KR102545237B1

KR102545237B1 - 로봇 미세수술 조립체

Info

Publication number: KR102545237B1
Application number: KR1020197032986A
Authority: KR
Inventors: 마시밀리아노 시미; 주세페 마리아 프리스코
Original assignee: 메디컬 마이크로인스트루먼츠, 인코포레이티드
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2023-06-20
Also published as: BR112019021507A8; AU2018253443A1; JP2020512927A; CN110678143B; US20220226061A1; AU2018253443B2; EP3609427A1; CA3059677A1; KR20190139247A; BR112019021507A2; US11317981B2; IT201700041991A1; JP7231254B2; CN110678143A; US20210121259A1; WO2018189722A1

Abstract

슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3), 및 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 연결될 수 있으며 관절형 서브조립체(jointed subassembly)(5)를 포함하는 수술 기구(70)를 포함하는 로봇 수술 조립체(robotic surgical assembly)(1)로서, 상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)를 포함하며; 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7)는, 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 사이에 자유도를 제공하는 제1 조인트(14)에서 연관되며; 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8)는, 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8) 사이에 자유도를 제공하는 제2 조인트(17)에서 연관되며; 상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 텐던(tendon)(19)을 포함하며; 상기 텐던(19)은 상기 제3 링크(8)에 고정되는 텐던 원위 부분(27)을 포함하며; 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하고, 상기 텐던 접촉 표면(18)상에서 상기 텐던(19)은 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)상에 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)을 형성하며; 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(winding angle)(α+β)를 형성하며; 상기 관절형 서브조립체(5)의 적어도 하나의 배치형태에서, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 120도 이상이다.

Description

로봇 미세수술 조립체

본 발명의 대상은 로봇 수술 조립체(robotic surgical assembly)이다.

특히, 본 발명은 로봇 미세수술 조립체에 관한 것이다.

본 발명은 마스터 툴 매니퓰레이터(master tool manipulator)와 수술 기구를 포함하는 유형의 로봇 미세수술 조립체에 관한 것이다.

본 발명은 또한 수술 기구뿐만 아니라 슬레이브 조립체(slave assembly)에 관한 것이다.

수술 기구들에 의해 종결되는 다중-조인트 로봇 아암들을 포함하는 수술 또는 미세수술을 위한 로봇 조립체는 본 기술 분야에 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 US-7155316호는 MRI-기반 이미지 획득 시스템과 두 개의 다중-조인트 아암들을 포함하는, MRI(Magnetic Resonance Imaging) 유도하에 뇌 미세수술을 수행하기 위한 로봇 조립체를 개시하고 있으며, 두 개의 다중-조인트 아암들 각각은 (상기 문헌 US-7155316의 도 7의 예에 도시된 바와 같이) 직접적인 중력 하중을 피하기 위해 수직축들에 의한 세 개의 회전 조인트들을 가지며, 각각 파지(gripping)를 위한 동작의 내부 자유도가 부여된 각개의 엔드-이펙터(end-effector)에 연결된다.

조직 긴장(tissue tensioning)과 연결 봉합(anastomotic suturing)과 같은 주된 수술 기초 요소들의 실행은, 수술 기구 팁을 방향들의 넓은 공간적 원뿔 내로 지향시킬 수 있으며 기구를 길이 방향 축 둘레로 회전(롤(roll))시킬 수 있는 능력, 예를 들어 사람의 손이 손목과 팔꿈치에 연결된 것과 유사한 방식으로 바늘 홀더 기구의 팁에 의해 바늘이 조직을 관통하도록 안내하는 능력을 요구한다는 것도 주목할 만 하다.

수술 기구의 소형화를 간단하게 하기 위해, 상기 특허문헌 WO-2010-009221호는, 다수의 기어들을 포함하는 운동학적 메카니즘 덕분에, 요 링크(yaw link)에서 종결된 케이블들이 피치 링크(pitch ling)에 적용하며(인용 문헌의 도 4A 참조) 이러한 케이블들을 선택적으로 당기거나 릴리즈하는 것을 요구하는 토크를 작동시키기 위해 이용하는, 세 개의 자유도들에 연관된, 작동 텐던 종결부들(actuation tendon terminations)의 수를 여섯 개로부터 네 개까지 감소시키는 유리한 기회를 시사하고 있다. 더욱이, 서술된 구동 시스템은 끌어당김을 유도하는 텐던을 선택적으로 감는 윈치에 작동 텐던의 각 단부가 부착될 것을 요구한다. 악명 높게 공전(lost motion)을 겪는 상기 윈치 및 톱니와 같은 기계적 측면들의 존재는 소형 관절을 구동시키는데 어려움을 발생시키는데, 그 이유는 구동 시스템 내의 공전은 조인트에서 각도 공차(angular play)로 나타나고, 이는 관절 장치가 더 작아짐에 따라 증가하기 때문이다. 상기 구동 시스템은 또한 마찰과 마모를 제한하기 위해 작동 케이블들에 낮은 예하중(preload)을 유지하기에 적합하지 않다.

또한, 텐던 종결부를 위해 서술된 해법들은 몇몇의 섹션들에서 텐던을 잡도록(trap) 의도된 구불구불한 경로들을 포함한다. 이러한 해법들은 이러한 트래핑(trapping)을 견뎌내기 위해 충분한 저항력이 있는 케이블들, 예를 들어 강철 케이블 또는 그 외에 요구되는 것보다 더 큰 직경을 가진 케이블의 사용을 요구한다.

텐던의 근위 부분, 예컨대 구조 부재 또는 링크에 접촉하는 동일한 텐던의 중간 부분보다 근위에서 연장된 근위 부분 내의 근위 장력(tension)과, 상기 구조 부재에 접촉하는 상기 텐던의 중간 부분 내의 장력은, 텐던이 끌어 당겨질 때마다, 캡스턴 방정식(capstan equation)에 관련된다. 텐던이 끌어 당겨지고 포지티브(positive)로 정의되면, 텐던 재료와 구조 부재 재료 사이의 미끄럼 마찰계수와 텐던과 구조 부재 사이의 감김 각도(winding angle)의 곱에 기하급수적으로 관련되는 팩터(factor)에 의해 텐던과 구조 부재 표면 사이의 미끄럼 마찰의 결과로서 상기 구조 부재 또는 링크를 가로지른 후 상기 텐던 내의 장력은 감소한다.

캡스턴 방정식은 전체 감김 각도를 따라서 적분될 수 있는 미분 형식에서도 유효하다. 그래서, 캡스턴 방정식은 감김 각도를 위해 구조 부재와의 접촉의 결과로서 텐던 방향의 전체 변화를 사용함으로써 임의적인 형상의 감는 표면을 위해서도 유효하다. 텐던과 구조 부재 사이에 접촉하는 임의의 뾰족한 지점에 캡스턴 방정식에 의해 설명되지 않는 상당한 추가적인 미끄럼 마찰이 존재하며, 이는 마찰을 최소화하기 위해 방지되어야 한다.

다수의 손목(wrist) 디자인들은 모두, WO-2014-151952호와 US-6676684호에서와 같이, 텐던이 링크의 둘레를 따라가도록 하기 위해 아이들 풀리를 이용함으로써 텐던의 미끄럼 마찰을 방지한다. 이들의 소형화는 상기 아이들 풀리의 실현 가능한 최소 직경에 의해 제한된다.

구체적으로, US-6676684호는 링크에 회전 가능하게 연결된 아이들 풀리(참조번호 68) 둘레에 감긴, 링크들을 작동시키기 위한 작동 케이블들을 보여준다. 따라서, 작동 케이블들은 각개의 풀리의 표면들 상으로 슬라이딩하는 것이 방지되며, 대신에 풀리가 회전하고 각개의 작동 케이블이 풀리 표면에 대하여 국부적으로 정지된다. 더욱이, 원위 링크는 둥근 종결 표면(참조번호 58.6)을 포함하며, 원위 링크를 움직이기 위해 종결 표면 둘레에 작동 케이블이 감기고 단단하게 고정된다.

US-6840938호는 3링크 손목 조립체와 제3 링크에서 종결되는 요 케이블(yaw cable)을 보여주며, 요 케이블은 제1 링크와 제2 링크에 회전 가능하게 연결된 아이들 풀리들에 의해 라우팅되고 각개의 풀리의 표면상으로 슬라이딩하는 것이 방지되며, 대신에 풀리가 회전하고 각개의 작동 케이블이 풀리 표면에 대하여 국부적으로 정지된다. 다시 말해서, 요 케이블은 임의의 슬라이딩 접촉 표면들에서 제1 링크와 제2 링크에 접촉하는 것을 피한다.

다른 유사한 예들은 특허문헌 US-2002-120252호에 개시되어 있으며, 여기서 작동 케이블은 링크로 움직임을 전달하기 위해 각개의 링크에 회전 가능하게 연결된 풀리 둘레에 고정되고 감기며, 링크에 대하여 정지될 것을 요구하는 작동 케이블의 종결부는 움직이게 될 링크에 단단하게 고정된다.

예를 들어, US-2015-0127045호 WO-03-001986호, WO-2010-009221호, US-2017-0020615호(도 5B) 및 US-2016-0051274호에 개시된 바와 같이, 손목 서브조립체를 소형화하기 위한 노력에 있어서, 많은 손목 디자인들은 더 원위의 링크들을 움직이기 위해 중간 링크들의 구조체들에 접촉하며 슬라이딩하는 텐던들을 가진다.

이러한 경우들 모두에서, 설계자는 링크들의 구조체 위의 텐던 감김 또는 둘러싼 각도를 최소화함으로써 미끄럼 마찰을 가능한 한 최소로 제한하는 것을 확실히 한다. 구체적으로, 이러한 모든 디자인들에서, 텐던들은 링크의 구조체를 관통하는 길이방향 구멍들 또는 채널들을 따라서 라우팅된다. 그 결과로서, 위의 디자인에서, 손목이 직선 배치형태인 때, 텐던들은 중간 링크들의 구조체들 상에서 실제로 0도의 감김 각도를 가지며, 반면에, 손목이 90도 가까이의 각도로 굽혀진 때에는, 가장 원위의 링크에 부착된 텐던들의 전체 감김 각도는 90도에 가깝다.

링크의 구조체 내에 구멍들 또는 안내 채널들을 형성하고 상기 구멍들 또는 안내 채널들 내에 상기 텐던들을 공급하기 위해 불가피한 요구들은 이러한 디자인들의 소형화에 심각한 제한을 나타낸다. 이러한 구멍들의 본질적인 역할은 텐던을 손목 서브조립체 가까이에 머물도록 구속하는 데 있다는 것이 주목된다. 실제로, 손목 서브조립체가 상이한 배치형태를 가짐에 따라, 텐던은 텐던을 완전히 둘러싸야 하는 구멍들의 표면의 상이한 측면들에 의해 구속된다. 다시 말해서, 언급된 모든 문헌들에서, 구멍들을 통한 텐던들의 라우팅은 디자인의 본질적인 특징이다.

US-2003-0135204호에 개시된 바와 같은 많은 손목 디자인들은, 아이들 풀리들과 중간 링크의 구조체 내에 구멍들 또는 안내 채널들 둘 다의 사용을 피한다. 상기 디자인은, 텐던들이 가장 원위의 링크들에 도달하도록 안내하기 위해, 텐던들이 슬라이딩하는 실린더형 돌기들을 채용한다. 이러한 텐던들이 링크 구조체상에 감긴 각도는 여전히 최소로 유지되며, 손목이 직선 배치형태인 때, 감김 각도는 도면들로부터 대략 10도로 추정될 수 있다. 상기 디자인은, (요 운동에 의해) 원위의 링크들이 굽혀진 때, 텐던들이 링크 부재들의 직경 내에 머물도록 구속하기 위해, 베이스 링크의 구조체 내에 여전히 구멍들을 사용한다. 몸체의 베이스(제1) 링크의 구조체 내에 구멍들의 형성은 소형화를 제한하는 팩터로 남아 있다.

이런 이유로, 의료 기구를 위해, 사용시 저항력 또는 신뢰성을 양보하지 않고서 극단적 소형화에 적합하도록 하는 특성들을 가진 텐던 또는 작동 케이블을 제공할 필요가 있다.

또한, 의료 기구를 위해, 알려진 해법들에 대하여 마찰 면에서 개선된 성능을 가지며 상기 기구의 적어도 일부분에 걸쳐 미끄러지기에 적합한 텐던을 제공할 필요가 있다.

또한, 오로지 그 종점들(endpoints)에 적용되는 인장 하중하에서 작동하도록 의도된 슬레이브 수술 기구를 위해, 텐던의 저항력을 약화시킬 수도 있는 텐던의 경로의 편향(deflection)을 초래하는 해법들을 포함하지 않는 텐던을 제공할 필요가 있다.

텐던과 상기 텐던이 미끄러지는 표면 사이의 마찰을 감소시킬 필요가 있으며, 동시에 로봇 수술을 위한 수술 기구를 소형화할 필요가 있다.

여기서 설명되는 본 발명의 범위는 위에서 설명된 바와 같은 알려진 해법들의 제한들을 극복하며, 현재 기술 수준과 관련하여 언급된 필요성에 대한 해법을 제공하는 것이다.

이러한 범위 및 다른 범위들은 청구항 제1항에 따른 로봇 수술 조립체에 의해 달성된다.

몇몇의 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.

본 발명의 추가적인 특징들과 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하면서, 예들로서 주어지며 제한하는 것으로 의도되지 않은 바람직한 실시예들의 아래의 설명으로부터 드러날 것이다.
- 도 1은 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 사시도로서, 여기서 스케치는 환자와 외과 의사를 묘사하며;
- 도 2는 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 사시도로서, 여기서 스케치는 환자를 묘사하며;
- 도 3a는 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 블록도이며;
- 도 3b는 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 블록도이며;
- 도 3c는 실시예에 따른 로봇 수술 조립체의 블록도이며;
- 도 4는 실시예에 따른, 수술 기구에 연결된 슬레이브 매니퓰레이터의 부분 사시도이며;
- 도 5는 실시예에 따른, 수술 기구에 연결된 슬레이브 매니퓰레이터의 부분 평면도이며;
- 도 6은 실시예에 따른, 수술 기구로부터 분리된 슬레이브 매니퓰레이터의 부분 사시도이며;
- 도 7은 실시예에 따른, 수술 기구와 슬레이브 매니퓰레이터의 부분 단면을 묘사한 스케치이며;
- 도 8은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도로서, 몇몇 부분들은 명료성을 위해 단면 처리되어 있으며;
- 도 9는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 10은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 11은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 부분 사시도이며;
- 도 12는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 13a는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 13b는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 14는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 15는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 16은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도로서, 텐던들은 도시되지 않으며;
- 도 17은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 부분 평면도로서, 여기에는 텐던들이 도시되며;
- 도 18은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 19는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 20은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 21은 도 20에 묘사된 관절형 서브조립체의 분해도로서, 텐던들과 핀들은 명료성을 위해 도시되지 않으며;
- 도 22는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 조인트의 사시도이며;
- 도 23은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 조인트의 사시도이며;
- 도 24는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 25는 도 24에 도시된 관절형 서브조립체의 부분 사시도로서, 텐던들은 명료성을 위해 도시되지 않으며;
- 도 26은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도이며;
- 도 27은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 세 개의 배치형태를 보여주는 관절형 서브조립체의 평면도이며;
- 도 28은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 세 개의 배치형태를 보여주는 관절형 서브조립체의 평면도이며;
- 도 29는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 세 개의 배치형태를 보여주는 관절형 서브조립체의 평면도이며;
- 도 30, 31 및 32는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 사시도들이며;
- 도 33은 실시예에 따른, 링크와 텐던의 부분의 사시도이며;
- 도 34는 도 33에 도시된 링크와 텐던의 사시로로서, 도 33의 화살표(XXXIV)로 표시된 관점으로부터 묘사되며;
- 도 35는 실시예에 따른, 링크의 사시도이며;
- 도 36과 37은 몇몇 실시예들에 따른, 명료성을 위해 투명한 부분들을 가진 관절형 서브조립체와 적어도 하나의 텐던을 보여주는 평면도들이며;
- 도 38과 39는 몇몇 실시예들에 따른, 명료성을 위해 투명한 부분들을 가진 관절형 서브조립체와 텐던을 보여주는 평면도들이며;
- 도 40과 41은 몇몇 실시예들에 따른, 명료성을 위해 투명한 부분들을 가진 관절형 서브조립체와 적어도 하나의 텐던을 보여주는 평면도들이며;
- 도 42는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 배치형태를 보여주는 평면도로서, 여기서 텐던은 전체 감김 각도를 형성하며;
- 도 43은 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 배치형태를 보여주는 평면도로서, 여기서 텐던은 전체 감김 각도를 형성하며;
- 도 44는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 배치형태를 보여주는 평면도로서, 여기서 텐던은 전체 감김 각도를 형성하며;
- 도 45는 실시예에 따른, 관절형 서브조립체의 배치형태를 보여주는 평면도로서, 여기서 텐던은 전체 감김 각도를 형성하며;
- 도 46은 실시예에 따른, 링크의 단면을 보여주는 스케치로서, 여기서 텐던은 국부 감김 각도를 형성하며;
- 도 47은 실시예에 따른, 링크의 단면을 보여주는 스케치로서, 여기서 텐던은 국부 감김 각도를 형성한다.

전반적인 실시예에 따르면, 로봇 수술 조립체(robotic surgical assembly)(1)는 슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3), 및 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 연결될 수 있는 수술 기구(surgical instrument)(70)를 포함한다.

상기 수술 기구(70)는 관절형 서브조립체(jointed subassembly)(5)를 포함한다.

상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 로봇 미세수술 조립체(1)는, 수동 명령(manual command)을 감지하기에 적합한 마스터 툴(master tool)(2), 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(3)와 적어도 하나의 수술 기구(70), 및 적어도 하나의 제어 유닛(4)을 포함하며, 상기 제어 유닛(4)은 상기 수동 명령에 관한 정보를 포함하는 적어도 제1 명령 신호(59)를 수신하고, 상기 수술 기구(70)를 제어하기 위해 제2 명령 신호(60)를 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3) 내의 적어도 하나의 액추에이터(25)로 전송하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 슬레이브 수술 기구(70)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 의료 기구(70)이다.

상기 수술 기구(70)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)를 포함하는 관절형 서브조립체(5)를 포함한다.

상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7)는 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 사이에 자유도를 제공하는 제1 조인트(14)에서 연관된다.

상기 제2 링크(7)와 제3 링크(7)는 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이에 자유도를 제공하는 제2 조인트(17)에서 연관된다.

상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 하나의 텐던(tendon)(19)을 포함한다.

상기 적어도 하나의 텐던(19)은 적어도 상기 제2 링크(7)에 대해 상기 제3 링크(8)를 움직이기에 적합하다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(7)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 한 쌍의 텐던들(19, 20)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 텐던들(19, 20)은 적어도 상기 제2 링크(7)에 대해 상기 제3 링크(8)를 움직이기에 적합하다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)은, 바람직하게는 상기 관절형 서브조립체(5) 내에 배치되지 않은 적어도 하나의 액추에이터(25)에 연관되기에 적합한 텐던 근위 부분(26), 상기 제3 링크(8)에 고정되는 텐던 원위 부분(27), 및 상기 텐던 근위 부분(26)과 텐던 원위 부분(27) 사이에 연장된 텐던 중간 부분(28)을 포함한다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)는 상기 관절형 서브조립체(5)에 대해 상류에 배치된 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 액추에이터 구획실(compartment)(69) 부분 내에 배치된다.

상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하며, 상기 텐던 접촉 표면(18)상에 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)상에 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)을 형성한다. 이와 같이, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 텐던 슬라이딩 표면(66)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 어느 하나의 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 뾰족한 에지들을 가지지 않은 표면 프로파일을 가진 평활한 표면이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 어느 하나의 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 뾰족한 에지들을 가지지 않은 표면 프로파일을 가진 평활한 표면이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 어느 하나의 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 텐던 슬라이딩 표면(66)이며, 상기 텐던(19)은 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)상에서 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 접촉을 유지하면서 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)과 국부적인 상대 운동(relative motion)을 가지며 슬라이딩한다. 다시 말해서, 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분이 슬라이딩하는 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 텐던 슬라이딩 표면(66)이다. 다시 말해서, 일 실시예에 따르면, 관절형 장치 배치형태가 제1 배치형태로부터 제2 배치형태로 변할 때, 국부적인 상대적 슬라이딩 운동은 상기 텐던과 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18) 사이에서 일어난다. 다시 말해서, 일 실시예에 따르면, 관절형 장치의 움직임 중에 국부적인 미끄럼 마찰력은 상기 텐던과 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18) 사이에서 발생된다.

일 실시예에 따르면, "슬라이드"와 "슬라이딩"이란 용어들은 둘 다 국부적인 상대적 슬라이딩 운동을 가지는 접촉을 지칭한다. 일 실시예에 따르면, "슬라이드"와 "슬라이딩"이란 용어들은 둘 다 국부적 미끄럼 마찰력을 발생시키는 접촉을 지칭한다. 일 실시예에 따르면, "슬라이드"와 "슬라이딩"이란 용어들은 둘 다, 텐던과 아이들 풀리 사이의 접촉 및 텐던과 상기 텐던이 종결되고 감기는 표면 사이의 접촉과 같은 국부적인 상대적 슬라이딩 운동이 없는 접촉을 지칭하는 것을 피한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 어느 하나의 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 텐던 슬라이딩 표면(66)이며, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)상에서 상기 텐던(19)은 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)과 접촉을 유지하면서 슬라이딩한다. 다시 말해서, 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분이 슬라이딩하는 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 텐던 슬라이딩 표면(66)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하며, 상기 텐던은 상기 제3 링크(8)의 상기 텐던 접촉 표면(18)상에서 슬라이딩하지 않도록 상기 텐던 접촉 표면(18)상에 접촉된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 원위 부분(27)은 텐던 접촉 표면(18)상에서 슬라이딩하기에 부적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 경로(65)는 주된 길이방향 연장을 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 경로(65)는 텐던(19)이 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)상에 형성하는 자국(imprint)이다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65) 각각은 연속적인 경로이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던(19)과 텐던 슬라이딩 표면(66)은 국부적인 상대 운동의 결과로서 국부적인 마찰력들을 교환한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)상에서 그 길이방향 전개(T-T) 방향, 또는 텐던 길이방향 경로(T-T)를 따라서 또는 평행하게 슬라이딩한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)상에서 텐던 길이방향 경로(T-T)에 횡단하는 방향으로 슬라이딩하는 것이 방지된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)는 시간에 걸쳐 변하지 않는다. 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)은 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)의 부분에 일치하거나 평행하다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬라이딩 경로(65)는 근위 또는 초기 슬라이딩 경로 단부와, 원위 또는 최종 슬라이딩 경로 단부를 포함하며, 상기 초기 슬라이딩 경로 단부는 상기 초기 슬라이딩 경로 단부 바로 전의 초기 텐던 경로 방향에 의해 특징지어지고, 상기 최종 슬라이딩 경로 단부는 상기 최종 슬라이딩 경로 단부 바로 후의 최종 텐던 경로 방향에 의해 특징지어진다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 중 적어도 하나에 의해 편향된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 중 적어도 하나에 의해 초기 텐던 경로 방향으로부터 최종 텐던 경로 방향으로 편향된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분은 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 중 적어도 하나에 의해 텐던 편향 각도(tendon deflection angle)로 편향된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 편향 각도는 상기 초기 텐던 경로 방향과 최종 텐던 경로 방향 사이의 각도로서 측정된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분은 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 중 적어도 하나에 의해 하나 이상의 텐던 편향 각도들로 편향된다. 일 실시예에 따르면, 전체 편향 각도는 상기 텐던 편향 각도들 모두의 합이다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)의 적어도 하나의 배치형태에서, 상기 전체 편향 각도(α+β)는 120도 이상이다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)의 직선 배치형태는 관절 운동의 범위의 중심에 상기 링크(2 및 3)를 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)의 직선 배치형태에서, 상기 전체 편향 각도(α+β)는 90도 이상이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 전체 텐던 편향 각도(α+β)는 상기 전체 감김 각도(total winding angle)(α+β)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 길이방향 경로(T-T)는 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 어느 하나의 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)에 접한다(tangent). 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 길이방향 경로(T-T)는 상기 최종 슬라이딩 경로 단부에서 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 어느 하나의 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)에 접한다(tangent). 바람직한 실시예에 따르면, 모든 관절형 조립체 배치형태를 위해, 상기 적어도 하나의 텐던 길이방향 경로(T-T)는 각이 없는 매끄럽고 연속적인 곡선이다.

유리하게는, 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7)의 모든 텐던 슬라이딩 표면들(66)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)를 형성한다.

바람직한 실시예에 따르면, 모든 텐던 슬라이딩 표면들(66)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 모든 텐던 슬라이딩 표면들(66)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)를 지나간다(sweep). 일 실시예에 따르면, 모든 텐던 슬라이딩 표면들(66)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)에 의해 커버된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(7)와 제2 링크(8) 사이의 하나의 링크의 텐던 슬라이딩 표면(66)의 단일 슬라이딩 경로는 국부적인 감김 각도(α 또는 β)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 국부적인 감김 각도들 모두의 합은 상기 전체 감김 각도(α+β)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(7)와 제2 링크(8) 사이의 하나의 링크의 텐던 슬라이딩 표면(66)의 단일 슬라이딩 경로(65)는 제1 국부적 감김 각도(α)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(7)와 제2 링크(8) 사이의 하나의 링크의 텐던 접촉 표면(18)의 단일 슬라이딩 경로(65)는 제2 국부적 감김 각도(β)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 감김 각도와 상기 전체 감김 각도는 상기 제1 링크(7)와 제2 링크(8) 사이의 적어도 하나의 링크와 상기 텐던 사이에 국부적 미끄럼 마찰력을 발생시키는 접촉을 말한다. 일 실시예에 따르면, 상기 감김 각도와 전체 감김 각도는 상기 제1 링크(7)와 제2 링크(8) 사이의 적어도 하나의 링크와 상기 텐던 사이에 국부적 미끄럼 마찰력을 발생시키는 접촉을 말하며, 이는 감김 각도와 함께 증가한다.

유리하게는, 상기 관절형 서브조립체(5)의 적어도 하나의 배치형태에서, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 120도 이상이다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)가 직선 배치형태인 때, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 90도 이상이다.

일 실시예에 따르면, "배치형태(configuration)"라는 용어는 상기 관절형 서브조립체(5)의 공간적 기하구조적 배치를 가리킨다. 일 실시예에 따르면, "배치형태(configuration)"라는 용어는 상기 관절형 서브조립체(5)를 형성하는 링크들(6, 7, 8)의 상대적인 공간적 배치와 방향을 가리킨다. 일 실시예에 따르면, "직선 배치형태(straight configuration)"이라는 용어는 상기 관절형 서브조립체(5)에 의해 형성된 연쇄(kinematic chain)가 실질적으로 접혀지지 않고 및/또는 최대의 신장으로 연장된 것을 지칭한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 사이의 하나는 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면들(18)을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면들(18)상에서 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 적어도 두 개의 텐던 슬라이딩 표면(66) 둘 다와 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 상기 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면들(18)상에 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로(65)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(7)는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면들(18)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면들(18)상에서 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)과 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)상에 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로(65)를 형성한다. 상기 제2 링크(8)는 적어도 하나의 추가 텐던 접촉 표면들(18)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가 텐던 접촉 표면들(18)상에서 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 적어도 하나의 추가 텐던 슬라이딩 표면(66)과 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 상기 적어도 하나의 추가 텐던 슬라이딩 표면(66)상에 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로(65)를 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 상기 텐던 슬라이딩 표면들(66)이 되는 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면들(18)을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면들(18)상에서 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 적어도 두 개의 텐던 슬라이딩 표면들(66) 둘 다와 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 상기 적어도 두 개의 텐던 슬라이딩 표면들(66)상에 상기 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)을 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하며, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 원위 부분(27)이 슬라이딩하기에 부적절하다.

일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)에 대한 각도로서 정의된다. 일 실시예에 따르면, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 상기 국부적 감김 각도들 모두의 합으로서 정의된다.

일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)를 따라서 유도되는 상기 텐던들에 직교하는 두 개의 선들에 의해 형성되며 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)상의 접촉 경로(65)를 한정하는 상기 텐던들의 부분들 내로 정의된 각도로서 정의된다.

일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은 상기 두 개의 텐던 길이방향 경로(T-T) 방향들에 의해 형성되며 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)상의 접촉 경로(65)를 한정하는 상기 텐던들의 부분들 내로 정의된 각도로서 정의된다.

실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은, 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)를 따라서 상기 텐던 접촉 표면(18)을 한정하는 근위 접촉 표면 경계(67)와 원위 접촉 표면 경계(68)를 포함하며, 상기 근위 접촉 표면 경계(67)는 상기 원위 접촉 표면 경계(68)에 대하여 근위에 위치한다. 일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은, 상기 근위 접촉 표면 경계(67) 바로 이전에 평가된 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)에 직교하는 선과 상기 원위 접촉 표면 경계(68) 바로 후에 평가된 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)에 직교하는 선에 의해 형성된 각도로서 정의된다.

실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은, 상기 텐던 길이방향 경로(T-T)를 따라서 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)을 한정하는 근위 접촉 표면 경계(67)와 원위 접촉 표면 경계(68)를 포함하며, 상기 근위 접촉 표면 경계(67)는 상기 원위 접촉 표면 경계(68)에 대하여 근위에 위치한다. 일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은, 상기 근위 접촉 표면 경계(67) 바로 이전에 평가된 상기 텐던 길이방향 경로(T-T) 방향과 상기 원위 접촉 표면 경계(68) 바로 후에 평가된 상기 텐던 길이방향 경로(T-T) 방향에 의해 형성된 각도로서 정의된다.

일 실시예에 따르면, 각각의 국부적 감김 각도(α 또는 β)는, 상기 텐던이 접촉을 유지하면서 슬라이딩하는 표면이 불연속적이거나 또는 뾰족한 지점들을 가진다 하더라도, 상기 표면상에 형성된다.

일 실시예에 따르면, 각각의 국부적 감김 각도(α 또는 β)는, 단일의 텐던 슬라이딩 표면(66)에 대한 접원(osculator circle)의 중심을 기준으로 하여 측정된다.

일 실시예에 따르면, 링크의 단일의 텐던 슬라이딩 표면(18)의 모든 접촉점들은 국부적 감김 각도(α 또는 β)를 형성하는 방식으로 상기 링크의 부분을 둘러싼다.

일 실시예에 따르면, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 60도 내지 300도 사이에 포함된다.

일 실시예에 따르면, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 90도 내지 270도 사이에 포함된다.

일 실시예에 따르면, 각각의 링크(6, 7, 8)는 링크 인컴버(link encumber)를 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 링크의 링크 인컴버를 적어도 부분적으로 한정한다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 실린더형이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)은 실린더형 표면의 부분이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던은 폴리머 재료로 만들어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던은, 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 또는 UHMWPE, 케블라®, Vectran®, Zylon®, 폴리벤조비스옥사졸(polybenzobisoxazole), 탄소섬유 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 폴리머 재료로 만들어진다. 이에 의해, 수명에 걸쳐 저마찰, 저마모를 가진, 이에 따라 저유지비를 가진 상기 텐던 중간 부분(28)을 제공할 수 있으며, 다른 재료들의 텐던들에 대해 더 작은 직경을 가진 상기 텐던 중간 부분(28)을 구현하는 것이 가능하다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은, 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 또는 UHMWPE, 케블라®, Vectran®, Zylon®, polybenzobisoxazole, 탄소섬유 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은, 강철, 세라믹, 탄화물, 티타늄, 액체 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은, 강철, 세라믹, 탄화물, 티타늄, 액체 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 강철 합금(steel alloy)으로 만들어진다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 강철로 만들어진다. 이에 의해, 0.04 내지 0.08 범위 내의 마찰계수를 얻을 수 있다. 이에 의해, 상기 텐던 중간 부분(28)의 왜곡이 방지된다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)과 상기 텐던 중간 부분(28) 사이의 건조 미끄럼 마찰(dry sliding friction)은 0.1 이하의 마찰계수를 가진다. 예를 들어, 이러한 텐던 슬라이딩 표면(66) 위의 이러한 텐던 중간 부분(28)의 건조 미끄럼 마찰은, 실질적으로 0.5와 동일한 마찰계수를 가지도록 하는 금속 텐던 슬라이딩 표면 위에서 슬라이딩하는 금속 텐던 중간 부분에 의해 형성된 건조 미끄럼 마찰보다 다섯 배 이상 작다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 마찰계수는 0.1보다 작다.

실시예에 따르면, 상기 전체 감김 각도는 실질적으로 360도와 동일하다. 감김 각도에 걸쳐 텐던 슬라이딩 표면 위에서 슬라이딩하는 텐던에서의 전체 마찰은 마찰계수와 감김 각도 사이의 곱의 지수(exponential)에 의해 곱해진 텐던 장력에 비례한다는 점에 주목할 만한 가치가 있다. 따라서, 마찰계수의 감소는 비례적으로 더 큰 감김 각도를 채용하는 것을 허용한다. 더 큰 권선 케이블을 채용할 수 있다는 것은 텐던들을 링크 구조체들(structural bodis) 위로 보내는 가능성을 열어 놓으며, 소형화에 어려운 텐던 안내 요소들의 사용을 피하게 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 링크들(6, 7, 8)의 인컴버(encumber)는, 상기 관절형 서브조립체(5)의 길이방향 연장에 대해 횡단 방향으로, 8mm 이하, 바람직하게는 5mm 이하, 바람직하게는 2mm 내지 5mm의 범위 내로 측정되는 최대 연장을 가진다.

실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(28)는 그 전체가 2mm로부터 5mm까지의 범위 내로 측정되는 직경을 가진 실린더형 부피(volume)에 맞춰진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.005mm 내지 0.5mm 사이에 포함되는 직경을 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 실질적으로 원형의 단면을 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던의 직경은 상기 텐던의 상이한 부분들에서 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던의 기계적 성질은 상기 텐던의 상이한 부분들에서 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 상이한 특성들을 가진 텐던들의 부분들을 연결함으로써 얻어진다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 샤프트 중공형 코어(shaft hollow core) 내부에서 연장되는 직선 섹션 내의 보강 로드 요소(stiffening rod element)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 상이한 특성들을 가진 텐던들의 부분들을 연결함으로써 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 강철, 세라믹, 티타늄, 탄화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다. 일 실시예에 따르면, 상기 구조체 링크 중 적어도 하나는 미세 사출 성형에 의해 제조된다. 일 실시예에 따르면, 상기 구조체 링크 중 적어도 하나는, 관통 구멍을 가지지 않은 최대 치수 5mm 아래의 부품들에서 현재 기술수준에서 알려진 최상의 최종 치수 공차를 위해 액체 금속의 미세 사출 성형에 의해 제조된다. 일 실시예에 따르면, 상기 구조체 링크 중 적어도 하나는, 최상의 기계적 성능, 특히 취약점들의 결핍과 탄성을 위해 액체 금속의 미세 사출 성형에 의해 제조된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던 중간 부분(28)은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 강철로 만들어진다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지고, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 강철로 만들어진다. 이에 의해, 0.04 이하의 마찰계수를 얻을 수 있다. 이에 의해, 텐던 중간 부분(28)의 왜곡(striction)이 방지된다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)과 상기 텐던 중간 부분(28) 사이의 건조 미끄럼 마찰은 0.1 이하의 마찰계수를 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)과 상기 텐던(19) 사이의 건조 미끄럼 마찰은 0.1 이하의 마찰계수를 가진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 마찰계수는 0.1보다 작다.

일 실시예에 따르면, 상기 전체 감김 각도는 실질적으로 360도와 동일하다. 예를 들어, 이러한 텐던 접촉 표면(18) 위에서의 이러한 텐던 중간 부분(28)의 건조 미끄럼 마찰은, 90도의 전체 감김 각도를 가지며 금속 텐던 슬라이딩 표면 위에서 슬라이딩하는 금속 텐던 중간 부분에 의해 형성되는 건조 미끄럼 마찰보다 작으며, 이는 후자의 경우에 실질적으로 0.5와 동일한 마찰계수를 가지도록 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 링크들(6, 7, 8)의 인컴버는, 상기 관절형 서브조립체(5)의 길이방향 연장에 대해 횡단하는 방향으로 8mm 이하의, 바람직하게는 5mm 이하의, 그리고 바람직하게는 3mm로부터 5mm까지의 범위 내에 포함되는 최대 연장을 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 그 전체가 2mm로부터 5mm까지의 범위 내로 측정되는 직경을 가진 실린더형 부피(volume)에 맞춰진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던(19), 바람직하게는 상기 텐던 중간 부분(28)은 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.005mm 내지 0.5mm 사이에 포함되는 직경을 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 실질적으로 원형의 단면을 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 단면의 직경은 상기 텐던의 상이한 부분들에서 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던의 기계적 성질은 상기 텐던의 상이한 부분들에서 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은 상이한 특성들을 가진 텐던들의 부분들을 연결함으로써 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어 유닛(4)은 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)로 상기 제2 명령 신호를 전송하기에 적합한 액추에이터 구동 유닛(58)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제어 유닛(4)은 CPU를 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 동작을 검출하기에 적합한 검출 시스템에 의해 획득한 정보, 예를 들어 상기 하나 이상의 액추에이터(25)에 의해 제공된 변위(displacement) 및/또는 가해진 힘에 근거한 피드백 제어 회로를 제공한다. 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 툴(2)은 외과의사(30)에 의해 핸들링되도록 설계된다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(7)의 적어도 부분은 환자(29)의 몸에 작용하도록 설계된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적어도 하나의 관절형 서브조립체(5)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, "관절형 서브조립체(jointed subassembly)"라는 용어는, 상기 수술 기구(70)의 엔드 이펙터를 지지 및/또는 지향 및/또는 배치 및/또는 위치에 영향을 미치기에 적합한 조인트들에 의해 하나의 링크가 다음 링크에 연결되는 링크들의 직렬 시퀀스를 가리킨다. 일 실시예에 따르면, 기능적 관점에서, 상기 관절형 서브조립체는 로봇 또는 메카트로닉 구조체의 손목 관절, 팔꿈치 관절 또는 어깨 관절일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 링크들을 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7), 및 제3 링크(8)를 포함한다. 이에 의해, 상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 세 개의 링크들(6, 7, 8)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)은 제1 링크 구조체(structural body)(9)로 형성되며, 상기 제1 링크 구조체(9)는 단일체이다.

바람직한 실시예에 따르면, "단일체(single piece)"라는 용어는 작동 상태일 때 단일의 링크 구조체 내에서는 어떠한 자유도도 방지된다는 것을 나타낸다. 일 실시예에 따르면, "단일체(single piece)"라는 용어는, 링크 구조체는, 단일의 링크 구조체 내부에서 임의의 자유도를 피하는 방식으로 함께 결합된 두 개 이상의 부재들을 포함할 수 있다는 것을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, "단일체"라는 용어는, 링크 구조체는, 작동 상태일 때 상대적인 공간적 방향이 견고하게 잠겨 있는 방식으로 함께 결합된 두 개 이상의 부재들을 포함할 수 있다는 것을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, "단일체"라는 용어는 또한 링크 구조체가 일체형(monobloc)이라는 것을 가리킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크(7)는 제2 링크 구조체(10)로 형성되며, 상기 제2 링크 구조체(10)는 단일체이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)는 제3 링크 구조체(11)로 형성되며, 상기 제3 링크 구조체(11)는 단일체이다.

일 실시예에 따르면, 각각의 링크는 링크 구조체로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9)는 제1 조인트 근위 부분을 형성하는 제1 링크 원위 부분(12)을 포함하며, 상기 제2 링크 구조체(10)는 제1 조인트 원위 부분을 형성하는 제2 링크 근위 부분(13)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9)의 제1 링크 원위 부분(9)은 클레비스 조인트(clevis joint)를 형성하기에 적합한 방식으로 두 개의 클레비스 갈래들(clevis prongs)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 근위 부분(13)은 클레비스 조인트를 형성하기에 적합한 방식으로 두 개의 클레비스 갈래들을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 원위 부분(12)과 제2 링크 근위 부분(13)은, 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 사이에 단일의 자유도를 제공하는 제1 조인트(14)를 적어도 부분적으로 형성하기 위해 협동한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 사이의 단일의 자유도는 제1 조인트 축(X-X) 둘레의 회전-병진(roto-translational) 자유도이며, 바람직하게는, 상기 회전-병진 자유도는 상기 제1 조인트 축(X-X) 둘레의 회전 자유도이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 구조체(10)는 제2 조인트 근위 부분을 형성하는 제2 링크 원위 부분(15)을 더 포함하고, 상기 제3 링크 구조체(11)는 제2 조인트 원위 부분을 형성하는 제3 링크 근위 부분(16)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 원위 부분(15)은 클레비스 조인트를 형성하기에 적합한 방식으로 두 개의 클레비스 갈래들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크 근위 부분(16)은 클레비스 조인트를 형성하기에 적합한 방식으로 두 개의 클레비스 갈래들을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 원위 부분(15)과 제3 링크 근위 부분(16)은, 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이에 단일의 자유도를 제공하는 제2 조인트(17)를 적어도 부분적으로 형성하기 위해 협동한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이의 단일의 자유도는 제2 조인트 축(Y-Y) 둘레의 회전-병진(roto-translational) 자유도이며, 바람직하게는, 상기 회전-병진 자유도는 상기 제2 조인트 축(Y-Y) 둘레의 회전 자유도이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17)는 각각 단일의 자유도를 제공하기에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)는, 제1 조인트 축(X-X) 둘레로의 상대적인 회전을 제외한 모든 방향에서 상기 제1 링크(6)와 제2 링크(7) 사이의 상대적인 움직임을 잠그기에 적합하다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 조인트(17)는, 제2 조인트 축(Y-Y) 둘레로의 상대적인 회전을 제외한 모든 방향에서 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이의 상대적인 움직임을 잠그기에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11)는 연쇄(kinematic chain)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11)는 연쇄를 형성하기 위해 직접 직렬로 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)는 연쇄 내에서 중간 링크들 없이 상기 제2 링크(7)에 대해 인접한 링크이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크(7)는 상기 제1 링크(6)와 제3 링크(8) 둘 다에 대해 인접한 링크이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)는 상기 제2 링크(7)에 대해 인접한 링크이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9)는 상기 제2 링크 구조체(10)에 대해 인접한 링크 구조체이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 구조체(10)는 상기 제1 링크 구조체(9)와 제3 링크 구조체(11) 둘 다에 대해 인접한 링크 구조체이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크 구조체(11)는 상기 제2 링크 구조체(10)에 대해 인접한 링크 구조체이다.

일 실시예에 따르면, 상기 연쇄는 두 개 이상의 연쇄 가지들(branches of kinematic chain)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 두 개 이상의 가지들은 단일 조인트로부터, 예를 들어 상기 제2 조인트(17)로부터 연장된다. 일 실시예에 따르면, 상기 두 개 이상의 연쇄 가지들은 적어도 하나의 링크를 공유한다. 일 실시예에 따르면, 상기 두 개 이상의 연쇄 가지들은 상기 관절형 서브조립체의 세 개의 링크들 중에서 적어도 두 개의 링크들을 공유한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 각각은, 상기 연쇄 내의 링크에 연쇄 내의 인접한 링크에 대하여 조인트 축 둘레로의 회전 자유도를 제공하도록 구성된 기계적 수단을 나타낸다. 일 실시예에 따르면, 상기 조인트 축(X-X, Y-Y) 각각은 두 개의 인접한 링크들에 의해 공유된 공통 조인트 축이며, 두 개의 인접한 링크들은 하나가 다른 하나에 대하여 상기 공통 조인트 축 둘레로 회전할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)는 제1 조인트 축(X-X)을 형성하며, 상기 제1 조인트 축(X-X)은 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 둘 다에 의해 공유되고, 두 개의 인접한 링크들은 하나가 다른 하나에 대하여 공통 조인트 축 둘레로 회전한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 조인트(17)는 제2 조인트 축(Y-Y)을 형성하며, 상기 제2 조인트 축(Y-Y)은 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8) 둘 다에 의해 공유되고, 두 개의 인접한 링크들은 하나가 다른 하나에 대하여 공통 조인트 축 둘레로 회전한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 링크들(6, 7, 8)에 의해 형성된 연쇄(kinematic chain)는 두 개의 자유도를 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 링크들(6, 7, 8)에 의해 형성된 연쇄(kinematic chain)는 정확히 두 개의 자유도를 가진다. 다시 말해서, 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 링크들(6, 7, 8)에 의해 형성된 연쇄의 자유도의 전체 수는 2개이다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6), 제2 링크(7), 및 제3 링크(8)에 의해 형성된 연쇄는 정확히 두 개의 자유도를 가진다. 다시 말해서, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6), 제2 링크(7), 및 제3 링크(8)에 의해 형성된 연쇄의 자유도의 전체 수는 2개이다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 액추에이터들을 포함하는 것을 회피한다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 상기 연쇄 내부에 액추에이터들을 포함하는 것을 회피한다. 일 실시예에 따르면, 상기 링크들 사이에 액추에이터들이 제공되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11) 중 적어도 두 개는 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)이 구멍 표면인 것을 회피한다. 다시 말해서, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 링크 구조체(9 또는 10 또는 11) 내에 관통 구멍을 한정하는 것을 회피한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)에 대한 법선 또는 직교 선(orthogonal line)은 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)을 포함하는 구조체와 교차하는 것을 회피한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)은 그 자신을 마주보는 것을 회피한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 상기 텐던 중간 부분(28)이 상기 텐던 슬라이딩 표면(66)을 포함하는 링크 구조체로부터 멀어지도록 강요한다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 180도 이하의 각도에 걸쳐 상기 텐던 중 하나를 수용한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 상기 링크 구조체들(9, 10, 11) 중 하나의 외부 표면이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 상기 링크 구조체들(9, 10, 11) 중 하나의 인컴버를 적어도 부분적으로 한정한다. 일 실시예에 따르면, 각각의 텐던은 제1 길이방향 측면과 제2 반대쪽 길이방향 측면을 포함하며, 상기 제1 길이방향 측면과 제2 길이방향 측면 중 하나가 상기 링크들 중 적어도 하나와 접촉한다. 다시 말해서, 상기 제1 길이방향 측면이 주어진 링크와 접촉할 때, 상기 제2 길이방향 측면은 상기 주어진 링크로부터 외면한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 길이방향 측면과 제2 반대쪽 길이방향 측면 각각은 서로 분리된 상태를 유지하면서 상기 텐던에서 실질적으로 180도의 각도를 커버한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들은 오직 견인력으로 작용하기에 적합한 작동 케이블들(actuation cables)로서의 역할을 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적어도 세 개의 텐던들을 포함한다. 상기 적어도 세 개의 텐던들의 각각의 텐던은, 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)에 연관된 텐던 근위 부분(26), 상기 제2 링크(7)에 고정된 또는 제3 링크(8)에 고정된 텐던 원위 부분(27), 및 상기 텐던 근위 부분(26)과 텐던 원위 부분(27) 사이에 연장된 텐던 중간 부분(28)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적어도 네 개의 텐던들을 포함하도록 추가 텐던을 포함하며, 상기 적어도 네 개의 텐던들 각각의 적어도 하나의 중간 부분(28)은 오직 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66) 내에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉한다.

일 실시예에 따르면, 한 쌍의 텐던들은 동일한 링크에 고정된 텐던 원위 부분들(27)을 가진다. 다시 말해서, 한 쌍의 텐던들은 길항 텐던들(antagonist tendons)로서 작용하도록 동일한 링크에 고정된다. 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 텐던들은 길항 텐던들로서 작용하도록 텐던 원위 부분들(27)을 공유한다. 일 실시예에 따르면, 길항 텐던들로서 작용하는 한 쌍의 텐던들은 단일체(single piece)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 길항 텐던들로서 작용하기에 적합한 제1 쌍의 텐던들(19, 20)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 길항 텐던들로서 작용하기에 적합한 제2 쌍의 텐던들(21, 22)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 한 쌍의 텐던들은, 하나의 텐던으로서 작용하기 위해, 동일한 링크에 고정된 텐던 원위 부분들(27)을 포함한다. 다시 말하면, 한 쌍의 텐던들은 단일의 텐던으로서 병행(in parallel) 작용하도록 동일한 링크에 고정된다. 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 텐던들은 단일의 텐던으로서 병행 작용하도록 그들의 텐던 원위 부분들(27)을 공유한다. 일 실시예에 따르면, 단일의 텐던으로서 작용하는 한 쌍의 텐던들은 단일체(single piece)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 단일의 텐던으로서 작용하기에 적합한 제1 쌍의 텐던들(19, 20)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 단일 텐던으로서 작용하기에 적합한 제2 쌍의 텐던들(21, 22)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 길항 텐던들로서 작용하기에 적합한 제3 쌍의 텐던들(23, 24)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던들(19, 20, 21, 22, 23, 24, 31, 32)은 길항 텐던들로서 작용하기에 적합한 제4 쌍의 텐던들(31, 32)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이의 적어도 하나는 상기 텐던 원위 부분(27)을 수용하기에 적합한 적어도 하나의 텐던 고정 부분(49)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크(7)와 제3 링크(8) 사이의 적어도 하나는 길항 텐던들로서 작용하는 두 개의 텐던들의 텐던 원위 부분(27)을 수용하기에 적합한 두 개의 텐던 고정 부분들(49)을 포함한다. 예를 들어, 도 35에 도시된 바와 같이, 상기 텐던들(19와 20)은 단일 텐던으로서 병행 작용한다.

일 실시예에 따르면, 각각의 텐던의 텐던 중간 부분(28)은, 오직 상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11) 중 적어도 두 개의 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66) 내에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉한다. 이는 텐던들을 라우팅(routing)하기 위한 추가적인 부품들의 필요성을 회피하고, 부품들의 수와 조립의 어려움을 최소화한다. 이는 또한 관절형 조립체와의 추가적인 접촉으로부터 텐던들의 불필요한 마찰과 마모를 방지한다.

바람직한 실시예에 따르면, 이는 각각의 텐던의 상기 텐던 중간 부분(28)은 상기 관절형 서브조립체(5)의 임의의 다른 부분들에 접촉되는 것을 방지한다. 일 실시예에 따르면, 각각의 텐던의 텐던 중간 부분(28)은 오직 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66) 내에서 상기 관절형 서브조립체에 접촉된다.

유리하게는, 수술 기구(70)의 특징들 덕분에, 상기 관절형 서브조립체(5)의 크기를 소형화하는 것이 가능하다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9), 제2 링크 구조체(10) 및 제3 링크 구조체(11) 각각은 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은 홈(groove) 표면이다. 다시 말하면, 상기 텐던 슬라이딩 표면은, 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 링크에 만들어진 홈을 적어도 부분적으로 한정한다.

일 실시예에 따르면, 상기 링크 구조체들 중 적어도 하나의 링크 구조체는 상기 링크 구조체에 대해 별도의 부재인 풀리와 같은 부속물, 예를 들어 아이들 풀리(idle pulley), 즉 링크에 회전 가능하게 연결된 풀리들에 연관될 수 있지만, 상기 부속물들은 상기 텐던 중간 부분들(28) 중 어느 하나를 위해 접촉 표면을 제공하는 것을 회피한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 원위 부분(12)과 제2 링크 근위 부분(13)은 협력하여 상기 제1 조인트(14)를 형성하기 위한 기하학적 결합(geometric coupling)을 구성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 원위 부분(15)과 제3 링크 근위 부분(16)은 협력하여 상기 제2 조인트(17)를 형성하기 위한 기하학적 결합을 구성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 사이의 적어도 하나는 피봇 조인트이다. 일 실시예에 따르면, 상기 피봇 조인트는 조인트 축(X-X 또는 Y-Y)에 대해 기계적 피봇을 제공하는 회전 조인트이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 사이의 적어도 하나는 롤링 조인트(rolling joint)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 롤링 조인트는 고정된 조인트 축(X-X 또는 Y-Y) 둘레에 롤링 운동이 일어나도록 링크의 링크 구조체와 인접한 링크의 링크 구조체 사이에 각개의 롤링 표면들 위에 롤링 접촉을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 사이의 적어도 하나는 핀 조인트(pin joint)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 조인트는 적어도 하나의 핀(33)과, 상기 적어도 하나의 핀(33)을 수용하기에 적합한 적어도 하나의 핀 시트(pin seat)(34)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 핀(33)은 주된 길이방향 전개를 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 핀(33)은 상기 적어도 하나의 핀(33)을 수용하는 적어도 하나의 핀 시트(34)보다 작은 직경이며, 간극(clearance)은 상기 핀(33)과 핀 시트(34)의 결합을 초래한다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트(34)는 상기 링크 구조체들(9, 10, 11) 중 적어도 하나에 의해 한정된 관통 구멍이다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트(34)는 상기 링크 구조체들(9, 10, 11) 중 적어도 하나에 의해 한정된 캐비티(cavity)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트(34)는 상기 적어도 하나의 핀(33)보다 좁은 캐비티 입구(cavity mouth)(40)를 가진 캐비티이며, 상기 캐비티 입구(40)는 상기 핀(33)을 수용하기에 적합하지 않다. 이러한 캐비티는 상기 핀(33)이 상기 핀(33)의 길이방향 전개에 대해 횡단 방향으로 핀 시트(34)를 빠져나가는 것을 방지한다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트(34)는 상기 핀 시트(34)와 마주보는 핀 시트 경계(35)에 의해 한정된다. 바람직하게는, 상기 핀 시트 경계(35)는 상기 핀 시트(34) 내에 수용된 핀(33)과 마주보기에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9)의 제1 링크 원위 부분(12), 상기 제2 링크 구조체(10)의 제2 링크 근위 부분(13), 상기 제2 링크 구조체(10)의 제2 링크 원위 부분(15), 및 상기 제3 링크 구조체(11)의 제3 링크 근위 부분(16) 중 적어도 하나는 핀(33)을 수용하기 위한 핀 시트(34)를 한정하는 상기 핀 시트 경계(35)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트 경계(35)는 실질적으로 원형이다. 일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트 경계(35)는 원주의 아치(arch)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트 경계(35)는 포물면 프로파일(paraboloid profile)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 핀 시트 경계(35)는, 캠-종동 기구(cam-follower mechanism)를 형성하기 위해 상기 핀(33)과 협동하기에 적합한 캠 프로파일(cam profile)을 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 사이의 적어도 하나는 캠 조인트(cam joint)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 조인트(14)와 제2 조인트(17) 사이의 적어도 하나는 클레비스 조인트(clevis joint)이다. 일 실시예에 따르면, 상기 클레비스 조인트는, 인접한 링크의 링크 구조체의 부분, 바람직하게는 실린더형 결합 부분을 둘러싸는 링크의 링크 구조체의 두 개의 클레비스 갈래들(50)로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀(33)은 상기 제1 링크(6) 및 제2 링크(7)에 대하여 별개의 부재로 구현되며, 상기 제1 조인트(14)를 형성하기 위해, 상기 제1 링크 원위 부분(12)과 상기 제2 링크 근위 부분(13)에 의해 각각 한정된 적어도 두 개의 핀 시트들(34)과 연관된다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀(33)은 상기 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)에 대하여 별개의 부재로 구현되며, 상기 제2 조인트(17)를 형성하기 위해, 상기 제2 링크 원위 부분(15)과 상기 제3 링크 근위 부분(16)에 의해 각각 한정된 적어도 두 개의 핀 시트들(34)과 연관된다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀(33)은 링크(6 또는 7 또는 8)와 단일체(single piece)이다.

일 실시예에 따르면, 상기 핀(33)은 링크 구조체(9 또는 10 또는 11)와 단일체이다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 핀(33)은 상기 제1 링크 구조체(9)와 단일체이며, 상기 제1 링크 원위 부분(12)으로부터 캔틸레버형으로 돌출된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 핀(33)은 상기 제2 링크 구조체(10)와 단일체이며, 상기 제2 링크 근위 부분(13)으로부터 캔틸레버형으로 돌출된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 핀(33)은 상기 제2 링크 구조체(10)와 단일체이며, 상기 제2 링크 원위 부분(15)으로부터 캔틸레버형으로 돌출된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 핀(33)은 상기 제3 링크 구조체(11)와 단일체이며, 상기 제3 링크 근위 부분(16)으로부터 캔틸레버형으로 돌출된다.

일 실시예에 따르면, 도 19에 도시된 예를 들어, 상기 제1 조인트와 제2 조인트 중 적어도 하나는 이중-연결 조인트(double-joined joint)(36)이다. 종래 기술의 문헌 US-5710870호에 상세하게 서술된 바와 같이, 이러한 이중-연결 조인트(36) 때문에 두 개의 인접한 링크들 사이에 단일의 자유도를 제공하는 것이 가능하다. 일 실시예에 따르면, 상기 이중-연결 조인트(36)는 상기 링크 구조체들 중 두 개에 연결된 적어도 하나의 힌지 버팀대(hinge strut)(37)를 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 이중-연결 조인트(36)는 두 개의 대향하는 힌지 버팀대들(37)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 이중-연결 조인트(36)는 한 쌍의 힌지 결합된 버팀대들(37)을 통해 서로 부착된 링크와 인접한 링크에 의해 형성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 링크와 상기 인접한 링크는 제1 피봇 축과 제2 피봇 축 둘레로 회동하며, 구속 요소(constraining component)는 상기 링크와 상기 인접한 링크를 서로에 대하여 회전하도록 구속한다. 예를 들어, 상기 구속 요소는 함께 맞물린 고정된 스퍼 기어들(spur gears)이거나 적절하게 라우팅 된 작동 케이블들일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 구속 요소는 상기 적어도 하나의 힌지 결합된 버팀대(37)이다.

일 실시예에 따르면, 도 24와 25에 도시된 예에서, 상기 제1 조인트와 제2 조인트 중 적어도 하나는 서로 맞물리는(intermesh) 대향하는 조인트 부분들에 의해 형성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 원위 부분(12)은 적어도 하나의 조인트 근위 홈(38)을 한정하고 상기 제1 링크 원위 부분(13)은 적어도 하나의 조인트 원위 톱니(39)를 포함하며, 상기 조인트 원위 톱니(39)는 상기 제1 조인트(14)를 형성하기 위해 상기 조인트 근위 홈(38)과 협동한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 링크 원위 부분(15)은 적어도 하나의 조인트 근위 홈(38)을 한정하고 상기 제2 링크 원위 부분(16)은 적어도 하나의 조인트 원위 톱니(39)를 포함하며, 상기 조인트 원위 톱니(39)는 상기 제2 조인트(17)를 형성하기 위해 상기 조인트 근위 홈(38)과 협동한다. 일 실시예에 따르면, 상기 조인트 근위 홈(38)과 상기 조인트 원위 톱니(39)는 조인트 축에 실질적으로 평행하게 연장된다.

일 실시예에 따르면, 상기 링크들 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 제3 링크(8)는 종결 요소(terminal element)(42)를 수용하기에 적합한 C-홀더 부분(41)을 포함한다. 예를 들어, 상기 종결 요소(42)는 레이저 파이버(laser fiber), 관주 튜브(irrigation tube), 흡입 튜브(suction tube) 또는 조직 검출 프로브(tissue sensing probe)일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 상기 수술 기구(70)의 엔드 이펙터의 적어도 부분을 형성한다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 조립체(5)는 손목 서브조립체이며, 상기 제1 조인트(14)는 상기 제2 조인트(17)에 대해 실질적으로 직각이다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 손목 서브조립체이며, 상기 제1 조인트 축(X-X)은 상기 제2 조인트 축(Y-Y)에 대해 실질적으로 직각이다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 팔꿈치 서브조립체이며, 상기 제1 조인트(14)는 상기 제2 조인트(17)에 대해 실질적으로 평행하다. 일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 팔꿈치 서브조립체이며, 상기 제1 조인트 축(X-X)은 상기 제2 조인트 축(Y-Y)에 대해 실질적으로 평행하다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 추가적인 제3 링크 구조체(44)로 형성된 추가적인 제3 링크(43)를 포함하며, 상기 추가적인 제3 링크 구조체(44)는 단일체이다.

일 실시예에 따르면, 상기 추가적인 제3 링크(43)의 추가적인 제3 링크 구조체(44)는 추가적인 제3 링크 조인트 부분(45)을 포함하며, 상기 제2 링크(7)와 상기 추가적인 제3 링크(43) 사이에 단일의 자유도를 제공하는 상기 제2 조인트(17)의 부분을 형성하기 위해, 상기 추가적인 제3 링크 조인트 부분(45)은 상기 제2 링크(7)의 제2 링크 구조체(10)의 제2 링크 원위 부분(15)과 협동한다. 이에 의해, 상기 제2 조인트(17)는 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8) 사이에 단일의 자유도를 제공하고, 상기 제2 링크와 상기 추가적인 제3 링크(43) 사이에 단일의 자유도를 제공하며, 그 결과로서 상기 제3 링크(8)와 상기 추가적인 제3 링크(43) 사이에 단일의 자유도를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)는 상기 연쇄의 제1 분기(branch)를 형성하고 상기 추가적인 제3 링크(43)는 상기 연쇄의 제2 분기를 형성하며, 상기 제1 분기와 제2 분기는 상기 제2 조인트(17)에서 연결된다. 이에 의해, 상기 연쇄는 분기된 연쇄이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 링크(8)와 상기 추가적인 제3 링크(43)는 상기 수술 기구(70)의 기구 팁(tip)(46)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 기구 팁(46)은 파지(grasp)의 내부 자유도를 가진다. 일 실시예에 따르면, 상기 기구 팁(46)은 상기 제2 링크(7)에 대하여 적어도 하나의 요(yaw) 자유도를 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 하나의 추가적인 링크(47)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 추가적인 링크(47)는 추가적인 링크 구조체(48)로 형성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 추가적인 링크 구조체(48)는 추가적인 조인트를 형성하는 추가적인 링크에 관절연결된다. 예를 들어, 상기 추가적인 링크 구조체(48)는 상기 제3 링크 구조체(11)의 부분과 추가적인 조인트를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 추가적인 링크 구조체(48)는 조인트를 형성하기 위해 인접한 추가적인 링크 구조체에 관절연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 다수의 직선들에 의해 형성된 선직면(ruled surface)이다. 일 실시예에 따르면, 각각의 텐던 접촉 표면(18)은 다수의 직선들에 의해 형성된 선직면이다. 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 직선들은 모두 조인트 축(X-X 또는 Y-Y)에 평행하다. 바람직하게는, 상기 다수의 직선들은 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)에 더 가깝게 위치한 모두 조인트 축(X-X 또는 Y-Y)에 평행하다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 볼록한 표면이다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 구조체(9), 제2 구조체(10) 및 제3 구조체(11) 중 적어도 하나의 링크 구조체는 하나보다 많은 접촉 표면(18)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 하나보다 많은 텐던 접촉 표면(18) 모두는 그들의 연장에 의해 단일의 볼록한 부피를 형성하는 볼록한 표면들이다. 일 실시예에 따르면, "볼록한 부피(convex volume)"라는 표현은, 상기 볼록한 부피의 내부에서 선택된 한 쌍의 점들을 고려할 때, 점들 사이의 더 짧은 직선 연결은 그 전체가 볼록한 부피 내부에 있다는 것을 의미한다. 이는 텐던들을 안내하기 위한 풀리들에 홈 또는 채널을 제공하는 것을 피할 수 있게 하며, 링크 구조체들과 관절형 조립체(5)의 크기를 더 소형화할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, 상기 링크들 중 적어도 하나의 링크 구조체의 하나보다 많은 텐던 접촉 표면들(18) 모두는 그들의 연장에 의해 상기 링크 구조체의 볼록한 링크 외피(hull)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 볼록한 링크 외피는 상기 링크 중 하나를 둘러싸는 필름 내부에 포함되는 부피로서 정의된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 샤프트(51)를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 링크(6)는 상기 샤프트(51)에 직접 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 부분에 분리 가능하게 연결되기에 적합한 적어도 하나의 프레임(52)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 액추에이터 구획실에 분리 가능하게 연결되기에 적합한 적어도 하나의 프레임(52)을 포함하며, 상기 액추에이터 구획실은 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)를 수용하며 모터 구획실(69) 또는 모터 박스(69)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 부분 내부에 수용된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 분리 가능하게 연관된다.

일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 가역적인 방식으로 연관된다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 상기 프레임(52)과 상기 관절형 조립체(5) 사이에서 연장된다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 강성 샤프트이다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 텐던들의 통과를 허용하는 중공형 코어(hollow core)를 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 유연성 샤프트이다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 상기 텐던들 중 적어도 하나를 안내하기 위한 채널들을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 근위부에서 상기 프레임(52)에 연결되고 원위부에서 상기 관절형 서브조립체(5)의 제1 링크(6)에 연결되어, 튜브형 요소 연결(tubular element connection)(61)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 튜브형 요소 연결(61)은 강성 연결이며, 상기 샤프트(51)와 상기 제1 링크(6) 사이에 어떠한 자유도도 제공하지 않는다. 일 실시예에 따르면, 상기 튜브형 요소 연결(61)은 튜브형 요소 핀 시트들(pin seats)(63), 바람직하게는 구멍들 내에 삽입되는 적어도 두 개의 튜브형 요소 핀들(pins)(62)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 튜브형 요소 핀 시트들(63)은 강성 연결을 제공하기 위해 적어도 두 개이다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트는 원위부에서 상기 제1 링크(6)에 연결되고, 상기 연결은 땜납(solder)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는 상기 샤프트(51)의 길이방향 전개 축에 실질적으로 일치하는 길이방향 샤프트 축(r-r)을 정의한다. 일 실시예에 따르면, 상기 샤프트(51)는, 상기 관절형 서브조립체(5)에 상기 길이방향 샤프트 축(r-r) 둘레로의 롤(roll)의 추가적인 자유도를 제공하는 방식으로, 상기 관절형 조립체에 롤 운동(roll motion)을 제공하기 위해 상기 길이방향 샤프트 축(r-r) 둘레로 회전하기에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 링크 구조체(9), 제2 링크 구조체(10) 및 제3 링크 구조체(11)는 각각 관통 페이로드 구멍을 포함하며, 모든 관통 페이로드 구멍들은, 단일의 페이로드 요소(64)를 수용하기에 적합하게 되는 방식으로, 바람직하게는 실질적으로 상기 연쇄를 따라서 연장되는 방식으로, 서로 실질적으로 정렬된다. 일 실시예에 따르면, 상기 페이로드 요소(64)는 관주 튜브(irrigation tube), 레이저 파이버, 소작 와이어(cautery wire), 한 쌍의 소작 와이어들, 상기 페이로드 요소(64)가 텐던 및/또는 작동 케이블로서 작용하는 것을 방지하는 휨 감지 요소 중 하나이다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 원위 부분(27)은 보스(boss)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 원위 부분(27)은 매듭(knot)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 원위 부분(27)은 상기 관절형 서브조립체(5)의 부분에 접착되는 부분을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 원위 부분(27)은 링크(6, 7, 8)의 부분 둘레에 수회 감기는 부분을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 둘레로 감기는 상기 부분은 텐던의 직경과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가진다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던 근위 부분(26)은 상기 프레임(52)의 부분에 접착된다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던은, 예컨대 접착 표면을 최대화하기 위해, 제1 텐던 근위 부분(26) 둘레에서 가닥들로 풀린다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던이 꽉 끼는 것, 채널 내에서 측방으로 안내되는 것 또는 피복을 포함하는 것을 피하기 위해, 상기 텐던들 중 적어도 하나, 바람직하게는, 상기 텐던들 각각은 오직 텐던 근위 부분(26)과 텐던 원위 부분(27)에 가해지는 인장 하중하에서 작동하기에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 텐던들 중 적어도 하나, 바람직하게는, 상기 텐던들 각각은 상기 텐던의 인장 파괴 강도의 적어도 절반과 동일한 개체의 적어도 두 개의 하중들을 포함하는 하중 사이클(load cycle)에 의해 미리-신장되기(pre-lengthened)에 적합하다.

일 실시예에 따르면, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)는 상기 수술 기구(70)에 세 개의 직교좌표 자유도를 제공하기에 적합한 적어도 하나의 마이크로매니퓰레이터를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)는 적어도 하나의 푸싱 요소(pushing element)(53)를 포함하고, 상기 수술 기구(70)는, 근위 프레임(52)에, 텐던에 연관된 적어도 하나의 플런저(54)를 포함하며, 상기 수술 기구(70)가 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)와 연결될 때마다, 상기 푸싱 요소(53)는 상기 플런저(54)를 밀어서 상기 플런저(54)가 상기 플런저(54)에 연관된 텐던의 텐던 근위 부분(26)을 편향시키게 하고 상기 텐던의 텐던 원위 부분에 연관된 링크의 움직임을 얻도록 한다.

일 실시예에 따르면, 살균 장벽(sterile barrier)(55)이 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)와 상기 수술 기구(7) 사이에 배치된다. 일 실시예에 따르면, 살균 장벽(55)은 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)의 적어도 하나의 푸싱 요소(53)와 상기 수술 기구(70)의 적어도 하나의 플런저(54) 사이에 배치된다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 플런저는, 상기 플런저를 상기 플런저에 연관된 텐던 근위 부분(26)에 대하여 편향시키기에 적합한 탄성 요소(56)에 연관된다. 일 실시예에 따르면, 상기 플런저(54)는 상기 텐던 근위 부분(26)에 접촉하는 텐던 접촉 부분(57)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 플런저(54)의 텐던 접촉 부분(57)은 안내 풀리를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 근위 부분(26)은 다수의 풀리들에 의해 안내된다.

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

일반적인 실시예에 따르면, 이전에 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(3)와 이전에 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 수술 기구(70)를 포함하는 슬레이브 조립체가 제공된다.

해당되는 경우, 특정 실시예들에서, 개별적으로 또는 조합으로 제공되는, 위에서 설명된 특징들에 의해, 위에서 개시된 종종 대조되는 필요성을 충족시키는 것과 전술한 이점들을 얻는 것이 가능하며, 특히:

- 슬레이브 수술 기구의 소형화가 제공되며;

- 아이들 풀리들의 채용 없이, 그리고 세 개의 링크들의 임의의 구조체를 관통하는 구멍 또는 안내 채널들을 채용 없이, 5mm 아래의 횡단 직경의 관절형 서브조립체의 극단적인 소형화가 달성될 수 있으며;

- 더 원위의 링크를 작동시키기 위해 중간 링크의 구조체 위에서 슬라이딩하며, 관절형 서브조립체, 예를 들어 손목 서브조립체가 직선 배치형태일 때, 이미 중간 링크 구조체 둘레를 90도로 둘러싸는 텐던들이 달성되며, 위에서 개시된 몇몇 실시예들에서, 원위의 링크가 굽혀진 때 텐던들을 링크의 직경 내에 유지하도록 구속하기 위해, 텐던들을 구멍들 또는 채널들을 통과시키는 대신에, 90도로 둘러싸는 것은 텐던들이 링크들의 외측 표면상에서 슬라이딩하도록 허용하며;

- 텐던들은 전체적으로 급격한 굽힘을 방지하고 그들의 장력과 표면 마찰력에 기인한 그들의 최소 에너지 경로를 찾으면서 링크들의 외측 표면상에 평형 상태로 놓일 수 있으며, 이에 의해, 강철보다 더 강하고 텐던 재료 또는 외부 재료로서 강철과 같은 금속 기판 위에서 훨씬 낮은 마찰을 가진 것으로 알려진 UHMWPE, 폴리에틸렌과 같은 폴리머 텐던들의 사용을 가능하게 하며, 폴리에틸렌 또는 UHMWPE로 만들어진 상기 폴리머 텐던들은, 강철 텐던들 또는 다른 폴리머 텐던들과 달리, 뾰족한 에지들 또는 측벽들 위에서 슬라이딩함으로써 마모되기 때문에, 이에 따라 링크들의 외측 표면들상에 텐던들이 평형 상태로 놓이도록 라우팅하는 설계는 폴리머 텐던이 상기 외측 표면상에서 평평하도록 허용하고 그 마모를 최소화하며;

- 텐던과 링크들 사이의 전체 마찰은 증가하는 대신에 크게 감소될 수 있으며, 이는 캡스턴 방정식(capstan equation)에서 더 큰 감김 각도 또는 둘러싸는 각도의 증가는 효과적으로 강철 위에서의 강철 케이블들의 0.5로부터 강철 합금들 위에서의 폴리에틸렌의 0.04 내지 0.08까지 마찰계수의 감소에 대응되기 때문이다.

본 기술분야의 기술자는 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고서 위에서 설명된 실시예들에 대해 많은 변경과 각색들을 만들 수 있거나 또는 필요에 따라 요소들을 기능적으로 동등한 다른 것들로 교체할 수 있다.

1 로봇 미세수술 조립체
2 마스터 툴
3 슬레이브 또는 슬레이브 매니퓰레이터
4 제어 유닛
5 관절형 서브조립체
6 제1 링크
7 제2링크
8 제3 링크
9 제1 링크 구조체 또는 상기 제1 링크의 구조체
10 제2 링크 구조체 또는 상기 제2 링크의 구조체
11 제3 링크 구조체 또는 상기 제3 링크의 구조체
12 상기 제1 링크 구조체의 제1 링크 원위 부분
13 상기 제2 링크 구조체의 제2 링크 근위 부분
14 제1 조인트
15 상기 제2 링크 구조체의 제2 링크 원위 부분
16 상기 제3 링크 구조체의 제3 링크 근위 부분
17 제2 조인트
18 텐던 접촉 표면
19, 20, 21, 22, 23, 24, 30, 31 텐던
25 액추에이터
26 텐던 근위 부분
27 텐던 원위 부분
28 텐던 중간 부분
29 환자
30 외과의사
33 핀
34 핀 시트
35 핀 시트 경계
36 이중-연결 조인트
37 힌지 버팀대
38 조인트 근위 홈
39 조인트 원위 톱니
40 캐비티 입구
41 C-홀더 부분
42 종결 요소
43 추가적인 제3 링크
44 추가적인 제3 링크 구조체
45 추가적인 제3 링크 조인트 부분
46 기구 팁
47 추가적인 링크
48 추가적인 링크 구조체
49 텐던 고정 부분
50 클레비스 갈래
51 샤프트
52 프레임
53 푸싱 요소
54 플런저
55 살균 장벽
56 탄성 요소
57 플런저의 텐던 접촉 부분
58 액추에이터 구동 유닛
59 제1 명령 신호
60 제2 명령 신호
61 튜브형 요소 연결
62 튜브형 요소 핀
63 튜브형 요소 핀 시트
64 페이로드 요소
65 슬라이딩 경로
66 텐던 슬라이딩 표면
67 근위 접촉 표면 경계
68 원위 접촉 표면 경계
69 모터 박스 또는 모터 구획실
70 의료 기구 또는 수술 기구 또는 기구
X-X 제1 조인트 축
Y-Y 제2 조인트 축
r-r 샤프트의 길이 방향
T-T 텐던 길이방향 경로
α 국부적 감김 각도 또는 제1 국부적 감김 각도
β 국부적 감김 각도 또는 제2 국부적 감김 각도
α+β 전체 감김 각도

Claims

슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3), 및 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 연결될 수 있으며 관절형 서브조립체(jointed subassembly)(5)를 포함하는 수술 기구(70)를 포함하는 로봇 수술 조립체(robotic surgical assembly)(1)로서,
상기 관절형 서브조립체(5)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)를 포함하며;
상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7)는, 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 사이에 자유도를 제공하는 제1 조인트(14)에서 연관되며;
상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8)는, 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8) 사이에 자유도를 제공하는 제2 조인트(17)에서 연관되며;
상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 텐던(tendon)(19)을 포함하며;
상기 텐던(19)은, 적어도 액추에이터(25)에 연관되기에 적합한 텐던 근위 부분(26), 상기 제3 링크(8)에 고정되는 텐던 원위 부분(27), 및 상기 텐던 근위 부분(26)과 상기 텐던 원위 부분(27) 사이에 연장되는 텐던 중간 부분(28)을 포함하며;
상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하고, 상기 텐던 접촉 표면(18)상에서 상기 텐던 중간 부분(28)은 텐던 슬라이딩 표면(66)을 형성하는 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 접촉을 유지하면서 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 국부적인 상대 운동을 가지며 슬라이딩하며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)상에 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)을 형성하며;
상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7)의 모든 텐던 슬라이딩 표면들(66)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(winding angle)(α+β)를 형성하며;
상기 관절형 서브조립체(5)의 적어도 하나의 배치형태(configuration)에서, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 120도 이상인, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 전체 감김 각도(α+β)는 60도 내지 300도 사이에 포함되는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 관절형 서브조립체(5)가 직선 배치형태일 때, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 90도 이상인, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 전체 감김 각도(α+β)는 90도 내지 270도 사이에 포함되는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던은 폴리머 재료로 만들어지는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던(19)은, 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 또는 UHMWPE, 케블라®, Vectran®, Zylon®, 폴리벤조비스옥사졸(polybenzobisoxazole), 탄소섬유 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은, 강철, 강철 합금, 탄화물(carbide), 티타늄, 액체 금속, 세라믹 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던(19)은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)은 강철(steel)로 만들어지는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던 접촉 표면(18)과 상기 텐던(19) 사이의 건조 미끄럼 마찰(dry sliding friction)은 0.1 이하의 마찰계수를 가지며; 및/또는 상기 마찰계수는 0.1보다 낮은, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 링크들(6, 7, 8)의 인컴버(encumber)는, 상기 관절형 서브조립체(5)의 길이방향 연장에 대해 횡단 방향으로 5mm 이하의 최대 연장을 가지는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던(19)은 0.5mm 이하의, 바람직하게는 0.005mm 내지 0.5mm 사이에 포함되는 직경을 가지는, 로봇 수술 조립체.
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제1항에 있어서,
상기 텐던(19)과 상기 텐던 접촉 표면(18)은 국부적인 상대 운동의 결과로서 국부적인 마찰력들을 교환하는, 로봇 수술 조립체.
제1항에 있어서,
상기 텐던 원위 부분(27)은 텐던 접촉 표면(18)상에서 슬라이딩하기에 부적절한, 로봇 수술 조립체.