KR102504243B1

KR102504243B1 - 로봇 마이크로수술 조립체

Info

Publication number: KR102504243B1
Application number: KR1020197032831A
Authority: KR
Inventors: 마시밀리아노 시미; 주세페 마리아 프리스코; 체사레 스테파니니
Original assignee: 메디컬 마이크로인스트루먼츠, 인코포레이티드
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2023-02-28
Also published as: KR20190131584A; EP3609422A1; CN110691556A; BR112019021493A8; US20210137618A1; JP7228915B2; BR112019021493B1; US12023121B2; WO2018189729A1; EP3609422C0; US20220202516A1; EP3609422B1; IT201700042116A1; US20240307141A1; CA3059680A1; CN110691556B; BR112019021493A2; AU2018253449A1; ES2981900T3; AU2018253449B2

Abstract

슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator, 3)를 포함하는 로봇 수술 조립체(1)가 개시되며, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는:액튜에이터(25); 상기 액튜에이터(25)에 연결된 푸싱 장치(53); 상기 푸싱 장치(53)상의 접촉력을 검출하는 센서(71, 72); 위치 감지 시스템; 살균 격벽(55); 상기 액튜에이터(25)를 제어하도록 상기 센서에 대한 정보를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어 유닛(4);상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 의해 작동되고, 상기 살균 격벽(55)에 의해 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)로부터 분리되고 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 탈착 가능하게 부착되는, 수술 기구(70);를 포함하고, 상기 수술 기구(70)는: 프레임(52); 상기 프레임(52)에 대하여 조인트(14;17)에서 관절화된 링크(6; 7; 8; 43); 상기 액튜에이터(25)와 관련되고, 상기 링크(6; 7; 8; 43)에 고정된, 텐던 말단 부분(27) 및 텐던 기단 부분(26)을 가지는, 텐던(tendon, 19); 상기 텐던(19)상에 트랙션 작용(traction action)을 가하기 위하여, 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉된 트랜스미션 장치(54)로서, 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일의 자유도를 가지도록 커플링 장치(93)에 의해 제한되는, 트랜스미션 장치(54); 상기 트랜스미션 장치(54)에 부착된 탄성 장치(56);를 더 포함하고; 상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착될 때마다: 상기 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)에 푸싱 작용을 전달하도록 상기 트랜스미션 장치(54)와 해제 가능하게 그리고 선택적으로 연결되고; 상기 센서(71,72)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력을 검출하고;상기 탄성 장치(53)는 상기 텐던(19)상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 트랜스미션 장치(54)를 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 편향(bias)시킨다.

Description

로봇 마이크로수술 조립체

본 발명은 로봇 수술 조립체에 관한 것이다.

본 발명은 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구를 포함하는 유형의 로봇 마이크로수술 조립체에 관한 것이다.

본 발명은 또한 수술 기구를 제어하는 방법에 관한 것이기도 하다.

수술 기구로 끝나는 멀티 조인트 로봇 아암(multi joint robotic arms)을 포함하는 수술 또는 마이크로수술용 로봇 조립체들이 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 US-7155316 는 자기 공명 영상 장치(Magnetic Resonance Imaging,MRI)의 안내하에 두뇌 마이크로 수술을 수행하기 위한 로봇 조립체를 개시하며, 이것은 MRI에 기초한 이미지 획득 시스템 및 2 개의 멀티 조인트 아암을 구비하고, 상기 아암들 각각은 (예를 들어 상기 US 7155316 의 도 7 에 도시된 바와 같이) 직접적인 중력 하중을 회피하도록 수직 축들을 가진 3 개의 회전 조인트를 가지며, 이들 각각은 파지를 위하여 내부 자유도가 부여된 개별의 엔드 이펙터(end effector)에 연결된다.

주목할만한 것으로서, 조직 텐셔닝(tissue tensioning) 및 문합 봉합술과 같은 주요 수술 기초의 수행은, 예를 들어 인간의 손이 손목과 팔목에서 접합된 것과 유사한 방식으로 바늘 홀더 기구의 팁을 가지고 조직을 통하여 바늘을 안내하도록, 기구를 그것의 길이 방향 축 둘레에서 회전시키고(롤링하고) 방향들의 커다란 공간 원추에서 수술 기구의 팁을 지향시키는 성능을 필요로 한다.

원격 조정되는 마스터 슬레이브 시스템을 포함하는 수술 또는 마이크로수술을 위한 로봇 조립체들이 예를 들어 미국 특허 US 6963792 에 설명되어 있으며, 보다 상세하게는 미국 특허 US-6385509 및 미국 특허 출원 US-2014-0135794에서 마이크로수술 적용예에 대하여 설명되어 있는데, 이들은 수술장(operating field)을 클러터링(cluttering)하는 복수개의 조인트들을 직렬 역학적 체인(serial kinematic chain)으로 조화시키는 것을 필요로 하는 수술 기구 팁의 움직임을 위한 역학적 해법을 설명한다. 그러한 부담 효과(encumbrance effect)는 기구의 팁을 관절화시키는 조인트들이 팁 자체로부터 멀어질 때 점증되게 현저해진다. 더욱이, 상기 마이크로 수술 시스템들은 피부 표면으로부터 10 센티미터내의 병변 내부의 수술 장소에 있을 때 기구 팁의 적절한 움직임, 보다 상세하게는 적절한 재지향(re-orientation)을 허용하지 않는다.

로봇 기술의 채용은 큰 장점을 가져올 수 있어서, 기구의 고도의 소형화(miniaturization) 및 수술장에서의 움직임의 크기를 스케일링(scaling)하는 것을 허용하여, 생리학적 떨림의 효과를 제거하고 수작업의 임무를 용이하게 한다. 예를 들어, 마이크로 수술 과정들은 작은 직경의 정맥 및 신경을 포함하는 혈관 문합의 수행과 같은 생물학적 조직 재구성의 몇가지 양상들에서 수행된다. 그러한 과정들은 조직의 수술적 제거에 의해 생성된 병변 또는 외상성 병변의 발생 이후에 해부 구조를 재구성하도록 수행되어, 림브(limb)를 다시 접합시키고 조직에 혈관을 이식하는데, 이 모든 것은 표피 병변의 사전 존재가 주어진 개방된 수술 설정(surgery set up)에서 수행된다.

마이크로수술 기술 적용의 다른 예들은, 달팽이관 이식의 경우에서와 같은, 내이(inner ear)에서, 눈 내부와 눈 주변의 수술에서 뿐만 아니라, 이식 수술, 신경 수술 또는 혈관 수술에서 존재한다. 또한 심장 바이패스의 중요한 수술 과정은 관상 동맥의 문합의 중요 단계를 포함한다. 기구 소형화의 필요성은 다른 수술 기술에서도 감지되는데, 예를 들어 생물학적 조직에 수술 기구의 침습(invasiveness)을 제한하는 것을 목적으로 하는 복강경 및 내시경과 같은 최소 침습 수술에서 그러하다. 복강경과 관련하여, 당해 기술 분야에서 공지된 기술적 해법은 단일 절개 복강경 수술(Single Incision Laparoscopic Surgery) 또는 단일 포트 수술 (Single Port Surgery)에서 채용된 복강경 기구들의 직경을 만족스럽게 최소화하는 것을 허용하지 않는다. 더욱이, 최소 침습 수술(minimally invasive surgery, MIS)에서 전형적으로 채용된 내시경은 1 내지 3.2 밀리미터 사이의 직경을 가진 기구 채널을 가진다는 점을 주목할만 하다. 그러한 치수는 내시경 기구 채널을 통하여 이용 가능한 현재 수술 기구의 기능성을 제한하며, 이것은 현재 파지 작용만을 할 수 있다.

따라서, 로봇 수술을 위한 수술 기구를 최소화할 필요성이 매우 크다.

미국 특허 US-6951535 는 로봇 조립체상에 장착되는 단부 작동체를 구비한 의료용 기구를 개시한다 (도 6). 움직임은 밀고 당길수 있는 로드(rod)에 의하여 기구 샤프트를 따라서 엔드 이펙터(end effector)로 전달되며, 단일의 액튜에이터가 어댑터를 통하여 로드와 양방향으로 맞물려서 미는 힘과 당기는 힘을 조인트로 전달한다. 힘 센서는 액튜에이터에 의해 로드로 전달되는 힘을 감지한다.

미는 힘과 당기는 힘을 전달하고 텐션 요소들을 필요로 하지 않는 텐던들에 비하여 로드들이 장점을 가지는 반면에, 로드들은 케이블과 관련하여 단점을 가지는데, 텐던들이 경로를 잡을 수 있는 꽉 조여진 굽힘 조인트를 통하여 그리고 조여진 굽힘부를 통하여 로드가 경로를 잡을 수 없어서, 손목과 같은 축소형(miniature) 조인트 서브조립체의 작동에는 제안된 접근 방식이 적절하지 않다.

예를 들어, 미국 특허 US 9173713 은 당기는 와이어에 의해 작동되는 의료 기구인, 상세하게는 카테테르를 개시하는데, 이것은 액튜에이터에 의해 당기는 와이어들로 가해지는 힘을 제어하도록 텐션 센서를 구비한다. 카테테르의 루멘들 안으로 경로가 정해지는 당기는 와이어들은 텐션 요소들을 필요로 하지 않는 텐던들과 관련하여 장점을 가진다. 다른 한편으로, 당기는 와이어는 텐던들이 할 수 있는 것처럼 꽉 조이는 굽힘 조인트를 통하여 그리고 조이는 굽힘부를 통하여 경로가 정해질 수 없어서, 상기 제안된 접근 방식은 손목과 같은 축소형 조인트 서브 조립체의 작동에 적절하지 않다.

더욱이, 미국 특허 US 5797900 은 도 6 및 도 7 에서 수술 기구의 케이블 구동 시스템을 개시한다. 이것은 캡스턴 또는 구동 휘일로 구성된 마찰 구동에 의하여 케이블에 직접 작용하는 액튜에이터를 구비한다. 케이블은 케이블 프리텐션을 제공하는 후방 텐션 풀리에 걸쳐 통과한다. 마찰 구동을 통해 케이블상에 직접 작용하는 액튜에이터는 액튜에이터로부터의 기구의 탈착을 허용하지도 않고 액튜에이터와 기구 사이의 살균 격벽의 도입을 허용하지도 않는다. 더욱이, 마찰 구동은 액튜에이터와 케이블 사이에 항상 어떤 미끄러짐을 허용하는 단점을 가진다. 수술 기구가 작은 직경일 때, 예를 들어 5 mm 미만일 때도, 수술 기구의 말단 관절(distal articulation)의 위치를 정밀하게 제어하는 능력에 마찰은 부정적인 영향을 미친다.

미국 특허 US-6331181는 텐던에 의해 작동되는 조인트 말단 관절을 구비하는 수술 기구와 살균 드레이프(sterile drape) 및 살균 어댑터(sterile adapter)를 포함하는 로봇 수술 기구를 개시한다. 상기 문헌은 그 어떤 텐던 장력 장치도 없는 텐던 구동 시스템을 도 4b 에서 개시한다. 이러한 접근 방식은 기구에 있는 텐던이 프리텐션 또는 프리로드(preload)를 이완시킬 때마다 나타나는 액튜에이터와 말단 조인트 사이의 손실 움직임(lost motion)을 제거할 수 없다는 단점을 가진다. 프리텐션의 손실은 강철 케이블에 대하여 현저하고 예를 들어 폴리머 케이블과 같이, 텐션 하에서 시간이 지남에 따라 신장 또는 크리핑(creeping)이 이루어지는 텐던들에 대하여 기구의 수명에 걸쳐 더욱 두드러진다. 이러한 효과는 기구가 조립되었을 때 텐던들에 커다란 프리텐션을 가함으로써 완화될 수 있지만, 커다란 프리텐션은, 특히 만약 기구 말단 관절이 작은 치수를 가진다면 조인트 말단 관절에서의 마찰을 증가시키고 그것의 운동 정밀성을 손상시킨다. 결론으로서, 개시된 접근 방식은 5 밀리미터 보다 작은 직경을 가진 말단 관절을 구비한 마이크로기구 또는 폴리머 텐던을 이용하는 기구를 작동시키는데 적절하지 않다.

국제 특허 출원 WO-2012-068156 은 의료 기구를 위한 텐던 구동 시스템을 개시하며, 이것은 움직이는 풀리(moving pulley) 및 텐던들의 장치에 의한 차동 메커니즘(differential mechanism)을 구비한다. 제안된 해법은 텐던의 늘어짐을 집어올리거나 또는 장력을 텐던에 제공하는 장치가 없으며, 기구에 있는 텐던이 프리텐션을 상실할 때마다 나타나는 말단 조인트와 액튜에이터 사이의 손실 움직임을 제거할 수 없다.

미국 특허 US-2015-0209965 는 조인트 말단 관절을 포함하는 텐던 구동 의료용 기구를 개시한다. 로봇 조립체는 액튜에이터 팩(actuator pack)을 구비한다. 기구는 액튜에이터 팩에 연결되는 커플링 유닛을 구비한다. 상기 기구의 상기 커플링 유닛은 텐던의 텐션을 감지하는 센서들을 구비한다. 상기 기구의 상기 커플링 유닛도 모터 샤프트에 부착된 스풀(spool)을 구비하며, 이것은 기구가 로봇 조립체상에 장착될 때 케이블의 늘어짐을 집어올릴 수 있다. 제안된 해법은 상기 텐션 센서들을 기구 커플링 유닛 내부에 위치시키는 단점을 가져서 소모될 수 있는 구성품의 비용을 증가시킨다. 기구가 액튜에이터로부터 탈착될 때, 텐던에 프리텐션을 가하고 텐던의 늘어짐을 집어올리는 장치가 제공되지 않는다. 그러한 해법은 예를 들어 하중이 주어질 때 신장(stretch) 또는 크리핑(creeping)의 경향이 있는 텐던들의 경우에 적절한 기능 발휘를 위하여 텐던에서 늘어짐의 집어 올림을 필요로 하는 텐던 구동 시스템에서 채용될 수 없다.

더욱이, 국제 출원 공개 WO-2017-015599는 조인트 말단 관절을 포함하는 텐던 구동 의료 기구를 개시한다. 상기 기구는 액튜에이터로부터 입력 핑거를 구비하는 텐던으로 힘을 전달하도록 구성된 트랜스미션 장치를 개시하며, 입력 핑거(input finger)상에 액튜에이터는 단일 방향으로 맞물린다. 제안된 단일 방향 맞물림은 입력 핑거들을 덮는 벨로우즈를 가진 연속 시트 형태의 단순 살균 격벽을 허용하는 장점을 가진다. 다른 한편으로, 기구가 액튜에이터로부터 탈착될 때 텐던에서의 늘어짐을 집어 올리고 텐던에 프리텐션을 가하는 장치는 개시되어 있지 않다. 그러한 해법은 예를 들어 하중을 받을 때 크리핑 및 신장의 경향이 있는 텐던들의 경우와 같이, 적절한 기능 발휘를 위하여 텐던들에서 최소의 프리로드를 필요로 하는 텐던 구동 시스템에서는 채용될 수 없다.

미국 특허 출원 US-2014-0128849은 마찰에 의하여 힘을 텐던으로 전달하는 캡스턴(capstan)으로 구성된 마찰 구동부를 구비한 의료 기구의 다양한 텐던 구동 시스템들을 개시한다. 액튜에이터와 캡스턴 사이의 맞물림 메커니즘은 기구의 제거를 허용하고 살균 격벽을 통하여 살균 영역의 외측에 액튜에이터를 유지하는 것으로 개시된다. 기구가 액튜에이터에 부착되지 않을 때 텐던에 프리텐션을 제공하는 다수의 해법은 기구 프레임과 텐던 사이에 연결되거나 또는 텐던의 경로를 정하는 프리텐션 풀리(pre-tensioning pulley)에 연결된 스프링 요소들에 모두 기초한다. 여기에 개시된 일 실시예에서, 텐던 테이크업 스프링 시스템(tendon take up spring systems)이 필요하며, 따라서 트랜스미션에서의 컴플라이언스(compliance)가 증가하고, 기구 움직임의 정밀성이 감소한다. 그 어떤 경우에서도, 수술 기구의 말단 관절의 위치를 정확하게 제어하는 성능에 부정적인 영향을 미치는 케이블과 액튜에이터 사이의 일부 미끄러짐을 항상 허용하는 단점이 마찰 구동에 있다.

미국 특허 출원 US-2012-0289974 은 수술 기구를 위한 기구 작동 인터페이스를 개시하며, 여기에서는 구동 요소의 일부, 텐던 또는 로드가 살균 격벽에 걸친 매니퓰레이터에 의한 직접 움직임에 노출된다. 이것은 단순함에도 불구하고, 상기와 같은 해법은 기본적인 단점을 가지는데, 매니퓰레이터와 텐던 사이에, 예를 들어 플라스틱 시트인 살균 격벽을 직접 포착(trapping)하여, 살균 격벽 및 텐던을 그들의 상대적인 움직임 동안에 직접적인 기계적 상호 작용의 결과로서 마모 또는 기계적 고장에 노출시킨다. 대안의 실시예들에서, 피니언 기어, 기어 랙 또는 구동 마찰 롤러들 또는 다른 어댑터들은 살균 격벽 안에 포함되어 액튜에이터로부터 구동 요소로 움직임을 전달한다. 그러한 해법들은 기구가 액튜에이터에 부착되지 않을 때 텐던 유형 구동 장치에 필요한 프리텐션 또는 테이크 업(take up)의 그 어떤 양이라도 제공할 수 없으며, 따라서 적절한 기능을 위하여 텐던에서의 최소 프리로드를 필요로 하는 텐던 구동 시스템에서 채용될 수 없다.

더욱이, 미국 특허 출원 US-2015-0150636은 사람에 의하여 일 방향에서 작용될 때 텐던을 그것의 경로로부터 편향시킬 수 있는 트랜스미션 장치를 가진 의료 기구를 개시한다. 기구에는 텐던의 늘어짐을 집어올리는 텐던 장력 요소가 제공되지 않는다. 반대의 효과로서, 트랜스미션 장치가 인간에 의해 작용되지 않을 때 트랜스미션 장치를 텐던으로부터 멀어지게 유지하는 리턴 스프링(return spring)이 제공된다.

더욱이, 국제 출원 공개 WO-2010-121117 는 푸싱 수단으로서의 피스톤, 트랜스미션 수단으로서의 플런저 및 탄성 수단으로서의 스프링을 구비하는 수술 기구용 구동 시스템을 개시한다. 개시된 해법에서, 스프링은 말단 자유도의 개방을 구동하고 플런저를 피스톤을 향해 후방으로 움직여서, 정상 작동 동안에 항상 피스톤과 플런저가 접촉되게 유지한다. 따라서, 플런저가 동일한 자유도의 폐쇄 움직임을 작동시키도록 사용되는 동안 스프링은 개방 움직임을 작동시키도록 사용된다. 자유도의 일 방향으로 움직임을 작동시키도록 스프링을 사용하는 것은 상기 방향으로의 움직임 제어의 자유도를 제한하는 단점을 가지며, 즉, 액튜에이터 구동 푸싱 수단에 의해 제어된다는 점에서 상기 방향에서의 움직임은 스프링에 의해 수동적으로 제어되고 능동적으로 제어되지 않는다. 결국, 상기 방향에서의 힘 및 속도는 정확한 수술 동작을 수행하도록 능동적으로 제어될 수 없다.

국제 출원 공개 WO-2015-023730 는 텐던을 구비한 수술 기구 및 모터 박스를 포함하는 수술 장치를 개시하며, 상기 텐던은 말단 조인트에 연결된 말단 부분 및, 상기 말단 조인트를 위한 양방향 트랜스미션 수단으로서 작용하는 말단 디스크에 연결된 기단 부분을 가진다. 상기 문헌은 모터측에 구성된 프리로드 메커니즘(preload mechanism)에 기초하여, 백래쉬(backlash) 또는 손실 움직임(lost motion) 없이 양방향으로 움직임을 전달하도록 어떻게 상기 드라이브 디스크를 상기 모터 팩에 맞물리는가에 대한 해법을 개시한다. 제안된 프리로드 메커니즘은 텐던의 장력에 영향을 미치지 않지만, 드라이브 디스크와 모터 사이의 접촉만을 강제한다. 따라서 기구에 있는 텐던에서의 장력은 그 어떤 작동 조건에서도 텐던의 늘어짐이 없는 것을 보장하기 충분한 높은 값으로 설정될 필요가 있으며, 이것은 기구에서의 마찰을 증가시키고 움직임의 정밀성을 감소시키는 경향이 있다.

따라서, 의료 기구의 일부인 텐던 프리텐션 요소(tendon pretension element)를 포함하는, 말단의 관절화된 서브조립체를 포함하는 의료 기구의 텐던 구동 시스템을 제공할 필요성이 있다.

의료 기구가 로봇 조립체상에 장착되지 않을 때, 텐던은 말단의 관절화된 서브조립체의 그 어떤 위치에 대해서도 항상 최소의 양의 장력(positive tension)(preload)을 가질 필요가 있다.

사실상, 텐던에서의 늘어짐은 경로 요소들(routing elements)에 걸친 텐던의 미끄러짐으로부터 결과될 수도 있다. 다음에, 텐던에서의 늘어짐은 기구의 수명 동안에 프리텐션의 적용으로부터 초래될 수 있다. 텐던에서의 늘어짐은 프리텐션 하중하에 있을 때 시간이 지남에 따라 신장 또는 크리핑(creeping)되는 경향이 있는 텐던으로부터 초래될 수 있다.

기구를 액튜에이터로부터 탈착했을 때, 텐던에서의 낮은 프리텐션이 텐던의 수명에 유리하므로, 정상 작동 동안에 텐던에 가해지는 장력보다 낮은 프리텐션을 텐던에 가하는 말단의 관절화 서브 조립체를 구비한 의료 기구용 텐던 구동 시스템을 제공할 필요성이 있다.

텐던에 손상을 가하지 않으면서 슬레이브 매니퓰레이터의 액튜에이터로부터의 힘을 상기 텐던에 전달하도록 구성된 트랜스미션 장치를 포함하는 말단의 관절화된 서브조립체를 구비한 의료 기구용 텐던 구동 시스템을 제공할 필요성이 있다.

동시에, 의료 기구와 슬레이브 매니퓰레이터 사이에 살균 격벽을 제공함으로써, 의료 기구가 살균될 수 있고 슬레이브 매니퓰레이터가 그것을 오염시키는 것을 회피하는, 의료 기구 구동용 마스터 슬레이브 시스템을 제공할 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 로봇 수술 조립체를 제공하는 것이다.

해법

여기에 설명된 본 발명의 범위는 위에서 설명된 공지된 해법의 제한을 극복하고 현재 기술과 관련하여 언급된 필요성에 대한 해법을 제공한다.

이러한 범위 및 다른 범위는 청구항 제 1 항에 따른 로봇 수술 조립체 및 청구항 제 12 항에 따른 방법에 의해 달성된다.

일부 바람직한 실시예들은 종속 청구항의 주제이다.

본 발명의 양상에 따르면, 로봇 수술 조립체는, 액튜에이터를 포함하는 슬레이브 매니퓰레이터, 상기 액튜에이터에 연결된 적어도 하나의 푸싱 장치, 상기 푸싱 장치상의 접촉력을 검출하는 적어도 하나의 센서, 위치 감지 시스템, 살균 격벽, 상기 액튜에이터를 제어하도록 상기 센서에 관한 정보를 수신하게끔 구성된 적어도 하나의 제어 유닛 및, 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 의해 작동되고 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 탈착 가능하게 부착되고 상기 살균 격벽에 의해 상기 슬레이브 매니퓰레이터로부터 분리되는 적어도 하나의 수술 기구를 포함한다.

본 발명의 양상에 따르면, 상기 수술 기구는 프레임, 상기 프레임과 관련된 조인트에서 관절화된 링크, 상기 액튜에이터와 관련되고, 상기 링크에 고정된, 텐던 말단 부분 및, 텐던 기단 부분을 가지는, 텐던, 상기 텐던 상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 텐던 기단 부분과 접촉된 적어도 하나의 트랜스미션 장치로서, 상기 프레임과 관련하여 움직임의 단일 자유도를 가지도록 커플링 장치에 의해 제한되는, 트랜스미션 장치 및, 상기 트랜스미션 장치와 상기 기구 프레임 사이에 부착된 적어도 하나의 탄성 장치를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수술 기구가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착될 때마다, 상기 적어도 하나의 푸싱 장치는 상기 살균 격벽을 통하여 상기 트랜스미션 장치에 미는 작용을 전달하도록 상기 트랜스미션 장치와 해제 가능하고 선택적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 푸싱 장치와 상기 트랜스미션 장치 사이의 접촉력을 검출하고, 상기 적어도 하나의 탄성 장치는 상기 텐던상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치를 상기 푸싱 장치로부터 멀어지게 편향시킨다.

제안된 해법 덕분에, 텐던에서의 늘어짐이 회피된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터는, 적대 푸싱 장치(antagonist pushing device)로서 작동하는 적어도 제 2 푸싱 장치, 상기 적대 푸싱 장치에 연결된 적어도 제 2 액튜에이터, 적대 트랜스미션 장치로서 작동하는 적어도 제 2 트랜스미션 장치, 제 2 힘 센서(force sensor)를 포함하고, 상기 수술 기구는 상기 제 2 트랜스미션 장치에 부착된 제 2 탄성 장치 및 적대 텐던(antagonist tendon)으로서 작동하는 적어도 제 2 텐던을 포함하고, 상기 수술 기구는 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착되고, 상기 수술 기구가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착될 때마다, 상기 적대 푸싱 장치는 상기 적대 트랜스미션 장치와 해제 가능하고 선택적으로 연결되어 상기 살균 격벽을 통하여 미는 작용을 상기 적대 트랜스미션 장치로 전달하고; 상기 제 2 센서는 상기 적대 푸싱 장치와 상기 적대 트랜스미션 장치 사이의 접촉력을 검출하고, 상기 적대 탄성 장치는 상기 적대 텐던상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 적대 트랜스미션 장치를 상기 적대 푸싱 장치로부터 멀어지게 편향시키고; 상기 텐던 및 상기 적대 텐던은 대향하는 움직임을 링크로 제공한다.

제안된 해법 덕분에, 의료 기구를 구동하는 마스터-슬레이브 시스템은 적대적 구성(antagonist configuration)의 조인트에 말단으로 부착된 한쌍의 텐던들에서 공통의 텐던 장력(tendon tension)에 대한 능동적인 제어를 제공하도록 하용된다.

제안된 해법 덕분에, 의료 기구를 구동하는 마스터-슬레이브 시스템에서, 기구가 마스터-슬레이브 시스템상에 맞물려 있는 동안 텐던 액튜에이터를 기구로부터 연결 해제시키는 것이 허용됨으로써, 텐던의 장력은 텐던에서의 늘어짐을 회피하는데 필요한 최소 값으로 감소된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 바람직한 실시예들에 대한 아래의 설명으로부터 나타날 것이며, 이들은 첨부된 도면을 참조하여 일 예로서 주어지지만 제한 적인 것을 의미하지 않는다.
도 1 은 일 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 사시도로서, 환자 및 의사가 스케치되어 있다.
도 2 는 일 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 사시도로서, 환자가 스케치되어 있다.
도 3a 는 일 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 슬레이브 조립체의 블록 다이아그램이다.
도 3b 는 일 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 블록 다이아그램이다.
도 3c 는 일 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 블록 다이아그램이다.
도 4 는 일 실시예에 따른 수술 기구 및 슬레이브 매니퓰레이터의 사시도이다.
도 5 는 일 실시예에 따른 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 평면도이다.
도 6 및 도 7 은 일부 실시예들에 따른 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 분해 사시도이다.
도 8 은 일 실시예에 따른 살균 격벽의 사시도이다.
도 9 는 도 8 의 화살표 IX-IX 에 의해 표시된 라인을 따른 단면도이다.
도 10 및 도 11 은 일부 실시예에 따른 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 단면도를 나타낸다.
도 12 및 도 13 은 일부 실시예에 따른 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 단면도를 나타낸다.
도 14 및 도 15 는 일 실시예에 따른 트랜스미션 장치의 사시도를 편향되지 않은 위치 및 편향된 위치에서 각각 나타낸다.
도 16 은 도 14 에서 화살표 XVI 에 의해 표시된 평면도이다.
도 17 및 도 18 은 일부 실시예들에 따른, 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 단면도를 나타낸다.
도 19 및 도 20 은 일부 실시예에 따른, 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 단면도를 나타낸다.
도 21 은 일 실시예에 따른 수술 기구의 접합된 조립체의 사시도이다.
도 22 는 일 실시예에 따른 잉크의 일부에 대한 사시도이다.
도 23 은 일 실시예에 따른 슬레이브 매니퓰레이터 및 수술 기구의 단면도를 나타낸다.

일반적인 실시예에 따르면, 로봇 수술 조립체(1)가 제공된다.

상기 로봇 수술 조립체(1)는 슬레이브 매니퓰레이터(3)를 포함한다.

상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 액튜에이터(25), 상기 액튜에이터(25)에 연결된 적어도 하나의 푸싱 장치(pushing device, 53), 상기 적어도 하나의 푸싱 장치(53)상의 접촉력을 검출하는 센서(71,72), 위치 감지 시스템(72), 살균 격벽(55), 상기 액튜에이터(25)를 제어하도록 상기 센서에 관한 정보를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어 유닛(4) 및, 수술 기구(70)를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 의해 작동되고, 상기 살균 격벽(55)에 의해 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 탈착 가능하게 부착되고 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)로부터 분리된다.

상기 수술 기구(70)는 프레임(52), 상기 프레임(52)에 대하여 조인트(14;17)에서 관절로 연결된 링크(6;7;8;43), 상기 액튜에이터(25)에 관련되고 텐던 기단 부분(tendon proximal portion, 26)을 가진 텐던(tendon, 19) 및, 상기 링크(6;7;8;43)에 고정된 텐던 말단 부분(tendon distal portion, 27)을 더 포함한다.

상기 수술 기구(70)는 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉된 적어도 하나의 트랜스미션 장치transmission device, 54)를 더 포함하여, 상기 텐던(19)에 견인 작용(traction action)을 가한다.

상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)는 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일 자유도를 가지도록 적어도 하나의 커플링 장치(93)에 의해 제한된다. 바람직스럽게는, 상기 커플링 장치(93)는 선형 커플링 장치(93)이다. 예를 들어, 상기 커플링 장치(93)는 프레임(52)의 벽이다.

상기 수술 기구(70)는 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)에 부착된 적어도 하나의 탄성 장치(56)를 더 포함한다.

바람직스럽게는, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)와 해제 가능하고 선택되게 연결되어 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)로 푸싱 작용을 전달한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착될 때마다, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)와 해제 가능하게 선택적으로 연결되어 푸싱 작용을 상기 살균 격벽(55)을 통해 상기 트랜스미션 장치(54)로 전달하고, 상기 센서(71,72)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력을 검출하고, 상기 탄성 장치(53)는 트랙션 작용을 상기 텐던(19)에 가하기 위하여 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 상기 트랜스미션 장치(54)를 편향시킨다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(53)는 상기 기구 프레임(52)과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 부착된다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(53)는 상기 기구 프레임(52)과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에서 컴플라이언스(compliance)로서 작용한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(53)는 상기 기구 프레임(52)과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에서 상기 바이어스 작용(bias action, 76)을 발생시킨다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 바이어스 작용(76)은 상기 트랜스미션 장치(54)를 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 편향시킨다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 바이어스 작용(76)은 상기 텐던(19)에 트랙션 작용을 가한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽 및 상기 트랜스미션 장치(54)와의 일방적인 맞물림에 의해 상기 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 연결되어 상기 푸싱 작용(75)을 전달한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽 및 상기 트랜스미션 장치(54)와의 일방적인 단단한 맞물림(unilateral rigid engagement)에 의해 상기 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 연결되어 상기 푸싱 작용(75)을 전달한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)에 의해서도 상기 살균 격벽에 의해서도 구속되지 않는다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 탄성 장치(53)와 평행하게 상기 살균 격벽을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)상에 작용한다. 이러한 방식으로, 상기 탄성 장치(53)는, 상기 푸싱 장치와 상기 텐던(19) 사이의 푸싱 작용(75)의 전달에 있어서, 상기 푸싱 장치와 직렬로 컴플라이언스를 더하는 것을 회피한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽(55)은 신장 가능한 살균 드레이프(sterile drape, 77)를 포함하고, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 트랜스미션 장치(54)에 연결되어 상기 푸싱 작용(75)을 전달할 때 상기 신장 가능 살균 드레이프(77)의 일부는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 포착된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽(55)은 상기 드레이프(77)에 부착된, 살균 드레이프 삽입부(73)와 신장 가능 살균 드레이프(77)를 포함하고, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 트랜스미션 장치(54)에 연결되어 상기 푸싱 작용(75)을 전달할 때, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 포착된다. 일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 살균 격벽 커넥터(sterile barrier connector)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)중 하나를 제한한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임(linear motion)의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)중 적어도 하나를 제한한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 축방향 스프링을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 축방향 스프링은 선형 압축 코일 스프링이다. 일 실시예에 따르면, 상기 축방향 스프링은 선형 트랙션 코일 스프링(linear traction coil spring)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대하여 피봇 움직임(pivotal motion)의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 토션 스프링(torsion spring)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 토션 스프링은 코일 스프링이다. 일 실시예에 따르면, 상기 토션 스프링은 로터리 스프링이다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(56)는 축방향 스프링(axial spring)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(tension element, 56)는 코일 축방향 압축 스프링이다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(56)는 코일 축방향 텐션 스프링이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(56)는 토션 스프링(torsion spring)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)는 적어도 하나의 캠 표면, 볼 베어링, 상기 프레임(52)에 피봇되게 연결된 레버(54), 플런저(54), 텐던 부착 표면(tendon attachment surface)을 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56) 및/또는 상기 커플링 장치는, 상기 프레임(52)으로부터 상기 트랜스미션 장치(54)로 연장된, 복수개의 굴곡 요소(flexural element, 89)들을 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 로봇 수술 조립체(1)는 매뉴얼 명령(manual command)을 검출하기에 적절한 적어도 하나의 마스터 툴(master tool, 2), 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(3), 상기 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(4)에 의해 작동되는 적어도 하나의 수술 기구(70) 및, 적어도 하나의 제어 유닛(4)을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 매뉴얼 명령에 관한 정보를 포함하는 적어도 제 1 명령 신호(59)를 수신하고 제 2 명령 신호(60)를 적어도 하나의 액튜에이터(25)로 송신하여 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)를 제어하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 유닛(4)은 상기 제 2 명령 신호를 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)로 송신하기에 적절한 액튜에이터 구동 유닛(58)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제어 유닛(4)은 CPU 를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제어 유닛(4)은 적어도 하나의 프로세서 유닛을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제어 유닛(4)은 작용을 검출하기에 적절한 검출 시스템에 의하여 얻어지는 정보에 기초하는 피드백 제어 회로(feedback control circuit)을 제공하며, 상기 작용은 예를 들어 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)에 의해 가해지는 힘 및/또는 그에 의해 제공되는 변위와 같은 것이다. 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 툴(2)은 외과 의사(30)에 의해 취급되도록 설계된다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)의 적어도 일부는 환자(29)의 해부학적 구조에 작동되도록 설계된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 프레임(52) 및 적어도 하나의 조인트된 서브 조립체(5)를 포함하며, 상기 서브 조립체는 상기 프레임(52)과 운동학적으로(kinematically) 연관된다.

일 실시예에 따르면, 상기 조인트된 하부 조립체(5)는 조인트(14,17)에 의해 연결된 링크(6,7,8,43)들을 포함하며, 이들은 복수개의 자유도를 한정한다. 일 실시예에 따르면, 샤프트(51)는 상기 프레임(52)에 근위적으로(proximally) 연결되고 상기 조인트된 하부 조립체(5)의 링크에 원위적으로(distally) 연결되어, 튜브형 요소 연결(61)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 길이 방향 샤프트 축(r-r)을 형성하는데, 이것은 상기 샤프트(51)의 길이 방향 전개의 축에 실질적으로 일치한다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 조인트된 서브 조립체(subassembly)에 구름 운동(roll motion)을 제공하도록 상기 길이 방향 샤프트 축(r-r) 둘레에서 회전하기에 적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적어도 하나의 텐던(19)을 포함하며, 이것은 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)에 직접 또는 간접으로 관련되어, 작용 케이블(actuation cable)로서 작동하기에 적절하다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던(19)은 상기 링크(6,7,8,43)들중 하나에 고정된 텐던 말단 부분(27) 및, 텐던 기단 부분(26)을 가진다. 바람직스럽게는, 상기 적어도 하나의 텐던(19)은 상기 텐던 기단 부분(26)과 상기 텐던 말단 부분(27) 사이에 연장된, 텐던 중간 부분(28)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)은 상기 프레임(52)에 고정된 텐던 기단 종결부(tendon proximal termination, 74)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 기단 터미네이션(74)은 상기 프레임(52)에 글루(glue)로 접합된다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)에 연결된 푸싱 장치(53)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 푸싱 장치(53)는 적어도 하나의 푸싱 요소(53)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53) 또는 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 텐던(19)에 트랙션 작용(traction action)을 가하기 위하여, 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉된 트랜스미션 장치(54)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 트랜스미션 장치(54)는 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54) 또는 트랜스미션 장치(54)는 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉된 텐던 접촉 부분(87)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 기단 종결부(74)는 상기 트랜스미션 장치(54)에 고정된다.

일 실시예에 따르면, 사용중에, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)에 선택적으로 연결되어 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 요소(54)에 전달한다. 바람직스럽게는, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 해제 가능하고 선택적으로 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 상기 트랜스미션 요소(54)에 대하여 해제 가능하게 놓인다.

일 실시예에 따르면, 사용중의 주어진 순간에, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)와 연결될 수 있거나 또는 연결 해제될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 사용중에, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53) 또는 푸싱 장치(53)는 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 직접 또는 간접 접촉되어 푸싱 작용을 상기 트랜스미션 장치(54)에 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 로봇 수술 조립체(1)는 살균 격벽(55)을 포함하고, 상기 살균 격벽(55)의 적어도 일부는 상기 적어도 푸싱 요소(53)와 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54) 사이에 개재된다. 이러한 방식으로, 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 선택적인 접촉은 간접적으로 이루어지는데, 왜냐하면 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 살균 격벽(55)이 배치되기 때문이다. 상기 살균 격벽(55) 때문에, 상기 살균 격벽(55)에 걸친 교차 박테리아 오염(mutual bacterial contamination)을 회피할 수 있으며, 따라서 살균된 수술 기구(70) 및 살균되지 않은 슬레이브 매니퓰레이터(3)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 커플링 장치(coupling device)에 의하여 상기 프레임(53)에 관련되며, 상기 커플링 장치는 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 탈착 가능하게 부착되고 사용중일 때, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 접촉하여 푸싱 작용을 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 푸싱 요소(53)는 적어도 출력 부분(83)을 포함하고 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)는 적어도 하나의 입력 부분(84)을 포함하고, 상기 출력 부분(83)은 상기 살균 격벽(55)을 통하여 직접 또는 간접적으로 상기 푸싱 작용(75)을 상기 입력 부분(84)으로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 트랜스미션 장치(54)로 관련된 탄성 장치(56)를 포함하여 상기 트랜스미션 장치(54)를 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 편향시킴으로써, 트랙션 작용을 상기 텐던(19)에 가한다. 바람직스럽게는, 상기 탄성 장치(56)는 스프링 또는 그와 유사한 적어도 탄성 요소를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던상의 트랙션 작용은 상기 텐던상의 탄성 트랙션 작용(elastic traction action)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 적어도 스프링(56)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 적어도 코일 스프링(56)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 탄성 수단(56)은 적어도 판 스프링(leaf spring, 56)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 상기 트랜스미션 장치(54)에 바이어스 작용(bias action, 76)을 가하여 상기 텐던(19)상에 트랙션 작용을 가한다. 바람직스럽게는, 상기 바이어스 작용(76)은 탄성 바이어스 작용(76)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력을 검출하는 적어도 하나의 센서(71,72)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)의 상기 푸싱 작용(75) 및 상기 탄성 장치(56)에 의해 제공되는 상기 바이어스 작용(76)은 동일한 라인에서 동일한 방향으로 작용한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 적어도 위치 감지 시스템(72)을 포함하는데, 이것은 상기 액튜에이터 위치를 검출할 수 있고 상기 푸싱 장치(53)의 스트로크(stroke)를 검출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71)는 로드 셀(load cell)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71)는 압전 소자이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71)는 압력 센서이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71)는 저항성의, 얇은 필름 압력 센서이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 엔코더를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 선형 엔코더(linear encoder)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 회전 엔코더(rotative encoder)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 리미트 스위치(limit switch)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 프로세서 메모리 레지스터(processor memory register)를 포함하여 점증적인 액튜에이터 위치 명령을 축적한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 절대 위치 엔코더를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 상기 적어도 푸싱 장치(53)와 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54) 사이의 간극 값을 검출한다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력이 미리 정의된 접촉력 쓰레숄드 값(predefined contact force threshold value)과 같거나 또는 그보다 클 때, 상기 적어도 하나의 센서(71)는 센서 신호를 상기 제어 유닛(4)으로 보낸다. 이러한 방식으로, 검출 노이즈가 상기 액튜에이터(25)를 촉발(trigger)할 수 있는 것이 회피된다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 푸싱 장치(53)와 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54) 사이의 간극 값이 미리 결정된 거리 값과 같거나 또는 그보다 작다면, 상기 적어도 하나의 위치 감지 시스템(72)은 위치 감지 시스템 신호를 상기 제어 유닛(4)으로 보낸다. 이러한 방식으로, 상기 액튜에이터(25)를 피드백 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 센서(71) 및 상기 위치 감지 시스템(72)은 함께 작용하여 상기 푸싱 장치(53)의 기준 위치, 즉, 액튜에이터(25)에 대한 상기 푸싱 장치(53)의 자유 행정(free stroke)의 범위를 결정한다. 일 실시예에 따르면, 상기 자유 행정은, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 트랜스미션 장치(54)와의 연결로부터 자유로운 상기 푸싱 장치(53)의 행정의 일부이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71,72)는 LVDT 이다. 일 실시예에 따르면, 상기 LVDT 는 상기 푸싱 장치(53)상에 배치되어 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 간극 값을 검출한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 센서(71,72)는 와류 인접 센서(Eddy current proximity sensor)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 탄성 장치(56)는 상기 트랜스미션 장치(54)를 탄성적으로 편향시켜서 상기 텐던(19)상에 트랙션 작용을 가한다.

일 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 상기 트랜스미션 장치(54)를 탄성적으로 편향시켜서 상기 텐던(19)에 사전 부하(preload)를 제공한다. 일 실시예에 따르면, 상기 탄성 장치(56)는 상기 트랜스미션 장치(54)를 탄성적으로 편향시켜서 상기 텐던 중간 부분(28)에 사전 부하를 제공한다. 이러한 방식으로, 상기 적어도 하나의 텐던(19), 바람직스럽게는 상기 텐던(19)의 상기 텐던 중간 부분(28)은 사용시에 사전 부하가 주어진다. 바람직스럽게는, 상기 적어도 하나의 텐던(19), 바람직스럽게는 상기 텐던(19)의 상기 텐던 중간 부분(28)은 사용시에 일정하게 그리고 약간 사전 부하가 주어진다. 이러한 방식으로, 상기 트랜스미션 장치(54)상의 상기 푸싱 장치(53)에 의하여 가해지는 최소 푸싱 작용은 상기 텐던(19)상의 트랙션 작용을 결정하며, 바람직스럽게는 상기 텐던 기단 부분(26)상의 트랙션 작용을 결정한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 탄성 장치(56)는 연성 스프링(soft spring)으로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 상기 접촉력은 상기 탄성 장치(56)에 의해 제공되는 바이어스 작용(76)에 더해진다. 일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)로부터 상기 트랜스미션 장치(54)로 전달되는 푸싱 작용(75)은 상기 텐션 요소(56)에 의해 제공되는 바이어스 작용(76)에 더해진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(56)는 상기 하나의 트랜스미션 장치(54)와 평행하게 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐션 요소(56)는 상기 트랜스미션 장치(54)를 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 편향시킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽(55)은 신장 가능한 살균 드레이프(sterile drape, 77)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽(55)은 살균 드레이프 삽입부(sterile drape insert, 73)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽 삽입부(73)는 상기 푸싱 장치(53)에 의해 가해지는 푸싱 작용(76)을 상기 트랜스미션 장치(54)로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 트랜스미션 장치로서 작용한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프는 신장 가능하고 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 단단한 동체이다. 이러한 방식으로 푸싱 작용(76)을 전달할 수 있어서 상기 푸싱 작용(76)이 감쇠(damp)되거나 감소(dim)되는 것을 회피한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 드레이프(77)와 연결되는 적어도 하나의 드레이프 부착 장치(drape attachment device)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 드레이프(77)의 일부를 개재(sandwich) 시킨다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 탈착 가능하게 관련된다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 적어도 하나의 살균 격벽(55)을 통하여 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 탈착 가능하게 관련된다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 적어도 하나의 살균 드레이프 삽입부(73)에 탈착 가능하게 관련된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 살균 드레이프 인서트(73)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 탈착 가능하게 관련된다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 텐던 기단 부분(26)을 선택적으로 편향시킨다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 트랜스미션 장치(54)가 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 장치(54)로 전달할 때, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 텐던 기단 부분(26)을 편향시킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 텐던 기단 부분(26)을 횡방향으로 강제하여, 상기 텐던의 상기 중간 부분상으로 트랙션 작용을 발생시킨다. 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 텐던(19)의 국부적인 길이 방향 전개를 횡단하는 방향으로 상기 텐던 기단 부분(26)을 밀어서, 상기 트랜스미션 장치(54)를 통하여 상기 푸싱 장치에 의해 상기 텐던에 가해지는 횡방향의 작용은 상기 텐던의 적어도 상기 중간 부분상으로 트랙션 작용을 발생시킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 텐던 기단부분(26)과 접촉된 풀리(pulley)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 풀리는 상기 트랜스미션 장치(54)와 피봇되게 관련된다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)는 단일의 부재이다. 바람직한 실시예에 따르면, "단일 부재"라는 용어는 상기 트랜스미션 요소(54)에서 그 어떤 자유도라도 회피됨을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 적어도 하나의 플런저(plunger, 54)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 커플링 장치는 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 플런저(54)를 제한한다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 프레임(52)에 피봇되게 연결된 적어도 하나의 레버(54)를 포함한다. 이러한 방식으로, 상기 레버는, 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54) 또는 레버(54)를 제한하는 커플링 장치(93)로서 작용한다.

바람직스럽게는, 상기 레버(54)는 지주 조인트(fulcrum joint, 90)에서 상기 프레임(52)에 피봇되게 연결된다.일 실시예에 따르면, 상기 지주 조인트(90)는 제 1 레버 아암(91) 및 제 2 레버 아암(92)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 레버 아암(91)은 상기 입력 부분(84)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 레버 아암(92)은 상기 텐던 접촉 부분(87)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 푸싱 장치(53)는 적어도 출력 부분(83)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)는 적어도 하나의 입력 부분(84)을 포함하며, 상기 출력 부분(83)은 직접 또는 간접적으로 상기 살균 드레이프 삽입부(73)를 통하여 상기 푸싱 작용(75)을 상기 입력 부분(84)으로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)의 상기 출력 부분(83)은 상기 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 입력 부분(84)으로 직접 전달한다. 바람직스럽게는, 상기 푸싱 장치(53)의 상기 출력 부분(83)은 전달 표면(85)을 포함하고, 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 입력 부분(84)은 전달 카운터 표면(transmitting counter surface, 86)을 포함하며, 상기 전달 표면(85)은 상기 전달 카운터 표면(86)에 대하여 선택적으로 놓여서 상기 푸싱 작용(75)을 상기 전달 카운터 표면(86)으로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)의 상기 출력 부분(83)은 상기 살균 격벽(55)을 통하여, 바람직스럽게는 상기 살균 드레이프 삽입부(73)를 통하여, 상기 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 입력 부분(84)으로 간접적으로 전달한다. 바람직스럽게는, 상기 푸싱 장치(53)의 상기 출력 부분(83)은 전달 표면(85)을 구비하고, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 전달 카운터 표면(transmitting counter surface, 86)을 구비하여, 상기 전달 표면(85)은 상기 전달 카운터 표면(86)에 대하여 선택적으로 놓여서 상기 푸싱 작용(75)을 상기 살균 드레이프 삽입부(73)의 상기 전달 카운터 표면(86)으로 전달한다. 바람직스럽게는, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 전달 표면(85)을 더 포함하고, 상기 트랜스미션 장치(54)는 전달 카운터 표면(86)을 더 포함하며,상기 전달 표면(85)은 상기 전달 카운터 표면(86)에 대하여 놓여서 상기 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 입력 부분(84)의 상기 전달 카운터 표면(86)으로 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전달 표면(85)과 적어도 하나의 전달 카운터 표면(86) 사이의 적어도 하나는 캠이다. 바람직스럽게는, 상기 적어도 하나의 전달 표면(85)과 적어도 하나의 전달 카운터 표면(86) 사이의 다른 하나는 푸싱 작용(75)을 전달하도록 상기 캠과 함께 작용하는 종동부(follower)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 다른 전달 표면(85)과 적어도 하나의 다른 전달 카운터 표면(86) 사이의 적어도 하나는 캠이다. 바람직스럽게는, 상기 적어도 하나의 다른 전달 표면(85)과 적어도 하나의 다른 전달 카운터 표면(86) 사이의 다른 하나는 푸싱 작용(75)을 전달하도록 상기 캠과 함께 작용하는 종동부이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전달 표면(85)과 적어도 하나의 전달 카운터 표면(86) 사이의 적어도 하나는 저마찰 재료, 바람직스럽게는 Teflon®으로 만들어진 작동 표면을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전달 표면(85)과 적어도 하나의 전달 카운터 표면(86) 사이의 적어도 하나는 금속, 바람직스럽게는 마찰을 감소시키도록 폴리싱(polishing)된 금속으로 만들어진 작동 표면을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 다른 전달 표면(85)과 적어도 하나의 다른 전달 카운터 표면(86) 사이의 적어도 하나는 저마찰 재료, 바람직스럽게는 Teflon®으로 만들어진 작동 표면을 포함한다. 상기 저마찰 재료 덕분에, 상기 전달 표면(85)은 마모 없이 상기 전달 카운터 표면(86)상으로 미끄러질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽은 살균 드레이프 인서트(sterile drape insert)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 폴리머 재료로, 바람직스럽게는, Teflon®으로 만들어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 탄성 장치(56)는 복수개의 탄성 브리지(elastic bridges, 89)를 포함하고,이것은 상기 프레임(52) 및 상기 트랜스미션 장치(54)와 함께 굴곡 메커니즘(flexural mechanism)을 형성한다. 이러한 방식으로, 상기 탄성 장치(56)는 상기 커플링 장치(93)로서 작용하여 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 탄성 장치(56)는 한쌍의 탄성 브리지(89)를 포함하여 상기 탄성 브리지들은 서로 평행하게 연장되어 상기 프레임(52) 및 상기 트랜스미션 장치(54)와 함께 굴곡 메커니즘을 형성한다. 바람직스럽게는, 상기 굴곡 메커니즘은 굴곡 평행사변형이다. 이러한 방식으로, 상기 적어도 하나의 탄성 장치(56)는 상기 커플링 장치로서 작용하여 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다. 바람직스럽게는, 상기 탄성 브리지(89)들의 쌍의 상기 탄성 브리지(89)들은 실질적으로 같은 길이를 가진다. 바람직스럽게는, 상기 탄성 브리지(89)들의 길이를 조절함으로써 선형 움직임의 단일 자유도를 변경할 수 있다.

바람직스럽게는, 상기 탄성 브리지(89)들은 상기 트랜스미션 장치(54)에 작용(76)을 가하도록 편향된다.

바람직스럽게는, 상기 탄성 브리지(89)들 각각은 판 스프링이다. 바람직스럽게는, 상기 탄성 브리지(89)들 각각은 스프링 강철로 제작된다.

일 실시예에 따르면, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 피봇 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다. 바람직스럽게는, 상기 피봇 움직임은 회전축(Z-Z)을 형성한다. 바람직스럽게는, 상기 피봇 움직임은 상기 회전축(Z-Z) 둘레에서 발생된다. 바람직스럽게는, 상기 회전축(Z-Z)은 상기 트랜스미션 장치(54)의 길이 방향 전개의 방향과 일치하거나 또는 그에 평행이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 캡스턴 장치(capstan device, 88)를 포함하여 상기 텐던 기단 부분(26)을 상기 텐던 접촉 부분(87) 둘레에 선택적으로 감는다. 바람직스럽게는, 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 캡스턴 장치(88)와 단일 부재이다. 일 실시예에 따르면, 상기 캡스턴 장치(88)는 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉하는 캠 부분을 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 텐던 종결부(tendon termination, 74)는 상기 캡스턴 장치(88)에 고정된다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 수술 기구(70)의 일부에 연결되도록, 바람직스럽게는 상기 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)의 일부에 연결되도록 프레임 부착 장치를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 적어도 푸싱 장치(53)와 연결되도록 적어도 하나의 제 1 회전 커플링 장치(79)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 1 회전 커플링 장치(79)는 상기 푸싱 장치(53)의 회전 결합 부분(80)을 수용하도록 적어도 결합 시트(coupling seat, 78)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 적어도 하나의 제 2 회전 커플링 장치(81)를 구비하여 상기 적어도 하나의 트랜스미션 요소(54)와 연결되고, 푸싱 작용(75)을 상기 트랜스미션 장치(54)에 전달한다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 연결되고 상기 트랜스미션 장치(54)와 단일 방향(unidirectional)으로 맞물려서 상기 푸싱 작용(75)을 전달한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 연결되어 상기 살균 격벽(55)과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 일방적인 맞물림(unilateral engagement)의 장치에 의하여 상기 푸싱 작용(75)을 전달한다. 즉, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 푸싱 장치(53)상에서의 그 어떤 당기는 작용이라도 전달하는 것을 회피한다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 선택적으로 그리고 일방으로(monolaterally) 상기 트랜스미션 장치(54)와 연결된다. 이러한 방식으로 이방향 트랜스미션(bilateral transmission)이 회피된다.

상기 트랜스미션 장치(54)에 일방으로(monolaterally) 연결된 상기 푸싱 장치(53)의 제공 덕분에, 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력 뿐만 아니라 푸싱 장치(53)의 스트로크(stroke)를 정확하게 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 직접 또는 간접적으로, 상기 살균 격벽(55)을 통하여, 그리고 해제 가능하게, 상기 트랜스미션 장치(54)에 대하여 놓인다. 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)로부터 선택적으로 탈착될 수 있는 방식으로, 상기 푸싱 장치(53)는 직접 또는 간접적으로, 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)에 연결된다. 이러한 방식으로, 상기 탄성 장치(56)의 바이어스 작용(bias action) 덕분에, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 트랜스미션 요소(54)로부터 선택적으로 탈착되면서, 상기 텐던(19)상의 사전 부하가 유지된다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽(55)과 선택적으로 연결되고 상기 살균 격벽(55)과 일방으로 맞물려서 상기 푸싱 작용(75)을 전달한다. 즉, 상기 살균 격벽(55)은 상기 푸싱 장치(53) 상의 그 어떤 당김 작용이라도 전달하는 것을 회피한다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 복수개의 상기 푸싱 요소(53)들을 포함하고 상기 수술 기구(70)는 복수개의 상기 전달 요소(54)들을 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 복수개의 푸싱 요소(53)들의 푸싱 요소(53)는 상기 복수개의 트랜스미션 요소(54)들중 하나의 트랜스미션 요소(54)에 선택적으로 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 복수개의 상기 푸싱 요소(53)들을 포함하고 상기 수술 기구(70)는 복수개의 상기 트랜스미션 요소(54)들을 포함하는데, 상기 복수개의 푸싱 요소(53)들중 각각의 푸싱 장치(53)는 상기 푸싱 작용(75)을 적어도 하나의 개별적인 트랜스미션 요소(54)상에 독립적으로 가한다. 즉, 상기 복수개의 푸싱 요소(53)들중 각각의 푸싱 요소(53)는 상기 복수개의 푸싱 요소(53)들의 그 어떤 다른 푸싱 요소(53)와도 독립적으로 움직일 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 적어도 제 2 푸싱 장치(153)를 포함하며, 이것은 적대 푸싱 장치(antagonist pushing device, 153)로서 작동한다. 바람직스럽게는, 상기 제 2 푸싱 장치 또는 적대 푸싱 장치(153)는 푸싱 장치(53)에 대하여 대향되게 작동한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 상기 적대 푸싱 장치(153)에 연결된 적어도 제 2 액튜에이터(25)를 더 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 적대 트랜스미션 장치(154)로서 작동하는 적어도 제 2 트랜스미션 장치(154)를 더 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 제 2 트랜스미션 장치(154)는 트랜스미션 장치(54)에 대하여 대향되게 작동한다. 바람직스럽게는, 상기 슬레이브 매니퓰레이터는 제 2 힘 센서(force sensor)를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 센서는 상기 적어도 하나의 적대 푸싱 장치(153)상의 접촉력을 검출한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 센서는 위치 감지 시스템(72)으로서 작용한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적대 텐던(antagonist tendon, 20)으로서 작동하는 적어도 제 2 텐던(20) 및, 상기 제 2 트랜스미션 장치(154)에 부착된 제 2 탄성 장치(156)를 포함하고, 상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 부착될 때마다 상기 적대 푸싱 장치(153)는 상기 적대 트랜스미션 장치(153)와 해제 가능하고 선택적으로 연결되어, 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 적대 트랜스미션 장치(154)로 푸싱 작용을 전달한다. 바람직스럽게는, 상기 제 2 텐던(20)은 상기 텐던(19)에 대하여 대향되게 작동한다.

바람직스럽게는, 상기 제 2 센서(72)는 상기 적대 푸싱 장치(153)와 상기 적대 트랜스미션 장치(154) 사이의 접촉력을 검출한다. 바람직스럽게는, 상기 적대 탄성 장치(156)는 상기 적대 푸싱 장치(153)로부터 멀어지게 상기 적대 트랜스미션 장치(154)를 바이어스(bias)시킴으로써, 트랙션 작용을 상기 적대 텐던(20)상에 가한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던(19) 및 상기 적대 텐던(20)은 링크(6;7;8;43)에 대향되는 움직임을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 적대 푸싱 장치(53,153)로서 작동하는 적어도 한쌍의 푸싱 장치(53,153)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적대 트랜스미션 장치(54,154)로서 작동하는 적어도 한쌍의 트랜스미션 장치(54,154)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적대 텐던(antagonist tendon, 19, 20)으로서 작동하는 적어도 한쌍의 텐던(19, 20)을 포함하여, 대향하는 움직임을 링크(6,7,8,43)에 제공한다. 바람직스럽게는, 상기 한쌍의 적대 푸싱 장치(53,153)의 각각의 푸싱 장치(53 또는 153)는 상기 한쌍의 적대 트랜스미션 장치(54,154)의 개별 트랜스미션 장치(54 또는 154)에 선택적으로 연결되어 푸싱 작용(75)을 개별의 트랜스미션 장치(54 또는 154)에 전달하는데, 이것은 대향하는 움직임을 링크(6,7,8,43)에 제공하도록 상기 한쌍의 적대 텐던(19,20)의 개별적인 텐던(19 또는 20)에 트랙션 작용을 가하기 위한 것이다.

일 실시예에 따르면, 상기 한쌍의 적대 푸싱 장치(53,153)가 상기 한쌍의 적대 트랜스미션 장치(54,154)에 독립적으로 그리고 해제 가능하게 연결되는 반면에, 상기 한쌍의 적대 텐던(19,20)들은 기계적인 평형 상태이고 사전 부하가 주어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 복수개의 푸싱 장치(53)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 복수개의 푸싱 장치들은 6 개의 푸싱 장치(53.1, 53.2, 53.3, 53.4, 53.5, 53.6)들의 정확한 개수이다. 바람직스럽게는, 상기 복수개의 푸싱 장치들은 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)상에 푸싱 작용을 가하도록, 바람직스럽게는 6 개의 개별적인 트랜스미션 요소들상에 푸싱 작용을 가하도록 지정된 6 개의 푸싱 요소(53.1, 53.2, 53.3, 53.4, 53.5, 53.6)들의 정확한 개수이다.

바람직스럽게는, 각각의 푸싱 장치(53)는 푸싱 축(p-p)을 따라서 작용한다.

바람직스럽게는, 상기 푸싱 축(p-p)은 직선이다.

일 실시예에 따르면, 예를 들어 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 푸싱 장치들은 6 개의 푸싱 요소(53.1, 53.2, 53.3, 53.4, 53.5, 53.6 )들의 정확한 수이고, 각각의 푸싱 요소는 상기 푸싱 축(p-p)을 따라서 개별의 살균 드레이프 삽입부(73)를 통하여 개별의 트랜스미션 요소(54)에 푸싱 작용을 가하도록 설계된다.

일 실시예에 따르면, 상기 푸싱 축(p-p)은 의료용 기구들의 샤프트의 샤프트(r-r)의 상기 길이 방향에 평행하다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 푸싱 요소(53.1, 53.2, 53.3, 53.4,53.5, 53.6)들은 길이 방향 축(z-z) 또는 모터 박스 축(z-z) 둘레에 대칭적으로 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 푸싱 요소(53.1, 53.2, 53.3, 53.4, 53.5, 53.6)들은 길이 방향 축(z-z) 또는 모터박스 축(z-z) 둘레에 배치되고, 상기 모터박스 축(z-z)에 직각인, 원주 방향 둘레를 따라서 등간격으로 이격된다.

일 실시예에 따르면, 상기 모터박스(69)는 모터 박스 축(z-z) 또는 모터박스(69)의 길이 방향 전개의 축을 형성한다.

바람직스럽게는, 상기 모터박스 축(z-z)은 롤 축(roll axis)으로서 작용한다. 즉, 상기 의료용 기구(70)는 상기 모터박스 축(z-z) 주위에서 구르도록 설계된다.

바람직한 실시예에 따르면, 각각의 푸싱 축(p-p)은 상기 모터 축(z-z)에 평행하다. 바람직스럽게는, 모든 상기 푸싱 축(p-p)은 상기 모터박스 축(z-z)으로부터 동등하게 이격된다.

일 실시예에 따르면, 샤프트의 상기 길이 방향 축(r-r)은 모터박스 축(z-z)의 연장과 일치하고, 그 역도 이루어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 살균 격벽(55)은 복수개의 상기 살균 드레이프 삽입부(73)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)는 상기 푸싱 축(p-p)과 일직선에 있는 선형 너트 스크류(linear nut screw)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)는 회전 모터를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 액튜에이터(25)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 일부인 액튜에이터 구획부(69)에 위치하며 이것은 상기 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 링크(6) 및 상기 제 2 링크(7)는 제 1 조인트(14)에서 결합되어 상기 제 1 링크(6)와 상기 제 2 링크(7) 사이에 자유도를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제 2 링크(7) 및 상기 제 3 링크(8)는 제 2 조인트(17)에서 결합되어 상기 제 2 링크(7)와 상기 제 3 링크(8) 사이에 자유도를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 텐던(19)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던(19)은 적어도 상기 제 2 링크(7)와 관련하여 제 3 링크(8)를 움직이기에 적절하다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 한쌍의 텐던(19,20)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 한쌍의 텐던(19,20)은 적어도 상기 제 2 링크(7)와 관련하여 상기 제 3 링크(8)를 움직이기에 적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 접합된 하위 조립체(5)는 상기 제 2 조인트(17)에서 적어도 상기 제 2 링크(8)에 관련된 다른 제 3 링크(43)를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)은, 상기 접합된 하위 조립체(5)에 배치되지 않은 적어도 액튜에이터(25)에 관련되기에 적절한 텐던 기단 부분(tendon proximal portion, 26), 상기 제 3 링크(8)에 고정된 텐던 말단 부분(tendon distal portion, 27) 및, 상기 텐던 기단 부분(26)과 상기 텐던 말단 부분(27) 사이에 연장된 텐던 중간 부분(28)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 한쌍의 텐던들은 동일한 링크에 고정된 텐던 말단 부분(27)들을 가지는데, 이는 하나의 텐던으로서 작동하기 위한 것이다. 즉, 단일의 텐던으로서 병렬로 작동하기 위하여 한쌍의 텐던들이 동일한 링크에 고정된다. 일 실시예에 따르면, 한쌍의 텐던들은 단일의 텐던으로서 병렬로 작동하기 위하여 텐던 말단 부분(27)들을 공유한다. 일 실시예에 따르면, 단일의 텐던으로서 작동하는 한쌍의 텐던들은 단일 부재이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던(19, 20, 21, 22)들은 단일 텐던으로서 작동하기에 적절한 텐던(19, 20)들의 제 1 쌍을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던(19,20,21,22)들은 단일 텐던으로서 작동하기에 적절한 텐던(21,22)들의 제 2 쌍을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 신장 가능한 드레이프(stretchable drape, 77)는 10 밀리미터와 같거나 그보다 낮은 미리 결정된 변위로써 상기 신장 가능 드레이프(77)의 주 표면에 실질적으로 직각인 방향에서 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 대하여 움직일 수 있다. 바람직스럽게는, 상기 신장 가능 드레이프(77)의 상기 주 표면은 상기 신장 가능 드레이프(77)에 걸친 박테리아 오염을 방지하기에 적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 신장 가능 드레이프(77)는 10 밀리미터와 같거나 또는 그보다 작은 미리 결정된 변위로써 신장 가능하다. 일 실시예에 따르면, 상기 신장 가능 드레이프(77)는 사용시에 상기 미리 결정된 변위로써 신장되기에 적절하다. 바람직스럽게는, 상기 신장 가능 드레이프(77)의 상기 주 표면은 상기 신장 가능 드레이프(77)에 걸친 박테리아 오염을 방지하기에 적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 신장 가능 드레이프(77)는 10 밀리미터와 같거나 그보다 작은 미리 결정된 변위로써 상기 신장 가능 드레이프(77)의 주 표면에 실질적으로 직각인 방향에서 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 대하여 움직일 수 있고 그리고/또는 신장 가능하다.

일 실시예에 따르면, 상기 신장 가능 드레이프(77)는 사용시에 상기 미리 결정된 변위로써 신장되기에 적절하다. 바람직스럽게는, 상기 신장 가능 드레이프(77)는 사용시에 탄성적으로 신장되기에 적절하여, 예를 들어 소정 변형과 같은 영구적인 변형을 회피한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)과 관련된 상기 트랜스미션 장치(54)의 변위 또는 스트로크(stroke)는, 상기 트랜스미션 장치(54)가 상기 푸싱 장치(53)에 의한 것일 때, 10 밀리미터와 같거나 또는 그보다 작다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 대한 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)의 선형 변위 또는 선형 스트로크는, 상기 트랜스미션 장치(54)가 상기 푸싱 장치(53)에 의한 것일 때, 10 밀리미터와 같거나 또는 그보다 작다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 대한 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)의 피봇 스트로크 또는 피봇 변위(pivotal displacement)는, 상기 트랜스미션 장치(54)가 상기 푸싱 장치(53)에 의한 것일 때, 10 밀리미터와 같거나 10 밀리미터 보다 작다. 바람직스럽게는, 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 트랜스미션 출력 부분으로서 작용한다.

일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 텐던(19)의 결정된 회수 길이(retrieved length)를 선택적으로 회수한다. 바람직스럽게는, 상기 결정된 회수 길이는 10 밀리미터와 같거나 그보다 작다. 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 텐던(19)의 결정된 해제 길이(released length)를 선택적으로 해제시킨다. 바람직스럽게는, 상기 결정된 해제 길이는 10 밀리미터와 같거나 그보다 작다.

일 실시예에 따르면, 상기 바이어스 작용(bias action, 76)은 0.1 뉴톤(Newton) 내지 5 뉴톤 사이에 포함되는 값을 가진다. 바람직스럽게는, 상기 바이어스 작용(76)은 0.1 뉴톤 내지 5.0 뉴톤의 범위에 포함되는 값을 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 바이어스 작용(76)은 상기 텐던의 파괴 하중(breaking load)의 10 % 와 같거나 그보다 적은 값을 가진다. 바람직스럽게는, 상기 바이어스 작용(76)은 상기 텐던 기단 부분(26)의 파괴 하중의 10 % 와 같거나 또는 그보다 적은 값을 가진다. 상기 바이어스 작용(76)은 상기 텐던 중간 부분(28)의 파괴 하중의 10 % 와 같거나 또는 그보다 적은 값을 가진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)은 텐던 안내 요소(94) 또는 텐던 복귀 요소(tendon return element, 94)상에서 경로를 가진다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 안내 요소(94)는 미끄럼 표면이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 안내 요소(94)는 볼 베어링이다. 바람직스럽게는, 상기 텐던 안내 요소(94)는 상기 프레임(52)에 부착되고 캔티레버(cantilevered)로 돌출하여 상기 텐던에 접촉한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 카운터표면(transmission countersurface, 86)은 평탄 표면이다. 바람직스럽게는, 상기 트랜스미션 카운터 표면(86)은 푸싱 장치(54)의 상기 트랜스미션 표면(85)에 대한 평탄 표면을 향한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)은 상기 트랜스미션 장치(54)상에 고정된다. 예를 들어, 상기 텐던 기단 부분은 상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)에 글루(glue) 접합되고, 예를 들어 상기 트랜스미션 장치(54)의 플런저(plunger)에 글루 접합된다. 바람직스럽게는, 각각의 텐던 기단 부분은 상기 트랜스미션 장치(54)의 각각의 플런저에 고정된다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 기단 부분(26)은 상기 트랜스미션 장치(54)상에 고정된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 부분(87)은 움직이고 있는 동안에 상기 트랜스미션 장치(54)에 대한 텐던 마모 및 마찰을 회피하는 돌출 표면(95)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 돌출 표면(95)은 상기 프레임(52)으로부터 돌출되어 상기 텐던에 접촉한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 커플링 장치(93)는 부쉬(bush) 또는 선형 베어링이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 베어링은 축의 선형 움직임에서 저마찰을 보장하면서 축으로부터 이탈된 힘(off axis force)에 의해 발생된 토션 모멘트(torsion moment)를 유지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 텐던 기단 부분(26)의 일부와 접촉된, 바람직스럽게는 돔 형상인, 적어도 하나의 돌출부(95)를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 텐던 기단 부분(26)은 돌출부(95)의 만곡 표면 둘레에서, 예를 들어 탄성 장치를 향하여 돌출된 만곡 표면 둘레에서 반전된다. 바람직스럽게는, 텐던 기단 부분(26)은 상기 텐던 접촉 부분(87)에 확고하게 부착된다. 바람직스럽게는, 상기 탄성 장치(56)는 상기 텐던 기단 부분을 반전시키는 탄성 장치를 향하여 돌출된 만곡 표면으로부터 멀어지게 상기 텐던 접촉 부분(87)을 편향시킨다.

일반적인 실시예에 따르면, 이전에 설명된 실시예들중 어느 하나에 따른 수술 기구(70)가 제공된다.

일반적인 실시예에 따르면, 이전에 설명된 실시예들중 어느 하나에 따른 적어도 슬레이브 매니퓰레이터(3) 및, 이전에 설명된 실시예들중 어느 하나에 따른 적어도 수술 기구(70)를 포함하는 슬레이브 조립체가 제공된다.

수술 기구(70)를 제어하는 방법에 대한 설명이 이어진다.

일반적인 실시예에 따르면, 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 부착된 수술 기구(70)를 제어하는 방법은 다음의 단계들에 따라서 수행된다.

(a) 액튜에이터 위치 증가 명령(actuator position increment command)을 계산 또는 수신한다;

(b) 상기 푸싱 장치(53)상의 접촉력 값을 상기 센서(71,72)로부터 검출하거나 또는 읽는다;

(c) 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉을 검출하도록 상기 접촉력 값을 힘 쓰레숄드(force threshold)와 비교한다;

(d) 만약 힘의 값이 상기 제 1 힘 쓰레숄드와 같거나 그보다 크면,

상기 액튜에이터 위치 증가 명령의 전진을 상기 액튜에이터(25)에 명령한다.

(e) 만약 상기 힘의 값이 제 1 힘 쓰레숄드 미만이라면,

상기 힘의 값이 상기 제 1 힘 쓰레숄드를 초과할 때까지 또는 최대 액튜에이터 위치 증가에 도달될 때까지 액튜에이터에 전진을 명령하고, 전체 액튜에이터 위치 보정을 저장한다.

바람직한 작동 방법에 따르면, 상기 단계(d) 및 단계(e)는 대안으로서 수행된다.

바람직한 작동 모드에 따르면, 상기 방법은 액튜에이터 위치에 대한 피드백(feedback)을 가지고 상기 액튜에이터의 작용을 제어할 수 있다.

바람직한 작동 모드에 따르면, 상기 방법은 미리 정의된 제 1 쓰레숄드 값에 대하여 상기 센서(71,72)에 의하여 검출된 접촉력 값을 평가하고, 다음 단계중 하나를 수행한다: 만약 검출된 힘의 값이 상기 제 1 힘의 쓰레숄드와 같거나 또는 그보다 높으면, 상기 액튜에이터(25)에게 상기 액튜에이터 위치 증가 명령의 전진을 명령하고; 또는 만약 상기 힘의 값이 제 1 힘 쓰레숄드 미만이라면, 상기 힘의 값이 상기 제 1 힘 쓰레숄드를 초과할 때까지 또는 최대 액튜에이터 위치 증가에 도달될 때까지 액튜에이터에 전진을 명령하고 전체 액튜에이터 위치 보정을 저장한다.

가능한 작동 모드에 따르면, 상기 단계(a) 내지 단계(c)들은 위에서 설명된 순서에 따라서 연속하여 수행된다. 가능한 작동 모드에 따르면, 상기 단계(c) 내지 단계(d)들은 위에서 설명된 순서에 따라서 연속하여 수행된다. 가능한 작동 모드에 따르면, 상기 단계(c) 내지 단계(e)들은 위에서 설명된 순서에 따라서 연속하여 수행된다.

작동 모드에 따르면, 수술 기구(70)를 제어하는 상기 방법은 다음의 추가 단계들중 적어도 하나를 포함하지만, 또한 전부를 포함한다.

(f) 액튜에이터(25)에 수축된 홈 위치(home position)로 움직이도록 명령한다;

(g) 초기 작동 위치를 저장한다;

(h) 수술 기구(70)를 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 부착한다.

(i) 상기 푸싱 장치(53)상의 힘의 값을 상기 센서(71,72)로부터 읽는다;

(j) 상기 푸싱 장치와 상기 트랜스미션 장치 사이의 접촉이 확립된 것을 나타내는, 제 1 힘 쓰레숄드 미만에 보조 힘의 값(aid force value)이 있는 동안 상기 액튜에이터(25)에 전진을 명령한다;

(k) 최종 액튜에이터 위치를 저장한다;

(l) 상기 최종 액튜에이터 위치와 상기 초기 액튜에이터 위치 사이의 차이를 포함하는 기구의 홈 위치를 계산한다;

바람직한 작동 모드에 따르면, 상기 단계(f)로부터 단계(l)까지는 모두 상기 단계(a) 이전에 수행된다.

바람직한 작동 모드에 따르면, 단계(f) 내지 단계(l)중 적어도 하나는 상기 단계(a) 이전에 수행된다.

가능한 작동 모드에 따르면, 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 부착된 이후에, 상기 슬레이브 매니퓰레이터의 액튜에이터는 상기 수술 기구(70)의 트랜스미션 요소와 접촉되어 위치됨으로써, 힘 쓰레숄드보다 큰 힘을 상기 트랜스미션 요소(54)에 가할 준비가 된다. 상기 방법에 따르면, 수술 기구가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착된 이후에, 액튜에이터는 트랜스미션 요소(54)의 위치와 독립적으로 트랜스미션 요소(54)와 접촉되어 위치된다.

상기 탄성 장치(56)와 상기 방법의 공동 작용은, 상기 방법에 따라서, 액튜에이터(25)가 트랜스미션 요소(54)와 접촉되어 위치됨으로써, 상기 텐던(19)에 트랙션을 가할 준비가 되는 것을 보장한다.

작동 모드에 따르면, 수술 기구(70)를 제어하는 상기 방법은 이전에 설명된 실시예들중 하나에 따라서 로봇 수술 조립체(1)를 제공하는 단계를 포함한다.

가능한 작동 모드에 따르면, 액튜에이터(25)는 상기 텐던(19)에서의 늘어짐 또는 신장에 응답하여 전체 액튜에이터 위치 보정으로 전진됨으로써, 상기 액튜에이터 장치(53)가 상기 트랜스미션 장치(54)와 접촉되도록 액튜에이터 위치 증가 명령은 항상 액튜에이터 위치로부터 시작되어 수행된다.

상기 방법 덕분에, 액튜에이터 위치 증가 명령은 텐던의 늘어짐 또는 신장에 기인한 그 어떤 움직임의 손실 없이도 관련된 조인트 움직임으로 이어진다.

작동 모드에 따르면, 상기 방법은 상기 접촉력이 검출될 때 푸싱 장치(53)의 위치에 관한 정보를 저장하는 다음 단계를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 단계는 상기 센서(72) 또는 상기 위치 감지 시스템(72)에 의해 수행된다.

작동 모드에 따르면, 상기 접촉력이 검출될 때, 상기 방법은 미리 정해진 기준 위치에 대한 푸싱 장치(53)의 위치를 결정하는 다음의 단계를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 단계는 상기 제어 유닛(4)에 의해 수행된다.

작동 모드에 따르면, 상기 방법은 상기 푸싱 장치(53)의 자유 스트로크(free stroke)의 길이를 결정하는 다음 단계를 포함한다.

작동 모드에 따르면, 상기 방법은 상기 접촉력이 검출될 때 미리 정해진 기준 위치에 대한 트랜스미션 장치(54)의 위치를 결정하는 다음의 단계를 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 단계는 상기 제어 유닛(4)에 의해 수행된다.

특히 적용 가능한 실시예들에서 분리되거나 또는 조합되어 제공되는, 위에 설명된 특징들에 의하여, 위에 개시된 대조적인 필요성을 때때로 충족시킬 수 있고, 상기 단점들을 얻을 수 있다. 특히:

-수술 기구의 소형화가 이루어진다;

-기구가 마스터-슬레이브 시스템으로부터 이탈될 때, 기구에 있는 텐던들은 양의 텐션(positive tension)을 유지하고 프리텐션 요소(pretensioning element)는 텐던에 있는 그 어떤 늘어짐이라도 취하는데, 왜냐하면 텐던에 있는 늘어짐은 텐던이 말단에서 연결된 말단 관절화 하위 조립체 부재들의 위치 재선정(repositioning)으로부터 결과될 수 있기 때문이다;

텐던 구동 시스템이 제공되며, 이것은 안내 부재들에 걸쳐서 텐던들을 제 위치에 유지하도록 케이블에 프리텐션을 채용함으로써, 텐던들을 포착하지 않는 안내 부재들에 걸쳐 텐던들의 경로를 허용하고 텐던에서의 늘어짐을 회피한다.

텐던에서의 늘어짐을 회피하는 텐던 구동 시스템이 제공되며 따라서 풀리, 핀, 링크 부재들과 같은 기계적인 트랜스미션 장치에 걸쳐 텐던의 경로를 허용하여 안정된 텐던 경로를 유지한다.

텐던에서의 늘어짐을 회피하는 텐던 구동 시스템이 제공되며 따라서 추가적인 마찰을 도입하는, 보우든 케이블(Bowden cable)과 같이, 외피들 안에서 텐던을 안내하는 것이 회피될 수 있다.

텐던에서의 늘어짐을 회피하는 텐던 구동 시스템이 제공되며 따라서 폴리머 텐던과 같이, 하중 텐션(load tension) 아래에서 신장되거나 또는 크리핑(creeping)되는 경향이 있는 텐던들을 사용할 수 있다.

텐던에서의 늘어짐을 회피하는 텐던 구동 시스템이 제공되며 따라서 텐던에서의 늘어짐을 집어 올리는 중간 작용을 필요로 하지 않으면서 말단의 관절화 조립체로 움직임을 즉각적으로 전달할 수 있다.

의료 기구와 마스터 슬레이브 시스템 사이의 살균 격벽을 제공하도록 적합화된 의료 기구 구동을 위한 마스터 슬레이브 시스템이 제공되며, 상기 살균 격벽은 살균 격벽에 걸친 오염을 잘 방지하도록 구멍 없는 연속적인 시트이다.

마스터 슬레이브 시스템의 액튜에이터로부터 상기 텐던으로 힘을 전달하도록 구성된 트랜스미션 장치를 포함하는 말단 관절화 하위 조립체를 포함하는 의료 기구의 텐던 구동 시스템이 제공되며, 상기 트랜스미션 장치는 살균 격벽을 통하여 상기 액튜에이터에 연결되도록 더 적합화된다.

예를 들어 탄성 요소와 같은 텐던 장력 요소(tendon tensioning element)를 포함하는 말단 관절화 하위 조립체를 포함하는 의료 기구의 텐던 구동 시스템이 제공되며, 이것은 마스터 슬레이브 시스템의 액튜에이터로부터 상기 텐던으로 힘을 전달하도록 구성된 트랜스미션 장치와 기계적으로 평행하다.

액튜에이터가 텐던상에 작용하지 않을 때만 텐션을 텐던에 제공하는 텐션 요소가 제공되는데, 이것은 액튜에이터로부터 텐던으로의 힘 트랜스미션 경로로부터 배제되고 액튜에이터는 텐던상에 작용한다.

액튜에이터로부터 텐던으로의 힘 트랜스미션 경로로부터 배제되고 다음에 액튜에이터가 텐던에 작용하는 텐션 요소를 제공함으로써, 액튜에이터로부터 텐던으로의 힘 트랜스미션 경로의 강성도(stiffness)는 텐션 요소의 개입 순응(intervening compliance)의 결과로서 감소되지 않는다.

액튜에이터로부터 텐던으로의 힘 트랜스미션 경로의 강성도(stiffness) 감소를 회피하는 것에 의하여, 경직된 구동 트레인으로써 말단의 관절화된 하위 조립체에서의 마찰 효과를 극복함으로써 말단의 관절화된 하위 조립체의 움직임에서 정밀도가 향상될 수 있다;

의료용 기구를 구동하기 위한 마스터 슬레이브 시스템에서, 액튜에이터와 단일방향으로(unidirectionally) 맞물리도록 적합화된 트랜스미션 장치가 제공된다;

유리하게는, 액튜에이터와 기구 트랜스미션 장치 사이의 그러한 단일방향 연결(unidirectional connection)은, 액튜에이터와 트랜스미션 장치 사이에 포착된 이완된 드레이프(loose drape)와 같이, 단순한 연속 살균 격벽을 채용할 수 있게 하여, 구멍들과 움직이는 부품들을 가진 살균 격벽의 사용을 회피시킨다;

유리하게는, 기구 트랜스미션 장치와 평행한 텐션 요소에 의한 기구 트랜스 미션 장치와 액튜에이터 사이의 단일 방향 연결의 협동은, 액튜에이터로부터의 즉각적인 작용을 필요로 하지 않으면서, 텐션 요소에 의하여 텐던에서의 늘어짐이 집어올려질 수 있게 하는 독특한 장점을 가지며, 따라서 액튜에이터의 제어 및 액튜에이터 응답 시간 요건(actuator response time requirements)을 단순화시킨다.

더욱이, 액튜에이터와 기구 트랜스미션 장치 사이의 단일 방향 연결에서 트랜스미션 장치는 액튜에이터와 이방향으로(bidrectionally) 연결되지 않는다; 즉 ,상기 트랜스미션 장치와 접촉하는 동안 제 1 방향으로 움직일 때 액튜에이터는 상기 트랜스미션 장치에 힘의 작용을 가하고, 상기 트랜스미션 장치와 접촉하는 동안 상기 제 1 방향에 대향하는 제 2 방향으로 움직일 때 상기 트랜스미션 장치상의 힘을 해제시킨다.

이방향 연결 장치(bidirectional connection device)의 결여시에, 상기 대향하는 제 2 방향에서 움직임으로써, 액튜에이터는 상기 트랜스미션 장치와의 접촉을 완전하게 해제시킬 수 있다;

더욱이, 이방향 연결의 결여 및, 상기 트랜스미션 장치와 평행한 상기 텐션 요소의 협동으로써, 상기 트랜스미션 장치는 상기 액튜에이터와의 접촉을 해제시켜서, 예를 들어 텐던들이 말단으로 연결된 말단의 관절화된 하위 조립체 부재들의 위치 재선정(reposistioning)으로부터 초래되는 늘어짐(slack)과 같은 텐던에서의 늘어짐을 집어올린다.

감지 시스템이 제공되며, 이것은 의료 기구에서의 트랜스미션 장치와 액튜에이터 사이에 살균 격벽을 가로질러 교환된 힘을 감지할 수 있고 액튜에이터의 움직임을 제어하는 마스터 슬레이브 시스템에 있는 프로세서로 텐던의 장력에 관한 힘의 정보를 송신한다.

액튜에이터의 움직임을 제어하는 프로세서와 텐던의 장력에 직접 관련된 정보를 수집하는 힘 감지 시스템의 협동(cooperation)은 프로세서가 액튜에이터에 즉각적인 작용을 명령할 수 있게 하여, 예를 들어 텐던들이 말단으로 연결된 말단의 관절화된 하위 조립체 요소들의 위치 재선정으로부터 초래된 늘어짐과 같은, 텐던에서의 늘어짐을 집어올린다.

당업자는 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서 위에서 설명된 실시예들에 대한 변형 및 적합화를 이룰 수 있고 우발적인 필요성을 충족시키기 위하여 구성 요소들을 기능적으로 등가인 다른 요소들과 대체할 수 있다.

1 로봇 마이크로 수술 조립체(Robotic microsurgery assembly)
2 마스터 툴(Master tool)
3 슬레이드 또는 슬레이브 매니퓰레이터(Slave or slave manipulator
4 제어 유닛(Control unit)
5 조인트된 하위 조립체(Jointed subassembly)
6 제 1 링크(First link)
7 제 2 링크(Second link)
8 제 3 링크(Third link)
14 제 1 조인트(First joint)
17 제 2 조인트(Second joint)
19 텐던(Tendon)
20 적대 텐던(Antagonist tendon)
21, 22 텐던들의 제 2 쌍(Second pair of tendons)
25 액튜에이터(Actuator)
26 텐던 기단 부분(Tendon proximal portion)
27 텐던 말단 부분(Tendon distal portion)
28 텐던 중간 부분(Tendon intermediate portion)
29 환자(Patient)
30 의사(Surgeon)
43 다른 제 3 링크(Furhter third link)
51 샤프트(Shaft )
52 프레임(Frame)
53 푸싱 장치(Pushing device )
53.1, 53.2, 53.3, 53.4, 53.5, 53,6 푸싱 장치의 푸싱 요소(pushing elements of the pushing device)
54 트랜스미션 장치(Transmission device )
55 살균 격벽(Sterile barrier)
56 탄성 장치 또는 탄성 장치(Elastic device or elastic device)
58 액튜에이터 구동 유닛(Actuator drive unit)
59 제 1 명령 신호(First command signal)
60 제 2 명령 신호(Second command signal)
61 튜브형 요소 연결(Tubular element connection)
69 모터 박스 또는 모터 구획부(Motor box or motor compartment)
70 의료 기구 또는 수술 기구 또는 기구(Medical Instrument or surgical instrument or instrument)
71 센서(Sensor)
72 위치 감지 시스템(Position sensing system)
73 살균 드레이프 삽입부(Sterile drape insert)
74 텐던 종결부(Tendon termination)
75 푸싱 작용(Pushing action)
76 바이어스 작용(Bias action)
77 살균 격벽의 신장 가능한 드레이프(Stretchable drape of the sterile barrier)
78 회전 결합 시트(Rotative couling seat)
79 제 1 회전 커플링 장치(First rotative coupling device)
80 회전 커프릴부분(Rotative coupling portion)
81 제 2 회전 결합 부분(Second rotative coupling portion)
83 푸싱 장치의 출력 부분(Output portion of the pushing device)
84 트랜스미션 장치의 입력 부분(Input portion of the transmission device)
85 전달 표면(Transmitting surface)
86 전달 카운터 표면(Transmitting countersurface)
87 텐던 접촉 부분(Tendon contacting portion)
88 캡스턴 부분(Capstan portion)
89 탄성 장치의 탄성 브리지 또는 굴곡 요소(Flexural element or elastic bridge of the elastic device)
90 지주 조인트(Fulcrum joint)
91 제 1 레버 아암(First lever arm)
92 제 2 레버 아암(Second lever arm)
93 커플링 장치(Coupling device)
94 텐던 복귀 요소 또는 텐던 안내 요소(Tendon return element or tendon guiding element)
95 돌출 표면(Protrusion surface)
153 적대 푸싱 장치(Antagonist pushing device)
154 적대 트랜스미션 장치(Antagonist transmission device)
156 적대 탄성 장치(Antagonist elastic device)
p-p 푸싱 방향 또는 푸싱 축(Pushing direction or pushing axis)
z-z 모터박스 축 또는 모터박스의 길이 방향 전개의 축(Motorbox axis or axis of longitudinal development of the motorbox)
Z-Z 회전축(Axis of rotation)
r-r 샤프트의 길이 방향(Longitudinal direction of the shaft)

Claims

슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator, 3)를 포함하는 로봇 수술 조립체(1)로서;
상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는:
액튜에이터(25);
상기 액튜에이터(25)에 연결된 적어도 하나의 푸싱 장치(53);
상기 푸싱 장치(53)상의 접촉력을 검출하는 적어도 하나의 센서(71, 72);
위치 감지 시스템;
살균 격벽(55);
상기 액튜에이터(25)를 제어하도록 상기 센서에 대한 정보를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제어 유닛(4);상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 의해 작동되고, 상기 살균 격벽(55)에 의해 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)로부터 분리되고 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 탈착 가능하게 부착되는, 수술 기구(70);를 포함하고,
상기 수술 기구(70)는:
프레임(52);
상기 프레임(52)에 대하여 조인트(14;17)에서 관절화된 링크(6; 7; 8; 43);
상기 액튜에이터(25)와 관련되고, 상기 링크(6; 7; 8; 43)에 고정된, 텐던 말단 부분(27) 및 텐던 기단 부분(26)을 가지는, 텐던(19)(tendon);
상기 텐던(19)상에 트랙션 작용(traction action)을 가하기 위하여, 상기 텐던 기단 부분(26)과 접촉된 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)로서, 상기 프레임(52)에 대한 움직임의 단일의 자유도를 가지도록 커플링 장치(93)에 의해 제한되는, 트랜스미션 장치(54);
상기 기구 프레임(52)과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 부착된 적어도 하나의 탄성 장치(56);를 더 포함하고;
상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터에 부착될 때마다:
상기 적어도 하나의 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 트랜스미션 장치(54)에 푸싱 작용을 전달하도록 상기 트랜스미션 장치(54)와 해제 가능하게 그리고 선택적으로 연결되고;
상기 적어도 하나의 센서(71,72)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 접촉력을 검출하고;
상기 적어도 하나의 탄성 장치(56)는 상기 텐던(19)상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)를 상기 푸싱 장치(53)로부터 멀어지게 편향(bias)시키는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는: 적대 푸싱 장치(antagonist pushing device,153)로서 작동하는 적어도 하나의 제 2 푸싱 장치(153); 상기 적대 푸싱 장치(153)에 연결된 적어도 제 2 액튜에이터(25); 적대 트랜스미션 장치(154)로서 작동하는 적어도 제 2 트랜스미션 장치(154); 제 2 힘 센서(72);를 포함하고,
상기 수술 기구(70)는 상기 제 2 트랜스미션 장치(154)에 부착된, 제 2 탄성 장치(156) 및 적대 텐던(20)들로서 작동하는 적어도 제 2 텐던(20)을 포함하고,
상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 부착될 때마다,
상기 적대 푸싱 장치(153)는 상기 살균 격벽(55)을 통하여 상기 적대 트랜스미션 장치(154)로 푸싱 작용을 전달하도록 상기 적대 트랜스미션 장치(153)와 해제 가능하게 그리고 선택적으로 연결되고; 그리고/또는
상기 제 2 센서(72)는 상기 적대 푸싱 장치(153)와 상기 적대 트랜스미션 장치(154) 사이의 접촉력을 검출하고, 그리고/또는,
상기 제 2 탄성 장치(156)는 상기 적대 텐던(20)상에 트랙션 작용을 가하기 위하여 상기 적대 트랜스미션 장치(154)를 상기 적대 푸싱 장치(153)로부터 멀어지게 편향(bias)시키고, 그리고/또는
상기 텐던(19) 및 상기 적대 텐던(20)은 링크(6; 7; 8; 43)에 대향하는 움직임을 제공하는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 푸싱 장치(53)는 상기 살균 격벽과 상기 트랜스미션 장치(54) 사이의 단일 방향 맞물림(unilateral engagement)의 장치에 의하여 상기 푸싱 작용(75)을 전달하도록 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)와 선택적으로 연결되는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 살균 격벽(55)은 신장 가능한 살균 드레이프(sterile drape, 77)를 포함하고, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 푸싱 작용(75)을 전달하도록 상기 트랜스미션 장치(54)에 연결될 때, 상기 신장 가능한 살균 드레이프(77)의 일부는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 포착(trap)되는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 살균 격벽(55)은 신장 가능한 살균 드레이프(77) 및, 상기 살균 드레이프(77)에 부착된 살균 드레이프 삽입부(73)를 포함하고, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 푸싱 작용(75)을 전달하도록 상기 트랜스미션 장치(54)에 연결될 때, 상기 살균 드레이프 삽입부(73)는 상기 푸싱 장치(53)와 상기 트랜스미션 장치(54) 사이에 포착되는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 선형 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)의 하나를 제한하고; 그리고/또는
상기 탄성 장치(56)는 축방향 스프링을 포함하는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)에 대한 피봇 움직임의 단일 자유도를 가지도록 상기 트랜스미션 장치(54)를 제한하고; 그리고/또는
상기 탄성 장치(56)는 토션 스프링(torsion spring)을 포함하는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 트랜스미션 장치(54)는:
캠 표면;
볼 베어링;
상기 프레임(52)에 피봇되게 연결된 레버(54);
플런저(54);
텐던 부착 표면;중 적어도 하나를 포함하는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 탄성 장치(56) 및/또는 상기 커플링 장치(93)는 상기 프레임(52)으로부터 상기 트랜스미션 장치(54)로 연장되는 복수개의 굴곡 요소(flexural elements, 89)를 포함하는, 로봇 수술 조립체(1).
제 4 항에 있어서, 상기 신장 가능한 살균 드레이프(77)는 10 밀리미터와 같거나 또는 10 밀리미터 미만의 미리 결정된 변위로 상기 신장 가능한 살균 드레이프의 주 표면에 실질적으로 직각인 방향으로 수술 기구(70)의 상기 프레임(52)에 대하여 움직일 수 있고 그리고/또는 신장될 수 있는, 로봇 수술 조립체(1).
제 1 항에 있어서, 상기 트랜스미션 장치(54)는 상기 텐던(19)의 중간 부분으로 트랙션 작용을 발생시키기 위하여 상기 텐던 기단 부분(26)을 횡방향으로 강제하고, 그리고/또는,
상기 트랜스미션 장치(54)의 상기 텐던 접촉 부분(87)은 상기 텐던(19)의 국부적인 길이 방향 전개에 횡단하는 방향으로 상기 텐던 기단 부분(26)을 밀어서, 상기 트랜스미션 장치(54)를 통해 상기 푸싱 장치에 의해 상기 텐던에 가해지는 횡방향의 작용은 상기 텐던(19)의 적어도 상기 중간 부분(28)상으로 트랙션 작용을 발생시키고, 그리고/또는,
상기 액튜에이터는 상기 텐던(19)에서의 늘어짐(slack) 또는 신장(stretch)에 응답하여 전체적인 액튜에이터 위치 보정으로 전진함으로써, 상기 푸싱 장치(53)가 상기 트랜스미션 장치(54)와 접촉하도록 액튜에이터 위치 증가 명령(actuator position increment command)은 액튜에이터 위치로부터 시작되어 항상 수행되는, 로봇 수술 조립체(1).
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