KR102095949B1

KR102095949B1 - 로봇 암의 관절 및 외과 기기

Info

Publication number: KR102095949B1
Application number: KR1020187003242A
Authority: KR
Inventors: 카즈토시 칸
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2020-04-01
Also published as: KR20180025934A; WO2017006373A1; US20180200895A1; CN107530888B; US10369707B2; EP3321045B1; CN107530888A; EP3321045A4; JP6655078B2; JPWO2017006373A1; EP3321045A1

Abstract

로봇 암(2)의 링크(22) 사이를 연결하는 관절(25)은, 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 판상의 세그먼트(4)와, 복수의 세그먼트(4)에 걸쳐 판 두께 방향(Z)으로 통과되는 조작 와이어(71a, 71b)를 구비하고 있다. 인접하는 세그먼트(4)에서 판 두께 방향(Z)으로 대치하고 있는 2개의 주면(41, 42) 중, 한쪽 주면(41)의 제1방향(Y)의 중앙에 제2방향(X)으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 홈(43)이 형성되고, 다른 쪽 주면(42)의 제1방향(Y)의 중앙에 제2방향(X)으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 돌조(48)가 형성되어 있다. 돌조(48)의 곡률은 홈(43)의 곡률보다 크고, 돌조(48)는 홈(43)에 끼워져서 홈(43)의 바닥부(43a)와 돌조의 정상부(48a)가 접촉하며, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수가, 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수보다 큼과 함께, 홈(43)의 바닥부(43a)와 테두리부(43b)를 잇는 선분(L)의 길이보다 작다.

Description

로봇 암의 관절 및 외과 기기

본 발명은, 로봇 암의 관절 및 그 로봇 암의 선단에 외과도구가 장착된 외과 기기에 관한 것이다.

최근, 내시경 하(下) 외과수술(또는 복강경 하 수술이라고도 함)이 주목받고 있다. 내시경 하 외과수술에서는, 샤프트의 선단에 외과도구가 장착되어서 이루어지는 외과 기기가 사용된다. 외과도구에는, 예를 들면, 겸자(鉗子), 파지기, 가위, 스테이플러, 니들 홀더 및 전기 메스 등이 있으며, 작업의 내용에 대응한 외과도구가 사용된다. 내시경 하 외과수술에서는, 환자의 복부 등에 하나 또는 복수의 구멍을 내고, 기구의 통과 포트로서 트로카(troca)를 삽입한 후, 복강경 및 외과도구를 트로카를 통해서 체강 내에 삽입하여 환부의 수술을 수행한다. 외과의사는, 복강경에서 촬영된 외과 부위의 이미지를 표시하는 모니터를 이용하여 프로세스를 감시하고, 복부 바깥에서 외과 기기를 조작한다.

특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 이런 종류의 외과 기기가 도시되어 있다. 특허문헌 1의 외과 기기(의료용 매니퓰레이터(manipulator))는, 접속 블록과, 외과도구를 포함하는 선단 동작부와, 접속 블록과 선단 동작부를 연결하는 샤프트와, 와이어에 의해 선단 동작부를 구동하는 액추에이터를 가진다. 샤프트는, 제1 중간 관절 및 제2 중간 관절을 가진다. 중간 관절은, 복수의 원판 형상의 세그먼트가 샤프트 축방향과 평행하게 적층되어 이루어진다. 각 세그먼트에는, 와이어가 통과하고, 와이어의 이완과 긴장에 따라서 관절이 굴곡 구동된다. 또한, 연속하는 3개의 세그먼트에서, 첫 번째의 세그먼트에 대해 두 번째의 세그먼트가 샤프트 축방향과 직교하는 제1축을 중심으로 하여 회동 가능하게 연결되고, 두 번째 세그먼트에 대해 세 번째의 세그먼트가 샤프트 축방향과 직교하는 한편, 제1축과 90° 위상이 다른 제2축을 중심으로 하여 회동 가능하게 연결되어 있다.

특허문헌 2의 외과 기기(외과 수술 디바이스)는, 하우징과, 하우징으로부터 연장되는 샤프트와, 샤프트의 선단에 설치된 엔드 이펙터를 구비하고 있다. 샤프트는 적어도 하나의 관절 운동 부분을 가지며, 이 관절 운동 부분은 중첩상자 형태로 직렬로 배치된 복수의 조인트로 형성되어 있다. 복수의 조인트 각각은 원위(遠位) 너클(knuckle) 및 근위(近位) 클래비스(clevis)를 가지며, 각 너클은 인접하는 조인트의 클래비스에 작동 가능하게 맞물려 결합되어 있다.

일본 특허공개 제2009-160011호 공보 일본 특허공개 제2013-103137호 공보

상기 특허문헌 1의 샤프트는, 중간 관절에서, 샤프트의 횡단면 상에서 상하좌우 원하는 각도로 굴곡시킬 수 있다. 그러나 그 반면, 관절의 굴곡이 복잡하기 때문에 그 제어도 복잡해진다. 또한, 관절의 굴신(굽힘과 폄)에 동반하여, 관절의 내부를 통과한 해당 관절의 굴신에 관여하지 않는 와이어와 배선 등까지도 이완 또는 긴장된다.

또한, 상기 특허문헌 2의 외과수술 디바이스에서는, 조인트의 너클 선단이 인접하는 조인트의 클래비스에 꼭 끼워짐에 따라, 인접하는 조인트끼리 동작범위를 확보하기 위해 사이가 떨어져 있다. 그러나 하나의 조인트의 두께는 비교적 크고, 복수의 조인트에 의해서 이를테면 '구부림 관'이 형성되어 있는 것에 그치고 만다. 이 구부림 관의 굴곡반경은, 핀 조인트 등과 비교하여 크다. 관절의 굴신 시, 관절의 내부를 통과한 해당 관절의 굴신에 관여하지 않는 와이어 및 배선 등의 이완 또는 긴장을 억제하기 위해서는, 관절의 굴곡반경이 작고, 또한, 관절의 중심축선의 길이가 굴곡에 관계없이 일정한 것이 바람직하다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 선행기술의 문제점 중 적어도 하나를 경감하는 것이다.

본 발명의 한 형태에 따른 로봇 암의 관절은, 로봇 암의 링크 사이를 연결하는 관절로서,

판 두께 방향으로 나란히 늘어선 복수의 판상의 세그먼트와,

상기 복수의 세그먼트의 상기 판 두께 방향과 직교하는 제1방향의 중앙을 통해 해당 제1방향의 양쪽에서, 상기 복수의 세그먼트에 걸쳐 상기 판 두께 방향으로 통과되는 조작 와이어를 구비하고,

인접하는 세그먼트에서 상기 판 두께 방향으로 대치하고 있는 2개의 주면 중, 어느 한쪽의 주면의 상기 제1방향의 중앙에 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 홈이 형성되고, 다른 한쪽의 주면의 상기 제1방향의 중앙에 상기 제2방향으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 돌조가 형성되어 있으며,

상기 돌조의 횡단면 형상의 곡률은 상기 홈의 횡단면 형상의 곡률보다 크고,

상기 돌조는 상기 홈에 끼워져서 상기 홈의 바닥부와 상기 돌조의 정상부가 접촉하고 있으며,

상기 돌조의 상기 판 두께 방향의 치수가, 상기 홈의 상기 판 두께 방향의 치수보다 큼과 함께, 상기 홈의 바닥부와 테두리부를 잇는 선분의 길이보다 작은 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 외과 기기는,

상기 로봇 암의 관절을 구비하는 로봇 암과,

상기 로봇 암의 선단에 설치된 엔드 이펙터를 구비하는 것이다.

상기 관절 및 외과 기기에 의하면, 돌조의 곡률이 홈의 곡률보다 크기 때문에, 돌조의 정상부의 제1방향의 양측에서는, 홈과 돌조 사이에 간극이 존재한다. 이 간극을 이용하여, 인접하는 세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트는 다른 하나의 세그먼트에 대해서, 돌조의 정상부를 중심으로 하여 회동할 수가 있다. 이와 같은 인접하는 세그먼트의 상대적인 회동에 따라서 관절이 굴신하지만, 관절의 굽힘의 대소에 관계없이, 홈의 바닥부와 돌조의 정상부의 접촉이 유지된다. 따라서, 복수의 세그먼트에 걸쳐서 인접하는 세그먼트의 접점을 판 두께 방향으로 잇는 선의 길이 변화가 작다. 그리고 이 선과 겹치도록 관절의 굴신에 관여하지 않는 배선류를 배선함에 따라, 이러한 배선류의 관절의 굴신에 동반하는 이완 또는 긴장을 억제할 수가 있다.

상기에 더하여, 돌조의 판 두께 방향의 치수가 홈의 판 두께 방향의 치수보다 크기 때문에, 관절이 펴져 있을 때 홈의 테두리부가 돌조를 제외한 다른 한쪽의 주면과 접촉하지 않는다. 또한, 돌조의 판 두께 방향의 치수가 홈의 바닥부와 테두리부를 잇는 선분의 길이보다 작기 때문에, 관절이 구부러지면 홈의 테두리부가 돌조를 제외한 다른 한쪽의 주면과 접촉하여, 인접하는 세그먼트의 상대적인 회동이 규제된다. 이와 같은 돌조와 홈의 치수관계에 의해, 인접하는 세그먼트의 상대적인 회동을 허용하면서, 인접하는 세그먼트의 대치하는 주면을 판 두께 방향으로 가깝게 할 수가 있다. 따라서, 관절의 판 두께 방향의 소정의 치수 내에 더욱더 많은 세그먼트를 배치하는 것이 가능해져서, 관절의 굴곡반경을 작게 하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 선행기술의 문제점 중 적어도 하나가 경감된 외과 기기 및 그 외과 기기가 구비되는 로봇 암의 관절을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 외과 기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 로봇 암의 관절 부분의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3a는, 세그먼트를 판 두께 방향(Z)에서 바라본 도면이다.
도 3b는, 세그먼트(중간 세그먼트)의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 4는, 제1 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 5는, 제2 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 6은, 돌조와 홈의 치수관계를 설명하는 도면이다.
도 7은, 변형예 1에 따른 관절의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8a는 변형예 1에 따른 관절의 제1 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 8b는, 변형예 1에 따른 관절의 세그먼트(중간 세그먼트)의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 8c는, 변형예 1에 따른 관절의 제2 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 9는, 변형예 2에 따른 관절의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10a는, 변형예 2에 따른 관절의 제1 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 10b는, 변형예 2에 따른 관절의 세그먼트(중간 세그먼트)의 중심선을 포함하는 단면도이다.
도 10c는, 변형예 2에 따른 관절의 제2 엔드 세그먼트의 중심선을 포함하는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 외과 기기(1)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 외과 기기(1)는, 이른바 '의료용 매니퓰레이터'로서, 가늘고 긴 샤프트 형상의 로봇 암(2)과, 로봇 암(2)의 선단에 연결된 엔드 이펙터(end effector)(24)를 구비하고 있다. 로봇 암(2)은, 기초단부에 설치된 베이스(21)와, 선단에 설치된 손목(23)과, 베이스(21)와 연결된 플렉시블 샤프트(26)와, 플렉시블 샤프트(26)와 손목(23) 사이에 설치된 복수의 링크(22)와, 복수의 링크(22) 사이를 연결하는 관절(25)(본 발명에 따른 로봇 암(2)의 관절의 한 형태)을 구비하고 있다.

베이스(21)는 도시되지 않은 이동기구나 구동기구와 접속된다. 플렉시블 샤프트(26)는, 베이스(21)에 대해 회동 가능하게 연결되어 있다. 플렉시블 샤프트(26)는, 유연성과, 입력된 토크를 복수의 링크(22) 중 기초단부의 링크(22)로 전달하는 토크 전달성을 가지고 있다. 복수의 링크(22)는, 단단한 성질의 원통형 부재로서, 내부에 와이어나 배선류가 삽입관통되어 있다. 손목(23)은, 엔드 이펙터(24)를 복수의 링크(22) 중 선단의 링크(22)에 대해서 회동 가능하게 연결하고 있다.

상기 엔드 이펙터(24)란, 환자의 복강의 외과 부위에 삽입되어, 외과 부위의 목표조직의 원하는 처리 또는 의료 기능을 실행하기 위하여 복강 외부에서 구동 가능한 실제의 피조작부를 의미한다. 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 겸자, 파지기, 가위, 스테이플러, 니들 홀더 및 전기 메스 등의 외과 도구(tool)여도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 전자 외과 전극, 트랜스듀서, 센서 등, 전기적으로 구동되는 기기여도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 흡입, 가스 주입, 세정, 처리 유체, 액세서리 도입, 생검 적출 등을 위한 유체를 공급하는 노즐이어도 좋다. 혹은, 엔드 이펙터(24)는, 카메라 등의 촬영 장치가 탑재된 것이어도 좋다.

그리고 상기 외과 기기(1)란, 상기 엔드 이펙터(24)를 가지는 기기를 의미한다. 외과 기기(1)는, 외과 의사에 의해서 직접적으로 조작되어도 좋고, 로봇 등을 이용한 원격 외과 시스템에 의해서 원격조작되어도 좋다.

여기서, 링크(22) 사이를 연결하는 관절(25)에 관하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 따른 로봇 암(2)은 2개의 관절(25)을 구비하고 있지만, 이것들은 유사한 구성을 가지고 있다.

도 2는, 로봇 암(2)의 관절(25) 부분의 개략적인 구성을 나타내는 단면도로서, 편 상태의 관절(25)이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 관절(25)은, 판 두께 방향(Z)으로 직렬로 나란히 늘어선 복수의 판형 세그먼트(4)와, 복수의 세그먼트(4)에 걸쳐서 판 두께 방향(Z)으로 삽입관통된 적어도 1개의 조작 와이어(71a, 71b)로 구성되어 있다.

판 두께 방향(Z)으로 적층된 복수의 세그먼트(4) 중, 한쪽 끝에 위치한 세그먼트(4)를 제1 엔드 세그먼트(4A)라고 표시하여 다른 세그먼트(4)와 구별할 수가 있다. 또한, 판 두께 방향(Z)으로 적층된 복수의 세그먼트(4) 중, 반대쪽 끝에 위치한 세그먼트(4)를 제2 엔드 세그먼트(4B)라고 표시하여 다른 세그먼트(4)와 구별할 수가 있다. 또한, 제1 엔드 세그먼트(4A)와 제2 엔드 세그먼트(4B) 사이에 배치된 복수의 세그먼트(4)를, 중간 세그먼트(4C)라고 표시하여 제1 엔드 세그먼트(4A) 및 제2 엔드 세그먼트(4B)와 구별할 수가 있다. 제1 엔드 세그먼트(4A)와 제2 엔드 세그먼트(4B)는, 각각 링크(22)와 결합되어 있다.

여기서, 세그먼트(4)의 구성(형상)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3a는, 세그먼트(4)를 판 두께 방향(Z)에서 바라본 도면이고, 도 3b는, 세그먼트(4)(중간 세그먼트(4C))의 중심선(C)을 포함하는 단면도이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 도 3a의 지면의 좌우 방향을 '제1방향(Y)'이라고 하고, 도 3a의 지면의 상하 방향을 '제2방향(X)'이라고 한다.

도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, 세그먼트(4)는, 대략 원형의 두꺼운 판 형상을 이루고, 앞뒤를 이루는 2개의 주면(主面)을 가지고 있다. 2개의 주면 중 판 두께 방향(Z)의 어느 한쪽을 향한 주면을 제1면(41)이라고 하고, 2개의 주면 중 판 두께 방향(Z)의 다른 한쪽을 향한 주면은 제2면(42)이라고 한다. 또한, 각 주면(41, 42)의 중심을 지나는 판 두께 방향(Z)과 평행한 선을 '중심선(C)'이라고 규정하고, 중심선(C)과 직교함과 함께 제1방향(Y) 및 제2방향(X)에 평행한 가상 평면을 '기준면(P)'이라고 규정한다.

세그먼트(4)의 제1면(41)의 제1방향(Y) 중앙에는, 횡단면이 부분 원(部分圓) 형상인 홈(43)이 형성되어 있다. 홈(43)은, 제1면(41)의 제2방향(X) 전역에 걸쳐서 제2방향(X)으로 연장되어 있다. 즉, 홈(43)의 제2방향(X)의 치수와 세그먼트(4)의 제2방향(X)의 치수는 실질적으로 동일하다.

또한, 세그먼트(4)의 제2면(42)의 제1방향(Y) 중앙에는, 횡단면이 부분 원형상인 돌조(48)가 형성되어 있다. 돌조(48)는, 제2면(42)의 제2방향(X) 전역에 걸쳐서 제2방향(X)으로 연장되어 있다. 즉, 돌조(48)의 제2방향(X)의 치수와 세그먼트(4)의 제2방향(X) 치수는 실질적으로 동일하다.

또한, 세그먼트(4)의 제1면(41)과 제2면(42)에는, 세그먼트(4)의 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리보다 제1방향(Y)의 양쪽 주연부가 얇아지도록, 기준면(P)에 대한 기울기가 형성되어 있다. 특히, 도 3b에 도시된 바와 같이, 세그먼트(4)를 제2방향(X)에서 바라볼 때, 제1면(41)을 중심선(C)에 의해서 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽 면(41a)과 다른 한쪽의 반쪽면(41b)으로 가상으로 나누면, 한쪽의 반쪽면(41a)과 다른 한쪽의 반쪽면(41b)은 다같이 기준면(P)에 대해서 기울어지고, 한쪽의 반쪽면(41a)과 다른 한쪽의 반쪽면(41b)에서 기울임 방향이 반대로 되어 있다. 마찬가지로, 세그먼트(4)를 제2방향(X)에서 바라볼 때, 제2면(42)을 중심선(C)에 의해서 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽면(42a)과 다른 한쪽의 반쪽면(42b)으로 가상으로 나누면, 한쪽의 반쪽면(42a)과 다른 한쪽의 반쪽면(42b)은 다같이 기준면(P)에 대해 기울어지고, 한쪽의 반쪽면(42a)과 다른 한쪽의 반쪽면(42b)에서 기울임 방향이 반대로 되어 있다.

그리고 세그먼트(4)를 제2방향(X)에서 바라볼 때, 제1면(41)의 한쪽의 반쪽면(41a)의 기울기와 다른 한쪽의 반쪽면(41b)의 기울기는 중심선(C)을 중심으로 하여 대칭이고, 제2면(42)의 한쪽의 반쪽면(42a)의 기울기와 다른 한쪽의 반쪽면(42b)의 기울기는 중심선(C)을 중심으로 하여 대칭이다. 이와 같이 하여, 세그먼트(4)는, 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 주연부를 향해서 테이퍼 형상으로 끝으로 갈수록 얇아지게 되어 있다.

또한, 세그먼트(4)에는, 홈(43) 또는 돌조(48)를 사이에 두고 제1방향(Y)의 양쪽에, 세그먼트(4)를 제1면(41)으로부터 제2면(42)까지 관통하는 조작 구멍(44, 44)이 형성되어 있다. 이러한 조작 구멍(44, 44)은, 세그먼트(4)의 제2방향(X) 중앙에 위치하고 있다.

또한, 세그먼트(4)에는, 세그먼트(4)를 관통하는 적어도 하나의 관통공(45)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제2방향(X)으로 나란히 늘어선 3개의 관통공(45)이 형성되어 있다. 관통공(45)은, 홈(43) 및 돌조(48)와 겹치는 위치에 형성되어 있고, 관통공(45)은 홈(43)의 바닥부와 돌조(48)의 정상부로 개구하고 있다.

도 4는, 제1 엔드 세그먼트(4A)의 중심선(C)을 포함하는 단면도이다. 제1 엔드 세그먼트(4A)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제2면(42)에 돌조(48)가 형성되어 있지 않은 점, 제2면(42)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제2면(42)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(형상)을 가지고 있다.

도 5는, 제2 엔드 세그먼트(4B)의 중심선(C)을 포함하는 단면도이다. 제2 엔드 세그먼트(4B)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제1면(41)에 홈(43)이 형성되어 있지 않은 점, 제1면(41)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제1면(41)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(형상)을 가지고 있다.

도 2로 되돌아가서, 각 세그먼트(4)는, 인접하는 세그먼트(4) 중 어느 하나의 세그먼트(4)의 홈(43)에 다른 하나의 세그먼트(4)의 돌조(48)가 끼워진 상태가 되도록, 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어서 있다.

상기와 같이 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 세그먼트(4)에서, 각 관통공(45)은 연통하고 있고, 이러한 관통공(45)에는 이 관절(25)의 굴신에 관여하지 않는 배선류(72)가 삽입관통되어 있다. 이러한 배선류(72)에는, 예를 들면, 관절(25)보다 선단 쪽에 배치된 관절(손목(23)을 포함함) 및 엔드 이펙터(24) 등의 가동부를 조작하기 위한 조작 와이어나, 관절(25)보다 선단 쪽에 배치된 센서류나 엔드 이펙터(24) 등의 기기로의 배선 등이 포함된다.

또한, 상기와 같이 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 세그먼트(4)에서, 각 조작 구멍(44)은 연통하고 있고, 이러한 조작 구멍(44)에 관절(25)을 조작하기 위한 조작 와이어(71a, 71b)가 삽입 관통되어 있다.

조작 와이어(71a, 71b)의 한쪽 단부는, 제1 엔드 세그먼트(4A) 또는 그 근방에 고정되어 있다. 또한, 조작 와이어(71a, 71b)의 반대쪽 단부는, 베이스(21)에 설치된 릴(73)에 고정되어 있다. 또한, 2개의 조작 와이어(71a, 71b)는, 이것들이 묶인 형태의 하나의 와이어여도 좋다. 이 조작 와이어(71a, 71b)에 의해, 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 세그먼트(4)는 결합되고, 인접하는 세그먼트 끼리는 판 두께 방향(Z)으로 가압 접촉되어 있다. 릴(73)이 도시되지 않은 모터에 의해서 회전구동되는 것에 의해서, 조작 와이어(71a, 71b)의 한쪽이 긴장되고 다른 한쪽이 이완된다. 여기에서는, 각 조작 와이어(71a, 71b)의 긴장과 이완은 연동하고 있지만, 각 조작 와이어(71a, 71b)가 독립적으로 조작 가능하게 구성되어 있어도 좋다.

또한, 상기와 같이 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 세그먼트(4)에서, 인접하는 세그먼트(4)의 판 두께 방향(Z)으로 대치하고 있는 2개의 주면(41, 42)에 형성된 돌조(48)와 홈(43)은, 소정의 치수관계를 가진다. 즉, 돌조(48)의 횡단면 형상의 곡률은 홈(43)의 횡단면 형상의 곡률보다 크다. 또한, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수는, 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수보다 큼과 함께 홈(43)의 바닥부(43a)와 테두리부(43b)를 잇는 선분의 길이보다 작다. 이하, 돌조(48)와 홈(43)의 소정의 치수관계에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 6은, 돌조(48)와 홈(43)의 소정의 치수관계를 설명하는 도면이다. 이 도에서는, 보기가 쉽도록 단면 표시선, 관통공(45) 및 조작 구멍(44) 등이 생략되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 인접하는 세그먼트(4a, 4b)의 판 두께 방향(Z)으로 대치하고 있는 2개의 주면(41, 42)에는, 각각 홈(43)과 돌조(48)가 형성되어 있다. 돌조(48)의 횡단면 형상의 부분 원의 곡률은, 홈(43)의 횡단면 형상의 부분 원의 곡률보다 크다. 바꾸어 말하면, 돌조(48)의 횡단면 형상의 부분 원의 곡률반경은 홈(43)의 횡단면 형상의 부분 원의 곡률반경보다 작다. 그리고 인접하는 세그먼트(4a, 4b)는 판 두께 방향(Z)으로 가압 접촉되고 있기 때문에, 홈(43)에 끼워진 돌조(48)의 정상부(48a)는, 홈(43)의 바닥부(43a)와 접촉한다. 돌조(48)의 정상부(48a)의 제1방향(Y) 양측에서는, 홈(43)과 돌조(48) 사이에 간극이 형성되어 있다. 이 간극을 이용하여, 하나의 세그먼트(4a)에 대해, 다른 하나의 세그먼트(4b)는 돌조(48)의 정상부(48a)(홈(43)의 바닥부(43a))를 중심으로 하여 회동할 수가 있다. 이와 같은 인접하는 세그먼트(4a, 4b)의 상대적인 회동에 의해서 관절(25)이 굴신한다.

또한, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)는, 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D2)보다 크다. 이에 따라, 관절(25)이 펴져 있을 때, 홈(43)의 테두리부(43b)가 돌조(48)를 제외한 세그먼트(4b)의 제2면(42)과 접촉하지 않아, 인접하는 세그먼트(4a, 4b)의 상대적인 회동이 허용된다. 또한, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)란, 세그먼트(4b)의 제2면(42)으로부터 돌조(48)의 정상부(48a)까지의 판 두께 방향(Z)의 크기이다. 또한, 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D2)란, 세그먼트(4a)의 제1면(41)으로부터 홈(43)의 바닥부(43a)까지의 판 두께 방향(Z)의 크기이다.

또한, 홈(43)의 바닥부(43a)와 테두리부(43b)를 잇는 선분(L)의 길이를 'D3'라고 규정할 때, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)는, 길이(D3)보다 작다. 이에 따라, 관절(25)이 구부러지면, 홈(43)의 테두리부(43b)가 돌조(48)를 제외한 세그먼트(4b)의 제2면(42)과 맞닿아, 인접하는 세그먼트(4a, 4b)의 상대적인 회동이 규제된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 외과 기기(1)는, 관절(25)을 구비하는 로봇 암(2)과, 로봇 암(2)의 선단에 설치된 엔드 이펙터(24)를 구비하고 있다.

그리고 본 실시형태에 따른 로봇 암(2)의 관절(25)은, 로봇 암(2)의 링크(22) 사이를 연결하는 관절(25)로서, 판 두께 방향(Z)으로 나란히 늘어선 복수의 판형 세그먼트(4)와, 복수의 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해 해당 제1방향(Y)의 양쪽에서, 복수의 세그먼트(4)에 걸쳐서 판 두께 방향(Z)으로 통과된 조작 와이어(71a, 71b)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서 각 세그먼트(4)의 외형은 원형이지만, 이것에 한정되지 않고, 사각형, 타원형 등이어도 좋다.

상기 관절(25)의 인접하는 세그먼트(4)에서 판 두께 방향(Z)으로 대치하고 있는 2개의 주면(41, 42) 중, 한쪽의 주면(제1면(41))의 제1방향(Y)의 중앙에 제2방향(X)으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 홈(43)이 형성되고, 다른 한쪽의 주면(제2면(42))의 제1방향(Y)의 중앙에 제2방향(X)으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 돌조(48)가 형성되어 있다. 그리고 돌조(48)의 횡단면 형상의 곡률은 홈(43)의 횡단면 형상의 곡률보다 크고, 돌조(48)는 홈(43)에 끼워져서 홈(43)의 바닥부(43a)와 돌조(48)의 정상부(48a)가 접촉하고 있으며, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)가, 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D2)보다 큼과 함께, 홈(43)의 바닥부(43a)와 테두리부(43b)를 잇는 선분(L)의 길이(D3)보다 작다.

상기 구성의 관절(25)에서, 조작 와이어(71a, 71b) 중 어느 하나를 긴장시키고, 다른 하나를 이완시키는 것으로, 펴져 있는 관절(25)을 구부릴 수가 있다. 또한, 2개의 조작 와이어(71a, 71b)를 모두 이완시키는 것으로, 구부러진 관절(25)을 펼 수가 있다. 관절(25)은, 판 두께 방향(Z)과 제2방향(X)에 의해 규정되는 평면 내에서 굴신하기 때문에, 관절(25)의 굴신 제어와 관절(25)보다 선단측에 설치된 관절(손목(23)을 포함함)이나 엔드 이펙터(24)의 제어가 복잡해지지 않는다. 또한, 본 실시형태에 따른 외과 기기(1)처럼, 로봇 암(2)에 2개 이상의 관절(25)을 포함할 경우에는, 각 관절(25)이 동일 평면 내에서 굴곡 하도록 구성되는 것이 바람직하다. 관절(25)의 굴신 제어와 관절(25)보다 선단 측에 설치된 관절이나 엔드 이펙터(24)의 제어가 복잡해지지 않는다.

또한, 상기 관절(25)에 의하면, 돌조(48)의 곡률이 홈(43)의 곡률보다 크기 때문에, 돌조(48)의 정상부(48a)의 제1방향(Y) 양쪽에서는, 홈(43)과 돌조(48) 사이에 간극이 존재한다. 이 간극을 이용하여, 인접하는 세그먼트(4) 중 어느 하나의 세그먼트(4)는 다른 하나의 세그먼트(4)에 대해, 돌조(48)의 정상부(48a)를 중심으로 하여 회동할 수 있다. 이처럼 인접하는 세그먼트(4)의 상대적인 회동에 따라서 관절(25)이 굴신하지만, 관절(25)의 구부림의 대소에 관계없이, 홈(43)의 바닥부(43a)와 돌조(48)의 정상부(48a)의 접촉이 유지된다. 따라서, 복수의 세그먼트(4)에 걸쳐서 인접하는 세그먼트(4)의 접점을 판 두께 방향(Z)으로 이은 선(관절(25)의 중심축선)의 길이의 변화가 작다. 즉, 관절(25)의 중심축선이 관절(25)의 굴곡에 관계없이 실질적으로 일정하다. 그리고 이 선과 겹치도록 관절(25)의 굴신에 관여하지 않는 배선류(72)를 연결함에 따라, 이러한 배선류(72)의 관절(25)의 굴신에 동반하는 이완 또는 긴장을 억제할 수가 있다.

상기에 더하여, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)가 홈(43)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D2)보다 크기 때문에, 관절(25)이 펴져 있을 때 홈(43)의 테두리부(43b)가 돌조(48)를 제외한 제2면(42)과 접촉하지 않는다. 또한, 돌조(48)의 판 두께 방향(Z)의 치수(D1)가 홈(43)의 바닥부(43a)와 테두리부(43b)를 잇는 선분(L)의 길이(D3)보다 작기 때문에, 관절(25)이 구부러지면 홈(43)의 테두리부(43b)가 돌조(48)를 제외한 제2면(42)과 맞닿아, 인접하는 세그먼트(4)의 상대적인 회동이 규제된다. 이처럼, 돌조(48)와 홈(43)의 치수관계에 따라, 인접하는 세그먼트(4)의 상대적인 회동을 허용하면서, 인접하는 세그먼트(4)의 대치하는 주면(41, 42)을 판 두께 방향(Z)으로 가깝게 할 수 있다.

상기와 같은 돌조(48)와 홈(43)의 치수관계에 의하면, 관절(25)의 판 두께 방향(Z)의 소정의 치수 내에 더욱더 많은 세그먼트(4)를 배치하는 것이 가능해진다. 소정의 치수 내의 세그먼트(4)의 숫자가 많을수록, 관절(25)의 굴곡 형상은 원호에 가까워진다. 관절(25)의 굴곡 형상이 원호에 가까워지면, 관절(25)의 굽힘은 릴(73)의 회전만으로 제어할 수 있을 정도로 단순해질 수 있다. 또한, 소정 치수의 세그먼트(4)의 수를 적절히 선택함에 따라 관절(25)의 굴곡반경을 작게 할 수가 있다. 이와 같이 하여, 관절(25)을 '굽힘 관'이 아니라, 마치 '핀 조인트"처럼 작동시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 따른 관절(25)에서, 복수의 세그먼트(4)의 관통공(45)은 연통하고 있으며, 여기에 관절(25)보다 선단 측에 배치된 관절(손목(23)을 포함함), 엔드 이펙터(24) 등의 배선류(72)가 삽입 관통되어 있다. 이러한 관통공(45)에 의해 형성된 배선류(72)의 경로 길이는, 상기와 같이 관절(25)이 굴신하여도 영향을 받지 않고, 거의 변화하지 않는다. 따라서, 관절(25)보다 선단 측에 배치된 관절, 엔드 이펙터(24) 등의 배선류(72)의 조작에, 관절(25)의 굴신에 동반하는 경로 길이의 변동을 고려하지 않아도 되기 때문에, 이러한 손목(23)이나 엔드 이펙터(24)를 독립적으로 제어하는 것이 쉬워진다. 또한, 돌조(48)와 홈(43)은 세그먼트(4)의 제2방향(X)의 거의 전역에 걸쳐서 연장되어 있으며, 이 범위에 관통공(45)을 형성할 수가 있기 때문에, 더욱더 많은 배선류(72)를 통과시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서, 복수의 세그먼트(4) 중 적어도 하나의 세그먼트(4)는, 해당 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해서 제1방향(Y)의 한쪽 및 다른 한쪽 중 적어도 어느 한쪽에서, 해당 세그먼트(4)의 판 두께가 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 제1방향(Y)의 단부를 향해서 점차 얇아지고 있다.

본 실시형태에 따른 세그먼트(4)에서는, 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해서 제1방향(Y)의 한쪽 및 다른 한쪽 모두에서, 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 판 두께가 점차 얇아지도록, 세그먼트(4)의 제1면(41) 및 제2면(42) 중 적어도 어느 한쪽에 제1방향(Y)(기준면(P))에 대한 기울기가 형성되어 있다.

특히, 본 실시형태에 따른 중간 세그먼트(4C)는, 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해 제1방향(Y)의 한쪽 및 다른 한쪽에서, 해당 세그먼트(4)의 두께가 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 테이퍼 형태로 점차 작아지고 있다.

상기와 같이, 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해 제1방향(Y)의 한쪽 및 다른 한쪽 중 적어도 어느 한쪽에서 끝으로 갈수록 얇아짐에 따라, 인접하는 세그먼트(4) 중 어느 하나의 세그먼트(4) 대해 다른 하나의 세그먼트(4)를 제1방향(Y) 중 판 두께가 끝으로 갈수록 얇아져 있는 쪽으로 회동시킬 수가 있다. 그리고 세그먼트(4)의 판 두께의 끝으로 갈수록 얇아지는 정도에 따라, 관절(25)의 최대 굴곡 각도를 결정할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 외과 기기(1)에서, 로봇 암(2)은, 유연성 및 토크 전달성을 가지는 플렉시블 샤프트(26)와, 엔드 이펙터(24)와 연결된 손목(23)과, 플렉시블 샤프트(26)와 손목(23) 사이에 설치된 복수의 링크(22)와, 복수의 링크(22) 사이를 연결하는 관절(25)을 가진다.

상기 외과 기기(1)에서는, 관절(25)은 어느 한 평면 내에서 굴신하지만, 플렉시블 샤프트(26)에 의해서 링크(22)를 그 축심 주위로 회전시킬 수가 있다. 결과적으로, 관절(25)을 원하는 방향 및 각도로 굴곡시킬 수 있어, 엔드 이펙터(24)를 3차원 공간에서 원하는 위치로 이동시킬 수가 있다.

[변형예 1]

다음으로, 상기 실시형태의 외과 기기(1)에서의 로봇 암(2)의 관절(25)의 변형예 1을 설명한다. 도 7은, 변형예 1에 따른 로봇 암(2)의 관절(25A)의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 도 8a는, 변형예 1에 따른 관절(25A)의 제1 엔드 세그먼트(4A)의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이고, 도 8b는, 변형예 1에 따른 관절(25A)의 중간 세그먼트(4C)의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이며, 도 8c는, 변형예 1에 따른 관절의 제2 엔드 세그먼트(4B)의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략할 경우가 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 실시형태에서는, 관절(25)을 제1방향(Y)의 어느 한쪽과 다른 한쪽 양방향으로 굴곡시키는 것이 가능하였다. 이것에 비해, 도 7에 도시된 바와 같이, 변형예 1에 따른 관절(25A)에서는, 관절(25A)을 제1방향(Y)의 어느 한쪽으로만 굴곡시킬 수 있다. 상기 실시형태에 따른 관절(25)에 비해, 변형예 1에 따른 관절(25A)은 세그먼트(4)의 주면(41, 42)의 기울기가 서로 다르다. 그래서 이하에서는, 세그먼트(4)의 주면(41, 42)의 기울기에 관하여 상세하게 설명한다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 변형예 1에 따른 관절(25A)의 세그먼트(4)(중간 세그먼트(4C))에서는, 제1면(41)을 중심선(C)에 의해서 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽면(41b)과 다른 한쪽의 반쪽면(41a)으로 나누고, 제2면(42)을 중심선(C)에 의해서 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽면(42b)과 다른 한쪽의 반쪽면(42a)으로 나눌 때, 한쪽의 반쪽면(41b)과 한쪽의 반쪽면(42b)에 제1방향(Y)(기준면(P))에 대한 기울기가 형성되어 있다. 이에 따라, 세그먼트(4)의 중심선(C)으로부터 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽 부분에서는, 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 두께가 끝으로 갈수록 얇아지고 있다. 특히, 중간 세그먼트(4C)에서는, 중간 세그먼트(4C)의 중심선(C)으로부터 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽 부분에서, 홈(43) 및 돌조(48)의 테두리부로부터 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 두께가 테이퍼 형상으로 끝으로 갈수록 얇아지고 있다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 변형예 1에 따른 관절(25A)의 제1 엔드 세그먼트(4A)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제2면(42)에 돌조(48)가 설치되어 있지 않은 점, 그리고 제2면(42)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제2면(42)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(형상)을 가지고 있다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 변형예 1에 따른 관절(25A)의 제2 엔드 세그먼트(4B)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제1면(41)에 홈(43)이 형성되어 있지 않은 점, 그리고 제1면(41)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제1면(41)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(모양)을 가지고 있다 .

상기 구성의 관절(25A)에서는, 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해 제1방향(Y)의 한쪽에서 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 해당 세그먼트(4)의 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 두께가 점차 얇아지고 있다. 그리고 도 7로 되돌아가서, 상기 구성의 관절(25A)은, 돌조(48)의 정상부(48a)(홈(43)의 바닥부(43a))를 중심으로 하여 제1방향(Y)의 한쪽으로만 구부릴 수 있다. 이에 따라, 관절(25A)의 굽힘의 자유도를 제한하는 것에 의해, 관절(25A)의 굴곡 방향을 안정화시켜, 관절(25A) 및 그 선단 측에 설치된 관절이나 엔드 이펙터(24)의 제어를 간단하게 할 수가 있다.

[변형예 2]

다음으로, 상기 실시형태의 외과 기기(1)에서의 로봇 암(2)의 관절(25)의 변형예 2를 설명한다. 도 9는, 변형예 2에 따른 로봇 암(2)의 관절(25B)의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 도 10a는, 변형예 2에 따른 관절(25B)의 제1 엔드 세그먼트(4A)의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이고, 도 10b는, 변형예 2에 따른 관절(25B)의 세그먼트(4)(중간 세그먼트(4C))의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이며, 도 10c는 변형예 2에 따른 관절(25B)의 제2 엔드 세그먼트(4B)의 중심선(C)을 포함하는 판 두께 방향(Z)-제1방향(Y)의 단면도이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략할 경우가 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 실시형태에서는, 관절(25)을 제1방향(Y)의 한쪽과 다른 한쪽 양쪽으로 모두 굴곡시키는 것이 가능하였다. 이에 비해, 도 9에 도시된 바와 같이, 변형예 2에 따른 관절(25B)에서는, 관절(25B)을 제1방향(Y)의 한쪽으로만 굴곡시킬 수 있다. 상기 실시형태에 따른 관절(25)과, 변형예 2에 따른 관절(25B)에서는, 각 세그먼트(4)의 주면(41, 42)의 기울기가 서로 다르다. 그래서, 이하에서는, 각 세그먼트(4)의 주면(41, 42)의 기울기에 관하여 상세하게 설명한다.

도 10b에 도시된 바와 같이, 변형예 2에 따른 관절(25B)의 세그먼트(4)(중간 세그먼트(4C))에서는, 제1면(41)을 중심선(C)에 의해서 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽면(41b)과 다른 한쪽의 반쪽면(41a)으로 나눌 때, 제1면(41)의 한쪽의 반쪽면(41b)에만 제1방향(Y)(기준면(P))에 대한 기울기가 형성되어 있다. 이에 따라, 중간 세그먼트(4C)의 중심선(C)으로부터 제1방향(Y)의 한쪽의 반쪽부분에서는, 홈(43) 또는 돌조(48)의 테두리부로부터 제1방향(Y)의 주연부를 향해서 판 두께가 끝으로 갈수록 얇아지고 있다. 또한, 세그먼트(4)의 제2면(42)은 기준면(P)과 평행이며, 제2면(42)에는 실질적으로 기울기가 형성되어 있지 않다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 변형예 2에 따른 관절(25B)의 제1 엔드 세그먼트(4A)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제2면(42)에 돌조(48)가 형성되어 있지 않은 점, 그리고 제1면(41)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제1면(41)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(형상)을 가지고 있다.

도 10c에 도시된 바와 같이, 변형예 2에 따른 관절(25B)의 제2 엔드 세그먼트(4B)는, 상기 세그먼트(4)에 비해, 제1면(41)에 홈(43)이 형성되어 있지 않은 점, 그리고 제1면(41)에 기준면(P)으로부터의 기울기가 형성되어 있지 않은(즉, 제1면(41)이 기준면(P)과 평행한 평면인) 점에서 서로 다르고, 그 밖의 것은 실질적으로 동일한 구성(형상)을 가지고 있다.

상기 구성의 관절(25B)에서는, 중간 세그먼트(4C)의 제1방향(Y)의 중앙을 통해 제1방향(Y)의 한쪽에서 해당 중간 세그먼트(4C)의 한쪽의 주면 만이 제1방향(Y)에 대해 기울어져 있다. 그리고 도 9로 되돌아가서, 이러한 구성의 관절(25B)에서는, 돌조(48)의 정상부(48a)(홈(43)의 바닥부(43a))를 중심으로 하여 제1방향(Y)의 한쪽으로만 구부릴 수가 있다. 이와 같이, 관절(25B)의 굽힘의 자유도를 제한하는 것에 의해서, 관절(25B)의 굴곡 방향을 안정화시켜, 관절(25B) 및 그 선단 측에 설치된 관절이나 엔드 이펙터(24)의 제어를 간단하게 할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시형태(및 변형 예)를 설명하였다. 상기 설명으로부터, 통상의 기술자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 분명하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 통상의 기술자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.

1 : 외과 기기
2 : 로봇 암
4 : 세그먼트
4A : 제1 엔드 세그먼트
4B : 제2 엔드 세그먼트
4C : 중간 세그먼트
21 : 베이스
22 : 링크
23 : 손목
24 : 엔드 이펙터
25, 25A, 25B : 관절
26 : 플렉시블 샤프트
41, 42 : 주면
43 : 홈
43a : 바닥부
43b : 테두리부
44 : 조작 구멍
45 : 관통공
48 : 돌조
48a : 정상부
71a, 71b : 조작 와이어
72 : 배선류
C : 중심선

Claims

로봇 암의 링크 사이를 연결하는 관절로서,
판 두께 방향으로 나란히 늘어선 복수의 판상의 세그먼트와,
상기 복수의 세그먼트의 상기 판 두께 방향과 직교하는 제1방향의 중앙을 사이에 두고 해당 제1방향의 양쪽에서, 상기 복수의 세그먼트에 걸쳐 상기 판 두께 방향으로 통과되는 조작 와이어를 구비하고,
상기 복수의 세그먼트는 인접하는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고,
상기 제1 세그먼트에서 제1주면의 상기 제1방향의 중앙에 상기 판 두께 방향 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 홈이 형성되고, 상기 제2 세그먼트에서, 상기 제1주면과 상기 판 두께 방향으로 대향하고 있는 제2주면의 상기 제1방향의 중앙에 상기 제2방향으로 연장되는 횡단면이 부분 원형상인 돌조가 형성되어 있고,
상기 돌조의 횡단면 형상의 곡률은 상기 홈의 횡단면 형상의 곡률보다 크고,
상기 돌조는 상기 홈에 끼워져서 상기 홈의 바닥부와 상기 돌조의 정상부가 접촉하며,
상기 돌조의 상기 판 두께 방향의 치수가, 상기 홈의 상기 판 두께 방향의 치수보다 크고, 또한, 상기 홈의 바닥부와 테두리부를 잇는 선분의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 로봇 암의 관절.
제1항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트는, 상기 홈 및 상기 돌조를 통해서 상기 복수의 세그먼트를 상기 판 두께 방향으로 관통하는 관통공을 가지는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 관절.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 홈 및 상기 돌조의 상기 제2방향의 치수와, 상기 복수의 세그먼트의 상기 제2방향의 치수가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 암의 관절.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트 중 하나 이상의 세그먼트는, 해당 세그먼트의 상기 제1방향의 중앙을 통해 상기 제1방향의 한쪽 및 다른 한쪽 중 적어도 어느 한쪽에서, 해당 세그먼트의 판 두께가 상기 홈 또는 상기 돌조의 테두리부로부터 상기 제1방향의 단부를 향해 갈수록 점차 얇아지는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 관절.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 세그먼트는, 해당 세그먼트의 상기 제1방향의 중앙을 통해 상기 제1방향의 한쪽 및 다른 한쪽 증 적어도 어느 한쪽에서, 해당 세그먼트의 판 두께가 상기 홈 또는 상기 돌조의 테두리부로부터 상기 제1방향의 단부를 향해 갈수록 테이퍼 형상으로 점차 얇아지는 것을 특징으로 하는 로봇 암의 관절.
제1항 또는 제2항에 기재된 로봇 암의 관절을 구비하는 로봇 암과,
상기 로봇 암의 선단에 설치된 엔드 이펙터를 구비하는 것을 특징으로 하는 외과 기기.
제6항에 있어서,
상기 로봇 암은, 유연성 및 토크 전달성을 가지는 플렉시블 샤프트와, 상기 엔드 이펙터와 연결된 손목과, 상기 플렉시블 샤프트와 상기 손목 사이에 설치된 복수의 링크와, 상기 복수의 링크 사이를 연결하는 상기 로봇 암의 관절을 가지는 것을 특징으로 하는 외과 기기.