KR102326102B1

KR102326102B1 - 로봇 아암을 수술 테이블에 부착하기 위한 커플러

Info

Publication number: KR102326102B1
Application number: KR1020197027941A
Authority: KR
Inventors: 웨인 그라우트; 데이빗 제임스 카글; 리차드 윌리엄 팀; 브렌단 씨. 리즈; 마이클 피. 쉘러; 주니어. 로버트 제이. 캠벨
Original assignee: 버브 서지컬 인크.
Priority date: 2017-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2021-11-17
Also published as: US11078945B2; EP3579783A4; US20210341007A1; WO2018183212A1; EP3579783A1; CA3054431A1; BR112019017981A2; AU2018243738B2; US20180271604A1; CN110709025A; AU2018243738A1; KR20190112829A; JP2020512076A; CN110709025B; JP6905162B2; CA3054431C

Abstract

일부 실시예에서, 장치는 환자가 위에 배치될 수 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블에 로봇 아암을 결합시키기 위한 커플러(coupler)를 포함할 수 있다. 커플러는 수술 테이블에 결합되도록 구성된 제1 부분 및 로봇 아암에 결합되도록 구성된 제2 부분을 포함할 수 있다. 제2 부분은 제1 부분 내로 병진할 수 있는 포스트(post)를 포함할 수 있다. 제1 부분은 제1 부분에 대한 제2 부분의 6 자유도로의 이동을 구속하기 위해 하나 이상의 스테이지를 갖는 잠금 메커니즘을 포함할 수 있다. 따라서, 커플러는 수술 테이블에 대한 로봇 아암의 확실한 결합을 제공할 수 있다.

Description

로봇 아암을 수술 테이블에 부착하기 위한 커플러

로봇 아암을 수술 테이블에 결합하기 위한 장치 및 방법. 다른 실시예가 또한 본 명세서에서 설명된다.

로봇 아암은 아암에 전력, 데이터, 및 기계적 지지를 제공하기 위해 수술 테이블에 결합될 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암에 결합된 수술 테이블의 기능은 대체적으로 테이블에 고정되어 제거하기 어려운 로봇 아암에 의해 점유되는 공간의 크기에 의해 제한될 수 있다. 일부 종래의 로봇 아암은 로봇 아암을 테이블에 연결하고 연결해제하기 위해 특수 훈련을 받은 기술자를 필요로 하여, 로봇 아암을 변경 및/또는 점검하는 것이 시간 소모적이고 고비용의 작업이 되게 한다. 그러나, 심지어 훈련된 기술자들조차도 결합 또는 결합해제 작업 동안 로봇 아암을 떨어뜨리고 손상시킬 수 있는데, 그 이유는 이들이 결합 또는 결합해제 중에 사용자가 아암을 지지하도록 강요하지 않기 때문이다. 이들 및 다른 이유로, 수술 테이블에 결합된 로봇 아암은 대체로 서로 고정된 것으로 간주된다. 예를 들어, 수술 테이블에 결합된 로봇 아암은 이물질(예를 들어, 액체)에 대한 침입 보호와 관련된 IPX4 요건을 지켜야 한다. 이러한 규제 표준을 지키는 것은 로봇 수술 아암의 설계 및 비용을 더 복잡하게 만든다.

로봇 아암의 제거 및 재부착은 로봇 아암과 수술 테이블 사이에 오정렬을 도입할 수 있다. 다시 말하면, 로봇 아암과 수술 테이블 사이의 종래의 결합 메커니즘은 로봇 아암이 수술 테이블에 대한 정밀한 좌표들의 세트에 위치된다는 확인을 등록 및/또는 제공하지 않는다. 추가로, 일부 종래의 로봇 아암 결합 메커니즘은 제거가능 구성요소(예컨대, 볼트)를 사용하는데, 이는 오배치될 수 있고 아암의 테이블에 대한 결합의 오정렬 및/또는 실패를 야기할 수 있다. 로봇 아암을 수술 테이블에 결합하기 위한 추가의 장치 및 방법이 바람직하다.

(특허문헌 1) 일본 등록실용신안공보 실용신안등록 제3053042호

본 발명은 환자가 배치될 수 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블에 로봇 아암을 결합하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 장치 및 방법은 로봇 아암이 수술 테이블에 단단히 결합되고 그와 정렬되게 할 수 있다.

일부 실시예에서, 로봇 아암은, 예컨대 수술 테이블 상판에 대한 접근이 필요한 비상 상황의 경우, 수술 테이블로부터 신속하게 해제될 수 있다(예컨대, 신속 해제(quick release), 비상 탈출(bail-out)). 로봇 아암은 커플러(coupler)의 제1 부분을 포함할 수 있고, 수술 테이블은 커플러의 제2 부분을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 부분은 제2 부분을 보완한다. 포스트(post)를 갖는 제1 부분을 제2 부분의 볼 베어링 홀더(ball bearing holder) 내로 삽입한 후, 사용자는 손잡이를 회전시켜 제1 부분과 제2 부분 사이의 결합을 고정시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 커플러는 제1 부분 및 제2 부분을 정밀하게 그리고 반복가능하게 정렬시키도록 구성된 운동학적 장착부를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러의 전동식 잠금 메커니즘은, 외부 부하의 존재 시에서도 결합이 6 자유도에서 구속되고 유지되는 것을 보장하기 위해 큰 힘을 발생시킬 수 있다. 로봇 아암은 커플러의 제1 부분을 포함할 수 있고, 수술 테이블은 커플러의 제2 부분을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 부분은 제2 부분을 보완한다. 리드 스크류(lead screw)를 갖는 제1 부분을 콜릿(collet)의 대응하는 나사형성 부분 내로 삽입한 후, 모터가 콜릿을 회전시켜 제1 부분을 제2 부분 내로 가져오고 제1 부분과 제2 부분 사이의 결합을 고정시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러는 원추형 테이퍼를 갖는 원추체를 갖는 제1 부분 및 다수의 축을 따르는 제1 부분 및 제2 부분의 병진 및 회전 이동을 구속할 수 있는 대응하는 원추형 구멍을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다. 커플러는 제1 부분과 제2 부분을 서로 결합 및 결합해제하기 위해 손잡이 및/또는 스위치에 의해 작동되는 다중 스테이지 잠금 메커니즘을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러는 회전 및/또는 병진 운동을 이용하여 제1 부분과 제2 부분 사이의 결합을 고정시키도록 구성된 반경방향 클램프를 포함하는 다중 스테이지 잠금 메커니즘을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러는 잠금 메커니즘으로서 구성된 걸쇠 메커니즘(catch mechanism)을 포함할 수 있다. 메커니즘은 한 세트의 회전 캠 클로(cam claw)들을 갖는 선형으로 구동되는 양면 랙을 포함할 수 있다. 결합 메커니즘은 수동으로 역구동될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치 및 방법은, 예컨대 수술 테이블 상판에 대한 접근이 필요한 비상 상황의 경우, 핀 해제 메커니즘을 사용하여 로봇 아암이 수술 테이블로부터 신속하게 해제되게 할 수 있다(예컨대, 신속 해제, 비상 탈출).

상기 발명의 내용은 본 발명의 모든 태양의 총망라한 목록을 포함하지는 않는다. 본 발명은 상기에 요약된 다양한 태양들의 모든 적합한 조합으로부터 실시될 수 있는 모든 장치뿐만 아니라, 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 개시되고 특히 본 명세서와 함께 출원된 청구범위에서 언급된 것들을 포함하는 것이 고려된다. 그러한 조합은 상기 발명의 내용에서 구체적으로 언급되지 않은 특정 이점을 갖는다.

본 명세서에 개시된 실시예는 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면의 도면들에서 제한으로서가 아닌 예로서 예시된다. 이러한 개시 내용에서의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 언급들은 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며 이들은 적어도 하나의 실시예를 의미한다는 것에 유의하여야 한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 일 실시예에 따른 수술 테이블의 개략 측면도 및 개략 평면도이다.
도 1c는 연장 또는 사용 구성으로 도시된, 일 실시예에 따른 로봇 아암의 개략 측면도이고, 도 1d는 접힘 또는 절첩 구성으로 도시된, 도 1c의 로봇 아암의 개략 측면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른, 로봇 아암이 결합된 수술 테이블의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른, 로봇 아암 및 아암 어댑터가 결합된 수술 테이블의 개략적인 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 수술 테이블에 대한 로봇 아암의 부착을 위한 커플러의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4l은 일 실시예에 따른 커플러를 도시한다. 도 4a 및 도 4e는 측면도이고, 도 4b 내지 도 4d는 사시도이고, 도 4f 및 도 4h 내지 도 4l은 측단면도이고, 도 4g는 단면 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 로봇 아암을 수술 테이블에 부착하는 방법의 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시예에 따른 커플러를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 단면 사시도이고, 도 6c는 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 커플러를 도시한다. 도 7a는 단면 사시도이고 도 7b 내지 도 7d는 측단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 커플러의 측단면도이다.
도 9a 내지 도 9m은 일 실시예에 따른 커플러를 도시한다. 도 9a, 도 9b, 도 9d, 도 9g 및 도 9l은 사시도이고, 도 9c, 도 9i 및 도 9j는 측면도이고, 도 9e, 도 9f 및 도 9k는 평면도이고, 도 9h 및 도 9m은 단면 평면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 로봇 아암을 수술 테이블에 부착하는 방법의 흐름도이다.
도 11a 내지 도 11i는 일 실시예에 따른 커플러를 도시한다. 도 11a 내지 도 11f 및 도 11h는 측단면도이고, 도 11g 및 도 11i는 사시도이다.
도 12는 일 실시예에 따른, 로봇 아암을 수술 테이블에 부착하는 방법의 흐름도이다.
도 13a 내지 도 13d는 일 실시예에 따른 커플러의 사시도이다.
도 14a 내지 도 14e는 일 실시예에 따른 선형 랙 및 캠의 외부 사시도이다.
도 15a 내지 도 15c는 일 실시예에 따른 커플러의 내부 사시도이다.
도 16a 및 도 16b는 일 실시예에 따른 커플러의 내부 및 외부 도면이다.
도 17a 내지 도 17d는 일 실시예에 따른 커플러의 개략 측면도이다.
도 18a 및 도 18b는 일 실시예에 따른 파지기(grasper)의 측면도이다.

본 출원은 2017년 3월 26일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 공계류 중인 미국 가특허 출원 제62/476,816호의 정규 출원이다.

본 섹션에서는 첨부 도면을 참조하여 몇몇 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 실시예에서 설명되는 부분들의 형상, 상대 위치 및 다른 태양이 명확하게 정의되지 않을 때마다, 실시예의 범주는 단지 예시의 목적을 위한 것으로 의도되는 도시된 부분으로만 제한되지 않는다. 또한, 많은 상세 사항들이 설명되지만, 일부 실시예가 이들 상세 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 이해된다. 다른 경우에, 공지된 구조 및 기술은 본 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록 상세히 나타나 있지 않다.

환자가 배치될 수 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블에 로봇 아암을 부착하기 위한 커플러를 제공하기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 이들 장치 및 방법은 하나 이상의 로봇 아암을 일관된 방식으로 수술 테이블에 단단히 부착 및 정렬하고/하거나 신속하게 탈거하기 위해 사용될 수 있고, 그에 의해 하나 이상의 로봇 아암으로 수술 테이블을 구성하고 맞춤화하는 데 있어서 유연성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 결합 메커니즘은 외부 부하(예컨대, 외과 시술 동안 로봇 아암의 정적 및 관성 부하)의 존재 시에 높은 기계적 강성으로 6 자유도로 배향 및 구속될 수 있다.

수술 테이블 및 로봇 아암

도 1a와 도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블(100)은 테이블 상판(120), 테이블 지지부(122) 및 테이블 기부(124)를 포함한다. 테이블 상판(120)은 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외과 시술 중에 환자(P)가 그 상에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 테이블 상판(120)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 지지부(122) 상에 배치된다. 지지부(122)(또한 본 명세서에서 받침대로 지칭됨)는 Z-축(바닥 위로의 높이), (테이블의 종축을 따른) Y-축, 및/또는 (테이블의 횡축을 따른) X-축으로의 병진, 및/또는 Z, Y 및/또는 X-축들을 중심으로 하는 회전과 같은 원하는 수의 자유도로의 테이블 상판(120)의 이동을 제공할 수 있다. 테이블 상판(120)은 또한 임의의 적합한 축을 따라/임의의 적합한 축을 중심으로 서로에 대해 이동가능한 다수의 섹션, 예컨대 몸통, 한쪽 또는 양쪽 다리, 및/또는 한쪽 또는 양쪽 팔 각각을 위한 별개의 섹션, 및 머리 지지 섹션을 포함할 수 있다. 테이블 상판(120) 및/또는 그의 구성 섹션의 이동은 수동으로 수행되거나 모터에 의해 구동되거나 원격으로, 또는 임의의 다른 적합한 수단을 통해 제어될 수 있다. 테이블 상판을 위한 지지부(122)는 기부(124)에 장착될 수 있는데, 기부(124)는 수술실의 바닥에 고정될 수 있거나, 예컨대 기부(124) 상의 바퀴들의 사용에 의해 바닥에 대해 이동가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지부(122)의 높이는 조절될 수 있으며, 이는 예를 들어 테이블 상판(120)의 운동(예컨대, 축방향(종방향) 또는 횡방향 운동)과 함께, 테이블 상판(120)이 (예컨대, 외과 의사 접근을 허용하기 위해) 바닥 위의 소정 높이로 그리고 지지부(120)로부터 소정 거리를 두고 원하는 수술 부위에 위치되게 할 수 있다. 이는 또한 테이블(100)에 결합된 로봇 아암(예컨대, 아래에서 논의되는 아암(130))이 테이블 상판(120) 상에 배치된 환자(P) 상의 원하는 치료 표적에 도달하게 할 수 있다.

로봇 보조식 외과 시술에서, (도 1c 및 도 1d에 개략적으로 도시된) 하나 이상의 로봇 아암(130)이 수술 테이블(100)(또한 본 명세서에서 "테이블"로 지칭됨)의 테이블 상판(120) 상에 배치된 환자에 대해 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다. 로봇 아암(들)은 수술 테이블(100) 상에 배치된 환자에게 외과 시술을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 각각의 로봇 아암의 원위 단부는 로봇 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구가 원하는 기능을 수행할 수 있도록 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다.

도 1c 및 도 1d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(130)은 원위 단부 부분(137)과 근위 단부 부분(136)을 포함할 수 있다. 원위 단부 부분(137)(또한 본 명세서에서 "작동 단부"로 지칭됨)은 그것에 결합되는 의료 기구 또는 도구(115)를 포함하거나 구비할 수 있다. 근위 단부 부분(136)(또한 본 명세서에서 "장착 단부 부분" 또는 "장착 단부"로 지칭됨)은 로봇 아암(130)이 테이블(100)에 결합되게 하기 위한 결합 부분을 포함할 수 있다. 로봇 아암(130)은 X, Y 및/또는 Z-축(예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시됨) 중 하나 이상을 따른 병진 및/또는 이를 중심으로 하는 회전을 제공할 수 있는, 조인트에서 함께 결합되는 둘 이상의 링크 부재 또는 세그먼트(110)를 포함할 수 있다. 로봇 아암(130)의 결합 부분은 결합 메커니즘(139)을 포함할 수 있다. 결합 메커니즘(139)은 아암(130)의 장착 단부(136)에 배치될 수 있고, 세그먼트(110)에 결합될 수 있거나 세그먼트(110) 내에 통합될 수 있다. 로봇 아암(130)은 또한, 결합 메커니즘(139) 및/또는 결합 부분 내에 포함될 수 있거나 결합 부분에 결합되는 로봇 아암(130)의 링크 또는 세그먼트(110) 상에 배치될 수 있는, 로봇 아암(130)의 장착 단부(136)에 또는 그 근처에 배치되는 표적 조인트(J1)를 포함한다. 표적 조인트(J1)는 로봇 아암(130)의 원위 세그먼트가 테이블(100)에 대해 피벗하게 하는 피벗 조인트를 제공할 수 있다. 로봇 아암(130)은, 도 1c에 도시된 바와 같은, 외과 시술 동안에 사용하기 위한 다양한 연장 구성과, 도 1d에 도시된 바와 같은, 사용하지 않을 때 보관을 위한 다양한 절첩 또는 접힘 구성 사이에서 이동될 수 있다.

로봇 아암을 수술 테이블에 결합하기 위한 장치 및 방법을 예시하고 설명하는 다양한 실시예가 본 명세서에 개시되어 있다. 전술된 바와 같이 그리고 이하에서 더 상세히 개시되는 다양한 실시예에 따르면, 외과 시술을 수행하는 데 사용하기 위한 로봇 아암이 수술 테이블에 해제가능하게 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 테이블 상의 고정된 위치에 결합될 수 있거나, 로봇 아암이 테이블 상판에 대한 다수의 위치로 이동가능할 수 있도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 로봇 아암(230)은 수술 테이블(200)의 테이블 상판(220)에 결합될 수 있다. 수술 테이블(200)은 전술된 수술 테이블(100)과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 테이블 상판(220)은 외과 시술 중에 환자(P)가 위에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(230)은 수술 테이블에 결합되거나 그로부터 분리되는 아암 어댑터에, 고정된 또는 이동가능한 위치에서, 영구적으로 또는 해제가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 아암 어댑터(246)가 테이블 상판(220)에 결합될 수 있거나 그로부터 분리될 수 있지만 그와 맞물림가능하거나 그에 결합가능할 수 있다. 로봇 아암(230)은 아암 어댑터(246)에 결합될 수 있다.

아암 기부 연결부

도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 커플러(310)는 로봇 아암(320)을 수술 테이블(300)에 결합시키기 위해 제공될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 커플러(310)는 본 명세서에서 설명되는 수술 테이블들 및 로봇 아암들 중 임의의 것(예컨대, 수술 테이블(100, 200), 로봇 아암(130, 230)), 및 방법들과 함께 사용가능하다. 커플러(310)는 로봇 아암을 위한 단자 기부 부분(A)과 같은 제1 부분(312)(예컨대, 아암 어댑터)을 포함할 수 있다. 커플러(310)는 수술 테이블(300)에 장착하기 위한 기부 부분(B)과 같은 제2 부분(314)을 포함할 수 있다. 제2 부분(314)에 대한 제1 부분(312)의 결합 전에, 로봇 아암(320)은 제1 부분(312)에 결합될 수 있고 테이블 상판(302)은 제2 부분(314)에 결합될 수 있다. 수술 테이블(300)에 대한 로봇 아암(320)의 결합은 테이블(300)에 결합된 로봇 아암이 테이블 상판(302) 상에 배치된 환자 상의 원하는 치료 표적에 도달하게 할 수 있다. 제1 부분(312) 및 제2 부분(314)은 전력 및 데이터 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 제1 부분(312)이 테이블(300)에 결합되고 제2 부분(314)이 로봇 아암(320)에 결합되도록 제1 부분(312)과 제2 부분(314)이 바뀔 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

수술 테이블(300)은 테이블 상판(302), 테이블 지지부(304) 및 테이블 기부(306)를 포함한다. 테이블 상판(302)은 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외과 시술 동안에 환자가 위에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 테이블 상판(302)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 지지부(304) 상에 배치된다. 지지부(302)는 Z-축(바닥 위로의 높이), (테이블의 종축을 따른) Y-축, 및/또는 (테이블의 횡축을 따른) X-축으로의 병진, 및/또는 Z, Y 및/또는 X-축들을 중심으로 하는 회전과 같은 원하는 수의 자유도로의 테이블 상판(302)의 이동을 제공할 수 있다. 테이블 상판(302)을 위한 지지부(304)는 기부(306)에 장착될 수 있는데, 기부(306)는 수술실의 바닥에 고정될 수 있거나, 예컨대 기부(306) 상의 바퀴들의 사용에 의해 바닥에 대해 이동가능할 수 있다. 로봇 보조식 외과 시술에서, (도 1c 및 도 1d에 개략적으로 도시된) 하나 이상의 로봇 아암(320)이 수술 테이블(300)의 테이블 상판(302) 상에 배치된 환자에 대해 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다.

운동학적 장착부 아암 기부 연결부

도 4a는 제1 부분(410) 및 제2 부분(420)을 포함하는 커플러(400)의 일 실시예의 측면도이다. 제1 부분(410)과 제2 부분(420)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 예를 들어, 단단한 정합 연결부는 제2 부분(420)에 대한 제1 부분(410)의 Z-축, Y-축, 및/또는 X-축의 병진, 및/또는 Z, Y, 및/또는 X-축들을 중심으로 하는 회전을 구속한다. 제1 부분(410)은 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 결합을 잠그고 고정하도록 구성된 손잡이(454), 및 대응하는 운동학적 장착부(430)와 접촉하도록 구성된 한 세트의 V-홈(432)들을 포함하는데, 이는 본 명세서에서 설명되는 바와 같다. 제2 부분(420)은 제1 부분(410)과 정합하도록 Y-축을 따라서 병진될 수 있는 포스트(422)(예컨대, 잠금 포스트)를 포함한다. 포스트(422)를 제1 부분(410)에 결합시키는 것은 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있다. 도 4b는 커플러(400)에 대한 X-축, Y-축, 및 Z-축을 도시한다.

제2 부분(420)은, 제2 부분(420)의 표면으로부터 돌출되고 대응하는 V-홈(432) 내로 활주하여 그와 정합하도록 구성되는 적어도 3개의 운동학적 장착부를 포함할 수 있는 한 세트의 운동학적 장착부(430)들을 추가로 포함할 수 있다. 운동학적 장착부(430) 및 V-홈(432)은 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이의 결합의 위치를 찾고, 그 결합을 구속하고, 지지하도록 구성된다. 운동학적 장착부(430)는 구형 또는 반구형 형상을 포함할 수 있다. 운동학적 장착부(430)는 제2 부분(420)의 포스트(422) 둘레에 동일하게 이격될 수 있다. V-홈(432)은 제1 부분(410)에서 V 형상의 절결부를 형성할 수 있고, "V"의 정점에 홈을 추가로 포함할 수 있다. 운동학적 장착부(430)와 V-홈(432) 사이의 홈 내 구체(sphere-in-groove) 정합 연결부는 X-축 및 Z-축으로의 병진을 구속할 수 있고 X-축, Y-축 및 Z-축을 중심으로 하는 회전을 구속할 수 있다.

제2 부분(420)의 일부 실시예는 제1 부분(410) 내의 대응하는 구멍(도시되지 않음) 내로 접촉 및 활주하여 그와 정합하도록 구성된 하나 이상의 정렬 돌출부(434)를 포함할 수 있다. 정렬 돌출부(434)는 제1 부분(410)과의 돌출부(434)의 정렬이 사용자가 제1 부분(410)을 제2 부분(420) 내로 부정확하게 삽입하는 것을 방지하도록 구성된다는 점에서 비대칭이다. 이러한 공정은 본 명세서에서 정합으로 지칭될 수 있다. 도시된 정렬 돌출부(434)의 형상은 반구형 단부를 갖고 있지만, 특별히 제한되지는 않는다. 제2 부분(420)의 포스트(422)는 정렬 돌출부(434)가 오정렬될 때 제2 부분(420)에 대한 제1 부분(410)의 결합 및 잠금에 참여하기에는 Y-축을 따라서 제1 부분(410) 내로 충분히 병진되지 않을 것이다. 예를 들어, 도 4c는 제1 부분(410) 내로 부분적으로 삽입된 제2 부분(420)을 도시한다. 정렬 돌출부(434) 및 정렬 구멍(436)은 제2 부분(420)의 포스트(422)가 제1 부분(410) 내로 완전히 병진되는 것을 허용하도록 배향된다. 그렇지 않으면, 정렬 돌출부(434)는 제1 부분(410)의 하우징과 접촉하여, 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이에 그들의 결합을 방지하는 갭을 생성한다.

도 4d는 제2 부분(420)과 정렬되고 그와 초기 맞물림을 갖는 제1 부분(410)의 사시도를 도시한다. 손잡이(454)(예컨대, 잠금 손잡이)는 커플러(400)의 제1 위치(예컨대, 잠김해제 위치)에 대응하는 제1 위치에 있다. 사용자는 커플러(400)를 제1 구성(예컨대, 잠김해제 상태 또는 위치)으로부터 제2 구성(예컨대, 잠김 상태 또는 위치)으로 전이시키기 위해 손잡이(454)를 제2 위치(예컨대, 잠김 위치)로 회전시킬 수 있다. 도 4e는, 포스트(422)가 제1 부분(410) 내로 병진되고 제1 부분(410)과 제2 부분(420)이 정렬되지만 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이에서 잠금 메커니즘이 맞물리지 않은 제1 구성의 정렬 상태를 도시한다. 특히, 운동학적 장착부(430) 각각은 대응하는 V-홈(432)과 정렬되고 그와 접촉 및 정합하도록 맞물린다.

도 4f는 제1 부분(410) 내로의 제2 부분(420)의 초기 병진의 측단면도이다. 이 도면으로부터, 제1 부분(410)이 제1 단부(456)(로봇 아암에 부착되는 단부) 및 제2 단부(458)(제2 부분(420)에 부착되는 단부)를 포함하고, 내부 공동(464)이 제1 단부와 제2 단부 사이에서 제1 부분(410) 내에 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 내부 공동에 대한 개구가 제2 단부(458)를 통해 형성된다. 제1 부분(410)은 내부 공동(464) 내에 위치되는 한 세트의 볼 베어링(442)들에 결합된 볼 베어링 홀더(440)(예컨대, 드로우 바(draw bar))를 추가로 포함한다. 한 세트의 볼 베어링(442)들은 볼 베어링 홀더(440)의 원주를 따라서 동일하게 이격된 4개 이상의 볼 베어링을 포함할 수 있다. 손잡이(454)는 제1 면 캠(face cam)(450) 및 제2 면 캠(452)을 포함하는 한 쌍의 캠에 결합될 수 있다. 한 세트의 벨빌 와셔(Belleville washer)(460)들이 볼 베어링 홀더(440)의 샤프트와 결합될 수 있다. 제2 부분(420)의 포스트(422)는 볼 베어링 홀더(440) 내로의 포스트(422)의 병진 및 활주 동안 오정렬을 허용하도록 구성된 제1 표면(423)(예컨대, 도입 테이퍼(lead in taper))을 포함할 수 있다. 포스트는 정합 연결부가 잠길 때 볼 베어링(442)에 대해 가압하도록 구성된 제2 표면(424)(예컨대, 경사진 면)을 추가로 포함할 수 있다. 제1 표면(423) 및 제2 표면(424)은 표면의 곡률에 기초하여 헤르츠 응력(Hertzian stress)을 겪는다. 볼 베어링(442)의 직경 및 재료와 함께, 곡률 및 재료 특성은 표면을 열화시키지 않는 접촉 조건을 생성하도록 구성될 수 있다.

볼 베어링 홀더(440)는 볼 베어링(442)을 보유하고 포스트(422)를 둘러싸도록 구성된다. 볼 베어링 홀더(440)는 면 캠이 손잡이(454)에 의해 회전될 때 제1 부분(410)의 하우징에 대해 Y-축을 따라서 병진하도록 구성된다. 제1 부분(410) 내로의 볼 베어링 홀더(440)의 병진은 볼 베어링(442)을 제1 부분(410) 내의 표면, 볼 베어링 홀더(440) 내의 표면, 및 포스트(422) 내의 표면 내로 가압한다. 본 명세서에 예시된 바와 같이, 볼 베어링 홀더(440)는 볼 베어링(442)이 포스트(422)와 접촉하지 않을 때 볼 베어링(442)을 홀더(440) 내에 보유하도록 구성된 각각의 볼 베어링 포켓 상에 립(lip)을 포함할 수 있다. 이들 표면은 표면의 곡률에 기초하여 헤르츠 응력을 겪는다. 볼 베어링(442)의 직경 및 재료와 함께, 곡률 및 재료 특성은 표면을 열화시키지 않는 접촉 조건을 생성하도록 구성될 수 있다. 볼 베어링(442)은 볼 베어링 홀더(440) 내에서 미리결정된 범위 내에서 이동하고, 제1 부분(410) 및 제2 부분(420) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(410)과 제2 부분(420) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다.

도 4g는 잠김 상태(또는 잠김 위치)에 있는 커플러(400)의 단면 사시도로서, 볼 베어링 홀더(440)가 제1 부분(410) 내로 최대로 병진되고 볼 베어링(442)이 포스트(442) 및 하우징(410)과 맞물려서 제1 부분(410)을 제2 부분(420)에 단단히 잠그고 결합시킨 최대로 분리된 위치(예를 들어, 잠김 위치)에 있는 제1 면 캠(450) 및 제2 면 캠(452)을 도시한다. 제1 면 캠(450) 및 제2 면 캠(452)은 Y-축을 따르는 면 캠의 병진이 또한 Y-축을 따라서 볼 베어링 홀더(440)를 병진시키도록 볼 베어링 홀더(440)에 결합된다. 면 캠 각각은 Y-축을 중심으로 하는 (예컨대, 손잡이(454)의 운동으로부터의) 회전 운동을 Y-축을 중심으로 하는 병진 운동으로 변환하는 프로파일을 포함할 수 있다. 손잡이(454)는 면 캠들 중 하나 내로 직접 나사형성될 수 있어서, 그에 의해 면 캠들이 잠김 위치로 회전될 때 토크 이점을 허용할 수 있다. 면 캠들은 제1 및 제2 프로파일들을 갖는 가변 캠 프로파일을 포함할 수 있다. 제1 프로파일은 비교적 더 큰 병진 및 비교적 더 작은 축방향 힘의 이점을 허용하도록 구성될 수 있다. 제2 프로파일은 비교적 더 작은 병진 및 비교적 더 큰 축방향 힘의 이점을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프로파일은 가파를 수 있고 제2 프로파일은 얕을 수 있다. 일부 실시예에서, 가변 캠 프로파일은 큰 병진(예컨대, 0.25")에 이어서 매우 작은 병진(예컨대, 0.04")을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 면 캠은 볼 베어링 홀더가 완전 맞물림에 도달함에 따라 (예컨대, 볼 베어링 홀더가 잠금 위치를 향해 병진함에 따라) 피치를 감소시키는 복합 프로파일을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 면 캠은 면 캠의 외부 표면 상의 마찰을 감소시키기 위해 스러스트 베어링(thrust bearing)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 면 캠은 압력을 균일하게 분포시키도록 구성된 로브(lobe)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 면 캠의 상이한 부분은 면 캠의 마찰 및/또는 강도를 가변적으로 변화시키기 위해 상이한 재료로 제조될 수 있다.

도 4h 내지 도 4l은 다양한 상태에 있는(예컨대, 잠금해제된 및 잠금된) 커플러(400)의 측단면도이다. 도 4h는 포스트(422)의 표면이 볼 베어링 홀더(440) 내의 볼 베어링(442)과 접촉하는 초기 맞물림 상태를 도시한다. 손잡이(454)(도시되지 않음) 및 면 캠(450, 452)은 잠김해제 위치에 있다. 도 4i는 손잡이(454)(도시되지 않음)의 잠김 위치로의 회전 후의 커플러(400)의 잠김 위치를 도시한다. 손잡이(454)의 회전은 제1 면 캠(450)과 제2 면 캠(452)이 최대로 분리되도록 Y-축을 따르는 면 캠(450, 452)의 병진 운동으로 변환된다. 그에 의해, 면 캠(450, 452)에 결합된 볼 베어링 홀더(440)가 Y-축을 따라서 병진되어 볼 베어링(442) 및 제2 부분(420)을 추가로 제1 부분(410) 내로 가져온다. 볼 베어링(442)과 제1 부분(410) 및 제2 부분(420)의 표면들 사이의 접촉은 제1 부분(410)을 제2 부분(420)에 단단히 맞물고 잠근다. 도 4j는 커플러(400)의 잠금 메커니즘의 상세도이다. 잠김 위치에 있는 볼 베어링 홀더(440)는 볼 베어링(442)을 제1 부분(410) 내로 병진시켜서 제1 부분(410)의 접촉 표면(411), 볼 베어링 홀더(440)의 볼 베어링 립(441), 및 포스트(422)의 제2 표면(424)과 접촉을 이룬다. 이러한 접촉력은 손잡이(454)가 잠김해제 위치로 회전될 때까지 Y-축을 따르는 제1 부분(410) 및 제2 부분의 병진을 구속하기에 충분하다. 다시 말하면, 커플러(400)는 결합이 사용자 입력 없이 맞물림해제되지 않을 것이라는 점에서 자가 잠금형(self-locking)이다.

도 4k는 볼 베어링 홀더(440)의 나사형성 샤프트에 결합된 한 세트의 벨빌 와셔(460)들을 도시한다. 벨빌 와셔(460)는 볼 베어링 홀더(440)에 보유력을 인가하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 벨빌 와셔는 약 200 lbf 내지 약 300 lbf를 인가할 수 있다. 도 4l은 제1 부분(410)의 하우징의 단부와 벨빌 와셔(460) 사이에 결합된 스프링(462)(예를 들어, 압축 스프링)을 도시한다. 스프링(462)은 볼 베어링 홀더(440)의 위치를 재설정하고 손잡이(454)를 잠김해제 위치로 유지하기 위해 스프링력을 제공하도록 구성될 수 있다. 스프링(462)은 사용자가 손잡이(454)를 잠김해제 위치로 회전시킬 때 볼 베어링 홀더(440)가 도 4f에 도시된 바와 같은 초기 위치를 향해 Y-축을 따라서 병진하도록 볼 베어링 홀더(440)를 잠김해제 위치로 편의시키도록 구성될 수 있다. 벨빌 와셔(460)는 잠금부의 힘을 가변시키도록 구성될 수 있다.

도 5는, 예컨대 본 명세서에서 설명되는 커플러들 중 임의의 것을 사용함으로써, 로봇 아암을 수술 테이블에 결합시키는 방법(500)의 흐름도이다. 방법(500)은 502에서 커플러의 제2 부분(예컨대, 로봇 아암 기부 부분)을 커플러의 제1 부분(예컨대, 수술 테이블 상판의 장착 부분) 내로 병진시키는 단계를 포함한다(도 4f). 제2 부분의 포스트가 제1 부분 내로 이동함에 따라 포스트는 504에서 정렬하기 시작할 수 있다(도 4c). 제1 부분의 잠금 메커니즘(예컨대, 볼 베어링 홀더, 볼 베어링, 면 캠, 손잡이)은 제2 부분의 정렬 요소(들)가 제1 부분과 정렬되지 않으면 맞물리지 않을 것이다. 포스트가 볼 베어링 홀더와 초기 맞물림 상태에 있을 때(도 4h), 손잡이는 506에서 회전되어 2개의 면 캠들을 회전시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 잠금부는 잠김해제 위치로부터 잠김 위치로 약 90도 회전할 수 있다. 잠금부가 그의 원호를 그리며 이동함에 따라, 면 캠은 멀어지게 이동하여 볼 베어링 홀더를 제1 부분 내로 추가로 병진시킨다(도 4i). 볼 베어링 홀더는 볼 베어링들을 제1 부분 및 제2 부분의 표면들에 대해 가압하기 위해 한 세트의 볼 베어링들과 맞물린다(도 4j). 가압력은 508에서 제1 부분과 제2 부분을 서로 잠근다. 볼 베어링 홀더가 잠김 위치로의 손잡이 회전에 응답하여 제1 부분 내로 병진됨에 따라, 한 세트의 운동학적 장착부들이 제1 부분 및 제2 부분을 정밀하게 정렬시키기 위해 대응하는 V-홈과 맞물린다(도 4e). 커플러(400)를 결합해제하기 위해, 사용자는 510에서 손잡이를 잠김해제 위치를 향해 회전시킬 수 있다. 이는 면 캠들을 서로를 향해 회전시키고 볼 베어링 홀더를 제2 부분을 향해 병진시켜서, 그에 의해 볼 베어링과 제1 부분의 하우징 사이의 힘을 해제한다. 잠금부가 맞물림해제되면, 제2 부분은 512에서 제2 부분을 제1 부분의 외부로 병진시킴으로써 제1 부분으로부터 완전히 결합해제될 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 전력 공급이 중단된 경우 및/또는 응급 작동 시 결합 및 결합해제를 위해 사용될 수 있는 수동 결합 메커니즘을 갖고 모터에 의해 구동되는 커플러(600)의 일 실시예의 사시도이다. 커플러(600)는 제1 부분(610) 및 제2 부분(620)을 포함할 수 있다. 제1 부분(610)과 제2 부분(620)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 제2 부분(620)은 제1 부분(610)을 둘러싸도록 구성된 포스트(622)를 포함할 수 있다. 포스트(622)는 Y-축을 따라서 병진되어 제1 부분(610)과 정합하여 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있다.

제1 부분(610)은 한 세트의 볼 베어링(640)들, 부싱(bushing)(632)에 결합된 캠(630), 및 샤프트(634)를 포함할 수 있다. 한 세트의 볼 베어링(640)들은 제1 부분(610)의 원주를 따라서 동일하게 이격된 4개 이상의 볼 베어링을 포함할 수 있다. 한 세트의 볼 베어링(640)들은 제1 부분(610)을 제2 부분(620)에 단단히 맞물고 잠그도록 구성된 잠금 메커니즘에 의해 이동될 수 있다. 캠(630)은 모터 및/또는 손잡이(650)에 의해 구동될 때 제1 부분(610)의 하우징에 대해 Y-축을 따라서 병진하도록 구성된다. 포스트(622) 및 캠(630)은 이들 표면의 곡률에 기초하여 헤르츠 응력을 겪는다. 볼 베어링(640)의 직경 및 재료와 함께, 곡률 및 재료 특성은 그의 표면을 열화시키지 않는 접촉 조건을 생성하도록 구성될 수 있다. 캠(630)의 잠김 위치로의 이동은 한 세트의 볼 베어링(640)들을 제2 부분의 포스트(622)의 표면과 캠(630)의 표면 사이의 접촉력을 유지하는 상태로 위치시킬 것이다. 캠(630) 및 부싱(634)은 샤프트(634)를 따라서 활주가능하도록 구성될 수 있다. 샤프트(634)를 따르는 캠(630)의 이동은 제1 부분(610) 및 제2 부분(620)이 서로에게로 병진될 때 포스트(622)의 접촉 표면에 대한 한 세트의 볼 베어링(640)들의 접촉력을 가변시킬 수 있다. 포스트(622)의 접촉 표면은 볼 베어링(640)을 제2 부분(620) 내에 보유하도록 구성된 포스트 립(624)을 포함할 수 있다. 볼 베어링(640)은 제1 부분(610) 내에서 미리결정된 범위 내에서 이동하고, 제1 부분(610) 및 제2 부분(620) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(610)과 제2 부분(620) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다.

캠(630)은 제1 부분(610)과 제2 부분(620)을 결합 및 결합해제하기 위해 모터(670)를 사용하여 웜 휠(660) 및 웜(662)을 포함하는 웜 기어에 의해 구동될 수 있다. 모터(670)는, 예를 들어 브러시리스(brushless) DC 모터일 수 있다. 제1 부분(610)은, 샤프트(634)를 따라서 캠(630)을 활주시키고 한 세트의 볼 베어링(640)들을 포스트(622)의 접촉 표면과 맞물리거나 그와의 접촉으로부터 해제하기 위해, 사용자가 작동하게 하도록 구성된 손잡이(650)를 포함할 수 있다. 손잡이(650)는 잠김 위치와 잠김해제 위치 사이에서 회전할 수 있고, 커플러(600)를 잠김 구성과 잠김해제 구성 사이에서 전이시킬 수 있다. 도 6a는 커플러(600)의 잠김 위치를 도시한다. 잠김 위치에서, 볼 베어링(640)과 제2 부분(620)의 포스트(622)와 캠(630) 사이의 접촉은 제1 부분(610)을 제2 부분(620)에 단단히 맞물고 잠근다.

잠김해제 위치를 향한 손잡이(650)의 회전은 볼 베어링(640)과 포스트(622)의 표면과 캠(630) 사이의 접촉을 맞물림해제하기 위해 Y-축을 따르는 캠(630)의 병진 운동으로 변환된다. 스프링(664)은 부싱(632)과 웜 휠(660) 사이에서 결합될 수 있고, 캠(630)이 웜 기어를 향해 편의되는 잠김해제 위치로 캠(630)의 위치를 재설정하기 위해 스프링력을 제공하도록 구성될 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 포스트(622)는 제1 부분(610)과 제2 부분(620) 사이에 원하는 수준의 보유력을 제공하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 릴리프 절결부(relief cut)(626)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 릴리프 절결부(626) 내의 더 넓고/넓거나 더 긴 갭이 제1 부분(610)과 제2 부분(620) 사이의 최대 보유력을 감소시킬 수 있다. 제2 부분(620)은 포스트 립(624)을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 커플러(600)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 운동학적 장착부, V-홈, 및/또는 정렬 요소를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 회전 콜릿은 커플러의 제1 부분과 제2 부분을 결합 및 결합해제하기 위해 사용될 수 있다. 도 7a는 커플러(700)의 일 실시예의 단면 사시도이다. 커플러(700)는 외부 하우징(712) 및 제1 부분 나사형성부(714)를 갖는 제1 부분(710)을 포함한다. 커플러(700)는 또한 포스트(722)를 갖는 제2 부분(720)을 포함한다. 그는 Y-축을 따라서 병진되어 제1 부분(710)과 정합하여 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있다. 제1 부분(710)과 제2 부분(720)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 제1 부분(710)은 제1 부분(710)과 제2 부분(720) 사이의 결합을 잠그고 고정하도록 구성된 콜릿(750)을 포함할 수 있다. 제1 부분(710)은 포스트(722)를 수용하고, 그와 맞물리고, 그와 함께 잠기도록 구성된 볼 베어링 홀더(740)를 포함한다. 볼 베어링 홀더(740)는 볼 베어링(742)을 보유하고 포스트(722)를 둘러싸도록 구성된다. 볼 베어링 홀더(740)는 콜릿(750)이 회전될 때 제1 부분(710)의 하우징에 대해 Y-축을 따라서 병진하도록 구성된다. 제1 부분(710) 내로의 볼 베어링 홀더(740)의 병진은 볼 베어링(742)을 제1 부분(710), 볼 베어링 홀더(740), 및 포스트(722) 내로 가압한다. 본 명세서에 예시된 바와 같이, 볼 베어링 홀더(740)는 볼 베어링(742)이 포스트(722)와 접촉하지 않을 때 볼 베어링(742)을 홀더(740) 내에 보유하도록 구성된 각각의 볼 베어링 포켓 상에 립을 포함할 수 있다. 이들 표면은 표면의 곡률에 기초하여 헤르츠 응력을 겪는다. 볼 베어링(742)의 직경 및 재료와 함께, 곡률 및 재료 특성은 표면을 열화시키지 않는 접촉 조건을 생성하도록 구성될 수 있다. 볼 베어링(742)은 볼 베어링 홀더(740) 내에서 미리결정된 범위 내에서 이동하고, 제1 부분(710) 및 제2 부분(720) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(710)과 제2 부분(720) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다.

한 세트의 벨빌 와셔(760), 잠금 칼라(746), 및 스러스트 베어링(744)이 볼 베어링 홀더(740)에 결합될 수 있다. 콜릿(750)은 포스트(722)를 볼 베어링 홀더(740)에 잠그고 그로부터 잠금해제하기 위해 제1 부분(710)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 콜릿(750)의 외부 표면은 사용자가 제1 부분(710)과 제2 부분(720)을 결합 및 결합해제하기 위해 회전시킬 수 있는 잠금 노브(knob)일 수 있다.

도 7b 내지 도 7d는 상이한 결합 상태에 있는 커플러(700)의 측단면도이다. 도 7b에 도시된 결합해제 상태에서, 한 세트의 벨빌 와셔(760)들이 압축되고, (콜릿(750)의) 노브 부분은 안으로 돌려진다. 제2 부분(720)은 제1 부분(710) 내로 병진되고 있지만 볼 베어링 홀더(740)와 접촉을 이루지 않았다. 도 7c에서, 제1 부분(710) 및 제2 부분(720)은 포스트(722)가 볼 베어링 홀더(740)와 접촉하는 초기 맞물림을 이루었다. 콜릿(750)은 커플러(700)의 잠김해제 위치에 대응하는 제1 위치에 있다. 한 세트의 벨빌 와셔(760)들은 완전히 압축되고 콜릿(750)의 노브 부분은 안으로 돌려진다. 도 7d에서, 콜릿 노브는 볼 베어링 홀더(740)를 제1 부분(710) 내로 당기고 포스트(722)를 제1 부분(710)에 잠그기 위해 밖으로 돌려지도록 회전된다. 한 세트의 벨빌 와셔(760)들은 작업 부하 압축 상태에 있다. 포스트(722) 및 제1 부분(710) 둘 모두는 한 세트의 볼 베어링(742)들을 사용하여 보유력에 의해 보유된다. 한 세트의 볼 베어링(742)들은 볼 베어링 홀더(740)의 원주를 따라서 동일하게 이격된 4개 이상의 볼 베어링을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 커플러(700)는 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 운동학적 장착부, V-홈, 및/또는 정렬 요소를 포함할 수 있다.

리드 스크류 연결부를 갖는 운동학적 장착부

도 8은 외부 부하(예컨대, 외과 시술 동안의 로봇 아암의 정적 및 관성 부하)의 존재 시에서도 결합이 6 자유도에서 구속되고 유지되는 것을 보장하기 위해 큰 힘을 발생시킬 수 있는 전동식 잠금 메커니즘에 의해 구동되는 커플러(800)의 일 실시예의 측단면도이다. 커플러(800)는 제1 부분(810) 및 제2 부분(820)을 포함할 수 있다. 제1 부분(810)과 제2 부분(820)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 이 도면으로부터, 제1 부분(810)이 제1 단부(856)(로봇 아암에 결합되는 단부) 및 제2 단부(858)(제2 부분(820)에 결합되는 단부)를 포함하고, 내부 공동(864)이 제1 단부와 제2 단부 사이에서 제1 부분(810) 내에 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 내부 공동(864)에 대한 개구가 제2 단부(858)를 통해 형성된다. 제1 부분(810)은 제1 부분(810)과 제2 부분(820) 사이의 결합을 잠그고 고정하도록 구성된 구동 메커니즘에 결합되는 잠금 메커니즘을 포함할 수 있다. 제2 부분은 Y-축을 따라서 병진되어 제1 부분(810)과 정합하여 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있는 포스트(822)를 포함한다. 포스트(822)는 회전가능 콜릿(830)의 대응하는 나사형성 부분(832)에 결합될 수 있는 리드 스크류(824)를 포함한다. 리드 스크류(824)를 Y-축을 따라서 제1 부분(810) 내로 병진시키기 위해 모터(850)가 콜릿(830)을 리드 스크류(824)를 중심으로 제1 방향으로 회전시키도록 구동할 수 있다. 이러한 방식으로, 콜릿(830)은 제1 부분(810)을 제2 부분(820)에 단단히 잠그고 결합시키기 위해 포스트(822)와 맞물릴 수 있다. 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 콜릿(830)의 회전은 리드 스크류(824)를 Y-축을 따라 제1 부분(810) 외부로 병진시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 리드 스크류(824)의 피치각은 약 2 도 내지 약 30 도일 수 있다. 일부 실시예에서, 리드 스크류(824)의 피치각은 약 10 도 내지 약 15 도일 수 있다. 일부 실시예에서, 리드 스크류(824)의 피치각은 리드 스크류(824)가 역구동되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

모터(850)는 기어박스(840)에 결합될 수 있고 콜릿(830)을 회전시키도록 구성될 수 있다. 콜릿(830)은 하나 이상의 베어링(834)에 결합될 수 있다. 베어링(834)은, 예를 들어 깊은 홈 볼 베어링일 수 있다. 기어박스(840)는, 예를 들어 유성 또는 하모닉 기어 박스일 수 있고, 약 20 내지 약 200의 기어비를 가질 수 있다. 모터(850)는, 예를 들어 브러시리스 DC 모터일 수 있다. 일부 실시예에서, 전동식 잠금 메커니즘은 적어도 500 N의 힘을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 전동식 잠금 메커니즘은 적어도 1400 N의 힘을 발생시킬 수 있다.

모터(850)는 사용자로부터 입력 커맨드를 수신하도록 구성된 제어기(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은, 리드 스크류를 어느 방향으로든 구동함으로써 제1 부분(810)을 제2 부분(820)에 잠그고 그로부터 잠금해제하고, 그에 의해 로봇 아암을 수술 테이블에 부착하고 그로부터 탈거하기 위한 결합 커맨드를 입력할 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는 수술 테이블, 의료 카트, 및/또는 휴대용 컴퓨팅 디바이스 상에 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러(800)는 제1 부분(810)과 제2 부분(820) 사이의 결합 및 결합해제를 검출하도록 구성된 연결 센서(852)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연결 센서는 제1 부분(810) 및 제2 부분(820) 중 어느 한 부분 상에(예컨대, 제1 부분(810)과 제2 부분(820) 사이의 계면에) 위치된 힘 센서, 홀 효과(Hall effect) 센서, 및 전기 스위치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연결 센서는 모터(850) 상에 인코더를 포함할 수 있다. 결합 또는 결합해제가 검출되었을 때까지, 제어기는 모터(850)를 사용하여 콜릿(830)을 구동하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러(800)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 운동학적 장착부, V-홈, 및/또는 정렬 요소를 포함할 수 있다. 커플러(800)의 전동식 잠금 메커니즘은 부분 결합 및 결합해제를 포함하는 제2 부분(820)에 대한 제1 부분(810)의 결합 시의 사용자 오류, 유용성 위험(예컨대, 직관적이지 않은 사용)을 감소시킬 수 있고, 안전성(예컨대, 로봇 아암이 바닥으로 또는 사용자의 발 또는 다리 위로 떨어짐)을 증가시킬 수 있다.

원추형 아암 기부 연결부

도 9a는 커플러(900)의 일 실시예의 측면 사시도이다. 커플러(900)는 수술 테이블(예컨대, 수술 테이블(300))에 장착하기 위한 기부 부분과 같은 제1 부분(910)을 포함할 수 있다. 커플러(900)는 로봇 아암을 위한 단자 기부 부분과 같은 제2 부분(920)(예컨대, 아암 어댑터)을 포함할 수 있다. 제1 부분(910)과 제2 부분(920)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 제1 부분(910)은 제1 부분(910)과 제2 부분(920) 사이의 결합을 잠그고 고정하도록 구성된 손잡이(940), 및 대응하는 정렬 구멍(도시되지 않음)과 접촉하도록 구성된 정렬 돌출부(960)를 포함하는데, 이는 본 명세서에서 설명되는 바와 같다. 제1 부분(910)은 Y-축을 따라서 병진되어 제2 부분(920)의 원추형 수용 구멍(912)(도 9d)과 정합하여 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있는 원추체(930)를 포함한다. 도 9b는 커플러(900)에 대한 X-축, Y-축, 및 Z-축을 도시한다. 제1 부분(910)이 수술 테이블에 결합되고 제2 부분(920)이 로봇 아암에 결합되도록 제1 부분(910)과 제2 부분(920)이 바뀔 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

제1 부분(910)은 제2 부분(962) 내의 대응하는 정렬 구멍(962) 내로 접촉 및 활주하여 그와 정합하도록 구성된 하나 이상의 정렬 돌출부(960)를 포함할 수 있다. 정렬 돌출부(960)는 제2 부분(920)과의 돌출부(960)의 정렬이 사용자가 제1 부분(910)을 제2 부분(920) 내로 부정확하게 삽입하는 것을 방지하도록 구성된다는 점에서 비대칭이다. 이러한 공정은 본 명세서에서 정합으로 지칭될 수 있다. 정렬 돌출부(960)의 형상이 원통형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, 정렬 돌출부(960)는 스프링 로딩형/스플릿 핀을 포함할 수 있다. 정렬 돌출부(960)가 정렬 구멍(962)과 오정렬될 때, 제1 부분(910)의 원추체(930)는 제2 부분(920)에 대한 제1 부분(910)의 결합 및 잠금에 참여하기에는 Y-축을 따라서 제2 부분(920)의 원추형 구멍(912) 내로 충분히 병진되지 않을 것이다. 예를 들어, 도 9d는 원추체(930)가 제2 부분(920) 내로 완전히 병진되는 것을 허용하기 위해 제2 부분(920)의 정렬 구멍(962)과 정렬된 제1 부분(910)의 정렬 돌출부(960)를 도시한다. 그렇지 않으면, 정렬 돌출부(960)는 제2 부분(920)의 하우징과 접촉하여, 제1 부분(910)과 제2 부분(920) 사이에 그들의 결합을 방지하는 갭을 생성한다.

원추체(930)는 강성을 갖는 기계적 결합을 형성하기 위해 큰 표면적을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 원추체(930)는 X-축 및 Y-축으로의 병진을 구속하고 X-축 및 Z-축을 중심으로 하는 회전을 구속하기 위해 제1 부분(910)과 제2 부분(920)을 결합시키도록 구성된다. 원추체(930)의 표면은 제2 부분(920)과의 적절한 접촉을 보장하는 엄격한 공차 및 표면 마감을 가질 수 있는 정합 표면을 형성한다. 일부 실시예에서, 접촉 표면은 제1 부분(910)과 제2 부분(920) 사이의 마찰을 증가시키도록 구성된 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 원추체(930)의 테이퍼 각도는 결합의 높은 강성을 유지하면서 낮은 해제력을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 원추체(930)는 테이퍼 각도가 약 14 도일 수 있다.

일부 실시예에서, 원추체(930)는 교번하는 정합 표면과 접촉하는 에지 또는 평면을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 핀(934)이 원추체(930)의 노우즈(nose)에 배치될 수 있고, 원추체(930)의 표면으로부터 돌출되고 그 표면 내로 리세스되도록 구성될 수 있다. 손잡이(940)가 잠금해제 위치로 회전될 때, 핀은 원추체(930)로부터 돌출되도록 구성되어, 제1 부분(910) 및 제2 부분(920)이 마찰로 인해 접촉 상태로 유지되는 경우에 이들을 서로로부터 멀어지게 밀어냄으로써 제2 부분(920)을 제1 부분(910)으로부터 멀어지게 해제 및 병진시키는 것을 도울 수 있다.

도 9c는 제1 부분(910) 및 제2 부분(920)의 측면도를 도시한다. 원추체(930)는 Y-축을 따르는 제2 부분(920)의 병진을 구속하도록 구성된 둘 이상의 걸쇠(950)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 걸쇠(950)들은 원추체(930)의 원추형 테이퍼의 서로 반대편인 횡방향 측부들을 따라서 배치될 수 있다. 걸쇠(950)는 제2 부분(920)에 부착된 로봇 아암이 제1 부분(910)의 원추체(930) 외부로 그리고 그로부터 멀어지게 떨어지는 것을 방지하기 위한 초기 잠금 메커니즘(예컨대, 스프링 걸쇠)으로서 구성될 수 있다. 걸쇠(950)는 원추형 구멍(912)의 표면 위에서 용이하게 활주하도록 구성된 경사진 평탄 표면을 포함할 수 있다. 걸쇠(950)는 제1 부분(910)을 제2 부분(920)에 대해 보유하도록 구성된 테이퍼진 부분을 포함할 수 있다. 제2 부분(920)은, 대응하는 걸쇠(950)를 갖고 걸쇠(950)를 제1 구성으로부터 제2 구성으로 이동시키도록 구성된 스위치(952)를 포함한다. 걸쇠(950)는 제1 구성에서 원추체(930)로부터 돌출되도록 편의될 수 있고 제2 구성에서 원추체(930) 내로 리세스될 수 있다. 도 9e는 제2 부분(920)이 원추체(930) 위로 병진되는 것을 도시한다. 제2 부분(920)이 원추체(930) 위로 병진될 때, 걸쇠(950)는 원추형 구멍(912)의 표면과 접촉을 이루고 원추체(930) 내로 리세스된다. 대응하는 축방향 홈(932)(도 9d) 위로 전진된 걸쇠(950)는 걸쇠(950)가 제1 구성에서 돌출되게 하여 그에 의해 초기 잠금 상태에서 제1 부분(910)을 제2 부분(920)에 결합 및 고정시키는데, 이는 도 9f에 도시된 바와 같다. 도 9g는 초기 잠금 상태에 있는 제1 부분(910) 및 제2 부분(920)의 사시도이다. 손잡이(940)는 도 9d 내지 도 9g에 도시된 단계 전체를 통하여 잠김해제 상태에 있다.

도 9h 및 도 9m은 걸쇠(950)의 제1 표면(951) 및 제2 표면(953)을 도시한다. 제1 표면(951)은 원추체(930)의 테이퍼 각도의 것과 유사한 각도를 갖는 경사진 평탄 표면일 수 있다. 제1 표면(951)은 걸쇠(950)가 원추형 구멍(912)의 표면 위에서 용이하게 활주하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 제1 표면(951)이 제2 부분(920)의 원추형 구멍(912)을 통해 병진함에 따라, 걸쇠(950)는 원추체(930) 내로 리세스된다. 제2 표면(953)은 제1 부분(910)을 제2 부분(920)에 대해 보유하도록 구성된 테이퍼진 부분일 수 있다. 걸쇠(950)의 제2 표면(953)은 걸쇠(950)가 돌출 구성에 있을 때 걸쇠(950)가 제2 부분(920)으로부터 결합해제되는 것을 방지하도록 구성된 해제 방지 각도(1044)를 포함할 수 있다. 걸쇠(950)는 돌출 구성을 향해 편의되도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 걸쇠(950)는 대응하는 표면과 접촉하도록 구성된 캠작용(camming) 표면을 포함할 수 있어서, 걸쇠를 뒤로 당겨지기보다는 외향으로 웨지결합(wedging)시킴으로써, 제1 부분(910)과 제2 부분(920)이 서로 고정되고 잠길 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 캠작용 표면은 경사진 표면, 볼 및 소켓 표면 등을 포함할 수 있다.

도 9h는 걸쇠(950) 및 셔틀(970)에 결합된 한 세트의 벨빌 와셔(958)들을 도시한다. 벨빌 와셔(958)는 걸쇠(950)에 보유력을 인가하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 벨빌 와셔(958)는 약 130 lbf 내지 약 230 lbf를 인가할 수 있다. 벨빌 와셔(958)는 잠금부(예를 들어, 손잡이(940), 캠(942), 및 셔틀(970))의 힘을 가변시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 벨빌 와셔(958)의 예비압축력은 보조 입력을 사용하여 조절될 수 있다.

캠(942)에 결합된 손잡이(940)가 도 9h 및 도 9m에 도시되어 있다. 캠(942)은 잠김해제 위치와 잠김 위치 사이에서의 손잡이(940)의 회전에 응답하여 회전하도록 구성된다. 잠김 위치를 향한 캠(942)의 회전은 원추체(930) 내에 배치된 셔틀(970)에 접촉력을 인가한다. 손잡이(940)가 그의 원호를 그리며 회전함에 따라, 캠(942)은 제1 부분(910)의 셔틀(970)에 대해 힘을 인가하여 제1 부분(910)과 제2 부분(920)을 결합하고 제1 부분(910)을 제2 부분(920)에 고강성으로 단단히 잠근다. 손잡이(940)가 잠김 위치에 있을 때, 제1 부분(910)과 제2 부분(920)은 서로 단단히 맞물리고 잠긴다. 일부 실시예에서, 제1 부분은, 손잡이(940) 및 캠(942) 대신, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 전동식 잠금 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캠(942)은, 예를 들어 캠(942) 축과 별개인 축을 중심으로 하는 회전 운동 또는 한 세트의 직각 기어들을 통해 간접적으로 회전될 수 있다.

제2 부분(920)을 (손잡이(940)가 잠김해제 위치에 있는) 초기 잠김 상태로부터 해제하기 위해, 스위치(952)는 눌려짐으로써 작동되어, 그에 의해 걸쇠(950)를 제2 구성으로 누르고 사용자가 제2 부분(920)을 제1 부분(910)으로부터 멀어지게 병진시키게 할 수 있다. 도 9i 내지 도 9l은 각각 스위치(952)의 정면도, 측면도, 평면도 및 사시도를 도시한다. 스위치(952)는 대응하는 축방향 스위치(950)와 접촉을 이루어 이를 리세스된 제2 구성으로 밀도록 구성된 해제점(956)을 포함할 수 있다. 스위치(952)는 작동될 때 힌지(1054)를 중심으로 회전할 수 있다. 일부 실시예에서, 스위치(952)들은 약 3.5 인치만큼 이격될 수 있다. 이는 사용자가 제2 부분(920) 둘레를 감은 한 손을 사용하여 스위치(952) 둘 모두를 동시에 맞물게 하여, 그에 의해 제2 부분(920)이 제1 부분(910)으로부터 결합해제될 때 아암을 지지하는 (그리고 아암을 떨어뜨릴 가능성을 감소시키는) 위치에 사용자의 손을 배치하는 것을 자연적으로 조장한다. 각각의 스위치(952)는 스위치(952)를 초기 재설정 위치로 편의시키도록 구성된 토션 스프링을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 부분(910) 및 제2 부분(920)은 각각 제1 부분(910)과 제2 부분(920) 사이에 전력 및/또는 데이터 연결부를 제공하기 위한 전기적 인터페이스(938)를 포함할 수 있다. 전기적 인터페이스는 스프링 접촉 핀, 와이핑 접점, 광섬유 인터페이스, 변압기, 또는 임의의 다른 전력 및/또는 데이터 커넥터 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분(910)의 전기적 인터페이스는 원추체(930)의 테이퍼진 표면 상에 또는 원추체(930)를 지지하는 제1 부분(910)의 기부 플랜지 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 걸쇠(950)들 중 하나 이상은 걸쇠(950)가 제2 부분(920)과 접촉하기 때문에 전기적 인터페이스를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 커플러(900)는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 그리고 제1 부분(910)과 제2 부분(920) 사이의 결합 및 결합해제를 검출하도록 구성된 하나 이상의 연결 센서(936)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 센서는 걸쇠(950)가 보유하고 있는 힘의 크기, 걸쇠(950)의 위치(예컨대, 걸쇠가 이동한 양), 및 원추체(930)와 제2 부분(920) 사이의 접촉 상태 중 하나 이상을 검출하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 부분(910) 및 제2 부분(920) 중 하나 이상은 제1 부분(910)을 제2 부분(920)으로부터 진동 분리시키도록 구성된 댐퍼를 포함할 수 있다.

도 10은, 예컨대 본 명세서에서 설명되는 커플러들 중 임의의 것을 사용함으로써, 로봇 아암을 수술 테이블에 결합시키는 방법(1000)의 흐름도이다. 방법(1000)은 1002에서 커플러의 제2 부분(예컨대, 로봇 아암 기부 부분)을 커플러의 제1 부분(예컨대, 수술 테이블 상판의 장착 부분) 위에서 병진시키는 단계를 포함한다(도 9e). 제1 부분의 원추형 테이퍼가 초기 정렬을 제공할 수 있다. 1004에서, 제2 부분은, 제1 부분 및 제2 부분의 각각 상의 대응하는 정렬 요소들을 정렬시킴으로써 제2 부분이 제1 부분의 원추체 위에서 병진됨에 따라 제1 부분과 추가로 정렬된다. 제1 부분의 잠금 메커니즘(예컨대, 걸쇠)은 제1 부분의 정렬 요소(들)가 제2 부분과 정렬되지 않으면 제2 부분과 맞물리지 않을 것이다. 걸쇠는 1006에서 제2 부분과 맞물린다(도 9f). 제2 부분에 대한 걸쇠의 이러한 초기 결합은, 사용자 입력(예컨대, 스위치의 사용자 작동) 없이 결합이 맞물림해제되지 않을(예컨대, 해제되지 않을) 것이라는 점에서 자가 잠금형이다. 이 때, 제1 부분과 제2 부분은, 제2 부분이 사용자에 의해 지지되지 않은 경우 제2 부분이 제1 부분으로부터 멀리 떨어질 수 없도록 초기 맞물림 상태에서 결합된다.

초기 맞물림 상태에 있는 동안, 1008에서 손잡이가 회전되어 제1 부분의 2-위치 캠을 회전시켜 원추체 내에 배치된 셔틀에 접촉력을 인가할 수 있다. 손잡이가 그의 원호를 그리며 회전함에 따라, 캠은 제1 부분의 셔틀에 대해 힘을 인가하여 제1 부분과 제2 부분을 결합하고 제1 부분을 제2 부분에 고강성으로 단단히 잠근다. 일부 실시예에서, 손잡이는 잠김해제 위치로부터 잠김 위치로 약 90도 회전할 수 있다. 제1 부분과 제2 부분은 1010에서 잠긴다.

제1 부분을 제2 부분으로부터 맞물림해제하기 위해, 손잡이는 걸쇠 스위치가 작동되기 전에 잠김해제 위치로 회전되어야 한다. 우발적인 결합해제는 사용자에 의해 결합해제되는 필수적인 두 개의 잠금부에 의해 감소된다. 손잡이는 1012에서 잠김해제 위치를 향해 회전되어, 캠을 회전시키고 그를 셔틀로부터 결합해제시킬 수 있다. 잠김해제 위치로의 손잡이의 회전은 제1 부분과 제2 부분을 완전히 결합해제시키지 않고, 사용자가 제2 부분에 결합된 로봇 아암의 질량을 지지하는 것을 허용한다. 하나 이상의 스위치의 작동은 1014에서 걸쇠를 원추체 내로 리세스시키고, 1016에서 제2 부분이 제1 부분의 원추체 외부로 그리고 그로부터 멀어지게 병진하게 한다.

반경방향 클램핑 아암 기반 연결부

도 11a, 도 11e 및 도 11h는 제1 부분(1110) 및 제2 부분(1120)을 포함하는 커플러(1100)의 실시예의 측단면도이다. 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 제1 부분 및 제2 부분은 각각 커플러(1100)를 통하여 전력 및 데이터를 제공하기 위한 전기적 인터페이스(1126)를 포함할 수 있다. 제1 부분(1110)은 제1 부분(1110)을 제2 부분(1120)에 결합시키도록 구성된 스프링(1114)에 결합된 볼 베어링(1112)을 포함한다. 일부 실시예에서, 포지티브 잠금부(positive lock)가 스프링 백(spring back)을 방지하기 위해 스프링(1114)에 추가로 결합될 수 있다. 제2 부분(1120)은 제1 부분(1110)과 정합하도록 Y-축을 따라서 병진될 수 있는 포스트(1122)를 포함한다. 제2 부분(1120)은 제1 표면(1123) 및 제2 표면(1124)을 포함할 수 있다. 제2 표면(1124)은 제1 표면(1123)에 대해 더 가파른 각도를 가질 수 있다. 반경방향 클램프(1130)가 제2 부분(1120) 둘레에 배치될 수 있다. 제1 부분(1110)에 대한 포스트(1122)의 결합은 Y-축을 따르는 병진을 구속할 수 있다.

도 11a는 제2 부분(1120)과 정렬되고 그와 초기 맞물림을 갖는 제1 부분(1110)을 도시한다. 제2 부분(1120)의 포스트(1122)는 제1 부분(1110) 내로의 포스트(1122)의 병진 및 활주 동안 오정렬을 허용하도록 구성된 제1 표면(1123)(예컨대, 도입 테이퍼)을 포함할 수 있다. 포스트(1122)는 볼 베어링(1124)에 대해 가압하도록 구성된 제2 표면(1124)(예컨대, 경사진 면)을 추가로 포함할 수 있다. 제1 표면(1123) 및 제2 표면(1124)은 표면의 곡률에 기초하여 헤르츠 응력을 겪는다. 볼 베어링(1124)의 직경 및 재료와 함께, 곡률 및 재료 특성은 표면을 열화시키지 않는 접촉 조건을 생성하도록 구성될 수 있다.

클램프(1130)는 제1 부분(1110)을 제2 부분(1120)에 잠그도록 조여질 수 있다. 도 11b 내지 도 11d는 액추에이터(1140)에 결합된 반경방향 클램프(1130)의 전방 단면도이다. 액추에이터(1140)는 나사(1142) 및 손잡이(1144)를 포함할 수 있다. 손잡이(1144)를 작동시키는 사용자는 스크류(1142)를 돌려서 제2 부분(1120) 상의 클램프(1130)의 반경방향 압축력을 가변시킬 수 있다. 액추에이터(1140)는 피벗 또는 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(1140)는 1/4 바퀴로 회전되어 클램프(1130)의 원하는 반경방향 압축을 달성할 수 있다. 클램프(1130)는 또한 압축력을 분산시키기 위해 하나 이상의 릴리프(1132)를 포함할 수 있다. 클램프는 미리결정된 범위 내에서 압축되고, 제1 부분(1110) 및 제2 부분(1120) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다.

도 11e는 제1 콜릿(1150) 및 제2 콜릿(1152)을 포함하는 커플러(1100)를 도시한다. 제1 콜릿(1150)은 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120) 사이에서 제2 부분(1120)의 단부에 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 콜릿(1152)은 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120) 사이에서 제2 부분(1120)의 기부 부분에 결합되도록 구성될 수 있다. 제1 콜릿(1150) 및 제2 콜릿(1152) 둘 모두는 사용자가 Y-축을 따라서 병진시키기 위한 손잡이(1162)를 갖는 토글부(toggle)(1160)에 결합된다. 콜릿의 외부 표면 및 내부 표면은, 콜릿이 제1 부분과 제2 부분 사이에서 병진 및 압축될 수 있도록 각각의 제1 부분 및 제2 부분의 각도와 매칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 콜릿은 미리결정된 압축력을 제공하기 위해 한 세트의 벨빌 와셔들에 결합될 수 있다. 제1 콜릿(1150) 및 제2 콜릿(1152)은 각각 제1 부분(1110)을 향한 토글부(1160)의 병진이 콜릿을 압축하고 제1 부분과 제2 부분 사이의 결합을 고정시키도록 하나 이상의 슬릿(1151, 1153)(도 11f 및 도 11g 참조)을 포함할 수 있다. 콜릿은 미리결정된 범위 내에서 병진 및 압축되고, 제1 부분(1110) 및 제2 부분(1120) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다. 일부 실시예에서, 미리결정된 힘으로의 콜릿의 압축은 전기적 인터페이스 연결부를 형성한다.

도 11h는 제1 클램프(1134) 및 제2 클램프(1136)를 포함하는 커플러(1100)를 도시한다. 제1 클램프(1134)는 제2 부분(1120)의 단부에 결합되어 그에 대한 반경방향 압축력을 가변시키도록 구성될 수 있다. 제2 클램프(1136)는 결합되어 반경방향 압축력을 가변시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 클램프(1134) 및 제2 클램프(1136)는, 도 11i에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 캠(1170) 및 제2 캠(1172)에 결합될 수 있다. 캠들 각각은 손잡이에 결합될 수 있고, 제2 부분(1120) 상에서 반경방향 압축력을 가변시키도록 함께 작동될 수 있다. 제1 캠(1170) 및 제2 캠(1172)은 상이한 프로파일을 가질 수 있고, 회전 또는 선형 운동을 사용하여 작동될 수 있다. 더욱이, 캠(1170, 1172)은 클램프(1134, 1136)의 상이한 타이밍, 상이한 압축 및/또는 선형 운동 및 클램핑을 허용할 수 있다. 클램프 각각은 미리결정된 범위 내에서 압축되고, 제1 부분(1110) 및 제2 부분(1120) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(1110)과 제2 부분(1120) 사이에 결합을 형성하는 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다. 일부 실시예에서, 미리결정된 힘으로의 반경방향 클램프의 압축은 전기적 인터페이스 연결부를 형성한다.

도 12는, 예컨대 본 명세서에서 설명되는 커플러들 중 임의의 것을 사용함으로써, 로봇 아암을 수술 테이블에 결합시키는 방법(1200)의 흐름도이다. 방법(1200)은 1202에서 커플러의 제2 부분(예컨대, 로봇 아암 기부 부분)을 커플러의 제1 부분(예컨대, 수술 테이블 상판의 장착 부분) 내로 병진시키는 단계를 포함한다. 제2 부분의 포스트가 제1 부분 내로 이동함에 따라 포스트는 1204에서 정렬하기 시작할 수 있다. 제1 부분의 잠금 메커니즘(예컨대, 반경방향 클램프, 손잡이, 액추에이터, 노브)은 제2 부분의 정렬 요소(들)가 제1 부분과 정렬되지 않으면 맞물리지 않을 것이다. 포스트가 한 세트의 볼 베어링들에 대해 초기 맞물림 상태에 있을 때, 손잡이는 1206에서 회전되어 반경방향 클램프를 압축할 수 있다. 반경방향 클램프의 가압력은 1208에서 제1 부분과 제2 부분을 서로 잠근다. 커플러(1200)를 결합해제하기 위해, 사용자는 1210에서 손잡이를 잠김해제 위치를 향해 회전시킬 수 있다. 이는 반경방향 클램프를 압축해제시켜서, 그에 의해 볼 베어링과 제2 부분의 하우징 사이의 힘을 해제한다. 잠금부가 맞물림해제되면, 제2 부분은 1212에서 제2 부분을 제1 부분의 외부로 병진시킴으로써 제1 부분으로부터 완전히 결합해제될 수 있다.

다른 아암 기부 연결부

도 13a 내지 도 13d는 제1 부분(1310) 및 제2 부분(1320)을 포함하는 커플러(1300)의 실시예의 사시도이다. 제1 부분(1310)과 제2 부분(1320)의 결합은 6 자유도가 구속되는 단단한 정합 연결부를 형성한다. 제1 부분 및 제2 부분은 각각 커플러(1300)를 통하여 전력 및 데이터를 제공하기 위한 전기적 인터페이스를 포함할 수 있다. 포스트 구멍(1312)은 도 13a 내지 도 13c에 도시된 제2 전기 커넥터(1330)에 결합되도록 구성된 도 13c에 도시된 제1 전기 커넥터(1316)를 포함할 수 있다.

제2 부분(1320)은 제1 부분(1310)과 정합하도록 Y-축을 따라서 병진될 수 있는 포스트(1322)를 포함한다. 포스트(1322)는 제1 구성에서 포스트(1322)로부터 돌출되도록 그리고 제2 구성에서 포스트(1322) 내로 리세스되도록 편의된 한 세트의 걸쇠(1324)들을 포함할 수 있다. 제1 부분(1320)은 포스트 구멍(1312), 및 제2 부분(1320)의 한 세트의 걸쇠(1324)들에 대응하는 한 세트의 걸쇠 구멍(1314)들을 포함한다. 걸쇠(1324)는 모터(1340)에 결합된 리드 스크류(1342)에 의해 구동될 수 있다. 리드 스크류(1342)가 Y-축을 따라서 병진됨에 따라, 리드 스크류(1342)에 결합된 선형 랙(1350)이 Y-축을 따라서 병진하고 제1 구성과 제2 구성 사이에서 걸쇠(1360)를 회전시킨다. 이러한 전동식 잠금 메커니즘은 제1 부분(1310)과 제2 부분(1320) 사이의 단단한 결합을 보장할 수 있다. 제2 부분(1320)은 사용자가 공구(예컨대, 앨런 렌치(Allen wrench))를 수동으로 삽입하여 선형 랙(1350)을 수동으로 역구동시키고 수술 테이블로부터의 로봇 아암의 결합해제를 가능하게 하기 위한 접근 포트(1370)(도 13d 참조)를 포함할 수 있다. 모터(1340)는, 예를 들어 브러시리스 DC 모터일 수 있다.

도 14a 내지 도 14e는 선형 랙(1420) 및 걸쇠(1410)를 포함하는 선형 랙 조립체(1400)의 외부 도면이다. 선형 랙(1420)은 일 면의 랙(1422)(도 14c 참조)이 다른 면의 것과 상호교환가능하다는 점에서 양면형일 수 있다. 다시 말하면, 도 14c의 랙(1422)은 대칭이도록 뒤집히고 정합될 수 있다. 선형 랙(1420)은 걸쇠(1410)(예컨대, 회전 캠 클로)에 대한 컴플라이언스(compliance)를 증가시키기 위해 하나 이상의 벨빌 와셔를 포함할 수 있다. 각각의 랙이 함께 가압하게 하도록 각각의 랙의 일 단부에 포스트가 제공될 수 있다. 와셔(1430)가 랙(1422)의 정합 표면들 사이에 배치되어 컴플라이언스 및 스프링 저항을 부가할 수 있다. 걸쇠(1410)는 도 14d 및 도 14e에 의해 예시된 바와 같은 오프셋(1418)에 의해 높이가 분리된 스퍼 기어(1412) 및 캠 클로(1414)를 포함할 수 있다. 걸쇠(1410)는 축(1416)을 중심으로 회전할 수 있다. 캠 클로(1414)는 걸쇠가 회전함에 따라 제1 부분의 대응하는 표면과 정합할 수 있다.

도 15a 내지 도 15c는 일 실시예에 따른 커플러(1500)의 내부 사시도이다. 일부 실시예에서, 커플러(1500)는 제1 구성에서 하우징의 표면으로부터 돌출되도록 그리고 제2 구성에서 하우징 내로 리세스되도록 편의된 한 세트의 3개의 걸쇠를 포함할 수 있다. 걸쇠(1560, 1562, 1564)는 모터(1540)에 결합된 리드 스크류(1542)에 의해 구동될 수 있다. 리드 스크류(1542)가 Y-축을 따라서 병진됨에 따라, 리드 스크류(1542)에 결합된 선형 랙(1550)이 Y-축을 따라서 병진하고 제1 구성과 제2 구성 사이에서 걸쇠(1560, 1562, 1564)를 회전시킨다. 커플러(1500)는 사용자가 공구(예컨대, 앨런 렌치)를 수동으로 삽입하여 선형 랙(1550)을 수동으로 역구동시키고 수술 테이블로부터의 로봇 아암의 결합해제를 가능하게 하기 위한 접근 포트(1570)를 포함할 수 있다. 모터(1540)는, 예를 들어 브러시리스 DC 모터일 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 전동식 잠금 메커니즘을 포함하는 커플러(1600)의 내부 및 외부 도면이다. 제1 부분(1610)은 제2 부분(1620)의 해제 부재(1630)에 대해 보유력을 인가하도록 구성된, 볼 베어링(1650)에 결합된 모터(1640)를 포함할 수 있다. 모터(1640)는 미리결정된 범위 내에서 하향력을 인가하고, 제1 부분(1610) 및 제2 부분(1620) 둘 모두에 힘을 인가하여 이들을 서로 단단히 잠그고 제1 부분(1610)과 제2 부분(1620) 사이에 결합을 형성하는 진동 댐퍼 및 잠금 메커니즘으로서의 역할을 한다. 해제 부재(1630)는 볼 베어링(1650)과 접촉하도록 구성된 베어링 표면(1634)을 포함한다. 베어링 표면(1634)은 베어링(1650)이 해제 부재(1630) 내로 리세스되게 하도록 테이퍼진 또는 램프형 표면을 포함한다. 해제 부재(1630)는 힌지(1632)를 중심으로 회전할 수 있다. 핀(1642)이 해제 부재(1630)를 고정시킬 수 있다. 그러나, 핀(1642)이 해제될 때, 베어링(1650)의 중력의 힘 및 하향 압력은 제1 부분(1610)과 제2 부분(1620) 사이의 접촉력을 해제하기 위해 해제 부재(1630)가 스윙 개방되게 하여, 그에 의해 제1 부분(1610)과 제2 부분(1620)을 결합해제할 것이다.

도 17a 내지 도 17d는 병진 메커니즘을 포함하는 커플러(1700)의 개략 측면도이다. 제1 부분(1710)은 제2 부분(1720)의 포스트(1722)를 고정시키기 위해 한 세트의 래치(1730)들을 포함하는 캐리지(carriage)를 포함할 수 있다. 제1 부분(1710)과 제2 부분(1720)을 결합시키기 위해, 포스트(1722)는 제1 부분(1710) 내로 병진된다. 제1 부분(1710)과 제2 부분(1720)을 결합해제하기 위해, 포스트는 제1 부분(1710) 내로 미리결정된 거리에 걸쳐 추가로 병진되고, 이어서 제1 부분(1710)과 제2 부분(1720)을 결합해제시키도록 후퇴될 수 있다.

도 17a 및 도 17b에서, 원위 헤드(1724)가 제1 부분(1710) 내로 병진되어 래치(1730)의 경사진 제1 표면(1732)과 접촉한다. 래치는 다른 래치를 향해 연장되도록 편의된 스프링(1740)에 결합될 수 있다. 원위 헤드(1724)는 래치(1730)가 포스트(1722)의 제2 직경 부분(1723)과 접촉하도록 래치를 통해 활주한다. 이 때, 포스트(1722)는 래치(1730)와 원위 헤드(1724)의 근위 단부 사이의 접촉에 의해 제1 부분(1710)으로부터 후퇴되는 것이 방지된다. 포스트(1722)는 포스트(1722)의 제2 직경 부분(1723)을 따라서 활주할 수 있는 슬라이딩 칼라(1726)를 포함한다.

도 17c 및 도 17d에서, 포스트(1722)는 래치(1730)가 제2 직경 부분(1723)을 따라서 활주하도록 제1 부분(1710) 내로 추가로 병진된다. 래치(1730)의 제1 표면(1732)은 래치(1730)가 슬라이딩 칼라(1726)를 제자리에 보유하도록 슬라이딩 칼라(1726)의 제1 표면(1927)에 대항하여 활주하도록 구성된다. 이 때, 제1 부분(1710)으로부터 멀어지는 포스트(1722)의 후퇴는, 슬라이딩 칼라가 래치(1730)에 대해 고정된 상태로 유지되는 동안, 원위 헤드(1724)를 역방향으로 병진시킬 것이다. 다시 말하면, 슬라이딩 칼라(1726)는 근위 단부로부터 원위 단부까지 제2 직경 부분(1723)을 따라서 활주할 것이다. 슬라이딩 칼라(1726)가 원위 헤드(1724)와 접촉할 때, 래치(1730)의 개구는 원위 헤드(1724)가 제1 부분(1710)으로부터 멀어지게 후퇴하는 것이 방지되지 않도록 하는 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 근위 단부에 있는 원위 헤드(1724)는 슬라이딩 칼라(1726)를 보유하기 위한 리세스를 포함할 수 있다.

도 18a 및 도 18b는 이전 실시예들 중 임의의 실시예의 커플러의 포스트를 둘러싸고 파지하도록 구성된 파지기(1800)의 측면도이다. 파지기(1800)는 커플러(예컨대, 커플러(400))의 포스트(예컨대, 포스트(422))의 종축에 횡방향 힘을 인가하도록 작동가능한 아암(1802, 1804)을 포함한다.

다양한 실시예가 전술되었지만, 그들은 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 전술된 방법이 소정 순서로 발생하는 소정 이벤트를 나타내는 경우, 소정 이벤트의 순서화는 수정될 수 있다. 또한, 이벤트 중 소정의 것은 가능한 경우 병렬 과정으로 동시에 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 전술된 바와 같이 순차적으로 수행될 수 있다.

전술된 개략도 및/또는 실시예가 소정 배향 또는 위치로 배열된 소정 구성요소를 나타내는 경우, 구성요소의 배열은 수정될 수 있다. 실시예가 특히 도시되고 기술되었지만, 형태 및 상세 사항에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 장치 및/또는 방법의 임의의 부분은 상호 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 실시예는 기술된 상이한 실시예의 기능, 구성요소 및/또는 특징부의 다양한 조합 및/또는 하위조합을 포함할 수 있다.

본 발명의 앞서 기록된 설명은 당업자가 현재 그의 최상의 모드인 것으로 간주되는 것을 제조 및 사용하는 것을 가능하게 하지만, 당업자는 본 명세서의 특정 실시예, 방법 및 예의 변형, 조합 및 등가물의 존재를 이해하고 인식할 것이다. 본 명세서에 제시된 몇몇 아이디어들에 대해, 하나 이상의 부분은 선택적일 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술된 실시예, 방법 및 예에 의해 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 범주 및 사상 내의 모든 실시예 및 방법에 의해 제한된다.

Claims

로봇 아암을 수술 테이블에 결합시키기 위한 커플러(coupler)로서,
수술 테이블에 결합되도록 구성된 제1 부분;
로봇 아암에 결합되도록 구성된 제2 부분 - 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 제1 축을 따라서 병진하여 상기 제2 부분을 상기 제1 부분에 결합시키도록 구성된 포스트(post)를 가짐 -; 및
잠김 위치와 잠김해제 위치 사이에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 결합을 전이시키도록 구성된 잠금 메커니즘 - 상기 잠김 위치에서, 상기 제2 부분에 대한 상기 제1 부분의 6 자유도로의 이동이 구속됨 - 을 포함하며,
상기 잠금 메커니즘은 상기 제1 부분에 연결되고 상기 제1 부분의 내부 공동 내에 상기 포스트에 맞물리도록 상기 내부 공동에 대하여 병진하는 맞물림 부재를 포함하는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 맞물림 부재는 상기 포스트에 맞물리도록 상기 제1 축을 따라서 상기 내부 공동 내에서 병진하는 홀더이고, 상기 잠금 메커니즘은 상기 홀더에 결합된 볼 베어링 조립체(ball bearing assembly), 상기 제1 부분의 내부 공동 내에 위치된 제1 캠 및 제2 캠을 더 포함하고, 상기 제1 캠 및 상기 제2 캠의 상기 제1 축을 따르는 병진은 상기 홀더가 상기 포스트를 상기 제1 축을 따라서 상기 잠김 위치 또는 상기 잠김해제 위치로 병진시키게 하는, 커플러.
제2항에 있어서, 상기 홀더는 상기 포스트를 수용하도록 치수설정된 수용 공동을 포함하고, 상기 제1 부분의 내부 공동은 내부 접촉 표면을 포함하고, 상기 포스트는 외부 접촉 표면을 포함하고, 상기 볼 베어링 조립체의 볼은 상기 잠김 위치에서 상기 내부 접촉 표면 및 상기 외부 접촉 표면과 접촉하는, 커플러.
제2항에 있어서, 상기 제1 캠 및 상기 제2 캠의 각각은 상기 잠금 메커니즘의 병진 함수 또는 축방향 힘 함수를 조절하도록 구성된 가변 캠 표면 프로파일을 갖는 면 캠(face cam)인, 커플러.
제2항에 있어서, 상기 잠금 메커니즘은 상기 볼 베어링 조립체에 편의력을 인가하도록 구성된 편의 부재를 추가로 포함하는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분은 외부 표면을 따라서 축방향 배향 홈을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제2 부분이 상기 제1 부분에 결합될 때 상기 홈과 정합하도록 구성된 운동학적 장착부를 포함하고, 상기 운동학적 장착부 및 상기 홈은 상기 제2 부분에 대한 상기 제1 부분의 병진 또는 회전을 구속하도록 치수설정되는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분은 정렬 개구를 추가로 포함하고, 상기 제2 부분은 정렬 돌출부를 포함하고, 상기 정렬 돌출부는 상기 정렬 개구와 단일 배향으로 정합하도록 그리고 상기 제2 부분에 대한 상기 제1 부분의 오정렬을 방지하도록 구성된 비대칭 형상을 갖는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분의 포스트는 상기 제1 축을 따르는 상기 제2 부분에 대한 상기 제1 부분의 병진을 구속하기 위해 상기 제1 부분을 둘러싸도록 치수설정되는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 맞물림 부재는 샤프트이고, 상기 잠금 메커니즘은 한 세트의 볼 베어링들 및 부싱(bushing)에 결합된 캠을 더 포함하고, 상기 캠 및 상기 부싱은 상기 샤프트를 따라 병진하여 상기 잠김 위치와 상기 잠김해제 위치 사이에서 상기 포스트에 대항하는 상기 한 세트의 볼 베어링들의 접촉력을 가변시키도록 구성되는, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 내부 공동은 테이퍼진 부분을 포함하고, 상기 포스트는 상기 제2 부분을 상기 제1 부분에 결합시키기 위해 상기 제1 부분의 내부 공동의 테이퍼진 부분과 정합하도록 구성된 원추체이고, 상기 원추체는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 높은 결합 강성을 유지하면서 낮은 해제력을 달성하도록 구성된 테이퍼 각도를 갖는, 커플러.
제10항에 있어서, 상기 원추체의 노우즈(nose)에 배치되는 핀을 추가로 포함하고, 상기 핀은 제1 구성에서 상기 원추체의 노우즈로부터 돌출되도록 구성되고 제2 구성에서 상기 노우즈 내로 후퇴되고, 상기 제1 또는 제2 구성은 상기 잠금 메커니즘의 손잡이의 배향에 대응하는, 커플러.
제10항에 있어서,
상기 원추체의 측부를 따라 배치되는 걸쇠(catch)를 더 포함하고, 상기 걸쇠는 제1 구성에서 상기 원추체의 측부로부터 돌출되도록 편의되고, 제2 구성에서 상기 원추체의 측부 내로 후퇴되며,
상기 맞물림 부재는 상기 걸쇠를 상기 제1 구성과 상기 제2 구성 사이에서 전이시키기 위해 상기 걸쇠에 맞물리는 스위치인, 커플러.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 전기적 인터페이스를 추가로 포함하고, 상기 전기적 인터페이스는 상기 잠금 메커니즘을 구동하기 위해 모터에 전력을 제공하도록 작동가능한, 커플러.
로봇 아암을 수술 테이블에 결합시키기 위한 커플러로서,
수술 테이블에 결합되도록 구성된 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 제1 부분 - 상기 제2 단부는 상기 제1 부분 내의 내부 공동에 대한 개구를 한정함 -;
로봇 아암에 결합되도록 구성된 제2 부분 - 상기 제2 부분은 상기 내부 공동 내에 수용되도록 그리고 상기 제1 부분의 제1 축을 따라서 병진하여 상기 제2 부분을 상기 제1 부분에 결합시키도록 구성된 포스트를 가짐 -;
상기 제2 부분에 대한 상기 제1 부분의 6 자유도로의 이동을 구속하도록 구성되고 콜릿(collet) 또는 반경방향 압축 부재를 포함하는 잠금 메커니즘; 및
상기 잠금 메커니즘의 작동을 구동하도록 구성된 구동 메커니즘을 포함하는, 커플러.
제14항에 있어서, 상기 잠금 메커니즘은 상기 제1 부분의 내부 공동 내에 회전가능하게 위치된 콜릿(collet)을 포함하고, 상기 제2 부분의 포스트는 상기 콜릿 내에 수용되도록 구성된 리드 스크류(lead screw)를 포함하고, 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 콜릿의 제1 방향으로의 회전은 상기 리드 스크류를 상기 콜릿을 향하는 방향으로 상기 제1 축을 따라서 병진시켜 상기 제1 부분을 상기 제2 부분에 잠그고, 상기 제1 축을 중심으로 하는 상기 콜릿의 제2 방향으로의 회전은 상기 리드 스크류를 상기 콜릿으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제1 축을 따라서 병진시켜 상기 제1 부분을 상기 제2 부분으로부터 잠금해제하는, 커플러.
제14항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 결합 및 결합해제를 검출하도록 구성된 연결 센서를 추가로 포함하는, 커플러.
제14항에 있어서, 상기 잠금 메커니즘은 상기 제2 부분의 내부 공동 내에 위치된 볼 베어링 홀더 및 콜릿을 포함하고, 상기 콜릿은 상기 제1 부분의 제1 축을 중심으로 회전하도록 그리고 콜릿을 향하는 방향으로 상기 제1 축을 따르는 상기 볼 베어링 홀더의 병진을 구동하여 상기 제1 부분을 상기 제2 부분에 잠그도록 작동가능한, 커플러.
제14항에 있어서, 상기 잠금 메커니즘은 상기 제2 부분 둘레에 배치되는 반경방향 압축 부재를 포함하고, 상기 반경방향 압축 부재는 반경방향 힘을 상기 제2 부분에 인가하여 상기 제2 부분을 상기 제1 부분에 잠그도록 작동가능하고, 상기 구동 메커니즘은 손잡이 및 제1 구성에서 상기 반경방향 압축 부재에 결합된 스크류 또는 제2 구성에서 상기 반경방향 압축 부재에 결합된 캠을 포함하고, 상기 손잡이는 상기 제1 구성에서 상기 스크류를 돌리도록 작동가능하고, 상기 캠은 상기 제2 부분 주위에서 상기 반경방향 압축 부재의 반경방향 압축력을 가변시키도록 상기 제2 구성에서 작동가능한, 커플러.
제14항에 있어서, 상기 잠금 메커니즘은 상기 제2 부분의 외부 표면 둘레에 위치된 압축가능 콜릿을 포함하고, 상기 압축가능 콜릿은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 압축되어 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 결합을 형성하도록 작동가능하고, 상기 압축가능 콜릿은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 전기적 연결부를 제공하도록 구성되는, 커플러.
제19항에 있어서, 상기 압축가능 콜릿에 결합된 토글부(toggle)를 추가로 포함하고, 상기 토글부는 상기 압축가능 콜릿을 잠김 위치와 잠김해제 위치 사이에서 병진시키도록 작동가능한, 커플러.