KR102289645B1 - 굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 다양한 굴곡 동작이 가능하여 수술 시에 다양한 형태의 동작이 구현될 수 있는 굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇을 제공한다. 여기서, 굴곡 모듈은 굴곡부 그리고 와이어를 포함한다. 굴곡부는 길이방향을 따라 분절되되 서로 밀착되어 배치되고, 제1반경방향 및 제1반경방향에 수직한 제2반경방향을 기준으로 서로 번갈아 회전하는 복수의 관절구를 가진다. 와이어는 굴곡부의 내측에 구비되고 일단부가 굴곡부의 제일 전방에 구비되는 관절구에 고정되어 굴곡부의 후방으로 당겨지면서 굴곡부가 휘어짐 동작하도록 한다. 관절구는 일측면에 제1반경방향과 평행하되 제2반경방향으로 서로 번갈아 형성되는 제1요철부와, 타측면에 제2반경방향과 평행하되 제1반경방향으로 서로 번갈아 형성되는 제2요철부를 가지며, 이웃하는 관절구 간에는 대향되는 제1요철부가 서로 결합되고, 대향되는 제2요철부가 서로 결합된다.

Description

굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇{BENDING MODULE, SURGICAL END DEVICE INCLUDING THE SAME AND ENDOSCOPE ROBOT INCLUDING SURGICAL END DEVICE}
본 발명은 굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 굴곡 동작이 가능하여 수술 시에 다양한 형태의 동작이 구현될 수 있는 굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇에 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. 예를 들면, 심혈관 중재시술의 경우에는 카테터를 혈관에 삽입하여야 한다.
그러나, 종래의 심혈관 중재 시술에서 카테터의 이동을 안내하기 위한 카테더 가이드의 강성이 높은 경우에는 상기 카테터를 혈관 내부에 삽입하기가 어렵고, 상기 카테터 가이드의 강성이 낮은 경우에는 중재시술 과정에서 충분한 힘을 지지하지 못하여 카테터의 조향이 어려운 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0101151호(2011.09.15. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다양한 굴곡 동작이 가능하여 수술 시에 다양한 형태의 동작이 구현될 수 있는 굴곡 모듈, 이를 포함하는 수술용 말단장치 및 수술용 말단장치를 포함하는 내시경 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 길이방향을 따라 분절되되 서로 밀착되어 배치되고, 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제1중공홀을 가지며, 제1반경방향 및 상기 제1반경방향에 수직한 제2반경방향을 기준으로 서로 번갈아 회전하는 복수의 관절구를 가지는 굴곡부; 그리고 상기 복수의 제1중공홀에 각각 연장 구비되고, 일단부는 상기 관절구 중 상기 굴곡부의 제일 전방에 구비되는 관절구에 고정되며, 상기 굴곡부의 후방으로 당겨지면서 상기 복수의 관절구가 각각 회전되도록 하여 상기 굴곡부가 휘어짐 동작하도록 하는 복수의 와이어를 포함하고, 상기 관절구는 일측면에 상기 제1반경방향과 평행하되 상기 제2반경방향으로 서로 번갈아 형성되는 제1요철부와, 타측면에 상기 제2반경방향과 평행하되 상기 제1반경방향으로 서로 번갈아 형성되는 제2요철부를 가지며, 이웃하는 상기 관절구 간에는 대향되는 상기 제1요철부가 서로 결합되고, 대향되는 상기 제2요철부가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1요철부는 상기 복수의 관절구가 상기 제1반경방향을 중심으로 회전 시에 회전중심이 이동하도록 하고, 상기 복수의 제2요철부는 상기 복수의 관절구가 상기 제2반경방향을 중심으로 회전 시에 회전중심이 이동하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 제1요철부는 중앙에서 상기 제2반경방향의 양측으로 갈수록 낮게 형성되고, 상기 복수의 제2요철부는 중앙에서 상기 제1반경방향의 양측으로 갈수록 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1요철부는 상기 관절구의 일측면의 중앙에 형성되고, 상기 관절구의 일측면의 양단부에는 상기 관절구의 일측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지는 제1오목면이 형성되며, 상기 제2요철부는 상기 관절구의 타측면의 중앙에 형성되고, 상기 관절구의 타측면의 양단부에는 상기 관절구의 타측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지는 제2오목면이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 관절구는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제2중공홀을 더 가지고, 상기 제2중공홀을 따라 구비되고, 상기 굴곡부와 함께 굴곡되면서 상기 굴곡부의 굴곡 정보를 제공하는 광섬유를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제1가이드홀을 가지는 제1관절구를 가지는 제1굴곡 모듈; 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제2가이드홀을 가지는 제2관절구를 가지며, 상기 제1가이드홀을 통해 상기 제1굴곡 모듈의 전방으로 연장 구비되는 제2굴곡 모듈; 그리고 상기 제2가이드홀을 통해 상기 제2굴곡 모듈의 전방으로 연장 구비되는 수술용 기구를 포함하고, 상기 제1굴곡 모듈 및 상기 제2굴곡 모듈 중 하나 이상은 굴곡 모듈인 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2굴곡 모듈은 상기 제1굴곡 모듈의 길이방향으로 왕복 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2굴곡 모듈과 연결되고, 상기 제2굴곡 모듈과 일체로 이동하는 제1튜브; 그리고 상기 제1가이드홀의 내주면에 밀착되어 상기 제1튜브를 감싸도록 구비되고, 내측의 상기 제1튜브가 미끄러지면서 이동하도록 안내하는 제2튜브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1관절구의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 중공영역을 통해 상기 제1굴곡 모듈의 전단부에 구비되는 카메라를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1관절구의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제3중공홀을 따라 구비되고, 상기 제1굴곡 모듈의 전방으로 조명광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 수술용 말단장치; 그리고, 상기 수술용 말단장치를 구동하기 위한 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는 상기 제1굴곡 모듈이 포함하는 복수의 제1와이어의 타단부가 결합되고, 상기 복수의 제1와이어를 개별적으로 상기 제1굴곡 모듈의 후방으로 당겨 상기 제1굴곡 모듈이 굴곡되도록 하는 제1굴곡구동부와, 상기 제1굴곡구동부를 길이방향으로 왕복 이동시켜 상기 제1굴곡 모듈을 전진 또는 후진시키는 제1전후진 구동부와, 상기 제2굴곡 모듈이 포함하는 복수의 제2와이어의 타단부가 결합되고, 상기 복수의 제2와이어를 개별적으로 상기 제2굴곡 모듈의 후방으로 당겨 상기 제2굴곡 모듈이 굴곡되도록 하는 제2굴곡구동부와, 상기 제2굴곡구동부를 길이방향으로 왕복 이동시켜 상기 제2굴곡 모듈을 전진 또는 후진시키는 제2전후진 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1전후진 구동부 및 상기 제2전후진 구동부는 상기 제1굴곡구동부 및 상기 제2굴곡구동부를 각각 개별적으로 이동시켜 상기 제1굴곡 모듈 및 상기 제2굴곡 모듈이 상대 이동하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 관절구의 양측면에는 요철부가 형성되어 이웃하는 관절구끼리는 요철부가 서로 결합될 수 있으며, 관절구가 회전 시에는 회전중심이 이동될 수 있다. 이와 같이 관절구의 회전중심이 이동하게 되면, 회전 중심이 한 곳으로만 한정되는 경우와 비교했을 때, 관절구의 최대 회전각도가 더욱 커져서 관절구의 회전 범위는 더욱 늘어날 수 있고, 결과적으로 굴곡부는 더욱 많이 굴곡될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 굴곡부의 굴곡 정보는 와이어의 당김 길이에 기초하여 획득되는 제1굴곡 정보와, 굴곡부의 내부에 구비되는 광섬유에 의해 제공되는 제2굴곡 정보를 종합하여 최종적으로 획득될 수 있으며, 이를 통해, 더욱 정확한 굴곡 정보가 획득될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1전후진 구동부 및 제2전후진 구동부는 개별적으로 구동될 수 있기 때문에, 제1굴곡구동부 및 제2굴곡구동부)가 각각 개별적으로 이동되도록 할 수 있고 이를 통해, 제1굴곡 모듈 및 제2굴곡 모듈이 상대 이동하도록 할 수 있다. 또한, 제1굴곡구동부 및 제2굴곡구동부도 각각 개별적으로 작동할 수 있기 때문에, 제1굴곡 모듈 및 제2굴곡 모듈은 개별적으로 굴곡될 수 있어 수술용 단말장치는 수술 시에 다양한 형태의 동작이 가능할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도1의 관절구를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 관절구를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 관절구를 나타낸 정면도이다.
도 6은 도 1의 관절구의 동작예를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술용 말단장치를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
도 9는 도 7의 A-A’선 단면도이다.
도 10은 도 7의 B-B’선 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 내시경 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11의 제1굴곡구동부 및 제1전후진 구동부를 중심으로 나타낸 정면도이다.
도 13은 도 11의 제1굴곡구동부를 중심으로 나타낸 사시도이다.
도 14는 도 11의 제2굴곡구동부 및 제2전후진 구동부를 중심으로 나타낸 정면도이다.
도 15는 도 11의 제2굴곡구동부를 중심으로 나타낸 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고 도 3은 도1의 관절구를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 굴곡 모듈(100)은 굴곡부(101) 그리고 와이어(150)를 포함할 수 있다.
굴곡부(101)는 복수의 관절구(110)를 가질 수 있으며, 관절구(110)는 길이방향을 따라 분절되되 서로 밀착되도록 배치될 수 있다.
관절구(110)는 제1중공홀(111) 및 제2중공홀(112)을 가질 수 있다.
제1중공홀(111)은 관절구(110)의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성될 수 있으며, 원주방향을 따라 이격 형성되고 복수개가 마련될 수 있다.
와이어(150)는 제1중공홀(111)에 삽입될 수 있으며, 각각의 관절구(110)를 관통하여 굴곡부(101)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 와이어(150)는 일단부가 굴곡부(101)의 제일 전방에 구비되는 관절구에 고정될 수 있다. 와이어(150)의 일단부가 관절구(110)에 고정될 수 있도록, 와이어(150)의 일단부에는 스토퍼(151)가 결합될 수 있다. 와이어(150)가 굴곡부(101)의 후방으로 당겨지더라도 와이어(150)의 일단부는 굴곡부(101)의 제일 전방에 구비되는 관절구로부터 분리되지 않을 수 있다.
와이어(150)는 복수개가 관절구(110)의 원주방향을 따라 이격되어 구비되고, 전술한 바와 같이 굴곡부(101)는 길이방향을 따라 분절되는 관절구(110)를 가지기 때문에, 와이어(150)가 굴곡부(101)의 후방으로 당겨지면, 상대적으로 많이 당겨진 와이어 방향으로 각각의 관절구(110)가 회전하게 되고, 결과적으로 굴곡부(101)는 휘어짐 동작할 수 있다.
굴곡부(101)의 굴곡은 당겨지는 와이어(150) 각각에 의한 힘의 합력 방향으로 이루어질 수 있다.
굴곡부(101)의 굴곡 정보는 와이어(150)가 각각 당겨지는 길이를 기초로 계산되어 획득될 수 있다.
제2중공홀(112)은 관절구(110)의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성될 수 있으며, 원주방향을 따라 이격 형성되고 복수개가 마련될 수 있다.
굴곡 모듈(100)은 광섬유(160)를 더 포함할 수 있다.
광섬유(160)는 제2중공홀(112)에 삽입될 수 있으며, 각각의 관절구(110)를 관통하여 굴곡부의 길이방향으로 연장될 수 있다. 굴곡부(101)가 굴곡되면 광섬유(160)도 함께 굴곡될 수 있다. 광섬유(160)의 내측에서 도파되는 광이 광섬유(160)의 끝단부에 부딪힌 후 되돌아오는 파장으로부터 광섬유(160)의 굴곡 정보를 얻을 수 있으며, 이를 통해 굴곡부(101)의 굴곡 정보도 획득될 수 있다.
굴곡부(101)의 굴곡 정보는 와이어(150)의 당김 길이에 기초하여 획득되는 제1굴곡 정보와, 광섬유(160)에 의해 제공되는 제2굴곡 정보를 종합하여 최종적으로 획득될 수 있으며, 이를 통해, 더욱 정확한 굴곡 정보가 획득될 수 있다.
관절구(110)에는 제1중공홀(111) 및 제2중공홀(112) 이외에도 필요에 따라 다른 홀이 더 관통 형성될 수 있다. 예를 들면, 관절구(110)는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제3중공홀(115), 제1가이드홀(113) 및 중공영역(114)을 더 가질 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
도 4는 도 1의 관절구를 나타낸 사시도인데, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)를 반대 방향에서 나타낸 것이다. 그리고, 도 5는 도 1의 관절구를 나타낸 정면도인데, 도 5의 (a)는 도 4의 (a)의 정면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 관절구가 중심축을 기준으로 90도 회전된 상태를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 관절구(110)는 제1요철부(121) 및 제2요철부(125)를 가질 수 있다.
제1요철부(121)는 관절구(110)의 일측면에 제1반경방향(A1)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
제1요철부(121)는 복수의 제1돌출부(122)와 제1홈부(123)를 가질 수 있으며, 제1돌출부(122) 및 제1홈부(123)는 제1반경방향(A1)과 수직한 제2반경방향(A2)으로 서로 번갈아 형성될 수 있다.
그리고, 제2요철부(125)는 관절구(110)의 타측면에 제2반경방향(A2)과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
제2요철부(125)는 복수의 제2돌출부(126)와 제2홈부(127)를 가질 수 있으며, 제2돌출부(126) 및 제2홈부(127)는 제1반경방향(A1)으로 서로 번갈아 형성될 수 있다.
이웃하는 관절구(110) 간에는 대향되는 제1요철부(121)가 서로 결합되고, 대향되는 제2요철부(125)가 서로 결합될 수 있다. 즉, 어떤 하나의 관절구(110)를 기준으로 했을 때, 일측면에 형성되는 제1요철부(121)에는 이웃하는 관절구(110)의 제1요철부(121)가 서로 결합되고, 타측면에 형성되는 제2요철부(125)에는 이웃하는 다른 관절구(110)의 제2요철부(125)가 서로 결합되는 방식으로 배치될 수 있다.
따라서, 도 1에서 보는 바와 같이, 제1요철부(121) 및 제2요철부(125)는 각각 교대로 위치될 수 있고, 제1요철부(121) 및 제2요철부(125)는 90도 각도 간격을 이루면서 마련될 수 있다.
그리고, 도 4에서 보는 바와 같이, 각각의 제1중공홀(111)은 제1요철부(121) 및 제2오목면(128)을 관통하여 형성되고, 제2요철부(125) 및 제1오목면(124)을 관통하여 형성될 수 있다. 따라서, 와이어(150)가 당겨지면, 관절구(110)는 서로 결합된 제1요철부(121) 또는 서로 결합된 제2요철부(125)를 중심으로 회전될 수 있다. 결과적으로, 관절구(110)는 제1반경방향(A1) 또는 제2반경방향(A2)을 기준으로 회전할 수 있으며, 회전의 정도를 조절함으로써 굴곡부(101)의 휘어짐 동작은 제어될 수 있다.
제1요철부(121)는 중앙에서 제2반경방향(A2)의 양측으로 갈수록 낮게 형성될 수 있다. 즉, 제2반경방향(A2)의 양측으로 갈수록 제1돌출부(122)는 높이가 낮아지거나, 또는 제1홈부(123)는 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 가상의 기준선(L1)을 기준으로 했을 때, 양측의 제1돌출부(122b)는 중앙의 제1돌출부(122a) 보다 높이가 낮게 형성될 수 있다.
그리고, 제2요철부(125)는 중앙에서 제1반경방향(A1)의 양측으로 갈수록 낮게 형성될 수 있다. 즉, 제1반경방향(A1)의 양측으로 갈수록 제2돌출부(126)는 높이가 낮아지거나, 제2홈부(127)는 깊이가 더 깊어지도록 형성될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 가상의 기준선(L2)을 기준으로 했을 때, 양측의 제2홈부(127b)는 중앙의 제2홈부(127a) 보다 더 깊게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1요철부(121) 및 제2요철부(125)가 중앙에서 양측으로 갈수록 낮게 형성됨에 따라 서로 결합된 제1요철부(121)를 중심으로 회전될 때, 맞물린 제1돌출부(122)가 제1홈부(123)의 뿌리 부분을 파고 들어가는 언더컷(Under Cut) 현상이 방지될 수 있고, 더욱 안정적인 회전이 이루어질 수 있다. 이러한 효과는 제2요철부(125)에서도 동일하게 적용될 수 있다.
더하여, 제1요철부(121)는 관절구(110)의 일측면의 중앙부분에 형성될 수 있으며, 관절구(110)의 일측면의 양단부에는 제1오목면(124)이 형성될 수 있다. 제1오목면(124)은 관절구(110)의 일측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제1오목면(124)은 제2반경방향(A2)의 가상의 기준선(L)을 기준으로 했을 때, 관절구(110)의 반경방향을 갈수록 가상의 기준선(L)과 멀어지도록 형성될 수 있다(도 5의 (a) 참조).
그리고, 제2요철부(125)는 관절구(110)의 타측면의 중앙부분에 형성될 수 있으며, 관절구(110)의 타측면의 양단부에는 제2오목면(128)이 형성될 수 있다. 제2오목면(128)은 관절구(110)의 타측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제2오목면(128)은 제1반경방향(A1)의 가상의 기준선(L)을 기준으로 했을 때, 관절구(110)의 반경방향을 갈수록 가상의 기준선(L)과 멀어지도록 형성될 수 있다(도 5의 (b) 참조).
이를 통해, 각 관절구(110)가 회전 시에 회전할 수 있는 최대 각도는 더욱 증가될 수 있다.
도 6은 도 1의 관절구의 동작예를 나타낸 예시도인데, 이웃하는 관절구(110)가 제1요철부(121)끼리 결합된 상태를 나타낸 것이다.
먼저, 도 6의 (b)는 와이어(150)가 당겨지지 않은 상태를 나타낸 것으로, 이 때에 관절구(110)는 회전되지 않은 상태가 된다. 이 상태에서, 와이어(150)가 후방으로 당겨지게 되면, 각각의 관절구(110)는 제1요철부(121)의 중앙을 제1회전중심(C1)으로 하여 회전될 수 있다.
도 6의 (a)는 상측에 위치되는 와이어가 당겨져서 각각의 관절구(110)가 상측으로 회전된 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 각각의 관절구(110)의 회전중심은 도 6의 (b)에 도시된 제1회전중심(C1)에서 제2회전중심(C2)을 거쳐 제3회전중심(C3)으로 이동하게 된다.
이와 같이 관절구(110)의 회전 시에 회전중심이 이동되도록 하면, 관절구(110)의 회전중심이 제1회전중심(C1)으로만 한정되는 경우와 비교했을 때, 관절구(110)의 최대 회전각도가 더욱 커질 수 있다. 즉, 제3회전중심(C3)을 기준으로 관절구(110)가 회전하게 되면, 제1회전중심(C1)을 이루던 제1돌출부 및 제1홈부와, 제2회전중심(C2)을 이루던 제1돌출부 및 제1홈부가 서로 떨어질 수 있게 된다. 이를 통해 관절구(110)의 회전 범위는 더욱 늘어날 수 있고, 결과적으로 굴곡부(101)는 더욱 많이 굴곡될 수 있다.
마찬가지로, 도 6의 (c)는 하측에 위치되는 와이어가 당겨져서 각각의 관절구(110)가 하측으로 회전된 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 각각의 관절구(110)의 회전중심은 도 6의 (b)에 도시된 제1회전중심(C1)에서 제2회전중심(C2’)을 거쳐 제3회전중심(C3’)으로 이동하게 되어 관절구(110)의 회전 범위는 더욱 늘어날 수 있고, 결과적으로 굴곡부(101)는 더욱 많이 굴곡될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술용 말단장치를 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7의 분해사시도이고, 도 9는 도 7의 A-A’선 단면도이고, 도 10은 도 7의 B-B’선 단면도이다.
도 7 내지 도 10에서 보는 바와 같이, 수술용 말단장치는 제1굴곡 모듈(200), 제2굴곡 모듈(300) 그리고 수술용 기구(400)를 포함할 수 있다.
제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)은 전술한 굴곡 모듈(100)과 동일할 수 있으며, 따라서, 반복되는 내용은 가급적 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 수술용 말단장치에서 제1굴곡 모듈(200)의 제1관절구(210)는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제1가이드홀(213)을 가질 수 있다.
그리고, 제2굴곡 모듈(300)은 제1가이드홀(213)을 통해 제1굴곡 모듈(200)의 전방으로 연장 구비될 수 있다. 또한, 제2굴곡 모듈(300)의 제2관절구(310)는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제2가이드홀(313)을 가질 수 있다.
수술용 기구(400)는 제2가이드홀(313)을 통해 제2굴곡 모듈(300)의 전방으로 연장 구비될 수 있다. 수술용 기구(400)는 특정하게 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 암세포를 긁어내기 위한 전기도구나, 미세 프로브, 전기자극기와 같은 툴(Tool)이나, 현미경 등과 같은 장비를 포함할 수 있다.
수술용 기구(400)는 제2가이드홀(313)을 통해 제2굴곡 모듈(300)의 길이방향으로 왕복 이동될 수 있다.
제1굴곡 모듈(200)의 전단에는 제1헤드(220)가 더 구비될 수 있다. 제1헤드(220)는 제1관절구(210)에 대응되는 단면 형상을 가지고, 이웃하는 제1관절구(210)에 형성되어 대향되는 요철부에 대응되는 요철부를 가질 수 있다. 따라서, 제1헤드(220)도 이웃하는 제1관절구(210)와 전술한 회전 동작을 구현할 수 있다.
제1굴곡 모듈(200)을 관통하는 제1와이어(250)의 일단부에는 제1스토퍼(251)가 구비될 수 있으며, 제1스토퍼(251)는 제1헤드(220)에 결합될 수 있다.
그리고 제1굴곡 모듈(200)의 후단에는 제1어댑터(230)가 더 구비될 수 있다. 제1어댑터(230)도 제1관절구(210)에 대응되는 단면 형상을 가지고, 이웃하는 제1관절구(210)에 형성되어 대향되는 요철부에 대응되는 요철부를 가질 수 있다. 따라서, 제1어댑터(230)도 이웃하는 제1관절구(210)와 전술한 회전 동작을 구현할 수 있다.
제1어댑터(230)의 후단에는 제1안내관(240)이 연결될 수 있으며, 제1와이어(250), 광섬유(260) 및 제2굴곡 모듈(300)은 제1어댑터(230) 및 제1안내관(240)의 내부를 관통하여 연장될 수 있다.
그리고, 제2굴곡 모듈(300)의 전단에는 제2헤드(320)가 더 구비될 수 있다. 제2헤드(320)는 제2관절구(310)에 대응되는 단면 형상을 가지고, 이웃하는 제2관절구(310)에 형성되어 대향되는 요철부에 대응되는 요철부를 가질 수 있다. 따라서, 제2헤드(320)도 이웃하는 제2관절구(310)와 전술한 회전 동작을 구현할 수 있다.
제2굴곡 모듈(300)은 제1굴곡 모듈(200)의 길이방향으로 왕복 이동될 수 있다.
제2굴곡 모듈(300)을 관통하는 제2와이어(350)의 일단부에는 제2스토퍼(351)가 구비될 수 있으며, 제2스토퍼(351)는 제2헤드(320)에 결합될 수 있다.
또한, 제2굴곡 모듈(300)의 후단에는 제2어댑터(330)가 더 구비될 수 있다. 제2어댑터(330)도 제2관절구(310)에 대응되는 단면 형상을 가지고, 이웃하는 제2관절구(310)에 형성되어 대향되는 요철부에 대응되는 요철부를 가질 수 있다. 따라서, 제2어댑터(330)도 이웃하는 제2관절구(310)와 전술한 회전 동작을 구현할 수 있다.
그리고, 수술용 말단장치는 제1튜브(410) 및 제2튜브(420)를 더 포함할 수 있다.
제1튜브(410)는 제2굴곡 모듈(300)의 후단부에 연결될 수 있으며, 제2굴곡 모듈(300)에 견고하게 고정될 수 있다. 제1튜브(410)는 제2굴곡 모듈(300)을 전방으로 밀어낼 때 구겨지지 않을 정도의 충분한 강성을 가질 수 있다.
제2튜브(420)는 제1가이드홀(213)의 내주면에 밀착되어 제1튜브(410)를 감싸도록 구비될 수 있다.
제1튜브(410) 및 제2튜브(420)는 마찰계수가 작은 테프론 소재로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1튜브(410) 및 제2튜브(420) 사이에는 상대 이동이 용이하게 이루어질 수 있으며, 이를 통해, 제1굴곡 모듈(200)이 고정된 상태에서도 제2굴곡 모듈(300)은 길이방향으로 용이하게 왕복 이동될 수 있다.
제2굴곡 모듈(300)의 이동 시에도 제2튜브(420)는 제1가이드홀(213)의 내주면에 밀착 고정될 수 있으며, 제1튜브(410)가 미끄러지면서 이동하도록 안내할 수 있다. 제2튜브(420)은 제1굴곡 모듈(200)과 일체로 이동될 수 있다.
제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)의 사이에 제2튜브(420)가 마련됨으로써, 제1굴곡 모듈(200)이 제2굴곡 모듈(300)에 삽입된 상태에서 제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)이 모두 절곡 시에 제1관절구(210) 및 제2관절구(310)가 회전되면서 서로 부딪히는 것이 방지될 수 있고, 이를 통해, 제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)이 안정적으로 굴곡되도록 할 수 있다.
그리고, 수술용 말단장치는 카메라(280) 및 광원(270)을 포함할 수 있다.
카메라(280)는 제1관절구(210)의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 중공영역(214)을 통해 제1굴곡 모듈(200)의 전단부에 구비될 수 있다. 카메라(280)는 수술 중 영상을 획득할 수 있다.
광원(270)은 제1관절구(210)의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제3중공홀(215)을 따라 구비될 수 있으며, 제1굴곡 모듈(200)의 전방으로 조명광을 조사할 수 있다. 광원(270)은 광섬유(260)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 내시경 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 11에서 보는 바와 같이, 내시경 로봇은 수술용 말단장치 그리고 구동장치를 포함할 수 있다.
수술용 말단장치는 앞에서 설명하였으므로 반복되는 설명을 생략한다.
구동장치는 수술용 말단장치를 구동하기 위한 장치로써, 제1굴곡구동부(500), 제1전후진 구동부(600), 제2굴곡구동부(700) 및 제2전후진 구동부(800)를 포함할 수 있다.
제1굴곡구동부(500)에는 제1굴곡 모듈(200)이 포함하는 복수의 제1와이어(250)의 타단부가 결합될 수 있다. 제1굴곡구동부(500)는 복수의 제1와이어(250)를 개별적으로 제1굴곡 모듈(200)의 후방으로 당겨 제1굴곡 모듈(200)이 굴곡되도록 할 수 있다.
제1전후진 구동부(600)는 제1굴곡구동부(500)를 길이방향으로 왕복 이동시켜 제1굴곡 모듈(200)을 전진 또는 후진시킬 수 있다.
제2굴곡구동부(700)에는 제2굴곡 모듈(300)이 포함하는 복수의 제2와이어(350)의 타단부가 결합될 수 있다. 제2굴곡구동부(700)는 복수의 제2와이어(350)를 개별적으로 제2굴곡 모듈(300)의 후방으로 당겨 제2굴곡 모듈(300)이 굴곡되도록 할 수 있다.
제2전후진 구동부(800)는 제2굴곡구동부(700)를 길이방향으로 왕복 이동시켜 제2굴곡 모듈(300)을 전진 또는 후진시킬 수 있다.
제1전후진 구동부(600) 및 제2전후진 구동부(800)는 제1굴곡구동부(500) 및 제2굴곡구동부(700)를 각각 개별적으로 이동시킬 수 있으며, 이를 통해, 제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)이 상대 이동하도록 할 수 있다.
이하에서는 각 구동부에 대해서 상세히 설명한다.
12는 도 11의 제1굴곡구동부 및 제1전후진 구동부를 중심으로 나타낸 정면도이고, 도 13은 도 11의 제1굴곡구동부를 중심으로 나타낸 사시도이다.
도 11 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 내시경 로봇은 제1베이스(901), 제1레일(902), 제2베이스(903), 제1지지프레임(904) 그리고 제2지지프레임(905)을 가질 수 있다.
제1베이스(901)는 일방향으로 연장 형성될 수 있다.
제1레일(902)은 제1베이스(901)의 상부에 제1베이스(901)의 길이방향을 따라 한 쌍이 마련될 수 있다. 제1레일(902)은 서로 이격 구비될 수 있다.
제1지지프레임(904) 및 제2지지프레임(905)은 제1레일(902)의 사이에 구비될 수 있다. 제1지지프레임(904)은 제1베이스(901)의 상부 전방에 구비될 수 있고, 제2지지프레임(905)은 제1베이스(901)의 상부 후방에 구비될 수 있다.
제2베이스(903)는 제1지지프레임(904) 및 제2지지프레임(905)의 상부에 연결될 수 있다. 제2베이스(903)는 제1레일(902)의 길이방향과 평행하게 구비될 수 있다.
제1굴곡구동부(500)는 제3베이스(510), 제1마운트(525), 제1구동부(520a,520b,520c,520d), 제1회전축(521a,521b,521c,521d), 제2레일(522a,522b,522c,522d), 제1슬라이더(523a,523b,523c,523d) 및 제1그립구(524a,524b,524c,524d)를 가질 수 있다.
제3베이스(510)는 제2베이스(903)의 상부에 이격되어 구비될 수 있다.
제1마운트(525)는 제3베이스(510)의 상부 전방에 구비될 수 있다. 제1마운트(525)의 상부에는 제1홀더(526)가 구비될 수 있다. 제1홀더(526)는 수술용 말단장치의 제1안내관(240)을 구속할 수 있다. 제1홀더(526)의 후방으로는 제1안내관(240)에서 연장되는 제1와이어(250a,250b,250c,250d), 제2와이어(350a,350b,350c,350d) 및 제1튜브(410)가 노출될 수 있다.
제1구동부(520a,520b,520c,520d)는 제3베이스(510)의 후방에 구비될 수 있으며, 제1레일(902)에 수직한 수평방향으로 나란하게 구비될 수 있다. 제1구동부(520a,520b,520c,520d)는 회전동력을 발생할 수 있다.
제1회전축(521a,521b,521c,521d)은 제3베이스(510)의 상측에 제1레일(902)의 길이방향으로 구비될 수 있다. 제1회전축(521a,521b,521c,521d)은 제1구동부(520a,520b,520c,520d)와 짝을 이루도록 구비되고, 제1구동부(520a,520b,520c,520d)에서 발생하는 동력에 의해 회전될 수 있다. 제1구동부(520a,520b,520c,520d)는 개별적으로 작동할 수 있으며, 따라서 제1회전축(521a,521b,521c,521d)도 개별적으로 회전될 수 있다.
제2레일(522a,522b,522c,522d)은 제3베이스(510)의 상부에 제1레일(902) 방향으로 구비될 수 있다. 제2레일(522a,522b,522c,522d)은 제1회전축(521a,521b,521c,521d)의 하측에 위치될 수 있다.
제1슬라이더(523a,523b,523c,523d)는 제1회전축(521a,521b,521c,521d) 및 제2레일(522a,522b,522c,522d)에 각각 결합될 수 있다. 제1슬라이더(523a,523b,523c,523d)는 해당 제1회전축(521a,521b,521c,521d)과 스크류 결합되고, 제2레일(522a,522b,522c,522d)에는 슬라이딩되도록 결합될 수 있다. 따라서 제1회전축(521a,521b,521c,521d)이 회전하게 되면 제1슬라이더(523a,523b,523c,523d)는 제2레일(522a,522b,522c,522d)을 따라 왕복 이동될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1구동부(520a,520b,520c,520d)는 개별적으로 구동 가능하기 때문에, 제1슬라이더(523a,523b,523c,523d)도 개별적으로 이동될 수 있다.
제1그립구(524a,524b,524c,524d)는 제1슬라이더(523a,523b,523c,523d)의 상부에 구비될 수 있으며, 각각의 제1그립구(524a,524b,524c,524d)에는 제1굴곡 모듈(200)의 제1와이어(250)가 각각 고정될 수 있다.
제1슬라이더 중 외측의 제1슬라이더(523a,523d)의 제1그립구(524a,524d)에는 제1와이어 중 두 개의 제1와이어(250a,250d)가 각각 결합되고, 내측에 위치되는 제1슬라이더(523b,523c)의 제1그립구(524b,524c)에는 제1와이어 중 남은 두 개의 제1와이어(250b,250c)가 각각 결합될 수 있다.
이 상태에서 일 예로, 도 13에 도시된 바와 같이, 내측에 위치되는 제1구동부(520b,520c)가 구동하게 되면 해당 제1회전축(521b,521c)이 회전하게 되고, 회전하는 제1회전축(521b,521c)과 스크류 결합된 제1슬라이더(523b,523c)는 후방으로 이동하게 된다. 그러면 제1그립구(524b,524c)도 함께 후방으로 이동되면서 결합된 제1와이어(250b,250c)를 후방으로 당기게 되고, 후방으로 당겨진 제1와이어(250c,250b)에 의해 제1굴곡 모듈(200)은 굴곡되게 된다. 이러한 방법을 적용하여 제1와이어(250a,250b,250c,250d)의 당김을 조절하면 제1굴곡 모듈(200)을 다양하게 굴곡시킬 수 있다. 위 예에서 알 수 있듯이 제1굴곡구동부(500)는 제1와이어의 개수에 대응되는 개수의 제1구동부, 제1회전축, 제2레일 및 제1그립구를 가질 수 있다.
제1전후진 구동부(600)는 제2구동부(620, 도 14 참조), 제2회전축(621) 및 제1이동블록(630)을 가질 수 있다.
제2구동부(620)는 제2베이스(903)의 하부에 구비되는 브래킷(610)에 결합될 수 있다. 제2구동부(620)는 회전동력을 발생할 수 있다.
제2회전축(621)은, 일단부는 제2구동부(620)와 연결되고 타단부는 제1지지프레임(904)과 연결될 수 있으며, 제1레일(902)의 길이방향으로 구비될 수 있다. 제2회전축(621)은 제2구동부(620)에서 발생하는 동력에 의해 회전될 수 있다.
제1이동블록(630)은 제2회전축(621)과 스크류 결합되고, 제1레일(902)에는 슬라이딩 되도록 결합될 수 있다. 또한, 제1이동블록(630)은 제1굴곡구동부(500)의 제3베이스(510)와 연결될 수 있다. 따라서, 제2구동부(620)가 구동하여 제2회전축(621)이 회전하게 되면 제1이동블록(630)은 제1레일(902)을 따라 왕복 이동할 수 있으며, 제1이동블록(630)과 연결된 제1굴곡구동부(500)도 제1레일(902)의 길이방향을 따라 왕복 이동될 수 있다.
제1굴곡구동부(500)의 제1홀더(526)에는 제1굴곡 모듈(200)의 제1안내관(240)이 결합된 상태이기 때문에, 제1굴곡구동부(500)가 왕복 이동하게 되면 제1안내관(240)도 왕복 이동하게 되고, 결과적으로 제1굴곡 모듈(200)도 왕복 이동될 수 있다.
도 14는 도 11의 제2굴곡구동부 및 제2전후진 구동부를 중심으로 나타낸 정면도이고, 도 15는 도 11의 제2굴곡구동부를 중심으로 나타낸 사시도이다.
도 11, 도 14 및 도 15에서 보는 바와 같이, 제2굴곡구동부(700)는 제4베이스(710), 제2마운트(725), 제3구동부(720a,720b,720c,720d), 제3회전축(721a,721b,721c,721d), 제3레일(722a,722b,722c,722d), 제2슬라이더(723a,723b,723c,723d) 및 제2그립구(724a,724b,724c,724d)를 가질 수 있다.
제4베이스(710)는 제2베이스(903)의 상부에 이격되어 구비될 수 있다.
제2마운트(725)는 제4베이스(710)의 상부 전방에 구비될 수 있다. 제2마운트(725)의 상부에는 제2홀더(726)가 구비될 수 있다. 제2홀더(726)는 수술용 말단장치의 제1튜브(410)를 구속할 수 있다. 제2홀더(726)의 후방으로는 제1튜브(410)에서 연장되는 제2와이어(350a,350b,350c,350d)가 노출 연장될 수 있다.
제3구동부(720a,720b,720c,720d)는 제4베이스(710)의 후방에 구비될 수 있으며, 제1레일(902)에 수직한 수평방향으로 나란하게 구비될 수 있다. 제3구동부(720a,720b,720c,720d)는 회전동력을 발생할 수 있다.
제3회전축(721a,721b,721c,721d)은 제4베이스(710)의 상측에 제1레일(902)의 길이방향으로 구비될 수 있다. 제3회전축(721a,721b,721c,721d)은 제3구동부(720a,720b,720c,720d)와 짝을 이루도록 구비되고, 제3구동부(720a,720b,720c,720d)에서 발생하는 동력에 의해 회전될 수 있다. 제3구동부(720a,720b,720c,720d)는 개별적으로 작동할 수 있으며, 따라서 제3회전축(721a,721b,721c,721d)도 개별적으로 회전될 수 있다.
제3레일(722a,722b,722c,722d)은 제4베이스(710)의 상부에 제1레일(902) 방향으로 구비될 수 있다. 제3레일(722a,722b,722c,722d)은 제3회전축(721a,721b,721c,721d)의 하측에 위치될 수 있다.
제2슬라이더(723a,723b,723c,723d)는 제3회전축(721a,721b,721c,721d) 및 제3레일(722a,722b,722c,722d)에 각각 결합될 수 있다. 제2슬라이더(723a,723b,723c,723d)는 해당 제3회전축(721a,721b,721c,721d)과 스크류 결합되고, 제3레일(722a,722b,722c,722d)에는 슬라이딩되도록 결합될 수 있다. 따라서 제3회전축(721a,721b,721c,721d)이 회전하게 되면 제2슬라이더(723a,723b,723c,723d)는 제3레일(722a,722b,722c,722d)을 따라 왕복 이동될 수 있다. 전술한 바와 같이 제3구동부(720a,720b,720c,720d)는 개별적으로 구동 가능하기 때문에, 제2슬라이더(723a,723b,723c,723d)도 개별적으로 이동될 수 있다.
제2그립구(724a,724b,724c,724d)는 제2슬라이더(723a,723b,723c,723d)의 상부에 구비될 수 있으며, 각각의 제2그립구(724a,724b,724c,724d)에는 제2굴곡 모듈(300)의 제2와이어(350)가 각각 고정될 수 있다.
제2슬라이더 중 외측의 제2슬라이더(723a,723d)의 제2그립구(724a,724d)에는 제2와이어 중 두 개의 제2와이어(350a,350d)가 각각 결합되고, 내측에 위치되는 제2슬라이더(723b,723c)의 제2그립구(724b,724c)에는 제2와이어 중 남은 두 개의 제2와이어(350b,350c)가 각각 결합될 수 있다.
이 상태에서 일 예로, 도 15에 도시된 바와 같이, 내측에 위치되는 제3구동부(720b,720c)가 구동하게 되면 해당 제3회전축(721b,721c)이 회전하게 되고, 회전하는 제3회전축(721b,721c)과 스크류 결합된 제2슬라이더(723b,723c)는 후방으로 이동하게 된다. 그러면 제2그립구(724b,724c)도 함께 후방으로 이동되면서 결합된 제2와이어(350b,350c)를 후방으로 당기게 되고, 후방으로 당겨진 제2와이어(350b,350c)에 의해 제2굴곡 모듈(300)은 굴곡되게 된다. 이러한 방법을 적용하여 제2와이어(350a,350b,350c,350d)의 당김을 조절하면 제2굴곡 모듈(300)을 다양하게 굴곡시킬 수 있다.
한편, 도 12에서 보는 바와 같이, 제1굴곡구동부(500)는 제3홀더(591)를 가질 수 있다. 제3홀더(591)에는 제1굴곡구동부(500) 및 제2굴곡구동부(700) 사이에 구비되고 내측에 제1튜브(410) 및 제2와이어(350)를 수용하는 제2안내관(241)이 결합될 수 있다. 제2안내관(241)은 제1튜브(410) 및 제2와이어(350)가 제2굴곡구동부(700) 방향으로 연장되도록 안내할 수 있다.
그리고, 제2전후진 구동부(800)는 제4구동부(820), 제4회전축(821) 및 제2이동블록(830)을 가질 수 있다.
제4구동부(820)는 제2지지프레임(905)에 결합될 수 있다. 제4구동부(820)는 회전동력을 발생할 수 있다.
제4회전축(821)은 일단부는 제4구동부(820)와 연결되고 타단부는 제3지지프레임(906)과 연결될 수 있으며, 제1레일(902)의 길이방향으로 구비될 수 있다. 제4회전축(821)은 제4구동부(820)에서 발생하는 동력에 의해 회전될 수 있다.
제2이동블록(830)은 제4회전축(821)과 스크류 결합되고, 제1레일(902)에는 슬라이딩 되도록 결합될 수 있다. 또한, 제2이동블록(830)은 제2굴곡구동부(700)의 제4베이스(710)와 연결될 수 있다. 따라서, 제4구동부(820)가 구동하여 제4회전축(821)이 회전하게 되면 제2이동블록(830)은 제1레일(902)을 따라 왕복 이동할 수 있으며, 제2이동블록(830)과 연결된 제2굴곡구동부(700)도 제1레일(902)의 길이방향을 따라 왕복 이동될 수 있다.
제2굴곡구동부(700)의 제2홀더(726)에는 제2굴곡 모듈(300)의 제1튜브(410)가 결합된 상태이기 때문에, 제2굴곡구동부(700)가 왕복 이동하게 되면 제1튜브(410)도 왕복 이동하게 되고, 결과적으로 제2굴곡 모듈(300)도 왕복 이동될 수 있다.
제1전후진 구동부(600) 및 제2전후진 구동부(800)는 개별적으로 구동될 수 있으며, 이를 통해, 제1굴곡구동부(500) 및 제2굴곡구동부(700)가 각각 개별적으로 이동되도록 할 수 있다. 따라서, 제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)은 상대 이동할 수 있다. 또한, 제1굴곡구동부(500) 및 제2굴곡구동부(700)도 각각 개별적으로 작동할 수 있기 때문에, 제1굴곡 모듈(200) 및 제2굴곡 모듈(300)은 개별적으로 굴곡될 수 있어 수술용 단말장치는 수술 시에 다양한 형태의 동작이 가능할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 굴곡 모듈 101: 굴곡부
110: 관절구 121: 제1요철부
124: 제1오목면 125: 제2요철부
128: 제2오목면 150: 와이어
160: 광섬유 200: 제1굴곡 모듈
250: 제1와이어 270: 광원
280: 카메라 300: 제2굴곡 모듈
350: 제2와이어 400: 수술용 기구
410: 제1튜브 420: 제2튜브
500: 제1굴곡구동부 600: 제1전후진 구동부
700: 제2굴곡구동부 800: 제2전후진 구동부

Claims (12)

  1. 길이방향을 따라 분절되되 서로 밀착되어 배치되고, 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제1중공홀을 가지며, 제1방향 및 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 기준으로 서로 번갈아 회전하는 복수의 관절구를 가지는 굴곡부; 그리고
    상기 복수의 제1중공홀에 각각 연장 구비되고, 일단부는 상기 관절구 중 상기 굴곡부의 제일 전방에 구비되는 관절구에 고정되며, 상기 굴곡부의 후방으로 당겨지면서 상기 복수의 관절구가 각각 회전되도록 하여 상기 굴곡부가 휘어짐 동작하도록 하는 복수의 와이어를 포함하고,
    상기 복수의 관절구는 각각 일측면에 상기 제2방향으로 서로 번갈아 형성되는 제1돌출부 및 제1홈부를 가지는 제1요철부와, 타측면에 상기 제1방향으로 서로 번갈아 형성되는 제2돌출부 및 제2홈부를 가지는 제2요철부를 가지며,
    상기 복수의 관절구 중 어느 하나의 관절구의 제1돌출부는 상기 어느 하나의 관절구의 일측에 이웃하는 다른 관절구의 제1홈부와 결합됨으로써 이웃하는 제1요철부들이 서로 결합되고, 상기 어느 하나의 관절구의 제2돌출부는 상기 어느 하나의 관절구의 타측에 이웃하는 또 다른 관절구의 제2홈부와 결합됨으로써 이웃하는 제2요철부들이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 관절구가 상기 제1방향을 중심으로 회전 시에, 상기 다른 관절구의 복수개의 제1홈부들 중 상기 어느 하나의 관절구의 제1돌출부와 맞물리는 제1홈부가 변하면서 상기 제1요철부의 회전중심이 이동되고,
    상기 복수의 관절구가 상기 제2방향을 중심으로 회전 시에, 상기 또 다른 관절구의 복수개의 제2홈부들 중 상기 어느 하나의 관절구의 제2 돌출부와 맞물리는 제2홈부가 변하면서 상기 제2요철부의 회전중심이 이동되는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관절구의 복수의 제1돌출부 중 중앙의 제1돌출부는 상기 중앙의 제1돌출부의 양측에 형성되는 다른 제1돌출부보다 높이가 더 높게 형성되고,
    상기 관절구의 복수의 제1홈부 중 중앙의 제1홈부는 상기 중앙의 제1홈부의 양측에 형성되는 다른 제1홈부보다 깊이가 더 얕게 형성되는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1요철부는 상기 관절구의 일측면의 중앙에 형성되고, 상기 관절구의 일측면의 양단부에는 상기 관절구의 일측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지는 제1오목면이 형성되며,
    상기 제2요철부는 상기 관절구의 타측면의 중앙에 형성되고, 상기 관절구의 타측면의 양단부에는 상기 관절구의 타측면의 양단부 방향으로 갈수록 하향 경사지는 제2오목면이 형성되는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관절구는 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제2중공홀을 더 가지고,
    상기 제2중공홀을 따라 구비되고, 상기 굴곡부와 함께 굴곡되면서 상기 굴곡부의 굴곡 정보를 제공하는 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡 모듈.
  6. 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제1가이드홀을 가지는 제1관절구를 가지는 제1굴곡 모듈;
    내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 제2가이드홀을 가지는 제2관절구를 가지며, 상기 제1가이드홀을 통해 상기 제1굴곡 모듈의 전방으로 연장 구비되는 제2굴곡 모듈; 그리고
    상기 제2가이드홀을 통해 상기 제2굴곡 모듈의 전방으로 연장 구비되는 수술용 기구를 포함하고,
    상기 제1굴곡 모듈 및 상기 제2굴곡 모듈 중 하나 이상은 제1항에 기재된 굴곡 모듈인 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2굴곡 모듈은 상기 제1굴곡 모듈의 길이방향으로 왕복 이동되는 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2굴곡 모듈과 연결되고, 상기 제2굴곡 모듈과 일체로 이동하는 제1튜브; 그리고
    상기 제1가이드홀의 내주면에 밀착되어 상기 제1튜브를 감싸도록 구비되고, 내측의 상기 제1튜브가 미끄러지면서 이동하도록 안내하는 제2튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1관절구의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되는 중공영역을 통해 상기 제1굴곡 모듈의 전단부에 구비되는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1관절구의 내부에 길이방향을 따라 관통 형성되되 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수의 제3중공홀을 따라 구비되고, 상기 제1굴곡 모듈의 전방으로 조명광을 조사하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 말단장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 수술용 말단장치; 그리고,
    상기 수술용 말단장치를 구동하기 위한 구동장치를 포함하고,
    상기 구동장치는
    상기 제1굴곡 모듈이 포함하는 복수의 제1와이어의 타단부가 결합되고, 상기 복수의 제1와이어를 개별적으로 상기 제1굴곡 모듈의 후방으로 당겨 상기 제1굴곡 모듈이 굴곡되도록 하는 제1굴곡구동부와,
    상기 제1굴곡구동부를 길이방향으로 왕복 이동시켜 상기 제1굴곡 모듈을 전진 또는 후진시키는 제1전후진 구동부와,
    상기 제2굴곡 모듈이 포함하는 복수의 제2와이어의 타단부가 결합되고, 상기 복수의 제2와이어를 개별적으로 상기 제2굴곡 모듈의 후방으로 당겨 상기 제2굴곡 모듈이 굴곡되도록 하는 제2굴곡구동부와,
    상기 제2굴곡구동부를 길이방향으로 왕복 이동시켜 상기 제2굴곡 모듈을 전진 또는 후진시키는 제2전후진 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전후진 구동부 및 상기 제2전후진 구동부는 상기 제1굴곡구동부 및 상기 제2굴곡구동부를 각각 개별적으로 이동시켜 상기 제1굴곡 모듈 및 상기 제2굴곡 모듈이 상대 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 내시경 로봇.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102501616B1 (ko) * 2021-03-29 2023-02-17 남상엽 운송 수단용 광커넥터
KR102495658B1 (ko) * 2021-06-22 2023-02-06 한국과학기술원 스프링 타입 광섬유 센서를 이용하여 관절 각도 측정이 가능한 수술 장치
US11787069B2 (en) * 2021-11-01 2023-10-17 Oliver Crispin Robotics Limited Insertion tool with flexible spine
KR102626370B1 (ko) * 2021-11-29 2024-01-17 주식회사 밀알 복강경 장치
EP4201602A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-28 Rolls-Royce plc Continuum arm robot
KR102636818B1 (ko) * 2021-12-30 2024-02-16 주식회사 에어스 직경 크기가 감소된 구조의 의료용 엔드 이펙터

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090143642A1 (en) 2007-11-29 2009-06-04 Kazuhiko Takahashi Therapeutic device system and manipulator system
JP2016528946A (ja) 2013-06-19 2016-09-23 タイタン メディカル インコーポレイテッドTitan Medical Inc. 多関節器具位置決め装置およびそれを採用するシステム
WO2019006087A2 (en) 2017-06-29 2019-01-03 Board Of Regents Of The University Of Texas System SURGICAL APPARATUS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100168721A1 (en) 2008-12-30 2010-07-01 Intuitive Surgical, Inc. Lubricating tendons in a tendon-actuated surgical instrument
US8887595B2 (en) * 2009-12-22 2014-11-18 Intuitive Surgical Operations, Inc. Instrument wrist with cycloidal surfaces
JP6655078B2 (ja) * 2015-07-09 2020-02-26 川崎重工業株式会社 ロボットアームの関節及び外科機器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090143642A1 (en) 2007-11-29 2009-06-04 Kazuhiko Takahashi Therapeutic device system and manipulator system
JP2016528946A (ja) 2013-06-19 2016-09-23 タイタン メディカル インコーポレイテッドTitan Medical Inc. 多関節器具位置決め装置およびそれを採用するシステム
WO2019006087A2 (en) 2017-06-29 2019-01-03 Board Of Regents Of The University Of Texas System SURGICAL APPARATUS

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