KR102571618B1 - 로봇 미세수술 조립체 - Google Patents

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KR102571618B1
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Abstract

로봇 미세수술 조립체(robotic microsurgery assembly)(1)는, 수동 명령(manual command)을 감지하기에 적합한 적어도 하나의 마스터 툴(master tool)(2); 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3); 상기 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 의해 작동되는 적어도 하나의 수술 기구(70); 및 상기 수동 명령에 관한 정보를 포함하는 적어도 제1 명령 신호를 수신하고, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)를 제어하기 위해 적어도 하나의 액추에이터로 제2 명령 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 제어 유닛(4);을 포함하며, 상기 수술 기구(70)는 적어도 하나의 관절형 서브조립체(jointed subassembly)(5)를 포함하고; 상기 관절형 서브조립체(5)는 제1 링크(6), 제2 링크(7), 및 제3 링크(8)를 포함하며; 제1 링크 구조체(9)와 제2 링크 구조체(10)는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하되, 적어도 하나의 상기 텐던 접촉 표면(18)이 구멍 표면(hole surface)으로 것을 회피한다.

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(master tool)과 수술 기구를 포함하는 유형의 로봇 미세수술 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 로봇 수술을 위한 수술 기구뿐만 아니라 슬레이브 조립체(slave assembly)에 관한 것이다.
마스터-슬레이브 패러다임 하의 로봇-보조 또는 로봇 수술에서, 외과의사는 일반적으로 수술 기구들의 움직임을 제어하기 위해 마스터 툴(master tool)을 작동시킨다. 마스터 툴("the master")은 외과의사의 손의 움직임을 감지한다. 마스터 툴은, 마스터 툴에 포지셔닝과 힘 피드백을 제공하기 위한 액추에이터를 포함하는 마스터 툴 매니퓰레이터(manipulator)에 연결될 수 있다. 마스터 툴은 액추에이터들을 포함하는 슬레이브 매니퓰레이터("the slave")에 결합되며, 슬레이브 매니퓰레이터는 의료 또는 수술 기구를 조종하며, 의료 또는 수술 기구에 관절 연결되고 더욱 일반적으로 의료 또는 수술 기구를 작동시킨다. 이러한 의료 기구는 슬레이브에 연결되거나 슬레이브로부터 분리될 수 있다. 대개, 살균 장벽이 슬레이브와 의료 기구 사이에 제공된다.
수술 기구들을 작동시키는 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.
원격 작동되는 마스터-슬레이브 시스템을 포함하는 수술 또는 미세수술을 위한 로봇 조립체는, 예를 들어, 문헌 US-6963792호에 개시된 바와 같이, 일반적으로 알려져 있으며, 더욱 구체적으로, US-6385509호와 US-2014-0135794호에는 미세수술 애플리케이션이 개시되어 있다. 이 문헌들은 수술 기구 팁의 움직임을 위한 운동학적 해법을 서술하며, 이는 다수의 조인트들이 수술 영역을 채우는 일련의 연쇄(kinematic chain)로 협력할 것을 요구한다. 이러한 인컴버런스 효과(encumbrance effect)는 기구의 팁에 관절 연결되는 조인트들이 팁 자체로부터 더 멀어짐에 따라 점점 두드러진다. 더욱이, 피부의 표면으로부터 10cm 만큼 작은 병소 내부의 수술 영역 내일 때, 상기 미세-수술 시스템은 기구 팁의 충분한 움직임, 더욱 구체적으로 충분한 방향 전환을 허용하지 않는다.
로봇 기술의 적용은, 기구들의 고도의 소형화와 수술 영역 내에서 움직임의 크기의 스케일링(scaling)을 허용하는 큰 이익을 초래할 수 있으며, 이런 이유로 실리적인 떨림의 효과를 제거하고 수동 작업을 용이하게 한다. 예를 들어, 미세수술 절차들은 생물학적 조직의 재구성의 몇몇 단계들에서, 예를 들어 작은 직경의 혈관들과 신경들을 포함하는 혈관 문합의 실행에서 실행된다. 이러한 절차들은 수족의 재부착을 위해 그리고 조직에 혈관을 재생하기 위해, 외상 병소 또는 조직의 수술적 제거에 의해 생성된 병소의 발생 후에 해부학적 구조를 재구성하기 위해 수행되며, 이들은 모두 피상적 병소가 미리 존재하는 개방된 수술 셋업에서 수행된다.
미세수술 기술의 적용의 다른 예들은 이식 수술, 신경외과 수술 또는 혈관 수술, 및 눈 둘레 및 내부의 수술, 달팽이관 이식의 경우와 같이 내이(inner ear)에서 발견된다. 또한, 심장 우회의 두드러진 수술적 절차는 관상 동맥의 문합의 최악의 단계를 포함한다. 기구 소형화의 필요성은 다른 수술 기술, 예를 들어 복강경 수술과 내시경 수술과 같은 최소 침습 수술에서도 느껴지며, 이들은 생물학적 조직에 수술 기구의 침습을 제한하는 것을 목적으로 한다. 복강경 수술과 관련하여, 종래 기술에서 알려진 기술적 해법은 단일 절개 복강경 수술 또는 단일 포트 수술에서 채용되는 복강경 수술 기구의 직경의 충분한 소형화를 허용하지 않는다. 더욱이, 일반적으로 최소-침습 수술(MIS)에서 일반적으로 채용되는 내시경은 1 내지 3.2mm 사이의 직경을 가진 기구 채널을 가진다는 점을 가치가 있다. 이러한 크기는 내시경 기구 채널을 통해 이용 가능한 현재의 수술 기구의 기능성을 제한하며, 이는 현재 일반적으로 파지 동작이 가능하다.
문헌 US-5710870호는 두 개의 인접한 로봇 부재들을 연결하는 이중-연결 조인트의 예를 개시하고 있으며, 이러한 이중-연결 조인트는 상기 이중-연결 조인트에 의해 연결된 상기 두 개의 인접한 로봇 부재들에 단일의 자유도를 제공하기에 적합하다.
환자에 작용하기에 적합한 관절형 서브조립체를 포함하는 의료 기구들은 이 기술 분야에 일반적으로 알려져 있다. 예를 들어, 문헌 WO-2010-009221호는 원위부에, 네 개의 작동 케이블들을 채용하여 세 개의 자유도의 움직임, 각각 피치(pitch), 요(yaw) 및 그립(grip)을 제공할 수 있는 관절형 서브조립체를 포함하는 로봇 수술 기구를 보여준다. 이러한 케이블들은 관절 연결 장치의 몸체 내부에 존재하는 안내 채널들, 또는 피복 내부에서 슬라이딩한다.
상기 기술적 해법은, 안내 채널들의 표면들과 그 내부에서 슬라이딩하는 케이블들 사이의 마찰이 관절형 장치에 의해 달성될 수 있는 위치 정밀도를 제한하기 때문에, 로봇식 관절형 장치의 소형화를 제한한다. 종래 기술에서 알려진 바와 같이, 의료 기구의 물리적 크기가 감소하기 때문에, 체적력(volume forces)에 비해 두드러지게 되는 마찰과 같은 표면적인 힘의 적절성의 증가에 관련된 어려움이 증가한다.
관절형 장치의 위치 정밀도의 상실은 관절형 기구의 추가적인 소형화에 대한 근본적인 기술적 장애이다. 소형화와 함께, 구동 부재들(텐던들)의 강성은 그들의 직경의 2제곱으로 낮아지기 때문에, 기구 팁의 정밀한 위치결정을 위해 마찰을 극복하는 것을 더 어렵게 만든다. 더욱이, 이러한 해법은 채널들과 케이블을 둘러싸는 안내 표면들을 포함하는 텐던 안내 시스템을 요구하며, 이는 예를 들어 사출성형 및 기계가공과 같은 알려진 제조 방법을 사용하여 피치(pitch)와 요(yaw) 링크들뿐만 아니라 기구 샤프트를 소형화하기에 너무 어렵게 만들고, 몇몇 위치에 기계적 취약점을 가지기 쉽다.
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.
예를 들어, 문헌 US-2002-128661호는 기구 샤프트 내에 제공된 안내 구멍들을 통해 라우팅된 작동 케이블을 보여주며, 작동 케이블 각각은 그 원위 부분이 단일의 링크에 접촉되어 단단하게 고정된다. 추가적인 유사한 예는 문헌 US-6676684호에 주어져 있다.
수술 기구를 위한 작동 케이블의 추가적인 예들은, 당겨지거나 밀릴 때, 예를 들어 풀리들의 측부 표면들 상에 얻어진 피복 또는 안내 채널들 내에서 슬라이딩하기에 적합하며, 이 예들은 문헌들 US-6371952호, US-6394998호 및 WO-2010-005657호에 개시되어 있다.
구체적으로, 후자의 문헌은, 예컨대 하나의 텐던이 다른 하나의 텐던 위로 뭉치거나 슬라이딩하는 경우와 같이, 관절형 장치로 움직임을 전달함에 있어 그들의 효과를 제한하는 상태에서, 작동 케이블들이 안내 채널들을 포함하는 풀리들 둘레로 지나갈 때 케이블들이 서로 간섭되지 않도록 궤적을 따라가는 해법을 개시한다. (인용문헌 WO-2010-005657호의 도 4에 도시된 바와 같이) 필연적으로 기구 직경의 절반에 가까운 직경을 가지며 링크들, 구체적으로 링크들의 주 구조체, 예를 들어 기구 샤프트와 통합된 링크들, 또는 피치 링크에 부착된 아이들 풀리들의 제공은 소형화에 상당한 장애이다.
더욱이, 작동 케이블들을 위한 채널들을 구현하기 위해 홈들과 벽들의 제공은, 의료 또는 수술 기구의 샤프트 또는 캐뉼라 직경의 소형화에 추가적인 장애이다.
문헌 US-2003-0034748호는 수술 기구의 직경을 5.1mm까지 감소시키는 데 적합한 해법을 개시한다. 이 기구는 척추처럼 기능하는 일련의 디스크들의 사용을 예견하며, 기구 직경보다 큰 벤딩 반경으로 벤딩되는 것을 제공한다.
그럼에도 불구하고, 이 해법은, 대략 하나의 기구 직경으로 연장될 수 있거나, 또는 다시 말해서, 직경에 유사한 곡률반경을 가질 수 있는 콤팩트한 조인트를 달성하기에 적절하지 않다. 이는 대신에 인용된 문헌에 서술된, 예를 들어 핀 조인트, 클레비스 조인트 등으로서 시행된, 회전축으로 구성된 피봇-유형의 조인트에 근거한 그들의 관절 연결에 의해 달성될 수 있다.
관절형 장치의 소형화에 대한 추가적인 장애는 충분한 정밀도를 가진 3차원 미세기계 부품들을 합리적인 공정 비용으로 제조하고 조립하기가 어렵다는 것이다. 밀리미터 이하의 크기를 가진 장치 내의 팁에 비교적 큰 힘을 전개할 필요성은 이러한 부품들을 위해 예를 들어 공구강과 같은 극히 단단한 재료의 사용을 제안한다.
그러므로, 신뢰성과 안전성을 해치지 않는 극단적 소형화를 위해 구조적으로 그리고 기능적으로 적합한 관절형 의료 기구 또는 관절형 장치를 포함하는 조립체를 제공할 필요가 있다.
또한, 넓고 다양한 의료-수술 치료를 수행하기에 적합한 관절형 의료 기구 또는 관절형 장치를 포함하는 조립체를 제공할 필요가 있다.
다음으로, 내구성이 있으며 멸균성과 신뢰성을 해치지 않고 주기적인 유지관리를 수행할 수 있는 관절형 의료 기구 또는 관절형 장치를 포함하는 조립체를 제공할 필요가 있다.
알려진 해법들과 비교하여 간단한 제조와 조립을 요구하는 관절형 의료 기구 또는 관절형 장치를 포함하는 조립체를 제공할 필요가 있다.
의료 기구들을 소형화할 필요가 있다.
의료 기구들의 알려진 크기를 감소할 필요가 있다.
예를 들어, 문헌 WO-2014-151952호는 연결된 장치를 형성하는 다수의 링크들을 포함하는 의료 기구를 보여주며, 상기 의료 기구는 의료 기구의 링크들에 캔틸레버식으로 제공된 샤프트에 지지되는 다수의 풀리들 둘레에 감긴 작동 케이블들을 가진다. 이 해법은 많은 수의 부품을 특징으로 하며, 상기 샤프트에 제공된 상기 풀리들의 레이아웃은 의료 기구의 사용으로부터 일어나는 스트레스에 저항하기 위해 샤프트를 기계가공 하도록 강요하며, 이에 따라 이 해법은 소형화에 부적합하고, 사실 이 장치는 10mm보다 작은 직경을 가지지 못한다. 유사한 해법들이, 예를 들어, 문헌들 US-6676684호, US-2009-0112230호 및 US-2003-135204호에 개시된다.
따라서, 의료 기구를 형성하는 부품들의 수를 감소할 필요가 있다.
예를 들어, 문헌 WO-03-002986호는 연결된 장치들을 형성하는 다수의 디스크-형상의 링크들을 포함하는 의료 기구를 보여주며, 상기 링크들 각각은 작동 케이블들을 안내하기 위한 다수의 구멍들을 가진다. 상기 구멍들은, 작동 케이블들이 상기 링크들로부터 벗어나는 것을 방지하고, 작동 케이블들이 링크들 둘레의 공간을 차지하는 것을 피하며, 작동 케이블들이 핀치 포인트를 생성하는 것을 방지하기 위해, 작동 케이블들을 상기 링크들 내부에 유지하지만, 이러한 모든 시나리오는 예를 들어 안전상의 이유로 수술 장비에서는 받아들여지지 않는다. 또한, 상기 구멍들은, 작동 케이블이 상기 링크들로부터 벗어날 때 인장력을 상기 링크에 적용함에 있어서 작동 케이블이 가진 기계적 이점이 감소하는 것을 피하기 위해, 작동 케이블들을 안내한다.
따라서, 이 해법은, 이러한 링크들에 미크론 크기의 구멍들을 형성하는 것은 매우 불만족스럽고, 동시에, 작동 케이블들이 이러한 구멍들 내부에서 손상 없이 슬라이딩하는 것도 불만족스럽기 때문에, 소형화에 부적합하다.
따라서, 링크들 내에 미크론 크기의 구멍들이 없으며 동시에 의료 기구를 형성하는 부품들의 수를 감소시키기 위해 작동 케이블들의 정확한 안내를 얻을 필요가 있다.
예를 들어, 문헌 US-2008-177285호는 다수의 링크들을 포함하는 의료 기구를 개시하며, 몇몇의 링크는 작동 케이블들의 편향을 안내하기에 적합한 두 개의 돌출 핀들을 포함한다. 몇몇의 관점에서 만족스럽지만, 이러한 해법도, 의료 기구를 구성하는 링크들의 완전성을 해치지 않고 돌출 핀들의 크기가 감소될 수 없기 때문에, 소형화에는 부적절하다.
따라서, 작동 케이블들에 의해 작동되는 다수의 링크들을 가진 소형화된 의료 기구를 제공할 필요가 있다.
예를 들어, 문헌 US-2016-0051274호는 1 내지 5mm 사이의 기구 직경으로 향상된 소형화를 제공하는 롤링 요소 조인트들을 포함하는 손목 기구(wrist mechanism)(도 15)를 개시한다. 이러한 해법은 여전히 링크 부재들 내의 관통 구멍들을 통해 안내되는 작동 텐던들의 라우팅을 위한 개선된 해법을 제공하지 않으며, 이는 소형화가 힘들다. 이러한 해법도 상기 구멍들의 입구와 출구에서 케이블들에 예리한 굽힘을 요구하며, 이는 취약점을 발생시킨다.
유사한 문헌 US-2017-0020615호는 감소된 부품들의 수를 가진 손목 서브조립체(도 5A)를 개시하지만, 안내 구멍들의 사용 없이 작동 텐던들을 라우팅하기 위한 해법을 제공하는 데 실패했으며, 텐던들의 경로에 텐던들을 유지하기 위해 텐던에 큰 측방향 힘을 가할 것으로 요구하며, 이는 상기 텐던들에 취약점들과 마찰을 발생시킨다.
유사한 문헌 EP-2415418호는 이중-연결 조인트를 포함하는 손목 서브조립체(도 4 및 도 5)를 개시하며, 손목 조인트들의 분리된 제어를 위해 이점들을 제공한다. 이 해법은 작동 케이블들의 라우팅을 위해 여전히 다수의 안내 아이들 풀리들의 채용에 의존하며, 이에 따라 다수의 부품들을 소형화하고 조립하기가 어렵다.
유사하게, 문헌 US-2016-0302876호는 제1 링크를 제2 링크에 연결하는 이중-연결 피치 조인트를 포함하는 손목 서브조립체(도 1과 도 2)를 개시한다. 제안된 해법은 제3(요(yaw)) 링크를 작동시키기 위해 각개의 링크 1과 링크 2의 구조체에 핀으로 고정된 아이들 풀리들(참조번호 54와 58) 위로 라우팅된 한 쌍의 작동 텐던들을 포함한다. 구조 링크 부재들에 핀으로 연결된 아이들 풀리들의 존재는 이용 가능한 아이들 풀리들의 최소 직경과 그들의 내부 링 지지의 취약성으로 인해 기구 직경의 소형화를 제한한다.
따라서, 로봇 수술을 위한 수술 기구들을 소형화할 필요가 강하게 느껴진다.
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 미세수술 조립체(robotic microsurgery assembly)(1)는 수동 명령을 감지하기에 적합한 마스터 툴(master tool)(2), 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3)와 적어도 하나의 수술 기구(surgical instrument)(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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11) 중 적어도 두 개는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)에 대한 법선 또는 직교 선(orthogonal line)은 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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, 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.
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.
상기 수술 기구(70)는 적어도 세 개의 텐던들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 세 개의 텐던들의 각각의 텐던은, 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)에 연관된 텐던 근위 부분(26), 상기 제2 링크(7)에 고정되어 상기 제2 링크(7) 위로 연장되거나 또는 상기 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, 각각의 텐던(19)의 상기 텐던 원위 부분(27)은 고정되는 링크의 부분 둘레를 둘러싸며, 고정되는 링크 위에서 슬라이딩하는 것을 방지한다.
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 접촉 표면(18) 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.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던들 중 적어도 두 개의 텐던들의, 바람직하게는 상기 텐던들 중 각각의 텐던의 상기 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 접촉 표면(18) 내에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉한다.
바람직하게는, 상기 텐던들 중 적어도 두 개의 상기 텐던 중간 부분(28)은 오직 상기 제1 링크 구조체(9)의 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 상기 제2 링크 구조체(10)의 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18) 내에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉하며, 상기 제1 링크 구조체(9)와 제2 링크 구조체(10)는 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면이 구멍 표면인 것을 피한다.
이는 텐던들을 라우팅(routing)하기 위한 추가적인 부품들의 필요성을 회피하고, 부품들의 수와 조립의 어려움을 최소화한다. 또한, 링크들 내에 내부 이동 부품을 제공하는 것을 피할 수 있게 한다. 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 접촉 표면(18) 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 접촉 표면(18)은 홈(groove) 표면이다.
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)에 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.
일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 적어도 제1 링크(6), 제2 링크(7) 및 제3 링크(8)를 포함하는 관절형 서브조립체(5)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 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.
일 실시예에 따르면, 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.
일 실시예에 따르면, 상기 수술 기구(70)는 자유도를 움직이기 위한 적어도 하나의 텐던(tendon)(19)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 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, 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.
일 실시예에 따르면, 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 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 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 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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.
일 실시예에 따르면, 모든 텐던 접촉 표면들(18)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)를 형성한다.
일 실시예에 따르면, 모든 텐던 접촉 표면들(18)의 모든 슬라이딩 경로들(65)의 합은 전체 감김 각도(α+β)를 지나간다(sweep). 일 실시예에 따르면, 모든 텐던 접촉 표면들(18)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 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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 관절형 서브조립체(5)의 적어도 하나의 배치형태에서, 상기 전체 감김 각도(α+β)는 120도 이상이다.
일 실시예에 따르면, 상기 관절형 서브조립체(5)의 직선 배치형태에서, 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, 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 접촉 표면(18)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 적합하지 않다.
일 실시예에 따르면, 상기 국부적 감김 각도들 각각은 상기 텐던 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)상의 접촉 경로(65)를 한정하는 상기 텐던들의 부분들 내로 정의된 각도로서 정의된다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)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.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)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) 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 접촉 표면(18)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.
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일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)은 실린더형이다. 일 실시예에 따르면, 상기 텐던 접촉 표면(18)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, 티타늄, 액체 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던 슬라이딩 표면(66)은, 강철, 세라믹, 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 접촉 표면(18)은 강철 합금(steel alloy)으로 만들어진다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 텐던은 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어지며, 상기 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)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 접촉 표면(18)과 상기 텐던 중간 부분(28) 사이의 건조 미끄럼 마찰(dry sliding friction)은 0.1 이하의 마찰계수를 가진다. 예를 들어, 이러한 텐던 접촉 표면(18) 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 마스터 툴(2)은 마스터 인터페이스에 연관된다. 일 실시예에 따르면, 상기 제어 유닛(4)은 적어도 하나의 슬레이브 제어 유닛을 제어하는 마스터 제어 유닛을 제어한다.
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:
- 수술 기구의 소형화가 제공되며;
- 연쇄를 형성하기 위해 직렬로 직접 연결되는 적어도 세 개의 링크 구조체들을 가진 해법이 제공되며;
- 오직 위에서 정의된 텐던 접촉 표면들에서만 링크들에 접촉하는 텐던 중간 부분들을 포함하는 텐던에 의해 상기 관절형 서브조립체의 자유도를 작동시키는 것이 가능하며, 이에 따라 상기 텐던 중간 부분들을 안내하기 위한 풀리들 또는 채널들 또는 관통 구멍들을 제공하는 것을 피하며, 상기 관절형 서브조립체의 모든 배치형태에서 상기 텐던 중간 부분들을 상기 관절형 서브조립체 가까이에 유지하면서 그리고 상기 텐던이 상기 관절형 서브조립체의 모든 배치형태에서 균일한 기계적 이점을 갖고 상기 링크들 상에서 당겨진다.
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 (15)

  1. 로봇 미세수술 조립체(robotic microsurgery assembly)(1)로서:
    - 수동 명령(manual command)을 감지하기에 적합한 적어도 하나의 마스터 툴(master tool)(2);
    - 적어도 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(slave manipulator)(3);
    - 상기 하나의 슬레이브 매니퓰레이터(3)에 의해 작동되는 적어도 하나의 수술 기구(70); 및
    - 상기 수동 명령에 관한 정보를 포함하는 적어도 제1 명령 신호를 수신하고, 상기 슬레이브 매니퓰레이터(3)를 제어하기 위해 적어도 하나의 액추에이터(25)로 제2 명령 신호를 전송하도록 된 적어도 하나의 제어 유닛(4);을 포함하며,
    상기 수술 기구(70)는 적어도 하나의 관절형 서브조립체(jointed subassembly)(5)를 포함하고;
    상기 관절형 서브조립체(5)는 제1 링크(6), 제2 링크(7), 및 제3 링크(8)를 포함하며;
    - 상기 제1 링크(6)는 제1 링크 구조체(9)로 형성되고, 상기 제1 링크 구조체(9)는 단일체(single piece)이며;
    - 상기 제2 링크(7)는 제2 링크 구조체(10)로 형성되고, 상기 제2 링크 구조체(10)는 단일체이며;
    - 상기 제3 링크(8)는 제3 링크 구조체(11)로 형성되고, 상기 제3 링크 구조체(11)는 단일체이며;
    - 상기 제1 링크 구조체(9) 및 제2 링크 구조체(10)는 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하며,
    - 상기 제1 링크 구조체(9)는 제1 조인트 근위 부분을 형성하는 제1 링크 원위 부분(12)을 포함하고, 상기 제2 링크 구조체(10)는 제1 조인트 원위 부분을 형성하는 제2 링크 근위 부분(13)을 포함하며, 상기 제1 링크 원위 부분(12)과 상기 제2 링크 근위 부분(13)은 상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 사이에 단일의 자유도를 제공하는 제1 조인트(14)를 적어도 부분적으로 형성하기 위해 협력하며;
    - 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 포함하며, 상기 제2 링크 원위 부분(15)과 상기 제3 링크 근위 부분(16)은 상기 제2 링크(7)와 상기 제3 링크(8) 사이에 단일의 자유도를 제공하는 제2 조인트(17)를 적어도 부분적으로 형성하기 위해 협력하며;
    상기 수술 기구(70)는 적어도 세 개의 텐던들(tendons)을 포함하고, 상기 적어도 세 개의 텐던들의 각각의 텐던은:
    - 상기 적어도 하나의 액추에이터(25)에 연관된 텐던 근위 부분(26);
    - 상기 제2 링크(7)에 고정되어 상기 제2 링크(7) 위로 연장되거나 또는 상기 제3 링크(8)에 고정된 텐던 원위 부분(27); 및
    - 상기 텐던 근위 부분(26)과 상기 텐던 원위 부분(27) 사이에 연장된 텐던 중간 부분(28);을 포함하며,
    적어도 두 개의 상기 텐던들의 상기 텐던 중간 부분(28)은, 오직 상기 제1 링크 구조체(9)의 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)과 상기 제2 링크 구조체(10)의 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉되되, 적어도 하나의 상기 텐던 접촉 표면(18)이 구멍 표면(hole surface)으로 되는 것을 회피하는, 로봇 미세수술 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링크 구조체(9), 상기 제2 링크 구조체(10) 및 상기 제3 링크 구조체(11) 각각은 적어도 하나의 텐던 접촉 표면(18)을 포함하는, 로봇 미세수술 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 텐던 접촉 표면(18)은 다수의 직선들에 의해 형성된 선직면(ruled surface)인, 로봇 미세수술 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 텐던 접촉 표면(18)을 형성하는 다수의 상기 직선들은 모두 조인트 축(X-X, Y-Y)에 평행한, 로봇 미세수술 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 텐던 접촉 표면(18)들은 상기 제1 링크 구조체(9) 및 제2 링크 구조체(10)의 외부 표면들인, 로봇 미세수술 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 텐던 접촉 표면(18)들은 볼록한 표면들인, 로봇 미세수술 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관절형 서브조립체(5)는 손목(wrist) 서브조립체이며, 상기 제1 조인트(14)는 상기 제2 조인트(17)에 대해 직각인, 로봇 미세수술 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관절형 서브조립체(5)는 팔꿈치(elbow) 서브조립체이며, 상기 제1 조인트(14)는 상기 제2 조인트(17)에 평행한, 로봇 미세수술 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 두 개의 상기 텐던들은 동일한 텐던 접촉 표면에 접촉하는, 로봇 미세수술 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조인트(14)와 상기 제2 조인트(17) 중 적어도 하나는,
    적어도 하나의 핀(33)과 상기 적어도 하나의 핀(33)을 수용하기 위한 적어도 하나의 핀 시트(pin seat)(34)를 포함하는 핀 조인트(pin joint)인, 로봇 미세수술 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조인트(14)와 상기 제2 조인트(17) 중 적어도 하나는,
    서로 맞물리는(intermesh) 대향하는 조인트 부분들에 의해 형성되는, 로봇 미세수술 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조인트(14)와 상기 제2 조인트(17) 중 적어도 하나는:
    - 캠 조인트(cam joint); 및/또는
    - 롤링 조인트(rolling joint); 및/또는
    - 이중-연결 조인트(double-joined joint)(36); 및/또는
    - 클레비스 조인트(clevis joint)인, 로봇 미세수술 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링크(6)와 상기 제2 링크(7) 중 하나는 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면(18)들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면(18)들 상에서 상기 텐던은 상기 적어도 두 개의 텐던 접촉 표면(18) 둘 다와 접촉을 유지하면서 슬라이딩하며, 적어도 두 개의 상기 텐던 접촉 표면(18)들 상에 하나 이상의 슬라이딩 경로들(65)을 형성하는, 로봇 미세수술 조립체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 텐던들 중 각각의 텐던의 상기 텐던 중간 부분(28)은 오직 적어도 하나의 상기 텐던 접촉 표면(18)에서 상기 관절형 서브조립체(5)에 접촉되는, 로봇 미세수술 조립체.
  15. 삭제
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