KR101783437B1 - 내시경 로봇 - Google Patents

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KR101783437B1
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유정훈
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Abstract

본 발명은 내시경 로봇을 개시한다. 본 발명은, 제1 튜브체와, 상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 관절 구조체와, 상기 관절 구조체에 연결되어 상기 관절 구조체에 의해 위치 및 방향이 조절되는 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 관절 구조체는, 상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 고정암와, 상기 고정암으로부터 차례로 일렬 배치되고, 서로에 대해 회동 가능하도록 연결되는 복수의 회동암을 포함하며, 상기 복수의 회동암 중 일부에는 상기 복수의 회동암이 일렬로 배열될 때 상기 복수의 회동암의 길이 방향에 수직한 상기 복수의 회동암의 일부가 형성하는 단면의 중심으로부터 편심되도록 기구삽입홀이 형성된다.

Description

내시경 로봇{Endoscope robot}
본 발명은 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내시경 로봇에 관한 것입니다.
최소침습수술이란 배를 열지 않고 절개부위를 최소화해 시행하는 수술로, 절개 부위가 작아 흉터나 후유증이 거의 없고 회복이 빠른 장점이 있다. 이러한 최소침습수술을 시행하기 위해서 미세 수술용 내시경 로봇이 사용되어야 하며, 기기들의 제작 및 그 제어에 관한 연구가 진행되고 있다.
종래의 미세 수술용으로 이용되는 내시경 로봇으로서 소위 "액티브 캐뉼라(active cannular)"로 불리는 튜브 연속체 로봇이 제안되어 있다.
도 1은 종래의 튜브 연속체 로봇을 구성하는 복수의 튜브체(10 내지 40)를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 튜브체들에 의해 구성된 튜브 연속체 로봇을 개념적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 튜브체(10 내지 40)는 직선부(11,21, 31, 41)와, 상기 직선부에서 연장되어 소정의 곡률을 가지고 굴절되는 곡선부(12, 22, 32, 42)를 구비한다.
각각의 튜브체(10 내지 40)는 초탄성 특성을 보이는 형상기억합금을 재료로 하며, 서로 길이, 지름 및 곡률이 서로 달라 서로 겹쳐져 움직일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐져 움직이는 튜브체의 상호작용으로 인해 튜브 연속체 로봇의 최선단에 결합된 엔드 이펙터(end-effector)(50)의 위치가 제어될 수 있다.
튜브 연속체 로봇은 생체 외부(1)에 위치한 후단부를 동작 제어하여 튜브체(10 내지 40)를 서로 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 생체(2) 내부로 연장되는 작업 관로(3)에 삽입된 선단부가 관로(3)의 형상에 대응하여 적절히 굴곡되도록 한다.
구체적으로 에너지 식을 사용해 서로 겹쳐진 튜브체(10 내지 40)가 가질 수 있는 에너지를 최소화하는 결과 각도와 엔드 이펙터의 최종 위치를 예측하게 된다.
각각의 튜브체(10 내지 40)는 다른 튜브체와 독립적으로 내부 회전자유도 및 내부 평행 이동 자유도를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐진 튜브체(10 내지 40) 각각을 적절히 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 기기가 삽입되는 관로(3)의 형상에 대응하여 튜브체(10 내지 40)가 적절히 굴곡될 수 있고, 최종적으로 엔드 이펙터(50)를 원하는 위치에 위치시킬 수 있다.
하지만, 종래 기술에 따르면 엔드 이펙터(50)를 원하는 위치에 위치시킬 수 있으나, 해당 위치에서 엔드 이펙터(50)의 방향을 국소적으로 전환할 수가 없어 동작에 한계가 있었다.
일반적으로 최소침습수술에 사용되는 엔드 이펙터(50)는 매우 작은 크기를 가지므로, 방향 전환을 위한 모터 등을 직접 엔드 이펙터(50)에 장치하는 것은 매우 어려운 일이다.
미국 특허출원공개 제2013-0018303호
본 발명의 실시예들은 내시경 로봇을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 제1 튜브체와, 상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 관절 구조체와, 상기 관절 구조체에 연결되어 상기 관절 구조체에 의해 위치 및 방향이 조절되는 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 관절 구조체는, 상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 고정암와, 상기 고정암으로부터 차례로 일렬 배치되고, 서로에 대해 회동 가능하도록 연결되는 복수의 회동암을 포함하며, 상기 복수의 회동암 중 일부에는 상기 복수의 회동암이 일렬로 배열될 때 상기 복수의 회동암의 길이 방향에 수직한 상기 복수의 회동암의 일부가 형성하는 단면의 중심으로부터 편심되도록 기구삽입홀이 형성된 내시경 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암 내부에 삽입되도록 설치되며, 하나의 회동암이 회동하면 다른 회동암들이 그에 연동하여 서로에 대해 회동하도록 상기 복수의 회동암의 움직임을 서로 종속시키는 복수의 링크체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 링크체는 상기 복수의 회동암의 길이방향에 대해서 사선 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 고정암 및 상기 각 회동암 중 적어도 하나는 외면으로부터 돌출되도록 형성되며, 상기 고정암 및 상기 각 회동암 중 적어도 하나에 회전 가능하도록 연결되는 상기 각 링크체의 회전 각도를 한정하는 스토퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정암 및 상기 각 회동암 중 적어도 하나는 회전 가능하도록 설치되는 상기 각 링크체의 끝단이 내부에 배치되도록 홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암 중 일부를 관통하도록 설치되며, 상기 복수의 회동암 중 상기 엔드 이펙터가 연결되는 회동암의 중심으로부터 편심되도록 상기 엔드 이펙터가 연결되는 상기 회동암에 설치되는 로드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 로드는 상기 로드가 삽입되는 상기 회동암의 내부에 직선으로 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암 중 일부를 관통하도록 설치되며, 상기 복수의 회동암 중 상기 엔드 이펙터가 연결되는 회동암의 중심을 기준으로 상기 로드와 대향하도록 배치되며, 상기 엔드 이펙터가 연결되는 상기 회동암의 중심으로부터 편심되도록 상기 회동암에 설치되는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암은, 상기 고정암으로부터 순차적으로 서로 회동 가능하도록 연결되는 커버회동암과 연결회동암을 구비하고, 상기 연결회동암에는 상기 커버회동암과 대향하도록 상기 기구삽입홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암은 모두 동일한 방향으로 회동하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 튜브체는 초탄성의 형상기억 합금 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 튜브체는 곡률을 가진 곡선부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 튜브체의 곡선부와 곡률이 상이한 곡선부를 구비하며, 상기 제1 튜브체가 삽입되는 제2 튜브체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 튜브체는 초탄성의 형상기억 합금 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 튜브체와 상기 제2 튜브체는 서로 상대적으로 움직이는 것이 가능할 수 있다.
또한, 상기 복수의 회동암의 다른 일부와 상기 기구삽입홀은 상기 회동암의 중심을 기준으로 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 간단한 구성을 통하여 조작이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들은 정밀한 동작의 구현이 가능하다.
도 1은 종래의 튜브 연속체 로봇인 내시경 로봇을 구성하는 복수의 튜브체를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 튜브체들에 의해 구성된 튜브 연속체 로봇인 내시경 로봇을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 로봇 일부의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 도시한 확대 사시도이다.
도 5는 도 3의 일부 구성을 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 3의 일부 구성을 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조체의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 관절 구조체 동작에 의한 엔드 이펙터의 동작 궤적을 표시한 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명이 일 실시예에 따른 관절 구조체의 동작을 수식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 3의 구성을 적용하여 액티브 캐뉼라 장치의 전단부를 도시한 것이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
"내시경 로봇"은 인체에 삽입되어 촬영을 수행하는 로봇으로 한정하여 이해되어서는 안 된다. 내시경 로봇은 삽입 위치 주변의 작업 대상물을 촬영, 절개, 절단, 침투, 봉합, 접합(용접), 조명(lighting)하거나, 작업 대상물에 약칠 또는 투약 등의 각종 작업을 수행할 수 있는 로봇일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 로봇 일부의 사시도이다. 도 4는 도 3의 A 부분을 도시한 확대 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 내시경 로봇(100)은 길게 연장되는 중공의 제1 튜브체(110)와, 제1 튜브체(110)의 전방측에 연결되는 관절 구조체(120)와, 관절 구조체(120)에 의해 위치 및 방향이 조정되는 엔드 이펙터(130)와, 제1 튜브체(110)의 후단부를 고정하는 고정 몸체(미도시) 및 상기 고정 몸체의 후단에 결합되어 관절 구조체(120)를 동작시키기 위한 구동 장치(미도시)를 포함한다. 이때, 내시경 로봇(100)은 상기에 한정되는 것은 아니며 다양한 구성요소가 설치되는 것도 가능하다.
제1 튜브체(110)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 튜브체(110)는 직선 형태로 형성될 수 있다. 다른 실시예로써 제1 튜브체(110)는 직선으로 연장되는 직선부(112)와, 직선부(112)에서 연장되고 소정 곡률을 가지고 굴절되는 곡선부(111)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예로써 제1 튜브체(110)는 복수의 곡선부 및 복수의 직선부를 포함하는 것도 가능하다.
후술하는 바와 같이, 제1 튜브체(110)는 소위 "액티브 캐뉼라"를 구성하는 튜브 연속체 로봇에서 길이가 가장 길고 직경이 가장 작은 최내측의 튜브체를 형성한다.
관절 구조체(120)는, 제1 튜브체(110)의 말단에 고정되는 고정암(121)과, 고정암(121)으로부터 차례로 일렬 배치되고 서로에 대해 회동 가능하도록 연결되는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)을 포함한다. 또한, 관절 구조체(120)는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125) 사이에 배치되어 인접하는 회동암을 서로 연결하는 복수의 링크체(126, 127, 128)를 포함할 수 있다. 관절 구조체(120)는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)을 관통하도록 설치되는 로드(미도시) 및 탄성체(미도시)를 포함할 수 있다.
이하에서는 관절 구조체(120)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 도 3의 일부 구성을 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 도 6은 도 3의 일부 구성을 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조체의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참고하면, 고정암(121)과 회동암(122, 123, 124, 125)은 대략 원통형의 일부 또는 전부를 길이방향으로 절개한 형태를 구비하며, 평평한 절개면이 서로 맞닿는 형태로 연결되어 관절 구조체(120)의 좌우 방향의 크기가 감소하도록 한다.
복수의 회동암(122, 123, 124, 125)은 커버회동암(122, 124)과 연결회동암(123, 125)을 포함할 수 있다. 이때, 커버회동암(122, 124)과 연결회동암(123, 125)은 고정암(121)으로부터 순차적으로 연결될 수 있다. 커버회동암(122, 124)의 개수와 연결회동암(123, 125)의 개수는 필요에 따라 선택될 수 있다.
예를 들면, 커버회동암(122, 124)은 제1 커버회동암(122) 및 제2 커버회동암(124)을 포함할 수 있다. 또한, 연결회동암(123, 125)은 제1 연결회동암(123) 및 제2 연결회동암(125)을 포함할 수 있다. 다른 실시예로써 커버회동암(122, 124)은 제1 커버회동암, 제2 커버회동암 및 제3 커버회동암을 포함할 수 있으며, 연결회동암(123, 125)은 제1 연결회동암, 제2 연결회동암 및 제3 연결회동암을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예로써 커버회동암(122, 124)은 n개의 커버회동암을 포함하고, 연결회동암(123, 125)은 n개의 연결회동암을 포함하는 것도 가능ㅎ다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 커버회동암(122, 124)이 제1 커버회동암(122) 및 제2 커버회동암(124)을 포함하고, 연결회동암(123, 125)이 제1 연결회동암(123) 및 제2 연결회동암(125)을 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
제1 커버회동암(122)은 고정암(121)에 회동 가능하도록 연결될 수 있다. 또한, 제1 연결회동암(123)은 제1 커버회동암(122)에 회동 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 제1 연결회동암(123)의 일부는 절개된 형태로 형성되어 제1 커버회동암(122)이 안착할 수 있다. 또한, 제1 커버회동암(122)도 제1 연결회동암(123)과 같이 일부 또는 전부가 절개된 형태로 형성되어 제1 연결회동암(123)이 안착할 수 있다. 이러한 경우 제1 연결회동암(123)의 절개된 부분 및 제1 커버회동암(122)의 절개된 부분 중 적어도 하나에는 일부가 돌출되도록 형성되거나 인입됨으로써 제1 연결회동암(123)과 제1 커버회동암(122)을 이격시킬 수 있다.
제2 커버회동암(124)은 제1 연결회동암(123)에 회동 가능하도록 연결될 수 있으며, 제2 연결회동암(125)은 제2 커버회동암(124)에 회동 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 제2 커버회동암(124)과 제2 연결회동암(125)은 각각 제1 커버회동암(122) 및 제1 연결회동암(123)과 서로 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어 "상하", "좌우" 및 "전후"는 구성요소들의 절대적인 방향을 나타내는 것이 아니라, 구성요소들 간의 상대적인 위치 관계를 정의하기 위해 사용된 것이라는 점이 이해되어야 할 것이다.
상기와 같이 연결되는 고정암(121), 제1 커버회동암(122), 제1 연결회동암(123), 제2 커버회동암(124) 및 제2 연결회동암(125) 중 서로 연결되는 부분에는 연결부(121a, 123a, 123d, 125a) 및 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)가 형성될 수 있다. 이때, 연결부(121a, 123a, 123d, 125a) 및 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)는 서로 대향하도록 배치되어 각 구성요소를 서로 회동 가능하도록 연결할 수 있다. 이러한 연결부(121a, 123a, 123d, 125a) 및 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)는 외면으로부터 돌출되도록 형성되는 돌기 형태일 수 있다. 또한, 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)는 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)가 삽입되는 홈 또는 홀 형태일 수 있다. 반대로 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)는 홈 또는 홀 형태로 형성될 수 있다. 또한, 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)는 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)에 삽입되는 돌기 형태로 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)가 돌기 형태로 형성되고, 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)가 홀 형태로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
고정암(121)의 전방측 단부에는 제1 연결부(121a)가 형성되며, 제1 커버회동암(122)의 후방측 단부에는 제1 연결부(121a)에 연결될 수 있는 제1 결합부(122a)가 구비된다. 이때, 제1 연결부(121a)는 리벳, 핀 등의 형태로 형성될 수 있다. 제1 커버회동암(122)은 제1 연결부(121a)를 기준으로 고정암(121)에 대해 상하 방향으로 회동 가능하다.
제1 커버회동암(122)의 전방측 단부에는 제2 결합부(122b)가 형성되며, 제1 연결회동암(123)의 후방측 단부에는 제2 결합부(122b)에 연결될 수 있는 제2 연결부(123a)가 구비된다. 제1 연결회동암(123)은 제2 결합부(122b)를 기준으로 제1 회동암(122, 123, 124, 125)에 대해 상하 방향으로 회동 가능하다.
제1 연결회동암(123)의 전방측 단부에는 제3 결합부(124a)가 형성되며, 제2 커버회동암(124)의 후방측 단부에는 제3 결합부(124a)에 연결될 수 있는 제3 연결부(123d)가 구비된다. 제2 커버회동암(124)은 제3 결합부(124a)를 기준으로 제1 연결회동암(123)에 대해 상하 방향으로 회동 가능하다.
제2 연결회동암(125)의 전방측 단부에는 제4 결합부(124b)가 형성되며, 제2 커버회동암(124)의 전방측 단부에는 제4 결합부(124b)에 연결될 수 있는 제4 연결부(125a)가 구비된다. 제2 연결회동암(125)은 제4 결합부(124b)를 기준으로 제2 커버회동암(124)에 대해 상하 방향으로 회동 가능하다.
제1 결합부(122a) 내지 제4 결합부(124b)의 자유도로 인해 고정암(121)과 회동암(122, 123, 124, 125)이 소정의 유격을 가지고 상대적인 움직임이 가능하도록 조인트 연결되므로, 고정암(121)과 회동암(122, 123, 124, 125)이 회동할 때 관절 구조체(120)가 좀 더 부드럽게 동작할 수 있다.
복수의 회동암(122, 123, 124, 125)이 결합되기 전, 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)는 각 회동암(122, 123, 124, 125)의 측면에 일자로 돌출되는 핀 형태를 가진다. 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)를 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)에 삽입하여 연결하고 나면, 제1 커버회동암(122) 및 제2 커버회동암(124)의 외면으로 돌출된 각 결합부(122a, 122b, 124a, 124b)를 두드려 머리를 형성하는 리베팅(riveting) 과정을 거칠 수 있다.
따라서, 리베팅을 각 회동암(122, 123, 124, 125)을 서로 연결함으로써 관절 구조체(120)의 크기를 감소시키고, 조립성을 향상시킬 수 있다.
복수의 링크체(126, 127, 128)는 고정암(121)과 제1 연결회동암(123)을 연결하는 제1 링크체(126), 제1 커버회동암(122)과 제2 커버회동암(124)을 연결하는 제2 링크체(127) 및 제1 연결회동암(123)과 제2 연결회동암(125)을 연결하는 제3 링크체(128)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 링크체(126) 내지 제3 링크체(128)는 제1 커버회동암(122), 제1 연결회동암(123), 제2 커버회동암(124) 및 제2 연결회동암(125) 사이의 각도를 한정시킬 수 있다. 특히 제1 링크체(126) 내지 제3 링크체(128)는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)에 각각 형성된 스토퍼(121b, 122c, 123b, 123e, 124c, 125b)에 의해 회전 각도가 제한될 수 있다.
제1 링크체(126)의 일단은 고정암(121)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 링크체(126)의 일단은 고정암(121)의 길이 방향에 대해서 하측에 연결될 수 있다. 상기와 같은 고정암(121)에는 제1 링크체(126)의 일단에 삽입되도록 제1 링크 연결부(121c)가 형성될 수 있다. 특히 제1 링크 연결부(121c)가 삽입된 상태에서 제1 커버회동암(122)이 제1 링크 연결부(121c)의 상단을 덮음으로써 제1 링크체(126)의 일단은 제1 링크 연결부(121c)를 이탈하지 않을 수 있다.
제1 링크 연결부(121c)는 제1 스토퍼(121b) 상에 형성될 수 있다. 이때, 제1 스토퍼(121b)는 홈 형태로 형성될 수 있으며, 홈 주변에 돌출된 형태로 형성되는 것도 가능하다. 제1 스토퍼(121b)가 돌출된 형태로 형성되는 경우 제1 스토퍼(121b)의 상면은 제1 커버회동암(122)과 접촉할 수 있으며, 제1 스토퍼(121b)로 인하여 제1 커버회동암(122)과 고정암(121) 사이는 이격될 수 있다. 이때, 이격된 제1 커버회동암(122)과 고정암(121) 사이에 제1 링크체(126)가 배치될 수 삽입될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 스토퍼(121b)가 홈 형태로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
제1 스토퍼(121b)는 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 부채꼴의 중심에는 제1 링크 연결부(121c)가 형성될 수 있다.
제1 링크 연결부(121c)의 높이는 고정암(121)의 절개된 부분의 면의 높이 이상으로 형성될 수 있다. 따라서 제1 링크 연결부(121c)의 상단은 항상 제1 커버회동암(122)에 의하여 차폐될 수 있다.
제1 링크체(126)의 타단은 제1 연결회동암(123)의 외측에 형성된 제2 링크 연결부(123c)에 회동 가능하게 연결된다. 이때, 제1 링크체(126)의 타단은 제2 링크 연결부(123c)의 상면을 제1 커버회동암(122)이 차폐함으로써 제2 링크 연결부(123c)에 회동 가능하도록 구속될 수 있다. 또한, 상기와 같이 제1 링크체(126)가 설치되는 경우 제1 링크체(126)는 제1 커버회동암(122)으로 완전히 차폐될 수 있다.
상기와 같은 제2 링크 연결부(123c)는 제2 스토퍼(123c) 상에 형성될 수 있다. 이때, 제2 스토퍼(123c)는 제1 연결회동암(123)에 형성될 수 있다. 또한, 제2 스토퍼(123c)는 제1 스토퍼(121b)와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 링크체(126)는 위에서 아래 방향으로 비스듬하게 배치된다. 즉, 제1 링크체(126)는 관절 구조체(120)가 직선을 형성할 때 관절 구조체(120)의 길이 방향에 대해서 사선 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 제1 연결부(121a)는 제1 링크체(126)의 상측에 배치되어 제1 링크체(126)가 제1 연결부(121a) 방향으로 회전하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 링크체(126)는 제1 스토퍼(121b) 및 제2 스토퍼(123c)에 의하여 일정 범위 내에서 회전할 수 있다. 따라서 제1 링크체(126)는 고정암(121)에 대해서 제1 연결회동암(123)의 회전 각도를 제한할 수 있다. 특히 제1 스토퍼(121b) 및 제2 스토퍼(123c)는 제1 링크체(126)의 회전 시 제1 링크체(126)가 일정 범위 이내를 벗어나 회전하는 것을 방지함으로써 제1 링크체(126)의 회전 각도를 제한할 수 있다.
제2 링크체(127)는 제1 커버회동암(122)과 제2 커버회동암(124)을 연결하도록 설치될 수 있다. 이때, 제1 커버회동암(122)에는 제3 스토퍼(122c) 및 제3 링크 연결부(122d)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 커버회동암(124)에는 제4 스토퍼(124c) 및 제4 링크 연결부(124d)가 형성될 수 있다. 이때, 제3 스토퍼(122c) 및 제4 스토퍼(124c)는 상기에서 설명한 제1 스토퍼(121b)와 유사하며 제3 링크 연결부(122d)와 제4 링크 연결부(124d)는 상기에서 설명한 제1 링크 연결부(121c)와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 제2 링크체(127)는 제3 링크 연결부(122d)와 제4 링크 연결부(124d)에 연결되면서 제1 링크체(126)와 평행하게 배열될 수 있다. 이때, 제2 링크체(127)는 제1 링크체(126)와 유사하게 제2 커버회동암(124)의 회전 각도를 제한할 수 있다.
제3 링크체(128)는 제1 연결회동암(123)과 제2 연결회동암(125)을 연결하도록 설치될 수 있다. 이때, 제1 연결회동암(123)에는 제5 스토퍼(123e)와 제5 링크 연결부(123f)가 형성될 수 있으며, 제2 연결회동암(125)에는 제6 스토퍼(125b)와 제 6 링크 연결부(121a, 123a, 123d, 125a)가 형성될 수 있다.
제3 링크체(128)는 제5 링크 연결부(123f)와 제6 링크 연결부(125c)에 일단과 타단을 각각 삽입할 수 있다. 이후 제2 커버회동암(124)이 제5 링크 연결부(123f)의 상단과 제6 링크 연결부(125c)의 상단을 차폐함으로써 제3 링크체(128)의 이탈을 방지할 수 있다. 또한, 제3 링크체(128)는 제2 커버회동암(124)을 통하여 외부로부터 완전히 차폐될 수 있다. 이때, 제3 링크체(128)는 제1 링크체(126) 및 제2 링크체(127)와 유사하게 제2 연결회동암(125)의 회전 각도를 일정 범위 내에서 제한할 수 있다.
한편, 고정암(121) 및 회동암(123, 125)의 내부에는 엔드 이펙터(130)에 연결되어 엔드 이펙터(130)에 전원을 공급하고 데이터를 송수신하기 위한 케이블(미도시) 등이 통과할 수 있는 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)이 형성되어 있다.
기구삽입홀(121d, 123g, 125d)은 상기 케이블을 지지하되, 상기 케이블의 직경과 소정의 유격을 가지는 치수로 형성될 수 있다.
상기와 같은 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)은 관절 구조체(120)의 길이 방향과 수직한 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)이 형성하는 임의의 단면적의 중심을 기준으로 편심되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 커버회동암(122)과 제1 연결회동암(123)이 서로 겹치는 부분의 단면적은 원형으로 형성될 수 있다. 이때, 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)은 제1 커버회동암(122)과 제1 연결회동암(123)이 서로 겹치는 부분의 원형의 단면적의 중심이 아닌 부분에 형성될 수 있다. 특히 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)은 원형으로 형성될 수 있는데, 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)의 중심과 제1 커버회동암(122)과 제1 연결회동암(123)이 서로 겹치는 부분의 단면적의 중심이 서로 상이할 수 있다. 특히 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)은 고정암(121), 제1 연결회동암(123) 및 제2 연결회동암(125)에만 형성될 수 있다. 따라서 기구삽입홀(121d, 123g, 125d)이 한쪽으로 치우치도록 형성됨으로써 관절 구조체(120)를 회전시키는 구조와 기구삽입홀(121d, 123g, 125d) 내부의 상기 케이블 등의 간섭을 최소화할 수 있다. 특히 관절 구조체(120)의 구성과의 관섭을 최소화함으로써 기구삽입홀(121d, 123g, 125d) 내부의 상기 케이블 등을 직선 형태로 설치하는 것이 가능하다.
상기 케이블의 전단부에는 엔드 이펙터(130)가 결합되며, 엔드 이펙터(130)는 제3회동암(122, 123, 124, 125)의 전단부에 형성된 개구를 통해 작업 공간으로 노출된다.
엔드 이펙터(130)는 관로 내에 삽입되어 삽입 위치 주변의 영상을 촬영할 수 있는 초소형 카메라이다.
다만, 엔드 이펙터(130)는 반드시 초소형 카메라로 한정되는 것이 아니며, 관로 내에서 각종 작업을 수행할 수 있는 임의의 초소형 작업장치일 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 엔드 이펙터(130)는 삽입 위치 주변의 작업 대상물을 촬영, 절개, 절단, 침투, 봉합, 접합(용접), 조명(lighting)하거나, 작업 대상물에 약칠 또는 투약 등의 작업을 수행할 수 있는 작업 장치일 수 있다. 내시경 로봇이 최소침습시술에 사용되는 경우, 카메라, 수술용 메스, 가위, 주사기 또는 레이저 장치 등과 같은 소형 시술장치가 이에 해당할 수 있다.
상기 케이블은 그 내부를 통해 약물 등의 물질을 유동시켜 엔드 이펙터(130)로 공급할 수 있는 통로가 될 수도 있다. 뿐만 아니라 상기 케이블은 별도의 수술 장비 등의 이동 통로가 되는 것도 가능하다.
제1 튜브체(110) 내부를 통해 로드(150)가 연장되고, 로드(150)는 고정암(121), 제1 연결회동암(123) 및 제2 연결회동암(125)을 관통하도록 설치될 수 있다. 이때, 로드(150)는 실질적으로 제1 튜브체(110)의 길이방향을 중심을 따라 연장된다.
로드(150)는 가요성 재질의 제1 튜브체(110)의 굴절에 대응하여 굴절될 수 있는 가요성 재질로 형성된다. 다만, 로드(150)는 제1 튜브체(110) 내부에서 전후진하여 관절 구조체(120)를 동작시킬 수 있을 정도의 강성을 가진다.
로드(150)가 제1 튜브체(110)에 대해 전후 방향으로 직선 운동하면, 제2 연결회동암(125)의 움직임에 따라 제1 연결회동암(123)이 고정암(121)에 대해 상하 방향으로 회동하게 된다.
후술하는 바와 같이, 링크체(126, 127, 128)의 구속에 의해, 하나의 회동암이 회동하면 다른 회동암들이 그에 연동해 서로에 대해 회동하도록 회동암들의 움직임이 서로 종속된다. 종속적으로 회동하는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)의 동작에 의해 최말단의 제2 연결회동암(125)에 결합된 엔드 이펙터(130)의 위치 및 방향이 조절된다.
한편, 상기 고정 몸체는 전후진 이동이 가능하도록 형성된다. 상기 고정 몸체가 전후진 이동하면, 그에 고정된 제1 튜브체(110)와, 상기 구동장치 및 상기 구동장치에 수용된 로드(150)가 함께 전후진 이동한다.
반면에, 로드(150)는 상기 구동장치의 작동에 의해 제1 튜브체(110)가 고정된 상태에서 제1 튜브체(110)와 독립적으로 전후진 구동할 수 있다.
또한, 제1 튜브체(110)와 상기 구동장치는 상기 고정 몸체에 대해 동시에 회전 가능하므로, 제1 튜브체(110)는 제1 튜브체(110)의 중심축(C)을 기준으로 함께 회전 구동 가능하다.
로드(150)의 직선 운동에 의해 제2 연결회동암(125)에 힘을 가하고, 제2 연결회동암(125)이 제1 연결회동암(123)에 대해 회동하면 제2 연결회동암(125)에 후속하여 연결되는 제1 연결회동암(123), 제2 커버회동암(124) 및 제1 커버회동암(122)이 그에 연동하여 회동하게 된다. 종속적으로 회동하는 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)의 동작에 의해 최말단의 제2 연결회동암(125)에 결합된 엔드 이펙터(130)의 위치 및 방향을 조절한다. 이때, 복수의 링크체(126, 127, 128)는 각 회동암(122, 123, 124, 125)의 회전 각도를 제한할 수 있으며, 각 회동암(122, 123, 124, 125)의 회전을 보조할 수 있다.
탄성체(140)는 로드(150)와 유사하게 고정암(121), 제1 연결회동암(123) 및 제2 연결회동암(125) 내부에 설치될 수 있다. 이때, 탄성체(140)는 로드(150)와 대향하도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 탄성체(140)는 가요성의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 탄성체(140)는 고무, 실리콘, 합성수지, 금속 등과 같은 탄성재질로 형성될 수 있다. 또한, 탄성체(140)는 바 형태, 압축스프링 형태 등으로 형성될 수 있다.
탄성체(140)는 로드(150)에 가해지는 힘이 제거되거나 로드(150)에 가해지는 힘의 방향이 바뀌는 경우 제2 연결회동암(125)에 복원력을 제공할 수 있다.
한편, 이하에서는 관절 구조체(120)의 회동 동작에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
로드(150)가 제2 연결회동암(125)의 어느 부위에 연결되느냐에 따라 서로 상이하게 움직일 수 있다. 예를 들면, 제2 연결회동암(125)의 하측에 로드(150)가 연결되는 경우 로드(150)가 제1 튜브체(110) 길이 방향으로 후진하면(도 6(a)의 화살표 방향), 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)이 서로에 대해 동일한 방향으로 회동하여 마치 손가락이 구부러지듯이 관절 구조체(120) 전체가 구부러진다(도 6(a) -> 도 6(b) -> 도 6(c)). 이와 반대로, 로드(150)가 제1 튜브체(110)의 길이방향으로 전진하면, 복수의 회동암(122, 123, 124, 125)이 서로에 대해 동일한 방향으로 회동하여 손가락이 펴지듯이 관절 구조체(120) 전체가 펴지면서(도 6(c)-> 도 6(b) -> 도 6(a)), 말단에 연결된 엔드 이펙터(130)의 위치 및 방향이 조절된다.
반면, 로드(150)가 제2 연결회동암(125)의 상측에 연결되는 경우 로드(150)가 제1 튜브체(110)의 길이 방향으로 전진하면 마치 손가락이 구부러지듯이 관절 구조체(120) 전체가 구부러질 수 있다. 또한, 로드(150)가 제1 튜브체(110)의 길이 방향으로 후진하면 손가라이 펴지듯이 관절 구조체(120) 전체가 퍼질 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 로드(150)가 제2 연결회동암(125)의 하측에 연결되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
도 7을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면, 관절 구조체(120)가 일자로 펼쳐진 상태에서 로드(150)를 후진시켜 제2 연결회동암(125)을 후진시킬 수 있다.
제2 연결회동암(125)이 아래쪽으로 회동하면 제4 연결부(125a)에서 제2 연결회동암(125)에 연결된 제2 커버회동암(124)도 아래쪽으로 힘으로 받게 된다. 또한, 제1 연결회동암(123)은, 제2 연결회동암(125)에 형성된 제6 링크 연결부(125c)에 연결된 제2 링크체(127)를 가력할 수 있다. 이때, 제2 링크체(127)는 제6 링크 연결부(125c)와 함께 하측으로 이동하면서 제5 링크 연결부(123f)를 하측으로 당길 수 있다.
제2 커버회동암(124)은 제3 연결부(123d)에 연결된 제1 연결회동암(123)을 끌어당길 수 있으며, 제2 링크체(127)는 제5 링크 연결부(123f)에 연결된 제1 연결회동암(123)을 끌어당길 수 있다.
한편, 제1 연결회동암(123) 및 제2 커버회동암(124)이 상기와 같이 움직이는 경우 제4 링크 연결부(124d)는 제2 링크체(127)에 힘을 가할 수 있으며, 제2 연결부(123a)는 제1 커버회동암(122)에 힘을 가할 수 있다. 이때, 제1 커버회동암(122)은 제1 연결회동암(123)과 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 따라서 제1 연결회동암(123) 및 제2 커버회동암(124)의 움직임에 따라서 제1 커버회동암(122) 및 제2 링크체(127)가 회전할 수 있다.
상기와 같이 제1 커버회동암(122)과 제2 링크체(127)가 회전하는 경우 제2 링크 연결부(123c)에 연결된 제1 링크체(126)가 회전할 수 있다. 이때, 제1 링크체(126)는 제1 링크 연결부(121c)를 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 제1 커버회동암(122)도 제1 연결부(121a)를 중심으로 회전할 수 있다.
상기와 같이 로드(150)의 움직임에 따라서 복수의 회동암(122, 123, 124, 125) 및 복수의 링크체(126, 127, 128)는 동시에 움직일 수 있다. 이러한 경우 각 링크체(126, 127, 128)는 각 스토퍼(121b, 122c, 123b, 123e, 124c, 125b) 내부에서 회동함으로써 관절 구조체(120)가 접히는 범위를 제한할 수 있다.
상기와 같이 관절 구조체(120)가 접히는 경우 탄성체(140)는 초기 길이보다 길어진 상태를 유지할 수 있다. 이때, 로드(150)는 관절 구조체(120)를 일정 각도로 절곡시킨 후 정지함으로써 탄성체(140)에 의한 관절 구조체(120)의 각도 변화를 방지할 수 있다.
한편, 상기와 같이 접힌 관절 구조체(120)를 펴는 방법은 상기와 반대로 수행될 수 있다. 예를 들면, 로드(150)가 제1 튜브체(110)의 길이 방향으로 전진하는 경우 상기와 반대로 관절 구조체(120)는 펴질 수 있다. 이때, 탄성체(140)는 제2 연결회동암(125)에 복원력을 가할 수 있다.
구체적으로 로드(150)가 제1 튜브체(110)의 길이 방향으로 전진하는 경우 로드(150)는 제2 연결회동암(125)을 하측에서 상측으로 이동시킬 수 있다. 이때, 탄성체(140)의 길이는 상기에서 설명한 바와 같이 늘어난 상태이므로 탄성체(140)는 제2 연결회동암(125)에 힘을 가할 수 있다. 특히 탄성체(140)는 제2 연결회동암(125)을 하측에서 상측으로 이동시키도록 제2 연결회동암(125)에 힘을 가할 수 있다.
상기와 같이 힘이 가해지는 경우 제2 연결회동암(125)은 상측에서 하측으로 이동하면서 제3 링크체(128), 제2 커버회동암(124), 제1 연결회동암(123), 제2 링크체(127), 제1 커버회동암(122), 제1 링크체(126)를 상기와 반대로 순차적으로 이동시킬 수 있다.
상기와 같은 경우 제6 스토퍼(125b) 및 제5 스토퍼(123e)에 의해 일정 각도 회전한 후 제3 링크체(128)의 움직임을 제한됨으로써 제2 연결회동암(125), 제2 커버회동암(124) 및 제1 연결회동암(123)은 일직선을 형성할 수 있다. 또한, 제4 스토퍼(124c)와 제3 스토퍼(122c)에 의해 일정 각도를 회전한 후 제2 링크체(127)의 움직임이 제한됨으로써 제1 커버회동암(122)과 제2 커버회동암(124)은 일직선을 형성할 수 있다. 제2 스토퍼(123c)와 제1 스토퍼(121b)에 의해 일정 각도를 회전한 후 제1 링크체(126)의 움직이 제한됨으로써 제1 커버회동암(122), 제1 연결회동암(123) 및 고정암(121)은 일직선을 형성할 수 있다.
도 9는 관절 구조체 동작에 의한 엔드 이펙터의 동작 궤적을 표시한 그래프이다. 도 10 및 도 11은 본 발명이 일 실시예에 따른 관절 구조체의 동작을 수식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 고정암(121)과 복수의 회동암(122, 123, 124, 125), 복수의 링크체(126, 127, 128)는 각각 서로 링크 1 내지 링크 4의 네 개의 링크가 연결되는 4-바(bar) 링크 메커니즘에 의해 서로 종속되어 있다.
따라서, 제1 커버회동암(122)의 회전각(θ1)이 결정되면, 제1 연결회동암(123)의 회전각(θ2), 제2 커버회동암(124)의 회전각(θ3) 및 제2 연결회동암(125)의 회전각(θ4)이 결정될 수 있다.
이때, 제1 연결부(121a)로부터 제2 연결부(123a) 사이의 거리(l1), 제2 연결부(123a)로부터 제3 연결부(123d) 사이의 거리(l2), 제3 연결부(123d)로부터 제4 연결부(125a) 사이의 거리(l3) 및 제4 연결부(125a)로부터 제2 연결회동암(125)의 끝단까지의 거리(l4)는 설계 시 결정될 수 있다.
이러한 결과로부터 관절 구조체(120)가 가변할 수 있는 X방향의 변위와 Z방향의 변위를 수학식으로 산출할 수 있다. 이때, 상기의 회전각 사이의 관계는 설계 시 실험 등을 통하여 산출될 수 있으며, 이러한 회전각 사이의 관계는 테이블 형태로 별도의 장치에 저장되거나 관계식이 별도의 장치에 저장될 수 있다.
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따라서 내시경 로봇(100)은 로드(150)를 전후진 시키는 동작만으로도, 엔드 이펙터(130)의 위치 및 방향을 높은 곡률로 전환할 수 있다. 또한, 내시경 로봇(100)은 관절 구조체(120)에 직접 모터를 장착하여 엔드 이펙터(130)를 구동하지 않아도 되므로, 크기가 매우 작은 튜브 삽입형 내시경 로봇(100)에 적절히 이용될 수 있다.
엔드 이펙터(130)는 엔드 이펙터(130)의 y축 방향의 방향 전환은 제1 튜브체(110)를 그 길이방향 축을 중심으로 회전시켜 관절 구조체(120) 및 엔드 이펙터(130)를 제1 튜브체(110)와 함께 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.
한편, 체내 기관으로의 접근을 용이하게 하기 위하여, 제1 튜브체(110)를 최내측의 튜브체로 하고, 그보다 직경이 크고 곡률이 상이한 다른 초탄성의 형상기억 합금 재질의 미세 튜브체인 제2 튜브체(160) 내부에 삽입하여 "액티브 캐뉼라"를 구성한다.
액티브 캐뉼라는 공지된 미세 수술용 내시경 기기로서 미국 특허출원공개 2013/0018303호 등에 개시되어 있다.
액티브 캐뉼라는 곡률을 가진 초탄성의 형상기억합금을 재료로 하며, 지름과 곡률이 서로 다른 튜브체를 서로 겹쳐 움직이고, 튜브체끼리의 상호 작용으로 인해 입력 각도에 따라 엔드 이펙터의 위치를 조정하는 구성을 가진다.
에너지 식을 사용해 서로 겹쳐진 튜브체가 가질 수 있는 에너지를 최소화하는 결과 각도와 엔드 이펙터의 최종 위치를 예측하게 된다. 각각의 튜브체는 다른 튜브와 독립적으로 내부 회전 자유도 및 내부 평행 이동 자유도를 갖는다.
서로 겹쳐진 튜브체 각각을 적절히 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 기기가 삽입되는 공간의 형상에 대응하여 튜브 결합체가 적절히 굴곡될 수 있고, 최종적으로 엔드 이펙터를 원하는 위치에 위치시킬 수 있다.
도 12는 도 3의 구성을 적용하여 액티브 캐뉼라 장치의 전단부를 도시한 것이다.
도 12를 참고하면, 제1 튜브체(110)는 지름이 더 크고 곡률이 상이한 제2 튜브체(160) 내부에 삽입된다. 제2 튜브체(160)의 길이는 제1 튜브체(110)의 길이보다 짧다. 이때, 제2 튜브체(160)는 제1 튜브체(110)와 동일 또는 유사한 재질 또는 형상으로 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제2 튜브체(160)는 직선으로 연장되는 직선부(162)와, 상기 직선부(162)에서 연장되고 소정 곡률을 가지고 굴절되는 곡선부(161)를 포함할 수 있다.
제2 튜브체(160)의 후단부는 별도의 제2 고정몸체(미도시)에 고정된다. 제1 튜브체(110)의 후단부는 제2 튜브체(160)의 후단을 통해 상기 제2 고정몸체를 통과하여 고정몸체(미도시)에 고정된다.
상기 제2 고정몸체는 상술한 상기 고정몸체와 유사하게 모터(미도시)에 의해 회전하는 기어(미도시)를 통해 제2 튜브체(160)를 그 길이방향 축을 중심으로 회전시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 따라서, 상기 고정몸체 및 상기 제2 고정몸체는 각각 제1 튜브체(110) 및 제2 튜브체(160)를 각각 서로 독립적으로 회전시킬 수 있다.
제1 튜브체(110)와 제2 튜브체(160)가 서로에 대해 독립적으로 평행이동할 수 있게 된다.
제1 튜브체(110)와 제2 튜브체(160) 각각을 적절히 회전 및/또는 평행 이동시킴으로써, 기기가 삽입되는 공간의 형상에 대응하여 2개의 튜브체(110, 160)가 적절히 굴곡될 수 있다.
서로 겹쳐진 제1 튜브체(110)와 제2 튜브체(160)를 상대적으로 회전 및/또는 평행 이동시켜 제1 튜브체(110)를 굴절 및 회전시키는 한편, 제1 튜브체(110)를 관로(3) 내에서 직선 운동시킴으로써, 엔드 이펙터(130)의 큰 동작을 제어하여 엔드 이펙터(130)를 원하는 작업 위치에 이동시킬 수 있다.
원하는 작업 위치에 위치한 엔드 이펙터(130)를 이용해 영상 촬영 등의 적절한 작업을 수행할 수 있다.
이때, 관절 구조체(120)의 회동 동작에 의해 엔드 이펙터(130)를 xz축 방향(즉, 전후 방향)으로의 2차원 운동을 시키는 한편, 제1 튜브체(110)를 상하좌우 방향으로 직선, 회전 및 굴절 운동시킴으로써 엔드 이펙터(130)가 y 방향으로 위치 및 방향 전환하도록 하여 3차원의 위치 및 방향 이동을 하도록 할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100:

Claims (16)

  1. 제1 튜브체;
    상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 관절 구조체; 및
    상기 관절 구조체에 연결되어 상기 관절 구조체에 의해 위치 및 방향이 조절되는 엔드 이펙터를 포함하고,
    상기 관절 구조체는,
    상기 제1 튜브체의 말단에 결합되는 고정암;
    상기 고정암으로부터 차례로 일렬 배치되고, 서로에 대해 회동 가능하도록 연결되는 복수의 회동암; 및
    상기 복수의 회동암 내부에 삽입되어 상기 각 회동암과 회동 가능하도록 결합하며, 하나의 회동암이 회동하면 다른 회동암들이 그에 연동하여 서로에 대해 회동하도록 상기 복수의 회동암의 움직임을 서로 종속시키는 복수의 링크체;을 포함하며,
    상기 복수의 회동암 중 일부에는 상기 복수의 회동암이 일렬로 배열될 때 상기 복수의 회동암의 길이 방향에 수직한 상기 복수의 회동암의 일부가 형성하는 단면의 중심으로부터 편심되도록 기구삽입홀이 형성되고,
    상기 복수의 링크체는 상기 기구삽입홀과 대향하도록 상기 복수의 회동암 내부에 배치되는 내시경 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정암 및 상기 각 회동암 중 적어도 하나의 외면에 상기 각 링크체의 일부가 배치되는 부채꼴 형상의 홈이 형성되어, 상기 고정암 및 상기 각 회동암 중 적어도 하나에 회전 가능하도록 연결되는 상기 각 링크체의 회전 각도를 한정하는 스토퍼;를 포함하며,
    상기 스토퍼는 상기 부채꼴의 중심에 돌출된 링크 연결부를 포함하고,
    상기 링크체는 상기 링크 연결부에 끝단이 삽입되는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 링크체는 상기 복수의 회동암의 길이방향에 대해서 사선 방향으로 배열되는 내시경 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 회동암은,
    상기 고정암으로부터 순차적으로 서로 회동 가능하도록 연결되는 커버회동암과 연결회동암을 구비하고,
    상기 연결회동암에는 상기 커버회동암과 대향하도록 상기 기구삽입홀이 형성되며,
    상기 연결회동암은 일부가 절개된 형태로 형성되어 상기 절개된 부분에 상기 커버회동암이 안착되는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇.
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  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 회동암 중 일부를 관통하도록 설치되며, 상기 복수의 회동암 중 상기 엔드 이펙터가 연결되는 회동암의 중심으로부터 편심되도록 상기 엔드 이펙터가 연결되는 상기 회동암에 설치되는 로드;를 더포함하는 내시경 로봇.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로드는 상기 로드가 삽입되는 상기 회동암의 내부에 직선으로 설치되는 내시경 로봇.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 회동암 중 일부를 관통하도록 설치되며, 상기 복수의 회동암 중 상기 엔드 이펙터가 연결되는 회동암의 중심을 기준으로 상기 로드와 대향하도록 배치되며, 상기 엔드 이펙터가 연결되는 상기 회동암의 중심으로부터 편심되도록 상기 회동암에 설치되는 탄성체;를 더 포함하는 내시경 로봇.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 링크체는 상기 커버회동암에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 회동암은 모두 동일한 방향으로 회동하도록 형성된 내시경 로봇.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 튜브체는 초탄성의 형상기억 합금 재질로 형성되는 내시경 로봇.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 튜브체는 곡률을 가진 곡선부를 구비하는 내시경 로봇.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 튜브체의 곡선부와 곡률이 상이한 곡선부를 구비하며, 상기 제1 튜브체가 삽입되는 제2 튜브체;를 더 포함하는 내시경 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 튜브체는 초탄성의 형상기억 합금 재질로 형성되는 내시경 로봇.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 튜브체가 삽입되는 제2 튜브체;를 더 포함하고,
    상기 제1 튜브체와 상기 제2 튜브체는 서로 상대적으로 움직이는 것이 가능한 내시경 로봇.

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