KR102434463B1

KR102434463B1 - 내시경 케이블 구동 장치

Info

Publication number: KR102434463B1
Application number: KR1020190010196A
Authority: KR
Inventors: 서정욱; 이수인; 최은창
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-08-22
Also published as: KR20200002583A

Abstract

본 발명은 내시경의 말단에 위치한 벤딩 관절부을 안정적으로 구동시킬 수 있는 케이블 구동 장치에 관한 것으로서, 본 발명에서 제안하는 케이블 구동 장치는 복수의 구름 관절로 구성된 말단의 벤딩 관절부과 기구적으로 완전한 매치를 이룰 수 있는 힌지 관절 구조를 가지며, 케이블의 부드러운 동작을 위해 복수의 풀리가 적용된다. 타겟이 되는 벤딩 관절부의 구조에 맞춰 1자유도 또는 2자유도 이상의 움직임을 발생시킬 수 있으며, 기존의 매뉴얼 타입의 내시경뿐만이 아니라 수술로봇의 구동부에도 적용이 가능한 내시경 케이블 구동 장치에 관한 것이다.

Description

내시경 케이블 구동 장치{Cable actuation mechanism for steerable endoscope}

본 발명은 내시경의 말단에 위치한 타겟을 벤딩 관절부에 의해 안정적으로 구동시킬 수 있는 케이블 구동 장치에 관한 것이다.

조작이 가능한(steerable) 내시경과 복강경 수술 도구는, 장치의 말단에 작은 관절이 위치하고, 이를 조작하는 핸드 그립부와 같은 구동부의 조작 레버 등과는 일반적으로 길고 유연한 와이어 케이블이나 로프로 연결된다.

케이블은 사용자(의사 또는 간호사)의 손의 움직임을 장치 말단의 관절로 전달하는 트랜스미션 역할을 한다. 이는 인체의 근육에서 발생시킨 움직임을 힘줄을 통해 관절로 전달되는 것과 매우 유사하다. 따라서 이러한 케이블에 의한 관절의 구동을 힘줄 작동(tendon-actuation)이라고도 한다.

와이어케이블은 당기는 힘만을 전달할 수 있기 때문에, 하나의 관절을 좌우 양방향으로 움직이기 위해서는 한 쌍의 케이블이 필요하다.

수술로봇 다빈치(davinci)에서 사용되는 8 mm 툴과 마찬가지로, 일반적으로 케이블 트랜스미션이 감기는 관절부 풀리의 형상이 원형이라면, 구동부(드라이버)에서 동일한 원형 형상의 구동 스풀이 이용될 수 있다.

그러나, 관절의 소형화 등의 목적으로 인해 케이블이 감기는 관절부 풀리의 형상이 비원형이거나 이에 상응하는 구조를 갖고 있다면, 기존의 원형 스풀 드라이버만으로는 케이블 여유(cable slack)로 인해 움직임의 부정확도가 커질 수밖에 없다.

도 1은 비원형 관절을 위한 케이블 구동 방식을 나타낸 것으로서, (a)는 일반적인 원형 구동 스풀의 사용으로 인한 케이블 여유(cable slack)의 발생, (b)-(d)는 케이블 여유(cable slack)을 방지하기 위한 탄성체의 적용, (c)는 복수의 액츄에이터(구동 스풀)을 이용하는 방법을 나타낸 것이다.

도 1은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 (b)-(d)와 같이 탄성 요소를 추가하여 케이블 여유(cable slack) 문제를 어느 정도 해결할 수 있지만, 외력이 변하는 경우에는 큰 히스테리시스(hysteresis)가 발생하게 된다.

다른 방법으로는 하나의 관절을 구동하기 위해 두 개 또는 그 이상의 액츄에이터(스풀)을 사용하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 구동부의 부피와 비용의 증가를 발생시킬 뿐만 아니라, 모터를 사용하지 않는 수동 기구에는 적용되기 힘들다.

도 2는 비원형 풀리 관절을 구동하기 위한 비원형 케이블 드라이버의 사용을 개념적을 나타낸 것으로서, a) 동일한 형상의 구동 풀리의 적용, (b) 동일하지 않지만 유효한 형상의 구동 풀리의 적용, (c) 케이블에 초기장력(pre-tension)을 가해주기 위한 메커니즘을 나타낸 것이다. 이는 관절의 구조에 맞게 한 쌍의 구동 케이블을 기구적인 방식으로 조화롭게(harmoniously) 당기고 풀어주는 것이다.

그러나 이러한 동일(identical) 형상의 관절 풀리와 driving spool의 적용은 한정적인 경우에만 가능하므로, 관절의 형상에 따라 드라이버의 설계가 적절히 이루어져야 한다.

다음으로, 도 3은 케이블 구동 관절의 형상을 나타낸 것으로서, (a) da Vinci 5mm 도구에서와 같이 일반적으로 원형 구동 풀리를 사용하는 관절 구조, (b) 관절의 소형화를 위해 풀리를 제거한 힌지 구조: 무풀리 힌지 조인트(pulleyless hinge joint), (c) 구조물 자체의 탄성을 이용하여 구동되는 순응 또는 연속 조인트(compliant or continuum joint), (d) 링크 간에 구름 접촉을 통해 소형화된 무활차 구름 관절(pulleyless rolling joint)를 나타낸 것이다.

도 4는 내시경 관절에 적용되는 벤딩 관절부 구조를 나타낸 것으로서, (a) 복수의 무풀리 힌지 조인트(무풀리 힌지 조인트(pulleyless hinge joint)s)를 연결한 벤딩 관절부, (b) 연속체 벤딩 조인트(continuum bending joint), (c) 복수의 무활차 구름 관절(pulleyless rolling joints)로 구성된 벤딩 관절부을 나타낸 것이다.

상기에서 도 3은 케이블에 의해 구동되는 원격 구동 관절의 구조를 보여준 것으로서, 전통적인 (a) 형상은 안정적이지만 소형화에 한계가 있고, 다른 구조들(b-c)은 소형화가 가능하지만 구동 케이블과 구조물 사이에 긁힘으로 인한 마찰/마모가 발생하게 되므로, 일반적으로 넓은 구동 영역을 확보하기 위해 도시된 도 4와 같이 벤딩 관절부을 구성하여 사용한다.

도 3의 (a-b) 구조의 관절은 케이블의 장력이 일정하게 유지되기 힘들기 때문에 (c)와 같은 구조를 가지는 벤딩 관절부이 바람직하다.

다행히 도 3의 (d)와 도 4의 (c)와 같은 무활차 구름 관절(pulleyless rolling joint) 형태의 관절은, 무풀리 힌지 조인트(무풀리 힌지 조인트(pulleyless hinge joint)) 구조의 구동부(도 3 (b))와 적절히 매치될 수 있으므로, 이를 이용하여 케이블 드라이버의 설계가 가능하다.

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출원번호 10-2014-0014945(2014. 02. 10.)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 내시경의 말단에 위치한 타겟을 벤딩 관절부에 의해 안정적으로 구동시킬 수 있는 케이블 구동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서 제안하는 케이블 구동 장치는, 작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부; 상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며, 상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며, 상기 구동부는, 구동 본체; 상기 구동 본체에 결합되는 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및 상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함한다.

상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체로부터 상기 구동 바까지 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 포함할 수 있다.

상기 구동 본체의 내벽부 모서리 측에 위치하며, 상기 와이어 케이블이 곡면 접촉되어 사이로 통과하도록 상기 구동 본체의 양측에 쌍으로 배치되는 제1 서브 아이들러를 포함할 수 있다.

상기 구동 바의 양측에 쌍으로 위치하며, 상기 와이어 케이블의 이동을 안내하는 제2 서브 아이들러를 더 포함할 수 있다.

상기 와이어 케이블은 상기 타켓의 2자유도 이상을 위해서 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 복수 쌍 이상으로 연결할 수 있다.

상기 벤딩 관절부는 상기 복수 쌍의 와이어 케이블에 의해 상기 구동부에 대해 요잉과 피칭 움직임을 형성하되, 상기 요잉과 피칭 움직임이 복합 적용된 움직임을 만들 수 있다.

상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트가 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되되, 상기 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치되며, 상기 구동부는, 상기 요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부와 피칭 구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 내시경 케이블 구동 장치는, 작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부; 상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며, 상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며, 상기 구동부는, 구동 본체; 상기 구동 본체에 결합된 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및 상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함하며, 상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체와 구동 바의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체와 상기 구동 바 사이에서 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 더 포함하며, 상기 복수의 아이들러는, 상기 구동 본체의 양측에 위치하는 제1 아이들러; 상기 제1 아이들러에 인접하게 상기 구동 본체의 양측에 위치하는 제2 아이들러; 및 상기 구동 바의 양측에 위치하는 제3 아이들러를 포함하며, 상기 와이어 케이블은 일단부가 상기 제1 아이들러를 감싸면서 상기 구동 본체에 접지 고정되며, 상기 제2 아이들러와 제3 아이들러를 감싸면서 상호 연결하는 루프 양상의 와이어 루프 케이블을 더 포함할 수 있다.

상기 와이어 케이블은 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부를 상호 연결하도록 배치되되, 상기 구동부는 상기 와이어 케이블의 일단부가 감기어 연결되며 상기 구동 본체에 결합되며, 상호 다른 움직임을 만들기 위한 복수의 상기 와이어 케이블이 고정되는 고정 스풀을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 내시경 케이블 구동 장치는, 작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부; 상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며, 상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며, 상기 구동부는, 구동 본체; 상기 구동 본체에 결합된 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및 상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함하며, 상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체와 구동 바의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체와 상기 구동 바 사이에서 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 더 포함하며, 상기 복수의 아이들러는, 상기 벤딩 관절부로터 상기 구동 본체의 초입에 위치하는 제1 아이들러; 상기 제1 아이들러와 이격되어 위치하는 제2 아이들러; 상기 제2 아이들러와 이격되어 위치하는 제3 아이들러; 및 상기 구동 바에 위치하는 제4 아이들러를 포함하며, 상기 구동부는, 상기 요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부와 피칭 구동부로 구분되며, 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부는, 상기 제1 내지 4 아이들러가 양측 각각에 배치되어 쌍을 이루며, 상기 와이어 케이블은 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부 중 하나의 상기 제1 아이들러, 제2 아이들러, 제3 아이들러, 제4 아이들러, 다시 상기 제3 아이들러, 제2 아이들러 순서로 접촉되며, 이어서 다른 하나의 상기 제2 아이들러, 제3 아이들러, 제4 아이들러, 다시 상기 제3 아이들러, 제2 아이들러 순서로 접촉되어 일단부가 상기 구동 본체에 고정된다.

상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트가 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되되, 상기 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치될 수 있다.

상기 고정 스풀은, 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부에 양측에 각각 위치하여 쌍으로 배치되며, 상기 고정 스풀에 상호 다른 움직임을 만드는 복수의 와이어 케이블이 감기어 연결될 수 있다.

상기 와이어 케이블은 원주 방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치되며, 상기 와이어 케이블의 쌍의 개수만큼 상기 밴딩 관절부의 축선에 대해 움직임의 자유도를 가질 수 있다.

상기 구동부는 상기 제1 아이들러에서 상기 벤딩 관절부 측에 인접하여 위치하며, 상기 와이어 케이블이 감싸면서 배치되어 상기 와이어 케이블의 장력에 따라 슬라이드 이동되면서 상기 와이어 케이블의 장력을 조절하는 슬라이딩 아이들러를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 내시경 케이블 구동 장치는, 복수의 구름 관절로 구성된 말단의 벤딩 관절부과 기구적으로 완전한 매치를 이룰 수 있는 힌지 관절 구조를 가지며, 케이블의 부드러운 동작을 위해 복수의 풀리가 적용되며, 타겟이 되는 벤딩 관절부의 구조에 맞춰 1자유도 또는 2자유도 이상의 움직임을 발생시킬 수 있으며, 기존의 매뉴얼 타입의 내시경뿐만 아니라 수술로봇의 구동부에도 적용이 가능하며, 소형화 등을 목적으로 내부의 작은 풀리가 제거된 소형 관절을 안정적으로 구동시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 새로운 구조의 케이블 구동부는 낮은 케이블 장력만으로 안정적으로 그리고 부드럽게 타겟이 되는 관절을 구동시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 메커니즘은 기존의 내시경에서 사용자가 조작하는 레버 등의 조작부 내부 구조를 대체하여, 빈번하게 발생하는 구동 케이블의 파손 사고를 막을 수 있으며, 더 나아가 수술 도구에 적용되어 구동부의 부피와 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

도 1은 비원형 관절을 위한 케이블 구동 방식을 나타낸 도면,
도 2는 비원형 케이블 스풀을 이용한 비원형 관절의 케이블 구동 방법을 나타낸 도면,
도 3은 케이블 구동 관절의 형상을 나타낸 도면,
도 4는 내시경 관절에 적용되는 벤딩 관절부 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 복수의 무활차 구름 관절로 구성된 1자유도 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 케이블 구동의 개념도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 케이블이 구동부 구성 부품의 모서리에 긁히는 것을 방지하기 위해 추가적으로 소형 아이들러를 적용한 개념도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 복수의 포개진 아이들러에 감겨진 케이블 루프를 이용한 케이블 구동의 개념도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 요잉과 피칭의 2자유도 관절을 위한 케이블 구동의 개념도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 병진 운동이 가능한 슬라이딩 아이들러를 적용한 변형된 케이블 구동 개념도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 2자유도 관절의 구동을 위한 12개의 케이블의 배치도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 2자유도 관절과 이를 구동하기 위한 케이블 구동부의 3D 상세 설계도,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 조작 레버의 조작에 의한 케이블 구동에 따른 벤딩 관절부의 다양한 방향의 관절 벤딩 상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 도면 복합적으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 실시 예들에 관련하여 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 다른 실시 예들로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경 가능한 것으로 도면들의 조합으로 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 다양한 측면에 걸쳐 동일하거나 유사한 기능을 가리킬 수 있으며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 구체적인 형태는 설명 상의 편의를 위하여 과장되어 표현된 것일 수 있다.

도면의 방향과 위치는 XYZ 직교 좌표계를 상정하여 설명하며, 전후 또는 상하 좌우는 XY좌표 평면계와 YZ좌표 평면계를 상정하여 방향과 위치를 결정한다. 하부 요소들이 설명되지 않은 각각의 유닛, 모듈, 부, 부재 또는 임의 구조는 각기 부여된 기능을 갖기 위한 통상적인 하부 요소들이 포함되거나 포함 가능한 것으로 상정하며, 도면에 도시된 하부 요소들이나 세부 구조로 제한하진 않는다. 도시되었으나 통상적인 내용으로 그 설명이 생략된 구성 요소들은, 실시 예들의 상세한 설명에 내재된 것으로 이해되어야 한다.

사용되는 용어들은 특별히 정의된 용어를 제외하고는 통상적인 한자, 국어 혹은 영어의 사전적인 의미 혹은 해당 분야에서 사용되는 용어와 부합하는 속성을 갖는 것으로 이해되어야 한다. 하나의 구성 요소가 “포함한다, 구성된다, 또는 구비한다”로 기술되어 있는 경우에는, 그 외 구성요소들을 더 가질 수 있다는 것을 의미한다. 구성 요소가 “고정, 구속, 결합, 연결된다”는 이동과 움직임이 완전히 제한되거나 일부 제한됨을 의미한다. 반대로 “회전 및 힌지”는 대상 객체의 일부 혹은 전부가 회전하여 이동 가능함을 의미한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 복수의 무활차 구름 관절(111)로 구성된 1자유도 벤딩 관절부(100)을 구동시키기 위한 케이블 구동의 개념도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치는, 작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부(100), 벤딩 관절부(100)을 구동시키기 위한 구동부(130), 및 벤딩 관절부(100)와 구동부(130)를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블(120)을 포함한다.

벤딩 관절부(100)는 무활차 구름 관절(111)을 포함한다. 무활차 구름 관절(111)은 상호 순차적으로 맞닿는 세 개의 볼록한 곡면부에 의해 관절의 굴절을 허용하는 것이다. 이러한 무활차 구름 관절(111)은 양측에서 통과하는 한 쌍의 와이어 케이블(120)의 인장력에 의해 양측으로 굴절될 수 있다.

구동부(130)는 구동 본체(131), 구동 본체(131)에 힌지 결합된 무풀리 힌지 조인트(135), 및 구동 본체(131)의 무풀리 힌지 조인트(135)에 연결되며 와이어 케이블(120)과 직접 연결된 구동 바(136)를 포함한다. 구동 바(136)는 실질적으로 한 쌍의 와이어 케이블(120)의 당김을 위한 조작 레버(180) 역할을 한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예는 와이어 케이블(120)이 접촉되어 굴절되도록 구동 본체(131)의 양측에 배치되며, 구동 본체(131)로부터 구동 바(136)까지 와이어 케이블(120)의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러(140)를 더 포함할 수 있다.

즉, 벤딩 관절부(100)와 구동부(130)의 구동 바(136) 사이에는 와이어 케이블(120)을 안내하는 루팅 아이들러(141)가 구동 본체(131)에 위치한다. 루팅 아이들러(141)는 풀리나 롤러와 같이 구름 접촉되면서 와이어 케이블(120)의 이동을 안내하는 것이다.

루팅 아이들러(141)는 구동 본체(131)의 양측에 구동 본체(131)의 길이 방향을 따라 쌍으로 배치되며, 그 쌍의 루팅 아이들러(141) 사이로 와이어 케이블(120)이 굴절되게 지나간다. 실질적으로 쌍의 루팅 아이들러(141)는 벤딩 관절부(100) 측 와이어 케이블(120)을 구동부(130) 측의 구동 바(136)의 연결 지점에 맞게 조정한다.

도 5는 본 발명에서 제안하는 케이블 구동의 기본적인 개념을 보여준다. 관절의 구동을 위해 한쪽 와이어 케이블(120)을 당기는 길이와 반대쪽 와이어 케이블(120)을 풀어주는 길이가 완전히 일치할 필요는 없다.

예를 들어, 도 5에서 관절을 기준으로, 왼쪽 와이어 케이블(120)을 8mm만큼 당길 때, 오른쪽 케이블을 10mm만큼 풀어줘야 한다면, 이러한 와이어 케이블(120) 쌍의 구동량의 관계를 완전하게 만족시키는 케이블 구동부(130)를 상기의 무풀리 힌지 조인트(135, pulleyless hinge joint)를 이용하여 구성할 수 있다.

본 실시예에서는 작동되는 하나의 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints) 또는 벤딩 관절부(100)을 유닛으로 구성하는 복수의 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)의 주요 설계 변수가 이를 작동시키기 위한 무풀리 힌지 조인트(135, pulleyless hinge joint)의 주요 설계 변수와 특정한 관계를 가질 때, 두 파트를 연결하여 사용할 수 있다.

도 5와 반대로, 벤딩 관절부(100)가 무풀리 힌지 조인트(135, pulleyless hinge) 구조로 구성되며, 구동부(130)가 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 도시되진 않았으나, 도 3과 도 4에 도시된 연속체 조인트로 벤딩 관절부(100)가 구성되며, 구동부(130)의 구동 본체(131)와 구동 바(136)의 연결부에 무풀리 힌지 조인트(135)나 무활차 구름 관절(111)이 적용될 수 있다.

도 5에 도시된 와이어 케이블 배치구조는, 구동부(130)를 구성하는 부품의 모서리에 구동 관절이 긁히면서 마찰이 발생하고, 더 나아가 마모로 인해 구동 정확도가 감소할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 케이블이 구동부(130) 구성 부품의 모서리에 긁히는 것을 방지하기 위해 추가적으로 소형 아이들러를 적용한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치는, 와이어 케이블(120)이 접촉되어 굴절되도록 구동 본체(131)의 양측에 배치되며 구동 본체(131)로부터 구동 바(136)까지 와이어 케이블(120)의 이동을 지지하여 안내하며 축경이 소형인 복수의 아이들러(140)를 더 포함할 수 있다.

소형인 복수의 아이들러(140)는, 구동 본체(131)의 내벽부 모서리 측에 위치하며 와이어 케이블(120)이 곡면 접촉되어 사이로 통과하도록 구동 본체(131)의 양측에 쌍으로 배치되는 제1 서브 아이들러(142), 및 구동 바(136)의 양측에 쌍으로 위치하며 와이어 케이블(120)의 이동을 안내하는 제2 서브 아이들러(143)를 포함할 수 있다.

상기에서 도 5에서 와이어 케이블 배치구조의 작동 현상은, 관절의 구동 각도가 커짐에 따라 더욱 심화된다. 이를 해결하기 위해 도시된 도 6과 같이 구동 본체(131)의 모서리에 와이어 케이블(120)을 보호하면서 안내하는 제1 서브 아이들러(142)를 적용할 수 있다.

제1 서브 아이들러(142)는 루틴 아이들러(141) 측에 쌍으로 배치되어 구동 바(136) 측으로 와이어 케이블(120)의 이동을 안내한다. 또한 제2 서브 아이들러(143)는 구동 바(136)와 제1 서브 아이들러(142)에서 구동 바(136)에 있는 와이어 케이블(120)의 접점으로 와이어 케이블(120)를 안내하고 지지하여 접점에 대해 와이어 케이블(120)의 일단부의 위치를 규제한다.

도 6과 같은 경우, 와이어 케이블(120)의 길이가 완전하게 유지되지는 못하므로, 와이어 케이블(120)의 장력 변화 폭이 커지게 된다.

이는 다른 말로, 와이어 케이블(120)에 가해지는 장력이 커져 와이어 케이블(120)의 파손 가능성이 커지거나, 반대로 특정 자세에서는 와이어 케이블(120)의 장력이 지나치게 낮아져 느슨해지는 여유(slack) 현상이 발생하게 됨을 의미한다. 이러한 현상은 사용된 아이들러의 직경이 커질수록 더욱 심화될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 복수의 포개진 복수의 아이들러(140)에 감겨진 케이블 루프를 이용한 케이블 구동의 개념도이다.

도 7을 참조하면, 복수의 아이들러(140)는, 구동 본체(131)의 양측에 위치하는 제1 아이들러(151), 제1 아이들러(151)에 인접하게 구동 본체(131)의 양측에 위치하는 제2 아이들러(152), 및 구동 바(136)의 양측에 위치하는 제3 아이들러(153)를 포함한다.

와이어 케이블(120)은 일단부가 제1 아이들러(151)를 감싸면서 구동 본체(131)에 접지 고정된다. 후술되는 바와 같은 고정 스풀에 고정될 수 있다.

이와 같은 또 다른 실시예는, 제2 아이들러(152)와 제3 아이들러(153)를 감싸면서 상호 연결하는 루프 양상의 와이어 루프 케이블(155)을 더 포함하며, 와이어 케이블(120)이 루프 양상의 와이어 루프 케이블(155)을 만들면서 배치되는 것이다.

와이어 케이블(120)은 제1 아이들러(151)와 제2 아이들러(152) 사이를 지나 제3 아이들러(153)를 감싸면서 다시 제2 아이들러(152)에 접촉되어 제1 아이들러(151)와 제2 아이들러(152)를 지난 후에 구동 본체(131)의 접점에 고정된다. 제2 아이들러(152)와 제3 아이들러(153)를 루프 양상으로 연결하는 와이어 케이플이 와이어 루프 케이블(155)에 해당된다. 와이어 루프 케이블(155)은 중첩적으로 형성될 수 있다.

따라서 또 다른 실시예는, 1 자유도(DOF)가 가능한 것으로서, 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints) 구동을 적용한 것이다. 이러한 케이블 구동은 상호 포개진(duplicated) 제1 아이들러(151)와 제2 아이들러(152)를 사용하여 각각의 와이어 케이블(120)이 하나 이상의 와이어 루프 케이블(155)을 이루게 된다.

루프를 이루는 와이어 루프 케이블(155)은, 구동을 위한 힌지 조인트의 크기를 더 작게 만들며, 여러 바퀴의 루프를 감을수록 그 크기는 더 작아지게 된다. 아이들러의 두께를 무시하면, 힌지 조인트의 각도에 관계없이 이상적인 케이블 구동량을 벤딩 관절부(110)에 제공할 수 있다.

상기의 제1, 2 서브 아이들러(142, 143)인 접선 아이들러(tangential idlers)를 사용하는 방법과 달리, 제1 내지 3 아이들러(151, 152, 153)에 감겨 있는 케이블의 길이가 항상 일정하게 유지될 수 있으므로 이 구조는 아이들러의 반지름에 영향을 받지 않는다.

아이들러의 두께에 의한 영향은 이에 비해 매우 작은 수준이며 무시하기에 충분하다. 따라서 제안된 와이어 케이블(120) 구동부(130)는 케이블의 장력을 안정적으로 유지하며 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)을 구동시킬 수 있다.

무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)은 여러 개가 순차적으로(serially) 결합되어 2 자유도의 움직임을 가지는 벤딩 관절부(100)를 구성할 수 있다.

1자유도 관절의 힘줄 작동(tendon-actuation)을 위한 케이블 드라이버를 2자유도로 확장하는 경우에, 중요한 것은 각기 다른 방향으로 구동되는 두 관절의 움직임이 결합되었을 때 케이블의 구동량이 적절히 제공되게 만드는 것이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 요잉과 피칭의 2자유도 관절을 위한 케이블 구동의 개념도이다.

도 8을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 벤딩 관절부(100)는 복수 쌍의 와이어 케이블(120)에 의해 구동부(130)에 대해 요잉과 피칭 움직임을 형성하되, 요잉과 피칭 움직임이 복합 적용된 움직임을 만드는 것이다.

이러한 벤딩 관절부(100)는 무활차 구름 관절(111)이 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되며, 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치된다.

구동부(130)는 요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부(161)와 피칭 구동부(162)로 구분된다.

와이어 케이블(120)은 요잉 구동부(161)와 피칭 구동부(162)를 상호 연결하도록 복수의 아이들러(140)에 배치된다. 와이어 케이블(120)의 일단부가 감기어 연결되며 구동 본체(131)에 결합된다.

이러한 또 다른 실시예에 내시경 케이블 구동 장치는, 상호 다른 움직임을 만들기 위한 복수의 와이어 케이블(120)이 고정되는 고정 스풀(165)을 더 포함할 수 있다.

복수의 아이들러(140)는, 벤딩 관절부(100)로터 구동 본체(131)의 초입에 위치하는 제1 아이들러(151), 제1 아이들러(151)와 이격되어 위치하는 제2 아이들러(152), 제2 아이들러(152)와 이격되어 위치하는 제3 아이들러(153), 및 구동 바(136)에 위치하는 제4 아이들러(154)를 포함한다.

요잉 구동부(161)와 피칭 구동부(162)는, 제2 내지 4 아이들러(152~154)가 양측 각각에 배치되어 쌍을 이루고 있다.

와이어 케이블(120)은 요잉 구동부(161)의 제1 아이들러(151), 제2 아이들러(152), 제3 아이들러(153), 제4 아이들러(154), 다시 제3 아이들러(153), 제2 아이들러(152) 순서로 접촉되어 배치되며, 이어서 피칭 구동부(162)의 제2 아이들러(152), 제3 아이들러(153), 제4 아이들러(154), 다시 제3 아이들러(153), 제2 아이들러(152) 순서로 접촉되어 배치된 후 일단부가 고정 스풀(165)에 고정된다.

상기에서 상호 다른 움직임을 만들기 위한 복수의 와이어 케이블(120)은 고정 스풀(165)에 연결되며, 요잉과 피칭 구동과 같은 움직임은 상호 연동되어 요잉 구동부(161)와 피칭 구동부(162)에 의한 벤딩 관절부(100)의 기준 움직임에서 연결된 다른 움직임을 만들 수 있다.

앞서 제안된 1자유도 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)을 위한 케이블 구동부(130)의 설계는 2자유도 이상의 관절에도 적용이 가능하다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 상호 교대로 배치된 4개의 요잉과 피칭 관절 유닛을 포함하는 복수의 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)로 구성된 2자유도 벤딩 관절부(100)와 이를 구동하기 위한 케이블 드라이버의 개념적인 설계를 보여준다. 케이블의 구동부(130)는 여러 개의 아이들러가 구비된 두 개의 힌지 관절 구조로 구성된다.

도 8에서 왼쪽의 무풀리 힌지 조인트(135)는, 벤딩 관절부(100)의 요우(yaw, 좌/우) 동작을 발생시키고, 오른쪽의 무풀리 힌지 조인트(135)는 벤딩 관절부(100)의 피칭(pitch, 위/아래) 동작을 발생시킨다.

두 방향의 움직임을 위한 네 개의 케이블은 서로 커플된 상태이지만, 피칭과 요잉 동작은 서로 완전히 분리(decouple)되어 있다.

다른 말로, 오른쪽의 피칭 구동부(162)로 피칭 관절에 해당하는 무활차 구름 관절(111)을 움직여도 요잉 관절의 무활차 구름 관절(111)에는 전혀 영향을 주지 않으며, 요잉 동작도 마찬가지이다. 그렇지만, 요잉 구동부(161)와 피칭 구동부(162)를 함께 움직이는 경우에는 요잉과 피칭 동작이 복합적으로 일어난다.

상기와 같은 와이어 케이블(120)의 배치 구성을 바탕으로, 구동부(130) 구조의 다양한 변형 설계가 가능하다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 병진 운동이 가능한 슬라이딩 아이들러를 적용한 변형된 케이블 구동 개념도이다.

도 9를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치는, 제1 아이들러(151)에서 벤딩 관절부(100) 측에 인접하여 위치하며 와이어 케이블(120)이 감싸면서 배치되어 와이어 케이블(120)의 장력에 따라 슬라이드 이동되면서 와이어 케이블(120)의 장력을 조절하는 슬라이딩 아이들러(167)를 더 포함할 수 있다.

고정 스풀(165)은 요잉 구동부(130)와 피칭 구동부(162)에 양측에 각각 위치하여 쌍으로 배치되며 고정 스풀(165)에 상호 다른 움직임을 만드는 복수의 와이어 케이블(120)이 감기어 연결될 수 있다.

도시된 도 9와 같이 병진(translation)이 가능한 슬라이딩 아이들러(167)를 적용하면, 요잉과 피칭 동작 사이에 와이어 케이블(120)의 움직임에 의해 발생하는 미세한 혼선(cross-talk)를 완전하게 제거할 수 있다. 그러나 이는 사용되는 많은 아이들러의 수를 더 늘리게 되므로 실질 적용에는 어느 정도 주의가 필요하다.

한편, 상기의 도시된 도 8 또는 도 9에서, 관절 내부를 지나는 케이블(번호 1-4)은 정해진 관계로 구동부(130) 힌지 관절과 조립되어야 한다. pitch 는 벤딩 관절부(100)의 피칭, yaw는 벤딩 관절부(100)의 요잉 동작을 의미한다.

예를 들어, (+) pitch 동작을 발생시키는 (1)과 (2) 와이어 케이블(120)과 (-) pitch 동작을 발생시키는 (3)과 (4) 와이어 케이블(120)은 도 8의 피칭 구동부(162)의 힌지부에서는 각각 왼쪽과 오른쪽에 위치해야 한다. 또는 반대로 각각 오른쪽과 왼쪽에 위치해야 한다.

다음으로 yaw 동작에 있어서, (+) yaw 동작을 발생시키는 (2)와 (3) 와이어 케이블(120)과 (-) yaw 동작을 발생시키는 (1)과 (4) 와이어 케이블(120)은 도 8에서 왼쪽 요잉 구동부(161)의 힌지부에서 각각 반대편에 위치해야 한다.

다음으로, 지금과 같은 평면적인 개념도 구조에서 벗어나 입체적인 구조로 설계의 변경이 다능하다. 입체적인 설계는 풀리들 간의 높이 차이로 인해 발생하는 마찰(friction)의 증가 문제를 동시에 해결해 줄 수 있을 것이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 2자유도 관절의 구동을 위한 12개의 케이블의 배치도이다.

도 10을 참조하면, 와이어 케이블(120)은 원주 방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치되며, 와이어 케이블(120)의 쌍의 개수만큼 벤딩 관절부의 축선에 대해 움직임의 자유도를 가질 수 있다.

도 10은 2자유도 관절의 구동에 12개의 케이블을 이용하는 경우의 각 케이블이 지나는 복수의 아이들러(140)의 위치의 예시를 보여준다. 도 10에서 보듯이, 제안된 케이블 구동 메커니즘은 사용되는 케이블의 수에 제한이 없다. 도 10에서 와이어 케이블(120)을 지시하는 1 내지 12의 숫자 조합은, 원통 단면에 배치된 와이어 케이블(120)의 아이들러에 대한 배치를 나타낸다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 2자유도 관절과 이를 구동하기 위한 케이블 구동부의 3D 상세 설계도이다.

도 11은 상기 실시예들의 개념적인 벤딩 관절부(100)와 구동부(130)가 적용된 3D 설계을 모델링을 보여준다.

2자유도 벤딩 관절부(100)는, 8개 유닛의 무활차 구름 관절(111, pulleyless rolling joints)로 구성되는데, 이 중에서 4개는 피칭 조인트(pitch joints)이고 나머지 4개는 요잉 조인트(yaw joints)이다. 각 유닛 조인트(unit joint)의 구동 가능 각도가 45deg이면, yaw 및 pitch 방향으로의 최대 벤딩 각도는 180deg가 된다.

유닛 조인트의 구름면에서 미끄러짐을 방지하기 위해 부분 평기어(171, partial planetary gears)가 활용될 수 있다.

또한, 도 11에서와 같이 구동부(130)에는 모터 등의 액츄에이터가 없이 두 개의 조작 레버(180)가 적용될 수 있다.

2개의 구동부(130)의 힌지(hinge joints)와 평기어(172, gears)로 결합된 이 조작 레버(180)들은, 조정 가능한 내시경(steerable endoscope)에서의 구부러진 노브(angulation knobs)와 유사하게, 회전에 의해 구동 케이블을 당기거나 풀어주어 벤딩 관절부(100)의 pitch와 yaw 동작을 발생시킨다. 로봇 시스템의 구성을 위해서는 이러한 부품들이 모터로 대체될 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내시경 케이블 구동 장치로서, 도 11에서 조작 레버를 이용한 다양한 방향의 관절 벤딩 상태도이이다.

도 12는 제안된 케이블 드라이버의 조작에 의한 벤딩 관절부(100)의 다양한 자세 변화를 보여준다.

도 12를 참조하면, 왼쪽과 오른쪽 조작 레버는 각각 pitch 와 yaw(a, b, c) 동작을 발생시킨다. 간단한 두 조작 레버의 동시 조작으로 대각선 방향의 관절 벤딩(e, f, g)이 가능하며, 모든 자세에서 구동 케이블의 장력은 낮은 수준에서 유지될 수 있다.

한편, 상기의 실시예들에서 구동부는 주로 레버 방식으로 기술되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 복수 쌍의 와이어 케이블을 함께 구동하기 위해서 유니버셜 조인트와 같이 전후좌우 조정이 가능한 2자유도 이상의 관절로 구성된 구동부를 사용할 수 있다.

수술기구에서 사용자에 의해 조작되면서 와이어 케이블의 장력을 조절하는 구동부에 해당되는 타겟의 조작기구는, 복강경 내시경 수술기구에 일반적으로 적용된 유니버셜 조인트나 스핀 조인트를 사용할 수 있으므로, 본 실시예들의 구동부에는 이러한 조인트들이 당연히 선택될 수 있음을 밝혀둔다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 벤딩 관절부 111: 무활차 구름 관절
120: 와이어 케이블
130: 구동부 131: 구동 본체
135: 무풀리 힌지 조인트 136: 구동 바
140: 복수의 아이들러 141: 루팅 아이들러
142: 제1 서브 아이들러 143: 제2 서브 아이들러
151: 제1 아이들러 152: 제2 아이들러
153: 제3 아이들러 154: 제4 아이들러
155: 와이어 루프 케이블 161: 요잉 구동부
162: 피칭 구동부 165: 고정 스풀
167: 슬라이딩 아이들러 171: 부분 평기어
172: 평기어 180: 조작 레버

Claims

작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부;
상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및
상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며,
상기 구동부는,
구동 본체;
상기 구동 본체에 결합되는 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및
상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제1 항에 있어서,
상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체로부터 상기 구동 바까지 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제2 항에 있어서,
상기 구동 본체의 내벽부 모서리 측에 위치하며, 상기 와이어 케이블이 곡면 접촉되어 사이로 통과하도록 상기 구동 본체의 양측에 쌍으로 배치되는 제1 서브 아이들러를 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제3 항에 있어서,
상기 구동 바의 양측에 쌍으로 위치하며, 상기 와이어 케이블의 이동을 안내하는 제2 서브 아이들러를 더 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제4 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 2자유도 이상을 위해서 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 복수 쌍 이상으로 연결하는 내시경 케이블 구동 장치.
제5 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 상기 복수 쌍의 와이어 케이블에 의해 상기 구동부에 대해 요잉과 피칭 움직임을 형성하되, 상기 요잉과 피칭 움직임이 복합 적용된 움직임을 만드는 내시경 케이블 구동 장치.
제6 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트가 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되되, 상기 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치되며,
상기 구동부는,
상기 요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부와 피칭 구동부를 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부;
상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및
상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며,
상기 구동부는,
구동 본체;
상기 구동 본체에 결합된 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및
상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함하며,
상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체와 구동 바의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체와 상기 구동 바 사이에서 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 더 포함하며,
상기 복수의 아이들러는,
상기 구동 본체의 양측에 위치하는 제1 아이들러;
상기 제1 아이들러에 인접하게 상기 구동 본체의 양측에 위치하는 제2 아이들러; 및
상기 구동 바의 양측에 위치하는 제3 아이들러를 포함하며,
상기 와이어 케이블은 일단부가 상기 제1 아이들러를 감싸면서 상기 구동 본체에 접지 고정되며,
상기 제2 아이들러와 제3 아이들러를 감싸면서 상호 연결하는 루프 양상의 와이어 루프 케이블을 더 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제8 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 2자유도 이상을 위해서 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 복수 쌍 이상으로 연결하는 내시경 케이블 구동 장치.
제9 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 상기 복수 쌍의 와이어 케이블에 의해 상기 구동부에 대해 요잉과 피칭 움직임을 형성하되, 상기 요잉과 피칭 움직임이 복합 적용된 움직임을 만드는 내시경 케이블 구동 장치.
제10 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트가 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되되, 상기 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치되며,
상기 구동부는,
상기 요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부와 피칭 구동부를 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제11 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부를 상호 연결하도록 배치되되, 상기 구동부는 상기 와이어 케이블의 일단부가 감기어 연결되며 상기 구동 본체에 결합되며, 상호 다른 움직임을 만들기 위한 복수의 상기 와이어 케이블이 고정되는 고정 스풀을 더 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
작업 도구와 같은 타겟에 연결되는 벤딩 관절부;
상기 벤딩 관절부을 구동시키기 위한 구동부; 및
상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 연결하는 한 쌍 이상의 와이어 케이블을 포함하며,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트를 포함하며,
상기 구동부는,
구동 본체;
상기 구동 본체에 결합된 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트; 및
상기 구동 본체의 상기 무활차 구름 관절이나 무풀리 힌지 조인트에 연결되며, 상기 와이어 케이블과 직접 또는 간접 연결되는 구동 바를 포함하며,
상기 와이어 케이블이 접촉되어 굴절되도록 상기 구동 본체와 구동 바의 양측에 배치되며, 상기 구동 본체와 상기 구동 바 사이에서 상기 와이어 케이블의 이동을 지지하여 안내하는 복수의 아이들러를 더 포함하며,
상기 복수의 아이들러는,
상기 벤딩 관절부로터 상기 구동 본체의 초입에 위치하는 제1 아이들러;
상기 제1 아이들러와 이격되어 위치하는 제2 아이들러;
상기 제2 아이들러와 이격되어 위치하는 제3 아이들러; 및
상기 구동 바에 위치하는 제4 아이들러를 포함하며,
상기 구동부는,
요잉과 피칭 움직임을 위한 요잉 구동부와 피칭 구동부로 구분되며,
상기 요잉 구동부와 피칭 구동부는,
상기 제1 내지 4 아이들러가 양측 각각에 배치되어 쌍을 이루며,
상기 와이어 케이블은 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부 중 하나의 상기 제1 아이들러, 제2 아이들러, 제3 아이들러, 제4 아이들러, 다시 상기 제3 아이들러, 제2 아이들러 순서로 접촉되며, 이어서 다른 하나의 상기 제2 아이들러, 제3 아이들러, 제4 아이들러, 다시 상기 제3 아이들러, 제2 아이들러 순서로 접촉되어 일단부가 상기 구동 본체에 고정되는 내시경 케이블 구동 장치.
제13 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 2자유도 이상을 위해서 상기 벤딩 관절부와 상기 구동부를 복수 쌍 이상으로 연결하는 내시경 케이블 구동 장치.
제14 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 상기 복수 쌍의 와이어 케이블에 의해 상기 구동부에 대해 요잉과 피칭 움직임을 형성하되, 상기 요잉과 피칭 움직임이 복합 적용된 움직임을 만드는 내시경 케이블 구동 장치.
제15 항에 있어서,
상기 벤딩 관절부는 무활차 구름 관절, 무풀리 힌지 조인트, 및 연속체 조인트 중에서 하나 이상의 조인트가 요잉과 피칭 움직임을 위한 각각의 조인트로 사용되되, 상기 요잉과 피칭 움직임의 조인트가 교대로 배치되는 내시경 케이블 구동 장치.
제13 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부를 상호 연결하도록 배치되되, 상기 구동부는 상기 와이어 케이블의 일단부가 감기어 연결되며 상기 구동 본체에 결합되며, 상호 다른 움직임을 만들기 위한 복수의 상기 와이어 케이블이 고정되는 고정 스풀을 더 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.
제17 항에 있어서,
상기 고정 스풀은, 상기 요잉 구동부와 피칭 구동부에 양측에 각각 위치하여 쌍으로 배치되며,
상기 고정 스풀에 상호 다른 움직임을 만드는 복수의 와이어 케이블이 감기어 연결된 내시경 케이블 구동 장치.
제14 항에 있어서,
상기 와이어 케이블은 원주 방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치되며, 상기 와이어 케이블의 쌍의 개수만큼 상기 벤딩 관절부의 축선에 대해 움직임의 자유도를 갖는 내시경 케이블 구동 장치.
제13 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 제1 아이들러에서 상기 벤딩 관절부 측에 인접하여 위치하며, 상기 와이어 케이블이 감싸면서 배치되어 상기 와이어 케이블의 장력에 따라 슬라이드 이동되면서 상기 와이어 케이블의 장력을 조절하는 슬라이딩 아이들러를 더 포함하는 내시경 케이블 구동 장치.