KR102128269B1

KR102128269B1 - 구름 조인트와 핀 커플링을 이용한 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치

Info

Publication number: KR102128269B1
Application number: KR1020190041382A
Authority: KR
Inventors: 김계리; 김정률; 권성일
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-07-08
Also published as: US11419692B2; US20200323599A1

Abstract

서로 직렬 연결되는 복수의 세그먼트의 상대적인 움직임에 의해 조향되는 관절 구조체는, 서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트의 서로 접하는 면들은 제1 방향 접촉선에서 선 접촉하는 구름 접촉면이고, 제1 세그먼트의 측면에는 핀이 형성되고, 제2 세그먼트에는 상기 핀이 끼워지는 체결공이 형성되며, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고, 체결공은 핀에 비해 큰 면적으로 형성되어, 구름 운동 시 핀이 체결공 내부에서 상대적으로 위치 이동 가능하다.

Description

구름 조인트와 핀 커플링을 이용한 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치{Articulating structure using rolling joint and pin coupling, and Tube insert device haivng the same}

본 발명은 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구름 조인트와 핀 커플링을 동시에 이용한 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치에 관한 것이다.

긴 중공의 튜브체를 협소 공간에 삽입하여 소정 작업을 수행할 수 있는 튜브 삽입형 장치로는 대표적으로 최소침습수술을 위한 미세 수술용 기기 등이 있다.

최소침습수술이란 배를 열지 않고 절개 부위를 최소화해 시행하는 수술로, 절개 부위가 작아 흉터나 후유증이 거의 없고 회복이 빠른 장점이 있다.

이러한 최소침습수술을 위한 미세 수술용 기기들은 협소 공간 내에서 수술 등의 소정 작업을 수행하여야 하므로, 그 제어에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.

특히, 미세 수술용 기기의 선단에 배치되는 엔드 이펙터의 방향을 국소적으로 전환하기 위한 다양한 형태의 관절 구조체가 제안되고 있다.

대표적인 관절 구조체의 구조로서, 복수의 세그먼트가 직렬 연결되고, 인접한 세그먼트를 상대 운동시켜 조향을 수행하는 장치가 알려져 있다.

일반적으로 복수의 세그먼트는 조향 수단인 와이어에 의해 당겨져 서로 위치 고정되지만, 다른 고정 수단 없이 와이어에만 의지하는 경우, 세그먼트들이 예기치 못한 외력에 의해 분리되는 일이 발생할 수 있다.

따라서, 특허문헌 1과 같이, 예를 들어 핀 커플링을 이용해 각각의 세그먼트를 고정하는 구조가 채용되고 있다. 특허문헌 1에서는 세그먼트의 상대 운동시 핀 커플링이 회동 중심이 되는 힌지 역할을 하게 된다.

고정된 핀에 의해 지지되는 두 세그먼트는 핀 부분에 운동시 발생하는 하중이 집중되어 두 세그먼트의 움직임이 부드럽지 못하다.

아울러, 핀 커플링의 설치를 위해 두 세그먼트 간에 간격이 벌어지기 때문에 관절 구조체의 전체 길이가 길어지고 그만큼 관절 구조체의 휨 하중에 대한 강성이 취약해진다.

또한, 핀 커플링을 힌지점으로 하는 경우, 세그먼트를 통과하는 와이어의 통로가 굴절시 크게 어긋나기 때문에, 소위 와이어의 "씹힘" 현상이 발생하므로, 관절 구조체의 정밀한 제어를 방해한다.

미국 등록특허 제9833290호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 부드럽고 정밀한 조향이 가능하면서도 복수의 세그먼트 간의 견고한 체결 상태를 유지할 수 있는 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 직렬 연결되는 복수의 세그먼트의 상대적인 움직임에 의해 조향되는 관절 구조체로서, 서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 세그먼트와 제2 세그먼트의 서로 접하는 면들은 제1 방향으로 연장되는 접촉선("제1 방향 접촉선")에서 선 접촉하는 구름 접촉면이고, 상기 제1 세그먼트의 측면에는 핀이 형성되고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 핀이 끼워지는 체결공이 형성되며, 상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 상기 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고, 상기 체결공은 상기 핀에 비해 큰 면적으로 형성되어, 상기 구름 운동 시 상기 핀이 상기 체결공 내부에서 상대적으로 위치 이동 가능한 관절 구조체가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 체결공은, 상기 구름 운동시 상기 핀이 상기 제2 세그먼트로부터 상대적으로 멀어지도록 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 체결공은 상기 구름 운동시 상기 핀이 접한 상태로 상대적으로 위치 이동하는 내측면을 포함하고, 상기 내측면은 상기 체결공의 상기 제1 방향으로의 폭이 제2 세그먼트의 구름 접촉면으로부터 멀어질수록 증가하도록 경사지게 형성되는 내측면을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀은 상기 내측면에 접한 상태로 위치 이동하고, 상기 체결공의 내측면은 곡선형으로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀은 상기 제1 세그먼트의 측면의 상단부로 치우쳐 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀은 상기 제1 세그먼트의 측면에 돌출 형성되고, 상기 제1 세그먼트의 측면은, 상기 제1 세그먼트이 측면의 둘레 방향을 따라 형성되는 곡면부와 평면부를 포함하고, 상기 평면부는 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되며, 상기 핀은 상기 평면부에 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 곡면부는 원기둥의 둘레의 일부로 이루어지고, 상기 곡면부를 연장하여 완전한 원기둥의 둘레를 정의하였을 때, 상기 핀은 상기 완전한 원기둥의 둘레 너머로 돌출하지 않는 높이로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 세그먼트는 상기 제1 세그먼트를 향해 연장되고 상기 체결공이 형성되는 플랜지부를 포함하고, 상기 플랜지부는, 상기 평면부의 적어도 일부를 덮도록 형성되고, 상기 평면부의 표면과 평행한 내면을 구비한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 세그먼트 및 제2 제2 세그먼트의 구름 접촉면 전체가 원 기둥의 둘레의 일부로 이루어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 세그먼트와 접하도록 배치되는 제3 세그먼트를 포함하고, 상기 제2 세그먼트와 제3 세그먼트의 서로 접하는 면들은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 접촉선("제2 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하는 구름 접촉면이고, 상기 제2 세그먼트의 측면에는 핀이 형성되고, 상기 제3 세그먼트에는 상기 제2 세그먼트에 형성된 핀이 끼워지는 체결공이 형성되며, 상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 상기 제2 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 세그먼트에는 각각의 세그먼트를 전후 방향으로 관통하도록 와이어 연결공이 형성되고, 상기 관절 구조체가 직선으로 배치되었을 때 상기 관절 구조체의 길이 방향으로의 위치가 일치하도록 배치되는 각각의 세그먼트의 와이어 연결공들을 와이어가 관통하고, 상기 와이어를 관절 구조체의 길이 방향으로 당기거나 풀어 상기 복수의 세그먼트가 상대 운동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 와이어 연결공은 상기 제1 방향으로 배치되는 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공과 상기 제2 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 세그먼트의 중앙에는 각각의 세그먼트를 전후 방향으로 관통하도록 형성되는 도구 연결공이 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 길게 연장되는 튜브체와, 상기 튜브체의 선단부에 연결되는 상기 관절 구조체를 포함하는 튜브 삽입형 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조체를 구비한 수술 기구의 사시도이다.
도 2a ~ 2c는 관절 구조체의 제1 세그먼트를 도시한 도면이다.
도 3은 관절 구조체의 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 결합 상태도이다.
도 4는 관절 구조체의 제3 세그먼트의 사시도이다.
도 5는 관절 구조체의 제4 세그먼트의 사시도이다.
도 6은 제1 방향에서 바라본 관절 구조체의 단면도이다.
도 7은 제1 방향에서 바라본 관절 구조체의 동작 상태도이다.
도 8은 제2 방향에서 바라본 관절 구조체의 단면도이다.
도 9는 제2 방향에서 바라본 관절 구조체의 동작 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조체(10)를 구비한 수술 기구(1)의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)는 복수의 세그먼트(100, 200, 300, 400)가 직렬 연결되어 형성된다. 후술하는 바와 같이, 관절 구조체(10)는 복수의 세그먼트(100, 200, 300, 400)의 상대적인 움직임에 의해 굴절하여 조향되는 구조를 가진다.

본 실시예에 따르면, 관절 구조체(10)는 예를 들어, 튜브 삽입형 장치(1)의 엔드 이펙터로서 이용된다.

튜브 삽입형 장치(1)는 예를 들어 체내에 삽입되어 각종 시술을 수행할 수 있는 미세 수술 기구로서, 체내에 삽입될 수 있도록 길게 연장되는 튜브체(11)를 구비하고, 본 실시예에 따른 관절 구조체(10)는 선단부에 부착되어 있다. 다만, 본 실시예에 따른 튜브 삽입형 장치(1)는 미세 수술 기구에 한정되는 것은 아니며, 좁은 관로 내에 삽입될 수 있도록 가늘고 긴 튜브체가 필요한 각종 작업에 이용될 수 있다.

관절 구조체(10)는 튜브체(11)의 선단부에서 굴절 운동하여, 튜브 삽입형 장치(1)의 팁(tip)의 안정적인 고곡률의 전방위 조향이 가능하도록 함으로써, 비침습 시술에 대한 안정성 및 편의성을 증진시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)는 근위 세그먼트(제4 세그먼트)(400)와, 제4 세그먼트(400)와 접하도록 직렬 배치되는 제1 세그먼트(100)와, 상기 제1 세그먼트(100)와 접하도록 직렬 배치되는 제2 세그먼트(200)와, 상기 제2 세그먼트(200)와 접하도록 직렬 배치되는 원위 세그먼트(제3 세그먼트)(300)를 포함한다.

본 명세서에서는 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)가 직선으로 배치될 때, 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)의 중심을 잇는 선의 방향을 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)으로 한다.

도 2a ~ 2c는 관절 구조체(10)의 제1 세그먼트(100)를 도시한 도면이다. 도 2a는 제1 세그먼트(100)의 정면도이고, 도 2b는 제1 세그먼트(100)의 측면도이며, 도 2c는 제1 세그먼트(100)의 평면도이다.

도 2a ~ 2c에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)는 소정의 두께를 가지는 몸체(110)와, 몸체(110)의 측면(120)에 형성되는 두 개의 핀(150)과, 몸체(110)의 측면(120)에 형성되는 두 개의 플랜지부(122)를 포함한다.

몸체(110)의 전방에는 제1 전방 구름 접촉면(140)이 형성되고, 몸체(110)의 후방에는 제1 후방 구름 접촉면(130)이 형성된다.

본 실시예에서 "전방"은 관절 구조체(10)의 원위 쪽의 방향이고, "후방"은 관절 구조체(10)의 근위 쪽의 방향이다. 관절 구조체(10)가 직선 상태로 배치되는 경우 각 세그먼트의 전후 방향은 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)과 일치하게 된다. 다만, "전방"과 "후방"은 서로 상대적인 것으로서, 위와 반대로 관절 구조체(10)의 원위 쪽을 "후방"으로 한다면, 근위 쪽이 "전방"이 된다.

도 2b에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 제1 전방 구름 접촉면(140)은, 제1 전방 구름 접촉면(140)으로부터 후방으로 소정 거리만큼 이격되고 제1 방향(X)으로 연장되는 가상의 축선을 중심으로 형성되는 원 기둥의 둘레의 일부이다.

또한, 도 2a에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 제1 후방 구름 접촉면(130)은, 제1 후방 구름 접촉면(130)으로부터 전방으로 소정 거리만큼 이격되고 제2 방향(Y)으로 연장되는 가상의 축선을 중심으로 형성되는 원 기둥의 둘레의 일부이다.

즉, 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제1 후방 구름 접촉면(130)은 90도 비틀어져 배치되어 있다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 몸체(110)의 측면(120)은 측면(120)의 둘레 방향을 따라 두 개의 곡면부(126)와 두 개의 평면부(127)가 번갈아 배치되도록 형성되어 있다.

두 개의 곡면부(126)는 관절 구조체(10)의 전후 방향의 중심 축선을 중심으로 하는 원기둥의 둘레 일부에 의해 이루어진다. 따라서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 곡면부(126)를 연장하여 완전한 원기둥의 둘레(점선 부분 참조)를 정의할 수 있다.

두 개의 평면부(127)는 서로 평행한 평면으로 이루어지고, 제2 방향(Y)을 따라 연장되어 있다.

평면부(127) 각각에는 두 개의 핀(150)이 형성되어 있다. 핀(150)은 제1 방향(X)으로 연장되어 있다.

본 실시예에 따르면, 곡면부(126)를 연장하여 완전한 원기둥의 둘레를 정의하였을 때, 핀(150)은 상기 완전한 원기둥의 둘레 너머로 돌출하지 않는 높이로 형성된다. 또한, 핀(150)은 평면부(127)의 상단부로 치우쳐 배치되도록 형성된다. 본 실시예에 따르면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)를 측면에서 보았을 때, 핀(150)은 제1 전방 구름 접촉면(140)과 접하는 원을 형성한다. 즉, 핀(150)의 상단의 전후 방향의 위치는 대략 제1 전방 구름 접촉면(140)과 일치한다.

여기서, 핀(150)은 평면부(127)에 일체로 형성되어도 좋다. 다만, 본 실시예에 따르면, 관절 구조체(10)의 조립의 편의를 위해서, 평면부(127)에 통공(미도시)을 형성하고, 해당 통공에 핀(150)을 끼움 결합함으로써, 핀(150)이 제1 세그먼트(100)에 설치된다.

두 개의 곡면부(126) 각각에는 플랜지부(122)가 후방을 향해 연장 형성된다. 즉, 두 개의 플랜지부(122) 서로 제2 방향(Y)으로 배치되어 있다.

본 실시예에 따르면, 플랜지부(122)는 대략 사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 플랜지부(122)의 외면은 곡면부(126)와 부드럽게 연결되는 곡면으로서, 곡면부(126)가 정의하는 원기둥 둘레의 일부로 형성된다. 반면, 플랜지부(122)의 내면은 제1 방향(X)을 따라 연장되는 평면에 의해 형성된다.

플랜지부(122)에는 체결공(123)이 제2 방향(Y)으로 관통 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 체결공(123)은 전후 방향으로 높이와 제1 방향(X)으로의 폭을 가지는 대략 삼각형 형태의 구멍이다.

체결공(123)은 체결공(123)의 폭을 정의하는 두 내측면(124)을 포함한다. 두 내측면(124)은 구름 접촉면(130, 140)을 향해 정점(125)이 생기도록 경사지게 형성된다. 즉, 두 내측면(124)은 체결공(123)의 폭이 제1 세그먼트(100)의 구름 접촉면(130, 140)으로부터 멀어질수록 증가하도록 형성된다.

두 내측면(124)은 완만한 곡면으로 형성되고, 정점(125)에서 부드럽게 이어진다. 두 측면(124)이 만나는 정점(125) 주위는 핀(150)의 곡률보다 크거나 같은 곡률을 가지는 곡면을 형성된다.

본 실시예에 따르면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)를 측면에서 보았을 때, 체결공(123)의 정점(125)은 제1 후방 구름 접촉면(130)과 접한다. 즉, 체결공(123)의 정점(125)의 상단의 전후 방향의 위치는 대략 제1 후방 구름 접촉면(130)과 일치한다.

몸체(110)에는 전후 방향으로 몸체(110)를 관통하는 복수의 와이어 연결공(161, 162)이 형성된다. 본 실시예에 따르면, 4개의 와이어 연결공(161, 162)이 형성되고, 와이어 연결공(161, 162)은 제1 방향(X)으로 배치되는 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공(161)과 제2 방향(Y)으로 배치되는 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공(162)을 포함한다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공(161)은 두 개의 핀(150)과 대략 일직선 상에 위치하고, 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공(162)은 평면에서 볼 때 제1 방향 와이어 연결공(162)과 대략 90도 회전되어 배치된다.

4개의 와이어 연결공(161, 162)으로 둘러싸인 제1 세그먼트(100)의 중앙에는 몸체(110)를 전후 방향으로 관통하는 도구 연결공(170)이 형성되어 있다.

상기와 같은 구성의 제1 세그먼트(100)는 제2 세그먼트(200)과 전후 방향으로 접촉하도록 배치되고, 서로 결합된다.

본 실시예에 따르면, 제2 세그먼트(200)의 구성은 제1 세그먼트(100)와 실질적으로 동일하다. 도 2a ~ 도 2c 및 상술한 도 2a ~ 도 2c에 대한 설명 중에서, "제1"을 "제2"로, 부재번호의 100 단위를 200으로, 제1 방향(X)을 제2 방향(Y)으로, 그리고 제2 방향(Y)을 제1 방향(Y)으로 바꿔주면, 제2 세그먼트(200)에 대한 설명헤 해당한다. 따라서, 제2 세그먼트(200)의 구성에 대한 자세한 설명은 중복하여 기재하지 않는다.

도 3은 서로 결합된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 모습을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전후 방향으로 배치된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)는, 제1 세그먼트(100)의 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 세그먼트의 제2 후방 구름 접촉면(230)이 서로 접촉하도록 연결된다.

상술한 바와 같이, 제1 전방 구름 접촉면(140)은 후방 쪽에 중심축이 있는 원기둥 둘레의 일부이고, 제2 후방 구름 접촉면(230)은 전방 쪽에 중심축이 있는 원기둥 둘레의 일부이므로, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 서로 접하는 면들(제1 전방 구름 접촉면(140) 및 제2 후방 구름 접촉면(230))은 제1 방향(X)으로 연장되는 접촉선("제1 방향 접촉선")(21)에서 서로 선 접촉을 하게 된다.

제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 후방 구름 접촉면(230)이 서로 접촉한 상태에서 제2 세그먼트(200)의 플랜지부(222)는 제1 세그먼트(100)의 측면(120)의 평면부(127)의 적어도 일부를 덮도록 연장되어 있다.

따라서, 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)은 제1 세그먼트(100)의 평면부(127) 위에 위치한다. 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)이 제1 세그먼트(100)의 평면부(127) 위에 위치한 상태에서, 제1 세그먼트(100)의 평면부(127)에 핀(150)을 끼움 결합함으로써, 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)에 제1 세그먼트(100)의 핀(150)이 끼워진다. 이에 따라서, 두 세그먼트(100, 200)가 핀 커플링에 의해 체결된다.

제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 상대적으로 굴절하지 않고 직선으로 배치되어 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 후방 구름 접촉면(230)의 중앙에 제1 방향 접촉선(21)이 형성될 때(초기 상태), 제1 세그먼트(100)의 핀(150)은 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)의 상단부에 위치한다(도 1 참조).

상술한 바와 같이, 체결공(223)의 정점(225) 주위 부분은 핀(150)의 곡률에 비해 크거나 같은 곡면으로 형성된다. 따라서, 제1 세그먼트(100)의 핀(150)은 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)의 정점(225)에 접하여 위치하게 된다.

또한, 핀(150)의 상단의 전후 방향(Z)의 위치는 대략 제1 전방 구름 접촉면(140)과 일치하고, 체결공(223)의 정점(225)의 전후 방향(Z)의 위치는 대략 제2 후방 구름 접촉면(230)과 일치하므로, 핀(150)이 체결공(223)의 정점(225)에 위치하더라도, 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 후방 구름 접촉면(230)이 서로 접촉한 상태를 유지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 후술하는 바와 같이 와이어 등의 구동 수단에 의해 제2 세그먼트(200)의 일 측에 힘이 가해지면, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 상대적으로 구름 운동하게 되고, 이에 따라서 제2 세그먼트(200)가 제1 세그먼트(100)에 대해 기울어지게 된다. 이때, 두 세그먼트(100, 200)는 선 접촉을 유지한채로 제1 방향 접촉선(21)이 대략 제2 방향(Y)로 평행 이동하면서 구름 운동한다.

이와 같이, 관절 구조체(1)가 서로 선 접촉하는 인접하는 세그먼트 간의 상대적인 구름 운동에 의해 굴절되도록 함으로써, 조인트를 이루는 세그먼트 간의 접촉 면적이 최소화되고 접촉 지점에서의 하중이 분산되므로, 작은 힘으로도 부드럽게 고곡률의 굴절 운동을 일으킬 수 있다. 또한, 두 세그먼트(100, 200)가 서로 접한 상태를 유지하므로, 관절 구조체(10)의 전체 길이를 감소시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 서로 접촉하는 제1 세그먼트(100)의 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 세그먼트(200)의 제2 후방 구름 접촉면(230)은 해당 면 전체가 원 기둥의 둘레의 일부로 이루어지도록 형성된다. 이에 따라서, 구름 운동과 무관한 면적을 최소화되어, 관절 구조체(10)의 직경을 감소시킬 수 있다. 다만, 중앙의 도구 연결공(570) 외에 추가로 보조 도구 연결공 등을 형성하는 경우 등에는, 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 후방 구름 접촉면(230)은 각각 제1 세그먼트(100)의 전방면과 제2 세그먼트(200)의 후방면의 일부가 되어도 좋다.

또한, 본 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(100)의 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 세그먼트(200)의 제2 후방 구름 접촉면(230)은 동일한 반경을 가지는 원 기둥의 둘레의 일부이다(즉, 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제2 세그먼트(200)의 곡률이 동일). 이에 따라서, 관절 구조체(10)의 조향 제어를 위한 계산이 단순화될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면, 제2 세그먼트(200)의 체결공(223)은 제1 세그먼트(100)의 핀(150)에 비해 큰 면적으로 가지도록 형성되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 상대적인 구름 운동시 핀(150)이 체결공(223)의 내부에서 상대적으로 위치 이동하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따르면, 체결공(223)은 전후 방향의 높이를 가지도록 형성되어서, 구름 운동 시 핀(150)이 제2 세그먼트(200)로부터 상대적으로 멀어지도록 형성된다.

예를 들어 체결공(223)은 제2 세그먼트(200)의 길이 방향으로 일자로 형성되어도 좋지만, 본 실시예에 따르면, 내측면(224)은 체결공(223)의 폭이 제2 세그먼트(200)의 제2 후방 구름 접촉면(230)으로부터 멀어질수록 증가하도록 경사지게 형성되어 있다. 이에 따라서, 두 세그먼트(100, 200)의 상대적인 구름 운동시 제1 세그먼트(100)의 핀(150)은 제2 세그먼트(200)의 체결공(223) 내부에서 제2 세그먼트(200)의 후방으로 이동하는 동시에, 정점(225)으로부터 체결공(223)의 폭 방향으로 상대적으로 위치 이동할 수 있다.

이때, 핀(150)은 체결공(223)의 내측면(224)에 접한 상태로 내측면(224)을 따라 상대적으로 이동하도록 되어 있다. 본 실시예에 따르면, 내측면(224)은 완만한 곡면을 형성되어, 두 세그먼트(100, 200)의 부드러운 구름 운동을 돕는다.

체결공(223)은 경사진 내측면(224)에 의해 대략 삼각형 형태를 가지므로, 제2 세그먼트(200)가 제1 세그먼트(100)에 대해 소정 각도로 기울어지면, 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(150)이 체결공(223)의 일 측 모서리를 형성하는 두 면에 접하게 된다. 이에 따라서, 핀(150)의 체결공(223) 내부에서의 동일 방향으로의 상대 이동이 저지되며, 제2 세그먼트(200)는 제1 세그먼트(100)에 대해 더이상 기울어질 수 없게 된다. 즉, 체결공(223)의 모서리는 일종의 스토퍼 역할을 하게 된다. 이와 같은 체결공(223)의 모서리의 각도 및 폭의 크기를 조절함으로써, 관절 구조체(10)의 최대 굴절 각도를 조절할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 체결공(223) 내부에서의 핀(150)의 상대적인 위치 이동을 허용함으로써 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 선 접촉을 유지한채 서로 상대적으로 구름 운동 가능하도록 하면서도, 핀(150)과 체결공(223)의 결합 관계에 의해 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 전후 방향 및 제2 방향(Y)으로 예기치 못하게 이격 분리되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 체결공(223)이 형성된 제2 세그먼트(200)의 플랜지부(222)가 제1 세그먼트(100)의 측면(127)을 제1 방향(X)의 양측에서 덮어 지지하고 있으므로, 구름 운동시 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 제1 방향(X)으로 어긋나거나 분리되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 관절 구조체(10)는 부드러운 동작 특성을 가지는 구름 조인트를 구비하면서도, 핀 커플링에 의해 조인트의 강성을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 핀(150)이 체결공(223) 내부에서 정점(225)으로부터 체결공(223)의 폭 방향으로 상대적으로 위치 이동할 수 있도록 함으로써, 제2 세그먼트(200)가 더 큰 각도로 제1 세그먼트(100)에 대해 기울어질 수 있게 된다.

상술한 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 연결에 따르면, 관절 구조체(10)는 제2 방향(Y)으로 굴절될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 관절 구조체(10)에 2자유도를 부여하기 위하여, 제2 세그먼트(200)에 제3 세그먼트(300)을 추가로 연결한다.

도 4는 제3 세그먼트(300)의 사시도이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 세그먼트(300)는 관절 구조체(10)의 가장 원위에 위치하는 윈위 세그먼트이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 제3 세그먼트(300)는 몸체(310)의 측면(320)이 곡면부(326)에 의해 완전한 원기둥 둘레를 이루고 있어 평면부를 구비하지 않는다는 점과, 평면부에 형성되어야 할 핀이 구비되지 않는 점을 제외하고, 다른 구성은 제1 세그먼트(100)의 구성과 동일하다. 여기서, 제3 세그먼트(300)의 전방 면은 원기둥 둘레의 일부를 이루는 제3 전방 구름 접촉면(340)으로 형성되어 있지만, 관절 구조체(10)의 가장 원위면인 제3 세그먼트(300)의 전방 면은 평평한 면으로 형성되어도 좋다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제3 세그먼트(300)는 제2 세그먼트(200)의 전방에서 제2 세그먼트(200)와 접하도록 배치된다. 이때, 제2 세그먼트(200)의 제2 전방 구름 접촉면(240)과 제3 세그먼트(300)의 제3 전방 구름 접촉면(330)이 서로 접촉하게 되고, 제2 전방 구름 접촉면(240)과 제3 후방 구름 접촉면(330)은 제2 방향(Y)으로 연장되는 접촉선("제2 방향 접촉선")(22)(도 6 및 도 8 참조)에서 서로 선 접촉한다.

제2 세그먼트(200)의 핀(250)은 제3 세그먼트(300)의 플랜지부(322)에 형성된 체결공(323)에 끼워진다.

이와 같이 연결된 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300)는 선 접촉을 유지한채 제2 방향 접촉선(22)이 평행 이동하면서 제1 방향(X)으로 상대적으로 구름 운동한다. 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300)의 동작과 관련해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.

본 실시예에서는 제2 세그먼트(200)에 연결되는 제3 세그먼트(300)로서 관절 구조체(10)의 원위를 형성하는 원위 세그먼트가 예시되었지만, 이에 한정되지 않는다. 제3 세그먼트(300)는 제1 세그먼트(100)와 완전히 동일한 형태를 가져도 좋다. 이 경우, 제3 세그먼트(300)의 전방에 제2 세그먼트(200)와 동일한 형태의 세그먼트가 더 연결될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 관절 구조체(10)는 제1 세그먼트(100)와 동일한 구조의 세그먼트를 제1 세그먼트(100)의 전방에 90도씩 돌려가며 차례로 연결해나감으로써, 그 길이를 원하는만큼 증가시킬 수 있다.

다르게는 제1 세그먼트(100)의 후방에 다른 세그먼트를 연결할 수도 있다. 도 5는 제1 세그먼트(100)의 후방에 연결되는 제4 세그먼트(400)의 사시도이다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 세그먼트(400)는 관절 구조체(10)의 가장 근위에 위치하는 근위 세그먼트이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제4 세그먼트(400)는 기본적으로 제2 세그먼트(200)와 구성이 유사하다. 다만, 제4 세그먼트(400)에서는 몸체(410)의 두께가 다른 세그먼트들에 비해 좀더 커서 측면(420)의 평면부(427)의 후방으로 곡면부(426)가 연장되어 단차부(428)가 형성되고, 후방면(430)이 평평하여 후방 구름 접촉면이 형성되지 않는다. 따라서, 원통형의 튜브체(11)의 선단에의 결합이 용이하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제4 세그먼트(400)는 제1 세그먼트(100)의 후방에서 제1 세그먼트(100)와 접하도록 배치된다. 이때, 제1 세그먼트(100)의 제1 후방 구름 접촉면(130)과 제4 세그먼트(400)의 제4 전방 구름 접촉면(440)이 서로 접촉하게 되고, 제1 후방 구름 접촉면(130)과 제4 전방 구름 접촉면(440)은 제2 방향 접촉선(22)(도 6 및 도 8 참조)에서 서로 선 접촉한다. 제4 세그먼트(400)의 핀(450)은 제1 세그먼트(100)의 체결공(123)에 끼워진다.

이와 같이 연결된 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)는 제2 세그먼트(200) 및 제3 세그먼트(300)와 마찬가지로 선 접촉을 유지한채 제2 방향 접촉선(22)이 평행 이동하여 제1 방향(X)으로 상대적으로 구름 운동한다. 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)의 동작과 관련해서도 뒤에서 더 자세히 설명한다.

상기와 마찬가지로, 제4 세그먼트(400) 대신에 제1 세그먼트(100)와 동일한 구조의 세그먼트를 제1 세그먼트(100)의 후방에 90도씩 돌려가며 차례로 연결해나감으로써, 관절 구조체(10)의 길이를 원하는만큼 증가시킬 수도 있다.

본 실시예에 따른 관절 구조체(10)에서는 각 세그먼트의 측면에 핀을 형성하고, 나아가 핀을 세그먼트의 측면의 상단부에 치우쳐 배치함으로써, 각각의 세그먼트의 높이를 최소화할 수 있다. 이에 따라서, 관절 구조체(10)의 구조를 더 컴팩트하게 구성할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따르면, 각 세그먼트의 측면에 평면부를 설치하고, 평면부에 핀을 설치하며, 핀이 측면의 곡면부가 형성하는 원 밖으로 돌출되지 않도록 형성(도 2c 참조)한다. 이에 따르면, 관절 구조체(10)를 길이 방향(Z)에서 보았을 때, 세그먼트가 정의하는 원의 범위의 밖으로 돌출되는 구성이 없게 된다. 따라서, 핀을 세그먼트의 측면에 형성함에 따른 관절 구조체(10)의 직경의 증가를 방지할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 관절 구조체(10)의 조향 동작에 대하여 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 6은 제1 방향(X)에서 바라본 관절 구조체(10)의 단면도이고, 도 7은 제1 방향(X)에서 바라본 관절 구조체(10)의 동작 상태도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)가 직선을 배치된 초기 상태에서, 각각의 세그먼트(100 내지 400)에 형성된 제2 와이어 연결공들(162, 261, 362, 461)은 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)의 위치가 일치하여 실질적으로 일자의 와이어 연결 통로를 형성한다.

제2 방향(Y)으로 배치된 두 개의 제2 와이어 연결공(162, 261, 362, 461)에는 각각 와이어(510, 520)가 관통한다.

본 실시예에 따르면, 와이어 연결공은 각 세그먼트의 몸체의 전후방 면을 관통하므로, 와이어가 관절 구조체(10)(튜브 삽입형 장치(1))의 외측에 노출되지 않고 안쪽에 감춰진다. 따라서, 와이어가 체내에 각종 조직과 간섭하는 것을 피할 수 있다. 아울러, 관절 구조체(10)의 직경을 감소시킬 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 와이어(510, 520)의 선단은 예를 들어 제2 와이어 연경공보다 직경이 큰 헤드(500)에 연결되고, 헤드(500)는 제3 세그먼트(300)의 제3 전방 구름 접촉면(340)에 부착된다. 도 7에서는 와이어 및 헤드가 도시 생략되었다.

와이어(510, 520)의 후단은 관절 구조체(10)를 통과해 튜브체(11)(도 1 참조) 내부를 통해 튜브체(11)의 후단까지 연장된다. 튜브체(11)의 후단에는 도시하지 않은 와이어 구동 수단이 설치되고, 와이어(510, 520)는 와이어 구동 수단에 연결된다. 상기 와이어 구동 수단은 와이어(510, 520)를 각각 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)으로 잡아 당기거나 풀어주도록 동작한다.

와이어(510, 520)는 약간의 탄성을 가지는 재질로 형성되며, 초기 상태에서 와이어 구동 수단은 두 와이어(510, 520)를 동일한 장력으로 잡아 당긴다. 이에 따라서, 관절 구조체(10)에 제2 방향(Y)으로 대칭되도록 후방을 향해 힘이 가해진다. 두 와이어(510, 520)의 균형적인 장력에 의해 관절 구조체(10)는 초기 상태로 고정될 수 있다.

관절 구조체(10)의 조향을 위해서, 와이어 구동 수단은 예를 들어, 제1 와이어(510)를 잡아 당겨 장력을 증가시키고, 반면 제2 와이어(520)에 가하던 장력은 풀도록 할 수 있다.

이에 따라서, 헤드(500)에 의해 제3 세그먼트(300)의 제2 방향(Y)의 좌측 방향이 후방으로 당겨지게 되고, 헤드(500)는 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)에 후방으로 누르게 된다.

이때, 헤드(500)가 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)를 후방으로 누르더라도, 제2 접촉선(22)을 따라 선 접촉된 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300), 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)는 서로 상대 운동을 하지 못한다. 반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 접촉선(21)을 따라 선 접촉하는 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)는 제2 방향(Y)의 좌측으로 기울어지게 된다. 즉, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 연결 조인트에서 굴절이 일어나면서, 관절 구조체(10)의 팁이 제2 방향(Y)으로 조향된다.

상술한 바와 같이, 각각의 세그먼트의 중앙에는 도구 연결공이 형성되고, 이러한 도구 연결공들에 의해 도구가 지나갈 수 있는 도구 연결 통로(570)가 형성된다. 튜브체(11)의 후단에서부터 삽입된 예를 들어 내시경 카메라, 조명 장치, 수술 기구 등의 각종 시술 기구가 도구 연결 통로(570)를 통과하여, 원위 세그먼트(300)의 전방 면을 통해 노출될 수 있다.

상기와 같이, 관절 구조체(10)의 팁이 제2 방향(Y)으로 조향됨에 따라서, 상기 시술 기구가 제2 방향(Y)으로 조향될 수 있다.

와이어 구동 수단이 제1 와이어(510)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제2 와이어(520)를 잡아 당겨 장력을 증가시키면, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 제1 접촉선(21)이 초기 상태인 중앙으로 이동하면서, 제2 방향(Y)의 좌향으로 조향되었던 관절 구조체(10)가 초기 상태로 복귀할 수 있다. 나아가, 와이어 구동 수단이 제1 와이어(510)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제2 와이어(520)를 계속 잡아 당기면, 관절 구조체(10)는 도 7과 반대로 제2 방향(Y)의 우향으로 조향될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 구름 운동시 제1 세그먼트(100)의 핀(150)은 제2 세그먼트(200)의 체결공(223) 내부에서 정점(225)으로부터 체결공(223)의 폭 방향으로 상대적으로 위치 이동할 수 있다. 따라서, 자세히 도시하지는 않았지만, 본 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 기울어져 근접하는 쪽에 위치한 두 세그먼트의 제2 와이어 연결공(162, 261)은 그 서로 마주하는 개구가 실질적으로 접하게 된다. 즉, 두 세그먼트(100, 200)의 제2 와이어 연결공(162, 261)의 서로 마주하는 개구는 제2 방향(Y)의 위치가 크게 어긋나지 않으며, 실질적으로 연결되는 것이다. 이에 따라서, 조향 시에도 와이어 연결 통로가 꺾임이 없는 형태를 유지하므로, 조향시 소위 와이어의 "씹힘" 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 8은 제2 방향(Y)에서 바라본 관절 구조체(10)의 단면도이고, 도 9는 제2 방향(Y)에서 바라본 관절 구조체(10)의 동작 상태도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)가 직선을 배치된 초기 상태에서는, 각각의 세그먼트(100 내지 400)에 형성된 제1 와이어 연결공들(161, 262, 361, 462)도 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)의 위치가 일치하여 실질적으로 일자의 와이어 연결 통로를 형성한다.

제1 방향(X)으로 배치된 두 개의 제1 와이어 연결공(161, 262, 361, 462)에는 각각 와이어(530, 540)가 관통한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 와이어(530, 540)의 선단은 예를 들어 제1 와이어 연경공보다 직경이 큰 헤드(500)에 연결되고, 헤드(500)는 제3 세그먼트(300)의 제3 전방 구름 접촉면(340)에 부착된다. 도 9에서는 와이어 및 헤드가 도시 생략되었다.

마찬가지로, 와이어(530, 540)의 후단은 관절 구조체(10)를 통과해 튜브체(11)(도 1 참조) 내부를 통해 튜브체(11)의 후단까지 연장되고, 상기 와이어 구동 수단에 연결된다.

초기 상태에서 와이어 구동 수단은 두 와이어(530, 540)를 동일한 장력으로 잡아 당긴다. 이에 따라서, 관절 구조체(10)에 제1 방향(X)으로 대칭되도록 후방을 향해 힘이 가해한다. 와이어(530, 540)의 균형적인 장력에 의해 관절 구조체(10)는 초기 상태로 고정될 수 있다.

관절 구조체(10)의 조향을 위해서, 와이어 구동 수단은 예를 들어, 제3 와이어(530)를 잡아 당겨 장력을 증가시키고, 반면 제4 와이어(540)에 가하던 장력은 풀도록 할 수 있다.

이에 따라서, 헤드(500)에 의해 제3 세그먼트(300)의 제1 방향(X)의 좌측 방향이 후방으로 당겨지게 되고, 헤드(500)는 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)에 후방으로 누르게 된다.

이때, 헤드(500)가 제1 내지 제4 세그먼트(100 내지 400)를 후방으로 누르더라도, 제1 접촉선(21)을 따라 선 접촉된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)는 서로 상대 운동을 하지 못한다. 반면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 접촉선(22)을 따라 선 접촉하는 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300) 그리고 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)는 제1 방향(X)의 좌측으로 기울어지게 된다. 구체적으로는, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 제4 세그먼트(400)에 대해 기울어지고, 제3 세그먼트(300)가 기울어진 제2 세그먼트(200)에 대해 더 기울어진다. 즉, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300) 그리고 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)의 두 군데의 연결 조인트에서 굴절이 일어나면서, 관절 구조체(10)의 팁이 제1 방향(X)으로 조향된다. 이에 따라서, 도구 연결 통로(570)를 통해 관절 구조체(10)의 전방으로 노출된 시술 기구가 제1 방향(X)으로 조향될 수 있다.

와이어 구동 수단이 제3 와이어(530)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제4 와이어(540)를 잡아 당겨 장력을 증가시키면, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300), 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)의 연결선인 제2 접촉선(22)이 초기 상태인 중앙으로 이동하면서, 제1 방향(X)의 좌향으로 조향되었던 관절 구조체(10)가 초기 상태로 복귀할 수 있다. 나아가, 와이어 구동 수단이 제3 와이어(530)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제4 와이어(540)를 계속 잡아 당기면, 관절 구조체(10)는 도 9와 반대로 제1 방향(X)의 우향으로 조향될 수 있다.

상기와 유사하게, 본 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(100)와 제4 세그먼트(400)가 기울어져 근접하는 쪽에 위치한 두 세그먼트의 제1 와이어 연결공(161, 462)은 제1 방향(X)의 위치가 크게 어긋나지 않으며, 실질적으로 서로 접하여 연결된다. 또한, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300)가 기울어져 근접하는 쪽에 위치한 두 세그먼트의 제1 와이어 연결공(263, 361)도 제1 방향(X)의 위치가 크게 어긋나지 않으며, 실질적으로 서로 접하여 연결된다. 이에 따라서, 제1 와이어 연결공을 통과하는 와이어에 소위 "씹힘" 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 6 내지 도 9에서는 관절 구조체(10)의 제1 방향(X)의 조향과 제2 방향(Y)의 조향을 나누어서 설명하였지만, 와이어 구동 수단은 제1 내지 제4 와이어(510 내지 540)을 동시에 조작하여, 관절 구조체(10)의 제1 방향(X)의 조향 및 제2 방향(Y)이 동시에 일어나도록 할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 즉, 관절 구조체(10)의 팁은 관절 구조체(10)의 굴절 한계치의 범위 내에서 3차원적으로 조향 가능하다.

다만, 관절 구조체(10)의 제1 방향(X)의 조향과 제2 방향(Y)의 조향은 각각 제1 방향(X)으로 배치되는 한 쌍의 와이어와 제2 방향(Y)으로 배치되는 한 쌍의 와이어에 의해 각각 독립적으로 발생하므로, 3차원적인 팁의 복합 방향 제어를 위한 계산이 비교적 단순해질 수 있다.

본 실시예에서는, 관절 구조체(10)의 근위에서 원위로 순서대로 제4 세그먼트, 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트로 명명하였지만, 이러한 세그먼트의 명칭이 청구범위에 기재된 제1 세그먼트 내지 제3 세그먼트를 그대로 지칭하여 한정하는 것은 아니라는 점이 이해되어야 할 것이다.

예를 들어, 근위로부터 순서대로 배치되는 세그먼트(400), 세그먼트(100), 세그먼트(200)가 각각 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 될 수 있고, 반대로 원위로부터 순서대로 배치되는 세그먼트(300), 세그먼트(200), 세그먼트(100)를 각각 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 되어도 좋다. 또한, 세그먼트(200), 세그먼트(100), 세그먼트(400)가 각각 청구범위의 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 되어도 좋다.

본 실시예에 따른 관절 구조체(1)에 의하면, 핀 커플링을 이용해 각 세그먼트 간의 지지력을 증가시키면서도, 핀 커플링이 힌지점이 되지 않고 구름 접촉면에 의한 구름 운동에 의해 세그먼트의 상대적인 조향이 일어나므로, 구름 운동에 따른 부드러운 조향의 장점을 그대로 유지할 수 있게 된다.

Claims

서로 직렬 연결되는 복수의 세그먼트의 상대적인 움직임에 의해 조향되는 관절 구조체로서,
서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고,
상기 제1 세그먼트와 제2 세그먼트의 서로 접하는 면들은 제1 방향으로 연장되는 접촉선("제1 방향 접촉선")에서 선 접촉하는 구름 접촉면이고,
상기 제1 세그먼트의 측면에는 핀이 형성되고,
상기 제2 세그먼트에는 상기 핀이 끼워지는 체결공이 형성되며,
상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 상기 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고,
상기 체결공은 상기 핀에 비해 큰 면적으로 형성되어, 상기 구름 운동 시 상기 핀이 상기 체결공 내부에서 상대적으로 위치 이동 가능한 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 체결공은, 상기 구름 운동시 상기 핀이 상기 제2 세그먼트로부터 상대적으로 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 관절 구조체.
제2항에 있어서,
상기 체결공은 상기 구름 운동시 상기 핀이 접한 상태로 상대적으로 위치 이동하는 내측면을 포함하고,
상기 내측면은 상기 체결공의 상기 제1 방향으로의 폭이 제2 세그먼트의 구름 접촉면으로부터 멀어질수록 증가하도록 경사지게 형성되는 내측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제3항에 있어서,
상기 핀은 상기 내측면에 접한 상태로 위치 이동하고,
상기 체결공의 내측면은 곡선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 핀은 상기 제1 세그먼트의 측면의 상단부로 치우쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 핀은 상기 제1 세그먼트의 측면에 돌출 형성되고,
상기 제1 세그먼트의 측면은, 상기 제1 세그먼트이 측면의 둘레 방향을 따라 형성되는 곡면부와 평면부를 포함하고,
상기 평면부는 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되며,
상기 핀은 상기 평면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제6항에 있어서,
상기 곡면부는 원기둥의 둘레의 일부로 이루어지고,
상기 곡면부를 연장하여 완전한 원기둥의 둘레를 정의하였을 때,
상기 핀은 상기 완전한 원기둥의 둘레 너머로 돌출하지 않는 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제6항에 있어서,
상기 제2 세그먼트는 상기 제1 세그먼트를 향해 연장되고 상기 체결공이 형성되는 플랜지부를 포함하고,
상기 플랜지부는,
상기 평면부의 적어도 일부를 덮도록 형성되고,
상기 평면부의 표면과 평행한 내면을 구비하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 구름 접촉면 전체가 원 기둥의 둘레의 일부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제2 세그먼트와 접하도록 배치되는 제3 세그먼트를 포함하고,
상기 제2 세그먼트와 제3 세그먼트의 서로 접하는 면들은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 접촉선("제2 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하는 구름 접촉면이고,
상기 제2 세그먼트의 측면에는 핀이 형성되고,
상기 제3 세그먼트에는 상기 제2 세그먼트에 형성된 핀이 끼워지는 체결공이 형성되며,
상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 상기 제2 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제10항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트에는 각각의 세그먼트를 전후 방향으로 관통하도록 와이어 연결공이 형성되고,
상기 관절 구조체가 직선으로 배치되었을 때 상기 관절 구조체의 길이 방향으로의 위치가 일치하도록 배치되는 각각의 세그먼트의 와이어 연결공들을 와이어가 관통하고,
상기 와이어를 관절 구조체의 길이 방향으로 당기거나 풀어 상기 복수의 세그먼트가 상대 운동하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제11항에 있어서,
상기 와이어 연결공은 상기 제1 방향으로 배치되는 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공과 상기 제2 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제12항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트의 중앙에는 각각의 세그먼트를 전후 방향으로 관통하도록 형성되는 도구 연결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
길게 연장되는 튜브체;
상기 튜브체의 선단부에 연결되는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 관절 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 삽입형 장치.