KR101912717B1 - 수술 용구 및 이를 포함하는 매니플레이션 시스템 - Google Patents

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Abstract

수술 용구 및 이를 포함하는 매니플레이션 시스템에 대해 개시되어 있다. 개시된 수술 용구는 적어도 하나의 관절부를 구비하는 인스트루먼트를 포함할 수 있다. 상기 관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결된 제2부분 및 상기 제2부분에 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함할 수 있다. 상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 클 수 있다. 상기 인스트루먼트는 상기 관절부에서 이격된 제2관절부 및 상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구를 더 포함할 수 있다. 개시된 매니플레이션 시스템은 서포팅 구조체, 상기 서포팅 구조체에 의해 지지되는 적어도 하나의 인스트루먼트 및 상기 인스트루먼트를 동작시키기 위한 동작장치를 포함할 수 있다. 상기 서포팅 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트에 RCM(remote center of motion) 운동을 제공하는 RCM 구조체를 포함할 수 있다.

Description

수술 용구 및 이를 포함하는 매니플레이션 시스템{Surgical implements and manipulation system including the same}
수술 용구 및 이를 포함하는 매니플레이션 시스템에 관한 것이다.
최근, 수술 로봇을 이용한 최소 침습 수술(minimally invasive surgery)이 각광받고 있으며, 이에 대한 연구/개발이 활발히 이루어지고 있다. 수술 로봇은 수술 전 준비 단계에서 수동으로 작동시킬 수 있는 패시브 아암(passive arm)과 수술 시 운전자(시술자)(operator)의 조작에 따라 작동되는 액티브 아암(active arm)을 포함할 수 있다. 액티브 아암(active arm)은 피검체 내부(예컨대, 복강, 관절부 등)에 삽입되어 실질적인 수술 작업을 수행하는 수술용 인스트루먼트(surgical instrument)를 포함한다.
원활하고 효율적인 수술 작업을 위해서는, 수술용 인스트루먼트의 높은 작업력(high operating force), 넓은 작업공간(large workspace) 및 높은 자유도의 능란한 운동(dexterous motion) 등이 요구된다. 그러나 이러한 다양한 요구 조건들을 모두 만족할 수 있는 수술 로봇 시스템을 구현하는 것은 용이하지 않다. 특히, 단일 통로(개구)를 통해 수술을 수행하는 싱글 포트(single port) 수술 로봇 시스템의 경우, 위와 같은 다양한 요구 조건들을 만족하기가 더욱 어려울 수 있다.
원활하고 효율적인 수술 작업을 수행할 수 있는 수술 용구를 제공한다.
높은 작업력, 넓은 작업공간 및 다자유도의 능란한 운동을 확보할 수 있는 수술 용구를 제공한다.
높은 작업력을 제공하는데 유리한 관절부를 포함하는 수술 용구를 제공한다.
작은 힘으로도 용이하게 구부릴 수 있는 관절부를 포함하는 수술 용구를 제공한다.
수술용 인스트루먼트를 지지하는 것으로, 상기 인스트루먼트의 움직임을 제어하는 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 제공한다.
수술용 인스트루먼트에 RCM(remote center of motion)을 중심으로 하는 운동(즉, RCM 운동)을 제공할 수 있는 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 제공한다.
복수의 수술용 인스트루먼트에 서로 다른 RCM 운동을 제공할 수 있는 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 제공한다.
상기 수술 용구를 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템(surgical manipulation system)(수술 로봇 시스템)을 제공한다.
상기 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템(surgical manipulation system)(수술 로봇 시스템)을 제공한다.
상기 인스트루먼트 및 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템(surgical manipulation system)(수술 로봇 시스템)을 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 서포팅 구조체; 상기 서포팅 구조체에 의해 지지되는 적어도 하나의 인스트루먼트; 및 상기 인스트루먼트를 동작시키기 위한 동작장치;를 포함하고, 상기 인스트루먼트는 적어도 1 자유도 운동을 하는 제1관절부를 구비하고, 상기 제1관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결되어 상기 제1부분에 대하여 구부러지는 제2부분 및 상기 제2부분에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점(이하, 조인트부)과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 큰 수술용 매니플레이션 시스템이 제공된다.
상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분 쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치할 수 있고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치할 수 있다.
상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분의 반대쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치할 수 있고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치할 수 있다.
상기 제2부분의 단부에 상기 제1부분 쪽으로 돌출된 돌출부가 구비될 수 있고, 상기 돌출부의 단부에 상기 힘인가요소가 연결될 수 있다.
상기 제1부분은 상기 제2부분의 돌출부를 수용하는 홈을 포함할 수 있다.
상기 조인트부와 상기 힘인가부 사이의 거리는 상기 제1부분 또는 제2부분의 직경의 1.5∼3배 정도일 수 있다.
상기 힘인가요소는 탄성체일 수 있다.
상기 힘인가요소는 휘어진 구조를 가질 수 있다.
상기 힘인가요소는 복수의 링크요소가 연결된 구조를 가질 수 있다.
상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부에 인접한 회전운동부를 더 포함할 수 있다.
상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부와 이격된 제2관절부; 및 상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2관절부는 적어도 2 자유도의 운동을 하도록 구성될 수 있다.
상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부와 상기 제2관절부 사이에 구비된 회전운동부를 더 포함할 수 있다. 상기 회전운동부에 의해 상기 제2관절부가 포함된 상기 인스트루먼트의 하단부가 롤(roll) 운동할 수 있다.
상기 인스트루먼트의 헤드에 상기 인스트루먼트의 움직임을 제어하기 위한 구동부가 구비될 수 있다.
상기 서포팅 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트의 RCM(remote center of motion) 운동을 제공하는 RCM 구조체를 포함할 수 있다.
상기 RCM 구조체는 중앙에 홀을 갖는 원뿔형(cone-type) 구조를 가질 수 있고, 상기 적어도 하나의 인스트루먼트는 상기 홀에 삽입될 수 있다.
상기 적어도 하나의 인스트루먼트는 제1인스트루먼트 및 제2인스트루먼트를 포함할 수 있고, 상기 제1인스트루먼트의 RCM과 상기 제2인스트루먼트의 RCM은 서로 이격될 수 있다.
상기 RCM 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트를, 예컨대, 3 자유도로 구동할 수 있다.
상기 수술용 매니플레이션 시스템은 상기 적어도 하나의 인스트루먼트가 동작되는 영역을 촬영하는 촬영장치; 및 상기 촬영장치에 의해 촬영된 영상을 보여주는 표시장치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 서포팅 구조체; 상기 서포팅 구조체에 의해 지지되는 적어도 하나의 인스트루먼트; 및 상기 인스트루먼트를 동작시키기 위한 동작장치;를 포함하고, 상기 서포팅 구조체는 상기 인스트루먼트의 RCM(remote center of motion) 운동을 제공하는 RCM 구조체를 구비하고, 상기 인스트루먼트는 적어도 피치(pitch) 운동을 하는 제1관절부, 상기 제1관절부와 이격된 제2관절부 및 상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구를 구비하는 수술용 매니플레이션 시스템이 제공된다.
상기 제1관절부는 상기 인스트루먼트의 RCM 지점과 상기 제2관절부 사이에 구비될 수 있다.
상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부와 상기 제2관절부 사이에 구비된 회전운동부를 더 포함할 수 있다. 상기 회전운동부에 의해 상기 제2관절부가 포함된 상기 인스트루먼트의 하단부가 롤(roll) 운동할 수 있다.
상기 제1관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결되어 상기 제1부분에 대하여 구부러지는 제2부분 및 상기 제2부분에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함할 수 있고, 상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 클 수 있다.
상기 제2관절부는 적어도 2 자유도의 운동을 하도록 구성될 수 있다.
상기 RCM 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트가 삽입되는 영역을 포함하는 원뿔형(cone-type) 구조 또는 부분 원뿔형(partial cone-type) 구조를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 인스트루먼트는 제1인스트루먼트 및 제2인스트루먼트를 포함할 수 있고, 상기 제1인스트루먼트의 RCM과 상기 제2인스트루먼트의 RCM은 서로 이격될 수 있다.
상기 RCM 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트를, 예컨대, 3 자유도로 구동할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 관절부를 포함하는 수술용 인스트루먼트에 있어서, 상기 관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결되어 상기 제1부분에 대하여 구부러지는 제2부분 및 상기 제2부분에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점(이하, 조인트부)과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 큰 수술용 인스트루먼트가 제공된다.
상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분 쪽에 위치할 수 있다. 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치할 수 있고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치할 수 있다.
상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분의 반대쪽에 위치할 수 있다. 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치할 수 있고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치할 수 있다.
상기 제2부분의 단부에 상기 제1부분 쪽으로 돌출된 돌출부가 구비될 수 있고, 상기 돌출부의 단부에 상기 힘인가요소가 연결될 수 있다.
상기 제1부분은 상기 제2부분의 돌출부를 수용하는 홈을 포함할 수 있다.
상기 조인트부와 상기 힘인가부 사이의 거리는 상기 제1부분 또는 제2부분의 직경의 1.5∼3배 정도일 수 있다.
상기 힘인가요소는 탄성체일 수 있다.
상기 힘인가요소는 휘어진 구조를 가질 수 있다.
상기 힘인가요소는 복수의 링크요소가 연결된 구조를 가질 수 있다.
상기 수술용 인스트루먼트는 상기 관절부에 인접한 회전운동부를 더 포함할 수 있다.
상기 수술용 인스트루먼트는 상기 관절부와 이격된 제2관절부; 및 상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1관절부와 상기 제2관절부 사이에 회전운동부가 더 구비될 수 있고, 상기 회전운동부에 의해 상기 제2관절부가 포함된 상기 인스트루먼트의 하단부가 롤(roll) 운동할 수 있다.
높은 작업력, 넓은 작업공간 및 다자유도의 능란한 운동을 제공할 수 있는 수술 용구를 구현할 수 있다. 이러한 수술 용구를 이용하면, 수술 작업을 원활하고 효율적으로 수행할 수 있다.
높은 작업력을 제공하는데 유리한 관절부를 포함하는 수술 용구를 구현할 수 있다. 상기 관절부는 힘의 작용점(힘인가부)과 피벗 지지점(조인트부) 사이의 거리가 수술 용구의 직경보다 커서 상대적으로 작은 힘으로도 큰 토크(torque)를 피벗 지지점에 전달할 수 있으며 높은 작업력 확보에 유리하다.
적어도 하나의 수술용 인스트루먼트를 지지하면서 상기 인스트루먼트의 움직임을 제어하는 서포터 장치(또는 엑츄에이터)를 구현할 수 있다. 상기 서포터 장치(또는 엑츄에이터)는 상기 인스트루먼트에 RCM 운동을 제공할 수 있다. 상기 서포터 장치(또는 엑츄에이터)는 복수의 수술용 인스트루먼트를 지지하면서 이들의 움직임을 독립적으로 제어할 수 있다. 서포터 장치(또는 엑츄에이터)에 구비된 구동기는 크기 제약을 적게 받기 때문에, 큰 힘으로 인스트루먼트 전체를 조작할 수 있다. 또한, 서포터 장치(또는 엑츄에이터)는 긴 인스트루먼트를 조작할 수 있는 충분한 힘을 제공할 수 있으므로, 작업 공간을 넓힐 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(수술용 매니플레이션 시스템)의 구성도이다.
도 2는 수술용 인스트루먼트의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 하나의 인스트루먼트를 장착할 수 있는 서포터 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 부분 원뿔형상의 서포터 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 베이스 부재와 이동 부재와의 결합구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 이동 부재와 피벗 부재와의 결합구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 인스트루먼트가 장착되는 장착부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 장착부가 피벗 부재에 승강될 수 있게 결합되는 구조의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 9a는 이동 부재를 구동하는 제1구동부와 피벗 부재를 구동하는 제2구동부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9b는 피벗 부재를 구동하는 제2구동부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10a는 장착부를 승강시키는 제3구동부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10b는 장착부를 승강시키는 제3구동부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에 의하여 구현되는 RCM을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 3에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에서 이동 부재의 이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 13은 도 3에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에 의하여 구현되는 인스트루먼트의 작업 영역을 보여주는 도면이다.
도 14는 두 개의 인스트루먼트를 장착할 수 있는 서포터 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에 의하여 구현되는 RCM을 보여주는 도면이다.
도 16은 제1, 제2인스트루먼트의 연장축의 위치의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 17은 도 14에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에서 제1, 제2이동 부재의 이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 18은 도 14에 도시된 서포터 장치의 일 실시예에 의하여 구현되는 제1, 제2인스트루먼트의 작업 영역을 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 보여주는 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 19의 제1관절부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 21은 도 20의 제1굴절부의 분해 사시도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 도 19의 제1관절부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 도 19의 제1관절부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 24는 도 20의 제1관절부에 보호부재를 구비시킨 경우를 보여주는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 19의 회전운동부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 도 19의 회전운동부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 19의 헤드부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 28은 도 27의 일부 구성을 입체적으로 보여주는 사시도이다.
도 29는 도 27의 헤드부를 위에서 보았을 때, 상기 헤드부의 주요 구성요소를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 수술 용구 및 이를 포함하는 매니플레이션 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 개략적인 사시도이다. 도 1의 수술 로봇 시스템은 수술용 매니플레이션 시스템(surgical manipulation system)이라 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 수술 로봇 시스템(수술용 매니플레이션 시스템)은 하나 이상의 인스트루먼트(N100)를 절개부(incision port)(30)를 통하여 피검체 내부에 삽입하고, 내시경 카메라 영상을 통하여 피검체 내부를 관찰하면서 인스트루먼트(N100)를 원격제어하여 수술 작업을 수행하는 시스템이다. 수술 로봇 시스템은 피검체를 대상으로 수술작업을 수행하는 기계장치가 마련된 수술 스테이션(1)과, 수술 스테이션(1)을 제어하는 제어 스테이션(2)을 포함할 수 있다.
수술 스테이션(1)은 인스트루먼트(N100)를 지지하는 서포터 장치(100)와, 서포터 장치(100)를 소망하는 위치, 예를 들어, 피검체에 마련된 절개부(30)에 대향된 위치에 위치시키기 위한 위치조정유닛(positioning unit)(10)을 구비할 수 있다.
예를 들어, 위치조정유닛(10)은 상하방향, 즉 Z축 방향으로 승강되는 승강 블록(12)을 구비하는 수직 컬럼(column)(11)과, 그 단부에 서포터 장치(100)가 장착되는 위치조정아암(positioning arm)(13)을 포함할 수 있다. 수직 컬럼(column)(11)은 횡방향, 예를 들어 X축 방향 및/또는 Y축 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 수직 컬럼(11)은 피검체가 뉘어지는 수술 테이블(operation table)(14)에 대하여 X축 방향 및/또는 Y축 방향으로 이동될 수 있게 지지될 수 있다. 나아가서, 위치조정아암(13)은 승강 블록(12)에 예를 들어 Z축을 회동축으로 하여 회동될 수 있게 결합될 수도 있다. 도 1에는 두 개의 서포터 장치(100)가 위치조정아암(13)의 단부에 장착되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 하나 또는 셋 이상의 서포터 장치(100)가 위치조정아암(13)의 단부에 장착될 수 있다.
제어 스테이션(2)은 피검체 내부에 삽입된 촬영장치, 예를 들어 내시경 카메라를 통하여 전달되는 영상을 표시하는 영상표시유닛(21)과, 조작유닛(22)을 포함할 수 있다. 조작유닛(22)은 위치조정유닛(10), 서포터 장치(100), 및 인스트루먼트(N100)의 움직임을 제어하기 위한 것으로서, 예를 들어 조이스틱(joy stick) 등의 하나 이상의 촉각 조작기(haptic manipulating device)를 포함할 수 있다. 후술하는 서포터 장치(100)를 구동하는 구동부와 인스트루먼트(N100)의 헤드부(도 2: H10)는 제어 스테이션(2)과 연결된다. 운전자는 조작유닛(22)을 조작함으로써 서포터 장치(100) 및 인스트루먼트(100)를 구동하여 수술 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 제어 스테이션(2)은 수술 스테이션(1)의 기계장치들의 동작을 제어하는 동작장치라고 할 수 있다.
도 2에는 인스트루먼트(N100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 인스트루먼트(N100)는 연장부(R10)와, 헤드부(H10)를 구비할 수 있다. 연장부(R10)는 환부에 접근하기 위하여 예를 들어 피검체의 복강, 관절 등의 내부로 삽입될 수 있는 긴 봉 형상일 수 있다. 연장부(R10)의 단부에는 운전자(operator)의 조작에 의하여 절제, 봉합 등의 세부 수술 작업을 수행하기 위한 수술 도구(sugical tool)(ST10)이 장착된다. 수술 도구(ST10)는 예를 들어 수술용 메스, 수술용 집게, 수술용 가위, 소작기(전기 에너지, 열 에너지 등을 이용하여 환부를 태우거나 자르는 기구), 내시경 카메라 등일 수 있다. 다양한 수술 작업을 수행할 수 있도록, 연장부(N100)에는 적어도 하나의 자유도를 갖는 적어도 하나의 관절부가 마련될 수 있다. 예를 들어, 관절부는 수술 도구(ST10)에 인접하는 손목 관절부(wrist)와, 손목 관절부로부터 이격된 팔꿈치 관절부(elbow)를 포함할 수 있다. 손목관절부는 예를 들어 피칭(pitching) 및/또는 요잉(yawing)이 가능한 관절부일 수 있다. 팔꿈치 관절부는 예를 들어 피칭 및/또는 롤링(rolling)이 가능한 관절부일 수 있다. 헤드부(H10)에는 관절부 및 수술 도구(ST10)를 구동하기 위한 구동장치가 마련된다. 인스트루먼트(N100)의 구조는 도 19 이하에서 상세히 설명한다.
서포터 장치(100)는 인스트루먼트(N100)를 지지한다. 도 3은 서포터 장치(100)의 일 실시예의 사시도이다. 도 3을 보면, 서포터 장치(100)는 베이스 부재(110), 이동 부재(120), 및 피벗 부재(130)를 포함할 수 있다. 베이스 부재(110)에는 인스트루먼트(N100)가 통과되는 삽입영역(112)이 마련된다. 이동 부재(120)는 삽입영역(112)의 주위로 이동될 수 있도록 베이스 부재(110)에 설치된다. 이동 부재(120)는 삽입영역(112)을 통과하는 이동 중심축(A1)을 중심으로 하는 이동 경로를 따라 이동될 수 있다. 이동 부재(120)의 이동 경로의 적어도 일부는 이동 중심축(A1)을 중심으로 하는 원형이다. 즉, 이동 부재(120)의 이동 경로는 이동 중심축(A1)을 중심으로 하는 부분적인 원형 경로 또는 전체적인 원형 경로일 수 있다. 피벗 부재(130)는 피벗축(A2)을 중심으로 회동될 수 있게 이동 부재(120)에 설치된다. 피벗 부재(130)에는 인스트루먼트(N100)가 장착되는 장착부(140)가 마련된다. 인스트루먼트(N100)는 그 연장부(R10)가 삽입영역(112)에 삽입되도록 장착부(140)에 장착된다.
베이스 부재(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 전체적으로 원뿔 형상일 수 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 베이스 부재(110)는 삽입영역(112)을 구비하고, 이동 부재(120)를 삽입영역(112)의 주위로 이동시킬 수 있도록 가이드 할 수 있는 형상이면 되며, 그 구체적인 형태에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(110)는 부분 원뿔 형상일 수도 있다. 수술 작업은 둘 이상의 인스트루먼트(N100)를 사용한다. 수술 작업 도중에 인스트루먼트(N100)를 교체하는 작업을 줄이거나 없애기 위하여 둘 이상의 서포터 장치(100)가 채용할 수 있다. 이 경우 절개부(30)의 숫자를 줄이기 위하여 하나의 절개부(30)에 둘 이상의 서포터 장치(100)가 배치될 수도 있다. 또, 경우에 따라서는 서로 인접한 복수의 절개부(30)에 각각 하나 이상의 서포터 장치(100)가 배치될 수도 있다. 이 경우 원뿔 형상 또는 부분적인 원뿔 형상의 베이스 부재(110)를 채용함으로써 복수의 서포터 장치(100)를 하나의 절개부(30)에 액세스할 수 있도록 효과적으로 배치할 수 있다. 또한, 서로 인접한 복수의 절개부(30)에 대응되는 복수의 서포터 장치(100)를 효과적으로 배치할 수 있다. 이동 부재(120)는 원뿔 형상 또는 부분적인 원뿔 형상의 베이스 부재(110)의 내측면을 따라 이동될 수 있게 설치될 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 베이스 부재(110)는 중앙부에 삽입영역(112)이 형성된 원반 형상 또는 부분 원반형상일 수도 있다.
도 5는 이동 부재(120)와 베이스 부재(110)의 결합구조의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 3과 도 5를 참조하면, 이동 부재(120)는 예를 들어 베이스 부재(110)의 삽입영역(112)의 가장자리(113)와 외측 가장자리(114)를 각각 감싸는 그립부(grip portion)(121)(122)에 의하여 베이스 부재(110)에 이동될 수 있게 설치될 수 있다. 그립부(121)(122)에는 베이스 부재(110)의 하면(115)과의 접촉마찰을 줄이기 위한 접촉돌기(123)가 마련될 수 있다. 또한, 이동 부재(120)의 하면(124)에는 베이스 부재(110)의 상면(116)과의 접촉마찰을 줄이기 위한 접촉돌기(125)가 마련될 수 있다. 접촉돌기(123)(125)는 베이스 부재(110)의 하면(115)과 상면(116)에 마련될 수도 있다. 접촉돌기(123)(125) 대신에 롤러를 채용함으로써 이동 부재(120)의 이동에 따른 마찰저항을 줄일 수도 있다. 이외에도 도면으로 도시되지는 않았지만, 베이스 부재(110)에 마련된 레일(rail)을 따라 이동 부재(120)가 슬라이딩되면서 이동되는 구조 등 다양한 실시예가 가능하다.
도 6은 피벗 부재(130)와 이동 부재(120)의 결합구조의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 피벗 부재(130)에는 피벗축(A2)의 역할을 하는 회전축(131)이 마련될 수 있다. 회전축(131)은 예를 들어 베어링(132)을 개재하여 이동 부재(120)에 회전될 수 있게 지지될 수 있다.
도 7은 인스트루먼트(N100)가 장착되는 장착부(140)의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 3 및 도 7을 참조하면, 장착부(140)는 예를 들어 인스트루먼트(N100)의 연장부(R10)가 통과되는 중공부(141)를 구비할 수 있다. 중공부(141)의 직경은 인스트루먼트(N100)의 연장부(R10)의 직경보다 클 수 있다. 인스트루먼트(N100)의 헤드부(H10)는 장착부(140)의 상부면(142)에 지지될 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 장착부(140)에는 인스트루먼트(N100)를 고정하는 고정장치가 마련될 수 있다. 고정장치는 헤드부(H10)에 결합됨으로써 인스트루먼트(N100)를 장착부(140)에 고정시킬 수 있다.
인스트루먼트(N100)는 그 길이방향, 즉 연장축(A3)의 방향으로 승강될 수 있게 피벗 부재(130)에 설치될 수도 있다. 도 8은 연장축 방향으로 승강되는 장착부(140)의 일 실시예의 사시도이다. 도 8을 참조하면, 피벗 부재(130)에 연장축(A3)의 방향으로 절개된 가이드 홈(133)이 마련되고, 장착부(140)에는 가이드 홈(133)에 삽입되는 가이드 돌기(143)가 마련될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 인스트루먼트(N100)가 장착부(140)에 장착된 상태에서 장착부(140)를 가이드 홈(143)을 따라 승강시킴으로써 인스트루먼트(N100)를 연장축(A3)의 방향으로 승강시킬 수 있다.
서포터 장치(100)는 인스트루먼트(N100)를 이동시키는 구동부를 더 구비할 수 있다. 구동부는 하나 이상의 모터를 포함할 수 있다. 구동부는 도시되지 않은 케이블 등을 통하여 제어 스테이션(2)에 연결된다. 구동부는 이동 부재(120)를 구동하는 제1구동부(도 9: 210)와, 피벗 부재(130)를 구동하는 제2구동부(도 9: 220)를 포함할 수 있다.
도 9a에는 제1구동부(210)와 제2구동부(220)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 9a를 참조하면, 제1구동부(210)는 래크(rack)-피니언(pinion) 구조일 수 있다. 이동 부재(120)에는 제1구동모터(212)가 탑재된다. 제1구동모터(212)에는 피니언(213)이 결합된다. 베이스 부재(110)에는 래크(211)가 마련된다. 래크(211)는 베이스 부재(110)에 이동 중심축(A1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 형성된다. 이동 부재(120)에는 개구부(126)가 마련된다. 이동 부재(120)의 하측에 위치된 피니언(213)은 개구부(126)를 통하여 노출된다. 피니언(213)은 개구부(126)를 통하여 래크(211)에 맞물린다. 이와 같은 구성에 의하여 제1구동모터(212)를 구동하여 피니언(213)을 회전시킴으로써 이동 부재(120)가 삽입영역(112)의 주위로 이동될 수 있다. 즉, 이동 부재(120)는 이동 중심축(A1)을 중심으로 하는 원형의 이동 경로를 따라 삽입영역(112)이 주위로 이동될 수 있다.
제1구동부(210)의 예는 도 9에 도시된 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도면으로 도시되지는 않았지만, 제1구동부(210)로서 리니어 모터(linear motor)구조가 채용될 수 있다. 다시 말하면, 베이스 부재(110)에 원형의 이동 경로를 따라 코일로 된 레일을 배치하고, 이동 부재(120)에 자석을 배치하여 코일과 자석의 전자기 반발력에 의하여 이동 부재(120)가 레일을 따라 이동되는 구조도 가능하다.
제2구동부(220)는 피벗 부재(130)의 회전축(131)에 마련되는 기어부(221)와, 이동 부재(120)에 탑재되는 제2구동모터(222), 및 제2구동모터(222)에 의하여 회전되는 기어(223)를 포함할 수 있다. 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 회전축(131)이 이동 부재(120)에 회전될 수 있게 지지되어 있으므로, 제2구동모터(222)를 회전시킴으로써 피벗 부재(130)를 피벗축(A2)을 중심으로 하여 피벗시킬 수 있다.
제2구동부(220)의 예는 도 9a에 도시된 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도면으로 도시되지는 않았지만, 기어부(221)와 기어(223) 대신에 회전축(131)와 제2구동모터(222) 각각에 풀리(pulley)가 마련되고, 벨트(미도시)를 이용하여 풀리들을 연결함으로써, 제2구동모터(222)를 이용하여 벨트를 주행시킴으로써 피벗 부재(130)를 피벗축(A2)을 중심으로 하여 피벗시키는 구조도 가능하다. 또한, 제2구동부(220)로서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 리니어 모터(222a)의 구동로드(driving rod)(224)의 일단부를 이동 부재(120)에 연결하고, 타단부를 피벗 부재(130)의 회전축(131)으로부터 이격된 위치에 연결하는 구조도 가능하다. 리니어 모터(222a)를 이용하여 구동로드(224)를 왕복 이동시킴으로써 피벗 부재(130)를 피벗축(A2)을 중심으로 하여 피벗시킬 수 있다.
구동부는 장착부(140)를 연장축(A3)방향으로 승강시키는 제3구동부(도 10: 230)를 더 구비할 수 있다. 도 10에는 제3구동부(230)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 10a를 보면, 피벗 부재(130)에는 제3구동모터(232)가 탑재된다. 제3구동모터(232)에는 리드 스크류(233)가 마련된다. 장착부(140)의 가이드 돌기(143)에는 리드 스크류(233)의 나선홈에 결합되는 결합돌기(231)가 마련된다. 상기 구성에 의하여 제3구동모터(232)에 의하여 리드스크류(233)가 회전되면, 장착부(140)가 리드 스크류(233)의 나선홈을 따라 연장축(A3)방향으로 승강될 수 있다.
제3구동부(230)의 예는 도 10a에 도시된 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 10b에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 풀리(234)(235)에 의하여 지지되는 벨트 또는 와이어(236)에 장착부(140)를 연결하고, 리니어 모터(232a)를 이용하여 벨트 또는 와이어(236)를 주행시킴으로써 장착부(140)를 연장축(A3)방향으로 승강시킬 수도 있다.
상술한 서포터 장치(100)는 RCM(remote center of motion)를 기준으로 하여 인스트루먼트(N100)에 운동 변위를 제공할 수 있는 RCM 구조체이다. 즉, 인스트루먼트(N100)는 서포터 장치(100)에 의하여 RCM(remote center of motion)을 정지점(stationary point)으로 하여 이동된다. 이런 점에서, 서포터 장치(100)는 인스트루먼트(N100)에 RCM을 중심으로 하는 운동, 즉, RCM 운동을 제공한다고 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 이동 부재(120)의 이동 중심축(A1)과, 피벗 부재(120)의 피벗축(A2), 및 피벗 부재(130)에 장착된 인스트루먼트(N100)의 연장축(A3)은 단일의 교차점(CP)을 갖는다. 이 교차점(CP)이 RCM이 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 이동 부재(120)와 피벗 부재(130)를 각각 이동 및 피벗시킴으로써, 인스트루먼트(N100)를 교차점(CP)을 정지점으로 하여 2 자유도로 이동시킬 수 있는 서포터 장치(100)가 구현될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 장착부(140)를 연장축(A3)의 방향으로 승강시킴으로써, 교차점(CP)을 정지점으로 하여 인스트루먼트(N100-1)를 3 자유도로 이동시킬 수 있는 서포터 장치(100)가 구현될 수 있다.
도 12를 참조하면, 이동 부재(120)는 교차점(CP)을 중심으로 하는 원호 형상의 이동 경로(TP)를 따라 이동될 수 있다. 이동 경로(TP)는 완전한 원형상일 수 있으며, 부분적인 원호형상일 수도 있다. 베이스 부재(110)가 부분 원뿔 형상 또는 부분 원반 형상인 경우, 이동 경로(TP)는 부분적인 원호형상이다.
이동 부재(120)의 이동과 피벗 부재(130)의 피벗에 의한 인스트루먼트(N100)의 이동 궤적은 도 13에 도시된 바와 같이 교차점(CP)을 정점(apex)으로 하는 원뿔 형상이 되며, 원뿔 형상의 내부 공간이 수술 도구(ST10)가 환부에 액세스할 수 있는 작업공간이 된다. 교차점(CP)은 절개부(30)에 위치될 수 있으며, 절개부(30)의 외측 또는 내측에 위치될 수도 있다. 교차점(CP)의 위치를 절개부(30)에 가깝게 함으로써 넓은 작업공간(workspace)을 확보하면서 절개부(30)의 크기를 줄일 수 있다.
종래의 로봇 수술 시스템은 복수의 다관절 로봇 아암 각각에 인스트루먼트(N100)가 장착된 구조이다. 그러므로, 각각의 인스트루먼트(N100)를 이동시키기 위하여는 매우 복잡하고 많은 수의 관절을 가진 로봇 아암이 필요하다. 또한, 복수의 로봇 아암이 하나의 절개부(30) 또는 서로 인접된 복수의 절개부(30)에 삽입된 복수의 인스트루먼트(N100)를 이동시켜야 하는데, 이 과정에서 다관절 로봇 아암들이 서로 간섭되어 각 인스트루먼트(N100)의 작업공간을 넓게 확보하기가 용이하지 않다. 이에 대하여, 본 실시예의 서포터 장치(100)는 고정된 위치에 위치된 상태에서 인스트루먼트(N100)를 교차점(CP), 즉 RCM을 기준으로 하여 이동시킬 수 있다. 인스트루먼트(N100)를 이동시키기 위하여 필요한 공간은 서포터 장치(100) 자체가 점유하는 공간에 한정된다. 그러므로, 서포터 장치들(100) 간의 간섭없이 인스트루먼트(N100)의 작업공간을 넓게 확보할 수 있다. 또한, 후술하는 다관절 구조를 갖는 인스트루먼트(N100)를 채용함으로써 다자유도의 능란한 작업이 가능하다.
본 실시예의 서포터 장치(100)에 따르면, 피벗축(A2)이 삽입영역(112)을 통과한다. 즉, 피벗축(A2)은 베이스 부재(110)의 내측으로부터 삽입영역(112)을 통과하여 외측으로 연장되어 교차점(CP)에서 이동 중심축(A1)과 교차되거나 또는 적어도 피벗축(A2)의 연장선이 삽입영역(112)을 통과한다. 피벗축(A2) 또는 그 연장선이 삽입영역(112)을 통과하지 않는 경우, 예를 들어, 도 13에 참조부호 A2'로 표시된 피벗축을 갖는 경우, 피벗 부재(130)는 이동 부재(120)에 대하여 피벗축(A2')을 중심으로 하는 원호형태의 경로를 따라 이동될 수 있게 지지되어야 한다. 따라서, 피벗 부재(130)와 이동 부재(120)의 결합구조가 복잡해질 수 있다. 피벗축(A2)이 삽입영역(112)을 통과하는 본 실시예의 서포터 장치(100)에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 단순히 피벗축(A2)의 역할을 하는 회전축(131)을 이동 부재(120)에 지지하는 간단한 구조에 의하여 피벗 부재(130)가 이동 부재(120)에 피벗될 수 있게 지지될 수 있다.
도 11을 참조하면, 하나의 인스트루먼트(N100)를 지지하는 경우, 즉 하나씩의 이동 부재(120)와 피벗 부재(130)를 구비하는 서포터 장치(100)의 경우에, 연장축(A3)은 교차점(CP)을 통과하는 한 어떠한 각 위치(angular position)을 갖더라도 무방하다. 즉, 연장축(A3)이 이동 중심축(A1)과 피벗축(A2)을 포함하는 평면 내에 위치된 상태를 기준으로 하여, 연장축(A3)은 이동 중심축(A1)과 피벗축(A2) 사이에 위치되거나 또는 이동 중심축(A1)과 일치되거나, 또는 이동 중심축(A1)을 기준으로 하여 피벗축(A2)의 반대쪽에 위치될 수도 있다.
다만, 피벗 부재(130)를 구동하기 위한 제2구동모터(222)의 부하를 줄이기 위하여는 피벗축(A2)과 연장축(A3)이 이루는 각도(B21)가 작을수록 유리하다. 이러한 점을 감안하여, 연장축(A3)이 이동 중심축(A1)과 피벗축(A2)을 포함하는 평면 내에 위치된 상태를 기준으로 하여, 피벗축(A2)과 연장축(A3)이 이루는 각도(B21)는 피벗축(A2)과 이동 중심축(A1)이 이루는 각도(B23)와 같거나 또는 그보다 작게 할 수 있다. 즉, 연장축(A3)은 피벗축(A2)와 이동 중심축(A1) 사이에 위치될 수 있다.
상술한 실시예에서는 하나의 인스트루먼트(N100)를 지지하는 서포터 장치(100)에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 도 14에는 두 개의 인스트루먼트(N100-1)(N100-2)를 지지하는 서포터 장치(100a)의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 베이스 부재(110a), 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2), 및 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)가 도시되어 있다. 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)는 베이스 부재(110a)에 마련된 삽입영역(112a)의 주위로 이동될 수 있게 설치된다. 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)에는 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)가 각각 피벗될 수 있게 결합된다. 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)에는 각각 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)가 마련된다. 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)는 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)가 각각 장착된다. 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)는 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 길이방향으로 승강될 수 있게 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)에 결합될 수도 있다.
베이스 부재(110a)는 도 14에 도시된 바와 같이 전체적으로 원뿔 형상일 수 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 베이스 부재(110a)는 삽입영역(112a)을 구비하고, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)를 삽입영역(112a)의 주위로 이동시킬 수 있도록 가이드 할 수 있는 형상이면 되며, 그 구체적인 형태에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 부재(110a)는 부분 원뿔 형상일 수도 있으며, 중앙부에 삽입영역(112a)이 형성된 원반 형상 또는 부분 원반형상일 수도 있다.
제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)와 베이스 부재(110a)와의 결합구조는 도 5에 도시된 바와 동일할 수 있다. 또한, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)를 이동시키기 위한 구동부의 구조는 도 9a에 도시된 제1구동부(210)와 동일할 수 있다. 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)와 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)와의 결합구조는 도 6에 도시된 바와 동일할 수 있다. 또한, 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)를 이동시키기 위한 구동부의 구조는 도 9a 또는 도 9b에 도시된 제2구동부(220)와 동일할 수 있다. 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)와 제1, 제2피벗 부재(130-1)(143-2)와의 결합구조는 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 동일할 수 있다. 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)를 승강시키기 위한 구동부의 구조는 도 10a 또는 도 10b에 도시된 제3구동부(230)와 동일할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제1이동 부재(120-1)의 이동 중심축(이하, 제1이동중심축)(A1-1)과, 제1피벗 부재(130-1)의 피벗축(이하, 제1피벗축)(A2-1), 및 제1피벗 부재(130-1)에 장착된 제1인스트루먼트(N100-1)의 연장축(이하, 제1연장축)(A3-1)은 단일의 제1교차점(CP-1)을 가진다. 또, 제2이동 부재(120-2)의 이동 중심축(이하, 제2이동 중심축)(A1-2)과, 제2피벗 부재(130-2)의 피벗축(이하, 제2피벗축)(A2-2), 및 제2피벗 부재(130-1)에 장착된 제2인스트루먼트(N100-2)의 연장축(이하, 제2연장축)(A3-2)은 단일의 제2교차점(CP-2)를 가진다. 제1교차점(CP-1)과 제2교차점(CP-2)은 각각 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 RCM이 된다. 제1교차점(CP-1)과 제2교차점(CP-2)은 서로 이격되게 위치될 수 있다. 제1, 제2교차점(CP-1)(CP-2) 사이의 간격은 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2) 사이의 간섭을 방지하기 위하여 적어도 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 연장부(R10)의 직경보다 크게 설정될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)와 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)를 각각 이동 및 피벗시킴으로써, 제1, 제2인스트루먼트제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)를 각각 제1, 제2교차점(CP1)(CP2)을 정지점으로 하여 이동시킬 수 있다. 따라서, 제1, 제2인스트루먼트제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2) 각각을 RCM을 기준으로 하여 2 자유도의 운동시킬 수 있는 서포터 장치(100a)가 구현될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제1, 제2장착부(140-1)(140-2)를 승강시킴으로써, 제1, 제2인스트루먼트제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2) 각각을 3 자유도 운동시킬 수 있는 서포터 장치(100a)가 구현될 수 있다.
본 실시예의 서포터 장치(110a)에 따르면, 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)가 삽입영역(112a)을 통과한다. 즉, 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2) 또는 그 연장선들은 베이스 부재(110a)의 내측으로부터 삽입영역(112a)을 통과하여 외측으로 연장된다. 이와 같은 구성에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같은 간단한 구조에 의하여 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)가 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)에 피벗될 수 있게 지지될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)이 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)과 제1, 제2이동 중심축(A1-1)(A1-2)을 포함하는 평면 내에 위치된 상태를 기준으로 하여, 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)과 제1, 제2연장축(A3-1)(A3-2)이 이루는 각도(B21-1)(B21-2)는 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)과 제1, 제2이동 중심축(A1-1)(A1-2)이 이루는 각도(B23-1)(B32-2)보다 크면, 제1, 제2연장축(A3-1)(A3-2)이 서로 교차되므로 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)가 서로 간섭되어 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 작업영역이 제한될 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 서포터 장치(100a)에 따르면, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1피벗축(A2-1)이 제1피벗축(A2-1)과 제1이동 중심축(A1-1)을 포함하는 평면 내에 위치된 상태를 기준으로 하여, 제1연장축(A3-1)은 제1이동 중심축(A1-1)과 제1피벗축(A2-1) 사이에 위치되거나 제1이동 중심축(A1-1)과 일치될 수 있다. 즉, 제1피벗축(A2-1)과 제1연장축(A3-1)이 이루는 각도(B21-1)는 제1피벗축(A2-1)과 제1이동 중심축(A1-1)이 이루는 각도(B23-1)와 같거나 또는 그보다 작을 수 있다. 마찬가지로, 제2피벗축(A2-2)이 제2피벗축(A2-2)과 제2이동 중심축(A1-2)을 포함하는 평면 내에 위치된 상태를 기준으로 하여, 제2연장축(A3-2)은 제2이동 중심축(A1-2)과 제2피벗축(A2-2) 사이에 위치되거나 제2이동 중심축(A1-2)과 일치될 수 있다. 제2피벗축(A2-2)과 제2연장축(A3-2)이 이루는 각도(B21-2)는 제2피벗축(A2-2)과 제2이동 중심축(A1-2)이 이루는 각도(B23-2)와 같거나 또는 그보다 작을 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 간섭을 최소화하면서 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 작업공간을 최대화할 수 있다. 또한, 제1, 제2피벗축(A2-1)(A2-2)과 제1, 제2연장축(A3-1)(A3-2)이 이루는 각도(B21-1)(B21-2)를 작게 함으로써 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)를 피벗시키는 구동모터의 구동 부하를 줄일 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1이동 부재(120-1)는 제1교차점(CP)을 중심으로 하는 원호 형상의 제1이동경로(TP-1)를 따라 이동될 수 있다. 제2이동 부재(120-2)는 제2교차점(CP-2)을 중심으로 하는 원호 형상의 제2이동경로(TP-2)를 따라 이동될 수 있다. 제1, 제2이동경로(TP-1)(TP-2)가 반드시 완전한 반원 형상일 필요는 없다. 또, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2) 모두가 제1, 제2이동경로(TP-1)(TP-2)를 따라 360도 이동될 수도 있다. 이 경우, 제1교차점(CP-1)과 제2교차점(CP-2)의 위치가 서로 바뀌게 되며, 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)는 각각 제2, 제1교차점(CP-2)(CP-1)을 RCM으로 하여 이동된다. 예를 들어, 제1이동 부재(120-1)가 제2이동경로(TP-2)로 진입되면, 제1인스트루먼트(N100-1)의 RCM은 제2교차점(CP-2)이 된다. 다만, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)가 모두 제1이동경로(TP-1) 또는 제2이동경로(TP-2)에 위치되면 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 RCM이 일치되어 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2) 사이에 간섭이 발생된다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)의 이동 범위는 각각 제1, 제2이동 경로(TP-1)(TP-2)로 제한될 수 있다. 서포터 장치(100a)는 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)가 각각 제2, 제1이동 경로(TP-2)(TP-1)로 진입되지 않도록 차단하는 제1, 제2차단부(150-1)(150-2)를 더 구비할 수 있다. 일 예로서, 제1, 제2차단부(150-1)(150-2)는 제1, 제2이동 경로(120-1)(120-2)의 양단부에 위치된 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)와 접촉되도록 베이스 부재(110a)에 돌출된 돌출부일 수 있다.
서포터 장치(100a)에 의한 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 이동 궤적은 도 18에 도시된 바와 같이 각각 제1, 제2교차점(CP1)(CP2)을 정점(apex)으로 하는 두 개의 반 원뿔 형상이 되며, 두 개의 반 원뿔 형상의 내부 공간이 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)의 수술 도구(ST10)가 환부에 액세스할 수 있는 작업공간이 된다. 제1, 제2교차점(CP-1)(CP-2)은 절개부(30)에 위치될 수 있으며, 절개부(30)의 외측 또는 내측에 위치될 수도 있다. 제, 제2교차점(CP-1)(CP-2)의 위치를 절개부(30)에 가깝게 함으로써 넓은 작업공간(workspace)을 확보하면서 절개부(30)의 크기를 줄일 수 있다.
복수의 다관절 로봇 아암 각각에 인스트루먼트가 장착되는 종래의 로봇 수술 시스템에서는, 인스트루먼트를 이동시키는 과정에서 다관절 로봇 아암들이 서로 간섭되어 각 인스트루먼트의 작업공간을 넓게 확보하기가 용이하지 않고, 인스트루먼트들이 서로 간섭될 가능성이 있다. 이에 대하여, 본 실시예의 서포터 장치(100a)는 고정된 위치에 위치된 상태에서 두 개의 인스트루먼트(N100-1)(N100-2)를 서로 이격된 RCM을 기준으로 하여 이동시킬 수 있다. 인스트루먼트(N100-1)(N100-2)를 이동시키기 위하여 필요한 공간은 서포터 장치(100a) 자체가 점유하는 공간에 한정된다. 또, 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2)와 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2)가 제한된 공간 내에서 독립적으로 이동된다. 그러므로 제1, 제2이동 부재(120-1)(120-2) 사이, 제1, 제2피벗 부재(130-1)(130-2) 사이의 간섭이 없이 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2)를 이동시킬 수 있으며, 제1, 제2인스트루먼트(N100-1)(N100-2) 각각에 대하여 넓은 작업공간을 확보할 수 있다. 또한, 복수의 서포터 장치들(100a)을 하나의 절개부(30)에 배치하는 경우에도 복수의 서포터 장치들(100a) 사이에도 간섭이 발생되지 않는다.
상술한 실시예에서는 하나 또는 두 개의 인스트루먼트를 장착하는 서포터 장치에 관하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 세 개 또는 그 이상의 인스트루먼트가 장착되고 각각에 대하여 RCM을 제공하는 서포터 장치 역시 구현될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(N100)를 보여주는 사시도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(이하, 인스트루먼트)(N100)는 전체적으로 가느다란 아암(arm) 형상 또는 그와 유사한 형상을 가질 수 있다. 인스트루먼트(N100)는 적어도 하나의 관절부, 예컨대, 제1관절부(AP10) 및 제2관절부(AP20)를 포함할 수 있다. 제1관절부(AP10) 및 제2관절부(AP20)는 서로 이격하여 배치될 수 있다. 제1관절부(AP10)는 인스트루먼트(N100)의 헤드부(H10)와 제2관절부(AP20) 사이에 위치할 수 있다. 제1관절부(AP10)는 인스트루먼트(N100)의 RCM 지점(즉, stationary point)과 제2관절부(AP20) 사이에 위치할 수 있다. 제2관절부(AP20)는 인스트루먼트(N100)의 단부(피검체 내에 삽입되는 단부) 혹은 그와 인접한 부분에 구비될 수 있다. 제1관절부(AP10) 및 제2관절부(AP20)의 위치 및 기능을 고려했을 때, 제1관절부(AP10)는 팔꿈치부(elbow) 일 수 있고, 제2관절부(AP20)는 손목부(wrist) 일 수 있다. 제2관절부(AP20)는 제1관절부(AP10)로부터 약 4cm 이상 이격될 수 있다. 제2관절부(AP20)의 단부에 소정의 수술 도구(surgical tool)(ST10)가 장착될 수 있다. 수술 도구(ST10)는, 예컨대, 수술용 메스, 수술용 집게, 수술용 가위, 소작기(전기 에너지, 열 에너지 등을 이용하여 환부를 태우거나 자르는 기구), 내시경 카메라 등일 수 있다. 도 19에는 수술 도구(ST10)로서 수술용 집게가 예시적으로 도시되어 있다.
제1관절부(AP10)는 적어도 1 자유도 운동을 하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1관절부(AP10)는 적어도 피치(pitch) 운동을 하도록 구성될 수 있다. 제1관절부(AP10)의 구체적인 구성은 추후에 도 20 내지 도 24를 참조하여 자세히 설명한다. 제2관절부(AP20)는 적어도 2 자유도 운동을 하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제2관절부(AP20)는 요-피치(yaw-pitch) 운동, 피치-롤(pitch-roll) 운동, 피치-요(pitch-yaw) 운동, 요-롤(yaw-roll) 운동, 요-피치-롤(yaw-pitch-roll) 운동, 피치-요-롤(pitch-yaw-roll) 운동 등을 하도록 구성될 수 있다. 도 19에는 제2관절부(AP20)가 요-피치(yaw-pitch) 운동을 하도록 구성된 경우가 도시되어 있다. 한편, 수술 도구(ST10)는 적어도 1 자유도 운동을 하도록 구성될 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 수술 도구(ST10)가 수술용 집게인 경우, 적어도 파지(grasping) 운동을 하도록 구성될 수 있다.
제1관절부(AP10)에 인접한 회전운동부(RM10)가 더 구비될 수 있다. 회전운동부(RM10)는 제1관절부(AP10)와 제2관절부(AP20) 사이에 배치될 수 있다. 회전운동부(RM10)에 의해 회전운동부(RM10) 아래에 구비된 인스트루먼트(N100) 부분이 롤(roll) 운동할 수 있다. 다시 말해, 회전운동부(RM10)에 의해 제2관절부(AP20) 및 수술 도구(ST10)를 포함한 인스트루먼트(N100)의 하단부가 롤(roll) 운동할 수 있다. 회전운동부(RM10)의 구체적인 구성은 추후에 도 25 및 도 26을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
인스트루먼트(N100)의 헤드부(H10)에 인스트루먼트(N100)의 움직임을 제어하기 위한 구동부가 구비될 수 있다. 이런 점에서, 헤드부(H10)를 "구동부"라 할 수 있다. 이와 관련해서, 헤드부(H10) 내에 복수의 모터가 구비될 수 있다. 상기 복수의 모터에 복수의 연결요소가 연결될 수 있다. 상기 복수의 연결요소는 헤드부(H10)로부터 인스트루먼트(N100) 내부를 통해서 제1관절부(AP10), 제2관절부(AP20), 회전운동부(RM10) 및 수술 도구(ST10)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 헤드부(H10)는 상기 복수의 연결요소에 의해 제1관절부(AP10), 제2관절부(AP20), 회전운동부(RM10) 및 수술 도구(ST10)에 연결될 수 있다. 헤드부(H10)에서 상기 복수의 연결요소를 밀고 당기는 등의 동작을 통해, 제1관절부(AP10), 제2관절부(AP20), 회전운동부(RM10) 및 수술 도구(ST10)를 움직일 수 있다. 또한, 헤드부(H10)는 그 아래의 인스트루먼트(N100) 부분을 롤(roll) 운동시키는 구동요소를 더 포함할 수 있다. 헤드부(H10)를 소정의 고정장치로 고정한 상태에서 헤드부(H10) 아래의 인스트루먼트(N100) 부분을 롤(roll) 운동시킬 수 있다. 헤드부(H10) 아래의 인스트루먼트(N100) 부분이 롤(roll) 운동한다는 것은 제1관절부(AP10), 제2관절부(AP20) 및 수술 도구(ST10)가 모두 함께 롤(roll) 운동한다는 것을 의미한다. 헤드부(H10)의 구체적인 구성에 대해서는 추후에 도 27 내지 도 29을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
이하에서는, 도 20 내지 도 23을 참조하여, 도 19의 제1관절부(AP10)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 19의 제1관절부(AP10)의 구성을 구체적으로 보여주는 도면이다. 도 20의 (A)는 제1관절부(AP10)가 구부러지지 않은 상태를 보여주고, (B)는 구부러진 상태를 보여준다.
도 20의 (A)를 참조하면, 제1관절부(AP10)는 제1부분(P10), 제1부분(P10)에 연결되어 제1부분(P10)에 대하여 구부러지는 제2부분(P20) 및 제2부분(P20)에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소(force applying element)(F15)를 포함할 수 있다. 제1부분(P10)과 제2부분(P20)이 조인트된 지점(이하, 조인트부(joint position))(15)과 제2부분(P20)에서 힘인가요소(F15)의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부(force applied position))(25) 사이의 거리는 제1부분(P10) 및 제2부분(P20) 중 적어도 하나의 직경보다 클 수 있다. 다시 말해, 상기 조인트부(15)와 힘인가부(25) 사이의 거리(최단 거리)는 제1관절부(AP10)에서 인스트루먼트(N100)의 직경보다 클 수 있다. 예컨대, 조인트부(15)와 힘인가부(25) 사이의 거리는 제1부분(P10) 또는 제2부분(P20)의 직경의 약 1.5배 이상, 보다 구체적으로는, 1.5∼3배 정도일 수 있다.
본 실시예에서 힘인가부(25)는 조인트부(15)에 대하여 제1부분(P10) 쪽에 위치할 수 있다. 다시 말해, 힘인가부(25)는 조인트부(15)보다 도면상 위쪽에 위치할 수 있다. 이를 위해, 제2부분(P20)의 단부에 제1부분(P10) 쪽으로 돌출된 돌출부(p2)가 구비될 수 있고, 돌출부(p2)의 단부에 힘인가부(25)가 구비될 수 있다. 즉, 돌출부(p2)의 단부에 힘인가요소(F15)가 연결될 수 있다. 한편, 힘인가부(25)는 제2부분(P20)이 구부러지는 방향을 기준으로 제2부분(P20)의 외측(도면상 왼쪽)에 위치할 수 있고, 조인트부(15)는 제2부분(P20)이 구부러지는 방향을 기준으로 제2부분(P20)의 내측(도면상 오른쪽)에 위치할 수 있다.
힘인가요소(F15)는 탄성 물질(elastic material)로 형성된 탄성체일 수 있다. 상기 탄성 물질은 초탄성 물질(superelastic material)일 수 있다. 예컨대, 힘인가요소(F15)는 형상기억합금(shape memory alloy)(SMA)과 같은 탄성 물질로 형성될 수 있다. 상기 형상기억합금은, 예컨대, Ni-Ti, Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni 등일 수 있다. 힘인가요소(F15)가 탄성 물질로 형성된 경우, 힘인가요소(F15)는 휘어진 구조를 가질 수 있다. 힘인가요소(F15)는 플렉서블(flexible) 하다고 할 수 있고, 힘인가요소(F15)에 인가된 힘의 세기에 따라, 힘인가요소(F15)의 휘어진 정도가 달라질 수 있다. 힘인가요소(F15)는, 예컨대, 휘어진 로드(rod) 형상을 갖거나 그와 유사한 형상을 가질 수 있다. 힘인가요소(F15)의 단면은 일정한(균일한) 모양을 가질 수도 있고, 경우에 따라서는, 특정 부위에서 많은 변형이 일어날 수 있도록 균일하지 않은 단면을 가질 수도 있다. 예컨대, 단면적이 줄어든 부분에서 휘어짐이 많이 발생할 수 있다.
도 20의 (A)에서 힘인가요소(F15)를 제1방향(D1)(도면상 아래쪽)으로 밀어주면, 도 20의 (B)에 도시된 바와 같이, 제2부분(P20)이 제1부분(P10)에 대하여 구부러질 수 있다. 조인트부(15)와 힘인가부(25) 사이의 거리가 제1부분(P10) 및 제2부분(P20) 중 적어도 하나, 예컨대, 제1부분(P10)의 직경보다 크기 때문에, 작은 힘으로도 제2부분(P20)을 쉽게 구부릴 수 있다. 이는 지렛대의 원리와 유사하다. 즉, 받침점(조인트부(15))과 힘점(힘인가부(25)) 사이의 거리가 멀수록, 받침점(조인트부(15))에 대하여 힘점(힘인가부(25))의 반대쪽으로 큰 힘이 인가될 수 있다. 따라서 작은 힘으로도 제2부분(P20)을 쉽게 구부릴 수 있고, 제2부분(P20)이 구부러질 때, 제2부분(P20)에 강한 힘이 전달될 수 있다. 따라서 이러한 제1관절부(AP10)를 포함하는 인스트루먼트(N100)는 강한 힘을 가지고 수술 작업을 수행할 수 있다.
도 20에 도시하지는 않았지만, 제1관절부(AP10) 내부를 통과하는 복수의 와이어(또는 케이블)가 더 구비될 수 있다. 상기 복수의 와이어는 도 19의 헤드부(H10)로부터 회전운동부(RM10), 제2관절부(AP20) 및 수술 도구(ST10)에 연결되어, 이들(RM10, AP20, ST10)의 움직임을 구동하는데 사용될 수 있다.
도 21은 도 20의 제1굴절부(AP10)의 분해 사시도를 예시적으로 보여준다.
도 21을 참조하면, 제2부분(P20)의 단부에 제1부분(P10) 쪽으로 돌출된 돌출부(p2)가 구비될 수 있고, 제1부분(P10)에는 돌출부(p2)를 수용하는 홈(g1)이 구비될 수 있다. 돌출부(p2)의 단부에 힘인가요소(F15)가 연결될 수 있다. 힘인가요소(F15)는 제1부분(P10) 내부로 삽입될 수 있다. 제1부분(P10)과 제2부분(P20)의 연결은, 예컨대, 조인트 핀(p5)에 의해 이루어질 수 있다. 제1부분(P10)과 제2부분(P20) 각각의 단부에 조인트 핀(p5)이 삽입되는 제1 및 제2삽입홀(h1, h2)이 구비될 수 있다. 제1삽입홀(h1)이 형성된 제1부분(P10)의 단부 및 제2삽입홀(h2)이 형성된 제2부분(P20)의 단부는 서로에게 끼워질 수 있도록 디자인될 수 있다. 그러나 도 21에 도시된 구조는 예시적인 것이고, 제1굴절부(AP10)의 세부적인 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하여 설명한 제1관절부(AP10)의 구성은 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 도 20의 제1관절부(AP10)는 도 22와 같이 변형될 수 있다. 도 22에서 제1관절부는 AP10'로 표시한다. 도 22의 (A)는 제1관절부(AP10')가 구부러지지 않은 상태를 보여주고, (B)는 구부러진 상태를 보여준다.
도 22의 (A)를 참조하면, 제1관절부(AP10')는 제1부분(P10') 및 이에 조인트된 제2부분(P20') 그리고 제2부분(P20')에 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소(F15')를 포함할 수 있다. 제1부분(P10')과 제2부분(P20')이 조인트된 지점(이하, 조인트부)(15')과 제2부분(P20')에서 힘인가요소(F15')의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부)(25') 사이의 거리는 제1부분(P10') 및 제2부분(P20') 중 적어도 하나, 예컨대, 제2부분(P20')의 직경보다 클 수 있다. 이때, 힘인가부(25')는 조인트부(15')에 대하여 제1부분(P10')의 반대쪽에 위치할 수 있다. 다시 말해, 힘인가부(25')는 조인트부(15')보다 도면상 아래쪽에 위치할 수 있다. 이 경우, 힘인가부(25')는 제2부분(P20')이 구부러지는 방향을 기준으로 제2부분(P20')의 내측(도면상 오른쪽)에 위치할 수 있고, 조인트부(15')는 제2부분(P20')이 구부러지는 방향을 기준으로 제2부분(P20')의 외측(도면상 왼쪽)에 위치할 수 있다. 즉, 조인트부(15')와 힘인가부(25') 사이의 위치 관계는 도 20의 그것과 반대일 수 있다. 한편, 힘인가요소(F15')는 도 20의 힘인가요소(F15)와 동일한 물질로 구성될 수 있지만, 힘인가요소(F15')의 휘어진 방향은 도 20의 그것과 반대일 수 있다. 즉, 도 22에서 힘인가요소(F15')는 제2부분(P20')이 구부러지는 방향과 동일한 방향으로 휘어질 수 있다. 제2부분(P20')이 구부러지는 방향을 기준으로 제1부분(P10')의 내측에 홈(g2)이 형성될 수 있다. 홈(g2)은 제1부분(P10')의 하단부에서 힘인가요소(F15')가 지나다닐 수 있는 통로를 제공할 수 있다.
도 22의 (A)에서 힘인가요소(F15')를 제2방향(D2)(도면상 위쪽)으로 당겨주면, 도 22의 (B)에 도시된 바와 같이, 제2부분(P20')이 제1부분(P10')에 대하여 구부러질 수 있다. 조인트부(15')와 힘인가부(25') 사이의 거리가 제1부분(P10') 및 제2부분(P20') 중 하나, 예컨대, 제2부분(P20')의 직경보다 크기 때문에, 작은 힘으로도 제2부분(P20')을 쉽게 구부릴 수 있다. 그 원리는 도 20에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 따라서, 작은 힘으로도 제2부분(P20')을 쉽게 구부릴 수 있고, 제2부분(P20')이 구부러질 때, 제2부분(P20')에 강한 힘이 전달될 수 있다.
도 20 내지 도 22에서 힘인가요소(F15, F15')의 구성은 달라질 수 있다. 도 20 내지 도 22에서 힘인가요소(F15, F15')는 탄성 물질로 이루어진 단일체일 수 있지만, 다른 실시예에서 힘인가요소(F15, F15')는 복수의 링크요소가 연결된 구조를 가질 수도 있다. 이러한 다른 실시예의 일례는 도 23에 도시되어 있다. 도 23은 도 20에서 힘인가요소(F15)의 구성이 달라진 경우를 보여준다.
도 23을 참조하면, 제1관절부(AP10")의 힘인가요소(F16)는 복수의 링크요소, 예컨대, 제1링크요소(k1)와 제2링크요소(k2)가 연결된 구조를 포함할 수 있다. 제1 및 제2링크요소(k1, k2) 각각은 곧은 형태를 가질 수 있고, 이들이 연결된 힘인가요소(F16)는 굴곡진 구조를 가질 수 있다. 힘인가요소(F16)에 의해 제2부분(P20)이 구부러지는 원리는 도 20의 그것과 유사할 수 있다. 도 23의 힘인가요소(F16)는 도 20의 구조뿐 아니라 도 22에도 적용될 수 있다.
도 20 내지 도 23에서 설명한 제1관절부(AP10, AP10', AP10")는 소정의 보호부재로 둘러싸여 있을 수 있다. 일례로, 도 24에 도시된 바와 같이, 제1관절부(AP10)를 감싸는 보호부재(PT10)가 구비될 수 있다. 보호부재(PT10)는 신축성이 있는 물질, 예컨대, 고무 재질로 형성될 수 있다. 보호부재(PT10)는 그 측면에 주름 형상을 가질 수 있다. 보호부재(PT10)는 제1관절부(AP10)의 움직임에 의해 피검체가 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 보호부재(PT10)는 제1관절부(AP10)를 통해 인스트루먼트 내부로 이물질이 들어오는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 보호부재(PT10)의 형상 및 사이즈는 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 도 25 및 도 26을 참조하여, 도 19의 회전운동부(RM10)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 25는 도 19의 회전운동부(RM10)를 예시적으로 보여주는 도면(단면도)이다.
도 25를 참조하면, 회전운동부(RM10)는 제3부분(P30) 및 제4부분(P40)을 포함할 수 있다. 제3부분(P30)은 도 20의 제2부분(P20)에서 연장된 부분일 수 있다. 따라서, 제3부분(P30)은 도 20의 제2부분(P20)과 일체를 이룰 수 있다. 제3부분(P30)과 제4부분(P40) 사이에 베어링(bearing)(B1)이 구비될 수 있다. 제4부분(P40)의 단부에 연결되어 제3부분(P30) 쪽으로 삽입된 제1기어(gear)(G1)가 구비될 수 있다. 제1기어(G1)에 맞물리는 제2기어(G2)가 구비될 수 있다. 제2기어(G2)는 제1기어(G1)의 한쪽 끝에 제1기어(G1)와 수직하게 구비될 수 있다. 제2기어(G2)의 중심을 관통하는 샤프트(shaft)(SF1)가 구비될 수 있다. 샤프트(SF1)는 회전축이라 할 수 있다. 샤프트(SF1)의 양단은 제3부분(P30)에 끼워질 수 있다. 샤프트(SF1)에 끼워진 휠(wheel)(WH1)이 더 구비될 수 있고, 휠(WH1)에 와이어(혹은, 케이블)(w1)가 걸릴 수 있다. 와이어(w1)를 이용해서 휠(WH1)을 돌려주면, 샤프트(SF1)의 회전에 의해 제2기어(G2)가 돌아갈 수 있고, 그와 맞물린 제1기어(G1)가 회전할 수 있다. 따라서, 제4부분(P40)이 롤링(rolling) 할 수 있다. 휠(WH1)의 회전 방향에 따라 제2기어(G2)의 회전 방향이 달라질 수 있고, 결과적으로 제4부분(P40)의 회전 방향이 달라질 수 있다.
도 25에서 미설명한 참조번호 WW10은 복수의 와이어를 나타낸다. 복수의 와이어(WW10)는 회전운동부(RM10)의 내부를 통해 지나갈 수 있다. 복수의 와이어(WW10)는 도 19의 제2관절부(AP20) 및 수술 도구(ST10)에 연결되어, 이들의 움직임을 구동하는데 사용될 수 있다.
도 25에서 설명한 회전운동부(RM10)의 구성은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변형될 수 있다. 회전운동부(RM10)의 변형 구조의 일례는 도 26에 도시되어 있다. 도 26의 회전운동부는 RM10'로 표시한다.
도 26을 참조하면, 회전운동부(RM10')는 제3부분(P30') 및 제4부분(P40')을 포함할 수 있고, 제3부분(P30')과 제4부분(P40') 사이에 베어링(B1')이 구비될 수 있다. 제4부분(P40')의 단부에 연결되면서 제3부분(P30') 쪽으로 삽입되어 있는 제1풀리(pulley)(PL10)가 구비될 수 있다. 제1풀리(PL10)의 측면은 45°또는 그와 유사한 각도로 경사져 있을 수 있다. 제1풀리(PL10)의 양쪽 끝에 인접한 제2 및 제3풀리(PL20, PL30)가 구비될 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30)는 제1풀리(PL10)와 수직하게 구비될 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30)의 측면도 제1풀리(PL10)와 유사하게 경사져 있을 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30)가 삽입되는 샤프트(SF1')가 구비될 수 있다. 샤프트(SF1')의 양단은 제3부분(P30')에 끼워져 고정될 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30)는 샤프트(SF1')에 끼워져 독립적으로 회전할 수 있다. 제1풀리(PL10), 제2풀리(PL20) 및 제3풀리(PL30)에 와이어(w1')가 걸릴 수 있다. 와이어(w1')는 제1풀리(PL10)의 측면부에 감겨져 있고, 와이어(w1')의 한쪽 끝은 제2풀리(PL20)에 감겨져 헤드부 방향으로(도면상 위쪽으로) 연장될 수 있고, 다른 쪽 끝은 제3풀리(PL30)에 감겨져 헤드부 방향으로(도면상 위쪽으로) 연장될 수 있다. 제1 내지 제3풀리(PL1∼PL3) 각각의 측면에는 와이어(w1')가 잘 걸릴 수 있도록 홈이 패여 있을 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30) 중 어느 한쪽에서 와이어(w1')를 당겨주면, 와이어(w1')가 움직이면서 제1풀리(PL10)가 회전할 수 있고, 결과적으로 제4부분(P40')이 롤링(rolling) 할 수 있다. 제2 및 제3풀리(PL20, PL30) 중 어느 쪽에서 와이어(w1')를 당겨주느냐에 따라, 제1풀리(PL10)의 회전 방향이 결정될 수 있고, 제4부분(P40')의 회전 방향이 결정될 수 있다.
도 25를 참조하여 설명한 회전운동부(RM10)는 "기어(gear) 방식"이라고 할 수 있고, 도 26을 참조하여 설명한 회전운동부(RM10')는 "풀리(pulley) 방식"이라고 할 수 있다. 그러나 도 25 및 도 26을 참조하여 설명한 회전운동부(RM10, RM10')의 구성은 예시적인 것이고, 이 구성은 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는, 도 27 내지 도 29를 참조하여, 도 19의 헤드부(H10)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 27은 도 19의 헤드부(H10)의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 27을 참조하면, 헤드부(H10)는 내부 헤드부(H10a)와 이를 둘러싸는 외부 헤드부(H10b)를 포함할 수 있다. 내부 헤드부(H10a)와 외부 헤드부(H10b) 사이에 베어링(B10)이 구비될 수 있다. 베어링(B10)은 내부 헤드부(H10a)의 하단 둘레에 위치할 수 있다. 외부 헤드부(H10b)는 베어링(B10)에 콘택하면서 내부 헤드부(H10a)를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조로 인해, 외부 헤드부(H10b)가 고정된 상태에서 내부 헤드부(H10a)가 회전할 수 있다.
내부 헤드부(H10a) 내에는 힘인가요소(F15)와 연결된 제1모터(M1)가 구비될 수 있다. 제1모터(M1)는, 예컨대, 리니어(linear) 모터일 수 있다. 제1모터(M1)에 연결된 힘인가요소(F15)는 도 20에서 설명한 힘인가요소(F15)일 수 있다. 제1모터(M1)의 구동에 의해 힘인가요소(F15)가 상하 운동할 수 있다. 힘인가요소(F15)의 상하 운동에 의해, 도 20에서 설명한 바와 같이 제1관절부(AP10)가 피치(pitch) 운동할 수 있다.
외부 헤드부(H10b) 내에는 제2모터(M2)가 구비될 수 있다. 제2모터(M2)는 회전 모터일 수 있다. 제2모터(M2)에 연결된 롤 기어(roll gear)(RG1)가 구비될 수 있다. 롤 기어(RG1)는 내부 헤드부(H10a)에 맞물려 있을 수 있다. 제2모터(M2)의 구동에 의해 롤 기어(RG1)가 회전하고, 그에 따라 내부 헤드부(H10a)가 회전 운동할 수 있다. 내부 헤드부(H10a)는 헤드부(H10)를 제외한 나머지 인스트루먼트 부분과 연결되어 있으므로, 내부 헤드부(H10a)의 회전에 의해 상기 나머지 인스트루먼트 전체가 롤(roll) 운동할 수 있다. 이때, 외부 헤드부(H10b)는 소정의 지지장치(미도시)에 의해 고정되어 있을 수 있다. 즉, 외부 헤드부(H10b)가 상기 지지장치에 의해 고정된 상태에서, 내부 헤드부(H10a)의 회전에 의해 나머지 인스트루먼트 전체가 롤(roll) 운동할 수 있다.
외부 헤드부(H10b) 내에는 다른 모터가 한 개 이상 더 구비될 수 있다. 여기서는, 상기 다른 모터로 제3모터(M3)만 도시되어 있지만, 제3모터(M3) 이외에 다른 모터가 하나 이상 더 구비될 수 있다. 제3모터(M3)는 리니어(linear) 모터일 수 있다. 제3모터(M3)는 와이어(w1)에 연결되어 와이어(w1)의 움직임을 제어하는 역할을 할 수 있다. 와이어(w1)는 인스트루먼트 내부로 삽입될 수 있다. 와이어(w1)는, 예컨대, 도 25에서 설명한 회전운동부(RM10)의 와이어(w1)일 수 있다. 와이어(w1)는 외부 헤드부(H10b) 하단에 고정된 제1풀리(PL11)에 걸려 있을 수 있고, 외부 헤드부(H10b) 상단에 구비된 복수의 풀리(PL21, PL31)를 거쳐서 내부 헤드부(H10a)로 삽입되고, 그 아래의 인스트루먼트 내부로 들어갈 수 있다.
제3모터(M3), 와이어(w1), 풀리(PL11, PL21, PL31) 등을 입체적으로 도시하면, 도 28과 같을 수 있다. 도 28에 도시된 바와 같이, 제3모터(M3)는 와이어(w1)의 일부에 연결되어, 이 부분을 상하 운동시킬 수 있다. 상단에 형성된 복수의 풀리(PL21, PL31)와 쌍을 이루는 다른 복수의 풀리(PL22, PL32)가 더 구비될 수 있다. 와이어(w1)는 전체적으로 밴드(고리) 형상을 갖는 하나의 요소이지만, 양단부 사이의 영역에서 두 가닥으로 나뉘어 있으므로, 두 개의 와이어로 간주할 수도 있다. 이런 점에서, 와이어(w1)는 두 개의 와이어로 여길 수 있다.
도 29는 도 27의 헤드부(H10)를 위에서 보았을 때, 헤드부(H10)의 주요 구성요소를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 29의 A-A' 선에 따른 단면도가 도 27과 같을 수 있다.
도 29를 참조하면, 내부 헤드부(H10a)가 구비되고, 이를 둘러싸는 외부 헤드부(H10b)가 구비될 수 있다. 내부 헤드부(H10a) 내에 제1모터(M1)가 구비될 수 있고, 제1모터(M1)는 힘인가요소(F15)에 연결될 수 있다. 외부 헤드부(H10b) 내에 롤 기어(RG1)가 구비될 수 있고, 롤 기어(RG1)는 내부 헤드부(H10a)에 맞물려 있을 수 있다. 롤 기어(RG1)를 구동하는 제2모터(미도시, 도 27의 M2)가 구비될 수 있다. 외부 헤드부(H10b) 내에 적어도 하나의 다른 모터가 더 구비될 수 있다. 예컨대, 네 개의 다른 모터(이하, 제3 내지 제6 모터)(M3∼M6)가 더 구비될 수 있다. 제3 내지 제6 모터(M3∼M6) 각각은 제1 내지 제4와이어(w1∼w4)의 움직임을 제어하는 역할을 할 수 있다. 제1와이어(w1)는 회전운동부(RM10)에 연결될 수 있고, 제2 및 제3와이어(w2, w3)는 제2관절부(AP20)에 연결될 수 있으며, 제4와이어(w4)는 수술 도구(ST10)에 연결될 수 있다. 각각의 와이어(w1∼w4)는, 도 28에서 설명한 바와 같이, 두 가닥으로 여겨질 수 있다. 따라서, 네 개의 와이어(w1∼w4)는 총 8개의 와이어로 간주될 수 있다. 인스트루먼트의 관절부들(AP10, AP20)의 구성 및 수술 도구(ST10)의 구성에 따라, 와이어의 총 개수는 달라질 수 있다. 인스트루먼트의 총 자유도가 증가할수록, 와이어의 개수는 늘어날 수 있다. 또한, 모터의 개수도 달라질 수 있다.
도 27 내지 도 29를 참조하여 설명한 헤드부(H10)의 구성은 예시적인 것에 불과하고, 이는 매우 다양한 방식으로 변형될 수 있다.
도 19 내지 도 29를 참조하여 설명한 인스트루먼트(N100)는 제1관절부(AP10, AP10', AP10")로 인해 큰 힘으로 작동될 수 있고, 작업공간(workspace)이 증가할 수 있다. 다시 말해, 인스트루먼트(N100)는 제1관절부(AP10, AP10', AP10")에 의해 높은 작업력(high operating force) 및 넓은 작업공간(large workspace)을 가질 수 있다. 또한, 제1관절부(AP10, AP10', AP10") 및 제2관절부(AP20) 그리고 이들 사이에 구비된 회전운동부(RM10, RM10')에 의해 높은 자유도의 능란한 운동(dexterous motion)이 가능하다. 부가해서, 헤드부(H10)에 의해 인스트루먼트(N100) 전체(헤드부를 제외한 나머지)가 롤(roll) 운동할 수 있고, 수술 도구(ST10)도 적어도 1 자유도의 운동을 할 수 있다. 그러므로 인스트루먼트(N100)는 적어도 6 자유도의 운동을 할 수 있다. 이러한 인스트루먼트(N100)를 사용하면, 원활하고 효율적인 수술 작업을 수행하는데 유리할 수 있다.
도 19 내지 도 29를 참조하여 설명한 인스트루먼트(N100)는 도 3 내지 도 18을 참조하여 설명한 서포터 장치(100, 100a)에 장착되어 사용될 수 있고, 이러한 구성은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 수술 로봇 시스템(즉, 수술용 매니플레이션 시스템)에 적용될 수 있다. 이때, 서포터 장치(100, 100a)는 인스트루먼트(N100)의 RCM 운동을 제공할 수 있다. 절개부(도 1의 30) 외부에서 서포터 장치(100, 100a)에 의해 인스트루먼트(N100)가 다자유도로 구동될 수 있으므로, 인스트루먼트(N100)에 큰 힘이 전달될 수 있다. 즉, 절개부 외부에서 비교적 큰 액츄에이터, 즉, 서포터 장치(100, 100a)를 이용해서 인스트루먼트(N100)를 움직여주기 때문에, 인스트루먼트(N100)에 큰 힘을 전달하기가 용이할 수 있다. 따라서, 작업력(operating force)을 증가시킬 수 있다.
또한, 절개부 외부에서 서포터 장치(100, 100a)를 이용해서 인스트루먼트(N100)의 운동 일부를 제어하기 때문에, 인스트루먼트(N100) 내부에 많은 수의 구동요소(예컨대, 와이어와 같은 연결요소)를 구비시키지 않아도 된다. 따라서, 인스트루먼트(N100) 내부에 구비되는 구동요소(예컨대, 와이어와 같은 연결요소)의 사이즈를 증가시킬 수 있고, 결과적으로는 상기 구동요소의 구동력을 높일 수 있다. 이는 곧, 인스트루먼트(N100)의 작업력(operating force) 증가를 의미한다.
더욱이, 절개부 외부에서 서포터 장치(100, 100a)를 이용해서 인스트루먼트(N100)를 움직이고, 아울러 인스트루먼트(N100) 자체에서 관절부(AP10, AP20) 및 회전운동부(RM10) 등을 움직여주기 때문에, 넓은 작업공간(large workspace)을 용이하게 확보할 수 있다. 특히, 도 14 내지 도 18을 참조하여 설명한 서포터 장칭(100a)에 복수의 인스트루먼트(N100)를 장착하여 수술 작업을 수행하면, 단일 절개부를 통해서도, 복수의 인스트루먼트(N100) 간의 간섭 없이, 상호 협력적인 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 더욱 넓은 작업공간을 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 서포터 장치(100, 100a), 인스트루먼트(N100) 및 이들을 포함하는 수술 로봇 시스템(즉, 수술용 매니플레이션 시스템)을 사용하면, 작은 사이즈의 단일 절개부를 통해서도 원활하고 효율적인 수술 작업을 수행할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 서포터 장치, 인스트루먼트 및 수술 로봇 시스템(수술용 매니플레이션 시스템)은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 서포터 장치 및 인스트루먼트 등은 수술용 장비(시스템)뿐 아니라 그 밖에 다른 장비에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
1: 수술 스테이션 2 : 제어 스테이션
10 : 위치조정유닛 11: 수직 컬럼
12 : 승강 블록 13 : 위치조정아암
14 : 수술 테이블 21 : 영상표시유닛
22 : 조작유닛 30 : 절개부
100, 100a : 서포터 장치 110, 110a : 베이스 부재
112 : 삽입영역 120, 120-1, 120-2 : 이동 부재
121, 122 : 그립부 130, 130-1, 130-2 : 피벗 부재
131 : 회전축 133 : 가이드 홈
140 : 장착부 141 : 중공부
143 : 가이드 돌기 150-1, 150-2 : 차단부
210 : 제1구동부 212, 222, 232 : 구동모터
220 : 제2구동부 222a : 리니어 모터
224 : 구동로드 233 : 리드스크류
15, 15' : 조인트부 25, 25' : 힘인가부
A1, A1-1, A1-2 : 이동 중심축 A2, A2-1, A2-2 : 피벗축
A3, A3-1, A3-2 : 연장축 AP10, AP10', AP10" : 제1관절부
AP20 : 제2관절부 B1, B1', B10 : 베어링
CP, CP-1, CP-2 : 교차점 F15, F15', F16 : 힘인가부재
G1, G2 : 기어 g1, g2 : 홈
H10 : 헤드부 H10a : 내부 헤드부
H10b : 외부 헤드부 h1, h2 : 홀
k1, k2 : 링크요소 M1∼M6 : 모터
N100 : 인스트루먼트 N100-1, N100-2 : 인스트루먼트
P10, P10' : 제1부분 P20, P20' : 제2부분
P30, P30' : 제3부분 P40, P40' : 제4부분
PT10 : 보호부재 p2 : 돌출부
p5 : 조인트 핀 PL10, PL20, PL30 : 풀리
PL11∼PL32 : 풀리 R10 : 연장부
RG1 : 롤 기어 RM10, RM10' : 회전운동부
SF1, SF1' : 샤프트 ST10 : 수술 도구
TP, TP-1, TP-2 : 이동경로 w1∼w4, w1' : 와이어
WW10 : 복수의 와이어 WH1 : 휠

Claims (39)

  1. 서포팅 구조체;
    상기 서포팅 구조체에 의해 지지되는 적어도 하나의 인스트루먼트; 및
    상기 인스트루먼트를 동작시키기 위한 동작장치;를 포함하고,
    상기 인스트루먼트는 적어도 1 자유도 운동을 하는 제1관절부를 구비하고,
    상기 제1관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결되어 상기 제1부분에 대하여 구부러지는 제2부분 및 상기 제2부분에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함하고,
    상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점(이하, 조인트부)과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 크고,
    상기 힘인가부는 상기 제2부분의 일부이고, 상기 힘인가부와 상기 힘인가요소 사이에 연결 링크가 비구비되며,
    상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분 쪽에 위치하고, 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치하고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치하고,
    상기 제2부분의 단부에 상기 제1부분 쪽으로 돌출된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부의 단부에 상기 힘인가요소가 연결되며, 상기 제1부분은 상기 제2부분의 돌출부를 수용하는 홈을 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  2. 삭제
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  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조인트부와 상기 힘인가부 사이의 거리는 상기 제1부분 또는 제2부분의 직경의 1.5∼3배인 수술용 매니플레이션 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 탄성체인 수술용 매니플레이션 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 휘어진 구조를 갖는 수술용 매니플레이션 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 복수의 링크요소가 연결된 구조를 갖는 수술용 매니플레이션 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부에 인접한 회전운동부를 더 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 인스트루먼트는,
    상기 제1관절부와 이격된 제2관절부; 및
    상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구;를 더 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2관절부는 적어도 2 자유도의 운동을 하도록 구성된 수술용 매니플레이션 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 인스트루먼트는 상기 제1관절부와 상기 제2관절부 사이에 구비된 회전운동부를 더 포함하고,
    상기 회전운동부에 의해 상기 제2관절부가 포함된 상기 인스트루먼트의 하단부가 롤(roll) 운동하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 인스트루먼트의 헤드에 상기 인스트루먼트의 움직임을 제어하기 위한 구동부가 구비된 수술용 매니플레이션 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 서포팅 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트의 RCM(remote center of motion) 운동을 제공하는 RCM 구조체를 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 RCM 구조체는 중앙에 홀을 갖는 원뿔형(cone-type) 구조를 갖고,
    상기 적어도 하나의 인스트루먼트는 상기 홀에 삽입되는 수술용 매니플레이션 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인스트루먼트는 제1인스트루먼트 및 제2인스트루먼트를 포함하고,
    상기 제1인스트루먼트의 RCM과 상기 제2인스트루먼트의 RCM은 서로 이격된 수술용 매니플레이션 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 RCM 구조체는 상기 적어도 하나의 인스트루먼트를 3 자유도로 구동하는 수술용 매니플레이션 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 수술용 매니플레이션 시스템은,
    상기 적어도 하나의 인스트루먼트가 동작되는 영역을 촬영하는 촬영장치; 및
    상기 촬영장치에 의해 촬영된 영상을 보여주는 표시장치;를 더 포함하는 수술용 매니플레이션 시스템.
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  28. 적어도 하나의 관절부를 포함하는 수술용 인스트루먼트에 있어서,
    상기 관절부는 제1부분, 상기 제1부분에 연결되어 상기 제1부분에 대하여 구부러지는 제2부분 및 상기 제2부분에 연결되어 구부리는 힘을 인가하는 힘인가요소를 포함하고,
    상기 제1부분과 상기 제2부분이 조인트된 지점(이하, 조인트부)과 상기 제2부분에서 상기 힘인가요소의 힘을 인가받는 지점(이하, 힘인가부) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2부분 중 적어도 하나의 직경보다 크고,
    상기 힘인가부는 상기 제2부분의 일부이고, 상기 힘인가부와 상기 힘인가요소 사이에 연결 링크가 비구비되며,
    상기 힘인가부는 상기 조인트부에 대하여 상기 제1부분 쪽에 위치하고, 상기 힘인가부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 외측에 위치하고, 상기 조인트부는 상기 제2부분이 구부러지는 방향을 기준으로 상기 제2부분의 내측에 위치하고,
    상기 제2부분의 단부에 상기 제1부분 쪽으로 돌출된 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부의 단부에 상기 힘인가요소가 연결되며, 상기 제1부분은 상기 제2부분의 돌출부를 수용하는 홈을 포함하는 수술용 인스트루먼트.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 제 28 항에 있어서,
    상기 조인트부와 상기 힘인가부 사이의 거리는 상기 제1부분 또는 제2부분의 직경의 1.5∼3배인 수술용 인스트루먼트.
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 탄성체인 수술용 인스트루먼트.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 휘어진 구조를 갖는 수술용 인스트루먼트.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 힘인가요소는 복수의 링크요소가 연결된 구조를 갖는 수술용 인스트루먼트.
  37. 제 28 항에 있어서,
    상기 관절부에 인접한 회전운동부를 더 포함하는 수술용 인스트루먼트.
  38. 제 28 항에 있어서,
    상기 관절부와 이격된 제2관절부; 및
    상기 제2관절부의 단부에 장착된 수술 도구;를 더 포함하는 수술용 인스트루먼트.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 관절부와 상기 제2관절부 사이에 회전운동부가 더 구비되고,
    상기 회전운동부에 의해 상기 제2관절부가 포함된 상기 인스트루먼트의 하단부가 롤(roll) 운동하는 수술용 인스트루먼트.
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