具体实施方式

下面，将参照附图(图1至图9c)描述本发明的实施例，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

此外，将简化或省略关于附图中的本领域普通技术人员从常规技术容易理解的元件及其操作和效果的详细描述。另外，本发明的特征在于手术机器人的末端执行器，因此将在简化或省略其他部件的同时重点说明相关部件

图1是示出根据本发明的实施例的末端执行器安装到手术机器人的立体图，图2是示出根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器的外观的组装立体图，图3是示出根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器的示意性分解立体图，图4是根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器中的主要元件的分解立体图，图5是根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器中的主要元件中的末端执行器框架的分解立体图。

参照图1至图5，根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器e被构造为在脊柱手术期间握持手术工具t并且容易地且准确地设定和保持手术工具的位置和手术部位等，并且包括力/扭矩传感器模块1、末端执行器框架2、夹持单元3和工具安装单元4。特别地，根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器被构造为在椎弓根螺钉(Pediclescrew)插入手术期间沿着规划路径容易地且安全地将椎弓根螺钉插入椎弓根中。

力/扭矩传感器模块1(Force/Torque sensor module)是指用于测量施加到末端执行器的外力并控制机器人的激活的传感器，通常称为F/T传感器、过载保护装置等，并且安装到机器人臂a的安装有末端执行器的端部。此外，力/扭矩传感器模块1是已广泛地用于医疗机器人或工业机器人的公知元件，因此将省略关于其详细结构的描述。

根据实施例，末端执行器框架2用作安装主要元件的主体，并且包括传感器模块安装部21和夹具安装部22。然而，末端执行器框架2的结构和形状不受具体限制。

传感器模块安装部21是指安装有力/扭矩传感器模块1的部分，并且设置为形成有多个紧固孔的板构件，用于组装力/扭矩传感器模块的紧固构件紧固到所述多个紧固孔。

夹具安装部22是指安装有夹持单元3的第一夹持单元31的部分，在垂直于传感器模块安装部21的方向上组装，并且设置为形成有多个紧固孔的板构件，用于组装第一夹持单元31的紧固构件紧固到所述多个紧固孔。

此外，夹具安装部22包括电连接到第二端子62(稍后待描述)的第一端子61。第一端子61包括端子片612，并且在工具安装单元4安装到末端执行器框架2的状态下电连接到第二端子62的端子片621(稍后待描述)，端子片612被安装为在通过紧固构件紧固到夹具安装部22的第一端子壳体611中暴露于外部。

末端执行器框架2包括：末端执行器壳体23，用于保护放置在末端执行器壳体23中的主要元件；以及壳体保持支架24，用于保持末端执行器壳体23。

末端执行器壳体23利用薄板形成为围绕末端执行器框架2的外部，包括上壳体231和下壳体232，并且通过紧固构件紧固到壳体保持支架24等。

图6是用于描述设置在根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器中的末端执行器壳体的示图，在图6中示出了末端执行器壳体的底部。

参照图6，末端执行器壳体23形成有光束发射狭缝233，线激光器7(稍后待描述)中产生的激光束通过光束发射狭缝233发射到外部。

此外，光束发射狭缝233形成为通过对末端执行器壳体23的底部倾斜地穿孔而形成的一对长孔，一对长孔被对称地构造为具有用于会聚在预定消失点上的锐角，使得发射的激光束可形成用于标记手术部位的交叉点。

壳体保持支架24包括多个紧固部并且被紧固到激光器支架25(稍后待描述)，多个紧固部通过弯曲的板构件形成并且具有紧固孔。

此外，末端执行器框架2包括用于产生激光束以标记手术部位的线激光器7。如图5中所示，线激光器7安装在结合到夹具安装部22的激光器支架25中。

线激光器7的其圆柱形主体中包括内置的激光二极管模块等，线激光器7被构造为在供电时发射激光束，并且包括光发射器，光发射器安装在形成于激光器支架25中的激光器安装孔中，以面向末端执行器壳体23的光束发射狭缝233。

夹持单元3被设置为将工具安装单元4夹持到末端执行器框架2或者将工具安装单元4与末端执行器框架2分离，并且包括：第一夹持单元31，安装在末端执行器框架2中；第二夹持单元32，安装在工具安装单元4中，并可拆卸地结合到第一夹持单元31。

第一夹持单元31包括：第一夹持主体311，形成有中空部；夹持杆312，可旋转地安装在第一夹持主体311中，并且包括握持部312a；以及夹持轴313，对应于夹持杆312的转动操作而上下运动，并且形成有锁定突起。

此外，第一夹具主体311包括：多个锁定凹槽311b，在第一夹具主体311的周向边缘处凹入以接收盖布接合器(drape adapter)5的锁定突起513(稍后待描述)；以及位置安置销311c，用于安置待组装部件的位置。

第二夹持单元32包括：第二夹持主体321，结合到安装杆(稍后待描述)；以及夹持突起322，从第二夹持主体321突出，并且形成有锁定孔，以放置在第一夹持单元31的夹持轴313上或安装到第一夹持单元31的夹持轴313。

前述的第一夹持单元31和第二夹持单元32可进行各种构造，而对它们的结构和形状没有任何具体限制，只要它们允许工具安装单元4可拆卸地安装即可。

图7是根据本发明的实施例的手术机器人的端部执行器中的盖布接合器的立体图。

参照图7，根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器包括位于第一夹持单元31和第二夹持单元32之间的盖布接合器5(drape adapter)，以在手术操作期间将灭菌区域与非灭菌区域隔离。

盖布接合器5包括：灭菌布保持器51，置于第一夹持单元31与第二夹持单元32之间，并且保持灭菌布s；以及透光部52，形成在灭菌布保持器51中，并且面向光束发射狭缝233。

灭菌布保持器51包括：通孔511，形成在形状类似于大致圆形板的薄板主体的中心处；多个锁定突起513，从其内表面突出，并且围绕通孔；以及销插入孔512，第一夹持单元31的位置安置销311c插入销插入孔512中。

透光部52利用透光性优异的聚碳酸酯(PC)等透光板或片制成，以容易透射线激光器7中产生的激光束。

图8是根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器中的工具安装单元的分解立体图。

参照图8，工具安装单元4是指安装有用于执行手术操作的手术工具的元件，工具安装单元4通过夹持单元3可拆卸地结合到末端执行器框架2。

工具安装单元4包括：安装杆41，具有结合到末端执行器框架2的第一端部以及形成有工具支撑件411的第二端部；工具引导构件42，安装在工具支撑件411中，并且支撑手术工具；以及工具存在检测器43，安装在安装杆41中，并且被构造为检测工具引导构件42的存在。

安装杆41包括：工具支撑件411，形成在成形为类似于杆的主体的下端部处；安装杆主体412，在工具支撑件411的背面形成有用于容纳工具存在检测器43的检测器容纳槽；安装杆覆盖件413，连接到安装杆主体412，并且包括第二端子62；以及安装杆结合件414，连接到安装杆主体412的上端部，并且安装有夹持单元3的第二夹持单元32。

工具支撑件411包括：支撑主体411a，从安装杆主体412的下端部在水平方向上弯曲地突出；以及引导孔411b，形成为贯穿支撑主体411a。

如图8的放大部分中所示，支撑主体411a包括：传感器孔411d，工具存在检测器43(稍后待描述)的一部分装配到传感器孔411d；以及止动孔411e，引导构件止动件45的一部分通过止动孔411e装配并暴露。传感器孔411d和止动件孔411e形成在引导孔411b的内周表面上。

引导孔411b在上下方向上形成并且包括开口411c，以在手术操作期间即使在体积大于手术工具的直径的椎弓根螺钉(Pedicle screw)安装在手术工具中状态下也允许手术工具顺利地穿过开口411c。在这种情况下，开口411c的间隙小于引导孔411b的内径，以防止插入的工具引导构件42分离。

工具引导构件42大致成形为类似于衬套，插入工具支撑件411的引导孔411b中，并且包括：插入部421，形成有悬挂槽421a，悬挂槽421a在形成有工具插入孔421b的圆柱体的外表面上凹入；悬挂环422，一体地形成在插入部421的顶部上，并且安置并悬挂在支撑主体411a上。

此外，工具引导构件42可利用金属制成，或者可被构造为具有涂覆有金属层的非金属主体。

工具存在检测器43被构造为检测工具引导构件42的存在。当工具存在检测器43检测到工具引导构件42的存在时，用于控制手术机器人的致动的控制器识别出手术操作正在进行并且停止机器人臂的致动，从而防止在手术操作期间可能由于机器人臂运动而发生的医疗事故。

工具存在检测器43可包括各种类型的传感器，只要其能够检测工具引导构件42的存在即可。在该实施例中，工具引导构件42利用金属制成，并且接近传感器，被称为金属检测器(metal detector)被提供以检测工具引导构件42的安装状态。

此外，与工具存在检测器43相邻的工具支撑件411的内部包括引导构件止动件45，以弹性地支撑插入引导孔411b中的工具引导构件42，并且防止工具引导构件42容易分离。

如图8的放大部分中所示，引导构件止动件45包括被成形为类似于管的球壳451、插入球壳451中的球452、设置在球壳451内部并向球452施加弹性的弹性构件(未示出)以及紧固到球壳451的分离防止件454，并且因此弹性地安置在工具引导构件42的悬挂槽421a中。在此，分离防止件454被设置为固定螺钉。

根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器包括标记构件8，以向光学跟踪系统(未示出)提供光学信号，以跟踪安装到机器人臂的末端执行器的位置。

标记构件8的安装位置、数量、结构等不受具体限制，只要标记构件8可容易地将光学信号发送到光学跟踪系统即可。然而，根据该实施例，四个标记构件8等角度地安装在安装杆结合件414的外侧。

此外，标记构件8包括：标记杆81，一体地形成在安装杆结合件414中；标记容纳件82，形成在标记杆81的端部处，并且包括标记槽；以及标记83，插入并安装在标记容纳件82中。

在此，标记83用于向光学跟踪系统(OTS)提供反射光并通过计算过程获得位置信息，并且通过公知的常见标记来实现。

下面，将简要地描述根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器的操作。

图9a至图9c是用于描述根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器的操作的示图，其中，图9a示出了安装工具安装单元之前的状态，图9b示出了安装灭菌布和工具安装单元并且安装手术工具的状态，图9c是椎弓根螺钉插入手术(代表性脊柱手术之一)中使用的手术工具的立体图。

如图9a中所示，将力/扭矩传感器模块1结合到传感器模块安装部21，将力/扭矩传感器模块1安装在机器人臂a的端部，将第一夹持单元31结合到夹具安装部22，将线激光器7结合到激光器支架25，借助于壳体保持支架24组装末端执行器壳体23。

在这种状态下，利用设置为乙烯基纸等的灭菌布s覆盖包括机器人臂的末端执行器e，将盖布接合器5插入第一夹持单元31的一部分中，将安装在工具安装单元4中的第二夹持单元32插入第一夹持单元31中，并且执行锁定操作，从而安装工具安装单元4。

下面，将更详细地描述将第二夹持单元32结合到第一夹持单元31的过程。当在第二夹持单元32的夹持突起322的锁定孔在夹持杆312被打开的同时被放置并装配到夹持轴313的具有小外径的部分的状态下执行夹持杆312的关闭操作时，将夹持轴313的锁定突起装配并锁定到锁定孔。

在如上所述将工具安装单元4安装到末端执行器框架2之后，将工具引导构件42插入安装杆41的工具支撑件411中，并且将安装有手术工具t的手术工具手柄装置9插入并支撑在工具引导构件42中。

在此，手术工具手柄装置9包括手柄主体91、手术工具标记构件92和握持构件93。

在上述手术工具手柄装置9用于手术操作中的情况下，使用者可利用一只手控制手术工具t，同时利用另一只手握持握持构件93，因此即使手术工具t移动，也可通过防止手术工具标记构件92的位置改变来准确地执行手术操作。

更详细地，手术工具标记构件92在固定到手柄主体91时不可旋转，使得可在保持面向光学跟踪系统(OTS)的状态的同时将反射的光提供给光学跟踪系统，从而基于计算过程连续且准确地获得诸如手术工具的端点位置等的位置信息。

此外，手术工具t的种类或形状不受限制。例如，根据本实施例的手术工具t包括：医用螺钉手术装置t1，执行关于椎弓根的铰孔处理和攻丝处理以及在椎弓根螺钉插入手术期间将椎弓根螺钉插入椎弓根的处理；以及控制工具t2，连接到医用螺钉手术装置t1的上部，以控制医用螺钉手术装置t1。

当手术工具t如上所述安装到工具安装单元4时，机器人臂由给定的致动信号致动以使手术位置运动。在这种情况下，线激光器7被致动以发射激光束，并且激光束r在穿过一对倾斜地形成的光束发射狭缝233的同时形成标记手术部位的交叉点(如图9b中所示)，从而将手术工具t的下端部放置在适当位置，并且在检查准确的手术部位的同时安全且容易地执行手术操作。

尽管上面已经描述了根据本发明的实施例的手术机器人的末端执行器的特征和操作，但这些仅出于说明目的，并且本领域普通技术人员应理解，在不脱离本发明的技术范围的情况下，可对本发明的前述实施例进行改变或替代。

因此，应理解，本发明的范围落入所附权利要求及其等同方案内。

工业实用性

根据本发明的手术机器人的末端执行器可通过机器人快速地且方便地执行手术操作，从而不仅安全地执行手术过程，而且在手术操作期间容易地且准确地握持手术工具并设定和保持手术工具的位置和手术部位，并且可安装并用作位于手术机器人的臂中的末端执行器。