KR20160112543A - 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트에 관한 것으로서, 중재시술 로봇의 로봇 팔의 끝단에 설치되는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 있어서, 한 쌍으로 된 상기 바늘 그리퍼 사이에 설치한 압력/힘센서와 전기적으로 연결된 센서 커넥터를 엔드이펙터의 커넥터와 접속하여, 상기 바늘 그리퍼의 설정된 기준위치에서 변화할 수 있는 바늘 그리퍼의 그립력을, 상기 바늘 그리퍼 사이에 잡혀있는 상기 압력/힘센서에 의해 정확하게 평가하여 보정하도록 하며, 이러한 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트는 엔드 이펙터 상부에 설치하여 상기 엔드이펙터의 커넥터에 접속된 센서 커넥터, 한 쌍의 상기 바늘 그리퍼 중 한쪽 그리퍼의 접촉측면에 설치된 압력/힘센서, 및 상기 센서 커넥터와 압력/힘센서 사이를 연결하는 전선부로 구성하여, 바늘 그리퍼의 그립력을 언제나 어떠한 상태에서도 간단하게 평가할 수 있어 항상 일정한 그립력으로 바늘을 그립하여 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. 또 본 발명의 센서 키트는 엔드이펙터의 전면과 바늘 그리퍼에 자유롭게 탈착하여 분리휴대용으로 사용할 수 있어 사용이 간편하고 편리한 효과가 있다.

Description

엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트{Method for revision of grip power of gripper of end effector and sensor kit used for method for revision}

본 발명은 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트에 관한 것으로서, 상세하게는 중재시술을 위한 시술바늘을 사이에 고정하는 바늘 그리퍼에 압력/힘센서를 센서 커넥터와 연결하여 설치함으로써, 상기 바늘 그리퍼의 설정된 기준위치에서 변화할 수 있는 그립력을 정확하게 평가하여 주기적으로 상기 그립력을 일정하게 보정할 수 있도록 한 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트에 관한 것이다.

일반적으로 중재시술은 내과와 외과를 넘나들며 중재한다는 의미로 생검, 확장술 등 최근의 여러 전문분야의 융합적 치료행위를 반영하고 있으며, 이러한 중재시술은 영상장비를 통하여 인체 내부를 관찰하면서, 미세 의료 기구를 체내에 삽입하여 약물 주입과 같은 내과적 시술과, 절개와 같은 외과적 시술을 수행하는 의학기술이다. 중재시술에서 사용되는 미세의료 기구가 주사바늘일 경우 바늘 삽입형 중재시술이라고 한다.

이러한 바늘 삽입형 중재시술에 사용하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터는 보통 MRI및 CT등의 진단장비와 같이 사용하므로, 영상간섭을 회피하는 재질의 그리퍼를 별도로 엔드이펙터에서 돌출시켜 사용하고 있다. 이때 바늘삽입의 정확도는 그리퍼가 바늘을 얼마나 강하게 고정하고 있는가에 따른 영향이 큰데, 그리퍼를 구동시키는 볼스크류 등 구동원을 기준으로 그리퍼의 기준위치를 설정하면, 실제 바늘을 잡는 그리퍼 부재의 그립 시 휨 및 가공 정도에 따라 바늘을 잡는 그립력이 상이하게 되나, 그리퍼 자체에는 진단장비 영상이 간섭으로 작용하여 센서를 장착하기 곤란하다는 문제가 있다.

따라서 기존에는 일정한 그립력을 보정하기 위한 그리퍼의 기준 위치 설정에 대해 일반적인 산업용 로봇과 같이 스케일(눈금자) 등을 이용한 위치 기반 초기 위치 설정방법을 따르거나, 별도의 설정방법 없이 감각에 의존하여 기준 위치 설정이 이루어지고 있어, 이 역시 설정된 위치가 그리퍼의 바늘 그립력을 보장해 주는 것은 아니며, 조립 시 기준위치가 설정되더라도 그리퍼 소모품의 마모 및 마모에 따른 교체 시 상이한 가공상태에 따라 일정한 그립력을 보장할 수 없다는 문제가 있다.

결국 조립 시 설정된 기준위치에 따른 그립력은 기준위치에 따라 그립력을 보장해줄 수 없고, 일단 설정된다 하더라도 지속적인 것이 아니라 상기한 바와 같이 그리퍼 소모품의 마모 등에 의해 수시로 변화할 수 있으므로, 언제나 어떠한 상태에서도 바늘의 안정적인 그립을 위한 일정한 그립력을 보장할 필요가 있다.

한국 공개특허공보 제10-2015-0000232호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 엔드 이펙터의 바늘 그리퍼에 센서 커넥터와 연결된 박막형의 압력/힘센서를 설치하여 엔드이펙터의 초기 조립이나 생산 시 적절한 기준위치를 설정한 상태에서, 기 설정된 기준위치라도 마모 등을 고려하여 달라진 바늘 그리퍼의 그립력을 상기 압력/힘센서와 센서 커넥터에 의해 평가함으로써, 언제나 어떠한 상태에서도 일정한 그립력을 주기적으로 보정할 수 있도록 한 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법은, 중재시술 로봇의 로봇 팔의 끝단에 설치되는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 있어서, 한 쌍으로 된 상기 바늘 그리퍼 사이에 설치한 압력/힘센서와 전기적으로 연결된 센서 커넥터를 엔드이펙터의 커넥터와 접속하여, 상기 바늘 그리퍼의 설정된 기준위치에서 변화할 수 있는 바늘 그리퍼의 그립력을, 상기 바늘 그리퍼 사이에 잡혀있는 상기 압력/힘센서에 의해 정확하게 평가하여 보정하도록 하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 상기 센서 커넥터와 엔드이펙터의 커넥터의 접속은 필요에 따라 자유롭게 이루어져 상기 압력/힘센서를 분리휴대용으로 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또 상기 바늘 그리퍼의 상단 그리퍼와 하단 그리퍼중 중 상기 상단 그리퍼에 상기 압력/힘센서를 설치하여 그립력을 보정하도록 하는 것이 바람직하다.

또 상기한 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트로써, 상기 센서키트는 엔드 이펙터 상부에 설치하여 상기 엔드이펙터의 커넥터에 접속된 센서 커넥터, 한 쌍의 상기 바늘 그리퍼 중 한쪽 그리퍼의 접촉측면에 설치된 압력/힘센서, 및 상기 센서 커넥터와 압력/힘센서 사이를 연결하는 전선부로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

또 상기 바늘 그리퍼에 설치하는 압력/힘센서는 박막형의 압력/힘센서인 것이 바람직하다.

본 발명의 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트에 의하면, 바늘 그리퍼의 그립력을 언제나 어떠한 상태에서도 간단하게 평가할 수 있어 항상 일정한 그립력으로 바늘을 그립하여 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. 또 본 발명의 센서 키트는 엔드이펙터의 전면과 바늘 그리퍼에 자유롭게 탈착하여 분리휴대용으로 사용할 수 있어 사용이 간편하고 편리한 효과가 있다.

그리고 중재시술 엔드이펙터의 초기 조립 시 기구의 기준위치를 설정함은 물론, 실제 사용 시에 그립 성능이 저하되지 않도록 유지하여 중재시술 로봇의 성능을 보장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 센서키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 센서 키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 센서 키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 분리 사시도
도 4는 본 발명에 따른 센서 키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 설치 사시도

이하, 본 발명에 따른 중엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 센서 키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 센서 키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 평면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 일단 본 발명에 따른 센서키트가 설치될 수 있는 일례의 중재시술 로봇용 엔드이펙터는 지지수단(1), 수평이동수단(2), 승강수단(3), 전후진수단(4), 바늘 그리퍼(5) 및 시술바늘(6)로 이루어져 있으며, 이러한 형태의 엔드이펙트는 하나의 예일 뿐 다른 형태의 엔드이펙터에도 본 발명의 센서키트를 얼마든지 설치할 수 있을 것이다.

상기 지지수단(1)은 판상의 형태로 되어 그 위에 상기 수평이동수단(2) 등을 설치한 것이며 밑면을 통해 로봇 팔의 손목 끝단에 연결된다.

상기 수평이동수단(2)은 한 쌍의 가이드레일(7a)(7b)과 가이드블록(8a)(8b)로 이루어진 각각의 수평 LM가이드(9a)(9b) 및 소형 서보모터(10a)(10b)로 구성된다. 여기서 한 쌍의 상기 가이드레일(7a)(7b)은 지지수단(1) 상의 중간에서 2개가 나란히 설치되고, 상기 각 가이드블록(8a)(8b)은 가이드레일(7a)(7b)에 각각 결합되며, 지지수단(1) 상의 일측 및 뒤쪽에 각각 설치되는 소형 서보모터(10a)(10b)의 각 모터축에 연결된 캠팔로워가 각각의 가이드블록(8a)(8b)과 접하도록 함으로써, 고감속비의 기어헤드를 갖는 상기 소형 서보모터(10a)(10b)의 구동에 따른 캠팔로워의 캠 운동에 의해 가이드블록(8a)(8b)은 가이드레일(7a)(7b)을 따라 수평면 상에서 수평이동하게 된다. 따라서 한 쌍으로 이루어진 바늘 그리퍼(5)은 각각 상기 가이드블록(8a)(8b)에 연결되어 서로 별개로 수평 이동하게 된다.

상기 승강수단(3)은 연결블록(11), 연결축(12), 승강브래킷(13), 소형 서보모터(10c) 및 승강 LM가이드(16a)(16b)로 구성된다. 여기서 상기 연결블록(11)은 상기 바늘 그리퍼(5)의 상측 하단에 각각 연결되고, 상기 연결축(12)의 일단이 연결블록(11)의 바깥쪽에 베어링(B)과 함께 삽입되어 각각 연결되며, 상기 승강브래킷(13)은 각 연결축(12)의 타단을 서로 연결하여 설치하되, 한쪽 연결축(12)과 승강브래킷(13)의 사이에는 바늘 그리퍼(5)의 수평 이동을 위해 베어링(B)에 삽입된 보조연결축(17)을 통해 연결되도록 한다. 또한 지지수단(1) 상의 뒤쪽에 설치된 상기 소형 서보모터(10c)는 모터축에 연결한 캠팔로워(14)가 상기 승강브래킷(13)과 접하고 있고, 상기 각 승강 LM가이드(16a)(16b)는 바늘 그리퍼(5)의 상단 그리퍼(5a)의 상측 끝단에 각각 부착된 가이드블록(7c)(7d)과 상기 지지수단(1)의 상의 중간에 나란히 각각 세워지는 가이드레일(8c)(8d)로 이루어진다. 따라서 고감속비의 기어헤드를 갖는 소형 서보모터(10c)의 구동에 따른 캠팔로워(14)의 캠운동에 의해 상기 승강브래킷(11)은 승강 이동하게 됨에 따라, 상기 각 승강 LM가이드(16a)(16b)의 각 가이드블록(7c)(7d)도 가이드레일(8c)(8d)을 따라 승강 이동하여 상기 바늘 그리퍼(5)의 상단 그리퍼(5a)를 승강 이동시킨다.

상기 전후진수단(4)은 가이드레일(7e)과 가이드블록(8e)으로 이루어진 전후진 LM가이드(15)와 소형 서보모터(10d)로 구성된다. 여기서 상기 가이드레일(7e)은 지지수단(1) 상의 앞쪽에서 평면 상으로 길게 설치되고, 상기 가이드블록(8e)은 가이드레일(7e)에 결합되며, 지지판(1) 상의 타측에 설치되는 소형 서보모터(10d)의 모터축에 연결된 캠팔로워가 상기 가이드블록(8e)과 접하도록 함으로써, 고감속비의 기어헤드를 갖는 상기 소형 서보모터(10d)의 구동에 따른 캠팔로워의 캠운동에 의해 가이드블록(8e)은 가이드레일(7c)을 따라 전진 또는 후진 이동하게 됨에 따라, 이와 연결된 바늘 그리퍼(5)의 한 쌍의 상단 그리퍼(5a)는 서로 엇갈려 전진 또는 후진을 함으로써 시술바늘(6)을 비벼 회전시킨다.

상기 바늘 그리퍼(5)은 상단 그리퍼(5a)와 하단 그리퍼(5b)로 구성된다. 상기 상단 그리퍼(5a)는 2개를 나란히 배치한 한 쌍으로 구성되어, 각각의 상측 및 하측의 일부가 서로 반대방향으로 각각 절곡된 형상으로 구성되며, 시술바늘(6)을 잡는 하측의 절곡된 부분이 하단 그리퍼(5b) 상에 안착되고, 상측의 절곡된 부분 끝단에는 각각 수평이동수단(2)의 가이드블록(8a)(8b)이 각각 연결됨과 동시에 끝단의 하단을 통해 승강수단(3)의 연결블록(11)에 연결된다. 상기 하단 그리퍼(5b)는 나란히 배치된 한 쌍으로 구성되어, 상기 전후진수단(4)의 가이드블록(8c)에 연결된다.

상기 시술바늘(6)은 수평이동수단(2)에 의해 각각 수평 이동하는 바늘 그리퍼(5)의 한 쌍의 상단 그리퍼(5a) 사이와 한 쌍의 하단 그리퍼(5b) 사이에 장착되어, 상기 바늘 그리퍼(5)과 함께 수평 이동과 승강 이동 및 회전운동을 하게 된다.

다음은 상기한 바와 같은 중재시술 로봇용 엔드이펙터에 설치되는 본 발명에 따른 센서키트의 구성을 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 센서키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 센서키트가 설치되는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 일례의 설치 사시도를 도시한 것이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서키트(20)는 센서 커넥터(21)와 박막형의 압력/힘센서(22) 및 상기 센서 커넥터(21)와 압력/힘센서(22) 사이를 전기적으로 연결한 전선부(24)를 기본 구성으로 하며, 이러한 센서키트(20)를 중재시술 로봇용 엔드이펙터(25)의 바늘 그리퍼(5)에 설치하여 시술바늘(6)을 잡고 있는 상기 바늘 그리퍼(5)의 그립력을 평가하게 된다.

즉 상기 센서키트(20)를 중재시술 로봇용 엔드이펙터(25)에 설치할 때, 상기 센서 커넥터(21)는 엔트이펙터(25)의 전면 상부에 항상 설치되어 있는 상기 엔드이펙서(25)의 커넥터(미도시)와 전기적으로 접속하여 전원을 공급받고, 상기 센서 커넥터(21)와 전선부(24)에 의해 전기적으로 연결되어 있는 박막형의 압력/힘센서(22)는 상기 바늘 그리퍼(5)의 한 쌍의 상단 그리퍼(5a) 사이에 설치하되, 구체적으로는 상단 그리퍼(5a)에서 한쪽 그리퍼(5a1)와 접촉하는 다른 쪽 그리퍼(5a2)의 접촉측면에 부착하여 설치한다. 시술 바늘을 잡고 있는 하단 그리퍼(5b) 외의 다른 구성들의 부호는 상기한 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 설명에서 기재하고 있으므로 생략하도록 한다.

이와 같이 센서 커넥터(21)를 엔드이펙터(25)의 커넥터에 자유롭게 연결하거나 분리함과 동시에, 박막형의 압력/힘센서(22)를 바늘 그리퍼(5)에 자유롭게 탈착할 수 있기 때문에, 필요에 따라 상기 바늘 그리퍼(5)의 그립력을 평가하여 확인할 때에만 사용하도록 하는 분리휴대용의 센서키트(20)가 될 수 있다.

이러한 본 발명의 센서키트(20)를 이용하여 일단 기준위치에서의 바늘 그리퍼(5)의 그립력을 평가하게 되는데, 상기한 바와 같이 바늘 그리퍼(5)의 상단 그리퍼(5a) 사이의 접촉측면에 설치된 압력/힘센서(22)의 감지에 의해 시술 바늘을 잡게 되는 상기 상단 그리퍼(5a)의 그립력을 상기 압력/힘센서(22)와 전선부(24)로 연결된 센서 커넥터(21)에 의해 평가하여 보정하게 된다. 따라서 이렇게 평가된 그립력은 기준위치에서의 일정한 그립력이 된다.

그런데 상기한 바와 같이, 바늘 그리퍼(5)의 마모 및 마모에 따른 교체 시 기준위치에서의 그립력이 달라지게 되므로, 이러한 때마다 상기 압력/힘센서(22)로 그립력을 감지하고 전선부(24)를 통해 상부의 센서 커넥터(21)로 그립력을 전달하게 되면 기준위치에서의 달라진 그립력을 확인할 수 있게 된다. 따라서 그 때마다 달라진 그립력이 확인되면 기준위치에서 바늘 그리퍼(5)를 미세하게 이동시켜 원래 기준위치에서의 그립력에 맞추어 그립력을 주기적으로 보정한 후 상기 바늘 그리퍼(5)를 사용하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법 및 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 지지수단 2 : 수평이동수단
3 : 승강수단 4 : 전후진수단
5 : 바늘 그랍수단 5a : 상단 손가락부
5b : 하단 손가락부 6 : 시술바늘
7a,7b,7c,7d,7e : 가이드블록 8a,8b,8c,8d,8e : 가이드레일
9a,9b : 수평 LM가이드 10a,10b,10c,10d : 소형 서보모터
11 : 연결블록 12 : 연결축
13 : 승강브래킷 14 : 캠팔로워
15 : 전후진 LM가이드 16a,16b : 승강 LM가이드
17 : 보조연결축 20 : 센서키트
21 : 센서 커넥터 22 : 압력/힘센서
24 : 전선부 25 : 엔드이펙터

Claims (5)

1. 중재시술 로봇의 로봇 팔의 끝단에 설치되는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 있어서,
   한 쌍으로 된 상기 바늘 그리퍼 사이에 설치한 압력/힘센서와 전기적으로 연결된 센서 커넥터를 엔드이펙터의 커넥터와 접속하여, 상기 바늘 그리퍼의 설정된 기준위치에서 변화할 수 있는 바늘 그리퍼의 그립력을, 상기 바늘 그리퍼 사이에 잡혀있는 상기 압력/힘센서에 의해 정확하게 평가하여 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서 커넥터와 엔드이펙터의 커넥터의 접속은 필요에 따라 자유롭게 이루어져 상기 압력/힘센서를 분리휴대용으로 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 바늘 그리퍼의 상단 그리퍼와 하단 그리퍼중 중 상기 상단 그리퍼에 상기 압력/힘센서를 설치하여 그립력을 보정하도록 하는 것을 특징으로 하는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트로써,
   상기 센서키트는 엔드 이펙터 상부에 설치하여 상기 엔드이펙터의 커넥터에 접속된 센서 커넥터, 한 쌍의 상기 바늘 그리퍼 중 한쪽 그리퍼의 접촉측면에 설치된 압력/힘센서, 및 상기 센서 커넥터와 압력/힘센서 사이를 연결하는 전선부로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정방법에 사용되는 센서키트.
5. 제4항에 있어서,
   상기 바늘 그리퍼에 설치하는 압력/힘센서는 박막형의 압력/힘센서인 것을 특징으로 하는 중재시술 로봇용 엔드이펙터의 바늘 그리퍼의 그립력 보정을 위한 센서키트.

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