KR102367993B1 - 구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재 및 그 관련 장치와 방법 - Google Patents

구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재 및 그 관련 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

관절운동가능 부재는 원위 단부, 근위 단부, 작동 부재 및 구속 부재를 포함한다. 상기 작동 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장된다. 상기 작동 부재는 상기 관절운동가능 부재를 중립 위치로부터 굽히기 위한 힘을 전달한다. 상기 구속 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장된다. 상기 구속 부재는 상기 원위 단부와 상기 근위 단부에 고정되는 양쪽 단부를 가질 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 상기 구속 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 상기 관절운동가능 부재의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따른다. 또다른 실시예에 있어서, 상기 작동 부재는 상기 관절운동가능 부재의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따른다.

Description

구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재 및 그 관련 장치와 방법{ARTICULATABLE MEMBERS HAVING CONSTRAINED MOTION, AND RELATED DEVICES AND METHODS}
본 발명은 구속 운동을 나타내는 관절운동가능 부재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수술 기구, 및 그와 같은 관절운동가능 부재를 이용하는 관련 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원격조작 수술 기구(teleoperated surgical instrument)와 더불어 수동 조작식(manually operated)(예컨대, 복강경, 흉강경) 수술 기구를 포함할 수 있는 원격 제어 수술 기구는 종종 최소 침습 의료 과정에 사용된다. 의료 과정 중에, 수술 기구는 기구의 일부분을 원하는 위치에 포지셔닝하기 위해 관절운동될 수 있다. 원하는 위치(location) 또는 배향(orientation)의 수술 기구(surgical instrument)의 포지셔닝(positioning)은 수술 기구의 하나 이상의 조인트의 운동을 구속함으로써 성취될 수 있다. 하지만, 수술 기구의 하나 이상의 조인트의 운동을 구속하는 기구(mechanism)는 수술 기구의 기계적 복잡성 및 조작성을 증가시켜, 수술 기구를 제조하는 어려움을 증가시킨다.
최소 침습 수술 기구의 전체 크기는 수술 기구의 디자인상의 제약을 초래할 수 있다. 다양한 적용처에 있어서, 이러한 수술 기구의 외부 횡방향 치수((예컨대, 직경)을 포함하는 전체 크기는 좁은 내강(lumen) 및 다른 통로 내에 맞도록 상대적으로 작은 것이 바람직하다. 그러므로, 경우에 따라서는, 수술 기구의 전체 크기를 감소시키기 위해 힘 전달 요소의 개수 및 배치를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일련의 관절운동가능하게 연결되는 링크들의 굽힘을 제어하기 위한 작동력을 제공하도록 일련의 관절운동가능하게 연결되는 링크들을 상호연결시키는 힘 전달 요소의 개수 및 배치는 하나 이상의 힘 전달 요소가 하나 이상의 링크에 직접 부착되어 그 링크에서 끝나는 일없이 하나 이상의 링크를 통과하도록 될 수 있다. 예를 들어, 일련의 복수의 조인트(또는 링크 쌍)의 굽힘 및 조향은, 각각의 조인트 또는 링크 쌍이 그와 같은 링크 쌍에 직접적으로 부착된 힘 전달 요소의 작동에 의해 개별적이고 직접적으로 굽힘할 수 있는 일없이, 단일 힘 전달 요소(또는 다수의 굽힘 방향 및/또는 자유도(DOF)의 경우, 단일 세트의 힘 전달 요소들)를 통해 작동될 수 있다. 이러한 구성은 때때로 "구속부족(underconstrained)"으로 지칭된다. 다시 말해, 다수의 링크 쌍의 조향 및 굽힘이 링크 쌍들 중의 하나의 링크 쌍의 하나의 링크에 부착되어 끝나는 단일 힘 전달 요소 또는 단일 세트의 힘 전달 요소들에 의해 작동된다. 하지만, 이러한 "구속부족" 구성은 그 구성을 제어가능하게 조향하고 굽히려는 시도에 과제를 초래할 수 있어, 그 결과 링크들의 예측불가능한 및/또는 제어불가능한 운동(관절운동)을 초래할 잠재성이 있다.
다른 방식의 구속부족한 조인트형 링크 구조체의 운동을 구속하는 것을 돕기 위한 제어 시스템 및 다른 기구가 제안되었다. 하지만, 관절운동가능한 부재의 운동 및 포지셔닝을 정밀하게 제어할 수 있는 구속 운동을 성취하는 대안적인 디자인을 제공할 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예는 상술한 과제들 중의 하나 이상을 해결할 수 있고 그리고/또는 상술한 바람직한 특징들 중의 하나 이상을 실현할 수 있다. 다른 특징 및/또는 장점은 이하의 설명으로부터 명백해질 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예에 따라, 관절운동가능 부재는 원위 단부, 근위 단부, 작동 부재 및 구속 부재(constraint member)를 포함한다. 상기 작동 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장될 수 있다. 상기 작동 부재는 상기 관절운동가능 부재를 중립 위치로부터 굽히기 위한 힘을 전달할 수 있다. 상기 구속 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장될 수 있다. 상기 구속 부재는 상기 원위 단부와 상기 근위 단부에 각각 고정되는 양쪽 단부를 가질 수 있다. 또한, 상기 구속 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 상기 관절운동가능 부재의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따를 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 관절운동가능 부재는 근위 단부, 원위 단부, 작동 부재 및 구속 부재를 포함한다. 상기 작동 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장될 수 있다. 상기 작동 부재는 상기 관절운동가능 부재를 중립 위치로부터 굽히기 위한 힘을 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 구속 부재는 상기 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장될 수 있다. 상기 구속 부재는 상기 원위 단부와 상기 근위 단부에 각각 고정되는 양쪽 단부를 가질 수 있다. 또한, 상기 작동 부재는 상기 관절운동가능 부재의 근위 단부와 원위 단부 사이에서 상기 관절운동가능 부재의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따를 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 수술 기구는 샤프트, 상기 샤프트의 근위 단부에 연결된 힘 전달 기구, 상기 샤프트의 원위 단부에 연결된 병렬 운동 기구(parallel motion mechanism), 리스트(wrist), 작동 부재 및 구속 부재를 포함한다. 상기 리스트는 복수의 링크를 포함하고, 상기 병렬 운동 기구의 원위 단부에 연결될 수 있다. 상기 작동 부재는 관절운동가능 부재를 중립 위치로부터 굽히거나 상기 리스트를 중립 위치로부터 굽히기 위한 상기 힘 전달 기구로부터의 힘을 전달할 수 있다. 상기 구속 부재는 적어도 상기 리스트를 통해 연장될 수 있다. 상기 구속 부재는 적어도 리스트 기구의 운동을 수동적으로 구속(passively constrain)할 수 있다. 상기 구속 부재의 양쪽 단부가 상기 리스트의 근위 단부와 원위 단부에 각각 고정될 수 있다.
또다른 목적, 특징 및 장점들은 이하의 설명에서 일부 설명될 것이고, 일부는 그 설명으로부터 자명할 것이며, 또는 본 명세서 및/또는 청구범위의 실시예 의해 습득될 수 있을 것이다. 이러한 목적 및 장점들 중의 적어도 몇몇은 첨부의 청구범위에서 구체적으로 지적된 요소들 및 그 조합들에 의해 실현 및 성취될 수 있을 것이다.
전술한 개략적인 설명과 이하의 상세한 설명은 모두 본 발명의 예시 및 설명만을 위한 것으로 청구되는 본 발명의 한정사항은 아니며, 청구범위가 그 균등론적 범위를 포함하여 본 발명의 전체 범위로 해석되어야 한다.
본 발명은 단독으로 설명되거나 첨부도면과 함께 설명되는 이하의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 도면은 본 발명의 보다 명백한 이해를 위해 포함되었으며, 본 명세서에 편입되어 본 명세서의 일부를 구성하고 있다. 도면은 본 발명의 교시의 하나 이상의 예시의 실시형태를 도해하고 있으며, 이하의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하는 기능을 한다.
도 1a는 하나의 예시적인 실시예에 따른 원격조작 수술 시스템을 도시하고 있다.
도 1b는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 환자측 카트의 매니퓰레이터 암의 일부를 도시하고 있다.
도 2는 힘 전달 기구를 포함한 수술 기구의 예시적인 실시예의 상면도이다.
도 3은 하나의 예시적인 실시예에 따른 조인트형 링크 구조체를 포함하는 수술 기구의 원위 부분의 부분도이다.
도 4는 하나의 예시적인 실시예에 따른 수술 기구의 샤프트 부분 및 힘 전달 기구의 부분 상면도이다.
도 5는 내부 구성요소를 노출시키기 위해 디스크들이 제거된 도 3의 부분도이다.
도 6은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 나선 형상의 작동 부재 및 나선 형상의 각도 범위의 평면 투영을 도시한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 조인트형 링크 구조체의 하나의 예시적인 실시예의 측면도 및 구속 텐던(constraint tendon)의 나선 경로를 설명하기 위한 조인트형 링크 구조체의 디스크의 단면도이다.
도 8a는 하나의 예시적인 실시예에 따른 조인트형 링크 구조체의 디스크의 상부 사시도이다.
도 8b는 하나의 예시적인 실시예에 따른 조인트형 링크 구조체의 디스크의 상부 사시도이다.
도 9는 하나의 예시적인 실시예에 따른 조인트형 링크 구조체를 포함하는 수술 기구의 원위 부분의 부분도이다.
도 10은 도 9의 라인 10-10을 따른 단면도이다.
도 11은 하나의 예시적인 실시예에 따른 편조 구조체(braided structure)를 포함하는 리스트(wrist)의 측면도이다.
도 12는 도 11 내의 도 12 영역의 확대도이다.
도 13은 도 11의 라인 13-13을 따른 도면이다.
도 14는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 편조 구조체를 갖는 조인트형 링크 구조체를 포함하는 수술 기구의 원위 단부의 측면도이다.
도 15는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 편조 구조체를 포함하는 조인트형 링크 구조체의 측면도이다.
도 16은 하나의 예시적인 실시예에 따른 병렬 운동 기구를 포함하는 수술 기구의 원위 부분의 부분 사시도이다.
도 17은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 병렬 운동 기구가 편향된 형태로 작동된 도 16의 수술 기구의 원위 부분의 부분 사시도이다.
도 18은 다양한 내구 구성요소의 관찰을 용이하게 하기 위해 외부 표면이 제거된 도 16의 수술 기구의 원위 부분의 도면이다.
도 19는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 병렬 운동 기구를 통해 연장되는 중심 튜브 및 작동 부재의 개략적 사시도이다.
도 20은 하나의 예시적인 실시예에 따른 병렬 운동 기구의 디스크의 끝면도이다.
도 21은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 공유형 구속 기구를 갖는 병렬 운동 기구 및 리스트를 포함하는 수술 기구의 원위 부분의 부분 사시도이다.
예시의 실시형태들을 설명하는 이 항목의 설명 및 첨부도면은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 받아들여져서는 안된다. 다양한 기계적, 조성적, 구조적, 전기적 및 작동적 변경이 이 항목의 설명 및 균등론적 범위를 포함한 청구범위의 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 잘 알려진 구조 및 기술들은 본 발명의 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 도시하지 않거나 자세히 설명하지 않는다. 2개 이상의 도면에서 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 또한, 하나의 실시형태와 관련하여 상세히 설명되는 요소 및 그 관련 세부 형상부는 실시가능하다면 언제든 특정적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시형태에 포함될 수도 있다. 예컨대, 하나의 요소가 하나의 실시형태와 관련하여 상세히 설명되어 있지만 제2 실시형태와 관련하여서는 설명되어 있지 않은 경우, 그 요소는 그럼에도 불구하고 제2 실시형태에 포함되어 있는 것으로 청구될 수도 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위를 위해, 달리 지시되어 있지 않다면, 양, 퍼센티지 또는 비율을 표현하는 모든 숫자 및 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 수치값은 이미 변경되어 있지 않은 한 모든 경우에 있어 "약"이라는 용어에 의해 변경되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되어 있지 않다면, 이하의 명세서 및 첨부된 청구범위에 기술되는 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻어질 것으로 기대되는 소정의 특성값에 따라 변경될 수 있는 근사값이다. 적어도 청구항의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하는 것을 꾀하지 않는 것으로서, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 자릿수의 수치를 고려하여 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 것으로서, "하나의" 및 "그 하나의"와 같은 단수 형태의 표현 및 임의의 단일 사용을 나타내는 표현은 특별하고 명백히 하나의 대상으로 한정하고 있지 않은 한 복수의 대상을 포함하는 것으로 해석됨에 유의해야 한다. 여기에 사용되는 것으로서, "포함하다", "구비하다" 및 이에 준하는 표현의 용어는 제한하는 것을 의도하지 않는 것으로, 목록 내의 항목들의 열거는 열거된 항목들에 대체될 수 있거나 추가될 수 있는 다른 유사한 항목들의 배제를 의도하지 않는다.
또한, 이러한 설명의 용어는 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 예컨대, "밑", "아래", "하부", "위", "상부", "근위", "원위" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 예시되는 바와 같이 하나의 요소의 또다른 요소에 대한 관계나 하나의 피처(feature)의 또다른 피처에 대한 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 이러한 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 포지션과 배향뿐만 아니라 사용 또는 작동에 있어서의 장치의 다른 포지션들(즉, 위치들) 및 배향들(즉, 회전 위치들)을 아우르는 것으로 의도된다. 예컨대, 도면의 장치가 뒤집어진다면, 다른 요소 또는 피처의 "아래" 또는 "밑"으로 설명된 요소는 이번에는 다른 요소 또는 피처의 "상부" 또는 "위"가 될 것이다. 따라서, 예시의 용어 "아래"는 위와 아래의 양자 모두의 포지션 및 배향을 아우를 수 있다. 장치는 다르게 배향될 수 있으며(예컨대 90도 회전되거나 다른 배향으로), 여기에 사용되는 공간적으로 상대적인 용어들은 그에 따라 해석될 수 있다. 수술 기구의 상대적 근위 및 원위 방향이 도면에 표시되어 있다.
조인트형 링크 구조체와 같은 관절운동가능 부재를 갖는 다양한 기구에 있어서, 관절운동가능 부재의 운동은 관절운동가능 부재의 구성요소(예를 들어, 디스크)의 운동을 능동적으로 제어(actively control)함으로써 구속된다. 관절운동가능 부재를 관절운동시키는 데 사용되는, 구동 텐던(drive tendon) 또는 구동 로드와 같은 작동 부재도 관절운동가능 부재의 운동을 능동적으로 구속(actively constrain)하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 작동 부재는 미국 특허 제6,817,974호에 개시된 짐벌 케이블 액추에이터(gimbal cable actuator)와 같은 힘 전달 기구에 연결될 수 있고, 힘 전달 기구를 통해 작동 부재에 전달되는 힘이 디스크를 이동시키고 조인트형 링크 구조체를 관절운동시키는 데 사용될 수 있도록 조인트형 링크 구조체에 연결될 수 있다. 이러한 구성은 또한 디스크를 정위치에 유지시키기 위해 힘 전달 기구로부터 작동 부재로 힘을 전달하는 등에 의해 디스크의 운동을 능동적으로 구속하는 데 사용될 수 있다.
경우에 따라, 작동 부재를 통한 운동을 능동적으로 구속하는 기구는 관절운동가능 부재가 관절운동되거나 그것의 운동이 구속될 때 관절운동가능 부재의 운동을 정밀하게 제어하기 위해 상대적으로 많은 개수의 작동 부재를 이용할 수 있다. 예를 들어, 리스트(wrist)가 리스트의 운동의 범위를 증가시키기 위해 추가적인 조인트를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 추가적인 조인트를 작동 및/또는 구속하기 위한 추가적인 작동 부재를 초래할 수 있고, 이것에 의해 특히 조인트들이 능동적으로 구속될 때 리스트의 복잡성 및 비용을 증가시킨다. 더욱이, 특히 작은 직경을 가진 기구의 경우에는, 일반적으로 기구 내의 공간을 절약하도록 적은 수의 작동 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 개수 이외에, 능동 제어형 구속 부재(예컨대, 작동 부재에 적용되는 힘을 이용하여 관절운동가능 부재의 운동을 능동적으로 구속하는 데 사용되는 작동 부재)의 특성은 작동 부재에 힘을 적용시키는 데 사용되는 기구로 인해 리스트의 복잡성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 능동적으로 구속되지 않는 구속 부재를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시예는 관절운동가능 부재의 운동이 수동적으로 구속되는(passively constrained) 관절운동가능 부재를 의도한다. 즉, 관절운동가능 부재의 운동은 힘 전달 기구와 같은 액추에이터 및 이를 제어하는 제어 알고리즘의 사용 없이 구속된다. 예를 들어, 다양한 예시적인 실시예에 있어서, 조인트형 링크 구조체의 디스크의 운동은 외부 구동기 또는 전달 기구에 의해 작동가능하지 않는 대신 조인트형 링크 구조체 자체의 운동(관절운동)에 반응하는 구속 부재에 의해 수동적으로 구속된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 부재는 조인트형 링크 구조체의 양쪽 단부에 고정될 수 있다. 그 결과, 구속 부재는 관절운동가능 부재의 운동을 능동적으로 구속하는 힘 전달 기구를 사용할 필요가 없고, 이것이 적은 개수의 작동 부재 및 잠재적으로 덜 복잡한 힘 전달 기구의 사용을 허용한다. 또한, 구속 부재의 양쪽 단부가 관절운동가능 부재의 양쪽 단부에 고정될 수 있다. 따라서, 구속 부재는 힘 전달 기구와 같은 액추에이터가 배치되는 곳인 기구의 근위 단부까지 연장될 필요가 없고, 이것에 의해 관절운동가능 부재의 근위측의 기구 샤프트를 따른 공간을 절약한다. 또한, 구속 부재를 기구의 내강((예컨대, 샤프트)을 통해 기구의 근위 단부까지 연장하지 않음으로써, 내강 내에 적은 개체가 존재하기 때문에, 내강의 내부 공간이 세척하기 더 쉬울 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따라, 본 발명은 관절운동가능 부재의 운동을 구속하는 기구를 포함하는 수술 기구용 관절운동가능 부재를 의도한다. 구속 기구는 리스트(wrist), 병렬 운동 기구(parallel motion mechanism) 또는 수술 기구에 사용되는 다른 관절운동가능 부재 일 수 있는 관절운동가능 부재의 양쪽 단부에 고정될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 있어서, 관절운동가능 부재는 조인트형 링크 구조체이다. 기구의 리스트의 하나의 실시예에 있어서, 구속 기구는 리스트의 길이의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따라 연장된다. 리스트는 또한 당해 리스트를 통해 실질적으로 직선형으로 연장되는, 구동 텐던과 같은 작동 부재를 포함할 수 있다. 리스트는 상이한 방향으로(예컨대, 직교) 엇갈리는 회전 축선들을 중심으로 피벗운동하거나, 실질적으로 동일한 방향으로 연장된 적어도 2개의 연속적인 회전 축선들을 중심으로 피벗운동하는 일련의 연결된 디스크들을 포함할 수 있다. 구속 기구는 덴던 또는 로드에 한정되지 않으며, 그 대신 예컨대 조인트형 링크 구조체의 디스크를 대체하는 등에 의해 관절운동가능 부재의 구조체를 제공하는데 사용될 수 있는 편조 구조체(braided structure)일 수 있다. 선택적으로, 편조 구조체는 조인트형 링크 구조체의 디스크의 운동을 구속하도록 사용될 수 있다. 병렬 운동 기구에서, 구속 기구는 병렬 운동 기구를 통해 실질적으로 직선형으로 연장될 수 있는 한편, 병렬 운동 기구용 구동 텐던은 병렬 운동 기구의 길이의 적어도 일부를 통해 연장될 때 나선 경로를 따라 연장된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 수술 기구가 리스트와 병렬 운동 기구를 모두 포함할 때는, 구속 기구는 적어도 리스트의 또는 리스트와 병렬 운동 기구 모두의 운동을 구속하기 위하여 사용될 수 있다. 또다른 예에서는, 별개의 구속 기구들이 리스트 및 병렬 운동 기구의 운동을 구속하도록 사용될 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 원격조작 수술 시스템(100)의 하나의 예시적인 실시예로서, 환자측 카트(110), 환자측 카트(110)의 기구를 제어하기 위한 사용자로부터의 입력을 수신하는 외과의 콘솔(120) 및 보조 제어/비전 카트(130)를 포함하고 있는 바의 원격조작 수술 시스템(100)의 하나의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 시스템(100)은 예를 들어 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc.)로부터 입수가능한 da Vinci® 수술 시스템, da Vinci® Si(model no. IS3000), Single Site da Vinci® 수술 시스템 또는 da Vinci® Xi 수술 시스템일 수 있다. 하지만, 다양한 다른 원격조작 수술 시스템 형태들이 여기에 설명되는 예시적인 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 이제 도 1b의 개략도를 참조하면, 설치된 위치에 2개의 수술 기구(141, 142)를 갖는 환자측 카트의 매니퓰레이터 암(140)의 예시적인 실시예의 일부가 도시되어 있다. 도 1b의 개략도는 간략화를 위해 단지 2개의 수술 기구를 도시하고 있지만, 당업자가 잘 알고 있는 바와 같이 3개 이상의 수술 기구가 환자측 카트의 설치 위치에 수용될 수 있을 것이다. 각각의 수술 기구(141, 142)는 원위 단부에 이동가능 엔드 이펙터(도 2와 관련하여 이하에 설명됨) 또는 카메라 또는 다른 감지 장치를 가지는 기구 샤프트(150, 151)를 포함하고, 원위 단부의 운동을 제어하기 위한 리스트 기구(wrist mechanism)(도 2와 관련하여 이하에 설명됨)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
도 1b의 예시적인 실시예에 있어서, 수술 기구(141, 142)의 원위 단부 부분들은 환자 내로 도입되기 위해 단일 포트 구조체(152)를 통해 수용된다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 환자측 카트의 다른 형태는 여러 개의 개별 매니퓰레이터 암을 사용할 수 있다. 또한, 개별 매니퓰레이터 암은 단일 기구 또는 복수의 기구를 포함할 수 있다. 또한, 기구는 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구일 수 있으며, 또는 카메라 기구 또는 수술 과정 중에 사용되는 원격 수술 부위의 정보(예컨대, 가시화, 전기생리 활동, 압력, 유체 유동 및/또는 다른 감지 정보)를 제공하도록 사용되는 다른 감지 기구 일 수 있다.
힘 전달 기구(147, 148)가 각각의 샤프트(150, 151)의 근위 단부에 배치되고, 살균 어댑터(145, 146)를 통해 작동 인터페이스 어셈블리(143, 144)와 연결된다. 작동 인터페이스 어셈블리(143, 144)는 기구(141, 142)를 작동시키기 위해 힘 전달 기구(147, 148)에 힘을 전송하도록 수술 시스템의 외과의측 콘솔에서의 입력 명령에 응답하도록 컨트롤러(예컨대, 수술 시스템의 제어 카트에 위치한)에 의해 제어되는 다양한 기구(mechanism)(도 2의 예시적인 실시예와 관련하여 이하 더 상세히 설명됨)를 포함한다.
기구 샤프트, 리스트 및 엔드 이펙터의 직경은 일반적으로 기구와 함께 사용될 캐뉼러의 크기에 따라 또한 실행되는 수술 과정에 따라 선택된다. 여러 가지 예시적인 실시예에 있어서, 예컨대 약 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm 또는 8mm 직경의 샤프트 및/또는 리스트가 일부 기존의 캐뉼러 시스템에 삽입되지만, 더 큰 기구 크기도 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 하나의 하나의 예시적인 실시예에 따라, 수술 기구의 종류에 따라, 하나 이상의 수술 기구(141, 142)는 플럭스 전송 도관(132)을 통해 플럭스 소스(160)와 연통할 수 있다. 예를 들어, 수술 기구(141)가 전기 수술 기구인 경우, 플럭스 전송 도관(132)은 전기 에너지 전송 케이블이고, 플럭스 소스(160)는 전기 에너지 발생기이다.
도 2를 참조하면, 하나의 예시적인 실시예에 따른 수술 기구(240)의 바닥부 개략도가 도시되어 있다. 수술 기구(240)는 힘 전달 기구(250), 샤프트(260)의 근위 단부(263)에서 힘 전달 기구(250)에 연결된 샤프트(260) 및 샤프트(260)의 원위 단부(265)에 연결된 엔드 이펙터(280)를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 엔드 이펙터(280)는 도 2에 도시된 바와 같이 리스트(270)를 통해 샤프트(260)의 원위 단부(265)에 연결될 수 있다. 리스트(270)는 엔드 이펙터(280)를 원하는 위치에 포지셔닝시키기 위해 하나 이상도 자유도(DOF)(예컨대, 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll))로 작동될 수 있다.
기구(240)는 하나의 예시적인 실시예에 따라 샤프트(260)의 원위 단부(265)와 리스트(270)의 사이에 포지셔닝되는 병렬 운동 기구(미도시)와 같은 다른 조인트를 포함할 수 있다. 예시의 병렬 운동 기구 및 그 기능에 관해서는, 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2011년 5월 17일자 발행 미국 특허 제7,942,868호 및 2008년 3월 13일자 공개 미국 특허 출원 US 2008/0065105호가 참조된다.
수술 기구(240)는 힘 전달 기구(250)와 엔드 이펙터(280) 사이 및 힘 전달 기구(250)와 리스트(270) 및/또는 병렬 운동 기구를(미도시) 사이에 힘을 전달하기 위한 하나 이상의 작동 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 작동 부재(290)는 작동력을 엔드 이펙터(280)에 제공하기 위해 힘 전달 기구(250)를 엔드 이펙터(280)에 연결시킬 수 있다. 작동 부재는 샤프트(260)의 내부를 따라 연장될 수 있다. 작동 부재(290)를 이용함으로써, 힘 전달 기구(250)는 예컨대 엔드 이펙터(280)(또는 다른 이동가능 부분)의 요(yaw)를 제어하도록 엔드 이펙터(28)를 작동시키고 그리고/또는 기구(240)의 리스트(270)를 제어할 수 있다. 작동 부재(290)는 예를 들어 케이블, 와이어 등과 같은 인장 부재일 수 있고, 풀-풀(pull-pull) 방식으로 수술 기구를 작동시킬 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 작동 부재(290)는 예컨대 푸시 로드 등의 압축 부재이고, 여기에 그 전체 개시내용이 참조되는 2013년 10월 1일자 발행 미국 특허 제8,545,515호에 개시된 바와 같이 푸시-풀(push-pull) 방식으로 작동할 수 있다.
힘 전달 기구(250)는 수술 기구(240)에 환자측 카트에 의해 제공되는 힘을 전달하기 위해 원격조작 수술 시스템의 환자측 카트와 결합하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 힘 전달 기구(250)는 미국 특허 제8,545,515호에 개시된 바와 같이 환자측 카트의 환자측 매니퓰레이터와 결합하는 하나 이상의 구동기 디스크(252, 254)를 포함한다. 따라서, 구동기 디스크(252, 254)는 예컨대 롤, 피치, 요 및/또는 다양한 엔드 이펙터 운동(예컨대, 개방, 폐쇄, 병진운동)을 포함하는(이에 한정되지 않음) 기구(240)의 여러 가지 DOF를 작동시키도록 원격조작 (로봇) 매니퓰레이터로부터의 힘을 사용한다. 힘 전달 기구(250)는 2개의 구동기 디스크(252, 254)에 한정되지 않고, 더 적거나 더 많은 구동기 디스크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 힘 전달 기구(250)는 기구(240)의 DOF의 수에 대응되는 개수의 구동기 디스크를 포함할 수 있으며, 일부 디스크 또는 디스크의 조합이 다수의 기구 DOF를 제어할 수 있다. 또한, 구동기 디스크(252, 254)는 도 2의 페이지의 평면에 대해 실질적으로 평행한 것으로 도시되어 있어, 도 4의 페이지의 평면에 실질적으로 수직하게 연장되는 구동기 디스크(252, 254)의 회전 축선(미도시)을 발생시키는 한편, 샤프트(260)는 도 4의 페이지의 평면에 대해 실질적으로 평행하지만, 여기에 설명되는 실시예들은 예컨대 구동기 디스크들이 샤프트(260)에 실질적으로 평행하게 연장되는 회전 축선을 가지는 것과 같은 다른 형태로 구성된 구동기 디스트들을 포함하는 힘 전달 기구를 이용할 수도 있을 것이다.
수술 기구(240)의 샤프트(260), 리스트(270) 및 엔드 이펙터(280)의 직경은, 카메라 기구의 직경과 더불어, 일반적으로 기구가 함께 사용될 캐뉼러의 크기에 따라 선택된다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 카메라 기구의 직경 및 리스트(270)와 메인 샤프트(260)의 직경은 약 3mm 내지 약 10mm의 범위 내일 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 카메라 기구의 직경 및 리스트(270)와 메인 샤프트(260)의 직경은 약 5mm 내지 약 8mm의 범위 내일 수 있다. 예를 들어, 직경은 예컨대 일부 기존의 캐뉼러 시스템 내에 삽입되게 크기결정되도록 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm 또는 약 8mm일 수 있다. 또한, 기구들은 원형 단면을 가질 수 있지만, 비원형 단면을 갖는 기구들도 의도된다. 예를 들어, 예컨대 약 13mm 내지 약 17mm의 길이를 가지는 장축과 예컨대 약 8mm 내지 약 10mm의 길이를 가지는 단축을 갖는 단면과 같은 타원형 단면을 가질 수 있을 것이다.
리스트와 같은 관절운동가능 부재의 운동(굽힘)을 구속하기 위한 시스템 및 기법은 관절운동가능 부재의 구성요소들의 원하지 않는 운동을 최소화함으로써 관절운동가능 부재의 정밀 제어를 가능하게 해줄 수 있다. 예를 들어, 구속 기구는 조인트형 링크 구조체 내의 다른 디스크에 대한 디스크의 미끄러짐이나 어긋남을 초래하거나 또는 단일 굴곡을 갖는 원호 형상이 소망될 때 S자 형상을 초래할 수 있는 의도하지 않은 방향의 디스크의 운동을 최소화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 리스트와 같은 관절운동가능 부재의 운동은 한 세트의 작동 요소들(예컨대, 텐던들)를 힘 전달 기구(250)와 같은 하나 이상의 힘 전달 기구에 연결시킴으로써 능동적으로 구속될 수 있다. 기구의 전달 기구 내의 다양한 기구들이 작동 요소들 전반에 걸친 제어를 제공하도록 사용되고, 이에 의해 조인트형 링크 구조체 또는 다른 관절운동가능 부재의 운동을 구속하도록 기능할 수 있다.
디스크의 운동을 능동적으로 제어하기 위해 일련의 디스크의 각각에서 끝나고, 기구의 근위 단부에 위치한 힘 전달 기구까지 연장되는 여러 세트의 케이블들을 이용하는 구속 구성은 기구의 기계적 복잡성을 증가시키고, 다른 구성요소들을 위해 사용될 수 있는 작은 기구 내의 소중한 공간을 차지해 버릴 수 있다.
이러한 고려 사항의 관점에서, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예는 관절운동가능 부재의 관절운동이 관절운동가능 부재를 원하고 예측가능한 형태로 포지셔닝시키기 위해 상대적으로 반복가능하고, 정밀하고 부드러운 방식으로 실행되도록 하는 구속 운동을 나타내는 관절운동가능 부재를 의도한다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 관절운동가능 부재를 포함하는 기구는 기구의 상대적으로 작은 전체 직경에도 불구하고 기계적으로 덜 복잡한 힘 전달 기구를 가질 수 있고, 상대적으로 작동시키기 쉬울 수 있으며, 제조하는 데 비용 효율적일 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 운동을 가지는 관절운동가능 부재는 수술 기구 내의 리스트로서 사용되는 조인트형 링크 구조체이다. 도 3을 참조하면, 기구 샤프트의 원위 부분(300)이 도시되어 있다. 비제한적인 예로서, 수술 기구는 카메라 기구 또는 도 2의 예시적인 실시예에 따른 리스트에 의해 지지되는 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구일 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 또는 카메라 장치(미도시)가 예컨대 칼라(collar)일 수 있는 수술 기구 원위 부분(300)의 원위 단부(302)에 칼라 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 원위 부분(300)은 리스트(310)에 대해 근위측의 기구의 부분(316)에 연결되는 리스트(310)를 포함할 수 있다. 부분(316)은 예컨대 도 2의 예시적인 실시예에 따른 기구 샤프트의 원위 단부일 수 있으며, 이하에서 설명되는 바와 같이 병렬 운동 기구의 원위 단부일 수 있다. 리스트(310)는 임의의 피치 및/또는 요 방향의 리스트(310)에 운동을 제공하기 위해 디스크들 간의 조인트들에서 연결되는 복수의 디스크를 포함하는 조인트형 링크 구조체이다. 예를 들어, 리스트(310)는, 7개의 디스크(6개의 조인트를 갖는 리스크 기구에서와 같이) 또는 더 많은 개수의 디스크와 같이 다른 개수의 디스크 디스크가 리스트 내에 사용될 수도 있겠지만, 디스크(311-315)를 포함할 수 있다. 여기에 설명되는 예시의 실시예들은 디스크들을 포함하는 것으로서 설명되지만, 이는 단지 하나의 가능한 비제한적인 구성일 뿐이다. 예를 들어, 링크들이 여기에 설명되는 예시적인 실시예들의 디스크들 대신 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 디스크(311-315)는 피치 및/또는 요 방향 등의 리스트(310)의 운동을 제한하기 위한 기계적 스톱부(도시 생략)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 리스트(310)는 또한 한 쌍의 디스크(311, 312) 사이의 회전 축선(350)을 제공하는 조인트(322); 한 쌍의 디스크(312, 313) 사이의 회전 축선(352)을 제공하는 조인트(324); 한 쌍의 디스크(313, 314) 사이의 회전 축선(354)을 제공하는 조인트(326); 및 한 쌍의 디스크(314, 315) 사이의 회전 축선(356)을 제공하는 조인트(328)를 포함하고 있다. 축선(350 및 354)은 서로 실질적으로 동일한 방향으로 연장되고, 축선(352 및 356)은 서로 실질적으로 동일한 방향이면서 축선(350 및 354)과 실질적으로 직교하는 방향으로 연장된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 축선(350, 352, 354, 356)은 조인트(322, 324, 326 328)의 임의의 피치 및 요 방향 운동을 제공하도록 배열되어 있고, 축선(350, 352, 354, 356)은 상이한 방향으로 엇갈린다. 조인트(322, 324, 326, 328)는 도 3의 예시적인 실시예에서는 각각이 단일 축선(각각의 조인트(322, 324, 326, 328)에 대해 각각 축선(350, 352, 354, 356))을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 조인트(322, 324, 326, 328)는 그 대신 다른 개수의 축선을 포함할 수 있다. 예를 들면, 조인트(322, 324, 326, 328)는 미국 특허 제8,911,428호의 도 25의 실시예를 포함하여 여기에 그 전체 개시내용이 참조되는 2014년 12월 16일자 발행 미국 특허 제8,911,428호의 예시의 실시예에 따라 관절운동할 수 있다.
도 3의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 작동 요소(320)가 리스트(310)를 통해 연장된다. 작동 요소(320)는 예컨대 작동 요소(320)의 원위 단부를 기구 샤프트 부분(300)이 원위 단부(302)에 또는 리스트(310)의 디스크(311)에 고정시키는 등에 의해 리스트(310)를 작동시키도록 사용되는 텐던일 수 있다. 또다른 예에 있어서, 하나 이상의 작동 요소(320)는 도 2의 예시의 실시예의 작동 부재(290) 및 엔드 이펙터(280)에 따르는 등의 수술 기구의 엔드 이펙터와 같은 기구의 다른 구성요소를 작동시키는 데 사용될 수 있다. 작동 요소(320)는 하나의 바람직한 실시예에 따라 또한 도 3에 도시된 바와 같이 리스트(310)를 통한 작동 요소(320)와 같이 실질적으로 직선형으로 연장될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 작동 요소(320)는 리스트(310), 기구의 샤프트를 통해 힘 전달 기구까지 연장되는 쌍으로 배열될 수 있다. 힘 전달 기구는 예컨대 캡스턴(capstan), 기어, 레버, 짐벌, 랙 앤 피니언 장치, 풀리 및 당업자에 친숙한 다른 장치와 같은, 작동 요소를 작동시키기 위한 다양한 종류의 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 개수의 작동 요소(320) 및 작동 요소(320)의 쌍이 사용될 수도 있겠지만, 2개의 쌍으로 배열된 4개의 작동 요소(320)가 리스트(310)를 통해 연장될 수 있다. 한 쌍의 작동 요소(320)는 미국 특허 제8,545,515호에 기재된 바와 같은 풀-풀(pull-pull) 구동 기구 또는 푸시-풀(push-pull) 구동 기구의 형태와 같이 작동 요소(320)를 작동시키도록 캡스턴에 연결될 수 있다. 캡스턴은 하나의 예시적인 실시예에 따라 도 1a의 예시적인 실시예의 환자측 카트(110)의 환자측 매니퓰레이터로부터 수취된 힘을 전달하는 도 2의 예시적인 실시예의 힘 전달 기구(250)의 인터페이스 디스크(252, 254) 중의 하나에 연결되어, 캡스턴이 작동 요소(320)를 회전 및 작동시키게 만든다. 당업자에 친숙한 다른 힘 전달 기구도 사용될 수 있으며, 캡스턴은 비제한적이고 예시적인 구성이다.
도 4의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 작동 요소(364)가 풀-풀 작동 요소일 때 등에, 작동 요소(364)가 기구의 샤프트(362)를 통해 힘 전달 기구(360)까지 연장될 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 작동 요소(364)는 푸시-풀 작동 부재일 수 있고, 캡스턴(366)은 작동 요소(364)를 구동시키는 기어로 대체될 수 있다. 힘 전달 기구(360)는 도 2의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있다. 예를 들어, 힘 전달 기구(360)는 도 2의 예시적인 실시예의 인터페이스 구동기 디스크(182, 184)와 유사한, 캡스턴(366)을 작동시키는 인터페이스 구동기 디스크를 포함할 수 있다.
리스트(310)는 리스트(310)의 운동을 수동적으로 구속하는 구조체를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트(310)는 리스트(310)을 통해 연장되는 하나 이상의 구속 텐던(constraint tendon)을 포함할 수 있다. 리스트(310)의 운동을 구속하기 위해, 구속 텐던은 리스트(310)의 원위 및 근위 단부에 고정될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 수동적 구속 텐던이 예컨대 디스크(311-315)에 의해 제공되는 관절운동가능 부분과 리스트의 관절운동가능 부분의 단부에 고정될 수 있다. 따라서, 후술되는 바와 같이, 수동적 구속 텐던은 예컨대 디스크(311 및 315) 자체에 또는 디스크(311 및 315)에 근접한 위치에 고정될 수 있다. 리스트(310)가 원하는 방향으로 굽혀지도록 관절운동될 때, 구속 텐던은 리스트(310)와 함께 굽혀질 것이다. 구속 텐던이 리스트(310)의 원위 및 근위 단부에 고정되어 있기 때문에, 구속 텐던은 리스트(310)에 대해 고정된 길이를 가져, 구속 텐던이 디스크(311-315)에 힘을 수동적으로 가하게 만든다. 따라서, 디스크(311-315) 중의 하나가 다른 디스크에 대해 반경방향으로 병진운동하기 시작하면, 구속 텐던들은 병진운동하는 디스크에 작용하여, 그 병진운동에 저항하고 그 디스크를 리스트의 길이방향 축선을 따라 정렬된 상태로 유지시키려 한다. 예를 들어, 디스크(313)가 당해 디스크(313)를 방향(358)을 따라 디스크(312 및 314)에 대해 상대적으로 병진운동시키도록 작용하는 힘을 받게 되면, 디스크(313)의 구멍들을 통과하고 있는 등에 의해 디스크(313)와 접촉하고 있는 구속 텐던들은 방향(358)을 따른 반경방향 병진운동에 저항하도록 디스크(313)에 작용할 것이고, 그에 따라 디스크(313)의 병진운동을 구속하려 한다.
구속 텐던들은 예컨대 구속 텐던들을 정위치에 용접하거나, 구속 텐던들을 또다른 객체에 크림핑하는 것을 통해 또는 당업자에 친숙한 다른 방법에 의해 정위치에 고정될 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던의 원위 단부가 디스크(311)에 또는 기구의 원위 단부(302)에 고정될 수 있고, 구속 텐던의 근위 단부가 디스크(315)에 또는 리스트(310)에 대해 근위측의 기구 부분(316)에 고정될 수 있다. 도 3의 원위 기구 샤프트 부분(300)을 도시하고 있지만, 리스트(310)의 내부 구성요소들을 노출시키기 위해 디스크(312-314)가 파선으로 나타내어져 있는 도 5를 참조하면, 하나의 바람직한 실시예에 따라, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 각각 크림프(338)에 의해 리스트(310)의 근위 단부에 고정되어 있다. 크림프(338)는 디스크(315) 또는 기구 부분(316)의 통로들 내에 배치될 수 있다. 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 원위 단부들도 크림프들(미도시)에 의해 디스크(311) 또는 기구 샤프트 원위 부분(300)의 통로들 내에 고정될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던들은 당해 구속 텐던들에 인장력을 적용시키도록 정위치에 고정될 수 있다. 리스트가 도 3의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 실질적 직선형 또는 중립 형태에 있을 때 고정된 구속 텐던에 가해지는 인장력(예부하 인장력(pre-loaded tension)이라고도 함)은 다양한 예시적인 실시예에 있어서 예컨대 대략 0 파운드 내지 5 파운드 내의 범위일 수 있다. 인장력이 예컨대 실질적 직선형 또는 중립 형태에서 대략 0 파운드일 때, 구속 텐던은 리스트가 관절운동되자마자 디스크들의 운동을 구속하도록 리스트의 디스크들에 힘을 가할 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 따라, 도 3의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 리스트가 실질적으로 직선형 또는 중립 형태에 있을 때 고정된 구속 텐던에 가해지는 인장력은 예컨대 대략 3 파운드 내지 대략 5 파운드 범위 내일 수 있다. 구속 텐던들이 하나의 예시적인 실시예에 따라 리스트의 양쪽 단부에 고정되어 있기 때문에, 구속 텐던들은 기구의 샤프트를 통해 힘 전달 기구까지 연장되지 않고, 힘 전달 기구에 의해 작동되지 않으며, 이는 힘 전달 기구를 간소화시키고, 제어를 용이하게 하고, 기구 공간을 절약할 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던들은 적어도 리스트의 일부분을 통해 꼬여질 수 있다(예를 들어, 실질적으로 나선형 패턴으로). 리스트(310)가 도 5의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 4개의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)을 포함하고 있지만, 본 발명은 2개, 3개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 더 많은 구속 텐던과 같이 다른 개수의 구속 텐던도 의도하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 도 5에 도시된 바와 같이 디스크(311)로부터 디스크(315)까지의 나선 경로를 따라 연장되어, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 각각이 나선 경로를 횡단한다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 여기에 설명되는 예시적인 실시예들의 구속 텐던들은 나선 경로들을 따라 연장될 때 연속적으로 만곡하여 실질적으로 꼬여진 경로를 따를 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던들은 실질적으로 일정한 곡률 반경을 갖는 또는 구속 텐던들을 따라 여러 구간들에서 상이한 곡률 반경을 갖는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 따라, 나선 경로를 따라 연장된 구속 텐던들은 실질적으로 직선형으로 연장되는 하나 이상의 직선형 경로 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던들은 예컨대 디스크(311-315)의 각각의 사이에서와 같이 디스크들 사이에 연장되는 직선형 구간들을 포함할 수 있다. 구속 텐던들은, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 나선 경로를 제공하도록 서로에 대해 각도진 일련의 실질적 직선형 구간들을 포함함으로써 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던들은 만곡된 하나 이상의 곡선형 구간과 하나 이상의 실질적 직선형 구간의 혼합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던들은 디스크들을 통과할 때 만곡되고 디스크들 사이에서 실질적으로 직선형일 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던들이 기구의 길이방향을 따라 연장될 때의 구속 텐던들의 경사도는 실질적으로 일정할 수도 또는 변할 수도 있다. 예를 들어, 구속 텐던들의 경사도는 구속 텐던이 기구의 길이방향을 따라 연장됨에 따라 하나의 곡선형 구간으로부터 또다른 곡선형 구간까지, 하나의 직선형 구간으로부터 또다른 직선형 구간까지 또는 구속 텐던의 직선형 구간과 곡선형 구간 사이에서 변할 수 있다. 구속 텐던들이 따르는 나선 경로들이 일부 직선형 구간 또는 변하는 곡률도를 포함하는지에 관계없이, 나선 경로는 구속 텐던들이 하나의 평면 상에 투영될 때 일정 각도 범위에 걸쳐 연장되도록 대략 나선형으로 고려될 수 있다.
하나의 구속 텐던의 나선 경로의 각도 범위가 도 6의 예시적인 실시예에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 나선형으로 꼬여진 텐던은 제1 단부(402)로부터 제2 단부(406)까지 길이방향 축선(408)(나선 경로(400)의 중심선에 위치) 둘레의 나선 경로(400)로 연장된다. 나선 경로(400)의 각도 범위를 보여주기 위해, 나선 경로(400)는 축선(408)에 수직한 평면(401) 상으로 투영될 수 있다. 투영체는 꼬여진 나선 경로(400)가 곡률 반경에 대응되는 곡률 반경(403)을 가지는 원호(410)이고, 원호(410) 상의 점들이 나선 경로(400) 상의 위치들에 대응된다. 예를 들어, 원호(410) 상의 지점(412)은 나선 경로의 제1 단부(402)에 대응되고, 원호(410) 상의 지점(414)은 나선 경로의 길이를 따라 대략 중간 지점(404)에 대응된다. 나선 경로(400)는 도 6의 예시적인 실시예에서 실질적으로 연속적인 곡률 반경(403)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 나선 경로(400)(및 그에 따른 원호(410))는 상술한 바와 같이 상이한 곡률을 가지는 구간들을 포함할 수도 있으며, 하나 이상의 직선형 구간을 포함할 수도 있다. 따라서, 나선 경로가 바람직한 실시예들에서 설명될 때, 나선 경로는 실질적으로 연속적인 곡률 반경을 갖는 나선 형상을 가질 수도 있으며, 또는 나선 경로는 상이한 곡률 반경들을 갖는 곡선형 구간들 및/또는 직선형 구간들을 포함하여 상이한 곡률 반경들을 갖는 구간들을 포함할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중심선(408)(역시 평면(401) 상으로 투영된)에 대한 원호((410) 상의 지점((412)과 지점((414)) 사이의 각도 범위(420)는 대략 180°이다. 따라서, 나선 경로의 각도 범위가 여기의 예시적인 실시예들에서 설명될 때, 각도 범위는 도 6에 도시된 바와 같이 중심선(408)에 대한 각도 범위(420)에 따라 결정될 수 있다. 또한, 나선 경로(400)는 제1 단부(402)로부터 제2 단부(406)까지 완전한 360도 나선형 꼬임을 완성하기 때문에, 원호(410) 상의 지점(412)은 제1 단부(402)와 제2 단부(406)의 양자 모두에 대응되고, 제1 단부(402)와 제2 단부(406) 사이의 각도 범위(422)는 360도가 된다. 따라서, 도 1의 예시적인 도시에서, 원호(410)는 완전한 원을 형성한다. 하지만, 나선 경로가 완전한 360도 꼬임을 완성하지 않는 실시예들에 있어서는, 나선 경로의 각도 범위가 360도보다 작기 때문에, 원호(410)는 원을 완성하지 않을 것이다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 당해 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 리스트(310)의 전체 길이를 따라 대략 360도의 각도 범위를 가지도록 나선 경로를 따라 연장된다. 예를 들어, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은, 리스트(310)가 4개의 디스크(311-315)를 포함하고 있을 때, 리스트(310)의 각각의 디스크(311-315) 사이에 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 즉, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 각각의 디스크(315)와 디스크(314) 사이, 각각의 디스크(314)와 디스크(313) 사이, 각각의 디스크(313)와 디스크(312) 사이 및 각각의 디스크(312)와 디스크(311) 사이에 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 리스트는, 당해 리스트의 구속 텐던들이 당해 리스트의 각각의 디스크 사이에 대략 60도의 각도 범위를 가지는 꼬여진 경로를 따라 연장되고, 전체 리스트를 따른 전체 각도 범위가 구속 텐던들에 대해 360도인 상태로, 6개의 디스크를 포함할 수 있다. 따라서, 구속 텐던들은, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트의 디스크의 개수에 의해 분할되는, 구속 텐던들에 대한 리스트 전반에 걸친 전체 각도 범위(예컨대, 360도)와 같은 각도 범위를 가지는 꼬여진 경로를 따라 연장될 수 있다. 하지만, 본 발명의 여러 예시적인 실시예들은 리스트의 구속 텐던들이 나선 경로를 따라 다른 각도 범위들로 연장될 수 있는 것을 의도한다. 예를 들어, 구속 텐던들은 각도 범위의 크기가 리스트의 서로 다른 디스크들 사이에서 상이하도록 되는 나선 경로를 따라 연장될 수도 있다. 이러한 구성은 리스트의 길이를 따른 상이한 구간들을 따라 상이한 굽힘(관절운동)의 정도를 성취하는 리스트를 제공할 수 있다. 또한, 구속 텐던들의 전체 각도 범위는, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 기구가 정수배의 리스트를 포함하고 있을 때 등에, 360도의 정수배일 수 있다. 또한, 구속 텐던들은, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 예컨대 대략 180도와 같이 디스크들 사이에 대략 90도와 다른 크기를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던들은 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2014년 2월 21일자 출원 미국 특허 가출원 제61/943,084호(대리인 문서번호 ISRG04490PROV/US)의 예시적인 실시예들에 설명된 크기로 나선 경로를 따라 연장될 수 있다.
하나의 구속 텐던의 나선 경로를 설명하기 위해, 디스크(361-365)를 포함하는 리스트(360)의 측면도가 도 7a의 예시적인 실시예에 도시되어 있으며, 도 7a에는, 상기 도 3의 예시적인 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이 다른 개수의 구속 텐던이 고려될 수도 있겠지만, 나선 경로의 관찰을 용이하기 하기 위해 디스크(361-365)를 통한 단일의 구속 텐던의 나선 경로(366)가 피선으로 도시되어 있다. 또한, 도 7b에 도시된 디스크(361-365)를 통한 각각의 단면(371-375)이 디스크(361-365)를 통한 구속 텐던의 경로(366)의 위치를 설명한다. 도 7a의 예시적인 실시예에 있어서, 구속 텐던의 경로(366)는, 전술한 바와 같이 다른 각도 범위가 사용될 수도 있겠지만, 디스크로부터 디스크까지 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따른다.
리스트의 적어도 일부를 통해 나선 경로를 횡단하도록 구속 텐던을 꼬는 것은 리스트의 운동 및 형상의 정밀 제어를 제공하도록 리스트의 운동을 구속하는 것 이외의 장점들을 제공한다. 예를 들어, 구속 텐던들은 당해 구속 텐던들이 리스트의 디스크들 사이의 조인트들이 아닌 다른 위치들에 포지셔닝되도록 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 도 3의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 리스트(310)는 디스크(311 및 312)가 축선(350)을 중심으로 방향(351)으로 서로에 대해 회전하는(즉, 피벗운동하는) 것을 가능하게 해주는 디스크(311 및 312) 사이의 조인트(322)를 포함한다. 구속 텐던(334 및 336)은 당해 텐던(334 및 336)이 조인트(322)를 물리적으로 통과하지 않도록 디스크(311 및 312) 사이에서 연장된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 구속 텐던(334 및 336)은 조인트(322)로부터 오프셋(offset)된다. 그 결과, 조인트(322)는 구속 텐던(334 및 336)을 위한 중공 통로들을 필요로 하지 않아, 조인트(322)가 더 작은 크기로 되는 것을 가능하게 해주는 동시에 디스크(311 및 312) 사이의 압축 하중을 지지하는 기능도 한다.
구속 텐던들은 디스크들을 연결하는 조인트들을 회피하도록 꼬여진 경로들을 따를 수 있어, 구속 텐던들이 조인트들로부터 오프셋되며, 그렇지 않을 경우 구속 텐던들은 조인트들에 인접하게 된다. 예를 들어, 구속 텐던(334 및 336)은 구멍(340)이 디스크(311 및 312) 사이에 제공되는(리스트(310)가 도 3에 도시된 직선형 또는 중립형 형태에 있을 때) 곳인 리스트(310)의 개방 측에서 디스크(311 및 312) 사이에서 연장될 수 있어, 구속 텐던(334 및 336)은 조인트(322)를 통과하지 않으며, 그렇지 않을 경우 조인트(322)를 통한 구속 텐던(334 및 336)의 통과로 인해 조인트(322)의 약화를 초래할 것이다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 조인트(322)는 디스크(311)와 디스크(312) 사이의 회전 조인트를 형성하도록 서로 접촉하는 디스크(311)의 표면(304) 및 디스크(312)의 표면(306)을 포함할 수 있다. 구속 텐던(334 및 336)은 당해 구속 텐던(334 및 336)이 표면(304 및 306)을 통과하지 않도록 디스크(311 및 312) 사이에서 연장될 수 있으며, 그렇지 않을 경우 표면(304 및 306)의 통과를 필요로 하여 표면(304 및 306)을 약화시킬 것이다. 예를 들어, 구속 텐던(334 및 336)은 횡방향에서 조인트(322)의 표면(304 및 306)으로부터 오프셋될 수 있다.
마찬가지로, 구속 텐던(330 및 334)은, 디스크(313 및 312)가 축선(352)을 중심으로 방향(353)으로 서로에 대해 회전하는 것을 가능하게 해주는 조인트(324)를 구속 텐던(330 및 334)이 통과하지 않도록, 디스크(313 및 312) 사이에서 연장될 수 있고; 구속 텐던(330 및 332)은, 디스크(314 및 313)가 축선(354)을 중심으로 방향(355)으로 서로에 대해 회전하는 것을 가능하게 해주는 조인트(326)를 구속 텐던(330 및 334)이 물리적으로 통과하지 않도록, 디스크(314 및 313) 사이에서 연장될 수 있고; 구속 텐던(332 및 336)은, 디스크(314 및 315)가 축선(356)을 중심으로 방향(357)으로 서로에 대해 회전하는 것을 가능하게 해주는 조인트(328)를 구속 텐던(332 및 336)이 물리적으로 통과하지 않도록, 디스크(314 및 315) 사이에서 연장될 수 있다.
리스트의 디스크들은 구속 텐던들이 당해 디스크들을 통과할 때 구속 텐던들을 배치시키고 그리고/또는 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던들이 디스크들 사이의 조인트들을 통과시키는 것을 회피하는 것이 바람직할 수 있다. 도 8a를 참조하면, 디스크(500)의 하나의 예시적인 사시도가 도시되어 있다. 도 3 및 5의 리스트의 디스크(311-315)는 디스크(500)에 따라 구성될 수 있다. 디스크(500)는 구동 텐던들이 통과할 수 있는 하나 이상의 구동 텐던 구멍(510)을 포함하고 있다. 예를 들어, 도 3 및 5의 예시적인 실시예의 디스크(311-315)가 디스크(500)의 예시적인 실시예에 따라 구성될 때, 작동 요소(320)는 구동 텐던 구멍(510)을 통해 연장될 수 있다. 또한, 디스크(500)는 구속 텐던들이 통과할 수 있는 하나 이상의 구속 텐던 구멍(512)을 포함할 수 있다. 따라서, 리스트(310)의 디스크(311-315)가 디스크(500)의 예시적인 실시예에 따라 구성될 때, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 구속 텐던 구멍(512)을 통해 연장될 수 있다. 디스크(500)는 또한 하나 이상의 플럭스 도관(예를 들어, 전도체 또는 광섬유) 또는 엔드 이펙터 등을 위한 다른 작동 요소들이 통과하여 연장될 수 있는 중심 구멍(516)을 포함할 수 있다.
구속 텐던들은 리스트의 적어도 일부를 따른 나선 경로로 연장되기 때문에, 구속 텐던들은 리스트가 관절운동하여 굽혀지도록 작동될 때 리스트의 디스크들 사이에서 실질적 직선 방향으로 연장되는 구동 텐던들보다 더 큰 원주방향 범위에 걸쳐 스위핑(sweeping)(예컨대, 디스크(500)에 대해 방향(530)으로 운동)할 수 있다. 구속 텐던들이 디스크의 중심 구멍(516)으로부터 더 멀리 포지셔닝될 때 구속 텐던들의 더 작은 스위핑이 발생할 수 있기 때문에, 구속 텐던 구멍(512)은 디스크(500)의 외주부(502)에 근접하게 배치될 수 있다. 구속 텐던들의 약간의 스위핑이 여전히 발생할 수 있겠지만, 외주부(502)에 더 근접하게 구속 텐던 구멍(512)을 배치시키는 것은 또한 디스크(500)의 중심 구멍(516) 및/또는 조인트 구조체(520)를 위한 더 큰 공간을 제공한다. 도 8a의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구동 텐던 구멍(510) 및 구속 텐던 구멍(512)은 모두 디스크(500)의 외주부(502)에 근접하여 반경방향(515)을 따라 중심 구멍(516)에 대해 비슷한 위치에 배치될 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 구동 텐던 구멍(510) 및 구속 텐던 구멍(512)은 반경방향(515)을 따라 상이한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던 구멍(512)은, 당해 텐던 구멍(512)이 반경방향(515)을 따라 구동 텐던 구멍(510)보다 중심 구멍(516)에 더 근접하게 배치되도록, 구동 텐던 구멍(510)으로부터 반경방향으로 오프셋될 수 있다. 그 결과, 구속 텐던 구멍(512)을 통해 연장된 구속 텐던들은 당해 구속 텐던들이 조인트 구조체(520)와 간섭하지 않도록 디스크(500)의 조인트 구조체(520)의 반경방향 내측에 배치될 수 있다. 또다른 예에 있어서, 상이한 나선 경로 방향들을 따라 연장되는 구속 텐던들을 위한 구속 텐던 구멍(512)는 서로로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 제1 방향(342)의(예컨대, 근위-원위 방향으로 왼손 방향(left-handed direction)의) 나선 경로를 따라 연장되는 구속 텐던(330)을 위한 구멍 및 제2 방향(344)의(예컨대, 근위-원위 방향으로 오른손 방향(right-handed direction)의) 나선 경로를 따라 연장되는 구속 텐던(334)을 위한 구멍은 오프셋되어, 상이한 방향으로 연장되는 구속 텐던들 사이의 마찰을 최소화하거나 회피할 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구동 텐던 구멍(510)은 반경방향(515)을 따라 중심 구멍(516)으로부터 예컨대 약 0.095 인치 내지 약 0.100 인치의 거리를 두고 배치될 수 있고, 구속 텐던 구멍들은 반경방향(515)을 따라 중심 구멍(516)으로부터 예컨대 약 0.080 인치 내지 약 0.085 인치의 거리를 두고 배치될 수 있다. 구속 텐던 구멍(512)이 구동 텐던 구멍(510)으로부터 반경방향으로 오프셋되어 있는 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 다른 개수의 구속 텐던 구멍(512) 및 구속 텐던들이 사용될 수도 있겠지만, 디스크(500)는 도 8a의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 대응하는 개수의 구속 텐던들을 위해 4개의 구속 텐던 구멍(512)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 더 많은 구속 텐던 구멍(512) 및 구속 텐던들이 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 사용되는 구속 텐던들 및 구속 텐던 구멍(512)의 개수는 예컨대 디스크(500)를 포함한 리스트 내의 조인트의 개수에 1을 더한 것과 같을 수 있다.
구속 텐던들의 스위핑을 수용하기 위해, 구속 텐던 구멍(512)은 예컨대 구동 텐던 구멍(510)과 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 텐던 구멍(510)은 실질적으로 원형 횡단면을 가질 수 있는 한편, 구속 텐던 구멍(512)은 방향(530)을 따라 신장되어 있는 바와 같이 기다란 비원형 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던 구멍(512)은 계란형, 타원형 또는 콩팥 형상을 가질 수 있다. 또다른 예에 있어서, 구속 텐던 구멍(512)은 구동 텐던 구멍(510)과 상이한 범위까지 방향(530)을 따라 걸쳐 있을 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던 구멍(512)은 구동 텐던 구멍(510)보다 더 큰 범위까지 걸쳐 있을 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구동 텐던 구멍(510)은 예컨대 약 0.020 인치 내지 약 0.025 인치의 범위 내의 직경을 가질 수 있고, 구속 텐던 구멍(512)은 원주방향(530)을 따라 예컨대 약 0.020 인치 내지 0.025 인치의 길이를 가질 수 있으며, 구속 텐던 구멍(512)은 길이 또는 직경에 있어 구동 텐던 구멍(510)보다 더 크거나 같을 수 있다. 구속 텐던 구멍(512)의 기다란 형상 및/또는 원주방향 길이로 인해, 구속 텐던 구멍(512)은 리스트가 그것의 중립 포지션으로부터 굽혀지도록 작동될 때 구속 텐던 구멍(512)를 통해 연장된 구속 텐던들의 스위핑을 더 잘 수용할 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 디스크(500)는 구속 텐던 구멍(512)에 인접하여 구속 텐던 구멍(512)으로부터 연장되어 배치된 오목 표면 부분(514)을 포함할 수 있다. 구속 텐던들이 리스트의 적어도 일부를 따라 나선 경로를 따라 연장되기 때문에, 구속 텐던들은 원주 방향(530)을 따라 구속 텐던 구멍(512)의 원주방향 에지(513)에 당접하여 스위핑할 수 있다. 구속 텐던 구멍(512)에 인접한 오목 표면 부분(514)을 제공함으로써, 구속 텐던이 구속 텐던 구멍(512)의 원부방향 에지(513)에 당접하여 스위핑할 때 구속 텐던이 오목 표면 부분(514) 내로 진입하는 것을 허용하는 것에 의해, 구속 텐던의 스위핑이 더 많이 수용될 수 있다. 오목 표면 부분(514)은 예컨대 실질적으로 일정한 깊이 또는 예컨대 오목 표면 부분(514)이 인접하는 구속 텐던 구멍으로부터 멀어지는 방향으로 감소시키는 등에 의해 변하는 깊이를 갖는 기다란 형상을 가질 수 있다. 후자의 경우는 따라서 구멍(512)로부터 디스크(500)의 표면까지 램프형(ramp-like) 외형을 제공한다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 오목 표면 부분(514)은 예컨대 약 20도 내지 약 30도 범위 내의 각도로 경사질 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 디스크(500)는 인접한 디스크들 사이에 조인트들을 형성하는 조인트 구조체(520)를 포함할 수 있다. 조인트 구조체(520)는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 조인트 구조체(520)는 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2014년 11월 18일자 공고 미국 특허 제8,887,595호에 개시된 바와 같이 사이클로이드 형상을 포함할 수 있으며, 또는 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2014년 12월 16일자 공고 미국 특허 제8,911,428호의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있다. 도 3의 예시적인 실시예의 조인트(322, 324, 326, 328)는 조인트 구조체(520)와 같이 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 조인트 구조체(520)는 돌출부(522)(또는 치형부)를 포함할 수 있다. 돌출부(522)는 디스크(500)의 돌출부(522)에 대응하는 형상을 가지고 돌출부(522)를 수용하도록 구성된 오목부(552)를 포함할 수 있는 도 8b의 예시적인 실시예에 도시된 디스크(540)와 같은 인접한 디스크의 대응하는 오목부 내에 삽입될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 오목부(552)는 치형부(522)와 맞물리기 위한 하나 이상의 핀을 형성할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 인접한 디스크 내에서, 제1 디스크는 하나 이상의 돌출부(또는 치형부)를 포함할 수 있고, 제2 디스크는 돌출부를 수용하도록 구성된 하나 이상의 오목부(또는 핀)를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 도 8a의 예시적인 실시예의 디스크(500)의 조인트 구조체(520)는 또한 도 8b의 예시적인 실시예의 디스크(540)의 돌출부(554)와 같은 인접한 디스크의 대응하는 돌출부와 접촉하도록 구성된 돌출부(524)를 포함할 수 있다. 그 결과, 돌출부(524)는 인접한 디스크들 사이의 압축 하중 지지 표면으로서 기능할 수 있다. 구속 케이블이 하중 지지 돌출부(524)를 포함하는 조인트 구조체(520)로부터 떨어져 배치되어 조인트 구조체(520)의 먼쪽으로 배향되어 있기 때문에, 조인트 구조체(520)는 당해 조인트 구조체(520)를 통해 연장되는 구속 케이블 구멍에 의해 약화되지 않는다. 따라서, 하중 지지 돌출부(524)를 포함하는 조인트 구조체(520)는 더 크게 제작될 수 있고, 이는 디스크(500)와 같은 디스크들을 포함하는 리스트에 의해 수용될 수 있는 하중을 증가시켜, 리스트를 더 강하게 만든다.
구속 텐던들을 나선 경로를 따라 연장시킴으로써 제공되는 또다른 장점은 리스트가 관절운동(예컨대, 굽힘)하도록 작동될 때 구속 텐던들의 길이의 실질적 보존이다. 디스크(313, 314)가 도 3의 축선(354)을 중심으로 방향(355)으로 서로에 대해 피벗운동하도록 작동될 때, 구속 텐던(330 및 332)은 디스크(313 및 314) 사이에서의 길이가 변할 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던(330 및 332)은, 디스크(313 및 314) 사이에서 구속 텐던(330 및 332)이 위치하게 되는 리스트(310)의 편측으로부터 먼 방향으로 디스크(313 및 314)가 축선(354)을 중심으로 서로에 대해 회전될 때, 디스크(313 및 314) 사이에서의 길이의 양(+)의 변화를 겪을 수 있다. 반대로, 구속 텐던(330 및 332)은, 디스크(313 및 314) 사이에서 구속 텐던(330 및 332)이 위치하게 되는 리스트(310)의 편측을 향한 방향으로 디스크(313 및 314)가 축선(354)을 중심으로 서로에 대해 회전될 때, 디스크(313 및 314) 사이에서의 길이의 음(-)의 변화를 겪을 수 있다. 다른 구속 텐던들은 리스트(310)가 작동될 때 다른 디스크들 사이에서의 길이의 유사한 양의 또는 음의 변화를 겪는다. 구속 텐던들의 길이의 변화는 구속 텐던들에 슬랙(slack)을 도입하는 등에 의해 리스트(310)의 운동을 구속하는 구속 텐던들의 기능에 영향을 미칠 수 있다.
리스트와 같은 관절운동가능 부재를 통한 구속 텐던의 꼬임 경로는 구속 텐던들의 길이의 변화를 해결하도록 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 수동적 구속 텐던(passive constraint tendon)들은 리스트의 전체 길이에 걸친 구속 텐던들의 길이를 실질적으로 보존하도록 리스트의 적어도 일부를 따라 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 구속 텐던은 힘 전달 기구 및 그것을 제어하는 알고리즘과 같은 액추에이터의 사용없이 관절운동가능 부재의 운동을 수동적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 다양한 예시적인 실시예들에 있어서, 조인트형 링크 구조체의 디스크들의 운동은 외부 구동 또는 전달 기구에 의해 작동가능하지 않은 구속 부재들에 의해 수동적으로 구속될 수 있다. 이를 성취하기 위해, 수동적 구속 텐던은, 구속 텐던을 포함하는 관절운동 부재가 피치 및/또는 요 운동 등으로 굽혀질 때, 구속 텐던이 제1 쌍의 인접한 디스크들 사이에서의 길이의 양의 또는 음의 변화를 겪고, 상기 제1 쌍의 인접한 디스크들 사이에서의 길이의 변화를 실질적으로 상쇄시키는 제2 쌍의 인접한 디스크들 사이의 대응되는 반대의 음의 또는 양의 변화를 겪게 되도록, 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 그 결과, 구속 텐던의 길이는 실질적으로 보존된다. 또한, 구속 텐던의 양쪽 단부가 관절운동가능 부재의 양쪽 단부에 고정되고, 이것이 구속 텐던의 길이를 고정시키기 때문에, 굽힘 운동(예컨대, 피치 및/또는 요 운동)은 그 굽힘 운동이 실질적으로 구속 텐던의 길이의 변화를 초래하지 않기 때문에 허용된다. 이와는 대조적으로, 병진운동은 구속 텐던의 길이의 보존의 결과를 낳지 못하고, 구속 텐던의 고정된 양쪽 단부가 실질적으로 구속 텐던의 길이의 변화를 방지하기 때문에, 리스트를 S자 형상으로 횡방향으로 운동시키는 등의 병진운동은 실질적으로 방지될 수 있다.
도 5의 예시적인 실시예를 참조하면, 구속 텐던(332 및 336)은, 디스크(315 및 314)가 축선(356)을 중심으로 방향(357)으로 구속 텐던(332 및 336)이 위치되는 리스트(310)의 편측에서 서로를 향해 회전될 때, 길이의 음의 변화를 겪는다. 구속 텐던(332 및 336)은, 디스크(315 및 314) 사이에서 구속 텐던(332 및 336)이 연장되어 있는 곳의 리스트(310)의 반대 편측에서 디스크(313 및 312) 사이에 연장되도록, 리스트(310) 전반에 걸쳐 나선 경로를 따라 연장된다. 따라서, 디스크(313 및 312)가 축선(352)을 중심으로 방향(353)으로 디스크(315 및 314)와 실질적으로 동일한 방식으로 회전될 때, 구속 텐던(332 및 336)은 디스크(315 및 314) 사이에서의 길이의 음의 변화를 실질적으로 상쇄시키는 크기의 디스크(313 및 312) 사이에서의 길이의 양의 변화를 겪고, 이에 의해 구속 텐던(332 및 336)의 길이를 실질적으로 보존한다. 마찬가지로, 구속 텐던(332 및 336)이 디스크(315 및 314) 사이에서 길이의 양의 변화를 겪고, 디스크(313 및 312) 사이에서 길이의 음의 변화를 겪도록, 리스트(310)가 반대 방향으로 작동될 때, 구속 텐던(332 및 336)의 길이는 여전히 실질적으로 보존된다. 구속 텐던(330 및 334)도, 디스크(315, 314) 사이에서의 구속 텐던(330, 334)의 길이의 변화가 디스크(313 및 312) 사이에서의 구속 텐던(330 및 334)의 길이의 변화를 실질적으로 상쇄시키도록, 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 또한, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은, 디스크(314 및 313) 사이에서의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 길이의 변화가 디스크(312 및 313) 사이에서의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 길이의 변화를 실질적으로 상쇄시키도록, 나선 경로를 따라 연장된다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 리스트(310)의 굽힘 축선(350, 352, 354, 356)이 상이한(예컨대, 직교) 방향으로 엇갈릴 때, 구속 텐던(332 및 336)은 예컨대 도 3에 도시된 위치(370)와 같은 디스크(315 및 314) 사이의 위치에서의 구속 텐던(332 및 336)의 포지션으로부터 예컨대 도 3의 위치(372)와 같은 디스크(313 및 312) 사이의 위치에서의 구속 텐던(332 및 336)의 포지션까지의 대략 180도의 각도 범위에 걸친 나선 경로로 연장될 수 있다. 이런 식으로, 구속 텐던(332 및 336)은 구속 텐던(332 및 336)의 길이의 보존을 용이하게 하도록 리스트(310)의 반대되는 양쪽 편측들에 위치한다. 상술한 바와 같이, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 디스크(311)로부터 디스크(312)까지, 디스크(312)로부터 디스크(313)까지 등의 대략 90도의 각도 범위에 걸친 나선 경로로 연장될 수 있고, 따라서 디스크(311)로부터 디스크(313)까지의 대략 180도의 전체 각도 범위를 가지는 나선 경로를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 구속 텐던(330 및 334)은 디스크(315 및 314) 사이의 위치에서의 구속 텐던(330 및 334)의 포지션으로부터 디스크(313 및 312) 사이의 위치에서의 구속 텐던(330 및 334)의 포지션까지의 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 또한, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)은 디스크(313 및 314) 사이의 위치에서의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 포지션으로부터 디스크(312 및 311) 사이의 위치에서의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 포지션까지의 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)을 리스트(310)의 양쪽 단부에 고정시킴으로써, 리스트의 유사한 조인트들의 굽힘 각도들은 실질적으로 동일할 것이다. 유사한 조인트들에 대해 실질적으로 동일한 굽힘 각도를 가지는 리스트를 제공함으로써, 리스트의 운동들은 보다 쉽게 제어될 수 있고, 더 부드러울 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 디스크(315 및 314) 사이에서 구속 텐던(332, 336)이 연장되어 있는 리스트(310)의 편측을 향해 굽혀지도록 리스트(310)가 작동될 때, 디스크(315 및 314)는 서로에 대해 축선(356)을 중심으로, 디스크(313 및 312)가 서로에 대해 축선(352)을 중심으로 회전하는 것과 실질적으로 동일한 각도까지 회전한다. 이는 축선(356 및 352)이 서로에 대해 실질적으로 평행하기 때문이다. 마찬가지로, 리스트(310)가 축선(350)을 중심으로 한 디스크(311 및 312) 사이의 회전을 일으키도록 작동될 때, 디스크(313 및 314)도 축선(354)을 중심으로 실질적으로 동일한 각도까지 회전한다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트의 구속 텐던들의 모두는 원위 디스크(예컨대, 디스크(311))로부터 근위 디스크(예컨대, 디스크(315))까지 동일 원주방향의 나선 경로로 연장될 수 있다. 하지만, 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 구속 조인트들 중의 하나 이상의 인접한 디스크들 사이의 하나 이상의 조인트 구조체를 통과할 수 있으며, 이는 조인트 구조체의 약화를 초래할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 구속 텐던들은 상이한 방향의 나선 경로들을 따라 연장되도록 경로설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구속 텐던은 기구의 근위-원위 방향을 따라 오른손 또는 왼손 방향의 꼬여진 경로를 따라 연장될 수 있고, 또다른 구속 텐던은 기구의 근위-원위 방향을 따라 왼손 또는 오른손의 다른 방향의 꼬여진 경로를 따라 연장될 수 있다. 도 5의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구속 텐던(330)은 제1 방향(342)의(예컨대, 근위-원위 방향으로 왼손 방향의) 나선 경로를 따라 연장되고, 구속 텐던(334)은 디스크(311)로부터 디스크(315)까지의 제1 방향(342)과 상이한 제2 방향(344)의(예컨대, 근위-원위 방향으로 오른손 방향의) 나선 경로를 따라 연장된다. 예를 들어, 제1 방향(342)과 제2 방향(344)은 서로 반대되는 방향이다. 구속 텐던(330 및 334)을 디스크(311)로부터 디스크(315)까지 각각의 방향(342 및 344)의 나선 경로들을 따라 연장시킴으로써, 구속 텐던(330 및 334)은 디스크(311-315) 사이에서 어떠한 조인트(322, 324, 326, 328)도 통과하는 일없이 연장될 수 있다.
마찬가지로, 구속 텐던(332 및 336)은 물리적으로 어떠한 조인트(322, 324, 326, 328)도 통과하지 않도록 디스크(311)로부터 디스크(315)까지 각각의 반대 방향(342 및 344)의 나선 경로들을 따라 연장된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 양 구속 텐던(330 및 336)의 적어도 일부분은 디스크(311)로부터 디스크(315)까지 방향(342)의 나선 경로들을 따라 연장된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 양 구속 텐던(334 및 332)의 적어도 일부분은 디스크(311)로부터 디스크(315)까지 방향(344)의 나선 경로들을 따라 연장된다. 즉, 리스트(310)가 4개의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)을 포함하고 있을 때, 구속 텐던들 중의 2개는 디스크(311)로부터 디스크(315)까지 방향(342)을 따른 나선 경로를 따라 연장될 수 있고, 구속 텐던들 중의 나머지 2개는 디스크(311)로부터 디스크(311)까지 방향(344)의 나선 경로를 따라 연장될 수 있다.
구속 텐던들을 구성함에 있어서의 한 가지 고려사항은 리스트의 운동, 리스트를 작동시키는 데 필요한 동력 및/또는 리스트 구성요소들의 마모에 영향을 미칠 수 있는 구속 텐던들과 리스트의 구성요소들 사이의 마찰력의 크기이다. 예를 들어, 리스트를 능동적으로 구속하기 위해 복수 세트의 작동 부재들을 사용하는 리스트에 있어서는, 작동 부재들은 일반적으로 리스트가 굽혀질 때 굽힘이 발생하는 기구 및 리스트를 통한 직선형 경로를 따라 연장된다. 리스트를 구속하는 복수 세트의 작동 부재들을 사용하는 리스트에, 상기 작동 부재는 일반적으로 리스트 굽힘과 굽힘 발생 기구 리스트 통해 직선형 경로를 따라 연장된다. 예컨대 직선형 경로와 비교하여 구속 텐던들의 나선 경로로 인해 구속 텐던들과 리스트 구성요소들 사이에 발생할 수 있는 증가된 마찰력의 크기를 고려하여, 구속 텐던들은 마찰을 최소화시키는 것을 도와주는 방식으로 나선 경로들을 따라 연장될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 디스크(311-315)의 각각의 쌍을 횡단할 때 구속 텐던(330, 332, 334, 336)을 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로들을 따라 연장시키는 것은 조인트 운동을 구속시키기 위해 복수 세트의 직선형 텐던들을 이용하는 종래의 리스트에 비해 현저한 마찰의 증가를 초래하지 않는다. 이는 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 나선 경로들을 따라 연장되더라도, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)과 리스트 구성요소들 사이의 마찰력의 크기를 결정하는 데 사용되는 감김 각도가 종래의 리스트에서 조인트 운동을 구속하는 데 사용되는 직선형 텐던들의 감김 각도보다 현저하게 더 크지 않기 때문이다. 하나의 텐던과 그것의 지지 표면 사이의 마찰력은 캡스턴 방정식(capstan equation) Tload = TholdeμΦ에 의해 표현될 수 있으며, 여기서 Thold는 텐던에 가해지는 인장력(예부하 인장력)이고, μ는 텐던과 지지 표면 사이의 마찰 계수이고, Φ는 텐던의 꼬임에 의해 스위핑되는 전체 각도이고, Tload는 텐던과 지지 표면 사이의 힘이다. 따라서, Φ의 큰 각도를 통해 텐던을 꼬는 것은 텐던과 지지 표면 사이에 큰 Tload 힘을 발생시킨다. 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 각각의 이웃하는 디스크(311-315) 사이의 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 사용하는 것은 예컨대 도 5의 예시적인 실시예에 도시된 3개의 굽힘 위치(345, 346, 347)에 예컨대 대략 40도 내지 대략 70도의 각도 범위를 가지는 감김 각도를 제공할 수 있다.
여기에 설명되는 다양한 리스트의 예시적인 실시예들은 다양한 구성으로 배열되는 디스크들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 예시적인 실시예에 도시된 구성은 축선(350, 352, 354, 356)의 엇갈린 직교 방향들로 인해 "ABAB" 리스트로 지칭될 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에 있어서, 리스트는 디스크들 사이의 회전 축선들이 직교 방향들로 엇갈리는 대신, 2개의 연속적인 축선들(예컨대, 중간 디스크들의 축선들)이 실질적으로 동일한 방향으로 연장되고, 상기 2개의 연속적인 축선들이, 동일한 방향이면서 상기 2개의 연속적인 축선들에 대해 직교하는 방향으로 연장되는 축선들에 의해 "북엔드(bookend)"형으로 되도록, "ABBA" 형태를 따르는 구성을 사용할 수 있다.
ABBA 구성은 등속 조인트와 유사하게 작동하고, 이는 롤 운동이 리스트를 통해 전달될 때 바람직할 수 있다. 예를 들어, 리스트가 하나의 기구 내에 사용되고, 롤 운동이 기구 샤프트에 입력될 때, 롤 운동은 리스트를 통해 전달되어, 엔드 이펙터를 포함할 수 있는 기구의 원위 단부가 마찬가지로 롤 운동하게 만든다. 리스트가 하나 이상의 조인트를 포함하기 때문에, 리스트는 하나 이상의 조인트를 통해 연결된 차량 구동 트레인의 입력 및 출력 샤프트처럼 작동한다. 당업자에 친숙한 바와 같이, 차량 구동 트레인의 입력 및 출력 샤프트 사이에 일정 각도가 존재할 때, 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이에는 바람직하지 않은 속도 변동이 발생한다. ABBA 기구를 갖는 리스트는 실질적으로 동일한 각도를 가지는 2개의 A 조인트와 실질적으로 동일한 각도를 가지는 2개의 B 조인트에 의해 더블 카단 조인트와 유사한 등속 조인트처럼 작동하여, 이에 의해 입력측과 출력측 사이의 속도의 변동의 실질적 제거를 발생시킴으로써, 이 문제를 해결한다. 따라서, ABBA 리스트는 기구 샤프트에 적용되는 롤 운동에 대한 리스트의 입력측과 출력측 사이의 속도의 변동을 최소화하거나 제거할 수 있다.
ABBA 구성이 롤 운동에 대한 리스트의 입력측과 출력측 사이의 속도의 변동을 최소화하거나 제거할 수 있지만, 도 3의 예시적인 실시예와 같은 ABAB 구성은 유익하게 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 나선 경로들을 따라 연장되어 있는 리스트(310)에 ABBA 구성과 비교하여 디스크(311-315)당 최소 크기를 제공함과 동시에, 또한 구속 텐던(330, 332, 334, 336)의 길이를 실질적으로 보존하고, 구속 텐던(330, 332, 334, 336)이 디스크들을 연결시키는 조인트들을 통과하지 않도록 구속 텐던(330, 332, 334, 336)을 포지셔닝시키는 데 사용될 수 있다. 그 결과, 리스트(310)의 운동의 정밀 제어가 부드러운 운동과 함께 얻어질 수 있고, 디스크(311-315)를 연결시키는 조인트들이 작아질 수 있다.
ABAB 구성을 갖는 리스트 기구가 근본적으로 그것의 입력측과 출력측 사이에 속도 변동을 제공하는 단점을 제공하지만, 리스트의 적어도 일부를 통한 나선 경로를 따라 구속 텐던들을 연장시키고, 구속 텐던들을 리스트의 양쪽 단부에 고정시키는 것이 적어도 이러한 단점을 상쇄시키는 상당한 장점을 제공한다. 또한, 임의의 속도 변동은 속도의 변동을 보정하도록 리스트의 굽힘 각도에 따라 입력 속도를 변화시키는 등에 의해 롤 운동을 성취하기 위한 리스트로의 입력 회전 속도를 조절하는 제어 시스템들에 의해 보정될 수 있다.
도 9를 참조하면, 구속 텐던들을 사용하는 ABBA 리스트의 하나의 실시예가 도시되어 있다. 도 9에서, 리스트(600)는 ABBA 조인트 구성으로 배열된 디스크(611-615)를 포함하고 있다. 특히, 디스크(611 및 612) 사이의 조인트(640)는 축선(620)을 중심으로 한 방향(621)의 디스크(611 및 612)의 회전을 가능하게 해줄 수 있고, 디스크(612 및 613) 사이의 조인트(642)는 축선(622)을 중심으로 한 방향(623)의 디스크(612 및 613)의 회전을 가능하게 해줄 수 있고, 디스크(613 및 614) 사이의 조인트(644)는 축선(624)을 중심으로 한 방향(625)의 디스크(613 및 614)의 회전을 가능하게 해줄 수 있고, 디스크(614 및 615) 사이의 조인트(646)는 축선(626)을 중심으로 한 방향(627)의 디스크(614 및 615)의 회전을 가능하게 해줄 수 있다. 도 9의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 축선(620 및 626)은 실질적으로 동일한 방향으로 연장될 수 있고, 축선(622 및 624)은 실질적으로 동일한 방향으로 연장될 수 있고, 축선(620, 626)은 축선(622 및 624)과 실질적으로 직교적일 수 있어, 이에 의해 ABBA 조인트 축선 구성(또는 디스크 쌍들의 임의의 피치-요-요-피치 회전)을 생성한다.
리스트(600)는 또한 당해 리스트(600)의 양쪽 단부에 고정된 구속 텐던들을 포함하고 있다. 도 9의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 다른 개수의 구속 텐던이 사용될 수도 있겠지만, 리스트(600)는 4개의 구속 텐던(630, 632, 634, 636)을 포함하고 있다. 구속 텐던들이 각각의 디스크 쌍 사이에서 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장되는 도 3의 예시적인 실시예와 달리, 도 9의 예시적인 실시예에서는, 구속 텐던(630, 632, 634, 636)이 디스크(611)로부터 디스크(612)까지, 디스크(612)로부터 디스크(613)까지, 디스크(613)로부터 디스크(614)까지, 디스크(614)로부터 디스크(615)까지 실질적으로 직선형이지만, 예컨대 180도 떨어진 지점에 도달하도록 디스크(613)를 가로지른 꼬여진 경로 또는 또다른 경로를 따라 디스크(613)를 가로질러 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장된다. 그 결과, 구속 텐던(630, 632, 634, 636)의 길이들은 리스트(600)가 관절운동될 때(예컨대, 굽혀질 때) 보존될 수 있다. 즉, 모든 조인트들에 대해 대략 90도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장되는 대신, ABBA 구성의 구속 텐던들은 B형 조인트들 사이에 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로 및 A형 조인트들을 가로질러 대략 0도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 것이다.
이는 도 9의 라인 10-10을 따른 단면도인 도 10에서 추가로 설명된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 구속 텐던(630 및 632)의 각각은 디스크(613)를 가로질러 대략 180도의 각도 범위를 지날 수 있다. 상이한 위치들에서 디스크(613)에 들고 나지만, 구속 텐던(634 및 636)은 구속 텐던(630 및 632)과 동일한 각도 범위를 가질 것이다. 구속 텐던(630, 634)과 구속 텐던(632, 636)은 각각 서로 교차하기 때문에, 구속 텐던(630, 634)과 구속 텐던(632, 636)은 도 10의 예시적인 실시예의 단면도에서 동일한 위치에 도시되어 있다. 따라서, ABBA 구성은 롤 운동에 대해 입력측과 출력측 사이에 속도 변동을 최소화할 수 있지만, 구속 텐던들이 리스트의 중심을 통과할 수 있다. 리스트(600)는 구속 텐던(630, 632, 634, 636)이 디스크(613)의 외주부를 따라 연장된 경로들을 따라 나선형으로 꼬여지도록 구성될 수 있지만, 이러한 디자인은 디스크(613)의 중심을 가로질러 경로들을 연장시키는 것보다 덜 실용적일 수 있다.
예를 들어, 리스트(600)가 도 8a 및 8b의 예시적인 실시예의 디스크(500 및 540)를 사용할 때, 구속 텐던들은 디스크들의 중심 구멍(516)에 의해 제공되는 중심 내강을 통과할 것이고, 따라서 그렇지 않을 경우에 중심 내강을 통과할 수도 있을 임의의 작동 부재와 간섭할 가능성이 있다. 따라서, 그렇지 않을 경우에 중심 내강이 엔드 이펙터를 위한 작동 부재를 수용하게 된다면, 엔드 이펙터 작동 부재는 다른 내강을 통해 경로설정되어야만 할 것이고, 중심 내강에 위치되지 않을 때 다른 디자인을 필요로 할 수 있다. 또한, 구속 텐던(630, 632, 634, 636)의 나선 경로의 각도 범위가 더 크기 때문에, 구속 텐던(630, 632, 634, 636)의 감김 각도도 더 크고, 이는 ABAB 구성을 갖는 리스트와 비교하여 구속 텐던(630, 632, 634, 636) 사이에 더 큰 크기의 마찰을 초래할 수 있다. ABAB 구성을 갖는 리스트(600)는 예컨대 상대적으로 작은 하중을 받는 상대적으로 큰 직경의 기구들에 사용될 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(630, 632, 634, 636)은 중심 내강의 중심을 통과하지 않는 경로들을 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 하지만, 이러한 실시예는 구속 텐던(630, 632, 634, 636)의 더 큰 감김 각도를 초래할 것이고, 이는 구속 텐던(630, 632, 634, 636)과 디스크(613) 사이의 증가된 마찰로 이어질 수 있다.
도 3 및 9의 예시적인 실시예들은 4개의 조인트를 포함하는 리스트들을 도시하고 있지만, 리스트 및 여기에 설명되는 예시적인 실시예들에 따른 다른 조인트형 링크 구조체의 관절운동가능 부재는 4개의 조인트에 한정되지 않는다. 예를 들어, 리스트 및 다른 관절운동가능 부재는 2개의 디스크, 3개의 디스크, 5개의 조인트, 6개의 조인트, 8개의 조인트 또는 더 많은 개수의 조인트를 가질 수도 있다.
도 3, 4, 9 및 10의 예시적인 실시예들과 관련하여 상술된 바와 같이, 리스트와 같은 조인트형 링크 구조체는 리스트의 운동을 구속하기 위한 구조를 제공하기 위해 텐던을 갖는 일련의 연결 디스크들을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따라 리스트로서 사용되거나 그렇지 않은 경우의 다른 관절운동가능 부재들은 다른 구조를 포함할 수도 있다. 도 11을 참조하면, 편조 구조체(710)가 디스크를 대체하고 관절운동가능 부재(700)의 메인 바디를 형성하는 관절운동가능 부재(700)의 하나의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 여기에 설명되는 다른 예시적인 실시예들에서와 같이, 관절운동가능 부재(700)는 수술 기구와 같은 기구의 리스트, 병렬 운동 기구의 일부 또는 다른 관절운동가능 구성요소일 수 있다. 도 11은 직선형(즉, 비굽힘) 상태의 관절운동가능 부재(700)를 도시하고 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)는 기구 구성요소를 위한 중심 통로를 한정하는 중공 원통형 또는 튜브형 형상을 가질 수 있다. 도 12는 도 11의 편조 구조체의 부분(도 12)의 확대도를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 편조 구조체(710)는 서로 인터위빙(interweaving)된 플레이트(plait)(712)를 포함할 수 있다. 편조 구조체(710)에서, 플레이트(712)의 각각은 편조 구조체(710)의 중심선을 중심으로 관절운동가능 부재(700)의 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 연장되는 나선형 구조체를 형성하고, 중심선이 나선형 축선을 한정한다. 하나의 양태(도시되지 않음)에 있어서, 플레이트(712)의 각각은 디스크(721)와 디스크(722) 사이의 거리 내에서 나선형 축선을 중심으로 한 1회전을 만든다.
도 11 및 확대도 도 12는 편조 구조체(710)를 포함한 관절운동가능 부재(700)의 측면도임을 이해해야 한다. 도 12는 편조 구조체(710)의 일부분의 확대도를 도시하고 있고, 보다 상세하게는, 인터위빙된 플레이트(712)의 기하학적 관계를 도시하고 있다. 경사(711) 및 위사(713) 방향들은 2차원으로 플레이트(712)의 나선 각도를 표현하기 위한 의도이다. 도 12에 도시된 편조 구조체(710)의 일부분은 서로 인터위빙된 플레이트(712)의 작고 대략 편평한 단면이다. 도 12에 도시된 경사 (711) 및 위사(713) 방향들은 기구의 길이를 따라 편조 구조체(710)의 외부 표면 상에 연장되는 가상의 축선(즉, 편조 구조체(710)의 중심선에 실질적으로 평행한 접평면을 편조 구조체(710)의 외부 곡면과 접촉시킴으로써 형성되는 선)에 대한 플레이트들의 대략적인 각도를 보여준다. 하나의 양태에 있어서, 경사(711) 방향과 가상의 축선 사이의 각도는 위사(713) 방향과 가상의 축선 사이의 각도와 동일하다. 달리 말해, 경사(711) 방향과 정렬된 플레이트(712)의 나선 각도는 위사(713) 방향과 정렬된 정렬 플레이트(712)의 나선 각도와 동일하고, 플레이트의 2개의 그룹은 그들의 나선형 형상의 손 방향성(handedness)에 있어서만 상이하다(예컨대, 플레이트(712)의 하나의 방향은 오른손 나선 방향을 따르고, 플레이트(712)의 또다른 방향은 왼손 나선 방향을 따른다). 이러한 플레이트 구성은 편조 구조체(710)의 중심선에 대해 실질적으로 대칭적인 굽힘 강성을 갖는 편조 구조체(710)를 발생시킬 수 있다.
각각의 플레이트(712)는 경사(711) 또는 위사(713) 방향을 따라 연장되는 복수의 필라멘트(714)에 의해 형성될 수 있다. 플레이트(712)는 도 11 및 12에 도시된 바와 같이 편조 구조체(710)의 외부 표면(703)을 형성하는 실질적으로 편평한 표면을 갖는 대략 직사각형 구조를 가질 수 있다. 하지만, 플레이트는 원형 단면, 타원형 단면 또는 기타 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 필라멘트(714)는 예컨대 나일론 또는 다른 가요성이면서 강한 재료로 이루어진 모노필라멘트일 수 있고, 예컨대 약 0.010 인치와 같이 약 0.008 인치 내지 약 0.012 인치의 범위 내에 있는 직경을 가질 수 있다. 필라멘트(714)는, 당해 필라멘트(714)가 편조 구조체(714)를 포함한 리스트가 작동될 때 당해 편조 구조체(714)가 굽혀질 수 있도록 가요성이 있지만, 압축 하중이 당해 필라멘트(714)에 적용될 때 좌굴을 최소화하거나 방지하기에 충분한 굽힘 강성을 가지는 것을 허용하는 재료로 제조될 수 있다.
편조 구조체(710)는 당해 편조 구조체(710)의 양쪽 단부를 고정시킴으로써 여기에 설명되는 바와 같이 관절운동가능 부재(700)의 운동을 구속하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 편조 구조체(710)는 도 3 및 9의 예시적인 실시예들에서와 같이 관절운동가능 부재를 구속하는 데 구속 텐던들을 사용하는 대신 관절운동가능 부재(700)의 운동을 구속할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)의 근위 단부(702)가 디스크(721)에 고정되고, 디스크(721)는 다음으로 리스트(700)를 수술 기구 샤프트의 원위 단부, 병렬 운동 기구의 원위 단부 또는 기타 기구 구조체(미도시)와 같은 다른 기구 구성요소들에 연결시킬 수 있다. 마찬가지로, 편조 구조체(710)의 원위 단부(704)가 디스크(722)에 고정되고, 디스크(722)는 다음으로 관절운동가능 부재(700)를 엔드 이펙터의 원위 단부(미도시) 또는 기타 구조체와 같은 다른 기구 구성요소들에 연결시킬 수 있다. 디스크(721, 722)는 조인트 등을 통해 서로에 연결되지 않는다는 점에서 도 3의 예시적인 실시예의 리스트(300)의 디스크(311-315)와 같은 관절운동가능 부재의 디스크들과는 다르다. 따라서, 디스크(721, 722)는, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 다른 기구 구성요소들에 연결될 수 이는 리스트의 양쪽 단부로서 기능할 수 있다.
편조 구조체(710)는 예컨대 리스트로서 사용될 때 관절운동가능 부재(700)에 상대적으로 부드러운 운동을 제공할 수 있고, 제조하는 데 비교적 저렴할 수 있다. 또한, ABBA 구성을 가지는 리스트 구조와 유사하게, 편조 구조체(710)는 회전(롤) 운동에 노출될 때 그것의 입력측과 출력측 사이의 속도 변동을 최소화하거나 제거할 수 있다. 편조 구조체(710)는 당해 편조 구조체(710) 및 그에 따른 관절운동가능 부재(700)가 원호를 따라 굽혀지게 만들기 위해, 원위 디스크(722) 등의 당해 편조 구조체(710)의 원위 단부(704)에 연결되는 작동 부재(730)(예컨대, 도 4의 예시적인 실시예와 관련하여 상술된 바와 같이 힘 전달 기구에 연결되어 작동될 수 있는 풀-풀 또는 푸시-풀 작동 부재)에 예컨대 인장력 또는 압축력과 같은 힘을 가하는 등에 의해 작동될 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체의 근위 단부(702) 및 원위 단부(704)는 각각 디스크들에 고정될 필요는 없고, 그 대신 디스크의 사용 없이 또다른 기구 구성요소에 직접 고정될 수 있다. 도 14를 참조하면, 리스트(751)의 메인 바디를 형성하는 편조 구조체(710)를 포함한 리스트(751)을 포함하는 수술 기구의 원위 부분(750)의 측면도가 도시되어 있다. 편조 구조체(710)는 도 11의 예시적인 실시예와 관련하여 설명된 구조 및 특징을 가질 수 있다. 편조 구조체(710)의 근위 단부(702)는 예컨대 수술 기구 샤프트, 병렬 운동 기구의 원위 단부, 또는 기타 기구 구조체일 수 있는 수술 기구 구성요소(572)의 원위 단부(754)에 직접 고정된다. 또한, 편조 구조체(710)의 원위 단부(704)는 엔드 이펙터(756) 또는 기타 구조체의 근위 단부(758)에 직접 고정된다. 리스트(751)는 리스트(751)가 원호를 따라 굽혀지게 만들기 위해, 엔드 이펙터(756)의 근위 단부(758)에 연결되는 작동 부재(760)(예컨대, 풀-풀 또는 푸시-풀 작동 부재)에 인장력 또는 압축력과 같은 힘을 가하는 등에 의해 리스트(751)를 관절운동시키도록 작동 부재(760)를 포함할 수 있다.
관절운동가능 부재(700)는, 편조 구조체(710)의 직경이 하중하에 실질적으로 축소되거나 확대되지 않도록, 편조 구조체(710)의 직경을 제어하기 위한 하나 이상의 구조체를 포함할 수 있으며, 이는 그렇지 않을 경우 편조 구조체(710)의 운동의 정밀도에 영향을 미칠 수 있다. 도 11의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 디스크(720)가 편조 구조체의 외경을 제어(즉, 반경방향의 외경을 제어)하기 위해 편조 구조체(710)의 외부 표면(708) 주위에 제공될 수 있다. 디스크(720)는 디스크(721, 722)가 조인트 등을 통해 서로에 또는 디스크(721 또는 722)에 연결되지 않는다는 점에서 도 3의 예시적인 실시예의 리스트(310)의 디스크(311-315)와 같은 관절운동가능 부재의 디스크와 다르다. 도 11에 도시된 바와 같이, 작동 부재(730)는 당해 작동 부재(730)를 원위 디스크(722)로 안내하기 위해 디스크(720)의 구멍(723)을 통해 연장될 수 있다. 작동 부재(730)는 또한 디스크(721 및 722)의 구멍(725)을 통해 연장될 수 있다.
도 11의 예시적인 실시예에서 편조 구조체(710)의 관찰을 용이하게 하기 위해 2개의 디스크(720)가 도시되어 있지만, 예컨대, 1개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 더 많은 개수의 디스크와 같은 다른 개수의 디스크(720)가 사용될 수도 있다. 편조 구조체(710)는 또한 당해 편조 구조체(710)의 내경을 제어하기 위한 내부 구조체를 포함할 수 있다. 관절운동가능 부재(700)의 단면도를 도시하고 있는 도 13을 참조하면, 내부 구조체(740)가 편조 구조체(710)의 내경을 제어하기 위해 편조 구조체(710) 내부에 제공될 수 있다. 내부 구조체(740)는 중심 통로(742)를 가지는 중공 원통 또는 튜브의 형상을 가질 수 있고, 예컨대 스프링 또는 중공 튜브일 수 있다. 내부 구조체(740)는 편조 구조체(710)의 반경방향 변형에 저항하기에 충분히 강하지만, 또한 관절운동가능 부재(700) 및 편조 구조체(710)가 작동되고 굽혀질 때 당해 내부 구조체(740)가 탄성 변형될 수 있도록 가요성인 금속, 플라스틱 또는 기타 재료로 제조될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체를 포함하는 관절운동가능 부재는 편조 구조체의 직경을 제어하기 위해 도 11의 예시적인 실시예의 디스크(720)와 같은 디스크가 아닌 다른 구조체를 사용할 수도 있다. 도 14의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 리스트(751)는 편조 구조체(710)의 직경을 제어하기 위해 편조 구조체(710) 둘레에 감겨지는 밴드(762)를 포함할 수 있다. 2개의 밴드(762)가 도 14의 예시적인 실시예에 도시되어 있지만, 예컨대, 1개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 더 많은 개수의 밴드와 같이 다른 개수의 밴드(762)가 사용될 수도 있다. 또한, 밴드(762)는 밴드(762)를 지나 편조 구조체의 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 연장되는 작동 부재(760)를 위한 통로가 없을 수 있다. 따라서, 도 14의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 편조 구조체(710)를 갖는 리스트(751)는 편조 구조체(710)의 근위 단부(702) 및 원위 단부(704)를 고정시키기 위한 디스크 및/또는 편조 구조체(710)의 직경을 제어하기 위한 디스크가 없을 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)는 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이의 방향(706) 또는 방향(707)의 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 개별 필라멘트(714)가 나선 경로들을 따라 연장될 수 있다. 편조 구조체(710)에 소정의 나선 경로를 제공함으로써, 편조 구조체(710)의 DOF의 수를 제어할 수 있고, 그에 따라 편조 구조체(710)의 운동 및 어떻게 편조 구조체(710)가 리스트(700)의 운동을 구속할지를 제어할 수 있다. 예컨대, 편조 구조체(710)에 의해 횡단되는 나선 경로를 제어하는 것은 어떻게 개별 필라멘트들이 편조 구조체(710)의 길이를 따라 굽힘 축선들에 대해 포지셔닝되는지에 따라 편조 구조체(710)에 의해 허용되는 자유도의 수에 영향을 미칠 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)는 편조 구조체(710)에 0 자유도를 제공하도록 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 대략 180도 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트(714)는 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 나선 경로의 180도 각도 범위는 편조 구조체(710)가 운동될 때 필라멘트(714)의 길이가 보존되지 않는 편조 구조체(710)를 발생시킨다. 편조 구조체(710)의 양쪽 단부가 고정되어 길이의 변화를 허용하지 않기 때문에, 굽힘 및 병진운동이 실질적으로 방지되고, 그렇지 않을 경우에는 편조 구조체(710)의 길이의 변화를 초래할 것이다. 0 자유도를 갖는 편조 구조체(710)는 리스트처럼 굽힘에 대해 저항성이겠지만, 하중하에서의 필라멘트들 및/또는 플레이트들의 변형으로 인해 제한된 각도만큼 굽혀질 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)는 편조 구조체(710)에 예컨대 임의의 피치 및 요 방향의 2 자유도를 제공하도록 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 대략 360도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트(714)는 근위 단부(702)로부터 원위 단부(704)까지 횡단할 때 대략 360도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 대략 360도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장시킴으로써, 편조 구조체(710)는 굽힘 운동이 길이 보존적인 것으로 인해 피치 및 요 방향의 굽힘 운동이 허용될 수 있기 때문에, 2 자유도를 갖는 ABAB 구성의 일련의 연결된 디스크들을 포함하는 리스트처럼 기능할 수 있다. 반면에, 병진운동이 길이 보존적이지 않고, 편조 구조체(710)의 고정된 양쪽 단부가 편조 구조체(710)의 길이의 변화를 실질적으로 방지할 것이기 때문에, 편조 구조체(710)를 S자 형상으로 운동시키는 등의 병진운동은 실질적으로 방지될 것이다. 다른 한편으로, 편조 구조체(710)는 대략 360도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 때 2 자유도만을 가지기 때문에, X-Y 공간 내에서의 편조 구조체(710)의 병진운동이 구속될 수 있어, 편조 구조체(710)는 원호를 따라 관절운동할 수 있지만(예컨대, 리스트처럼), 편조 구조체(710)의 한 부분이 편조 구조체(710)의 또다른 부분에 대해 횡방향으로 병진운동할 수 없을 것이다(예컨대, 도 17의 예시적인 실시예와 관련하여 이하에 설명되고, 2011년 5월 17일자 공고 미국 특허 제7,942,868호 및 2007년 6월 13일자 출원되어 미국 특허 공개 공보 US 2008/0065105호로 공개된 미국 특허 출원 제11/762,165호에 설명된 바와 같은 병렬 운동 기구처럼). 편조 구조체(710)의 한 부분의 편조 구조체(710)의 또다른 부분에 대한 횡방향 병진운동은 편조 구조체(710)를 포함하는 리스트에 바람직하지 않을 수 있다.
또다른 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(710)는, 편조 구조체(710)의 운동이 실질적으로 구속되지 않도록, 근위 단부(702)와 원위 단부(704) 사이에 대략 720도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트(714)는 근위 단부(702)로부터 원위 단부(704)까지 횡단할 때 대략 720도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 대략 720도의 각도 범위로 연장되는 편조 구조체는 각각이 대략 360도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장되는 2개의 연속적인 편조 구조체에 유사할 수 있어, 4 DOF를 갖는 하나의 전체 편조 구조체를 제공하고(이는 사용자에게 실질적으로 구속되지 않는 것처럼 보일 것이다), 굽힘 운동과 병진운동의 모두를 허용한다. 그 결과, 편조 구조체(710)는 리스트처럼 임의의 피치 및 요 방향으로 굽혀질 수 있을 뿐만 아니라, 편조 구조체(710)는 도 17의 예시적인 실시예와 관련하여 이하에 설명되는 바와 같이 S자 형상으로 또는 병렬 운동 기구처럼 운동할 수 있어, 근위 단부(702) 및 원위 단부(704)의 각각을 통한 길이방향 축선들은 서로로부터 오프셋되지만 여전히 서로에 대해 실질적으로 평행할 수 있다.
편조 구조체(710)가 관절운동가능 부재(700)에 사용될 때, 편조 구조체(710)는 도 11의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 조인트들에서 연결된 일련의 디스크들을 대체하도록 사용될 수 있다. 즉, 편조 구조체(710) 자체가 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지의 관절운동가능 부재(700)의 구조 및 바디를 제공할 수 있다. 이러한 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 관절운동가능 부재(700)는 리스트로서 사용될 수 있고, 상기 예시적인 실시예들에서 살펴본 리스트 구조체들과 동일한 직경들을 가질 수 있다. 또한, 편조 구조체(710)는 비틀림 강성과 압축 강성 모두를 가질 수 있으며, 인장과 압축하에 위치될 수 있다.
편조 구조체(710)가, 도 11의 예시적인 실시예에서와 같이, 연결된 디스크들을 대체하고, 리스트에 구속 운동을 제공하도록 사용될 수 있지만, 편조 구조체는 또한 구속 운동을 갖는 대안적인 관절운동가능 부재(예컨대, 리스트)를 제공하도록 연결된 디스크들과 함께 사용될 수도 있다. 이 경우, 편조 구조체는 도 3의 예시적인 실시예의 구속 텐던(330, 332, 334, 336)과 같은 구속 텐던들을 대체할 수 있다. 도 15를 참조하면, 연결된 디스크(801-805) 및 편조 구조체(810)를 포함하는 관절운동가능 부재(800)의 측면도가 도시되어 있다. 디스크(801-805)는 도 3의 예시적인 실시예와 동일한 방식으로 연결되어 구성될 수 있다(즉, ABAB 구성으로). 원호를 따른 제어된 굽힘을 허용하는 등의 디스크(801-805)의 운동을 구속하기 위해, 편조 구조체(810)는 도 14의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 디스크(801-805)의 외부 주위에 제공될 수 있다. 편조 구조체(810)는 도 11의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있고, 디스크(801-805) 둘레에 전체 중공 원통형 또는 튜브형 구조체를 형성하도록 인터위빙된 플레이트(712)를 형성하는 필라멘트(714)를 포함할 수 있다. 편조 구조체(810)의 근위 단부(812)와 원위 단부(814)는 디스크(801-805)에 대해 고정될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(810)의 근위 단부(812)와 원위 단부(814)는 편조 구조체(810)를 인장하에 두도록 고정될 수 있고, 디스크(801-805)가 압축 하중을 지지한다. 또한, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체(810)를 디스크(801-805)의 외부 주위에 배치시킴으로써, 편조 구조체(810)의 내경이 디스크(801-805) 자체에 의해 제어될 수 있다.
도 3-15의 예시적인 실시예에서 살펴본 바와 같이, 구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재는 리스트일 수 있다. 하지만, 구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재는 리스트에 한정되지 않는다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 운동을 갖는 관절운동가능 부재는 그 기능이 예컨대 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2011년 5월 17일자 공고 미국 특허 제7,942,868호 및 2008년 3월 13일자 공개 미국 특허 공개 공보 US 2008/0065105호에 설명되어 있는 병렬 운동 기구일 수 있다.
도 16을 참조하면, 기구 샤프트(906)에 연결된 병렬 운동 기구(910)를 포함하는 수술 기구의 원위 부분(900)이 도시되어 있다. 기구는 카메라 기구 또는 도 2의 예시적인 실시예에 따른 엔드 이펙터(908)를 갖는 수술 기구일 수 있다. 기구가 리스트(902)를 갖지 않을 수도 있겠지만, 하나의 예시적인 실시예에 따라, 기구 원위 부분(900)은 예컨대 상술한 예시적인 실시예들 중의 어느 하나에 따라 구성될 수 있는 리스트(902)를 포함할 수 있다.
도 16의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 병렬 운동 기구(910)는 원위 조인트 기구(914)로부터 근위 조인트 기구(912)를 분리시키는 직선형 샤프트 섹션(916)을 포함할 수 있다. 2011년 5월 17일자 공고 미국 특허 제7,942,868호 및 2008년 3월 13일자 공개 미국 특허 공개 공보 US 2008/0065105호의 예시적인 실시예들과 유사하게, 조인트 기구(912 및 914)와 직선형 섹션(916)의 양쪽 단부는 서로 협력하여 작동하도록 함께 연결된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 근위 조인트 기구(912) 및 원위 조인트 기구(914)는 리스트와 유사하게 복수의 연결된 디스크를 포함할 수 있다. 디스크는 예를 들어 조인트 기구(912, 914)의 예컨대 피치 및/또는 요 방향의 운동을 제한하기 위한 기계적 스톱부(도시 안됨)를 포함할 수 있다.
도 20은 병렬 운동 기구용 조인트 기구의 디스크(1100)에 대한 하나의 예시적인 실시예의 끝면도를 도시하고 있다. 디스크(1100)는 중심 구멍(1102), 연결 부분(1104) 및 복수의 작동 부재용 구멍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스크(1100)는, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 복수의 리스트 구동 텐던용 구멍(1110), 복수의 병렬 운동 기구 구동 텐턴용 구멍(1120) 및 복수의 구속 텐던용 구멍(1130)을 포함할 수 있다. 도 20의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구멍(1110, 1120, 1130)은 디스크(1100)의 중심(예컨대, 중심 구멍(1102)의 중심)에 대해 동일한 거리(예컨대, 반경)에 배치될 수 있으며, 또는 구멍(1110, 1120, 1130)은 디스크(1100)의 중심에 대해 상이한 거리(예컨대, 반경)에 배치될 수도 있다.
도 17은 병렬 운동 기구(910)가 작동된 도 16의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 병렬 운동 기구(910)는 병렬 운동 기구(910)의 근위 단부 부분(915)과 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부 부분(917)의 상대 배향을 제어할 수 있다. 그 결과, 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부 부분(917)를 통한 길이방향 축선(913)은 병렬 운동 기구(910)의 근위 단부 부분(915)을 통과하는 길이방향 축선(911)에 실질적으로 평행할 수 있다(길이방향 축선(911)은 또한 도 16에 도시되지 않은 기구 샤프트(906)의 길이방향 축선일 수 있다). 따라서, 엔드 이펙터(908), 카메라 장치(미도시) 또는 기구 원위 부분(900)의 원위 단부(904)에 위치한 다른 구성요소의 포지션은 X-Y 공간 내에서 변경될 수 있지만, 엔드 이펙터(908)의 길이방향 축선(911)에 대한 배향은 유지될 수 있다(리스트(902)로 인한 임의의 운동이 처리되기 전).
실질적으로 원호를 따르도록 구속될 수 있는 리스트의 운동과 달리, 병렬 운동 기구(910)의 운동은 도 16의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 X-Y 공간 내에서 병렬 운동 기구(910)를 병진운동시키도록 구속될 수 있다. 근위 조인트(912)를 통한 원위 조인트(914)까지의 원호를 따른 운동은 X-Y 공간 내에서 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부 부분(917)을 병진운동시키지 않는 한편 원위 단부 부분(917)의 근위 단부(915)에 대한 배향을 유지시키기 때문에, 병렬 운동 기구(910)의 운동은 원호를 따른 운동이 최소화되거나 방지되도록 구속될 수 있다. 그 결과, 병렬 운동 기구(910)는 도 3-15의 예시적인 실시예들의 리스트들에 대해 실질적으로 반대되는 방식으로 구속될 수 있다. 즉, 리스트들은 굽힘 운동을 허용하지만 S자형 등을 초래할 수 있는 X-Y 공간 내에서의 병진운동을 최소화하거나 방지하도록 구속될 수 있는 반면, 병렬 운동 기구는 X-Y 공간 내에서의 병진운동을 허용하지만 원호를 따른 굽힘 운동을 최소화하거나 방지하도록 구속될 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 16의 예시적인 실시예가 내부 구성요소들을 노출시키기 위해 샤프트(906) 및 병렬 운동 기구(910)의 직선형 섹션(916)의 외부 표면이 제고된 상태로 도시되어 있다. 도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 직선형 섹션(916)은 근위 조인트 기구(912)와 원위 조인트 기구(914) 사이에서 연장된 중심 튜브(918)를 포함할 수 있다. 중심 튜브(918)는 중공형이어서, 기구의 구성요소들이 중심 튜브(918)의 내부를 통과하여 예컨대 리스트(902) 및/또는 엔드 이펙터(908)에 이르는 것을 가능하게 해줄 수 있다.
도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 리스트 구동 텐던(920)이 샤프트(906)로부터 병렬 운동 기구(910)를 통해 리스트(902)까지 연장될 수 있고, 리스트 구동 텐던(920)은, 도 3의 예시적인 실시예와 관련하여 상술한 바와 같이, 리스트(902)를 작동시키기 위해 리스트(902)의 원위 단부 또는 기구 원위 부분(900)의 원위 단부(904)에 부착될 수 있다. 도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구동 텐던(920)은 중심 튜브(918)의 외부 표면 위에 연장될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트 구동 텐던(920)은 중심 튜브(918)와 직선형 섹션(916)의 외부 케이싱(919)(도 16 및 17에 도시됨) 사이에 제공되는 환형 공간을 통과할 수 있다.
기구는 또한 병렬 운동 기구(910)를 작동시키기 위한 하나 이상의 텐던을 포함한다. 예를 들어, 병렬 운동 기구 작동 부재(930)가 샤프트(906)로부터 병렬 운동 기구(910)를 통해 연장되고, 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부(914)에 고정될 수 있어, 병렬 운동 기구(910)가 텐던(930)에 힘을 적용시키는 등에 의해 작동될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 작동 부재(930)는 풀-풀 작동 부재 또는 푸시-풀 작동 부재일 수 있다. 일부 병렬 운동 기구는, 병렬 운동 기구 내의 내부 공간의 크기에 대한 제약으로 인해, 병렬 운동 기구를 작동시키는 데 3개의 구동 텐던을 사용할 수 있다. 하지만, 여기에 설명되는 예시적인 실시예들의 병렬 운동 기구들은 그들의 구성에 기인한 내부 공간의 증가를 제공하여, 다양한 개수의 구동 텐던이 사용되는 것을 가능하게 해줄 수 있다. 예를 들어, 작동 부재(930)가 예컨대 도 4의 예시적인 실시예의 작동 부재(364)와 유사하게 캡스턴에 연결되는 쌍으로 배열되는 4개의 구동 부재(930)가 병렬 운동 기구(910)를 작동시키는 데 사용될 수 있으며, 이는 작동 구동 텐던 및 병렬 운동 기구(910)를 위한 견고한 구조 및 제어를 제공한다. 작동 부재(930)는 중심 튜브(918) 위에 연장될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 작동 부재(930)는 중심 튜브(918)와 직선형 섹션(916)의 외부 케이싱(919) 사이에 제공되는 환형 공간을 통과할 수 있다.
병렬 운동 기구(910)는 또한 하나의 예시적인 실시예에 따라 병렬 운동 기구(910)의 양쪽 단부에 고정된 하나 이상의 구속 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던(940)이 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부(915)로부터 근위 단부(917)까지 연장될 수 있고, 구속 텐던(940)은 원위 단부(915)와 근위 단부(917)에 고정된다. 구속 텐던(940)은 예컨대 구속 텐던(940)을 병렬 운동 기구(910)의 구성요소에 용접하거나, 구속 텐던(940)을 다른 객체에 크림핑하는 것을 통해 또는 당업자에 친숙한 다른 기법에 의해 정위치에 고정될 수 있다. 도 18의 예시적인 실시예에 있어서, 구속 텐던(940)의 원위 단부들은 원위 조인트 기구(914)의 디스크에 고정되고, 근위 조인트 기구(912)의 디스크에 고정되어 있다. 도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구속 텐던의 한쪽 단부는 원위 크림프(941)에 의해 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부(917)에 고정될 수 있고, 구속 텐던(940)의 또다른 단부는 근위 크림프(943)에 의해 병렬 운동 기구(910)의 근위 단부(915)에 고정될 수 있다. 도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 구속 텐던(940)은 중심 튜브(918)의 외부 표면 위에 연장될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 구속 텐던(940)은 중심 튜브(918)와 직선형 섹션(916)의 외부 케이싱(919)(도 16 및 17에 도시됨) 사이에 제공되는 환형 공간을 통과할 수 있다.
여기에 설명되는 예시적인 실시예들의 병렬 운동 기구가 2011년 5월 17일자 공고 미국 특허 제7,942,868호 및 2008년 3월 13일자 공개 미국 특허 공개 공보 US 2008/0065105호에 기재된 실시예와 유사한 운동 및 기능을 가지고 있지만, 여기에 설명되는 예시적인 실시예들의 병렬 운동 기구는 유익하게 구동 텐던 및/또는 구속 텐던과 같은 더 많은 구성요소들을 위한 더 큰 내부 공간과 더불어 병렬 운동 기구의 부드럽고 정밀한 운동을 제공하는 다른 구조들을 가질 수도 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 병렬 운동 기구(910)는 미국 특허 제7,942,868호에 기재된 보강 브래킷(1670)을 포함하지 않아, 병렬 운동 기구(910) 내에 더 큰 내부 공간을 발생시킨다. 미국 특허 제7,942,868호에 기재된 보강 브래킷(1670)이 일부 내부 공간을 차지하지만, 보강 브래킷(1670)의 구성이, 구속 케이블들과 작동 케이블들의 모두가 병렬 운동 기구를 통해 직선형으로 연장되어 있는 상태에서, 브래킷(1670)에 연결된 작동 케이블(1680)에 적용되는 인장력을 증가시켰다. 이를 해결하기 위해, 병렬 운동 기구(910)의 작동 부재(930)는 병렬 운동 기구(910)의 적어도 일부를 따라 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 이는 리스트 구동 텐던(1020), 구속 텐던(1040) 및 병렬 운동 기구 구동 텐던(1032, 1034, 1036, 1038)을 갖는 병렬 운동 기구의 중심 튜브(1018)를 보여주는 도 19의 예시적인 실시예에 더 자세히 도시되어 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 리스트 구동 텐던(1020)과 구속 텐던(1040)은 실질적으로 직선형일 수 있는 한편, 병렬 운동 기구 구동 텐던(1032, 1034, 1036, 1038)은 중심 튜브(1018) 둘레에 나선 경로로 연장된다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 병렬 운동 기구 구동 텐던(1032, 1034, 1036, 1038)은 도 19에 도시된 바와 같이 중심 튜브(1018)를 따라 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 병렬 운동 기구 구동 텐던(934)를 포함하는 도 18의 병렬 운동 기구 텐던(930)은 병렬 운동 기구(910)의 근위 단부(915)로부터 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부(917)까지 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장될 수 있다.
병렬 운동 기구 작동 부재가 병렬 운동 기구의 적어도 일부를 따라 나선 경로를 따라 연장될 수 있기 때문에, 다른 병렬 운동 기구 디자인에 채용되는 보강 브래킷 및 기구의 사용 없는 기계적 장점이 텐던들에 제공될 수 있다. 예를 들어, 병렬 운동 기구(910)가 도 17에 나타내는 바와 같이 작동될 때, 병렬 운동 기구 구동 텐던(934)은 근위 단부(915)에서 병렬 운동 기구(910)의 바닥부 측(950)에 위치하여, 구동 텐던(934)의 길이의 양의 변화를 일으키고, 추가적인 인장력이 구동 텐던(934)에 가해지게 만든다. 하지만, 동일 구동 텐던(934)이 대략 180도의 각도 범위를 가지는 나선 경로를 따라 연장되어 있기 때문에, 구동 텐던(934)은 원위 단부(917)에서 병렬 운동 기구(910)의 상부 측(954)에 위치하여, 구동 텐던(934)이 역시 구동 텐던(934)에 인장력을 가하는 원위 단부(917)에서의 길이의 양의 변화도 겪게 만든다. 따라서, 텐던(934)을 포함하는 작동 부재(930)는 병렬 운동 기구(910)를 따라 나선 경로를 따라 연장될 수 있어, 병렬 운동 기구(910)를 작동시키는 데 기계적 장점을 제공하는 동시에, 다른 내부 구조 지지 요소들을 제거함으로써 구성요소들을 위한 더 큰 내부 공간도 발생시킨다.
도 18의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 작동 부재(930)와는 대조적으로, 구속 텐던(940)은 병렬 운동 기구(910)를 통해 연장될 때 실질적 직선형 경로를 따른다. 그 결과, 병렬 운동 기구(910)가 도 17에 도시된 바와 같이 작동될 때, 근위 조인트 기구(912)의 바닥부 측(950)의 구속 텐던(940)은 길이의 양의 변화를 겪는다. 구속 텐던(940)이 병렬 운동 기구(910)의 양쪽 단부에 고정되어 있기 때문에, 병렬 운동 기구(910)의 바닥부 측을 따라 뻗는 동일 구속 텐던(940)은 원위 조인트 기구(914)의 바닥부 측(952)에서 길이의 음의 변화를 겪어, 원위 조인트 기구(914) 및 근위 조인트 기구(912)가 병렬 운동 기구(910)의 원위 단부(917)와 근위 단부(915)의 오프셋되지만 평행한 포지셔닝을 제공하도록 반대로 굽혀지게 만든다.
도 16-20의 예시적인 실시예들에서 설명되는 바와 같이, 병렬 운동 기구는 병렬 운동 기구의 운동을 구속하기 위한 기구로서 텐던들을 사용할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에 있어서, 병렬 운동 기구는 도 11-15의 예시적인 실시예들에 설명된 바와 같은 편조 구조체를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 편조 구조체가 도 11의 예시적인 실시예와 관련하여 설명한 방식으로 병렬 운동 기구(910)의 근위 조인트 기구(912) 및 원위 조인트 기구(914)의 디스크들을 대체할 수 있다. 또다른 예시적인 실시예에 있어서, 편조 구조체가 도 15의 예시적인 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이 근위 조인트 기구(912) 및 원위 조인트 기구(914)의 디스크들 둘레에 배치될 수 있다.
여기에 설명되는 예시적인 실시예들에 따른 리스트와 병렬 운동 기구가 독립적으로 사용될 수 있지만(즉, 기구가 리스트 또는 병렬 운동 기구를 포함할 수 있지만), 기구는 리스트와 병렬 운동 기구를 모두 포함할 수도 있다. 기구가 리스트와 병렬 운동 기구를 모두 포함할 때, 리스트는 병렬 운동 기구의 구속 텐던과 같은 구속 기구와 별개인 구속 텐던과 같은 구속 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 리스트는 제1 세트의 하나 이상의 구속 텐던과 같은 제1 구속 기구를 포함하고, 병렬 운동 기구는 제2 세트의 하나 이상의 구속 텐던과 같은 제2 구속 기구를 포함한다. 하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트와 병렬 운동 기구가 별개의 구속 텐던들을 가질 때, 리스트와 병렬 운동 기구의 구속 텐던들은 예컨대 원하는 운동 효과들을 성취하기 위해 선택될 수 있는 상이한 직경들이나 다른 구조적 또는 재료적 차이들을 가지는 등에 의해 상이할 수 있다.
또다른 실시예에 따라, 리스트와 병렬 운동 기구는 동일한 구속 텐던과 같은 동일한 구속 기구를 사용한다. 리스트와 병렬 운동 기구에 동일한 구속 기구를 사용하는 것은 리스트와 병렬 운동 기구 모두에 동일한 구속 기구를 사용하는 기구의 내부 공간을 절약하는 데 효율적일 수 있다.
도 21을 참조하면, 도 16-20의 예시적인 실시예들에 따라 구성될 수 있는 리스트(1202) 및 병렬 운동 기구(1204)를 포함하는 기구의 원위 단부 부분(1200)의 부분도가 도시되어 있다. 리스트(1202)는 도 3-14의 예시적인 실시예들에 따라 구성될 수 있고, 병렬 운동 기구(1204)는 도 15-19의 예시적인 실시예들에 따라 구성될 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 리스트(1202)는 병렬 운동 기구(1204)의 원위측에 배치될 수 있다. 리스트 구동 텐던(1220)은 병렬 운동 기구(1204)를 통해 리스트(1202)까지, 리스트(1202)를 통해 리스트(1202)의 원위 단부 또는 리스트(1202)를 작동시키기 위해 리스트 구동 텐던(1220)이 고정되는 기구의 원위 단부(1203)까지 연장될 수 있다. 병렬 운동 기구 구동 텐던(1230)은 병렬 운동 기구(1204)를 통해 연장되어, 병렬 운동 기구(1204)의 원위 단부에 고정될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1202)는 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)의 모두의 운동을 구속하는 구속 텐던을 공유한다. 예를 들어, 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)의 모두를 위한 구속 텐던은 병렬 운동 기구(1204)를 통해 연장되어 고정되는(예컨대 병렬 운동 기구(1204)의 원위 단부에, 리스트(1202)의 근위 단부에 또는 이하에 설명되는 크림프(1210) 등을 통해 병렬 운동 기구(1204)와 리스트(1202) 사이에) 구속 텐던의 제1 부분(1240A)을 포함하고, 리스트(1202)를 통해 연장되어 역시 고정되는 구속 텐던의 제2 부분(1240B)을 기진다. 제1 및 제2 부분(1240A, 1240B)은 동일한 연속적인 구속 텐던으로 이루어져 있어, 동일한 구속 텐던(부분(1240A 및 1240B))이 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)의 모두를 구속하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던은 도 21의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 병렬 운동 기구(1204)의 원위 단부에, 리스트(1202)의 근위 단부에 또는 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204) 사이의 연결 영역(1205)에 고정될 수 있다. 따라서, 한 세트의 구속 텐던(부분(1240A 및 1240B)를 포함하는)이 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)의 모두의 운동을 구속하는 데 사용될 수 있으며, 이것이 기구의 내부 공간의 효율적인 사용을 제공한다.
하나의 예시적인 실시예에 따라, 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)는 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)의 운동을 각각 구속하는 별개의 구속 텐던들을 가진다. 예를 들어, 구속 텐던의 제1 부분(1240A)은 제1 세트의 하나 이상의 구속 텐던을 나타내고, 구속 텐던의 제2 부분(1240B)은 구속 텐던의 제1 부분(1240A)과 별개인 제2 세트의 하나 이상의 구속 텐던을 나타낸다. 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)가 상이한 구속 텐던들일 때, 병렬 운동 기구(1204)용 구속 텐던(예컨대, 제1 부분(1240A))은 예를 들어 병렬 운동 기구(1204)의 원위 단부에, 리스트(1202)의 근위 단부에 또는 병렬 운동 기구(1204)와 리스트(1202) 사이에 고정될 수 있고, 리스트(1202)용 구속 텐던(예컨대, 제2 부분(1240B))은 예를 들어 병렬 운동 기구(1204)의 원위 단부에, 리스트(1202)의 근위 단부에 또는 병렬 운동 기구(1204)와 리스트(1202) 사이에 고정되고, 리스트(1202)를 통해 연장되고, 리스트(1202)의 원위 단부에 고정될 수 있다.
구속 텐던은 도 3-20의 예시적인 실시예들에 따라 고정될 수 있다. 예를 들어, 구속 텐던의 제1 부분(1240A)이 병렬 운동 기구(1204)를 통해, 구속 텐던(1240)을 기구 원위 단부(1200)에 대해 고정시키는 크림프(1210)를 통해 연장되어 크림프에서 끝나고, 구속 텐던의 제2 부분(1240B)이 별개로 리스트(1202)를 통과하거나(별개의 구속 텐던들이 리스트(1202)와 병렬 운동 기구(1204)를 제어할 때와 같이), 또는 구속 텐던은 크림프(1210)로부터 병렬 운동 기구(1204)와 리스트(1202)의 모두를 통과하는 동일 구속 텐던의 제2 부분(1240B)으로서 연속될 수 있다. 또한, 구속 텐던은 도 3-20의 예시적인 실시예들에 따라, 예컨대 구속 텐던(예컨대, 부분(1240A, 1240B))이 병렬 운동 기구(1204)를 통해 실질적 직선 방향으로 연장되고, 리스트(1202)의 적어도 일부를 통해 나선 경로를 따라 연장되는 상태로 배열될 수 있다.
여기에 설명되는 예시적인 실시예들 및 방법들이 원격조작 수술 시스템용 수술 기구와 함께 사용되는 것으로 설명되었다. 하지만, 여기에 설명되는 예시적인 실시예들 및 방법들은 복강경 수술 기구 및 다른 수동식(예컨대, 핸드헬드) 기구와 같은 다른 수술 장치 및 원격조작식, 원격제어식 또는 수동조작식인 리스트 및/또는 병렬 운동 기구를 포함하는(이에 한정되는 것은 아님) 다양한 피작동 관절운동가능 부재를 포함하는 장치와 같은 비수술 장치와 함께 사용될 수도 있다.
여기에 설명되는 예시적인 실시예들에 따른 구속 기구들을 갖는 수술 기구를 제공함으로써, 제어가 더 쉽고, 제조 비용이 저렴한 더 간단한 힘 전달 기구를 가지는 관절운동가능 부재가 제공되는 동시에, 관절운동가능 부재는 실질적으로 반복가능하고, 부드럽고 정밀한 운동을 제공한다.
또다른 수정 및 변경된 실시형태들이 여기에 설명된 것에 비추어 자명한 것일 수 있을 것이다. 예컨대, 시스템 및 방법은 작동의 명료함을 위해 도면과 설명에서 생략된 추가적인 구성요소 또는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 여기서의 설명은 예시일 뿐으로 본 발명을 실시하는 일반적인 방식을 당업자에게 교시하는 것을 목적으로 하는 것으로 해석되어야 한다. 여기에 도시되고 설명된 다양한 실시형태는 예시로서 취급되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 여기에 설명한 이점을 가지면서 당업자에 자명하다면, 여러 가지 요소와 재료 및 그러한 여러 가지 요소와 재료의 구성이 여기에 도시되고 설명된 것들과 대체될 수 있고, 부품들 및 공정들의 순서가 뒤집어질 수 있으며, 교시된 실시형태들의 임의의 세부 특징이 독립적으로 사용될 수도 있을 것이다. 본 명세서 및 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나는 일없이, 여기에 설명된 요소들에 있어서의 변경이 이루어질 수 있을 것이다.
여기에 기술된 특정 예시 및 실시형태는 제한을 위한 것이 아니며, 구조, 치수, 재료 및 방법에 대한 변경이 본 명세서의 범위를 벗어나는 일없이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
여기에 설명된 발명의 상세한 설명 및 실시예를 고려하면 본 발명에 따르는 다른 실시형태들도 당업자에 자명할 수 있을 것이다. 상세한 설명 및 실시예들은 예시로만 간주되고, 발명의 진정한 사상 및 범위는 후속의 청구범위에 의해 지정되는 것으로 한다.

Claims (31)

  1. 관절운동가능 부재이며,
    근위 단부 링크로부터 원위 단부 링크까지 직렬로 연장되는 복수의 링크로, 상기 복수의 링크의 서로 인접한 링크는 인접한 링크 사이의 조인트를 형성하도록 피벗 가능하게 결합되는, 복수의 링크;
    상기 근위 단부 링크로부터 상기 원위 단부 링크까지 연장되는 작동 부재로서, 상기 복수의 링크에 작동 가능하게 결합되어 상기 관절운동가능 부재를 중립 위치로부터 굽히기 위한 힘을 전달하는, 작동 부재; 및
    상기 근위 단부 링크로부터 상기 원위 단부 링크까지 연장되는 구속 부재로서, 상기 원위 단부 링크와 상기 근위 단부 링크에 각각 고정되는 양쪽 단부를 가지는, 구속 부재를 포함하고,
    상기 구속 부재는 상기 복수의 링크의 각 링크 내의 관통 구멍을 통해 연장되고, 상기 관통 구멍은 상기 링크의 중심 축에서 반경 방향으로 오프셋되어 있고,
    상기 구속 부재는 상기 근위 단부 링크로부터 상기 원위 단부 링크까지 상기 관절운동가능 부재의 적어도 일부를 따르는 나선 경로를 따르고,
    상기 관절운동가능 부재의 직선 형태에서, 상기 구속 부재는 양 단부 사이의 인장력 하에 있는, 관절운동가능 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 관절운동가능 부재는 리스트인, 관절운동가능 부재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 구속 부재는 상기 링크들의 병진운동을 수동적으로 구속하는, 관절운동가능 부재.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 작동 부재는 상기 원위 단부 링크로부터 상기 근위 단부 링크까지 상기 관절운동가능 부재를 따라 실질적으로 직선형으로 연장되는, 관절운동가능 부재.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 인접한 링크 사이의 조인트들 중 연속적인 조인트들의 회전 축선들이 서로 직교하도록 배향되는, 관절운동가능 부재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 복수의 링크 중 인접한 링크들 사이의 상기 구속 부재의 나선 경로의 각도 범위는 90도인, 관절운동가능 부재.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 구속 부재는 복수의 구속 부재를 포함하고, 제1 구속 부재의 나선 경로는 오른손 방향이며, 제2 구속 부재의 나선 경로는 왼손 방향인, 관절운동가능 부재.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 링크 사이의 조인트는 2개의 연속적 조인트와 2개의 이웃 조인트를 포함하고, 상기 2개의 이웃 조인트 중 제1 이웃 조인트는 상기 2개의 연속적 조인트 중 제1 연속적 조인트의 옆에 배치되고, 상기 2개의 이웃 조인트 중 제2 이웃 조인트는 상기 2개의 연속적 조인트 중 제2 연속적 조인트의 옆에 배치되고,
    상기 2개의 연속적 조인트 각각은 실질적으로 동일한 방향으로 연장되는 회전 축선을 갖고,
    상기 이웃 조인트 각각은 상기 2개의 연속적 조인트들의 회전 축선에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되는 회전 축선을 가지는, 관절운동가능 부재.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 2개의 연속적인 조인트들 사이의 상기 구속 부재의 나선 경로의 각도 범위가 180도인, 관절운동가능 부재.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 구속 부재는 편조 구조체의 일부인, 관절운동가능 부재.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체의 원위 단부와 근위 단부 사이의 상기 편조 구조체의 각도 범위가 180도인, 관절운동가능 부재.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체의 원위 단부와 근위 단부 사이의 상기 편조 구조체의 각도 범위가 360도인, 관절운동가능 부재.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체의 원위 단부와 근위 단부 사이의 상기 편조 구조체의 각도 범위가 720도인, 관절운동가능 부재.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체의 확대 및 축소를 제한하기 위해 상기 편조 구조체 내부에 배치되는 부재 및 상기 편조 구조체의 외부에 배치되는 부재를 더 포함하는, 관절운동가능 부재.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체는 상기 근위 단부 링크로부터 상기 원위 단부 링크까지의 상기 관절운동가능 부재의 바디 구조를 형성하는, 관절운동가능 부재.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 편조 구조체는 상기 복수의 링크의 운동을 구속하는, 관절운동가능 부재.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 관절운동가능 부재는 수술 기구의 리스트인, 관절운동가능 부재.
  18. 제 1 항에 있어서,
    복수의 작동 부재 및 복수의 구속 부재를 더 포함하고,
    상기 작동 부재는 상기 복수의 작동 부재 중 하나이고,
    상기 구속 부재는 상기 복수의 구속 부재 중 하나인, 관절운동가능 부재.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 수술 기구이며,
    샤프트;
    상기 샤프트의 근위 단부에 연결된 힘 전달 기구;
    상기 샤프트의 원위 단부에 연결된 병렬 운동 기구;
    복수의 링크를 포함하고, 상기 병렬 운동 기구의 원위 단부에 연결되어 있는 리스트;
    상기 리스트를 중립 위치로부터 굽히기 위한 힘을 상기 힘 전달 기구로부터 전달하도록 작동가능하게 결합되는 작동 부재; 및
    상기 리스트 및 상기 병렬 운동 기구를 통해 연장되는 구속 부재로서, 상기 리스트 기구 및 병렬 운동 기구의 운동을 수동적으로 구속하도록 배열되는, 구속 부재를 포함하고,
    상기 구속 부재의 양쪽 단부는 상기 리스트의 원위 단부 및 상기 병렬 운동 기구의 근위 단부에 각각 고정되고,
    상기 구속 부재의 양 단부 사이의 일부분은 상기 리스트와 상기 병렬 운동 기구 사이의 수술 기구의 일부에 고정되며,
    상기 구속 부재는 상기 병렬 운동 기구를 따르는 실질적 직선형 경로, 그리고 상기 리스트의 적어도 일부분을 따르는 나선 경로를 따르는, 수술 기구.
  25. 삭제
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 리스트의 원위 단부에 연결된 엔드 이펙터를 더 포함하는, 수술 기구.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 작동 부재는 상기 리스트를 굽히기 위한 상기 힘 전달 기구로부터의 힘을 전달하도록 상기 힘 전달 기구 및 상기 리스트에 작동가능하게 결합되고,
    상기 리스트 작동 부재는 상기 병렬 운동 기구 및 상기 리스트를 따른 실질적 직선형 경로로 연장되는, 수술 기구.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 작동 부재는 상기 병렬 운동 기구를 굽히기 위한 상기 힘 전달 기구로부터의 힘을 전달하도록 상기 힘 전달 기구 및 상기 병렬 운동 기구에 작동가능하게 결합되고,
    상기 병렬 운동 기구 작동 부재는 상기 병렬 운동 기구의 적어도 일부를 따른 나선 경로를 따르는, 수술 기구.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
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