KR101742585B1 - A remote controlled Stewart platform for fracture surgery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 공개한다. 이 장치는 복수개의 작동부 링크 양단이 환자의 뼈에 고정되어 병진 운동하는 작동부; 복수개의 조작부 링크의 실린더리컬 운동에 따라 복수개의 조작부 링크 양단에 연결되는 제1 상판 및 제1 하판의 상대 변위를 계산하여 상기 작동부의 기구 치수에 대한 역기구학 계산을 하고, 계산된 액츄에이터 변위에 응답하여 상기 작동부를 원격으로 동작시키는 조작부; 및 상기 작동부 및 상기 조작부를 실시간으로 모니터링하여, 상기 작동부 또는 상기 조작부가 오작동하는 경우 긴급 정지시키는 명령을 출력하는 모니터링용 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 스튜어트 플랫폼 작동 기구를 환자의 골절 부위에 고정하고 의료진은 방사능이 차단된 외부에서 X-ray 촬영 영상을 모니터링 하면서, 작동 기구와 유사한 조작 기구를 직접 손으로 움직이며 원격 조종으로 골절 수술을 수행함으로써, 의료진이 방사능에 과다 노출되는 위험을 방지할 수 있게 된다. 또한, 골절 수술시 행해지는 X-ray 촬영시 작동부의 링크가 환자의 골절 부위와 겹치게 위치하여도 X-ray가 작동부 링크의 커버를 투과할 수 있어 영상에서 골절부위를 정확히 관찰할 수 있게 된다.The present invention discloses a remotely controlled Stewart platform for fracture surgery. The apparatus includes an operating part having both ends of a plurality of operating part links fixed to the patient's bone and translationally moving; Calculating an inverse kinematic calculation of a mechanical dimension of the operating portion by calculating relative displacements of the first upper plate and the first lower plate connected to both ends of the plurality of operating portion links in accordance with the cylinderical movement of the plurality of operating portion links, An operation unit for operating the operation unit remotely; And a monitoring terminal for monitoring the operation unit and the operation unit in real time and outputting a command for urgently stopping the operation unit or the operation unit if the operation unit malfunctions. According to the present invention, the Stewart platform operating mechanism is fixed to the fracture site of the patient, and the medical staff monitors the X-ray image from the outside of the radioactivity, moves the operating mechanism similar to the operating mechanism directly by hand, Fracture surgery can be performed to prevent the risk of the medical staff being exposed to radioactivity. In addition, even when the link of the operation part overlaps with the fracture part of the patient during the X-ray filming performed during the fracture operation, the X-ray can penetrate the cover of the operation part link, so that the part of the fracture can be observed accurately .
Description
본 발명은 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼에 관한 것으로서, 특히 골절 수술시 사용하는 수술 보조 기구와 유사한 조작 기구를 직접 손으로 움직이며 원격 조종으로 골절 수술을 수행하는데 있어서, X-ray 촬영 영상을 모니터링 하면서 정기구학과 역기구학을 이용하여 수술 보조 기구의 제어를 수행한 실험 결과를 통하여 성능을 확인할 수 있는 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼에 관한 것이다.
The present invention relates to a remote-controlled Stewart platform for fracture surgery, and more particularly, to an X-ray imaging apparatus for performing a fracture operation by remote manipulation by directly moving an operating mechanism similar to a surgical assistant used in fracture surgery, The present invention relates to a remote control Stewart platform for fracture surgery, which can confirm the performance of a surgical assistant by using an inverse kinematics and an inverse kinematics.
대퇴골 또는 경골 골절 환자의 접합 수술 시 경우에 따라 외 고정장치(external fixation device) 등의 수술 보조 기구를 이용하여 뼈에 고정시킨 뒤, 골절 부위의 접합을 위해 반복적인 X-ray 촬영을 통해 뼈를 조금씩 맞춰나가는 과정을 수행한다.In femoral or tibial fracture joints, it is fixed to the bones using an external fixation device, such as an external fixation device, and then repeated x-rays are taken to connect the fractured parts. Perform a little bit of alignment.
이러한 과정에서 의료진들은 C-ARM X-ray 장비에 근접하여 수술하므로 방사능에 과다 노출되는 위험을 가지고 있다. In this process, medical personnel are at risk of overexposure to radioactivity because they are operated close to C-ARM X-ray equipment.
실제로 정형외과 의료진의 연간 방사능 피폭량이 증가하면서 그들은 세포 변형, 암세포 유발, 유산 등 심각한 부작용에 무작위로 노출된다.In fact, as the annual radiation exposure of orthopedic practitioners increases, they are randomly exposed to serious side effects such as cell degeneration, cancer cell proliferation, and abortion.
한편, 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼은 조작부와 작동부를 담당하는 두 개의 병렬 스튜어트 플랫폼과 둘 사이의 통신을 담당하는 제어부로 구성된다.On the other hand, the remote control Stewart platform for fracture surgery consists of two parallel Stuart platforms for the operation part and the operation part, and a control part for communication between the two.
병렬 스튜어트 플랫폼은 우수한 동적 성능, 쉬운 역기구학 해석 등의 장점을 가진 6 자유도 기구 메커니즘 기구이다.The Parallel Stuart platform is a six-degree-of-freedom mechanism mechanism with the advantages of excellent dynamic performance and easy inverse kinematic analysis.
스튜어트 플랫폼은 6자 유도 기구라는 이점으로 의료 기기용 외에 여러 산업 분야에서 적용되고 있다. The Stewart platform is a six-member induction device and is used in a variety of industrial applications besides medical devices.
대표적으로 평형 유지 시스템이나 자동차, 비행기, 군사용 탱크와 같은 시뮬레이터에 많이 사용되고 있으며, 앞으로도 다양한 분야에서 응용이 가능한 분야이다.Typically, it is widely used in simulators such as equilibrium maintenance systems, automobiles, airplanes, and military tanks, and it can be applied in various fields in the future.
그 중에서 골절 수술용으로 사용되는 스튜어트 플랫폼의 경우, 골절 수술시 반복적으로 X-ray 촬영이 이루어지는데, X-ray 촬영시 작동부의 링크가 환자의 골절 부위와 겹치게 위치하면 영상에서 골절부위를 정확히 관찰할 수 없는 한계가 있었다. In the case of the Stewart platform used for fracture surgery, the X-ray is taken repeatedly at the time of fracture surgery. When the link of the operation part overlaps with the fracture part of the patient during the X-ray photographing, There was a limit that could not be done.
따라서, 링크 내부의 금속으로 이루어진 모터와 볼 스크류에 의한 간섭은 불가피하지만, 링크의 대부분을 구성하는 링크 커버를 X-ray가 투과할 수 있는 재질로 제작할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to make the link cover constituting the majority of the link with a material which can transmit X-ray though interference between the motor made of metal inside the link and the ball screw is inevitable.
또한, 대퇴골 또는 경골 골절 환자의 골절 접합 수술시 반복적으로 X-ray 촬영이 이루어지므로 골절 수술시 사용하는 수술 보조 기구를 대신하여 의료용으로 사용할 기구로서, 안전성을 최우선으로 고려하여 설계된 제어 시스템이 절실하게 필요한 실정이다.
In addition, since X-ray is repeatedly performed at the fracture joint operation of the femur or tibia fracture patients, a control system designed with safety as the top priority is required as a device to be used for medical use in place of the surgical assistant used in the fracture surgery. It is necessary.
본 발명의 목적은 골절 수술시 사용하는 수술 보조 기구로서, 기구 구동을 실시간 모니터링이 가능하도록 소프트웨어를 구현하고, 작동부의 링크에 X-ray가 투과할 수 있는 재질을 사용하며, 정기구학과 역기구학을 이용하여 제어를 수행한 실험 결과를 통하여 성능을 확인할 수 있는 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an operation assistant device for use in fracture surgery, which realizes software for real-time monitoring of instrument driving, uses materials that can transmit X-rays to the link of the operation part, The present invention provides a remote control Stewart platform for fracture surgery, which can confirm the performance through experimental results obtained by performing control using the above-described control.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼은 복수개의 작동부 링크 양단이 환자의 뼈에 고정되어 병진 운동하는 작동부; 복수개의 조작부 링크의 실린더리컬 운동에 따라 복수개의 조작부 링크 양단에 연결되는 제1 상판 및 제1 하판의 상대 변위를 계산하여 상기 작동부의 기구 치수에 대한 역기구학 계산을 하고, 계산된 액츄에이터 변위에 응답하여 상기 작동부를 원격으로 동작시키는 조작부; 및 상기 작동부 및 상기 조작부를 실시간으로 모니터링하여, 상기 작동부 또는 상기 조작부가 오작동하는 경우 긴급 정지시키는 명령을 출력하는 모니터링용 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a remotely controlled Stewart platform for fracture surgery, comprising: an operating part having a plurality of operating part links fixed to a bone of a patient and translationally moving; Calculating an inverse kinematic calculation of a mechanical dimension of the operating portion by calculating relative displacements of the first upper plate and the first lower plate connected to both ends of the plurality of operating portion links in accordance with the cylinderical movement of the plurality of operating portion links, An operation unit for operating the operation unit remotely; And a monitoring terminal for monitoring the operation unit and the operation unit in real time and outputting a command for urgently stopping the operation unit or the operation unit if the operation unit malfunctions.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. And is provided to fully explain the scope of the present invention to those skilled in the art.
본 발명에 의할 경우, 스튜어트 플랫폼 작동 기구를 환자의 골절 부위에 고정하고 의료진은 방사능이 차단된 외부에서 X-ray 촬영 영상을 모니터링 하면서, 작동 기구와 유사한 조작 기구를 직접 손으로 움직이며 원격 조종으로 골절 수술을 수행함으로써, 의료진이 방사능에 과다 노출되는 위험을 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, the Stewart platform operating mechanism is fixed to the fracture site of the patient, and the medical staff monitors the X-ray image from the outside of the radioactivity, moves the operating mechanism similar to the operating mechanism directly by hand, Fracture surgery can be performed to prevent the risk of the medical staff being exposed to radioactivity.
또한, 골절 수술시 행해지는 X-ray 촬영시 작동부의 링크가 환자의 골절 부위와 겹치게 위치하여도 X-ray가 작동부 링크의 커버를 투과할 수 있어 영상에서 골절부위를 정확히 관찰할 수 있게 된다.
In addition, even when the link of the operation part overlaps with the fracture part of the patient during the X-ray filming performed during the fracture operation, the X-ray can penetrate the cover of the operation part link, so that the part of the fracture can be observed accurately .
도 1은 본 발명에 따른 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 조작부(100)의 정면 사진(a) 및 사시 각도 사진(b)이다.
도 3은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200)의 정면 사진이다.
도 4는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200) 내 볼 조인트(250) 및 볼 조인트 정렬 브라켓(260)이 결합된 사진이다.
도 5는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200) 내 뼈 고정 핀(280)의 사진이다.
도 6은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 모니터링용 단말기(300)에 디스플레이된 실시간 모니터링 소프트웨어를 나타낸 화면이다.
도 7은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 볼 조인트(250), 유니버셜 조인트(240) 및 작동부 링크(230)에 걸리는 하중 해석 결과를 나타낸 표이다.
도 8 내지 도 10은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 볼 조인트(250), 유니버셜 조인트(240) 및 작동부 링크(230)에 대한 응력(a), 변형률(b), 변형(c) 해석 결과를 나타낸 화면이다.
도 11은 본 발명에 따른 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 실제 실시간으로 구동하는 실험을 수행한 결과 그래프이다.1 is a block diagram of a remote control Stewart platform for fracture surgery according to the present invention.
2 is a front view (a) and a perspective view photograph (b) of the
3 is a front view of the
4 is a photograph showing a
5 is a photograph of a
FIG. 6 is a screen showing real-time monitoring software displayed on the
FIG. 7 is a table showing load analysis results of the
8 to 10 are graphs showing stress (a), strain (b), and strain (c) analysis results for the
FIG. 11 is a graph illustrating a result of real-time experiments of a remote-controlled Stewart platform for fracture surgery according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a remote control Stewart platform for fracture surgery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best way Should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부재", "부", "기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
In the specification, when a component is referred to as being "comprising" or "including" an element, it is to be understood that this may include other elements, . Also, the terms "absence", "unit", "unit", "module", "device" and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, Lt; / RTI >
시스템의 구성 및 동작System configuration and operation
도 1은 본 발명에 따른 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼의 구성도로서, 조작부(100), 작동부(200) 및 모니터링용 단말기(300)를 구비한다. 조작부(100)는 리니어 포텐셔미터, 제1 마이크로 컨트롤러(102) 및 제1 통신부(104)를 구비하고, 작동부(200)는 제2 통신부(202), 제2 마이크로 컨트롤러(204), 모터 컨트롤러(206) 및 리니어 액츄에이터를 구비한다.FIG. 1 is a block diagram of a remote control Stewart platform for fracture surgery according to the present invention, which includes an
도 2는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 조작부(100)의 정면 사진(a) 및 사시 각도 사진(b)으로서, 제1 상판(110), 제1 하판(120), 복수개의 조작부 링크(130), 복수개의 압축 스프링(140), 복수개의 상부 유니버셜 조인트(150), 복수개의 하부 유니버셜 조인트(155), 조작부 손잡이(160), 복수개의 연결부(170) 및 홀드 스위치(180)를 구비한다.2 is a front view (a) and a perspective view photograph (b) of the
도 3은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200)의 정면 사진으로서, 제2 상판(210), 제2 하판(220), 복수개의 작동부 링크(230), 복수개의 링크 커버(235) 및 복수개의 유니버셜 조인트(240), 복수개의 볼 조인트(250), 복수개의 볼 조인트 정렬 브라켓(260), 포토 센서(270)을 구비한다.3 is a front view of the
도 4는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200) 내 볼 조인트(250) 및 볼 조인트 정렬 브라켓(260)이 결합된 사진이다.4 is a photograph showing a
도 5는 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼의 작동부(200) 내 뼈 고정 핀(280)의 사진이다.5 is a photograph of a
도 6은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 모니터링용 단말기(300)에 디스플레이된 실시간 모니터링 소프트웨어를 나타낸 화면이다.FIG. 6 is a screen showing real-time monitoring software displayed on the
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼의 각 구성요소의 구조 및 기능을 설명하면 다음과 같다. The structure and function of each component of the remote control Stewart platform for fracture surgery according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
본 발명에 따른 원격조종 스튜어트 플랫폼은 환자의 수술 부위에 고정시키는 작동부(200)와 의사가 다루는 조작부(100)로 이루어져 원격조종을 통해 구동된다. The remote control Stewart platform according to the present invention comprises an
의사가 조작부(100)를 조작하면 리니어 포텐셔미터(inear potentiometer)가 길이를 측정하여 순기구학식 계산을 통해 제1 상판(110) 및 제1 하판(120)의 상대 변위를 계산하고, 이를 작동부(200)의 기구 치수에 맞추어 역기구학 계산을 통하여 작동부(200)의 액츄에이터(actuator) 변위를 계산하고 이에 따라 동작된다. When the doctor operates the
제1 및 제2 마이크로 컨트롤러(102, 204)는 각각 조작부(100) 및 작동부(200)의 동작을 제어하고, 3개의 두 채널 모터 컨트롤러(206)는 작동부(200)의 6개 모터의 동작을 제어한다. The first and
원격조종 스튜어트 플랫폼의 오작동을 방지하기 위해 모니터링용 단말기(300)를 통해서 실시간으로 모니터링하고 긴급 정지시키는 명령을 출력할 수 있다.In order to prevent the malfunction of the remote control Stewart platform, it is possible to monitor in real time through the
작동부(200)는 주 적용범위가 대퇴골, 비골, 경골이므로 평균 뼈 길이를 고려하여 최대 높이를 280 내지 320 mm, 바람직하게는 300 mm 로 설정한다. Since the operation range of the
작동부 링크(230)는 모터가 돌면서 직접적으로 볼 스크류에 의해 구동되는 리니어 액츄에이터(linear actuator) 형태로 구성된다. The actuating
작동부(200)의 각 링크(230)는 스트로크 45 mm로 병진(translation) 운동을 하게 되며, 링크(230) 양 끝의 조인트는 제2 상판(210) 및 제2 하판(220)과 유니버셜 조인트(240)(Universal joint)와 볼 조인트(250)로 결합하여 6 자유도를 갖도록 설계된다.Each
볼 조인트(250)의 최대 허용 각도가 양 방향으로 12.5? 이므로 이를 최대한 사용하기 위해 도 2의 볼 조인트 브라켓(Bracket)을 이용해 볼 조인트(250)를 15?기울여 장착한다. The maximum allowable angle of the
기구 해석 결과에 따르면, 최대 이동량은 x-y 평면으로 50 mm, z 방향으로 47 mm, 롤(roll)각과 피치(pitch)각이 각각 3.5?, 요(yaw)각이 17?이다. According to the results of the mechanism analysis, the maximum movement amount is 50 mm in the x-y plane, 47 mm in the z direction, the roll angle and the pitch angle are 3.5 ?, and the yaw angle is 17 ?.
도 5에서 보는 바와 같이, 뼈 고정 핀(280)은 직경 3 mm, 의료용으로 안전한 스테인리스 스틸(stainless steel) 환봉을 이용하여, 뼈 고정 기구를 부착한다. As shown in FIG. 5, the
또한, 작동부(200)는 제2 상판(210) 및 제2 하판(220)의 두 파트로 분리되도록 하여 환자에게 착용 시 편의성을 도모한다.In addition, the
골절 수술시 반복적으로 행해지는 X-ray 촬영시 작동부 링크(230)가 환자의 골절 부위와 겹치게 위치하면 영상에서 골절부위를 정확히 관찰할 수 없다. When X-ray is repeatedly performed at the time of fracture surgery, if the operation link 230 overlaps with the patient's fracture site, the fracture can not be accurately observed in the image.
그러므로, 작동부 링크(230) 내부의 금속으로 이루어진 모터와 볼 스크류(직경 5mm)에 의한 간섭은 불가피하지만, 작동부 링크(230)의 대부분을 구성하는 링크 커버(235)는 X-ray가 투과할 수 있는 재질로 제작한다. Therefore, the
X-ray 투과성 재료에는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastics), 아크릴(acrylic), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등이 있다. X-ray permeable materials include carbon fiber reinforced plastics, acrylic, and polycarbonate.
기계적 강도 측면에서 탄소 섬유 강화 플라스틱이 매우 우수한 성질을 보였으나, 가공의 어려움이 있고, 폴리카보네이트와 아크릴은 인장과 굽힘 강도에서 유사하나, 폴리카보네이트가 충격 강도에서 취성 재질인 아크릴에 비해 월등히 우수하여 본 발명에서는 링크 커버(235) 재질로서 광 투과성의 폴리카보네이트를 사용한다.From the viewpoint of mechanical strength, the carbon fiber reinforced plastic exhibited excellent properties, but it was difficult to process. Polycarbonate and acrylic were similar in tensile and bending strength, but polycarbonate was much better than acrylic in brittle impact strength In the present invention, a light-transmitting polycarbonate is used as the material of the
작동부(200)는 최초 구동 시 초기 위치를 잡기 위해 환자의 뼈 중앙부 표면 및 복수개의 작동부 링크(230) 중앙부 표면의 스트로크 '0' 지점에 포토 센서(270)를 부착하여 영점을 설정하고, 환자 개인의 뼈 길이에 따라 초기 작동부(200) 높이를 설정한다.The
도 2에서 보는 바와 같이, 조작부(100)는 조작 시 이질감이 없이 직관적으로 섬세한 조작이 가능하도록 작동부(200)와 동일한 형태의 스튜어트 플랫폼으로 설계된다.As shown in FIG. 2, the
조작부(100)는 각 조작부 링크(130)의 길이를 측정하도록 리니어 포텐셔미터 6개로 구성되며, 작동부(200)의 작동부 링크(230)와 다르게 실린더리컬(cylinderical) 운동을 하게 된다. The
따라서, 조작부 링크(130) 양 끝단을 각각 상부 및 하부 유니버셜 조인트(150, 155)로 결합하여 작동부(200)와 동일하게 6 자유도를 갖도록 설계된다. Accordingly, the
그리고, 리니어 포텐셔미터의 움직임이 매우 자유롭기 때문에 의료진이 조작 시에 위치 변형에 대한 우려로 인해 각 조작부 링크(130)의 로드부(135)에 압축 스프링(140)을 장착하여 조작부(100)를 누르는 힘에 대한 스프링의 반력으로 위치 변화를 제어한다. Since the movement of the linear potentiometer is very free, the medical staff mounts the
조작부 손잡이(160)에 온/오프 스위치를 부착시켜 온/오프 스위치가 턴 온일 때는 작동부(200)와 연동되어 구동하고, 온/오프 스위치가 턴 오프일 때에는 동기화되지 않는다. When the on / off switch is turned on by attaching the on / off switch to the
또한, 일시 정지후 재가동시 기구의 오작동으로 인해 발생할 수 있는 사고를 방지하기 위하여 각 조작부 링크(130)마다 LED(미도시)를 부착하여, 재가동 시 6 개의 LED가 모두 경고 점등된다. In addition, an LED (not shown) is attached to each
6 개의 LED는 도 2(b)에서, 제1 상판(110)과 복수개의 조작부 링크(130)를 연결하는 볼트 등의 복수개의 연결부(170) 내에 장착된다.The six LEDs are mounted in a plurality of
그 후에 일시 정지 직전의 상태로 조작부(100)를 원상 복귀하면, 각 조작부 링크(130)마다 이전 위치에 왔을 때 각 조작부 링크(130)의 LED가 꺼지고 6 개 LED 모두 소등시 조작부(100)는 작동부(200)와 연동을 시작한다. When the
또한, 6 개 LED 각각은 복수개의 조작부 링크(130) 중 어느 조작부 링크(130)가 작동부(200)와 동기화되었는지 알려준다.In addition, each of the six LEDs indicates which of the plurality of operation portion links 130 is synchronized with the
한편, 조작부(100)에 홀드 스위치(180)를 부착하여 스위치를 누르면 외부 아웃풋이 발생하여 조작부(100)가 움직이더라도 작동부(200)의 각 작동부 링크(230)는 홀드 상태를 유지하는 안전 장치를 부착한다.When the
홀드 스위치(180)는 의료진의 엄지로 누룰수 있도록 되어 있고, 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락은 조작부 손잡이(160)에 들어가 조작부(100)를 조작할 수 있도록 되어 있다.The
의료진이 조작부(100)의 조작을 시작하면, 조작부(100)의 6 개 리니어 포텐셔미터 길이는 제1 마이크로 컨트롤러(102)의 AD 변환을 통하여 측정된다. When the medical staff starts the operation of the
변화하는 포텐셔미터의 길이에 따라 얻게 된 변위 데이터는 제1 통신부(104)에서 빠르고 신뢰성이 높은 CAN 통신을 통하여 작동부(200)로 송신된다. The displacement data obtained according to the changing potentiometer length is transmitted to the
여기에서, CAN(controller area network) 통신이란 시리얼 통신의 일종으로서, 실시간 제어 응용시스템 내에 있는 센서나 기동 장치 등과 같은 주변 장치들을 서로 연결해 주는 마이크로 제어기용 직렬 버스 네트워크를 의미한다. Here, controller area network (CAN) communication is a type of serial communication, which means a serial bus network for microcontrollers connecting peripheral devices such as sensors and actuators in a real-time control application system.
작동부(200)는 제2 통신부(202)가 조작부(100)의 제1 통신부(104)로부터 변위 데이터를 CAN 통신을 통하여 수신하고, 제2 마이크로 컨트롤러(204)에서 전송받은 길이로부터 순기구학과 역기구학을 통하여 작동부(200) 치수에 맞는 새로운 길이를 계산하여 이를 모터 드라이버로 전송하여 작동부(200)를 동작한다. The
여기에서, 순기구학은 뉴톤-랩슨(Newton-Rapshon) 방법을 이용하여 각 조작부 링크(130)의 길이가 주어졌을 때 6 개의 비선형 방정식을 이용하여 제1 상판(110)의 위치 정보를 구하는데 활용되고, 역기구학은 역으로 제1 상판(110)의 위치 정보가 주어질 때 6 개의 조작부 링크(130) 길이를 구하는데 활용된다.Herein, the forward kinematics is used to obtain the position information of the first
모터 드라이버는 CAN 통신을 통하여 위치 제어 모드로 동작하므로 데이터는 증분 값이 아닌 절대 값을 사용한다. Since the motor driver operates in position control mode via CAN communication, the data uses absolute value instead of increment value.
작동부(200) 치수에 맞는 새로운 길이로 변환된 데이터는 아이디(ID)와 함께 모터 드라이버로 송신된다. Data converted into a new length corresponding to the dimension of the
모터 드라이버에서는 고유의 아이디(ID)와 일치하는 데이터만 수신하게 되며, 수신한 데이터를 기본으로 작동부 링크(230)에 내장된 모터를 동작시킨다.In the motor driver, only the data matching the unique ID is received, and the motor built in the
본 발명에 따른 스튜어트 플랫폼은 조작부(100)의 동작을 작동부(200)의 치수에 맞도록 변화된 관계를 통하여 작동부(200)가 따라서 움직이도록 하는 시스템이다. The Stewart platform according to the present invention is a system that causes the
이 과정에서 조작부(100)의 제1 마이크로 컨트롤러(102)가 리니어 포텐셔미터 값을 인식한 후 연산 과정을 정확히 계산하여 작동부 링크(230)를 조작부 링크(130)와 동일한 모션으로 작동되는지 확인할 필요가 있다. In this process, it is necessary that the
즉, 의료 기구로서 안전성이 최우선적으로 고려되어야 하므로, 모니터링은 필수이므로, 전체 시스템의 동작을 가시적으로 볼 수 있도록 모니터링용 단말기 소프트웨어를 도 6과 같이 구현한다.In other words, monitoring is essential because safety as a medical device should be considered as a priority, so that the monitoring terminal software is implemented as shown in FIG. 6 so that the operation of the entire system can be visually observed.
이 프로그램은 연결을 시작하면 제1 마이크로 컨트롤러(102)와 RS232 통신으로 연결되어, 리니어 포텐셔미터의 값을 실시간으로 읽어 들인 후 도 6에서 보는 바와 같이, 좌측에 현재 동작 상태와 위치 값, 길이 값 등을 나타낸다. When the connection is started, the program is connected to the
제1 마이크로 컨트롤러(102)는 이 값들을 기반으로 작동부(200)의 위치를 계산하여 도 6에서 보는 바와 같이, 우측에 작동부(200)의 예상 동작 상태와 위치 값, 길이 값 등을 나타낸다.
The
기구 동역학 및 구조해석Mechanism dynamics and structural analysis
도 7은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 볼 조인트(250), 유니버셜 조인트(240) 및 작동부 링크(230)에 걸리는 하중 해석 결과를 나타낸 표이다.FIG. 7 is a table showing load analysis results of the ball joint 250, the
도 8 내지 도 10은 도 1에 도시된 스튜어트 플랫폼 내 볼 조인트(250), 유니버셜 조인트(240) 및 작동부 링크(230)에 대한 응력(a), 변형률(b), 변형(c) 해석 결과를 나타낸 화면이다.8 to 10 are graphs showing stress (a), strain (b), and strain (c) analysis results for the ball joint 250,
도 11은 본 발명에 따른 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 실제 실시간으로 구동하는 실험을 수행한 결과 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating a result of real-time experiments of a remote-controlled Stewart platform for fracture surgery according to the present invention.
조작부(100)와 작동부(200)는 치수와 형상의 차이로 단순 조작부(100)의 길이 변화에 통신으로 서로의 위치를 전달하고 계산을 통해 움직임으로 계산에 이용되는 기구학식의 정확성을 요구한다.The
따라서, MATLAB을 이용해 유도한 역기구학식과 순기구학식의 정확도를 검증하기 위하여 MSC.ADAMS와 MATLAB을 연동하여 시뮬레이션한다. Therefore, we simulate MSC.ADAMS and MATLAB in order to verify the accuracy of inverse kinematics and pure kinematics derived using MATLAB.
구조적 안정성을 확인하기 위하여 MSC..ADMAS에 작동 조건을 부여하여 계산된 하중값을 ANSYS에 경계조건으로 대입한다. In order to confirm the structural stability, MSC..ADMAS is given operating condition and the calculated load value is assigned to ANSYS as a boundary condition.
이를 통해, 작동 시 기구에 작용되는 환자의 하중 및 모터의 작동 토크에 의한 변형 및 파손의 위험성을 확인한다.This confirms the risk of deformation and damage due to the patient's load acting on the mechanism during operation and the operating torque of the motor.
작동부(200)에서 각 작동부 링크(230)의 스트로크는 0~45 mm까지 움직일 수 있도록 설계되고, 제2 하판(220)을 기준으로 각 작동부 링크(230)의 길이 변화에 따라 조작부(100)의 제1 하판(120)에 대한 제1 상판(110)의 자세가 변하게 된다. The stroke of each
따라서, ADMAS에서 모터 드라이버에 부여하는 변위를 동일하게 부여하여 원하는 자세에서의 기구해석을 할 수 있다.Therefore, it is possible to perform the mechanism analysis in a desired posture by applying the same displacement to the motor driver in the ADMAS.
ADAMS/Control의 모델은 매 해석 시간마다 MATLAB/Simulink로부터 작동부(200) 6개의 입력 값을 받고, MSC.ADAMS에서 길이를 변화시키고, 제1 상판(110)의 위치를 측정하여 결과 값을 다시 MATLAB/Simulink로 내보낸다. The ADAMS / Control model receives six input values from the
MALTAB/Simulnk에서는 이 결과값과 순기구학 알고리즘에 의해 계산된 결과를 비교하고, 순기구학식과 역기구학식을 연달아 계산한 후의 이론값의 오차율을 비교하며 두 개의 기구학 식의 검증을 수행한다.In MALTAB / Simulnk, the result is compared with the results calculated by the forward kinematic algorithm, and two kinematic equations are verified by comparing the error rates of theoretical values after successive calculations of forward kinematics and inverse kinematics.
작동부(200)는 최초 착용 시 작동부 링크(230)가 최대 인장 상태이므로 각 작동부 링크(230)의 스트로크는 최대지점인 45 mm인 상태이다. Since the
또한, 기구를 누워있는 환자의 다리에 착용하게 되면 다리가 기구 사이에 끼워져 있으므로, 다리의 아래 부분에 위치한 두 개의 작동부 링크(230)와 조인트가 6개의 작동부 링크(230) 중 가장 많은 하중을 받게 된다.Further, since the leg is inserted between the apparatuses when the apparatus is worn on the legs of the patient lying thereon, the two actuating part links 230 located at the lower part of the legs and the joint are connected to each other by the largest load among the six actuating part links 230 .
따라서, 하중을 가장 많이 받는 두 개의 작동부 링크(230)와 조인트를 중심으로 하중 해석을 한다.Therefore, load analysis is performed centering on the two
작동부(200)는 제2 상판 및 제2 하판(210, 220)이 다리와 연결되므로 다리의 무게는 제2 상판 및 제2 하판(210, 220)에 작용하게 된다. Since the second
기구에는 기본적으로 중력이 작용하도록 하고, 허벅지 한쪽의 무게를 일반적으로 성인 과체중 환자의 경우 30 kg 정도이나 더 큰 하중을 적용시켜 각각 제2 상판(210)에 500 N과 제2 하판(220)에 500 N씩 부여하였다. The weight of one side of the thigh is generally applied to the second
작동부(200)에는 모터의 최대 토크로부터 계산된 힘(5.86 N)을 6개의 작동부 링크(230)의 축 방향으로 부여하였다. The
기구의 대표적 구동 조건에 대한 MSC.ADAMS를 통한 볼 조인트(250), 유니버셜 조인트(240)와 작동부 링크(230)에 걸리는 하중 해석 결과는 도 7과 같이 나타났다. The load analysis results of the ball joint 250, the
이 결과를 이용하여 ANSYS에서 정적 구조 해석(Static Structure)을 수행하여 응력, 변형률, 변형 해석을 한 결과가 도 8 내지 도 10에 도시되어 있다. The results of stress, strain, and deformation analysis performed by the static structural analysis (ANSYS) using these results are shown in FIGS. 8 to 10. FIG.
즉, 항복 강도보다 크게 작은 응력 값을 얻었고 모든 경우에서 안전 계수가 10 이상으로 나타났다.In other words, the stress value was found to be much smaller than the yield strength and the safety factor was 10 or more in all cases.
도 11은 사용자가 조작부(100)를 임의로 움직임에 따라 변하는 6개의 조작부 링크(130) 길이를 측정하고(a), 순기구학과 역기구학을 계산하여 작동부(200)의 길이로 출력(b)하여 나타난 값이다.11 is a graph showing the relationship between the length of the operating
도 11(a) 및 도 11(b)에서 보는 바와 같이, 조작부(100)와 작동부(200)의 치수와 형상이 다르므로, 전체적인 형상은 동일하지만, 각 링크 길이의 상대값은 일부 다르게 계산되는 것을 알 수 있다.As shown in Figs. 11 (a) and 11 (b), since the dimensions and the shapes of the operating
이는 제2 상판(210)과 제2 하판(220)의 초기 위치를 대비하여 변화하는 양을 일치시킨 것으로 조작자가 생각하는 가장 직관적인 움직임과 일치하여 나타난 결과이다. This is in accordance with the most intuitive movement of the operator as the operator changes the initial position of the second
조작부(100) 길이 측정부터 작동부(200)의 길이 변화까지 약 0.3 초가 소요되었는데, 이는 기구의 동작이 빠르지 않으므로 작동에 불편이 없을 것으로 판단된다.It takes about 0.3 seconds from the length measurement of the
소요 시간의 대부분이 순기구학을 푸는데 사용되었으며 펌웨어 코드를 수치 계산에 최적화하면 지연시간을 더 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
Much of the time is spent solving the forward kinematics and optimizing the firmware code for numerical computation is expected to further reduce latency.
이와 같이, 본 발명은 골절 수술시 사용하는 수술 보조 기구로서, 기구 구동을 실시간 모니터링이 가능하도록 소프트웨어를 구현하고, 작동부의 링크에 X-ray가 투과할 수 있는 재질을 사용하며, 정기구학과 역기구학을 이용하여 제어를 수행한 실험 결과를 통하여 성능을 확인할 수 있는 골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼을 제공한다.As described above, the present invention is an operation assistant device used in the operation of fracture, which implements software to enable real-time monitoring of the device driving, uses materials that can transmit X-rays to the link of the operating part, And provides a remote control Stuart platform for fracture surgery, which can confirm the performance through experimental results of control using kinematics.
이를 통하여, 본 발명은 스튜어트 플랫폼 작동 기구를 환자의 골절 부위에 고정하고 의료진은 방사능이 차단된 외부에서 X-ray 촬영 영상을 모니터링 하면서, 작동 기구와 유사한 조작 기구를 직접 손으로 움직이며 원격 조종으로 골절 수술을 수행함으로써, 의료진이 방사능에 과다 노출되는 위험을 방지할 수 있게 된다.Thus, the present invention fixes the Stuart platform operating mechanism to the fracture site of the patient, while the medical staff monitors the X-ray image from the outside of the radioactivity shield, moves the operating mechanism similar to the operating mechanism directly by hand, By performing the fracture surgery, it is possible to prevent the risk that the medical personnel are exposed to radioactivity.
또한, 골절 수술시 행해지는 X-ray 촬영시 작동부의 링크가 환자의 골절 부위와 겹치게 위치하여도 X-ray가 작동부 링크의 커버를 투과할 수 있어 영상에서 골절부위를 정확히 관찰할 수 있게 된다.In addition, even when the link of the operation part overlaps with the fracture part of the patient during the X-ray filming performed during the fracture operation, the X-ray can penetrate the cover of the operation part link, so that the part of the fracture can be observed accurately .
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Be clear to the technician. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 조작부
102: 제1 마이크로 컨트롤러
104: 제1 통신부
200: 작동부
202: 제2 통신부
204: 제2 마이크로 컨트롤러
206: 모터 컨트롤러
300: 모니터링용 단말기100:
102: first microcontroller
104: first communication section
200:
202:
204: second microcontroller
206: Motor controller
300: terminal for monitoring
Claims (10)
복수개의 조작부 링크의 실린더리컬 운동에 따라 복수개의 조작부 링크 양단에 연결되는 제1 상판 및 제1 하판의 상대 변위를 계산하여 상기 작동부의 기구 치수에 대한 역기구학 계산을 하고, 계산된 액츄에이터 변위에 응답하여 상기 작동부를 원격으로 동작시키는 조작부; 및
상기 작동부 및 상기 조작부를 실시간으로 모니터링하여, 상기 작동부 또는 상기 조작부가 오작동하는 경우 긴급 정지시키는 명령을 출력하는 모니터링용 단말기;를 포함하고,
상기 작동부는
내장된 모터가 돌면서 볼 스크류에 의해 구동되는 리니어 액츄에이터 형태로 구성되어 상기 병진 운동하는 복수개의 작동부 링크;
상기 복수개의 작동부 링크 양단에서 환자의 뼈를 고정시키는 제2 상판 및 제2 하판;
상기 복수개의 작동부 링크의 타단과 상기 제2 상판을 연결하는 복수개의 볼 조인트;
상기 복수개의 작동부 링크의 일단과 상기 제2 하판을 연결하는 복수개의 유니버셜 조인트;
상기 복수개의 볼 조인트와 상기 제2 상판 사이에 장착되어 상기 복수개의 볼 조인트의 최대 허용 각도를 증가시키는 복수개의 볼 조인트 브라켓;
상기 복수개의 작동부 링크 각각의 외곽을 둘러싸는 복수개의 링크 커버; 및
환자의 뼈 중앙부 표면 및 상기 복수개의 작동부 링크 중앙부 표면에 부착되어 상기 작동부의 최초 구동 시 초기 위치를 잡는 영점을 설정하는 복수개의 포토 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
An operating part having both ends of the plurality of operating part links fixed to the patient's bone and translationally moving;
Calculating an inverse kinematic calculation of a mechanical dimension of the operating portion by calculating relative displacements of the first upper plate and the first lower plate connected to both ends of the plurality of operating portion links in accordance with the cylinderical movement of the plurality of operating portion links, An operation unit for operating the operation unit remotely; And
And a monitoring terminal for monitoring the operation unit and the operation unit in real time and outputting a command for urgently stopping the operation unit or the operation unit if the operation unit malfunctions,
The operating portion
A plurality of actuating part links constituting a linear actuator type in which a built-in motor is driven and driven by a ball screw,
A second upper plate and a second lower plate for fixing the bones of the patient at both ends of the plurality of operating sub-links;
A plurality of ball joints connecting the other end of the plurality of operating part links to the second upper plate;
A plurality of universal joints connecting one end of the plurality of operating part links to the second lower plate;
A plurality of ball joint brackets mounted between the plurality of ball joints and the second upper plate to increase a maximum allowable angle of the plurality of ball joints;
A plurality of link covers surrounding an outer periphery of each of the plurality of operating part links; And
A plurality of photosensors attached to a bone central portion surface of the patient and a surface of the plurality of actuating portion link central portions to set a zero point for holding an initial position when the actuating portion is initially driven;
≪ / RTI >
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 링크 커버는
광 투과성의 폴리카보네이트 재질인 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
The method according to claim 1,
The link cover
Characterized in that it is a light-transmitting polycarbonate material.
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 조작부는
각 링크의 길이를 측정하도록 리니어 포텐셔미터 형태로 구성되어 상기 실린더리컬 운동하는 복수개의 조작부 링크; 및
상기 복수개의 조작부 링크의 일단과 상기 제1 상판을 연결하는 복수개의 상부 유니버셜 조인트; 및
상기 복수개의 조작부 링크의 타단과 상기 제1 하판을 연결하는 복수개의 하부 유니버셜 조인트; 및
상기 복수개의 조작부 링크 각각의 로드부에 장착되어 의료진의 조작시 누르는 힘에 의한 위치 변형을 스프링의 반력으로 제어하는 복수개의 압축 스프링; 및
상기 제1 상판 및 상기 제1 하판의 중앙부 외측면에 부착되어 상기 의료진의 조작을 인가받는 조작부 손잡이;
상기 제1 상판과 상기 복수개의 조작부 링크를 연결하는 복수개의 연결부 내에 장착되어 상기 스튜어트 플랫폼이 일시 정지후에 재가동되는 경우 경고 점등되는 LED;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
The method according to claim 1,
The operating portion
A plurality of operating portion links configured in the form of a linear potentiometer for measuring the length of each link and performing the cylinder movement; And
A plurality of upper universal joints connecting one end of the plurality of operation portion links to the first upper plate; And
A plurality of lower universal joints connecting the other end of the plurality of operation portion links to the first lower plate; And
A plurality of compression springs mounted on a rod portion of each of the plurality of operation portion links for controlling a positional deformation by a pressing force when a medical staff operates, by a reaction force of a spring; And
An operation portion handle attached to an outer side surface of a central portion of the first upper plate and the first lower plate to receive operation of the medical staff;
An LED mounted in a plurality of connection portions connecting the first upper plate and the plurality of operation portion links and being alerted when the Stewart platform is restarted after pausing;
≪ / RTI >
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 조작부는
상기 조작부 손잡이에 부착되어 턴 온/턴 오프에 따라 상기 작동부와 연동되어 상기 조작부의 구동을 스위칭하는 온/오프 스위치; 및
상기 제1 상판 상부 표면에 부착되어 외부 아웃풋이 발생하여 상기 조작부가 움직이더라도 상기 복수개의 작동부 링크를 홀드 상태로 유지하는 홀드 스위치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
5. The method of claim 4,
The operating portion
An on / off switch attached to the operating portion handle to switch a drive of the operating portion in association with the operating portion according to turn-on / turn-off; And
A hold switch attached to the upper surface of the first upper plate to generate an external output to hold the plurality of operating part links in a held state even if the operating part moves;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI &
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 조작부는
상기 의료진의 조작이 시작되면, 리니어 포텐셔미터 길이를 측정하여 AD 변환시켜 변위 데이터를 출력하는 제1 마이크로 컨트롤러;
상기 변위 데이터를 인가받아 CAN 통신을 통하여 상기 작동부로 송신하는 제1 통신부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
5. The method of claim 4,
The operating portion
A first microcontroller for measuring the length of the linear potentiometer and converting the length of the linear potentiometer into AD when the operation of the medical staff is started, and outputting displacement data;
A first communication unit receiving the displacement data and transmitting the displacement data to the operation unit via CAN communication;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI &
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 작동부는
상기 제1 통신부로부터 상기 변위 데이터를 CAN 통신을 통하여 수신하는 제2 통신부;
상기 제2 통신부로부터 상기 수신된 변위 데이터를 인가받아 순기구학 및 역기구학을 통하여 상기 작동부의 치수에 맞는 길이를 계산하여 전송하는 제2 마이크로 컨트롤러; 및
상기 제2 마이크로 컨트롤러로부터 상기 계산된 작동부의 길이를 인가받아 모터 드라이버를 제어하는 모터 컨트롤러;
를 더 포함하고,
상기 모터 드라이버는 상기 모터 컨트롤러로부터 제어 신호를 아이디(ID)와 함께 인가받아 상기 아이디(ID)와 일치하는 데이터만 수신하여, 상기 수신된 데이터에 응답하여 내장된 모터를 동작시키는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
The method according to claim 6,
The operating portion
A second communication unit for receiving the displacement data from the first communication unit through CAN communication;
A second microcontroller receiving the received displacement data from the second communication unit and computing a length corresponding to a dimension of the actuating unit through a forward kinematics and an inverse kinematics; And
A motor controller for receiving the calculated length of the actuating part from the second microcontroller and controlling the motor driver;
Further comprising:
Wherein the motor driver receives a control signal from the motor controller together with an ID and receives only data corresponding to the ID, and operates the built-in motor in response to the received data.
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 순기구학은
뉴톤-랩슨 방법을 이용하여 상기 복수개의 작동부 링크 각각의 길이가 주어졌을 때 상기 복수개의 작동부 링크 개수의 비선형 방정식을 이용하여 상기 제1 상판의 위치 정보를 구하는데 활용되고,
상기 역기구학은
상기 제1 상판의 위치 정보가 주어질 때 상기 복수개의 작동부 링크의 길이를 구하는데 활용되는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
8. The method of claim 7,
The forward kinematics
When the length of each of the plurality of actuating part links is given by using the Newton-Raphson method, the position information of the first upper plate is obtained by using the nonlinear equation of the number of actuating part links,
The inverse kinematics
And the length of the plurality of operating part links is obtained when the position information of the first upper plate is given.
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 모니터링용 단말기는
상기 제1 마이크로 컨트롤러로부터 상기 변위 데이터를 인가받아 연산 과정의 정확성 여부와 상기 복수개의 작동부 링크가 상기 복수개의 조작부 링크와 동일한 모션으로 작동되는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.
The method according to claim 6,
The monitoring terminal
And receives the displacement data from the first microcontroller to confirm whether the calculation process is accurate and whether the plurality of operating unit links operate in the same motion as the plurality of operating unit links.
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
상기 작동부는
상기 복수개의 볼 조인트, 상기 복수개의 유니버셜 조인트 및 상기 복수개의 작동부 링크에 걸리는 하중 해석이 수행되고,
상기 하중 해석 결과를 이용하여 정적 구조 해석을 수행하여 상기 복수개의 볼 조인트, 상기 복수개의 유니버셜 조인트 및 상기 복수개의 작동부 링크에 걸리는 응력, 변형률 및 변형이 해석되는 것을 특징으로 하는,
골절 수술용 원격조종 스튜어트 플랫폼.The method according to claim 1,
The operating portion
Load analysis is performed on the plurality of ball joints, the plurality of universal joints, and the plurality of actuating part links,
Wherein a static structural analysis is performed using the load analysis results to analyze stresses, strains, and strain applied to the plurality of ball joints, the plurality of universal joints, and the plurality of actuating portion links.
Stuart platform with remote control for fracture surgery.
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