KR102601931B1

KR102601931B1 - 수술용 인스트루먼트의 관절유닛

Info

Publication number: KR102601931B1
Application number: KR1020210135002A
Authority: KR
Inventors: 김종택; 심원현; 전병관
Original assignee: 주식회사 프리메디텍
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-11-14
Also published as: KR20230051968A

Abstract

수술용 인스트루먼트의 관절유닛이 개시된다. 본 발명의 수술용 인스트루먼트의 관절유닛은, 매뉴얼 또는 로봇 수술기구의 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 마련되는 것으로서, 복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부; 및 상기 복수의 관절편을 서로 연결하며, 상기 관절부를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 상기 관절부의 형상을 가변적으로 변경 가능한 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 직선부와 굴곡부를 형성하는 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편을 서로 동일한 형태로 적용함으로써, 부품 단일화에 따른 제조 비용 절감 및 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

수술용 인스트루먼트의 관절유닛{joint unit of surgical instrument}

본 발명은 부품 단일화에 따른 제조 비용 절감 및 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다. 따라서 최근에는 피부에 소정의 구멍을 형성하여 의료 기기, 예를 들면, 복강경, 수술용 인스트루먼트, 미세수술용 현미경 등만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술용 인스트루먼트는 피부에 천공된 구멍을 통과하는 샤프트의 일단에 구비된 엔드 이펙터를 소정의 구동부를 사용하여 의사가 직접 손으로 조작하거나 로봇 암을 사용하여 조작함으로써 수술 부위를 수술하기 위한 도구이다. 수술용 인스트루먼트에 구비된 엔드 이펙터의 소정의 구조를 통한 회전 동작, 집게 동작(gripping), 절단 동작(cutting) 등을 수행한다.

기존 수술용 인스트루먼트는 엔드 이펙터 부분이 굴곡되지 않아 수술 부위로의 접근 및 여러 수술 동작의 수행에 있어서 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 이를 보완하기 위해 엔드 이펙터 부분이 샤프트에 대해 굴곡될 수 있는 수술용 인스트루먼트들이 개발되어 적용되고 있다.

구체적으로, 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 굴곡될 수 있는 굴곡 관절을 마련하고 있는데, 이러한 굴곡 관절은 굴곡 관절 전체의 내구성 증대를 위해 샤프트 단부에 bending section - rigid straight section - bending section이 연속적으로 연결된 형태를 갖거나, 샤프트 단부에 rigid straight section - bending section이 연속적으로 연결된 형태를 갖고 있다.

여기서, bending section은 자유롭게 굴곡되는 구간이고, rigid straight section은 굴곡되지 않는 직선 구간을 의미하는데, 종래의 수술용 인스트루먼트는 이러한 rigid straight section을 적어도 부분적으로 갖고 있었다.

이러한 rigid straight section은 bending section과 구성 부품에 있어 형상 및 결합구조가 전혀 상이하게 이루어지는바, 종래에는 굴곡 관절을 형성하기 위해 bending section 구성 부품, rigid straight section 구성 부품을 별도로 설계하여 적용하고 있었다.

이에 따라, 구성 부품 개수의 증가에 따른 제조 비용 증가가 발생할 뿐만 아니라, 제조작업 현장에서 구성 부품을 관리함에 있어서도 다수의 구성 부품을 별도로 관리해야 하는바 부품 관리 효율이 저감될 수 밖에 없는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1693677호(2017. 1. 10 공고)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관절에 직선구간과 굴곡되는 굴곡구간을 형성하는 구성 부품을 단일화하여 동일 부품으로 직선구간과 굴곡구간을 형성할 수 있으므로, 부품 단일화에 따른 제조 비용 절감 및 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 필요시 직선구간을 굴곡 구간으로 형태 변환할 수 있고 경우에 따라 다시 직선구간으로 형태 변환을 자유롭게 실시할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 매뉴얼 또는 로봇 수술기구의 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 마련되는 것으로서, 복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부; 및 상기 복수의 관절편을 서로 연결하며, 상기 관절부를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 상기 관절부의 형상을 가변적으로 변경 가능한 와이어를 포함하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛이 제공된다.

상기 와이어는 상기 관절부의 형상을 가변적으로 변경하도록 외부로부터 잡아당기는 힘이 가변적으로 작용할 수 있다.

상기 관절부는, 상기 샤프트에 인접하게 마련되며 직선 구간을 형성 가능하도록 복수의 직선유도 관절편으로 이루어지는 직선부; 및 상기 직선부와 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되며 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 굴곡부를 포함하고, 상기 복수의 직선유도 관절편과 상기 굴곡유도 관절편은 서로 동일한 형태로 이루어질 수 있다.

상기 와이어는, 상기 직선유도 관절편을 서로 연결하되 상기 굴곡부에 가장 인접한 직선유도 관절편에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능한 복수의 직선유도 와이어; 및 상기 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 엔드 이펙터에 가장 인접한 골곡유도 관절편에 걸림되어 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 굴곡유도 와이어를 포함할 수 있다.

상기 관절부는, 상기 샤프트에 인접하게 마련되며 제1 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제1 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 제1 굴곡부; 상기 엔드 이펙터에 인접하게 마련되며 제2 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제2 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 제2 굴곡부; 및 상기 제1 굴곡부와 제2 굴곡부 사이에 직선 구간을 형성 가능하도록 복수의 직선유도 관절편으로 이루어지는 직선부를 포함하고, 상기 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 관절편과 상기 직선유도 관절편은 서로 동일한 형태로 이루어질 수 있다.

상기 와이어는, 상기 제1 굴곡유도 관절편을 서로 연결하되 상기 직선부에 가장 인접한 제1 굴곡유도 관절편에 걸림되어 제1 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 제1 굴곡유도 와이어; 상기 제1 굴곡유도 관절편과 상기 직선유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 제2 굴곡부에 가장 인접한 상기 직선유도 관절편에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능한 복수의 직선유도 와이어; 및 상기 제1 굴곡유도 관절편, 상기 직선유도 관절편 및 상기 제2 굴곡유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 엔드 이펙터에 가장 인접한 제2 골곡유도 관절편에 걸림되어 제2 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 제2 굴곡유도 와이어를 포함할 수 있다.

상기 복수의 관절편은 각각, 중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부; 상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및 상기 제2 세그먼트부의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지는 제3 세그먼트부를 포함하며, 상기 제3 세그먼트부는 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입될 수 있다.

상기 제1 내지 제3 세그먼트부를 두께방향으로 관통하도록 관통공이 마련될 수 있다.

상기 제3 세그먼트부는 상기 평평한 면과 대응하도록 일측이 절개된 구 형상으로 이루어지고, 상기 삽입홈은 상기 제3 세그먼트부와 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 제2 세그먼트부의 원주방향 외면과 상기 평평한 면 사이에는 40도 내지 90도의 사이각도가 형성될 수 있다.

상기 제2 세그먼트부의 평평한 면과 상기 제3 세그먼트부 사이에는 20도 내지 90도의 사이각도가 형성될 수 있다.

상기 평평한 면과 상기 제3 세그먼트부 사이의 가장 긴 길이와, 상기 삽입홈의 깊이와의 비율은 1: 0.5 이하일 수 있다.

상기 제3 세그먼트부의 상단에는 평평한 절개면이 마련될 수 있다.

상기 복수의 관절편은 각각, 중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부; 상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및 상기 제2 세그먼트의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지는 제3 세그먼트부를 포함하며, 상기 제3 세그먼트부는 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입되고, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부에는, 상기 복수의 직선유도 와이어와 상기 복수의 굴곡유도 와이어가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀과 굴곡유도 관통홀이 마련될 수 있다.

상기 복수의 직선유도 관통홀과 굴곡유도 관통홀은, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련될 수 있다.

상기 복수의 관절편은 각각, 중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부; 상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및 상기 제2 세그먼트의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지는 제3 세그먼트부를 포함하며, 상기 제3 세그먼트부는 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입되고, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부에는, 상기 복수의 직선유도 와이어와 상기 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 와이어가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀이 마련될 수 있다.

상기 복수의 직선유도 관통홀과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀은, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련될 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 수술용 인스트루먼트의 관절유닛에 의하면, 직선부와 굴곡부를 형성하는 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편을 서로 동일한 형태로 적용함으로써, 부품 단일화에 따른 제조 비용 절감 및 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편이 좌우 대칭 구조로 이루어짐에 따라, 서로를 연결하여 관절부를 구성함에 있어 부품의 결합 방향성을 크게 고려하지 않아도 되는바 작업자가 한층 용이하면서 신속하게 결합작업을 수행할 수 있다.

또한, 복수의 직선유도 관절편을 서로 연결하는 복수의 직선유도 와이어와, 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편을 서로 연결하는 복수의 굴곡유도 와이어를 별도로 마련함으로써, 필요시 와이어 견인력 부여를 통해 직선부를 형성할 수 있고 경우에 따라서는 와이어 견인력 제공을 해제하여 직선부를 굴곡부로 형태 변환을 자유롭게 변경할 수 있다.

또한, 구형 형상의 제3 세그먼트부와, 이에 대응하는 형상의 제1 세그먼트부의 삽입홈 간의 결합을 통해 복수의 관절편이 서로 인접하게 연결됨에 따라 복수의 관절편의 움직임이 한층 자연스럽게 이루어지도록 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛을 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛의 하나의 관절편을 나타내는 단면도,
도 4는 도 3의 사시도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛의 하나의 관절편의 다양한 형상을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛의 관절편들이 서로 연결된 상태를 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛에서 직선부를 구성하는 최하단 관절편을 나타내는 저면도,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛을 나타내는 측면도,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛에서 제1 굴곡부를 구성하는 최하단 관절편을 나타내는 저면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛은 매뉴얼 또는 로봇 수술기구의 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 마련되어 엔드 이펙터의 자유로운 움직임을 유도하는 것으로서, 동일한 부품이 연속적으로 이루어진 형태로 이루어지면서 일정 구간을 굴곡시킬 수 있고 필요시 선택적으로 다른 일정 구간을 직선 형태의 구간으로 유지할 수 있도록 이루어진다. 즉, 직선 형태의 구간 유지를 통해 별도의 구성품이 적용되지 않고 동일한 부품으로 직선 형태의 구간을 유지할 수 있으므로 부품 단일화를 통한 제조 원가 감소와 더불어 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절유닛(이하, 관절유닛이라 함)은 매뉴얼 또는 로봇 수술기구의 샤프트(10)와 엔드 이펙터(11) 사이에 마련되는 것으로서, 관절부(100)와 와이어(150)를 포함한다.

먼저, 관절부(100)는 복수의 관절편(101)이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지고, 외부 구동부(미도시)를 통한 와이어(150)의 견인 동작에 의해 전술한 바와 같이 일정구간을 다양한 각도로 절곡시킬 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 선택적으로 또 다른 일정 구간을 직선형태의 구간으로 유지시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 관절부(100)는 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등과 같이 생체 적합성 소재로 이루어진다.

다음, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 와이어(150)는 복수의 관절편(101)을 서로 연결하며, 관절부(100)를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경할 수 있다. 이러한 와이어(150)는 다수로 이루어지고 외부 구동부(미도시)를 통해 다수의 와이어 중 일부만 견인하여 관절부(100)의 일정 구간을 굴곡시킬 수 있고, 나머지 와이어를 동일한 힘으로 견인하여 관절부(100)의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지시킬 수 있다. 또한, 관절부(100)의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지하기 위한 와이어의 견인력을 해제함으로써, 직선 구간없이 관절부(100)의 전체 구간을 굴곡시킬 수도 있다. 와이어(150) 또한 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등과 같이 생체 적합성 소재로 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시예에서, 와이어(150)는 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경하도록, 구체적으로 전술한 바와 같이 1) 관절부의 일정구간을 굴곡시키고 다른 일정 구간을 직선형태의 구간으로 형성하는 것, 2) 직선형태의 구간 형성없이 관절부의 전체구간을 굴곡시키도록 외부 구동부(미도시)에 의해 잡아당기는 힘이 가변적으로 작용한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

본 발명의 제1 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 관절부(100)는 복수의 직선유도 관절편(102)으로 이루어지는 직선부(105), 복수의 굴곡유도 관절편(104)으로 이루어지는 굴곡부(108)를 포함한다.

직선부(105)는 샤프트(10)에 인접하게 마련되며 와이어(150)의 견인력에 의해 직선 구간을 형성한다. 또한, 굴곡부(108)는 직선부(105)와 엔드 이펙터(11) 사이에 마련되며 와이어(150)의 견인력에 의해 굴곡 구간을 형성한다.

여기서, 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 서로 동일한 형태로 이루어지고 각각은 좌우 대칭 구조로 이루어진다. 따라서, 직선 형태의 구간 유지를 통해 별도의 구성품이 적용되지 않고 동일한 부품으로 직선 형태의 구간을 유지할 수 있으므로, 부품 단일화를 통한 제조 원가 감소와 더불어 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편이 좌우 대칭 구조로 이루어짐에 따라, 서로를 연결하여 관절부를 구성함에 있어 부품의 결합 방향성을 크게 고려하지 않아도 되는바 작업자가 한층 용이하면서 신속하게 결합작업을 수행할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 관절편(101), 구체적으로 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 각각, 제1 세그먼트부(109), 제2 세그먼트부(112) 및 제3 세그먼트부(116)를 포함한다.

제1 세그먼트부(109)는 대략 원판 형상으로 이루어지고, 중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈(110)이 마련된다.

제2 세그먼트부(112)는 제1 세그먼트부(109)의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면(114)이 마련된다. 또한, 제3 세그먼트부(116)는 제2 세그먼트부(112)의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어진다.

도 3에 도시한 바와 같이, 삽입홈(110)은 원호 형상의 단면을 가지면서 전체적으로 절개된 구형의 홈 형태로 이루어지고, 제3 세그먼트부(116)는 마찬가지로 제2 세그먼트부(112)에 연결되는 일측이 절개된 구형 형상으로 이루어진다.

즉, 제3 세그먼트부(116)는 제2 세그먼트부(112) 상단의 평평한 면(114)과 대응하도록 일측이 절개된 구 형상으로 이루어지고, 삽입홈(110)은 제3 세그먼트부(116)가 내측에 삽입되어 자유롭게 회전할 수 있는 형상으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에서, 제3 세그먼트부(116)는 삽입홈(110) 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 삽입홈(110) 내측에 부분적으로 삽입된다. 덧붙여, 서로 이웃하게 배치된 복수의 관절편(101)들이 와이어 견인동작(견인력 제어)에 의해 자유롭게 길이방향상 각도가 조절 가능하도록, 제3 세그먼트부(116)는 삽입홈(110) 내에서 자유롭게 회전 가능하게 이루어진다. 일 예로, 제3 세그먼트부(116)의 외면 곡률이 삽입홈(110) 내면의 곡률보다 크게 이루어지도록 함으로써, 제3 세그먼트부의 자유로운 움직임을 가능하게 할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제3 세그먼트부(109,112,116)를 두께방향으로 관통하도록 관통공(120)이 마련되며, 엔드 이펙터(11)의 동작(그리퍼 벌림과 오므림 동작) 제어를 위해 별도의 와이어(미도시) 또는 바(미도시)가 관통공(120) 내측으로 삽입된 후 엔드 이펙터(11)와 연결될 수 있다.

도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 세그먼트부(112)의 원주방향 외면과 평평한 면(114) 사이에는 40도 내지 90도의 사이각도(α1)가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 서로 인접하게 배치된 관절편(101) 들이 와이어 견인동작에 의해 전후 또는 좌우 방향 중 일측으로 굴곡되도록 형태가 변형될 때, 서로 인접한 관절편(101)의 제2 세그먼트부(112) 간의 접촉에 의해 굴곡 동작이 간섭되어 원하는 각도로 굴곡되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 복수의 관절편(101)의 굴곡을 위한 회전 각도를 최대한 자유롭게 허용하여 결국 엔드 이펙터(11)의 자유로운 움직임을 유도할 수 있는 자유도를 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 사이각도(α1)가 40도 미만인 경우 서로 인접한 관절편(101)의 제2 세그먼트부(112) 간의 접촉에 의해 굴곡 동작이 간섭되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 사이각도(α1)가 90도를 초과하는 경우, 제2 세그먼트부(112)의 단면적 감소로 인해 후술하는 바와 같이 제2 세그먼트부(112)에 와이어(150)를 관통시키기 위한 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 형성하는 작업이 용이하지 않게 되는 문제가 있다.

본 발명의 실시예에서, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 세그먼트부(112)의 평평한 면(114)과 제3 세그먼트부(116) 사이에는 20도 내지 90도의 사이각도(α2)가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이 와이어(150)가 제2 세그먼트부(112)에 형성되는 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 관통하여 인접한 복수의 관절편(101) 들을 서로 용이하게 연결시킬 수 있고, 제3 세그먼트부(116)가 삽입홈(110)에 안정적으로 삽입되어 회전 가능한 상태를 유지할 수 있다.

예를 들어, 상기 사이각도(α2)가 20도 미만인 경우, 평평한 면(114)의 가장자리 단부를 기준으로 구형 형상의 제3 세그먼트부(116)가 외측으로 돌출되는 영역이 증가함에 따라, 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 관통한 와이어(150)와 제3 세그먼트부(116)가 접촉하여 상호 마찰에 의해 원활한 와이어 제어에 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 사이각도(α2)가 90도를 초과하는 경우 제2 세그먼트부(112)의 평평한 면(114)의 단면적 대비 제3 세그먼트부(116)의 부피가 감소하여 결국 삽입홈(110)에 대해 제3 세그먼트부(116)가 삽입되는 부분이 감소하여 인접한 관절편(101) 간의 안정적인 결합상태 유지를 저해할 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(11)의 움직임을 제어하기 위해 와이어(미도시) 또는 바(미도시)가 관통 삽입되는 관통공(120)의 직경 감소로 인해 엔드 이펙터의 움직임 제어를 위한 구성들의 결합이 용이하지 않는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 평평한 면(114)과 제3 세그먼트부(116) 사이의 가장 긴 길이(L), 즉 평평한 면(114)에 대한 제3 세그먼트부(116)의 최대 높이와, 삽입홈(110)의 깊이(D)와의 비율은 1: 0.5 이하인 것이 바람직하다.

만약, 이러한 비율이 1: 0.5 보다 큰 경우, 예를 들어 1: 0.6, 1: 0.7, 1:0.8 등과 같이 제1 세그먼트부(109)의 바닥면으로부터 삽입홈(110)의 깊이가 점차 증가하는 경우, 인접한 관절편(101) 간의 구름접촉에 의한 회전운동시 제3 세그먼트부(116)의 외면이 삽입홈(110)의 내면에 접촉하여 더 이상 회전이 제한되는 문제가 발생할 수 있다. 덧붙이자면, 와이어 견인동작에 의해 제3 세그먼트부(116)가 삽입홈(110) 내에서 일측 방향으로 더욱 회전하여야 하지만 삽입홈(110) 내면과의 접촉에 의한 간섭으로 더이상의 회전이 불가하여 엔드 이펙터의 자유로운 움직임을 저해할 수 있는 문제가 있다.

또한, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 세그먼트부(116)의 상단에는 평평한 절개면(118)이 마련될 수 있다.

이에 따라, 제3 세그먼트부(116)의 외면과 삽입홈(110) 내면 사이에서 필요이상의 상호 접촉 면적이 발생하는 것을 제한함으로써, 복수의 관절편(101)을 서로 인접하게 배치할 때, 복수의 관절편(101)을 서로 결합하는 과정에서 관절편(101) 들의 결합 위치 이탈을 한층 최소화하여 결합 공정시 한층 용이하게 서로간을 결합할 수 있다.

다음, 도 1, 도 2, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 와이어(150)는 복수의 직선유도 와이어(152)와 골곡유도 와이어(154)를 포함한다.

직선유도 와이어(152)는 직선유도 관절편(102)을 서로 연결하되 굴곡부(108)에 가장 인접한 직선유도 관절편(102)에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능하도록 복수로 이루어진다.

또한, 도 1, 도 2, 도 6에 도시한 바와 같이, 굴곡유도 와이어(150)는 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104) 모두를 서로 연결하되 엔드 이펙터(11)에 가장 인접한 골곡유도 관절편(101)에 걸림되어 굴곡 구간을 형성 가능하도록 복수로 이루어진다.

한편, 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 기능에 있어서만 차이가 있는 것일뿐, 실제 형상에 있어서는 서로 동일한 형태와 구조로 이루어진다.

직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(150)는 모두 일반적인 견인 와이어와 견인 와이어의 단부에 봉 또는 바 형태로 연결되는 걸림편(156)을 포함하고, 상기 걸림편(156)이 제2 세그먼트부(112)의 상면에 걸림된 상태로 와이어에 견인력이 작용하여 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)의 형태 제어가 이루어진다.

도 3, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 세그먼트부(109)와 제2 세그먼트부(112)에는, 복수의 직선유도 와이어(152)와 복수의 굴곡유도 와이어(150)가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)이 마련된다.

여기서, 복수의 직선유도 관통홀(122)에는 직선유도 와이어(152)가 관통하여 걸림되며, 구체적으로 직선유도 와이어(152)의 단부에 마련되는 걸림편은 복수의 직선유도 관절편(102) 중 굴곡부(108)에 가장 인접하게 배치된 직선유도 관절편(102)의 제2 세그먼트부(112)에 걸림되는 상태를 갖는다.

또한, 복수의 굴곡유도 관통홀(124)에는 굴곡유도 와이어(150)가 관통하여 걸림되며, 구체적으로 굴곡유도 와이어(150)의 단부에 마련되는 걸림편은 복수의 굴곡유도 관절편(104) 중 엔드 이펙터(11)에 가장 인접하게 배치된 굴곡유도 관절편(104)의 제2 세그먼트부(112)에 걸림되는 상태를 갖는다.

본 발명의 실시예에서, 복수의 직선유도 와이어(152)와 복수의 굴곡유도 와이어(150)의 견인력을 제어하기 위한 외부 구동부(미도시)는 각각 별도로 마련되며, 복수의 직선유도 와이어(152)를 동일한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 복수의 직선유도 관절편(102)은 직선 형태로 연결된 상태를 유지할 수 있다.

또한, 복수의 굴곡유도 와이어(150) 중 어느 하나를 상대적으로 더욱 강한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 복수의 굴곡유도 관절편(104)은 일측방향으로 굴곡되는 상태를 가질 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)은, 제1 세그먼트부(109)와 제2 세그먼트부(112)의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련된다. 따라서, 복수의 직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(150)는 서로간에 간섭없이 와이어 견인 동작을 수행할 수 있다. 관련 도면에는 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)이 각각 90도 간격으로 이격되는 상태가 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

한편, 전술한 설명에서는, 복수의 직선유도 와이어(152)를 동일한 힘으로 견인하여 복수의 직선유도 관절편(102)을 직선 형태로 유지하는 것에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 사용자는 필요시 복수의 직선유도 와이어(152)에 견인력을 제공하지 않고 복수의 굴곡유도 와이어(150)에만 견인력을 제공하여 복수의 관절편(101)을 전체적으로 굴곡시킬 수 있다. 이러한 경우 엔드 이펙터(11)의 회전 각도 범위를 증대시켜 보다 넓은 범위 내에서 엔드 이펙터를 이동시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 관절유닛을 설명하며, 제1 실시예와 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하고 동일 구성에 대해서는 200번대로 시작하는 도면부호를 사용한다.

본 발명의 제1 실시예에서 관절부는 직선부와 굴곡부로 이루어지지만, 본 발명의 제2 실시예에서는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 관절부(200)가 제1 굴곡부(208), 제2 굴곡부(207) 및 직선부(205)로 이루어진다.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 굴곡부(208)는 샤프트(10, 도 1참조)에 인접하게 마련되며 제1 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제1 굴곡유도 관절편(204)으로 이루어진다.

또한, 제2 굴곡부(207)는 엔드 이펙터(11, 도 1 참조)에 인접하게 마련되며 제2 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제2 굴곡유도 관절편(206)으로 이루어진다. 또한, 직선부(205)는 제1 굴곡부(208)와 제2 굴곡부(207) 사이에 직선 구간을 형성 가능하도록 복수의 직선유도 관절편(202)으로 이루어진다.

여기서, 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 관절편(204,206)과 직선유도 관절편(202)은 제1 실시예와 마찬가지로 서로 동일한 형태로 이루어지며, 기능상에 있어서만 차이를 갖고 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 제1 굴곡부(208)와 제2 굴곡부(207)는 와이어 견인을 통해 서로 별개로 회전방향(굴곡 방향) 제어가 이루어지며, 이에 따라 제1 실시예에 비해 더욱 높은 자유도를 가지면서 엔드 이펙터의 움직임을 제어할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 와이어(250)는 복수의 제1 굴곡유도 와이어(254), 직선유도 와이어(252) 및 제2 굴곡유도 와이어(257)를 포함한다.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 굴곡유도 와이어(254)는 제1 굴곡유도 관절편(204)을 서로 연결하되 직선부(205)에 가장 인접한 제1 굴곡유도 관절편(204)의 제2 세그먼트부의 상부면에 걸림되어 제1 굴곡 구간을 형성하도록 복수로 이루어진다.

직선유도 와이어(252)는 제1 굴곡유도 관절편(204)과 직선유도 관절편(202) 모두를 서로 연결하되 제2 굴곡부(207)에 가장 인접한 직선유도 관절편(202)의 제2 세그먼트부의 상부면에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성하도록 복수로 이루어진다.

다음, 제2 굴곡유도 와이어(257)는 복수의 제1 굴곡유도 관절편(204), 직선유도 관절편(202) 및 제2 굴곡유도 관절편(206) 모두를 서로 연결하되 엔드 이펙터에 가장 인접한 제2 굴곡유도 관절편(206)의 제2 세그먼트부에 걸림되어 제2 굴곡 구간을 형성하도록 복수로 이루어진다.

한편, 직선유도 관절편(202)과 제1 및 제2 굴곡유도 관절편(204,206)은 기능에 있어서만 차이가 있는 것일뿐, 실제 형상에 있어서는 서로 동일한 형태와 구조로 이루어진다.

본 발명의 실시예에서, 복수의 직선유도 와이어(252)와 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 와이어(204,206)의 견인력을 제어하기 위한 외부 구동부(미도시)는 각각 별도로 마련되며, 복수의 직선유도 와이어(252)를 동일한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 복수의 직선유도 관절편(202)은 직선 형태로 연결된 상태를 유지할 수 있다.

또한, 복수의 제1 굴곡유도 와이어(254) 중 어느 하나를 상대적으로 더욱 강한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 제1 굴곡부(208)를 다양한 방향으로 굴곡시킬 수 있고, 제2 굴곡유도 와이어의 경우도 마찬가지이다.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 세그먼트부(109, 도 3 참조)와 제2 세그먼트부(112, 도 3 참조)에는, 복수의 직선유도 와이어(252)와 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 와이어(254,257)가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀(222)과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀(224,226)이 마련된다. 여기서, 와이어와 관절편 간의 걸림 구조는 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하고 중복 설명은 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 복수의 직선유도 관통홀(222)과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀(224,226)은, 제1 세그먼트부(109)와 제2 세그먼트부(112)의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련된다. 따라서, 복수의 직선유도 와이어(252)와 제1 및 제2 굴곡유도 와이어(254,257)는 서로간에 간섭없이 와이어 견인 동작을 수행할 수 있다. 관련 도면에는 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀(224,226)이 각각 90도 간격으로 이격되는 상태가 도시되어 있고, 복수의 직선유도 관통홀(222)은 원주방향 기준 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀(224,226) 사이에 배치된 상태가 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

한편, 전술한 설명에서는, 복수의 직선유도 와이어(252)를 동일한 힘으로 견인하여 복수의 직선유도 관절편(202)을 직선 형태로 유지하는 것에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 사용자는 필요시 복수의 직선유도 와이어(252)에 견인력을 제공하지 않고 복수의 제2 굴곡유도 와이어(257)에만 견인력을 제공하여 관절부(200)를 전체적으로 굴곡시킬 수 있다. 이러한 경우 엔드 이펙터의 회전 각도 범위를 증대시켜 보다 넓은 범위 내에서 엔드 이펙터를 이동시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10: 샤프트 11: 엔드 이펙터
100: 관절부 101: 관절편
102: 직선유도 관절편 104: 굴곡유도 관절편
105: 직선부 108: 굴곡부
109: 제1 세그먼트부 112: 제2 세그먼트부
116: 제3 세그먼트부 120: 관통공
122: 직선유도 관통홀 124: 굴곡유도 관통홀
150: 와이어 152: 직선유도 와이어
154: 굴곡유도 와이어 156: 걸림편
200: 관절부 202: 직선유도 관절편
204: 제1 굴곡유도 관절편 206: 제2 굴곡유도 관절편
205: 직선부 207: 제2 굴곡부
208: 제1 굴곡부 222: 직선유도 관통홀
224: 제1 굴곡유도 관통홀 226: 제2 굴곡유도 관통홀
250: 와이어

Claims

매뉴얼 또는 로봇 수술기구의 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 마련되는 것으로서,
복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부; 및
상기 복수의 관절편을 서로 연결하며, 상기 관절부를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 상기 관절부의 형상을 가변적으로 변경 가능한 와이어를 포함하고,
상기 복수의 관절편은 각각,
중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부;
상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및
상기 제2 세그먼트부의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지고 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입되는 제3 세그먼트부를 포함하며,
상기 평평한 면과 상기 제3 세그먼트부 사이의 가장 긴 길이와, 상기 삽입홈의 깊이와의 비율은 1:0.2 내지 1:0.25 이고,
상기 와이어는 다수로 이루어지고 외부 구동부를 통해 다수의 와이어 중 일부만 견인하여 상기 관절부의 일정 구간을 굴곡시킬 수 있고, 나머지 와이어를 동일한 힘으로 견인하여 상기 관절부의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지시킬 수 있으며, 상기 관절부의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지하기 위한 와이어 견인력을 해제함으로써, 직선 구간없이 상기 관절부의 전체 구간을 굴곡시킬 수도 있는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
삭제
제1항에 있어서,
상기 관절부는,
상기 샤프트에 인접하게 마련되며 직선 구간을 형성 가능하도록 복수의 직선유도 관절편으로 이루어지는 직선부; 및
상기 직선부와 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되며 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 굴곡부를 포함하고,
상기 복수의 직선유도 관절편과 상기 굴곡유도 관절편은 서로 동일한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제3항에 있어서,
상기 와이어는,
상기 직선유도 관절편을 서로 연결하되 상기 굴곡부에 가장 인접한 직선유도 관절편에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능한 복수의 직선유도 와이어; 및
상기 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 엔드 이펙터에 가장 인접한 골곡유도 관절편에 걸림되어 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 굴곡유도 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제1항에 있어서,
상기 관절부는,
상기 샤프트에 인접하게 마련되며 제1 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제1 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 제1 굴곡부;
상기 엔드 이펙터에 인접하게 마련되며 제2 굴곡 구간을 형성하도록 복수의 제2 굴곡유도 관절편으로 이루어지는 제2 굴곡부; 및
상기 제1 굴곡부와 제2 굴곡부 사이에 직선 구간을 형성 가능하도록 복수의 직선유도 관절편으로 이루어지는 직선부를 포함하고,
상기 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 관절편과 상기 직선유도 관절편은 서로 동일한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제5항에 있어서,
상기 와이어는,
상기 제1 굴곡유도 관절편을 서로 연결하되 상기 직선부에 가장 인접한 제1 굴곡유도 관절편에 걸림되어 제1 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 제1 굴곡유도 와이어;
상기 제1 굴곡유도 관절편과 상기 직선유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 제2 굴곡부에 가장 인접한 상기 직선유도 관절편에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능한 복수의 직선유도 와이어; 및
상기 제1 굴곡유도 관절편, 상기 직선유도 관절편 및 상기 제2 굴곡유도 관절편 모두를 서로 연결하되 상기 엔드 이펙터에 가장 인접한 제2 골곡유도 관절편에 걸림되어 제2 굴곡 구간을 형성 가능한 복수의 제2 굴곡유도 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 세그먼트부를 두께방향으로 관통하도록 관통공이 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제1항에 있어서,
상기 제3 세그먼트부는 상기 평평한 면과 대응하도록 일측이 절개된 구 형상으로 이루어지고, 상기 삽입홈은 상기 제3 세그먼트부와 대응하는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 세그먼트부의 원주방향 외면과 상기 평평한 면 사이에는 40도 내지 90도의 사이각도가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 세그먼트부의 평평한 면과 상기 제3 세그먼트부 사이에는 20도 내지 90도의 사이각도가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
삭제
제8항에 있어서,
상기 제3 세그먼트부의 상단에는 평평한 절개면이 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제4항에 있어서,
상기 복수의 관절편은 각각,
중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부;
상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및
상기 제2 세그먼트의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지는 제3 세그먼트부를 포함하며,
상기 제3 세그먼트부는 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입되고,
상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부에는, 상기 복수의 직선유도 와이어와 상기 복수의 굴곡유도 와이어가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀과 굴곡유도 관통홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제14항에 있어서,
상기 복수의 직선유도 관통홀과 굴곡유도 관통홀은, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제6항에 있어서,
상기 복수의 관절편은 각각,
중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈이 마련되는 제1 세그먼트부;
상기 제1 세그먼트의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면이 마련되는 제2 세그먼트부; 및
상기 제2 세그먼트의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어지는 제3 세그먼트부를 포함하며,
상기 제3 세그먼트부는 상기 삽입홈 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 상기 삽입홈 내측에 부분적으로 삽입되고,
상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부에는, 상기 복수의 직선유도 와이어와 상기 복수의 제1 및 제2 굴곡유도 와이어가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.
제16항에 있어서,
상기 복수의 직선유도 관통홀과 제1 및 제2 굴곡유도 관통홀은, 상기 제1 세그먼트부와 상기 제2 세그먼트부의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 관절유닛.