KR101689454B1 - 외과용 기구 배열체, 외과용 기구를 위한, 특히 로봇에 의해 안내되는 외과용 기구를 위한 드라이브 트레인 배열체, 및 외과용 기구 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 외과용 기구 배열체는 일 양상에 따르면 적어도 하나의 아웃풋 요소 (10A, 10B; 100; 1000) 를 갖는 아웃풋 배열체를 구비하는 모듈식 모터 드라이브 유닛 (1) 과; 상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결 가능한, 그리고 적어도 하나의 인풋 드라이브 요소 (20A, 20B; 200; 2000) 를 갖는 드라이브 배열체를 구비하는 기구 샤프트 (2) 를 구비하며, 이때 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링될 수 있고, 상기 기계적 인터페이스는 적어도 하나의 일측 링키지 (10A-20A, 10B, 20B) 와; 핀 (100) 과 컷아웃부를 구비하며, 이때 상기 핀은 상기 컷아웃부 안에서 방사상으로, 특히 탄성적으로 그리고/또는 적어도 하나의 별도의 몸체 (100.1) 를 통해 확장될 수 있고, 그리고/또는 상기 핀과 상기 컷아웃부 사이에, 방사상 방향에서 물결 모양인 틈새가 형성되며, 상기 틈새 안에는, 방사상으로 이동 가능한, 축방향으로 고정된 중간요소 배열체 (100.7) 가 배치되고; 그리고/또는 상기 기계적 인터페이스는 틸팅 레버 (1000) 를 구비한다.
Description
본 발명의 일 양상은 외과용 기구 배열체, 매니퓰레이터에 의해 안내되는 이러한 기구 배열체를 갖는 매니퓰레이터 수술 시스템, 및 이러한 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 설치하기 위한 방법에 관한 것이다.
예컨대 EP 1 015 068 A1 에는 매니퓰레이터에 의해 안내되는 외과용 기구를 갖는 매니퓰레이터 수술 시스템이 공지되어 있으며, 상기 외과용 기구의 자유도는 상기 매니퓰레이터 안의 드라이브 트레인 배열체를 통해 액추에이팅되고, 이는 특히 무균성 요구와 관련하여 상기 매니퓰레이터에의 상기 기구의 결속을 어렵게 한다.
DE 10 2009 060 987 A1 은 기구의 자유도를 액추에이팅하기 위한 자신의 드라이브 유닛 (drive unit) 을 갖는 외과용 매니퓰레이터 기구를 공개하고 있으며, 상기 기구는 커플링 요소를 갖는 기계적 인터페이스를 구비하고, 상기 커플링 요소는 무균성 요구에 응하지 않으며 그 밖의 커플링 요소의 언더컷 굽힘부 안으로 맞물린다.
본 발명의 일 양상의 목적은 개선된 외과용 기구를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항, 제 11 항 또는 제 12 항의 특징들을 갖는 외과용 기구 배열체를 통해 달성된다. 청구항 제 13 항은 이러한 기구 배열체를 갖는 매니퓰레이터 수술 시스템을 보호하에 두며, 청구항 제 14 항은 이러한 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 설치하기 위한 방법을 보호하에 둔다. 종속항들은 유리한 개선들에 관한 것이다.
본 발명의 그 밖의 양상은, 특히 로봇에 의해 안내되는, 외과용 기구의 엔드 이펙터 (end effector) 의 적어도 하나의 자유도를 액추에이팅하기 위한 드라이브 트레인 배열체, 드라이브 모듈, 이러한 기구의 기구 샤프트, 이러한 기구 샤프트 및/또는 드라이브 모듈을 갖는 기구, 매니퓰레이터에 의해 안내되는 적어도 하나의 이러한 기구를 갖는 매니퓰레이터 배열체, 및 이러한 기구, 특히 그의 드라이브 및/또는 수동 (manual) 원격조종 수단 (teleoperation means) 을 제어하기 위한 방법 및 제어 수단에 관한 것이다.
로봇에 의해 안내되는 최소 침습 외과용 기구는 일반적으로 기구 샤프트를 구비한다. 트로카 (trocar) 를 통해 부분적으로 도입된 기구 샤프트에 있어서, 원위 (distal) 또는 체내 기구 샤프트 단부는 아직 최대 4개의 자유도에 있어서 상기 로봇에 의해 움직여질 수 있다 (트로카점 (trocar point) 을 통한 3개의 회전축과 샤프트축의 방향으로의 병진운동).
최소 침습 수술영역에서 보다 많은 자유도를 제공받기 위해, WO 2009/079301 A1 에는 엔드 이펙터를 관절식으로 원위 기구 샤프트 단부에 설치하고, 드라이브 트레인 배열체를 통해 추가적으로 액추에이팅하는 것이 공지되어 있다. 예컨대, 이렇게 겸자가 폐쇄될 수 있거나 또는 내시경 광학계가 방향전환될 수 있다.
외과용 로봇을 조작하는 원격조종자에게 수술영역으로부터의 햅틱 (haptic) 회신을 주기 위해, WO 2009/079301 A1 은 기구 샤프트와 엔드 이펙터 베어링 사이에 6축 힘/모멘트 센서를 배치하는 것을 제안한다.
이 해결책의 단점은 도 34 를 근거로 명료히 설명될 수 있다: 거기에는, 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 기구 샤프트 (20) 가 도시되고, 상기 기구 샤프트에는 2개의 날 (2.1, 2.2) 을 갖는 겸자 형태의 엔드 이펙터가 배치된다. 날 (2.1) 은 2개의 역방향 드라이브 트레인 (21, 22) 을 통해 그의 회전자유도 (q1) 에 있어서 상기 기구 샤프트에 대해 이동 가능하며, 날 (2.2) 은 이에 상응한다. 상기 겸자가 내강 (lumen) (도시되지 않음) 에서 작용하면, 반응력들 (FE1 또는 FE2) 이 상기 겸자에 작용한다. 이 힘들은 도 34 에 도시된 상태에서 기구 샤프트 (20) 안의 힘들을 초래하지 않는데, 왜냐하면 그들의 합성력이 사라지기 때문이다. 상응하여, WO 2009/079301 A1 이 제안하는 힘/모멘트 센서는 원격조종자에게 겸자에 의해 가해진 힘들에 관한 회신을 전달할 수 없는데, 왜냐하면 상기 센서는 실제로 가해진 클램핑력들 (FE1, FE2) 과 상관없이 상기 기구 샤프트 안의 힘 또는 모멘트를 검출하지 않기 때문이다.
본 발명의 일 양상의 목적은 개선된 외과용 기구를 제공하고 그리고/또는 그의 제어를 개선시키는 것이다.
이 목적은 청구항 제 15 항의 특징들을 갖는 외과용 기구의 엔드 이펙터를 액추에이팅하기 위한 드라이브 트레인 배열체를 통해 달성된다. 청구항들 제 23 항 내지 제 25 항은 드라이브 모듈, 이러한 드라이브 트레인 배열체를 갖는 기구 샤프트 또는 기구를 보호하에 두며, 청구항들 제 26 항 내지 제 28 항은 이러한 기구를 갖는 매니퓰레이터 배열체, 이러한 기구를 제어하기 위한 방법 또는 제어 수단을 보호하에 둔다. 종속항들은 유리한 개선들에 관한 것이다.
본 발명의 그 밖의 양상은 적어도 하나의 자유도와, 상기 자유도를 액추에이팅하기 위한 드라이브 유닛을 갖는 기구 샤프트를 갖는, 특히 로봇에 의해 안내되는, 외과용 기구, 기구 샤프트, 및 드라이브 유닛에 관한 것이다.
WO 2011/143022 A1 에는 4개의 드라이브 유닛을 갖는, 로봇에 의해 안내되는 외과용 기구가 공지되어 있으며, 상기 4개의 드라이브 유닛은 케이크 유형으로 베이스 플레이트에 배치되고, 각각 다수의 드라이브 모듈을 구비한다. 상기 드라이브 모듈들은 각각 상기 드라이브 유닛과 연결된 기구 샤프트의 인풋 부재 (input drive member) 를 액추에이팅하기 위한 다수의 이동 가능한 또는 회전 가능한 아웃풋 부재 (output member) 를 구비한다.
상기 드라이브 유닛들은 각각 상기 베이스 플레이트에 대해 능동적으로 뽑았다 접었다 할 수 있는데 (telescopic), 왜냐하면 그들의 기구 샤프트를 하나의 공통의 가이드 카뉠레를 통해 도입 또는 배출시키기 위해서이다. 아웃풋 부재들은 인풋 부재들 쪽으로 원위에 또는 커플링 방향에서 돌출해 있고, 상기 커플링 방향은 기구 샤프트의 세로축에 대해 평행하며, 상기 아웃풋 부재들은 여유공간 없는 접촉을 안전하게 하기 위해 이 원위 방향에서 탄성적으로 예비인장된다 (pretensioned).
본 발명의 일 양상의 목적은 개선된 외과용 기구를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 29 항의 특징들을 갖는 외과용 기구를 통해 달성된다. 청구항 제 33 항은 외과용 기구를 위한 기구 샤프트를 보호하에 두며, 청구항 제 37 항은 드라이브 유닛을 보호하에 둔다. 종속항들은 유리한 개선들에 관한 것이다.
본 발명의 그 밖의 양상은, 특히 로봇에 의해 안내되는 그리고/또는 최소 침습적인, 외과용 기구, 드라이브 모듈, 이러한 기구의 기구 샤프트, 및 그들을 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.
예컨대 WO 2011/143022 A1 에는 기구 샤프트를 갖는, 로봇에 의해 안내되는 최소 침습 기구가 공지되어 있으며, 상기 기구 샤프트는 로봇에 의해, 자연적인 또는 인공적인 작은 개구부를 통해 환자 안으로 도입된다. 특히 엔드 이펙터의 체내 자유도를 액추에이팅하기 위해, 체외 드라이브 모듈은 상기 기구 샤프트와 탈착 가능하게 연결된다.
본 발명의 일 양상의 목적은 유리한 외과용 기구를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 44 항의 특징들을 갖는 외과용 기구를 통해 달성된다. 청구항 제 56 항은 이러한 기구를 위한 드라이브 모듈을 보호하에 두며, 청구항 제 57 항은 기구 샤프트를 보호하에 두고, 청구항 제 58 항은 그들을 연결하기 위한 방법을 보호하에 둔다. 종속항들은 유리한 개선들에 관한 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 특히 매니퓰레이터에 의해 안내되는, 외과용 기구 배열체는 모듈식 (modular) 모터 드라이브 유닛을 구비하며, 상기 드라이브 유닛은 하나 또는 다수의 아웃풋 요소를 갖는 아웃풋 배열체를 구비한다. 아웃풋 요소란 본 경우 특히 상기 드라이브 유닛의 모터, 특히 전기모터를 통해 직접 또는 간접적으로 액추에이팅될 수 있는 또는 이동방향에서 이동 가능하고 상기 기구의 자유도를 액추에이팅하기 위해 제공된, 일체형의 또는 여러 부분으로 이루어진 요소 또는 부품을 말한다. 상기 드라이브 유닛은 이 실시에 있어서 케이블 없이 또는 케이블을 기반으로 에너지를 공급받을 수 있고 그리고/또는 제어될 수 있다.
상기 기구 배열체는 또한 기구 샤프트를 구비하며, 상기 기구 샤프트는, 특히 최소 침습 수술을 위한, 특히 또한 내시경 검사법을 위한 개구부를 통해 부분적으로 환자 안으로 도입되도록 제공된다. 상기 기구 샤프트는 완전히 또는 부분적으로 뻣뻣하게 또는 플렉시블하게 형성될 수 있고 그리고/또는 엔드 이펙터를 구비할 수 있으며, 특히 외과용 메스, 가위, 집게, 겸자, 광학적 촬영 수단 및/또는 조명 수단, 특히 광 도파관 단부, CCD-Chip (이른바 “chip-on-the-tip” 내시경), LED 또는 그와 같은 것을 구비할 수 있다. 이 점에 있어서는, 특히 액추에이팅될 수 있는, 특히 구부러질 수 있는 내시경도 본 발명의 의미에서의 기구 샤프트이다. 본 발명의 의미에서의 기구 샤프트는 일반적으로 하나 또는 다수의 자유도, 특히 포지셔닝하기 위한, 특히 방위를 정하기 위하고/또는 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 하나 또는 다수의 자유도를 갖는다. 개선에 있어서, 상기 기구 샤프트는 방위를 정하기 위한 2개, 3개 또는 그 이상의 자유도, 특히 회전자유도 및/또는 엔드 이펙터를 작동시키기 위한, 특히 개방 또는 폐쇄하기 위한 하나 또는 다수의, 특히 최대한 하나의, 자유도를 갖는다. 액추에이팅하기 위해 상기 기구 샤프트는 하나 또는 다수의 인풋 요소를 갖는 드라이브 배열체를 구비한다. 인풋 요소란 본 경우 특히 상기 드라이브 유닛의 할당된 아웃풋 요소를 통해 직접 또는 간접적으로 액추에이팅될 수 있는 또는 이동 방향에서 이동 가능하고 상기 기구의 자유도를 액추에이팅하기 위해 제공된, 일체형의 또는 여러 부분으로 이루어진 요소 또는 부품을 말한다. 상기 인풋 요소는 이를 위해 특히 단방향 또는 양방향에서 엔드 이펙터와 커플링될 수 있으며, 일 실시에 있어서, 특히 하나 또는 다수의 전동 (傳動) 로프, 로드 (rod) 들, 톱니바퀴들을 이용해, 기계적으로, 유압적으로, 공압적으로 또는 그와 같이 커플링될 수 있고, 이때 단방향 커플링이란 특히, 예컨대 단지 한 당김 방향에서만의 전동 로프를 통해 자유도가 상기 인풋 요소의 이동을 통해 단지 한 방향센스 (directional sense) 에서만 액추에이팅될 수 있는 식의 커플링을 말하며, 양방향 커플링이란 상응하여 특히, 예컨대 당김 방향 또는 누름 방향으로의 푸시 로드 (push rod) 를 통하여 자유도가 상기 인풋 부재의 이동을 통해 역방향으로 액추에이팅될 수 있는 식의 커플링을 말한다.
상기 기구 샤프트는 상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결 가능하고, 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링 가능하다. 개선에 있어서, 상기 기구 샤프트는 상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결되고, 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링된다. 그러면 상기 기구 배열체는 간략히 기구라고도 불리운다. 하지만, 일 실시에 있어서, 2개 또는 그 이상의 여러 가지 드라이브 유닛 및/또는 2개 또는 그 이상의 여러 가지 기구 샤프트도 제공될 수 있고, 그들은 선택적으로 하나의 기구 샤프트 또는 하나의 드라이브 유닛과 연결 가능하고, 특히 액추에이팅된 자유도의 개수에 있어서 구별될 수 있다. 그러므로, 보다 간략히 설명하기 위해, 본 경우 일반적으로 하나 또는 다수의 드라이브 유닛과 하나 또는 다수의 기구 샤프트로 이루어진 세트의 의미에서의 기구 배열체라고 부르며, 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트는 탈착 가능하게 서로 연결 가능하고 또는 연결된다.
상기 기구 배열체 또는 상기 기구, 특히 상기 드라이브 유닛 또는 상기 기구 샤프트는 일 실시에 있어서 탈착 가능하게 매니퓰레이터에 고정되고, 이를 위해 개선에 있어서 상응하는 결속 인터페이스를 구비할 수 있다. 상응하여, 본 발명의 일 양상은 매니퓰레이터에 설치하기 위한 방법에 관한 것이며, 이때 드라이브 유닛과 기구 샤프트는 탈착 가능하게 서로 연결되고, 그들의 아웃풋 배열체와 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링된다. 상기 기구를 (여유롭게) 안내하기 위해, 특히 그의 엔드 이펙터를 환자 안에 포지셔닝하기 위해, 상기 매니퓰레이터는 일 실시에 있어서 하나 또는 다수의, 특히 적어도 6개의, 바람직하게는 7개 또는 그 이상의 자유도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 관점은 상기 기계적 인터페이스의 구현형태에 관한 것이며, 상기 기계적 인터페이스를 이용해 아웃풋 배열체와 드라이브 배열체가 서로 커플링 가능하고 또는 서로 커플링된다.
일 양상에 따르면, 이 인터페이스는 서로 할당된 아웃풋 요소와 인풋 요소로 이루어진 하나 또는 다수의 쌍 사이의 각각 하나의 일측 링키지 (linkage) 를 구비한다. 일측 링키지 또는 커플링이란 본 경우 특히, 기계공학에서 통례적인 바와 같이, 한 방향 또는 방향센스에서의 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소 중 하나의 운동이 구속되어 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소 중 다른 것의 운동을 초래하고, 이와 달리, 반대방향 또는 역방향에서의 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소 중 하나의 운동이 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소 중 다른 것의 구속 운동 (constrained motion) 을 초래하지 않는 식으로 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소가 서로 커플링되는 것을 말한다. 특히, 일측 링키지는, 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이에 직접 또는 간접적으로 압축력만 전달 가능하고 장력은 전달 가능하지 않다는 점에 의해 특징지어질 수 있고, 이때 본 경우 보다 간략히 설명하기 위해 우력, 즉 토크도 일반적으로 힘이라고 불리운다. 일측 링키지는 상응하여 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이에 직접 또는 간접적으로 토크만 한 방향에서 전달 가능하고, 이와 달리 반대방향에서는, 적어도 본질적으로, 토크가 전달 가능하지 않다는 점에 의해 특징지어질 수 있다. 양측 링키지란 본 경우 상응하여 특히 아웃풋 요소와 인풋 요소의 역방향 운동들이 구속되어 각각 다른 요소로 전달되는 것을 말하며, 특히 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이에 직접 또는 간접적으로 압축력과 장력 또는 역방향 토크가 전달 가능하다는 것을 말한다.
이러한 일측 링키지는 유리하게는 무균 장벽 (sterile barrier) 을 넘어서 작용할 수 있다. 특히, 일 실시에 있어서 아웃풋 요소와 할당된 인풋 요소는 무균 장벽의 마주 보고 있는 측들에 배치되고, 상기 무균 장벽과 접촉할 수 있으며, 이때 상기 아웃풋 요소와 상기 인풋 요소 중 적어도 하나는 상기 무균 장벽과 연결되지 않고 또는 그로부터 풀릴 수 있다. 이러한 방식으로, 간단히 그리고 콤팩트하게 무균 장벽이 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치될 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체를 서로 커플링 가능하게 하는 또는 커플링하는 상기 기계적 인터페이스는 각각 하나의 컷아웃부 (cut-out) 를 구비하며, 상기 컷아웃부는 서로 할당된 아웃풋 요소와 인풋 요소로 이루어진 하나 또는 다수의 쌍의 한 요소 안에 형성되고, 상기 기계적 인터페이스는 각각 하나의 핀 (pin) 을 구비하며, 상기 핀은 이 쌍의 다른 요소에 형성되고, 이 컷아웃부 안으로 도입 가능하고 또는 도입된다. 즉, 특히, 하나 또는 다수의 아웃풋 요소는 각각 하나 또는 다수의 핀을 구비할 수 있고, 그들에 할당된 인풋 요소는 상응하는 컷아웃부들을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 다수의 인풋 요소는 각각 하나 또는 다수의 핀을 구비할 수 있고, 그들에 할당된 아웃풋 요소들은 상응하는 컷아웃부들을 구비할 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 핀 또는 핀들은 상기 각각의 컷아웃부 안에서 방사상으로, 특히 탄성적으로 그리고/또는 별도의 몸체 (body) 를 통해, 확장될 수 있고 또는 확장되며, 따라서 상기 핀은 상기 컷아웃부 안에, 특히 축방향으로 고정되어 그리고/또는 회전 불가능하게, 고정 가능하고 또는 고정된다. 일 실시에 있어서, 핀은 방사상 확장을 통해 마찰 결합식으로 상기 컷아웃부 안에 고정될 수 있고 또는 고정되어 있을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 핀은 방사상 확장을 통해 형상 결합식으로 상기 컷아웃부 안에 고정될 수 있고 또는 고정되어 있을 수 있다. 무균 장벽은 특히 핀과 컷아웃부 사이에, 특히 클램핑되어, 배치되어 있을 수 있고 또는 배치될 수 있고, 이렇게 간단히 그리고 콤팩트하게 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치될 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 기계적 인터페이스의 각각 하나의 컷아웃부 안으로 도입된 하나 또는 다수의 핀을 방사상으로 확장시키기 위한 클램핑 수단이 제공된다. 이 클램핑 수단은 개선에 있어서 수동으로 또는 기계적으로 액추에이팅될 수 있으며, 특히 자신의, 바람직하게는 전동식의, 클램핑 수단 드라이브를 통해 액추에이팅될 수 있다. 상기 클램핑 수단은 특히 기계적으로, 유압적으로, 공압적으로 그리고/또는 전자기적으로 액추에이팅될 수 있다. 예컨대, 클램핑 수단 드라이브는, 상기 컷아웃부 안으로의 상기 핀의 도입 후, 특히 상기 드라이브 배열체의 조절 또는 액추에이팅을 통해, 상기 클램핑 수단 드라이브가 상기 핀을 방사상으로 확장시키도록 경로 제어되거나 또는 힘제어될 수 있다. 상기 핀은 일체형으로 또는 여러 부분으로 이루어져 상기 아웃풋 요소 또는 상기 인풋 요소와 함께 형성될 수 있고, 특히 별도의 및/또는 탄성적인 몸체로서 형성될 수 있고, 상기 몸체는 나머지 아웃풋 요소 또는 인풋 요소와 탈착 가능하게 또는 탈착 가능하지 않게, 특히 재료 결합으로 연결되고, 바람직하게는 접착될 수 있다.
탄성적으로 방사상으로 확장시키기 위해, 상기 핀, 특히 그의 탄성적 몸체는 개선에 있어서 플라스틱, 특히 폴리우레탄 및/또는 실리콘으로 제조될 수 있다. 비탄성적으로 확장시키기 위해, 상기 핀은 하나 또는 다수의 별도의, 특히 라멜라 (lamella) 유형의 몸체를 구비할 수 있으며, 상기 몸체들은 방사상으로 이동 가능하게, 특히 축 둘레로 방사상으로 바깥쪽으로 선회 가능하거나 또는 병진적으로 이동 가능하게, 상기 핀 안에서 또는 나머지 아웃풋 요소 또는 인풋 요소 안에서 안내되고, 바깥쪽으로의 방사상 이동을 통해, 특히 선회를 통해, 상기 핀을 본 발명의 의미에서 방사상으로 확장시킬 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 핀은 관통하는 또는 블라인드 홀 (blind hole) 유형의 내부 보어를 구비할 수 있고, 상기 내부 보어는 상기 핀을 방사상으로 확장시키기 위해 예컨대 유압적으로 또는 공압적으로 가압된다. 상기 클램핑 수단의 스터드는 상기 핀 안의 관통 보어를 관통할 수 있으며, 클램핑 수단 드라이브와 마주 보고 있는 측에서 플랜지 (flange) 를 구비할 수 있고, 상기 플랜지의 지름은 상기 관통 보어보다 크다. 상기 클램핑 수단 드라이브를 통해 상기 핀 쪽으로 상기 플랜지를 조임으로써, 상기 핀은 상기 플랜지와 상기 클램핑 수단 드라이브 사이에서 축방향으로 압축될 수 있고, 따라서 그는 방사상으로 확장된다. 마찬가지로, 상기 스터드는 축방향에 있어서 방사상으로 확장되는, 특히 원뿔 모양의, 윤곽을 구비할 수 있고, 따라서 상기 핀 안에서의 상기 스터드의 축방향 이동은 상기 핀을 방사상으로 확장시키고, 특히 탄성적으로 또는 별도의 몸체들의 이동을 통해 방사상으로 바깥쪽으로 확장시킨다.
다른 양상에 따르면, 상기 컷아웃부와, 그 안으로 도입된 상기 핀 사이에, 방사상 방향에서 파형의 유극이 형성되고, 상기 유극 안에는 하나 또는 다수의 중간요소를 갖는 중간요소 배열체 (intermediate element arrangement) 가 배치되며, 상기 중간요소들은 - 특히 상기 드라이브 유닛과 또는 상기 기구 샤프트와 단단히 연결된 케이지 (cage) 를 통해 - 방사상으로 이동 가능하게 그리고 축방향으로 고정되어 안내된다. 이제 상기 핀이 (상기 컷아웃부가) 축방향으로 이동되면, 상응하여 상기 핀의 (상기 컷아웃부의) 물결 모양의, 상기 컷아웃부 (상기 핀) 를 향한 외부(내부) 벽도 이동된다. 이는 형상 결합식으로 상기 상응하는 중간요소들을 방사상 방향에서 이동시키고, 상기 중간요소들은 그들의 편에서 형상 결합식으로 상기 컷아웃부의 (상기 핀의) 상응하는 축방향 이동을 강요한다. 이러한 방식으로, 축방향 이동이 특히 핀 또는 컷아웃부로부터 상기 컷아웃부 또는 상기 핀으로 형상 결합식으로 구속되어 전달될 수 있다. 무균 장벽은 또다시 특히 핀과 컷아웃부 사이에, 특히 핀과 중간요소 배열체 사이에 또는 중간요소 배열체와 컷아웃부 사이에 배치될 수 있고, 특히 클램핑되어 있을 수 있고 또는 클램핑될 수 있고, 이렇게 간단히 그리고 콤팩트하게 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치될 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 기계적 인터페이스는 아웃풋 요소와 인풋 요소로 이루어진 하나 또는 다수의 쌍을 커플링하기 위한 각각 하나의 틸팅 레버 (tilting lever) 를 구비한다. 틸팅 레버란 본 경우 통례적인 방식으로 특히 한 부위에서는, 특히 한 단부에서는 회전 가능하게 설치된, 그리고 그와 축방향으로 간격을 둔 부위에서는, 특히 마주 보고 있는 단부에서는, 형상 결합식으로 회전 가능한 또는 이동 가능한 연결 링크를 통해 구속되는 레버를 말한다. 무균 장벽은 특히 틸팅 레버와 연결 링크 사이에, 특히 클램핑되어, 배치되어 있을 수 있고 또는 배치될 수 있고, 이렇게 간단히 그리고 콤팩트하게 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치될 수 있다. 특히, 아웃풋 요소는 틸팅 레버로서 형성될 수 있고, 할당된 인풋 요소는 연결 링크로서 형성될 수 있다. 마찬가지로, 인풋 요소는 틸팅 레버로서 형성될 수 있고, 할당된 아웃풋 요소는 연결 링크로서 형성될 수 있다.
상기 언급된 양상들 중 하나의 실시에 있어서, 상기 아웃풋 배열체의 하나 또는 다수의 아웃풋 요소는 병진적으로 이동 가능하게 안내될 수 있고 또는 액추에이팅될 수 있다. 예컨대, 아웃풋 요소는 리니어 모터의 아웃풋 축을 형성할 수 있고 또는 이러한 아웃풋 축과 커플링될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 드라이브 배열체의 하나 또는 다수의 인풋 요소는 병진적으로 이동 가능하게 안내될 수 있고 또는 액추에이팅될 수 있다. 예컨대, 인풋 요소는 엔드 이펙터와 관절식으로 연결된 로드를 형성할 수 있고 또는 이러한 로드와 커플링될 수 있다. 마찬가지로, 인풋 요소는 예컨대 기구 자유도를 액추에이팅하기 위한 당김 로프와 연결될 수 있다.
마찬가지로, 상기 아웃풋 배열체의 하나 또는 다수의 아웃풋 요소는 회전적으로 이동 가능하게 안내될 수 있고 또는 액추에이팅될 수 있다. 예컨대, 아웃풋 요소는 회전모터의 아웃풋 축을 형성할 수 있고 또는 이러한 아웃풋 축과 커플링될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 드라이브 배열체의 하나 또는 다수의 인풋 요소는 회전적으로 이동 가능하게 안내될 수 있고 또는 액추에이팅될 수 있다. 예컨대, 인풋 요소는 샤프트일 수 있고, 상기 샤프트 위에, 기구 자유도를 액추에이팅하기 위한 당김 로프가 감겨진다.
상기 언급된 양상들 중 하나의 실시에 있어서, 하나 또는 다수의 아웃풋 요소는, 커플링 수단의 병진 운동이 상기 요소의 회전 운동으로 전환되도록 상기 커플링 수단과 커플링된다. 마찬가지로, 하나 또는 다수의 아웃풋 요소는, 커플링 수단의 회전 운동이 상기 요소의 병진 운동으로 전환되도록 상기 커플링 수단과 커플링될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 또는 다수의 인풋 요소는, 상기 요소의 병진 운동이 커플링 수단의 회전 운동으로 전환되도록 상기 (그 밖의) 커플링 수단과 커플링될 수 있다. 마찬가지로, 하나 또는 다수의 인풋 요소는, 상기 요소의 회전 운동이 커플링 수단의 병진 운동으로 전환되도록 상기 (그 밖의) 커플링 수단과 커플링될 수 있다.
개선에 있어서, 커플링 수단은 회전 스러스트 베어링 (rotary thrust bearing) 을 구비할 수 있으며, 특히 연결 링크와 병진적으로 이동 가능한 회전관절을 구비할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 커플링 수단은 회전 가능하게 설치된 레버 또는 회전 가능하게 설치된 로커 (rocker), 또는 회전 베어링점을 갖는 레버를 구비할 수 있으며, 상기 회전 베어링점은 2개의 인출부, 예컨대 그 밖의 회전 베어링점들, 로프 고정부들 또는 그와 같은 것들 사이에 배치된다. 특히, 이러한 방식으로 상기 커플링 수단의 회전 운동은 기계적으로 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 병진 운동으로 전환될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 커플링 수단은 치형부, 특히 2개의 서로 맞무는 또는 서로 맞물리는 치형부를 구비할 수 있고, 개선에 있어서 상기 치형부들 중 하나는 회전적으로 그리고 다른 것도 마찬가지로 회전적으로, 특히 맞물리는 스퍼 기어로서, 움직일 수 있게 설치되고 또는 병진적으로, 특히 웜 기어 또는 랙 기어로서, 움직일 수 있게 설치된다.
상기 언급된 양상들 중 하나의 실시에 있어서, 상기 기구 샤프트는 플랜지를 구비하며, 이때 상기 기계적 인터페이스는 이 플랜지의, 엔드 이펙터를 향하는 표면에 배치된다. 개선에 있어서, 상기 드라이브 유닛은 상기 기구 샤프트를 통과시키기 위한 상응하는 컷아웃부를 구비하며, 이는 본 경우 후방 로더 (loader)-배열이라고도 불리운다. 마찬가지로, 상기 기계적 인터페이스는 이 플랜지의, 엔드 이펙터로부터 멀리 향하는 표면에 배치될 수 있고, 따라서 상기 드라이브 유닛은 마찬가지로 상기 기구 샤프트의, 엔드 이펙터로부터 멀리 향하는 측에 배치될 수 있고, 이는 본 경우 전방 로더-배열이라고도 불리운다. 대안적인 구현형태에 있어서, 상기 기계적 인터페이스는 상기 기구 샤프트의 상기 플랜지의 옆 표면에 배치될 수 있고, 이는 본 경우 측면 로더-배열이라고도 불리운다.
특히 상기 기계적 인터페이스가 일측 링키지를 구비하면, 일 실시에 있어서 하나 또는 다수의 아웃풋 요소 및/또는 하나 또는 다수의 인풋 요소는 그들의 각각의 이동방향과 반대로 예비인장될 수 있고, 특히 스프링 수단을 통해 예비인장될 수 있다. 이러한 방식으로, 일측 링키지에 있어서도 한 요소는 상기 스프링 수단을 통해 결속방향과 반대로도 다른 요소를 따라갈 수 있다. 양측 링키지들, 예컨대 방사상으로 확장된 핀, 중간요소 배열체 또는 틸팅 레버에 있어서도, 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 예비인장은 그의 이동방향과 반대로 유리하게는 여유공간을 감소시킬 수 있다.
마찬가지로, 특히, 한 아웃풋 요소와 할당된 한 인풋 요소 사이에 일측 링키지가 형성되면 그 밖의 아웃풋 요소와 할당된 인풋 요소가 제공될 수 있고, 그의 일측 링키지는 상기 한 아웃풋 요소와 상기 한 인풋 요소에 대해 역방향이다. 다른 말로 하자면, 자유도를 역방향으로 액추에이팅하기 위해 또는 2개의 반대방향에서 자유도를 액추에이팅하기 위해, 역방향으로 작용하는 아웃풋 요소들 또는 인풋 요소들로 이루어진 각각 한 쌍이 제공될 수 있다. 이는 본 경우 특히 한 쌍의 아웃풋 요소의 액추에이팅이 이 쌍의 다른 아웃풋 요소를, 특히 기계적으로 구속되어, 역방향으로 액추에이팅하거나 또는 이동시킨다는 것을 말한다. 양측 링키지들, 예컨대 방사상으로 확장된 핀, 중간요소 배열체 또는 틸팅 레버에 있어서도, 바람직하게는 자유도의 리던던트한 그리고 정확한 액추에이팅을 나타내기 위해, 역방향으로 작용하는 그 밖의 아웃풋 요소와 인풋 요소가 제공될 수 있다.
특히, 역방향으로 작용하는 아웃풋 요소 또는 인풋 요소로 이루어진 한 쌍을 통해 정역학적 과잉결정이 존재하면, 본 발명의 일 실시에 있어서 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단이 제공될 수 있다. 이러한 허용오차 수단은 특히 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의, 특히 그의 이동방향에 있어서, 탄성적인 휘는 성질을 구비할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 아웃풋 요소 또는 인풋 요소와 커플링된 커플링 수단도 상기 요소의 이동방향으로의 탄성적인 휘는 성질을 구비할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이에 배치된 무균 장벽도 탄성적인 휘는 성질을 구비할 수 있다. 탄성적인 휘는 성질은 특히 정상 작동시 육안으로 보이는 변형을 나타내는 탄성적 재료를 통해, 그리고/또는 상응하는 형태화 또는 플렉시블한 구현형태를 통해, 특히 국부적인 재료 얇음부, 바람직하게는 협착부를 통해 정의될 수 있고 또는 형성될 수 있다. 마찬가지로, 보상 수단은, 특히 아웃풋 요소 또는 인풋 요소와 커플링된 커플링 수단의, 특히 예비인장된, 이동방향으로 이동 가능한 베어링 또는 베어링축도 구비할 수 있다. 정역학적 과잉결정 없이도, 이러한 허용오차 보상은 예컨대 운동학적 사슬에서의 조립 또는 제조 허용오차들을 보상하기 위해 유리할 수 있다.
상기 언급된 양상들 중 하나의 실시에 있어서, 아웃풋 요소의 단부면 및/또는 인풋 요소의 단부면은 특히 유리하게는 보다 큰 접촉면을 나타내기 위해 평탄하게 형성될 수 있다. 마찬가지로, 아웃풋 요소의 단부면 및/또는 인풋 요소의 단부면은 특히 유리하게는 잘 정의된 접촉영역을 나타내기 위해 구형으로 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 아웃풋 요소의 단부면 또는 인풋 요소의 단부면은 적어도 하나의 돌출부를 구비할 수 있고, 그와 커플링 가능한 또는 커플링된 인풋 요소 또는 아웃풋 요소의 상기 단부면을 향하는 단부면은 상응하는 컷아웃부를 구비할 수 있고, 상기 컷아웃부 안으로 이 돌출부가 맞물린다.
본 발명의 그 밖의 관점은 상기 기구의 무균성에 관한 것이다. 이를 위해, 상기 언급된 양상들 또는 실시들 중 하나 또는 다수와 조합될 수 있는 일 양상에 따르면, 상기 기구 배열체 또는 상기 기구는 무균 장벽을 구비하며, 상기 무균 장벽은, 상기 드라이브 유닛을, 특히 공기 기밀적으로, 에워싸기 위해 그리고 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치되기 위해 제공되고, 또는 상기 무균 장벽은 상기 드라이브 유닛을 무균 상태로 에워싸고, 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치된다. 상기 무균 장벽은 개선에 있어서 필름 유형으로 및/또는 일회용 물품 또는 버려도 되는 물품으로서 형성될 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체의 이동방향에서의 늘어진 부분을 구비한다. 상기 늘어진 부분은 일 실시에 있어서 젖힘부를 통해 형성될 수 있고, 상기 젖힘부는 축방향 이동방향에서 연장되고, 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 축방향 이동에 있어서 말려 올라가거나 또는 펼쳐지고 또는 접어 젖혀진다. 늘어진 부분이란 본 경우 일반적으로 특히 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의, 특히 병진적인, 이동운동을 보상하기 위해 또는 상기 이동운동에 참여하기 위해 한 이동상태에서는 접혀져 또는 말려져 저장되는 그리고 다른 이동상태에서는 펴지는 또는 풀리는 상기 무균 장벽의 재료 저장 부분을 말한다.
일 실시에 있어서, 상기 늘어진 부분은 예비인장되어 형성될 수 있다. 이는 본 경우 특히 상기 늘어진 부분이 상기 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 이동운동 또는 액추에이팅에 있어서 예비인장에 대해 탄성적으로 변형되고, 역방향 운동에 있어서 원위치로 돌아가는 것을 말한다. 이 점에 있어서는, 본 경우 보다 간략히 설명하기 위해 특히 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 조절운동을 보상하기 위해 제공된 초과 재료는 일반적으로 늘어진 부분이라고 불리우며, 상기 늘어진 부분은 마찬가지로 예비인장될 수 있고 또는 예비인장이 없거나 또는 느슨할 수 있다. 개선에 있어서, 상기 늘어진 부분은 폴딩 벨로스 (folding bellows) 를 구비하며, 그의 폴딩은 기본 컨피규레이션 안으로의 예비인장을 유발한다. 상기 폴딩 또는 상기 폴딩 벨로스는 일 실시에 있어서 이동방향으로 그리고/또는 그에 대해 횡단하며 또는 가로질러 연장될 수 있고, 이를 통해 상응하는 기본 컨피규레이션과 변형들이 나타내질 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서 적어도 하나의, 비접촉식의 (contactless) 병진적으로 이동 가능한 시일 (seal) 을 구비한다. 상기 시일은 특히 유극 시일 또는 래버린스 시일 (labyrinth seal) 로서 형성될 수 있고, 바람직하게는 뽑았다 접었다 할 수 있고, 즉 2개 또는 그 이상의, 축방향으로 서로 이동 가능한 그리고 밀봉된 부품들, 특히 링들, 바람직하게는 동심적 링들을 구비할 수 있다. 유리하게는, 이러한 비접촉식의 병진적 시일들을 통해, 소실이 보다 적은 이동운동들이 나타내질 수 있다. 개선에 있어서, 비접촉식의 병진적 시일에 있어서 힘전달은 상기 무균 장벽을 넘어서 수행되며, 상기 무균 장벽을 관통하여 수행되는 것이 아니다.
이미 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 무균 장벽은 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단, 특히 탄성적인 휘는 성질을 구비할 수 있다. 개선에 있어서, 이를 위해 상기 무균 장벽은 특히 아웃풋 요소 및/또는 인풋 요소의 접촉영역 안의, 특히 일측 링키지 안의 국부적인, 벽의 두꺼운 부분을 구비할 수 있는데, 왜냐하면 이렇게 더 많이 탄성적 경로를 제공하기 위해서이다. 개선에 있어서, 전달 거동을 개선시키기 위해, 상기 탄성적인 휘는 성질, 특히 국부적인, 벽의 두꺼운 부분은 그를 둘러싸는 상기 무균 장벽의 영역보다 높은 강성을 가질 수 있다. 이를 위해, 상기 무균 장벽은 본 발명의 실시에 있어서 인풋 요소 및/또는 아웃풋 요소의 접촉영역에서 국부적인 재료변화를 가질 수 있으며, 특히 국부적으로, 상기 접촉영역의 주변에서보다 높은 또는 낮은 강성을 갖는 재료를 구비할 수 있다.
일 양상에 따르면, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서 적어도 하나의 요소 연장부 (element extension) 를 구비한다. 상기 요소 연장부는 일 실시에 있어서 아웃풋 요소 베이스 (output element base) 와 탈착 가능하게 연결 가능하고 또는 연결되며, 상기 아웃풋 요소 베이스는 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통하고, 상기 요소 연장부와 함께 아웃풋 요소를 형성한다. 마찬가지로, 요소 연장부는 인풋 요소 베이스와 탈착 가능하게 연결 가능할 수 있고 또는 연결될 수 있으며, 상기 인풋 요소 베이스는 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통하고, 상기 요소 연장부와 함께 인풋 요소를 형성한다. 예컨대, 상기 무균 기구 샤프트의 상기 드라이브 배열체의 무균, 특히 살균된 인풋 요소 베이스는 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통할 수 있고, 상기 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에서 상기 요소 연장부와 연결될 수 있고, 그러면 상기 요소 연장부는 상기 무균 장벽 또는 무균 싸개의 내부에서 상기 할당된 아웃풋 요소와 커플링된다. 마찬가지로, 아웃풋 요소 베이스가 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통하고, 기구 샤프트를 향하는 측에서 상기 요소 연장부와 연결되기 전에, 무균 요소 연장부는 기구 샤프트측에서 무균 상태로 접촉하며 상기 무균 장벽에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각, 자체가 무균 상태가 아닌, 상기 무균 장벽에 의해 에워싸인 드라이브 유닛을 커플링할 때 상기 기구 샤프트의 무균성이 유지될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 관점은 드라이브 유닛과 기구 샤프트 간의 고정에 관한 것이다. 이를 위해, 상기 양상들 또는 실시들 중 하나 또는 다수와 조합될 수 있는 일 양상에 따르면, 상기 기구 배열체 또는 상기 기구는 상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결시키기 위한 고정 요소를 구비하며, 상기 고정 요소는, 바람직하게는 오로지 바깥으로부터, 상기 드라이브 유닛으로부터 멀리 향하는 상기 무균 장벽의 표면에 배치되도록 제공되고, 또는 상기 고정 요소는 오로지 상기 드라이브 유닛으로부터 멀리 향하는 상기 무균 장벽의 표면에 배치되어 있도록 제공된다. 상기 고정 요소는 탈착 가능하게, 특히 형상 결합식으로 또는 마찰 결합식으로, 또는 탈착 가능하지 않게 상기 기구 샤프트와 연결될 수 있고, 예컨대 그와 클립 연결되거나 또는 통합적으로 형성될 수 있다. 상기 무균 장벽은 일 실시에 있어서 적어도 상기 고정 요소와의 접촉 영역에서, 바람직하게는 전체 기계적 인터페이스의 영역에서, 폐쇄되고, 특히 상기 무균 장벽은 드라이브 유닛과 고정 요소의 디텐트 돌출부들 및/또는 디텐트 컷아웃부들 사이에서 파괴 없이 또는 개방 없이 클램핑될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 에워싸인 드라이브 유닛에 상기 기구 샤프트를 고정시킬 때 밀봉이 수행될 필요가 없다. 개선에 있어서, 상기 고정 요소는 상응하여 시일 없이 또는 시일을 구비하지 않고 형성된다.
상기 고정 요소는 특히 별도로 무균 일회용 물품 또는 살균 가능한 어댑터 (adapter) 로서 형성될 수 있고, 상기 드라이브 유닛에 마찰 결합식으로 및/또는 형상 결합식으로, 특히 클립 연결을 이용해, 고정 가능하거나 또는 고정될 수 있다. 이렇게, 특히 일측 링키지와 조합하여, 고정 기능과 커플링 기능이 분리되고, 고정 요소와 인터페이스로 분할될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 외과용 기구는 엔드 이펙터가 배치된 기구 샤프트와, 상기 기구 샤프트에 대해 상대적인 상기 엔드 이펙터의 하나 또는 다수의 자유도를 액추에이팅하기 위한 드라이브를 갖는 드라이브 모듈을 구비한다. 기구 샤프트와 드라이브 모듈은 일 실시에 있어서, 특히 탈착 가능하게, 서로 연결 가능하고 또는 연결된다. 개선에 있어서, 살균하기가 보다 나쁜 또는 살균 가능하지 않은 드라이브를 수술영역에 대해 가려주기 위해, 기구 샤프트와 드라이브 모듈 사이에 무균 장벽이 배치된다. 상기 외과용 기구는 일 실시에 있어서 최소 침습 외과용 기구이며, 그의 기구 샤프트는, 특히 트로카 및/또는 국부적인 접근부를 통해, 환자 안으로 부분적으로 도입되도록 제공되거나 또는 셋업되고, 상기 접근부의 둘레는 일 실시에 있어서 상기 도입되어야 하는 기구 샤프트의 바깥둘레의 기껏해야 2배에 상응한다.
상기 기구는 특히 매니퓰레이터에 의해 안내되는 기구일 수 있다. 이를 위해, 일 실시에 있어서 상기 기구 샤프트 및/또는 상기 드라이브 모듈은 매니퓰레이터에 커플링하기 위한 기계적 및/또는 신호 기술적 인터페이스를 구비한다. 상응하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 외과용 기구를 안내하는 하나 또는 다수의 매니퓰레이터, 특히 6축 또는 다축 로봇들을 갖는 매니퓰레이터 배열체는 보호를 받는다.
상기 엔드 이펙터는 상기 기구 샤프트에 대해 또는 상대적으로 1개, 2개 또는 다수의 병진자유도 및/또는 1개, 2개 또는 다수의 회전자유도를 갖는다. 일 실시에 있어서, 일체형 엔드 이펙터는 병진 또는 회전 자유도를 가지며, 예컨대 진출 가능한 바늘 또는 회전 가능한 외과용 메스날로서 형성된다. 다른 실시에 있어서, 두 부분으로 이루어진 엔드 이펙터는 2개의 회전자유도를 가지며, 예컨대 가위, 겸자 또는 그와 같은 것으로서 형성된다. 마찬가지로, 상기 엔드 이펙터는 특히, 하나 또는 다수의 자유도축 둘레로 비틀려지는 그리고/또는 진입 또는 진출될 수 있는, 전자기적 방사를 송신 및/또는 수신하기 위한 광학계, 특히 레이저 출구 렌즈 또는 내시경 렌즈 및/또는 가스 및/또는 액체를 흡입 및/또는 배출하기 위한 개구부를 구비할 수 있다.
상기 드라이브는 일 실시에 있어서 상기 엔드 이펙터의 자유도 또는 자유도들을 액추에이팅하기 위한 하나 또는 다수의 모터, 특히 전기모터를 구비한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 드라이브는 전자기식, 유압식 및/또는 공압식 액추에이터들도 구비할 수 있다.
엔드 이펙터를, 특히 드라이브를 통해, 액추에이팅하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따르면 드라이브 트레인 배열체가 제공된다. 상기 드라이브 트레인 배열체는 일 실시에 있어서 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체로서, 특히 최소 침습적인 그리고/또는 매니퓰레이터에 의해 안내되는, 외과용 기구의 기구 샤프트에, 특히 상기 기구 샤프트 안에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 드라이브 트레인 배열체는 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체로서, 특히 최소 침습적인 그리고/또는 매니퓰레이터에 의해 안내되는, 외과용 기구의 드라이브 모듈에, 특히 상기 드라이브 모듈 안에 배치될 수 있다. 상응하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 드라이브 트레인 배열체를 갖는 기구 샤프트와 드라이브 모듈은 보호를 받는다.
본 발명의 일 양상에 따른 드라이브 트레인 배열체는, 드라이브를 통해 기구 샤프트에 대해 상대적인 외과용 기구의 엔드 이펙터의 하나 또는 다수의 자유도를 액추에이팅하기 위한 하나 또는 다수의 드라이브 트레인을 구비한다.
드라이브 트레인은 일 실시에 있어서, 적어도 본질적으로, 장력만을 전달할 수 있고, 또는 플렉시블 드라이브 트레인으로서, 특히 당김 로프 또는 당김 케이블로서 형성될 수 있다. 다른 실시에 있어서, 드라이브 트레인은 압축력을 전달할 수 있고, 특히, 적어도 본질적으로, 압축력만을 전달할 수 있고, 또는 장력과 압축력을 특히 푸시 막대 또는 푸시 로드 또는 태핏으로서 전달할 수 있다. 마찬가지로, 드라이브 트레인은 일 실시에 있어서, 적어도 본질적으로, 토크도 전달할 수 있고 또는 토크만 전달할 수 있고 그리고/또는 변속 및/또는 기어를 구비할 수 있다. 일 실시에 있어서, 드라이브 트레인은 솔리드 샤프트 또는 중공 샤프트로서 또는 솔리드 막대 또는 중공 막대로서 형성된다. 일반적으로, 특히 상기 엔드 이펙터를 자유도에 있어서 상기 기구 샤프트에 대해 액추에이팅하기 위해, 본 발명의 의미에서의 드라이브 트레인은, 특히 기계적으로, 상기 드라이브와 상기 엔드 이펙터 사이에 힘 및/또는 운동을 전달한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 하나 또는 다수의, 특히 모든 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위한 측정 배열체가 상기 드라이브 트레인 배열체에 배치된다.
이를 통해, 유리하게는, 상기 엔드 이펙터의 자유도 또는 자유도들에 있어서 작용하는 하나 또는 다수의, 이른바 능동적 또는 일반화 (generalized) 하중이 직접 검출될 수 있다. 일반화 힘 또는 최소힘이란 본 경우 특히 통례적인 방식으로 자유도에서의, 경우에 따라서는 가상적인, 운동에 있어서 물리적인, 경우에 따라서는 가상적인, 일 (work) 이 수행하는 하중을 말한다. 예컨대, 회전자유도에 있어서의 일반화 힘은 회전자유도 축 둘레의 토크이다. 상응하여, 본 발명의 의미에서의 하중은 특히 힘, 우력 또는 토크, 응력, 특히 인장응력, 압축응력 및/또는 굽힘응력, 및/또는 이러한 힘들, 모멘트들 또는 응력들로 인한, 특히 탄성적, 변형, 특히 팽창 또는 압축을 포함할 수 있고, 특히 그일 수 있다.
이는 또다시 명백히 도 34 의 예에서 설명될 수 있다: 클램핑력 (FE1) 은 회전자유도 (q1) 를 갖는 날 (2.1) 의 회전 베어링축 둘레의 토크를 초래한다. 상기 토크는 또 한편으로는 기구 샤프트측 드라이브 트레인들 (21, 22) 안의 상응하는 하중들 (FS1, FS2) 을 초래하고, 상기 하중들은 그들의 편에서 드라이브 모듈측 드라이브 트레인들 (11, 12) 안의 하중들 (F1, F2) 을 초래한다. 드라이브 트레인들 (21, 22) 에서의 그리고/또는 드라이브 트레인들 (11, 12) 에서의 측정 배열체를 통해, 상기 엔드 이펙터의 자유도에 있어서 작용하는, 그리고 이렇게 특히 원격조종자에게 수술영역으로부터의 유리한 회신을 전달할 수 있는 능동적 또는 일반화 하중들이 직접 검출된다는 것을 알 수 있다. 물론, 일 실시에 있어서, 능동적 하중에 대해 추가적으로 이른바 수동적 하중들, 특히 지지 하중 또는 베어링 하중도 검출하기 위해, 상기 외과용 기구는 추가적으로 특히 기구 샤프트와 엔드 이펙터 (베어링) 사이의 그리고/또는 기구 샤프트와 드라이브 모듈 사이의 상기 기구 샤프트 안의 하중을 검출하기 위한 측정 배열체를 구비할 수 있다. 예컨대 도 34 의 겸자가 도시된 상태에서 그의 첨단부들로 수직으로 아래로 누르면, 이로 인해 날들 (2.1, 2.2) 의 회전관절들 안의 순전한 베어링 하중들이 발생하고, 상기 베어링 하중들은 기구 샤프트 (20) 안의 하중을 검출하기 위한 이러한 추가적인 측정 배열체를 통하여 검출되고, 추가 처리 (further processing) 되며, 특히 원격조종자에게 전달될 수 있다.
일 실시에 있어서, 그 밖의 장점은, 상기 드라이브 트레인 배열체 안의 적어도 하나의 하중을 검출하기 위한 상기 측정 배열체가 상기 드라이브 트레인 배열체에, 그리고 이로써 바람직하게는 상기 기구 샤프트의 내부에 또는 드라이브 모듈에, 특히 상기 드라이브 모듈 안에 배치되고, 이렇게 하여 유리한, 특히 보호된 그리고/또는 수술영역 또는 엔드 이펙터로부터 멀리 떨어진, 특히 체외의 및/또는 드라이브에 가까운 측정부위가 제공될 수 있다는 데에 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 드라이브 트레인 배열체는 상기 엔드 이펙터의 동일한 자유도를 액추에이팅하기 위한 2개 또는 그 이상의, 특히 역방향의, 드라이브 트레인을 구비한다. 이는 예시적으로 도 34 에 도시된다: 거기에서, 날 (2.1) 은 그의 자유도 (q1) 에 있어서 역방향 드라이브 트레인들 (21, 22), 예컨대 2개의 당김 로프 또는 푸시 로드를 통해 액추에이팅되고, 상기 드라이브 트레인들은 또다시 병진적으로, 역방향 드라이브 트레인들 (11, 12) 을 통해, 예컨대 전기모터 (13) 에 의해 역방향으로 액추에이팅되는 태핏들을 통해 액추에이팅된다.
상기 측정 배열체는 일 실시에 있어서 적어도 하나의 측정수단을 구비하며, 상기 측정수단은 상기 드라이브 트레인들 중 하나에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치된다. 개선에 있어서, 상기 측정 배열체는 제 1 측정수단과 제 2 측정수단을 구비하며, 상기 제 1 측정수단은 제 1 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치되고, 상기 제 2 측정수단은 특히 역방향의 제 2 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치되고, 이때 상기 엔드 이펙터의 동일한 자유도는 상기 제 1 드라이브 트레인과 상기 제 2 드라이브 트레인을 통해 액추에이팅될 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 드라이브 트레인 배열체는 상기 엔드 이펙터의 제 1 자유도를 액추에이팅하기 위한 제 1 드라이브 트레인과, 상기 엔드 이펙터의 그 밖의 자유도를 액추에이팅하기 위한 그 밖의 제 1 드라이브 트레인을 구비한다. 개선에 있어서, 상기 드라이브 트레인 배열체는 상기 엔드 이펙터의 제 1 자유도를 액추에이팅하기 위한 제 2 드라이브 트레인 및/또는 상기 엔드 이펙터의 그 밖의 자유도를 액추에이팅하기 위한 그 밖의 제 2 드라이브 트레인을 구비할 수 있다. 물론, 상기 엔드 이펙터는 또 그 밖의 자유도, 상응하는 제 1 드라이브 트레인 및 경우에 따라서는 제 2 드라이브 트레인을 구비할 수 있다.
개선에 있어서, 상기 측정 배열체는 제 1 측정수단을 구비하며, 상기 제 1 측정수단은 상기 엔드 이펙터의 제 1 자유도를 액추에이팅하기 위한 제 1 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 측정 배열체는 제 2 측정수단을 구비하며, 상기 제 2 측정수단은 상기 엔드 이펙터의 제 1 자유도를 액추에이팅하기 위한 특히 역방향의 제 2 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 측정 배열체는 그 밖의 제 1 측정수단을 구비하며, 상기 그 밖의 제 1 측정수단은 상기 엔드 이펙터의 그 밖의 자유도를 액추에이팅하기 위한 그 밖의 제 1 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 측정 배열체는 그 밖의 제 2 측정수단을 구비하며, 상기 그 밖의 제 2 측정수단은 상기 엔드 이펙터의 그 밖의 자유도를 액추에이팅하기 위한 그 밖의 특히 역방향의 제 2 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치된다.
일 실시에 있어서, 상기 엔드 이펙터의 동일한 자유도를 액추에이팅하기 위한 2개의, 특히 역방향의, 드라이브 트레인에 배치된 2개 또는 그 이상의 측정수단은 신호 기술적으로 서로 연결된다. 상기 측정수단들은 전선 기술적으로 서로 연결될 수 있고 또는, 특히 제어 수단 안에서, 연산 기술적으로, 특히 더하기 또는 빼기로, 서로 연결되어 있을 수 있고 또는 연결될 수 있다.
이를 통해, 일 실시에 있어서 특히 동일한 자유도를 액추에이팅하기 위한 2개의 드라이브 트레인 안의 하나의 공통의 하중, 특히 예비인장이 신호 기술적으로 보상될 수 있고, 이렇게 바람직하게는 직접, 결과로 발생하는 능동적 또는 일반화 하중이 검출될 수 있다. 일반적으로, 일 실시에 있어서, 상기 엔드 이펙터의 동일한 자유도를 액추에이팅하기 위한 2개의, 특히 역방향의, 드라이브 트레인에 배치된 제 1 측정수단과 제 2 측정수단은 보상적으로 서로 연결된다. 보상적 연결이란 특히, 미리 정해져 있는 하중, 특히 미리 정해져 있는 방향에서의 하중이 적어도 본질적으로 보상되는 식의, 또는 특히 상기 제 1 측정수단과 상기 제 2 측정수단의 공통의 연결된 신호가, 적어도 본질적으로, 상기 제 1 측정수단을 통해서 뿐만 아니라 상기 제 2 측정수단을 통해서도 검출되는 하중에 상관없는 식의 상기 제 1 측정수단과 상기 제 2 측정수단의 신호들의 연결을 말한다.
특히 이를 위해, 동일한 자유도를 액추에이팅하기 위한 제 1 드라이브 트레인 또는 제 2 드라이브 트레인에 배치된 제 1 측정수단과 제 2 측정수단은 휘스톤 브리지 회로 (Wheatstone bridge circuit) 의 2개의 브랜치 (branch) 안에서 서로 연결될 수 있고, 특히, 바람직하게는 직렬로 브리지 입력신호 또는 공급신호 사이에 있는 휘스톤 반브리지 회로 (Wheatstone half-bridge circuit) 의 2개의 브랜치 안에서 서로 연결될 수 있다. 개선에 있어서, 상기 측정 배열체는 제 3 측정수단과 제 4 측정수단을 구비하며, 상기 제 3 측정수단은, 특히 상기 제 1 측정수단과 마주 보고, 상기 제 1 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치되며, 상기 제 4 측정수단은, 특히 상기 제 2 측정수단과 마주 보고, 상기 제 2 드라이브 트레인에, 이 드라이브 트레인 안의 하중을 검출하기 위해 배치되며, 이때 전기 회로, 특히 휘스톤 풀브리지 회로 (Wheatstone full bridge circuit) 의 제 1 브랜치 안의 상기 제 1 측정수단과, 제 2 브랜치 안의, 특히 상기 제 1 측정수단과 직렬로 브리지 입력전압 또는 공급전압 사이의 상기 제 2 측정수단과, 제 3 브랜치 안의, 특히 상기 제 2 측정수단에 대해 평행으로 상기 공급전압 또는 여자기 전압 사이의 상기 제 3 측정수단과, 제 4 브랜치 안의, 특히 상기 제 1 측정수단에 대해 평행으로 공급전압 사이의 상기 제 4 측정수단은 서로 연결된다. 이를 통해, 일 실시에 있어서, 동일한 드라이브 트레인 안의 공통의 하중들 뿐만 아니라 불균일, 특히 굽힘 모멘트도, 적어도 본질적으로, 이미 신호 기술적으로 보상될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출된 하중들은, 특히 여러 가지 측정수단에 의해 검출되는 서로 상응하는 하중성분들이 상기 연결을 통해 더해짐으로써 신호 기술적으로 증폭될 수 있다.
상기 측정 배열체의 측정수단은 일 실시에 있어서 기계적 하중을, 특히 전기적으로, 자기적으로, 광학적으로 그리고/또는 음향적으로, 검출하기 위한 하나 또는 다수의 스트레인 게이지 (strain gauge) 를 구비할 수 있다. 이때, 상기 스트레인 게이지는 특히 그의 저항이 바람직하게는 그의 탄성적 팽창과 함께 변하는, 바람직하게는 필름 유형의 스트레인 게이지, 반도체 스트레인 게이지, 광학식, 바람직하게는 섬유 유형의 스트레인 게이지, 특히 FBG 스트레인 게이지 (“optic fiber Bragg grating”) 와 같은 Bragg 또는 Fabry-Perot 기술 기반의 스트레인 게이지, 특히 이른바 SAW 스트레인 게이지 (“strain sensing surface acoustic wave”) 와 같은 음향식 스트레인 게이지, 압전 또는 자기탄성적 (magnetoelastic) 신호 발생기 또는 그와 같은 것일 수 있다.
일 실시에 있어서, 적어도 본질적으로, 드라이브 트레인 안의 축방향 인장하중 및/또는 압축하중을 검출하기 위한 상기 측정 배열체의 하나 또는 다수의 측정수단은 이 드라이브 트레인에 배치된다. 예컨대, 스트레인 게이지는, 적어도 본질적으로, 세로방향으로 당김 로프 또는 푸시 로드에 배치되거나 또는 정렬될 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 측정 배열체의 하나 또는 다수의 측정수단은, 적어도 본질적으로, 드라이브 트레인의 컷아웃부 안에 배치된다. 이를 통해, 일 실시에 있어서 상기 측정 배열체가 보호될 수 있다. 이렇게, 추가적으로 또는 대안적으로 상기 드라이브 트레인 또는 드라이브 트레인들의 외부윤곽을 넘어서는 상기 측정 배열체의 돌출이 감소될 수 있고, 특히 방지될 수 있고, 이는 핸들링, 특히 작동 및/또는 조립을 쉽게 하도록 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 드라이브 트레인은 하나 또는 다수의 측정수단의 영역에서, 특히 상기 설명된 컷아웃부를 통한 벽두께 감소를 구비할 수 있다. 이를 통해, 일 실시에 있어서 상기 측정 배열체의 민감도가 상승될 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 드라이브 트레인은 하나 또는 다수의 측정수단의 영역에서 벽두께를 감소시키기 위해 중공 공간, 특히 중공 공간 확장부를 구비할 수 있다. 개선에 있어서, 상기 드라이브 트레인은, 바람직하게는 박벽의, 슬리브를 구비할 수 있고, 상기 슬리브 위에 바깥쪽에 그리고/또는 안쪽에 상기 측정 배열체의 하나 또는 다수의 측정수단이 배치된다. 상기 슬리브는 그 밖의 부품들, 특히 막대들, 또는 완전한 횡단면을 갖는 샤프트들과 하나의 드라이브 트레인이 되도록 재료 결합식으로, 특히 용접되어 또는 접착되어, 연결될 수 있다.
일 실시에 있어서, 본 발명에 따른 드라이브 트레인 배열체는 외과용 기구의 드라이브 모듈에, 특히 상기 드라이브 모듈 안에 배치되고, 엔드 이펙터를 구비하는 기구 샤프트는, 특히 탈착 가능하게, 상기 드라이브 모듈과 연결 가능하다. 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체는 특히 상기 엔드 이펙터를 액추에이팅하기 위한 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체를 커플링하기 위한 기계적 인터페이스를 구비할 수 있다. 드라이브 모듈측 드라이브 트레인은 특히 드라이브의 전기모터의 샤프트를 구비할 수 있고 또는 그와, 특히 관절식으로, 커플링될 수 있다. 드라이브 모듈측 측정 배열체를 통해, 유리한 방식으로, 상기 엔드 이펙터로부터 멀리 떨어진, 특히 체외의, 바람직하게는 무균 장벽 뒤의 또는 상기 드라이브 모듈의 무균 하우징 안의 하중들이 검출될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서 본 발명에 따른 드라이브 트레인 배열체는 엔드 이펙터를 갖는 외과용 기구의 기구 샤프트에, 특히 상기 기구 샤프트 안에 배치될 수 있고, 드라이브를 구비하는 드라이브 모듈은, 특히 탈착 가능하게, 상기 엔드 이펙터와 연결 가능하다. 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체는 특히 상기 드라이브와 커플링된 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체를 커플링하기 위한 기계적 인터페이스를 구비할 수 있다. 상기 기구 샤프트측 측정 배열체를 통해, 바람직하게는 상기 엔드 이펙터의 근처에서의 하중들이 직접 검출될 수 있다.
드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체와 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체는 (그들 중 적어도 하나에는, 이 드라이브 트레인 배열체 안의 하중들을 검출하기 위한 측정 배열체가 배치된다) 본 발명의 실시에 있어서 인터페이스를 통하여 커플링 가능하고 또는 탈착 가능하게 커플링된다.
그들은 일 실시에 있어서 병진적으로 커플링 가능할 수 있고 또는 커플링될 수 있다. 이는 본 경우 특히 엔드 이펙터의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 드라이브 모듈측 드라이브 트레인과, 그와 커플링된 기구 샤프트측 드라이브 트레인이 상기 인터페이스에서 병진적으로 움직일 수 있고 또는 움직여진다는 것을 말하며, 이때 그 밖의 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 및/또는 기구 샤프트측 드라이브 트레인 안의 이 병진 운동은 회전 운동으로 전환될 수 있고 또는 전환되어 있을 수 있다. 마찬가지로, 드라이브 모듈측 드라이브 트레인과, 그와 커플링된 기구 샤프트측 드라이브 트레인은 상기 인터페이스에서 회전적으로 커플링되어 있을 수 있고 또는 커플링될 수 있으며, 이때 그 밖의 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 및/또는 기구 샤프트측 드라이브 트레인 안의 상기 인터페이스 안의 이 회전 운동은 병진 운동으로 전환될 수 있고 또는 전환되어 있을 수 있다.
일 실시에 있어서, 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체와 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체는 (그들 중 적어도 하나에는, 이 드라이브 트레인 배열체 안의 하중들을 검출하기 위한 측정 배열체가 배치된다) 인터페이스를 통하여 일측에서 커플링 가능하고 또는 탈착 가능하게 커플링된다. 이는 본 경우 특히 드라이브 모듈측 드라이브 트레인과, 그와 커플링된 또는 커플링 가능한 기구 샤프트측 드라이브 트레인이 이른바 일측 링키지를 구비한다는 것을, 또는 힘 또는 모멘트만을 한 방향에서 전달할 수 있다는 것을, 특히 압축력만을 전달할 수 있다는 것을 말한다. 개선에 있어서, 드라이브 모듈측 드라이브 트레인과, 그와 커플링된 또는 커플링 가능한 기구 샤프트측 드라이브 트레인은 상기 인터페이스에서 서로 마주 보는, 바람직하게는 일직선으로 정렬된 태핏들을 구비하며, 상기 태핏들은 이동 가능하게 설치되고, 서로, 적어도 본질적으로, 압축력만을 전달한다.
일 실시에 있어서, 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체와, 그와 커플링된 또는 커플링 가능한 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체는, 바람직하게는 필름 유형의 및/또는 플렉시블한, 무균 장벽을 통하여 커플링된다. 상기 무균 장벽은 일 실시에 있어서 상기 인터페이스에서의 상기 드라이브 트레인 배열체들의 병진 운동에, 바람직하게는 탄성적인 변형하에, 참여할 수 있고 그리고/또는 움직일 수 있게, 특히 이동 가능하게 그리고/또는 회전 가능하게 설치된 커플링 요소들을 구비할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 측정 배열체를 통해 일 실시에 있어서 바람직하게는 능동적 또는 일반화 하중이 직접 검출될 수 있고, 이렇게 원격조종자에게의 회신이 개선될 수 있다. 상응하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 외과용 기구의 수동 원격조종 수단은 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들 중 하나 또는 다수에 근거하여 제어되고, 이때 보다 간략히 설명하기 위해 조절도 일반적으로 본 발명의 의미에서의 제어라고 불리운다. 수동 원격조종 수단은 특히 하나 또는 다수의 레버, 손잡이, 장갑, 조이스틱 또는 이른바 거울 기구를 구비할 수 있으며, 상기 거울 기구의 운동은 상기 외과용 기구의 운동과, 바람직하게는 제어 기술적으로, 커플링된다. 원격조종자에게 수술 과정에 관한 햅틱 회신을 전달하기 위해, 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들에 근거하여 이러한 원격조종 수단은, 특히 모터로, 액추에이팅될 수 있다. 특히, 원격조종자에게 힘 피드백을 전달하기 위해, 엔드 이펙터에 작용하는 힘들은 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들에 근거하여 상기 원격조종 수단에 가해질 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들은 상기 드라이브를 제어하기 위해서도, 특히 조절하기 위해서도 사용될 수 있다. 예컨대, 모터에 의해 가해진 목표힘은 드라이브 트레인 안의 현재 힘과 비교될 수 있고, 이를 근거로 상기 모터가 조절된다.
상응하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 외과용 기구를 제어하기 위한 제어 수단은 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들 중 하나 또는 다수를 추가 처리하도록, 특히 상기 드라이브 및/또는 수동 원격조종 수단을 상기 측정 배열체를 통해 검출된 하중들에 근거하여 제어하도록 셋업된다. 본 발명의 의미에서의 수단은 하드웨어 기술적으로 그리고/또는 소프트웨어 기술적으로 형성될 수 있고, 특히, 바람직하게는 저장 시스템 및/또는 버스 시스템과 데이터 연결된 또는 신호 연결된, 특히 디지털식의, 처리유닛, 특히 마이크로프로세서유닛 (CPU) 및/또는 하나 또는 다수의 프로그램 또는 프로그램 모듈을 구비할 수 있다. 상기 CPU 는 저장 시스템 안에 저장된 프로그램으로서 구현된 명령들을 처리하도록, 데이터 버스로부터의 입력신호들을 검출하도록 그리고/또는 데이터 버스에 출력신호들을 넘겨주도록 형성될 수 있다. 저장 시스템은 하나 또는 다수의, 특히 여러 가지의, 저장매체, 특히 광학적, 자기적, 고체매체 및/따른 다른 비휘발성 매체들을 구비할 수 있다. 상기 프로그램은 여기에 기술되는 방법들을 구현하거나 또는 실행할 수 있도록 성질을 가질 수 있고, 따라서 상기 CPU 는 이러한 방법들의 단계들을 실행할 수 있고, 이로써 특히 상기 드라이브 및/또는 상기 원격조종 수단을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 외과용 기구는 기구 샤프트와, 그와 탈착 가능하게 연결 가능한, 특히 연결된 드라이브 유닛을 구비한다. 상기 기구는 일 실시에 있어서 로봇에 의해 안내되는 기구이다. 이를 위해, 개선에 있어서 상기 기구 샤프트 및/또는 상기 드라이브 유닛은 로봇에 고정시키기 위한, 특히 기계적, 신호 기술적 및/또는 에너지 기술적, 특히 전기적, 유압적 및/또는 공압적 인터페이스를 구비한다. 일 실시에 있어서, 상기 기구는 최소 침습 외과용 기구이며, 그의 기구 샤프트는 국부적인 자연적 또는 인공적 개구부, 특히 몸체 개구부 또는 트로카를 통해 환자 안으로 부분적으로 도입되기 위해 제공된다.
본 발명의 일 실시에 따른 기구 샤프트는 하나 또는 다수의 자유도를 갖는다. 일 실시에 있어서, 상기 기구 샤프트는, 특히 적어도 본질적으로 원통형인, 관을 구비한다. 그러면 상기 기구 샤프트의 자유도는 특히 2개의 관 피스 (pipe piece) 사이의 관절의 관절자유도이거나 또는 플렉시블 관의 탄성적 자유도일 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 기구 샤프트는 엔드 이펙터, 특히 집게, 겸자 또는 클램프, 외과용 메스, 드릴, 바늘, 또는 기체 상태의 및/또는 액체 상태의 유체를 흡수 및/또는 도입하기 위한 카뉠레 및/또는 전자기적 방사를 송신 및/또는 수신하기 위한 광학계, 특히 내시경의 또는 레이저의 광파 도체 단부를 구비한다. 그러면 상기 기구 샤프트의 자유도는 특히 상기 엔드 이펙터의 자유도일 수 있고, 특히 상기 관에 대한 병진 또는 회전 자유도, 또는 특히 집게, 겸자, 클램프, 카뉠레 및/또는 광학계 또는 그와 같은 것을 개방 또는 폐쇄하기 위한 기능적 자유도일 수 있다. 본 발명의 의미에서의 기능적 자유도는 특히 2개의 엔드 이펙터 부품들 간의 운동 가능성을 표현할 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 관은 상기 기구 샤프트의 근위 기구 하우징에 대한 회전자유도를 가질 수 있다.
자유도를 액추에이팅하기 위해, 상기 기구 샤프트는 하나 또는 다수의, 특히 역방향으로 작용하는, 인풋 부재를 구비한다. 병진 또는 회전 운동을 통해 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 인풋 부재는 일 실시에 있어서 병진적으로 또는 이동 가능하게 그리고/또는 회전적으로 또는 회전 가능하게 상기 기구 샤프트의 인터페이스 안에 설치된다. 상기 인풋 부재는 이를 위해 상기 기구 샤프트의 관 (부품) 또는 엔드 이펙터와 커플링될 수 있고, 특히 병진 운동과 회전 운동을 서로 전환시키기 위한 푸시 로드, 당김 로프 또는 케이블 섹션 및/또는 기어를 통해 커플링될 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 기구 샤프트는, 특히 상기 드라이브 유닛과 커플링하기 위한 상기 기구 샤프트의 인터페이스는 다수의 인풋 부재를 갖는 인풋 부재 배열체를 구비한다. 개선에 있어서, 상기 기구 샤프트의 적어도 하나의 자유도는 2개의, 특히 반대방향의, 인풋 부재를 통해 역방향으로 액추에이팅될 수 있고, 예컨대 선회 가능한 엔드 이펙터는 2개의 반대방향 푸시 로드를 통해 위아래로 선회 가능하다.
본 발명의 일 실시에 따른 드라이브 유닛은 하우징과 하나 또는 다수의 드라이브 모듈을 구비한다. 적어도 하나의, 바람직하게는 모든 드라이브 모듈은 각각 하나의 드라이브와, 하나 또는 다수의 움직일 수 있는 아웃풋 부재를 갖는 아웃풋 부재 배열체를 구비한다. 상기 드라이브는 특히 전자기식, 유압식 또는 공압식 회전모터 또는 리니어 모터를 구비할 수 있고, 특히 전기모터일 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 드라이브는 정확히 하나의 아웃풋 부재를 액추에이팅한다. 다른 실시에 있어서, 상기 드라이브는, 특히 역방향으로, 2개의 아웃풋 부재를 액추에이팅한다. 병진 또는 회전 운동을 통해 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 하나 또는 다수의 아웃풋 부재는 일 실시에 있어서 병진적으로 또는 이동 가능하게 그리고/또는 회전적으로 또는 회전 가능하게 상기 드라이브 모듈의 인터페이스 안에 설치된다. 아웃풋 부재 배열체와 인풋 부재 배열체는 일 실시에 있어서 직접 또는 커플링을 통하여 일측에서 커플링될 수 있고 또는 커플링되어 있을 수 있다. 이는 통례적인 방식으로 힘이 한 액추에이팅 방향에 있어서만 아웃풋 부재로부터 인풋 부재로 전달 가능하고, 반면 아웃풋 부재와 인풋 부재는 반대방향에 있어서 서로로부터 멀어질 수 있다는 것을 말한다. 개선에 있어서, 아웃풋 부재 배열체는 2개의 반대방향으로 또는 역방향으로 액추에이팅된 아웃풋 부재, 특히 2개의 푸시 로드를 구비하며, 상기 푸시 로드들은 일측에서 상응하는 반대방향 아웃풋 부재들과 직접 또는 커플링을 통하여 커플링 가능하고 또는 커플링된다. 다른 실시에 있어서, 아웃풋 부재 배열체와 인풋 부재 배열체는 직접 또는 커플링을 통하여 양측에서 커플링 가능하고 또는 커플링된다. 이는 상응하여 힘이 2개의 반대 액추에이팅 방향에 있어서 상기 아웃풋 부재로부터 상기 인풋 부재로 전달 가능하다는 것을 말한다. 개선에 있어서, 아웃풋 부재 배열체는 회전 가능한 아웃풋 부재, 특히 전기모터의 또는 기어의 아웃풋 샤프트를 구비하며, 상기 아웃풋 부재는 회전 불가능하게, 상응하는 회전 가능한 인풋 부재와 커플링 가능하고 또는 커플링된다. 보다 간략히 설명하기 위해, 본 경우 우력, 즉 토크도 일반적으로 힘이라고 불리운다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 하나 또는 다수의 드라이브 모듈은 상기 드라이브 유닛의, 특히 폐쇄된, 하우징 안에 각각 커플링 방향에서 또는 상기 인풋 부재 배열체에 대해 움직일 수 있게 설치되고, 예비인장된다. 2개의, 바람직하게는 모든 드라이브 모듈의 커플링 방향들은, 적어도 본질적으로, 평행할 수 있다. 마찬가지로, 2개의 드라이브 모듈의 커플링 방향들은 각도를 이룰 수 있고, 상기 각도의 양은 바람직하게는 90°보다 작고, 특히 45°보다 작다.
도입부에서 언급된 WO 2011/143022 A1 이 제안하는 바와 같이 개별적인 아웃풋 부재들이 예비인장되는 것이 아니라 또는 개별적인 아웃풋 부재들만이 예비인장되는 것이 아니라, 이 양상에 따르면 오로지 또는 추가적으로 상기 하우징 안의 상기 드라이브 모듈 그리고 이를 통해 그의 아웃풋 부재 배열체가 통째로 예비인장됨으로써, 일 실시에 있어서 아웃풋 배열체와 인풋 드라이브 배열체 사이의 커플링이 개선될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 무게, 제조공간 및/또는 제조비용이 감소되고 그리고/또는 조작이 개선될 수 있다.
일 실시에 있어서, 드라이브 모듈은 예비인장하기 위한 유압식, 공압식 및/또는 탄성적 스프링 수단, 특히 적어도 하나의 유압실린더 또는 공압실린더 및/또는 압축 스프링 및/또는 인장 스프링을 구비하며, 상기 스프링 수단은 상기 드라이브 모듈을 상기 하우징 안에 속박시키고, 상기 드라이브 모듈은 커플링 방향으로 또는 상기 인풋 부재 배열체에 대해 예비인장된다. 유압식 또는 공압식 스프링 수단은 개선에 있어서 전환 가능하게 형성될 수 있고, 특히 압력이 없는 상태로 전환될 수 있고, 상기 상태에서 상기 스프링 수단은, 적어도 본질적으로, 힘을 가하지 않는다. 유리하게는, 유압식 또는 공압식 스프링 수단의 과중 압력의 제거 후 상기 하우징 안에서의 상기 드라이브 모듈의 이동은 언급할 가치가 있는 조작력을 요구하지 않는다.
추가적으로 또는 대안적으로, 드라이브 모듈은 일 실시에 있어서 상기 드라이브 모듈을 예비인장하기 위한 자석 배열체를 구비할 수 있다. 상기 자석 배열체는 상기 하우징과 상기 드라이브 모듈 중 하나에 배치되는 하나 또는 다수의 영구자석 또는 전자석을 구비할 수 있다. 상기 하우징과 상기 드라이브 모듈 중 다른 것은 하나 또는 다수의 그 밖의 전자석 및/또는 경자성 또는 연자성 영역들, 특히 적어도 하나의 그 밖의 영구자석을 구비할 수 있고, 상기 그 밖의 영구자석은 상기 하나 또는 다수의 영구자석 또는 전자석 또는 영구자석들 또는 전자석들과 바람직하게는 마주 보고 있고, 그에 의해 자기적으로 영구적으로 또는 전류공급시 끌어당겨지거나 또는 밀어내진다.
일 실시에 있어서, 적어도 하나의 영구자석 또는 전자석은 상기 하우징에 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 배치되고, 바람직하게는 그와 마주 보고, 적어도 하나의 그 밖의 전자석 또는 경자성 또는 연자성 영역, 특히 적어도 하나의 그 밖의 영구자석이 상기 드라이브 모듈에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 영구자석 또는 전자석은 상기 하우징에 기구 샤프트를 향하는 측에 배치될 수 있고, 바람직하게는 그와 마주 보고, 적어도 하나의 그 밖의 전자석 또는 경자성 또는 연자성 영역, 특히 적어도 하나의 그 밖의 영구자석이 상기 드라이브 모듈에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 영구자석 또는 전자석은 상기 드라이브 모듈에 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 배치될 수 있고, 바람직하게는 그와 마주 보고, 적어도 하나의 그 밖의 전자석 또는 경자성 또는 연자성 영역, 특히 적어도 하나의 그 밖의 영구자석이 상기 하우징에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 영구자석 또는 전자석은 상기 드라이브 모듈에 기구 샤프트를 향하는 측에 배치될 수 있고, 바람직하게는, 그와 마주 보고, 적어도 하나의 그 밖의 전자석 또는 경자성 또는 연자성 영역, 특히 적어도 하나의 그 밖의 영구자석이 상기 하우징에 배치될 수 있다. 이들 사이의 자기적 끌어당김 또는 밀어내기를 통해, 상기 드라이브 모듈은 상기 하우징 안에서 상기 인풋 부재 배열체에 대해 예비인장될 수 있다.
스프링 수단을 통한 예비인장에 있어서, 예컨대 기계적 스프링의 이완 또는 유압체적 또는 공압체적의 체적확대로 인하여 예비장력이 상기 하우징 안에서의 상기 드라이브 모듈의 증가하는 이동과 함께 감소하는 반면, (전)자기적 예비인장은 상기 하우징 안에서의 상기 드라이브 모듈의 증가하는 이동에 있어서 유리하게는 증가할 수 있다.
개선에 있어서, 상기 자석 배열체는 하나 또는 다수의 선택적인, 특히 제어되어, 전류를 공급받을 수 있는 전자석을 구비한다. 이러한 방식으로, 예비인장은 선택적으로, 특히 제어되어 가해질 수 있다. 보다 간략히 설명하기 위해, 본 경우 조절, 즉 검출된 현재변수를 근거로 한 제어변수의 사전 설정도 일반적으로 제어라고 불리운다.
일 실시에 있어서, 상기 자석 배열체는 하나 또는 다수의, 바람직하게는 비자기적인 (non-magnetic), 스페이서 요소 (spacer element) 를 구비하며, 상기 스페이서 요소들은, 상기 드라이브 유닛의 하우징과 드라이브 모듈 중 하나에서의 전자석 또는 영구자석과, 상기 드라이브 유닛의 하우징과 드라이브 모듈 중 다른 것에서의 연자성 또는 경자성 영역, 특히 (그 밖의) 영구자석과의 직접적인 접촉을 저지하는데, 왜냐하면 이렇게 자기적 쇼트 (short) 를 방지하기 위해서이다 (상기 쇼트를 해결하기 위해서는 과도한 힘이 필요할 것이다).
아웃풋 배열체와 인풋 드라이브 배열체를 또는 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 커플링할 때 또는 커플링한 후, 상기에서 설명된 양상에 따르면 상기 드라이브 모듈의 예비인장이 생성되어야 한다.
이는 일 실시에 있어서, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 자석 배열체의 하나 또는 다수의 전자석의 선택적인 전류공급을 통해 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 조작 인원은, 특히 수술 작동시의 높은 요구에 있어서, 유리하게는 기껏해야, 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 커플링하기 위한 적은 힘을 가해야 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시에 있어서, 상기 예비인장에 대해 상기 드라이브 모듈을 원위치로 잡아당기기 위한, 특히 기계적 및/또는 자기적, 후퇴 배열체가 제공될 수 있다. 이렇게, 일 실시에 있어서, 상기 드라이브 모듈을 스프링 수단의 (그 밖의) 예비인장하에 상기 인풋 드라이브 배열체로부터 멀리 잡아당기기 위해, 자석 배열체가 선택적으로 활성화될 수 있다. 상기 자석 배열체의 전류공급이, 바람직하게는 제어되어, 예컨대 선형적으로 감소되면, 상기 스프링 수단은 예비인장을 생성한다.
일 개선은, 상기 드라이브 모듈의 드라이브의 작업영역을 액추에이팅 영역과, 그와 다른 후퇴 영역으로 분할한다는 사상에 기초를 두고 있으며, 상기 액추에이팅 영역 안에서 상기 드라이브는 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위한 아웃풋 부재 배열체를 액추에이팅하고, 상기 후퇴 영역 안에서 상기 드라이브는 상기 후퇴 배열체를 액추에이팅한다. 두 영역은 특히 상기 드라이브의 아웃풋 수단을 위한 기계적 스톱 (stop) 을 통해 서로 분리될 수 있고, 이때 상기 아웃풋 수단은, 그가 상기 기계적 스톱에 지지되면 상기 드라이브 모듈을 예비인장에 대해 이동시킨다.
상기 드라이브가 상기 액추에이팅 영역을 넘어서 이동됨으로써, 상기 드라이브의 상응하는 제어를 통해 상기 드라이브 모듈은 바람직하게는 모터를 이용해 예비인장에 대해 원위치로 잡아당겨질 수 있고, 이는, 상기에서 설명한 바와 같이, 기구 샤프트와 드라이브 유닛의 커플링을 유리하게는 간단하게 한다.
바람직한 개선에 있어서, 상기 드라이브 유닛은 상기 원위치로 잡아당겨진 드라이브 모듈을 록킹하기 위한 드라이브 모듈-록킹 배열체를 구비한다. 상기 드라이브 모듈-록킹 배열체는 특히 기계적으로, 바람직하게는 형상 결합식으로 및/또는 마찰 결합식으로, 및/또는 (전)자기적으로 및/또는 공압식으로 형성될 수 있다. 예시적인 실시에 있어서 록킹 바아 (locking bar) 가 이동될 수 있고, 아웃풋 모듈이 예비인장에 의해 유발된, 커플링 방향으로 이동되지 않도록 할 수 있다. 이러한 방식으로, (보다 강하게 예비인장된) 드라이브 모듈 또는 그의 아웃풋 배열체는 일 실시에 있어서, 드라이브 유닛과 기구 샤프트가 서로 연결되거나 또는 연결되어 있을지라도, 상기 인풋 드라이브 배열체로부터 이격될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 드라이브 모듈이 상기 드라이브 유닛의 상기 하우징 안에 움직일 수 있게 설치된 그리고 예비인장된 커플링 방향은 상기 기구 샤프트의 세로축과 각도를 이루며, 상기 각도의 양은 0°보다 크고, 특히 45°보다 크다. 일 실시에 있어서, 상기 각도는, 적어도 본질적으로, 90°이고, 또는 상기 커플링 방향은 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해, 적어도 본질적으로, 수직이고 또는 직각이다.
도입부에서 언급된 WO 2011/143022 A1 에서처럼 상기 커플링 방향이 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해 평행하는 것이 아니라, 이 양상에 따르면 상기 세로축과 함께, 영과 다른, 특히 직각인 각도를 이룸으로써, 일 실시에 있어서 유리하게는 상기 기구 샤프트의 변형들이 상기 예비인장을 방해하지 않거나 또는 단지 보다 적게 방해하는데, 왜냐하면 그들의 힘방향들이 일치하지 않기 때문이다. 이러한 방식으로, 바람직하게는 특히 상기 기구 샤프트 안의 세로방향 진동이 상기 드라이브 모듈의 예비인장으로부터, 적어도 부분적으로, 디커플링될 수 있고, 이렇게 상기 세로방향 진동이 개선될 수 있다.
상기 커플링 방향은 일 실시에 있어서, 적어도 본질적으로, 상기 아웃풋 부재 배열체 및/또는 인풋 부재 배열체의 액추에이팅 방향과 일치할 수 있다. 커플링 방향이란 특히, 상응하는 인풋 부재 또는 아웃풋 부재와 커플링하기 위해, 아웃풋 부재 또는 인풋 부재가 움직일 수 있게 설치된 그리고 예비인장된 또는 예비인장되는 운동방향을 말한다. 액추에이팅 방향이란 특히, 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 아웃풋 부재 또는 인풋 부재가 움직일 수 있는 운동방향을 말한다. 예컨대 아웃풋 부재와, 그와 커플링된 인풋 부재가 일측에서 커플링된 푸시 로드들 또는 압축 태핏들로서 형성되면, 상기 아웃풋 태핏이 상기 인풋 드라이브 태핏에 대해 예비인장된, 상기 태핏쌍의 세로축 방향은 커플링 방향을 나타낸다. 그는 액추에이팅 방향도 나타내며, 상기 액추에이팅 방향에 있어서 상기 태핏쌍은 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해 상기 드라이브를 통해 움직여진다. 다른 예에서 아웃풋 부재와, 그와 커플링된 인풋 부재가 양측에서 회전 불가능하게 커플링된 샤프트들로서 형성되면, 상기 샤프트쌍의 세로축 방향 (상기 세로축 방향 둘레로 상기 태핏쌍이 상기 드라이브를 통해 회전된다) 은, 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 액추에이팅 방향을 나타낸다. 그는 커플링 방향도 나타내며, 상기 커플링 방향에 있어서 상기 아웃풋 샤프트는 상기 인풋 드라이브 샤프트에 대해 예비인장된다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 기구 샤프트는 드라이브 유닛을, 특히 형상 결합식으로, 탈착 가능하게 고정시키기 위한 수용부를 구비한다.
상기 드라이브 유닛은 일 실시에 있어서 바요넷 록 (bayonet lock) 을 통해 형상 결합식으로 상기 수용부 안에 탈착 가능하게 고정 가능하고 또는 고정되어 있을 수 있고 또는 고정될 수 있다. 이를 위해, 상기 드라이브 유닛과 상기 수용부 중 하나는 하나 또는 다수의 돌출부를 구비할 수 있고, 상기 돌출부들은 상기 수용부 안에서의 상기 드라이브 유닛의 비틀림으로 인하여 상기 드라이브 유닛과 상기 수용부 중 다른 것의 상응하는 컷아웃부들 안으로 맞물린다. 마찬가지로, 상기 드라이브 유닛과 상기 수용부 중 하나는 하나 또는 다수의 돌출부를 구비할 수 있고, 상기 돌출부들은 상기 수용부의 내부에서의 상기 드라이브 유닛의 이동으로 인하여, 바람직하게는 예비장력을 가함으로써, 상기 드라이브 유닛과 상기 수용부 중 다른 것의 상응하는 컷아웃부들 안으로 맞물리고 그리고/또는 상기 컷아웃부들 안으로 이동된다. 일 실시에 있어서, 컷아웃부는 상기 수용부 안으로의 상기 드라이브 유닛의 도입방향에 대해 횡방향으로, 특히 수직으로, 연장되며, 따라서 돌출부는 상기 수용부 안으로의 상기 드라이브 유닛의 도입 후 상기 도입방향에 대해 횡방향으로 상기 컷아웃부 안에서 이동될 수 있고, 이동된 이 위치에 있어서, 상기 드라이브 유닛이 상기 수용부 밖으로 끌어내지지 않도록 한다. 바람직하게는, 이 이동은 예비장력을 가함으로써 수행되고, 따라서 상기 드라이브 유닛을 다시 상기 수용부 밖으로 끌어내기 위해, 이동은 상기 예비장력의 중지 후 가역적이다.
상기 수용부는 일 실시에 있어서 도입방향에서 상기 드라이브 유닛을 도입시키기 위한, 일체형의 또는 여러 부분으로 이루어진, 특히 형상 결합식의, 가이드 (guide) 를 구비할 수 있다. 상기 가이드는 특히 하나 또는 다수의 가이드 그루브 (guide groove) 및/또는 가이드 리브 (guide rib) 를 구비할 수 있으며, 그들은 상기 드라이브 유닛에서의 상응하는 돌출부들 또는 오목부 (depression) 들과 형상 결합식으로 함께 작용하도록 형성된다. 이러한 방식으로, 드라이브 유닛과 기구 샤프트의 연결 또는 풀림이 개선될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 수용부는 일 실시에 있어서 도입방향에서 상기 드라이브 유닛을 도입시키기 위한 도입 개구부를 구비할 수 있다. 상기 도입 개구부는 개선에 있어서 상기 도입방향과 반대로 상기 드라이브 유닛을 안전하게 하기 위해, 특히 고정시키기 위해, 특히 선회 가능한 및/또는 이동 가능한 개폐식 뚜껑을 통해 폐쇄 가능할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 기구 샤프트는 특히 상기 드라이브 유닛이 상기 수용부 안에 배치되면 상기 드라이브 유닛 안에 록킹되는, 특히 움직일 수 있는, 바람직하게는 예비인장된 록킹 바아 형태의, 상기 드라이브 유닛을 상기 수용부 안에 특히 형상 결합식으로 그리고/또는 마찰 결합식으로 록킹하기 위한 드라이브 유닛-록킹 배열체를 구비할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 수용부는 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해 상대적으로 움직일 수 있고, 특히 선회 가능할 수 있다. 이는 일 실시에 있어서, 상기 드라이브 유닛을 우선, 적어도 부분적으로, 수용 위치로 움직여진, 특히 선회된 수용부 안으로 도입시키고, 그 후 상기 수용부를 록킹 위치로 움직이는 것을, 특히 선회시키는 것을 가능하게 하고, 이때 상기 드라이브 유닛은 바람직하게는 상기 수용부의 상기 록킹 위치에서 형상 결합식으로 고정된다. 이러한 방식으로, 특히 상기 수용부에의 접근이 개선될 수 있고, 동시에 상기 수용부 안에서의 상기 드라이브 유닛의 고정 기능이 통합될 수 있다.
상기 도입방향은 일 실시에 있어서, 적어도 본질적으로, 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해 수직일 수 있다. 그러면, 특히, 부분적으로 환자 안으로 도입된 기구 샤프트에 있어서 드라이브 유닛 교체를 쉽게 하도록 하기 위해, 상기 도입 개구부는 특히 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 특히, 다수의 협력하는 외과용 기구들 사이의 간섭을 방지하기 위해, 상기 도입 개구부는 일 실시에 있어서 기구 샤프트를 향하는 측에 배치될 수 있다.
다른 실시에 있어서, 상기 도입방향은, 적어도 본질적으로, 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해 평행할 수 있다. 그러면, 특히, 부분적으로 환자 안으로 도입된 기구 샤프트에 있어서 드라이브 유닛 교체를 쉽게 하도록 하기 위해, 상기 도입 개구부는 또다시 특히 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위한 인풋 부재 배열체의 하나 또는 다수의 움직일 수 있는 인풋 부재는 상기 기구 샤프트의 세로축에 대해, 적어도 본질적으로, 수직으로 상기 드라이브 유닛을 위한 상기 기구 샤프트의 수용부 쪽으로 돌출해 있다. 일 실시에 있어서, 상기 인풋 부재 배열체의 인터페이스 또는 접촉평면은 상기 세로축에 대해, 적어도 본질적으로, 평행한다.
도입부에서 언급된 WO 2011/143022 A1 에서처럼 인풋 부재들이 기구 샤프트의 세로축에 대해 평행으로 돌출해 있는 것이 아니라, 이 양상에 따르면 적어도 본질적으로 수직임으로써, 일 실시에 있어서 유리하게는 상기 기구 샤프트의 변형들은 상기 아웃풋 배열체와 상기 인풋 드라이브 배열체의 커플링을 방해하지 않거나 또는 단지 보다 적게 방해한다. 이러한 방식으로, 바람직하게는 특히 상기 기구 샤프트 안의 세로방향 진동이, 적어도 부분적으로, 디커플링될 수 있다.
특히, 기구 샤프트의 수용부 안으로의 드라이브 유닛의 도입을 개선시키기 위해, 본 발명의 일 실시에 있어서 상기 기구 샤프트의 인풋 부재 배열체 및/또는 상기 드라이브 유닛의 아웃풋 부재 배열체는 오목부 안에, 특히 커플링 방향으로, 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 드라이브 유닛은 상기 기구 샤프트의 상기 수용부 안으로 상기 드라이브 유닛을 도입할 때 상기 기구 샤프트의 상기 인풋 부재 배열체를 억압하기 위한, 특히 수렴하는 및/또는 움직일 수 있는, 억압 수단을 구비할 수 있다. 상기 움직일 수 있는 억압 수단은 특히 하나 또는 다수의 회전 가능한 롤러를 구비할 수 있고, 상기 롤러들은 도입시 인풋 부재 배열체의, 평균 이상으로 돌출해 있는 인풋 부재들을 억누르고, 이렇게 상기 인풋 부재 배열체를 균일하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 억압 수단은 평균 이상으로 돌출해 있는 인풋 부재들을 억누르기 위한, 도입방향으로 수렴하는, 특히 경사진 또는 볼록한 평면을 구비할 수 있다. 상기 롤러(들) 및/또는 상기 볼록한 표면이 지나간 후, 상기 인풋 부재들은 바람직하게는, 적어도 본질적으로, 균일하게 상기 기구 샤프트의 상기 수용부 쪽으로 돌출해 있다. 상기 수용부 밖으로 상기 드라이브 유닛을 빼낼 때에도, 돌출해 있는 인풋 부재들을 억누르기 위해, 개선에 있어서, 도입방향으로 수렴하는, 특히 경사진 또는 볼록한 표면에, 도입방향으로 분기하는, 특히 역방향으로 경사진 또는 볼록한 표면이 이어질 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 외과용 기구는 하나 또는 다수의 회전 가능한 아웃풋 부재를 갖는 드라이브 모듈을 구비한다. 아웃풋 부재는 일 실시에 있어서 특히 전기모터의 또는 그와 커플링된 기어의 드라이브 모듈의 액추에이터의 아웃풋 샤프트이다. 일 실시에 있어서, 아웃풋 부재는 제한되지 않고 회전 가능하며, 다른 실시에 있어서 기껏해야 360°만큼, 바람직하게는 기껏해야 215°만큼 회전 가능하다.
상기 외과용 기구는 또한 기구 샤프트를 구비하며, 상기 기구 샤프트는 상기 드라이브 모듈과 탈착 가능하게 연결 가능하고, 특히 연결된다. 상기 기구 샤프트는 하나 또는 다수의, 특히 체내의, 자유도를 갖는다.
일 실시에 있어서, 상기 기구 샤프트는 강성적인, 굽히기 쉬운 또는 휘기 쉬운 관을 구비하며, 상기 관의 원위 단부에는 엔드 이펙터, 특히 외과용 메스, 집게, 가위, 겸자, 바늘, 빨아올리는 관 또는 그와 같은 것이 배치될 수 있다. 상기 엔드 이펙터는 전자기적 방사를 도입 및/또는 배출하기 위한 개구부, 특히 카메라의 또는 레이저의 광학계, 및/또는 기체 상태의 및/또는 액체 상태의 유체를 도입 및/또는 배출하기 위한 개구부, 특히 흡입노즐 또는 세척노즐을 구비할 수 있다.
상기 엔드 이펙터는 하나 또는 다수의 기능적 자유도, 예컨대 집게 또는 개구부의 개방 또는 폐쇄, 를 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 엔드 이펙터는 하나 또는 다수의 운동학적 자유도, 예컨대 집게 또는 개구부의 회전 및/또는 이동, 를 가질 수 있다. 상기 기구 샤프트의 체내 자유도는 특히 엔드 이펙터의 기능적 또는 운동학적 자유도 또는 상기 굽히기 쉬운 또는 휘기 쉬운 관의 관절자유도 또는 탄성적 자유도일 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 관은 그의 세로축 둘레의 하나 또는 다수의 회전자유도를 갖는다. 상기 회전자유도는 체내 및/또는 체외 회전관절들을 통해 구현될 수 있다. 보다 간략하게 설명하기 위해, 관 세로축 둘레의 이러한 회전자유도도 상기 기구 샤프트의 체내 자유도라고 불리우는데, 왜냐하면 상기 회전자유도는 특히 엔드 이펙터의 체내 샤프트 단부의 회전 가능성을 나타내기 때문이다. 상기 기구 샤프트의 하나 또는 다수의 자유도를 상기 기구 샤프트와 연결된 드라이브 모듈을 통해 액추에이팅하기 위해, 상기 기구 샤프트는 하나 또는 다수의 이동 가능하게 안내된 인풋 부재를 구비하며, 상기 인풋 부재들은, 드라이브 모듈과 기구 샤프트가 서로 연결되면 상기 드라이브 모듈의 아웃풋 부재와 커플링되고 또는 커플링되어 있다. 인풋 부재는 일 실시에 있어서 상기 기구 샤프트의 하나 또는 다수의 자유도를 액추에이팅한다. 마찬가지로, 다수의 인풋 부재도 동일한 자유도를 액추에이팅할 수 있다. 일 실시에 있어서, 인풋 부재는 하나 또는 다수의, 특히 역방향의, 당김 수단 및/또는 누름 수단, 특히 전동 로프 또는 푸시 로드를 통해 상기 관과 연결되거나 또는 상기 기구 샤프트의 엔드 이펙터와 연결되고, 이때 상기 당김 수단 및/또는 누름 수단은 바람직하게는 상기 인풋 부재의 이동축에 대해, 적어도 본질적으로, 평행한다. 일 실시에 있어서, 인풋 부재는 형상 결합식으로 그리고/또는 2개의 엔드 스톱 (end stop) 사이에서 이동 가능하게 안내된다.
이로써, 본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 드라이브 모듈과 상기 기구 샤프트 사이의 인터페이스 안에서의 적어도 하나의 아웃풋 부재의 회전 운동은, 상기 아웃풋 부재와 커플링된 인풋 부재의 병진, 특히 직선, 운동으로 전환된다.
이를 위해, 아웃풋 부재와 인풋 부재는 일 양상에 따르면 상기 인터페이스에서 스코치 요크 (Scotch yoke) 유형으로 커플링 가능하고 또는 커플링된다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 인터페이스는, 특히 직선인 또는 직선 모양인, 그루브와 가이드 요소 (guide element) 를 구비하며, 상기 가이드 요소는, 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면 상기 그루브 안에서 이동 가능하게 안내된다.
일 실시에 있어서, 상기 그루브는 상기 인풋 부재에, 특히 상기 인풋 부재 안에 배치된다. 상기 그루브는 개선에 있어서 상기 이동 가능하게 안내된 인풋 부재의 이동축에 대해 가로지를 수 있고, 특히 적어도 본질적으로 수직일 수 있고, 또는 그와 각도를 이룰 수 있으며, 상기 각도의 양은 바람직하게는 45°와 90°사이에 있다. 상기 가이드 요소는, 바람직하게는 편심적으로 (eccentrically), 상기 회전 가능한 아웃풋 부재에 배치된다. 상기 회전 가능한 아웃풋 부재의 회전축은 개선에 있어서 상기 이동 가능하게 안내된 인풋 부재의 이동축 및/또는 상기 그루브에 대해 가로지르며, 특히 적어도 본질적으로 수직이다. 특히, 일 실시에 있어서 상기 회전축은 상기 이동축과 그리고/또는 상기 그루브와 각각 각도를 이룰 수 있고, 상기 각도의 양은 바람직하게는 45°와 90°사이에 있다.
마찬가지로, 반대로, 상기 그루브는 상기 아웃풋 부재에 배치될 수 있고, 상기 가이드 요소는 상응하여 상기 인풋 부재에 배치될 수 있다.
상기 인풋 부재는 일 실시에 있어서 상기 기구 샤프트에서 이동 가능하게 안내된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 인풋 부재는 상기 기구 샤프트와 연결된 드라이브 모듈에서 이동 가능하게 안내될 수 있다. 특히, 상기 인풋 부재는 보다 큰 여유공간을 갖고, 특히 헐렁하게, 이동 가능하게 상기 기구 샤프트에서 안내될 수 있고, 상기 드라이브 모듈이 상기 기구 샤프트와 연결되면 보다 작은 여유공간을 갖고, 특히 적어도 본질적으로 여유공간 없이, 상기 드라이브 모듈에서 이동 가능하게 안내될 수 있다. 이를 통해, 보다 비용이 많이 드는, 보다 정확한 가이드는 상기 드라이브 모듈로 옮겨질 수 있고, 이렇게 상기 기구 샤프트는 보다 간단히 및/또는 보다 비용절감적으로, 특히 보다 쉽게 살균 가능하게 그리고/또는 일회용 물품으로서 형성될 수 있고 또는 형성되어 있을 수 있다. 기구 샤프트와 드라이브 모듈이 연결되자마자, 상기 드라이브 모듈이 상기 인풋 부재의 - 보다 정확한 - 안내를 떠맡는다. 일 실시에 있어서, 상기 인풋 부재는 분실되지 않게, 특히 형상 결합식으로, 상기 기구 샤프트에 고정된다.
일 실시에 있어서, 상기 가이드 요소는 상기 그루브와 접촉하기 위한 하나 또는 다수의 회전 가능하게 설치된 롤링바디 (rolling body) 를 구비한다. 이를 통해, 일 실시에 있어서 유리하게는 가이드 요소와 그루브 사이의 마찰이 감소될 수 있다. 개선에 있어서, 상기 가이드 요소는 핀을 구비하며, 상기 핀 위에서, 런닝링 (running ring) 형태의 적어도 하나의 롤링바디는 미끄럼 지지되고, 상기 런닝링은 마찬가지로 본 발명의 의미에서의 롤링바디일 수 있다. 즉, 보다 간략히 설명하기 위해, 하나 또는 다수의 동심적 링도, 그들이 롤링 운동 또는 구름 운동을 실행하지 않을지라고, 보다 간략히 설명하기 위해 일반적으로 롤링바디라고 불리우며, 상기 링들의 (가장) 내부의 링은 상기 핀 위에 배치되고, 상기 링들의 (가장) 외부의 링은 상기 그루브와 접촉하며, 상기 링들 중 적어도 하나는 방사상으로 안쪽에서 그리고/또는 바깥쪽에서 미끄럼 지지된다. 다른 실시에 있어서, 상기 핀과 상기 런닝링 사이에는, 특히 볼 베어링, 니들 베어링 또는 원통형 롤러 베어링의, 원주방향으로 분배된 다수의 롤링바디가 배치된다. 다른 실시에 있어서, 상기 핀 위에는, 특히 외부링이 없는 볼 베어링, 니들 베어링 또는 원통형 롤러 베어링의, 하나 또는 다수의 롤링바디가 배치되고, 상기 롤링바디들은 아웃풋 요소와 인풋 요소가 커플링되면 상기 그루브와 접촉한다.
아웃풋 요소와 인풋 요소를 커플링하기 위해, 상기 이동축에 있어서의 상기 그루브와 상기 가이드 요소 사이의 여유공간이 유리할 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 드라이브 모듈을 통해 상기 기구 샤프트를 정확히 액추에이팅하기 위해서는, 이 축에 있어서의 가능한 한 여유공간이 없는 커플링이 유리하다. 그렇기 때문에, 본 발명의 일 실시에 있어서 허용오차 요소 (tolerance element) 가 제공되며, 상기 허용오차 요소는 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면 상기 인풋 부재의 이동축에 있어서 상기 아웃풋 부재와 상기 인풋 부재를 조인다. 개선에 있어서, 상기 허용오차 요소는 상기 아웃풋 부재에 배치된 가이드 부재를 상기 인풋 부재에 대해 조이고, 또는 상기 인풋 부재에 배치된 허용오차 요소는 상기 아웃풋 부재에 대해 상기 가이드 부재를 조인다. 이 허용오차 요소는 일 실시에 있어서 아웃풋 부재와 인풋 부재 사이의 운동의 정확한 전달을 초래할 수 있고, 다른 한편으로는 커플링할 때 또는 디커플링할 때 그의 예비인장에 대해 피할 수 있고, 이렇게 상기 아웃풋 부재와 인풋 부재를 개선시킬 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 허용오차 요소는 허용오차 요소 그루브를 구비하며, 상기 허용오차 요소 그루브는 바람직하게는 적어도 본질적으로 상기 인터페이스의 그루브에 대해 평행하며, 아웃풋 요소와 인풋 요소가 커플링되면 상기 가이드 요소에 의해 관통된다.
개선에 있어서, 상기 허용오차 요소는 상기 인풋 부재에서 그리고/또는 상기 가이드 요소에서 이동 가능하게 안내되고, 그에 대해 탄성적으로 예비인장된다. 마찬가지로, 상기 허용오차 요소는 상기 인풋 부재 또는 상기 가이드 요소와 통합적으로 형성될 수 있고, 특히 중공 공간을 통해 형성될 수 있고, 상기 중공 공간 안으로, 통합적 레그 (leg) 가 압축될 수 있고, 상기 레그는 일측에 또는 양측에 설치된다.
상기 허용오차 요소는 상기 이동 가능하게 안내된 인풋 부재의 이동축에 대해 평행으로 이동 가능하게 안내되고, 예비인장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 허용오차 요소는 축방향으로 상기 가이드 요소 상으로 안내되고, 예비인장될 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 그루브와 상기 가이드 요소, 특히 상기 가이드 요소의 롤링바디 및/또는 상기 허용오차 요소는, 특히 역방향의, 상호 보완적인 경사면들을 구비한다. 특히 이러한 경사면들의 축방향 전진을 통해, 일 실시에 있어서 마찬가지로 상기 허용오차 요소는 이동축들로(도) 예비인장할 수 있고, 이렇게 상기 그루브 안에서의 상기 가이드 요소의 안내를 개선시킬 수 있다. 상기 경사면들 중 하나 또는 다수는 개선에 있어서 볼록하게, 특히 활 모양으로 형성될 수 있고, 특히 비대칭적 배럴 롤러 (barrel roller) 들을 갖는 엑시얼-구면 롤러 베어링의 유형으로 형성될 수 있다.
드라이브 모듈과 기구 샤프트를 연결할 때 또는 연결한 후 아웃풋 부재와 인풋 부재를 커플링하기 위해, 또는 드라이브 모듈과 기구 샤프트를 풀기 전에 또는 풀 때 서로 디커플링하기 위해, 상기 가이드 요소는 일 실시에 있어서 축방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이를 통해, 상기 가이드 요소는 축방향으로 상기 그루브 안으로 도입되고, 또는 상기 그루브 밖으로 빼내질 수 있다.
개선에 있어서, 상기 축방향으로 이동 가능하게 설치된 가이드 요소는 축방향으로 예비인장된다. 이러한 방식으로, 상기 가이드 요소는 일 실시에 있어서 자동적으로 상기 그루브 안으로 들어갈 수 있고 그리고/또는 그 안에서 탄성적으로 고정될 수 있다.
일 실시에 있어서, 상기 가이드 요소를 축방향으로 이동시키기 위한 연결 링크가 제공된다. 이러한 방식으로, 상기 아웃풋 부재의 회전을 통해 우선 상기 연결 링크를 통하여 상기 가이드 요소가 이동되고, 이렇게 상기 그루브와 맞물리고 그리고/또는 상기 맞물림에서 해제될 수 있다. 상기 연결 링크는 특히 회전방향으로의 하나 또는 다수의 경사면을 구비할 수 있고, 상기 경사면들에, 상기 가이드 요소의 돌출부, 바람직하게는 칼라 (collar) 가 상기 아웃풋 부재의 회전을 통해 부딪치고, 이렇게 상기 가이드 요소를 축방향으로 이동시킨다. 개선에 있어서, 상기 연결 링크는 2개의, 회전방향으로 서로 간격을 둔, 역방향 경사면을 구비하며, 상기 경사면들에, 상기 돌출부는, 회전방향으로 서로 간격을 둔 회전위치들에서 부딪치고, 상기 가이드 요소를 이러한 방식으로 여러 가지 회전위치에서 역방향으로 축방향으로 이동시킨다.
상기 가이드 요소를 축방향을 이동시키기 위한 회전 영역은 일 실시에 있어서 그와 커플링된 인풋 부재를 액추에이팅하기 위한 상기 아웃풋 부재의 회전 영역에 이어진다. 이러한 방식으로, 상기 아웃풋 부재의 (계속적인) 회전을 통해 상기 인풋 부재가 커플링되거나 또는 디커플링될 수 있고, 그 후 또는 먼저 상기 인풋 부재가 액추에이팅될 수 있다.
상기 가이드 요소는 상기 아웃풋 부재 또는 상기 인풋 부재에 축방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있고, 예비인장될 수 있다. 마찬가지로, 상기 가이드 요소는 상기 아웃풋 부재 또는 상기 인풋 부재와 함께 축방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있고, 예비인장될 수 있다. 특히 이를 위해, 상기 아웃풋 부재는 상기 드라이브 모듈에 그리고/또는 상기 인풋 부재는 상기 기구 샤프트에, 바람직하게는 상기 아웃풋 부재의 회전축에 대해 평행으로, 이동 가능하게 설치될 수 있고, 예비인장될 수 있다.
드라이브 모듈과 기구 샤프트를 연결할 때 또는 연결한 후 아웃풋 부재와 인풋 부재를 서로 커플링하기 위해, 또는 드라이브 모듈과 기구 샤프트를 풀기 전에 또는 풀 때 서로 디커플링하기 위해, 일 실시에 있어서 상기 그루브의 가이드벽 (guide wall) 은 상기 아웃풋 부재의 회전을 통해 상기 가이드 요소를 도입시키기 위한 개구부를 구비한다. 이를 통해, 상기 가이드 요소는 상기 그루브 안으로 돌려 끼워질 수 있고 또는 상기 그루브 밖으로 돌려 빼내질 수 있다. 상기 개구부는 특히 개방된 또는 U 모양의 또는 그 외에는 폐쇄된 또는 O 모양의 레그쌍 (leg pair) 의 짧아진 레그를 통해 형성될 수 있고, 상기 레그쌍은 그의 편에서 상기 그루브를 정의할 수 있다.
특히 기구 샤프트와 커플링된 아웃풋 부재의 회전위치에 근거하여 상기 기구 샤프트의 자유도의 좌표를 검출하기 위해, 드라이브 부재와 인풋 부재가 또는 가이드 요소와 그루브가, 적어도 본질적으로, 1대 1로 대응하며 서로 커플링되면 유리할 수 있고, 따라서 상기 인풋 부재의 이동축에 있어서의 상기 인풋 부재의 각각의 위치는 정확히 상기 아웃풋 부재의 회전위치에 상응한다.
특히 그렇기 때문에, 일 실시에 있어서 상기 그루브는 상기 아웃풋 부재의 회전축 및/또는 상기 인풋 부재의 이동축에 대해 비대칭적으로 형성된다. 개선에 있어서, 상기 그루브는, 적어도 본질적으로, 이 회전축까지만 연장된다.
일 실시에 있어서, 상기 인풋 부재는, 정확히 하나의 당김 수단 및/또는 누름 수단과 연결되고, 상기 당김 수단 및/또는 누름 수단은 상기 인풋 부재의 이동축에 대해, 적어도 본질적으로, 평행한다. 이를 통해, 상기 인풋 부재의 운동은 유리하게는 정확히 그리고 간단히 상기 기구 샤프트의 자유도의 액추에이팅으로 전환될 수 있다.
본 발명에 따른 외과용 기구는 특히 최소 침습적인 그리고/또는 로봇에 의해 안내되는 기구로서 사용될 수 있다. 이를 위해, 일 실시에 있어서 상기 기구, 특히 상기 기구 샤프트 및/또는 상기 드라이브 모듈은 로봇에 결속시키기 위한 인터페이스를 구비한다. 상응하여, 본 발명의 일 양상에 따르면, 여기에 공개된 바와 같이 로봇은, 상기 로봇과, 바람직하게는 탈착 가능하게, 인터페이스를 통하여 연결된 기구와 함께 보호를 받는다. 마찬가지로, 상기 기구 샤프트의 또는 상기 드라이브 모듈의 상응하는 가이드 요소들 또는 그루브들과 커플링하기 위해, 여기에 공개된 상기 외과용 기구의 상기 인터페이스의 하나 또는 다수의 그루브 또는 가이드 요소를 구비하는, 이러한 외과용 기구를 위한 드라이브 모듈 또는 기구 샤프트는 보호를 받는다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 상기에서 설명된 외과용 기구의 상기 드라이브 모듈과 상기 기구 샤프트를 연결할 때 또는 연결한 후 상기 가이드 요소 또는 가이드 요소들은, 아웃풋 부재(들) 와 인풋 부재(들) 를 커플링하기 위해 상기 상응하는 그루브(들) 안으로 회전되거나 또는 축방향으로 밀어 넣어진다. 디커플링하기 위해, 상기 드라이브 모듈과 상기 기구 샤프트의 연결을 풀 때 또는 풀기 전에 상기 가이드 요소 또는 가이드 요소들은 상기 상응하는 그루브(들) 밖으로 회전되거나 또는 축방향으로 끌어내진다.
그 밖의 장점들과 특징들은 종속항들과 실시예들에 나타나 있다.
부분적으로 도식화됨:
도 1 은 본 발명의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스;
도 2 내지 도 6 은 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 7 은 도 1 내지 도 6 의 기계적 인터페이스들의 아웃풋 요소와 인풋 요소의 서로를 향하는 단부면들의 여러 가지 실시;
도 8 내지 도 10 은 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단;
도 11 내지 도 15 는 본 발명에 따른 기계적 인터페이스에의 기구 샤프트측 드라이브 트레인의 여러 가지 커플링;
도 16 은 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 17 내지 도 19 는 도 16 의 인터페이스의 핀과 컷아웃부의 여러 가지 실시;
도 20 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 21 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 22 은 도 21 의 기구 배열체의 핀과 클램핑 수단;
도 23 은 도 21 의 기구 배열체의, 경로 제어된 커플링 과정의 단계들;
도 24 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 25 는 도 24 의 기구 배열체의, 경로 제어된 커플링 과정의 단계들;
도 26 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체의 드라이브 유닛에의 기구 샤프트의 여러 가지 배열 또는 결합방향;
도 27 내지 도 29 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 30 은 이동방향으로 늘어진 부분을 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 31 은 비접촉식의 병진적으로 이동 가능한 시일을 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 32 는 아웃풋 요소 베이스 또는 인풋 요소 베이스와 탈착 가능하게 연결된 요소 연장부를 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스;
도 33 은 무균 어댑터 (4) 형태의 고정 요소를 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 34 는 본 발명의 실시에 따른 외과용 기구의 일부;
도 35 는 도 34 의 외과용 기구의 측정 배열체의 측정수단들의 신호 기술적 연결;
도 36 은 본 발명의 실시에 따른 제어 수단 또는 방법;
도 37: 본 발명의 실시에 따른, 로봇에 의해 안내되는 외과용 기구의 일부를 나타내는 부분단면;
도 38 은 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 도 37 의 외과용 기구의 인풋 부재 배열체;
도 39 는 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 인풋 부재 배열체를 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 40a 는 인풋 부재 배열체와 커플링된 상태에서, 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 후퇴 배열체를 갖는 드라이브 모듈을 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 40b 는 도 40a 의, 원위치로 잡아당겨진 그리고 록킹된 드라이브 모듈;
도 41 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 드라이브 모듈을 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 42 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 나타내는 부분단면;
도 42 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 43 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 43 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 44 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 44 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 45 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 45 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 46 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 46 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 47 은 본 발명의 실시에 따른 외과용 기구;
도 48a, 도 48b 는 도 47 의 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 투시 도면들;
도 49 의 (a), 도 49 의 (b) 는 도 48 의 인터페이스의 그루브와 가이드 요소를 커플링할 때의 단계들;
도 49 의 (c)- 도 49 의 (f) 는 도 47 의 외과용 기구의 아웃풋 부재를 통해 인풋 부재를 액추에이팅할 때의 단계들;
도 50 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 부분단면;
도 51a, 도 51b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 투시 도면 (도 51a) 과 부분단면 (도 51b);
도 52 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 도 51b 에 상응하는 방식으로 나타내는 도면;
도 53a, 도 53b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 여러 가지 위치에서 나타내는 도면;
도 54 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스;
도 55a - 도 55d 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 이동축의 방향으로의 평면도 (도 55a, 도 55b) 또는 투시 도면 (도 55c, 도 55d) 이며, 이때 아웃풋 부재와 인풋 부재는 서로 커플링되어 있지 않거나 (도 55a, 도 55c, 도 55d) 또는 서로 커플링되어 있다 (도 55b).
도 1 은 본 발명의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스;
도 2 내지 도 6 은 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 7 은 도 1 내지 도 6 의 기계적 인터페이스들의 아웃풋 요소와 인풋 요소의 서로를 향하는 단부면들의 여러 가지 실시;
도 8 내지 도 10 은 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단;
도 11 내지 도 15 는 본 발명에 따른 기계적 인터페이스에의 기구 샤프트측 드라이브 트레인의 여러 가지 커플링;
도 16 은 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 17 내지 도 19 는 도 16 의 인터페이스의 핀과 컷아웃부의 여러 가지 실시;
도 20 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 21 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 22 은 도 21 의 기구 배열체의 핀과 클램핑 수단;
도 23 은 도 21 의 기구 배열체의, 경로 제어된 커플링 과정의 단계들;
도 24 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 25 는 도 24 의 기구 배열체의, 경로 제어된 커플링 과정의 단계들;
도 26 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체의 드라이브 유닛에의 기구 샤프트의 여러 가지 배열 또는 결합방향;
도 27 내지 도 29 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 30 은 이동방향으로 늘어진 부분을 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 31 은 비접촉식의 병진적으로 이동 가능한 시일을 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들;
도 32 는 아웃풋 요소 베이스 또는 인풋 요소 베이스와 탈착 가능하게 연결된 요소 연장부를 구비하는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스;
도 33 은 무균 어댑터 (4) 형태의 고정 요소를 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체;
도 34 는 본 발명의 실시에 따른 외과용 기구의 일부;
도 35 는 도 34 의 외과용 기구의 측정 배열체의 측정수단들의 신호 기술적 연결;
도 36 은 본 발명의 실시에 따른 제어 수단 또는 방법;
도 37: 본 발명의 실시에 따른, 로봇에 의해 안내되는 외과용 기구의 일부를 나타내는 부분단면;
도 38 은 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 도 37 의 외과용 기구의 인풋 부재 배열체;
도 39 는 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 인풋 부재 배열체를 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 40a 는 인풋 부재 배열체와 커플링된 상태에서, 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 후퇴 배열체를 갖는 드라이브 모듈을 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 40b 는 도 40a 의, 원위치로 잡아당겨진 그리고 록킹된 드라이브 모듈;
도 41 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 드라이브 모듈을 도 38 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 42 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 나타내는 부분단면;
도 42 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 43 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 43 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 44 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 44 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 45 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 45 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 46 의 (a) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 46 의 (b) 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 드라이브 유닛과 기구 샤프트를 도 42 의 (a) 에 상응하는 도면으로 나타내는 도면;
도 47 은 본 발명의 실시에 따른 외과용 기구;
도 48a, 도 48b 는 도 47 의 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 투시 도면들;
도 49 의 (a), 도 49 의 (b) 는 도 48 의 인터페이스의 그루브와 가이드 요소를 커플링할 때의 단계들;
도 49 의 (c)- 도 49 의 (f) 는 도 47 의 외과용 기구의 아웃풋 부재를 통해 인풋 부재를 액추에이팅할 때의 단계들;
도 50 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 부분단면;
도 51a, 도 51b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 투시 도면 (도 51a) 과 부분단면 (도 51b);
도 52 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 도 51b 에 상응하는 방식으로 나타내는 도면;
도 53a, 도 53b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 여러 가지 위치에서 나타내는 도면;
도 54 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스;
도 55a - 도 55d 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타내는 이동축의 방향으로의 평면도 (도 55a, 도 55b) 또는 투시 도면 (도 55c, 도 55d) 이며, 이때 아웃풋 부재와 인풋 부재는 서로 커플링되어 있지 않거나 (도 55a, 도 55c, 도 55d) 또는 서로 커플링되어 있다 (도 55b).
도 1 은 모듈식 모터 드라이브 유닛 (1) 의 아웃풋 배열체의 2개의 역방향 아웃풋 요소 (10A, 10B) 를 갖는 본 발명의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 아웃풋 요소들은 기구 샤프트 (2) 의 드라이브 배열체의 2개의 인풋 요소 (20A 또는 20B) 와 커플링된다. 무균 장벽 (3) 은 드라이브 유닛 (1) 을 에워싸고, 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 (2) 사이에 배치된다.
아웃풋 요소들과 인풋 요소들 (10A, 10B 또는 20A, 20B) 은 드라이브 유닛 (1) 안에서 또는 기구 샤프트 (2) 안에서 병진적으로 이동 가능하게 안내된다.
아웃풋 요소들 (10A, 10B) 은, 도 1 에 회전 화살표로 도시된 커플링 수단 (10C) 의 회전 운동이 요소들 (10A, 10B) 의 병진 운동으로 전환되도록, 로커 (10C) 로서 형성된 커플링 수단과 커플링된다. 커플링 수단 (10C) 은 예컨대 드라이브 유닛 (1) 의 전기모터의 아웃풋 샤프트와 연결되거나 또는 기어를 통하여 커플링될 수 있다 (도시되지 않음).
유사한 방식으로, 인풋 요소들 (20A, 20B) 은, 요소들 (20A, 20B) 의 병진 운동이 커플링 수단 (20C) 의 회전 운동으로 전환되도록, 로커 (20C) 로서 형성된 그 밖의 커플링 수단과 커플링된다. 커플링 수단 (20C) 에는, 예컨대 축방향으로 서로 간격을 둔, 기구 샤프트 (2) 의 당김 로프들 또는 푸시 로드들이 고정되고, 상기 당김 로프들 또는 푸시 로드들을 통해 엔드 이펙터의 자유도가 액추에이팅되며, 예컨대 가위가 개방되거나 또는 외과용 메스가 비틀려진다 (도시되지 않음). 마찬가지로, 커플링 수단 (20C) 의 회전 운동은 예컨대 톱니바퀴들을 통하여 전달될 수 있거나 또는 - 예컨대 웜 기어를 통하여 - 다시 병진 운동으로 전환될 수 있다.
아웃풋 요소와 할당된 인풋 요소 (10A, 20A 또는 10B, 20B) 상호간에 뿐만 아니라 아웃풋 요소들 (10A, 10B) 과 커플링 수단 (10C) 그리고 인풋 요소들 (20A, 20B) 과 그 밖의 커플링 수단 (20C) 도 각각 일측 링키지를 통해 서로 커플링된다. 커플링 수단 (10C) 은 아웃풋 요소들 (10A, 10B) 로, 상기 아웃풋 요소들은 인풋 요소들 (20A, 20B) 로, 그리고 상기 인풋 요소들은 다시 그 밖의 커플링 수단 (20C) 으로 압축력만을 전달할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 아웃풋 요소들과 상기 인풋 요소들은 일 실시에 있어서 태핏으로서 형성되고, 상기 태핏들은 그들의 세로축들을 따라서 이동되고, 예컨대 리니어 액추에이터 또는 관절 키네메틱스를 통해 이동된다. 상기 태핏들 사이에 무균 장벽 (3) 이 있다. 한 태핏쌍을 이용해 압축력만 전달될 수 있기 때문에, 제 2 태핏쌍을 통해, 폐쇄된 운동학적 루프 (kinematic loop) 가 형성된다. 상기 제 2 태핏쌍은 상기 제 1 태핏쌍에 대해 역방향으로 움직여지고, 따라서 구동력들이 두 방향에 있어서 전달될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 본 발명의 일 실시에 있어서 상기 기계적 인터페이스 안에는 평행 사변형 키네메틱스가 제공된다.
상기 드라이브 유닛에의 상기 기구 샤프트의 커플링은 간단히 형성되며, 대안적으로 태핏들 (10A - 20B) 의 운동방향 또는 이동방향을 따라서 또는 가로질러 수행될 수 있다. 드라이브 유닛 (1) 의 태핏들 (10A, 10B) 은 무균 장벽 (3) 에 의해 덮혀진다. 기구 샤프트 (2) 는, 태핏들 (10A, 20A 또는 10B, 20B) 이 처음에는 일종의 간격을 두고 마주 보고 있도록 드라이브 유닛 (1) 에 결합된다. 그 후, 아웃풋측이 드라이브측 상에 눌려진다. 이때, 틸팅 레버 또는 로커 (10C, 20C) 의 각위치는 임의적인데, 왜냐하면 양측의 위치들은 커플링 과정 동안 같게 되기 때문이다.
도 2 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기에서 설명된 실시와 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
도 1 의 실시에서는 커플링 수단들 (10C, 20C) 과 태핏들 (10A, 10B 또는 20A, 20B) 사이의 미끄럼 접촉이 존재하며, 이때 마찰력은 무엇보다도 레버 위치, 접촉면들, 특히 그들의 지오메트리와 표면에 좌우된다. 그러므로, 본 발명의 실시에 있어서, 예시적으로 도 2 에 도시된 바와 같이, 커플링 수단 (도 2 에서 예시적으로: 10C, 20C) 과 아웃풋 요소 또는 인풋 요소 (도 2 에서 예시적으로: 10A, 10B 또는 20A, 20B) 와의 적어도 하나의 일측 접촉부에는 롤러 (30) 가 배치되고, 이를 통해 마찰이 감소될 수 있다.
도 3 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
도 1, 도 2 의 실시들에서는, 아웃풋 요소들 (10A, 10B) 과 커플링 수단 (10C) 그리고 인풋 요소들 (20A, 20B) 과 그 밖의 커플링 수단 (20C) 은 각각 미끄럼 접촉 (도 1) 또는 구름 접촉 (도 2) 을 구비한 일측 링키지를 통해 서로 커플링된다. 이와 달리, 예시적으로 도 3 에 도시된 실시에서는, 적어도 하나의 아웃풋 요소 (도 3 에서 예시적으로: 10A, 10B) 와 커플링 수단 (도 3 에서 예시적으로: 10C) 및/또는 적어도 하나의 인풋 요소 (도 3 에서 예시적으로: 20A, 20B) 와 (그 밖의) 커플링 수단 (도 3 에서 예시적으로: 20C) 은 적어도 하나의 커플링 로드 (coupling rod) (도 3 에서 예시적으로: 40) 를 통해 서로 커플링되고, 상기 커플링 로드는 관절식으로 상기 커플링 수단 또는 요소와 연결된다.
도 4 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
이 실시에서는, 자유도를 액추에이팅하기 위해 하나의 태핏쌍 (10A, 20A) 만 힘전달을 위해 제공된다. 아웃풋 요소와 인풋 요소로 이루어진 그 밖의 쌍 대신에, 인풋 요소 (20A) 는 그의 이동방향과 반대로 스프링 (50) 을 통해 예비인장된다. 상기 스프링은 이동방향으로 액추에이팅하는 힘의 제거시 또는 이 이동방향과 반대로의 상기 아웃풋 요소의 액추에이팅된 운동에 있어서 태핏쌍 (10A, 20A) 을 상기 이동방향과 반대로 복귀시킨다.
도 5 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
예시적으로 도 5 에 도시된 실시에 있어서, 아웃풋 요소 (도 5 에서 예시적으로: 10A, 10B) 와, 반대방향으로 움직여진 슬라이딩 슬리브들을 갖는 스핀들 드라이브 (spindle drive) 로서의 커플링 수단 (도 5 에서 예시적으로: 10C) 사이의 적어도 하나의 커플링이 형성된다. 바람직하게는 나사 스핀들 (threaded spindle) 로서 형성된 커플링 수단 (도 5 에서 예시적으로: 10C) 은 일 실시에 있어서 오른쪽 나사산과 왼쪽 나사산을 갖는 각각 하나의 섹션을 구비하며, 상기 섹션 위에, 각각 스핀들 너트로서 형성된 아웃풋 요소 (도 5 에서 예시적으로: 10A 또는 10B) 가 안착한다. 나사 스핀들 (10C) 의 회전을 통해, 스핀들 너트들 (10A, 10B) 은 반대방향으로 움직여진다. 상기 너트들은, 예컨대 드라이브 유닛에 고정된 가이드 레일 (10D) 과 함께, 비틀리지 않도록 되어 있다.
명확하게 하기 위해, 도 5 에서 왼쪽에는 상기 인터페이스의 투시 단면이 도시되고, 가운데에는 또는 오른쪽에는 아웃풋 요소들 (10A, 10B) 의 여러 가지 위치에서의 측면도가 도시된다.
도 6 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
예시적으로 도 6 에 도시된 실시에 있어서, 적어도 하나의 아웃풋 요소 (도 6 에서 예시적으로: 10A, 10B) 와 커플링 수단 (도 6 에서 예시적으로: 10C) 및/또는 적어도 하나의 인풋 요소 (도 6 에서 예시적으로: 20A, 20B) 와 (그 밖의) 커플링 수단 (도 6 에 예시적으로: 20C) 은 랙 기어를 통해 커플링된다. 이를 위해, 개선에 있어서 커플링 수단들 (도 6 에서 예시적으로: 10C, 20C) 은 피니언으로서 형성되고, 랙으로서 형성된 아웃풋 요소들 (도 6 에서 예시적으로: 10A, 10B) 또는 인풋 요소들 (도 6 에서 예시적으로: 20A, 20B) 은 상기 피니언과 각각 역방향으로 맞물리고, 이렇게 회전 운동을 병진 운동으로 전환시킨다. 그들은 상기 피니언의 마주보고 있는 측들에 배치되기 대문에, 그들은 역방향으로 움직인다. 바람직한 개선에 있어서 상기 인풋 요소들 및/또는 아웃풋 요소들은 그들의 이동방향과 반대로 또는 서로를 향해 예비인장되기 때문에, 이를 통해 유리하게는 톱니 맞물림들 (10A-10C, 10B-10C, 20A-20C 또는 20B-20C) 안의 방향전환 여유공간도 감소되거나 또는 제거될 수 있다.
도 7 은 도 1 내지 도 6 의 실시들의 아웃풋 요소들과 인풋 요소들 (10A, 10B 또는 20A, 20B) 의 서로를 향하는 단부면들의 여러 가지 실시를 나타내며, 상기 단부면들은 평탄하게 또는 구형으로 형성되고 그리고/또는 다른 단부면 안의 컷아웃부 안으로 맞물리기 위한 돌출부를 구비한다: 이때, 도 7 의 (a) 는 (일측에서 결속된) 면접촉을 형성하는 2개의 평탄한 단부면 또는 접촉면을 나타내고, 도 7 의 (b) 는 점접촉을 형성하는, 하나의 구형 단부면과 하나의 평탄한 단부면을 나타내고, 도 7 의 (c) 는 원뿔 모양의 보어 또는 컷아웃부 안으로 맞물리는 그리고 환형 접촉을 만들어내는 공 모양의 돌출부를 나타내고, 도 7 의(d) 는 원뿔 모양의 보어 또는 컷아웃부 안으로 맞물리는 그리고 면접촉을 형성하는 원뿔 모양의 돌출부를 나타내고, 도 7 의 (e) 는 점접촉을 형성하는 2개의 구형 단부면 또는 접촉면을 나타낸다.
가능한 한 높은 전달 정확성 및 강성을 보장하기 위해, 상기 접촉면들의 위치 및 방위에 있어서의 편차들이 저지되어야 한다. 이러한 유형의 편차들의 가능한 원인들은 제조 및 조립 허용오차들, 및 사용자에 의한, 상기 드라이브 유닛에 대한 상기 기구의 포지셔닝에 있어서의 편차들이다. 그렇기 때문에, 본 발명의 실시에 있어서, 적어도 하나의 일측 링키지는 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이의 점접촉을 구비한다.
도 8 내지 도 10 은 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단을 나타낸다. 이때, 도 8 은 의도적으로 도입된 휘는 성질을 통한, 태핏 접촉면들의 위치 편차 및 방위 편차의 보상을 나타낸다. 예시적으로 도 8 의 (a) 에 도시된 실시에 있어서, 휘는 성질은 아웃풋 요소 및/또는 인풋 요소 (도 8 의 (a) 에서 예컨대 10A 또는 20A) 의 유연한 형태를 통해 형성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 휘는 성질은 예시적으로 도 8 의 (b) 에 도시된 바와 같이 무균 장벽의 탄성적 변형을 통해 형성될 수 있다. 상기 무균 장벽은 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 엘라스토머로 제조된다. 아웃풋 요소 및/또는 인풋 요소의 상기 유연한 형태는, 도 8 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 특히 전달 거동과 관련하여 유리할 수 있다. 일반적으로, 휘는 성질은 본 발명의 실시에 있어서 점진적 스프링 특성곡선을 구비할 수 있는데, 왜냐하면 이렇게 하여 보다 작은 허용오차들을 보상하기 위해서이고, 그리고 동시에 보다 큰 조절운동들에 있어서 비교적 강한 전달을 보장하기 위해서이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 예시적으로 도 8 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 휘는 성질은 커플링 수단 안에 제공될 수 있다. 폐쇄된 운동학적 사슬을 근거로, 그는 원칙적으로 정역학적으로 과잉결정된 시스템에 관한 것이다. 상기 운동학적 사슬 안의 제조 및 조립 허용오차를 보상하기 위해 그리고 여유공간 없음을 만들어내기 위해, 태핏쌍들의 길이 차이들은 커플링 수단의 유연한 형태를 통해 보상된다.
예시적으로 도 9 에 도시된 실시에 있어서, 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단은, 이동방향으로 (도 9 에서 수직으로) 이동 가능한 베어링 또는 이동방향으로 이동 가능한 커플링 수단의 베어링축 (도 9 에서 예시적으로: 10C) 을 구비한다. 상기 베어링은 이를 위해 일 실시에 있어서 상기 드라이브 유닛의 내부에 이동 가능하게 배치된 슬라이드 안에 회전 가능하게 설치된다. 이 스러스트 베어링은 태핏 운동의 방향으로의 이동을 가능하게 한다. 이 방향에 있어서, 예컨대 스프링을 통해 또는 정적 이동을 통해 힘이 가해지고, 상기 힘은 태핏쌍들을 인터페이스에서 서로에 대해 예비인장한다 (도 9 에서 파선 힘 화살표를 통해 도시됨).
도 10 은 상기에서 이미 도 8 의 (b) 와 관련하여 설명된 상기 무균 장벽 안에서의 휘는 성질을 통한, 태핏쌍들 사이의 길이 허용오차들의 보상을 나타낸다. 예시적으로 도 10 에 도시된 본 발명의 실시에 있어서, 상기 무균 장벽 안에는, 휘기 쉬운 보상 요소 (3.1) 가 통합된다. 이 요소의 압축을 통해, 운동학적 루프 안의 예비인장이 생성되고, 동시에 여러 가지 압축을 통해 길이 차이들이 보상된다. 특히, 조절 거동에 불리하게 작용할 수 있는 너무 큰 휘는 성질이 도입되지 않도록, 보상 요소 (3.1) 는 개선에 있어서 점진적 스프링 거동을 구비한다. 이는 특히 상응하는 재료 선택 및/또는 상기 무균 장벽의 기하학적 형태를 통해 달성될 수 있다.
도 11 내지 도 15 는, 예컨대 상기에서 도 1 내지 도 10 과 관련하여 설명된, 하지만 하기에서는 그 밖의 도면들과 관련하여 설명되는 본 발명에 따른 기계적 인터페이스에의 기구 샤프트측 드라이브 트레인의, 특히 여러 가지 유리한 커플링을 나타낸다. 이때, 도 11 은 인풋 요소들에의 전동 로프 (60) 의 커플링을 나타낸다. 기구 샤프트의, 특히 엔드 이펙터 (도시되지 않음) 의 자유도를 양방향으로 또는 역방향으로 액추에이팅하기 위해, 회전 가능하게 설치된 로커 (20C) 를 갖는 기구 샤프트 안에는, 두 태핏 (20A, 20B) 사이의 운동학적 루프가 형성된다. 도시된 실시에 있어서, 상기 태핏들은 각각 회전 스러스트 베어링 (20D) 과 함께 상기 로커에 커플링된다. 상기 로커와 로프 롤러가 단단히 연결되고, 상기 로프 롤러는 전동 로프 (60) 에 의해 휘감겨진다. 개선에 있어서, 롤러와 전동 로프 사이의 형상 결합식 및/또는 재료 결합식 연결도 가능하다. 로프 롤러 지름의 적합한 선택을 통해, 선택적으로, 필요한 로프 행정에의 인터페이스 행정의 적응이 수행될 수 있다. 상기 로프 롤러의 도시된 원통형 횡단면 이외에, 다른, 특히 타원형의 횡단면들도 가능하다.
도 12 는 그 밖의 실시에 따른 기계적 인터페이스에의 기구측 전동 로프 (60) 의 커플링을 나타낸다. 이때, 본 발명의 의미에서의 커플링 수단의 요소를 형성하는 로프 롤러에 추가적으로 치형부 (20E) 가 제공되고, 상기 치형부는 기구측 태핏 (도 12 에서 예시적으로: 20B) 의, 톱니가 달린 섹션과 맞물린다. 이 톱니바퀴단의 추가적인 변속은 유리하게는 로프 행정에의 태핏 행정의 보다 나은 적응을 허용한다.
도 11, 도 12 의 두 실시에 있어서, 전동 로프 (60) 는 폐쇄되어 있다. 예시적으로 도 13, 도 14 및 도 15 에 도시된 본 발명의 대안적인 실시에 있어서는, 자유도는 개방된 전동 로프 (도 13 에서 예시적으로: 60) 를 통해서도 또는 푸시 로드들 (도시되지 않음) 을 통해 액추에이팅될 수 있고, 상기 전동 로프의 단부들은 인풋 요소들 (도 13 에서 예시적으로: 20A, 20B) 과 커플링될 수 있고, 또는 상기 인풋 요소들과 커플링된 커플링 수단과 커플링될 수 있다. 이때, 예시적으로 도 14, 도 15 에 도시된 본 발명의 실시에 있어서, 전동 로프 (60) 의 단부들은 추가적인 로프 로커 (rope rocker) 들을 통하여 기계적 인터페이스에 또는 그의 인풋 요소들 (20A, 20B) 에 커플링된다. 각각의 로커의 레버암들의 비율을 통하여, 유리하게는 로프 행정이 맞춰질 수 있다. 필요한 로프 길이의 변화를 저지하기 위해, 상기 두 로프 로커의 레버비는 같을 수 있다. 도 14, 도 15 에서, 상기 로프 로커들의 두 베어링 위치는 보다 잘 보이도록 서로 오프셋되어 도시된다. 일 실시에 있어서, 상기 로프 로커들의 이 베어링들은 동축적으로 서로 같을 수 있다. 도 14 의 실시에 있어서, 아웃풋 요소들과 인풋 요소들 사이의 폐쇄된 운동학적 루프는 그 밖의 기구측 로커를 통해 형성되고, 상기 로커는 각각 회전 스러스트 베어링 (20D) 을 통하여 기구측 태핏들 (20A, 20B) 과 커플링된다. 도 15 의 실시에 있어서, 이 추가적인 로커가 생략되고, 그 대신 인터페이스의 예비인장은 전동 로프를 통하여 생성되며, 상기 전동 로프를 통하여 여하튼 폐쇄된 운동학적 루프가 존재한다. 특히 이러한 방식으로, 일반적으로, 본 발명의 실시에 따르면 상기 기계적 인터페이스의 예비인장은 기구 샤프트측 전동 로프를 예비인장하기 위해 사용될 수 있고, 이를 통해 기구측 드라이브 트레인의 복잡성이 감소된다. 이 자리에서 확실히 주의할 점은, 도시된 실시들에 있어서 아웃풋 요소와 인풋 요소의 할당이 순전히 예시적이며, 특히 한 실시의 아웃풋 요소의 배열들 또는 특징들이 다른 실시의 인풋 요소의 배열들 또는 특징들과 조합될 수도 있다는 것이다. 이렇게, 예컨대 도 14 의 실시에 있어서 인풋 드라이브측 회전 스러스트 베어링 (20D) 대신에, 아웃풋측 배열과 유사하게 커플링 로드들 (도 14 안의 아웃풋측 커플링 로드 (40) 참조) 을 갖는 배열 또는 커플링도 가능하다.
도 16 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다. 이 실시에 있어서, 상기 인터페이스는 핀 (100) 형태의 아웃풋 요소와, 컷아웃부 (200) 를 갖는 인풋 요소를 구비하며, 이때 상기 핀은 상기 컷아웃부 안에서 클랭핑 수단을 통해 방사상으로 탄성적으로 확장될 수 있다. 이 실시는 장력 및 압축력을 전달하기 위해 적합하다. 하기에서는 예시적으로 상기 기계적 인터페이스의 병진적 액추에이팅 또는 이동이 설명되며, 하지만 상기 기계적 인터페이스는 회전 운동을, 또는 중첩된 병진 운동과 회전 운동을 전달하기 위해서도 사용될 수 있다.
드라이브 핀 (drive pin, 100) 은 병진적으로 이동 가능하게 드라이브 유닛 (1) 안에서 안내되고, 액추에이팅되며, 커플링 부싱 (coupling bushing, 200) 형태의 기구 샤프트측 컷아웃부 안으로 도입된다. 박벽 무균 장벽 (3) 은 드라이브 유닛과 기구 샤프트 사이에 배치된다.
드라이브 핀 (100) 과 커플링 부싱 (200) 의 연결은 마찰 결합식으로 또는 형상 결합식으로 그리고 기구 드라이브에 좌우되어 또는 그와 상관없이 수행될 수 있다. 유리하게는, 보다 높은 복잡성과 보다 좁은 허용오차들을 갖는 구성요소들은 상기 드라이브 유닛 안에 배치될 수 있고, 따라서 이 인터페이스들은 특히 비싸지 않은 일회용 기구 샤프트들을 위해서도 유리하다. 하기에서 기술하는 바와 같이, 드라이브 유닛에 대해 상대적인 기구 샤프트의 포지셔닝과 고정은 개선에 있어서 별도의 기능유닛을 통해 수행된다. 그렇기 때문에, 커플링 요소들의 베어링은 바람직하게는 형태 허용오차 및 위치 허용오차에의 높은 요구들이 저지되도록 그리고 아웃풋 요소와 인풋 요소의 연결이, 적어도 본질적으로, 구속 없이 수행되도록 선택된다. 그러므로, 상기 드라이브 핀은 개선에 있어서 상기 드라이브 유닛 안에서 5가 스러스트 베어링과 함께 안내되고, 즉 세로축을 따른 이동들만 가능하다. 기구 샤프트 안에서의 상기 커플링 부싱의 베어링은 방사상 방향에서 여유공간을 가지며, 즉 상기 커플링 부싱은 방사상 방향에서 명백히 안내되는 것은 아니다. 기구 샤프트가 드라이브 유닛에 커플링되어 있지 않을 경우에는, 레이디얼 베어링은, 커플링 슬리브가 충분한 정확성을 갖고 사전 포지셔닝되고, 핸들링 및 세척 동안 풀어질 수 없는 것을 보장한다. 기구 샤프트가 드라이브 유닛에 커플링되자마자 이 베어링은 기능을 갖지 않는다. 그러면, 상기 드라이브 핀의 스러스트 베어링이 기구 샤프트측 인풋 요소의 지지도 떠맡는다. 이러한 방식으로, 상기 두 베어링이 조여지지 않으며 유리하게는 구속 없는 연결이 달성된다. 기구 샤프트 안에서의 상기 커플링 부싱의 베어링은 개선에 있어서 축방향 또는 이동방향에서의 2개의 스톱을 구비한다. 이로써, 각각의 기구 샤프트를 위한 필요한 작업 행정이 개별적으로 확정되고, 드라이브 유닛은 여러 가지 기구 샤프트를 위해 사용될 수 있다.
상기 커플링 요소들의 기하학적 형태를 통해, 드라이브 핀 (100) 에 대한 커플링 부싱 (200) 의 방사상 정렬이 자동적으로 수행된다. 이로써, 드라이브 핀들의 방향으로의 결합운동만 필요하다. 이를 통해, 유리하게는 외과 수술 동안의 기구 샤프트 교체가 쉬워지고, 보다 짧은 시간 내에 실행 가능하다.
도 17, 도 18 에는 드라이브 핀과 커플링 부싱의 여러 가지 유리한 실시가 도시되고, 특히 드라이브 핀의 평탄한 (도 17 의 (d)), 원뿔 모양의 (도 17 의 (c)), 구형의 (도 17 의 (b)) 그리고 타원형의 (도 17 의 (a)) 단부면이 도시되고, 상기 단부면은 각각 기구 샤프트측 커플링 부싱의 여러 가지 도입 지오메트리와 조합될 수 있으며, 특히 원통형의 (도 18 의 (d)) 블라인드 보어와, 특히 하나 또는 다수의 오프셋부 (도 18 의 (c)) 와, 사면 (도 18 의 (b)) 과 또는 둥근부 (도 18 의 (a)) 와 조합될 수 있다.
도 19 는 핀 (100) 과 컷아웃부 (200) 의 여러 가지 커플링을 나타낸다: 예시적으로 도 19 (a), 도 19 의 (b) 및 도 19 의 (d) 에 도시된 실시에 있어서 핀과 컷아웃부는 특히 일체형으로 (도 19 의 (d)) 또는 여러 부분으로 (도 19 의 (a), 도 19 의 (b)) 형성된 드라이브 핀의 탄성적 확장을 통해 마찰 결합식으로 커플링되며, 상기 드라이브 핀은 이를 위해 탄성적 몸체 (도 19 의 (a), 도 19 의 (b) 에서 예시적으로: 100.1) 를 구비할 수 있고, 상기 탄성적 몸체의 지름은 클램핑 수단 (도 19 의 (a), 도 19 의 (b), 도 19 의 (d) 에서: 100.2) 을 이용한 탄성적 변형을 통해 확장된다. 예시적으로 도 19 의 (c) 에 도시된 실시에서는, 핀과 컷아웃부는 추가적으로 또는 오로지 형상 결합식으로만, 일체형으로 또는 여러 부분으로 형성된 드라이브 핀의 탄성적 확장을 통해 커플링된다. 도 19 의 (c) 에 예시적으로 형상 결합과의 조합에 있어서 도시된 실시에서, 클램핑 수단 (도 19 의 (c) 에서 예시적으로: 100.2) 은 원뿔 모양의 외부형태를 가지며, 핀 (100) 안에서 축방향으로 이동 가능한데, 왜냐하면 그를 내부로부터 방사상으로 확장시키기 위해서이다. 이와 달리, 도 19 의 (a), 도 19 의 (b) 의 실시들에서는, 상기 탄성적 핀을 축방향 압축을 통해 방사상으로 확장시키기 위해 클램핑 수단 (100.2) 은 플랜지를 구비한다. 도 19 의 (d) 의 실시에 있어서, 클램핑 수단 (100.2) 은 유압식으로 또는 공압식으로 형성되고, 핀 (100) 은 가압을 통해 내부로부터 방사상으로 확장된다.
무균 장벽 (3) 은 핀과 컷아웃부 사이에 배치되고, 상기 무균 장벽의 탄성을 근거로, 상기에서 기술된 형상 결합 또는 마찰 결합을 가능하게 한다. 다른 곳에서 실시된 바와 같이, 이 실시에서도 (무균 상태가 아닌) 드라이브 유닛의 운동이 (무균) 기구 샤프트로 상기 무균 장벽 안의 컷아웃부를 관통해 전달되는 것이 아니라 상기 폐쇄된 무균 장벽을 넘어서 전달되고, 이는 무균 핸들링을 쉽게 하도록 한다.
클램핑 운동 또는 클램핑 수단 (도 19 에서 예시적으로: 100.2) 은 기구 드라이브에 좌우되어 또는 그와 상관없이 작동될 수 있다.
도 20 의 (a) 는 핀 형태의 3개의 아웃풋 요소를 갖는 드라이브 유닛 (1) 을 예시적으로 나타내고, 도 20 의 (b) 는 상기 드라이브 유닛과 커플링 가능한, 상응하는 컷아웃부들을 구비하는, 3개의 인풋 요소를 갖는 기구 샤프트 (2) 를 나타낸다. 일 실시에 있어서, 아웃풋 요소의 또는 인풋 요소의 핀은 비탄성적으로 방사상으로 확장될 수 있고, 이를 위해 예시적으로 도 20 의 (a) 에 도시된 바와 같이 하나 또는 다수의 방사상으로 이동 가능하게 안내된, 바람직하게는 라멜라 유형의, 별도의 몸체 (도 20 의 (a) 에서 예시적으로 100.1) 를 구비할 수 있다.
도 21 내지 도 23 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 (크랭크) 핀-인터페이스를 갖는, 드라이브 유닛 (1) 및 그와 커플링된 기구 샤프트 (2) 를 통한 단면들을 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
특히 전기모터 (100.3) 형태의 클램핑 수단 드라이브, 클램핑 수단의 나사 스핀들 (100.2), 예컨대 리서큘레이팅 볼 스크루와 너트, 크랭크 핀 (100), 및 컷아웃부 (200) 를 갖는 기구 샤프트측 커플링 부싱이 도식적으로 도시된다. 예컨대 볼 타입 리니어 드라이브 또는 롤러 타입 리니어 드라이브의 나사 스핀들 (100.2) 은 전기모터 (100.3) 에 의해 경로 제어되어 구동된다. 상기 나사 스핀들은 스핀들 베어링을 통해 드라이브 유닛 (1) 안에 설치된다. 상기 나사 스핀들 (100.2) 과 맞물리는 스핀들 너트 (100.4) 는 회전 불가능하게 크랭크 핀 (100) 과 연결된다. 상기 크랭크 핀은 그의 편에서 스러스트 베어링 (100.5) 안에서 안내되고, 상기 스러스트 베어링은 축방향으로의 병진 운동만 허용하고, 전체 방사상 힘 및 모멘트를 흡수한다. 마찰 결합 또는 형상 결합을 위해 (특히 도 19 참조) 핀 (100) 은 라멜라 유형의 텐셔닝 레버 (100.1) 들 형태의 다수의 별도의 몸체를 구비하며, 상기 텐셔닝 레버들은 균일하게 상기 크랭크 핀의 둘레에 분배된다. 텐셔닝 레버 (100.1) 들은 크랭크 핀 (100) 의 원위 단부에 (도 22 에서 오른쪽) 회전 가능하게 그 안에 설치되고, 이를 통해 방사상으로 이동 가능하게 안내되며, 따라서 상기 텐셔닝 레버들의 방사상 변위는 기구측 커플링 부싱 안에서의 상기 크랭크 핀의 마찰 결합식 또는 형상 결합식 클램핑을 초래한다. 예시적으로 도 21 내지 23 에 도시된 바와 같이, 상기 텐셔닝 레버들의 변위는 경로 제어되어 제어 윤곽을 통해 수행되고, 상기 제어 윤곽은 상기 나사 스핀들 안에 통합될 수 있다.
도 23 은 기계적 인터페이스를 이용한, 아웃풋 배열체와 드라이브 배열체의 경로 제어된 커플링 과정을 나타내며, 보다 정확히 말하면 아웃풋 요소 (100) 와 인풋 요소 (200) 의 커플링 전의 상태 (도 23 의 (a)), 커플링 부싱 안으로의 드라이브 핀의 도입 후의 클램핑의 생성 (도 23 의 (b)), 및 텐셔닝 레버들의 기계적 구속을 통한, 전체 조절범위에 걸친 상기 클램핑의 유지를 나타낸다.
도 23 의 (a) 는 커플링 전의 상태를 나타낸다. 드라이브 유닛 (1) 은 무균 싸개 (3) 에 의해 덮혀지고, 기구 샤프트는 드라이브 유닛 (1) 에 고정된다. 드라이브 핀 (100) 은 하부 경계위치로 주행된다. 상기 기구 샤프트 안의 압축 스프링 (200.1) 은, 커플링 부싱 (200) 이 마찬가지로 하부 경계위치에 있는 것을 안전하게 함으로써 커플링 과정을 돕는다. 도 23 의 (b) 는 바로 커플링 후의 상태를 나타낸다. 드라이브 유닛 (1) 밖으로 핀 (100) 이 나감으로써, 상기 핀은 상기 기구 샤프트의 커플링 부싱 안으로 도입된다. 그 후, 텐셔닝 레버 (100.1) 들은 구속되어, 나사 스핀들 (100.2) 위에 제공된 제어 윤곽을 통해 방사상으로 나가게 되며, 이를 통해 마찰 결합식 또는 형상 결합식 연결이 만들어진다. 도 23 의 (c) 가 나타내는 바와 같이, 이 기계적 연결은 텐셔닝 레버 (100.1) 들의 기계적 구속을 통해 상기 기구 샤프트의 전체 작업영역에서 유지되고, 실시예에서 병진적으로 이동된 또는 액추에이팅된 핀 (100) 에 있어서 (도 23 에서 수직으로) 유지된다.
도 24 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스들을 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
도 24 의 실시에 있어서 크랭크 핀 드라이브 또는 클램핑 수단 드라이브는 힘제어되며, 클램핑력은 도 21 내지 도 24 의 실시와 달리, 아웃풋 요소의 또는 핀의 조절 드라이브에 좌우되는 구속을 통해 가해지지 않는다. 아웃풋 요소와 인풋 요소 사이의 커플링은 드라이브 핀 (100) 의 탄성적 확장을 통해 만들어지고, 마찰 결합식으로 또는 형상 결합식으로 수행될 수 있다. 클램핑 메커니즘 또는 수단의 조임을 통해, 상기 드라이브 핀은 방사상으로 확장된다. 도 24 의 실시에 있어서 상기 클램핑 수단은 이를 위해 디텐트 볼 메커니즘 (detent ball mechanism) 을 구비하며, 도시되지 않은 변경에 있어서 상기 클램핑 수단은 예컨대 팽창 맨드릴, 토글 레버 메커니즘 또는 별모양의 원판을 구비할 수 있다. 클램핑력을 전체 조절범위에 걸쳐 유지시키기 위해, 상기 클램핑 수단은 본 발명의 실시에 있어서, 예시적으로 도 24 에 도시된 바와 같이, 일반적으로 운동학적 사점 (dead point) 을 구비하도록 형성된다. 이는 본 경우 특히 운동학적 영역이 있고, 상기 운동학적 영역 안에서는 상기 클램핑 수단이 안정적으로 개방된 채로 있고 또는 아웃풋 요소와 인풋 요소를 커플링하지 않고, 사점을 통해 상기 운동학적 영역으로부터 분리된 그 밖의 운동학적 영역이 있으며, 상기 그 밖의 운동학적 영역 안에서는 상기 클램핑 수단이 안정적으로 폐쇄된 채로 있고 또는 아웃풋 요소와 인풋 요소를 커플링하는 것을 말한다. 도 24 의 실시에 있어서, 상기 클램핑 수단은 이를 위해 드라이브 핀 (100) 의 둘레에 분배된 다수의 디텐트 볼 (100.6), 및 구형 머리를 갖는 작동핀 (100.2) 을 구비하며, 상기 구형 머리의 지름은 방사상으로 확장되지 않은 디텐트 볼들을 통해 정의된 내부링보다 크다. 작동핀 (100.2) 이 드라이브 핀 (100) 안으로 이동되고, 이로써 디텐트 볼 (100.6) 들이 방사상으로 바깥쪽으로 눌려짐으로써 상기 클램핑 수단이 작동되고 또는 액추에이팅된다. 이를 통해, 작동력을 가능한 한 적게 유지하기 위해, 장부 구멍을 가진 또는 슬릿을 가진 팽창 슬리브 (100.1) 형태의 별도의 탄성적인 몸체는 지름에 있어서 확장된다. 이 슬리브는 유리하게는 상기 디텐트 볼들과, 핀 (100) 을 에워싸는 (도시되지 않음) 무균 장벽 사이의 점접촉을 저지하며, 가능한 한 큰 접촉면에 걸친 보다 균일한 가압력을 가능하게 한다. 이를 통해, 접촉 강성이 상승되고, 상기 무균 장벽의 표면압력이 최소화될 수 있다. 작동핀 (100.2) 은 상기 디텐트 볼 메커니즘의 사점을 넘어서 앞쪽으로 내밀어지고, 따라서 상기 디텐트 볼들은 클램핑력을 안정적으로 유지시키기 위해 상기 작동핀의 구형 머리 뒤에서 약간 방사상으로 안쪽으로 물러나게 한다.
상기 아웃풋 요소 또는 인풋 요소를 액추에이팅하기 위한 조절 드라이브로서는 특히, 예컨대 도 22 와 관련하여 설명된 스핀들 드라이브가 사용되고, 이때 클램핑 메커니즘 또는 클램핑 수단은 상기 조절 드라이브에 좌우되어 또는 그와 상관없이 액추에이팅될 수 있다. 제 1 경우에서, 도 23 과 관련하여 설명된 바와 같이, 드라이브 유닛의 전진 운동은 작동핀 (100.2) 에 작용한다.
도 25 는 도 24 의 기계적 인터페이스를 이용한, 아웃풋 배열체와 드라이브 배열체의 힘제어된 커플링 과정의 단계들을 도 23 에 상응하는 도면으로 나타내며, 상기 도면은 보충적으로 참조된다. 도 25 의 (a) 는 커플링 전의 상태를 나타낸다. 드라이브 유닛 (1) 은 무균 싸개에 의해 덮혀지고, 기구 샤프트는 상기 드라이브 유닛에 고정된다. 드라이브 핀 (100) 은 하부 경계위치로 주행된다. 도 25 의 (b) 는 바로 커플링 후의 상태를 나타낸다: 상기 드라이브 핀을 신뢰성 있게 상기 기구 샤프트의 커플링 부싱 안으로 도입시키기 위해, 아웃풋 요소 (100) 는 상기 기구 샤프트 안의 엔드 스톱에 대해 주행되고, 커플링 메커니즘이 작동되고 또는 커플링 수단이 작동된다. 디텐트 볼 (100.6) 들은 작동핀 (100.2) 에 의해 방사상으로 바깥쪽으로 눌려지고, 이렇게 아웃풋 요소와 인풋 요소의 기계적 연결이 만들어진다. 도 25 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 상기 기계적 연결은 상기 기구의 전체 작업영역 안에서 유지되는데, 왜냐하면 클램핑 메커니즘의 사점이 극복되기 때문이다.
본 발명에 따른 기구 배열체에 있어서, 상기 기구 샤프트는 특히 플랜지를 구비할 수 있으며, 이때 상기 기계적 인터페이스는 이 플랜지의, 엔드 이펙터를 향하는 표면에, 엔드 이펙터로부터 멀리 향하는 표면에 또는 옆 표면에 배치된다. 다른 말로 하자면, 드라이브 유닛 (1) 은 “후방 로더”, “전방 로더” 또는 “측면 로더”로서 형성될 수 있다.
설명하기 위해, 도 26 에는 본 발명의 여러 가지 실시에 따른 기구 배열체의 드라이브 유닛에의 기구 샤프트의 유리한 결합방향들이 도식적으로 도시된다. 예시적으로 도 26 의 (a) 에 도시된 실시에 따르면, 기구 샤프트는 환자 안으로의 기구의 도입방향을 따라서 드라이브 유닛에 결합되고, 이는 그러므로 “후방 로더”라고 불리운다. 예시적으로 도 26 의 (b) 에 도시된 다른 실시에 있어서, 기구 샤프트는 환자 안으로의 기구의 도입방향과 반대로 드라이브 유닛에 결합되고, 이는 상응하여 “전방 로더”라고 불리운다. 예시적으로 도 26 의 (c) 에 도시된 다른 실시에 있어서, 기구 샤프트는 환자 안으로의 기구의 도입방향에 대해 횡방향으로 드라이브 유닛에 결합되고, 이는 “측면 로더”라고 불리운다. 도 26 에 도시된 기구 배열체는 특히 다른 도면들 중 하나와 관련되어 설명된 실시일 수 있고, 따라서 그의 설명이 참조된다.
도 27 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체의 기계적 인터페이스를 나타내며, 보다 정확히 말하면 투시 도면 (도 27 의 (a)) 으로, 그리고 여러 가지 상승 위치 (도 27 의 (b), 도 27 의 (c)) 에서의 2개의 단면으로 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
이 실시에 있어서, 핀과 컷아웃부 사이에, 방사상 방향에 있어서 파형의 유극이 형성되고, 병진 운동을 무균 장벽을 넘어서 전달하기 위해 상기 유극 안에는, 방사상으로 이동 가능한, 축방향으로 고정된 중간요소 배열체가 배치된다.
이를 위해, 둘러싸는 노치 (notch) 를 갖는 핀 (100) 과, 내측에서의 둘러싸는 환형 프로파일을 갖는 기구 샤프트측 커플링 부싱 (200) 이 형성된다. 핀과 커플링 부싱은, 결합된 상태에서 이 부품들 사이에, 바람직하게는 등거리의 (equidistant), 물결 모양의 유극이 형성되도록 설계된다. 이 유극 안으로, 중간요소 배열체의 막대 모양의 중간요소 (100.7) 들이 도입되고, 상기 중간요소 배열체는 케이지 슬리브 (100.8) 안에 장소 고정적으로 설치되고, 방사상 방향에 있어서만 이동 가능하다. 얇은, 필름 유형의 무균 장벽 (도시되지 않음) 은 커플링 부싱과 케이지 슬리브 사이에 배치된다. 축방향에서의 (도 27 에서 수직으로) 핀 (100) 의 이동을 통해, 상기 물결 모양의 유극의 드라이브측 부분은 핀과 커플링 부싱 사이에서 이동된다. 도면순서 도 27 의 (b) → 도 27 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 상기 인터페이스 안에서의 운동학적 구속을 통해, 상기 커플링 부싱은 상기 핀과 함께 축방향으로 또는 병진적으로 이동된다. 개선에 있어서, 상기 중간요소 배열체의 중간요소들은 슬리브 모양으로 형성될 수 있고, 그들의 단부면들에는, 마찰저항을 감소시키기 위해 볼 (ball) 들이 회전 가능하게 배치된다.
도 28, 도 29 는 본 발명의 그 밖의 실시들에 따른 기구 배열체들의 기계적 인터페이스들을 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
이 실시들에 있어서, 특히 병진 구동운동을 무균 장벽을 넘어서 전달하기 위해, 기계적 인터페이스는 틸팅 레버를 구비한다. 이 구상의 특별한 장점은 무균 장벽의 간단한 형태이다: 상기 무균 장벽은 오로지 상기 레버의 틸팅운동을 위해서만 설계되어야 하고, 그렇기 때문에 개선에 있어서 플라스틱 성형부품으로서, 예컨대 열가소성 엘라스토머 또는 실리콘으로 만들어진, 특히 딥드로잉된 필름으로서 간단히 제조될 수 있다. 상기 레버의 기울기 각도는 일 실시에 있어서 회전 드라이브, 특히 전기모터에 의해 경우에 따라서는 중간 접속된 기어로 조절될 수 있다. 상기 무균 장벽은 전체 드라이브 유닛을 감쌀 수 있고, 상기 레버 위로 젖혀질 수도 있다. 도시되지 않는 개선에 있어서, 레버 (도 28, 도 29 에서 예시적으로: 1000) 는 일반적으로 그의, 접촉부로부터 멀리 향하는 또는 무균 장벽으로부터 멀리 향하는 측에서 (도 28, 도 29 에서 아래) 그의 회전 베어링을 넘어서 연장될 수 있고, 그곳에서 드라이브와 커플링될 수 있고 또는 기구 샤프트측 드라이브 트레인, 예컨대 당김 로프 또는 지레와 커플링될 수 있다.
틸팅 레버 (도 28, 도 29 에서 예시적으로: 1000) 는 일 실시에 있어서 일반적으로 형상 결합식으로 커플링 부품과 커플링되며, 특히 상기 틸팅 레버는, 도 28, 도 29 의 실시들에서 도시된 바와 같이, 커플링 부품 (도 28, 도 29 에서 예시적으로: 2000) 의 그루브 안에서 안내된다. 상기 틸팅 레버는 특히 드라이브 유닛의 아웃풋 배열체의 아웃풋 요소와 커플링될 수 있거나 또는 이와 같이 될 수 있고, 상기 커플링 부품은 상응하여 기구 샤프트의 드라이브 배열체의 드라이브 유닛과 커플링될 수 있거나 또는 이와 같이 될 수 있다. 마찬가지로, 반대로, 상기 틸팅 레버도 기구 샤프트의 드라이브 배열체의 드라이브 요소와 커플링될 수 있거나 또는 이와 같이 될 수 있고, 상기 커플링 부품은 상응하여 드라이브 유닛의 아웃풋 배열체의 아웃풋 요소와 커플링될 수 있거나 또는 이와 같이 될 수 있다.
커플링 부품 (2000) 은, 예시적으로 도 28 에 도시된 실시에 있어서, 스러스트 베어링 (2000.1) 을 통해 병진적으로 이동 가능하게 안내될 수 있다. 이로써, 기구 샤프트 안에서의 틸팅 레버 (1000) 의 회전 운동은 예컨대 병진 운동으로서 인출되고 또는 드라이브 유닛 안에서 병진 운동으로서 가해진다. 이 인터페이스의 키네메틱스는 비선형이며 (non-linear), 그러므로 개선에 있어서 계산상으로 또는 드라이브 유닛 제어에서 보상된다.
틸팅 레버가 개선에 있어서 카르단식으로 설치됨으로써, 운동들은 2개의 자유도에 있어서 전달될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 단면도로서의 도 28 의 도면은 서로 수직인 2개의 평면에서 생각해 볼 수 있다. 상기 틸팅 레버의 세로축 (도 28 에서 수직으로) 을 따른 상기 틸팅 레버의 선택적인 추가적인 이동 가능성을 통해, 3개의 자유도를 액추에이팅하기 위한 틸팅 레버를 갖는 인터페이스가 형성될 수 있다.
예시적으로 도 29 에 도시된 다른 실시에 있어서, 틸팅 레버와 형상 결합식으로 커플링된 커플링 부품은 마찬가지로 회전 가능하게 설치될 수 있고 또는 회전 베어링 안에서 안내될 수 있다. 이 실시도 상기에서 도 28 과 관련하여 설명된 바와 같이 2개 또는 그 이상의 자유도를 액추에이팅하기 위해 확장될 수 있다.
도 30 내지 도 32 는 무균 장벽을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체를 나타내며, 상기 무균 장벽은 - 적어도 수술 작동시 - 드라이브 유닛을 에워싸고, 상기 드라이브 유닛과, 그와 기계적 인터페이스를 이용해 커플링된 기구 샤프트 사이에 배치된다. 드라이브 유닛, 기구 샤프트 및/또는 기계적 인터페이스는 특히 상기 다른 실시들과 도면들의 드라이브 유닛, 기구 샤프트 및/또는 기계적 인터페이스일 수 있고, 따라서 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
상기 무균 장벽은 일반적으로 특히 일체형으로 그리고/또는 필름 호스로서 설계될 수 있다. 개선에 있어서, 상기 무균 장벽은 공기 기밀적으로 형성되고 또는 상기 드라이브 유닛을 공기 기밀적으로 에워싼다. 특히 하기에서 도 30 내지 32 와 관련하여 기술되는 바와 같이, 본 발명의 실시에 따르면 인풋 요소로의 아웃풋 요소의 구동운동 또는 조절운동의 전달은 상기 무균 장벽 안의 개구부를 관통하여 수행되는 것이 아니라, 이 영역에서 폐쇄된 상기 무균 장벽을 넘어서 수행된다.
도 30 안의 2개의 변형에 도시된 실시에 있어서, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서, 아웃풋 배열체와 인풋 드라이브 배열체의 이동방향에서의 적어도 하나의, 특히 각각의 아웃풋 요소의 영역에서 각각 하나의, 예비인장된 늘어진 부분을 구비한다. 상기 예비인장된 늘어진 부분은 개선에 있어서 탄성적 폴딩 벨로스로서, 특히 엘라스토머 폴딩 벨로스로서 형성되고, 바람직하게는 주름형 멤브레인 (corrugated membrane) (도 30 의 (a) 에서 예시적으로: 3.2) 으로서 또는 주름형 벨로스 (corrugated bellows) (도 30 의 (b)) 에서 예시적으로: 3.3) 로서 형성되고, 상기 주름형 벨로스는 바로 무균 싸개 안으로 통합되고, 또는 그와 일체로, 특히 초기 성형되거나 또는 변형되어, 형성된다. 도 30 의 (c) 에 변형으로서 도시된 다른 실시에 있어서, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서, 아웃풋 배열체와 인풋 드라이브 배열체의 이동방향에서의 적어도 하나의, 특히 각각의 아웃풋 요소의 영역에서 각각 하나의, 예비인장되지 않은 늘어진 부분을 구비한다. 이러한, 적어도 본질적으로 예비인장되지 않은, 늘어진 부분은 개선에 있어서, 바람직하게는 탄성적인 젖힘부로서, 특히 열가소성 또는 엘라스토머 젖힘부 (도 30 의 (c) 에서 예시적으로: 3.4) 로서 형성되고, 상기 젖힘부는 바로 무균 싸개 안으로 통합되고, 또는 그와 일체로, 특히 초기 성형되거나 또는 변형되어, 형성된다.
도 30 의 (a) 는 평탄한 주름형 멤브레인 (3.2) 으로서의 실시를 나타내고, 도 30 의 (b) 는 주름형 벨로스 (3.3) 로서의 실시를 나타내며, 상기 주름형 벨로스의 횡단면은 특히 원통 모양이거나 또는 원뿔 모양일 수 있다. 두 폴딩 벨로스는 늘어진 부분을 이동방향으로 (도 30 에서 수직으로) 저장하고, 상기 이동방향으로, 폴딩을 통해 또는 사전 성형된 주름들을 통해, 복귀시키는 예비인장이 가해지고, 상기 예비인장은 이동방향으로 아웃풋 요소 (도 30 에서 예컨대 10A, 100 또는 1000) 를 액추에이팅할시, 발생하는 상승을 보상한다.
도 31 안의 3개의 변형에 도시된 다른 실시에 있어서, 무균 장벽은 기계적 인터페이스의 영역에서 적어도 하나의, 특히 각각의 아웃풋 요소의 영역에서 각각 하나의, 비접촉식의 병진적으로 이동 가능한 시일 (도 31 에서 예시적으로: 3.5) 을 구비한다. 상기 시일은 예시적으로 도 31 의 (a) 에 도시된 개선에 있어서 축방향으로 이동 가능한 유극 시일로서 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 시일은 예시적으로 도 31 의 (b) 에 도시된 개선에 있어서 래버린스 시일로서 형성될 수 있다. 예시적으로 도 31 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 병진적으로 이동 가능한 시일은 바람직하게는 특히 1단 또는 다단 텔레스코픽 슬리브 (도 31 의 (c) 에서 예시적으로: 3단) 로서 뽑았다 접었다 할 수 있다.
도 32 는 매우 간단한 구조 및 제조에 의해 탁월함을 나타내는, 특히 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 아웃풋 요소 또는 인풋 요소의 기계적 인터페이스의 영역에서의 무균 장벽의 그 밖의 실시를 나타낸다. 상기 무균 장벽은 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 아웃풋 요소 또는 인풋 요소를 위한, 무균 요소 연장부를 구비하며, 상기 요소 연장부는 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통하는 요소 베이스와 탈착 가능하게 연결 가능하다. 도면순서 도 32 의 (a) → 도 32 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 예시적으로 아웃풋 요소 베이스 (11) 는 무균 장벽 (3) 을 파괴하면서 관통하고, 그의 관통영역과 함께, 예컨대 10A, 10B, 100 또는 1000 으로서 다른 실시들 및 도면들에서 설명된 아웃풋 요소가 되도록 무균 요소 연장부 (3.6) 와 탈착 가능하게 연결된다. 마찬가지로, 반대로, 인풋 요소 베이스 (21) 도 무균 장벽 (3) 을 파괴하면서 관통할 수 있고, 그의 관통영역과 함께, 예컨대 20A, 20B, 200 또는 2000 으로서 다른 실시들 및 도면들에서 설명된 인풋 요소가 되도록 무균 요소 연장부 (3.6) 와 탈착 가능하게 연결될 수 있다.
예시적으로 도 32 에 도시된 실시에 있어서, 상기 무균 장벽은 그를 관통하는 요소 베이스들의 영역에서, 예컨대 접착된 플라스틱 원판들, 초기 성형된 국부적인 벽두께 확장부 및/또는 국부적인 재료변화를 통한, 각각 하나의, 바람직하게는 루프 모양의, 두꺼운 부분 (3.7) 을 구비한다. 상기 강화된 영역의 중앙에서, 상기 무균 장벽은 다시 얇은 멤브레인으로서 설계될 수 있다. 드라이브 유닛을 감싼 후, 기술한 바와 같이, 예컨대 핀 위에 무균 연장부 (3.6) 가 결합된다. 이를 위해, 상기 무균 장벽의 얇은 멤브레인은 상기 강화링의 내부에서 돌파된다. 상기 무균 연장부의 고정은 특히 마찰 결합식으로, 재료 결합식으로 및/또는 형상 결합식으로, 예컨대 나사연결 또는 바요넷 연결을 통한 결합식으로 수행될 수 있고, 또는 볼 록핀 (ball lock pin) 으로도 실시될 수 있다.
도 33 은 무균 장벽 (3) 을 갖는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 기구 배열체를 나타내며, 상기 무균 장벽은 - 적어도 수술 작동시 - 드라이브 유닛 (1) 을 에워싸고, 상기 드라이브 유닛과, 그와 기계적 인터페이스를 이용해 커플링된 기구 샤프트 (2) 사이에 배치된다. 드라이브 유닛 (1), 기구 샤프트 (2) 및/또는 기계적 인터페이스 (3) 는 특히 상기 다른 실시들과 도면들의 드라이브 유닛, 기구 샤프트 및/또는 기계적 인터페이스일 수 있고, 따라서 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 하기에서는 차이들만 다뤄지고, 그 밖에는 전체 설명이 참조된다.
상기 기구 배열체는 드라이브 유닛 (1) 에 기구 샤프트 (2) 를 탈착 가능하게 연결하기 위한 무균 어댑터 (4) 형태의 고정 요소를 구비하며, 상기 어댑터는 상기 드라이브 유닛으로부터 멀리 향하는, 상기 무균 장벽의 표면에 배치되거나 또는 배치되어 있다.
도 33 에 도시된 실시에 있어서 예시적으로 다수의 크랭크 핀 (100) 을 구비하는 드라이브 유닛 (1) 은 무균 싸개 (3) 에 의해 에워싸인다. 상기 무균 싸개 안에는 아웃풋 요소들을 위한 덮개들이 통합되고, 도 33 에 도시된 실시에 있어서 예시적으로 엘라스토머 폴딩 벨로스들로서, 상기에서 도 30 과 관련하여 설명한 바와 같이, 통합된다. 상기 드라이브 유닛이 상기 무균 장벽에 의해 에워싸인 후, 무균 어댑터 (4) 는 밖으로부터, 상기 무균 상태로 포장된 드라이브 유닛에 고정된다. 이로써, 어댑터 (4) 는 아웃풋 요소 (100) 와 상호 작용하는 것이 아니라, 오로지 상기 에워싸인 드라이브 유닛 (1) 에 기구 샤프트 (2) 를 고정시키기 위한 기계적 인터페이스만을 제공한다. 한편으로는 (상기 기계적 인터페이스를 통한) 아웃풋 요소와 인풋 요소의 기계적 커플링과 다른 한편으로는 (상기 고정 요소 또는 상기 어댑터를 통한) 드라이브 유닛과 기구 샤프트의 기계적 고정의 이러한 분리는 상기 기구 배열체의 무균 핸들링을 쉽게 하도록 한다. 예시적으로 도 33 에 도시된 실시에 있어서, 어댑터 (4) 는 형상 결합식으로 및/또는 마찰 결합식으로, 예컨대 디텐트 연결 또는 클립 연결을 통해, 기구 샤프트 및 드라이브 유닛과 연결 가능하고 또는 연결되며, 이때 무균 싸개 (3) 는 드라이브 유닛과 어댑터의 디텐트 돌출부들과 디텐트 컷아웃부들 사이에서 밀봉적 또는 밀폐적인데, 왜냐하면 이렇게 무균성을 유지하기 위해서이다.
상기 기구 배열체들은 개선에 있어서 로봇에 의해 안내되며, 또는 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 고정되도록 셋업된다. 특히, 이를 위해 드라이브 유닛 (1), 기구 샤프트 (2) 및/또는 고정 요소 또는 어댑터 (4) 는 상응하여 셋업된 고정 인터페이스 (fastening interface) 를 구비할 수 있고, 예컨대 상응하는 컷아웃부들, 록킹부들 또는 그와 같은 것을 구비할 수 있다.
상기에서는, 특히 본 발명에 따른 기구 배열체의 구성요소들이 기술되었고, 이때 하지만 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 설치하기 위한 방법들도 포함되고, 상기 방법들에 있어서, 예컨대 도면순서들 도 23 의 (a) → 도 23 의 (b) → 도 23 의 (c), 도 25 의 (a) → 도 25 의 (b) → 도 25 의 (c) 와 도 32 의 (a) → 도 32 의 (b) 에서와 같이 그리고 도 26 및 도 33 안의 조립 화살표들에서와 같이, 모듈식 모터 드라이브 유닛과 기구 샤프트는 탈착 가능하게 서로 연결되고, 이때 아웃풋 배열체와 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링된다.
도 34 는 드라이브 모듈 (10) 과, 그와 상세히 도시되지 않은 방식으로 탈착 가능하게 연결되며, 2개의 날 (2.1, 2.2) 을 갖는 움직일 수 있는 겸자 형태의 엔드 이펙터를 갖는 기구 샤프트 (20) 를 갖는 본 발명의 실시에 따른, 로봇에 의해 안내되는 최소 침습 외과용 기구의 일부를 나타낸다. 하기에서는, 본 발명의 실시는 특히 날 (2.1) 을 근거로 상세히 설명되며, 날 (2.2) 의 구성 및 기능은 유사하고, 따라서 이 점이 참조된다.
날 (2.1) 은 기구 샤프트 (20) 의 맞은 편에서 회전자유도 (q1) 를 갖는다. 이 자유도를 액추에이팅하기 위해 또는 겸자의 날 (2.1) 을 개방 또는 폐쇄하기 위해, 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체의 2개의 드라이브 트레인 (21, 22) 은 역방향으로 날 (2.1) 에 관절식으로 연결된다. 드라이브 트레인들 (21, 22) 은 예컨대 푸시 로드들 또는 태핏들일 수 있고, 그들은 상기 기구 샤프트 안에 병진적으로 움직일 수 있게 설치된다.
푸시 로드들 (21, 22) 을 역방향으로 액추에이팅하기 위해, 상기 드라이브 모듈은 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체의 2개의 역방향 드라이브 트레인 (11, 12) 을 구비하며, 상기 드라이브 트레인들은 로커를 통하여 상기 드라이브 모듈의 드라이브의 전기모터 (13) 를 통해 역방향으로 액추에이팅될 수 있다. 상기 드라이브 트레인들 (11, 12) 은 마찬가지로 푸시 로드들 또는 태핏들일 수 있고, 그들은 상기 드라이브 모듈 안에 병진적으로 움직일 수 있게 설치된다.
드라이브 모듈과 기구 샤프트 사이의 인터페이스에는, 선택적으로 플렉시블 무균 장벽 (4) 이 배치되고, 상기 무균 장벽을 통하여, 상기 기구 샤프트측 드라이브 트레인 배열체와 상기 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체는 서로 탈착 가능하게 커플링된다.
상기 드라이브 트레인 배열체들은 일측에서 병진적으로 커플링된다: 푸시 로드들 또는 태핏들 (11 과 21 또는 12 와 22) 은 병진적으로 이동 가능하며, 서로에게 상기 무균 장벽을 넘어서 압축력만을 전달할 수 있다.
압축력만을 무균 장벽 (4) 을 넘어서 전달할 수 있는 푸시 로드들 또는 태핏들 (11 과 21 및 12 와 22) 사이의 마찰 결합을 안전하게 하기 위해, 상기 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체는, 커플링된 드라이브 트레인 배열체를 갖는, 도 34 에서 스프링 (5) 을 통해 예비인장된 전기모터 (13) 의 설치를 통해 도시된 바와 같이, 상기 인터페이스에 대해 예비인장된다.
제 1 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 (11) 에는, 이 드라이브 트레인 안의 하중 (F1) 을 검출하기 위해 스트레인 게이지 (31) 형태의 제 1 측정수단이 배치되고, 그와 마주 보고 측정 배열체의 스트레인 게이지 (33) 형태의 제 3 측정수단이 배치된다.
상기 엔드 이펙터의 날 (2.1) 의 동일한 자유도 (q1) 를 액추에이팅하기 위한 제 2 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 (12) 에는, 이 드라이브 트레인 안의 하중 (F2) 을 검출하기 위해 스트레인 게이지 (32) 형태의 제 2 측정수단이 배치되고, 그와 마주 보고 측정 배열체의 스트레인 게이지 (34) 형태의 제 4 측정수단이 배치된다.
도 35 에 도시된 바와 같이, 휘스톤 풀브리지 회로의 제 1 브랜치 안의 제 1 측정수단 (31) 과 제 2 브랜치 안의 제 2 측정수단 (32) 과 제 3 브랜치 안의 제 3 측정수단 (33) 과 제 4 브랜치 안의 제 4 측정수단 (34) 은 서로 신호 기술적으로 연결된다.
그렇기 때문에, 제 2 측정수단 (32) 은 제 1 측정수단 (31) 과 직렬로 공급전압 (UE) 사이에 배치되고, 제 3 측정수단 (33) 은 제 2 측정수단 (32) 에 대해 병렬로 상기 공급전압 사이에 배치되고, 제 4 측정수단 (34) 은 제 1 측정수단 (31) 에 대해 병렬로 상기 공급전압 사이에 배치된다.
브리지 출력전압 (UA) 형태의 연결된 출력신호에 대한 상기 제 1 과 제 3 또는 상기 제 2 와 제 4 측정수단의 상호 접속을 통해, 상기 엔드 이펙터의 능동적 힘들과 부합하지 않는, 특히 드라이브 트레인들 (11, 12) 안의 굽힘 모멘트들이 보상될 수 있다. 브리지 출력전압 (UA) 안에서의 또는 상기 브리지 출력전압의 상기 제 1 과 제 2 또는 상기 제 3 과 제 4 측정수단의 상호 접속을 통해, 역방향 태핏들 (11, 12) 에 작용하는, 그리고 이로써 날 (2.1) 을 액추에이팅하는 능동적 힘이 아닌, 특히 상기 드라이브 모듈측 드라이브 트레인 배열체의 공통의 예비인장이 보상될 수 있다. 부하를 받지 않은 상태에서 조정된 브리지에 있어서, 실시예에서, 스프링 (5) 의 예비인장 만큼 조정된, 즉 능동적으로 날 (2.1) 을 액추에이팅하는 힘과, 스트레인 게이지 (31) 에 의해 검출된 팽창의 2배 사이의, 적어도 본질적으로, 선형 관계가 발생하며, 즉 유리하게는 추가적으로 상기 검출된 하중의 신호 기술적 증폭이 발생한다.
도 34 에 도시된 바와 같이, 축방향 압축하중을 검출하기 위한 측정 배열체의 측정수단들 (31-34) 은 드라이브 트레인들 (11, 12) 의 세로방향으로 정렬되고, 드라이브 트레인들 (11, 12) 의 방사상 컷아웃부들 안에 배치된다.
특히, 전기모터 (13) 및/또는 수동 원격조종 수단, 특히 거울 기구 (도시되지 않음) 를 제어하기 위해, 측정수단들 (31-34) 을 통해, 능동적 또는 일반화 하중들 (F1, F2) 이 검출되고, 상기 드라이브와 상기 원격조종 수단은 이 검출된 하중들에 근거하여 제어된다. 이러한 방식으로, 예컨대, 엔드 이펙터가 내강에 가하는 클램핑력에 관한 또는 상기 내강이 겸자 (2.1, 2.2) 에 반대하는 저항에 관한 햅틱 회신이 원격조종자에게 전달될 수 있다.
도 36 은 보다 간략히 설명하기 위해 마찬가지로 본 발명의 실시에 따른 제어 수단의 일부 및 방법을 나타낸다.
예컨대 도 34 의 최소 침습 외과용 기구를 안내하는 로봇의 제어기 안에 구현될 수 있는 제어 수단 (3) 은 측정 배열체 (31-34) (도 35 도 참조할 것) 로부터, 연결된 출력신호 (UA) 를 얻으며, 상기 출력신호는, 상기에서 설명한 바와 같이, 특히 드라이브 트레인 (11) 안의 하중 (F1) 의 2배에 비례한다. 상기 측정 배열체에 의해 검출된 이 하중에 근거하여, 제어 수단 (3) 은 명령 (S) 을 결정하고, 상기 명령을 상기 제어 수단은 예컨대 전기모터 (3) 의 모터 제어기에 또는 거울 기구 (도시되지 않음) 형태의 원격조종 수단에 출력하고, 따라서 모터 (13) 는 드라이브 트레인 (11) 안의 원하는 목표힘을 실현하고, 또는 상기 거울 기구는, 실제로 엔드 이펙터에서 작용하는 힘들 (FE1, FE2) 에 상응하는 가상 하중을 원격조종자에게 전달한다.
예컨대 상기에서 설명된 제어 수단 (3) 에 의해 실행되는 방법은, 상기 제어 수단이 단계 (S1) 에서 측정 배열체 (31-34) 로부터, 연결된 출력신호 (UA) 를 얻고, 상기 측정 배열체를 통해 검출된 이 하중에 근거하여 명령 (S) 을 결정하고, 상기 명령이 예컨대, 모터 (13) 가 드라이브 트레인 (11) 안의 원하는 목표힘을 실현하도록 또는 상기 거울 기구가, 실제로 엔드 이펙터에서 작용하는 힘들 (FE1, FE2) 에 상응하는 가상 하중을 원격조종자에게 전달하도록 전기모터 (13) 의 모터 제어기 또는 상기 거울 기구를 제어함으로써 상응하는 방식으로 드라이브 (13) 또는 상기 거울 기구를 제어한다.
도 37 은 본 발명의 실시에 따른, 로봇에 의해 안내되는 최소 침습 외과용 기구의 일부를 부분단면으로 나타낸다. 상기 기구는 기구 샤프트 (31) 와, 그와 탈착 가능하게 연결된 드라이브 유닛 (30) 을 구비한다.
상기 기구 샤프트는 로봇 (40) 에 고정시키기 위한 인터페이스 (42) 를 구비하며, 상기 로봇은 무균 싸개 (41) 로 덮혀있다.
상기 기구 샤프트는 다수의 자유도를 가지며, 상기 자유도들 중 실시예에서는 예시적으로 2개가 도시된다:
상기 기구 샤프트는 관 (54) 을 구비하며, 상기 관은 기구 샤프트 하우징 (53) 의 맞은 편에서 회전 베어링 (55) 안에 회전 가능하게 설치된다. 2개의 반대방향 인장측 (tight side, 57c, 57d) 은 역방향으로 기어휠 (58) 을 가압하고, 각각 하기에서 상세히 설명되는 인풋 드라이브 태핏들 (37, 38) (도 38 참조) 형태의 인풋 부재들과 커플링되고, 상기 인풋 드라이브 태핏들은 그들의 편에서 아웃풋 태핏들 (34, 35) (도 38 참조) 형태의 아웃풋 부재들을 통해 액추에이팅된다. 아웃풋 태핏과 인풋 드라이브 태핏 (34/37 또는 35/38) 은 각각 태핏쌍을 형성하며, 상기 태핏쌍은 도 37 에 45a - 45d 로 표시된다. 태핏쌍들 (45c, 45d) 의 역방향 액추에이팅을 통해, 회전 베어링 (55) 안의 관 (54) 은 두 방향으로 비틀려지고, 이렇게 기구 샤프트 (31) 의 이 자유도가 액추에이팅될 수 있다.
관 (54) 의, 드라이브 유닛으로부터 멀리 떨어진 단부에는 엔드 이펙터 (도시되지 않음) 가 배치되고, 상기 엔드 이펙터는 상기 관에 대해 상대적인 적어도 하나의 자유도 및/또는 적어도 하나의 기능적 자유도, 예컨대 집게의 개방 및 폐쇄, 를 가질 수 있다. 2개의 반대방향 인장측 (57a, 57b) 은 역방향으로 상기 엔드 이펙터를 가압하고, 각각 하기에서 상세히 설명되는 인풋 드라이브 태핏들 (37, 38) (도 38 참조) 형태의 인풋 부재들과 커플링되고, 상기 인풋 드라이브 태핏들은 그들의 편에서 아웃풋 태핏들 (34, 35) (도 38 참조) 형태의 아웃풋 부재들을 통해 액추에이팅된다. 태핏쌍들 (45a, 45b) 의 역방향 액추에이팅을 통해, 상기 엔드 이펙터의 자유도가 액추에이팅될 수 있다.
인풋 드라이브 태핏들 (37, 38) 은 실시예에서 병진적으로 또는 이동 가능하게 기구 샤프트 (31) 의 인터페이스 (56a 또는 56b) 안에 설치된다. 도시되지 않은 변경에 있어서, 마찬가지로 회전적인 또는 회전 가능한 인풋 드라이브 샤프트들은 아웃풋 샤프트들과 회전 불가능하게 커플링될 수 있고, 본 발명의 실시는 이 점에 있어서는, 액추에이팅하기 위해 이동 가능한 아웃풋 부재들과 인풋 부재들로 단지 예시적으로 설명되고, 이에 제한되지 않는다.
드라이브 유닛 (30) 은 하우징 (49) 을 구비하며, 상기 하우징 안에는 예시적으로 2개의 드라이브 모듈 (47a, 47b) 이 상기에서 설명된 기구 샤프트 (31) 의 자유도를 액추에이팅하기 위해 배치된다. 상기 드라이브 모듈들은 각각 전기모터 (44a 또는 44b) 형태의 드라이브와, 2개의 병진적으로 움직일 수 있는 아웃풋 부재를 갖는 아웃풋 부재 배열체를 구비하며, 상기 아웃풋 부재들은 태핏쌍들 (45a, 45b 또는 45c, 45d) 의 아웃풋 태핏들을 형성한다.
상기 아웃풋 태핏들을 통한 상기 인풋 드라이브 태핏들의 액추에이팅은 하기에서 특히 도 38 과 관련하여 설명된다. 이때, 그들의 태핏쌍들 (34/37 및 35/38) 은 마찬가지로 상기에서 언급된 태핏쌍들 (45a 와 45b 또는 45c 와 45d) 일 수 있다.
도 37 의 드라이브 (44a 또는 44b) 일 수 있는 드라이브 (44) 는, 이동 가능하게 드라이브 모듈 (47) 의 하우징 안에 설치된 2개의 아웃풋 태핏 (34, 35) 을 역방향으로 액추에이팅하고, 상기 드라이브 모듈은 도 37 의 드라이브 모듈 (47a 또는 47b) 일 수 있다. 아웃풋 부재 배열체와 인풋 부재 배열체 (34, 35 와 37, 38) 는 실시예에서 선택적인 플렉시블 무균 장벽 (32) 을 통하여 일측에서 커플링된다. 인풋 드라이브 태핏들 (37, 38) 은 커플링 로드들을 통하여 로커와 커플링되고, 상기 로커는 그의 편에서 인장측들 (57.1, 57.2) 을 역방향으로 액추에이팅하며, 상기 인장측들은 도 37 의 인장측들 (57a, 57b 또는 57c, 57d) 일 수 있다. 상기 커플링 로드들과 상기 로커는 전동장치를 형성하며, 상기 전동장치는 도 38 안에 이점쇄선으로 경계지어진다.
상기 드라이브 모듈들은, 도 37, 도 38 에 도시된 바와 같이, 드라이브 유닛 (30) 의 하우징 (49) 안에 각각 커플링 방향에서 (도 37 에서 수평으로; 도 38 에서 수직으로) 인풋 부재 배열체 (37, 38) 에 대해 움직일 수 있게 설치되고, 예비인장된다. 2개의 드라이브 모듈 (47a, 47b) 의 커플링 방향들은 서로 그리고 각각의 액추에이팅 방향에 대해 평행하며 (도 37 참조), 상기 액추에이팅 방향에서, 상기 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위한 상기 부재들이 움직일 수 있다.
상기 드라이브 모듈들은 압축 스프링을 구비할 수 있고, 상기 압축 스프링은 상기 드라이브 모듈을 상기 하우징 안에 속박시키고, 커플링 방향으로 또는 상기 인풋 부재 배열체에 대해 예비인장한다. 상기 스프링은 도 37 에 도면 부호 46a 또는 46b 로 표시되고, 도 38 에 함께 도면 부호 46 으로 표시된다.
도 41 에 도시된 변경에서는, 그 대신에 드라이브 모듈은 상기 드라이브 모듈을 예비인장하기 위한 자석 배열체를 구비한다.
상기 자석 배열체는 실시예에서 기구 샤프트를 향하는 측에서의 (도 41 에서 아래) 드라이브 유닛의 하우징 (49) 에서의 전자석 (100) 과, 그와 마주 보고, 영구자석 (101) 을 구비하며, 상기 영구자석은 드라이브 모듈 (47) 에 배치된다. 추가적으로, 전자석 (103) 은 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에서 (도 41 에서 위) 상기 하우징에 배치되고, 그와 마주 보고 영구자석 (104) 이 상기 드라이브 모듈에 배치된다. 영구자석들 (101 및/또는 104) 대신에 연자성 영역도 제공될 수 있고, 상기 연자성 영역은 (전류를 공급받은) 전자석들 (100 또는 103) 을 통해 끌어당겨질 수 있다.
전류를 공급받은 전자석 (100) 은 드라이브 모듈 (47) 을 자기적으로 커플링 방향으로 (도 41 에서 아래로) 끌어당기고, 이렇게 그의 아웃풋 부재 배열체 (34, 35) 를 인풋 부재 배열체 (도 41 에 도시되지 않음) 에 대해 예비인장한다. 마찬가지로, 전류를 공급받은 전자석 (103) 은 반대극의 영구자석 (104) 을 밀어내고, 이렇게 드라이브 모듈 (47) 을 자기적으로 커플링 방향으로 상기 인풋 부재 배열체에 대해 예비인장할 수 있다.
도시되지 않은 변경에 있어서, 두 전자석 (100, 103) 중 하나는 생략될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 변경에 있어서 전자석 (100 및/또는 103) 대신에 영구자석도 제공될 수 있다. 영구자석 (101) 의 예비인장 작용은 전자석 (103) 의 전류공급을 통해 감소될 수 있고, 특히 상쇄될 수 있다. 변경에 있어서 전자석 (103) 대신에 영구자석이 배치되고, 상기 영구자석은 영구자석 (104) 에 대해 반대극이고 또는 그를 자기적으로 끌어당기고, 또는 영구자석 (104) 이 상기 드라이브 모듈의 연자성 영역으로 대체되면, 이를 통해, 원위치로 잡아당겨진 드라이브 모듈을 록킹하기 위한 영구자기적 드라이브 모듈-록킹 배열체가 실현될 수 있고, 상기 드라이브 모듈-록킹 배열체는 하기에서 도 40a, 도 40b 와 관련하여 상세히 다뤄진다.
도 41 의 실시에 있어서, 상기 자석 배열체는 다수의, 바람직하게는 비자기적인, 스페이서 요소 (102) 를 구비하며, 상기 스페이서 요소들은 연자성 또는 경자성 영역과, 특히 드라이브 모듈에서의 (그 밖의) 영구자석 (101) 과 드라이브 유닛의 하우징에서의 영구자석 또는 전자석 (100) 사이의 직접적인 접촉을 저지한다. 마찬가지로, 바람직하게는 비자기적인, 스페이서 요소 (105) 들은 영구자석 또는 전자석 (103) 과 연자성 또는 경자성 영역, 특히 (그 밖의) 영구자석 (104) 사이의 직접적인 접촉을 저지한다.
도 39 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른, 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 인풋 부재 배열체를 도 38 에 상응하는 도면으로 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 그들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
도 38 의 실시에서 예시적으로 나타낸 바와 같이, 드라이브 모듈 (47) 은 바로 드라이브 유닛 (30) 의 하우징 (49) 안에 움직일 수 있게 설치될 수 있고, 특히 형상 결합식으로, 특히 하나 또는 다수의 그루브 및/또는 리브 (rib) 를 통해 설치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 39 의 실시에서 단지 예시적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시에 있어서 아웃풋 부재 배열체는 상기 드라이브 유닛의 하우징 안에 움직일 수 있게 설치되고, 이때 드라이브, 특히 드라이브 모듈 하우징 (47.1) (상기 드라이브 모듈 하우징 안에서 상기 드라이브가 지지된다) 은 움직일 수 있게 상기 아웃풋 부재 배열체에 설치되고, 특히 탄성적으로 및/또는 영구자기적으로 그리고/또는 전자기적으로, 상기 드라이브 유닛의 하우징에 대해 속박되고, 이를 통해 커플링 방향으로 예비인장된다. 도 39 의 실시에 있어서, 아웃풋 태핏들 (34, 35) 은 상기 드라이브 유닛의 하우징 (49) 의 스러스트 베어링들 안에 움직일 수 있게 설치된다. 상기 드라이브 모듈의 하우징 (47.1) (상기 드라이브 모듈 하우징 안에서, 아웃풋 태핏들 (34, 35) 을 역방향으로 가압하는 드라이브가 지지된다) 은 자석 배열체 또는 압축 스프링 (46) 을 통해 상기 드라이브 유닛의 하우징 (49) 에 대해 속박되고, 이를 통해 커플링 방향으로 (도 39 에서 수직으로 아래로) 예비인장된다.
도 40a, 도 40b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른, 드라이브 모듈과, 그와 커플링된 인풋 부재 배열체를 도 38 에 상응하는 도면으로 나타낸다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 그들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다. 도 40a 는 인풋 부재 배열체와 커플링된 상태에서의 드라이브 모듈을 나타내고, 도 40b 는 원위치로 잡아당겨진 그리고 록킹된 드라이브 모듈을 나타낸다.
상기에서 도 41 과 관련하여 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 전자석 (100 및/또는 103) 을 갖는 자석 배열체의 선택적인, 특히 제어된 전류공급을 통해 드라이브 모듈 (47) 은 예비인장에 대해 원위치로 잡아당겨질 수 있다. 이는 특히 기구 샤프트에의 드라이브 유닛의 커플링 및 디커플링을 쉽게 하도록 할 수 있는데, 왜냐하면 이때 (완전한) 예비인장이, 특히 수동으로, 극복될 필요가 없기 때문이다. 이로써, 도 41 과 관련하여 설명된, 상응하여 전류를 공급받은 자석 배열체는 상기 예비인장에 대해 상기 드라이브 모듈을 원위치로 잡아당기기 위한 자기적 후퇴 배열체를 나타낸다.
추가적으로 또는 대안적으로, 단지 예시적으로 도 40a, 도 40b 와 관련하여 설명되는, 상기 예비인장에 대해 드라이브 모듈을 원위치로 잡아당기기 위한 기계적 후퇴 배열체가 제공될 수 있다.
도 40 의 실시에 있어서, 드라이브는 로커 (59) 형태의 아웃풋 수단을 구비하며, 상기 로커와 아웃풋 태핏들 (34, 35) 은 커플링 로드들을 통하여 반대방향으로 커플링된다. 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위해, 상기 드라이브는 제한된 각도범위만을 필요로 하고, 이로써 상기 각도범위는 액추에이팅 영역을 정의한다. 상기 액추에이팅 영역으로부터, 후퇴 영역은 로커 (59) 를 위한 기계적 스톱 (60) 에 의해 경계지어지고, 상기 로커는 이를 위해 드라이브 모듈 (47.1) 의 하우징으로부터 돌출한다.
상기 드라이브가 상기 로커를 상기 액추에이팅 영역 내에서 움직이는 동안은, 도 40a 에 도시된 바와 같이, 아웃풋 태핏들은 역방향으로 액추에이팅된다. 상기 액추에이팅 영역에의 도달과 함께, 도 40b 에 도시된 바와 같이, 로커 (59) 는 기계적 스톱 (60) 에 지지된다. 상기 후퇴 영역 안으로 상기 로커를 계속 회전시킴으로써, 상기 드라이브는 로커 (59) 를 통하여 상기 드라이브 모듈을 스프링 수단 (46) 의 예비인장에 대해 이동시키고, 이로써 상기 드라이브 모듈을 모터를 이용해 예비인장에 대해 원위치로 잡아당긴다. 도시되지 않은 변경에 있어서, 스톱 (60) 은 로커 (59) 와 상호 작용하는 것이 아니라, 하나의 또는 두 태핏 (34, 35) 과 상호 작용한다.
도 41 에 도시된 바와 같이, 후퇴 배열체 (59, 60) 는 자기적 예비인장과도, 특히 영구자석 (101 및/또는 104) 을 갖는 자석 배열체를 통해, 조합될 수 있다.
특히 드라이브에 부하를 경감시키기 위해, 원위치로 잡아당겨진 드라이브 모듈을 록킹하기 위한 드라이브 모듈-록킹 배열체가 제공될 수 있다. 상기 드라이브 모듈-록킹 배열체는 도 40b 의 실시에 있어서 스프링 하중을 받은 그리고 수동으로 또는 자동적으로 풀려질 수 있는 록킹 바아 (61) 를 구비하며, 상기 록킹 바아를 통해, 예비인장에 대해 원위치로 잡아당겨진 아웃풋 모듈은 형상 결합식으로 고정된다.
상기 드라이브 모듈-록킹 배열체는 자기적으로도 형성될 수 있다. 도 41 과 관련하여 설명한 바와 같이, 자석, 특히 영구자석 (101) 이 연자성 영역을 또는 드라이브 모듈의 반대극의 영구자석 (104) 을 끌어당기면, 이를 통해 (보다 강하게 예비인장된) 드라이브 모듈은 자기적으로 록킹될 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 후퇴 배열체는 상기 록킹을 풀기 위해서도 또는 커플링 방향으로 상기 드라이브 모듈을 이동시키기 위해서도 형성된다. 이를 위해, 일 실시에 있어서 일반적으로 기계적 대응 스톱이 제공될 수 있고, 아웃풋 수단이 상기 액추에이팅 영역 및 후퇴 영역과 다른 전진운동 영역 안으로 이동되면 상기 아웃풋 수단은 상기 대응 스톱에 지지된다. 도 41 의 실시에 있어서, 상응하는 대응 스톱 (106) 은 상기 드라이브 유닛의 하우징에 배치되고, 액추에이팅 영역과, 스톱 (60) 에 의해 정의된 후퇴 영역과 다른 전진운동 영역을 정의한다. 상기 전진운동 영역에의 도달과 함께, 도 41 에 도시된 바와 같이, 로커 (59) 는 기계적 대응 스톱 (106) 에 지지된다. 상기 전진운동 영역 안으로 상기 로커를 계속 회전시킴으로써, 상기 드라이브는 로커 (59) 를 통하여 상기 드라이브 모듈을 자석 배열체 (103, 104) 의 록킹에 대해 커플링 방향으로 (도 41 에서 수직으로 아래로) 이동시킨다. 여기에서도, 변경에 있어서 스톱 (60) 은 로커 (59) 와 상호 작용하는 것이 아니라 하나의 또는 두 태핏 (34, 35) 과 상호 작용한다.
특히 도 37 및 도 42 - 도 46 에서 알아볼 수 있는 바와 같이, 드라이브 모듈 (47(a, b)) 이 드라이브 유닛의 하우징 (49) 안에 움직일 수 있게 설치된 그리고 예비인장된 커플링 방향 (도면들에서 수평으로) 은 기구 샤프트 (31) 의 세로축 (도면들에서 수직으로) 과 각도를 이루며, 상기 각도는 본질적으로 90°이다.
도 42 - 도 46 과 관련하여, 하기에서는 본 발명의 여러 가지 실시에 따른, 드라이브 유닛을 형상 결합식으로, 탈착 가능하게 고정시키기 위한 기구 샤프트의 수용부가 설명된다. 상기 다른 실시들과 일치하는 특징들은 동일한 참조부호들로 표시되며, 따라서 그들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다. 도면들은 각각 수용부를 갖는 기구 샤프트의 일부와, 아직 상기 기구 샤프트로부터 분리되어 있는 드라이브 유닛을 나타내며, 이때 상기 수용부 안으로의 상기 드라이브 유닛의 도입방향은 운동 화살표를 통해 도시된다.
도 42 의 (a) 의 실시의 수용부 (80) 는 도입방향에서 드라이브 유닛 (30) 을 도입시키기 위한, 모따기된 도입 개구부 (140) 를 구비하며, 이때 상기 도입방향은 기구 샤프트 (31) 의 세로축 (도 42 의 (a) 에서 수직으로) 에 대해 평행한다. 도입 개구부 (140) 는 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 (도 42 의 (a) 에서 위) 배치된다.
상기 기구 샤프트의 인풋 부재 배열체 (45.2) 의 움직일 수 있는 인풋 부재들, 예컨대 상기에서 도 38 - 도 41 과 관련하여 설명된 인풋 드라이브 태핏들 (37, 38) 은 기구 샤프트 (31) 의 세로축에 대해 수직으로 상기 기구 샤프트의 수용부 (80) 쪽으로 돌출해 있고, 이때 인터페이스, 또는 인풋 부재 배열체 (45.2) 의 접촉평면은 상기 세로축에 대해 평행한다.
도 42 의 (b) 의 실시에 있어서, 기구 샤프트 (31) 의 인풋 부재 배열체 (45.2) 는 오목부 (142) 안에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 드라이브 유닛 (30) 의 아웃풋 부재 배열체 (45.1), 예컨대 상기에서 도 38 - 도 41 과 관련하여 설명된 아웃풋 태핏들 (34, 35) 은, 상기 아웃풋 부재 배열체가 예비인장에 대해 상기 후퇴 배열체를 통해 원위치로 잡아당겨지면 오목부 (143) 안에 배치된다. 수용부 (80) 안으로의 드라이브 유닛 (30) 의 도입과 상기 후퇴 배열체의 언록킹, 또는 예비인장의 생성 후, 예비인장된 아웃풋 부재 배열체 (45.1) 는 (그러면 상기 아웃풋 부재 배열체는 오목부 (143) 밖으로 돌출해 있다) 기구 샤프트 (31) 의 인풋 부재 배열체 (45.2) 와 접촉한다.
도 43 의 (a) 의 실시는 본질적으로 도 42 의 (a) 의 실시에 상응한다. 기구 샤프트 (31) 의 수용부 (80) 안에 드라이브 유닛 (30) 을 형상 결합식으로 고정시키기 위해, 적어도 하나의 돌출부 (151) 를 갖는 바요넷 록이 상기 드라이브 유닛의 하우징 (49) 에 제공되며, 상기 돌출부는 상기 드라이브 유닛의 비틀림으로 인하여 수용부 (80) 의 컷아웃부 (150) 안으로 맞물린다. 마찬가지로, 돌출부 (151) 는 변경에 있어서 비틀림을 통해서가 아니라 이동 (도 43 의 (a) 에서 수평으로 왼쪽으로) 으로 인하여 수용부 (80) 의 컷아웃부 (150) 안으로 맞물릴 수 있고, 이때 이 이동은 바람직하게는 예비장력을 가함으로써 수행된다. 이로써, 사용자는 상기 수용부 안으로 상기 드라이브 유닛을 밀어 넣는다 (도 43 의 (a) 에서 수직으로 위로부터). 그 후, 특히 수동으로 또는 자동적으로, 커플링 과정이 시작되며, 상기 커플링 과정에서 인터페이스들은 예비장력으로 가압된다. 이를 통해, 상기 드라이브 유닛의 돌출부 (151) 는 도입방향에 대해 수직으로 컷아웃부 (150) 안으로 눌려지고, 이로써 상기 드라이브 유닛은 형상 결합식으로 록킹된다.
도 43 의 (b) 의 실시는 본질적으로 도 42 의 (a), 43 의 (a) 의 실시에 상응한다. 수용부 (80) 는 이 실시에 있어서 도입방향에서 드라이브 유닛 (30) 을 도입시키기 위한, 여러 부분으로 이루어진, 형상 결합식 가이드를 구비한다. 상기 가이드는 다수의 가이드 그루브 (152) 를 구비하며, 상기 가이드 그루브들은 드라이브 유닛 (30) 의 하우징 (49) 에서의 상응하는 돌출부 (153) 들과 함께 형상 결합식으로 작용하는데, 왜냐하면 상기 하우징을 형상 결합식으로 기구 샤프트 (31) 의 수용부 (80) 안에 고정시키기 위해서이다. 가이드 그루브 (152) 들은 본질적으로 L 모양으로 형성되고, 따라서 상기 드라이브 유닛은 또다시 비틀림으로 인하여 상기 수용부 안에 형상 결합식으로 고정될 수 있다. 도 43 의 (a) 에 따른 실시의 바요넷 록에서와 같이, 상기 수용부 안으로의 도입 후 비틀려진 그리고 이를 통해 형상 결합식으로 고정된 상기 드라이브 유닛은 도입방향과 반대로 예비인장되고, 예컨대 상응하는 오버사이즈, 또는 탄성적 스프링 수단들 (도시되지 않음) 을 통해 예비인장되는데, 왜냐하면 이렇게 마찰 결합식으로 상기 드라이브 유닛의 되틀림 그리고 이로써 풀림을 저지하기 위해서이다. 마찬가지로, 여기에서도 변경에 있어서, 상기에서 도 43 의 (a) 와 관련하여 설명된 변경에서와 같이 돌출부 (153) 들은 이동 (도 43 의 (b) 에서 수평으로 왼쪽으로) 으로 인하여 도입방향에 대해 수직으로 컷아웃부 (152) 들의 짧은 레그 안으로 이동될 수 있고, 이때 이 이동은 또다시 바람직하게는 예비장력을 가함으로써 수행된다. 이로써, 사용자는 상기 수용부 안으로 상기 드라이브 유닛을 밀어 넣는다 (도 43 의 (b) 에서 수직으로 위로부터). 이때, 돌출부 (153) 들은 L 모양의 컷아웃부 (152) 들의 긴 레그들 안에서, 그들의 접힌 자리까지 미끄러진다. 그 후, 특히 수동으로 또는 자동적으로, 커플링 과정이 시작되고, 상기 커플링 과정에서 인터페이스들은 예비장력으로 가압된다. 이를 통해, 상기 드라이브 유닛의 돌출부 (153) 들은 도입방향에 대해 수직으로 컷아웃부 (152) 들 안으로 이동되고, 이로써 상기 드라이브 유닛은 형상 결합식으로 록킹된다.
도 44 의 (a) 의 실시는 본질적으로 도 43 의 (b) 의 실시에 상응하며, 이때 여기에서는, 도입방향으로 연장되는 가이드 리브 (161) 가, 이에 대해 상호 보완적인 수용부 (80) 의 가이드 그루브 (160) 안으로 도입되고, 그 안에 예컨대 마찰 결합식으로 고정되고 또는 고정되어 있다. 예시적으로 도 44 의 (a) 에 도시된 본 발명의 실시에 있어서, 특히 드라이브 유닛의 신호 기술적 및/또는 에너지 기술적 연결을 개선시키기 위해 상기 수용부는 일반적으로 도입 개구부에 대해 추가적으로 그 밖의 개구부 (도 44 의 (a) 에서 왼쪽) 를 구비한다 (도시되지 않음).
도 44 의 (b) 의 실시에 있어서, 도입방향은 기구 샤프트의 세로축에 대해 수직이다. 도입 개구부는 기구 샤프트로부터 멀리 향하는 측에 (도 44 의 (b) 에서 왼쪽) 배치된다.
도 44 의 (b) 의 실시에 있어서, 움직일 수 있는, 예비인장된 록킹 바아 (167) 형태의, 수용부 (80) 안에 드라이브 유닛 (30) 을 형상 결합식으로 록킹하기 위한 드라이브 유닛-록킹 배열체가 제공되며, 상기 록킹 바아는 상기 드라이브 유닛이 수용부 (80) 안에 배치되면 드라이브 유닛 (30) 안에 록킹된다. 도시되어 있지 않을지라도, 이러한 또는 유사한 드라이브 유닛-록킹 배열체가 다른 실시들에서도 제공될 수 있고, 특히 형상 결합식 고정, 특히 바요넷 록, 또는 마찰 결합식 고정에 대해 추가적으로 또는 대안적으로 제공될 수 있다.
도 44 의 (b) 의 실시의 수용부 (80) 는 하나 또는 다수의 가이드 리브 (165) 를 구비하며, 상기 가이드 리브들은 드라이브 유닛 (30) 의 하우징 (49) 안의 상응하는 가이드 그루브 (166) 들 안으로 맞물린다. 도 42 의 (b) 와 관련하여 기술한 바와 같이, 인풋 부재 배열체 (45.2) 는 오목부 (164) 안에 배치된다.
도 45 의 (a) 의 실시는 본질적으로 도 44 의 (b) 의 실시에 상응하며, 이때 드라이브 유닛 (30) 을 도입방향과 반대로 형상 결합식으로 고정하기 위해, 도입 개구부는 선회 가능한 개폐식 뚜겅 (170) 을 통해 폐쇄될 수 있다.
도 45 의 (b) 의 실시에 있어서, 수용부 (80) 는 기구 샤프트의 세로축에 대해 상대적으로 선회 가능하다. 이는 드라이브 유닛 (30) 을, 도 45 의 (b) 에 운동 화살표들을 통해 도시된 바와 같이, 우선 수용위치 (도 45 의 (b) 참조) 로 선회된 수용부 안으로 도입시키고, 그 후 상기 수용부를 록킹위치로 선회시키고, 이때 그러면 상기 드라이브 유닛이 상기 수용부의 이 록킹위치에서 형상 결합식으로 고정되는 것을 가능하게 한다.
도 46 의 (a) 의 실시에 있어서, 드라이브 유닛 (30) 은, 기구 샤프트의 수용부 안으로 상기 드라이브 유닛을 도입할 때 상기 기구 샤프트의 인풋 부재 배열체를 억압하기 위한, 수렴하는 억압 수단을 구비한다. 도 46 의 (a) 의 실시의 수렴하는 억압 수단은 볼록한, 특히 비스듬한 또는 타원형의 표면을 구비하며, 상기 표면은 제 1 섹션 (180a) 에서 도입방향으로 수렴하고, 이렇게 하여, 평균 이상으로 돌출해 있는 인풋 부재 배열체 (45.2) 의 인풋 부재들을 도입시 형상 결합식으로 억누른다. 수용부 (80) 밖으로 드라이브 유닛 (30) 을 빼낼 때에도, 돌출해 있는 인풋 부재들을 억누르기 위해, 도입방향으로 수렴하는 표면 (180a) 에, 도입방향으로 분기하는, 도 46 의 (a) 의 실시에 있어서 마찬가지로 볼록한 표면 (180b) 이 이어진다.
이와 달리, 도 46 의 (b) 의 실시에서는, 드라이브 유닛 (30) 은 다수의 회전 가능한 롤러 (181a, 181b) 형태의 움직일 수 있는 억압 수단을 구비하며, 상기 롤러들은 도입시 평균 이상으로 돌출해 있는 인풋 부재 배열체 (45.2) 의 인풋 부재들을 억누르고, 이렇게 상기 인풋 부재 배열체를 균일하게 한다. 롤러들 (181a, 181b) 또는 볼록한 표면 (180a) 이 지나간 후, 상기 인풋 부재들은, 적어도 본질적으로, 균일하게 상기 기구 샤프트의 상기 수용부 쪽으로 돌출해 있다.
도 47 은 기구 샤프트 (20) 를 갖는 본 발명의 실시에 따른 외과용 기구를 도식적으로 나타낸다. 상기 기구 샤프트는 강성적인, 굽히기 쉬운 또는 휘기 쉬운 관 (22) 을 구비하며, 상기 관의 원부 단부에는 엔드 이펙터 (21) 가 배치되고, 상기 엔드 이펙터는 하나 또는 다수의 기능적 및/또는 운동학적 자유도를 갖는다. 상기 기구 샤프트의 근위 기구 하우징 (23) 안에는, 드라이브 모듈 (25) 이 탈착 가능하게 인터페이스 (24) 에서 상기 기구 샤프트와 연결된다. 관 (22) 은 기구 하우징 (23) 에 고정될 수 있거나 또는 회전 가능하게 설치될 수 있고, 따라서 관 (22) 은 그의 세로축 둘레의 회전자유도를 갖는다.
도 48a, 도 48b 는 이 인터페이스를 여러 가지 투시도면으로 나타낸다. 보다 잘 보이도록, 드라이브 모듈 (25) 과 기구 샤프트 (20) 의 몇 구성요소들만 도시되고, 그러므로 생략부호(') 를 통해 표시된다. 특히, 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위한 한 드라이브 트레인만 도시되고, 그 밖의 드라이브 트레인들은 유사하게 구성되고, 예컨대 상기 도시된 드라이브 트레인에 대해 평행으로 배치된다.
각각의 드라이브 트레인은 전기모터-기어 유닛 (31') 형태의 액추에이터를 구비하며, 그의 아웃풋 샤프트는 드라이브 모듈의, 제한되지 않고 회전 가능한 아웃풋 부재이다.
이 아웃풋 부재와, 하기에서 기술되는 방식으로 인풋 부재 (32') 가 커플링되고, 상기 인풋 부재는 스러스트 베어링 (34') 안에서 형상 결합식으로 이동축 (B') 에서 이동 가능하게 상기 기구 샤프트 안에서 안내된다.
엔드 이펙터를 액추에이팅하기 위해, 상기 인풋 부재는 당김 수단 또는 푸시 로드 (36) 를 통해 상기 엔드 이펙터 (21) 와 연결되고 (도시되지 않음), 이때 상기 푸시 로드는 이동축 (B') 에 대해 평행한다. 상기 인풋 부재는 2개의 엔드 스톱 (37.1, 37.2) (도 53 참조, 도 48 에 도시되지 않음) 사이에서 이동 가능하다.
상기 인풋 부재에는, 직선 모양의 그루브 (33') 가 배치되고, 상기 그루브는 이동축 (B') 에 대해 수직이다. 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면, 가이드 요소 (30') 는 회전 가능한 아웃풋 부재에 편심적으로 배치되고, 상기 그루브 안에서 이동 가능하게 안내된다. 상기 회전 가능한 아웃풋 부재의 회전축은 상기 이동 가능하게 안내된 인풋 부재의 이동축 (B') 과 상기 그루브에 대해 수직이다.
가이드 요소 (30') 는 핀을 구비하며, 상기 핀 위에서, 런닝링 형태의 롤링바디는 미끄럼 지지되거나 또는 구름 지지된다. 변경에 있어서, 그 대신에, 외부링이 없는 롤링 베어링이 상기 핀 위에 배치될 수 있다.
도 49 의 (a), 도 49 의 (b) 는 그루브와 가이드 요소를 커플링할 때의 단계들을 나타내고, 도 49 의 (c)-도 49 의 (f) 는 아웃풋 부재를 통해 인풋 부재를 액추에이팅할 때의 단계들을 나타낸다.
도 49 의 (a) 에서 드라이브 모듈과 기구 샤프트는 서로 연결되고, 이때 아웃풋 부재와 인풋 부재 (32') 는 아직 서로 커플링되어 있지 않다. 아웃풋 부재의 회전을 통해 (도 48a, 도 49 의 (c) 에서 운동 화살표 A' 참조), 가이드 요소 (30') 는 도 49 에서 그루브 (33') 의 상부 가이드벽 안의 개구부를 통해 상기 그루브 안으로 회전하고 (도 49 의 (a) 에서 운동 화살표 F 참조), 이렇게 - 우선 일측에서 - 아웃풋 부재와 인풋 부재를 커플링한다 (도 49 의 (b)). 아웃풋 부재의 계속되는 회전에 있어서 (도 49 의 (c) 에서 운동 화살표 A' 참조), 이제 그루브 (33') 안에서 안내된 가이드 요소 (30') 는 스러스트 베어링 (34') 안의 인풋 부재 (32') 를 그의 이동축 (B') 에서 이동시킨다. 도 49 의 (d) 내지 도 49 의 (f) 에서는, 회전하는 아웃풋 부재가 어떻게 인풋 부재를 양측에서 그의 이동축 (B') 을 따라서 이동시키고, 어떻게 이렇게 엔드 이펙터를 액추에이팅할 수 있는지가 분명해진다: 도 49 의 (c) 안의 운동 화살표 A' 의 방향으로 또는 그와 반대로의 아웃풋 부재의 회전 그리고 그에 편심적으로 배치된 가이드 요소 (30') 의 회전을 통해, 인풋 부재 (32') 는 그의 이동축 (B') 에 있어서 두 방향으로 (도 49 에서 위로/아래로) 이동될 수 있고, 이렇게 당김 수단 또는 푸시 로드 (36) (도 48 참조) 를 통하여 상기 기구의 체내 자유도가 액추에이팅될 수 있다.
도 48, 도 49 의 실시에 있어서, 상기 그루브의 (도면들에서 상부) 가이드벽은 상기 아웃풋 부재의 회전을 통해 상기 가이드 요소를 도입시키기 위한 개구부를 구비하며, 상기 개구부는 개방된 또는 U 모양의 레그쌍의 짧아진 레그를 통해 형성되고, 상기 레그쌍은 그의 편에서 상기 그루브를 정의한다.
도 50 은 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 도 48 에 상응하는 방식으로 부분단면으로 나타낸다. 도 48 에서와 같이, 보다 잘 보이도록 드라이브 모듈 (125) 과 기구 샤프트 (120) 의 몇 구성요소들만 도시되며, 특히 기구 샤프트의 자유도를 액추에이팅하기 위한 한 드라이브 트레인만 도시되고, 그 밖의 드라이브 트레인들은 유사하게 구성되고, 예컨대 상기 도시된 드라이브 트레인에 대해 병렬로 배치될 수 있다.
각각의 드라이브 트레인은, 예컨대 전기모터-기어 유닛 형태의, 액추에이터 (131) 를 구비하며, 그의 아웃풋 샤프트는 드라이브 모듈의, 제한되지 않고 회전 가능한 아웃풋 부재이다.
이 아웃풋 부재와, 하기에서 기술되는 방식으로 인풋 부재 (132) 가 커플링되고, 상기 인풋 부재는 스러스트 베어링 (도시되지 않음) 안에서 형상 결합식으로 이동축 (B''') 에서 이동 가능하게 기구 샤프트 안에서 안내되고, 당김 수단 또는 푸시 로드 (136) 을 통해 엔드 이펙터와 연결되고, 상기 푸시 로드는 이동축 (B''') 에 대해 평행한다.
상기 인풋 부재 안에는, 직선 모양의 그루브 (도 50 에서 절단됨) 가 배치되고, 상기 그루브는 이동축 (B''') 및 가이드 요소 (130) 의 축에 대해 수직이며, 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면 상기 가이드 요소는 회전 가능한 아웃풋 부재에 편심적으로 배치되고, 상기 그루브 안에서 이동 가능하게 안내된다. 상기 회전 가능한 아웃풋 부재의 회전축은 이동 가능하게 안내된 인풋 부재의 이동축 (B''') 과 상기 그루브에 대해 수직이다. 편심적인 가이드 요소 (130) 는 레이디얼 베어링 (140) 을 통하여 액추에이터 (131) 의 프레임 (frame, 139) 에 지지된다.
도 50 의 실시에 있어서, 허용오차 요소 (132.3) 가 제공된다. 상기 허용오차 요소는 인풋 부재 (132) 에서 그의 이동축 (B''') 에 대해 평행으로 이동 가능하게 안내되고, 상기 인풋 부재에 대해 스프링 수단 (132.4) 을 통해 탄성적으로 예비인장된다. 이를 통해, 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면, 허용오차 요소 (132.3) 는 상기 인풋 부재의 이동축 (B''') 에 있어서 상기 아웃풋 부재와 상기 인풋 부재를 조인다.
상기 허용오차 요소는 허용오차 요소 그루브를 구비하며, 상기 허용오차 요소 그루브는 인풋 부재 (132) 안의 그루브에 대해 평행하고, 아웃풋 요소와 인풋 요소가 커플링되면 가이드 요소 (130.2) 에 의해 관통된다.
도 50 의 실시에 있어서, 상기 가이드 요소는 상기 인풋 요소 안의 그루브와 접촉하기 위한, 미끄럼 지지된 또는 구름 지지된 런닝링 (130.2) 형태의, 회전 가능하게 설치된 롤링바디를 구비한다. 축방향으로 그 옆에는, 허용오차 요소 그루브와 접촉하기 위한, 미끄럼 지지된 또는 구름 지지된 런닝링 (130.1) 형태의, 그 밖의 회전 가능하게 설치된 롤링바디가 배치된다. 변경에 있어서, 그 대신에, 외부링이 없는 롤링 베어링도 제공될 수 있다.
가이드 요소 (130) 는 축방향으로 이동 가능하게 상기 아웃풋 부재 안에 설치된다. 이를 통해, 상기 가이드 요소는 축방향으로 상기 인풋 요소 안의 그루브 및 상기 허용오차 요소 그루브 안으로 도입될 수 있고 또는 그들 밖으로 빼내질 수 있다. 상기 가이드 요소는 엑시얼 스프링 (도시되지 않음) 을 통해 상기 그루브들에 대해 예비인장되고, 따라서 그는 자동적으로 상기 그루브들 안으로 진입한다.
상기 가이드 요소를 축방향으로 이동시키기 위한 연결 링크 (138) 는 회전 불가능하게 프레임 (139) 과 연결된다. 상기 연결 링크는 회전 방향으로 경사면을 구비하며, 상기 경사면에 상기 가이드 요소의 칼라가 부딪친다. 이러한 방식으로, 연결 링크 (138) 를 통한 도 50 에 운동 화살표 A''' 를 통해 도시된 방향에서의 상기 아웃풋 부재의 회전을 통해 가이드 요소 (130.2) 는 축방향으로 이동되고 (도 50 에서 왼쪽으로), 이렇게 상기 그루브들과의 맞물림에서 해제될 수 있다. 도시되지 않은 변경에 있어서는, 상기 연결 링크를 통해 상기 가이드 요소는 서로 간격을 둔 회전방향들에 있어서 역방향으로 축방향으로 이동되고, 이렇게 그루브들과의 맞물림에서 해제될 뿐만 아니라 상기 그루브들과 맞물릴 수도 있다. 이를 위해, 상기 연결 링크는 도 50 에 도시된 경사면에 상응하여, 이에 대해 역방향의 그리고 회전방향으로 간격을 둔 그 밖의 경사면을 구비할 수 있고, 상기 그 밖의 경사면은 상기 가이드 요소의 칼라를 상기 아웃풋 부재의 회전시 방향 A''' 과 반대로 축방향으로 상기 그루브 안으로 밀어 넣는다. 이 경우, 엑시얼 베어링을 통한 예비인장은 감소될 수 있거나 또는 생략될 수 있다.
도 51a, 도 51b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 투시 도면 (도 51a) 과 부분단면 (도 51b) 으로 나타낸다. 상기 인터페이스는 본질적으로 도 50 의 실시에 상응하며, 따라서 그의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
*도 51 의 실시에 있어서, 허용오차 요소는 인풋 부재 (132'') 와 통합적으로 형성되고, 보다 정확히 말하면 중공 공간 (333.3) (상기 중공 공간 안으로, 양측에 (도 51a 에서 왼쪽, 오른쪽) 설치된 통합적인 레그 (333.1) 가 압축될 수 있다) 을 통해 형성된다.
도 51b 의 부분단면에서는 가이드 요소 (330) 를 알아볼 수 있고, 상기 가이드 요소는 롤링 베어링 (330.2) 를 통해 인풋 부재 (132'') 의 그루브 (333.2) 안에서 안내된다. 추가적으로, 가이드 요소 (330) 는 그 밖의 롤링 베어링 (330.1) 을 통하여, 통합적인 허용오차 요소의 레그 (333.1) 에 지지되며, 상기 허용오차 요소는 상기 인풋 부재의 이동축에 있어서 (도 51b 에서 수직으로) 가이드 요소 (330) 그리고 이로써 아웃풋 부재 (상기 아웃풋 부재 안에 상기 가이드 요소가 설치된다) 와 인풋 부재 (132'') 를 조인다.
도 52 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 도 51b 에 상응하는 방식으로 부분도면으로 나타낸다. 상기 인터페이스는 본질적으로 도 50 의 실시에 상응하며, 따라서 그의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
도 52 의 실시에 있어서, 상기 가이드 요소의 핀 (130') 위에는, 롤링바디들 (130.1, 130.2) 을 갖는, 외부링이 없는 롤링 베어링의 내부링 (230.3) 이 배치된다. 이때, 도 52 에서 오른쪽 롤링바디 (130.2) 는 허용오차 요소로서 기능을 수행하고, 상기 허용오차 요소는, 아웃풋 부재와 인풋 부재가 서로 커플링되면 상기 인풋 부재의 이동축 (BIV) 에 있어서 인풋 부재 (132') 에 대해 가이드 요소 그리고 이로써 상기 아웃풋 부재를 조인다.
이를 위해, 도 52 에서 상기 가이드 요소의 왼쪽 롤링바디 (130.1) 와 허용오차 요소 (130.2) 는 역방향 경사면들을 구비하며, 상기 경사면들은 인풋 요소 (132') 의 역방향 경사면들 (233.1, 233.2) 에 대해 상호 보완적이다. 허용오차 요소 (130.2) 는 상기 가이드 요소의 내부링 (230.3) 위에서 축방향으로 이동 가능하게 안내되고, 그에 대해 스프링 수단 (230.4) 을 통해 탄성적으로 예비인장된다. 스프링 수단에 의한 허용오차 요소 (130.2) 의 경사면의 축방향 전진을 통해, 상기 허용오차 요소는 이동축 (BIV) 에 있어서 상기 아웃풋 부재와 인풋 부재 (132') 를 조인다.
상기에서 실시한 바와 같이, 도 52 에서 왼쪽 런닝링 (130.1) (상기 런닝링은 방사상으로 바깥쪽에서는 인풋 부재 (132') 에서 그리고/또는 방사상으로 안쪽에서는 내부링 (230.3) 위에서 미끄럼 지지되고 또는 미끄러질 수 있다) 과 도 52 에서 오른쪽 허용오차 요소 (130.2) (상기 허용오차 요소는 방사상으로 바깥쪽에서는 인풋 부재 (132') 에서 그리고/또는 방사상으로 안쪽에서는 내부링 (230.3) 위에서 미끄럼 지지되고 또는 미끄러질 수 있다) 도 본 발명의 의미에서의 롤링바디이며, 이로써 롤링바디들 (130.1, 130.2) 과 내부링 (230.3) 은 함께 본 발명의 의미에서의, 외부링이 없는 롤링 베어링이다. 인풋 부재 (132') 및/또는 내부링 (230.3) 에 대한 롤링바디들 (130.1, 130.2) 의 회전 가능성 또는 미끄럼 지지에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 내부링 (230.3) 은 핀 (130') 위에서 회전 불가능하거나 또는 미끄럼 지지될 수 있고 또는 미끄러질 수 있다.
도 53a, 도 53b 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 여러 가지 위치에서 나타낸다. 상기 인터페이스는 본질적으로 상기에서 설명된 실시들에 상응하며, 따라서 그들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
도 53 의 실시에 있어서, 인풋 요소 (32'') 안의 O 모양으로 폐쇄된 그루브 (33'') 는 아웃풋 부재 (31'') 의 회전축 (도 53 의 도면 평면 상에서 수직으로) 및 인풋 요소 (32'') 의 이동축 (B'') 에 대해 비대칭적으로 형성되고, 본질적으로 이 회전축까지만 연장된다.
이를 통해, 아웃풋 부재 (31'') 와 인풋 부재 (32'') 는 명백히 서로 커플링된다. 그루브 (33'') 가 이와 달리 상기 회전축을 넘어서, 특히 상기 회전축에 대해 대칭적으로 연장되는 것을 (도 53 에서 왼쪽으로) 생각해보면, 그러면 가이드 요소 (30'') 가 각각 이동축 (B'') 에 대해 대칭적인 2개의 회전위치에서 그루브 (33'') 안으로 맞물릴 수 있다는 것이 분명해진다. 이는 그루브 (33') 의 비대칭적 형성을 통해 저지될 수 있고, 상기 비대칭적 형성을 통해 가이드 요소 (30'') 는 각각 정확히 하나의 회전위치에서만 그루브 (33'') 안으로 맞물릴 수 있다.
도면순서 도 53a → 도 53b 는 또다시 본 발명의 실시에 따른 인터페이스의 기능 원리를 분명히 나타낸다. 아웃풋 요소 (31'') 가 도 53 에 운동 화살표 A'' 를 통해 도시된 방향에서 회전하면, 그와 커플링된 인풋 부재 (32'') 는 그의 스러스트 베어링 안에서 (도 53 에서 음영선으로 표시됨) 그의 이동축 (B'') 에 있어서 이동된다. 이 이동을 제한하기 위해, 특히 디커플링된 아웃풋 부재에 있어서, 2개의 엔드 스톱 (37.1, 37.2) 이 제공되고, 상기 엔드 스톱들에 상기 인풋 부재들의 단부면들 (32.1'' 또는 32.2'') 이 부딪친다.
상기 인풋 부재의 (전체) 행정 (H) 은 디커플링된 아웃풋 부재에 있어서 그루브 (33'') 의 중앙선으로부터의 단부면들 (32.1'' 또는 32.2'') 의 간격 (B) 들을 제하고 엔드 스톱들 (37.1, 37.2) 의 간격을 통해 발생한다. 그렇기 때문에, 도 53 의 표시들을 갖는:
B: 상기 그루브의 중앙선으로부터 상기 인풋 부재의 단부면의 간격;
H: 상기 인풋 부재의 전체 행정; 및
D : 그루브 폭을 갖는
B ≥ H + D/2
본 발명의 실시에 있어서 (상기 실시를 위해 도 53 의 도면은 단지 하나의 가능한 실시를 나타낸다) 일반적으로 상기 인풋 부재 안의 상기 그루브의 중앙선으로부터의 상기 인풋 부재의 단부면의 간격 (B) 은 적어도 절반의 그루브 폭을 포함해서 상기 전체 행정과 같다.
도 54 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 나타낸다. 상기 인터페이스는 본질적으로 상기에서 설명된 실시들에 상응하며, 따라서 그들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
도 54 의 실시에 있어서, 가이드 요소 (30) 의 회전 운동 (A) 을 인풋 부재 (32) 의 병진 이동으로 전환시키기 위해, 기구 샤프트 (20) 의 스러스트 베어링 (34) 에서 이동축 (B) 으로 안내된 인풋 부재 (32) 의 그루브 (33) 안으로 맞물리는 드라이브 모듈 (25) 의 아웃풋 부재 (31) 의 가이드 요소 (30) 사이에 무균 장벽 (35) 이 배치된다. 상기 무균 장벽은 상기에서 설명된 도 47 - 53 의 실시들에서도, 거기에 도시되지 않고 제공될 수 있다.
도 55a - 도 55d 는 본 발명의 그 밖의 실시에 따른 외과용 기구의 인터페이스를 이동축의 방향으로의 평면도로 (도 55a, 도 55b) 또는 투시 도면으로 (도 55c, 55d) 나타내며, 이때 아웃풋 부재와 인풋 부재는 서로 커플링되어 있지 않거나 (도 55a) 또는 서로 커플링되어 있다 (도 55b). 상기 인터페이스는 본질적으로, 특히 도 48 에 따른, 상기에서 설명된 실시들에 상응하며, 따라서 상기 실시들의 설명이 참조되고, 하기에서는 차이들만 다뤄진다.
도 55 의 실시에 있어서, 인풋 부재 (32') 는 스러스트 베어링 (34') 안에서 보다 큰 여유공간을 갖고, 특히 헐렁하게, 이동 가능하게 기구 샤프트에서 안내된다. 추가적으로, 상기 인풋 부재는, 드라이브 모듈이 상기 기구 샤프트와 연결되면, 스러스트 베어링 (340) 안에서 보다 작은 여유공간을 갖고, 특히 적어도 본질적으로 여유공간 없이, 상기 드라이브 모듈의 액추에이터 (31') 에서 이동 가능하게 안내된다 (도 55b 참조). 그러므로, 연결된 상태에서, 상기 기구 샤프트에서의 보다 정확하지 않은 가이드는 기능이 없게 된다. 이를 통해, 보다 비용이 드는, 보다 정확한 가이드는 상기 드라이브 모듈로 옮겨질 수 있고, 이렇게 상기 기구 샤프트는 보다 간단히 및/또는 보다 비용절감적으로, 특히 보다 쉽게 살균 가능하게 그리고/또는 일회용 물품으로서 형성되거나 또는 형성되어 있을 수 있다. 기구 샤프트와 드라이브 모듈이 연결되자마자, 상기 드라이브 모듈이 상기 인풋 부재의 - 보다 정확한 - 안내를 떠맡는다.
도면들 1 내지 33 에서:
1 : 드라이브 유닛
2 : 기구 샤프트
3 : 무균 장벽
3.1 : 보상 요소
3.2 : 주름형 멤브레인 (예비인장된 늘어진 부분)
3.3 : 주름형 벨로스 (예비인장된 늘어진 부분)
3.4 : 엘라스토머 젖힘부 (늘어진 부분)
3.5 : 병진적으로 이동 가능한 시일
3.6 : 무균 연장부
3.7 : 두꺼운 부분
4 : 어댑터 (고정 요소)
10A, 10B : 아웃풋 요소 (아웃풋 배열체)
10C : 커플링 수단
10D : 가이드 레일
11 : 아웃풋 요소 베이스
20A, 20B : 인풋 요소 (드라이브 배열체)
20C : 커플링 수단
20D : 회전 스러스트 베어링
20E : 치형부
21 : 인풋 요소 베이스
30 : 롤러
40 : 커플링 로드
50 : 스프링
60 : 전동 로프
100 : 핀 (아웃풋 요소)
100.1 : 회전 슬리브/텐셔닝 레버 (탄성적인/별도의 몸체)
100.2 : 나사 스핀들/작동핀 (클램핑 수단)
100.3 : 전기모터
100.4 : 스핀들 너트
100.5 : 스러스트 베어링
100.6 : 디텐트 볼
100.7 : 중간요소 (배열체)
100.8 : 케이지 슬리브
200 : 컷아웃부를 갖는 커플링 부싱 (인풋 요소)
200.1 : 압축 스프링
1000 : 틸팅 레버 (아웃풋 요소/인풋 요소)
2000 : 커플링 부품 (인풋 요소/아웃풋 요소)
2000.1 : 스러스트 베어링
도면들 34 내지 36 에서:
2.1, 2.2 : 날 (엔드 이펙터)
3 : 제어 수단
4 : 무균 장벽
5 : 스프링
10 : 드라이브 모듈
11, 12 : 태핏 ((드라이브 모듈측) 드라이브 트레인 (배열체))
13 : 전기모터 (드라이브)
20 : 기구 샤프트
21, 22 : 태핏 ((기구 샤프트측) 드라이브 트레인 (배열체))
31-34 : 스트레인 게이지 (측정수단/측정수단 배열체)
FE1, FE2 : 클램핑력
FS1, FS2 : 기구 샤프트-태핏 힘
F1, F2 : 드라이브 모듈-태핏 힘
q1 : (회전)자유도
S1 : 방법단계
UA : 브리지 출력전압
UE : 공급전압
도면들 37 내지 46 에서:
30 : 드라이브 유닛
31 : 기구 샤프트
32 : (플렉시블) 무균 장벽
34, 35 : 아웃풋 태핏
37, 38 : 인풋 드라이브 태핏
40 : 로봇
41 : (무균) 싸개
42 : 인터페이스
44; 44a, 44b : 전기모터
45a -45d : 태핏쌍
45.1 : 아웃풋 부재 배열체
45.2 : 인풋 부재 배열체
46; 46a, 46b : 스프링 수단 (압축 스프링)
47; 47a, 47b : 드라이브 모듈
47.1 : 드라이브 모듈의 하우징
49 : 하우징
53 : 기구 샤프트 하우징
54 : 관
55 : 회전 베어링
56a, 56b : 인터페이스
57.1, 57.2, 57a - 57d : 인장측
58 : 기어휠
59 : 로커
60 : (기계적) 스톱
61. 167 : 록킹 바아
80 : 수용부
100, 103 : 전자석
101, 104 : 영구자석
102 : 스페이서 요소
105 : 스페이서 요소
106 : 대응 스톱
140 : 도입 개구부
142, 143, 164 : 오목부
150 : 컷아웃부
151, 153 : 돌출부
152, 160, 166 : 가이드 그루브
161, 165 : 가이드 리브
170 : 개폐식 뚜껑
180a, 108b : 섹션/수렴하는 표면
181a, 181b : 움직일 수 있는 롤러
도면들 47 내지 55 에서:
20; 20'; 120 : 기구 샤프트
21 : 엔드 이펙터
22 : 관
23 : 기구 하우징
24 : 인터페이스
25; 25'; 125 : 드라이브 모듈
30; 30'; 30''; 130; 330 : 가이드 요소
31 : 아웃풋 부재
31'; 31''; 131 : 전기모터-기어 유닛 (액추에이터)
32; 32'; 32''; 132; 132'; 132'' : 인풋 부재
32.1''; 32.2'' : 단부면
33; 33', 33'' : 그루브
34; 34' : 스러스트 베어링
35 : 무균 장벽
36; 136 : 당김 로프/푸시 로드
37.1, 37.2 : 엔드 스톱
130.1 : 런닝링 (롤링바디)
130.2 : 런닝링 (허용오차 요소)
130' : 핀
132.3 : 허용오차 요소
132.4 : 스프링 수단
138 : 연결 링크
139 : 프레임
140 : 레이디얼 베어링
230.3 : 내부링
230.4 : 스프링 수단
233.1, 233.2 : 경사면
330.1, 330.2 : 롤링 베어링
333.1 : 레그 (통합적인 허용오차 요소)
333.2 : 그루브
333.3 : 중공 공간
340 : 스러스트 베어링
A; A'; A''; A''' : 회전운동
B; B'; B'';B''';BIV : 이동축
1 : 드라이브 유닛
2 : 기구 샤프트
3 : 무균 장벽
3.1 : 보상 요소
3.2 : 주름형 멤브레인 (예비인장된 늘어진 부분)
3.3 : 주름형 벨로스 (예비인장된 늘어진 부분)
3.4 : 엘라스토머 젖힘부 (늘어진 부분)
3.5 : 병진적으로 이동 가능한 시일
3.6 : 무균 연장부
3.7 : 두꺼운 부분
4 : 어댑터 (고정 요소)
10A, 10B : 아웃풋 요소 (아웃풋 배열체)
10C : 커플링 수단
10D : 가이드 레일
11 : 아웃풋 요소 베이스
20A, 20B : 인풋 요소 (드라이브 배열체)
20C : 커플링 수단
20D : 회전 스러스트 베어링
20E : 치형부
21 : 인풋 요소 베이스
30 : 롤러
40 : 커플링 로드
50 : 스프링
60 : 전동 로프
100 : 핀 (아웃풋 요소)
100.1 : 회전 슬리브/텐셔닝 레버 (탄성적인/별도의 몸체)
100.2 : 나사 스핀들/작동핀 (클램핑 수단)
100.3 : 전기모터
100.4 : 스핀들 너트
100.5 : 스러스트 베어링
100.6 : 디텐트 볼
100.7 : 중간요소 (배열체)
100.8 : 케이지 슬리브
200 : 컷아웃부를 갖는 커플링 부싱 (인풋 요소)
200.1 : 압축 스프링
1000 : 틸팅 레버 (아웃풋 요소/인풋 요소)
2000 : 커플링 부품 (인풋 요소/아웃풋 요소)
2000.1 : 스러스트 베어링
도면들 34 내지 36 에서:
2.1, 2.2 : 날 (엔드 이펙터)
3 : 제어 수단
4 : 무균 장벽
5 : 스프링
10 : 드라이브 모듈
11, 12 : 태핏 ((드라이브 모듈측) 드라이브 트레인 (배열체))
13 : 전기모터 (드라이브)
20 : 기구 샤프트
21, 22 : 태핏 ((기구 샤프트측) 드라이브 트레인 (배열체))
31-34 : 스트레인 게이지 (측정수단/측정수단 배열체)
FE1, FE2 : 클램핑력
FS1, FS2 : 기구 샤프트-태핏 힘
F1, F2 : 드라이브 모듈-태핏 힘
q1 : (회전)자유도
S1 : 방법단계
UA : 브리지 출력전압
UE : 공급전압
도면들 37 내지 46 에서:
30 : 드라이브 유닛
31 : 기구 샤프트
32 : (플렉시블) 무균 장벽
34, 35 : 아웃풋 태핏
37, 38 : 인풋 드라이브 태핏
40 : 로봇
41 : (무균) 싸개
42 : 인터페이스
44; 44a, 44b : 전기모터
45a -45d : 태핏쌍
45.1 : 아웃풋 부재 배열체
45.2 : 인풋 부재 배열체
46; 46a, 46b : 스프링 수단 (압축 스프링)
47; 47a, 47b : 드라이브 모듈
47.1 : 드라이브 모듈의 하우징
49 : 하우징
53 : 기구 샤프트 하우징
54 : 관
55 : 회전 베어링
56a, 56b : 인터페이스
57.1, 57.2, 57a - 57d : 인장측
58 : 기어휠
59 : 로커
60 : (기계적) 스톱
61. 167 : 록킹 바아
80 : 수용부
100, 103 : 전자석
101, 104 : 영구자석
102 : 스페이서 요소
105 : 스페이서 요소
106 : 대응 스톱
140 : 도입 개구부
142, 143, 164 : 오목부
150 : 컷아웃부
151, 153 : 돌출부
152, 160, 166 : 가이드 그루브
161, 165 : 가이드 리브
170 : 개폐식 뚜껑
180a, 108b : 섹션/수렴하는 표면
181a, 181b : 움직일 수 있는 롤러
도면들 47 내지 55 에서:
20; 20'; 120 : 기구 샤프트
21 : 엔드 이펙터
22 : 관
23 : 기구 하우징
24 : 인터페이스
25; 25'; 125 : 드라이브 모듈
30; 30'; 30''; 130; 330 : 가이드 요소
31 : 아웃풋 부재
31'; 31''; 131 : 전기모터-기어 유닛 (액추에이터)
32; 32'; 32''; 132; 132'; 132'' : 인풋 부재
32.1''; 32.2'' : 단부면
33; 33', 33'' : 그루브
34; 34' : 스러스트 베어링
35 : 무균 장벽
36; 136 : 당김 로프/푸시 로드
37.1, 37.2 : 엔드 스톱
130.1 : 런닝링 (롤링바디)
130.2 : 런닝링 (허용오차 요소)
130' : 핀
132.3 : 허용오차 요소
132.4 : 스프링 수단
138 : 연결 링크
139 : 프레임
140 : 레이디얼 베어링
230.3 : 내부링
230.4 : 스프링 수단
233.1, 233.2 : 경사면
330.1, 330.2 : 롤링 베어링
333.1 : 레그 (통합적인 허용오차 요소)
333.2 : 그루브
333.3 : 중공 공간
340 : 스러스트 베어링
A; A'; A''; A''' : 회전운동
B; B'; B'';B''';BIV : 이동축
Claims (16)
- 외과용 기구 배열체로서,
상기 외과용 기구 배열체는 적어도 하나의 아웃풋 요소 (10A, 10B; 100; 1000) 를 갖는 아웃풋 배열체를 구비하는 모듈식 모터 드라이브 유닛 (1) 과,
상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결 가능하고 적어도 하나의 인풋 요소 (20A, 20B; 200; 2000) 를 갖는 드라이브 배열체를 구비하는 기구 샤프트 (2) 와,
상기 드라이브 유닛을 에워싸기 위해 그리고 상기 드라이브 유닛과 상기 기구 샤프트 사이에 배치되기 위해 제공되는 박 (foil) 유형의 무균 장벽 (3) 을 구비하며,
상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링될 수 있고, 상기 무균 장벽은 상기 기계적 인터페이스의 영역에서 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체의 이동방향에서의 늘어진 부분 (3.2; 3.3; 3.4), 비접촉식의 병진적으로 이동 가능한 시일 (3.5), 허용오차를 보상하기 위한 보상 수단 (3.1) 또는 요소 연장부 (3.6) 를 구비하고, 상기 요소 연장부는, 상기 무균 장벽을 파괴하면서 관통하는 아웃풋 요소 베이스 (11) 와 인풋 요소 베이스 (21) 중 하나와 탈착 가능하게 연결 가능한, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 늘어진 부분 (3.2; 3.3; 3.4) 은 예비 인장된, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 외과용 기구 배열체는 적어도 하나의 아웃풋 요소 (10A, 10B; 100; 1000) 를 갖는 아웃풋 배열체를 구비하는 모듈식 모터 드라이브 유닛 (1) 과,
상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결 가능하고 적어도 하나의 인풋 요소 (20A, 20B; 200; 2000) 를 갖는 드라이브 배열체를 구비하는 기구 샤프트 (2) 와,
상기 드라이브 유닛을 에워싸기 위해 제공되는 무균 장벽 (3) 과,
상기 드라이브 유닛과 탈착 가능하게 연결시키기 위한 고정 요소 (4) 를 구비하고,
상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링될 수 있고, 상기 고정 요소는 상기 드라이브 유닛으로부터 멀리 향하는 상기 무균 장벽의 표면에 배치되도록 제공되는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 기계적 인터페이스는 적어도 하나의 일측 링키지, 핀과 컷아웃부 또는 틸팅 레버를 구비하며,
상기 핀은 상기 컷아웃부 안에서 방사상으로 확장될 수 있거나, 또는 상기 핀과 상기 컷아웃부 사이에, 방사상 방향에서 파형의 유극이 형성되며, 상기 유극 안에는, 방사상으로 이동 가능한, 축방향으로 고정된 중간요소 배열체 (100.7) 가 배치되는, 외과용 기구 배열체. - 제 4 항에 있어서,
상기 핀은 상기 컷아웃부 안에서 탄성적으로, 또는 적어도 하나의 별도의 몸체 (100.1) 를 통해, 또는 탄성적으로 그리고 적어도 하나의 별도의 몸체 (100.1) 를 통해, 방사상으로 확장될 수 있는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 아웃풋 요소, 적어도 하나의 인풋 요소, 또는 적어도 하나의 아웃풋 요소와 적어도 하나의 인풋 요소는 병진적으로 또는 회전적으로 이동 가능하게 안내되는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 아웃풋 요소, 적어도 하나의 인풋 요소, 또는 적어도 하나의 아웃풋 요소와 적어도 하나의 인풋 요소는, 상기 요소(들)와 커플링 수단 중 하나의 병진 또는 회전 운동 중 하나가 상기 요소(들)와 상기 커플링 수단 중 다른 것의 병진 또는 회전 운동 중 다른 것으로 전환되도록 상기 커플링 수단과 커플링되는, 외과용 기구 배열체. - 제 7 항에 있어서,
상기 커플링 수단은 회전 스러스트 베어링 (20D), 치형부 (20E), 또는 회전 스러스트 베어링 (20D) 과 치형부 (20E) 를 구비하는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 기구 샤프트는 플랜지를 구비하며,
상기 기계적 인터페이스는 이 플랜지의, 엔드 이펙터를 향하는 표면에, 엔드 이펙터로부터 멀리 향하는 표면에 또는 옆 표면에 배치되는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 아웃풋 배열체, 상기 드라이브 배열체, 또는 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 적어도 한 쌍의 역방향 아웃풋 요소들 또는 인풋 요소들을 구비하는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
허용오차를 보상하기 위한 보상 수단 (3.1) 을 갖는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 아웃풋 요소, 적어도 하나의 인풋 요소, 또는 적어도 하나의 아웃풋 요소와 적어도 하나의 인풋 요소는 그의 이동방향과 반대로 예비인장되는, 외과용 기구 배열체. - 제 1 항에 있어서,
아웃풋 요소와, 그와 커플링될 수 있는 인풋 요소의 서로를 향하는 단부면들 중 적어도 하나는 평탄하게 또는 구형으로 형성되거나 또는 다른 단부면의 컷아웃부 안으로 맞물리기 위한 돌출부를 구비하는, 외과용 기구 배열체. - 제 4 항에 있어서,
컷아웃부 안으로 도입된 상기 기계적 인터페이스의 핀을 방사상으로 확장시키기 위한 클램핑 수단 (100.2) 을 갖는, 외과용 기구 배열체. - 적어도 하나의 매니퓰레이터와, 매니퓰레이터에 의해 안내되는, 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 기구 배열체를 갖는 매니퓰레이터 수술 시스템으로서,
상기 기구 배열체의 드라이브 유닛 (1) 과 기구 샤프트 (2) 는 서로 연결되는 매니퓰레이터 수술 시스템. - 제 15 항에 따른 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 기구 배열체를 설치하기 위한 방법으로서,
상기 기구 배열체의 모듈식 모터 드라이브 유닛 (1) 과 기구 샤프트 (2) 는 탈착 가능하게 서로 연결되고, 상기 아웃풋 배열체와 상기 드라이브 배열체는 상기 기계적 인터페이스를 이용해 서로 커플링되는, 매니퓰레이터 수술 시스템의 매니퓰레이터에 기구 배열체를 설치하기 위한 방법.
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