KR101158424B1 - 다자유도를 가지는 수술도구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술도구의 자유도를 결정짓는 관절부의 구성이 간단하고, 분해 또는 조립이 용이하며, 세밀하고 정밀한 작업 및 좁은 영역의 작업에 적합하도록 수술도구의 하드웨어 구성을 단수화시킴으로써, 수술도구의 가격을 저렴하게 하는데 효과가 있다.
이를 위해 특히 소정의 물체를 파지하거나 절단할 수 있는 집게수단(10), 집게수단(10)의 일측에 결합되어 일체로 회전가능한 가요성의 중공을 가지는 회전로드(20), 회전로드(20)의 타측에 결합되어 회전로드(20)와 일체로 회전 가능한 중공을 가지는 이너샤프트(30), 회전로드(20)가 삽입되는 가요성의 플렉시블샤프트(50), 회전로드(20)와 플렉시블샤프트(50) 사이에 개재되는 베어링수단(40), 및집게수단(10)과 상기 플렉시블샤프트(50)에 각각 고정된 복수의 와이어(70)로 구성되어, 플렉시블샤프트(50)에 고정된 와이어(70)의 견인에 따라 플렉시블샤프트(50)와 회전로드(20)가 만곡되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구가 개시된다.

Description

다자유도를 가지는 수술도구 {Surgical instrument with multi-degree of the freedoms}

본 발명은 다자유도를 가지는 수술도구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수술도구의 도구 길이 방향을 축으로 하여 수술도구 끝단의 회전운동과 상하좌우 운동이 서로 분리되어 동작할 수 있는 다자유도를 가지는 수술도구에 관한 것이다.

전기적 혹은 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작처럼 운동을 행하는 기계 장치를 로봇이라 한다. 로봇의 어원은, 슬라브어의 "ROBOTA(노예 기계)에서 유래되는 것이라 일컬어지고 있다. 일본에서 로봇이 보급되기 시작한 것은 1960년대 말부터이지만, 그 대부분은 공장에 있어서의 생산 작업의 자동화 및 무인화 등을 목적으로 한 머니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇(Industrial robot)이었다.

아암식 로봇과 같이 어느 특정한 장소에 고정 설치하여 이용하는 고정 타입의 로봇은 부품의 조립 및 선별 작업 등 고정적으로 장소가 한정된 작업 공간에서만 활동한다. 이에 반해 이동식 로봇은 작업 공간이 특정 공간에 한정되지 아니하며 소정의 경로 상 또는 무경로 상을 자유 자재로 이동하여 소정의 혹은 임의의 인적 작업을 대행하거나 인간이나 개 혹은 그 밖의 생명체로 치환되는 여러 가지의 폭 넓은 서비스를 제공할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 로봇들에 더하여 최근에는 인간이나 동물의 신체 메카니즘이나 동작을 모델로 하여 인간형 로봇 등 점점 더 인간을 닮아가며 인간과 비슷한 수준의 흉내를 내는 로봇팔 및 수술도구가 등장하고 있으며, 실용화로의 기대도 높아지고 있다.

이러한 수술도구의 용도 중 하나로서, 의료 분야의 경우 환자의 신체 부위를 수술하기 위해 인간의 손을 대신하여 세밀한 부분의 특정조직을 잡기 위해 사용될 수 있다.

그런데, 종래 일반 수술도구의 경우에는, 다자유도를 가지고는 있지만 관절부 및 손목 부위에 여러가지 구동장치 및 모터가 설치되어 그 복잡한 시스템으로 인하여 수술도구의 부피 및 크기의 증가와 함께 제작 비용의 부담을 가지고 있었다. 따라서, 좁은 영역에서의 세밀한 작업을 요하는 작업 환경이나 수술시에는 이러한 구동장치가 달린 수술도구의 사용이 어려운 실정이고 문제점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 기계적 구동 장치가 단순하고 모터가 없는 하드웨어적으로 간단한 다자유도를 가지는 수술도구의 개발이 요구되고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 수술도구의 자유도를 결정 짓는 관절부의 구성이 간단하면서도 분해 또는 조립이 용이하고 좁은 작업 영역의 세밀하고 정밀한 작업 환경에 적합하도록 다자유도를 가지는 수술도구를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 수술도구의 구동 장치 및 기계적 부품을 감소시킴으로써 다자유도를 가지는 수술도구의 가격 경쟁력을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 위치 이동이 가능한 로봇 수단에 착탈이 가능하여 그 용도 변경이 용이하고 자유로이 이동이 가능하여 작업자에게 편리함을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적은,

소정의 물체를 파지하거나 절단할 수 있는 집게수단; 집게수단의 일측에 결합되어 일체로 회전가능한 가요성의 중공을 가지는 회전로드; 회전로드의 타측에 결합되어 회전로드와 일체로 회전 가능한 중공을 가지는 이너샤프트; 회전로드가 삽입되는 가요성의 플렉시블샤프트; 회전로드와 플렉시블샤프트 사이에 개재되는 베어링수단; 및 집게수단과 플렉시블샤프트에 각각 고정된 복수의 와이어;로 구성되어, 플렉시블샤프트에 고정된 와이어의 견인에 따라 플렉시블샤프트와 회전로드가 만곡되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 회전로드는 단면이 원, 타원, 다각형인 기둥 형상 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 베어링수단은 집게수단, 회전로드, 및 이너샤프트가 일체로 회전이 가능하게 할 수 있다.

또한, 복수의 와이어 중 어느 하나는, 집게수단의 종단에 고정되어 중공의 회전로드 및 중공의 이너샤프트의 내측으로 와이어가 빠져 나가는 것이 바람직하다.

또한, 플렉시블샤프트는 외주면을 따라 횡 방향으로 복수의 홈이 형성될 수 있고, 플렉시블샤프트의 양측 종 단면에는 베어링수단이 삽입되는 홈이 형성되는 것이 바람직하며, 플렉시블샤프트에는 복수의 와이어를 고정시키기 위한 와이어홀이 2개 내지 8개일 수 있다.

또한, 와이어홀은 플렉시블샤프트의 일 측면을 길이 방향으로 관통하는 것이 바람직하고, 와이어홀은 등 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 복수의 와이어 중 적어도 하나는, 플렉시블샤프트에 고정된 와이어가 플렉시블샤프트의 길이 방향으로 관통된 와이어홀을 따라 빠져 나갈 수 있다.

또한, 플렉시블샤프트 및 회전로드는 만곡되어 이동할 수 있는 2자유도를 가지며, 집게수단, 회전로드, 및 이너샤프트는 회전할 수 있는 1자유도를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 다자유도를 가지는 수술도구의 위치를 이동시키기 위한 착탈 가능한 이동 수단인 로드를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 다자유도를 가지는 수술도구에 의하면 수술도구의 자유도를 결정짓는 관절부의 구성이 간단하면서도 분해 또는 조립이 용이하여 세밀하고 정밀한 작업 환경에 적합하도록 다자유도를 가지는 수술도구의 하드웨어 구성을 간단히 하는데 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 수술도구의 구동장치 및 기계적 부품의 수를 감소시키므로써 다자유도를 가지는 수술도구의 가격 경쟁력을 가지는데 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 베어링부, 회전로드, 및 이너샤프트의 연결 관계를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 단면을 나타내는 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트의 확대 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트의 내부 구조를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 와이어의 결선 구성을 나타내는 도.

<다자유도를 가지는 수술도구의 구성>

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

도 1은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 베어링수단, 회전로드, 및 이너샤프트의 연결 관계를 나타내는 사시도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 단면을 나타내는 단면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에 도시된 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트의 내부 구조를 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 와이어의 결선 구성을 나타내는 도를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 다자유도를 가지는 수술도구는 대략 집게수단(10), 회전로드(20), 이너샤프트(30), 베어링수단(40), 플렉시블샤프트(50), 및 로드(60)로 구성된다.

본 발명에 따른 집게수단(10)은 물건이나 사람 또는 동물 등의 신체 조직 등 소정의 물체를 파지하거나 절단하기 위하여 적어도 하나의 집게를 가질 수 있고 본 발명에서는 집게가 1개로 구성되어 있다. 또한, 집게수단(10)은 회전로드(20)와 연결되어 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 집게수단(10)의 종단에는 집게를 동작하게 할 수 있는 와이어(70)가 연결되어 있다.

본 발명에 따른 회전로드(20)는 집게부(10)와 연결되어 있고 집게부(10)와 일체로 회전이 가능하며, 베어링수단(40)의 두개의 베어링이 회전로드(20)의 외측 둘레를 감싸며 결합되어 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 작업자가 원하는 방향으로 집게수단(10)을 상하 및 좌우 이동시키기 위하여 플렉시블샤프트(50)에 고정된 와이어(70)를 당길 수 있으며, 이때 회전로드(20)도 플렉시블샤프트(50)와 함께 휘어질 수 있다. 따라서, 회전로드(20)가 휘어지는 특성을 갖도록 하기 위하여 유연한 특성을 갖는 재질로 만들어 질 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 집게수단(10)의 종단에 결합되어 있는 와이어(70)는 중공을 가지는 회전로드(20)의 길이 방향 내측으로 관통되고, 회전로드(20)의 외측 4면에 플렉시블샤프트(50)에 고정된 와이어(70)가 플렉시블샤프트(50)의 길이 방향으로 관통하다가 중공을 가지는 회전로드(20)의 내측으로 들어가기 위한 비스듬한 홀을 뚫어 놓을 수 있다. 따라서, 집게수단(10)의 종단에 결합된 하나의 와이어(70)와, 플렉시블샤프트(50)에 고정된 4개의 와이어(70)가 중공을 가지는 회전로드(20)의 내측에 모아져 회전로드(20)의 길이 방향으로 관통하여 빠져나가므로써 작업자가 와이어(70)를 당겨 원하는 작업을 하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 이너샤프트(30)는 집게수단(10)과 회전로드(20)가 연결된 일측과 대향되는 타측에 회전로드(20)의 길이 방향으로 회전로드(20)의 외측 둘레를 감싸며 서로 결합되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 베어링수단(40)은 대략 2개의 베어링으로 구성될 수 있으며, 이 보다 더 많은 베어링을 사용할 수도 있고, 이 보다 더 적은 베어링으로 다자유도를 가지는 수술도구를 구성할 수도 있다. 베어링수단(40)은 회전로드(20)가 집게수단(10)과 결합되는 위치에 적어도 하나의 베어링을 이용하여 회전로드(20)의 외측 둘레를 감싸며 결합되고, 또다른 하나의 베어링은 회전로드(20)와 이너샤프트(30)가 결합된 위치에 회전로드(30)의 외측 둘레를 감싸며 결합될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트의 확대 사시도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에 도시된 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트의 내부 구조를 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 와이어(70)의 결선 구성을 나타내는 도를 도시한 것이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 플렉시블샤프트(50)는 플렉시블샤프트(50)의 길이 방향으로 외주면에 횡방향으로 직사각형, 정사각형 등 다양한 모양의 복수의 홈을 구성할 수 있다. 이는 다자유도를 가지는 수술도구의 플렉시블샤프트(50)가 복수의 홈을 구성하여 보다 유연하게 휘어지게 하기 위해서 필요한 방법이며, 또한 유연한 특성을 갖는 재질로 만들어 질 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 플렉시블샤프트(50)는 작업자가 작업중 파지할 수 있는 로드(60)와 결합할 수 있다. 이 때 플렉시블샤프트(50)의 종단은 로드(60)와 결합이 용이하도록 맞물려 결합되어 있다. 로드(60)는 착탈 가능한 것으로서 다자유도를 가지는 수술도구의 위치 이동이 가능하도록 로봇이나 로봇 시스템 등에 결합될 수 있다. 플렉시블샤프트(50)는 집게수단(10)과 회전로드(20)가 결합되는 위치에 회전로드(20)를 외측으로 감싸며 결합되어 있는 베어링수단(40)의 하나의 베어링과 결합되며, 또한 회전로드(20)와 이너샤프트(30)가 결합된 위치에 있는 또다른 하나의 베어링과 결합하는 것이 바람직하다. 따라서 집게수단(10), 회전로드(20), 및 이너샤프트(30)는 회전이 되지만 이와 다르게 플렉시블샤프트(50)는 베어링에 의해 분리되어 있어서 회전이 되지 않는다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 플렉시블샤프트(50)의 내부 구조는 플렉시블샤프트(50)의 양측 종단면에 베어링이 삽입될 수 있도록 홈이 파져 있다. 이 홈에 베어링이 각각 안착되며 플렉시블샤프트(50)에 회전로드가 삽입된다. 플렉시블샤프트(50)의 종 단면 안측에는 각각 90도의 각도로 4개의 와이어홀(80)이 길이 방향으로 관통되어 있다.

<다자유도를 가지는 수술도구의 작동>

본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구는 플렉시블샤프트(50) 및 회전로드(50)의 만곡에 의한 집게수단(10)의 상하 및 좌우 운동이 가능하며, 이너샤프트(30), 회전로드(20), 및 집게수단(10)의 회전에 의한 회전운동이 가능하다. 이하 도면을 참조하면서 이러한 상하좌우 운동 및 회전운동에 대한 다자유도를 가지는 수술도구의 작동 방법을 설명하기로 한다.

(집게수단의 상하좌우 운동 및 파지 또는 절단)

도 6은 본 발명에 따른 다자유도를 가지는 수술도구의 와이어의 결선 구성을 나타내는 도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 회전로드(20)의 내측을 빠져나온 4개의 와이어(70) 중 어느 하나를 잡아 당기면 당기는 힘에 의해 플렉시블샤프트(50) 및 회전로드(20)가 만곡되어 집게수단(10)이 그에 따라 상하 및 좌우로 움직이게 된다. 그러므로 다자유도를 가지는 수술도구는 이러한 움직임에 의한 2 자유도(Degree of freedom)가 나오게 된다. 또한 집게수단(10)의 파지 및 절단 동작은 집게수단(10)의 종단에 연결된 하나의 와이어(70)가 중공이 형성된 회전로드(20) 및 이너샤프트(30)를 통과하여 빠져나온 와이어(70)를 당기면 파지하거나 절삭할 수 있으며, 와이어(70)를 놓으면 집게수단(10)이 펴져서 원위치로 이동이 가능하다. 따라서 집게의 상하 및 좌우 움직임에 의하여 1 자유도가 나오게 된다.

(회전운동)

집게수단(10)의 회전은 이너샤프트(30)를 작업자가 돌리게 되면 이너샤프트(30)와 결합되어 있는 회전로드(20)가 회전하게 되고, 따라서 집게수단(10)이 작업자의 원하는 방향으로 회전을 하게 된다. 그러므로 다자유도를 가지는 수술도구는 회전 운동에 의한 1 자유도, 플렉시블샤프트 및 회전로드의 만곡에 의한 2 자유도, 및 집게수단(10)의 1 자유도를 합쳐서 총 4 자유도가 나오게 된다.

이상, 본 발명을 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

10 : 집게수단 20 : 회전로드
30 : 이너샤프트 40 : 베어링수단
50 : 플렉시블샤프트 60 : 로드
70 : 와이어 80 : 와이어홀

Claims (12)

1. 소정의 물체를 파지하거나 절단할 수 있는 집게수단(10);
   상기 집게수단(10)의 일측에 결합되어 일체로 회전가능한 가요성의 중공을 가지는 회전로드(20);
   상기 회전로드(20)의 타측에 결합되어 상기 회전로드(20)와 일체로 회전 가능한 중공을 가지는 이너샤프트(30);
   상기 회전로드(20)가 삽입되는 가요성의 플렉시블샤프트(50);
   상기 회전로드(20)와 상기 플렉시블샤프트(50) 사이에 개재되는 베어링수단(40); 및
   상기 집게수단(10)과 상기 플렉시블샤프트(50)에 각각 고정된 복수의 와이어(70);로 구성되어,
   상기 플렉시블샤프트(50)에 고정된 상기 와이어(70)의 견인에 따라 상기 플렉시블샤프트(50)와 상기 회전로드(20)가 만곡되어지며,
   상기 베어링수단(40)은 상기 집게수단(10), 상기 회전로드(20), 및 상기 이너샤프트(30)가 일체로 회전할 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,
   상기 회전로드(20)는 단면이 원, 타원, 다각형인 기둥 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 와이어(70) 중 어느 하나는, 상기 집게수단(10)의 종단에 고정되어 상기 중공의 회전로드(20) 및 상기 중공의 이너샤프트(30)의 내측으로 상기 와이어(70)가 빠져 나가는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 플렉시블샤프트(50)는 외주면을 따라 횡 방향으로 복수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 플렉시블샤프트(50)의 양측 종 단면에는 상기 베어링수단(40)이 삽입되는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 플렉시블샤프트(50)에는 상기 복수의 와이어(70)를 고정시키기 위한 와이어홀(80)이 2개 내지 8개인 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 와이어홀(80)은 상기 플렉시블샤프트(50)의 일 측면을 길이 방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 7 항에 있어서,
   상기 와이어홀(80)은 등 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 와이어(70) 중 적어도 하나는, 상기 플렉시블샤프트(50)에 고정된 상기 와이어(70)가 상기 플렉시블샤프트(50)의 길이 방향으로 관통된 와이어홀(80)을 따라 빠져 나가는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉시블샤프트(50) 및 회전로드(20)는 만곡되어 이동할 수 있는 2자유도를 가지며, 상기 집게수단(10), 상기 회전로드(20), 및 상기 이너샤프트(30)는 회전할 수 있는 1자유도를 구비하는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다자유도를 가지는 수술도구의 위치를 이동시키기 위한 착탈 가능한 이동 수단인 로드(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다자유도를 가지는 수술도구.
    
    
    
    

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