WO2011149187A2 - 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2011149187A2
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surgical
auxiliary
main
coupled
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정창욱
김형태
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Jeong Chang Wook
Kim Hyung Tae
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    • A61B90/11—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints

Definitions

  • the present invention relates to a surgical robot system capable of realizing a single-path surgical mode and a multi-pass surgical mode and a control method thereof.
  • Minimally invasive surgery is a surgical technique that minimizes surgical incisions by performing surgery by inserting surgical instruments into the patient's body through at least one small incision.
  • Such minimally invasive surgery may help to reduce the metabolic process changes in the patient after the surgery, which may help to shorten the patient's recovery period. That is, the application of minimally invasive surgery can shorten the hospital stay after surgery and allow the patient to return to normal life within a short time after surgery. Minimally invasive surgery may also reduce pain the patient feels while reducing scarring in the patient after surgery.
  • the most common form of minimally invasive surgery is endoscopic surgery.
  • the most common type of surgery is laparoscopic surgery with minimally invasive irradiation and surgery in the abdominal cavity.
  • laparoscopic surgery With minimally invasive irradiation and surgery in the abdominal cavity.
  • the patient's abdomen is filled with gas, and at least one small incision is made to provide an entrance to the laparoscopic surgical tool, followed by the insertion of a trocar. Will be performed.
  • a user In performing such an operation, a user generally introduces a laparoscopic surgical tool through a trocar and manipulates it outside the abdominal cavity.
  • Such laparoscopic surgical instruments generally include laparoscopics (for observation of surgical sites, etc.) and other work tools.
  • the work tool is similar to that used in conventional open surgery, except that the work end (or distal end) of each tool is spaced from its handle or the like by a predetermined shaft.
  • the work tool may include, for example, a clamp, grasper, scissors, stapler, needle holder, and the like.
  • the user is monitoring the progress by a monitor that displays an image of the surgical site, such as taken by the laparoscopic. Similar endoscopic techniques are used throughout laparoscopy, pelvis, arthroscopy, hydrocephalus, paranasal, uterine, kidney, bladder, urethral, renal and so on.
  • Such minimally invasive surgery may be divided into a single port surgery mode and a multi-port surgery mode according to the number of passages through which surgical tools are introduced into the surgical site.
  • the object of the present invention is to solve all the problems of the prior art described above.
  • Another object of the present invention is to provide a surgical robot system and a method of controlling the same, which can selectively realize both a single-pass surgery mode and a multi-pass surgery mode.
  • a surgical robot system capable of realizing a single-channel surgical mode and a multi-channel surgical mode, comprising: a drive device, and a control device for electro-mechanically controlling the drive device;
  • the apparatus includes an alignment portion including a plurality of main robot arms, and a plurality of manipulation portions each including a plurality of auxiliary robot arms, and in the multi-pass surgical mode, the plurality of main robot arms and the plurality of auxiliary arms.
  • At least a portion of the robotic arm is driven such that each surgical tool coupled to each of the plurality of manipulators can be disposed with respect to each of the plurality of incisions, and in the single-path surgical mode, the plurality of main robotic arms and the plurality of Each surgical tool having at least some of the secondary robotic arms of the plurality of manipulators coupled to each of the plurality of manipulators can be aligned with respect to one incision.
  • a surgical robotic system is provided that is driven.
  • a surgical robot system capable of realizing a single-path surgical mode and a multi-channel surgical mode, comprising: a drive device, and a control device for electro-mechanically controlling the drive device;
  • the apparatus includes an alignment unit including a plurality of main robot arms, and a plurality of operation units each including a plurality of auxiliary robot arms, wherein the plurality of main robot arms comprise a first main robot arm for rotating motion, the And a second main robot arm coupled to the first main robot arm to rotate, and a third main robot arm disposed on the second main robot arm to rotate.
  • the plurality of auxiliary robot arm is a first auxiliary robot arm for a rotational movement, the second auxiliary robot arm coupled to the first auxiliary robot arm for a rotational movement
  • the surgical robot system consisting of the third auxiliary robot arm for the rotary movement is coupled to the second auxiliary robot arm is provided.
  • a surgical robot system and a control method thereof which can selectively realize both a single passage surgery mode and a multi-pass surgery mode.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are side, perspective and exploded perspective views of the drive device 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a diagram illustrating a configuration of the operation unit 220 of the driving apparatus 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an operation unit 220 of the driving apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention operates in a multi-pass surgery mode.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention operates in a single passage surgical mode.
  • FIG. 9 is a view showing an example in which the drive device 200 according to the second embodiment of the present invention is operating in a single passage surgical mode.
  • the present invention will mainly be described assuming a case of laparoscopic surgery, but the present invention is not limited to this, the surgical robot system according to the present invention for any other surgery or for controlling the same It will be apparent to those skilled in the art that the method can be applied.
  • the number of the operation part 220 of the drive apparatus 200 of this invention is assumed to be four for the convenience of description, this invention is not limited to this, and it is a technical idea of this invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied in any case, as long as the above and the number of the operation unit 220 of the drive device 200 is two or more.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.
  • the surgical robot system according to the exemplary embodiment of the present invention may include an operating table 100, a driving device 200, and a control device 300.
  • the operating table 100 may be a device for performing a function of supporting the body of the patient and fixing it as necessary.
  • the operating table 100 may include a frame structure that is firmly installed with respect to the floor or the ground to prevent adverse effects that the patient may receive from vibration or shock from the outside.
  • the operating table 100 is preferably installed horizontally with respect to the floor or the ground for more precise surgery.
  • Such operating table 100 preferably, may be installed in parallel with each part of the third main robot arm as described later.
  • the driving device 200 may be a device for driving a surgical tool to target the patient on the operating table (100).
  • Such a driving device 200 may perform a function of aligning or arranging a surgical tool (for example, a minimally invasive surgical tool) at a predetermined position.
  • a surgical tool for example, a minimally invasive surgical tool
  • the surgical tool may be aligned by the drive device 200 and placed relative to one incision.
  • each of the plurality of surgical instruments may be arranged with respect to different incisions.
  • the alignment or placement of the surgical tool as used herein does not necessarily mean that the surgical tool faces the incision or the surgical tool is inserted through the incision.
  • the driving device 200 may drive the surgical tool aligned or arranged with respect to the incision and precisely control its operation to perform the surgery.
  • the driving device 200 as described above will be described in more detail below with reference to FIG. 2.
  • control device 300 may perform a function of controlling the driving device 200.
  • the control device 300 may control the driving device 200 by reflecting a user's operation, for example, includes a user input means such as an adjusting knob, a keyboard, a mouse, a joystick, a pedal, and the like.
  • the electrical signal generated due to the user's manipulation of the user input means may be transmitted to the driving device 200.
  • These electrical signals received by the drive device 200 are each component included in the drive device 200 by electro-mechanical drive means such as an electric motor (not shown) or a hydraulic cylinder (not shown). It can be used as an input signal for operating an element. That is, the control device 300 may electro-mechanically control the operation of each component of the drive device 200.
  • the present applicant's Korean Patent Application No. 2008-108103 the specification of the patent application is described herein as a whole Should be considered as incorporated in
  • the control device 300 is a digital device including a function for allowing a user to control the driving device 200.
  • the control device 300 includes a memory device and a microprocessor, and any digital device having a computing power may be used. It can be adopted as the control device 300 according.
  • control device 300 of the present invention does not necessarily control all components of the drive device 200, but at least some of the components of the drive device 200 may be manually controlled by a user. Should be.
  • FIGS. 2 to 4 are side, perspective and exploded perspective views of the drive device 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention includes an alignment unit 210 and an operation unit 220.
  • the alignment unit 210 may perform a function of aligning or arranging the surgical tool 10 in a proper position so that surgery may be performed on a patient on the operating table 100 according to a surgical mode.
  • the surgical tool 10 may be an endoscope or a minimally invasive surgical tool.
  • a detailed configuration of such a surgical tool 10 will be described later with reference to FIG. 5.
  • all surgical tools 10 shown or described as being minimally invasive surgical tools including a working end capable of opening and closing operations are endoscope or other minimally invasive at the discretion of those skilled in the art. It should be understood that it may be replaced with surgical instruments.
  • the alignment unit 210 may include a main support 211, a first main robot arm 212, a second main robot arm 213, and a third main robot arm 214.
  • the main support 211 is preferably configured so that the entire driving device 200 is not affected by vibration or shock from the outside in order to proceed smoothly.
  • the main support 211 is made of a material of high load can be firmly fixed to the floor or ground.
  • the first main robot arm 212 is coupled to each other and the main support 211, one end, in the direction as shown, for example, in the pitch (pitch) direction of the Y axis as the rotation axis, can do.
  • the second main robot arm 213 is also coupled to the first main robot arm 212 and one end, so that the rotational motion is performed in the direction as shown, for example, in the pitch direction with the Y axis as the rotation axis. can do.
  • the third main robot arm 214 is disposed to be substantially orthogonal to the second main robot arm 213 as shown, and in the direction as shown, for example, in the pitch direction with the Y axis as the rotation axis. , Can do rotational movement.
  • Two parts 214a and 214b of the third main robot arm 214 may independently rotate with respect to each other.
  • 214a portion and 214b portion of the third main robot arm 214 is near the portion where the end of the second main robot arm 213 is coupled with the end of the first main robot arm 212, respectively. And the other end of the second main robot arm 213 on the opposite side thereof.
  • One operation unit 220 may be coupled to each of the four end portions of the third main robot arm 214 214a and the 214b portion (in particular, FIG. 4 shows more clearly about this coupling).
  • the manipulation unit 220 may perform a rotational movement about the Y axis of the third main robot arm 214.
  • the length of the portion 214a and 214b of the third main robot arm 214 may be configured to be different from each other as shown. This may be to allow each operation unit 220 to use a different space (rotation space).
  • the main robot arms 212 to 214 and the operation unit 220 of the present invention will be further described below with reference to FIG. 5.
  • FIG 5 is a diagram illustrating a configuration of the operation unit 220 of the driving apparatus 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • the manipulation unit 220 may be coupled to the third main robot arm 214 to perform a function of aligning / arranging and precisely controlling the surgical tool 10.
  • the manipulation unit 220 includes an auxiliary robot arm such as a first auxiliary robot arm 221, a second auxiliary robot arm 222, and a third auxiliary robot arm 223 and a first joint part 224. ), The second joint part 225, and the third joint part 226 may be included.
  • one end of the first auxiliary robot arm 221 is coupled to the third main robot arm 214 by the first joint part 224, so that the first auxiliary robot arm 221 may rotate around the X rotation axis and the Y rotation axis.
  • the rotation direction in this case is a yaw direction and a pitch direction.
  • the rotation direction in this case is a pitch direction and a roll direction.
  • one end of the third auxiliary robot arm 223 is coupled to the other end of the second auxiliary robot arm 222 by the third joint part 226, thereby rotating around the X rotation axis and the Y rotation axis. can do.
  • the rotation direction in this case becomes a roll direction and a pitch direction.
  • the first auxiliary robot arm 221 to the third auxiliary robot arm 223 as described above may preferably have a range of motion of 180 degrees or more in the Y-axis center movement.
  • the rotational movement ranges of the first auxiliary robot arm 221 of the operation unit 220 coupled to both ends of one third main robot arm 213 are symmetric with each other (such symmetry).
  • the range of rotational motion may enable the user to understand the operation of the control unit 220 or the surgical tool 10 more intuitively.
  • the third auxiliary robot arm 223 as described above may include a body portion 223a, a moving portion 223b, and a holder portion 223c as shown in an enlarged perspective view.
  • the body portion 223a may be configured to be coupled to the third joint portion 226 to perform a rotational movement (ie, pitch direction rotational movement) about the Y rotational axis.
  • the moving part 223b may be coupled to the body part 223a by a guide G formed on one surface of the body part 223a to move in a surge direction.
  • the holder 223c may perform a function of fixing the predetermined surgical tool 10 with respect to the moving unit 223b.
  • the surgical tool 10 includes an endoscope and / or minimally invasive surgical tool using the mechanism described in the specification of Korean Patent Application No. 2008-51248 or 2008-61894, or Korean Patent Application No. 2008-108103 Endoscopes and / or minimally invasive surgical instruments as described in the specification of the call. Since the surgical tool 10 is coupled with the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention, the surge direction operation, the pitch by the control signal from the control device 300 and / or the manual operation of the user. At least one of the directional action, the yaw direction action, the roll direction action, and the opening and closing operation of the working end of the surgical tool 10 may be performed.
  • the configuration of the drive device 200 according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the configuration of the drive device 200 according to the first embodiment of the present invention described above. However, since there are some characteristic differences, the following description will focus on this.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an operation unit 220 of the driving apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • the surgical tool 10 coupled to the operation unit 220 of the driving apparatus 200 has a bending by forming a predetermined angle A by itself.
  • a bend may be preformed by the bending of at least one shaft of the surgical tool 10 or may be laterally formed by the control of a user, and in a single passage operation, even between several surgical tools 10
  • To secure the space to observe, and to allow the end of the various surgical instruments 10 to be placed in a narrower area serves to make enough small incisions.
  • the effect of facilitating the introduction of a surgical tool that assists the user's surgery to the surgical site can be achieved.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention operates in a multi-pass surgery mode.
  • each surgical tool 10 of the manipulation unit 220 may be driven and disposed to face the surgical site through different incisions. Therefore, according to the present invention, multi-channel surgery can be easily performed.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the driving device 200 according to the first embodiment of the present invention operates in a single passage surgical mode.
  • each surgical instrument 10 of the manipulation unit 220 can be driven and aligned to face the surgical site through the same incision.
  • each of the four third auxiliary robot arms 223 may be aligned such that the edges of the corresponding body parts 223a are in contact with the edges of the other body parts 223a as shown in an enlarged perspective view.
  • the four body portions 223a when viewed from above, may form a square shape as shown in an enlarged perspective view (this shape may vary depending on the number of controls 220 of the surgical robot system).
  • the above shape may be hexagonal).
  • the surgical tool 10 fixed to each of the four holder portions 223c corresponding to the four body portions 223a can be easily aligned, and they are inserted together into a single passage for surgery. It becomes possible.
  • the aligned structure enhances the mechanical stability of the surgical tool 10 when performing a single-pass surgery, and fixes the relative position of the surgical tool 10 relative to each other to facilitate control of the surgical tool 10. You can do that.
  • a separate single channel surgical port 230 as shown in Figure 8 may be further used (for such a single channel surgical Regarding the specific configuration of the port 230, reference may be made to Korean Patent Application No. 2008-99872 of the applicant (the specification of the patent application should be considered to be incorporated herein in its entirety).
  • This single channel surgical port 230 may perform the function of securing a plurality of surgical tools 10 in one bundle.
  • the elbow mechanism (as disclosed in Korean Patent Application No. 2008-79126 or 2008-90560) It is preferable to use a surgical tool 10 having an elbow mechanism (see Korean Patent Application No. 2008-108103 for further application of such a surgical tool 10).
  • a plurality of surgical tools 10 inserted into a single passage through an incision can be operated in one unit, for this purpose,
  • a fixed motion fulcrum may be required (for example, in the case of laparoscopic surgery, one can assume that the abdominal wall meets the virtual longitudinal axis, which is the center of the longitudinal axis of the plurality of surgical instruments 10, as such a reference point. ). And this reference point may be included in the single passage surgical port 230 as described above.
  • the plurality of surgical tools 10 may be controlled to operate in a pitch direction, yaw direction, roll direction and / or surge direction in one unit (for this purpose, multiple surgical tools 10 ) May advantageously be aligned with each other at least at the reference point).
  • each of the plurality of surgical tools 10 may be in the roll direction and / or surge direction movement or joint motion by itself while being fixed to the third auxiliary robot arm 223 corresponding thereto.
  • FIG. 9 is a view showing an example in which the drive device 200 according to the second embodiment of the present invention is operating in a single passage surgical mode.
  • the shafts of the four surgical instruments 10 disposed on the four manipulation units 220 are bent in a direction away from the corresponding first and second auxiliary robot arms 221 and 222. It can be seen that it is controlled to have (as described above, of course, this bend may be originally formed in the surgical tool 10). Regarding the control of the shaft of the surgical tool 10, reference may be made to the descriptions of the specifications of Korean Patent Application Nos. 2008-79126 and 2008-90560.

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Abstract

단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템으로서, 구동 장치, 및 구동 장치를 전기-기계적으로 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고, 구동 장치는, 다수의 메인 로봇암을 포함하는 정렬부, 및 각각이 다수의 보조 로봇암을 포함하는 다수의 조작부를 포함하며, 다통로 수술 모드의 경우, 다수의 메인 로봇암 및 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 다수의 절개부의 각각에 대하여 배치될 수 있도록 구동되고, 단일 통로 수술 모드의 경우, 다수의 메인 로봇암 및 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 하나의 절개부에 대하여 정렬될 수 있도록 구동되는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.

Description

단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최소 침습 수술은, 적어도 하나의 작은 절개부를 통하여 환자의 신체 내에 수술 도구를 삽입하여 수술을 수행하는, 수술로 인한 절개를 최소화하는 수술 기법이다.
이러한 최소 침습 수술은 수술 후에 일어나는 환자의 대사 과정의 변화를 감소시킬 수 있으므로, 환자의 회복 기간을 단축시키는 데에 도움이 될 수 있다. 즉, 최소 침습 수술을 적용하면, 환자의 수술 후의 입원 기간이 단축될 수 있고, 환자가 수술 후 짧은 시일 내에 정상적인 생활로 복귀할 수 있게 된다. 또한, 최소 침습 수술을 통하여, 환자가 느끼는 통증을 경감하는 한편, 수술 후 환자에게 남는 흉터를 줄일 수도 있다.
최소 침습 수술의 일반적인 형태는 내시경 수술이다. 그 중에서도, 가장 일반적인 형태의 수술은 복강 내에서 최소 침습 조사와 수술을 하는 복강경 수술이다. 표준 복강경 수술의 경우에는, 환자의 복부에 가스를 채워 넣고, 복강경 수술 도구에 대한 입구를 제공하기 위하여 적어도 하나의 작은 절개부를 만든 후에, 이를 통하여 트로카(trocar)를 삽입하는 과정을 거쳐서, 수술을 수행하게 된다. 이러한 수술의 수행 시에, 사용자는 트로카를 통하여 수술 부위 등에 복강경 수술 도구를 들여 보내고 복강 외부에서 그것을 조작하는 것이 일반적이다. 이러한 복강경 수술 도구는 일반적으로 복강경(수술 부위 등의 관찰용)과 이 외의 작업 도구를 포함한다. 여기서, 작업 도구는, 각 도구의 작업 단부(또는 말단 동작부)가 소정의 샤프트에 의하여 그것의 손잡이 등으로부터 이격되어 있다는 점을 제외하고는, 종래의 절개 수술(open surgery)에서 사용되는 것과 유사하다. 즉, 작업 도구는, 예를 들어, 클램프, 그라스퍼, 가위, 스테이플러, 바늘 잡게 등을 포함할 수 있다. 한편, 사용자는 복강경에 의하여 찍히는 수술 부위 등의 영상을 표시하는 모니터에 의하여 진행 상황을 모니터링하게 된다. 이와 유사한 내시경 기술은, 후복막강경, 골반경, 관절경, 뇌수조경, 부비강경, 자궁경, 신장경, 방광경, 요도경, 신우경 등에 두루 사용된다.
이러한 최소 침습 수술의 모드는, 수술 부위 등에 수술 도구를 들여 보내는 통로의 개수에 따라, 단일 통로 수술(single port surgery) 모드와 다통로 수술(multi-port surgery) 모드로 구분될 수 있다.
다통로 수술 모드로 수술을 수행하는 경우에는, 절개부의 개수가 많아지는 단점이 있지만 수술이 용이한 편이고, 단일 통로 수술 모드로 수술을 수행하는 경우에는, 절개부의 개수가 적어져 덜 침습적이라는 장점이 있지만 수술 도구 간의 충돌 등의 문제로 인하여 수술의 난이도가 다소 높아질 수 있다. 이와 관련하여, 본 출원인은 이미 한국특허출원 제2008-51248호 및 제2008-61894호를 통하여 다자유도 최소 침습 수술 도구에 관하여 개시한 바 있으며, 또한, 한국특허출원 제2008-79126호 및 제2008-90560호를 통하여 단일 통로 수술의 이점과 이에 보다 적합한 최소 침습 수술 도구에 관하여 개시한 바 있다(상기 특허출원의 명세서의 각각은 그 전체로서 본 명세서에 편입되는 것으로 간주되어야 한다).
따라서, 실제의 수술 시에는, 하나의 수술용 로봇 시스템으로 다양한 수술 상황에 맞게 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 선택적으로 실현할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드 양쪽을 선택적으로 실현할 수 있도록 하는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템으로서, 구동 장치, 및 상기 구동 장치를 전기-기계적으로 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 구동 장치는, 다수의 메인 로봇암을 포함하는 정렬부, 및 각각이 다수의 보조 로봇암을 포함하는 다수의 조작부를 포함하며, 다통로 수술 모드의 경우, 상기 다수의 메인 로봇암 및 상기 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 상기 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 다수의 절개부의 각각에 대하여 배치될 수 있도록 구동되고, 단일 통로 수술 모드의 경우, 상기 다수의 메인 로봇암 및 상기 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 상기 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 하나의 절개부에 대하여 정렬될 수 있도록 구동되는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템으로서, 구동 장치, 및 상기 구동 장치를 전기-기계적으로 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 구동 장치는, 다수의 메인 로봇암을 포함하는 정렬부, 및 각각이 다수의 보조 로봇암을 포함하는 다수의 조작부를 포함하며, 상기 다수의 메인 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 메인 로봇암, 상기 제1 메인 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 메인 로봇암 및 상기 제2 메인 로봇암에 배치되어 회전 운동을 하는 제3 메인 로봇암으로 구성되고, 상기 제3 메인 로봇암은 상기 다수의 조작부와 결합되어 있으며, 상기 다수의 보조 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 보조 로봇암, 상기 제1 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 보조 로봇암 및 상기 제2 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제3 보조 로봇암으로 구성되는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 구성이 더 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드 양쪽을 선택적으로 실현할 수 있도록 하는 수술용 로봇 시스템 및 그 제어 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)의 측면도, 사시도 및 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)의 조작부(220)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)의 조작부(220)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 다통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 단일 통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)가 단일 통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
수술용 로봇 시스템의 구성
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명에 관하여 주로 복강경 수술의 경우를 상정하여 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 수술을 위하여도 얼마든지 본 발명에 따른 수술용 로봇 시스템이나 이를 제어하기 위한 방법이 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
또한, 이하의 상세한 설명에서는, 설명의 편의를 위하여 본 발명의 구동 장치(200)의 조작부(220)의 개수를 4개로 상정하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 따르는 이상 그리고 구동 장치(200)의 조작부(220)의 개수가 2개 이상인 이상, 본 발명은 어느 경우에나 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템은 수술대(100), 구동 장치(200) 및 제어 장치(300)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술대(100)는 환자의 신체를 지지하고 필요에 따라 이를 고정시키는 기능을 수행하기 위한 장치일 수 있다. 이러한 수술대(100)는 바닥면이나 지면에 대하여 견고하게 설치되어 외부로부터의 진동이나 충격으로부터 환자가 받을 수 있는 악영향을 최대한 방지하기 위한 프레임 구조물을 포함할 수 있다. 수술대(100)는, 보다 정밀한 수술을 위하여, 바닥면이나 지면에 대하여 수평으로 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 수술대(100)는, 바람직하게는, 후술하는 바와 같은 제3 메인 로봇암의 각 부분과 평행하게 설치될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(200)는 수술대(100) 상의 환자를 대상으로 하여 수술 도구를 구동하기 위한 장치일 수 있다.
이러한 구동 장치(200)는 필요에 따라 수술 도구(예를 들면, 최소 침습 수술 도구)를 소정의 위치에 정렬시키거나 배치하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 단일 통로 수술 모드를 취하는 경우, 수술 도구가 구동 장치(200)에 의하여 정렬되어 하나의 절개부에 대하여 배치될 수 있다. 한편, 이러한 구동 장치(200)는, 다통로 수술 모드가 취해진 경우에는, 다수의 수술 도구의 각각이 서로 다른 절개부에 대하여 배치되도록 할 수도 있다. 다만, 본 명세서에서 말하는 수술 도구의 정렬이나 배치가 반드시 수술 도구가 절개부와 직면하도록 하거나 수술 도구가 절개부를 통하여 삽입되도록 하는 것만을 의미하는 것은 아니며, 하나의 수술용 로봇 시스템으로 단일 통로 수술과 다통로 수술을 모두 수행하기 위하여 다수의 수술 도구를 정렬시키거나 이러한 정렬을 해제하는, 수술의 효율적인 수행을 위한 모든 동작이 본 명세서에서 말하는 수술 도구의 정렬이나 배치에 포함된다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 실제의 수술 수행 시에, 사용자는 얼마든지 필요한 범위 내에서 수술 도구의 정렬이나 배치에 관하여 수동적인 조작을 개입시킬 수 있다는 점도 이해되어야 한다.
또한, 구동 장치(200)는 절개부에 대하여 정렬되거나 배치된 수술 도구를 구동하고 이의 동작을 정밀하게 제어하여 수술을 수행할 수 있다.
상술된 바와 같은 구동 장치(200)에 관하여는 도 2 등을 참조하여 아래에서 더 자세히 알아보기로 한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치(300)는 구동 장치(200)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 제어 장치(300)는 사용자의 조작을 반영하여 구동 장치(200)를 제어할 수 있는데, 이를 위하여, 예를 들면, 조절 손잡이, 키보드, 마우스, 조이스틱, 페달 등과 같은 사용자 입력 수단을 포함하고, 이러한 사용자 입력 수단에 대한 사용자의 조작에 기인하여 발생된 전기적인 신호를 구동 장치(200)로 전송할 수 있다. 구동 장치(200)에서 수신된 이러한 전기적인 신호는, 전동 모터(미도시됨)나 유압 실린더(미도시됨)와 같은 전기-기계적인 구동 수단에 의하여 구동 장치(200)에 포함되어 있는 각 구성요소를 동작시키기 위한 입력 신호로서 사용될 수 있다. 즉, 제어 장치(300)는 구동 장치(200)의 각 구성요소의 동작을 전기-기계적으로 제어할 수 있다. 특히, 이러한 구동 장치(200)의 각 구성요소의 동작 제어의 일 예에 관하여는, 본 출원인의 한국특허출원 제2008-108103호를 참조할 수 있다(상기 특허출원의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입되는 것으로 간주되어야 한다).
이러한 제어 장치(300)는 사용자가 구동 장치(200)를 제어할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 디지털 기기로서, 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기라면 얼마든지 본 발명에 따른 제어 장치(300)로서 채택될 수 있다.
한편, 본 발명의 제어 장치(300)가 반드시 구동 장치(200)의 모든 구성요소를 제어하는 것은 아니고, 구동 장치(200)의 구성요소 중 적어도 일부가 사용자에 의하여 수동적으로 제어될 수도 있다는 점이 이해되어야 한다.
구동 장치(200)의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 구동 장치(200)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
제1 실시예
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)의 측면도, 사시도 및 분해 사시도이다. 먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)는 정렬부(210)와 조작부(220)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
먼저, 정렬부(210)는, 수술 모드에 따라 수술대(100) 상의 환자에 대하여 수술을 수행할 수 있도록, 적절한 위치에 수술 도구(10)를 정렬시키거나 배치하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 수술 도구(10)는 내시경이거나 최소 침습 수술 도구일 수 있다. 이러한 수술 도구(10)의 구체적인 구성에 관하여는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다. 다만, 본 명세서에서, 도시와 설명의 편의상, 개폐 동작이 가능한 작업 단부를 포함하는 최소 침습 수술 도구인 것으로 도시되어 있거나 설명되어 있는 모든 수술 도구(10)는 당업자의 재량에 따라 내시경이나 기타 최소 침습 수술 도구로 대체될 수 있음이 이해되어야 한다.
이러한 정렬부(210)는 메인 지지대(211), 제1 메인 로봇암(212), 제2 메인 로봇암(213) 및 제3 메인 로봇암(214)을 포함할 수 있다.
우선, 메인 지지대(211)는 원활한 수술 진행을 위하여 구동 장치(200) 전체가 외부로부터의 진동이나 충격에 의하여 영향을 받지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 메인 지지대(211)는 고하중의 재료로 만들어져 바닥면이나 지면에 견고하게 고정될 수 있다.
한편, 제1 메인 로봇암(212)은 메인 지지대(211)와 일단이 서로 결합되어 있어서, 도시된 바와 같은 방향으로, 예를 들면, Y축을 회전축으로 하는 피치(pitch) 방향으로, 회전 운동을 할 수 있다.
또한, 제2 메인 로봇암(213) 역시 제1 메인 로봇암(212)과 일단이 서로 결합되어 있어서, 도시된 바와 같은 방향으로, 예를 들면, Y축을 회전축으로 하는 피치 방향으로, 회전 운동을 할 수 있다.
또한, 제3 메인 로봇암(214)은 도시된 바와 같이 제2 메인 로봇암(213)에 실질적으로 직교하도록 배치되어, 도시된 바와 같은 방향으로, 예를 들면, Y축을 회전축으로 하는 피치 방향으로, 회전 운동을 할 수 있다. 이러한 제3 메인 로봇암(214)의 두 부분인 214a 부분과 214b 부분은 서로에 대하여 독립적으로 회전 운동을 할 수 있다. 그리고, 도시된 바에 따르면, 제3 메인 로봇암(214)의 214a 부분과 214b 부분은 각각 제2 메인 로봇암(213)의 단부가 제1 메인 로봇암(212)의 단부와 결합된 부분의 근처와 그 반대 쪽에 있는 제2 메인 로봇암(213)의 다른 단부에 구비될 수 있다. 이러한 제3 메인 로봇암(214)의 214a 부분과 214b 부분의 4개의 단부에는 각각 하나씩의 조작부(220)가 결합될 수 있다(특히, 도 4가 이러한 결합에 관하여 더 명료하게 나타내고 있다). 이러한 조작부(220)는 제3 메인 로봇암(214)의 Y 축을 중심으로 하여 회전 운동을 할 수 있다. 한편, 제3 메인 로봇암(214)의 214a 부분과 214b 부분의 길이는 도시된 바와 같이 서로 다르게 되도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 각 조작부(220)가 서로 다른 공간(회전 공간)을 사용하도록 하기 위함일 수 있다. 본 발명의 메인 로봇암(212 내지 214)과 조작부(220)에 관하여는, 도 5를 참조하여 아래에서 더 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)의 조작부(220)의 구성을 나타내는 도면이다. 이러한 조작부(220)는 전술한 바와 같이 제3 메인 로봇암(214)에 결합되어 수술 도구(10)를 정렬/배치하고 정밀하게 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 조작부(220)는 제1 보조 로봇암(221), 제2 보조 로봇암(222) 및 제3 보조 로봇암(223)과 같은 보조 로봇암과 제1 관절부(224), 제2 관절부(225) 및 제3 관절부(226)와 같은 관절부를 포함할 수 있다.
우선, 제1 보조 로봇암(221)은 그 일단이 제1 관절부(224)에 의하여 제3 메인 로봇암(214)과 결합되어 있어서, X 회전축 및 Y 회전축을 중심으로 하여 회전 운동을 할 수 있다. 이 경우의 회전 방향은 요(yaw) 방향 및 피치 방향이 된다.
그 다음에, 제2 보조 로봇암(222)은 그 일단이 제2 관절부(225)에 의하여 제1 보조 로봇암(221)의 다른 일단과 결합되어 있어서, Y 회전축 및 Z 회전축을 중심으로 하여 회전 운동을 할 수 있다. 이 경우의 회전 방향은 피치 방향 및 롤(roll) 방향이 된다.
마지막으로, 제3 보조 로봇암(223)은 그 일단이 제3 관절부(226)에 의하여 제2 보조 로봇암(222)의 다른 일단과 결합되어 있어서, X 회전축 및 Y 회전축을 중심으로 하여 회전 운동을 할 수 있다. 이 경우의 회전 방향은 롤 방향 및 피치 방향이 된다.
한편, 위에서 설명된 바와 같은 제1 보조 로봇암(221) 내지 제3 보조 로봇암(223)은 그 Y 회전축 중심 운동에 있어서 180도 또는 그 이상의 운동 범위를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이러한 경우, 하나의 제3 메인 로봇암(213)의 양쪽 단부에 각각 결합되어 있는 조작부(220)의 제1 보조 로봇암(221)의 회전 운동 범위는 서로 대칭되는 것이 바람직하다(이러한 대칭적인 회전 운동 범위는 사용자가 보다 직관적으로 조작부(220)나 수술 도구(10)의 동작을 이해할 수 있게끔 할 수 있다).
한편, 위에서 설명된 바와 같은 제3 보조 로봇암(223)은 확대 사시도에서 도시된 바와 같이 몸체부(223a), 이동부(223b) 및 홀더부(223c)를 포함하여 구성될 수 있다.
몸체부(223a)는 제3 관절부(226)와 결합되어 Y 회전축을 중심으로 하여 회전 운동(즉, 피치 방향 회전 운동)을 하도록 구성되어 있을 수 있다. 그리고, 이동부(223b)는 몸체부(223a)의 일면에 형성되는 가이드(G)에 의하여 몸체부(223a)와 슬라이딩 방식으로 결합되어 서지(surge) 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 홀더부(223c)는 소정의 수술 도구(10)를 이동부(223b)에 대하여 고정시키는 기능을 수행할 수 있다.
이상에서, 수술 도구(10)는 한국특허출원 제2008-51248호 또는 제2008-61894호의 명세서에 기재되어 있는 메커니즘을 이용하는 내시경 및/또는 최소 침습 수술 도구를 포함하거나, 한국특허출원 제2008-108103호의 명세서에 기재되어 있는 내시경 및/또는 최소 침습 수술 도구를 포함할 수 있다. 이러한 수술 도구(10)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)와 결합되어 있으므로, 제어 장치(300)로부터의 제어 신호 및/또는 사용자의 수동적인 조작에 의하여 서지 방향 동작, 피치 방향 동작, 요 방향 동작, 롤 방향 동작 및 수술 도구(10)의 작업 단부의 개폐 동작 중 적어도 한 가지를 수행하게 될 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)의 구성은 위에서 설명된 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)의 구성과 기본적으로 동일하다. 다만, 일부 특징적인 차이점이 있으므로, 아래에서는 이에 중점을 두어 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)의 조작부(220)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)의 조작부(220)에 결합되어 있는 수술 도구(10)는 자체적으로 소정의 각도(A)를 형성하여 굴곡을 가짐을 알 수 있다. 이러한 굴곡은 수술 도구(10)의 적어도 하나의 샤프트의 절곡에 의하여 미리 형성되어 있거나 사용자의 제어에 의하여 후발적으로 형성될 수 있는 것으로서, 단일 통로 수술 시에, 여러 수술 도구(10) 사이에서도 수술 부위를 관찰할 수 있도록 공간을 확보하여 주고, 여러 수술 도구(10)의 단부가 보다 좁은 영역 내에 놓일 수 있도록 하여 주어 작은 절개부만으로도 충분하게끔 하는 역할을 한다. 또한, 이러한 굴곡으로 인하여, 사용자의 수술을 보조하는 자가 필요한 수술 도구를 수술 부위로 들여 보내는 것이 용이하게 되는 효과도 달성될 수 있다.
전체적인 수술용 로봇 시스템의 수술 모드에 관하여 아래에서 더 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 다통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 제어 장치(300)로부터의 제어 신호 및/또는 사용자의 수동 조작에 의하여 다통로 수술 모드에서 동작하게 되면, 4개의 조작부(220) 각각의 수술 도구(10)가 서로 다른 절개부를 통하여 수술 부위로 향하도록 구동되어 배치될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 다통로 수술이 용이하게 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 단일 통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 장치(200)가 제어 장치(300)로부터의 제어 신호 및/또는 사용자의 수동 조작에 의하여 단일 통로 수술 모드에서 동작하게 되면, 4개의 조작부(220) 각각의 수술 도구(10)가 동일한 절개부를 통하여 수술 부위로 향하도록 구동되어 정렬될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 경우에, 4개의 제3 보조 로봇암(223)의 각각은 해당 몸체부(223a)의 모서리가 확대 사시도에 도시된 바와 같이 다른 몸체부(223a)의 모서리와 접하도록 정렬될 수 있다. 이러한 경우에, 4개의 몸체부(223a)는, 위에서 내려다 볼 때에, 확대 사시도에 도시된 바와 같이 사각형 모양을 형성하게 될 수 있다(이러한 모양은 수술용 로봇 시스템의 조작부(220)의 개수에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 6개의 조작부(220)가 있는 경우에는, 위와 같은 모양이 육각형이 될 수 있다). 따라서, 본 발명에 따르면, 4개의 몸체부(223a)에 대응되는 4개의 홀더부(223c)의 각각에 고정된 수술 도구(10)가 손쉽게 정렬될 수 있고, 이들이 함께 수술을 위한 단일 통로로 삽입될 수 있게 된다. 정렬된 구조는, 단일 통로 수술 수행 시에, 수술 도구(10)의 기계적인 안정성을 고양하여 주고, 수술 도구(10)의 서로에 대한 상대적인 위치를 고정시켜 수술 도구(10)의 제어가 용이하게 되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 통로 수술 모드에서의 높은 안정성을 위하여, 도 8에 도시된 바와 같은 별도의 단일 통로 수술용 포트(230)가 더 사용될 수 있다(이러한 단일 통로 수술용 포트(230)의 구체적인 구성에 관하여는 본 출원인의 한국특허출원 제2008-99872호가 참조될 수 있다(상기 특허출원의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입되는 것으로 간주되어야 한다)). 이러한 단일 통로 수술용 포트(230)는 다수의 수술 도구(10)를 하나의 다발 내에 고정시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하여 위에서 설명된 다통로 수술 모드의 경우와는 달리, 단일 통로 수술을 수행하는 경우에는, 한국특허출원 제2008-79126호 또는 제2008-90560호에 개시된 바와 같은 엘보우 메커니즘(elbow mechanism)을 갖는 수술 도구(10)를 활용하는 것이 바람직하다(이러한 수술 도구(10)의 활용에 관하여는 한국특허출원 제2008-108103호를 더 참조할 수 있다). 이와 같은 수술 도구(10) 등으로 단일 통로 수술을 수행하는 경우에, 절개부를 통하여 단일 통로로 삽입되는 다수의 수술 도구(10)가 하나의 단위를 이루어 동작하도록 할 수 있는데, 이를 위해서는, 소정의 고정된 동작 기준점(fulcrum)이 필요할 수 있다(예를 들면, 복강경 수술의 경우에는, 이러한 기준점으로서 복벽과 다수의 수술 도구(10)의 종축의 중심인 가상의 종축이 만나는 점을 상정할 수 있다). 그리고, 이러한 기준점은 전술된 바와 같은 단일 통로 수술용 포트(230)에 포함될 수 있다. 이러한 기준점에 기초하여, 다수의 수술 도구(10)는 하나의 단위를 이루어 피치 방향, 요 방향, 롤 방향 및/또는 서지 방향의 동작을 하도록 제어될 수 있다(이를 위하여, 다수의 수술 도구(10)는 적어도 기준점에서는 서로 정렬되는 것이 유리할 수 있다). 이 경우에, 다수의 수술 도구(10)의 각각은 그에 대응되는 제3 보조 로봇암(223)에 고정되어 있는 상태에서 자체적으로 롤 방향 및/또는 서지 방향의 동작을 하거나 관절 운동을 할 수도 있음은 물론이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 장치(200)가 단일 통로 수술 모드에서 동작하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 4개의 조작부(220)에 배치되어 있는 4개의 수술 도구(10)의 샤프트가 해당되는 제1 보조 로봇암(221) 및 제2 보조 로봇암(222)으로부터 멀어지는 방향으로 굴곡을 갖도록 제어되어 있는 것을 볼 수 있다(물론 전술한 바와 같이, 이러한 굴곡은 수술 도구(10)에서 애초에 형성되어 있는 것일 수도 있다). 이러한 수술 도구(10)의 샤프트의 제어에 관하여는 한국특허출원 제2008-79126호 및 제2008-90560호의 명세서의 기재를 참조할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 경우에도 위에서 설명된 바와 같은 단일 통로 수술용 포트(230)가 사용될 수 있음은 자명한 사실이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (22)

  1. 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템으로서,
    구동 장치, 및
    상기 구동 장치를 전기-기계적으로 제어하기 위한 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 구동 장치는,
    다수의 메인 로봇암을 포함하는 정렬부, 및
    각각이 다수의 보조 로봇암을 포함하는 다수의 조작부
    를 포함하며,
    다통로 수술 모드의 경우, 상기 다수의 메인 로봇암 및 상기 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 상기 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 다수의 절개부의 각각에 대하여 배치될 수 있도록 구동되고,
    단일 통로 수술 모드의 경우, 상기 다수의 메인 로봇암 및 상기 다수의 보조 로봇암 중 적어도 일부가 상기 다수의 조작부의 각각에 결합되어 있는 각 수술 도구가 하나의 절개부에 대하여 정렬될 수 있도록 구동되는
    수술용 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 조절 손잡이, 키보드, 마우스, 조이스틱 및 페달 중 적어도 한 가지를 포함하는 수술용 로봇 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 메인 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 메인 로봇암, 상기 제1 메인 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 메인 로봇암 및 상기 제2 메인 로봇암에 배치되어 회전 운동을 하는 제3 메인 로봇암으로 구성되는 수술용 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 메인 로봇암은 피치 방향으로 회전 운동을 하는 제1 메인 로봇암, 상기 제1 메인 로봇암에 일단이 결합되어 피치 방향으로 회전 운동을 하는 제2 메인 로봇암 및 상기 제2 메인 로봇암에 실질적으로 직교하도록 배치되어 피치 방향으로 회전 운동을 하는 제3 메인 로봇암으로 구성되는 수술용 로봇 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 메인 로봇암은 상기 다수의 조작부와 결합되어 있는 수술용 로봇 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 보조 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 보조 로봇암, 상기 제1 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 보조 로봇암 및 상기 제2 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제3 보조 로봇암으로 구성되는 수술용 로봇 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 보조 로봇암은 피치 방향 및 요 방향으로 회전 운동을 하는 제1 보조 로봇암, 상기 제1 보조 로봇암에 일단이 결합되어 피치 방향 및 롤 방향으로 회전 운동을 하는 제2 보조 로봇암 및 상기 제2 보조 로봇암에 일단이 결합되어 피치 방향 및 롤 방향으로 회전 운동을 하는 제3 보조 로봇암으로 구성되는 수술용 로봇 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 메인 로봇암은 다수의 부분을 포함하고,
    상기 다수의 부분의 길이는 서로 다른
    수술용 로봇 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 부분 중 하나에 결합되어 있는, 서로 대향하는 2개의 조작부 각각의 제1 보조 로봇암의 회전 운동 범위는 서로 대칭되는 수술용 로봇 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 제3 보조 로봇암 중 적어도 일부는 서로 실질적으로 평행하도록 정렬될 수 있는 수술용 로봇 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제3 보조 로봇암은,
    상기 제2 보조 로봇암에 결합되는 몸체부,
    상기 몸체부에 대하여 서지 방향으로 이동하는 이동부, 및
    수술 도구를 상기 이동부에 고정시키기 위한 홀더부
    를 포함하는 수술용 로봇 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단일 통로 수술 모드의 경우, 하나의 제3 보조 로봇암의 몸체부의 모서리가 다른 제3 보조 로봇암의 몸체부의 모서리와 접하는 수술용 로봇 시스템.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 각 수술 도구는 내시경 또는 최소 침습 수술 도구인 수술용 로봇 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각 수술 도구는 굴곡을 갖는 수술용 로봇 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 굴곡은 상기 각 수술 도구의 작업 단부가 해당 제1 보조 로봇암 및 해당 제2 보조 로봇암으로부터 멀어지는 방향으로 형성된 수술용 로봇 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 단일 통로 수술 모드의 경우, 상기 다수의 수술 도구 중 적어도 일부는 소정의 동작 기준점에 기초하여 하나의 단위로 동작할 수 있는 수술용 로봇 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 동작 기준점은 복벽과 상기 다수의 수술 도구의 종축들의 가상의 중심축이 만나는 점에 설정되는 수술용 로봇 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 동작 기준점에서, 상기 다수의 수술 도구 중 적어도 일부는 서로 실질적으로 평행하도록 정렬될 수 있는 수술용 로봇 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 수술 도구 중 적어도 일부가 하나의 단위로 동작하도록 하기 위한 단일 통로 수술용 포트를 더 포함하는 수술용 로봇 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단일 통로 수술용 포트는 소정의 동작 기준점을 갖는 수술용 로봇 시스템.
  21. 단일 통로 수술 모드와 다통로 수술 모드를 실현할 수 있는 수술용 로봇 시스템으로서,
    구동 장치, 및
    상기 구동 장치를 전기-기계적으로 제어하기 위한 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 구동 장치는,
    다수의 메인 로봇암을 포함하는 정렬부, 및
    각각이 다수의 보조 로봇암을 포함하는 다수의 조작부
    를 포함하며,
    상기 다수의 메인 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 메인 로봇암, 상기 제1 메인 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 메인 로봇암 및 상기 제2 메인 로봇암에 배치되어 회전 운동을 하는 제3 메인 로봇암으로 구성되고,
    상기 제3 메인 로봇암은 상기 다수의 조작부와 결합되어 있으며,
    상기 다수의 보조 로봇암은 회전 운동을 하는 제1 보조 로봇암, 상기 제1 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제2 보조 로봇암 및 상기 제2 보조 로봇암에 결합되어 회전 운동을 하는 제3 보조 로봇암으로 구성되는
    수술용 로봇 시스템.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 수술용 로봇 시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
    단일 통로 수술 모드에서, 다수의 수술 도구 중 적어도 하나가 굴곡을 갖도록 제어하는 단계를 포함하는 방법.
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