KR101312071B1

KR101312071B1 - 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구

Info

Publication number: KR101312071B1
Application number: KR1020110144257A
Authority: KR
Inventors: 김봉석; 황정훈; 김승훈
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-09-25
Also published as: KR20130075932A

Abstract

본 발명은 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구에 관한 것으로, 특히 기둥 형상의 중심체, 상기 중심체의 표면상에 배치되데 중심체의 시작과 끝단에서 360도의 정수배로 꼬임을 가지는 복수의 꼬임부들, 상기 꼬임부들 내부에 형성되는 꼬임홀들을 포함하는 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구의 구성을 개시한다. 본 발명에 따르면, 굴곡부에 배치되는 복수의 와이어들의 길이 보상을 자동으로 수행할 수 있도록 지원할 수 있다.

Description

와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구{Automatic Compensation Device of Wire Length and Surgery Apparatus including the same}

본 발명은 와이어 길이 보상에 관련된 것으로, 특히 굴곡부에 배치되는 복수의 와이어들의 길이 보상을 자동으로 수행할 수 있도록 지원하는 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 수술용 도구에 관한 것이다.

일반적으로 수술용 매니퓰레이터는 로봇 팔이라고도 불린다. 수술용 매니퓰레이터는 인체 외부에서 내부로 삽입되어 시술자에 의해 외부에서 내부의 수술 부위 조직을 파지 및 절단하기 위해 사용된다.

이러한 수술용 매니퓰레이터는 일 예로서, 주로 자궁 내 수술을 위해 자궁으로 삽입된다. 자궁 내 수술을 위해 사용되는 수술용 매니퓰레이터는 질을 통해 수술 부위까지 도달되어 수술을 위해 사용되는 집게(forceps) 또는 가위와 같은 수술작동부와, 수술작동부에 작동력을 제공하는 구동부로 이루어진다. 그리고 수술작동부와 구동부 사이에는 질을 통해 자궁 내부로 수술작동부를 안내할 수 있도록 삽입되는 관 형상의 메인유닛이 배치된다.

한편, 종래의 수술용 매니퓰레이터의 메인유닛은 구동부로부터 수술작동부에 이르기까지 링크-기어 및 와이어의 결합 형태로 이루어진다. 즉, 메인유닛은 링크-기어 및 와이어의 결합이 일정 링크 단위별로 연결되고 각각의 링크-기어 구성요소들이 구동부의 제어에 의해 수술작동부가 수술 부위에 도달되도록 한다.

여기서 수술용 매니퓰레이터의 메인유닛은 강체형 재료로 제작된 링크의 연결구조로서 수술작동부에 대한 힘발현 성능을 구현할 수 있다. 이러한 종래의 수술용 매니퓰레이터는 작동되는 범위 안에 장애물이 없거나 경로가 복잡하지 않아야 수술작동부가 수술 부위에 도달할 수 있다.

그런데, 종래의 수술용 매니퓰레이터는 자궁 내부로 연결되는 질과 같은 곡선 형태의 관로 또는 생체 조직내부경로와 같은 복잡한 형상의 경로를 통해서 수술 부위까지 도달하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래의 수술용 매니퓰레이터는 일반적으로 장애물이 없는 공간에서 굽어지거나 작동을 구현할 수 있으나, 복수회로 굽은 통로나 경로를 입구에서부터 원하는 위치까지 진행하기에는 어려운 구조와 메커니즘을 갖고 있다.

인체 내부의 복잡한 기관이나 미로 구조 형상과 같이 진행 방향이 급격하게 바뀌는 작업 통로를 통해 목적 지점까지 매니퓰레이터 작동부가 도달하기 위해서는 입구에서부터 목적지점까지 진행하면서 각 방향 전환 지점의 매니퓰레이터 몸체부가 다자유도 각도 변화되어야 하며, 진행 길이가 변화하는 동안에도 연속적으로 각 방향전환점들에서 몸체 마디들의 자세변환이 이루어져야 한다. 뱀과 같이 유연한 구조와 복잡한 신경에 의한 능동적인 자세 변화가 이루어지도록 하기 위해서는 머리에 해당하는 작동부위에 고성능 센서가 위치하여 진행 방향에 따라서 몸체부의 움직임이 조절되어야 하며, 이를 위해서는 복잡한 몸체의 자유도 구조와 제어장치들이 필요하게 된다.

특히 각 링크-기어 및 와이어 연결 구조에서는 굴곡부에서의 와이어 길이 보상이 수행되어야 한다. 즉 수술용 매니퓰레이터가 일정 굴곡을 형성하는 경우, 해당 굴곡 영역 내에 배치된 와이어가 휨에 따라 길이 변화가 발생하게 되고, 이러한 길이 변화는 링크-기어의 제어를 비정상적으로 동작하도록 하는 원인이 될 수 있다. 상술한 문제 해결을 위하여 종래에는 매니퓰레이터의 굴곡부 상에 다양한 풀리를 배치하여 굴곡부에서의 와이어 휨에 따라 와이어의 남김이나 부족함을 처리해 왔다. 그런데 이러한 풀리 적용은 상대적으로 복잡한 구조물의 배치가 필요하기 때문에 공간 제약이 많으며, 또한 복잡한 구조물로 길이 보상을 수행할 수 있는 와이어의 개수 또한 한정적이어서 적절한 와이어 길이 보상에 대한 실효성을 획득하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 와이어의 길이를 자동 보상할 수 있도록 하는 구조물을 제공하여 별도의 와이어 길이 보상을 위한 풀리 제어 등을 수행하지 않음으로써 보다 간단한 구조의 채용으로 많은 수의 와이어를 보다 적절하게 길이 보상할 수 있도록 지원하는 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기둥 형상의 중심체, 상기 중심체의 표면상에 배치되데 중심체의 시작과 끝단에서 360도의 정수배로 꼬임을 가지는 복수의 꼬임부들, 상기 꼬임부들 내부에 형성되는 꼬임홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치의 구성을 개시한다.

여기서 상기 와이어 길이 자동 보상 장치는 상기 중심체의 중앙을 직선으로 관통하는 중심홀을 더 포함할 수 있다.

한편 상기 꼬임홀들 중 적어도 하나는 다른 꼬임홀들과 직경이 다르게 구성될 수 있다.

또한 상기 꼬임부들 중 적어도 하나는 다른 꼬임부들의 굵기와 다르게 구성될 수 있다.

상기 와이어 길이 자동 보상 장치는 상기 꼬임홀이 외부에 노출되도록 상기 꼬임부의 일부가 길이 방향으로 제거되어 마련되는 개구부를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 중심체와 상기 꼬임부들은 휘어짐이 가능한 재질로 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 꼬임홀들 내에 배치되는 와이어, 동력을 생성하여 상기 와이어에 동력을 전달하는 구동부, 상기 와이어와 체결되며 와이어 길이 조정에 따라 일정 각도 범위 내에서 회절하는 다자유도 관절부, 내부가 빈 형상으로 마련되며 적어도 일부가 외부 물리력에 의하여 굴곡될 수 있도록 구성되며 상기 와이어 길이 자동 보상 장치가 내측에 배치되거나 일부 영역으로 대체되는 연결 링크, 상기 다자유도 관절부 말단에 배치되어 도구부를 포함하는 와이어 길이 자동 보상 장치를 포함하는 수술용 도구의 구성을 개시한다.

여기서 상기 수술용 도구는 상기 연결 링크 일측에 마련되어 상기 와이어 길이 자동 보상 장치를 일정 위치에 고정시키기 위한 고정 구조물, 상기 중심체 내측을 관통하며 상기 구동부 제어에 따라 상기 연결 링크 내에서의 상기 와이어 길이 자동 보상 장치 위치 조정을 지원하는 고정 와이어, 상기 와이어의 굴곡진 형태에 대응하는 텍스트나 이미지 중 적어도 하나를 출력하도록 상기 구동부 일측에 마련되는 표시부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 제안하는 와이어 길이 자동 보상 장치 및 이를 포함하는 수술용 도구에 따르면, 본 발명은 보다 간단한 구조를 채용하여 와이어의 길이를 보상하도록 지원한다.

또한 본 발명은 보다 많은 수의 와이어의 길이 보상을 자동으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 길이 자동 보상 장치가 적용되는 수술용 도구의 일예를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 와이어 길이 자동 보상 장치를 보다 상세히 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치에서의 굴곡부 반경 변화를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 와이어 갈이 자동 보상 장치의 길이 보상 메커니즘을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 채용되는 수술용 도구(10)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수술용 도구(10)는 크게 도구부(101), 다자유도 관절부(103), 연결 링크(105), 와이어(107), 와이어 길이 자동 보상 장치(200), 구동부(300)를 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 수술용 도구(10)는 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 연결 링크(105) 내부 와이어(107) 길이 보상이 필요한 위치에 배치됨으로써 수술용 도구(10)가 일정 위치에서 일정 반경을 가지며 굴곡되어 동작하더라도 적절한 와이어 길이 보상을 자동으로 수행하도록 함으로써 수술용 도구(10)의 회절 동작을 적절하게 수행할 수 있도록 지원할 수 있다.

상술한 본 발명의 수술용 도구(10)에서 도구부(101)는 수술에 필요한 다양한 도구 중 적어도 하나가 배치될 수 있는 구성이다. 도시된 도면에서 집게형 또는 가위형 도구를 도구부(101)로 제시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 도구부(101)는 최소 침습 수술에 사용되는 겸자, 가위, 분쇄기 또는 흡입기 등의 수술도구를 포함할 수 있으며, 특히 내시경 수술 지원을 위한 카메라 및 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 도구부(101)는 다자유도 관절부(103)의 말단에 연결될 수 있으며, 다자유도 관절부(103) 지원에 따라 다양한 각도의 관절 운동을 수행할 수 있다. 예를 들면 도구부(101)는 360도 회전, 180도 회절, 전진 운동, 후진 운동 등 다양한 운동을 수행할 수 있다.

다자유도 관절부(103)는 일측 말단에 도구부(101)가 연결되며, 도구부(101)의 다양한 관절 운동을 지원하는 구성이다. 이러한 다자유도 관절부(103)는 회전 운동을 위하여 레일, 레일 내측에 삽입되어 회전 운동을 수행하는 축, 축을 회전시키기 위한 커넥팅 로드 및 커넥팅 로드에 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다. 여기서 동력 전달부는 구동부(300)가 전달하는 동력을 기반으로 축을 회전시켜 다자유도 관절부(103)가 360도 내에서 일정 각도로 회전되거나 또는 일정 각도 범위 내에서 일정 각도로 굽혀질 수 있도록 동작을 지원할 수 있다.

또한 다자유도 관절부(103)는 도구부(101)의 전진 운동 및 후진 운동 지원을 위한 나사산이 형성된 가이드와, 상기 가이드를 통하여 전진 또는 후진할 수 있도록 제작된 축, 상기 축을 회전시켜 일정 방향 즉 전진 방향 또는 후진 방향으로 이동시키는 커넥팅 로드, 커넥팅 로드에 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성의 다자유도 관절부(103)는 사용자 제어에 따라 길이 방향으로 길이를 확장시키거나 축소시켜 도구부(101)의 직선 방향 이동을 지원할 수 있다.

상술한 바와 같이 다자유도 관절부(103)는 도구부(101)가 일정 관절 운동 및 직진 운동을 수행할 수 있도록 지원하며 또한 도구부(101)를 지지하는 역할을 수행한다. 특히 본 발명의 다자유도 관절부(103)는 사용자 제어에 따라 일정 굴곡 반경을 가지는 굴곡 동작을 수행할 수 있다. 이를 위하여 다자유도 관절부(103)는 쌍으로 마련된 와이어의 일단과, 상기 와이어의 일단과 체결되며 상기 와이어의 길이가 조정되는 동안 다자유도 관절부(103)를 일정 방향으로 회절시키도록 상기 와이어를 지지하는 체결 구조물 예를 들면 휠을 포함할 수 있다. 한편 상기 다자유도 관절부(103)의 타측에는 연결 링크(105)가 연결된다.

연결 링크(105)는 다자유도 관절부(103)의 일측과 연결되어 다자유도 관절부(103)를 지지하는 역할을 수행하며, 내부가 빈 형상으로 마련되어 다자유도 관절부(103) 및 도구부(101) 제어를 위한 구조물들 예를 들면 와이어(107) 등을 배치할 수 있다. 특히 본 발명의 연결 링크(105)는 와이어(107)의 길이 보상을 지원하는 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 내부에 배치될 수 있다. 이러한 연결 링크(105)는 다자유도 관절부(103) 및 도구부(101)를 지지하기 위해 일정 강성을 가지는 재질로 마련될 수 있으며, 또한 도구부(101)의 회전 운동 지원을 위하여 굴곡이 가능한 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어 연결 링크(105)는 강화 고무, 연성 플라스틱 등의 재질로 구성될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 연결 링크(105)는 내부가 빈 형상이며 일정 강도를 가지고 일정 각도 이상 휘어짐이 가능한 다양한 재질로 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 연결 링크(105)는 구동부(300) 제어에 따라 길이 방향으로 확대되거나 축소될 수 있다. 이를 위하여 연결 링크(105)는 길이 방향 확장을 위한 구조물을 더 포함할 수 있다. 예를 들어 연결 링크(105)는 길이 방향 확장을 위하여 일정 모듈들이 주름진 형태 또는 일단이 서로 연결되며 중첩된 형태로 마련될 수 있으며, 내부 형태는 일정 모듈들을 길이 방향으로 확장시키거나 축소시킬 수 있도록 지원하는 레일과, 레일을 준으로 상기 모듈들을 전진 또는 후진시키는 휠이 마련될 수 있다. 한편 연결 링크(105)의 타측은 구동부(300)에 연결될 수 있다.

한편 본 발명의 연결 링크(105) 중 적어도 일부 영역은 앞서 언급한 바와 같이 굴곡부를 형성할 수 있다. 이때 상기 굴곡부는 아래에서 설명하는 와이어 길이 자동 보상 장치(200)로 대체될 수 있다. 즉 연결 링크(105)는 두 개의 링크로 나누어 질 수 있으며, 이 두 개의 링크 사이에 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 배치될 수 있다. 이때 두 개의 링크는 각각 와이어 길이 자동 보상 장치(200)의 양끝단과 견고하게 결착될 수 있으며, 바람직하게는 밀폐 체결될 수 있다.

와이어(107)는 구동부(300)에서 생성된 동력을 다자유도 관절부(103) 및 도구부(101)에 전달하는 구성이다. 이러한 와이어(107)는 앞서 설명한 다자유도 관절부(103)의 360도 회전 운동, 일정 각도 내의 회절 운동 및 직진 운동 중 적어도 하나를 지원하기 위한 동력 전달부에 연결될 수 있다.

특히 본 발명의 와이어(107)는 구동부(300)에서 생성된 동력 중 다자유도 관절부(103) 또는 도구부(101)를 일정 각도만큼 굴절 또는 회절시킬 수 있도록 쌍으로 마련될 수 있다. 쌍으로 마련된 와이어(107)는 동력 전달부와 연결되어 다자유도 관절부(103) 및 도구부(101)를 일정 방향으로 굴곡될 수 있도록 지원할 수 있다. 이를 위하여 쌍으로 마련된 와이어(107)를 고정시키고 와이어(107) 동작을 지지할 수 있도록 상기 동력 전달부는 휠 형태로 마련되어 다자유도 관절부(103) 일측에 배치될 수 있다. 이에 따라 쌍으로 마련된 와이어(107)는 다자유도 관절부(103)에 마련된 휠과 연결되어 어느 하나의 길이가 감소하도록 휠이 회전하는 동안 다른 하나는 현재 상태를 유지거나 줄어듦으로써 다자유도 관절부(103)를 좌측 또는 우측 방향 등 일정 방향으로 회전할 수 있도록 지원할 수 있다. 이때 굴곡진 영역에서의 와이어(107) 전체 길이가 일정하게 유지되어야 와이어(107)의 장력에 의하여 연결 링크(105)를 굴곡되도록 지원하게 됨으로 와이어(107)의 길이가 굴곡된 영역에서 일정하게 유지되어야 한다. 이를 위하여 본 발명에서는 연결 링크(105) 중 적어도 일부 영역 특히 회절되도록 설계된 영역에 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 배치될 수 있다.

구동부(300)는 본 발명의 수술용 도구(10) 구동에 필요한 다양한 동력을 생성하고, 생성된 동력을 해당 구조물에 전달하는 구성이다. 이를 위하여 구동부(300)는 동력 생성을 위한 모터와, 상기 모터 구동에 필요한 전원, 모터 구동에 의하여 생성된 동력을 해당 구조물 예를 들면 도구부(101) 또는 다자유도 관절부(103)에 전달하기 위한 와이어를 포함할 수 있다. 그리고 구동부(300)는 사용자 지령을 입력받기 위한 입력부를 포함할 수 있다. 입력부는 조이스틱이나, 버튼 등 다양한 형태로 마련될 수 있으며, 특히 입력부는 다자유도 관절부(103)의 회전 운동 및 다자유도 관절부(103) 및 연결 링크(105) 중 적어도 하나의 직진 운동과 일정 각도 범위 내에서의 회절 운동, 도구부(101)의 도구 운동 등을 제어하기 위한 입력 신호를 생성할 수 있는 구조물로 마련될 수 있다. 그리고 구동부(300)는 도구부(101)가 내시경으로 구성된 경우 내시경이 촬영한 영상을 출력할 수 있는 표시부를 더 포함할 수 있다.

한편 본 발명의 구동부(300)는 사용자가 입력부 제어를 통하여 입력한 입력 신호에 따라 와이어(107) 조정을 수행하여 다자유도 관절부(103)의 회절 운동을 지원할 수 있다. 이때 구동부(300)는 와이어(107) 조정 값들을 기반으로 도구부(101)와 다자유도 관절부(103)의 회절 각도를 산출할 수 있다. 그리고 구동부(300)는 산출된 회절 각도에 해당하는 이미지나 텍스트를 표시부를 통하여 제공할 수 있다. 이에 따라 사용자는 구동부(300)의 회절 각도에 대한 정보를 확인하면서 수술용 도구(10)의 운용을 제어할 수 있다. 특히 사용자는 내시경을 운용하면서 수술용 도구(10)의 회절 각도를 함께 확인함으로써 보다 정확하고 면밀한 수술용 도구(10) 제어를 수행할 수 있다.

와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 굴곡진 형태를 가지며, 연결 링크(105) 내측 일정 영역에 배치되어 와이어(107) 운용에 따른 길이를 자동 보상한다. 이를 위하여 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 연결 링크(105)의 내경과 유사한 직경을 가지며 형성될 수 있다. 그리고 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 적어도 두 개의 와이어(107)가 내부에 배치될 수 있는 꼬임홀들을 포함할 수 있다. 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 보다 상세히 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)에 배치되는 와이어의 굴곡 길이 대칭을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)에 의한 와이어 길이 자동 보상을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 내부에 복수의 꼬임홀(210)들이 형성된 복수의 꼬임부(240)들, 이러한 꼬임부(240)들이 외곽에 배치되는 기둥 형상의 중심체(230), 중심체(230)의 중심에 형성되는 중심홀(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 복수의 꼬임부(240)들에 마련된 꼬임홀(210)들에 와이어(107)들이 배치되도록 지원한다. 와이어(107)가 배치된 상기 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 연결 링크(105)의 굴곡 영역에 배치될 수 있다. 이때 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 연결 링크(105)의 굴곡 영역에 고정될 수 있도록 지원하는 고정 구조물 예를 들면 고정 돌기 등이 연결 링크(105) 내측에 마련되거나 와이어 길이 자동 보상 장치(200)의 외측벽에 접착제 등이 마련될 수 있다. 또는 와이어 길이 자동 보상 장치(200)가 연결 링크(105)의 굴곡부를 대체할 수 도 있다. 이를 위하여 와이어 길이 자동 보상 장치(200)의 전체 직경 즉 꼬임부(240)들을 포함하는 전체 직경은 연결 링크(105)의 직경과 동일한 직경을 가지며 형성되거나 보다 작은 크기의 직경을 가질 수 있다.

꼬임부(240)들은 각각의 꼬임홀(210)들을 포함하며, 중심체(230)를 감싸며 휘어진 형태로 배치되는 구성이다. 특히 본 발명의 꼬임부(240)들은 중심체(230)를 감싸며 휘어지데 전체 휘어진 형태가 360도의 정수배만큼 꼬여지도록 배치될 수 있다. 이에 따라 꼬임부(240) 내측에 형성되는 꼬임홀(210)들은 중심체(230)를 감싸는 시작 지점의 위치와 마지막 지점의 위치가 동일 선상에 위치할 수 있다. 굴곡부의 반경이 일정할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 굴곡의 중심 반지름에서 각각 양과 음의 동일한 편차의 반지름 굴곡부 길이는 중심 굴곡부 길이에 각각 양과 음의 동일한 편차의 길이를 가지게 된다. 즉 중심부의 반지름을 r, 굴곡부의 각도를 θ, 중심부 길이를 A, 양의 편차를 갖는 길이를 B, 음의 편차를 갖는 길이를 C라 할 때, 각각의 길이는 다음 수학식 1, 2, 3과 같다.

[수학식 1]

A = rθ

[수학식 2]

B = (r+a)θ

[수학식 3]

C = (r-a)θ

이때, 도 4에 나타낸 바와 같이 360도의 꼬임을 갖는 경우 중심선을 기준으로 중심의 위와 아래에 동일한 길이의 와이어 통로에 해당하는 꼬임홀(210)을 가지게 된다. 결과적으로 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 굴곡 시 중심선을 기준으로 한쪽에 생긴 와이어의 남겨진 또는 부족한 길이는 다른 쪽에 생긴 선의 부족 또는 남겨진 길이와 동일하게 된다. 결과적으로 360도를 정수배만큼 반복하도록 꼬임홀(210)을 구성하면, 꼬임홀(210) 및 꼬임홀(210) 내부에 배치되는 와이어(107)의 길이는 굴곡된 영역에서 남겨지거나 부족함 없이 일정한 길이를 유지할 수 있다.

본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 상술한 특징으로 굴곡부의 반경이 전체적으로 일정함을 유지하는 환경에서 꼬임홀(210)의 크기에 무관하게 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 굴곡부의 반경이 변경되더라도 동일하게 적용할 수 있으며, 굴곡부의 방향에도 관계없이 동일하게 적용 가능하다.

한편 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 꼬임홀(210)의 크기에 무관하게 와이어의 길이를 자동보상하게 된다. 예를 들어 도 2에서 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 6개의 꼬임홀(210)들을 가지는 형태로 도시하였다. 이때 꼬임홀(210)들 중 제1 꼬임홀(211)은 제2 꼬임홀(212)과 서로 다른 직경을 가지며 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 꼬임홀(211)은 제2 꼬임홀(212)보다 큰 직경을 가지거나 또는 제1 꼬임홀(211)은 제2 꼬임홀(212)에 비하여 보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이때 제1 꼬임홀(211)과 제2 꼬임홀(212)을 형성하는 각각의 제1 꼬임부(221) 및 제2 꼬임부(222)는 동일한 굵기를 가지며 형성될 수 있다. 또는 제1 꼬임홀(211)이 제2 꼬임홀(212)보다 큰 직경을 가지며 형성되는 경우 제1 꼬임부(221)가 제2 꼬임부(222)에 비하여 보다 큰 굵기를 가지며 형성될 수 있다.

한편 중심홀(240)은 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 연결 링크(105)의 일정 위치에 고정시키는 역할을 수행하는 구조물이 될 수 있다. 이를 위4하여 앞서 설명한 연결 링크(105)에 고정 돌기가 형성되지 않고 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 중심홀(240)을 관통하는 고정 와이어를 더 포함할 수 있으며, 이 고정 와이어는 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 연결 링크(105)의 일정 위치에 고정시키는 위치 조정 도구로 이용될 수 있다. 이를 위하여 고정 와이어는 중심홀(240) 내측에 배치되는 부분과, 중심홀(240)의 시작부 및 끝단부에서 중심홀(240)에 고정 와이어를 고정시키기 위한 매듭 부분들, 매듭 부분들로부터 신장되는 신장부들을 포함할 수 있다. 여기서 신장부들 각각은 다자유도 관절부(103)에 고정되는 신장부와 구동부(300)에 고정되는 신장부를 포함할 수 있다. 이에 따라 구동부(300)는 연결 링크(105) 내측에 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 배치할 때 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 원하는 위치에 배치시키기 위한 동력을 생성하여 제공할 수 있다. 한편 와이어 길이 자동 보상 장치(200)를 연결 링크(105) 내에서 이동시키기 위하여 신장부들은 단순히 고정되는 것이 아니라 고정된 후 구동부(300)의 동력에 따라 전방 또는 후방 이동을 수행하여 길이 조절이 될 수 있다. 이 길이 조절에 따라 결과적으로 와이어 길이 자동 보상 장치(200)의 연결 링크(105) 내 위치가 결정될 수 있다. 한편 중심홀(240)에 고정 와이어가 배치되는 것을 예로 하여 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명의 중심홀(240)에는 다자유도 관절부(103) 및 도구부(101) 제어를 위한 동력을 전달하는 와이어가 배치될 수도 있다. 또한 본 발명에서 상기 중심홀(240)은 설계자의 의도에 따라 생략될 수 있다.

한편 본 발명의 꼬임부(240)들은 내측에 마련된 꼬임홀(210)에 와이어(107) 삽입을 용이하게 하기 위여 측벽이 제거된 개구부(240)를 포함할 수 있다. 이 개구부(240)는 꼬임홀(210)을 구성하는 꼬임부(240)의 외벽을 길이 방향으로 가로지르며 일정 갭으로 형성될 수 있다. 꼬임부(240)가 중심체(230)의 외벽을 따라 꼬이는 형태로 마련됨으로 상기 개구부(240) 또한 꼬임부(240) 형태에 따라 꼬이는 형태로 마련될 수 있다. 이에 따라 사용자는 와이어(107)를 와이어 길이 자동 보상 장치(200)에 삽입하는 과정에서 꼬임부(240)에 길이 방향으로 형성된 개구부(240)를 통하여 와이어(107) 일측을 삽입할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 와이어(107)가 다자유도 관절부(103) 및 구동부(300) 사이에 이미 설치가 완료된 이후에도 사용자의 필요에 따라 설치 및 해체를 용이하게 할 수 있도록 지원한다.

한편 본 발명의 와이어 길이 자동 보상 장치(200)는 상술한 개구부(240)로 인하여 꼬임홀(210)에 삽입되는 와이어(107)의 직경이 꼬임홀(210)의 직경보다 큰 경우라도 어느 정도 수용할 수 있도록 지원할 수 있다. 즉 와이어(107)의 직경이 꼬임홀(210)보다 다소 큰 경우 와이어(107)를 개구부(240)를 통하여 삽입하면서 꼬임홀(210)에 안착시키는 경우 개구부(240)가 최초 상태보다 크게 벌어진 상태가 유지되면서 개구부(240)의 양 옆 꼬임부(240)가 와이어(107)를 고정시키게 된다. 이에 따라 실질적으로 꼬임홀(210)의 직경이 와이어(107)의 직경에 대비되는 만큼 꺼짐과 아울러 개구부(240)의 크기가 보다 크게 확장될 수 있다. 이를 위하여 꼬임부(240)는 탄성을 가지는 재질로 마련될 수 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 : 수술용 도구 101 : 도구부
103 : 다자유도 관절부 105 : 연결 링크
107 : 와이어 200 : 와이어 길이 자동 보상 장치
210, 211, 212 : 꼬임홀 220, 221, 222 : 꼬임부
230 : 중심체 240 : 개구부
300 : 구동부

Claims

기둥 형상의 중심체;
상기 중심체의 표면상에 배치되데 중심체의 시작과 끝단에서 360도의 정수배로 꼬임을 가지는 복수의 꼬임부들;
상기 꼬임부들 내부에 형성되는 꼬임홀들;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 중심체의 중앙을 직선으로 관통하는 중심홀;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 꼬임홀들 중 적어도 하나는
다른 꼬임홀들과 직경이 다른 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 꼬임부들 중 적어도 하나는
다른 꼬임부들의 굵기와 다른 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 꼬임홀이 외부에 노출되도록 상기 꼬임부의 일부가 길이 방향으로 제거되어 마련되는 개구부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 중심체와 상기 꼬임부들은
휘어짐이 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 와이어 길이 자동 보상 장치;
상기 꼬임홀들 내에 배치되는 와이어;
동력을 생성하여 상기 와이어에 동력을 전달하는 구동부;
상기 와이어와 체결되며 와이어 길이 조정에 따라 일정 각도 범위 내에서 회절하는 다자유도 관절부;
내부가 빈 형상으로 마련되며 적어도 일부가 외부 물리력에 의하여 굴곡될 수 있도록 구성되며 상기 와이어 길이 자동 보상 장치가 내측에 배치되거나 일부 영역으로 대체되는 연결 링크;
상기 다자유도 관절부 말단에 배치되어 도구부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치를 포함하는 수술용 도구.
제7항에 있어서,
상기 연결 링크 일측에 마련되어 상기 와이어 길이 자동 보상 장치를 일정 위치에 고정시키기 위한 고정 구조물;
상기 중심체 내측을 관통하며 상기 구동부 제어에 따라 상기 연결 링크 내에서의 상기 와이어 길이 자동 보상 장치 위치 조정을 지원하는 고정 와이어;
상기 와이어의 굴곡진 형태에 대응하는 텍스트나 이미지 중 적어도 하나를 출력하도록 상기 구동부 일측에 마련되는 표시부;
중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 길이 자동 보상 장치를 포함하는 수술용 도구.