KR102647871B1 - 다관절형 수술용 장치 - Google Patents
다관절형 수술용 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102647871B1 KR102647871B1 KR1020237013018A KR20237013018A KR102647871B1 KR 102647871 B1 KR102647871 B1 KR 102647871B1 KR 1020237013018 A KR1020237013018 A KR 1020237013018A KR 20237013018 A KR20237013018 A KR 20237013018A KR 102647871 B1 KR102647871 B1 KR 102647871B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pulley
- drive unit
- wire
- pitch
- end tool
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 148
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 62
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract description 26
- 238000002357 laparoscopic surgery Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 50
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 50
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 50
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 40
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 2
- 206010009944 Colon cancer Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 208000029742 colonic neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 description 1
- 230000036737 immune function Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000037390 scarring Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000002672 stereotactic surgery Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/28—Surgical forceps
- A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
- A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
- A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
- A61B18/14—Probes or electrodes therefor
- A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
- A61B18/1445—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps at the distal end of a shaft, e.g. forceps or scissors at the end of a rigid rod
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
- A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
- A61B2017/00203—Electrical control of surgical instruments with speech control or speech recognition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00477—Coupling
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/28—Surgical forceps
- A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
- A61B2017/2926—Details of heads or jaws
- A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/28—Surgical forceps
- A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
- A61B2017/2926—Details of heads or jaws
- A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/28—Surgical forceps
- A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
- A61B2017/2926—Details of heads or jaws
- A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
- A61B2017/2939—Details of linkages or pivot points
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
- A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
- A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
- A61B2034/306—Wrists with multiple vertebrae
Abstract
본 발명은 다관절형 수술용 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 다관절형 수술용 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다관절형 수술용 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 다관절형 수술용 장치에 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 등 만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
여기서 수술 로봇은 외과의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다.
현재 전 세계적으로 개발되고 있는 수술 로봇은 뼈 수술 로봇, 복강경 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등이 있다. 여기서 복강경 수술 로봇은 복강경과 소형 수술도구를 이용하여 최소 침습적 수술을 시행하는 로봇이다.
복강경 수술은 배에 하나 이상의 작은 구멍을 뚫고, 배 안을 들여다보기 위한 내시경인 복강경을 집어넣은 후 수술하는 첨단 수술기법으로서 향후 많은 발전이 기대되는 분야이다. 최근의 복강경은 컴퓨터칩이 장착되어 육안으로 보는 것보다도 더 선명하면서도 확대된 영상을 얻을 수 있으며, 또 모니터를 통해 화면을 보면서 특별히 고안된 복강경용 수술 기구들을 사용하면 어떠한 수술도 가능할 정도로 발전하고 있다.
더욱이 복강경 수술은 그 수술 범위가 개복 수술과 거의 같으면서도, 개복수술에 비해 합병증이 적고, 시술 후 훨씬 이른 시간 안에 치료를 시작할 수 있으며, 수술 환자의 체력이나 면역기능을 유지시키는 능력이 우수한 이점이 있다. 이로 인해 미국과 유럽 등지에서는 대장암 치료 등에 있어서는 복강경 수술이 점차 표준 수술로 인식되어 가는 추세이다.
한편, 수술용 로봇은 일반적으로 마스터 로봇과 슬레이브 로봇으로 구성된다. 수술자가 마스터 로봇에 구비된 조종 레버(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술도구가 조작되어 수술이 수행된다.
본 발명은 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 다관절형 수술용 장치에 있어서, 피치 동작 시 발생하는 조 와이어의 움직임을 보상하여 피치 동작과 요 동작/액츄에이션 동작이 독립적으로 원활하게 수행되는 다관절형 수술용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어; 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부; 상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조(jaw) 풀리; 상기 구동부 조 풀리와 인접하게 형성되며, 위치가 고정된 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 중개 풀리; 및 상기 구동부 중개 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하여 상기 구동부 중개 풀리에 대한 위치가 변할 수 있도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 위성 풀리;를 포함하고, 상기 구동부 조 풀리의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고, 상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 중개 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 피치 동작 시 발생하는 조 와이어의 움직임을 보상하여 피치 동작과 요 동작/액츄에이션 동작이 독립적으로 원활하게 수행되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치가 장착되는 수술 로봇 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 슬레이브 로봇 및 이에 장착된 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 사시도이다.
도 7은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 평면도이다.
도 8 및 도 9는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 사시도이다.
도 10은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 평면도이다.
도 11은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 배면도이다.
도 12는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 측면도이다.
도 13은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 풀리 및 와이어의 구성 중 제1 조와 관련된 구성을 풀어서 도시한 도면이다.
도 14는 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 풀리 및 와이어의 구성 중 제2 조와 관련된 구성을 풀어서 도시한 도면이다.
도 15 및 도 16은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 도면이다.
도 17 및 도 18은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 도면이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 22는 도 21의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 23은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 24는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 25는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이다.
도 26은 도 23의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 27은 도 23의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 29는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 30은 도 28의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이다.
도 31은 도 28의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 32는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 슬레이브 로봇 및 이에 장착된 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 사시도이다.
도 7은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 평면도이다.
도 8 및 도 9는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 사시도이다.
도 10은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 평면도이다.
도 11은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 배면도이다.
도 12는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 측면도이다.
도 13은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 풀리 및 와이어의 구성 중 제1 조와 관련된 구성을 풀어서 도시한 도면이다.
도 14는 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 풀리 및 와이어의 구성 중 제2 조와 관련된 구성을 풀어서 도시한 도면이다.
도 15 및 도 16은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 도면이다.
도 17 및 도 18은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 도면이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 22는 도 21의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 23은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 24는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 25는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이다.
도 26은 도 23의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 27은 도 23의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다.
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
도 29는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 30은 도 28의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이다.
도 31은 도 28의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 32는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어; 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부; 상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조(jaw) 풀리; 상기 구동부 조 풀리와 인접하게 형성되며, 위치가 고정된 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 중개 풀리; 및 상기 구동부 중개 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하여 상기 구동부 중개 풀리에 대한 위치가 변할 수 있도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 위성 풀리;를 포함하고, 상기 구동부 조 풀리의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고, 상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 중개 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 구동부 피치 풀리;를 더 포함하고, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성되어, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 구동부 피치 풀리에 대한 상기 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 중개 풀리의 상대적인 위치는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 구동부 위성 풀리는 상기 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이의 변경에 의해, 상기 엔드 툴 내의 상기 조 와이어의 전체 길이도 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되더라도, 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴 조 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와, 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴의 피치 회전 시에, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨 나와서 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 지나는 상기 조 와이어의 두 가닥은 같은 방향으로 동시에 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 일 평면을 기준으로, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 일 평면에 대해 동일한 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조는 제1 조 및 제2 조를 포함하고, 상기 엔드 툴 조 풀리는, 상기 제1 조와 결합하는 엔드 툴 제1 조 풀리와, 상기 제2 조와 결합하는 엔드 툴 제2 조 풀리를 포함하고, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 결합되는 제1 조 와이어와, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 결합되는 제2 조 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 평면을 기준으로, 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제1 조 와이어는 상기 평면에 대해 어느 일 측에 배치되고, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제2 조 와이어는 상기 평면에 대해 다른 일 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리와 차례로 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제4 축 또는 상기 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 피치 풀리; 및 상기 엔드 툴 피치 풀리 및 상기 구동부 피치 풀리에 각각 결합되어 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 구동부 피치 풀리를 연결하는 피치 와이어;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전량과 상기 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, (상기 엔드 툴 피치 풀리의 직경:상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)은, (상기 구동부 피치 풀리의 직경:상기 구동부 중개 풀리의 직경)과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 제1 각도만큼 자전하면, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 제1 각도만큼 공전하며, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제1 각도만큼 자전하면, 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리는 제2 각도만큼 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 중개 풀리는 구동부 제1 중개 풀리 및 구동부 제2 중개 풀리를 포함하고, 상기 조 와이어는 상기 구동부 제1 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 제2 중개 풀리를 차례로 지나갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면, 상기 구동부 제1 중개 풀리로의 진입 지점부터, 상기 구동부 위성 풀리를 거쳐서, 상기 구동부 제2 중개 풀리로부터의 진출 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면, 상기 엔드 툴 조 풀리와 상기 구동부 조 풀리를 연결하는 상기 조 와이어의 배치 경로 상에서, 상기 조 와이어가 상기 구동부 중개 풀리와 처음 접촉하는 지점부터, 상기 조 와이어가 상기 구동부 중개 풀리와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 상기 구동부 제2 중개 풀리의 직경이 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 상기 구동부 제2 중개 풀리의 직경이 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 중개 풀리의 직경은, 상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 구동부 제2 중개 풀리의 직경의 합일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 중개 풀리는 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution) 가능하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 피치 풀리와 연결된 상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 위성 풀리의 회전축이 상기 제3 축과 일정 정도 이격된 상태에서, 상기 구동부 위성 풀리의 회전축이 상기 제3 축과 일정한 거리를 유지하면서 상기 구동부 위성 풀리 전체가 상기 제3 축을 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성된 피치-요 커넥터를 더 포함하고, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 피치-요 커넥터의 적어도 일 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 피치-요 커넥터는 중심으로부터 두 개 이상의 연장부들이 연장되도록 형성되며, 상기 각 연장부들 중 적어도 일부의 단부에는 구동부 위성 풀리 중심축이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 피치-요 커넥터는 상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 위성 풀리를 강체 연결하여, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)하면, 상기 구동부 중개 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성되는 구동부 피치 기어 및 상기 구동부 피치 기어의 일 측에 상기 구동부 피치 기어와 맞물리도록 형성되는 보상 기어를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전 운동을 수행하면, 상기 구동부 피치 기어와 맞물리도록 형성된 상기 보상 기어는 직선 운동을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상 기어 상에 상기 구동부 위성 풀리가 배치되어, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 보상 기어와 함께 직선 운동을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 위성 풀리가 직선 운동을 하더라도, 상기 구동부 중개 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이는 일정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상 기어는 래크(rack) 역할을 수행하고, 상기 구동부 피치 기어는 피니언(pinion) 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조(jaw) 풀리가 회전하여도 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 구동부 조 풀리와 각각 결합하여 전체적으로 폐루프(closed loop)를 형성수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어가 각각 감길 수 있도록, 상기 구동부 중개 풀리 및 상기 구동부 위성 풀리 각각은 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 요 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고, 상기 피치 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 공전(revolution)하는 동작일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 하나 이상의 엔드 툴 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool); 상기 엔드 툴 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 풀리의 회전에 따라 이동하는 와이어; 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부; 상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 와이어와 결합되는 구동부 구동 풀리; 상기 구동부 구동 풀리와 인접하게 형성되며, 위치가 고정된 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 중개 풀리; 및 상기 구동부 중개 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하여 상기 구동부 중개 풀리에 대한 위치가 변할 수 있도록 형성되고, 상기 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 위성 풀리;를 포함하고, 상기 구동부 구동 풀리의 회전을 통해 상기 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 풀리가 회전되고, 상기 구동부 구동 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 와이어는 상기 구동부 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 중개 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치를 제공한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
발명의 실시를 위한 형태
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치가 장착되는 수술 로봇 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템의 내부 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 슬레이브 로봇 및 이에 장착된 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 수술 로봇 시스템(1)은 마스터 로봇(10)과 슬레이브 로봇(20)과 다관절형 수술용 장치(30)를 포함한다.
마스터 로봇(10)은 조작 부재(10a) 및 디스플레이 부재(10b)를 포함하고, 슬레이브 로봇(20)은 하나 이상의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 포함한다.
상세히, 마스터 로봇(10)은 수술자가 양손에 각각 파지하여 조작할 수 있도록 조작 부재(10a)를 구비한다. 조작 부재(10a)는 도 1에 예시된 바와 같이 두 개 또는 그 이상의 핸들로 구현될 수 있으며, 수술자의 핸들 조작에 따른 조작 신호가 유선 또는 무선 통신망을 통해 슬레이브 로봇(20)으로 전송되어 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 제어된다. 즉, 수술자의 핸들 조작에 의해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 위치 이동, 회전, 절단 작업 등의 수술 동작이 수행될 수 있다.
예를 들어, 수술자는 핸들 형태의 조작 레버를 이용하여 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 조작할 수 있다. 이와 같은 조작 레버는 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 동작을 조작하는 마스터 핸들과, 전체 시스템의 기능을 조작하기 위해 마스터 로봇(10)에 부가된 조이스틱, 키패드, 트랙볼, 풋페달, 터치스크린과 같은 각종 입력도구와 같이, 슬레이브 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23) 및/또는 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 조작 부재(10a)는 핸들의 형상으로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망과 같은 네트워크를 통해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한 없이 적용될 수 있다.
또는 사용자 입력을 위해 음성 입력이나 모션 입력 등도 적용될 수 있다. 즉, 사용자가 머리에 센서가 부착된 안경 또는 HMD(head mount display)를 착용하고, 시선을 돌리는 방향에 따라 복강경(50)이 움직일 수도 있다. 또는 사용자가 ‘왼쪽’, ‘오른쪽’, ‘1번 암’, ‘2번 암’ 등과 같이 음성으로 명령을 내리면, 이를 인식해서 동작을 수행할 수도 있다.
마스터 로봇(10)의 디스플레이 부재(10b)에는 후술할 복강경(50)을 통해 촬영되는 영상이 화상 이미지로 표시된다. 또한 디스플레이 부재(10b)에는 소정의 가상 조작판이 상기 복강경(50)을 통해 촬영되는 영상과 함께 표시되거나 또는 독립적으로 표시될 수 있다. 이와 같은 가상 조작판의 배치, 구성 등에 관해서는 상세한 설명은 생략하도록 한다.
여기서, 디스플레이 부재(10b)는 하나 이상의 모니터들로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 할 수 있다. 모니터의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
한편, 슬레이브 로봇(20)은 하나 이상의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들은 서로 독립적으로 동작할 수 있는 모듈 형태로 구비될 수 있으며, 이때 각 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들 간에 충돌을 방지하는 알고리즘이 수술 로봇 시스템(1)에 적용될 수도 있다.
일반적으로 로봇 암은 인간의 팔 및/또는 손목과 유사한 기능을 가지고 있으며 손목 부위에 소정의 도구를 부착시킬 수 있는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이란 상박, 하박, 손목, 팔꿈치 등의 구성 요소 및 상기 손목 부위에 결합되는 다관절형 수술용 장치 등을 모두 포괄하는 개념으로 정의할 수 있다. 또는 손목 부위에 결합되는 다관절형 수술용 장치는 제외하고, 다관절형 수술용 장치를 구동하기 위한 구성 요소까지 만을 포함하는 개념으로 정의할 수도 있다.
이와 같은, 슬레이브 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)은 다자유도를 가지며 구동되도록 구현될 수 있다. 로봇 암 유닛(21)(22)(23)은 예를 들어 환자의 수술 부위에 삽입되는 수술기구, 수술기구를 수술 위치에 따라 요(yaw)방향으로 회전시키는 요 구동부, 요 구동부의 회전 구동과 직교하는 피치(pitch) 방향으로 수술기구를 회전시키는 피치 구동부, 수술기구를 길이 방향으로 이동시키는 이송 구동부, 수술기구를 회전시키는 회전 구동부, 수술기구의 끝단의 엔드 이펙터(end effector)를 구동하여 수술 병변을 절개 또는 절단하는 수술기구 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 구성이 이에 제한되지는 않으며, 이러한 예시가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 수술자가 조작 부재(10a)를 조작함에 의해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 상응하는 방향으로 회전, 이동하는 등의 실제 제어 과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
여기서, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들 중 2개에는 다관절형 수술용 장치(30)가 부착되고, 1개에는 복강경(50)이 부착될 수 있다. 그리고, 집도의는 마스터 로봇(10)을 통해 제어하고자 하는 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 선택할 수 있다. 이와 같이, 마스터 로봇(10)을 통해 총 3개 이상의 수술기구를 집도의가 직접 조종함으로써, 수술 보조자가 필요 없이 여러 기구의 조종을 집도의 의도대로 정확하고 자유로이 수행할 수 있다.
한편, 슬레이브 로봇(20)은 환자를 수술하기 위하여 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 수술 부위가 디스플레이 부재(10b)를 통해 화상 이미지로 표시되도록 하기 위한 복강경(50)은 독립된 슬레이브 로봇(20)으로 구현될 수도 있다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 복강경 이외의 다양한 수술용 내시경(예를 들어, 흉강경, 관절경, 비경 등)이 이용되는 수술들에 범용적으로 사용될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서, 마스터 로봇(10)은, 영상 입력부(11), 화면 표시부(12), 사용자 입력부(13), 조작신호 생성부(14), 제어부(15), 메모리(16), 저장부(17), 통신부(18)를 포함할 수 있다.
영상 입력부(11)는 슬레이브 로봇(20)의 복강경(50)에 구비된 카메라를 통해 촬영된 영상을 유선 또는 무선 통신망을 통해 수신할 수 있다.
화면 표시부(12)는 영상 입력부(11)를 통해 수신된 영상에 상응하는 화상 이미지를 시각(視覺)적 정보로 출력한다. 또한, 화면 표시부(12)는 피시술자의 생체 정보가 입력되는 경우, 이에 상응하는 정보를 더 출력할 수 있다. 또한, 화면 표시부(12)는 수술 부위에 대한 환자의 관련 이미지 데이터(예를 들어, X-ray 이미지, CT 이미지, MRI 이미지 등)를 더 출력할 수도 있다. 여기서, 화면 표시부(12)는 디스플레이 부재(도 1의 10b 참조) 등의 형태로 구현될 수 있으며, 수신된 영상이 화면 표시부(12)를 통해 화상 이미지로 출력되도록 하기 위한 영상 처리 프로세스가 제어부(15)에 의해 수행될 수 있다.
도 2에 도시한 실시예에서는 영상 입력부와 화면 표시부를 마스터 로봇(10)에 포함된 구성으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 디스플레이 부재가 마스터 로봇(10)과 이격된 별도의 부재로 제공될 수 있다. 또는, 디스플레이 부재가 마스터 로봇(10)의 일 구성 요소로서 제공될 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서는 디스플레이 부재가 다수 개 구비되어, 이 중 어느 하나는 마스터 로봇(10)과 인접한 곳에 배치되고, 다른 일부는 마스터 로봇(10)과 다소 이격된 곳에 배치될 수도 있을 것이다.
여기서, 화면 표시부(12)(즉, 도 1의 디스플레이 부재(10b))는 입체 디스플레이 장치로 구비될 수도 있다. 상세히, 입체 디스플레이 장치는 스테레오스코픽(stereoscopic) 기술을 적용하여 2차원 영상에 깊이(depth) 정보를 부가하고, 이 깊이 정보를 이용하여 관찰자가 3차원의 생동감과 현실감을 느낄 수 있게 하는 화상표시장치를 지칭한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(1)은 화면 표시부(12)로 입체 디스플레이 장치를 구비하여 사용자에게 보다 실제적인 가상환경을 제공할 수도 있다.
사용자 입력부(13)는 슬레이브 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들의 위치 및 기능을 수술자가 조작할 수 있도록 하는 수단이다. 사용자 입력부(13)는 도 1에 예시된 바와 같이 핸들 형상의 조작 부재(도 1의 10a 참조) 형태로 형성될 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지 않으며 동일한 목적 달성을 위한 다양한 형상으로 변형 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어 일부는 핸들 형상으로, 다른 일부는 클러치 버튼 등의 상이한 형상으로 형성될 수도 있으며, 수술도구의 조작을 용이하도록 하기 위해 수술자의 손가락을 삽입 고정할 수 있도록 하는 손가락 삽입관 또는 삽입 고리가 더 형성될 수도 있다.
조작신호 생성부(14)는 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 위치 이동 또는 수술 동작에 대한 조작을 위해 수술자가 사용자 입력부(13)를 조작하는 경우, 이에 상응하는 조작신호를 생성하여 통신부(18)를 통해 슬레이브 로봇(20)으로 전송한다. 조작신호는 유선 또는 무선 통신망을 통해 송수신될 수 있다.
제어부(15)는 일종의 중앙처리장치로서, 상술한 기능이 수행될 수 있도록 각 구성 요소들의 동작을 제어한다. 일 예로, 제어부(15)는 영상 입력부(11)를 통해 입력되는 영상이 화면 표시부(12)를 통해 표시될 화상 이미지로 변환하는 기능을 수행할 수도 있다.
메모리(16)는 제어부(15)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 메모리(16)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
저장부(17)는 슬레이브 로봇(20)으로부터 수신한 자료들을 저장할 수 있다. 또한 저장부(17)는 입력된 각종 데이터(예를 들어, 환자 데이터, 기기 데이터, 수술 데이터 등)들을 저장할 수 있다.
통신부(18)는 통신망(60)과 연동하여 슬레이브 로봇(20)에서 전송되는 영상 데이터 및 마스터 로봇(10)에서 전송하는 제어 데이터를 송수신하는데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다.
슬레이브 로봇(20)은 복수 개의 로봇 암 유닛 제어부(21a)(22a)(23a)를 포함한다. 그리고 로봇 암 유닛 제어부(21a)는 로봇 암 제어부(26), 인스트루먼트 제어부(27), 통신부(29)를 포함한다. 또한, 로봇 암 유닛 제어부(21a)는 레일 제어부(28)를 더 포함할 수 있다.
로봇 암 제어부(26)는 마스터 로봇(10)의 조작신호 생성부(14)에서 생성된 조작 신호를 수신하여, 이 조작 신호에 따라 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 동작하도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
인스트루먼트 제어부(27)는 마스터 로봇(10)의 조작신호 생성부(14)에서 생성된 조작 신호를 수신하여, 이 조작 신호에 따라 다관절형 수술용 장치(30)가 동작하도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
통신부(29)는 통신망(60)과 연동하여 슬레이브 로봇(20)에서 전송되는 영상 데이터 및 마스터 로봇(10)에서 전송하는 제어 데이터를 송수신하는데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다.
한편, 통신망(60)은 마스터 로봇(10)과 슬레이브 로봇(20)을 연결하는 역할을 수행한다. 즉, 통신망(60)은 마스터 로봇(10)과 슬레이브 로봇(20)이 연결된 후 상호 데이터를 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 통신망을 의미한다. 통신망(60)은 예컨대 LANs(Local Area Networks), WANs(Wide Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks), ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(다관절형 수술용 장치)
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 사시도이고, 도 7은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴의 평면도이다. 도 8 및 도 9는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 사시도이고, 도 10은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 평면도이고, 도 11은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 배면도이고, 도 12는 도 4의 다관절형 수술용 장치의 구동부의 측면도이다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는 엔드 툴(end tool)(100), 구동부(200), 동력 전달부(300)를 포함하며, 동력 전달부(300)는 연결부(310)를 포함할 수 있다.
여기서, 연결부(310)는 속이 빈 샤프트(shaft) 형상으로 형성되어, 그 내부에 하나 이상의 와이어(후술함) 들이 수용될 수 있으며, 그 일 단부에는 구동부(200)가 결합되고, 타 단부에는 엔드 툴(100)이 결합되어, 구동부(200)와 엔드 툴(100)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
구동부(200)는 연결부(310)의 일 단부에 형성되며, 로봇 암 유닛(도 1의 21 등 참조)과 결합할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 따라서 사용자에 의해 마스터 로봇(도 1의 10 참조)이 동작하면, 이에 대응하는 동작을 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100)이 수행할 수 있도록 로봇 암 유닛(도 1의 21 등 참조)의 모터(미도시)가 작동하며, 이 모터(미도시)의 구동력이 구동부(200)를 통해 엔드 툴(100)로 전달된다. 이를 다른 관점에서 표현하면, 구동부(200) 자체가 다관절형 수술용 장치(30)와 슬레이브 로봇(20) 사이를 연결하는 인터페이스가 된다고 설명할 수도 있다.
엔드 툴(100)은 연결부(310)의 타 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 수술에 필요한 동작을 수행한다. 이와 같은 엔드 툴(100)의 일 예로써, 도 5에 도시된 바와 같이 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(101)(102)가 사용될 수 있다. 다만 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 수술을 위한 다양한 장치들이 엔드 툴(100)로 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 외팔이 소작기와 같은 구성도 엔드 툴로써 사용될 수 있을 것이다. 이와 같은 엔드 툴(100)은 동력 전달부(300)에 의해 구동부(200)와 연결되어, 동력 전달부(300)를 통해 구동부(200)의 구동력을 전달받음으로써, 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 동작 등 수술에 필요한 동작을 수행하게 된다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100)은 적어도 두 개 이상의 방향으로 회전가능하도록 형성되며, 예를 들어 엔드 툴(100)은 도 5의 회전축(143)을 중심으로 피치(pitch) 운동을 수행하는 동시에, 도 5의 회전축(141)을 중심으로 요(yaw) 운동 및 액츄에이션(actuation) 운동을 수행하도록 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명에서 사용되는 피치(pitch)와 요(yaw)와 액츄에이션(actuation) 동작 각각에 대해 정의하면 다음과 같다.
먼저, 피치(pitch) 동작은 엔드 툴(100)이 연결부(310)의 연장 방향(도 4의 X축 방향)에 대해서 상하 방향으로 회전하는 운동, 즉 도 4의 Y축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(310)의 연장 방향(도 4의 X축 방향)으로 연결부(310)로부터 연장 형성되어 있는 엔드 툴(100)이 연결부(310)에 대해 Y축을 중심으로 상하로 회전하는 운동을 의미한다.
다음으로, 요(yaw) 동작은 엔드 툴(100)이 연결부(310)의 연장 방향(도 4의 X축 방향)에 대해서 좌우 방향으로 회전하는 동작, 즉 도 4의 Z축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(310)의 연장 방향(도 4의 X축 방향)으로 연결부(310)로부터 연장 형성되어 있는 엔드 툴(100)이 연결부(310)에 대해 Z축을 중심으로 좌우로 회전하는 운동을 의미한다. 즉, 엔드 툴(100)에 형성된 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 Z축을 중심으로 서로 동일한 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.
한편, 액츄에이션(actuation) 동작은 엔드 툴(100)이 요(yaw) 동작과 동일한 회전축을 중심으로 회전하되, 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 서로 반대 방향으로 회전하면서 조(jaw)가 오므라들거나 벌어지는 동작을 의미한다. 즉, 엔드 툴(100)에 형성된 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 Z축을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.
이를 다른 관점에서 정의하면, 요 회전은 후술할 엔드 툴 조 풀리가 엔드 툴 조 풀리 회전축인 회전축(141)을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고, 피치 회전은 엔드 툴 조 풀리가 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 공전(revolution)하는 동작이라고 정의할 수도 있다.
동력 전달부(300)는 구동부(200)와 엔드 툴(100)을 연결하여, 구동부(200)의 구동력을 엔드 툴(100)에 전달하는 역할을 수행하며, 다수 개의 와이어, 풀리, 링크, 마디, 기어 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 4의 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100), 구동부(200), 동력 전달부(300) 등에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
(동력 전달부)
이하에서는 도 4의 다관절형 수술용 장치(30)의 동력 전달부(300)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)의 동력 전달부(300)는 와이어(301), 와이어(302), 와이어(303), 와이어(304), 와이어(305), 와이어(306)를 포함할 수 있다.
여기서, 와이어(301)와 와이어(305)는 한 쌍을 이루어 제1 조 와이어로서 역할을 수행할 수 있다. 와이어(302)와 와이어(306)는 한 쌍을 이루어 제2 조 와이어로서 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 조 와이어인 와이어(301), 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302), 와이어(306)를 포괄하는 구성요소를 조 와이어(jaw wire)라고 지칭할 수 있다. 그리고, 와이어(303)와 와이어(304)는 한 쌍을 이루어 피치 와이어로서 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 도면에는 한 쌍의 와이어들은 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 한 쌍의 와이어들은 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 한 쌍의 와이어들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 쌍의 와이어들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)의 동력 전달부(300)는, 와이어와 풀리를 결합시키기 위해 각 와이어의 각 단부에 결합되는 체결 부재(321), 체결 부재(326) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 각 체결 부재들은 볼(ball) 형태, 튜브(tube) 형태 등 필요에 따라 다양한 형태일 수 있다.
여기서, 피치 와이어 체결 부재인 체결 부재(321)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 피치 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)의 구동부(200) 측 단부에는 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
한편, 제2 조 와이어 체결 부재인 체결 부재(326)는 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 제2 조 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 구동부(200) 측 단부에는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 체결 부재(326)와 동일한 형상의 체결 부재(미도시)가 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 구동부(200) 측 단부에는 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
여기서는, 각 체결 부재들이 동력 전달부(300)에 포함되는 것으로 분류하였으나, 엔드 툴(100) 측의 체결 부재는 엔드 툴(100)에 포함되고, 구동부(200) 측의 체결 부재는 구동부(200)에 포함되는 것으로 분류할 수도 있다.
와이어들과 체결 부재들 및 각 풀리 간의 결합관계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 하나의 단일 와이어일 수 있다. 단일 와이어인 제2 조 와이어의 중간 지점에 제2 조 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(326)를 끼우고, 이 체결 부재(326)를 가압(Crimping)하여 고정시킨 후에, 체결 부재(326)를 중심으로 제2 조 와이어의 양 가닥을 각각 와이어(302)와 와이어(306)라고 지칭할 수 있다.
또는 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 각각 별도의 와이어로 형성되고, 체결 부재(326)에 의해 와이어(302)와 와이어(306)가 연결될 수도 있다.
그리고, 이 체결 부재(326)가 풀리(121)에 결합됨으로써, 와이어(302) 및 와이어(306)가 풀리(121)와 고정 결합될 수 있다. 이에 의해, 와이어(302) 및 와이어(306)가 당기고 풀림에 따라 풀리(121)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
한편, 와이어(302) 및 와이어(306)에서 체결 부재(326)가 체결된 곳의 반대쪽 단부는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다. 즉, 와이어(302) 및 와이어(306)의 반대쪽 단부를 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 끼우고, 이 체결 부재(미도시)를 가압(Crimping)하여 와이어(302) 및 와이어(306)와 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)를 각각 고정시킬 수 있다.
그리고, 와이어(302) 및 와이어(306)와 결합된 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 풀리(221) 및 풀리(222)에 각각 결합됨으로써, 와이어(302) 및 와이어(306)가 풀리(221) 및 풀리(222)와 각각 고정 결합될 수 있다. 결과적으로, 풀리(221) 및 풀리(222)가 모터 또는 인력(人力)에 의해 회전하면, 와이어(302) 및 와이어(306)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(121)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 구동부 제2 조 풀리가 풀리(221)와 풀리(222)의 두 개의 풀리를 포함하고, 따라서 제2 조 와이어-구동부 체결 부재도 두 개의 체결 부재를 포함할 수 있다. 또는, 구동부 제2 조 풀리가 하나의 풀리를 포함하고, 제2 조 와이어-구동부 체결 부재도 하나의 체결 부재를 포함하며, 와이어(302) 및 와이어(306)가 하나의 체결 부재에 결합되어, 하나의 구동부 제2 조 풀리에 결합될 수도 있을 것이다.
이와 동일한 방법으로, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 각각 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재(미도시) 및 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합된다. 그리고, 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재(미도시)는 풀리(111)와 결합하고, 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)는 풀리(211) 및 풀리(212)와 결합한다. 결과적으로, 풀리(211) 및 풀리(212)가 모터 또는 인력(人力)에 의해 회전하면, 와이어(301) 및 와이어(305)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(111)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
이와 동일한 방법으로, 피치 와이어인 와이어(303)와 와이어(304)의 일 단부는 각각 피치 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(321)와 결합하고, 와이어(303)와 와이어(304)의 타 단부는 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합된다. 그리고, 체결 부재(321)는 풀리(131)와 결합하고, 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)는 풀리(231)와 결합한다. 결과적으로, 풀리(231)가 모터 또는 인력(人力)에 의해 회전하면, 와이어(303) 및 와이어(304)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(131)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
결과적으로, 제1 조 와이어의 양 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)는 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(323) 및 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합하여, 전체적으로 폐루프(closed loop)를 이루도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 와이어 및 피치 와이어도 각각 폐루프(closed loop)를 이루도록 형성될 수 있다.
(엔드 툴)
이하에서는 도 4의 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 5 및 도 6은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴을 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 4의 다관절형 수술용 장치의 엔드 툴을 나타내는 평면도이다. 여기서 도 5는 엔드 툴 허브(106) 및 피치 허브(107)가 결합된 상태를 도시하고, 도 6은 엔드 툴 허브(106) 및 피치 허브(107)가 제거된 상태를 도시한다.
도 5, 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 엔드 툴(end tool)(100)은 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw), 즉 제1 조(101)와 제2 조(102)를 구비한다. 여기서, 제1 조(101)와 제2 조(102) 각각, 또는 제1 조(101)와 제2 조(102)를 포괄하는 구성요소를 조(jaw)(103)라고 지칭할 수 있다.
또한, 엔드 툴(100)은 제1 조(jaw)(101)의 회전 운동과 관련된 풀리(111), 풀리(112), 풀리(113), 풀리(114), 풀리(115) 및 풀리(116)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 조(jaw)(102)의 회전 운동과 관련된 풀리(121), 풀리(122), 풀리(123), 풀리(124), 풀리(125), 풀리(126)를 포함할 수 있다.
여기서, 도면에는 한 그룹의 풀리들은 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 엔드 툴 내의 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다. 여기서, 상술한 풀리들을 포함하여, 엔드 툴(100) 내에 포함된 풀리들을 통칭하여 엔드 툴 풀리라고 할 수도 있다.
여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 엔드 툴의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 엔드 툴(end tool)(100)은 엔드 툴 허브(106)와 피치 허브(107)를 포함할 수 있다.
엔드 툴 허브(106)는 후술할 회전축(141) 및 회전축(142)이 관통 삽입되며, 또한 회전축(141)에 축결합된 제1 조(101)와 제2 조(102)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다. 또한 엔드 툴 허브(106)는 회전축(142)에 축결합된 풀리(112), 풀리(122)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 엔드 툴 허브(106)의 일 단부에는 엔드 툴 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(131)가 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 풀리(131)가 엔드 툴 허브(106)와 별도의 부재로 형성되어 엔드 툴 허브(106)와 결합할 수 있다. 또는, 도면에는 도시되지 않았지만 풀리(131)가 엔드 툴 허브(106)와 일체(one-body)로 형성될 수 있다. 즉, 엔드 툴 허브(106)의 일 단부가 풀리처럼 원판 형상 내지는 반원 형상으로 형성되고, 그 외주면에 와이어가 감길 수 있는 그루브가 형성될 수도 있다. 상술한 와이어(303) 및 와이어(304)가 엔드 툴 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(131)에 결합되고, 이 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 회전하면서 피치 동작을 수행하게 된다.
피치 허브(107)는 후술할 회전축(143) 및 회전축(144)이 관통 삽입되며, 회전축(143)에 의해 엔드 툴 허브(106) 및 풀리(131)와 축결합 할 수 있다. 따라서 회전축(143)을 중심으로 엔드 툴 허브(106) 및 (이와 결합된) 풀리(131)가 피치 허브(107)에 대해 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
또한 피치 허브(107)는 회전축(143)에 축결합된 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123), 풀리(124)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다. 또한 피치 허브(107)는 회전축(144)에 축결합된 풀리(115), 풀리(116), 풀리(125), 풀리(126)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 엔드 툴(100)은 회전축(141), 회전축(142), 회전축(143), 회전축(144)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 회전축(141)과 회전축(142)은 엔드 툴 허브(106)에 관통 삽입되고, 회전축(143)과 회전축(144)은 피치 허브(107)에 관통 삽입될 수 있다.
회전축(141), 회전축(142), 회전축(143), 회전축(144)은 엔드 툴(100)의 원위부(distal end)(104)로부터 근위부(proximal end)(105) 방향으로 오면서 차례로 배치될 수 있다. 이에 따라, 원위부(104)부터 차례대로, 회전축(141)은 1번핀, 회전축(142)은 2번핀, 회전축(143)은 3번핀, 회전축(144)은 4번핀으로 지칭될 수도 있다.
여기서, 회전축(141)은 엔드 툴 조 풀리 회전축으로서 기능하고, 회전축(142)은 엔드 툴 조 보조 풀리 회전축으로서 기능하고, 회전축(143)은 엔드 툴 피치 회전축으로서 기능하고, 회전축(144)은 엔드 툴(100)의 엔드 툴 피치 보조 회전축으로서 기능할 수 있다.
이러한 각각의 회전축들(141)(142)(143)(144)에는 하나 이상의 풀리들이 끼워질 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
풀리(111)는 엔드 툴 제1 조 풀리로서 기능하고, 풀리(121)는 엔드 툴 제2 조 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 풀리라고 할 수도 있다.
엔드 툴 조 풀리인 풀리(111) 및 풀리(121)는 서로 마주보도록 형성되며, 엔드 툴 조 풀리 회전축인 회전축(141)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서 도면에는 풀리(111) 및 풀리(121)가 하나의 회전축(141)을 중심으로 회전하는 것으로 형성되어 있으나, 각각의 조 풀리가 별도의 축을 중심으로 회전가능하도록 형성될 수 있음은 물론이다. 여기서, 풀리(111)에는 제1 조(jaw)(101)가 고정 결합되어서 풀리(111)와 함께 회전하며, 풀리(121)에는 제2 조(jaw)(102)가 고정 결합되어서 풀리(121)와 함께 회전할 수 있다. 풀리(111) 및 풀리(121)의 회전에 따라 엔드 툴(end tool)(100)의 요 동작 및 액츄에이션 동작이 수행된다. 즉, 풀리(111) 및 풀리(121)가 회전축(141)을 중심으로 같은 방향으로 회전하면 요 동작이 수행되는 것이고, 풀리(111) 및 풀리(121)가 회전축(141)을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하면 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
여기서, 제1 조(jaw)(101)와 풀리(111)는 별도의 부재로 형성되어 서로 결합될 수도 있고, 또는 제1 조(jaw)(101)와 풀리(111)가 일체(one-body)로 형성될 수도 있다. 마찬가지로 제2 조(jaw)(102)와 풀리(121)는 별도의 부재로 형성되어 서로 결합될 수도 있고, 또는 제2 조(jaw)(102)와 풀리(121)가 일체(one-body)로 형성될 수도 있다.
풀리(112)는 엔드 툴 제1 조 보조 풀리로서 기능하고, 풀리(122)는 엔드 툴 제2 조 보조 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 보조 풀리라고 할 수도 있다.
상세히, 엔드 툴 조 보조 풀리인 풀리(112) 및 풀리(122)는 풀리(111) 및 풀리(121)의 일 측에 추가로 구비될 수 있다, 다시 말하면, 보조 풀리인 풀리(112)는 풀리(111)와 풀리(113)/풀리(114)의 사이에 배치될 수 있다. 또한, 보조 풀리인 풀리(122)는 풀리(121)와 풀리(123)/풀리(124)의 사이에 배치될 수 있다. 풀리(112)와 풀리(122)는 회전축(142)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 여기서 도면에는 풀리(112) 및 풀리(122)가 하나의 회전축(142)을 중심으로 회전하는 것으로 형성되어 있으나, 풀리(112)와 풀리(122) 각각이 별도의 축을 중심으로 회전가능하도록 형성될 수 있음은 물론이다. 이와 같은 보조 풀리에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
풀리(113)와 풀리(114)는 엔드 툴 제1 조 피치 메인 풀리로서 기능하고, 풀리(123)와 풀리(124)는 엔드 툴 제2 조 피치 메인 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 피치 메인 풀리라고 할 수도 있다.
풀리(115)와 풀리(116)는 엔드 툴 제1 조 피치 서브 풀리로서 기능하고, 풀리(125)와 풀리(126)는 엔드 툴 제2 조 피치 서브 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 피치 서브 풀리라고 할 수도 있다.
이하에서는 풀리(111)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
풀리(113)와 풀리(114)는 엔드 툴 제1 조 피치 메인 풀리로서 기능한다. 즉, 제1 조(101)의 피치 동작의 메인 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(113)에는 제1 조 와이어인 와이어(301)가 감기고, 풀리(114)에는 제1 조 와이어인 와이어(305)가 감긴다.
풀리(115)와 풀리(116)는 엔드 툴 제1 조 서브 풀리로서 기능한다. 즉, 제1 조(101)의 피치 동작의 서브 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(115)에는 제1 조 와이어인 와이어(301)가 감기고, 풀리(116)에는 제1 조 와이어인 와이어(305)가 감긴다.
여기서, 풀리(111) 및 풀리(112)의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(113) 및 풀리(114)가 배치된다. 여기서, 풀리(113) 및 풀리(114)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, 풀리(113) 및 풀리(114) 각각의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(115) 및 풀리(116)가 배치된다. 여기서, 풀리(115) 및 풀리(116)는 엔드 툴 피치 보조 회전축인 회전축(144)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 풀리(113), 풀리(115), 풀리(114) 및 풀리(116)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.
제1 조 와이어인 와이어(301)는 풀리(115), 풀리(113), 풀리(111)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다. 그리고, 체결 부재(323)에 의해 와이어(301)와 연결된 와이어(305)는 풀리(111), 풀리(112), 풀리(114), 풀리(116)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다.
이를 다른 관점에서 설명하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 풀리(115), 풀리(113), 풀리(111), 풀리(112), 풀리(114), 풀리(116)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 와이어(301)와 와이어(305)는 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 와이어(301)가 도 7의 화살표 301 쪽으로 당겨지면, 와이어(301)가 결합된 체결 부재(미도시) 및 이와 결합된 풀리(111)가 도 7의 화살표 L 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 와이어(305)가 도 7의 화살표 305 쪽으로 당겨지면, 와이어(305)가 결합된 체결 부재(미도시) 및 이와 결합된 풀리(111)가 도 7의 화살표 R 방향으로 회전하게 된다.
이하에서는 보조 풀리의 역할을 수행하는 풀리(112)와 풀리(122)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
풀리(112)와 풀리(122)는 제1 조 와이어인 와이어(305) 및 제2 조 와이어인 와이어(302)와 접촉하여 와이어(305) 및 와이어(302)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 제1 조(101) 및 제2 조(102) 각각의 회전 각도를 확대시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 보조 풀리가 배치되지 않을 경우, 제1 조 및 제2 조 각각은 직각까지만 회전할 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에서는 보조 풀리인 풀리(112)와 풀리(122)를 추가로 구비함으로써, 도 7에서 보았을 때 θ만큼 최대 회전 각도가 커지는 효과를 얻을 수 있다. 이는 엔드 툴(120)의 두 조가 L 방향으로 90° 만큼 함께 요 회전한 상태에서, 액츄에이션 동작을 위해 두 조가 벌어져야 하는 동작을 가능하게 해준다. 이는, 제2 조(102)가 도 7에서처럼 추가적인 각도(θ)만큼 회전할 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 두 조가 R 방향으로 요 회전한 상태에서도 액츄에이션 동작이 가능하다. 다시 말하면, 풀리(112)와 풀리(122)를 통해, 액츄에이션 동작이 가능한 요 회전의 범위를 확대할 수 있는 특징을 가진다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
보조 풀리가 배치되지 않을 경우, 제1 조 와이어는 엔드 툴 제1 조 풀리에 고정 결합되어 있고, 제2 조 와이어는 엔드 툴 제2 조 풀리에 고정 결합되어 있기 때문에, 엔드 툴 제1 조 풀리와 엔드 툴 제2 조 풀리 각각은 90°까지만 회전할 수 있다. 이 경우, 제1 조 및 제2 조가 90°라인에 위치한 상태에서 액츄에이션 동작을 수행하게 되면, 제1 조는 벌어질 수 있지만, 제2 조는 90°이상으로는 회전할 수 없다. 따라서 제1 조 및 제2 조가 일정 각도 이상 요 동작을 수행하고 있는 상태에서는, 액츄에이션 동작이 원활하게 수행되지 못하는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 다관절형 수술용 장치(30)의 경우, 풀리(111) 및 풀리(121)의 일 측에 보조 풀리인 풀리(112) 및 풀리(122)를 추가로 배치한다. 이와 같이 풀리(112) 및 풀리(122)를 배치하여, 제1 조 와이어인 와이어(305) 및 제2 조 와이어인 와이어(302)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 와이어(305) 및 와이어(302)의 접선 방향을 변경시키고, 따라서 와이어(302)와 풀리(121)를 결합시키는 체결 부재(326)가 도 7의 N 라인까지 회전할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 와이어(302)와 풀리(121)의 결합부인 체결 부재(326)는 풀리(121)와 풀리(122)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 된다. 마찬가지로, 와이어(305)와 풀리(111)의 결합부인 체결 부재(323)는 풀리(111)와 풀리(112)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 되어, L 방향으로 회전 범위가 확대될 수 있다.
다시 말하면, 풀리(112)에 의해, 풀리(111)에 감긴 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301) 및 와이어(305)는, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 어느 일 측에 배치된다. 동시에, 풀리(122)에 의해, 풀리(121)에 감긴 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302) 및 와이어(306)는, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 다른 일 측에 배치된다.
다시 말하면, 풀리(113) 및 풀리(114)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 어느 일 측에 배치되고, 풀리(123) 및 풀리(124)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 다른 타 측에 배치된다.
다시 말하면, 와이어(305)는 풀리(111)와 풀리(112)의 내접선상에 위치하며, 풀리(112)에 의해 풀리(111)의 회전 각도가 확장된다. 또한, 와이어(302)는 풀리(121)와 풀리(122)의 내접선상에 위치하며, 풀리(122)에 의해 풀리(121)의 회전 각도가 확장된다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 조(101) 및 조(102)의 회전 반경이 넓어짐으로써, 정상적인 개폐 액츄에이션 동작이 수행될 수 있는 요 동작 범위가 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 풀리(121)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
풀리(123)와 풀리(124)는 엔드 툴 제2 조 피치 메인 풀리로서 기능한다. 즉, 제2 조(102)의 피치 동작의 메인 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(123)에는 제2 조 와이어인 와이어(306)가 감기고, 풀리(124)에는 제2 조 와이어인 와이어(302)가 감긴다.
풀리(125)와 풀리(126)는 엔드 툴 제2 조 서브 풀리로서 기능한다. 즉, 제2 조(102)의 피치 동작의 서브 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(125)에는 제2 조 와이어인 와이어(306)가 감기고, 풀리(126)에는 제2 조 와이어인 와이어(302)가 감긴다.
풀리(121)의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(123) 및 풀리(124)가 배치된다. 여기서, 풀리(123) 및 풀리(124)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성된다. 또한, 풀리(123) 및 풀리(124) 각각의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(125) 및 풀리(126)가 배치된다. 여기서, 풀리(125) 및 J15 풀리(123J25)는 엔드 툴 피치 보조 회전축인 회전축(144)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 풀리(123), 풀리(125), 풀리(124) 및 풀리(126)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.
제2 조 와이어인 와이어(306)는 풀리(125), 풀리(123), 풀리(121)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다. 그리고, 체결 부재(326)에 의해 와이어(306)와 연결된 와이어(302)는 풀리(121), 풀리(122), 풀리(124), 풀리(126)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다.
이를 다른 관점에서 설명하면, 제2 조 와이어인 와이어(306)와 와이어(302)는 풀리(125), 풀리(123), 풀리(121), 풀리(122), 풀리(124), 풀리(126)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 와이어(306)와 와이어(302)는 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 와이어(306)가 도 7의 화살표 306 쪽으로 당겨지면, 와이어(306)가 결합된 체결 부재(326) 및 이와 결합된 풀리(121)가 도 7의 화살표 R 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 와이어(302)가 도 6의 화살표 302 쪽으로 당겨지면, 와이어(302)가 결합된 체결 부재(326) 및 이와 결합된 풀리(121)가 도 7의 화살표 L 방향으로 회전하게 된다.
이하에서는 본 발명의 피치 운동에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 피치 운동을 위해 엔드 툴(100) 측에는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123) 및 풀리(124)가 회전축(143)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다. 한편, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 근위부(proximal end)(105) 방향에는, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(115), 풀리(116), 풀리(125) 및 풀리(126)가 회전축(144)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다.
그리고, 회전축(141)에 수직이고 회전축(143)을 포함하는 일 평면(즉, XY 평면)을 기준으로, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)는 XY 평면을 기준으로 동일한 측에 위치한다. 즉, 와이어(301)와 와이어(305)는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114)의 하측과, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(115), 풀리(116)의 상측을 지나도록 형성된다.
마찬가지로, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302)와 와이어(306)는 XY 평면을 기준으로 동일한 측에 위치한다. 즉, 와이어(302)와 와이어(306)는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(123), 풀리(124)의 상측과, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(125), 풀리(126)의 하측을 지나도록 형성된다.
그리고, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)에 있어서, 와이어(301)는 도 7의 화살표 301 쪽으로 당겨지고, 동시에 와이어(305)는 도 7의 화살표 305 쪽으로 당겨지면(즉 제1 조 와이어의 양 가닥이 같은 방향으로 당겨지면), 도 5와 같이 와이어(301) 및 와이어(305)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(113)와 풀리(114)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(301) 및 와이어(305)가 고정 결합되어 있는 풀리(111) 및, 이 풀리(111)가 결합된 엔드 툴 허브(106)가 전체적으로 회전축(143)을 중심으로 반시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(100)이 아래쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제2 조(102) 및 이에 고정 결합된 와이어(302)와 와이어(306)는, 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(123)와 풀리(124)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)는 각각 화살표 302, 306의 반대방향으로 풀어지게 된다.
반대로, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302)와 와이어(306)에 있어서, 와이어(302)는 도 7의 화살표 302 쪽으로 당겨지고, 동시에 와이어(306)는 도 7의 화살표 306 쪽으로 당겨지면(즉 제2 조 와이어의 양 가닥이 같은 방향으로 당겨지면), 도 5와 같이 와이어(302) 및 와이어(306)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(123)와 풀리(124)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)가 고정 결합되어 있는 풀리(121) 및, 이 풀리(121)가 결합된 엔드 툴 허브(106)가 전체적으로 회전축(143)을 중심으로 시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(100)이 위쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제1 조(101) 및 이에 고정 결합된 와이어(301)와 와이어(305)는, 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(113)와 풀리(114)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)는 각각 301, 305의 반대방향으로 이동하게 된다.
이를 다른 관점에서 표현하면, 엔드 툴(100)의 피치 회전 시에, 각 조 와이어의 양 가닥은 동일한 방향으로 동시에 이동한다고 표현할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100)은 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)를 더 구비하고, 구동부(200)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 더 구비하며, 동력 전달부(300)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 더 구비할 수 있다. 상세히, 엔드 툴(100)의 풀리(131)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전 가능하며, 엔드 툴 허브(106)와 일체로(또는 엔드 툴 허브(106)에 고정 결합되도록) 형성될 수 있다. 또한, 와이어(303) 및 와이어(304)는 엔드 툴(100)의 풀리(131)와 구동부(200)의 풀리(231)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
따라서 구동부(200)의 풀리(231)가 회전하면, 풀리(231)의 회전은 와이어(303) 및 와이어(304)를 통해 엔드 툴(100)의 풀리(131)로 전달되어 풀리(131)도 함께 회전하게 되고, 결과적으로 엔드 툴(100)이 회전하면서 피치 운동을 수행하게 되는 것이다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는 피치 운동을 위한 동력 전달을 위해 엔드 툴(100)의 풀리(131), 구동부(200)의 풀리(231) 및 동력 전달부(300)의 와이어(303) 및 와이어(304)를 구비하여, 구동부(200)의 피치 동작의 구동력이 보다 완벽하게 엔드 툴(100)에 전달되도록 함으로써, 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123) 및 풀리(124)의 직경과, 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)의 직경은 서로 동일할 수도 있고, 또는 서로 상이할 수도 있다. 이때, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경 대 엔드 툴 피치 풀리의 직경의 비율은, 후술할 구동부(200)의 구동부 중개 풀리의 직경 대 구동부 피치 풀리의 직경의 비율과 동일할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
(구동부)
이하에서는 도 4의 다관절형 수술용 장치(30)의 구동부(200)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 8 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)의 구동부(200)는 제1 조(jaw)(101)의 회전 운동과 관련된 풀리(211), 풀리(212), 풀리(213), 풀리(214), 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(219) 및 풀리(220)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 조(jaw)(102)의 회전 운동과 관련된 풀리(221), 풀리(222), 풀리(223), 풀리(224), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228), 풀리(229) 및 풀리(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 구동부의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)의 구동부(200)는 구동부 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(231)와, 이 풀리(231)와 상술한 구동부 조 풀리들을 연결하는 피치-요 커넥터(232)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 구동부(200)는 회전축(241), 회전축(242), 회전축(243), 회전축(244), 회전축(245), 회전축(246)을 포함할 수 있다. 여기서, 회전축(241)은 구동부 제1 조 회전축으로서 기능하고, 회전축(242)은 구동부 제2 조 회전축으로서 기능할 수 있다. 그리고, 회전축(243)은 구동부 피치 회전축으로서 기능하고, 회전축(244)은 구동부 롤 회전축으로서 기능할 수 있다. 그리고, 회전축(245)은 구동부 제1 조 보조 회전축으로서 기능하고, 회전축(246)은 구동부 제2 조 보조 회전축으로서 기능할 수 있다. 이러한 각각의 회전축들(241)(242)(243)(244)(245)(246)에는 하나 이상의 풀리들이 끼워질 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 구동부(200)는 모터 결합부(251), 모터 결합부(252), 모터 결합부(253), 모터 결합부(254)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터 결합부(251)는 제1 조 구동 모터 결합부로서 기능하고, 모터 결합부(252)는 제2 조 구동 모터 결합부로서 기능하고, 모터 결합부(253)는 피치 구동 모터 결합부로서 기능하고, 모터 결합부(254)는 롤 구동 모터 결합부로서 기능할 수 있다. 여기서, 각각의 모터 결합부(251)(252)(253)(254)는 회전 가능한 평판 형태로 형성될 수 있으며, 모터(미도시)가 결합될 수 있는 결합홀들이 하나 이상 형성될 수 있다.
이와 같은 구동부(200)의 모터 결합부(251)(252)(253)(254)가 각각의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)에 형성된 모터(미도시)와 결합하여, 모터(미도시)의 구동에 의해 구동부(200)가 동작하게 된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 구동부(200)는 기어(261), 기어(262), 기어(263), 기어(264)를 포함할 수 있다. 여기서, 기어(261)와 기어(262)는 피치 구동 기어로서 기능하고, 기어(263)와 기어(264)는 롤 구동 기어로서 기능할 수 있다.
이하에서는 각 구성요소들에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
풀리(211)와 풀리(212)는 구동부 제1 조 풀리로서 기능하고, 풀리(221)와 풀리(222)는 구동부 제2 조 풀리로서 기능하며, 이들 구성요소를 통칭하여 구동부 조 풀리라고 할 수도 있다.
여기서, 도면에는 풀리(211)는 엔드 툴(100)의 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 풀리(221)는 엔드 툴(100)의 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 구동부 내의 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다. 따라서, 풀리(211)와 풀리(212)를 통칭하여, 구동부 구동 풀리라고 할 수도 있다. 그리고, 이하 다른 풀리들도 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다.
풀리(213)와 풀리(214)는 구동부 제1 조 보조 풀리로서 기능하고, 풀리(223)와 풀리(224)는 구동부 제2 조 보조 풀리로서 기능하며, 이들 구성요소를 통칭하여 구동부 조 보조 풀리라고 할 수도 있다.
풀리(215)와 풀리(216)는 구동부 제1 조 제1 중개 풀리로서 기능하고, 풀리(217)와 풀리(218)는 구동부 제1 조 제2 중개 풀리로서 기능하며, 이들 구성요소를 통칭하여 구동부 제1 조 중개 풀리라고 할 수도 있다. 한편, 풀리(225)와 풀리(226)는 구동부 제2 조 제1 중개 풀리로서 기능하고, 풀리(227)와 풀리(228)는 구동부 제2 조 제2 중개 풀리로서 기능하며, 이들 구성요소를 통칭하여 구동부 제2 조 중개 풀리라고 할 수도 있다. 한편, 풀리(215)와 풀리(216)와 풀리(225)와 풀리(226)들을 통칭하여 구동부 제1 중개 풀리로 지칭하고, 풀리(217)와 풀리(218)와 풀리(227)와 풀리(228)들을 통칭하여 구동부 제2 중개 풀리로 지칭할 수도 있을 것이다. 나아가, 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228) 들을 통칭하여 구동부 중개 풀리라고 지칭할 수도 있을 것이다.
여기서, 도면에는 각 조(jaw)에 대한 구동부 중개 풀리는 풀리 두 개가 한 쌍을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 구동부 제1 조 제1 중개 풀리인 풀리(215)와 구동부 제1 조 제2 중개 풀리인 풀리(217)가 한 쌍을 이루도록 형성되고, 와이어(301)는 풀리(215)와 풀리(217)를 차례로 지나는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 구동부 제1 조 중개 풀리가 두 개의 풀리로 구성되는 것이 아니라, 세 개 또는 그 이상의 풀리로 구성될 수도 있다.
한편, 풀리(219)와 풀리(220)는 구동부 제1 조 위성 풀리로서 기능하고, 풀리(229)와 풀리(230)는 구동부 제2 조 위성 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 구동부 위성 풀리라고 할 수도 있다.
베이스 플레이트(201)의 제1 면 상에는 회전축(241), 회전축(242), 회전축(243), 회전축(244), 회전축(245), 회전축(246)을 포함한 복수 개의 회전축들이 형성될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(201)의 제1 면 상에는 복수 개의 중개 풀리(202)들이 형성되어, 연결부(310)를 통과하여 구동부(200)로 진입한 와이어들(301)(302)(303)(304)(305)(306)을 풀리(231) 쪽으로 방향 전환해주는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(201)에서 제1 면과 반대편의 제2 면 상에는 샤프트 형태의 연결부(310)가 결합되어 있으며, 또한 풀리들의 구동을 위한 모터(미도시)가 결합되는 모터 결합부(251), 모터 결합부(252), 모터 결합부(253), 모터 결합부(254)가 형성될 수 있다.
여기서, 각각의 모터 결합부와 회전축은 직접 연결될 수도 있고, 또는 기어를 통해 간접 연결될 수도 있다.
일 예로, 제1 조 구동 모터 결합부인 모터 결합부(251)는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(241)과 직접 결합하여, 제1 조 구동 모터(미도시)와 결합한 모터 결합부(251)가 회전하면, 이와 직접 결합된 회전축(241)이 함께 회전할 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 구동 모터 결합부인 모터 결합부(252)는 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)과 직접 결합하여, 제2 조 구동 모터(미도시)와 결합한 모터 결합부(252)가 회전하면, 이와 직접 결합된 회전축(242)이 함께 회전할 수 있다.
다른 예로, 피치 구동 모터 결합부인 모터 결합부(253)와 구동부 피치 회전축인 회전축(243)은, 회전축(243)에 수직인 평면상에서 보았을 때 일정 정도 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 이러한 모터 결합부(253)와 회전축(243)은, 피치 구동 기어인 기어(261) 및 기어(262)에 의해서 연결될 수 있다.
마찬가지로 롤 구동 모터 결합부인 모터 결합부(254)와 구동부 롤 회전축인 회전축(244)은, 회전축(244)에 수직인 평면상에서 보았을 때 일정 정도 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 이러한 모터 결합부(254)와 회전축(244)은, 롤 구동 기어인 기어(263) 및 기어(264)에 의해서 연결될 수 있다.
이와 같이 일부의 모터 결합부는 회전축과 직접 연결되고, 나머지 모터 결합부는 회전축과 간접 연결되도록 구성된 이유는, 다관절형 수술용 장치(30)와 슬레이브 로봇(20) 간의 결합 위치 및 방향을 고려해야 하기 때문이다. 즉, 슬레이브 로봇(20)과의 결합 위치에 영향을 받지 않는 회전축은 모터 결합부와 직접 연결되는 반면, 슬레이브 로봇(20)과의 결합 위치와 간섭을 일으킬 수 있는 회전축은 모터 결합부와 간접 연결될 수 있다.
도면에는 모터 결합부(251), 모터 결합부(252)는 회전축과 직접 연결되고, 모터 결합부(253), 모터 결합부(254)는 기어를 통해 간접 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 슬레이브 로봇(20)과의 결합 위치 및 방향에 따라 다양한 구성이 가능하다 할 것이다.
구동부 제1 조 회전축인 회전축(241)에는 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211) 및 풀리(212)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(211) 및 풀리(212)는 회전축(241)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
그리고, 회전축(241)와 인접한 영역에는 구동부 제1 조 보조 회전축인 회전축(245)이 배치될 수 있다. 이 회전축(245)에 구동부 제1 조 보조 풀리인 풀리(213)와 풀리(214)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(213) 및 풀리(214)는 회전축(245)을 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
여기서 도면에는 구동부 제1 조 풀리가 두 개의 풀리(211)(212)로 형성되고, 하나의 풀리(211)에는 와이어(301)가 결합되고, 다른 하나의 풀리(212)에는 와이어(305)가 결합되는 것으로 도시되어 있다 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 아니하며, 구동부 제1 조 풀리가 하나의 풀리로 형성되어, 이 하나의 풀리에 와이어(301)와 와이어(305)가 모두 결합될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 회전축(241)은 모터 결합부(251)에 의해 제1 조 구동 모터(미도시)와 결합되어 있으며, 따라서 제1 조(101)의 구동을 위해 제1 조 구동 모터(미도시)가 회전하면, 회전축(241)과 함께 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211) 및 풀리(212)가 회전하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)를 당기거나 풀어주게 된다.
구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)에는 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221) 및 풀리(222)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(221) 및 풀리(222)는 회전축(242)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
그리고, 회전축(242)과 인접한 영역에는 구동부 제2 조 보조 회전축인 회전축(246)이 배치될 수 있다. 이 회전축(245)에 구동부 제2 조 보조 풀리인 풀리(223)와 풀리(224)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(223) 및 풀리(224)는 회전축(246)을 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
여기서 도면에는 구동부 제2 조 풀리가 두 개의 풀리(221)(222)로 형성되고, 하나의 풀리(221)에는 와이어(302)가 결합되고, 다른 하나의 풀리(222)에는 와이어(306)가 결합되는 것으로 도시되어 있다 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 아니하며, 구동부 제2 조 풀리가 하나의 풀리로 형성되어, 이 하나의 풀리에 와이어(302)와 와이어(306)가 모두 결합될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 회전축(242)은 모터 결합부(252)에 의해 제2 조 구동 모터(미도시)와 결합되어 있으며, 따라서 제2 조(102)의 구동을 위해 제2 조 구동 모터(미도시)가 회전하면, 회전축(242)과 함께 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221) 및 풀리(222)가 회전하면서 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)를 당기거나 풀어주게 된다.
구동부 피치 회전축인 회전축(243)에는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(231)는 회전축(243)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 회전축(243)은 모터 결합부(253)에 의해 피치 구동 모터(미도시)와 결합되어 있으며, 따라서 피치 동작을 위해 피치 구동 모터(미도시)가 회전하면, 회전축(243)과 함께 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전하면서 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 당기거나 풀어주게 된다.
한편, 구동부 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)들은 회전축(243)에 관통 삽입되어, 회전축(243)을 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 여기서, 피치 풀리인 풀리(231)를 기준으로 어느 일 면 쪽에는 구동부 제1 조 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218)들이 배치되고, 풀리(231)를 기준으로 다른 일 면 쪽에는 구동부 제2 조 중개 풀리인 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)들이 배치될 수 있다.
이를 다른 관점에서 표현하면, 회전축(243)에는, 구동부 제2 조 제1 중개 풀리인 풀리(225) 및 풀리(226), 구동부 제2 조 제2 중개 풀리인 풀리(227) 및 풀리(228), 구동부 피치 풀리인 풀리(231), 구동부 제1 조 제2 중개 풀리인 풀리(217) 및 풀리(218), 구동부 제1 조 제1 중개 풀리인 풀리(215) 및 풀리(216)가 차례로 적층되어 형성될 수 있다.
또한, 회전축(243)에는 피치-요 커넥터(232)가 결합될 수 있다. 피치-요 커넥터(232)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)와 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220), 풀리(229), 풀리(230)들을 강체 연결하여, 풀리(231)가 자전(rotation)하면 구동부 위성 풀리들이 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)하도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
여기서, 피치-요 커넥터(232)는 회전축(243)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다. 즉, 풀리(231)와 피치-요 커넥터(232)는 회전축(243)과 결합하여 회전축(243)과 함께 회전할 수 있다.
여기서, 피치-요 커넥터(232)는 도 10에 도시된 바와 같이 대략 Y자 형상으로 형성되는 것으로 설명할 수도 있으며, 또는 중심으로부터 적어도 두 개의 연장부(232a)(232b)들이 연장되는 형상으로 형성된다고 설명할 수 있다. 그리고 이러한 연장부(232a)(232b)들의 각 단부에는 구동부 제1 조 위성 풀리 중심축(233) 및 구동부 제2 조 위성 풀리 중심축(234)이 형성될 수 있다.
그리고, 구동부 제1 조 위성 풀리 중심축(233)에는 구동부 제1 조 위성 풀리인 풀리(219) 및 풀리(220)가 결합되고, 구동부 제2 조 위성 풀리 중심축(234)에는 구동부 제2 조 위성 풀리인 풀리(229) 및 풀리(230)가 결합될 수 있다.
결과적으로 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전축(243)과 함께 회전하면 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220), 풀리(229), 풀리(230)가 회전축(243)을 중심으로 공전한다. 다시 말하면, 구동부 제1 조 위성 풀리 중심축(233) 및 구동부 제2 조 위성 풀리 중심축(234)이 회전축(243)과 일정 정도 이격된 상태에서, 구동부 제1 조 위성 풀리 중심축(233) 및 구동부 제2 조 위성 풀리 중심축(234)이 회전축(243)과 일정한 거리를 유지하면서 회전축(243)을 중심으로 회전한다고도 표현할 수 있다.
즉, 구동부 위성 풀리는 구동부 중개 풀리 및 회전축(243)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되어, 구동부 중개 풀리 및 회전축(243)에 대한 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변할 수 있도록 형성된다. 반면 구동부 피치 풀리와 구동부 중개 풀리의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다.
그리고, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전축(243)을 중심으로 회전하면, 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220), 풀리(229), 풀리(230)가 구동부 피치 풀리인 풀리(231)에 대해 상대적으로 이동하면서, 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 변경되는 것이다.
제1 조 와이어인 와이어(301)는 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 풀리(211)에 결합된 상태에서, 풀리(211), 풀리(213), 풀리(215), 풀리(219), 풀리(217)들과 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
이를 다른 관점에서 표현하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)는 구동부 제1 조 풀리(211), 구동부 제1 조 보조 풀리(213), 구동부 제1 조 제1 중개 풀리 풀리(215), 구동부 제1 조 위성 풀리(219), 구동부 제1 조 제2 중개 풀리(217)를 차례로 지난 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
이를 또 다른 관점에서 표현하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)는 엔드 툴(100) 및 연결부(310)를 지나서 구동부(200)로 진입한 후에, 풀리(217), 풀리(219), 풀리(215), 풀리(213)에 차례로 감긴 후에, 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211)에 고정 결합된다.
한편, 제1 조 와이어인 와이어(305)는 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 풀리(212)에 결합된 상태에서, 풀리(212), 풀리(214), 풀리(216), 풀리(220), 풀리(218)들과 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
제2 조 와이어인 와이어(302)는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 풀리(221)에 결합된 상태에서, 풀리(221), 풀리(223), 풀리(225), 풀리(229), 풀리(227)들과 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
한편, 제2 조 와이어인 와이어(306)는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 풀리(222)에 결합된 상태에서, 풀리(222), 풀리(224), 풀리(226), 풀리(230), 풀리(228)들과 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
(피치 동작)
도 15 및 도 16은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 도면이다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 도 15의 (a) 및 도 16의 (a)에서는 제1 조의 회전과 관련된 풀리 및 와이어 만을 도시하였고, 도 15의 (b) 및 도 16의 (b)에서는 제2 조의 회전과 관련된 풀리 및 와이어 만을 도시하였다. 그리고, 도 15의 (c) 및 도 16의 (c)는 구동부의 피치 동작에 따른 엔드 툴의 피치 동작을 도시하였다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는, 구동부 위성 풀리가 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴(100)의 피치 동작이 수행되는 것을 일 특징으로 한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는, 구동부 피치 풀리가 회전하면 구동부 위성 풀리가 구동부 중개 풀리 및 구동부 피치 풀리의 (공통) 회전축을 중심으로 공전하면서, 구동부 중개 풀리에 감긴 조 와이어의 경로 길이를 변경시킴으로써, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 구동부에서 피치 동작을 위한 별도의 동작 보상을 하지 않을 경우, 엔드 툴에서는 피치 동작 자체가 수행될 수 없게 된다.
피치 동작 보상에 대한 개념도를 나타내는 도 33을 참조하면, 엔드 툴에서 피치 동작이 수행되기 위해서는, 와이어(301)와 와이어(305)는 풀리(113)에 
만큼 더 감기고, 와이어(302)와 와이어(306)는 풀리(114)에서 
만큼 더 풀어주어야 한다. 그런데, 구동부에서 이와 같은 보상이 이루어지지 않을 경우, 엔드 툴에서는 피치 동작 자체가 수행될 수 없게 된다.
이와 같이 피치 동작을 위한 동작 보상을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는, 구동부 피치 풀리가 자전함과 동시에 구동부 위성 풀리들이 공전하면서, 조 와이어들이 구동부 중개 풀리에 감기거나 구동부 중개 풀리에서 풀리도록 하여, 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 조 와이어들의 이동을 보상하도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
다시 말하면, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전축(243)과 함께 회전하면, 구동부 위성 풀리들이 회전축(243)을 중심으로 공전한다. 그리고, 구동부 위성 풀리들이 회전축(243)을 중심으로 공전함에 따라, 조 와이어에서 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 길이가 변경된다. 즉, 풀리(231)의 회전에 의해 엔드 툴(100) 측에서 감기는 조 와이어는 구동부(200) 측에서 동일한 만큼 풀어주고, 엔드 툴(100) 측에서 풀리는 조 와이어는 구동부(200) 측에서 동일한 만큼 감아 줌으로써, 피치 동작이 요 동작에 영향을 미치지 않게 하는 것이다.
이를 다른 관점에서 표현하면, 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 엔드 툴이 피치 동작을 수행할 때, (요 운동 및 액츄에이션 운동을 담당하는) 조 와이어도 피치 동작에 의해 이동하게 된다. 즉, 엔드 툴(100)의 회전축(143)을 중심으로 피치 회전이 수행되면서, 한쪽 조(jaw)에 결합된 조 와이어의 양 가닥은 당겨지고, 다른 쪽 조(jaw)에 결합된 양 가닥은 풀어진다. 따라서 본 발명은 이러한 조 와이어의 움직임을 보상하기 위해, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되면, 구동부 위성 풀리가 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되어, 엔드 툴 쪽에서 조 와이어가 당겨진 만큼(또는 풀어진 만큼) 구동부 쪽에서 조 와이어를 풀어줌으로써(또는 당겨 줌으로써), 엔드 툴의 피치 동작 수행 시에 조 와이어의 움직임을 보상해준다고 표현할 수도 있다.
이하에서는 피치 동작에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
피치 동작을 위해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향(즉, 도면에서 시계 방향)으로 자전(rotation)하면, 피치-요 커넥터(도 8의 232 참조)가 풀리(231)와 함께 화살표 A1 방향으로 회전하며, 이에 따라 피치-요 커넥터(도 8의 232 참조)에 고정 결합된 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220)가 전체적으로 회전축(243)을 중심으로 도 16 (a)의 A2 방향(즉, 도면에서 시계 방향)으로 θ만큼 공전(revolution)하게 된다. 즉, 풀리(231)가 회전하면 풀리(219) 및 풀리(220)는 도 15 (a)의 P1의 위치에서 도 16 (a)의 P2의 위치로, θ만큼 회전을 하게 된다. 이를 다른 관점에서 표현하면, 구동부 피치 풀리가 회전하면 구동부 위성 풀리가 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동한다고 표현할 수도 있다.
동시에, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향(즉, 도면에서 시계 방향)으로 자전(rotation)하면, 피치-요 커넥터(도 8의 232 참조)가 풀리(231)와 함께 화살표 A1 방향으로 회전하며, 이에 따라 피치-요 커넥터(도 8의 232 참조)에 고정 결합된 구동부 위성 풀리인 풀리(229), 풀리(230)가 전체적으로 회전축(243)을 중심으로 도 16 (b)의 A3 방향(즉, 도면에서 시계 방향)으로 θ만큼 공전(revolution)하게 된다. 즉, 풀리(231)가 회전하면 풀리(229) 및 풀리(230)는 도 15 (b)의 P3의 위치에서 도 16 (b)의 P4의 위치로, θ만큼 회전을 하게 된다. 이를 다른 관점에서 표현하면, 구동부 피치 풀리가 회전하면 구동부 위성 풀리가 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동한다고 표현할 수도 있다.
한편 이때, 회전축(243)에 결합된 구동부 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)는 그 위치가 변하지 않는다. 즉, 구동부 조 풀리인 풀리(211)와, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)와, 구동부 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218)의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다. 마찬가지로, 구동부 조 풀리인 풀리(221)와, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)와, 구동부 중개 풀리인 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다.
그리고 이와 같이 구동부 위성 풀리가 공전하면서 구동부 중개 풀리에 대한 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변화하게 되며, 이에 따라 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 각 와이어의 길이, 즉 경로 길이가 변화하게 된다. 여기서 구동부 중개 풀리는 구동부 제1 조 제1 중개 풀리인 풀리(215)와 구동부 제1 조 제2 중개 풀리인 풀리(217)를 포함하며, 따라서 경로 길이도 와이어(301)가 풀리(215)에 감긴 길이와 와이어(301)가 풀리(217)에 감긴 길이의 합을 의미하게 된다. (또는 와이어(305)가 풀리(216)에 감긴 길이와 와이어(305)가 풀리(218)에 감긴 길이)
즉, 도 15 (a)의 위치에서의 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L1에 비해, 도 16 (a)의 위치에서의 제1 조 와이어가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L2가 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 (L1 - L2)만큼 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어를 더 풀어주게 된다. 즉, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 짧아진 것이다. 그리고, 이와 같이 구동부(200) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이가 짧아지면서 제1 조 와이어를 풀어준 만큼, 엔드 툴(100) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 길어지게 된다.
이에 반해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 도 15 (b)의 위치에서 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L3에 비해, 도 16 (b)의 위치에서 제2 조 와이어가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L4가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 (L4-L3)만큼 구동부(200) 측에서는 제2 조 와이어를 더 당겨주게 된다. 즉, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 길어진 것이다. 그리고, 이와 같이 구동부(200) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이가 길어지면서 제2 조 와이어를 당겨준 만큼, 엔드 툴(100) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 짧아지게 된다.
이와 같이 피치 동작을 위해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 구동부 위성 풀리가 구동부 피치 풀리 및 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 상대적인 위치가 변화한다. 그리고, 구동부 위성 풀리의 상대적 이동에 의해, 구동부(200) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 짧아지고, 엔드 툴(100) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 길어진다. 동시에, 구동부 위성 풀리의 상대적 이동에 의해, 구동부(200) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 길어지고, 엔드 툴(100) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 짧아진다.
결과적으로, 엔드 툴(100) 측에서 보았을 때, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301) 및 와이어 (305)는 풀어지고, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302) 및 와이어 (306)는 당겨지게 되어, 엔드 툴(100)이 회전축(143)을 중심으로 화살표 A4 방향으로 피치 운동하게 되는 것이다.
여기서, 경로 길이는 구동부 제1 중개 풀리로의 진입 지점부터, 구동부 위성 풀리를 거쳐서, 구동부 제2 중개 풀리로부터의 진출 지점까지의 조 와이어의 길이라고 정의할 수 있다. 즉, 조 와이어인 와이어(301)가 구동부 제1 중개 풀리인 풀리(215)에 진입하는 지점부터, 구동부 위성 풀리인 풀리(219)를 거쳐서, 구동부 제2 중개 풀리인 풀리(217)로부터 진출하는 지점까지의 조 와이어의 길이를 경로 길이라고 정의할 수 있다.
이를 다른 관점에서 표현하면, 경로 길이는 엔드 툴 조 풀리와 구동부 조 풀리를 연결하는 조 와이어의 배치 경로 상에서, 조 와이어가 구동부 중개 풀리와 처음 접촉하는 지점부터, 조 와이어가 구동부 중개 풀리와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 조 와이어의 길이라고 정의할 수 있다. 즉, 조 와이어인 와이어(301)가 구동부 제1 중개 풀리인 풀리(215)와 처음 접촉하는 지점부터, 구동부 제2 중개 풀리인 풀리(217)와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 조 와이어의 길이를 경로 길이라고 정의할 수도 있다.
한편, 구동부 위성 풀리가 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 상술한 경로 길이가 변경됨에 따라, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 변경된다. 또한, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경됨에 따라 엔드 툴(100) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 변경된다. 다만, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 증가(또는 감소)되는 만큼 엔드 툴(100) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 감소(또는 증가)되므로, 조 와이어의 전체 길이는 (탄성 변형 등을 고려하지 않는 다는 가정하에) 변하지 않는다고 할 것이다.
결과적으로 구동부 피치 풀리가 회전하면, 엔드 툴(100) 측에서 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 당겨진 만큼 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 풀어지게 되어, 결과적으로 피치 운동이 가능해지는 것이다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다관절형 수술용 장치(30)의 엔드 툴(100)은 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)를 더 구비하고, 구동부(200)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 더 구비하며, 동력 전달부(300)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 더 구비할 수 있다.
따라서, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 회전하면, 풀리(231)의 회전에 따라 와이어(304)는 풀리(231)에 감기고 와이어(303)는 풀리(231)에서 풀리게 된다. 이에 따라 와이어(303) 및 와이어(304)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 화살표 A2 방향으로 회전하면서 피치 동작이 보다 확실하고 신뢰성 있게 수행될 수 있다.
(풀리 크기 비율)
여기서, 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전하는 풀리들 중, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)와 접촉하는 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)와, 조 와이어인 와이어(301), 와이어 (305), 와이어(302), 와이어(306)와 접촉하는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123), 풀리(124)는 그 직경이 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이 경우, 회전축(143)이 회전할 때, 각 풀리에 와이어가 감기거나 풀리는 길이가 서로 상이하게 된다. 예를 들어, 엔드 툴 피치 풀리의 직경이 6φ이고, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경이 4φ이며, 회전축(143)이 90°회전할 경우, 엔드 툴 피치 풀리에 감긴 피치 와이어가 감기는 길이는 1.5π인 반면, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감긴 조 와이어가 감기는 길이는 1π일 수 있다.
이러한 관점에서, 와이어가 풀리에 감기거나 풀린 '길이'를 '회전량'이라고 정의할 수 있다. 이 회전량은 회전 각도와는 다른 개념으로, (직경*회전 각도/360°*π)로 계산될 수 있다.
이 경우, 기본적으로 구동부 피치 풀리인 풀리(231) 와 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)에 의해 직접 연결되어 있기 때문에, 구동부 피치 풀리와 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 동일하다. 즉, 구동부 피치 풀리에서 피치 와이어가 감기거나 풀린 만큼 엔드 툴 피치 풀리에서 피치 와이어가 풀리거나 감기게 된다.
한편, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)=(엔드 툴 피치 풀리에 감기는 와이어의 회전량:엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기는 와이어의 회전량) 일 수 있다.
이와 같이, 엔드 툴(100)에서 피치 와이어가 엔드 툴 피치 풀리에 감기는 길이와 조 와이어가 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기는 길이가 상이할 경우, 구동부(200)에서도 이와 동일한 비율로 피치 와이어를 풀어주는 길이와 조 와이어를 풀어주는 길이가 서로 달라져야 한다.
이를 위해, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)=(구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)의 관계가 성립할 수 있다.
예를 들어, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)이 6:4일 경우, (구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)도 6:4일 수 있다. 이 비율에 맞춰서 구동부 피치 풀리의 직경은 9φ이고, 구동부 중개 풀리의 직경은 6φ일 수 있다.
그런데 여기서, 구동부 중개 풀리는 구동부 제1 중개 풀리와 구동부 제2 중개 풀리의 두 개(또는 그 이상)의 풀리를 포함할 수 있다. 그리고, 구동부 제1 중개 풀리와 구동부 제2 중개 풀리의 직경의 총합을 구동부 중개 풀리의 직경이라고 정의할 수 있다.
예를 들어, 구동부 중개 풀리의 직경은 6φ라고 하였을 때, (구동부 제1 중개 풀리의 직경, 구동부 제2 중개 풀리의 직경)의 경우의 수는, (1φ, 5φ), (2φ, 4φ), (3φ, 3φ), (4φ, 2φ), (5φ, 1φ) 등이 가능하다. 여기서 도면에는 구동부 제1 중개 풀리인 풀리(215)의 직경이 4φ이고, 구동부 제2 중개 풀리인 풀리(217)의 직경의 2φ인 것으로 도시되어 있다.
그리고, (구동부 제1 중개 풀리의 회전량 + 구동부 제2 중개 풀리의 회전량)이 구동부 피치 풀리의 회전량과 비례한다고 표현할 수 있을 것이다.
다만, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)의 비율이, (구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)의 비율과 정확하게 일치하지 않더라도, 그 비율이 서로 유사할 정도로 풀리들의 직경이 선택된다면, 구동부 피치 풀리의 회전에 따른 조 와이어의 이동을 보상한다는 본 발명의 목적이 일정 정도 실현될 수 있을 것이다.
최종적인 피치 동작 과정을 다시 한번 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 엔드 툴 피치 풀리의 직경이 6φ이고, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경이 4φ이며, 구동부 피치 풀리의 직경은 9φ이고, 구동부 중개 풀리의 직경은 6φ인 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 피치 동작을 위해 구동부(200)의 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 60°회전을 하여 피치 와이어인 와이어(304)를 감는 동시에 와이어(303)를 풀어준다. 이때 와이어(303)/와이어(304)가 각각 감기고 풀리는 길이는 1.5π이다.
이에 따라 엔드 툴(100)에서는 와이어(304)는 1.5π만큼 당겨지고 와이어(303)는 1.5π만큼 풀어지면서 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)는 1.5π에 해당하는 90°만큼 회전을 하게 된다.
한편, 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 피치 회전을 하게 되면, 조(101)(102) 및 풀리(111)/풀리(112)들도 회전축(143)을 중심으로 피치 회전을 한다. 따라서 풀리(111)와 결합된 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)는 둘 다 당겨지게 되고, 풀리(121)와 결합된 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)는 둘 다 풀어지게 된다. 이때 엔드 툴 피치 풀리와 엔드 툴 조 피치 메인 풀리가 회전하는 각도는 90°로 동일하며, 따라서 조 와이어들이 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기거나 풀리는 길이는 1π가 된다.
한편, 풀리(231)와 풀리(219)/풀리(220)는 피치-요 커넥터(232)에 의해 강체 결합되어 있으므로, 풀리(231)가 회전축(243)을 중심으로 60°만큼 자전(rotation)하면, 풀리(219)/풀리(220)는 회전축(243)을 중심으로 60°만큼 공전(revolution)하게 된다.
그리고, 이와 같이 풀리(219)/풀리(220)가 공전(revolution)을 하면서, 직경의 합이 6φ인 풀리(215)와 풀리(216)에는 공전 각도인 60°에 해당하는 1π만큼 조 와이어가 감기거나 풀리게 된다. 즉 제1 조 와이어인 와이어 와이어(301) 및 와이어(305)는 전체적으로 풀리게 되고, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)는 전체적으로 당겨지게 된다.
다시 말하면, 와이어(301) 및 와이어(305)가 구동부 제1 조 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218)에 감기는 전체 경로 길이는 감소하게 되며, 그 감소한 경로 길이만큼 와이어(301) 및 와이어(305)가 풀어진다. 그리고, 와이어(302) 및 와이어(306)가 구동부 제2 조 중개 풀리인 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)에 감기는 전체 경로 길이는 증가하게 되며, 그 증가한 경로 길이만큼 와이어(302) 및 와이어(306)는 당겨진다.
즉, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)는 엔드 툴(100) 쪽에서 당겨지는 만큼 구동부(200) 쪽에서 풀어지게 되어 피치 동작에 따른 조 와이어의 움직임이 보상된다. 마찬가지로, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)는 엔드 툴(100) 쪽에서 당겨지는 만큼 구동부(200) 쪽에서 풀어지게 되어 피치 동작에 따른 조 와이어의 움직임이 보상된다.
결과적으로, 피치 동작에 따라 엔드 툴(100) 측에서 조 와이어들이 감기는(또는 풀리는) 길이와 동일한 길이만큼 구동부(200) 측에서는 조 와이어들을 풀어주게 됨으로써(또는 당겨주게 됨으로써), 피치 동작이 조의 요 축 방향 회전에 영향을 미치지 않고 피치 동작이 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있는 것이다.
즉, 구동부 피치 풀리와 구동부 위성 풀리를 강체 연결하여, 구동부 피치 풀리가 회전축(243)을 중심으로 자전(rotation)하면, 구동부 위성 풀리가 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)을 하면서, 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 조 와이어의 경로 길이를 변화시킨다. 그리고 이 조 와이어의 경로 길이의 변화가, 피치 동작에 따른 엔드 툴 측에서의 조 와이어들의 이동을 보상해 줌으로써, 피치 동작이 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있는 것이다.
(요 동작)
도 17 및 도 18은 도 4에 도시된 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 도면이다.
도 13, 14, 17, 18 등을 참조하면, 요 동작을 위해 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211)가 화살표 A3 방향으로 회전하면, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)가 풀리(211)의 회전에 따라 어느 한 쪽은 풀리(211)에 감기고 다른 한 쪽은 풀리(211)에서 풀리게 된다. 이에 따라 와이어(301) 및 와이어(305)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 제1 조 풀리인 풀리(111)가 화살표 A4 방향으로 회전하면서 요 동작이 수행된다.
이때 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220), 풀리(229), 풀리(230)들과, 구동부 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)는 그 위치가 변하지 않고, 다만 와이어(301) 및 와이어(305)가 구동부 위성 풀리 및 구동부 중개 풀리들에 감기거나 풀리는 동작만 발생한다.
따라서, 구동부 위성 풀리와 강체 연결된 구동부 피치 풀리도 회전하지 않으며, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)도 감기거나 풀리지 않고 그 위치를 유지하게 된다.
마찬가지로, 요 동작을 위해 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221)가 회전하면, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)가 풀리(221)의 회전에 따라 어느 한 쪽은 풀리(221)에 감기고 다른 한 쪽은 풀리(221)에서 풀리게 된다. 이에 따라 와이어(302) 및 와이어(306)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 제2 조 풀리인 풀리(121)가 어느 일 방향으로 회전하면서 요 동작이 수행된다.
이때 구동부 위성 풀리인 풀리(219), 풀리(220), 풀리(229), 풀리(230)들과, 구동부 중개 풀리인 풀리(215), 풀리(216), 풀리(217), 풀리(218), 풀리(225), 풀리(226), 풀리(227), 풀리(228)는 그 위치가 변하지 않고, 다만 와이어(302) 및 와이어(306)가 구동부 위성 풀리 및 구동부 중개 풀리들에 감기거나 풀리는 동작만 발생한다.
따라서, 구동부 위성 풀리와 강체 연결된 구동부 피치 풀리도 회전하지 않으며, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)도 감기거나 풀리지 않고 그 위치를 유지하게 된다.
결과적으로, 요 동작 또는 액츄에이션 동작을 위해 구동부 조 풀리인 풀리(211) 또는 풀리(221)가 회전하여도 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(30)는, 구동부 피치 풀리가 회전하면 구동부 위성 풀리가 구동부 피치 풀리의 회전축을 중심으로 공전하면서, 구동부 중개 풀리에 감긴 조 와이어의 경로 길이를 변경시킴으로써, 구동부 피치 풀리의 회전과 대응하여 조 와이어가 감기거나 풀리게 되어, 피치 구동에 따른 조 와이어의 이동을 상쇄 내지는 보상해 줌으로써, 결과적으로 피치 동작과 요 동작을 분리시키는 효과를 얻을 수 있다.
<제2 실시예>
도 19 및 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(70)는, 도 4 내지 도 18에 도시된 제1 실시예에 비해, 구동부 중개 풀리들의 구성이 특징적으로 달라진다. 이하에서는 제1 실시예에 비해 달라진 부분에 대해 집중적으로 기술한다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(70)는, 구동부 제1 중개 풀리와 구동부 제2 중개 풀리의 직경이 모두 실질적으로 동일한 것을 일 특징으로 한다.
즉, 구동부 제1 조 제1 중개 풀리인 풀리(415)와 풀리(416)와, 구동부 제1 조 제2 중개 풀리인 풀리(417)와 풀리(418)의 직경이 모두 동일하게 형성된다. 또한 구동부 제2 조 제1 중개 풀리인 풀리(425)와 풀리(426)와, 구동부 제2 조 제2 중개 풀리인 풀리(427)와 풀리(428)의 직경도, 구동부 제1 조 제1 중개 풀리 및 구동부 제1 조 제2 중개 풀리의 직경과 동일하게 형성될 수 있다.
그리고 본 실시예에서도, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)=(구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)의 관계가 성립할 수 있다.
예를 들어, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)이 6:4일 경우, (구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)도 6:4일 수 있다.
그리고 여기서, 구동부 중개 풀리는 구동부 제1 중개 풀리와 구동부 제2 중개 풀리의 두 개(또는 그 이상)의 풀리를 포함할 수 있다. 그리고, 구동부 제1 중개 풀리와 구동부 제2 중개 풀리의 직경의 총합을 구동부 중개 풀리의 직경이라고 정의할 수 있다.
그리고, (구동부 제1 중개 풀리의 회전량 + 구동부 제2 중개 풀리의 회전량)이 구동부 피치 풀리의 회전량과 비례한다고 표현할 수 있을 것이다.
다만, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)의 비율이, (구동부 피치 풀리의 직경:구동부 중개 풀리의 직경)의 비율과 정확하게 일치하지 않더라도, 그 비율이 서로 유사할 정도로 풀리들의 직경이 선택된다면, 구동부 피치 풀리의 회전에 따른 조 와이어의 이동을 보상한다는 본 발명의 목적이 일정 정도 실현될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 실시예에 의해서, 크기가 동일한 풀리를 사용하여 부품의 종류가 감소함으로써, 제조가 용이해지고 제조 비용이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
<제3 실시예>
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이고, 도 22는 도 21의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(80)는, 구동부 피치 풀리가 회전함에 따라 조 와이어의 경로 길이를 변경하기 위하여, 래크(rack)/피니언(pinion) 구조를 채용한 것을 일 특징으로 한다. 즉, 본 실시예는 도 4의 제1 실시예에서 풀리 및 와이어를 이용한 회전 운동을, 래크(rack)/피니언(pinion) 구조를 이용한 직선 운동으로 대체한 구조로 볼 수도 있을 것이다.
도 21 및 도 22를 참고하면, 구동부 피치 기어(531)는 구동부 피치 풀리(미도시)와 동일한 축을 중심으로 함께 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 구동부 피치 기어(531)의 일 측에는 구동부 피치 기어(531)와 맞물리도록 보상 기어(532)가 형성되어, 구동부 피치 풀리(미도시)와 함께 구동부 피치 기어(531)가 회전하면 보상 기어(532)가 상하로 병진 운동하도록 형성된다. 즉, 보상 기어가 일종의 래크(rack) 역할을 수행하고, 피치 기어는 일종의 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것이다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(80)는, 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 감기는 구동부 제1 조 제1 중개 풀리(515), 구동부 제1 조 제2 중개 풀리(517), 구동부 제1 조 위성 풀리(519)를 포함한다. 또한, 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)가 감기는 구동부 제2 조 제1 중개 풀리(525), 구동부 제2 조 제2 중개 풀리(527), 구동부 제2 조 위성 풀리(529)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(80)는 피치 동작을 설명한다.
도 21 및 도 22를 참고하면, 도 21의 상태에서 구동부 피치 풀리(미도시)와 함께 구동부 피치 기어(531)가 도 22의 화살표 A5 방향으로 회전하면, 보상 기어(532)가 도 20의 화살표 A6 방향으로 병진 운동하도록 형성될 수 있다.
그리고, 이와 같이 보상 기어(532)가 병진 운동을 하면서 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(302)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
즉, 도 21의 위치에서의 제1 조 와이어인 와이어(301)의 경로 길이인 L3에 비해, 도 22의 위치에서의 제1 조 와이어의 경로 길이인 L4가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 (L4 - L3)만큼 구동부 측에서는 제1 조 와이어를 더 당겨주게 된다. 결과적으로 구동부(200) 측에서 제1 조 와이어인 와이어(301)가 당겨진 만큼, 엔드 툴(100) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)가 풀어지게 되어, 결과적으로 피치 운동이 가능해지는 것이다.
마찬가지로, 도 21의 위치에서의 제2 조 와이어인 와이어(302)의 경로 길이에 비해, 도 22의 위치에서의 제2 조 와이어의 경로 길이는 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 만큼 구동부 측에서는 제2 조 와이어를 더 풀어주게 된다. 결과적으로 구동부(200) 측에서 제2 조 와이어인 와이어(302)가 풀어진 만큼 엔드 툴(100) 측에서는 제2 조 와이어인 와이어(302)가 감기게 되어, 결과적으로 피치 운동이 가능해지는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(80)는, 구동부 피치 기어(531)가 회전하면, 구동부 피치 기어(531)와 맞물린 보상 기어(532) 및 이와 연결된 구동부 위성 풀리(519)(529)가 직선 운동을 하면서, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이를 변경시킴으로써, 구동부 피치 풀리의 회전과 대응하여 조 와이어가 감기거나 풀리게 되어, 결과적으로 피치 동작이 수행 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
<제4 실시예>
도 23은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이고, 도 24는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이고, 도 25는 도 23의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이고, 도 26은 도 23의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이고, 도 27은 도 23의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다. 각 도면에서, 제1 조 풀리인 풀리(111) 일 측에는 풀리(111) 및 풀리(111)에 연결된 제1 조(101)의 평면도를 함께 도시하였고, 제2 조 풀리인 풀리(121) 일 측에는 풀리(121) 및 풀리(121)에 연결된 제2 조(102)의 평면도를 함께 도시하였다.
상술한 본 발명의 제1~제3 실시예에서는 구동부의 풀리 구성에 있어서, 제1 조를 구동하기 위한 구동부 제1 조 풀리, 제2 조를 구동하기 위한 구동부 제2 조 풀리, 피치 동작을 구현하기 위한 구동부 피치 풀리를 구비하였다. 그리고, 제1 조의 회전(즉, 요 또는 액츄에이션)을 위해서 구동부 제1 조 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 제2 조의 회전(즉, 요 또는 액츄에이션)을 위해서 구동부 제2 조 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 피치 회전을 위해서 구동부 피치 풀리와 연결된 모터를 작동시켰다.
이에 반해 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는, 피치 동작의 구동을 위한 구동부 피치 풀리, 요 동작의 구동을 위한 구동부 요 풀리, 액츄에이션 동작의 구동을 위한 구동부 액츄에이션 풀리로 구성되었다. 그리고, 피치 회전을 위해서 구동부 피치 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 요 회전을 위해서 구동부 요 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 액츄에이션 회전을 위해서 구동부 액츄에이션 풀리와 연결된 모터를 작동시킨다.
이때, 피치 동작을 위한 풀리/와이어 구성 및 요 동작을 위한 풀리/와이어 구성 각각은 상술한 제3 실시예와 일정 정도 유사하다고 볼 수 있다.
도 23을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는 피치 동작을 위해, 구동부 피치 풀리(미도시), 구동부 피치 기어(631), 피치 보상 기어(632)를 포함한다. 여기서, 구동부 피치 풀리(미도시)와 구동부 피치 기어(631)는 동일한 축을 중심으로 함께 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 구동부 피치 기어(631)의 일 측에는 구동부 피치 기어(631)와 맞물리도록 피치 보상 기어(632)가 형성되어, 구동부 피치 풀리(미도시)와 함께 구동부 피치 기어(631)가 회전하면 피치 보상 기어(632)가 상하로 병진 운동하도록 형성된다. 즉, 보상 기어가 일종의 래크(rack) 역할을 수행하고, 피치 기어는 일종의 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것이다.
더불어, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는, 피치 동작을 위해, 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 감기는 구동부 제1 피치 제1 중개 풀리(615), 구동부 제1 피치 제2 중개 풀리(617), 구동부 제1 피치 위성 풀리(619)를 포함한다. 또한, 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)가 감기는 구동부 제2 피치 제1 중개 풀리(625), 구동부 제2 피치 제2 중개 풀리(627), 구동부 제2 피치 위성 풀리(629)를 더 포함한다. 한편 도면에는 도시되지 않았지만, 각각의 구동부 중개 풀리 및 구동부 위성 풀리들은 각 와이어의 양 가닥이 감길 수 있도록 쌍을 이루어 구비될 수 있다.
여기서, 구동부 피치 기어(631)와, 구동부 중개 풀리인 풀리(615), 풀리(617), 풀리(625), 풀리(627)는 그 상대적인 위치가 고정되도록 형성될 수 있다. 그리고, 구동부 위성 풀리인 풀리(619)와 풀리(629)는 구동부 피치 기어(631) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 구동부 위성 풀리가 구동부 피치 풀리 및 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴이 피치 회전을 수행하는 것이다.
한편, 도 23을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는 요 동작을 위해, 구동부 요 풀리(미도시), 구동부 요 기어(661), 요 보상 기어(662)를 포함한다. 여기서, 구동부 요 풀리(미도시)와 구동부 요 기어(661)는 동일한 축을 중심으로 함께 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 구동부 요 기어(661)의 일 측에는 구동부 요 기어(661)와 맞물리도록 보상 기어(662)가 형성되어, 구동부 요 풀리(미도시)와 함께 구동부 요 기어(661)가 회전하면 보상 기어(662)가 상하로 병진 운동하도록 형성된다. 즉, 보상 기어가 일종의 래크(rack) 역할을 수행하고, 요 기어는 일종의 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것이다.
더불어, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는, 요 동작을 위해, 와이어(305)/와이어(306)가 감기는 구동부 제1 요 제1 중개 풀리(645), 구동부 제1 요 제2 중개 풀리(647), 구동부 제1 요 위성 풀리(649)를 포함한다. 또한, 와이어(301)/와이어(302)가 감기는 구동부 제2 요 제1 중개 풀리(655), 구동부 제2 요 제2 중개 풀리(657), 구동부 제2 요 위성 풀리(659)를 더 포함한다. 한편 도면에는 도시되지 않았지만, 각각의 구동부 중개 풀리 및 구동부 위성 풀리들은 각 와이어의 양 가닥이 감길 수 있도록 쌍을 이루어 구비될 수 있다.
여기서, 구동부 요 기어(661)와, 구동부 중개 풀리인 풀리(645), 풀리(647), 풀리(655), 풀리(657)는 그 상대적인 위치가 고정되도록 형성될 수 있다. 그리고, 구동부 위성 풀리인 풀리(649)와 풀리(659)는 구동부 요 기어(661) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 구동부 위성 풀리가 구동부 요 풀리 및 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴이 요 회전을 수행하는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는 피치 동작을 설명한다.
도 23 및 도 24를 참고하면, 도 23의 상태에서 구동부 피치 풀리(미도시)와 함께 구동부 피치 기어(631)가 도 24의 화살표 A7 방향으로 회전하면, 피치 보상 기어(632)가 도 24의 화살표 A8 방향으로 병진 운동(직선 운동)을 하게 된다.
그리고, 이와 같이 피치 보상 기어(632)가 병진 운동을 하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
즉, 도 23의 위치에서의 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 경로 길이에 비해, 도 24의 위치에서의 제1 조 와이어의 경로 길이가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 만큼 제1 조 와이어가 구동부 측으로 더 당겨지게 된다. 다시 말하면, 구동부(600) 내의 제1 조 와이어의 전체 길이가 길어지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 제1 조 와이어의 전체 길이가 짧아지면서, 제1 조(101)는 도 24의 아래쪽 방향으로 회전한다.
마찬가지로, 도 23의 위치에서의 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이에 비해, 도 24의 위치에서의 제2 조 와이어의 경로 길이는 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 만큼 구동부 측에서는 제2 조 와이어를 더 풀어주게 된다. 다시 말하면, 구동부(600) 내의 제2 조 와이어의 전체 길이가 짧아지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 제2 조 와이어의 전체 길이가 길어지면서, 제2 조(101)는 도 24의 아래쪽 방향으로 회전한다.
결과적으로 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)를 당기고 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)를 풀어주게 되어, 엔드 툴(100)의 피치 운동이 가능해지는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는 요 동작을 설명한다.
도 23 및 도 25를 참고하면, 도 23의 상태에서 구동부 요 풀리(미도시)와 함께 구동부 요 기어(661)가 도 25의 화살표 A9 방향으로 회전하면, 요 보상 기어(662)가 도 25의 화살표 A10 방향으로 병진 운동(직선 운동)을 하게 된다.
그리고, 이와 같이 요 보상 기어(652)가 병진 운동을 하면서 와이어(301) 및 와이어(302)와, 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
상세히, 제1 조 와이어 중 와이어(305)와 제2 조 와이어 중 와이어(306)는 구동부 제1 요 위성 풀리(649)에 감겨 있고, 제1 조 와이어 중 와이어(301)와 제2 조 와이어 중 와이어(302)는 구동부 제2 요 위성 풀리(659)에 감겨 있다.
따라서, 구동부 요 기어(661)가 도 25의 화살표 A9 방향으로 회전하고, 이로 인해 요 보상 기어(662)가 도 25의 화살표 A10 방향으로 직선 운동하면, 구동부 제1 요 위성 풀리(649)에 감기는 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이는 길어지고, 구동부 제2 요 위성 풀리(659)에 감기는 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이는 짧아진다.
즉, 도 23의 위치에서의 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이에 비해, 도 25의 위치에서의 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 만큼 와이어(305) 및 와이어(306)가 구동부 측으로 더 당겨지게 된다. 다시 말하면, 구동부(600) 내의 와이어(305) 및 와이어(306)의 전체 길이가 길어지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 와이어(305) 및 와이어(306)의 전체 길이가 짧아지면서, 제1 조(101)는 도 25에서 보았을 때 시계 방향으로 회전한다.
마찬가지로, 도 23의 위치에서의 와이어(301) 및 와이어(302)의 경로 길이에 비해, 도 25의 위치에서의 와이어(301) 및 와이어(302)의 경로 길이가 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 만큼 구동부 측에서는 와이어(301) 및 와이어(302)를 더 풀어주게 된다. 다시 말하면, 구동부(600) 내의 와이어(301) 및 와이어(302)의 전체 길이가 짧아지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 와이어(301) 및 와이어(302)의 전체 길이가 길어지면서, 제2 조(102)는 도 25에서 보았을 때 시계 방향으로 회전한다.
즉, 엔드 툴에서 보았을 때, 제1 조 와이어 중 와이어(305)는 구동부(200)쪽으로 당겨지고 와이어(301)는 반대로 풀어지므로, 제1 조(101)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 한편, 제2 조 와이어 중 와이어(306)는 당겨지고 와이어(302)는 풀어지므로, 제2 조(102)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 제1 조(101)와 제2 조(102)가 서로 같은 방향으로 회전하면서, 요 동작이 수행되는 것이다.
결과적으로 구동부(200) 측에서는 와이어(305)와 와이어(306)를 당기고 와이어(301)와 와이어(302)를 풀어주게 되어, 엔드 툴(100)의 요 운동이 가능해지는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는 액츄에이션 동작을 설명한다.
도 23 및 도 27을 참고하면, 구동부 액츄에이션 풀리(670)와, 구동부 제1 조 풀리인 풀리(611)와, 구동부 제2 조 풀리인 풀리(621)는 기어 등의 형태로 서로 체결되어 있어서, 어느 하나의 풀리가 회전하면 나머지 풀리도 이와 연동하여 함께 회전하도록 형성되어 있다.
도 23의 상태에서 구동부 액츄에이션 풀리(670)가 도 27의 화살표 A15 방향으로 회전하면, 풀리(611)와 풀리(612)도 각각 화살표 방향으로 회전 운동을 하게 된다.
그리고, 이와 같이 풀리(611)와 풀리(612)가 회전 운동을 하면서 와이어(301) 및 와이어(302)와, 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
상세히, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 풀리(611)에 감겨 있고, 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 풀리(612)에 감겨 있다. 따라서, 구동부 액츄에이션 풀리(670)가 도 27의 화살표 A15 방향으로 회전하면, 이로 인해 풀리(611)와 풀리(612)도 각각 화살표 방향으로 회전 운동을 하게 되며, 이로 인해 풀리(611)에 감기는 와이어(301) 및 와이어(305)와, 풀리(612)에 감기는 와이어(302) 및 와이어(306)는 각각 풀리들을 따라 전체적으로 회전하게 된다.
즉, 엔드 툴에서 보았을 때, 제1 조 와이어 중 와이어(305)는 구동부(200)쪽으로 당겨지고 와이어(301)는 반대로 풀어지므로, 제1 조(101)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 한편, 제2 조 와이어 중 와이어(302)는 당겨지고 와이어(306)는 풀어지므로, 제2 조(102)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 제1 조(101)와 제2 조(102)가 서로 반대 방향으로 회전하면서, 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
다만, 이때 구동부 위성 풀리인 풀리(619)와 풀리(629)는 구동부 피치 기어(631) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 이동하지 않고, 구동부 위성 풀리인 풀리(649)와 풀리(659)는 구동부 요 기어(661) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 이동하지 않으므로, 구동부 내의 각 조 와이어의 전체 길이는 변경되지 않는다.
한편, 구동부 피치 기어(631) 및 구동부 피치 기어(631)와 구동부 요 기어(661)는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성된다. 따라서, 본 실시예에서 피치 동작과 요 동작은 서로 독립적으로, 그리고 동시에 수행될 수도 있다.
예를 들어, 도 26에 도시된 바와 같이, 구동부 피치 풀리(미도시)와 함께 구동부 피치 기어(631)가 도 26의 화살표 A11 방향으로 회전하면, 피치 보상 기어(632)가 도 26의 화살표 A12 방향으로 병진 운동(직선 운동)을 하게 된다. 그리고, 이와 같이 피치 보상 기어(632)가 병진 운동을 하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다. 결과적으로 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)를 당기고 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)를 풀어주게 되어, 결과적으로 엔드 툴(100)의 피치 운동이 수행된다.
이와 동시에, 도 26에 도시된 바와 같이, 구동부 요 풀리(미도시)와 함께 구동부 요 기어(661)가 도 26의 화살표 A13 방향으로 회전하면, 요 보상 기어(662)가 도 26의 화살표 A14 방향으로 병진 운동(직선 운동)을 하게 된다. 그리고, 이와 같이 요 보상 기어(662)가 병진 운동을 하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다. 결과적으로 구동부(200) 측에서는 와이어(305)와 와이어(306)를 당기고 와이어(301)와 와이어(302)를 풀어주게 되어, 엔드 툴(100)의 요 운동이 수행된다.
이와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는, 구동부 피치 기어(531)가 회전하면, 구동부 피치 기어(531)와 맞물린 보상 기어(532) 및 이와 연결된 구동부 위성 풀리(519)(529)가 직선 운동을 하면서, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이를 변경시킴으로써, 구동부 피치 풀리의 회전과 대응하여 조 와이어가 감기거나 풀리게 되어, 결과적으로 피치 동작이 수행 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(90)는, 피치 동작의 구동을 위한 구동부 피치 풀리, 요 동작의 구동을 위한 구동부 요 풀리, 액츄에이션 동작의 구동을 위한 구동부 액츄에이션 풀리로 구성되었다. 상술한, 제1 실시예에서는 구동부 제1 조 풀리와 구동부 제2 조 풀리의 회전의 조합으로 요 운동과 액츄에이션 운동이 수행되는데 반하여, 본 실시예에서는 별도의 요 풀리와 액츄에이션 풀리가 구비되어 요 운동과 액츄에이션 운동의 제어가 독립적으로 수행됨으로써, 요 운동시의 입력/출력과 액츄에이션 운동시의 입력/출력이 독립적으로 제어되고 측정될 수 있다. 이와 같이 요 운동과 액츄에이션 운동의 구동부가 분리됨으로써, 엔드 툴(100)의 작동에 대한 포스 피드백(force feedback)의 구현이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
<제5 실시예>
도 28은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치를 나타내는 개념도이고, 도 29는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 피치 동작을 나타내는 개념도이고, 도 30은 도 28의 다관절형 수술용 장치의 요 동작을 나타내는 개념도이고, 도 31은 도 28의 다관절형 수술용 장치가 피치 동작과 요 동작을 동시에 수행하고 있는 모습을 나타내는 개념도이고, 도 32는 도 28의 다관절형 수술용 장치의 액츄에이션 동작을 나타내는 개념도이다.
각 도면에서, 도면 (a)는 제2 조와 관련된 와이어-풀리의 구성을 나타낸 도면이고, 도면 (b)는 제1 조와 관련된 와이어-풀리의 구성을 나타낸 도면이다. 또한 각 도면에서, 제1 조 풀리인 풀리(111) 일 측에는 풀리(111) 및 풀리(111)에 연결된 제1 조(101)의 평면도를 함께 도시하였고, 제2 조 풀리인 풀리(121) 일 측에는 풀리(121) 및 풀리(121)에 연결된 제2 조(102)의 평면도를 함께 도시하였다.
상술한 본 발명의 제1~제3 실시예에서는 구동부의 풀리 구성에 있어서, 제1 조를 구동하기 위한 구동부 제1 조 풀리, 제2 조를 구동하기 위한 구동부 제2 조 풀리, 피치 동작을 구현하기 위한 구동부 피치 풀리를 구비하였다. 그리고, 제1 조의 회전(즉, 요 또는 액츄에이션)을 위해서 구동부 제1 조 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 제2 조의 회전(즉, 요 또는 액츄에이션)을 위해서 구동부 제2 조 풀리와 연결된 모터를 작동시키고, 피치 회전을 위해서 구동부 피치 풀리와 연결된 모터를 작동시켰다.
이에 반해 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는, 피치 동작의 구동을 위한 구동부 피치 회전축, 요 동작의 구동을 위한 구동부 요 회전축, 액츄에이션 동작의 구동을 위한 구동부 액츄에이션 회전축으로 구성되었다. 그리고, 피치 회전을 위해서 구동부 피치 회전축과 연결된 모터를 작동시키고, 요 회전을 위해서 구동부 요 회전축과 연결된 모터를 작동시키고, 액츄에이션 회전을 위해서 구동부 액츄에이션 회전축과 연결된 모터를 작동시킨다.
이때, 피치 동작을 위한 풀리/와이어 구성 및 요 동작을 위한 풀리/와이어 구성 각각은 상술한 제1 실시예와 일정 정도 유사하다고 볼 수 있다.
도 28을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는, 피치 동작을 위해, 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 감기는 구동부 제1 피치 제1 중개 풀리(715), 구동부 제1 피치 제2 중개 풀리(717), 구동부 제1 피치 위성 풀리(719), 구동부 제1 피치 보조 풀리(713)를 포함한다. 또한, 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)가 감기는 구동부 제2 피치 제1 중개 풀리(725), 구동부 제2 피치 제2 중개 풀리(727), 구동부 제2 피치 위성 풀리(729), 구동부 제2 피치 보조 풀리(723)를 더 포함한다. 한편 도면에는 도시되지 않았지만, 각각의 구동부 중개 풀리 및 구동부 위성 풀리들은 각 와이어의 양 가닥이 감길 수 있도록 쌍을 이루어 구비될 수 있다.
더불어, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는 피치 동작을 위해, 구동부 피치 회전축(771), 구동부 피치 풀리(731), 구동부 피치 제1 커넥터(732), 구동부 피치 제2 커넥터(733)를 포함한다.
여기서, 구동부 피치 제1 커넥터(732) 및 구동부 피치 제2 커넥터(733)는 구동부 피치 회전축(771)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다. 즉, 구동부 피치 풀리(731)와 구동부 피치 제1 커넥터(732) 및 구동부 피치 제2 커넥터(733)는 구동부 피치 회전축(771)과 결합하여 구동부 피치 회전축(771)과 함께 회전할 수 있다.
그리고, 구동부 피치 제1 커넥터(732)의 단부에는 구동부 제1 피치 위성 풀리(719)가 결합될 수 있다. 구동부 피치 제2 커넥터(733)의 단부에는 구동부 제2 피치 위성 풀리(729)가 결합될 수 있다.
결과적으로 구동부 피치 풀리(731)가 구동부 피치 회전축(771)과 함께 자전하면 구동부 위성 풀리인 풀리(719) 및 풀리(729)가 구동부 피치 회전축(771)을 중심으로 공전한다. 다시 말하면, 각 풀리(719), 풀리(729)의 중심이 구동부 피치 회전축(771)과 일정 정도 이격된 상태에서, 각 풀리(719), 풀리(729)의 중심축이 구동부 피치 회전축(771)과 일정한 거리를 유지하면서, 각 풀리(719), 풀리(729)가 전체적으로 구동부 피치 회전축(771)을 중심으로 회전한다고도 표현할 수 있다.
즉, 구동부 위성 풀리는 구동부 피치 풀리(731)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되어, 구동부 피치 풀리(731)에 대한 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변할 수 있도록 형성된다. 반면 구동부 피치 풀리(731)와 구동부 중개 풀리의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다.
그리고, 구동부 피치 풀리(731)가 구동부 피치 회전축(771)을 중심으로 회전하면, 구동부 위성 풀리인 풀리(719), 풀리(729)가 구동부 피치 풀리(731)에 대해 상대적으로 이동하면서, 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(700) 내에서의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴이 피치 회전을 수행하는 것이다.
한편, 도 28을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는, 요 동작을 위해, 와이어(301)/와이어(302)가 감기는 구동부 제1 요 제1 중개 풀리(745), 구동부 제1 요 제2 중개 풀리(747), 구동부 제1 요 위성 풀리(749)를 포함한다. 또한, 와이어(305)/와이어(306)가 감기는 구동부 제2 요 제1 중개 풀리(755), 구동부 제2 요 제2 중개 풀리(757), 구동부 제2 요 위성 풀리(759)를 더 포함한다. 한편 도면에는 도시되지 않았지만, 각각의 구동부 중개 풀리 및 구동부 위성 풀리들은 각 와이어의 양 가닥이 감길 수 있도록 쌍을 이루어 구비될 수 있다.
더불어, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는 요 동작을 위해, 구동부 요 회전축(772), 구동부 요 제1 커넥터(761), 구동부 요 제2 커넥터(762)를 포함한다.
여기서, 구동부 요 제1 커넥터(761) 및 구동부 요 제2 커넥터(762)는 구동부 요 회전축(772)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
그리고, 구동부 요 제1 커넥터(761)의 단부에는 구동부 제1 요 위성 풀리(749)가 결합될 수 있다. 구동부 요 제2 커넥터(762)의 단부에는 구동부 제2 요 위성 풀리(759)가 결합될 수 있다.
결과적으로 구동부 요 회전축(772)이 회전하면 구동부 위성 풀리인 풀리(749) 및 풀리(759)가 구동부 요 회전축(772)을 중심으로 공전한다. 다시 말하면, 각 풀리(749), 풀리(759)의 중심이 구동부 요 회전축(772)과 일정 정도 이격된 상태에서, 각 풀리(749), 풀리(759)의 중심축이 구동부 요 회전축(772)과 일정한 거리를 유지하면서, 각 풀리(749), 풀리(759)가 전체적으로 구동부 요 회전축(772)을 중심으로 회전한다고도 표현할 수 있다.
즉, 구동부 위성 풀리는 구동부 요 회전축(772)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되어, 구동부 요 회전축(772)에 대한 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변할 수 있도록 형성된다. 반면 구동부 요 회전축(772)과 구동부 중개 풀리의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다.
그리고, 구동부 요 회전축(772)이 회전하면, 구동부 위성 풀리인 풀리(749), 풀리(759)가 구동부 요 회전축(772)에 대해 상대적으로 이동하면서, 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(700) 내에서의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴이 요 회전을 수행하는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는 피치 동작을 설명한다.
도 28 및 도 29를 참고하면, 도 28의 상태에서 구동부 피치 풀리(731)가 도 29의 화살표 A21 방향으로 자전(rotation)하면, 구동부 피치 제1 커넥터(732) 및 구동부 피치 제2 커넥터(733)가 구동부 피치 풀리(731)와 함께 화살표 A21 방향으로 회전한다. 이에 따라 구동부 피치 제1 커넥터(732)에 고정 결합된 구동부 제1 피치 위성 풀리(719)와, 구동부 피치 제2 커넥터(733)에 고정 결합된 구동부 제2 피치 위성 풀리(729)가 전체적으로 구동부 피치 회전축(771)을 중심으로 A21 방향으로 공전(revolution)하게 된다.
그리고, 이와 같이 구동부 제1 피치 위성 풀리(719)와 구동부 제2 피치 위성 풀리(729)가 공전을 하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
즉, 도 28의 위치에서의 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 경로 길이에 비해, 도 29의 위치에서의 제1 조 와이어의 경로 길이가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 만큼 제1 조 와이어가 구동부 측으로 더 당겨지게 된다. 다시 말하면, 구동부(700) 내의 제1 조 와이어의 전체 길이가 길어지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 제1 조 와이어의 전체 길이가 짧아지면서, 제1 조(101)는 도 29의 아래쪽 방향으로 회전한다.
마찬가지로, 도 28의 위치에서의 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 경로 길이에 비해, 도 29의 위치에서의 제2 조 와이어의 경로 길이는 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 만큼 구동부 측에서는 제2 조 와이어를 더 풀어주게 된다. 다시 말하면, 구동부(700) 내의 제2 조 와이어의 전체 길이가 짧아지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 제2 조 와이어의 전체 길이가 길어지면서, 제2 조(101)는 도 24의 아래쪽 방향으로 회전한다.
결과적으로 구동부(700) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)를 당기고 제2 조 와이어인 와이어(302)/와이어(306)를 풀어주게 되어, 엔드 툴(100)의 피치 운동이 가능해지는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는 요 동작을 설명한다.
도 28 및 도 30을 참고하면, 도 28의 상태에서 구동부 요 회전축(772)이 도 30의 화살표 A22 방향으로 자전(rotation)하면, 구동부 요 제1 커넥터(761) 및 구동부 요 제2 커넥터(762)가 구동부 요 회전축(772)과 함께 화살표 A22 방향으로 회전한다. 이에 따라 구동부 요 제1 커넥터(761)에 고정 결합된 구동부 제1 요 위성 풀리(749)와, 구동부 요 제2 커넥터(762)에 고정 결합된 구동부 제2 요 위성 풀리(759)가 전체적으로 구동부 요 회전축(772)을 중심으로 A22 방향으로 공전(revolution)하게 된다.
그리고, 이와 같이 구동부 제1 요 위성 풀리(749)와 구동부 제2 요 위성 풀리(759)가 공전을 하면서 와이어(301) 및 와이어(302)와, 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
상세히, 제1 조 와이어 중 와이어(305)와 제2 조 와이어 중 와이어(306)는 구동부 제1 요 위성 풀리(749)에 감겨 있고, 제1 조 와이어 중 와이어(301)와 제2 조 와이어 중 와이어(302)는 구동부 제2 요 위성 풀리(759)에 감겨 있다.
따라서, 구동부 요 회전축(772)이 도 30의 화살표 A22 방향으로 자전(rotation)하면, 이에 따라 구동부 제1 요 위성 풀리(749)와 구동부 제2 요 위성 풀리(759)가 전체적으로 구동부 요 회전축(772)을 중심으로 A22 방향으로 공전(revolution)하면,
구동부 제1 요 위성 풀리(749)에 감기는 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이는 짧아지고, 구동부 제2 요 위성 풀리(759)에 감기는 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이는 길어진다.
즉, 도 28의 위치에서의 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이에 비해, 도 30의 위치에서의 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이가 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 만큼 구동부 측에서는 와이어(305) 및 와이어(306)를 더 풀어주게 된다. 다시 말하면, 구동부(700) 내의 와이어(305) 및 와이어(306)의 전체 길이가 짧아지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 와이어(305) 및 와이어(306)의 전체 길이가 길어지면서, 제1 조(101)는 도 30에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전한다.
마찬가지로, 도 28의 위치에서의 와이어(301) 및 와이어(302)의 경로 길이에 비해, 도 30의 위치에서의 와이어(301) 및 와이어(302)의 경로 길이가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 만큼 와이어(301) 및 와이어(302)가 구동부 측으로 더 당겨지게 된다. 다시 말하면, 구동부(700) 내의 와이어(301) 및 와이어(302)의 전체 길이가 길어지고, 이와 연동하여 엔드 툴(100) 내의 와이어(301) 및 와이어(302)의 전체 길이가 짧아지면서, 제2 조(102)는 도 30에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전한다.
즉, 엔드 툴에서 보았을 때, 제1 조 와이어 중 와이어(301)는 구동부(200)쪽으로 당겨지고 와이어(305)는 반대로 풀어지므로, 제1 조(101)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 한편, 제2 조 와이어 중 와이어(302)는 당겨지고 와이어(306)는 풀어지므로, 제2 조(102)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 제1 조(101)와 제2 조(102)가 서로 같은 방향으로 회전하면서, 요 동작이 수행되는 것이다.
결과적으로 구동부(200) 측에서는 와이어(301)와 와이어(302)를 당기고 와이어(305)와 와이어(306)를 풀어주게 되어, 엔드 툴(100)의 요 운동이 가능해지는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는 액츄에이션 동작을 설명한다.
도 28 및 도 30을 참고하면, 구동부 제1 조 풀리(711)와, 구동부 제2 조 풀리(721)는 기어 등의 형태로 서로 체결되어 있어서, 어느 하나의 풀리가 회전하면 나머지 풀리도 이와 연동하여 함께 회전하도록 형성되어 있다.
도 28의 상태에서 구동부 제1 조 풀리(711)는 화살표 A25 방향으로 회전하고, 구동부 제2 조 풀리(721)는 화살표 A26 방향으로 회전한다.
그리고, 이와 같이 구동부 제1 조 풀리(711)와 구동부 제2 조 풀리(712)가 회전 운동을 하면서 와이어(301) 및 와이어(302)와, 와이어(305) 및 와이어(306)의 경로 길이를 변경시켜 준다.
상세히, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 풀리(711)에 감겨 있고, 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 풀리(712)에 감겨 있다. 따라서, 구동부 제1 조 풀리(711)가 화살표 A25 방향으로 회전하면, 이로 인해 풀리(711)에 감기는 와이어(301) 및 와이어(305)는 각각 풀리들을 따라 전체적으로 회전하게 된다. 또한, 구동부 제2 조 풀리(721)가 화살표 A26 방향으로 회전하면, 이로 인해 풀리(721)에 감기는 와이어(302) 및 와이어(306)는 각각 풀리들을 따라 전체적으로 회전하게 된다.
즉, 엔드 툴에서 보았을 때, 제1 조 와이어 중 와이어(305)는 구동부(200)쪽으로 당겨지고 와이어(301)는 반대로 풀어지므로, 제1 조(101)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 한편, 제2 조 와이어 중 와이어(302)는 당겨지고 와이어(306)는 풀어지므로, 제2 조(102)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 제1 조(101)와 제2 조(102)가 서로 반대 방향으로 회전하면서, 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
다만, 이때 구동부 위성 풀리인 풀리(719)와 풀리(729)는 구동부 피치 풀리(731) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 이동하지 않고, 구동부 위성 풀리인 풀리(749)와 풀리(759)는 구동부 요 회전축(772) 및 구동부 중개 풀리들에 대해 이동하지 않으므로, 구동부 내의 각 조 와이어의 전체 길이는 변경되지 않는다.
한편, 구동부 피치 회전축(771) 구동부 요 회전축(772)은 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성된다. 따라서, 본 실시예에서 피치 동작과 요 동작은 서로 독립적으로, 그리고 동시에 수행될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는, 구동부 피치 풀리(731)가 회전하면, 구동부 피치 풀리(731) 및 이와 연결된 구동부 위성 풀리(719)(729)가 회전 운동을 하면서, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이를 변경시킴으로써, 구동부 피치 풀리의 회전과 대응하여 조 와이어가 감기거나 풀리게 되어, 결과적으로 피치 동작이 수행 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 본 발명의 제5 실시예에 따른 다관절형 수술용 장치(95)는, 피치 동작의 구동을 위한 구동부 피치 회전축, 요 동작의 구동을 위한 구동부 요 회전축, 액츄에이션 동작의 구동을 위한 구동부 액츄에이션 회전축으로 구성되었다. 상술한, 제1 실시예에서는 구동부 제1 조 풀리와 구동부 제2 조 풀리의 회전의 조합으로 요 운동과 액츄에이션 운동이 수행되는데 반하여, 본 실시예에서는 별도의 요 회전축과 액츄에이션 회전축이 구비되어 요 운동과 액츄에이션 운동의 제어가 독립적으로 수행됨으로써, 요 운동시의 입력/출력과 액츄에이션 운동시의 입력/출력이 독립적으로 제어되고 측정될 수 있다. 이와 같이 요 운동과 액츄에이션 운동의 구동부가 분리됨으로써, 엔드 툴(100)의 작동에 대한 포스 피드백(force feedback)의 구현이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 다관절형 수술용 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 다관절형 수술용 장치에 이용될 수 있다.
Claims (40)
- 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);
상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어;
일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부;
상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고,
상기 구동부는,
제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조(jaw) 풀리;
상기 구동부 조 풀리와 인접하게 형성되며, 위치가 고정된 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 중개 풀리; 및
상기 구동부 중개 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하여 상기 구동부 중개 풀리에 대한 위치가 변할 수 있도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 위성 풀리;를 포함하고,
상기 구동부 조 풀리의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고,
상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 중개 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며,
상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동부 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 구동부 피치 풀리;를 더 포함하고,
상기 구동부 위성 풀리는 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성되어,
상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 제3 축에 대한 상기 구동부 위성 풀리의 상대적인 위치가 변하도록 형성되는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 중개 풀리의 상대적인 위치는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 구동부 위성 풀리는 상기 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이의 변경에 의해,
상기 엔드 툴 내의 상기 조 와이어의 전체 길이도 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되더라도,
상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 엔드 툴 조 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와,
상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 더 포함하는 다관절형 수술용 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 엔드 툴의 피치 회전 시에, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨 나와서 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 지나는 상기 조 와이어의 두 가닥은 같은 방향으로 동시에 이동하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 일 평면을 기준으로,
상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 일 평면에 대해 동일한 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 조는 제1 조 및 제2 조를 포함하고,
상기 엔드 툴 조 풀리는, 상기 제1 조와 결합하는 엔드 툴 제1 조 풀리와, 상기 제2 조와 결합하는 엔드 툴 제2 조 풀리를 포함하고,
상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 결합되는 제1 조 와이어와, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 결합되는 제2 조 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 평면을 기준으로,
상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제1 조 와이어는 상기 평면에 대해 어느 일 측에 배치되고,
상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제2 조 와이어는 상기 평면에 대해 다른 일 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리와 차례로 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 엔드 툴 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제4 축 또는 상기 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 피치 풀리; 및
상기 엔드 툴 피치 풀리 및 상기 구동부 피치 풀리에 각각 결합되어 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 구동부 피치 풀리를 연결하는 피치 와이어;를 더 포함하는 다관절형 수술용 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리의 회전량과 상기 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 14 항에 있어서,
(상기 엔드 툴 피치 풀리의 직경:상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)은, (상기 구동부 피치 풀리의 직경:상기 구동부 중개 풀리의 직경)과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 제1 각도만큼 자전하면, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 제1 각도만큼 공전하며,
상기 구동부 피치 풀리가 상기 제1 각도만큼 자전하면, 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리는 제2 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부 중개 풀리는 구동부 제1 중개 풀리 및 구동부 제2 중개 풀리를 포함하고,
상기 조 와이어는 상기 구동부 제1 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 제2 중개 풀리를 차례로 지나는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 회전하면,
상기 구동부 제1 중개 풀리로의 진입 지점부터, 상기 구동부 위성 풀리를 거쳐서, 상기 구동부 제2 중개 풀리로부터의 진출 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 회전하면,
상기 엔드 툴 조 풀리와 상기 구동부 조 풀리를 연결하는 상기 조 와이어의 배치 경로 상에서, 상기 조 와이어가 상기 구동부 중개 풀리와 처음 접촉하는 지점부터, 상기 조 와이어가 상기 구동부 중개 풀리와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 상기 구동부 제2 중개 풀리의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 상기 구동부 제2 중개 풀리의 직경이 상이한 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 구동부 중개 풀리의 직경은, 상기 구동부 제1 중개 풀리의 직경과 구동부 제2 중개 풀리의 직경의 합인 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 구동부 중개 풀리는 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고,
상기 구동부 위성 풀리는 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution) 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 피치 풀리와 연결된 상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 회전하면,
상기 구동부 위성 풀리의 회전축이 상기 제3 축과 일정 정도 이격된 상태에서, 상기 구동부 위성 풀리의 회전축이 상기 제3 축과 일정한 거리를 유지하면서 상기 구동부 위성 풀리 전체가 상기 제3 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제3 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성된 피치-요 커넥터를 더 포함하고,
상기 구동부 위성 풀리는 상기 피치-요 커넥터의 적어도 일 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 피치-요 커넥터는 중심으로부터 두 개 이상의 연장부들이 연장되도록 형성되며, 상기 각 연장부들 중 적어도 일부의 단부에는 구동부 위성 풀리 중심축이 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 피치-요 커넥터는 상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 위성 풀리를 강체 연결하여, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 구동부 위성 풀리가 상기 제3 축을 중심으로 공전(revolution)하면, 상기 구동부 중개 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제3 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성되는 구동부 피치 기어 및
상기 구동부 피치 기어의 일 측에 상기 구동부 피치 기어와 맞물리도록 형성되는 보상 기어를 더 포함하는 다관절형 수술용 장치. - 제 31 항에 있어서,
상기 구동부 피치 풀리가 회전 운동을 수행하면, 상기 구동부 피치 기어와 맞물리도록 형성된 상기 보상 기어는 직선 운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 31 항에 있어서,
상기 보상 기어 상에 상기 구동부 위성 풀리가 배치되어, 상기 구동부 위성 풀리는 상기 보상 기어와 함께 직선 운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 33 항에 있어서,
상기 구동부 위성 풀리가 직선 운동을 하더라도, 상기 구동부 중개 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이는 일정한 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 31 항에 있어서,
상기 보상 기어는 래크(rack) 역할을 수행하고, 상기 구동부 피치 기어는 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동부 조(jaw) 풀리가 회전하여도 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 구동부 조 풀리와 각각 결합하여 전체적으로 폐루프(closed loop)를 형성하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어가 각각 감길 수 있도록, 상기 구동부 중개 풀리 및 상기 구동부 위성 풀리 각각은 쌍을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 요 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고,
상기 피치 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 공전(revolution)하는 동작인 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치. - 하나 이상의 엔드 툴 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);
상기 엔드 툴 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 풀리의 회전에 따라 이동하는 와이어;
일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부;
상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고,
상기 구동부는,
제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 와이어와 결합되는 구동부 구동 풀리;
상기 구동부 구동 풀리와 인접하게 형성되며, 위치가 고정된 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 중개 풀리; 및
상기 구동부 중개 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하여 상기 구동부 중개 풀리에 대한 위치가 변할 수 있도록 형성되고, 상기 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 위성 풀리;를 포함하고,
상기 구동부 구동 풀리의 회전을 통해 상기 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 풀리가 회전되고,
상기 구동부 구동 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 와이어는 상기 구동부 중개 풀리, 상기 구동부 위성 풀리, 상기 구동부 중개 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며,
상기 구동부 위성 풀리가 상기 구동부 중개 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020247008148A KR20240036157A (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210055321 | 2021-04-28 | ||
| KR1020210055321 | 2021-04-28 | ||
| PCT/KR2022/006086 WO2022231337A1 (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247008148A Division KR20240036157A (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230165743A KR20230165743A (ko) | 2023-12-05 |
| KR102647871B1 true KR102647871B1 (ko) | 2024-03-15 |
Family
ID=83847047
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247008148A KR20240036157A (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
| KR1020237013018A KR102647871B1 (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247008148A KR20240036157A (ko) | 2021-04-28 | 2022-04-28 | 다관절형 수술용 장치 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240058083A1 (ko) |
| EP (1) | EP4331521A1 (ko) |
| KR (2) | KR20240036157A (ko) |
| CN (1) | CN117202868A (ko) |
| WO (1) | WO2022231337A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116370034A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-07-04 | 浙江舒友仪器设备股份有限公司 | 一种多功能集成手术钳 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012068156A2 (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Decoupling instrument shaft roll and end effector actuation in a surgical instrument |
| US9889568B2 (en) * | 2013-03-14 | 2018-02-13 | Sri International | Compact robotic wrist |
| EP3321048A4 (en) * | 2015-07-09 | 2019-03-20 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | SURGICAL ROBOT |
| WO2017156070A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Force transmission mechanism for surgical instrument, and related devices, systems, and methods |
| US11399905B2 (en) * | 2018-06-28 | 2022-08-02 | Auris Health, Inc. | Medical systems incorporating pulley sharing |
-
2022
- 2022-04-28 KR KR1020247008148A patent/KR20240036157A/ko active Application Filing
- 2022-04-28 KR KR1020237013018A patent/KR102647871B1/ko active IP Right Grant
- 2022-04-28 WO PCT/KR2022/006086 patent/WO2022231337A1/ko active Application Filing
- 2022-04-28 EP EP22796169.5A patent/EP4331521A1/en active Pending
- 2022-04-28 CN CN202280030584.XA patent/CN117202868A/zh active Pending
-
2023
- 2023-10-29 US US18/384,859 patent/US20240058083A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117202868A (zh) | 2023-12-08 |
| KR20230165743A (ko) | 2023-12-05 |
| KR20240036157A (ko) | 2024-03-19 |
| EP4331521A1 (en) | 2024-03-06 |
| WO2022231337A1 (ko) | 2022-11-03 |
| US20240058083A1 (en) | 2024-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11751955B2 (en) | Method and system for retracting an instrument into an entry guide | |
| US9629520B2 (en) | Method and system for moving an articulated instrument back towards an entry guide while automatically reconfiguring the articulated instrument for retraction into the entry guide | |
| US10506920B2 (en) | Articulate and swappable endoscope for a surgical robot | |
| US6676684B1 (en) | Roll-pitch-roll-yaw surgical tool | |
| US7744622B2 (en) | Surgical instrument | |
| US8961399B2 (en) | Medical robotic system having entry guide controller with instrument tip velocity limiting | |
| US9592094B2 (en) | Surgical device and component having movable plug portions | |
| US20230079266A1 (en) | Devices and methods for coupling a cable to a medical device | |
| US20240058083A1 (en) | Multi-joint type surgical device | |
| EP3880102A1 (en) | Surgical instrument with sensor aligned cable guide | |
| US20240000483A1 (en) | Uterine manipulator | |
| CN110974319B (zh) | 一种基于仿生原理的微创手术器械结构及控制方法 | |
| JPH08224247A (ja) | 医療用マニピュレータ | |
| US20230125213A1 (en) | Handheld adapter for robotic surgical instruments | |
| Cepolina et al. | A family of co‐robotic surgical set‐ups | |
| CN117915846A (zh) | 手术用器械的末端工具 | |
| CA2927478A1 (en) | Platform link wrist mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| GRNT | Written decision to grant |