KR101359053B1

KR101359053B1 - 관절 구조를 고정시키기 위한 장치

Info

Publication number: KR101359053B1
Application number: KR1020120089119A
Authority: KR
Inventors: 정창욱; 김형태
Original assignee: 정창욱
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014027846A1; US9463040B2; US20150230815A1

Abstract

본 발명은 관절 구조를 고정시키기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 관절 구조 고정 장치로서, 제1 관절 요소와 제2 관절 요소를 포함하는 관절 구조의 제1 방향 관절 운동 상태를 고정하기 위한 제1 슬라이더, 상기 제1 슬라이더에 대응되는 제1 잠금 부재, 및 상기 제1 잠금 부재에 대하여 작용하여 상기 제1 슬라이더의 전진 방향 운동과 후진 방향 운동을 막는 제1 대응 잠금 부재를 포함하는 관절 구조 고정 장치가 제공된다.

Description

관절 구조를 고정시키기 위한 장치{Apparatus for Holding Articulative Structure}

본 발명은 관절 구조를 고정시키기 위한 장치에 관한 것이다.

관절 운동은 둘 이상의 서로 연결된 (기계) 요소 중 적어도 하나가 다른 것에 대하여 움직이는 것이라고 말할 수 있다. 이러한 관절 운동은 인간의 팔이나 다리로부터 산업용 로봇의 로봇 암까지에 걸쳐 다양한 모습으로 관찰될 수 있다.

관절 운동을 할 수 있는 기구(특히, 수술 기구)는 경우에 따라 그것의 기계 요소의 관절 운동 상태가 고정될 것을 요한다. 종래에는, 이러한 관절 구조의 고정을 위하여, 본 출원인의 한국특허출원 제2011-3192호(이 출원의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다)를 통하여 소개된 바와 같은, 두 기계 요소의 표면 마찰에 주로 의존하는, 볼 및 소켓 구조의 장치 또는 부품이나, 본 출원인의 한국특허출원 제2010-115152호(이 출원의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다)를 통하여 소개된 바와 같은, 관절 운동 제어용 와이어만을 고정시켜서 해당 관절의 운동 상태도 고정되도록 하는 구성이나, 기타 한국특허출원 제2008-51248호, 제2008-61894호, 제2008-79126호, 제2008-90560호, 제2011-26243호, 제2011-29771호 등(이 출원들의 명세서는 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다)을 통하여 소개된 바와 같은 관절 고정 구성이 이용되었지만, 이러한 장치, 부품, 구성 등은 충분히 단단한 고정을 효율적으로 달성하기에는 미흡한 경우가 많았다.

따라서, 본 발명자(들)는 본 명세서를 통하여 신규한 관절 구조 고정 장치에 관하여 제안하는 바이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 신규하고도 고정 성능이 좋은 관절 구조 고정 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 표면 마찰에 의존하지 않고도 효과적으로 관절 구조를 고정시킬 수 있는 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 관절 구조 고정 장치로서, 제1 관절 요소와 제2 관절 요소를 포함하는 관절 구조의 제1 방향 관절 운동 상태를 고정하기 위한 제1 슬라이더, 상기 제1 슬라이더에 대응되는 제1 잠금 부재, 및 상기 제1 잠금 부재에 대하여 작용하여 상기 제1 슬라이더의 전진 방향 운동과 후진 방향 운동을 막는 제1 대응 잠금 부재를 포함하는 관절 구조 고정 장치가 제공된다.

이 외에도, 본 발명의 기술적 사상에 따라 다른 구성이 더 제공될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 신규하고도 고정 성능이 좋은 관절 구조 고정 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 표면 마찰에 의존하지 않고도 효과적으로 관절 구조를 고정시킬 수 있는 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조 고정 장치를 포함하는 최소 침습 수술 기구의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조 고정 장치(400)에 관하여 구체적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(420)의 잠금 부재(422)와 그 외부의 대응 잠금 부재(424)의 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조 고정 장치(400)에 관하여 구체적으로 도시하는 다른 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.

한편, 본 명세서에서 "연결"이란 용어는 기계적인 또는 다른 종류의 구성요소 간의 직접적이거나 간접적인(즉, 별개의 구성요소를 개입시킨) 연결을 총칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, 두 개의 회전 구성요소 간의 연결은 해당 기어 구조 등의 맞물림에 의한 직접적인 연결일 수도 있지만, 케이블이나 그루브와 같은 별개의 구성요소의 개입에 따른 간접적인 연결일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조 고정 장치를 포함하는 최소 침습 수술 기구의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하여 살펴본다. 최소 침습 수술 기구는, 샤프트(100), 샤프트(100)의 일단 쪽에 연결되고 수술 도구(미도시됨)를 사용하거나 스스로 수술 도구로서 기능하여 수술을 수행할 수 있는 엔드 이펙터(200), 샤프트(100)와 엔드 이펙터(200)를 연결시키고 엔드 이펙터(200)에 관절 기능을 부여하는 관절부(300), 본 발명에 따른 관절 구조 고정 장치(400), 그리고 샤프트(100)의 타단 쪽에 연결되고 사용자가 잡고 조작할 수 있는 핸들부(500)를 포함할 수 있다.

먼저, 샤프트(100)는, 본 출원인의 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 샤프트와 마찬가지로, 그 내부에 중공(中空)을 포함하여 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재를 지지, 전달할 수 있다(이러한 토크 전달 부재는 주로 엔드 이펙터(200)의 롤링 운동을 위한 것인데, 경우에 따라서는 샤프트(100) 자체가 토크 전달 부재로서 기능할 수도 있다). 이러한 샤프트(100)는 필요에 따라 적어도 하나의 분절을 포함할 수 있다. 또한, 샤프트(100)는 그 적어도 일부에 있어서 곡부를 포함할 수도 있다.

다음으로, 엔드 이펙터(200)는, 본 출원인의 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 엔드 이펙터와 마찬가지로, 핸들부(500)로부터 샤프트(100)를 거쳐 관절부(300)나 그에 전달되는 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재의 작용에 의하여 관절 운동, 롤링 운동, 개폐 운동 등을 할 수 있다. 이러한 엔드 이펙터(200)의 말단은 클램프, 그라스퍼, 가위, 스테이플러, 바늘 잡게, 후크형 전극 등의 형태로 작업도구화되어 있을 수 있다.

다음으로, 관절부(300)는, 본 출원인의 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 관절부와 마찬가지로, 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재와 함께 작용하여 엔드 이펙터(200)가 관절 운동, 롤링 운동 등을 하게끔 할 수 있다.

마지막으로, 핸들부(500)는, 본 출원인의 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 핸들부와 마찬가지로, 사용자의 조작에 따라 엔드 이펙터(200)의 관절 운동, 롤링 운동, 개폐 운동 등을 제어할 수 있다. 이러한 제어를 위하여, 핸들부(500)에는 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재가 연결되어 있을 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이, 이러한 핸들부(500)와 샤프트(100)의 사이에는, 관절 운동을 하여 관절부(300)에서 그에 대응되는 관절 운동이 일어나도록 할 수 있는 소정의 다른 관절부(즉, 근위 관절부)와, 이러한 관절부의 관절 운동 상태를 고정시킬 수 있는, 본 발명에 따른 관절 구조 고정 장치(400)가 구비될 수 있다. 이러한 관절 구조 고정 장치(400)에 관하여는 아래에서 자세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조 고정 장치(400)에 관하여 구체적으로 도시하는 도면이다.

도 2를 참조하여 살펴본다. 관절 구조 고정 장치(400)는, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)에 의하여 형성되는 관절 구조를 고정시키기 위하여, 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421), 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)의 각각에 포함되는 잠금 부재, 이러한 잠금 부재와 맞물려 고정을 실현하기 위한 다른 잠금 부재(이들 잠금 부재에 관하여는 도 3을 참조하여 아래에서 더 설명하기로 한다), 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)의 슬라이딩을 각각 안내하기 위한 제1 레일(440) 및 제2 레일(441), 그리고 제1 관절 요소(410)와 제1 슬라이더(420)를 서로 연결시키기 위한 제1 링크 세트(430, 431, 432) 및 제2 관절 요소(411)와 제2 슬라이더(421)를 서로 연결시키기 위한 제2 링크 세트(433, 434)를 포함할 수 있다.

우선, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)에 관하여 살펴본다. 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)는 어느 하나가 다른 하나에 대하여 피치 방향이나 요 방향으로 운동할 수 있다(즉, 관절 운동을 할 수 있다). 일 실시예에 따르면, 이러한 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 운동은 관절부(300)의 관절 운동을 야기할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제2 관절 요소(411)가 제1 관절 요소(410)에 대하여 피치 방향이나 요 방향으로 운동하도록 함으로써, 일단은 제2 관절 요소(411)나 그와 함께 움직이는 다른 구성요소(미도시됨)에 고정되어 있고 타단은 관절부(300)에 고정되어 있을 수 있는 관절 운동 제어용 와이어(미도시됨)의 작용에 의하여 관절부(300)의 관절 운동이 야기될 수 있다. 이러한 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)는 상대적인 요 방향 운동을 위한 관절 부위(A)(이는, 예를 들면, 본 출원인의 한국특허출원 제2008-51248호의 도 3의 300과 유사한 관절 부위일 수 있음)와 상대적인 피치 방향 운동을 위한 관절 부위(B)(이는, 예를 들면, 본 출원인의 한국특허출원 제2008-51248호의 도 3의 200과 유사한 관절 부위일 수 있음)를 개입시켜 서로 연결되어 있을 수 있다.

제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)에 관하여 살펴본다. 제1 슬라이더(420)는 제1 레일(440)을 따라 전후진 방향의 슬라이딩만을 할 수 있고, 마찬가지로 제2 슬라이더(421)는 제2 레일(441)을 따라 전후진 방향의 슬라이딩만을 할 수 있다. 제1 레일(440) 및 제2 레일(441)은 각각 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)가 해당 홈에서 슬라이딩을 할 수 있도록 하는, 도 2에 도시된 바와 같은 형상을 갖는 레일일 수 있다. 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)가 크게 흔들리지 않고 슬라이딩을 할 수 있는 이상, 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)나 제1 레일(440) 및 제2 레일(441)의 구성은 얼마든지 다양하게 변경될 수 있다.

다음으로, 제1 링크 세트(430, 431, 432) 및 제2 링크 세트(433, 434)에 관하여 살펴본다. 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 요 방향 운동의 경우에 그 운동 상태를 고정하거나 그러한 고정을 해제하기 위하여, 제1 슬라이더(420)와 함께 작용할 수 있는 제1 링크 세트(430, 431, 432)가 구비될 수 있다. 이러한 제1 링크 세트(430, 431, 432)는 다수의 링크(예를 들면, 세 개의 링크)로 구성될 수 있다. 이러한 링크들은 각각, 도 2를 통하여 예시된 바와 같이, 공지의 Y자형 링크, 공지의 U자형 링크 복합체, 공지의 평면 링크 등일 수 있다. 한편, 제1 링크 세트(430, 431, 432)는 그 일단은 제1 슬라이더(420)에 그 타단은 제1 관절 요소(410)에 부착되어 있을 수 있는 제1 링크 고정 부재(450)에 고정, 연결되어 있을 수 있다. 제1 링크 세트(430, 431, 432)의 첫 번째 링크(430)와 두 번째 링크(431)의 작용에 의하여 제1 관절 요소(410)나 제2 관절 요소(411)는 피치 방향 운동을 할 수 있고, 제1 링크 세트(430, 431, 432)의 두 번째 링크(431)와 세 번째 링크(432)의 작용에 의하여 제1 관절 요소(410)나 제2 관절 요소(411)는 요 방향 운동을 할 수 있게 된다. 특히, 후자의 경우, 제1 슬라이더(420)가 전후진 방향의 슬라이딩을 할 수 있게 된다. 유사하게, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 피치 방향 운동의 경우에도 그 운동 상태를 고정하거나 그러한 고정을 해제하기 위하여, 제2 슬라이더(421)와 함께 작용할 수 있는 제2 링크 세트(433, 434)가 구비될 수 있다. 이러한 제2 링크 세트(433, 434)는 다수의 링크(예를 들면, 두 개의 링크)로 구성될 수 있다. 이러한 링크들은 각각, 도 2를 통하여 예시된 바와 같이, 공지의 평면 링크, 공지의 Y자형 링크 등일 수 있다. 한편, 제2 링크 세트(433, 434)는 그 일단은 제2 슬라이더(421)에 그 타단은 관절 부위(A)와 관절 부위(B)가 연결되는 부분에 부착되어 있을 수 있는 제2 링크 고정 부재(451)에 고정, 연결되어 있을 수 있다. 제2 링크 세트(433, 434)의 첫 번째 링크(433)와 두 번째 링크(434)의 작용에 의하여 제1 관절 요소(410)나 제2 관절 요소(411)는 피치 방향 운동을 할 수 있게 된다. 이 경우, 제2 슬라이더(421)가 전후진 방향의 슬라이딩을 할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(420)의 잠금 부재(422)와 그 외부의 대응 잠금 부재(424)의 모습을 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하여 살펴본다. 제1 슬라이더(420)는 그 내측면 상에 잠금 부재(422)를 포함할 수 있고, 이것에 대응하여 외부의 대응 잠금 부재(424)가 또한 구비될 수 있다. 그러므로, 사용자는, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)가 형성하는 관절, 나아가 이것과 연동할 수 있는 관절부(300)의 관절이 요 방향에서 고정될 필요가 있는 경우, 외부의 대응 잠금 부재(424)를 동작시켜서 제1 슬라이더(420)가 전진 방향이나 후진 방향으로 슬라이딩을 하지 못하도록 고정할 수 있다(이러한 경우, 제1 링크 세트(430, 431, 432)의 동작 상태도 고정될 수 있다). 이를 위하여, 잠금 부재(422)는 다수의 요철을 포함할 수 있고, 대응 잠금 부재(424)는 상기 요철의 한 부분에 끼워 넣어질 수 있는 형태를 가질 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 제2 슬라이더(421)에 관하여도 마찬가지로 잠금 부재(미도시됨)와 대응 잠금 부재(미도시됨)가 구비되어 제2 슬라이더(421)의 피치 방향 고정(그리고, 제2 링크 세트(433, 434)의 동작 상태의 고정)을 달성할 수 있다. 그러므로, 사용자는 필요에 따라 제1 슬라이더(420)와 제2 슬라이더(421)가 모두 고정되도록 함으로써 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)가 형성하는 관절의 운동 상태를, 나아가 이와 연동하는 관절부(300)의 관절 운동 상태를 아예 고정시킬 수 있다. 따라서, 예컨대, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)가 형성하는 관절의 운동 상태는, 제1 슬라이더(420) 및 제2 슬라이더(421)가 고정됨에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 관절 부위(A, B)를 그 주위에서 잡아 주는 제1 링크 세트(430, 431, 432) 및 제2 링크 세트(433, 434)에 의하여 강하게 고정될 수 있다.

한편, 위에서는, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여, 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 요 방향 운동을 단독으로 구속할 수 있는 제1 슬라이더(420)와 그 연관 구성요소, 그리고 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 피치 방향 운동을 단독으로 구속할 수 있는 제2 슬라이더(421)와 그 연관 구성요소가 함께 채용되는 구성에 관하여 주로 설명하였지만, 당업자라면 제1 슬라이더(420)나 제2 슬라이더(421) 중 한 가지만 채용되는 구성이나 제1 관절 요소(410)와 제2 관절 요소(411)의 상대적인 피치 방향 운동이나 상대적인 요 방향 운동을 굳이 단독으로 구속할 필요는 없는 세 개 이상의 슬라이더가 함께 채용되는 구성 등의 다른 구성도, 본 발명의 기술적 사상에 따라, 얼마든지 구현할 수 있을 것이다.

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.

특히, 본 발명의 사상에 비추어, 본 발명이 적용되는 기구가 수술 기구로 한정되어서는 아니 됨은 자명하다는 점을 밝혀둔다.

410: 제1 관절 요소
411: 제2 관절 요소
420: 제1 슬라이더
421: 제2 슬라이더

Claims

관절 구조 고정 장치로서,
제1 관절 요소와 제2 관절 요소를 포함하는 관절 구조의 제1 방향 관절 운동 상태를 고정하기 위한 제1 슬라이더,
상기 제1 슬라이더에 대응되는 제1 잠금 부재, 및
상기 제1 잠금 부재에 대하여 작용하여 상기 제1 슬라이더의 전진 방향 운동과 후진 방향 운동을 막는 제1 대응 잠금 부재
를 포함하는 관절 구조 고정 장치.
제1항에 있어서,
상기 관절 구조의 제2 방향 관절 운동 상태를 고정하기 위한 제2 슬라이더,
상기 제2 슬라이더에 대응되는 제2 잠금 부재, 및
상기 제2 잠금 부재에 대하여 작용하여 상기 제2 슬라이더의 전진 방향 운동과 후진 방향 운동을 막는 제2 대응 잠금 부재
를 더 포함하는 관절 구조 고정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 슬라이더는 제1 링크 세트를 개입시켜 상기 제1 관절 요소에 연결되어 있는 관절 구조 고정 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 관절 요소와 상기 제2 관절 요소의 사이에는 제1 관절 부위와 제2 관절 부위가 있고,
상기 제2 슬라이더는 제2 링크 세트를 개입시켜 상기 제1 관절 부위와 상기 제2 관절 부위의 사이에 연결되어 있는
관절 구조 고정 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 링크 세트는 상기 제1 방향의 관절 운동을 위한 링크와 상기 제2 방향의 관절 운동을 위한 링크를 포함하는 관절 구조 고정 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 링크 세트는 상기 제2 방향의 관절 운동을 위한 링크만을 포함하는 관절 구조 고정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 슬라이더나 상기 제2 슬라이더는 상기 제2 관절 요소 상의 직선 경로를 따라 슬라이딩 운동을 하는 관절 구조 고정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 잠금 부재나 상기 제2 잠금 부재는 다수의 요철 구조를 포함하는 관절 구조 고정 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 대응 잠금 부재나 상기 제2 대응 잠금 부재는, 작용 시에, 그에 해당하는 상기 다수의 요철 구조 중 한 부분에 끼워 넣어질 수 있는 관절 구조 고정 장치.