KR102414011B1 - 수술 기구 및 피복의 단부상에서의 캡에 대한 엔드 이펙터의 위치결정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수술 기구에 관한 것으로, 이 수술 기구는, 관통 연장되는 적어도 제 1 개구 및 제 2 개구를 갖는 캡; 상기 캡 내에서 상기 제 1 개구로부터 연장가능하고 상기 제 1 개구의 내측으로 후퇴가능한 제 1 가요성 부재로서, 제 1 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는, 상기 제 1 가요성 부재; 상기 제 1 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 1 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 1 아암, 및 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 연결되고 상기 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 대해서 피봇가능한 제 2 아암; 상기 캡 내에서 상기 제 2 개구로부터 연장가능하고 상기 제 2 개구의 내측으로 후퇴가능한 제 2 가요성 부재로서, 제 3 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는, 상기 제 2 가요성 부재; 상기 제 2 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 3 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 2 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 3 아암, 및 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 연결되고 상기 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 대해서 피봇가능한 제 4 아암; 상기 제 2 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터; 및 상기 제 4 아암에 작동적으로 연결된 제 2 엔드 이펙터를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 12월 29일자로 출원된 "엔드 이펙터 및 엔드 이펙터 구동 장치" 라는 제목의 미국 가출원 일련 번호 62/612,220 의 이익을 주장하고, 여기에는 그 전체가 참고로 인용된다.
분야
본 명세서는 최소 침습 수술에 사용되는 로봇 수술 시스템 및 절차에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서는 최소 침습 수술에 사용하기에 유용한 로봇 제어기 및 엔드 이펙터의 분야에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
엔도루미날 수술 기구는 그 원위 단부로부터 연장되는 적어도 하나의 엔드 이펙터를 갖는 것으로 알려져 있으며, 이는 엔드 이펙터의 죠오들 (jaws) 의 개폐 또는 서로에 대해서 이동할 수 있는 다른 부분들의 조작을 가능하게 하는 4 개의 바 링키지로서 구성되고, 이의 작동은 그에 연결된 와이어를 당김으로써 제어된다. 4 개의 바 링키장치를 사용하면, 엔드 이펙터의 링키지 부분의 폭 (직경) 에 대한 크기 제약이 유도되고, 이는 소형화를 제한한다. 또한 엔드 이펙터의 방향과 개폐를 조작하기 위하여 다수의 와이어들이 사용된다. 이들 와이어는 엔드 이펙터로부터 그리고 가요성 관형 부재를 통해 커플링 장치로 연장된다. 커플링 장치는 와이어들의 개별 와이어를 독립적으로 당겨서 엔드 이펙터내에서의 또는 엔드 이펙터의 움직임을 발생시키도록 구성된 와이어 컨트롤러의 단부에 연결된다. 와이어들의 수가 많기 때문에, 와이어들 중 개별 와이어를 당기는데 사용되는 와이어 컨트롤러 요소들을 올바르게 정렬하기가 어려워져, 엔드 이펙터에 대한 제어가 간헐적으로 실패하거나 개별 와이어를 와이어 컨트롤러에 올바르게 연결하기가 불가능하다.
본원에서는, 수술 장치용의 엔드 이펙터가 제공되고, 이 엔드 이펙터는, 외부 벽 및 안에 있는 개구, 및 상기 개구의 대향 측면들을 따라 연장되는 대향하는 제 1 벽 및 제 2 벽을 포함하는 하우징; 상기 하우징의 상기 제 1 벽에 피봇식으로 결합된 제 1 액추에이터; 상기 하우징의 상기 제 2 벽에 피봇식으로 결합된 제 2 액추에이터; 및 상기 하우징의 상기 개구 내에 그리고 상기 제 1 액추에이터 및 상기 제 2 액추에이터의 적어도 일부 사이에 배치되는 커플링으로서, 상기 커플링은 대향하는 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고, 각각의 단부는 상기 제 1 액추에이터 및 상기 제 2 액추에이터 중의 상이한 하나에 피봇식으로 결합되는, 상기 커플링을 포함한다.
도 1 은 폐쇄 위치에서의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도로서, 주변 보디가 없는 4-바 링키지를 도시한다.
도 2 는 개방 위치에서의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도로서, 주변 보디가 없는 4-바 링키지를 도시한다.
도 3 은 주변 보디를 포함한, 폐쇄 위치에서의 도 1 의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 4 는 주변 보디를 포함한, 개방 위치에서의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 5 는 본 발명의 엔드 이펙터의 측면도로서, 내부 링키지를 도시한다.
도 6 은 도 5 의 엔드 이펙터의 등각도이다.
도 7 은 개방 위치에서의 도 5 의 엔드 이펙터의 등각도이다.
도 8 은 도 5 의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 9 는 도 8 의 도면에서 90도 회전한 도 5 의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 10 은 도 5 의 엔드 이펙터의 액추에이터의 제 1 측면의 측면도이다.
도 11 은 도 6 의 엔드 이펙터의 분해도로서, 내부 부품들을 도시한다.
도 12 는 개방 위치와 폐쇄 위치와 그 사이의 위치 사이에서 도 6 의 엔드 이펙터를 작동시키는데 사용되는 와이어의 부분도이다.
도 13 은 엔드 이펙터가 폐쇄 위치에 있는, 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구의 측면도이다.
도 14 는 엔드 이펙터가 개방 위치에 있는, 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구의 측면도이다.
도 15 는 본 발명의 수술 기구의 등각도이다.
도 16 은 수술 기구를 작동 및 이동시키는데 사용되는 구동 하우징으로부터 이격된 수술 기구의 등각도이다.
도 17 은 도 16 의 하우징에 수용된 제어가능한 구동 기구의 부분 등각도이다.
도 18 은 도 15 의 수술 기구의 레버 기구의 등각도이다.
도 19 는 도 15 의 수술 기구의 어댑터 커플링의 단면도이다.
도 20 은 수술 기구로부터 이격된 하우징 및 제어가능한 구동 기구의 등각도이다.
도 21 은 2 개의 수술 기구 및 조명 및 카메라 부분을 포함하는 기구의 단부의 등각도이다.
도 22 는 2 개의 수술 기구 및 조명 및 카메라 부분을 포함하는 대안 기구의 단부의 등각도이다.
도 23 은 도 22 의 대안 기구의 단부의 측면도로서, 한 쌍의 엔드 이펙터는 그 단부의 외측으로 연장하고 있다;
도 24 는 도 22 의 대안 기구의 제어 단부 기구 핸들의 등각도이다.
도 25 는 도 22 의 대안 기구에 의해 제공되는 도면의 개략도이다.
도 26 은 추가의 대안 기구 구성의 등각도이다.
도 27a 및 27b 는 도 26 의 대안 기구에 의해 제공되는 카메라 뷰의 개략도이다.
도 2 는 개방 위치에서의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도로서, 주변 보디가 없는 4-바 링키지를 도시한다.
도 3 은 주변 보디를 포함한, 폐쇄 위치에서의 도 1 의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 4 는 주변 보디를 포함한, 개방 위치에서의 종래 기술의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 5 는 본 발명의 엔드 이펙터의 측면도로서, 내부 링키지를 도시한다.
도 6 은 도 5 의 엔드 이펙터의 등각도이다.
도 7 은 개방 위치에서의 도 5 의 엔드 이펙터의 등각도이다.
도 8 은 도 5 의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 9 는 도 8 의 도면에서 90도 회전한 도 5 의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 10 은 도 5 의 엔드 이펙터의 액추에이터의 제 1 측면의 측면도이다.
도 11 은 도 6 의 엔드 이펙터의 분해도로서, 내부 부품들을 도시한다.
도 12 는 개방 위치와 폐쇄 위치와 그 사이의 위치 사이에서 도 6 의 엔드 이펙터를 작동시키는데 사용되는 와이어의 부분도이다.
도 13 은 엔드 이펙터가 폐쇄 위치에 있는, 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구의 측면도이다.
도 14 는 엔드 이펙터가 개방 위치에 있는, 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구의 측면도이다.
도 15 는 본 발명의 수술 기구의 등각도이다.
도 16 은 수술 기구를 작동 및 이동시키는데 사용되는 구동 하우징으로부터 이격된 수술 기구의 등각도이다.
도 17 은 도 16 의 하우징에 수용된 제어가능한 구동 기구의 부분 등각도이다.
도 18 은 도 15 의 수술 기구의 레버 기구의 등각도이다.
도 19 는 도 15 의 수술 기구의 어댑터 커플링의 단면도이다.
도 20 은 수술 기구로부터 이격된 하우징 및 제어가능한 구동 기구의 등각도이다.
도 21 은 2 개의 수술 기구 및 조명 및 카메라 부분을 포함하는 기구의 단부의 등각도이다.
도 22 는 2 개의 수술 기구 및 조명 및 카메라 부분을 포함하는 대안 기구의 단부의 등각도이다.
도 23 은 도 22 의 대안 기구의 단부의 측면도로서, 한 쌍의 엔드 이펙터는 그 단부의 외측으로 연장하고 있다;
도 24 는 도 22 의 대안 기구의 제어 단부 기구 핸들의 등각도이다.
도 25 는 도 22 의 대안 기구에 의해 제공되는 도면의 개략도이다.
도 26 은 추가의 대안 기구 구성의 등각도이다.
도 27a 및 27b 는 도 26 의 대안 기구에 의해 제공되는 카메라 뷰의 개략도이다.
엔드 이펙터는 인간, 포유 동물 또는 다른 살아 있는 개체의 체강 내에서 절차를 수행하기 위해 로봇 수술 절차에 사용된다. 엔드 이펙터는, 예를 들어, 신체 외부의 위치로부터 엔드 이펙터가 존재하는 신체 내의 위치로 물리적 힘을 전달함으로써, 그 위치로부터 원격으로 작동될 수 있다.
이들 수술 절차의 침습성을 최소화하기 위해, 엔드 이펙터 자체는 1 센티미터 미만 정도, 보다 전형적으로는 5 또는 6 밀리미터 미만 정도의 최소 직경을 가져야 한다. 엔드 이펙터가 조직 샘플을 얻거나, 개구를 봉합하거나, 조직을 잡는 등의 수술 절차에 사용되는 경우, 이는 신체 조직 또는 수술 기구와 맞물리도록 개방될 수 있고 수술 기구 또는 신체 조직과 맞물려 이를 유지하도록 폐쇄될 수 있는 대향가능한 죠오를 일반적으로 필요로 한다. 추가로, 절단을 위해, 대향가능한 죠오는 신체 조직을 절단하기 위해 대향 블레이드, 또는 블레이드 및 블레이드가 지나가는 대향 접지면 표면을 포함할 수 있다. 각각의 경우에, 힘이 신체 외부의 위치로부터 신체 내에 위치한 엔드 이펙터로 전달되는 경우, 대향 죠오에서의 결과적인 힘은 조직을 잡거나 절단하거나 또는 다른 아이템을 잡기에 충분해야 한다. 대향 죠오를 서로에 대해 개방 및 폐쇄하는데 필요한 힘은, 엔드 이펙터로부터 보디 외측의 가요성 관형 부재의 위치로 연장되는 와이어 및 엔드 이펙터 위치의 또는 엔드 이펙터 내에 일체로 위치한 스프링 리턴 기구에 의해, 또는 엔드 이펙터의 일부와 각각 개별적으로 결합될 수 있는 한 쌍의 와이어에 의해 전형적으로 제공된다. 또한, 엔드 이펙터에서 샤프트의 원주를 통과하는 단일 와이어에 의해 작동될 수 있는 엔드 이펙터가 알려져 있다. 쌍으로 된 와이어들 중의 하나 또는 와이어의 대향 단부들 중의 하나에 견인력을 개별적으로 제공함으로써, 엔드 이펙터는 개방 위치, 폐쇄 위치 또는 그 중간 위치 사이에서 작동가능하다.
전술한 와이어 이동 패러다임에서, 엔드 이펙터 개방 및 폐쇄 기구는 본 명세서의 도 1 및 2 에 도시된 바와 같은 4-바 링키지 기구이다. 이 종래 기술의 기구에서, 링키지 (10) 는 제 1 바 (12), 제 2 바 (14), 제 3 바 (16) 및 제 4 바 (18) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 제 1 단부는 제 1 핀 (20) 에서 피봇식으로 연결되고, 이 제 1 핀은 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 제 1 단부를 통해 연장되지만, 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 제 1 단부를 그 주위에서 회전시키고 따라서 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 대향하는 제 2 단부들을 그 주위에서 아치형으로 이동시키는 것을 허용한다. 제 1 바 (12) 의 제 2 단부는 제 4 핀 (26) 에 의해 제 4 바 (18) 의 제 1 단부에 피봇식으로 연결되고, 이 제 4 핀은 제 1 바 (12) 의 제 2 단부 및 제 4 바 (18) 의 제 1 단부를 통해 연장되지만, 제 1 바 (12) 의 제 2 단부 및 제 4 바 (18) 의 제 1 단부를 그 주위에서 회전시키고 따라서 대향하는 제 1 바 (12) 의 제 1 단부 및 제 4 바 (18) 의 제 2 단부를 그 주위에서 아치형으로 이동시키는 것을 허용한다. 제 2 바 (14) 의 제 2 단부는 제 2 핀 (22) 에 의해 제 3 바 (16) 의 제 1 단부에 피봇식으로 연결되고, 이 제 2 핀은 제 2 바 (14) 의 제 2 단부 및 제 3 바 (16) 의 제 1 단부를 통해 연장되지만, 제 2 바 (14) 의 제 2 단부 및 제 3 바 (16) 의 제 1 단부를 그 주위에서 회전시키고 따라서 대향하는 제 2 바 (14) 의 제 1 단부 및 제 3 바 (18) 의 제 2 단부를 그 주위에서 아치형으로 이동시키는 것을 허용한다. 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 의 제 2 단부들은 관통 연장하는 제 3 핀 (24) 에 의해 피봇식으로 연결되어서, 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 의 제 2 단부들은 그 주위에서 자유롭게 회전하고 그들의 제 1 단부들은 그 주위의 호를 따라 이동할 수 있다. 도 1 및 도 2 의 링키지 (10) 에서, 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 의 제 2 단부들은, 도 1 에서는 폐쇄 위치로 도시되고 도 2 에서는 개방 위치로 도시된, 여기서는 클램프 (32) 의 대향 측면들로서 구성된 공구 연장부 (28, 30) 와 일체로 형성된다.
이제 도 3 및 도 4 를 참조하면, 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 제 1 단부들을 함께 연결하는 핀 (20) 은, 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 의 대향 측면들로부터 외측으로 그리고 엔드 이펙터 하우징 (34) 에서의 대향 슬롯들 (36: 하나만 도시됨) 내로 연장된다. 추가로, 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 를 연결하는 핀 (24) 은 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 의 대향 측면들로부터 외측으로 그리고 엔드 이펙터 하우징 (34) 에서의 일반적으로 둥근 개구 (38: 하나만 도시됨) 내로 연장된다. 슬롯 (36) 의 더 긴 방향의 중심을 따라 통과하는 종방향 축선 (40) 은 일반적으로 둥근 개구 (38) 의 중심 (42) 또는 중심 (42) 근방을 통과하도록 구성된다. 일반적으로 둥근 개구 (38) 는, 핀 (24) 이 슬롯 (36) 내에서 반경방향으로 이동하는 것이 실질적으로 제한되지만 그 내부에서 회전적으로 이동할 수 있는 크기를 갖는다.
와이어 (44) 는, 링키지 (10) 가 신체내에 배치되는 때에 신체의 외부에 있는가요성 관형 부재의 근위 단부상의 조작 장치와 같이, 링키지 (10) 에 대해 멀리있는 위치, 여기서는 신체 외부의 위치에서, 제 1 와이어 단부 (46) 로부터, 공구 연장부 (28, 30) 로부터 멀리있는 위치에서 엔드 이펙터 하우징 (34) 내로, 핀 (20) 의 일측을 따라서, 핀 (24) 을 거쳐, 핀 (20) 의 제 2 측을 다시 지나서, 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 외측으로, 링키지 (10) 가 내부에 존재하는 신체와는 먼 위치에서 제 2 와이어 단부 (48) 로 연장된다. 와이어 (44) 의 움직임을 4-바 링키지 (10) 에 전달하기 위해, 액추에이터 클램프 (47) 는 와이어 (44) 에 클램핑되고, 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 를 함께 결합하는 핀 (20) 에 피봇식으로 또는 느슨하게 연결된다.
링키지 (10) 를 작동시키기 위해, 여기서는 도 1 및 도 3 의 폐쇄 위치와 도 2 및 도 4 의 개방 위치 사이에서 클램프 (32) 의 공구 연장부 (28, 30) 를 이동시키기 위해, 와이어 (44) 는, 클램프 (47) 를 핀 (24) 을 향하여 또는 핀 (24) 으로부터 멀리 이동시키도록 와이어의 대향 단부 (46, 48) 를 당기거나, 밀거나, 또는 당기고 밀음으로써, 핀 (24) 에 걸쳐 그 종방향을 따라 이동된다. 핀 (24) 은 종방향 축선 (40) 의 방향에서의 이동에 대해 고정되고 클램프 (47) 는 와이어 (44) 의 종방향을 따라 와이어를 이동시킴으로써 핀 (20) 에 연결되기 때문에, 핀 (20) 은 그 종방향 축선을 따라 슬롯 (36) 내에서 이동되고, 이 운동은 4-바 링키지로 하여금 클램프 (32) 의 공구 연장부 (28, 30) 를 도 1 의 폐쇄 위치와 도 2 의 개방 위치 사이에서 이동시키게 한다. 제 2 단부 (48) 상의 와이어를 링키지 (10) 로부터 멀어지는 방향으로 당기면, 클램프 (47) 가 핀 (24) 의 방향으로 이동하여, 제 1 및 제 2 바 (12, 14) 를 핀 (24) 의 방향으로 밀게 되고, 결과적으로 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 를 핀 (24) 쪽으로 밀게 된다. 핀 (24) 이 슬롯 (36) 의 종방향으로의 이동에 대해 고정됨에 따라, 이는 슬롯 (36) 의 종방향 축선 (40) 으로부터 외측으로의 이동을 위해 제 4 핀 (26) 에서 제 1 및 제 4 바 (12, 18) 를 연결시키게 되고 제 2 핀 (22) 에서 제 2 및 제 3 바 (14, 16) 를 연결시키게 된다. 제 3 및 제 4 바 (16, 18) 가 제 4 핀 (24) 에서 피봇식으로 연결됨에 따라, 공구 연장부 (28, 30) 의 원위 단부에서는 핀 (22, 26) 을 둘러싸는 부분의 것과 동일한 그리고 반대인 운동이 발생한다. 따라서, 와이어 (44) 의 단부 (48) 를 당기면, 4-바 링키지 (10) 가 공구 연장부 (28, 30) 를 도 2 및 도 4 의 개방 위치로 작동시키게 된다. 제 1 단부 (46) 에서 와이어를 엔드 이펙터로부터 멀어지는 방향으로 당기면, 와이어 클램프 (47) 가 핀 (24) 으로부터 멀어지게 이동하게 되고, 그럼으로써 핀 (22, 26) 이 슬롯 (36) 의 종방향 축선 (40) 을 향해 안쪽으로 그리고 동시에 핀 (24) 으로부터 멀어지게 이동하게 되고, 따라서 공구 연장부들 (28, 30) 에 부여된 동일한 그리고 반대인 운동은 이들을 도 1 및 도 3 에 도시된 폐쇄 위치를 향해 이동시키게 된다.
4-바 링키지 (10) 의 구조는, 링키지 (10) 의 작동 요소들, 특히 바 (12-18), 핀 (20, 24), 슬롯 (36) 및 개구 (38) 가 내부에서 고정되어야 하는 비교적 기다랗고 넓은 하우징 (34) 을 필요로 한다. 사용시, 엔드 이펙터는 와이어 (44) 가 내부에서 연장되는 가요성 관형 부재 또는 다른 도입 기구의 일 단부에 위치되어서, 엔드 이펙터 하우징 (34) 이 그 일 단부에 장착된다. 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 길이 (50) 및 엔드 이펙터 하우징 (34) 에 바로 인접한 가요성 관형 부재의 가요성에 의해, 외부 구동 기구에 의해 작동되는 때에 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 폭 (52) 이 변화될 아크의 최소 반경이 결정된다. 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 폭 (52) 은, 공구가 도 1 및 도 3 의 폐쇄 위치에 있을 때에 발생하는 폭 (Wc) 과 비교하여, 공구가 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 최대 개방 위치에 있을 때에 발생하는 4-바 링키지 (10) 의 최대 폭 (Wo) 에 의해 지시되고, 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 일부가 4-바 링키지 (10) 에 걸쳐 연장됨에 따라 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 외경 또는 최대 폭은 이 폭 (Wo) 보다 크다. 따라서, 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 폭 (52) 은 엔드 이펙터가 도입될 수 있는 개구 면적 및 위에 링키지 (10) 를 갖는 가요성 관형 부재를 도입하기 위해 개방되어야 하는 보디의 개구의 크기를 제한한다. 바의 길이는 폭 (Wo) 을 지시하고, 또한 제 3 핀 (24) 주위에서의 공구 연장부 (28, 30) 의 최대 개방 각도를 지시한다. 따라서, 엔드 이펙터 하우징의 크기에 대한 실질적인 제한은 공구 연장부 (28, 30) 의 개방 각도를 제한한다. 이러한 크기는 4-바 링키지 (10) 의 기능성 및 유용성을 제한한다.
와이어 (44) 를 이동시켜 종래 기술에서 4-바 링키지 (10) 의 이동을 가능하게 하기 위해, 4-바 링키지 (10) 를 포함하는 엔드 이펙터 하우징 (34) 이 원위 단부상에 장착된 가요성 관형 부재의 근위 단부는 제어가능한 구동 기구에 해제가능하게 연결될 수 있는 어댑터 커플링 (252) (예를 들어, 도 15 참조) 에 연결되고, 그 안에 복수의 와이어 마그넷들 (M) (도 19) 을 포함하고, 각각의 마그넷은 원위 단부로부터 어댑터 커플링 (252) 으로 가요성 관형 부재를 통해 연장하는 와이어 (44) 의 근위 단부들에 결합된다. 마그넷 (M) 은 마그넷 폴 (m') (도 16) 에 자기적으로 결합되고 그럼으로써 마그넷 폴과 접촉하도록 바이어싱되는데, 마그넷 폴은 강자성 재료를 포함하는 마그넷 또는 슬러그일 수 있으며, 이는 제어가능한 구동 부재로부터 연장되는 와이어를 제어하도록 연결된다. 4-바 링키지 (10) 의 이동을 달성하기 위해, 2 개의 와이어 단부 (46, 48) 중 하나가 바로 이 자기 링키지를 통해 제어가능한 구동 기구의 방향으로 당겨져서, 다른 와이어 단부 (46 또는 48) 가 제어가능한 구동 기구로부터 멀어지게 당겨진다. 이 구성에서, 제어가능한 구동 기구가 m' 에 연결된 와이어를 당김에 따라 마그매틱 부재 (M, m') 가 분리될 위험이 있으며, 따라서 M 과 m' 사이의 자기 인력의 강도에 기초하여, 제어가능한 구동 기구를 향해 마그넷 (M) 을 당기기 위해 적용될 수 있는 힘에 한계가 있다.
부가적으로, 다른 종래 기술 구성에서, 와이어 (44) 의 단부상의 마그넷 (M) 은 폴 (m') 과 같이 후크 기구로 대체된다. 이 구성에서, 와이어 단부 (46, 48) 를 제어가능한 구동 기구를 향해 당기기 위해 더 큰 힘이 가해질 수 있지만, 각각의 후크를 정렬하는데 어려움이 있어서 와이어 단부 (46, 48) 를 제어가능한 구동 기구에 연결하는 것이 어려워지고, 후크의 물리적 크기는 사용할 수 있는 어댑터 커플링의 최소 크기를 제한한다.
이제 도 5 내지 도 9 를 참조하면, 엔드 이펙터 (100) 가 제공되며, 이는 도 1 내지 4 에 도시된 종래 기술의 엔드 이펙터의 4-바 링키지 (10) 에 비해 공구 이동 기구의 전체 길이 및 폭의 현저한 감소를 가능하게 하고, 따라서 더 짧고 더 얇은 엔드 이펙터 (100) 를 가능하게 한다. 엔드 이펙터 (100) 는 일반적으로 제 1 측면 액추에이터 (102), 제 2 측면 액추에이터 (104), 커플링 링크 (106), 하우징 (108) 및 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 중의 하나에 연결된 와이어 (110) 를 포함한다. 엔드 이펙터 하우징 (34) 과 같이, 엔드 이펙터 (100) 는 가요성 관형 부재의 원위 단부에 장착되어서, 와이어 (110) 의 대향 단부 (114, 116) 는 엔드 이펙터 (100) 에 대해 그 조작을 가능하게 하기 위해 보디의 외측에 위치된 가요성 관형 부재의 근위 단부 (221) 의 외측으로 연장된다.
하우징 (108) 은 각각 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 의 피봇 핀 단부 (122, 124) 및 커플링 링크 (106) 를 안에 수용하도록 구성되며, 베이스 (126) 및 그로부터 연장되는 제 1 및 제 2 업라이트 (128, 130) 를 포함하여 이들 사이에 슬롯 (132) 을 형성한다 (예를 들어, 도 6 참조). 여기서, 베이스 (126) 및 업라이트 (128, 130) 는 일체로 형성되고, 예를 들어 스테인레스 강과 같은 단일편의 생체적합성 금속으로부터 가공되거나, 3차원 인쇄와 같은 부가 공정에 의해 생체적합성 재료로 형성된다. 각각의 업라이트 (128, 130) 는 그 안에 한 쌍의 핀 개구 (134, 136) 를 포함하고, 대향 업라이트 (128, 130) 에서의 핀 개구 (134) 의 중심선은 슬롯 (132) 을 가로질러 동일 선상에 정렬되고, 대향 업라이트 (128, 130) 에서의 핀 개구 (136) 의 중심선은 슬롯 (132) 을 가로질러 동일 선상에 정렬된다. 제 1 피봇 핀 (138) 은 핀 개구 (134) 로부터 연장되어 핀 개구 (134) 에서 지지되고, 제 1 측면 액추에이터 (102) 의 피봇 핀 단부 (122) 의 개구 또는 홀 (121) (도 11 참조) 내로 연장된다. 제 1 피봇 핀 (138) 은 그 내부에서 회전을 방지하기 위해 핀 개구 (134) 의 내부 벽과 간섭하여 결합하도록 크기가 정해지는 한편, 제 1 측면 액추에이터 (102) 의 홀 (121) 은 제 1 피봇 핀 (138) 의 원주보다 약간 커서, 제 1 측면 액추에이터 (102) 의 자유로운 이동을 허용한다. 대안적으로, 제 1 측면 액추에이터 (102) 의 홀 (121) 은 제 1 피봇 핀 (138) 의 원주보다 약간 더 작을 수도 있고, 핀 개구 (134) 는 제 1 피봇 핀 (138) 보다 원주가 약간 더 클 수도 있어서, 제 1 피봇 핀 (138) 이 핀 개구 (134) 및 제 1 측면 액추에이터 (102) 에서 회전할 수 있게 하여 핀 개구 (134) 에 대해서 원호 이동을 하게 한다. 제 2 피봇 핀 (140) 은 핀 개구 (136) 로부터 연장되어 핀 개구 (136) 내에서 지지되고, 그리고 제 2 측면 액추에이터 (104) 의 피봇 핀 단부 (124) 에서 개구 또는 홀 (121) 내로 연장된다. 제 2 피봇 핀 (140) 은 회전을 방지하기 위해 핀 개구 (136) 의 내부 벽과 간섭하여 결합하도록 크기가 정해지는 한편, 제 2 측면 액추에이터 (104) 를 통한 홀 (121) 은 제 2 피봇 핀 (140) 의 원주보다 약간 커서, 제 2 측면 액추에이터 (104) 가 자유롭게 이동하게 한다. 대안적으로, 제 2 측면 액추에이터 (104) 의 홀 (121) 은 제 2 피봇 핀 (140) 의 원주보다 약간 작을 수 있고, 핀 개구 (136) 는 제 2 피봇 핀 (140) 보다 원주가 약간 더 클 수 있어서, 제 2 피봇 핀 (140) 이 핀 개구 (136) 및 제 2 측면 액추에이터 (104) 에서 회전할 수 있게 하여 핀 개구 (136) 에 대해서 원호 이동을 하게 한다.
커플링 링크 (106) 는 슬롯 (132) 내에 위치된 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 의 피봇 핀 단부 (122, 124) 사이에 배치되고, 그 대향 단부들에서 제 1 및 제 2 핀 (144, 146) 에 의해 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 의 피봇 핀 단부 (122, 124) 의 상이한 단부들에 연결된다. 제 1 핀 (144) 은 엔드 이펙터의 중심선 (150) 과 제 1 측면 액추에이터 (102) 와의 피봇 핀 (138) 의 연결부 사이의 위치에서 커플링 링크 (106) 의 제 1 단부로부터 제 1 측면 액추에이터 (102) 의 피봇 핀 단부 (122) 내로 연장하고, 제 2 핀 (146) 은 엔드 이펙터 (100) 의 중심선 (150) 과 제 2 측면 액추에이터 (104) 와의 피봇 핀 (140) 의 연결부 사이의 위치에서 커플링 링크 (106) 의 제 2 단부로부터 제 1 측면 액추에이터 (104) 의 피봇 핀 단부 (124) 내로 연장한다. 슬롯 (132) 내에서, 커플링 링크 (106)의 측면들과 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 의 피봇 핀 단부 (122, 124) 의 인접한 대향 표면들 사이에는 약간의 갭이 존재하여서, 이들은 서로 간섭을 최소화하면서 서로에 대해 상대적인 슬라이딩 운동으로 이동할 수 있다.
각각의 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 는 각각 공구 부분 (152, 154) 을 포함하며, 여기서 각각의 공구 부분 (152, 154) 은 각각의 제 1 및 제 2 측면 액추에이터 (102, 104) 의 각각의 피봇 핀 단부 (122, 124) 에 연결된 한 쌍의 클램핑 죠오의 절반을 구성한다. 제 1 및 제 2 액추에이터 (122, 124) 는 여기서 피봇 핀 단부 (122) 및 공구 부분 (152), 뿐만 아니라 피봇 핀 단부 (124) 및 공구 부분 (154) 을 형성하는 연속적인 재료 조각을 포함하고, 예를 들어, 각각은 스테인레스 강과 같은 단일 생체적합성 금속 조각으로부터 가공되거나, 3차원 인쇄와 같은 부가 공정에 의해 생체 적합성재료로 형성된다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 각각의 단부 공구 부분 (152, 154) 은 여기서는 일반적으로 서로 평행하게 이격된 측벽 (160, 162), 측벽 (160, 162) 에서 그 대향 단부들에서 종결하는 원위 단부를 가로질러 연장되는 단부 벽 (168), 단부 벽 (168) 에 대해 일반적으로 평행하게 연장되고 측벽 (160, 162) 에서 그 대향 단부들에서 종결하는 베이스 벽 (172), 및 측벽 (160, 162), 단부 벽 (168) 및 베이스 벽 (172) 에 의해 경계지어지는 전방 파지면 (158) 에 의해 경계지어진다. 파지면 (158) 의 반대편의 공구 부분 (152, 154) 의 측면에서, 측벽 (160, 162) 은 베이스 벽 (172) 에 인접한 각각의 공구 부분 (152, 154) 의 후방 단부 (174) 에서 만나도록 아치형 윤곽을 따라 후방으로 연장되고, 일반적으로 편평한 챔퍼 (176) 는 단부 벽 (168) 으로부터 베이스 벽 (172) 을 향하는 방향으로 그리고 파지면 (158) 으로부터 멀어지게 이동하고, 베이스 벽 (172) 에 도달하기 전에 측벽 (160, 162) 에서 끝난다. 피봇 핀 단부 (122, 124) 는 파지면 (158) 의 중심선 (178) 에 대해 일반적으로 평행하게 그리고 파지면 (158) 의 중심선 (178) 으로부터 측벽 (160) 의 방향으로 오프셋되어 연장된다. 이 오프셋의 결과로서, 피봇 핀 단부 (122, 124) 의 커플링 링크 대향 벽 (156) 은 커플링 링크 (106) 보다 약간 더 큰 거리만큼 하우징 (108) 의 슬롯 (132) 에 장착될 때에 서로 마주보게 되어서, 커플링 링크 (106) 는 그 사이에 위치될 수 있고 공구 부분 (152, 154) 의 커플링 링크 대향 벽 (156) 에 대한 커플링 링크 (106) 의 측면의 전술한 상대 슬라이딩 운동이 제한적이지 않다.
여기서, 엔드 이펙터 (100) 는, 각각의 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104)가 동일한 형상 및 크기를 갖도록, 이들이 실질적으로 동일하고 상호교환 가능하도록 구성되며, 도 10 및 도 11 에 도시된 바와 같이 제 1 측면 액추에이터 (102) 가 피봇 핀 단부 (122) 의 벽 (156) 을 향하는 커플링 링크 (106) 를 따라 추가적인 와이어 고정 리세스 (155) 를 포함하고, 핀을 수용하기 위한 개구의 위치가 다를 수 있다는 것을 제외하고는, 엔드 이펙터의 하우징 (108) 에 조립될 때에 중심선 (150) 을 가로질러 서로 거울 대칭을 나타내도록 구성된다. 여기서, 와이어 고정 리세스 (155) 는, 여기에서 더 설명하는 바와 같이 엔드 이펙터 (100) 의 공구 부분 (152, 154) 의 작동 동안에 커플링 링크 (106) 가 이동하여야 하는 위치의 외측에서, 그리고 공구 부분 (152) 내로 블렌드로부터 멀리 이격된 위치에서 피봇 핀 단부 (102) 의 벽을 향하는 커플링 링크 (106) 의 외측으로 연장되는 두 개의 보스 (157, 159) 사이에 형성된 와이어 슬롯으로서 제공된다.
이제 도 11 을 참조하면, 하우징 (108) 은 베이스 (126) 로부터 먼 슬롯 (132) 을 가로지르는 위치에서 슬롯 대향 벽 (184, 186) 사이의 갭을 폐쇄하기 위해 하우징 (108) 의 슬롯 대향 벽 (184, 186) 으로부터 서로를 향해 연장되는 한 쌍의 와이어 가이드 (180, 182) 를 더 포함한다. 각각의 와이어 가이드 (180, 182) 는 슬롯 대향 벽 (184, 186) 에 평행하게 슬롯 (132) 의 중심을 따라 연장되는 가상 평면을 가로질러 거울 대칭이고, 와이어 가이드 (180) 는 핀 개구 (134) 의 방향으로 슬롯 대향 벽 (184) 을 따라 오프셋되어 있는 한편, 와이어 가이드 (182) 는 핀 개구 (136) 의 방향으로 슬롯 대향 벽 (186) 을 따라 오프셋되어 있다. 각각의 와이어 가이드 (180, 182) 는 대향하는 슬롯 대향 벽 (184 또는 186) 의 방향으로 굽혀지고 슬롯의 방향으로 연장되는 윤곽 벽 (192) 에서 종결하는, 슬롯 (132) 에 걸쳐 연장하는 상부 벽 (188) 을 포함하고, 와이어 베어링 표면 (190) 은 윤곽 벽으로부터 슬롯 (132) 에서 각각의 와이어 가이드 (180, 182) 의 내부 종결부를 형성하는 내부 단부 벽 (198) 으로 연장된다. 각각의 와이어 가이드 (180, 182) 에서, 슬롯 측벽 (184, 186) 으로부터 그로부터 연장되는 와이어 가이드 (180 또는 182) 의 단부 벽 (198) 까지의 거리는 슬롯 측벽 (184, 186) 사이의 간격의 1/2 보다 크고, 슬롯 측벽 (184, 186) 으로부터 그로부터 연장되는 와이어 가이드 (180 또는 182) 의 상부 벽 (188) 의 상단까지의 거리는 슬롯 측벽 (184, 186) 사이의 간격의 1/2 보다 작다. 대향 벽들 (184, 186) 의 슬롯 측면 사이의 슬롯 (132) 을 가로지르는 방향으로의 와이어 가이드 (180, 182) 의 상부 벽들 (188) 사이의 결과적인 간격 또는 갭은 따라서 와이어 (110) 의 직경보다 약간 더 크다. 따라서, 상부 벽 (188), 윤곽 벽 (192) 및 와이어 베어링 벽 (190) 은, 엔드 이펙터 (100) 의 공구 단부를 개방 및 폐쇄하도록 이동될 때에 와이어 (110) 를 안내하기 위해 트로프형 리세스 (191) 를 함께 형성한다. 각각의 와이어 가이드 (180, 182) 는 또한 측벽 (194) 을 포함하고, 하나의 와이어 가이드 (180 또는 182) 의 각 측벽 (194) 은 다른 와이어 가이드 (180 또는 182) 의 측벽 (194) 과는 반대 방향으로 향하여서, 와이어 가이드 (180, 182) 중 다른 하나의 단부 벽 (198) 및 대향 벽 (184 또는 186) 의 슬롯의 인접 부분은 대체로 직사각형인 리세스 (200) 를 형성한다. 단부 벽 (198) 및 마주보는 슬롯 측벽 (184, 186) 사이의 리세스 (200) 의 폭은 피봇 핀 단부 (122, 124) 의 폭 (202) 보다 약간 더 크다. 또한, 일반적으로 평평한 측벽들 (194) 의 각각으로 형성된 평면들은 서로에 대해 정렬되거나 거의 정렬되며 동일 평면 상에 있다. 피봇 핀 단부 (122, 124) 상의 연장 벽 (206) 은 파지면 (158) 의 대체로 동일 평면상 연장부로서 형성된다. 결과적으로, 측벽 (194) 은 파지면들 (158) 의 서로를 향한 이동을 제한하기 위해 제한 벽을 형성한다. 부가적으로, 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 의 베이스 벽 (172) 은 트로프형 리세스 (191) 와 협력작동하여 모든 측면에서 트로프형 리세스 (191) 에서 와이어 (110) 의 일부를 경계짓는 터널 또는 도관을 형성하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 가 도 5, 6 및 8 의 폐쇄 위치에 있을 때에, 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 의 베이스 벽 (172) 은 트로프형 리 세스 (191) 바로 위에 위치된다. 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 가 도 7의 완전히 개방된 위치에 있을 때에, 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 의 베이스 벽 (172) 은 엔드 이펙터 (100) 의 중심선 (150) 으로부터 등거리인 트로프형 리세스 (191) 로부터 이격되어 있다.
도 10 및 도 12 를 참조하면, 와이어 (110) 는 와이어 (100) 의 더 큰 직경 부분을 제공하는 슬러그 (208) 를 포함한다. 상응하여, 와이어 고정 리세스 (155) 는 확대된 폭 영역 (208a) 을 가로질러 서로 마주 보는 일반적으로 둥근 디텐트 (210) 를 갖고서 확대된 폭 영역 (208a) 을 포함한다. 와이어 (110) 상의 슬러그 (208) 의 체적은 디텐트들 (210) 사이에 제공된 와이어 고정 리세스 (155) 의 부분의 체적보다 크며, 따라서 디텐트 (210) 의 위치에서 와이어 고정 리세스 (155) 의 확대된 폭 영역 (208a) 의 체적 내로 슬러그 (208) 를 가압함으로써, 와이어 (110) 는 와이어 고정 리세스 (155) 에 대한 이동에 대해 고정될 수 있다. 대안적으로, 와이어 (110) 는 와이어 고정 리세스 (155) 의 길이만큼 서로 이격된 2 개의 슬러그를 포함할 수 있으며, 그럼으로써 슬러그는 와이어 고정 리세스들의 어느 한쪽에 위치하거나, 또는 와이어 고정 리세스 내로 당겨져 마찰에 의해 그 안에 유지되는 단일 슬러그이다. 부가적으로, 와이어 고정 리세스 (155) 를 통한 단일 와이어 통과 대신에, 예를 들어 단부에 슬러그들을 제공하고 이들을 동일한 또는 상이한 리세스들 (210) 에 배치함으로써, 또는, 제 1 및 제 2 액추에이터 (102, 104) 의 각각에 와이어 고정 리세스 (155) 를 제공하고 와이어 고정 리세스들 (155) 중의 대응하는 하나에 연결하기 전에 각각의 와이어 단부를 와이어 가이드 (180, 182) 에 대해 통과시킴으로써, 2 개의 상이한 와이어 단부들이 와이어 고정 리세스 (155) 의 상이한 위치들에서 고정될 수도 있다.
도 5 를 참조하면, 전술한 바와 같이, 엔드 이펙터 (100) 를 작동시키기 위해, 와이어 (110) 의 제 1 단부 (114) 를 엔드 이펙터 (100) 로부터 멀어지도록 당기면서, 와이어의 제 2 단부 (116) 를 엔드 이펙터를 향해 이동시키거나 또는 제 1 단부 (114) 가 엔드 이펙터 (100) 로부터 멀어지도록 당겨지는 것과 동일한 속도로 엔드 이펙터 (100) 를 향해 능동적으로 해제할 때, 엔드 이펙터의 공구 부분 (152, 154) 은 도 5, 6 및 8 의 위치로부터 도 7 의 위치로 서로 멀어지도록 이동하게 될 것이며, 와이어 단부 (114, 116) 를 당기고 해제하는 동작을 반대로 함으로써, 엔드 이펙터의 공구 부분 (152, 154) 은 도 7 의 위치로부터 도 5, 6 및 8 의 위치로 서로를 향하게 될것이다. 엔드 이펙터 (100) 에서, 공구 부분 (152, 154) 의 이러한 운동은 커플링 링크 (106) 의 사용에 의해 달성되고, 결과적으로, 커플링 링크를 통합한 엔드 이펙터 (100) 의 하우징 (108) 의 길이 (212) 는 도 4 에 도시된 종래 기술의 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 길이 (50) 보다 짧고, 커플링 링크를 통합한 엔드 이펙터 (100) 의 하우징 (108) 의 폭 (214) 은 도 3 에 도시된 종래 기술의 엔드 이펙터 하우징 (34) 의 폭 (52) 보다 작다.
피봇 핀 단부 (122, 124) 의 개구 (216, 218) 는, 각각, 와이어 (110) 단부 (114, 116) 의 전술한 움직임이 전술한 바와 같이 공구 부분 (152, 154) 의 개방 및 폐쇄를 초래하는 것을 보장하도록, 제 1 또는 제 2 피봇 핀 (138, 140) 을 안에 수용하는 개구 또는 홀 (121) 에 대해서 위치된다. 결과적으로, 도 5 에 도시된 바와 같이 공구 부분 (152, 154) 의 폐쇄 위치에서, 연결 링크 (106) 를 통해 그리고 연결 링크 (106) 를 통해 대향 측면으로부터 연장되는 제 1 및 제 2 핀 (144, 146) 의 중심선의 연장부를 통해 연장되는 가상 선은 엔드 이펙터 (100) 중심선 (150) 에 대해 예각 (α) 을 형성하고, 제 1 및 제 2 핀 (144, 146) 각각의 원주의 중심은 중심선 (150) 의 대향 측에 위치된다. 도 7 에 도시된 바와 같이 공구 부분 (152, 154) 의 위치에서, 제 1 및 제 2 핀 (144, 146) 각각은 다시 중심선 (150) 의 대향 측에 위치되고, 그로부터 추가로 이격된다. 그러나, 커플링 링크 (106) 의 제 1 핀 (144) 에 대한 제 1 피봇 핀 (138) 의 위치 및 커플링 링크 (106) 의 제 1 핀 (144) 에 대한 제 2 피봇 핀 (140) 의 위치는 고정된다. 따라서, 제 1 피봇 핀 (138) 에 관한 제 1 핀 단부 (122) 의 회전 운동은 제 2 피봇 핀 (140) 에 관한 제 2 핀 단부 (124) 의 동일한 반대 회전 운동을 초래한다. 피봇 핀 단부들 (122, 124) 중의 하나, 여기서는 피봇 핀 단부 (122) 에 연결되도록 와이어를 고정함으로써, 와이어 (110) 의 단부 (114) 의 당김시에, 와이어 (110) 상의 슬러그 (208) 는 와이어 고정 리세스 (155) 및 그에 따라서 제 1 공구 부분의 파지면 (158) 으로부터 가장 멀리있는 피봇 핀 단부 (122) 의 단부를 와이어 가이드 (180, 182) 의 방향으로 당긴다. 이 운동은 커플링 링크 (106) 의 제 1 핀 (144) 을 통해 커플링 링크 (106) 의 제 2 핀 (146) 으로 그리고 피봇 핀 단부 (124) 내로 전달되어 제 2 피봇 핀 (140) 을 중심으로 하는 회전을 일으켜서, 파지면 (158) 으로부터 멀리있는 단부가 마찬가지로 와이어 가이드 (180, 182) 의 방향으로 이동하게 되어, 파지면 (158) 이 동일한 아치형 이동에 의해 서로 멀어지게 이동한다. 와이어 (110) 의 당김을 반대로 하여 그 제 2 단부 (116) 를 당기는 것은 파지면 (158) 의 동일한 반대의 움직임을 초래한다.
이제 도 13 및 14 를 참조하면, 엔드 이펙터 (100) 가 수술 기구 (220) 의 일부분에 도시되어 있으며, 여기서 엔드 이펙터 (100) 는 가요성 관형 부재 (222) 의 제 1 개방 단부 (224) 에 장착되는데, 이를 통해서, 제 1 측면 액추에이터 (도 10 내지 12) 의 피봇 핀 단부 (122) 의 벽 (156) 에 대면하는 커플링 링크 (106) 를 따라 와이어 고정 리세스 (155) 에 연결되는 엔드 이펙터 (100) 를 통해 그리고 다시 가요성 관형 부재 (222) 의 중공 내부를 통해 제 2 와이어 단부 (48) 로, 와이어 (44) 는 엔드 이펙터 (100) 로부터 멀리있는 가요성 관형 부재 (222) 의 단부 (226) 로부터 멀리있는 제 1 와이어 단부 (46) 로부터 중공 내부 내에서 연장된다. 엔드 이펙터 (100) 로부터 멀어지게 제 1 단부 (46) 상에서 와이어를 당기면서 와이어 단부 (48) 를 가요성 관형 부재 (222) 의 내측으로 해제하거나 또는 가요성 관형 부재 (222) 의 내측으로 이동시킴으로써, 엔드 이펙터 (100) 는 도 13 의 폐쇄 위치를 향하여 그리고 궁극적으로 폐쇄 위치로 이동된다. 엔드 이펙터 (100) 로부터 멀어지게 제 2 단부 (48) 상에서 와이어를 당기면서 제 1 단부 (46) 상의 와이어를 가요성 관형 부재 (222) 의 내측으로 해제하거나 또는 가요성 관형 부재 (222) 의 내측으로 이동시킴으로써, 엔드 이펙터 (100) 는 도 14 의 개방 위치를 향하여 그리고 궁극적으로 개방 위치로 이동된다. 가요성 관형 부재 (222) 는 일반적으로 중공형이고 구부러질 수 있고 조향가능한 튜브 또는 루멘이며, 따라서 엔드 이펙터 (100) 를 신체 내의 원하는 위치로 향하게 하여 엔드 이펙터 (100) 로 하여금 인접한 신체 조직을 퍼지게 하거나, 물체를 잡거나 다른 동작을 수행하게 하는 로봇 수술 시스템에서 사용될 수 있다. 유사하게, 엔드 이펙터 (100) 의 공구 부분 (152, 154) 은 한 쌍의 블레이드들 또는 절단 요소들, 또는 절단 요소 및 절단 요소가 신체 조직을 자르도록 측면을 통과하는 그라운드 부분으로서 구성될 수 있다. 엔드 이펙터 (100) 의 와이어 (44) 의 당김 및 해제는 엔드 이펙터 (100) 를 작동시키기 위해 블레이드들, 또는, 블레이드 그라운드 부분 조합을 개폐하는데 사용된다.
이제 도 15 및 16 을 참조하면, 제어가능한 구동 기구 (250) (도 17) 상에 해제가능하게 장착되도록 구성된 수술 기구 (220) 가 도시되어 있다. 여기서, 수술 기구 (220) 는 그 원위 단부에 장착된 엔드 이펙터 (100) 를 가지는 가요성 관형 부재 (222) 및 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 에 연결된 어댑터 커플링 (252) 을 포함한다. 여기에서 설명하는 바와 같이, 어댑터 커플링 (252) 은 그로부터 연장되는 보스 (251) 상에 위치함으로써 제어가능한 구동 기구 (250) 에 해제가능하게 연결될 수 있고, 제어가능한 구동 기구 (250) 의 제어하에 어댑터 커플링 (252) 에 대해서 선택적으로 이동할 수 있는 복수의 와이어 작동 부재를 안에 포함한다. 가요성 관형 부재 (222) 는 하나 이상의 자유도로 제어가능하게 구부러질 수 있는 커플링 (296) 을 그 일단부에 포함하도록 구성되고, 굽힘 운동에서의 커플링 (296) 의 이동뿐만 아니라 엔드 이펙터 (100) 의 작동의 제어는, 원위 단부에서 굽힘가능한 커플링 (296) 및 이펙터 (100) 가 위치하는 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부 (223) 와, (예를 들어, 도 5 내지 11 의 와이어 단부 (46 및 48) 를 가지는) 와이어 (297) 의 단부들, 즉 와이어 단부들 (298a,b) 이 접근할 수 있는 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 사이에서 연장하는 와이어 (297) 를 이용하여 달성된다. 굽힘가능한 커플링 (296), 또는 엔드 이펙터 (100) 의 제어 및 위치결정을 위해 사용되는 각각의 와이어 (197) 는 가요성 관형 부재 (220) 의 근위 단부 (221) 에서 접근할 수 있는 대향 와이어 단부 (298a,b) 를 갖는 와이어 (297) 를 포함할 수도 있다. 여기서, 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 의 외측으로 연장되는 10 개의 와이어 단부 (298) 를 가지는 10 개의 와이어가 사용되는데, 여기서 5 쌍의 와이어 단부 (298a,b) 의 각각은 굽힘가능한 커플링 (298) 의 동일한 부분, 엔드 이펙터 (100), 또는 또 다른 가요성 관형 부재 원위 단부 부품에 연결되어서, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부 (221) 에 대해서 한 쌍의 와이어 단부 (298a, b) 중의 하나의 와이어 단부를 당기게 되면, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부 (223) 에 대해서 다른 와이어 단부 (298a,b) 의 동일한 반대 운동이 야기된다. 도 15 에서, 5 개의 단부 (298a) 및 5 개의 단부 (298b) 를 포함하는 총 10 개의 와이어 단부 (298) 가 존재하고, 각각의 와이어 단부 (298a) 는, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부 (223) 에서 굽힘가능한 커플링 또는 엔드 이펙터 (100) 를 통해, 동일 와이어 (297) 의 다른 와이어 단부 (298b) 에 결합된다. 각각의 와이어 (297), 여기서는 5 개의 와이어 (297) 는 굽힘가능한 커플링 (296), 엔드 이펙터 (100) 또는 양자를 통과하여, 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로 복귀하거나, 또는, 각각의 와이어 (297) 는 근위 단부 (221) 와 엔드 이펙터 (100) 또는 굽힘가능한 커플링 (296) 사이에서만 연장되지만, 한 쌍의 이러한 와이어는 엔드 이펙터 또는 굽힘가능한 커플링의 요소 각각에 연결되어서 쌍으로 연계되어 있다. 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 에 대해 와이어 단부 (298a,b) 를 선택적으로 당기게 되면, 굽힘가능한 커플링 (296) 또는 엔드 이펙터 (100) 의 움직임이 발생하여, 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 에서 접근할 수 있는 연계된 또는 연결된 와이어 단부 (298a,b) 는 엔드 이펙터 (100) 또는 굽힘가능한 커플링 (296) 을 작동시키는데 유용하다.
도 17 은 이해의 명확성을 위해 외부 하우징이 제거되고 안에 단지 하나의 리드 스크류 기구 (254) 만이 도시되어 있는 제어가능한 구동 기구 (250) 를 나타낸다. 와이어 단부들 (298), 예를 들어 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 의 내측 및 외측에서 전술한 엔드 이펙터 (100) 에 결합된 와이어 (297) 의 와이어 단부들 (46, 48) 중의 개별 단부를 이동시키기 위해, 와이어 단부 (46, 48) 를 포함하는 와이어 단부 (298a,b) 는 그에 전용이고 하우징 (256) 내에 위치된 리드 스크류 기구 (254) 에 개별적으로 결합되고, 각각의 리드 스크류 기구 (254) 는, 하우징 (256) 에 물리적으로 연결되고 하우징에 의해 회전 및 축방향 운동에 대해 저지된 리드 스크류 하우징 (258), 모터 (260), 외부 나사산 (미도시) 으로 구성된 나사형 샤프트 (262), 및 나사형 샤프트 (262) 가 연장되는 내부 나사산을 갖는 제 1 커넥터 부분 (270) 을 갖는 연결 브래킷 (268), 모터 (260) 로부터 멀어지는 방향으로 멀리 연장되는 연장 부재 (272), 및 모터 (260) 멀리 있는 연장 부재 (272) 의 단부에 있는 제 2 커넥터 부분 (274) 을 포함한다. 연결 브래킷 (268) 은 나사형 샤프트 (262) 의 회전 운동에 의해 부여된 운동의 결과로서 나사형 샤프트 (262) 의 축방향으로의 이동이 자유롭지만, 하우징 (256) 의 외부 표면의 내측으로 연장되는 홈 (267) 에 수용되어 그 홈에 대해서 축방향으로 슬라이딩할 수 있는 폴 (pawl: 266) 을 통해 하우징 (256) 에 회전적으로 고정됨으로써 회전에 대해 저지된다. 여기서, 각각 폴 (266) 및 그와 고유하게 연관된 홈 (267) 을 갖는 10 개의 리드 스크류 기구들 (254) 이 하우징 (256) 에 관하여 서로 고르게 원주방향으로 이격되어 제어가능한 구동 기구 (250) 상에 제공된다. 제 2 커넥터 부분 (274) 은 리드 스크류 하우징 (258) 으로부터 구동 기구 (250) 의 보스 (251) 의 보어 (278) 내로 연장된다 (도 16 참조).
여기서, 종래 기술의 자기 커플링 또는 후크 연결 패러다임의 단점을 극복하기 위해, 어댑터 커플링 (252) 은, 각각의 와이어 단부 (298) 를 제 2 커넥터 부분 (274) 상에 장착된 전용 마그넷에 직접 자기적으로 결합하고 제 2 커넥터 부분 (274) 의 당김 작용을 이용하여 와이어 단부를 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 의 외측 방향으로 당기기 보다는, 도 19 에 도시된 바와 같이 와이어 단부 (46, 48) 를 포함하는 와이어 단부들 (298) 각각이 레버 조립체 (286) 의 제 1 단부 (284) 에 연결되고, 레버 조립체 (286) 의 다른 제 2 단부 (288) 가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 향하거나 또는 이로부터 멀어지는 방향으로 연관된 제 2 커넥터 부분들 (274) 중의 하나의 이동의 결과로서 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 향하거나 또는 이로부터 멀어지게 이동할 수 있어서, 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 향하는 제 2 커넥터 부분 (274) 의 움직임이 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지게 연관된 와이어 단부 (46, 48) 의 당김을 유발하도록 수정된다. 이 레버 작용을 가능하게 하기 위해, 어댑터 커플링 (252) 의 근위 단부 대향 표면 (253) 으로부터 연장되는 받침점 포스트 (292) 상에 받침점 (290) 이 제공되는데, 그 단부는 대향하는 제 1 및 제 2 단부 (284, 288) 의 중간에 있는 레버 조립체 (286) 의 위치에 힌지 핀 (294) 을 통해 연결된다. 와이어 단부 (298), 여기서는 와이어 단부 (46, 48) 가 제 2 커넥터 부분 (274) 에 의해 레버 조립체 (286) 를 통해 레버의 일 단부를 밀게 하는 리드 스크류의 움직임에 의해 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지게 당겨지도록 허용함으로써, 연결을 위해 후크가 사용되는 공차 매치 문제, 및 와이어 단부 (298) 움직임을 실행하기 위해 자기 커플링에서 제 1 마그넷을 제 2 마그넷으로부터 멀어지게 당기는 것에 의한 문제가 제거되는데, 그 이유는 어댑터의 내측으로의, 즉 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부의 방향으로의 제 2 커넥터 부분 (274) 의 운동이 레버 조립체 (286) 의 제 1 단부 (284) 에 의해 와이어 단부 (298) 의 당김 운동을 유발하기 때문이다. 그러므로, 가요성 관형 부재 (222) 작동의 원위 단부 또는 엔드 이펙터에 영향을 미치도록 와이어 단부를 당기기 위한 와이어 단부상의 마그넷과 마그넷 또는 슬러그 사이의 자기 결합이 떼어지는 위험이 제거되고, 와이어 단부 (298) 를 당기는 허용가능한 힘 및 그 힘의 변화 속도는 다른 마그넷 또는 슬러그에 연결된 마그넷을 당기는 것이 아니라 와이어 단부의 당김을 실행하도록 레버를 누르는 것에 의해 영향을 받는다.
다시 도 15 를 참조하면, 어댑터 커플링 (252) 은 제어가능한 구동 기구 (250) 의 보스 (251) 에 해제가능하게 장착되도록 구성된 부착 부분 (300) 을 포함하는 일반적으로 원형인 원통형 부재로서 구성되고, 이는 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 연장되는 와이어 단부들 (298) 의 개수와 동일한 개수로 제 2 커넥터 부분들 (272) 을 형성하는 복수의 플런저들 (304) 이 슬라이딩 가능하게 연장되거나 수축될 수 있는 전방면 (302) 을 포함하고 (도 19 를 참조하면, 왼쪽으로 플런저 (304) 가 연장되고, 오른쪽으로 플런저 (304) 가 수축됨), 이들의 각각은 제 2 단부 힌지 핀 (306) 을 통해 복수의 레버 조립체들 (286) 중 하나의 제 2 단부 (288) 에 연결된다.
도 18 에 도시된 바와 같이, 복수의 레버 조립체들 (286) 의 각각은 힌지 핀 개구 (312) 가 연장되는 한 쌍의 대향하는 메이저 표면을 갖는 베이스 플레이트 (310) 및 그 내부로 연장되는 아암 보어를 포함하는 대향하는 마이너 벽 (314, 316) 을 포함한다. 제 1 아암 (318) 은 제 1 레버 단부 (284) 에서 종결되도록 벽 (314) 으로부터 연장되며, 와이어 개구 (321) 는 그 단부의 약간 내측으로 제 1 아암 (318) 을 통해 연장된다. 제 1 아암 (318) 은 그로부터 일반적으로 수직으로 벽 (314) 으로부터 연장되고, 그 중심선은 힌지 핀 개구 (312) 의 중심을 통해 연장된다. 제 1 아암 (318) 은 벽 (314) 에서 그로부터 대응하는 개구에 압입되거나 나사결합된다. 제 2 아암 (320) 은 대향 벽 (316) 으로부터 대체로 수직으로 연장되고, 벽 (316) 의 대응하는 개구에 압입 또는 나사결합된다. 제 2 아암 (320) 의 종방향 축선은 어댑터 커플링 (252) 으로부터 멀어지는 방향으로 제 1 아암 (318) 의 종방향 축선으로부터 오프셋되고, 그 원위 단부는 피봇 핀 개구 (324) 가 연장되는 확대된, 대체로 정확히 원통형인 부싱 (322) 에서 종결된다.
이제 도 15 및 도 19 를 참조하면, 어댑터 커플링 (252) 은 나사형 패스너에 의해 2 개의 상호연결된 일반적으로 정확히 원통형인 보디들, 여기서는 베이스 (326) 및 커플링면 (282) 이 제공되는 커버 (328) 로 구성된다. 베이스 (326) 는 커버 (328) 가 수용되는 후방면 (332) 및 전방면 (334) 을 갖는 메인 부분 (330) 을 포함하고, 메인 부분 (330) 과 커버 (328) 사이에는 원주형의 얇은 벽형 페룰 (336) 이 부분적으로 배치되고, 복수의 잠금 폴 (lock pawls: 미도시) 을 포함한다. 카운터 보어 (338) 는 일반적으로 중앙에서 메인 부분 (330) 의 후방면 (332) 의 내측으로 연장된다. 복수의 제 1 보어 (340) 는 베이스를 통해 전방으로부터 후방면 (334, 332) 으로 연장되며, 그 중심은 어댑터 커플링 (252) 의 중심선 (344) 을 중심으로 하는 제 1 원주를 따라 위치하며, 환형 원통형 부싱 (347) 은 그 안에 위치한다. 제 1 보어 (340) 는 제 1 원주를 따라 서로 동일 각도로 이격되어 있다.
커버 (328) 는 근위 단부 대향면 (253), 그 반대측의 후방 표면 (345), 페룰 (336) 의 내측에 배치된 원주 벽 (350), 및 원주 (342) 에 중심을 두고 원주를 따라 서로 동일 각도로 이격된 복수의 제 2 보어를 포함한다. 제 1 보어 및 제 2 보어는 동일한 직경을 가지며 원주 (342) 를 따라 각도적으로 정렬되어서, 환형 원통형 부싱 (347) 이 내부에 배치되는 연속 부싱 보어 (352) 가 형성된다. 복수의 받침점 포스트 (292) 는 근위 단부 대향면 (253) 으로부터 연장되고 관통 연장된 개구를 가지는 받침점 (290) 에서 종결되는데, 이를 통해서는 힌지 핀 개구 (312) 를 통해 연장되는 피봇 핀 (285) 이 레버 아암을 받침점 포스트 (292) 에 연결하도록 추가로 연장된다. 복수의 받침점 포스트 (292) 는 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 갖는 어댑터 커플링 (252) 의 중심에 중심을 둔 원주에 대해 서로 동일하게 원호형으로 이격되어 있다. 각 받침점 포스트 (292) 의 중심은 어댑터의 중심선 (344) 으로부터 부싱 보어들 (352) 중의 하나의 중심의 내측 위치로 연장되는 반경을 따라 위치된다.
어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 을 향한 방향으로의 와이어 단부 (298) 의 이동은 전방면 (302) 으로부터 멀어지는 레버 조립체 (286) 의 제 2 단부 (288) 의 이동에 의해 야기된다. 이 움직임을 가능하게 하고 제어가능한 방식으로 수행하기 위해, 레버 조립체 (286) 의 각각의 제 2 단부 (288) 는, 부싱 보어 (352) 의 환형 원통형 부싱 (347) 내에서 슬라이딩하여 왕복운동하도록 전용 부싱 (356) 에 연결된 전용 플런저 (304) 에 연결되고, 부싱 (356) 의 후방측 (358) 은, 그 내부에서 연장되고 모터 (260) (도 17) 에 대해 멀리있는 연장 부재의 단부에서 제 2 커넥터 부분 (274) 이 연장되는 대체로 원형인 베이스 벽 (361) 에서 종결되는 구동 리세스 (360) 를 포함한다. 부싱 (356) 은 그 외주 내측으로 연장되는 리세스 (308) 를 포함하고, 페룰 (336) 상의 잠금 폴은 페룰 (336) 의 회전에 의해 원주형 리세스 (308) 의 내측으로 연장되어 부싱 보어 (352) 내에서 부싱 (356) 의 스트로크를 제한하도록 선택적으로 작동할 수 있다. 여기서, 플런저 (304) 는, 관통 연장되어 부싱 (356) 의 상부 표면에 제공된 보어 내로 압입되거나 나사결합되는 핀 (364) 으로 부싱 (356) 의 상부 표면의 중심에 연결되는 베이스 (362), 및 부싱 (356) 으로부터 멀어지는 방향으로 베이스 (362) 의 대향 단부로부터 연장되는 한 쌍의 아암 (366, 368) (도 15) 을 가지는 일반적으로 U 자형 부재이다. 부싱 (356) 으로부터 이격된 아암 (366, 368) 의 단부의 내측으로는 한 쌍의 정렬된 개구들이 위치하고 있어서, 제 2 단부 힌지 핀 (306) 은 아암 (366) 의 개구, 제 2 아암 부싱 (322) 의 제 2 피봇 핀 개구 (324), 및 아암 (368) 의 개구를 통해 연장되어 레버 조립체 (286) 가 그 주위에서 스윙하게 한다. 플런저 및 어댑터는 알루미늄 또는 강과 같은 금속, 엔지니어링 폴리머 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 부싱 (356) 및 플런저 (304) 는 또한 엔지니어링 폴리머 또는 알루미늄과 같은 금속의 단일편 부재로서 구성될 수 있다.
와이어 (44) 의 제 1 및 제 2 와이어 단부 (46, 48) (도 13) 는 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부로부터 연장되고, 각각의 와이어 단부 (298a,b), 여기서는 와이어 단부 (46, 48) 는 상이한 레버 조립체 (286) 의 제 1 아암 (318) 의 와이어 개구 (321) 에, 여기서는 이해의 용이함을 위해, 제 1 아암 (318a, 318b) 에 고정된다. 도 19 에서, 제 2 와이어 단부 (48) 는 제 1 아암 (318a) 의 이동에 의해 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지게 당겨져서, 제 1 와이어 단부 (46)가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 향해 당겨지게 되는데, 그 이유는 와이어 단부 (46, 48) 가 동일한 와이어 (44) 의 대향 단부이고, 와이어 (44) 가 와이어 고정 리세스 (155) (도 10) 에서 와이어 단부들 (46, 48) 사이의 대략 중간에서 엔드 이펙터 (100) 의 제 1 측면 작동기 (102) 에 고정 연결되기 때문이다. 레버 조립체 (286) 및 와이어 단부 (46, 48) 의 이들 위치에서, 엔드 이펙터 (100) 는 도 14 의 개방 위치에 있다. 이 위치는, 리드 스크류 장치들 중 하나가 어댑터 커플링 (252) 의 내측의 플런저들 (304a) 중의 하나를 그 후방면 (332) 으로부터 눌러서, 레버 아암의 제 2 아암 (320a) 을 어댑터 커플링 (252) 으로부터 멀어지게 누르도록 플런저 (304a) 를 이동시키고, 그럼으로써 제 1 아암 (318a) 의 단부가 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 을 향하여 이동하게 하고 그럼으로써 제 2 와이어 단부 (48) 를 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지도록 당기는 결과로서 제공되었다. 이는 제 1 와이어 단부 (46) 가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 향해 당겨지도록 하여서, 그에 부착된 레버 조립체 (286) 의 레버 아암이 받침점 (290) 상의 힌지 핀 (294) 을 중심으로 피봇하게 하고, 제 2 아암 (320b) 상의 부싱 (322) 이 그에 부착된 플런저 (304b) 의 단부를 어댑터 커플링 (252) 의 전 방면 (302) 의 방향으로 누르게 하고, 그럼으로써 플런저 (304b) 를 어댑터 커플링 (252) 의 후방측 (332) 을 향한 방향으로 눌러서, 플런저 (304b) 의 후방측이 후방측 (332) 의 외측으로 연장하게 한다. 제 1 와이어 단부 (46) 에 부착된 레버 조립체 (286) 의 제 1 아암 (318b) 에 부착된 플런저 (304b) 를 능동적으로 누름으로써 이와 반대로 하는 것은, 제 1 와이어 단부 (46) 가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지도록 당겨지게 하고, 그럼으로써 엔드 이펙터 (100) 의 죠오가 도 13 의 위치를 향해 또는 그 위치로 이동되고, 부착된 레버 조립체 (286) 를 통해 제 2 와이어 단부 (48) 가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 쪽으로 당겨져서, 부착된 플런저 (304a) 의 단부가 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 및 따라서 어댑터 커플링 (252) 의 내측으로 부착된 부싱 (356) 쪽으로 눌러져서, 플런저 (304a) 의 후방 단부가 후방 벽 (332) 의 외측으로 연장된다.
여기에서, 리드 스크류 기구 (254) (도 17) 는 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 으로부터 멀어지는 방향으로 레버 조립체 (286) 의 제 2 아암 (320) 을 이동시키기 위한 가압력을 제공하기 위해 전용되며, 그 힘은 와이어, 여기서는 와이어 (44) 에 전달되어, 와이어 단부 (46 또는 48) 가 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 을 향한 방향으로 제 2 아암 (320) 에 의해 당겨지지 않게 하여, 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하고, 이에 따라 플런저 (304) 및 이에 연결된 부싱 (356) 이 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 을 향하는 방향으로 또는 내측으로 이동하게 된다.
예로서 와이어 (44) 및 와이어 단부 (46, 48) 의 이동을 이용하면, 선형 이동을 위해 샤프트 (262) 에 연결 브래킷 (268) 을 통해 연결된 제 2 커넥터 부분 (274) (도 17) 은 제 2 아암 (320b) 을 통해 와이어 단부 (48) 에 연결된 레버 (286) 의 제 2 아암에 연결된 플런저 (304) 에 연결된 부싱 (356b) 의 구동 리세스 (360) 의 원형 베이스 벽 (361) 과 접촉하여 위치된다 (도 19 참조). 동시에, 선형 이동을 위해 상이한 샤프트에 연결 브래킷을 통해 연결된 제 2 커넥터 부분 (274a) 은 제 2 아암 (320a) 을 통해 와이어 단부 (46) 에 연결된 레버 (286) 의 제 2 아암에 연결된 플런저 (304) 에 연결된 부싱 (356a) 의 구동 리세스 (360) 의 원형 베이스 벽 (361) 과 접촉하거나 거의 접촉하여 위치된다. 와이어 단부 (46, 48) 를 이동시키기 위해, 모터 (254) 는 연결 브래킷 (268) 을 통해 제 2 커넥터 부분 (274a) 에 연결되어 이를 모터 (254) 를 향한 방향으로 이동시키고, 상이한 모터 (254) 는 연결 브래킷 (268) 을 통해 제 2 커넥터 부분 (274b) 에 연결되어 이를 모터 (254) 로부터 멀어지는 방향으로 이동시키고, 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 에 대한 제 2 커넥터 부분 (274a, b) 의 이동 속도는 동일하지만 반대 방향이다. 제 2 커넥터 부분 (274a, 274b) 과 부싱 (356a, b) 사이에 "하드 (hard)" 연결이 없기 때문에, 모터 (254) 방향으로의 부싱 (356a) 의 이동은, 와이어 단부 (48) 가 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지게 당기는 결과로서, 와이어 단부 (46) 를 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 의 방향으로 당기는 것에 의해 전적으로 유발된다. 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지는 와이어 단부 (48) 의 이동은 레버 조립체 (286) 를 통해 다른 모터 (254) 에 의해 유도된 선형 이동의 함수이고 모터 (254), 제 2 커넥터 부분 (274a) 은 동일한 속도로 반대 방향이기 때문에, 모든 레버, 부싱 및 플런저의 구성이 동일함에 따라 부싱 (356a) 은 부싱 (356b) 과 반대 방향으로 그러나 동일한 속도로 이동하고, 제 2 커넥터 부분 (274a) 이 모터 (254) 를 향해 후퇴함에 따라 부싱 (356a) 의 원형 베이스 벽 (361) 은 제 2 커넥터 부분이 모터 (254a) 를 향해 후퇴할 때와 동일한 속도로 제 2 커넥터 부분 (274a) 을 따라갈 것이다. 모터 회전 방향을 반대로 하면, 동일한 효과가 발생하지만 반대의 결과가 나타난다. 따라서, 제 2 커넥터 부분 (274) 과 부싱 (356) 을 물리적으로 결합할 필요가 없어지고, 결과적으로 그 사이에 복잡한 정렬없이 제어가능한 구동 부재 (250) 의 보스 (251) 상에 어댑터를 위치시킬 수 있다. 또한, 와이어 단부 (46, 48) 의 이동은 부싱 (356a, b) 을 눌러서 와이어 단부 (46 또는 48) 및 와이어 (44) 의 반대 운동을 유발함으로써 달성되므로, 사용중에 와이어 (44) 로부터 리드 스크류 운동이 분리될 위험이 없다.
도 15 를 다시 참조하면, 어댑터 커플링 (252) 은 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 를 연결하는 구조를 포함한다. 여기서, 복수의 포스트 (370) 는 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 으로부터 외측으로 연장되고, 어댑터 커플링 (252) 의 전방면 (302) 에 걸쳐 일반적으로 중심을 둔 위치에서 연결된 가요성 관형 부재 (222) 의 커플링 (374) 을 가지는 브리지 플레이트 (372) 에 그 돌출 단부에서 연결된다. 와이어 (298a, b) 는 레버 조립체로부터 커플링 (374) 의 내부 보어를 통해 그에 연결된 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 내로 연장된다.
도 13 및 도 14 를 다시 참조하면, 본원의 엔드 이펙터 (100) 는 동일한 작동가능한 용량을 갖는 도 1 및 도 2 의 종래 기술의 4-바 링크 엔드 이펙터 하우징 (34) 과 비교하여 더 작은 길이의 보디 및 더 작은 직경 또는 폭을 갖는다. 따라서, 본원의 엔드 이펙터 (100) 는 공구 부분 (152, 154) 의 원위 단부의 보다 정확한 위치설정 및 폐쇄 위치의 엔드 이펙터 (100) 가 통과할 작은 직경의 개구를 가능하게 한다. 유사하게, 와이어 단부상의 당김 운동을 가능하게 하여 가요성 관형 부재 (222) 의 근위 단부 (221) 로부터 멀어지도록 하는데 사용되는 선형 액추에이터에 대한 와이어 단부 298 (46 또는 48)) 의 연결 패러다임은 와이어 단부 (298) 연결 부분과 리드 스크류 연결 부분 사이의 누름력에 의해 달성되며, 따라서 리드 스크류 연결부에 의한 와이어 단부 298 (46 또는 48)) 의 직접적인 당김이 발생하여, 와이어 단부 (298) 를 구동 기구에 보다 확실하게 연결할 수 있게 된다.
이제 도 20 을 참조하면, 제어가능한 구동 기구 (250) 및 이에 따른 수술 기구 (220) 는 추가 마스터 하우징 (미도시) 에서 x 방향 (410) 으로의 하우징 (256) 의 이동에 의해 "x" 방향 (410) 으로 이동할 수 있다. 제어가능한 구동 기구 (250) 는, 구동 모터 (408) 에 연결되어 구동 모터의 회전에 의해 구동되는 회전 링 기어 (400) 를 회전시킨으로써 중심선 (344) 을 중심으로 회전할 수 있다. 이는 회전적으로 반대의 아치형 방향 (402) 으로의 수술 기구 (100) 및 관형 부재 (222) 의 제어가능한 회전을 가능하게 한다. 마스터 하우징은 또한 축선 (412) 을 중심으로 제어가능하게 회전될 수 있어서, 그 안의 하우징 (256) 은 축선 (412) 주위에서 궤도 원호로 이동할 것이다.
도 21 을 참조하면, 기구 (420) 의 단부가 도시되어 있으며, 외부 피복 (422) 은 2 개의 가요성 관형 부재 (222) 및 조명 및 카메라 기구 (426) 를 둘러싸고 있으며, 이들 각각은 관형 부재 (222) 및 조명 및 카메라 기구 (426) 가 선택적으로 연장될 수 있는 개구 (430) 를 내부에 갖는 캡 (424) 으로부터 연장될 수 있다. 도 21 에서, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부들은 캡 (424) 의 외측으로 연장되고, 따라서 그의 굽힘가능한 커플링 (296) 은 외부 피복 (422) 의 외측에 위치되고, 조명 및 카메라 기구 (426) 의 단부는 마찬가지로 캡 (424) 및 따라서 피복 (422) 의 외측으로 연장된다.
제어가능한 구동 기구 (250) 가 중심선 (344) 을 중심으로 방향 (402, 404) 으로 회전되면, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부는 마찬가지로 방향 (402, 404) 으로 캡 (424) 에서 회전한다. 엔드 이펙터 (100) 는 도 20 에 도시된 바와 같이 위치되면, 마찬가지로 방향 (402, 404) 으로 자체 중심선 (428) (도 21) 을 중심으로 회전한다. 그러나, 굽힘가능한 커플링 (296) 은 와이어 단부 (298) 의 선택적인 당김에 의해 굽혀질 수 있기 때문에, 엔드 이펙터 (100) 의 중심선 (428) 및 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부의 중심선은, 2 개의 굽힘가능한 커플링들 (296) 중의 하나가 굽혀지는 때에 단일 각도만큼, 또는 가요성 관형 부재 (222) 의 단부에 있는 2 개의 굽힘가능한 커플링들 (296) 이 굽혀지는 때에 복합 이중 각도만큼 서로로부터 제어가능하게 오프셋될 수 있다. 부가적으로, 피복 (422) 및 그에 따른 가요성 관형 부재 (222) 및 그 내부의 조명 및 카메라 기구 (426) 는 방향 (434) 을 따라 전진 또는 후퇴될 수 있고, 축선 (410) (도 20) 을 중심으로 회전될 수 있고, 따라서 방향 (430, 432) 으로 회전할 수 있다. 부가적으로, 가요성 관형 부재 (222) 및 이에 부착된 엔드 이펙터 (100) 는 방향 (410) 으로 결합되는 하우징 (256) 의 독립적인 x-축 이동에 의해 방향 (436) 으로 독립적으로 이동할 수 있다. 여기서, 작업자는 피복 (422) 의 캡 (436) 단부를 보디 루멘 내의 원하는 위치에 위치시킬 수 있고, 조명 및 카메라 기구를 통해 엔드 이펙터 (100) 의 단부의 위치를 볼 수 있다. 각각의 굽힘가능한 커플링 (296) 은 서로 직교하는 두 방향으로 독립적으로 구부려질 수 있고 가요성 관형 부재 (222) 는 축선 (344) 을 중심으로 회전할 수 있기 때문에, 엔드 이펙터는 보디 루멘 내에서 다수의 배향으로 위치될 수 있다.
도 22 를 참조하면, 기구 (420), 여기서는 기구 (440) 의 대안적인 구성의 단부가 도시되며, 여기서 외부 피복 (442) 은 2 개의 가요성 관형 부재 (222) (도 23) 및 조명 및 카메라 기구 (446) 를 둘러싸고 있고, 이들의 각각은, 관형 부재 (222) 가 선택적으로 연장될 수 있는 개구 (450), 조명 및 카메라 기구 (446) 의 카메라 (454) 의 렌즈 단부가 위치되는 개구 (452), 및 조명 및 카메라 기구 (446) 의 조명 장치, 예를 들어 발광 다이오드 또는 광 가이드 (458) 의 단부가 내부에 위치되는 한 쌍의 조명 개구 (456) 를 가지는 캔틸레버형 캡 (444) 으로부터 연장될 수 있다.
도 21 의 캡 (424) 과 대조적으로, 캡 (444) 은 관형 부재 (222) 의 원위 단부 상의 굽힘가능한 커플링 (296) 및 엔드 이펙터 (100) 가 도 23 에 도시된 바와 같이 선택적으로 연장될 수 있는 개구를 가지는 부분보다 외부 피복 (442) 의 원위 단부 (452) 로부터 더 연장되는 연장 부분 (460) 을 포함한다.
도 24 는 가요성 관형 부재 (222) 와 함께 사용하기 위한 기구 핸들 (462) 의 구성을 도시한다. 여기서, 핸들 (462) 은, 가요성 관형 부재 (222) 의 원위 단부가 외부 피복의 원위 단부 (452) 로 연장되도록 도입되는 2 개의 도입 포트 (464) 를 포함한다. 한 쌍의 다이얼 (466, 468) 은 외부 피복 (442) 의 원위 단부 (452) 를 원하는 방향으로 배향시키기 위해 2 개의 자유도로 외부 피복의 원위 단부 (452) 를 이동시키도록 사용자 제어가 가능하다.
엔드 이펙터가 나오는 캡 (444) 의 위치의 전방으로 카메라를 연장시킴으로써, 카메라 (446) 는 환자의 수술 부위에 더 가깝고, 예를 들어 120도의 시계를 가지는 광각 카메라가 진단 목적으로 기용될 수 있고, 동일한 카메라 (446) 는 렌즈가 연장 부분 (460) 의 단부로 전방으로 이동되기 때문에, 도 25 에 도시된 바와 같이 엔드 이펙터 (100) 및 수술 부위의 근접된 가시화를 제공하여, 외과 의사 또는 그의 다른 조작자가 엔드 이펙터 (100) 를 보다 잘보고 보다 잘 제어할 수 있게 한다.
도 26 을 참조하면, 기구 (420), 여기서는 기구 (470) 의 추가적인 대안적인 구성의 단부가 도시되어 있으며, 여기서 외부 피복 (472) 은 2 개의 가요성 관형 부재 및 굽힘가능한 커플링 (296) 및 엔드 이펙터 (100), 및 조명 및 카메라 기구 (476) 를 둘러싸고 있다. 전술한 장치에서와 같이, 엔드 이펙터 (100) 및 굽힘가능한 커플링은 엔드 캡 (474) 에 제공된 개구를 통해 선택적으로 연장될 수 있다. 여기서는, 도 22 내지 도 25 의 구성과 달리, 조명 및 카메라 기구 (478) 는 2 개의 카메라 (480, 482) 를 포함하고, 개구부를 통해 노출된 발광 다이오드 또는 광 가이드 (490) 와 같은 2 개의 조명 요소들이 엔드 캡 (474) 을 통해 제공된다. 여기서, 카메라 (480) 는 예를 들어 120도의 시계를 가지는 광각 시야 카메라이고, 카메라 (482) 는 90도 미만 정도의 좁은 시야각을 갖는다.
결과적으로, 도 27a 에 도시된 바와 같이, 진단 사용 또는 절차 단계 동안에, 광각 카메라는 신체 내부 위치를 스캔하기 위해 사용될 수 있고, 도 27b 에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터 (100) 를 사용하는 부위에서 수술 절차를 수행하는 동안 더 작은 시야각이 사용될 수 있다.
Claims (14)
- 수술 기구로서,
관통 연장되는 적어도 제 1 개구 및 제 2 개구를 갖는 캡,
상기 캡의 상기 제 1 개구로부터 연장가능하고 상기 제 1 개구의 내측으로 후퇴가능한 제 1 가요성 부재로서, 제 1 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는, 상기 제 1 가요성 부재,
상기 제 1 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 1 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 1 아암, 및 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 연결되고 상기 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 대해서 피봇가능한 제 2 아암,
상기 캡의 상기 제 2 개구로부터 연장가능하고 상기 제 2 개구의 내측으로 후퇴가능한 제 2 가요성 부재로서, 제 3 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는, 상기 제 2 가요성 부재,
상기 제 3 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 3 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 2 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 3 아암, 및 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 연결되고 상기 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 대해서 피봇가능한 제 4 아암,
상기 제 2 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터,
상기 제 4 아암에 작동적으로 연결된 제 2 엔드 이펙터,
길이를 가지며 상기 캡에 연결된 가요성 외부 피복으로서, 상기 가요성 외부 피복은 그 길이 방향의 축선을 중심으로 회전가능하고, 상기 제 1 가요성 부재를 둘러싸는, 상기 가요성 외부 피복; 및
상기 가요성 외부 피복의 제 1 단부에서 상기 가요성 외부 피복에 연결되고, 상기 가요성 외부 피복의 원위 단부를 원하는 방향으로 조종하기 위해 2 개의 자유도로 상기 가요성 외부 피복의 상기 원위 단부를 이동시키도록 사용자 제어가 가능한 기구 핸들을 포함하는, 수술 기구. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가요성 부재는 제 1 부재 길이를 갖는 제 1 부재 조작기를 더 포함하고, 상기 제 1 부재 조작기는 그 길이 방향을 중심으로 회전가능하고 상기 길이 방향에 대해서 병진 이동가능하고, 상기 제 1 가요성 부재는 상기 제 1 부재 조작기에 의해 굽힘가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 3 항에 있어서,
상기 캡은 관통하는 제 3 개구를 더 포함하고, 이미징 부재가 상기 제 3 개구에 대해서 선택적으로 연장가능하고 후퇴가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 4 항에 있어서,
상기 가요성 외부 피복은, 상기 캡의 상기 제 1 개구에 연결된 제 1 가요성 피복 및 상기 캡의 상기 제 2 개구에 연결된 제 2 가요성 피복을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 가요성 부재는 상기 제 1 가요성 피복의 길이 방향에 대해서 제 1 부재 조작기에 의해 상기 제 1 가요성 피복 내에서 또는 상기 제 1 가요성 피복으로부터 외측으로 병진 이동가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 가요성 부재는 상기 제 1 가요성 피복의 길이 방향을 중심으로 제 1 부재 조작기에 의해 회전 이동가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 4 항에 있어서,
상기 캡은 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구가 관통 연장되는 제 1 부분, 및 상기 제 3 개구가 관통 연장되는 연장 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 5 항에 있어서,
상기 기구 핸들은 상기 제 1 단부의 원위에 위치한 제 1 도입 포트를 더 포함하고, 상기 제 1 가요성 부재는 상기 제 1 도입 포트를 관통하여 연장가능하고 상기 제 1 도입 포트의 내측 및 외측으로 선형 이동가능하고 상기 제 1 도입 포트에 대해서 회전가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 엔드 이펙터는 제 1 엔드 이펙터 방향으로 연장하고,
상기 제 1 엔드 이펙터 방향은 상기 제 1 가요성 부재에 대해서 단일 또는 이중 각도로 위치가능한 것을 특징으로 하는 수술 기구. - 외부 피복의 단부상에서의 캡에 대한 엔드 이펙터의 위치결정 방법으로서,
제 1 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는 제 1 가요성 부재를 가요성이고, 길이를 가지며, 상기 캡에 연결되고, 그 길이 방향을 중심으로 회전가능한 상기 외부 피복의 내측으로 연장시키는 것으로서, 상기 외부 피복의 원위 단부는 상기 외부 피복의 원위 단부를 원하는 방향으로 조종하기 위해, 2 개의 자유도로 이동시키도록 상기 외부 피복의 제 1 단부에서 상기 외부 피복에 연결된 기구 핸들로 사용자 제어가 가능한, 상기 외부 피복의 내측으로 연장시키는 것,
상기 제 1 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 1 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 1 아암, 및 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 연결되고 상기 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 대해서 피봇가능한 제 2 아암을 제공하는 것,
제 3 굽힘가능 커플링에 결합된 원위 단부를 갖는 제 2 가요성 부재를 상기 외부 피복의 내측으로 연장시키는 것,
상기 제 3 굽힘가능 커플링으로부터 연장되고 상기 제 3 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 2 가요성 부재의 상기 원위 단부에 대해서 피봇가능한 제 3 아암, 및 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 연결되고 상기 제 4 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 3 아암에 대해서 피봇가능한 제 4 아암을 제공하는 것,
상기 제 2 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터를 제공하는 것,
상기 제 1 아암, 상기 제 2 아암, 및 상기 제 1 엔드 이펙터를 상기 캡의 외측으로 연장시키는 것,
상기 제 1 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 가요성 부재에 대해서 상기 제 1 아암을 피봇팅시키는 것, 및
상기 제 2 굽힘가능 커플링을 통해 상기 제 1 아암에 대해서 상기 제 2 아암을 피봇팅시키는 것
을 포함하는, 엔드 이펙터의 위치결정 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 아암, 상기 제 2 아암, 및 상기 제 1 엔드 이펙터를 상기 캡의 외측으로 연장시키기 위해 상기 외부 피복의 길이 방향으로 상기 제 1 가요성 부재를 이동시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드 이펙터의 위치결정 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 외부 피복의 길이 방향을 중심으로 상기 제 1 가요성 부재를 회전시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드 이펙터의 위치결정 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 4 아암 상에 제 2 엔드 이펙터를 제공하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔드 이펙터의 위치결정 방법.
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