KR102048749B1

KR102048749B1 - 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템

Info

Publication number: KR102048749B1
Application number: KR1020180008691A
Authority: KR
Inventors: 김기영
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2020-01-08
Also published as: KR20190090170A

Abstract

본 발명은 와이어의 장력조절을 통하여 수술기구에 작용되는 힘과 정밀도를 향상시킬 수 있는 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 브라켓유닛과, 제1 구동축 및 제2 구동축을 갖는 구동모듈과, 제1 차동기어유닛 및 제2 차동기어유닛을 갖는 차동기어모듈과, 동력전달모듈과, 제1 와이어 고정유닛 및 제2 와이어 고정유닛을 갖는 와이어 고정모듈을 포함하며, 상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축의 회전방향에 따라 상기 동력전달모듈과 상기 차동기어모듈이 연동되면서 상기 제1 차동기어유닛과 상기 제2 차동기어유닛이 선택적으로 또는 함께 이동되면, 상기 제1 와이어 고정유닛 및 상기 제2 와이어 고정유닛도 선택적으로 또는 함께 이동되는 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템를 제공하는 것이다.

Description

와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템{Wire driving device, Surgical instrument and Remote surgical operating system using the same}

본 발명은 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 와이어의 장력조절을 통하여 수술기구에 작용되는 힘과 정밀도를 향상시킬 수 있는 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템에 관한 것이다.

일반적으로 최소침습수술은 수술시 절개부위를 줄여 인체에 상처를 최소한으로 남기는 수술방법에 해당된다. 최근 최소침습수술에는 중재 시술용 로봇으로서 다빈치 로봇이 많이 사용된다.

다빈치 로봇을 사용하는 경우에는 환자의 몸 안에 수술용 카메라를 넣고 의사가 환자와 격리된 외부공간에서 고해상도 3D 영상을 보면서 콘솔을 조작함으로써 다빈치 로봇이 수술을 진행하게 된다.

이러한 중재 시술을 진행할 때 의사는 중재시술용 로봇을 통하여 환자의 몸속의 수술부위까지 특정의 수술기구를 이동시켜야 한다.

종래의 중재 시술용 로봇에서 사용되는 수술기구의 엔드이펙터는 와이어의 구동을 통하여 수술부위까지 이동하게 된다. 그러나, 종래에는 엔드이펙터를 이동시키는 와이어를 구동함에 있어서 장력을 효과적으로 조절하기 어려운 문제가 있다.

특히, 종래에는 수술기구의 엔드이펙터에 큰 힘을 전달하기 위해서는 와이어의 개수를 늘려야 하고, 와이어의 개수를 늘리면 해당 와이어를 구동시키는 구동장치들을 늘려야 하기 때문에 장치의 소형화가 어려운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0101151호(공개일: 2011년 9월 15일, 발명의 명칭: 텐던-가동식 수술기구에서 텐던의 윤활)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 와이어의 장력조절을 통하여 수술기구에 작용되는 힘과 정밀도를 향상시킬 수 있는 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 브라켓유닛; 상기 브라켓유닛상에 설치되는 제1 구동축을 갖는 제1 구동유닛과, 상기 제1 구동축과 일정간격 떨어져 배치되는 제2 구동축을 갖는 제2 구동유닛을 포함하는 구동모듈; 상기 브라켓유닛상에 설치되는 제1 차동기어유닛과, 상기 제1 구동축의 길이방향을 따라 상기 제1 차동기어유닛과 일정간격 떨어져 배치되는 제2 차동기어유닛을 포함하는 차동기어모듈; 상기 제1 구동축의 회전을 상기 제1 차동기어유닛의 일단 및 상기 제2 차동기어의 일단으로 동시에 전달하는 제1 동력전달모듈과, 상기 제2 구동축의 회전을 상기 제1 차동기어유닛의 타탄 및 상기 제2 차동기어의 타단으로 동시에 전달하는 제2 동력전달모듈을 포함하는 동력전달모듈; 그리고, 상기 제1 차동기어유닛에 결합되는 제1 와이어유닛을 고정시키는 제1 와이어 고정유닛과, 상기 제2 차동기어유닛에 결합되는 제2 와이어유닛을 고정시키는 제2 와이어 고정유닛을 포함하는 와이어 고정모듈을 포함하는 와이어 구동장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축의 회전방향에 따라 상기 동력전달모듈과 상기 차동기어모듈이 연동되면서 상기 제1 차동기어유닛과 상기 제2 차동기어유닛이 선택적으로 또는 함께 이동되면, 상기 제1 와이어 고정유닛 및 상기 제2 와이어 고정유닛도 선택적으로 또는 함께 이동될 수 있다.

상기 제1 차동기어유닛은 제1 차동기어 브라켓을 포함하고, 상기 제1 차동기어유닛은 상기 제1 차동기어 브라켓의 중심축인 제1 차동기어 중심축을 기준으로 선택적으로 회전되면서 상기 제1 차동기어 브라켓에 결합된 상기 제1 와이어 고정유닛을 선택적으로 회전시킬 수 있다.

상기 제1 동력전달모듈은 상기 제1 구동축상에 결합되는 제1 구동축 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제1 구동축의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛의 일단으로 전달하는 제1 전방 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제1 구동축의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛의 일단으로 전달하는 제1 중간 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛의 후방에 배치되는 제1 후방 동력전달유닛을 포함할 수 있다.

상기 제1 구동축 동력전달유닛은 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 전방 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 전방기어와, 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 중간기어와, 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 후방 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 후방기어를 포함할 수 있다.

상기 제1 전방 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 전방 동력전달기어와, 상기 제1 전방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 전방 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제1 중간 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 중간 동력전달기어와, 상기 제1 중간 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 중간 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제1 후방 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 후방 동력전달기어와, 상기 제1 후방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 후방 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제2 동력전달모듈은 상기 제2 구동축상에 결합되는 제2 구동축 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제2 구동축의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛의 타단으로 전달하는 제2 전방 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제2 구동축의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛의 타단으로 전달하는 제2 중간 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되되 상기 제2 중간 동력전달유닛의 후방에 배치되는 제2 후방 동력전달유닛을 포함할 수 있다.

상기 제1 차동기어유닛은 상기 제1 전방 동력전달유닛과 결합되는 제1 전방사이드기어와, 상기 제2 전방 동력전달유닛과 결합되는 제2 전방 사이드기어와, 상기 제1 전방 사이드기어와 상기 제2 전방 사이드기어 사이에 각각 배치되는 제1 상부 피니언기어 및 제1 하부 피니언기어와, 상기 제1 전방 사이드기어, 상기 제2 전방 사이드기어, 상기 제1 상부 피니언기어 및 상기 제1 하부 피니언기어를 지지하기 위한 제1 차동기어 브라켓을 포함할 수 있다.

상기 제2 전방 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 전방 동력전달기어와, 상기 제2 전방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 전방 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제2 중간 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 중간 동력전달기어와, 상기 제2 중간 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 중간 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제2 후방 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 후방 동력전달기어와, 상기 제2 후방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 후방 동력전달 회전축을 포함할 수 있다.

상기 제1 구동축 및 상기 제2 구동축이 동일한 방향으로 회전될 때 상기 제1 전방 동력전달 회전축, 상기 제2 전방 동력전달 회전축 및 상기 제2 중간 동력전달 회전축은 제1 방향으로 회전되고, 상기 제1 중간 동력전달 회전축은 상기 제1 회전방향과 반대방향으로 회전될 수 있다.

상기 제1 와이어 고정유닛은 상기 제1 차동기어 브라켓의 상부영역에 결합되는 제1 상부 와이어 고정유닛과, 상기 제1 차동기어 브라켓의 하부영역에 결합되는 제1 하부 와이어 고정유닛을 포함할 수 있다.

상기 제1 상부 와이어 고정유닛은 제1 와이어를 고정하기 위한 제1 와이어 고정부재와, 상기 제1 와이어 고정부재와 일정간격을 가지면서 배치되되 제2 와이어를 고정하기 위한 제2 와이어 고정부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 하부 와이어 고정유닛은 제3 와이어를 고정하기 위한 제3 와이어 고정부재와, 상기 제3 와이어 고정부재와 일정간격을 가지면서 배치되되 제4 와이어를 고정하기 위한 제4 와이어 고정부재를 포함할 수 있다.

상기 와이어 고정모듈은 상기 제1 전방 동력전달유닛 상에 설치되는 제5 와이어 고정부재 및 제9 와이어 고정부재와, 상기 제1 후방 동력전달유닛 상에 설치되는 제6 와이어 고정부재 및 제10 와이어 고정부재와, 상기 제2 전방 동력전달유닛 상에 설치되는 제7 와이어 고정부재 및 제11 와이어 고정부재와, 상기 제2 후방 동력전달유닛상에 설치되는 제8 와이어 고정부재 및 제12 와이어 고정부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 본 발명은 상술한 와이어 구동장치; 상기 와이어 구동장치의 전방에 배치되는 전방 어셈블리; 그리고, 상기 와이어 구동장치에 의하여 이동되면서 상기 전방 어셈블리의 일부를 이동시키는 와이어유닛을 포함하는 수술기구를 제공한다.

상기 전방 어셈블리는 수술을 위한 엔드이펙터와, 길이방향을 따라 이웃하게 배치되되 서로 분절된 상태에서 접촉되어 있는 복수 개의 단위관절들을 갖는 관절유닛과, 일단은 상기 엔드이펙터와 결합되되 타단은 상기 관절유닛과 접촉되는 전방연결유닛과, 상기 와이어 구동장치와 결합되는 연결튜브와, 일단은 상기 연결튜브와 결합되되 타단은 상기 관절유닛과 접촉되는 후방연결유닛을 포함할 수 있다.

상기 와이어유닛은 상기 제1 와이어유닛 및 제2 와이어 유닛을 포함하며, 일단이 상기 와이어 구동장치에 결합되고 타단이 상기 연결튜브의 내부를 관통하여 상기 관절유닛 또는 상기 전방연결유닛 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

상기 복수 개의 단위관절들은 제1 단위관절과 제2 단위관절을 포함하고, 상기 제2 단위관절은 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들이 형성된 제2 관절플레이트와, 상기 제2 관절플레이트의 후방으로 돌출된 복수 개의 제2 후방 구름돌기들과, 상기 제2 관절플레이트의 전방으로 돌출되는 복수 개의 제2 전방 구름돌기들을 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들은 상기 제2 관절플레이트의 원주방향을 따라 대칭적으로 배치되는 8개의 관통홀 그룹들을 포함하되, 각각의 관통홀 그룹은 상기 제2 관절플레이트의 반경방향으로 배치되는 2개의 관통홀을 포함할 수 있다.

상기 제1 와이어유닛은 제1 와이어 및 제2 와이어를 포함하고, 상기 제1 와이어 및 상기 제2 와이어는 일체로 형성되어 상기 수술용 와이어 구동장치와 상기 전방연결유닛 사이 또는 상기 수술용 와이어 구동장치와 상기 관절유닛 사이에서 폐루프를 형성할 수 있다.

상기 제1 와이어유닛은 제1 와이어를 포함하고, 상기 제1 와이어는 상기 제1 와이어 고정유닛에 결합되는 제1 후방 와이어와, 상기 제1 후방와이어와 결합되되 상기 연결튜브 내부에 배치되는 강성부재와, 일단은 상기 강성부재와 결합되고 타단은 상기 전방연결유닛 또는 상기 관절유닛 중 어느 하나에 연결되는 제1 전방와이어를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 본 발명은 상술한 수술기구; 상기 수술기구와 원거리에 위치되며, 상기 수술기구의 동작을 구현하기 위한 동작정보를 생성하는 마스터모듈; 상기 마스터모듈에서 생성된 동작정보를 상기 와이어 구동장치에 구비되는 구동모터들의 제어신호로 변환하는 제어모듈; 그리고, 상기 제어신호를 상기 와이어 구동장치로 전송하는 통신모듈을 포함하는 원격 수술시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 동력전달모듈 및 차동기어모듈을 사용하여 16 가닥의 와이어들을 2 개의 구동모터로 구동할 수 있게 됨으로써 컴팩트한 다중 와이어 구동장치를 구현할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 구름접촉을 하는 후방연결유닛, 관절유닛 및 전방연결유닛의 상하좌우 영역 및 4개의 대각선영역을 관통하는 와이어들이 길이방향을 따라 이동함으로 인하여 엔드이펙터의 조향이 편리한 이점이 있다.

셋째, 이웃하는 두 개의 와이어들이 하나의 일체형 와이어를 형성하고, 일체형 와이어가 와이어 구동장치와 전방연결유닛, 또는 와이어 구동장치와 관절유닛을 을 연결하되 폐루프 형상으로 연결함으로써 와이어의 이동에 따른 장력을 수술기구의 전방 어셈블리로 효율적으로 전달할 수 있는 이점이 있다. 특히, 소형의 와이어 구동장치에서 16개의 와이어들을 구동함으로써 수술기구의 전방 어셈블리에 큰 힘을 전달할 수 있다.

넷째, 전방 어셈블리 상에서 일체형 와이어들이 연결되는 부분을 상기 전방 어셈블리의 길이방향을 따라 일정간격을 가지면서 배치되는 전방연결유닛과 제2 단위관절로 분산시킴으로써 와이어들에 의하여 전달되는 장력이 한 곳에 집중되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 와이어 구동장치를 이용한 수술기구의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 수술기구에 구비된 전방 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 수술기구에 구비된 제1 와이어를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 수술기구에 구비된 와이어 구동장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 와이어 구동장치의 요부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 와이어 구동장치 중 제1 전방 동력전달유닛, 제2 전방 동력전달유닛 및 제1 차동기어유닛의 결합관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4의 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 상부방향으로 이동시킬 때 모터의 작동의 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 따라 엔드이펙터가 상부방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 4의 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 좌측방향으로 이동시킬 때 모터의 작동의 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 따라 엔드이펙터가 좌측방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 4의 와이어 구동장치에 구비된 제1 구동축과 제2 구동축 중 어느 하나가 회전될 때의 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 와이어 구동장치를 이용한 수술기구의 일 실시 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 수술기구에 구비된 전방 어셈블리를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 수술기구에 구비된 제1 와이어를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 1의 수술기구에 구비된 와이어 구동장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 와이어 구동장치의 요부를 나타낸 도면이다. 도 6는 도 4의 와이어 구동장치 중 제1 전방 동력전달유닛, 제2 전방 동력전달유닛 및 제1 차동기어유닛의 결합관계를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 4의 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 상부방향으로 이동시킬 때 모터의 작동의 상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 따라 엔드이펙터가 상부방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 수술기구는 와이어 구동장치와, 상기 와이어 구동장치의 전방에 배치되는 전방 어셈블리(1000)와, 상기 와이어 구동장치에 의하여 이동되면서 상기 전방 어셈블리(1000)의 엔드이펙터를 이동시키는 와이어유닛을 포함한다.

상기 전방 어셈블리(1000)는 엔드이펙터(1100), 관절유닛(1300), 전방연결유닛(1200), 후방연결유닛(1400) 및 연결튜브(1500)를 포함한다. 여기서, 전방은 엔드이펙터(1100)가 위치하는 방향을 의미하고, 후방은 구동모듈(3000)이 위치하는 방향을 의미한다.

구체적으로, 상기 엔드이펙터(1100)는 환자의 몸속에 배치되는 수술부위를 수술하기 위한 도구로써 상기 와어이유닛과는 별개로 구비되는 엔드이펙터 구동용 와이어에 의하여 구동된다.

상기 관절유닛(1300)은 길이방향을 따라 이웃하게 배치되되 서로 분절된 상태에서 접촉되어 있는 복수 개의 단위관절들을 포함한다.

상기 복수 개의 단위관절들은 제1 단위관절(1310), 제2 단위관절(1320) 및 제3 단위관절(1330)을 포함한다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고 필요에 따라 단위관절의 개수는 변경가능하다.

상기 제1 단위관절(1310)은 복수 개의 제1 단위 와이어 관통홀들(1313)이 형성된 제1 관절플레이트(1311)와, 상기 제1 관절플레이트(1311)의 후방으로 돌출된 복수 개의 제1 후방 구름돌기들(1315)과, 상기 제1 관절플레이트(1311)의 전방으로 돌출되는 복수 개의 제1 전방 구름돌기들(1317)을 포함한다.

상기 제1 후방 구름돌기(1315)의 후방표면과 상기 제1 전방 구름돌기(1317)의 전방표면은 곡면형상을 가짐으로써 이웃하는 구름돌기들과 구름접촉을 하게 된다.

즉, 제1 후방 구름돌기(1315)는 상기 후방연결유닛의 전방 구름돌기(1420)와 구름접촉을 하게 되고, 제1 전방 구름돌기(1317)는 상기 제2 단위관절의 제2 후방구름돌기(1325)와 구름접촉을 하게 된다.

상기 제2 단위관절(1320)은 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들(A)이 형성된 제2 관절플레이트(1321)와, 상기 제2 관절플레이트(1321)의 후방으로 돌출된 복수 개의 제2 후방 구름돌기들(1325)과, 상기 제2 관절플레이트(1321)의 전방으로 돌출되는 복수 개의 제2 전방 구름돌기들(1327)을 포함한다.

상기 제2 관절플레이트(1321)에는 엔드이펙터 구동용 와이어가 통과하는 제2 엔드이펙터 구동용 와이어 관통홀(1329)가 형성되어 있다.

또한, 상기 제3 단위관절(1330)은 제3 관절플레이트(1331), 제3 후방 구름돌기들(1335), 제3 전방 구름돌기들(1337)을 포함하고, 상기 제3 관절플레이트(1331)에는 복수 개의 제3 단위 와이어 관통홀들(1333)이 형성되어 있다.

상기 제2 단위관절(1320) 및 상기 제3 단위관절(1330)은 상기 제1 단위관절(1310)의 형상과 유사하다. 즉, 관절플레이트들의 형상과 해당 와이어 관통홀의 형상 및 위치는 동일하지만, 해당 단위관절에서 전방 구름돌기와 후방 구름돌기의 돌출위치가 서로 다르다.

예를 들면, 상기 제1 후방 구름돌기(1315)가 상하 방향에 각각 하나씩 형성되면, 상기 제1 전방 구름돌기(1317)는 좌우 방향에 각각 하나씩 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 후방 구름돌기(1325)는 상기 제1 전방 구름돌기(1317)와 구름접촉을 하고 있기에 좌우 방향에 각각 형성되고, 상기 제2 전방 구름돌기(1327)는 상기 제2 후방 구름돌기(1325)와 마찬가지로 좌우 방향에 각각 하나씩 형성될 수 있다.

또한, 상기 제3 후방 구름돌기(1335)는 상기 제2 전방 구름돌기와 구름접촉을 하고 있기에 좌우 방향에 각각 하나씩 형성되고, 상기 제3 전방 구름돌기(1337)는 상하 방향에 각각 하나식 형성될 수 있다.

따라서, 상기 제2 후방 구름돌기(1325)와 상기 제2 전방 구름돌기(1327)는 상기 제2 관절플레이트(1321)를 기준으로 대칭적으로 배치되지만, 상기 제1 후방 구름돌기(1315)와 상기 제1 전방 구름돌기(1317)는 상기 제1 관절플레이트(1311)를 기준으로 90° 회전된 위치관계를 가진다. 상기 제3 단위관절(1330)은 상기 제2 단위관절(1320)을 기준으로 상기 제1 단위관절(1310)과 대칭적인 형상을 가진다.

결과적으로, 상기 후방연결유닛(1400), 상기 관절유닛(1300) 및 상기 전방연결유닛(1200)의 상하좌우 영역 및 4개의 대각선영역을 관통하는 와이어들이 길이방향을 따라 이동함으로 인하여 전방돌기와 후방돌기가 서로 접촉면을 기준으로 구르게 되어 단위관절들의 위치가 변하게 되고, 이로 인하여 엔드이펙터의 조향이 가능해진다.

도 8을 참조하여, 상기 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들(A)에 한하여 설명한다.

상기 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들(A)은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 원주방향을 따라 대칭적으로 배치되는 8개의 관통홀 그룹들을 포함하되, 각각의 관통홀 그룹은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 반경방향으로 배치되는 2개의 관통홀을 포함한다.

구체적으로, 도 8을 기준으로 하면, 제1 와이어 관통홀(A1) 및 제2 와이어 관통홀(A2)은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 상부영역에 배치되어 제1 관통홀 그룹을 형성하고, 제3 와이어 관통홀(A3) 및 제4 와이어 관통홀(A4)은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 하부영역에 배치되어 제2 관통홀 그룹을 형성한다.

또한, 제13 와이어 관통홀(A13) 및 제14 와이어 관통홀(A14)은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 우측영역에 배치되어 제3 관통홀 그룹을 형성하고, 제15 와이어 관통홀(A15) 및 제16 와이어 관통홀(A16)은 상기 제2 관절플레이트(1321)의 좌측영역에 배치되어 제4 관통홀 그룹을 형성한다.

또한, 제5 와이어 관통홀(A5) 및 제6 와이어 관통홀(A6)은 상기 제1 관통홀 그룹과 상기 제3 관통홀 그룹의 사이에 배치되어 제5 관통홀 그룹을 형성하고, 제11 와이어 관통홀(A11) 및 제12 와이어 관통홀(A12)은 상기 제3 관통홀 그룹과 상기 제2 관통홀 그룹 사이에 배치되어 제6 관통홀 그룹을 형성한다.

또한, 제10 와이어 관통홀(A10) 및 제9 와이어 관통홀(A9)은 상기 제2 관통홀 그룹과 상기 제4 관통홀 그룹 사이에 배치되어 제7 관통홀 그룹을 형성하고, 상기 제7 와이어 관통홀(A7) 및 제8 와이어 관통홀(A8)은 상기 제4 관통홀 그룹과 상기 제1 관통홀 그룹 사이에 배치되어 제8 관통홀 그룹이 형성한다.

상기 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들(A)은 상기 복수 개의 제1 단위 와이어 관통홀들(1313) 및 상기 복수 개의 제3 단위 와이어 관통홀들(1333)과의 위치와 형상은 동일하다. 그러나, 관통홀들을 통과하는 와이어의 개수에는 차이가 있다. 이하에서는 추후 설명하기로 한다.

상기 전방연결유닛(1200)은 일단은 상기 엔드이펙터(1100)와 결합되고, 타단은 상기 관절유닛, 즉 제3 단위관절(1330)과 접촉된다.

상기 전방연결유닛(1200)은 베이스부(1230)와, 상기 베이스부(1230)에서 연장되어 상기 엔드이펙터(1100)와 결합되는 엔드이펙터 결합부(1210)와, 상기 베이스부(1230)의 후방으로 돌출된 베이스 후방 구름돌기(1220)를 포함한다. 상기 베이스부(1230)에는 상기 와이어유닛이 연결되는 복수 개의 와이어 전방 관통홀들(B)이 형성되어 있다.

도 8을 참조하면, 상기 복수 개의 와이어 전방 관통홀들(B)은 제1 와이어 전방 관통홀(B1), 제2 와이어 전방 관통홀(B2), 제3 와이어 전방 관통홀(B3), 제4 와이어 전방 관통홀(B14), 제13 와이어 전방 관통홀(B13), 제14 와이어 전방 관통홀(B14), 제15 와이어 전방 관통홀(B15) 및 제16 와이어 전방 관통홀(B16)을 포함한다.

여기서, 상기 제1 와이어 전방 관통홀(B1), 상기 제2 와이어 전방 관통홀(B2), 상기 제3 와이어 전방 관통홀(B3), 상기 제4 와이어 전방 관통홀(B14), 상기 제13 와이어 전방 관통홀(B13), 상기 제14 와이어 전방 관통홀(B14), 상기 제15 와이어 전방 관통홀(B15) 및 상기 제16 와이어 전방 관통홀(B16)은 각각 상기 제1 와이어 관통홀(A1), 상기 제2 와이어 관통홀(A2), 상기 제3 와이어 관통홀(A3), 상기 제4 와이어 관통홀(A4), 상기 제13 와이어 관통홀(A13), 상기 제14 와이어 관통홀(A14), 상기 제15 와이어 관통홀(A15) 및 상기 제16 와이어 관통홀(A16)과 대응된다.

상기 후방연결유닛(1400)은 일단은 상기 연결튜브(1500)와 결합되고, 타단은 상기 관절유닛, 즉 제1 단위관절(1310)과 접촉된다.

상기 후방연결유닛(1400)은 연결본체(1430)와, 상기 연결본체(1430)에서 연장되어 상기 연결튜브(1500)와 결합되는 튜브 결합부(1410)와, 상기 연결본체(1430)의 전방으로 돌출된 연결본체 전방 구름돌기(1420)를 포함한다. 상기 연결본체(1430)에는 상기 와이어유닛이 관통하는 복수 개의 후방 와이어 관통홀들(1440)이 형성되어 있다.

상기 연결튜브(1500)는 일단은 상기 후방연결유닛(1400)과 결합되고, 타단은 상기 와이어 구동장치와 결합된다.

도 1, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 와이어 구동장치는 브라켓유닛(2000), 구동모듈(3000), 차동기어모듈(5000), 동력전달모듈(4000) 및 와이어 고정모듈(6000)을 포함한다.

상기 구동모듈(3000)은 상기 브라켓유닛(2000)상에 설치되는 제1 구동축(3130)을 갖는 제1 구동유닛(3100)과, 상기 제1 구동축(3130)과 일정간격 떨어져 배치되는 제2 구동축(3230)을 갖는 제2 구동유닛(3200)을 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 구동유닛(3100)은 상기 제1 구동축(3130)을 회전시키기 위한 제1 구동모터(3110)와, 상기 제1 구동축(3130)과 상기 브라켓유닛(2000)사이에 배치되는 제1 베어링(3150)을 더 포함한다.

또한, 상기 제2 구동유닛(3200)은 상기 제2 구동축(3230)을 회전시키기 위한 제2 구동모터(3210)와, 상기 제2 구동축(3230)과 상기 브라켓유닛(2000) 사이에 배치되는 제2 베어링(3250)을 더 포함한다.

또한, 상기 구동모듈(3000)은 상기 엔드이펙터(1100)의 이동에 사용되는 엔드이펙터 구동용 와이어를 이동시키기 위한 제3 구동유닛(3300)을 더 포함한다.

상기 차동기어모듈(5000)은 상기 브라켓유닛(2000)상에 설치되는 제1 차동기어유닛(5100)과, 상기 제1 구동축(3130)의 길이방향을 따라 상기 제1 차동기어유닛(5100)의 후방으로 일정간격 떨어져 배치되는 제2 차동기어유닛(5200)을 포함한다.

상기 동력전달모듈(4000)은 상기 제1 구동축(3130)의 회전을 상기 제1 차동기어유닛(5100)의 일단 및 상기 제2 차동기어유닛(5200)의 일단으로 동시에 전달하는 제1 동력전달모듈(4100)과, 상기 제2 구동축(3230)의 회전을 상기 제1 차동기어유닛(5100)의 타탄 및 상기 제2 차동기어유닛(5200)의 타단으로 동시에 전달하는 제2 동력전달모듈(4200)을 포함한다.

상기 제1 동력전달모듈(4100)은 상기 제1 구동축(3130)상에 결합되는 제1 구동축 동력전달유닛(4110)과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛(4110)과 기어결합되면서 상기 제1 구동축(3130)의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛(5100)의 일단으로 전달하는 제1 전방 동력전달유닛(4120)을 포함한다.

또한, 상기 제1 동력전달모듈(4100)은 상기 제1 구동축 동력전달유닛(4110)과 기어결합되면서 상기 제1 구동축(3130)의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛(5200)의 일단으로 전달하는 제1 중간 동력전달유닛(4130)과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛(4110)과 기어결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛(4130)의 후방에 배치되는 제1 후방 동력전달유닛(4150)을 더 포함한다.

상기 제1 구동축 동력전달유닛(4110)은 상기 제1 구동축(3130)에 결합되되 상기 제1 전방 동력전달유닛(4120)과 기어결합되는 제1 구동축 전방기어(4111)와, 상기 제1 구동축(3130)상에 결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛(4130)과 기어결합되는 제1 구동축 중간어(4113)와, 상기 제1 구동축(3130)상에 결합되되 상기 제1 후방 동력전달유닛(4150)과 기어결합되는 제1 구동축 후방기어(4115)를 포함한다.

상기 제1 전방 동력전달유닛(4120)은 상기 제1 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제1 구동축 전방기어(4111)과 기어결합되는 제1 전방 동력전달기어(4121)와, 상기 제1 전방 동력전달기어(4121)와 결합되어 회전하는 제1 전방 동력전달 회전축(4123)을 포함한다.

상기 제1 중간 동력전달유닛(4130)은 상기 제1 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제1 구동축 중간어(4113)와 기어결합되는 제1 중간 동력전달기어(4131)와, 상기 제1 중간 동력전달기어(4131)와 결합되어 회전하는 제1 중간 동력전달 회전축(4133)을 포함한다.

상기 제1 후방 동력전달유닛(4150)은 상기 제1 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제1 구동축 후방기어(4115)와 기어결합되는 제1 후방 동력전달기어(4151)와, 상기 제1 후방 동력전달기어(4151)와 결합되어 회전하는 제1 후방 동력전달 회전축(4153)을 포함한다.

한편, 상기 제2 동력전달모듈(4200)은 상기 제2 구동축(3230)상에 결합되는 제2 구동축 동력전달유닛(4210)과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛(4210)과 기어결합되면서 상기 제2 구동축(3230)의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛(5100)의 타단으로 전달하는 제2 전방 동력전달유닛(4220)을 포함한다.

또한, 상기 제2 동력전달모듈(4200)은 상기 제2 구동축 동력전달유닛(4210)과 기어결합되면서 상기 제2 구동축(3230)의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛(5200)의 타단으로 전달하는 제2 중간 동력전달유닛(4230)과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛(4210)과 기어결합되되 상기 제2 중간 동력전달유닛(4230)의 후방에 배치되는 제2 후방 동력전달유닛(4250)을 포함한다.

상기 제2 구동축 동력전달유닛(4210)은 상기 제2 구동축(3230)상에 결합되되 상기 제2 전방 동력전달유닛(4220)과 기어결합되는 제2 구동축 전방기어(4211)와, 상기 제2 구동축(3230)상에 결합되되 상기 제2 중간 동력전달유닛(4230)과 기어결합되는 제2 구동축 중간어(4213)와, 상기 제2 구동축(3230)상에 결합되되 상기 제2 후방 동력전달유닛(4250)과 기어결합되는 제2 구동축 후방기어(4215)를 포함한다.

상기 제2 전방 동력전달유닛(4220)은 상기 제2 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제2 구동축 전방기어(4211)과 기어결합되는 제2 전방 동력전달기어(4221)와, 상기 제2 전방 동력전달기어(4221)와 결합되어 회전하는 제2 전방 동력전달 회전축(4223)을 포함한다.

상기 제2 중간 동력전달유닛(4230)은 상기 제2 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제2 구동축 중간어(4213)와 기어결합되는 제2 중간 동력전달기어(4231)와, 상기 제2 중간 동력전달기어(4231)와 결합되어 회전하는 제2 중간 동력전달 회전축(4233)을 포함한다.

상기 제2 후방 동력전달유닛(4250)은 상기 제2 구동축 동력전달유닛, 즉 상기 제2 구동축 후방기어(4215)와 기어결합되는 제2 후방 동력전달기어(4251)와, 상기 제2 후방 동력전달기어(4251)와 결합되어 회전하는 제2 후방 동력전달 회전축(4253)을 포함한다.

한편, 상기 제1 차동기어유닛(5100)은 제1 전방 사이드기어(5110) , 제2 전방 사이드기어(5120) , 제1 하부 피니언기어(5140), 제1 상부 피니언기어(5130) 및 제1 차동기어 브라켓(5190)을 포함한다.

상기 제1 전방 사이드기어(5110) 는 상기 제1 전방 동력전달유닛, 즉 제1 전방 동력전달 회전축(4123)과 결합되어 함께 회전된다.

상기 제2 전방 사이드기어(5120) 는 상기 제2 전방 동력전달유닛, 즉 제2 전방 동력전달 회전축(4223)과 결합되어 함께 회전된다.

상기 제1 하부 피니언기어(5140)는 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 와 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 의 사이 공간 중 하부 영역에 배치되어 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 와 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 의 회전방향에 따라 회전되거나 정지상태를 유지하게 된다.

상기 제1 상부 피니언기어(5130)는 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 와 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 의 사이 공간 중 상부 영역에 배치되어 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 와 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 의 회전방향에 따라 회전되거나 정지상태를 유지하게 된다.

상기 제1 차동기어 브라켓(5190)은 상기 제1 전방 사이드기어(5110) , 상기 제2 전방 사이드기어(5120) , 상기 제1 상부 피니언기어(5130) 및 상기 제1 하부 피니언기어(5140)를 수용하면서 지지하게 된다.

구체적으로, 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)은 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 를 지지하기 위한 제1 전방브라켓(5150)과, 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 를 지지하기 위한 제2 전방브라켓(5160)과, 상기 제1 상부 피니언기어(5130)를 지지하기 위한 제1 상부브라켓(5170)과, 상기 제1 하부 피니언기어(5140)를 지지하기 위한 제1 하부브라켓(5180)을 포함한다.

도시되지 않았지만, 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 와 상기 제1 전방브라켓(5150) 사이, 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 와 상기 제2 전방브라켓(5160) 사이, 상기 제1 상부 피니언기어(5130)와 상기 제1 상부브라켓(5170) 사이, 상기 제1 하부 피니언기어(5140)와 상기 제1 하부브라켓(5180) 사이에는 베어링이 설치된다.

상기 제2 차동기어유닛(5200)은 제2 차동기어 브라켓(5290)과, 상기 제2 차동기어 브라켓에 의하여 지지되는 제1 후방 사이드기어, 제2 후방 사이드기어, 제2 상부 피니언기어 및 제2 하부 피니언기어를 포함한다. 상기 제2 차동기어유닛(5200)은 상기 제1 차동기어유닛(5100)과 실질적으로 동일한 구성을 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 차동기어유닛(5100)과 상기 제2 차동기어유닛(5200) 사이에는 상기 제1 구동축(3130)의 길이방향을 따라 상기 제1 차동기어유닛(5100)과 상기 제2 차동기어유닛(5200) 사이의 거리를 일정하게 유지시키기 위한 차동기어 연결유닛(2720)이 배치된다.

상기 차동기어 연결유닛(2720)은 상기 제1 차동기어유닛(5100) 및 상기 제2 차동기어유닛(5200) 각각에 대하여 자유롭게 회전가능하다. 결과적으로, 상기 차동기어 연결유닛(2720)은 각각의 차동기어유닛들이 각각의 중심축에 대하여 회전하는 것은 구속하지 않지만, 상기 제1 구동축(3130)의 길이방향으로 이동되는 것은 제한하게 된다.

한편, 상기 와이어 고정모듈은 상기 제1 차동기어유닛(5100)에 결합되는 제1 와이어 고정유닛과, 상기 제2 차동기어유닛(5200)에 결합되는 제2 와이어 고정유닛을 포함한다.

상기 제1 와이어 고정유닛은 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)의 상부영역, 즉 상기 제1 상부브라켓(5170)에 결합되는 제1 상부 와이어 고정유닛(6100)과, 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)의 하부영역, 즉 상기 제1 하부브라켓(5180)에 결합되는 제1 하부 와이어 고정유닛(6200)을 포함한다.

상기 제1 상부 와이어 고정유닛(6100)은 제1 와이어(1)를 고정하기 위한 제1 와이어 고정부재(6301)와, 상기 제1 와이어 고정부재(6301)와 일정간격을 가지면서 배치되되 제2 와이어(2)를 고정하기 위한 제2 와이어 고정부재(6302)를 포함한다.

상기 제1 하부 와이어 고정유닛(6200)은 제3 와이어(3)를 고정하기 위한 제3 와이어 고정부재(6303)와, 상기 제3 와이어 고정부재(6303)와 일정간격을 가지면서 배치되되 제4 와이어(4)를 고정하기 위한 제4 와이어 고정부재(6304)를 포함한다.

상기 제2 와이어 고정유닛은 상기 제2 차동기어 브라켓(5290)의 상부영역에 결합되는 제2 상부 와이어 고정유닛과, 상기 제2 차동기어 브라켓(5290)의 하부영역에 결합되는 제2 하부 와이어 고정유닛을 포함한다.

상기 제2 상부 와이어 고정유닛은 제15 와이어(15)를 고정하기 위한 제15 와이어 고정부재(6315)와, 상기 제15 와이어 고정부재(6315)와 일정간격을 가지면서 배치되되 제16 와이어(16)를 고정하기 위한 제16 와이어 고정부재(6316)를 포함한다.

상기 제2 하부 와이어 고정유닛은 제13 와이어(13)를 고정하기 위한 제13 와이어 고정부재(6313)와, 상기 제13 와이어 고정부재(6313)와 일정간격을 가지면서 배치되되 제14 와이어(14)를 고정하기 위한 제14 와이어 고정부재(6314)를 포함한다.

또한, 상기 와이어 고정모듈은 상기 제1 전방 동력전달유닛(4120)상에 설치되는 제5 와이어 고정부재(6305) 및 제9 와이어 고정부재(6309)와, 상기 제1 후방 동력전달유닛(4150)상에 설치되는 제6 와이어 고정부재(6306) 및 제10 와이어 고정부재(6310)를 포함한다.

또한, 상기 와이어 고정모듈은 상기 제2 전방 동력전달유닛(4220)상에 설치되는 제7 와이어 고정부재(6307) 및 제11 와이어 고정부재(6311)와, 상기 제2 후방 동력전달유닛(4250)상에 설치되는 제8 와이어 고정부재(6308) 및 제12 와이어 고정부재(6312)를 더 포함한다.

상기 와이어 고정부재들은 캡스턴(capstan)을 포함하여 구성되며, 와이어들의 장력을 조절할 수 있다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 상기 와이어유닛은 일단이 상기 와이어 구동장치에 결합되고 타단이 상기 연결튜브(1500)의 내부를 관통하여 상기 관절유닛(1300) 또는 상기 전방연결유닛(1200) 중 어느 하나에 연결된다.

상기 와이어유닛은 상기 제1 와이어 고정유닛에 결합되는 제1 와이어유닛과, 상기 제2 와이어 고정유닛에 결합되는 제2 와이어유닛을 포함한다. 여기서, 상기 제1 와이어유닛은 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제3 와이어(3) 및 제4 와이어(4)를 포함하고, 상기 제2 와이어유닛은 제13 와이어(13), 제14 와이어(14), 제15 와이어(15) 및 제16 와이어(16)를 포함한다.

또한, 상기 와이어유닛은 상기 제5 와이어 고정부재(6305)에 결합되는 제5 와이어(5), 상기 제6 와이어 고정부재(6306)에 결합되는 제6 와이어(6), 상기 제7 와이어 고정부재(6307)에 결합되는 제7 와이어(7), 상기 제8 와이어 고정부재(6308)에 결합되는 제8 와이어(8), 상기 제9 와이어 고정부재(6309)에 결합되는 제9 와이어(9), 상기 제10 와이어 고정부재(6310)에 결합되는 제10 와이어(10), 상기 제11 와이어 고정부재(6311)에 결합되는 제11 와이어(11), 상기 제12 와이어 고정부재(6312)에 결합되는 제12 와이어(12)를 포함한다.

여기서, 상기 제1 와이어(1)와 상기 제2 와이어(2)는 일체로 구비되어 제1 일체형 와이어(21)를 형성하고, 상기 제3 와이어(3)와 상기 제4 와이어(4)는 일체로 구비되어 제2 일체형 와이어(22)를 형성하고, 상기 제5 와이어(5)와 상기 제6 와이어(6)는 일체로 구비되어 제3 일체형 와이어(23)를 형성하고, 상기 제7 와이어(7)와 상기 제8 와이어(8)는 일체로 구비되어 제4 일체형 와이어(24)를 형성한다.

또한, 상기 제9 와이어(9)와 상기 제10 와이어(10)는 일체로 구비되어 제5 일체형 와이어(25)를 형성하고, 상기 제11 와이어(11)와 상기 제12 와이어(12)는 일체로 구비되어 제6 일체형 와이어(26)를 형성하고, 상기 제13 와이어(13)와 상기 제14 와이어(14)는 일체로 구비되어 제7 일체형 와이어(27)를 형성하고, 상기 제15 와이어(15)와 상기 제16 와이어(16)는 일체로 구비되어 제8 일체형 와이어(28)를 형성한다.

예를 들면, 상기 제1 와이어는 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후, 상기 제1 와이어 관통홀(A1)과 대응되는 후방연결유닛의 관통홀, 제1 단위관절의 관통홀, 제3 단위관절의 관통홀 및 전방연결유닛의 제1 와이어 전방 관통홀(B1)을 통과하게 된다.

마찬가지로, 상기 제2 와이어(2)도 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후, 상기 제2 와이어 관통홀(A2)과 대응되는 후방연결유닛의 관통홀, 제1 단위관절의 관통홀, 제3 단위관절의 관통홀 및 전방연결유닛의 제2 와이어 전방 관통홀(B2)을 통과하게 된다.

여기서, 상기 제1 와이어 전방 관통홀(B1)을 통과한 제1 와이어(1)의 일단과 상기 제2 와이어 전방 관통홀(B2)을 통과한 제2 와이어(2)의 일단이 일체로 연결된다.

상기 제1 일체형 와이어(21)를 기준으로 다시 설명하면, 상기 제1 일체형 와이어는 일단이 제1 와이어 고정부재(6301)에 고정되고 타단이 상기 엔드이펙터(1100)의 방향으로 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후, 후방연결유닛의 관통홀, 제1 단위관절의 관통홀, 상기 제1 와이어 관통홀(A1), 제3 단위관절의 관통홀 및 상기 제1 와이어 전방 관통홀(B1)을 통과한 후 반대방향, 즉 와이어 구동장치 방향으로 상기 제2 와이어 전방 관통홀(B2), 제3 단위관절의 관통홀, 상기 제2 와이어 관통홀(A2), 제1 단위관절의 관통홀, 후방연결유닛의 관통홀 및 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후 제2 와이어 고정부재(6302)에 결합된다.

따라서, 제1 와이어 및 제2 와이어가 일체로 형성된 제1 일체형 와이어(21)가 와이어 구동장치와 전방연결유닛(1200)을 연결하되 폐루프 형상으로 연결함으로써 와이어의 이동에 따른 장력을 전방연결유닛으로 효율적으로 전달할 수 있게 된다.

상기 제2 일체형 와이어(22), 상기 제7 일체형 와이어(27) 및 상기 제8 일체형 와이어(28)도 상기 제1 일체형 와이어(21)와 동일한 방식으로 와이어 구동장치와 전방연결유닛(1200)을 두 가닥으로 연결하면서 폐루프를 형성하게 된다.

한편, 상기 제5 와이어(5) 및 상기 제6 와이어(6)가 일체로 형성된 상기 제5 일체형 와이어(25)는 일단이 제5 와이어 고정부재(6305)에 결합되고, 타단이 상기 엔드이펙터(1100)의 방향으로 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후, 후방연결유닛의 관통홀, 제1 단위관절의 관통홀, 제2 단위관절의 제5 와이어 관통홀(A5)을 통과한 후 반대방향, 즉 와이어 구동장치 방향으로 제2 단위관절의 제6 와이어 관통홀(A6), 제1 단위관절의 관통홀, 후방연결유닛의 관통홀 및 상기 연결튜브(1500)를 관통한 후 제6 와이어 고정부재(6306)에 결합된다.

따라서, 제5 와이어 및 제6 와이어가 일체로 형성된 제3 일체형 와이어(23)가 와이어 구동장치와 제2 단위관절(1320)을 연결하되 폐루프 형상으로 연결함으로써 와이어의 이동에 따른 장력을 상기 제2 단위관절(1320)로 효율적으로 전달할 수 있게 된다.

마찬가지로, 상기 제4 일체형 와이어(24), 상기 제5 일체형 와이어(25) 및 상기 제6 일체형 와이어(26)도 상기 제3 일체형 와이어(23)와 동일한 방식으로 와이어 구동장치와 상기 제2 단위관절(1320)을 두 가닥으로 연결하면서 폐루프를 형성하게 된다.

따라서, 상기 제1 일체형 와이어(21), 상기 제2 일체형 와이어(22), 상기 제7 일체형 와이어(27) 및 상기 제8 일체형 와이어(28)는 와이어 구동장치와 전방연결유닛(1200)을 두 가닥으로 연결하면서 폐루프를 형성하고, 상기 제3 일체형 와이어(23), 상기 제4 일체형 와이어(24), 상기 제5 일체형 와이어(25) 및 상기 제6 일체형 와이어(26)는 와이어 구동장치와 상기 제2 단위관절(1320)을 두 가닥으로 연결하면서 폐루프를 형성하게 된다.

상기 후방연결유닛(1400), 상기 제1 단위관절(1310) 및 상기 제2 단위관절(1320)에는 16개의 와이어 가닥이 관통하게 되고, 상기 제3 단위관절(1330) 및 상기 전방연결유닛(1200)에는 8 개의 와이어 가닥이 관통하게 된다.

결과적으로, 상기 전방 어셈블리(1000) 상에서 일체형 와이어들이 연결되는 부분을 상기 전방 어셈블리(1000)의 길이방향을 따라 일정간격을 가지면서 배치되는 상기 전방연결유닛(1200)과 상기 제2 단위관절(1320)로 분산시킴으로써 와이어들에 의하여 전달되는 장력이 한 곳에 집중되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 제1 와이어(1)는 상기 제1 와이어 고정유닛, 즉 제1 와이어 고정부재(6301)에 결합되는 제1 후방 와이어(1a)와, 상기 제1 후방와이어(1a)와 결합되되 연결튜브(1500)의 내부에 배치되는 강성부재(1c)와, 일단은 상기 강성부재(1c)와 결합되고 타단은 상기 전방연결유닛(1200)에 연결되는 제1 전방와이어(1d)를 포함한다.

일례로, 상기 강성부재(1c)는 금속재질의 튜브로 제공될 수 있다. 상기 튜브의 일단에 상기 제1 후방와이이(1a)의 일단이 삽입된 상태에서 상기 튜브가 클램핑됨으로써 상기 튜브와 상기 제1 후방와이어(1a)가 결합된다. 상기 튜브와 상기 제1 전방와이어(1d)의 결합도 동일한 방식으로 이루어 질 수 있다.

상기 강성부재(1c)가 사용되는 이유는 와이어의 탄성을 줄여서 와이어의 이동을 통한 엔드이펙터의 이동을 정밀하게 제어하기 위함이다.

또한, 상기 제1 와이어(1)는 상기 제1 후방와이어(1a)의 일부 영역의 외측에 배치되는 탄성튜브(1b)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성튜브(1b)는 브라켓유닛(2000)의 구성 중 전방 와이어 브라켓(2300)과 후방 와이어 브라켓(2400) 사이에 배치된다.

브라켓유닛(2000)은 베이스 프레임(2100), 연결튜브 고정브라켓(2200), 전방 와이어 브라켓(2300), 후방 와이어 브라켓(2400), 제1 설치브라켓(2500) 및 제2 설치브라켓(2600)을 갖는 설치브라켓, 연결브라켓(2800) 및 모터브라켓(2900)을 포함한다.

상기 베이스 프레임(2100)상에서 후방을 향하여 순차적으로 상기 연결튜브 고정브라켓(2200), 상기 전방 와이어 브라켓(2300), 상기 후방 와이어 브라켓(2400), 상기 연결브라켓(2800), 설치브라켓 및 상기 모터브라켓(2900)이 설치된다.

상기 전방 와이어 브라켓(2300)은 전방 브라켓 본체(2310)와, 상기 전방 브라켓 본체(2310)를 상기 후방 와이어 브라켓(2400)에 고정시키기 위한 전방 브라켓 고정부재(2330)를 포함한다. 상기 전방 브라켓 본체(2310)에는 와이어유닛이 관통하는 전방 브라켓 와이어 관통홀(2320)들이 형성되어 있다. 도시되지 않았지만, 상기 전방 브라켓 본체에는 엔드이펙터 구동용 와이어가 통과하는 홀도 형성되어 있다.

상기 후방 와이어 브라켓(2400)은 후방 브라켓 본체(2410)를 포함하며, 상기 후방 와이어 브라켓 본체(2410)에는 와이어유닛이 관통하는 후방 와이어 브라켓 관통홀들(2430)과, 엔드이펙터 구동용 와이어가 통과하는 엔드이펙터 구동용 후방 관통홀(2420)이 형성되어 있다.

상기 제1 설치브라켓(2500)은 제1 구동축(3130)의 일단이 수용되는 제1 구동축 수용부(2520)와, 제1 동력전달모듈(4100)의 설치를 위한 제1 동력전달모듈 설치프레임(2510)을 포함한다.

상기 제2 설치브라켓(2600)은 제2 구동축(3230)의 일단이 수용되는 제2 구동축 수용부(2620)와, 제2 동력전달모듈(4200)의 설치를 위한 제2 동력전달모듈 설치프레임(2610)을 포함한다.

상기 연결브라켓(2800)은 상기 후방 와이어 브라켓(2400)과 상기 제1 설치브라켓(2500) 및 상기 제2 설치브라켓(2600)을 연결하게 된다.

상기 모터브라켓(2900)은 상기 설치브라켓의 후방에 설치되어 제1 구동모터(3110), 제2 구동모터(3210) 및 제3 구동유닛(3300)의 구동모터를 지지하게 된다.

상기 연결브라켓(2800), 상기 제1 설치브라켓(2500) 및 상기 제2 설치브라켓(2600)상에는 상기 와이어유닛들이 이동하는 과정에서 브라켓유닛과의 마찰을 줄이기 위하여 아이들풀리(2710)가 설치된다.

한편, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 상부방향으로 이동시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 7에서와 같이, 제1 구동축(3130)이 반시계방향으로 회전하게 되면, 제1 전방 동력전달 회전축(4123) 및 제1 후방 동력전달 회전축(4153)은 시계방향으로 회전하고, 제1 중간 동력전달 회전축(4133)은 반시계 방향으로 회전하게 된다.

동시에, 제2 구동축(3230)이 반시계방향으로 회전하게 되면, 제2 전방 동력전달 회전축(4223), 제2 중간 동력전달 회전축(4233) 및 제2 후방 동력전달 회전축(4253)은 모두 시계방향으로 회전하게 된다.

여기서, 제1 중간 동력전달기어(4131)의 나사산은 제1 전방 동력전달기어(4121)의 나사산, 제1 후방 동력전달기어(4151)의 나사산, 제2 전방 동력전달기어(4221)의 나사산, 제2 중간 동력전달기어(4231)의 나사산 및 제2 후방 동력전달기어(4251)의 나사산과 반대방향으로 형성되어 있다.

즉, 상기 제1 구동축(3130) 및 상기 제2 구동축(3230)이 동일한 방향으로 회전될 때 상기 제1 전방 동력전달 회전축(4123), 상기 제2 전방 동력전달 회전축(4223) 및 상기 제2 중간 동력전달 회전축(4233)은 제1 방향으로 회전되고, 상기 제1 중간 동력전달 회전축(4133)은 상기 제1 회전방향과 반대방향으로 회전될 수 있다.

그러면, 도 6에 도시된 실선의 회전방향과 같이, 제1 전방 사이드기어(5110) 는 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 되고, 제2 전방 사이드기어(5120)도 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 된다.

이때, 상기 제1 전방 사이드기어(5110)와 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 가 모두 시계방향으로 회전하려는 힘을 받게 되면, 제1 상부 피니언기어(5130)와 제1 하부 피니언기어(5140)는 회전하지 않게 된다.

그러나, 상기 제1 전방 동력전달 회전축(4123)과 상기 제2 전방 동력전달 회전축(4223)은 각각 제1 구동축(3130) 및 제2 구동축(3230)과 함께 회전되어야 하기 때문에 상기 제1 전방 사이드기어(5110) 및 상기 제2 전방 사이드기어(5120) 가 수용된 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)이 상기 제1 전방 동력전달 회전축(4123)과 상기 제2 전방 동력전달 회전축(4223)을 연결하는 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)에 결합된 상기 제1 와이어 고정유닛은 상기 제1 전방 동력전달유닛(4120)의 중심선의 가상 연장선상에 있는 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 회전할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 제1 상부브라켓(5170) 및 제1 하부브라켓(5180)은 시계방향으로 회전하면, 상기 제1 상부브라켓(5170)에 결합된 제1 와이어 고정부재(6301) 및 제2 와이어 고정부재(6302)와, 상기 제1 하부브라켓(5180)에 결합된 제3 와이어 고정부재(6303) 및 제4 와이어 고정부재(6304)도 시계방향으로 회전하게 된다.

동시에, 상기 제1 와이어 고정부재(6301)에 결합된 제1 와이어(1)와, 상기 제2 와이어 고정부재(6302)에 결합된 제2 와이어(2)는 후방으로 이동하게 되고, 상기 제3 와이어 고정부재(6303)에 결합된 제3 와이어(3)와, 상기 제4 와이어 고정부재(6304)에 결합된 제4 와이어(4)가 전방으로 이동하게 된다.

그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 와이어 전방 관통홀(B1)을 통과한 상기 제1 와이어(1)와, 제2 와이어 전방 관통홀(B2)을 통과한 제2 와이어(2)가 일체로 형성된 제1 일체형 와이어(21)는 전방연결유닛(1200)의 상부영역을 후방으로 잡아 당기에 된다.

동시에, 상기 전방연결유닛(1200)의 하부영역은 전방으로 이동하게 되며, 상기 전방연결유닛(1200)의 하부영역이 전방으로 이동함과 동시에 제3 와이어 전방 관통홀(B3)을 통과한 상기 제3 와이어(3)와, 제4 와이어 전방 관통홀(B4)을 통과한 제4 와이어(4)가 일체로 형성된 제2 일체형 와이어(22)는 전방으로 이동된다.

여기서, 제13 와이어 전방 관통홀(B13)을 통과한 제13 와이어(13), 제14 와이어 전방 관통홀(B14)을 통과한 제14 와이어(14), 제15 와이어 전방 관통홀(B15)을 통과한 제15 와이어(15) 및 제16 와이어 전방 관통홀(B16)을 통과한 제16 와이어(16)는 이동되지 않는다.

왜냐하면, 상기 제13 와이어(13), 상기 제14 와이어(14), 상기 제15 와이어(15) 및 상기 제16 와이어(16)는 상기 제2 차동기어유닛(5200)과 결합되어 있는데, 상기 제1 구동축(3130)과 제2 구동축(3230)이 같은 방향으로 회전하는 동안에 상기 제2 차동기어유닛(5200)은 제2 차동기어 중심축(Q)을 기준으로 회전하지 않기 때문이다.

상기 제2 차동기어유닛(5200)이 회전하지 않는 원리는 도 9 및 도 10의 경우에 제1 차동기어유닛(5100)이 회전하지 않는 원리와 동일하기 때문에 이에 대해서는 후술한다.

한편, 상기 제1 전방 동력전달 회전축(4123)이 시계방향으로 회전하게 되면, 상기 제1 전방 동력전달 회전축(4123)에 결합된 제5 와이어 고정부재(6305) 및 제9 와이어 고정부재(6309)도 시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 제1 후방 동력전달 회전축(4153)이 시계방향으로 회전하게 되면, 상기 제1 후방 동력전달 회전축(4153)에 결합된 제6 와이어 고정부재(6306) 및 제10 와이어 고정부재(6310)도 시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 제2 전방 동력전달 회전축(4223)이 시계방향으로 회전하면, 상기 제2 전방 동력전달 회전축(4223)에 결합된 제7 와이어 고정부재(6307) 및 제11 와이어 고정부재(6311)도 시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 상기 제2 후방 동력전달 회전축(4253)이 시계방향으로 회전하면, 상기 제2 후방 동력전달 회전축(4253)에 결합된 제8 와이어 고정부재(6308) 및 제12 와이어 고정부재(6312)도 시계방향으로 회전하게 된다.

여기서, 제5 와이어(5)는 상기 제5 와이어 고정부재(6305)의 상측에서 인출되고, 제6 와이어(6)는 상기 제6 와이어 고정부재(6306)의 상측에서 인출되며, 제9 와이어(9)는 상기 제9 와이어 고정부재(6309)의 하측에서 인출되고, 제10 와이어(10)는 상기 제10 와이어 고정부재(6310)의 하측에서 인출된다.

또한, 제7 와이어(7)는 상기 제7 와이어 고정부재(6307)의 상측에서 인출되고, 제8 와이어(8)는 상기 제8 와이어 고정부재(6308)의 상측에서 인출되며, 제11 와이어(11)는 상기 제11 와이어 고정부재(6311)의 하측에서 인출되고, 제12 와이어는 상기 제12 와이어 고정부재(6312)의 하측에서 인출된다.

따라서, 제5 와이어(5) 및 제6 와이어(6)는 후방으로 이동하게 되고, 제9 와이어 및 제10 와이어(10)는 전방으로 이동하게 되며, 제7 와이어(7) 및 제8 와이어(8)는 후방으로 이동하게 되고, 제11 와이어(11) 및 제12 와이어(12)는 전방으로 이동하게 된다.

그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제5 와이어 관통홀(A5)을 통과한 상기 제5 와이어(5)와, 제6 와이어 관통홀(A6)을 통과한 제6 와이어(6)가 일체로 형성된 제3 일체형 와이어(23)는 제2 단위관절(1320)의 우측상부 대각선 영역을 후방으로 잡아 당기게 된다.

동시에, 제7 와이어 관통홀(A7)을 통과한 상기 제7 와이어(7)와, 제8 와이어 관통홀(A8)을 통과한 제8 와이어(8)가 일체로 형성된 제4 일체형 와이어(24)는 상기 제2 단위관절(1320)의 좌측상부 대각선 영역을 후방으로 잡아 당기게 된다.

또한, 상기 제2 단위관절(1320)의 우측상부 대각선 영역 및 좌측상부 대각선 영역이 후방으로 당겨지게 되면, 상기 제2 단위관절(1320)의 우측하부 대각선 영역 및 좌측하부 대각선 영역이 전방으로 이동하게 된다.

이때, 제9 와이어 관통홀(A9)을 통과한 제9 와이어(9)와, 제10 와이어 관통홀(A10)을 통과한 제10 와이어(10)가 일체로 형성된 제5 일체형 와이어(25)는 전방으로 이동된다. 동시에, 제11 와이어 관통홀(A11)을 통과한 제11 와이어(11)와, 제12 와이어 관통홀(A12)을 통과한 제12 와이어(12)가 일체로 형성된 제6 일체형 와이어(26)도 전방으로 이동된다.

결과적으로, 상기 전방연결유닛(1200)의 상부영역 및 상기 제2 단위관절(1320)의 상부영역에 연결되는 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제5 와이어(5), 제6 와이어(6), 제7 와이어(7), 제8 와이어(8)는 후방으로 이동되고, 상기 전방연결유닛(1200)의 하부영역 및 상기 제2 단위관절(1320)의 하부영역에 연결되는 제3 와이어(3), 제4 와이어(4), 제9 와이어(9), 제10 와이어(10), 제11 와이어(11) 및 제12 와이어(12)는 전방으로 이동되며, 제13 와이어(13), 제14 와이어(14), 제15 와이어(15) 및 제16 와이어(16)는 정지된 상태에 있기 때문에 상기 엔드이펙터(1100)는 상부방향으로 휘어지게 된다.

한편, 도 9는 도 4의 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 좌측방향으로 이동시킬 때 모터의 작동의 상태를 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에 따라 엔드이펙터가 좌측방향으로 이동되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 6, 도 9 및 도 10을 참조하여, 와이어 구동장치가 엔드이펙터를 좌측방향으로 이동시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 9에서와 같이, 제1 구동축(3130)이 시계방향으로 회전하게 되면, 제1 전방 동력전달 회전축(4123) 및 제1 후방 동력전달 회전축(4153)은 반시계방향으로 회전하고, 제1 중간 동력전달 회전축(4133)은 시계 방향으로 회전하게 된다.

그러면, 도 6에 도시된 점선의 회전방향과 같이, 제1 전방 사이드기어(5110) 는 반시계방향으로 회전하게 되고, 제2 전방 사이드기어(5120) 는 시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 제1 상부 피니언기어(5130)는 시계방향으로 회전하게 되고, 제1 하부 피니언기어(5140)는 반시계방향으로 회전하게 된다.

결과적으로, 제1 차동기어 브라켓(5190)은 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 회전하지 않고 정지상태를 유지하게 되고, 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)에 설치된 제1 상부 와이어 고정유닛(6100)과 제1 하부 와이어 고정유닛(6200)도 정지상태를 유지하게 되어, 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제3 와이어(3) 및 제4 와이어(4)는 정지상태를 유지하게 된다.

반면, 앞서 도 7 및 도 8에서 설명한 원리와 동일한 이유로 상기 제2 차동기어 브라켓(5290)은 제2 차동기어 중심축(Q)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 된다.

즉, 제15 와이어 고정부재(6315), 제16 와이어 고정부재(6316), 제13 와이어 고정부재(6313) 및 제14 와이어 고정부재(6314)는 시계방향으로 회전하게 된다.

이때, 제1 전방 동력전달 회전축(4123)에 결합된 제5 와이어 고정부재(6305) 및 제9 와이어 고정부재(6309)는 반시계방향으로 회전하고, 제1 후방 동력전달 회전축(4153)에 결합된 제6 와이어 고정부재(6306) 및 제10 와이어 고정부재(6310)는 반시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 제2 전방 동력전달 회전축(4223)에 결합된 제7 와이어 고정부재(6307) 및 제11 와이어 고정부재(6311)는 시계방향으로 회전하고, 제2 후방 동력전달 회전축(4253)에 결합된 제8 와이어 고정부재(6308) 및 제12 와이어 고정부재(6312)는 시계방향으로 회전하게 된다.

결과적으로, 상기 전방연결유닛(1200)의 좌측영역 및 상기 제2 단위관절(1320)의 좌측영역에 연결되는 제15 와이어(15), 제16 와이어(16), 제7 와이어(7), 제8 와이어(8), 제9 와이어(9), 제10 와이어(10)는 후방으로 이동되고, 상기 전방연결유닛(1200)의 우측영역 및 상기 제2 단위관절(1320)의 우측영역에 연결되는 제5 와이어(5), 제6 와이어(6), 제13 와이어(13), 제14 와이어(14), 제11 와이어(11) 및 제12 와이어(12)는 전방으로 이동되며, 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제3 와이어(3) 및 제4 와이어(4)는 정지된 상태에 있기 때문에 상기 엔드이펙터(1100)는 좌측방향으로 휘어지게 된다.

한편, 도 1 내지 도 6, 도 8 및 도 11을 참조하여, 엔드이펙터가 상부우측 대각선 방향으로 이동되는 경우를 설명하면 다음과 같다.

엔드이펙터(1100)가 상부우측 대각선 방향으로 이동되는 경우에는 도 11에서 점선으로 회전방향이 표시된 것과 같이, 제1 구동축(3130)이 반시계 방향으로 회전하는 경우에 해당된다. 이때, 제2 구동축(3230)은 회전하지 않고 정지 상태에 있게 된다.

상기 제1 구동축(3130)이 반시계방향으로 회전하게 되면, 제1 전방 동력전달 회전축(4123) 및 제1 후방 동력전달 회전축(4153)은 시계방향으로 회전하게 된다. 반면, 제1 중간 동력전달 회전축(4133)은 반시계방향으로 회전하게 된다.

그러면, 제1 차동기어유닛(5100)은 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 되고, 제2 차동기어유닛(5200)은 제2 차동기어 중심축(Q)을 기준으로 반시계방향으로 회전하게 된다.

따라서, 제1 와이어 고정부재(6301), 제2 와이어 고정부재(6302), 제3 와이어 고정부재(6303) 및 제4 와이어 고정부재(6304)는 시계방향으로 회전하게 되고, 제13 와이어 고정부재(6313), 제14 와이어 고정부재(6314), 제15 와이어 고정부재(6315) 및 제16 와이어 고정부재(6316)는 반시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 제5 와이어 고정부재(6305), 제9 와이어 고정부재(6309), 제6 와이어 고정부재(6306), 제10 와이어 고정부재(6310)는 시계방향으로 회전하게 된다.

결과적으로, 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제13 와이어(13), 제14 와이어(14), 제5 와이어(5) 및 제6 와이어(6)는 후방으로 이동되고, 제3 와이어(3), 제4 와이어(4), 제15 와이어(15), 제16 와이어(16), 제9 와이어(9) 및 제10 와이어(10)는 전방으로 이동되며, 제7 와이어(7), 제8 와이어(8), 제11 와이어(11) 및 제12 와이어(12)는 정지된 상태에 있기 때문에 상기 엔드이펙터(1100)는 상부우측 대각선 방향으로 휘어지게 된다.

한편, 도 1 내지 도 6, 도 8 및 도 11을 참조하여, 엔드이펙터가 상부좌측 대각선 방향으로 이동되는 경우를 설명하면 다음과 같다.

엔드이펙터(1100)가 상부좌측 대각선 방향으로 이동되는 경우에는 도 11에서 실선으로 회전방향이 표시된 것과 같이, 제2 구동축(3230)이 반시계 방향으로 회전하는 경우에 해당된다. 이때, 제1 구동축(3130)은 회전하지 않고 정지 상태에 있게 된다.

상기 제2 구동축(3230)이 반시계방향으로 회전하게 되면, 제2 전방 동력전달 회전축(4223), 제2 중간 동력전달 회전축(4233) 및 제2 후방 동력전달 회전축(4253)이 모두 시계방향으로 회전하게 된다.

그러면, 제1 차동기어유닛(5100)은 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 되고, 제2 차동기어유닛(5200)도 제2 차동기어 중심축(Q)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 된다.

따라서, 제1 와이어 고정부재(6301), 제2 와이어 고정부재(6302), 제3 와이어 고정부재(6303), 제4 와이어 고정부재(6304), 제13 와이어 고정부재(6313), 제14 와이어 고정부재(6314), 제15 와이어 고정부재(6315) 및 제16 와이어 고정부재(6316)는 시계방향으로 회전하게 된다.

또한, 제7 와이어 고정부재(6307), 제8 와이어 고정부재(6308), 제11 와이어 고정부재(6311), 제12 와이어 고정부재(6312)는 시계방향으로 회전하게 된다.

따라서, 제1 와이어(1), 제2 와이어(2), 제15 와이어(15), 제16 와이어(16), 제7 와이어(7) 및 제8 와이어(8)는 후방으로 이동되고, 제3 와이어(3), 제4 와이어(4), 제13 와이어(13), 제14 와이어(14), 제11 와이어(11) 및 제12 와이어(12)는 전방으로 이동되며, 제5 와이어(5), 제6 와이어(6), 제9 와이어(9) 및 제10 와이어(10)는 정지된 상태에 있기 때문에 상기 엔드이펙터(1100)는 상부좌측 대각선 방향으로 휘어지게 된다.

따라서, 상기 제1 구동축(3130)과 상기 제2 구동축(3230)의 회전방향에 따라 상기 동력전달모듈(4000)과 상기 차동기어모듈(5000)이 연동되면서 상기 제1 차동기어유닛(5100)과 상기 제2 차동기어유닛(5200)이 선택적으로 또는 함께 이동되면, 상기 제1 와이어 고정유닛 및 상기 제2 와이어 고정유닛은 선택적으로 또는 함께 이동된다.

즉, 상기 제1 차동기어유닛(5100)은 상기 제1 구동축(3130)과 상기 제2 구동축(3230)의 회전방향에 따라 상기 제1 차동기어 중심축(P)을 기준으로 선택적으로 회전되면서 상기 제1 차동기어 브라켓(5190)에 결합된 상기 제1 와이어 고정유닛을 선택적으로 회전시키게 된다.

또한, 상기 제2 차동기어유닛(5200)은 상기 제2 차동기어 중심축(Q)을 기준으로 선택적으로 회전되면서 상기 제2 차동기어 브라켓(5290)에 결합된 상기 제2 와이어 고정유닛을 선택적으로 회전시키게 된다.

뿐만 아니라, 상기 제1 구동축(3130) 및 상기 제2 구동축(3230)의 회전방향에 따라 상기 제1 차동기어유닛(5100) 및 상기 제2 차동기어유닛(5200)의 이동과 연동되어 상기 제5 와이어 고정부재(6305), 제6 와이어 고정부재(6306), 제7 와이어 고정부재(6307), 제8 와이어 고정부재(6308), 제9 와이어 고정부재(6309), 제10 와이어 고정부재(6310), 제11 와이어 고정부재(6311) 및 제12 와이어 고정부재(6312)가 선택적으로 또는 동시에 회전된다.

결과적으로, 동력전달모듈과 차동기어모듈을 사용하여 16 가닥의 와이어들을 2 개의 구동모터로 구동할 수 있게 됨으로써 컴팩트한 다중 와이어 구동장치를 구현할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 원격 수술시스템은 상술한 수술기구와, 상기 수술기구와 원거리에 위치되되 상기 수술기구의 동작을 구현하기 위한 동작정보를 생성하는 마스터모듈과, 상기 마스터모듈에서 생성된 동작정보를 상기 와이어 구동장치에 구비되는 구동모터들의 제어신호로 변환하는 제어모듈과, 그리고, 상기 제어신호를 상기 와이어 구동장치로 전송하는 통신모듈을 포함한다.

상기 원격 수술시스템을 사용하여 환자를 시술하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시술자가 원격에 배치된 디스플레이장치상에 표시된 환자의 신체정보를 바탕으로 마스터모듈을 동작시키게 된다.

그러면, 상기 제어모듈은 상기 마스터모듈의 동작정보를 인식한 후 상기 수술기구를 상기 동작정보에 대응되도록 구동시키기 위한 제어신호를 산출하게 된다.

이때, 상기 제어신호는 상기 수술기구의 와이어 구동장치에 구비된 구동모터들을 제어하는 신호가 된다. 여기서, 상기 구동모터들을 구동하기 위한 모터 드라이브는 상기 와이어 구동장치에 구비될 수도 있고, 상기 제어모듈상에 구비될 수도 있을 것이다.

이후, 통신모듈은 상기 제어신호를 상기 와이어 구동장치로 전송하게 된다. 상기 통신모듈은 유선 또는 무선으로 상기 와이어 구동장치와 연결된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

1: 제1 와이어 1a: 제1 후방와이어
1c: 강성부재 1d: 제1 전방와이어
1000: 전방 어셈블리 1100: 엔드이펙터
1200: 전방연결유닛 1300: 관절유닛
1310: 제1 단위관절 1320: 제2 단위관절
1330: 제3 단위관절 1400: 후방연결유닛
1500: 연결튜브 2000: 브라켓유닛
3000: 구동모듈 3100: 제1 구동유닛
3110: 제1 구동모터 3130: 제1 구동축
3200: 제2 구동유닛 3210: 제2 구동모터
3230: 제2 구동축 4000: 동력전달모듈
4100: 제1 동력전달모듈 4110: 제1 구동축 동력전달유닛
4120: 제1 전방 동력전달유닛 4130: 제1 중간 동력전달유닛
4150: 제1 후방 동력전달유닛 4200: 제2 동력전달모듈
4210: 제2 구동축 동력전달유닛 4220: 제2 전방 동력전달유닛
4230: 제2 중간 동력전달유닛 4250: 제2 후방 동력전달유닛
5000: 차동기어모듈 5100: 제1 차동기어유닛
5110: 제1 전방 사이드기어 5120: 제2 전방 사이드기어
5130: 제1 상부 피니언기어 5140: 제1 하부 피니언기어
5190: 제1 차동기어 브라켓 5200: 제2 차동기어유닛
5290: 제2 차동기어 브라켓 6000: 와이어 고정모듈
6301: 제1 와이어 고정부재 6302: 제2 와이어 고정부재
6303: 제3 와이어 고정부재 6304: 제4 와이어 고정부재

Claims

브라켓유닛;
상기 브라켓유닛상에 설치되는 제1 구동축을 갖는 제1 구동유닛과, 상기 제1 구동축과 일정간격 떨어져 배치되는 제2 구동축을 갖는 제2 구동유닛을 포함하는 구동모듈;
상기 브라켓유닛상에 설치되는 제1 차동기어유닛과, 상기 제1 구동축의 길이방향을 따라 상기 제1 차동기어유닛과 일정간격 떨어져 배치되는 제2 차동기어유닛을 포함하는 차동기어모듈;
상기 제1 구동축의 회전을 상기 제1 차동기어유닛의 일단 및 상기 제2 차동기어유닛의 일단으로 동시에 전달하는 제1 동력전달모듈과, 상기 제2 구동축의 회전을 상기 제1 차동기어유닛의 타탄 및 상기 제2 차동기어유닛의 타단으로 동시에 전달하는 제2 동력전달모듈을 포함하는 동력전달모듈; 그리고,
상기 제1 차동기어유닛에 결합되는 제1 와이어유닛을 고정시키는 제1 와이어 고정유닛과, 상기 제2 차동기어유닛에 결합되는 제2 와이어유닛을 고정시키는 제2 와이어 고정유닛을 포함하는 와이어 고정모듈을 포함하며,
상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축의 회전방향에 따라 상기 동력전달모듈과 상기 차동기어모듈이 연동되면서 상기 제1 차동기어유닛과 상기 제2 차동기어유닛이 선택적으로 또는 함께 이동되면, 상기 제1 와이어 고정유닛 및 상기 제2 와이어 고정유닛도 선택적으로 또는 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 차동기어유닛은 제1 차동기어 브라켓을 포함하고,
상기 제1 차동기어유닛은 상기 제1 차동기어 브라켓의 중심축인 제1 차동기어 중심축을 기준으로 선택적으로 회전되면서 상기 제1 차동기어 브라켓에 결합된 상기 제1 와이어 고정유닛을 선택적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 동력전달모듈은 상기 제1 구동축상에 결합되는 제1 구동축 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제1 구동축의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛의 일단으로 전달하는 제1 전방 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제1 구동축의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛의 일단으로 전달하는 제1 중간 동력전달유닛과, 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛의 후방에 배치되는 제1 후방 동력전달유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 구동축 동력전달유닛은 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 전방 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 전방기어와, 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 중간 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 중간기어와, 상기 제1 구동축상에 결합되되 상기 제1 후방 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 구동축 후방기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 전방 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 전방 동력전달기어와, 상기 제1 전방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 전방 동력전달 회전축을 포함하고,
상기 제1 중간 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 중간 동력전달기어와, 상기 제1 중간 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 중간 동력전달 회전축을 포함하고,
상기 제1 후방 동력전달유닛은 상기 제1 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제1 후방 동력전달기어와, 상기 제1 후방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제1 후방 동력전달 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 동력전달모듈은 상기 제2 구동축상에 결합되는 제2 구동축 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제2 구동축의 회전력을 상기 제1 차동기어유닛의 타단으로 전달하는 제2 전방 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되면서 상기 제2 구동축의 회전력을 상기 제2 차동기어유닛의 타단으로 전달하는 제2 중간 동력전달유닛과, 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되되 상기 제2 중간 동력전달유닛의 후방에 배치되는 제2 후방 동력전달유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 차동기어유닛은 상기 제1 전방 동력전달유닛과 결합되는 제1 전방사이드기어와,
상기 제2 전방 동력전달유닛과 결합되는 제2 전방 사이드기어와,
상기 제1 전방 사이드기어와 상기 제2 전방 사이드기어 사이에 각각 배치되는 제1 상부 피니언기어 및 제1 하부 피니언기어를 더 포함하며,
상기 제1 차동기어 브라켓은 상기 제1 전방 사이드기어, 상기 제2 전방 사이드기어, 상기 제1 상부 피니언기어 및 상기 제1 하부 피니언기어를 일부 수용하면서 지지하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 전방 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 전방 동력전달기어와, 상기 제2 전방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 전방 동력전달 회전축을 포함하고,
상기 제2 중간 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 중간 동력전달기어와, 상기 제2 중간 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 중간 동력전달 회전축을 포함하고,
상기 제2 후방 동력전달유닛은 상기 제2 구동축 동력전달유닛과 기어결합되는 제2 후방 동력전달기어와, 상기 제2 후방 동력전달기어와 결합되어 회전하는 제2 후방 동력전달 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 구동축 및 상기 제2 구동축이 동일한 방향으로 회전될 때 상기 제1 전방 동력전달 회전축, 상기 제2 전방 동력전달 회전축 및 상기 제2 중간 동력전달 회전축은 제1 방향으로 회전되고, 상기 제1 중간 동력전달 회전축은 상기 제1 회전방향과 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 와이어 고정유닛은 상기 제1 차동기어 브라켓의 상부영역에 결합되는 제1 상부 와이어 고정유닛과, 상기 제1 차동기어 브라켓의 하부영역에 결합되는 제1 하부 와이어 고정유닛을 포함하며,
상기 제1 상부 와이어 고정유닛은 제1 와이어를 고정하기 위한 제1 와이어 고정부재와, 상기 제1 와이어 고정부재와 일정간격을 가지면서 배치되되 제2 와이어를 고정하기 위한 제2 와이어 고정부재를 포함하고,
상기 제1 하부 와이어 고정유닛은 제3 와이어를 고정하기 위한 제3 와이어 고정부재와, 상기 제3 와이어 고정부재와 일정간격을 가지면서 배치되되 제4 와이어를 고정하기 위한 제4 와이어 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 와이어 고정모듈은 상기 제1 전방 동력전달유닛 상에 설치되는 제5 와이어 고정부재 및 제9 와이어 고정부재와, 상기 제1 후방 동력전달유닛 상에 설치되는 제6 와이어 고정부재 및 제10 와이어 고정부재와, 상기 제2 전방 동력전달유닛 상에 설치되는 제7 와이어 고정부재 및 제11 와이어 고정부재와, 상기 제2 후방 동력전달유닛상에 설치되는 제8 와이어 고정부재 및 제12 와이어 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치.
제1항에 따른 와이어 구동장치;
상기 와이어 구동장치의 전방에 배치되는 전방 어셈블리; 그리고, 상기 와이어 구동장치에 의하여 이동되면서 상기 전방 어셈블리의 일부를 이동시키는 와이어유닛을 포함하며,
상기 전방 어셈블리는 수술을 위한 엔드이펙터와, 길이방향을 따라 이웃하게 배치되되 서로 분절된 상태에서 접촉되어 있는 복수 개의 단위관절들을 갖는 관절유닛과, 일단은 상기 엔드이펙터와 결합되되 타단은 상기 관절유닛과 접촉되는 전방연결유닛과, 상기 와이어 구동장치와 결합되는 연결튜브와, 일단은 상기 연결튜브와 결합되되 타단은 상기 관절유닛과 접촉되는 후방연결유닛을 포함하고,
상기 와이어유닛은 상기 제1 와이어유닛 및 제2 와이어 유닛을 포함하며, 일단이 상기 와이어 구동장치에 결합되고 타단이 상기 연결튜브의 내부를 관통하여 상기 관절유닛 또는 상기 전방연결유닛 중 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치를 이용한 수술기구.
제12항에 있어서,
상기 복수 개의 단위관절들은 제1 단위관절과 제2 단위관절을 포함하고,
상기 제2 단위관절은 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들이 형성된 제2 관절플레이트와, 상기 제2 관절플레이트의 후방으로 돌출된 복수 개의 제2 후방 구름돌기들과, 상기 제2 관절플레이트의 전방으로 돌출되는 복수 개의 제2 전방 구름돌기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치를 이용한 수술기구.
제13항에 있어서,
상기 복수 개의 제2 단위 와이어 관통홀들은 상기 제2 관절플레이트의 원주방향을 따라 대칭적으로 배치되는 8개의 관통홀 그룹을 포함하되, 각각의 관통홀 그룹은 상기 제2 관절플레이트의 반경방향으로 배치되는 2개의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치를 이용한 수술기구.
제12항에 있어서,
상기 제1 와이어유닛은 제1 와이어 및 제2 와이어를 포함하고, 상기 제1 와이어 및 상기 제2 와이어는 일체로 형성되어 상기 와이어 구동장치와 상기 전방연결유닛 사이 또는 상기 와이어 구동장치와 상기 관절유닛 사이에서 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치를 이용한 수술기구.
제12항에 있어서,
상기 제1 와이어유닛은 제1 와이어를 포함하고, 상기 제1 와이어는 상기 제1 와이어 고정유닛에 결합되는 제1 후방 와이어와, 상기 제1 후방와이어와 결합되되 상기 연결튜브 내부에 배치되는 강성부재와, 일단은 상기 강성부재와 결합되고 타단은 상기 전방연결유닛 또는 상기 관절유닛 중 어느 하나에 연결되는 제1 전방와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동장치를 이용한 수술기구.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 수술기구;
상기 수술기구와 원거리에 위치되며, 상기 수술기구의 동작을 구현하기 위한 동작정보를 생성하는 마스터모듈;
상기 마스터모듈에서 생성된 동작정보를 상기 와이어 구동장치에 구비되는 구동모터들의 제어신호로 변환하는 제어모듈; 그리고,
상기 제어신호를 상기 와이어 구동장치로 전송하는 통신모듈을 포함하는 원격 수술시스템.