the second link 252; 상기 제 1 링크(251)와 제 4 링크(254)가 연결된 상기 제 4 링크(254)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단에 연결되고, 상기 제 1 링크(251) 및 제 3 링크(253)와 평행하게 설치되는 제 5 링크(255); 및 The first link 251 and the fourth link 254 are connected to the other end opposite to one end of the fourth link 254 to which the first link 251 and the fourth link 254 are connected; A fifth link 255 installed in parallel; And 상기 제 4 링크(254)와 제 5 링크(255)가 연결된 제 5 링크(255)의 일측 종단과 대향되는 타측 종단 및 상기 피치 회전 수단(241)의 일측과 연결되고, 상기 제 2 링크(252) 및 상기 제 4 링크(254)와 평행하게 설치되는 제 6 링크(256);로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유자유도를 갖는 복강경 수술로봇. The second link is opposite to one end of the fifth link 255 to which the fourth link 254 and the fifth link 255 are connected, and the second link 252 is connected to one side of the pitch rotating means 241. Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that consisting of; and a sixth link (256) installed in parallel with the fourth link (254). 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 수동관절부(250)의 링크들은 이중의 평행사변형(Double Parallelogram) 구조로 이뤄진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that the links of the passive joint portion 250 is made of a double parallelogram (Double Parallelogram) structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이송부(220)는, The transfer unit 220, 상기 수동관절부(250) 일측에 구비되어 상기 수술도구(100)를 전후 방향으로 이송할 수 있는 경로를 제공하는 리니어 가이드(221), A linear guide 221 provided at one side of the manual joint part 250 to provide a path for transferring the surgical tool 100 in the front-rear direction; 상기 리니어 가이드(221)와 연결부(210)를 고정하는 고정판(222) 및 Fixing plate 222 for fixing the linear guide 221 and the connecting portion 210 and 상기 고정판(222)과 연결되어 연결부(210)를 전후 방향으로 이송하기 위한 동력을 전달하는 제 8 구동수단(M8)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that consisting of the eighth drive means (M8) is connected to the fixed plate 222 to transfer the power for transferring the connection portion 210 in the front and rear direction. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 이송부(220)는, The transfer unit 220, 상기 제 8 구동수단(M8), 제 3 링크(253)와 제 2 링크(252)가 연결되는 일측에 구비된 제 19 풀리(P19), A nineteenth pulley P19 provided at one side to which the eighth driving means M8, the third link 253, and the second link 252 are connected; 상기 제 3 링크(253)와 상기 제 2 링크(252)의 회전축에 구비된 제 18 풀리(P18), An eighteenth pulley P18 provided on the rotation shafts of the third link 253 and the second link 252, 상기 제 18 풀리(P18)가 구비된 상기 제 2 링크(252)의 일측과 대향된 타측에 구비된 제 17 풀리(P17), A seventeenth pulley P17 provided on the other side of the second link 252 provided with the eighteenth pulley P18, 상기 제 2 링크(252)와 연결된 상기 제 1 링크(251)의 일측으로 소정간격 이 격되도록 구비된 제 16 풀리(P16), A sixteenth pulley P16 provided to be spaced a predetermined distance to one side of the first link 251 connected to the second link 252, 상기 제 16 풀리(P16)와 인접한 곳에 설치된 제 15 풀리(P15), A fifteenth pulley P15 installed adjacent to the sixteenth pulley P16, 상기 이송부(220)에 구비된 고정판(222), 상기 제 15 풀리(P15)가 구비된 상기 제 1 링크(251)의 일측과 대향되는 타측에 구비된 제 20 풀리(P20), The 20th pulley (P20) provided on the other side facing the one side of the first link 251, the fixing plate 222, the fifteenth pulley (P15) provided in the transfer unit 220, 상기 제 20 풀리(P20)와 근접한 곳에 구비된 제 21 풀리(P21), Twenty-first pulley (P21) provided in close proximity to the twentieth pulley (P20), 상기 제 1 링크(251) 및 상기 제 4 링크(254)를 연결하는 축에 구비된 제 22 풀리(P22), A twenty-second pulley (P22) provided on an axis connecting the first link 251 and the fourth link 254, 상기 제 3 링크(253) 및 상기 제 4 링크(254)를 연결하는 축에 구비된 제 24 풀리(P24), A twenty-fourth pulley (P24) provided on an axis connecting the third link 253 and the fourth link 254, 상기 제 24 풀리(P24)와 근접한 곳에 구비된 제 23 풀리(P23)를 차례로 돌아, In order to turn around the twenty-third pulley (P23) provided in close proximity to the twenty-fourth pulley (P24), 상기 제 8 구동수단(M8)로 되돌아오는 제 1 와이어(W1)가 제 5 루프(L5)를 형성함으로써 구동되는 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that the first wire (W1) coming back to the eighth drive means (M8) is driven by forming a fifth loop (L5). 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 17 풀리(P17)와 상기 제 18 풀리(P18) 및 상기 제 22 풀리(P22)와 상기 제 24 풀리(P24)를 연결하는 와이어(W1)는 각각 상기 제 2 링크(252) 및 상기 제 4 링크(254)와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Wires W1 connecting the seventeenth pulley P17, the eighteenth pulley P18, the twenty-second pulley P22, and the twenty-fourth pulley P24 are respectively the second link 252 and the first pulley. Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that formed parallel to the four links (254). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연결부(210)는 상기 수술도구(100)를 구동하는 제 1 구동수단(M1) 내지 제 5 구동수단(M5)이 구비되는 장소를 제공하고, 상기 수술도구(100)를 구동부(200)에 탈부착 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇. The connection part 210 provides a place where the first driving means M1 to the fifth driving means M5 for driving the surgical tool 100 are provided, and the surgical tool 100 to the driving part 200. Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that the removable structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수술도구(100)는 상기 구동부(200)의 요 회전장치(261)의 회전 중심축을 연장한 선과 수술도구(100)가 교차하는 지점인 원격 중심을 구심점으로 하여 작동하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The surgical tool 100 is characterized in that consisting of a configuration that operates with the center of the center of the center of the line extending the rotation center axis of the yaw rotation device 261 of the drive unit and the surgical tool 100 as a center point. Laparoscopic surgical robot with a degree of freedom. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수술도구(100)는,The surgical tool 100, 수술 도구 회전축(130)을 중심으로 각각 회전 가능한 제 1 수술도구(110) 및 제 2 수술도구(120), A first surgical tool 110 and a second surgical tool 120 rotatable about the surgical tool rotating shaft 130, respectively, 상기 수술도구 회전축(130)을 포함하고 손목회전축(150)을 중심으로 회전 가능한 손목부(140), Wrist portion 140 including the surgical tool rotation axis 130 and rotatable around the wrist rotation axis 150, 일단이 상기 손목회전축(150)에 연결되는 로드셀(160), A load cell 160 having one end connected to the wrist rotating shaft 150; 상기 로드셀(160)의 타단에 연결되고, 축선방향으로 회전 가능한 팔꿈치 부(170), Is connected to the other end of the load cell 160, elbow portion 170 rotatable in the axial direction, 팔꿈치 회전축(180)을 중심으로 상기 팔꿈치부(170) 일단과 연결된 상완부(190)로 구성되고, Consists of the upper arm 190 connected to one end of the elbow 170 around the elbow rotation axis 180, 상기 제 1 수술도구(110)를 구동하는 제 1 구동수단(M1), First driving means (M1) for driving the first surgical tool 110, 상기 제 2 수술도구(120)를 구동하는 제 2 구동수단(M2), Second driving means M2 for driving the second surgical tool 120; 상기 수술도구 회전축(130)을 구동하는 제 3 구동수단(M3), Third drive means (M3) for driving the surgical tool rotating shaft 130, 상기 팔꿈치부(170)의 축선방향의 회전을 구동하는 제 4 구동수단(M4) 및 Fourth driving means M4 for driving rotation of the elbow 170 in the axial direction; 상기 팔꿈치 회전축(180)을 구동하는 제 5 구동수단(M5)을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.Laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that each having a fifth drive means (M5) for driving the elbow rotation axis (180). 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 상기 구동수단(M)은 스텝모터, 서보모터 또는 리니어 서보모터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 여유 자유도를 갖는 복강경 수술로봇.The driving means (M) is a laparoscopic surgical robot having a degree of freedom, characterized in that any one of a step motor, servo motor or linear servo motor.
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