JP2013244595A - アームユニット及びそれを含むロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単に剛性を変更できるように、改善された構造を有するアームユニット及びそれを含むロボットを開示する。
【解決手段】 ロボットは、アーム（ａｒｍ）ユニットと；アームユニットを駆動するための駆動ユニットと；を含み、アームユニットは、少なくとも２つ以上の領域で互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）する複数のリンクと；複数のリンクを貫通連結する複数のワイヤと；を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アームユニット及びそれを含むロボットに関する。

最小侵襲手術とは、患部の大きさを最小化する手術を通称するもので、代表的な例としては、腹腔鏡手術がある。最小侵襲手術は、既存の開腹手術とは異なり、腹部を完全に開けて手術を行うものではなく、幾つかの小さな切開孔を作り、腹部にガスを満たして手術空間を設けた後に、切開孔を通じて腹腔鏡（Ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｅ）と手術用マニピュレータ（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を入れて、映像を見ながら手術用マニピュレータを用いて手術をする方法である。

腹腔鏡手術は、開腹手術とは異なり、手術後の痛みが少なく、入院期間が短く、正常状態への復帰が早く、切開範囲が小さいので美容効果に優れるという長所を有する。しかし、調整しにくい手術用マニピュレータ及び切開孔を通じてのみ手術用マニピュレータを動かさなければならないという短所がある。

このような腹腔鏡手術の短所を補完するために、一つの切開孔のみを形成するシングルポート（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｒｔ）手術、又は、切開孔を一つも形成せずに、口、肛門などのような自然開口部を介して手術用マニピュレータを挿入して手術を行う自然開口部手術（Ｎａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｔｒａｎｓｌｕｍｅｎａｌ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ；ＮＯＴＥＳ）が最近活発に研究されている。

このようなシングルポート手術または自然開口部手術を円滑に行うためには、手術用マニピュレータのアームが、屈曲のある患者の内部または臓器に沿って通過できるように柔軟性を有しなければならない。同時に、手術部位においては、加えられる荷重に耐えることができるように剛性を有しなければならない。

状況によって簡単に剛性を変更できるように、改善された構造を有するアームユニット及びそれを含むロボットを開示する。

技術的思想の一側面によるロボットは、アーム（ａｒｍ）ユニットと；前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットと；を含み、前記アームユニットは、少なくとも２つ以上の領域で互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）する複数のリンクと；前記複数のリンクを貫通連結する複数のワイヤと；を含むことを特徴とする。

前記複数のリンクは、一列に（ｓｅｒｉａｌ）配置され、前記複数のリンクのうち少なくとも二つのリンクは互いに隣接する他のリンクと転がり接触することができる。

前記複数のリンクのうち少なくとも一つのリンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記少なくとも一つのリンクと隣接する他のリンクに向かう第１方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第１転がり接触部と、を含むことができる。

前記第１方向と反対側の第２方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第２転がり接触部を含むことができる。

前記複数の第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置される一対に設けることができる。

前記複数の第２転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置される一対に設けることができる。

前記第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第２転がり接触部と９０°回転された位置に配置することができる。前記第１転がり接触部は、前記隣接する他のリンクと転がり接触する転がり接触面を含むことができる。

前記転がり接触面の少なくとも一部分は、一定の曲率を有する円の一部であり得る。

前記複数のリンクは、第１リンクと、前記ボディーが延びる方向に沿って前記リンクの中心を貫通する中心線を基準に前記第１リンクと９０°回転された位置で、前記第１リンクの上部または下部と転がり接触する第２リンクと、を含むことができる。

前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含むことができる。前記滑り防止部材の一面は前記第１リンクの一部分と接し、他面は前記第２リンクの一部分と接することができる。

前記第２リンクと対向する前記第１リンクの第１面と、前記第１面と転がり接触する前記第２リンクの第２面には、それぞれ前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために互いに噛み合う第１歯状部及び第２歯状部を設けることができる。前記第１歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第１リンクの円周方向に沿って前記第１面に形成し、前記第２歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第２リンクの円周方向に沿って前記第２面に形成することができる。前記第１転がり接触部の高さは互いに異なってもよい。

前記複数のリンクは、その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに転がり接触する第１リンクと、その上面と下面のいずれか一方の面は隣接する他のリンクに転がり接触し、他方の面は隣接する他のリンクと互いに相対回転できないように面接触する第２リンクと、その上面と下面の両方が隣接する他のリンクと互いに相対回転できないように面接触する第３リンクと、を含むことができる。

前記第２リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクとの間に配置することができる。前記第３リンクは、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、前記アームユニットが駆動される過程で剛体（ｒｉｇｉｄ ｂｏｄｙ）を形成することができる。

前記複数のワイヤは、前記第１転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第１ワイヤと、前記第２転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第２ワイヤと、を含むことができる。

前記アームユニットが駆動される過程で、前記一対の第１ワイヤのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なっても（ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）よい。前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力（ｔｅｎｓｉｏｎ）と前記アームユニットの剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）とは互いに比例することができる。

前記駆動ユニットは、前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤの経路を変更する少なくとも一つのプーリと、前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力を調節できるように前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに連結される駆動プレートと、を含むことができる。

また、技術的思想の他の側面に係るロボットは、複数のリンクを含むアームユニット、及び前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットを含むロボットにおいて、前記リンクは、その中心部が中空状であるボディーと；前記ボディーの上部面及び下部面のうち少なくとも一つの一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記リンクと隣接する他のリンクに転がり接触する少なくとも一つの凸部と；を含むことを特徴とする。

前記リンクは、前記凸部に連結される少なくとも一つの凹部を含み、前記凹部は、前記リンク及び前記リンクと隣接する他のリンクが前記凸部を通じて相対回動できるように回動空間を形成することができる。

前記凸部は、前記ボディーの中心を貫通する中心線を含む仮想の第１分割面を基準に互いに対向する位置に配置される一対に設けることができる。前記凹部は、前記第１分割面と直交する仮想の第２分割面を基準に互いに対向する位置に配置される一対に設けることができる。前記凸部は、隣接する他のリンクと転がり接触する転がり接触面を含み、前記転がり接触面の少なくとも一部分は一定の曲率を有する円の一部であってもよい。

前記複数のリンクは、第１リンクと、前記第１リンクと同一の形状を有し、前記第１リンクの上部面及び下部面と隣接する第２リンク及び第３リンクを含み、前記第１リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクに転がり接触する一対の第１凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第３リンクに転がり接触する一対の第２凸部と、を含み、前記第２凸部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第１凸部と９０°回転された位置に配置することができる。

前記第２リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクの上部面と隣接する他のリンクに転がり接触する一対の第３凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第１リンクに転がり接触する一対の第４凸部と、を含み、前記一対の第４凸部は、前記一対の第１凸部とそれぞれ転がり接触することができる。

前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含み、前記滑り防止部材の一面は前記第１凸部と接し、他面は前記第４凸部と接することができる。

前記第１凸部及び前記第４凸部は、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために、前記第１凸部の少なくとも一部と前記第４凸部の少なくとも一部が互いに噛み合うことができるように歯状部を含むことができる。前記一対の凸部が突出する長さは互いに異なってもよい。

複数のリンクを連結するワイヤの張力（Ｔｅｎｓｉｏｎ）を調節して、複数のリンクで構成されるアームユニットの剛性を調節することができる。

一実施例に係るアームユニット及び駆動ユニットを示す図である。 図１のアームユニットを構成するリンクを示す図である。 図２を違った角度から見た様子を示す図である。 図２の側面図である。 一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーション及びパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。 一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーション及びパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。 ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。 ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。 ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。 ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。 一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。 一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。 一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。 他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。 更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。

以下では、実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、一実施例に係るアームユニット及び駆動ユニットを示す図である。図１に示すように、ロボット１は、アームユニット１０と、アームユニット１０を駆動するための駆動ユニット５０とを含んで構成される。

アームユニット１０は、一列（Ｓｅｒｉａｌ）に配置され、互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）するリンク１１０、及びリンク１１０を貫通して連結するワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂを含む。

ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂは、アームユニット１０のチルトモーションを具現するために対向して配置される一対の第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ、及びアームユニット１０のパンモーションを具現するために対向して配置される一対の第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂを含む。

駆動ユニット５０は、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂの経路を変更する少なくとも一つのプーリ５２と、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力を調節できるようにワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに連結される駆動プレート５４と、駆動プレート５４を駆動するための駆動モータ（図示せず）と、を含む。

駆動プレート５４は、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂが巻かれるように円弧状に設けることができる。駆動プレート５４は、アームユニット１０のチルトモーションに関連する第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂに連結されて、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂの張力を調節する第１駆動プレート５４ａと、アームユニット１０のパンモーションに関連する第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに連結されて、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節する第２駆動プレート５４ｂと、を含む。

第１駆動プレート５４ａと第２駆動プレート５４ｂは、それぞれ個別的に駆動されて回転しながら、アームユニット１０のチルトモーション及びパンモーションを具現するための第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節することができる。

図２は、図１のアームユニットを構成するリンクを示す図で、図３は、図２を違った角度から見た様子を示す図で、図４は、図２の側面図で、図５Ａ及び図５Ｂは、一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーションとパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。

図２乃至図５Ｂに示すように、リンク１１０は、その中心部が中空状であるボディー１１２と、リンク１１０の上部に隣接して配置される他のリンク１１０に向かう第１方向にボディー１１２が屈曲して形成される一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂと、第１方向と反対方向にボディー１１２が屈曲して形成される一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂと、を含む。

第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、その上部に隣接する他のリンク１１０と接触できるように、ボディー１１２の上部面の一部区間がボディー１１２の長手方向に突出形成され、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、その下部に隣接する他のリンク１１０と接触できるように、ボディー１１２の下部面の一部区間が第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂが突出する方向と反対方向に突出形成されるので、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂを、それぞれ、第１凸部１１４ａ，１１４ｂ及び第２凸部１１６ａ，１１６ｂと見ることができる。

一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、ボディー１１２が延びる方向に沿ってボディー１１２の中心を貫通する中心線Ｌｃを基準に１８０°回転された位置に互いに配置される。また、一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置される。

第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂが形成されるボディー１１２の上部面には、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂが形成され、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂが形成されるボディー１１２の下部面には、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂが形成される。第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置され、第２凹部１１７ａ，１１７ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置される。第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、中心線Ｌｃを含む仮想の第１分割面Ｆ１を基準に互いに対称する位置に配置され、第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、中心線Ｌｃを含み、第１分割面Ｆ１と直交する仮想の第２分割面Ｆ２を基準に互いに対称する位置に配置される。

一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂには、チルトモーション及びパンモーションを具現するための第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂが貫通する第１貫通孔１２１ａ，１２１ｂ及び第２貫通孔１２２ａ，１２２ｂが設けられる。

それぞれの個別リンク１１０は、互いに隣接する他の個別リンク１１０と中心線Ｌｃを基準に９０°回転された状態で順次に結合されてアームユニット１０を構成する。したがって、図１に示されたように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのそれぞれは、リンク１１０の第１貫通孔１２１ａ，１２１ｂ及び隣接するリンク１１０の第２貫通孔１２２ａ，１２２ｂを貫通する。

隣接する個別リンク１１０が互いに相対回転できるように、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂの少なくとも一部分は、図４に示されたように、所定の曲率Ｃを有する円の一部を含むことができる。

ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに力が加えられない状態で、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、その上部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに転がり接触する。また、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、その下部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂにそれぞれ転がり接触する。

また、いずれか一つの個別リンク１１０の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、その上部に配置される他の個別リンク１１０の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂと互いに対向するように配置されて、互いに隣接する個別リンク１１０間の相対回動が可能なように回動空間Ｓ１、Ｓ２を形成する。また、いずれか一つの個別リンク１１０の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂは、その下部に配置される他の個別リンク１１０の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂと互いに対向するように配置されて、回動空間Ｓ１、Ｓ２を形成する。

図５Ａに示すように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂの張力を調節すると、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂと、その下部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂとの間の相対回動が発生して、チルト（Ｔｉｌｔ）モーションが具現される。

また、図５Ｂに示すように、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節すると、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂと、その上部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとの間の相対回動が発生して、パン（Ｐａｎ）モーションが具現される。

このように、アームユニット１０がチルトモーションを行う過程で、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なり（Ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）、アームユニット１０がパン（Ｐａｎ）モーションを行う過程で、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なる。したがって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力は、複数のリンク１１０で構成されるアームユニット１０の剛性と比例関係を有することになる。

図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂは、ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。

ここで、‘ｎ’は、個別リンク１１０の個数を示し、‘Φ_ｐ’及び‘Φ_ｔ’は、パンモーション及びチルトモーションのそれぞれにおいて隣接する個別リンク１１０間に形成される角度を示し、‘θ_ｐ’及び‘θ_ｔ’は、パンモーション及びチルトモーションのそれぞれにおいて端部に位置した個別リンク１１０が形成する角度を意味し、‘Ｌ_ｐｌ’及び‘Ｌ_ｐｒ’はそれぞれ、隣接する個別リンク１１０を連結する第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの一部分の長さを意味し、‘ｄ_ｐｌ’及び‘ｄ_ｐｒ’は、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの全長を意味する。

図６Ａ及び図６Ｂを参考して、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの伸びたり、縮んだ長さを上記の変数どうし間の関係を用いて導き出すと、次の通りである。

このとき、

との和は‘０（ｚｅｒｏ）’ではない。すなわち、アームユニット１０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのいずれか一方１８２ａが伸びた長さと、他方１８２ｂが縮んだ長さの絶対値は互いに異なる。これは、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂにも同一に適用される。

このように、アームユニット１０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの非対称性（Ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）によって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力の調節を通じてアームユニット１０の剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を変更させることができる。

図７Ａ及び図７Ｂを参考して、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力（Ｔ）とアームユニット１０の剛性（Ｋ）との間の関係を導き出すと、次の通りである。

ここで、図７Ｂに示すように、仮想仕事の原理（Ｖｉｒｔｕａｌ ｗｏｒｋ ｃｏｎｃｅｐｔ）を適用すると、次の通りである。

上の式を整理すると、

上記の式から分かるように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力（Ｔ）とアームユニット１０の剛性（Ｋ）とは互いに比例関係にあり、したがって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力（Ｔ）を調節してアームユニット１０の剛性を変更させることができる。

このような構造を通じて、アームユニット１０が屈曲のある患者の内部または臓器に沿って手術部位まで移動する間には、アームユニット１０の剛性を減らして柔軟性を有するようにし、手術部位に到達して手術を行う過程では、アームユニット１０に加えられる荷重に耐えることができるように剛性を高めて柔軟性を有しないようにすることで、より効率的に手術を行うことができる。

図８Ａ乃至図８Ｃは、一実施例に係るアームユニットを構成するリンク間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。図８Ａ乃至図８Ｃに示すように、滑り防止部材１５０は、互いに隣接する個別リンク１１０の間に位置して、個別リンク１１０が回動する過程で発生し得る滑り（Ｓｌｉｐ）を防止する。

滑り防止部材１５０は、その一面１５０ａと他面１５０ｂを通じて、隣接する個別リンク１１０の両方と接することができるように、個別リンク１１０のボディー１１２の上部面の一部及び下部面の一部が組み合わされた形状で設けられる。滑り防止部材１５０は、個別リンク１１０と異なる材質で設けることができ、特に、滑り防止に効果的なゴム材質やプラスチック材質で設けることができる。

図９Ａ乃至図９Ｃは、他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。

アームユニット２０を構成する個別リンク２１０の歯状部２１４，２１６を除いた残りの部分及び駆動原理は、アームユニット１０を構成する個別リンク１１０と同一であるので説明を省略する。

図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、アームユニット２０の個別リンク２１０は、個別リンク２１０が互いに相対回動する過程で発生し得る滑り（Ｓｌｉｐ）を防止するための歯状部２１４，２１６をさらに含む。

歯状部２１２，２１４は、屈曲形成されるリンク２１０のボディー２１２の上部面に形成される第１歯状部２１４と、下部面に形成される第２歯状部２１６とを含む。第１歯状部２１４及び第２歯状部２１６はそれぞれ、ボディー２１２の上部面及び下部面の円周方向に沿って形成される。

複数のリンク２１０のいずれか一つの個別リンク２１０に形成される第１歯状部２１４と、いずれか一つの個別リンク２１０の上部に配置される他の一つの個別リンク２１０に形成される第２歯状部２１６とが互いに噛み合うので、隣接する個別リンク１１０が転がり接触して相対回動する過程で滑り現象が未然に防止される。

図１０Ａ乃至図１０Ｃは、更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。図１０Ａ乃至図１０Ｃに示すように、更に他の一実施例に係るアームユニット３０は、第１リンク３１０、第２リンク３２０、及び第３リンク３３０を含む。第２リンク３２０は、第１リンク３１０の上面３１２ａに隣接して転がり接触するリンクであり、第３リンク３３０は、第２リンク３２０の上面３２２ａに隣接して面接触するリンクであり得る。

上記の説明では、第２リンク３２０及び第３リンク３３０をそれぞれ、第１リンク３１０の上面３１２ａ及び第２リンク３２０の上面３２２ａに隣接するものと説明したが、第２リンク３２０及び第３リンク３３０がそれぞれ、第１リンク３１０の下面３１２ｂ及び第２リンク３２０の下面３２２ｂにも隣接できるということは自明である。

第１リンク３１０は、上述したアームユニット１０の個別リンク１１０と同一であるので、詳細な説明は省略する。第３リンク３３０は、その中心部が中空状であるボディー３３２と、ボディー３３２の上面３３２ａ及び下面３３２ｂにそれぞれ形成されて、隣接する第２リンク３２０または第３リンク３３０と面接触する第１平坦部３３４ａ，３３４ｂ及び第２平坦部３３６ａ，３３６ｂを含む。

第２リンク３２０は、第１リンク３１０と第３リンク３３０との間に配置されて、第１リンク３１０と第３リンク３３０を連結する。第２リンク３２０は、その中心部が中空状であるボディー３２２と、ボディー３２２の第１面３２２ａに形成される第３平坦部３２４ａ，３２４ｂと、第１面３２２ａと反対側の第２面３２２ｂに形成される第３転がり接触部３２６ａ，３２６ｂを含む。

第３平坦部３２４ａ，３２４ｂは、第３リンク３３０に形成される第１平坦部３３４ａ，３３４ｂまたは第２平坦部３３６ａ，３３６ｂの形状と実質的に同一であり、第３転がり接触部３２６ａ，３２６ｂは、第１リンク３１０に形成される第１転がり接触部３１４ａ，３１４ｂまたは第２転がり接触部３１６ａ，３１６ｂの形状と実質的に同一である。

第１リンク３１０は、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて相対回動しながら、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取ることができるようにし、第３リンク３３０は、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取る過程で実質的に剛体（Ｒｉｇｉｄ ｂｏｄｙ）を形成するようにする。図１０Ｃに示すように、第１リンク３１０、第２リンク３２０、第３リンク３３０を連結するワイヤ３８０ａ，３８０ｂに張力が加えられると、第３リンク３３０は剛体を形成して、アームユニット３０の剛性が維持されるようにし、第１リンク３１０は互いに相対回転しながら、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取ることができるようにする。

図１１Ａ乃至図１１Ｃは、更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。図１１Ａ乃至図１１Ｃに示すように、アームユニット４０は、その上部と下部が互いに対称形状に設けられる第１リンク４１０と、その上部と下部が互いに非対称形状に設けられる第２リンク４２０とを含んで構成される。

第１リンク４１０は、上述したアームユニット１０の個別リンク１１０と同一であるので、詳細な説明は省略する。第２リンク４２０は、その中心部が中空状であるボディー４２２と、ボディー４２２の第１面４２２ａに形成される第４転がり接触部４２４ａ，４２４ｂと、第１面４２２ａと反対側の第２面４２２ｂに形成される第５転がり接触部４２６ａ，４２６ｂと、を含む。

ボディー４２２は、アームユニット４０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第１リンク４１０または第２リンク４２０が回動する方向にその一側が他の一側に比べてさらに延長されるので、非対称形状を有するようになる。したがって、第４転がり接触部４２４ａ，４２４ｂ間の高さの差が発生するようになる。

第１リンク４１０と第２リンク４２０は、互いに９０°角度で回転して交互に配置されるので、アームユニット４０の初期形状が、チルトモーションまたはパンモーションを行っている状態でのように傾いて配置される。したがって、アームユニット４０がさらに大きな角度でチルトモーションまたはパンモーションを行うことができて、アームユニット４０が手術部位などに到達できる範囲が増加するようになる。

１ ロボット
１０，２０，３０，４０ アームユニット
５０ 駆動ユニット
１１０，２１０ リンク
３１０，４１０ 第１リンク
３２０，４２０ 第２リンク
３３０ 第３リンク

Claims (30)

1. アーム（ａｒｍ）ユニットと、
   前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットと、を含み、
   前記アームユニットは、
   少なくとも２つ以上の領域で互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）する複数のリンクと、
   前記複数のリンクを貫通連結する複数のワイヤと、を含む、器具。
2. 前記複数のリンクは、一列に（ｓｅｒｉａｌ）配置され、前記複数のリンクのうち少なくとも二つのリンクは互いに隣接する他のリンクと転がり接触する、請求項１に記載の器具。
3. 前記複数のリンクのうち少なくとも一つのリンクは、その中心部が中空状であるボディーを含む、請求項１または２に記載の器具。
4. 前記複数のリンクは、前記リンクと隣接するリンクに向かう第１方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第１転がり接触部を含む、請求項２に記載の器具。
5. 前記第１方向と反対側の第２方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第２転がり接触部を含む、請求項４に記載の器具。
6. 前記複数の第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置されて、一対に設けられる、請求項４または５に記載の器具。
7. 前記複数の第２転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置されて、一対に設けられる、請求項５または６に記載の器具。
8. 前記第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第２転がり接触部と９０°回転された位置に配置される、請求項７に記載の器具。
9. 前記第１転がり接触部の一部分は、一定の曲率を有する円の一部である、請求項３に記載の器具。
10. 前記複数のリンクは、
    第１リンクと、
    前記ボディーが延びる方向に沿って前記リンクの中心を貫通する中心線を基準に前記第１リンクと９０°回転された位置で、前記第１リンクの上部または下部と転がり接触する第２リンクと、を含む、請求項２または３に記載の器具。
11. 前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含む、請求項１０に記載の器具。
12. 前記滑り防止部材の一面は前記第１リンクの一部分と接し、他面は前記第２リンクの一部分と接する、請求項１１に記載の器具。
13. 前記第２リンクと対向する前記第１リンクの第１面と、前記第１面と転がり接触する前記第２リンクの第２面には、それぞれ前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために互いに噛み合う第１歯状部及び第２歯状部が設けられる、請求項１０に記載の器具。
14. 前記第１歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第１リンクの円周方向に沿って前記第１面に形成され、
    前記第２歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第２リンクの円周方向に沿って前記第２面に形成される、請求項１３に記載の器具。
15. 前記第１転がり接触部の高さは互いに異なる、請求項４または５に記載の器具。
16. 前記複数のリンクは、
    その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに転がり接触する第１リンクと、
    その上面と下面のいずれか一方の面は隣接する他のリンクに転がり接触し、他方の面は隣接する他のリンクに面接触する第２リンクと、
    その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに面接触する第３リンクと、を含む、請求項２または３に記載の器具。
17. 前記第２リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクとの間に配置される、請求項１６に記載の器具。
18. 前記第３リンクは、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、前記アームユニットが駆動される過程で剛体（ｒｉｇｉｄ ｂｏｄｙ）を形成する、請求項１７に記載の器具。
19. 前記複数のワイヤは、
    前記第１転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第１ワイヤと、
    前記第２転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第２ワイヤと、を含む、請求項５乃至７に記載の器具。
20. 前記アームユニットが駆動される過程で、前記一対の第１ワイヤのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なる（ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）ことを特徴とする、請求項１９に記載の器具。
21. 前記駆動ユニットは、
    前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤの経路を変更する少なくとも一つのプーリと、
    前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力を調節できるように前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに連結される駆動プレートと、を含む、請求項１９に記載の器具。
22. 複数のリンクを含むアームユニット、及び前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットを含む器具において、
    前記リンクは、
    その中心部が中空状であるボディーと、
    前記ボディーの上部面及び下部面のうち少なくとも一つの一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記リンクと隣接する他のリンクに転がり接触する少なくとも一つの凸部と、を含む、器具。
23. 前記リンクは、前記凸部に連結される少なくとも一つの凹部を含み、
    前記凹部は、前記リンク及び前記リンクと隣接する他のリンクが前記凸部を通じて相対回動できるように回動空間を形成する、請求項２２に記載の器具。
24. 前記凸部は、前記ボディーの中心を貫通する中心線を含む仮想の第１分割面を基準に互いに対向する位置に配置されて、一対に設けられる、請求項２２または２３に記載の器具。
25. 前記凹部は、前記第１分割面と直交する仮想の第２分割面を基準に互いに対向する位置に配置されて、一対に設けられる、請求項２３または２４に記載の器具。
26. 前記複数のリンクは、第１リンクと、前記第１リンクと同一の形状を有し、前記第１リンクの上部面及び下部面と隣接する第２リンク及び第３リンクを含み、
    前記第１リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクに転がり接触する一対の第１凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第３リンクに転がり接触する一対の第２凸部と、を含み、
    前記第２凸部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第１凸部と９０°回転された位置に配置される、請求項２２に記載の器具。
27. 前記第２リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクの上部面と隣接する他のリンクに転がり接触する一対の第３凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第１リンクに転がり接触する一対の第４凸部と、を含み、
    前記一対の第４凸部は、前記一対の第１凸部とそれぞれ転がり接触する、請求項２６に記載の器具。
28. 前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含み、
    前記滑り防止部材の一面は前記第１凸部と接し、他面は前記第４凸部と接する、請求項２７に記載の器具。
29. 前記第１凸部及び前記第４凸部は、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために、前記第１凸部の少なくとも一部と前記第４凸部の少なくとも一部が互いに噛み合うことができるように歯状部を含む、請求項２７に記載の器具。
30. 前記凸部は、
    前記一対の凸部が突出する長さは互いに異なる、請求項２４に記載の器具。

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