KR102245962B1

KR102245962B1 - 구름 조인트와 돌기 부재를 이용한 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치

Info

Publication number: KR102245962B1
Application number: KR1020190056877A
Authority: KR
Inventors: 김계리; 권성일; 김정률
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-04-29
Also published as: US11278365B2; KR20200132051A; US20200360101A1

Abstract

서로 직렬 연결되는 복수의 세그먼트의 상대적인 움직임에 의해 굴절하는 관절 구조체는, 서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고, 제1 세그먼트에는 제1 전방 구름 접촉면이 형성되고, 제2 세그먼트에는 제1 전방 구름 접촉면과 제1 방향 접촉선에서 서로 선 접촉하는 제2 후방 구름 접촉면이 형성되며, 제1 세그먼트에는 제1 전방 구름 접촉면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부가 형성되고, 제2 세그먼트에는 제2 후방 구름 접촉면에서 함몰되어 돌기부가 삽입되는 체결부가 형성되며, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고, 돌기부는, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 제1 방향에 대해 지지한다.

Description

구름 조인트와 돌기 부재를 이용한 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치{Articulating structure using rolling joint and projection member, and Tube insert device haivng the same}

본 발명은 관절 구조체 및 이를 구비한 튜브 삽입형 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구름 조인트와 돌기 부재를 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 돌기 구조에 의해 각각의 세그먼트를 지지하는 구조가 채용되는 경우가 있다. 특허문헌 1에서는 세그먼트의 상대 운동시 돌기 구조물이 회동 중심이 되는 힌지 역할을 하게 된다.

고정된 돌기 구조물에 의해 두 세그먼트는 힌지 부분에 운동시 발생하는 하중이 집중되어 두 세그먼트의 움직임이 부드럽지 못하다. 또한, 특허문헌 1의 돌기 구조물은 조인트의 굴절 방향과 대략 수직하는 방향에 대한 측면을 지지하지 못해 측면 강성이 취약하다.

미국 특허공개 제2014/0148787호

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 굴절하는 관절 구조체로서, 서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 세그먼트에는 제1 전방 구름 접촉면이 형성되고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제1 전방 구름 접촉면과 제1 방향으로 연장되는 접촉선("제1 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하는 제2 후방 구름 접촉면이 형성되며, 상기 제1 세그먼트에는 상기 제1 전방 구름 접촉면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부가 형성되고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 후방 구름 접촉면에서 함몰되어 상기 돌기부가 삽입되는 체결부가 형성되며, 상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트는 상기 제1 전방 구름 접촉면과 상기 제2 후방 구름 접촉면의 선 접촉을 유지한채 상기 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고, 상기 돌기부는, 상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트를 상기 제1 방향에 대해 지지하는 관절 구조체가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 돌기부는, 상기 구름 운동시 상기 돌기부의 선단이 상기 체결부의 바닥면과 접하지 않으면서, 상기 돌기부의 적어도 일부분은 상기 체결부 내부에 삽입된 상태를 유지하는 길이로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전방 구름 접촉면에는 두 개의 돌기부가 상기 제1 세그먼트의 중심으로부터 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 돌기부는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향의 폭을 가지고, 상기 체결부는 상기 제2 방향의 폭을 가지며, 상기 돌기부의 폭은 상기 체결부의 폭보다 작다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 세그먼트에는 각각의 세그먼트의 전후면을 관통하도록 와이어 연결공이 형성되고, 상기 돌기부의 외측면에는 와이어가 통과하기 위한 와어어 통과홈이 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절 구조체가 직선으로 배치되었을 때 상기 관절 구조체의 길이 방향으로의 위치가 일치하도록 배치되는 각각의 세그먼트의 와이어 연결공들을 와이어가 관통하고, 상기 와이어를 상기 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 제1 전방 구름 접촉면과 상기 제2 후방 구름 접촉면은 원 기둥의 둘레의 일부로 이루어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 돌기부의 외측면과 내측면은 상기 제1 세그먼트의 반경 방향 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 세그먼트와 접하도록 배치되는 제3 세그먼트를 포함하고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 후방 구름 접촉면의 반대 쪽에 제2 전방 구름 접촉면이 형성되고, 상기 제3 세그먼트에는 상기 제2 전방 구름 접촉면과 서로 선 접촉하는 제3 후방 구름 접촉면이 형성되며, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 전방 구름 접촉면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부가 형성되고, 상기 제3 세그먼트에는 상기 제3 후방 구름 접촉면에서 함몰되어 상기 돌기부가 삽입되는 체결부가 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전방 구름 접촉면과 상기 제3 후방 구름 접촉면은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 접촉선("제2 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하고, 상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트는 상기 제2 전방 구름 접촉면과 상기 제3 후방 구름 접촉면의선 접촉을 유지한채 상기 제2 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고, 상기 제2 세그먼트의 돌기부는, 상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트를 상기 제2 방향에 대해 지지한다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 세그먼트의 중앙에는 각각의 세그먼트의 상하면을 관통하도록 형성되는 도구 연결공이 형성된다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관절 구조체를 구비한 수술 기구의 사시도이다.
도 2a ~ 2e는 관절 구조체의 제1 세그먼트를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 관절 구조체의 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트의 결합 상태도이다.
도 5는 관절 구조체의 제4 세그먼트의 사시도이다.
도 6은 관절 구조체의 제5 세그먼트의 사시도이다.
도 7은 제1 방향에서 바라본 관절 구조체의 단면도이다.
도 8은 제1 방향에서 바라본 관절 구조체의 동작 상태도이다.
도 9는 제2 방향에서 바라본 관절 구조체의 단면도이다.
도 10은 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, 500)가 직렬 연결되어 형성된다. 후술하는 바와 같이, 관절 구조체(10)는 복수의 세그먼트(100, 200, 300, 400, 500)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(제5 세그먼트)(500)와, 제5 세그먼트(500)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 제3 세그먼트(300)와, 상기 제3 세그먼트(300)와 접하도록 직렬 배치되는 원위 세그먼트(제4 세그먼트)(400)를 포함한다.

본 명세서에서는 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)가 직선으로 배치될 때, 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)의 중심을 잇는 선의 방향을 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)으로 한다.

도 2a ~ 2e는 관절 구조체(10)의 제1 세그먼트(100)를 도시한 도면이다. 도 2a는 제1 세그먼트(100)의 사시도이고, 도 2b는 제1 세그먼트(100)의 정면도이며, 도 2c는 제1 세그먼트(100)의 측면도이다. 도 2d는 제1 세그먼트(100)의 평면도이고, 도 2e는 제1 세그먼트(100)의 배면도이다.

도 2a ~ 2e에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)는 소정의 두께를 가지는 몸체(110)와, 몸체(110)의 전방면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부(150)와, 몸체(100)의 후방면에서 함몰되는 체결부(161)를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 몸체(110)의 전방면에는 제1 전방 구름 접촉면(140)이 형성되고, 몸체(110)의 후방면에는 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 2c에 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 2b에 잘 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 제1 후방 구름 접촉면(130)은, 제1 후방 구름 접촉면(130)으로부터 전방으로 소정 거리만큼 이격되고 제1 방향(X)과 수직인 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.

몸체(110)의 측면(120)은 원기둥의 둘레면을 이루어져, 제1 세그먼트(100)를 전방 또는 후방에서 볼 때, 몸체(100)는 제1 세그먼트(100)의 중심을 중심점으로 하는 원을 이루고 있다.

몸체(110)에는 전후 방향으로 몸체(110)를 관통하는 복수의 와이어 연결공(171, 172)이 형성된다. 본 실시예에 따르면, 4개의 와이어 연결공(171, 172)이 형성되고, 와이어 연결공(171, 172)은 제1 방향(X)으로 배치되는 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공(171)과 제2 방향(Y)으로 배치되는 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공(172)을 포함한다.

4개의 와이어 연결공(171, 172)으로 둘러싸인 제1 세그먼트(100)의 중앙에는 몸체(110)를 전후 방향으로 관통하는 도구 연결공(180)이 형성되어 있다.

본 실시예에 따르면, 제1 전방 구름 접촉면(140)에는 제1 세그먼트(100)의 전방으로 기립한 두 개의 돌기부(150)가 형성되어 있다. 두 개의 돌기부(150)는 제1 세그먼트(100)의 중심으로부터 제1 방향(X)으로 이격되어 배치되어 있다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 두 개의 돌기부(150)는 제1 방향(X)으로 배열된 두 개의 제1 방향 와이어 연결공(171)의 사이에 배치된다.

돌기부(150)는 제1 전방 구름 접촉면(140)의 전방으로 높이를 가지도록 연장되고, 제2 방향(Y)의 폭이 제1 방향(X)의 폭 보다 큰 기둥체 형상을 가진다.

본 실시예에 따르면, 돌기부(150)의 외측면(152)과 내측면(154)은 제1 세그먼트(100)의 반경 방향의 외측으로 볼록한 곡면이다. 더 구체적으로, 본 실시예에 따르면, 돌기부(150)의 외측면(152)과 내측면(154)은 제1 세그먼트(100)의 측면(120)과 동심인 원기둥의 둘레의 일부로 이루어진다. 즉, 외측면(152)과 내측면(154)을 각각 그 둘레 방향으로 연장하면, 제1 세그먼트(100)의 측면(120)과 동심인 원기둥의 둘레면이 된다.

돌기부(150)의 내측면(154)은 도구 연결공(180)과 동일한 반경을 가지고, 도구 연결공(180)의 내면과 단차 없이 부드럽게 이어진다(도 2a 참조).

돌기부(150)의 외측면(152)은 제1 세그먼트(100)의 반경 방향 내측으로 파인 와이어 통과홈(153)이 형성된다. 와이어 통과홈(153)은 제1 세그먼트(100)의 전후 방향에서 볼 때 제1 방향 와이어 연결공(171)과 실질적으로 접하도록 형성된다. 와이어 통과홈(153)을 형성하지 않고 돌기부(150)의 외측면(152)을 원기둥 둘레의 일부로 형성하면, 돌기부(150)의 외측면(152)은 제1 방향 와이어 연결공(171)의 일부를 가리면서 연장되게 된다. 본 실시예에 따르면, 와이어 통과홈(153)을 오목하게 형성함으로써 제1 방향 와이어 연결공(171)의 개구가 돌기부(150)에 의해 가려지지 않고 제1 전방 구름 접촉면(140)에서 노출된다.

본 실시예에 따르면, 돌기부(150)의 내측면(154)을 (도구 연결공(180)과 동일한 반경을 가지는) 곡면으로 형성함으로써, 돌기부(150)의 제2 방향(Y)의 폭을 소정 길이 이상으로 확보하면서도, 도구 연결공(180)의 반경을 크게 할 수 있다. 즉, 제한된 제1 세그먼트(100)의 반경 범위 내에서 도구 연결공(180)의 크기를 가능한 크게 할 수 있어, 도구가 통과하기 위한 공간을 여유롭게 할 수 있다.

반면, 돌기부(150)의 외측면(152)을 곡면으로 형성됨으로써, 돌기부(150)의 제2 방향(Y)의 폭의 크기를 소정 길이 이상으로 확보하면서도, 제1 세그먼트(100)의 반경을 최대한 줄일 수 있다. 아울러, 돌기부(150)의 외측면(152)의 일부를 절개하여 와이어 통과홈(153)을 형성함으로써, 제1 방향 와이어 연결공(171)을 좀더 제1 세그먼트(100)의 중심 쪽으로 형성할 수 있어, 제1 세그먼트(100)의 반경을 감소시킬 수 있다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(100)의 제1 후방 구름 접촉면(130)에는 후방 홈(160)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 후방 홈(160)은 두 개의 돌기부(150)의 배열 방향(제1 방향(X))과 90도 틀어진 제2 방향(Y)으로 길게 연장되는 형상을 가진다.

후방 홈(160)의 중앙부는 도구 연결공(180)과 연통되어 바닥이 뚫린 부분이되고, 양단부는 바닥이 막힌 홈이다. 본 실시예에 따르면, 후방 홈(160)의 양단부가 각각 체결부(161)가 된다. 즉, 본 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(100)에는 제1 후방 구름 접촉면(130)에서 함몰되어 두 개의 체결부(161)가 형성되고, 두 개의 체결부(161)는 두 개의 돌기부(150)와 90도 회전되어 제2 방향(Y)으로 배치된다.

체결부(161)는 제1 세그먼트(100)의 몸체(110)의 높이보다는 작지만 돌기부(150)의 길이보다는 큰 깊이를 가진다.

체결부(161)는 체결부(161)의 개구와 마주하는 바닥면(162)과 제1 세그먼트(100)의 전후 방향으로 형성되는 내측면(163)을 구비한다.

본 실시예에 따르면, 체결부(161)의 내측면(163)은 돌기부(150)(제1 세그먼트(100)의 측면(120))과 동심인 원기둥의 둘레의 일부로 이루어진다.

체결부(161)의 바닥면(162)을 관통하도록 제2 와이어 연결공(172)이 형성되고, 제2 와이어 연결공(172)은 전후 방향에서 볼 때 체결부(161)의 내측면(163)과 실질적으로 접하도록 형성된다.

체결부(161)의 내측면(163)에는 두 개의 돌기(164)가 돌출 형성되어 있다. 본 실시예에서는 두 개의 돌기(164) 사이의 내측면(163) 부분은 와이어 통과부(165)가 되고, 와이어 통과부(165)의 길이는 돌기부(150)의 와이어 통과홈(153)의 길이와 대략 동일하다.

두 개의 돌기(164) 사이에서 체결부(161)의 바닥면(162)을 관통하도록 제2 와이어 연결공(172)이 형성되고, 제2 와이어 연결공(172)은 전후 방향에서 볼 때 체결부(161)의 와이어 통과부(165)와 실질적으로 접하도록 형성된다.

상기와 같은 구성의 제1 세그먼트(100)는 제2 세그먼트(200)과 전후 방향으로 접촉하도록 배치되어 체결된다.

본 실시예에 따르면, 제2 세그먼트(200)의 구성은 제1 세그먼트(100)와 실질적으로 동일하다. 도 2a ~ 도 2e 및 상술한 도 2a ~ 도 2e에 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 3 및 도 4는 서로 체결된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 모습을 도시한 것이다. 도 3은 상대적으로 굴절된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 동작 상태도이다. 도 4는 서로 체결된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)를 후방에서 전방으로 향해 바라본 도면이고, 도 4에서는 설명의 편의를 위해 제1 세그먼트(100)는 돌기부(150) 만이 도시되었다.

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.

이때, 제1 세그먼트(100)의 돌기부(150)는 각각 제2 세그먼트(200)의 체결부(261)에 삽입된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 돌기부(150)의 제2 방향(Y)의 폭은 체결부(261)의 폭보다 작다.

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), 돌기부(150)는 체결부(261)의 가운데에 위치한다.

돌기부(150)의 외측면(152)은 체결부(261)의 내측면(263)과 약간의 틈새를 두고 배치된다. 이때, 돌기부(150)의 와이어 통과홈(153)과 체결부(261)의 와이어 통과부(265)는 서로 마주하도록 배치된다. 와이어 통과홈(153)과 와이어 통과부(265) 사이에는 돌기부(150)의 외측면(152)과 체결부(261)의 내측면(263)의 사이 공간에 비해 더 큰 공간인 와이어 통로(266)가 형성된다. 와이어 통로(262)는 초기 상태에서는 제2 방향(Y)의 폭이 제1 방향(X)의 폭보다 큰 대략 직사각 기둥 형태의 공간이며, 와이어 통로(262)의 제1 방향(X)의 폭은 제2 세그먼트(200)의 제1 와이어 연결공(272)의 직경의 크기와 실질적으로 동일하다.

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.

본 실시예에 따르면, 돌기부(150)의 제2 방향(Y)의 폭은 체결부(261)의 폭보다 작게 형성되며, 두 세그먼트(100, 200)가 구름 운동 할 때, 돌기부(150)의 상단 모서리가 제2 세그먼트(200)의 후방 홈(260)의 내측면에 닿지 않을 정도로 돌기부(l50)의 폭이 설정된다. 즉, 두 세그먼트(100, 200)가 소정 각도 이상으로 굴절하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 돌기부(150)의 한 쪽의 상단 모서리가 체결부(261)로부터 이탈할 수 있도록 되어 있다. 이에 따라서, 두 세그먼트(100, 200)는 돌기부(150)에 간섭 받지 않고, 초기 상태에서 최대 굴절 상태까지 구름 운동할 수 있다.

다만, 두 세그먼트(100, 200)가 소정 각도로 굴절하면, 돌기부(150)의 상단 모서리가 제2 세그먼트(200)의 후방 홈(260)의 내측면에 닿도록 하여, 제2 세그먼트(200)가 제1 세그먼트(100)에 대해 더이상 기울어질 수 없게 함으로써, 관절 구조체(10)의 최대 굴절 각도를 조절할 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(100)의 돌기부(150)는, 초기 상태 뿐 아니라 돌기부(150)가 체결부(261)에 대해서 기울어지면서 돌기부(150)와 체결부(261)의 바닥면(262) 사이의 거리가 초기 상태일 때보다 더 가까워지는 순간에도 돌기부(150)의 선단면(151)이 제2 세그먼트(200)의 체결부(261)의 바닥면(262)에 접하지 않는 길이로 형성된다.

이에 따라서, 돌기부(150)가 체결부(261)의 바닥면(262)에 접하여 제2 세그먼트(200)를 들어올리거나 하는 일이 발생하지 않으므로, 두 세그먼트(100, 200)는 선 접촉을 유지한채로 구름 운동하는 것이 가능하다.

위와 같이, 제1 세그먼트(100)의 돌기부(150)의 길이는 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)의 상대적인 구름 운동을 방해하지 않도록 형성되지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 돌기부(150)의 길이는 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 구름 운동하여 최대로 굴절된 상태에서도 돌기부(150)의 적어도 일부분이 여전히 체결부(261)의 내부에 삽입된 상태로 유지되도록 설정된다.

즉, 돌기부(150)는 제2 세그먼트(200)의 체결부(261)를 제1 방향(X)으로 지지하고 있으므로, 구름 운동시 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 제1 방향(X)으로 어긋나거나 분리되는 것을 방지할 수 있다. 더 구체적으로, 본 실시예에 따르면, 두 개의 돌기부(150)의 외측면(152)에 제2 세그먼트(200)의 체결부(261)의 내측면(263)이 맞닿아서, 도 4에서 좌측에서 우측으로 가해지는 힘은 좌측의 돌기부(150)가 저항하고, 우측에서 좌측으로 가해지는 힘은 우측의 돌기(150)가 저항하여 지지하도록 되어 있다. 이와 같이, 두 개의 돌기부(150)를 형성함으로써, 돌기부(150) 사이에 도구 연결공(280)을 형성할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 관절 구조체(10)는 부드러운 동작 특성을 가지는 구름 조인트를 구비하면서도, 돌기의 지지력으로 조인트의 제1 방향(X)에 대한 강성을 유지할 수 있다.

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.

본 실시예에 따르면, 제3 세그먼트(300)는 제1 세그먼트(100)와 동일하다. 도 2a ~ 도 2e 및 상술한 도 2a ~ 도 2e에 대한 설명 중에서, "제1"을 "제3"로, 부재번호의 100 단위를 300으로 바꿔주면 제3 세그먼트(200)에 대한 설명헤 해당한다. 따라서, 제3 세그먼트(300)의 구성에 대한 자세한 설명은 중복하여 기재하지 않는다.

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 8 및 도 10 참조)에서 서로 선 접촉한다.

제2 세그먼트(200)의 돌기부(250)는 제3 세그먼트(300)의 체결부(361)에 삽입된다.

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 실시예에 따르면, 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.

관절 구조체(10)를 더 이상 전방으로 길이 연장하지 않고자 하는 경우, 관절 구조체(10)이 최전방에 원위 세그먼트를 결합하여도 좋다.

도 5는 관절 구조체(10)의 가장 원위에 위치하는 원위 세그먼트인 제4 세그먼트(400)의 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제4 세그먼트(400)는 전방면에 돌기부가 형성되지 않는다는 점을 제외하고, 다른 구성은 제2 세그먼트(200)의 구성과 동일하다. 여기서, 제4 세그먼트(300)의 전방 면은 원기둥 둘레의 일부를 이루는 제4 전방 구름 접촉면(440)으로 형성되어 있지만, 관절 구조체(10)의 가장 원위면인 제4 세그먼트(400)의 전방 면은 평평한 면으로 형성되어도 좋다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제4세그먼트(400)는 제3 세그먼트(300)의 전방에서 제3 세그먼트(300)와 접하도록 배치된다. 이때, 제3 세그먼트(300)의 제3 전방 구름 접촉면(340)과 제4 세그먼트(400)의 제4 전방 구름 접촉면(430)이 서로 접촉하게 되고, 제3 전방 구름 접촉면(340)과 제4 후방 구름 접촉면(430)은 제1 방향 접촉선(21)(도 8 및 도 10 참조)에서 서로 선 접촉한다.

제3 세그먼트(300)의 돌기부(350)은 제4 세그먼트(400)의 체결부(461)에 삽입된다.

이와 같이 연결된 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)는 선 접촉을 유지한채 제1 방향 접촉선(21)이 평행 이동하면서 제2 방향(Y)으로 상대적으로 구름 운동한다. 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)의 동작과 관련해서는 뒤에서 더 자세히 설명한다.

다르게는 제1 세그먼트(100)의 후방에 다른 세그먼트를 연결할 수도 있다. 도 6은 제1 세그먼트(100)의 후방에 연결되는 제5 세그먼트(500)의 사시도이다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제5 세그먼트(500)는 관절 구조체(10)의 가장 근위에 위치하는 근위 세그먼트이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제5 세그먼트(5400)는 기본적으로 제2 세그먼트(200)와 구성이 유사하다. 다만, 제5 세그먼트(500)에서는 몸체(510)의 두께가 다른 세그먼트들에 비해 좀더 크고, 후방면(530)이 평평하여 후방 구름 접촉면이 형성되지 않는다. 따라서, 원통형의 튜브체(11)의 선단에의 결합이 용이하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제5 세그먼트(500)는 제1 세그먼트(100)의 후방에서 제1 세그먼트(100)와 접하도록 배치된다. 이때, 제1 세그먼트(100)의 제1 후방 구름 접촉면(130)과 제5 세그먼트(500)의 제5 전방 구름 접촉면(540)이 서로 접촉하게 되고, 제1 후방 구름 접촉면(130)과 제5 전방 구름 접촉면(540)은 제2 방향 접촉선(22)(도 8 및 도 10 참조)에서 서로 선 접촉한다. 제5 세그먼트(500)의 돌기부(550)은 제1 세그먼트(100)의 체결부(161)에 삽입된다.

이와 같이 연결된 제1 세그먼트(100)와 제5 세그먼트(500)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 제5 세그먼트(500)의 동작과 관련해서도 뒤에서 더 자세히 설명한다.

상기와 마찬가지로, 제5 세그먼트(500) 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.

이하, 상기와 같이 구성된 관절 구조체(10)의 조향 동작에 대하여 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 7은 제1 방향(X)에서 바라본 관절 구조체(10)의 단면도이고, 도 8은 제1 방향(X)에서 바라본 관절 구조체(10)의 동작 상태도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)가 직선을 배치된 초기 상태에서, 각각의 세그먼트(100 내지 500)에 형성된 제2 와이어 연결공들(172, 271, 372, 471, 571)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(172, 271, 372, 471, 571)으로는 각각 와이어(610, 620)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 7에 도시된 바와 같이, 와이어(610, 620)의 선단은 예를 들어 제2 와이어 연경공보다 직경이 큰 헤드(600)에 연결되고, 헤드(600)는 제4 세그먼트(400)의 제4 전방 구름 접촉면(440)에 부착된다. 도 8에서는 와이어 및 헤드가 도시 생략되었다.

와이어(610, 620)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(610, 620)는 와이어 구동 수단에 연결된다. 상기 와이어 구동 수단은 와이어(610, 620)를 각각 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)으로 잡아 당기거나 풀어주도록 동작한다.

와이어(610, 620)는 약간의 탄성을 가지는 재질로 형성되며, 초기 상태에서 와이어 구동 수단은 두 와이어(610, 620)를 동일한 장력으로 잡아 당긴다. 이에 따라서, 관절 구조체(10)에 제2 방향(Y)으로 대칭되도록 후방을 향해 힘이 가해진다. 두 와이어(610, 620)의 균형적인 장력에 의해 관절 구조체(10)는 초기 상태로 고정될 수 있다.

체결부의 공간이 돌기부 보다 크기 때문에, 관절 구조체(10)이 조립시 돌기부를 체결부에 삽입하면 두 세그먼트가 도 4에 도시된 바와 같이 돌기부가 체결부의 중앙에 위치한 정자세로 놓이지 않고 돌기부가 체결부의 한쪽으로 치우친(즉, 두 세그먼트가 상대적으로 뒤틀린 자세로 놓이게 될 가능성이 있다. 이 경우, 두 세그먼트는 설정된 접촉선(21 또는 22)을 따라 선 접촉하지 못할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 와이어(610, 620)를 동일한 장력으로 팽팽하게 후방으로 당김에 따라서, 와이어 연결공들이 관절 구조체(10)의 길이 방향(Z)으로 실질적으로 일자로 배치되도록 힘을 받게 되고, 이 과정에서 뒤틀린 두 세그먼트가 정자세로 조정될 수 있다.

관절 구조체(10)의 조향을 위해서, 와이어 구동 수단은 예를 들어, 제2 와이어(620)를 잡아 당겨 장력을 증가시키고, 반면 제1 와이어(610)에 가하던 장력은 풀도록 할 수 있다.

이에 따라서, 헤드(600)에 의해 제4 세그먼트(400)의 제2 방향(Y)의 우측 방향이 후방으로 당겨지게 되고, 헤드(600)는 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)에 후방으로 누르게 된다.

이때, 헤드(600)가 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)를 후방으로 누르더라도, 제2 접촉선(22)을 따라 선 접촉된 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300), 제1 세그먼트(100)와 제5 세그먼트(500)는 서로 상대 운동을 하지 못한다. 반면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 접촉선(21)을 따라 선 접촉하는 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(300) 그리고 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)는 제2 방향(Y)의 우측으로 기울어지게 된다. 구체적으로는, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300)가 제1 세그먼트(100)에 대해 기울어지고, 제4 세그먼트(400)가 기울어진 제3 세그먼트(300)에 대해 더 기울어진다. 즉, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200) 그리고 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)의 두 군데의 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(680)가 형성된다. 튜브체(11)의 후단에서부터 삽입된 예를 들어 내시경 카메라, 조명 장치, 수술 기구 등의 각종 시술 기구가 도구 연결 통로(680)를 통과하여, 원위 세그먼트(400)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 제2 와이어(620)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제1 와이어(610)를 잡아 당겨 장력을 증가시키면, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200), 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)의 제1 접촉선(21)이 초기 상태인 중앙으로 이동하면서, 제2 방향(Y)의 우향으로 조향되었던 관절 구조체(10)가 초기 상태로 복귀할 수 있다. 나아가, 와이어 구동 수단이 제2 와이어(620)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제1 와이어(610)를 계속 잡아 당기면, 관절 구조체(10)는 도 8과 반대로 제2 방향(Y)의 좌향으로 조향될 수 있다.

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

도 9에 도시된 바와 같이, 관절 구조체(10)가 직선을 배치된 초기 상태에서는, 각각의 세그먼트(100 내지 500)에 형성된 제1 와이어 연결공들(171, 272, 371, 472, 572)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 연결공들(171, 272, 371, 472, 572)에는 각각 와이어(630, 640)가 관통한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 와이어(630, 640)의 선단은 예를 들어 제1 와이어 연경공보다 직경이 큰 헤드(600)에 연결되고, 헤드(600)는 제4 세그먼트(400)의 제4 전방 구름 접촉면(440)에 부착된다. 도 10에서는 와이어 및 헤드가 도시 생략되었다.

마찬가지로, 와이어(630, 640)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(630, 640)를 동일한 장력으로 잡아 당긴다. 이에 따라서, 관절 구조체(10)에 제1 방향(X)으로 대칭되도록 후방을 향해 힘이 가해한다. 와이어(630, 640)의 균형적인 장력에 의해 관절 구조체(10)는 초기 상태로 고정될 수 있다.

관절 구조체(10)의 조향을 위해서, 와이어 구동 수단은 예를 들어, 제4 와이어(640)를 잡아 당겨 장력을 증가시키고, 반면 제3 와이어(630)에 가하던 장력은 풀도록 할 수 있다.

이에 따라서, 헤드(600)에 의해 제4 세그먼트(400)의 제1 방향(X)의 우측 방향이 후방으로 당겨지게 되고, 헤드(600)는 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)에 후방으로 누르게 된다.

이때, 헤드(600)가 제1 내지 제5 세그먼트(100 내지 500)를 후방으로 누르더라도, 제1 접촉선(21)을 따라 선 접촉된 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200) 그리고 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)는 서로 상대 운동을 하지 못한다. 반면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 접촉선(22)을 따라 선 접촉하는 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300) 그리고 제1 세그먼트(100)와 제5 세그먼트(500)는 제1 방향(X)의 우측으로 기울어지게 된다. 구체적으로는, 제1 세그먼트(100)와 제2 세그먼트(200)가 제5 세그먼트(500)에 대해 기울어지고, 제3 세그먼트(300)와 제4 세그먼트(400)가 기울어진 제2 세그먼트(200)에 대해 더 기울어진다. 즉, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300) 그리고 제1 세그먼트(100)와 제5 세그먼트(500)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 제4 와이어(640)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제3 와이어(630)를 잡아 당겨 장력을 증가시키면, 제2 세그먼트(200)와 제3 세그먼트(300), 제1 세그먼트(100)와 제5 세그먼트(400)의 연결선인 제2 접촉선(22)이 초기 상태인 중앙으로 이동하면서, 제1 방향(X)의 우향으로 조향되었던 관절 구조체(10)가 초기 상태로 복귀할 수 있다. 나아가, 와이어 구동 수단이 제4 와이어(640)에 가해진 장력을 풀어주면서, 제3 와이어(630)를 계속 잡아 당기면, 관절 구조체(10)는 도 10와 반대로 제1 방향(X)의 좌향으로 조향될 수 있다.

도 7 내지 도 10에서는 관절 구조체(10)의 제1 방향(X)의 조향과 제2 방향(Y)의 조향을 나누어서 설명하였지만, 와이어 구동 수단은 제1 내지 제4 와이어(610 내지 640)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.

이때, 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 실시예에 따르면, 하나의 세그먼트에서 전방 구름 접촉면과 후방 구름 접촉면의 방향을 90도 돌려 배치하고, 전방 구름 접촉면에 형성되는 돌기부의 배열 방향과 후방 구름 접촉면에 형성되는 체결부의 배열 방향을 90로 돌려 배치함으로써, 관절 구조체(10)에 2자유도를 부여하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 세그먼트(100)에서 제1 전방 구름 접촉면(140)과 제1 후방 구름 접촉면(130)이 모두 제1 방향(X)의 가상의 축선을 중심으로 형성되는 원 기둥의 둘레의 일부로 형성되도록 하고, 제1 후방 구름 접촉면(130)에 형성되는 두 개의 체결부(161)가 제1 방향(X)으로 배치되도록 할 수 있다. 이와 같이 형성된 제1 세그먼트(100)와 동일한 구성의 세그먼트를 제1 세그먼트(100)의 전후방으로 차례로 직렬 연결하는 경우, 관절 구조체(10)는 제2 방향(Y)으로의 굴절만을 하는 1자유도의 구조체로 될 수 있다. 이 경우, 4개의 와이어는 필요치 않으며, 제1 와이어(610) 및 제2 와이어(620)와 그 연결공만 형성되어도 좋다.

이와 같이, 체결부(161)와 돌기부(150)를 90도 돌려진 위치로 배치하거나 서로 동일한 방향으로 배치할 수 있는 것은, 돌기부는 전방 구름 접촉면에서 전방으로 돌출되는 구조이고, 반대로 체결부는 전방 구름 접촉면과 대항하는 후방 구름 접촉면에서 함몰되는 구조이므로 가능하다. 즉, 세그먼트의 높이나 반경 등을 줄이지 않고도, 돌기부와 체결부의 배열 위치를 바꿀 수 있다.

본 실시예에 따르면, 돌기부를 체결부에 힘을 주어 끼워 넣지 않고, 하나의 세그먼트를 다른 세그먼트의 전방에 단순히 얹어 놓는 것만으로 돌기부가 체결부에 삽입될 수 있으므로, 관절 구조체(10)의 조립성이 매우 우수하다.

또한, 본 실시예에서 돌기부는 구름 운동 방향과 수직한 방향에 대한 측면 강성을 증가시키지만, 돌기부가 두 세그먼트의 회동에 대한 힌지점이 되지 않고 구름 접촉면에 의한 구름 운동에 의해 세그먼트의 상대적인 조향이 일어나므로, 구름 운동에 따른 부드러운 조향의 장점을 그대로 유지할 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 관절 구조체(10)의 근위에서 원위로 순서대로 제5 세그먼트, 제1 세그먼트, 제2 세그먼트, 제3 세그먼트 및 제4 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(500), 세그먼트(100), 세그먼트(200)가 각각 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 될 수 있고, 반대로 원위로부터 순서대로 배치되는 세그먼트(400), 세그먼트(300), 세그먼트(200)를 각각 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 되어도 좋다. 또한, 예를 들어, 세그먼트(200), 세그먼트(300), 세그먼트(400)가 각각 청구범위의 제1 세그먼트, 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트가 되어도 좋다.

Claims

서로 직렬 연결되는 복수의 세그먼트의 상대적인 움직임에 의해 굴절하는 관절 구조체로서,
서로 접하도록 배치되는 제1 세그먼트와 제2 세그먼트를 포함하고,
상기 제1 세그먼트에는 제1 전방 구름 접촉면이 형성되고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제1 전방 구름 접촉면과 제1 방향으로 연장되는 접촉선("제1 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하는 제2 후방 구름 접촉면이 형성되며,
상기 제1 세그먼트에는 상기 제1 전방 구름 접촉면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부가 형성되고, 상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 후방 구름 접촉면에서 함몰되어 상기 돌기부가 삽입되는 체결부가 형성되며,
상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트는 선 접촉을 유지한채 상기 제1 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고,
상기 돌기부는, 상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트를 상기 제1 방향에 대해 지지하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 상기 구름 운동시 상기 돌기부의 선단이 상기 체결부의 바닥면과 접하지 않으면서, 상기 돌기부의 적어도 일부분은 상기 체결부 내부에 삽입된 상태를 유지하는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 전방 구름 접촉면에는 두 개의 돌기부가 상기 제1 세그먼트의 중심으로부터 상기 제1 방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향의 폭을 가지고,
상기 체결부는 상기 제2 방향의 폭을 가지며,
상기 돌기부의 폭은 상기 체결부의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트에는 각각의 세그먼트의 전후면을 관통하도록 와이어 연결공이 형성되고,
상기 돌기부의 외측면에는 와이어가 통과하기 위한 와어어 통과홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제5항에 있어서,
상기 관절 구조체가 직선으로 배치되었을 때 상기 관절 구조체의 길이 방향으로의 위치가 일치하도록 배치되는 각각의 세그먼트의 와이어 연결공들을 와이어가 관통하고,
상기 와이어를 상기 관절 구조체의 길이 방향으로 당기거나 풀어 상기 복수의 세그먼트가 상대 운동하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제6항에 있어서,
상기 와이어 연결공은 상기 제1 방향으로 배치되는 한 쌍의 제1 방향 와이어 연결공과 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2 방향 와이어 연결공을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 전방 구름 접촉면과 상기 제2 후방 구름 접촉면은 원 기둥의 둘레의 일부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 돌기부의 외측면과 내측면은 상기 제1 세그먼트의 반경 방향 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제2 세그먼트와 접하도록 배치되는 제3 세그먼트를 포함하고,
상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 후방 구름 접촉면의 반대 쪽에 제2 전방 구름 접촉면이 형성되고, 상기 제3 세그먼트에는 상기 제2 전방 구름 접촉면과 서로 선 접촉하는 제3 후방 구름 접촉면이 형성되며,
상기 제2 세그먼트에는 상기 제2 전방 구름 접촉면에서 전방을 향해 돌출되는 돌기부가 형성되고, 상기 제3 세그먼트에는 상기 제3 후방 구름 접촉면에서 함몰되어 상기 돌기부가 삽입되는 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제10항에 있어서,
상기 제2 전방 구름 접촉면과 상기 제3 후방 구름 접촉면은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 접촉선("제2 방향 접촉선")에서 서로 선 접촉하고,
상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트는 상기 제2 전방 구름 접촉면과 상기 제3 후방 구름 접촉면의선 접촉을 유지한채 상기 제2 방향 접촉선이 평행 이동하도록 상대적으로 구름 운동하고,
상기 제2 세그먼트의 돌기부는, 상기 제2 세그먼트와 상기 제3 세그먼트를 상기 제2 방향에 대해 지지하는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
제1항에 있어서,
상기 복수의 세그먼트의 중앙에는 각각의 세그먼트의 상하면을 관통하도록 형성되는 도구 연결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 관절 구조체.
길게 연장되는 튜브체;
상기 튜브체의 선단부에 연결되는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 관절 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 삽입형 장치.