KR102159813B1 - 순응 관절 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 순응 관절은 길이 방향의 축을 따라 일 측에 배열되는 복수 개의 제1디스크들; 길이 방향의 축을 따라 타 측에 배열되는 복수 개의 제2디스크들; 및 상기 복수 개의 제1디스크들과 상기 복수 개의 제2디스크들을 각각 연결하는 복수 개의 스페이서들을 포함하고, 상기 복수 개의 스페이서들은, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들과 함께, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이에 길이 방향에 교차하는 방향으로 노치를 각각 형성하고, 인접하는 한 쌍의 스페이서들은 상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 만곡되게 형성된다.

Description

순응 관절{COMPLIANT JOINT}
이하, 실시예들은 순응 관절에 관한 것이다.
도구가 좁은 공간 내에서 유연하게 움직임과 동시에 목표 위치에 원하는 힘을 정확하게 전달하도록 돕는 순응 관절이 개발되고 있다. 이러한 순응 관절은 벤딩 평면(bending plane)에서 발생하는 외력에 따른 변형을 견디도록 높은 강성을 가지면서도 외력에 따른 의도하지 않은 변형을 감소시킬 것이 요구된다.
일본 공개특허공보 특개2017-093817호 (2017.06.01. 공개)
일 실시예에 따른 목적은 굽힘 평면에서 발생하는 외력에 따른 변형을 견디도록 높은 강성을 가지면서도 외력에 따른 의도치 않은 변형을 감소시키는 순응 관절을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 순응 관절은 길이 방향의 축을 따라 일 측에 배열되는 복수 개의 제1디스크들; 길이 방향의 축을 따라 타 측에 배열되는 복수 개의 제2디스크들; 및 상기 복수 개의 제1디스크들과 상기 복수 개의 제2디스크들을 각각 연결하는 복수 개의 스페이서들을 포함하고, 상기 복수 개의 스페이서들은, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들과 함께, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이에 길이 방향에 교차하는 방향으로 노치를 각각 형성하고, 인접하는 한 쌍의 스페이서들은 상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 만곡되게 형성된다.
상기 복수 개의 스페이서들은 상기 복수 개의 스페이서들이 상기 복수 개의 제1디스크들 및 상기 복수 개의 제2디스크들과 각각 만나는 부분에서의 폭과 동일한 두께를 가질 수 있다.
인접하는 한 쌍의 스페이서들은 상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 외측으로 만곡된 제1만곡부 및 상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 내측으로 만곡된 제2만곡부를 각각 포함할 수 있다.
인접하는 한 쌍의 스페이서들의 각각의 두께는 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들의 사이의 거리 및 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제2만곡부들 사이의 거리에 기초하여 결정될 수 있다.
인접하는 한 쌍의 스페이서들의 형상은 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
<수학식>
Figure 112018131291112-pat00001
(여기서, C는 설정 상수, LN은 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리, LS는 스페이서의 두께, h는 인접하는 한 쌍의 제2만곡부들 사이의 거리의 절반을 나타냄).
상기 제1만곡부들 및 상기 제2만곡부들은 각각 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 대칭적일 수 있다.
상기 제1만곡부 및 상기 제2만곡부는 동일한 곡률 반경을 가질 수 있다.
인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리는 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제2만곡부들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다.
인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리는 인접하는 한 쌍의 스페이서들이 연결하는 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이의 거리 또는 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이의 거리와 동일할 수 있다.
복수 개의 노치들이 길이 방향을 따라 외과적 순응 관절의 일 측과 타 측에 교번하며 나타나도록 상기 복수 개의 제1디스크들 및 상기 복수 개의 제2디스크들이 배열될 수 있다.
상기 순응 관절은 상기 복수 개의 제1디스크들을 연결하는 제1 길이 방향 부재 및 상기 복수 개의 제2디스크들을 연결하는 제2 길이 방향 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 순응 관절은 굽힘 평면에서 발생하는 외력에 따른 변형을 견디도록 높은 강성을 가지면서도 외력에 따른 의도치 않은 변형을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 순응 관절의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 순응 관절의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제1상태의 순응 관절의 정면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제2상태의 순응 관절의 정면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 순응 관절의 일부 구조의 정면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 순응 관절의 노치의 형상을 결정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 순응 관절(10)은 적어도 하나 이상의 방향으로 유연하게 벤딩되어 이와 함께 사용되는 도구가 목표 위치에 원하는 힘을 전달하도록 도울 수 있다. 예를 들어, 순응 관절(10)은 뼈 조직을 대상으로 하는 수술 도구의 메커니즘으로 사용될 수 있으며, 골낭종(osteocystoma) 등 병변을 제거하기 위해 수술 도구의 유연한 움직임을 가능하게 한다. 다만, 순응 관절(10)의 용도는 이에 제한되지 않으며, 유연한 움직임을 갖는 메커니즘이 요구되는 다양한 분야에서 적용될 수도 있다.
순응 관절(10)은 길이 방향의 축(X)을 따라 일렬로 배열되며 서로 연결되는 제1바디(110), 벤딩 어셈블리(120) 및 제2바디(130)를 포함할 수 있다. 제1바디(110)는 피봇(pivot)을 가질 수 있으며, 벤딩 어셈블리(120)는 제1바디(110)의 피봇에 대해 벤딩될 수 있다. 제1바디(110), 벤딩 어셈블리(120) 및 제2바디(130)는 각각 그 횡단면이 원형을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 벤딩 어셈블리(120)가 제1바디(110)에 대해 벤딩될 수 있도록 그 횡단면은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
벤딩 어셈블리(120)는 복수 개의 제1디스크(121)들, 복수 개의 제2디스크(122)들 및 복수 개의 스페이서(123)들을 포함할 수 있다.
복수 개의 제1디스크(121)들은 길이 방향의 축(X)을 따라 일 측에 배열되고, 복수 개의 제2디스크(122)들은 길이 방향의 축(X)을 따라 타 측에 배열될 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 제1디스크(121)들 및 복수 개의 제2디스크(122)들은 길이 방향의 축(X)을 기준으로 양 측에 나란히 배열될 수 있다.
복수 개의 스페이서(123)들은 복수 개의 제1디스크(121)들과 복수 개의 제2디스크(122)들을 각각 연결할 수 있다. 어느 하나의 제1디스크(121)를 기준으로 볼 때, 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들은 상기 제1디스크(121)의 상부와 인접하는 어느 하나의 제2디스크(122)의 하부를 연결하고, 상기 제1디스크(121)의 하부와 인접하는 다른 하나의 제2디스크(122)의 상부를 연결할 수 있다. 어느 하나의 제2디스크(122)를 기준으로 볼 때, 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들은 상기 제2디스크(122)의 상부와 어느 하나의 제1디스크(121)의 하부를 연결하고, 상기 제2디스크(122)의 하부와 다른 하나의 제1디스크(121)의 상부를 연결하는 것으로도 이해될 수 있다.
복수 개의 스페이서(123)들은 인접하는 한 쌍의 제1디스크(121)들 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크(122)을 각각 이격시킬 수 있다. 이에 따라, 인접하는 한 쌍의 제1디스크(121)들과, 이들을 인접하는 하나의 제2디스크(122)에 각각 연결하는 한 쌍의 스페이서(123)들에 의해 대체로 슬롯 형상의 노치(N)가 규정될 수 있다. 이러한 노치(N)는 축(X)의 방향에 교차하는 방향을 따라 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 복수 개의 제1디스크(121)들 및 복수 개의 제2디스크(122)들은 복수 개의 노치(N)들이 길이 방향의 축(X)을 따라 순응 관절(10)의 일 측과 타 측에 교번하며 나타나도록 배열될 수 있다. 이러한 디스크들의 배열은 순응 관절(10)이 일 측 방향으로의 벤딩과 타 측 방향으로의 벤딩을 모두 구현할 수 있도록 돕는다.
벤딩 어셈블리(120)는 길이 방향의 축(X)을 포함하는 벤딩 평면에서 발생하는 외력에 의한 변형에 대해 견딜 수 있도록 높은 강성을 가지는 구조를 가질 수 있다. 복수 개의 스페이서(123)들은 복수 개의 노치(N)들의 각각을 기준으로 설정 곡률에 따라 만곡되게 형성될 수 있다. 이러한 스페이서(123)들의 만곡 구조는 순응 관절(10)이 벤딩되는 동안 발생하는 노치(N)를 형성하는 인접하는 디스크들 및 스페이서들의 내부 응력을 균일하게 분산할 수 있으며, 형성된 노치(N)의 형상 변형을 감소 또는 방지할 수 있다.
복수 개의 스페이서(123)들은 복수 개의 스페이서(123)들이 복수 개의 제1디스크(121)들과 만나는 부분들의 각각의 폭(WM) 및 복수 개의 스페이서(123)들이 복수 개의 제2디스크(122)들과 만나는 부분들의 각각의 폭(WM)과 실질적으로 동일한 두께(LS)를 가질 수 있다. 노치(N)의 형상을 설계함에 있어서, 이러한 구조는 동일한 크기의 공간 내에서 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들 사이의 간격 - 후술하는 바와 같은 인접하는 제1만곡부(1231)들 사이의 거리(LN) - 을 유지하면서도 스페이서(123)의 두께(LS)를 증가시키는 것으로도 이해될 수 있으며, 순응 관절(10)이 굽힘 평면에서의 외력에 의한 변형에 대해 잘 견딜 수 있도록 높은 강성의 순응 관절(10)을 구현하는 것을 돕는다.
복수 개의 스페이서(123)들은 제1만곡부(1231) 및 제2만곡부(1232)를 각각 포함할 수 있다. 제1만곡부(1231) 및 제2만곡부(1232)는 인접하는 디스크들 사이에 형성된 슬롯 형상의 노치의 내부 단부의 형상을 결정할 수 있다. 제1만곡부(1231)는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들 사이의 노치(N)를 기준으로 외측으로 만곡될 수 있다. 제2만곡부(1232)는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들 사이의 노치(N)을 기준으로 내측으로 만곡될 수 있다. 이에 따라, 제1만곡부(1231) 및 제2만곡부(1232) 사이에는 스페이서(123)의 만곡 프로파일의 변곡점이 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제1만곡부(1231)들 및 제2만곡부(1232)들은 이들이 형성하는 노치(N)를 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제1만곡부(1231)들 사이의 거리(LN)는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제2만곡부(1232)들 사이의 거리(2h)보다 크거나 같을 수 있다.
일 실시예에서, 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제1만곡부(1231)들 사이의 거리(LN)는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들이 연결하는 인접하는 한 쌍의 제1디스크(121)들 사이의 거리 및/또는 인접하는 한 쌍의 제2디스크(122)들 사이의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 제1만곡부(1231)의 곡률 반경 및 제2만곡부(1232)의 곡률 반경은 실질적으로 동일할 수 있다.
복수 개의 스페이서(123)들의 각각의 두께(LS)는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제1만곡부(1231)들 사이의 거리(LN) 및 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제2만곡부(1232)들 사이의 거리(2h)에 기초하여 결정될 수 있다. 이는 노치(N)의 형상이 단순히 복수 개의 스페이서(123)들의 각각의 두께(LS) 및 인접하는 디스크(121; 122)들 사이의 간격(여기서는 제1만곡부(1231)들 사이의 거리(LN))의 2가지 파라미터 외에 제2만곡부(1232)들 사이의 거리(2h)도 함께 고려하여 결정된다는 것을 의미한다. 이러한 노치(N)의 형상을 결정하는 방식은 인접하는 디스크(121; 122)들 사이의 간격을 유지하면서도 스페이서(123)의 두께를 증가시킬 수 있으며, 이러한 방식으로 결정된 형상의 노치(N)를 포함하는 순응 관절(10)의 구조는 스페이서(123)의 두께를 증가시키기 전의 순응 관절(10)의 구조보다 높은 강성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 노치(N)의 형상을 결정하는 방식은 다음의 수학식들에 의해 결정될 수 있다. 이는 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 형상을 결정하는 방식으로도 이해된다.
<수학식 1>
Figure 112018131291112-pat00002
여기서, L은 순응 관절(10)의 전체 길이, N은 노치(N)의 개수, R은 제1만곡부의 곡률 반경, LS는 스페이서(123)의 두께, h는 인접하는 한 쌍의 제2만곡부(1232)들 사이의 거리의 절반을 나타낸다.
<수학식 2>
Figure 112018131291112-pat00003
<수학식 3>
Figure 112018131291112-pat00004
여기서, w는 제1디스크(121)와 제2디스크(122) 사이의 스페이서(123)의 길이를 나타낸다.
수학식 1 내지 3을 정리하면, 노치(N)의 형상을 결정하는 방식은 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 4>
Figure 112018131291112-pat00005
여기서, C는 설정 상수, LN은 인접하는 한 쌍의 스페이서(123)들의 제1만곡부(1231)들 사이의 거리, LS는 스페이서(123)의 두께, h는 인접하는 한 쌍의 제2만곡부(1232)들 사이의 거리의 절반을 나타낸다. 여기서, 설정 상수는 순응 관절(10)의 전체 길이, 노치(N)의 개수 등에 의해 결정될 수 있다.
수학식 4을 변화량에 관한 함수로 변환하면, 다음과 같은 수학식이 결정된다.
<수학식 5>
Figure 112018131291112-pat00006
수학식 5에 의하면, 순응 관절(10)의 노치(N)의 형상을 결정함에 있어서, 인접하는 디스크(121; 122)들 사이의 거리(LN)를 유지한 상태에서 제2만곡부(1232)들 사이의 거리(2h)를 조절함으로써 스페이서(123)의 두께를 증가시킬 수 있다는 점을 알 수 있다. 즉, 순응 관절(10)의 노치(N)의 일부 형상을 결정하는 스페이서(123)가 만곡된 형상을 가지면, 벤딩 평면에서 발생하는 외력에 의한 변형에 잘 견디는 높은 강성의 순응 관절(10)을 구현할 수 있다.
순응 관절(10)은 제1 길이 방향 부재(141) 및 제2 길이 방향 부재(142)를 포함할 수 있다. 제1 길이 방향 부재(141)는 복수 개의 제1디스크(121)들을 연결하고, 제2 길이 방향 부재(142)는 복수 개의 제2디스크(122)들을 연결할 수 있다. 제1 길이 방향 부재(141) 및 제2 길이 방향 부재(142)는 벤딩 어셈블리(120)가 제1바디(110)에 대해 일 방향으로 벤딩되도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 제2 길이 방향 부재(142)에 당기는 방향(도 2를 기준으로 아래 방향)으로 힘이 제공되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접하는 한 쌍의 제1디스크(121)들 사이의 간격이 증가하는 한편, 인접하는 한 쌍의 제2디스크(122)들 사이의 간격이 감소하도록 벤딩 어셈블리(120)가 제1바디(110)에 대해 벤딩될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 길이 방향의 축을 따라 일 측에 배열되며 제1열을 형성하는 복수 개의 제1디스크들;
    길이 방향의 축을 따라 타 측에 배열되며 제1열과 다른 제2열을 형성하는 복수 개의 제2디스크들; 및
    상기 복수 개의 제1디스크들과 상기 복수 개의 제2디스크들을 각각 연결하는 복수 개의 스페이서들;
    을 포함하고,
    상기 스페이서들은, 어느 하나의 제1디스크 및 상기 제1디스크에 인접하는 한 쌍의 제2디스크들을 연결하고, 어느 하나의 제2디스크 및 상기 제2디스크에 인접하는 한 쌍의 제1디스크들을 연결하고,
    상기 복수 개의 스페이서들은, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들과 함께, 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이 및 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이에 길이 방향에 교차하는 방향으로 노치를 각각 형성하고, 상기 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이에 형성되는 노치 및 상기 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이에 형성되는 노치는 상기 길이 방향의 축을 따라 교번하며 나타나도록 형성되고,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들은 상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 만곡되게 형성되고,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들은
    상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 외측으로 만곡된 제1만곡부; 및
    상기 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 내측으로 만곡된 제2만곡부;
    를 각각 포함하는 순응 관절.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서들은 상기 복수 개의 스페이서들이 상기 복수 개의 제1디스크들 및 상기 복수 개의 제2디스크들과 각각 만나는 부분에서의 폭과 동일한 두께를 갖는 순응 관절.
  3. 제1항에 있어서,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들의 각각의 두께는 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들의 사이의 거리 및 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제2만곡부들 사이의 거리에 기초하여 결정되는 순응 관절.
  4. 제1항에 있어서,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들의 형상은 아래의 수학식에 따라 결정되는 순응 관절.
    <수학식>
    Figure 112020090297957-pat00013

    (여기서, C는 설정 상수, LN은 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리, LS는 스페이서의 두께, h는 인접하는 한 쌍의 제2만곡부들 사이의 거리의 절반을 나타냄).
  5. 제1항에 있어서,
    인접하는 한 쌍의 제1만곡부들 및 인접하는 한 쌍의 제2만곡부들은 각각 인접하는 한 쌍의 스페이서들 사이의 노치를 기준으로 대칭적인 순응 관절.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1만곡부 및 상기 제2만곡부는 동일한 곡률 반경을 갖는 순응 관절.
  7. 제1항에 있어서,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리는 인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제2만곡부들 사이의 거리보다 크거나 같은 순응 관절.
  8. 제1항에 있어서,
    인접하는 한 쌍의 스페이서들의 제1만곡부들 사이의 거리는 인접하는 한 쌍의 스페이서들이 연결하는 인접하는 한 쌍의 제1디스크들 사이의 거리 또는 인접하는 한 쌍의 제2디스크들 사이의 거리와 동일한 순응 관절.
  9. 제1항에 있어서,
    복수 개의 노치들이 길이 방향을 따라 순응 관절의 일 측과 타 측에 교번하며 나타나도록 상기 복수 개의 제1디스크들 및 상기 복수 개의 제2디스크들이 배열되는 순응 관절.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1디스크들을 연결하는 제1 길이 방향 부재; 및
    상기 복수 개의 제2디스크들을 연결하는 제2 길이 방향 부재;
    를 더 포함하는 순응 관절.
  11. 삭제
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