KR20100099817A

KR20100099817A - 수술기구

Info

Publication number: KR20100099817A
Application number: KR1020090018340A
Authority: KR
Inventors: 노태성
Original assignee: 주식회사 로보멕
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-15

Abstract

본 발명은 전측 아이들러 풀리와 후측 아이들러 풀리 중 후측 아이들러 풀리에 손목 조인트를 형성함으로써 전측 아이들러 풀리의 직경을 작게 형성하여 전체적인 수술기구의 직경을 작게 할 수 있는 수술기구에 관한 것으로, 본 발명의 수술기구는 샤프트(shaft)와; 가이드부재와, 다수개의 설치홀이 형성되며, 상기 설치홀과 각각 연통되는 다수개의 삽입홀을 형성한 손목몸체와, 상기 손목몸체에 대향되게 형성되며 삽입홀을 형성한 다수개의 돌출부재로 이루어진 손목부재(wrist member)와; 캡스턴과, 상기 캡스턴과 일체로 형성된 돌출부재와, 상기 돌출부재에 끼워지는 고정부재와, 상기 캡스턴의 회전에 의해 피치 운동하는 엔드 작동자로 이루어지며, 상기 손목부재에 연결된 다수개의 작동자(effector)와; 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재와, 상기 제1 및 제2 회전부재의 직경의 크기 보다 작은 직경을 갖는 제3 및 제4 회전부재와, 작동자에 연결된 네 개의 케이블 끝단을 선택적으로 조정하여 작동자의 요 운동, 피치 운동, 집게 운동의 3자유도 운동을 일으킬 수 있는 구동부로 구성된다.

수술, 복강경, 요 운동, 피치 운동, 집게 운동, 캡스턴, 풀리, 케이블

Description

수술기구{Surgical instrument}

본 발명은 수술기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전측 아이들러 풀리와 후측 아이들러 풀리 중 후측 아이들러 풀리에 손목 조인트를 형성함으로써 전측 아이들러 풀리의 직경을 작게 형성하여 전체적인 수술기구의 직경을 작게 할 수 있는 수술기구에 관한 것이다.

외과수술 시 절개부위를 최소로 하여 환자의 회복기간을 줄이기 위해 복강경 수술이나 로봇수술에 외과용 수술기구가 적용된다. 복강경 수술이나 로봇을 이용한 수술에는 외과용 수술기구가 적용되는데 이하에서는 간단히 수술기구라 하기로 한다.

이와 같은 종래의 수술기구에 관련된 기술은 미국등록특허 US5792135호(등록일: 1998년 8월 6일, 출원인: Intuitive Surgical, Inc)에 이미 공지되어 있다. 미국등록특허 US5792135호에 기재된 수술기구를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래의 수술기구는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 손목형 기구(wrist-like mechanism)(110)와 샤프트(120)로 구성된다.

손목형 기구(110)는 샤프트(120)에 연결되며, 손목부재(111), 다수개의 캡스턴(capstan)(112), 엔드 작동자(end effector)(113), 전측 아이들러 풀리(front idler pulley)(114), 후측 아이들러 풀리(rear idler pulley)(115) 및 다수개의 케이블(cable)(116,117)로 구성된다. 도 1에는 엔드 작동자(113), 전측 아이들러 풀리(114) 및 후측 아이들러 풀리(115)가 각각 하나만 도시되어 있으나, 종래의 수술기구에는 각각 다수개가 구비되며, 전측 아이들러 풀리(114)의 회전축이 손목 조인트(wrist joint)(114a)를 형성한다.

종래의 수술기구의 직경의 크기는 손목부재(111)에 형성된 다수개의 돌출부재(111a)의 직경(d1)에 의해 결정되며, 캡스턴(112)의 직경(d2)은 수술기구의 직경(d1)에 의해 최대값이 제약된다. 돌출부재(111a)의 직경(d1)은 돌출부재(111a)에 가깝게 설치된 손목 조인트(114a)를 형성하는 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)에 의해 결정되며, 다수개의 캡스턴(112) 사이의 거리(g1)는 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)에 의해 결정된다.

그런데, 종래의 수술기구에서는 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)이 큰 경우에 다수개의 캡스턴(112) 사이의 거리(g1)가 커지게 된다. 다수개의 캡스턴(112) 사이의 거리(g1)가 커지는 경우에 캡스턴(112)의 직경(d2)은 작아지게 되어 보다 큰 구동력(torque)을 요구하게 된다.

또한, 수술기구의 작동력은 다수개의 케이블(116,117)에 걸리는 장력에 비례하며, 엔드 작동자(113)의 회전력은 다수개의 케이블(116,117)에 가해지는 장력(tension)과 손목 조인트(wrist joint)(114a)의 반경에 의해 결정된다. 종래의 수술기구는 손목 조인트(114a)가 도 1에서와 같이 전측 아이들러 풀리(114)에 위치됨으로 인해 엔드 작동자(113)의 회전력은 다수개의 케이블(116,117)에 가해지는 장력과 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)에 의해 결정된다.

종래의 수술기구는 손목 조인트(114a)가 전측 아이들러 풀리(114)에 형성됨으로 인해 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)을 작게 하는 경우에 케이블(116,117)에 가해지는 장력이 커지게 되어 다수개의 케이블(116,117)의 내구성이 저하된다. 다수개의 케이블(116,117)의 내구성이 저하되는 경우에 수술기구의 신뢰성이 저하된다.

또한, 전측 아이들러 풀리(114)의 반경(r1)을 작게 할 수 없는 경우에 다수개의 캡스턴(112) 사이의 거리(g1)가 커지게 되어 캡스턴(112)의 직경(d2)을 크게 형성할 수 없다. 캡스턴(112)의 직경(d2)이 작음으로 인해 종래의 수술기구는 엔드 작동자(113)를 구동하기 위해 보다 큰 구동력이 요구되어 조작이 용이하지 않게 된다.

이와 같이 종래의 수술기구는 전측 아이들러 풀리에 손목 조인트가 형성됨으로 인해 전측 아이들러 풀리의 반경을 작게 형성할 수 없게 된다. 따라서, 종래의 수술기구는 전체적으로 수술기구의 직경을 줄일 수 없는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전측 아이들러 풀리와 후측 아이들러 풀리 중 후측 아이들러 풀리에 손목 조인트를 형성함으로써 전 측 아이들러 풀리의 직경을 작게 형성하여 수술기구의 직경을 작게 하여 환자의 수술부위를 가능한 작게 할 수 있는 수술기구를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전측 아이들러 풀리의 직경을 작게 형성함으로써 캡스턴의 직경을 크게 형성할 수 있어 케이블로 작은 구동력을 가해 엔드 작동자를 미세하게 조작할 수 있는 수술기구를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 케이블로 가해지는 구동력을 작게 함으로써 케이블의 내구성을 개선시켜 수술기구의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 수술기구를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수술기구는 샤프트(shaft)와; 가이드부재와, 다수개의 설치홀이 형성되며, 상기 설치홀과 각각 연통되는 다수개의 삽입홀을 형성한 손목몸체와, 상기 손목몸체에 대향되게 형성되며 삽입홀을 형성한 다수개의 돌출부재로 이루어진 손목부재(wrist member)와; 캡스턴과, 상기 캡스턴과 일체로 형성된 돌출부재와, 상기 돌출부재에 끼워지는 고정부재와, 상기 캡스턴의 회전에 의해 피치 운동하는 엔드 작동자로 이루어지며, 상기 손목부재에 연결된 다수개의 작동자(effector)와; 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재와, 상기 제1 및 제2 회전부재의 직경의 크기 보다 작은 직경을 갖는 제3 및 제4 회전부재와, 제1 및 제2 케이블로 이루어진 구동부로 구성되며, 상기 구동부는 손목부재를 회전시켜 요 운동시키고, 다수개의 작동자를 한 방향으로 회전시켜는 피치 운동시키며, 각각 서로 좁아지거나 멀어지는 방향으로 회전시켜 집게운동을 시키도록 구성되는 점에 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수술기구는 샤프트와; 샤프트와 제1핀으로 연결되며 다수개의 제2핀이 설치되는 손목부재와; 손목부재와 제3핀으로 각각 연결되는 다수개의 작동자와; 제1핀과 상기 다수개의 제2핀에 각각 설치되어 손목부재를 회전시켜 요 운동시키고, 다수개의 작동자를 각각 회전시키는 피치 운동을 시키며, 각각 서로 좁아지거나 멀어지는 방향으로 회전시키는 집게 운동시키는 구동부로 구성되며, 구동부는 상기 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 하나에 설치되는 한 쌍의 제1회전부재와, 상기 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 다른 하나에 설치되는 한 쌍의 제2회전부재와, 상기 손목부재의 일측에 위치되도록 제1핀에 설치되는 한 쌍의 제3회전부재와, 상기 손목부재의 타측에 위치되도록 제1핀에 설치되는 한 쌍의 제4회전부재와, 상기 한 쌍의 제1회전부재 중 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 하나와 다수개의 작동자 중 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키는 제1 케이블과, 상기 한 쌍의 제1회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 다른 하나와 다수개의 작동자 중 다른 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키는 제2 케이블로 이루어지는 점에 있다.

본 발명의 수술기구는 전측 아이들러 풀리와 후측 아이들러 풀리 중 후측 아이들러 풀리에 손목 조인트를 형성함으로써 전측 아이들러 풀리의 직경을 작게 형성하여 수술기구의 직경을 작게 제조할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 전측 아이 들러 풀리의 직경을 작게 형성함으로써 캡스턴의 직경을 크게 형성할 수 있어 케이블로 작은 구동력을 가해 엔드 작동자를 미세하게 조작할 수 있으며, 케이블로 가해지는 구동력을 작게 함으로써 케이블의 내구성을 개선시켜 수술기구의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점을 제공한다.

(실시예)

본 발명의 실시예에 따른 수술기구를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 수술기구의 조립사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수술기구의 분리 조립사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 구동부의 분리 조립사시도이다.

도 2 내지 도 4에서와 같이 본 발명의 수술기구는 샤프트(10)와 손목형 기구(식별부호 미기재)로 이루어지며, 손목형 기구는 손목부재(20), 다수개의 작동자(30a,30b) 및 구동부(40)로 구성된다.

샤프트(10)는 본 발명의 수술기구를 전반적으로 지지하며, 손목부재(20)는 샤프트(10)와 제1핀(1)으로 연결되며 다수개의 제2핀(2)이 설치된다. 다수개의 작동자(30a,30b)는 각각 손목부재(20)와 제3핀(3)으로 연결되며, 구동부(40)는 제1핀(1)과 다수개의 제2핀(2)에 각각 설치되어 손목부재(20)를 회전시켜 요 운동시키거나, 다수개의 작동자(30a,30b)를 한 방향으로 회전시켜는 피치운동, 각각 서로 좁아지거나 멀어지는 방향으로 회전시켜는 집게운동을 일으킨다.

상기 구성 중 샤프트(10), 손목부재(20), 다수개의 작동자(30a,30b) 및 구동 부(40)의 상세한 구성을 설명하면 다음과 같다.

샤프트(10)는 도 3 및 도 5에서와 같이 중공부재(11), 지지부재(12) 및 다수개의 돌출부재(13)로 이루어진다. 중공부재(11)는 본 발명의 수술기구를 전반적으로 지지하며, 지지부재(12)는 중공부재(11)에 삽입 설치되며 다수개의 가이드홀(12a)이 형성된다. 다수개의 돌출부재(13)는 지지부재(12)에 대향하여 형성되며, 각각에는 제1핀(1)을 삽입하여 설치되도록 삽입홀(13a)이 형성된다.

손목부재(20)는 도 3 및 도 6에서와 같이 가이드부재(21), 손목몸체(22) 및 다수개의 돌출부재(23)로 구성된다.

가이드부재(21)는 샤프트(10)의 다수개의 돌출부재(13)에 형성된 삽입홀(13a)에 삽입 설치되는 제1핀(1)을 삽입 설치하도록 삽입홀(21a)이 형성된다. 손목몸체(22)는 가이드부재(21)에 연장되어 형성되고, 다수개의 설치홀(22a)이 형성된다. 그리고, 상기 손목몸체(22)에는 설치홀(22a)과 각각 연통되며 삽입되는 제2핀(2)을 삽설할 수 있도록 다수개의 삽입홀(22b)이 형성된다. 다수개의 돌출부재(23)는 손목몸체(22)에 연장하여 대향되게 형성되며 제3핀(3)이 삽설할 수 있도록 삽입홀(23a)이 형성된다. 그리고, 손목몸체(22)에 형성된 다수개의 삽입홀(22b)은 각각 도 8에 도시된 경사각도(θ) 만큼 경사지게 형성된다.

다수개의 작동자(30a,30b)는 각각 캡스턴(capstan)(31), 돌출부재(32), 고정부재(33) 및 엔드(end) 작동부재(34)로 구성된다. 캡스턴(31)은 제3핀(3)에 설치되며, 돌출부재(32)는 캡스턴(31)에 일체로 형성되며 삽입홀(32a)이 형성된다. 고정부재(33)는 돌출부재(32)의 삽입홀(32a)에 끼워지며, 엔드 작동자(34)는 캡스 턴(31)에 형성되어 캡스턴(31)의 회전에 의해 피치 운동된다.

구동부(40)는 도 3 내지 도 8에서와 같이 한 쌍의 제1회전부재(41), 한 쌍의 제2회전부재(42), 한 쌍의 제3회전부재(43), 한 쌍의 제4회전부재(44), 제1 케이블(47)(loop cable) 및 제2 케이블(46)로 구성된다.

한 쌍의 제1회전부재(41)는 손목부재(20)에 설치된 다수개의 제2핀(2) 중 하나에 설치되며, 한 쌍의 제2회전부재(42)는 손목부재(20)에 설치된 다수개의 제2핀(2) 중 다른 하나에 설치된다. 이러한 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)는 손목몸체(22)에 형성된 설치홀(22a)에 경사지게 설치된다. 한 쌍의 제3회전부재(43)는 손목부재(20)의 일측에 위치되도록 제1핀(1)에 설치되며, 한 쌍의 제4회전부재(44)는 손목부재(20)의 타측에 위치되도록 제1핀(1)에 설치된다.

한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)와 한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)는 각각 서로 인접되도록 설치되는 다수개의 아이들러 풀리(40a,40b)로 이루어진다. 이러한 한 쌍의 제1 및 제2회전부재(41,42)는 전측 아이들러 풀리에 해당되며, 한 쌍의 제3 및 제4회전부재(43,44)는 후측 아이들러 풀리에 해당된다. 또한, 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)가 회전되어 손목부재(20)가 제1핀(1)을 축으로 하여 요 운동 시 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)는 제1 케이블(46a)이나 제2 케이블(47)의 위치 조정 시 가이드(guide) 역할만 한다. 즉, 제1핀(1)에 설치되는 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)는 손목 조인트(W: 도 3에 도시됨)을 형성하게 된다. 이로 인해 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)는 반경(r2: 도 9에 도시됨) 즉, 반경(r2)의 크기는 한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)의 반경(r1) 보다 작게 형성되며, 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)의 반경(r2)의 크기는 한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)의 반경(r1) 보다 0.3 ~ 0.9 배가 되도록 형성된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 회전부재(41,42)의 직경은 제3 및 제4 회전부재(43,44)의 직경에 비하여 작게 이루어지게 된다.

제1 케이블(46)은 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 하나와 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나의 캡스턴(31)에 연결되어 각각을 회전시킨다. 이러한 제1 케이블(46)은 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 하나에 연결하거나 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 하나에 연결 시 'S'자형이나 역 'S'자형으로 엇갈리게 연결된다.

제2 케이블(47)은 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 다른 하나와 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 다른 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 다른 하나의 캡스턴(31)에 연결되어 각각을 회전시킨다. 이러한 제2 케이블(47)은 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 다른 하나에 연결하거나 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 다른 하나에 연결 시 'S'자형이나 역 'S'자형으로 엇갈리게 연결된다.

이와 같이 엇갈리게 연결되는 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)은 각각 캡스 턴(31)에 연결 시 작동자(30a,30b)의 고정부재에 의해 캡스턴(31)에 고정되며, 샤프트(10)의 지지부재(12)에 형성된 다수개의 가이드홀(12a)에 가이드(guide)되어 이동되도록 삽입 설치되며, 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 케이블(46)은 두 개의 끝단(46a)을 갖고 있으며, 양 끝단(46a) 중 하나를 화살표(F) 방향으로 당겨 케이블(46a)의 위치를 조정하고, 다른 하나의 장력을 조정하면 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 하나와 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나의 캡스턴(31)이 순차적으로 회전되어 엔드 작동자(30a,30b)가 제3핀(3)을 축으로 하여 피치 운동된다. 즉, 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나에 구비되는 엔드 작동자(34)는 제3핀(3)을 축으로 하여 화살표(B) 방향으로 회전되어 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나에 구비되는 엔드 작동자(34)와 좁아지거나 벌어지도록 화살표(B2) 방향으로 피치 운동한다.

제2 케이블(47)은 두 개의 끝단(46a)을 갖고 있으며, 양 끝단(46a) 중 하나를 화살표(F) 방향으로 당겨 케이블(47a)의 위치를 조정하고 다른 하나의 장력을 조정하면 한 쌍의 제1회전부재(41) 중 다른 하나와 한 쌍의 제2회전부재(42) 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재(43) 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재(44) 중 다른 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 다른 하나의 캡스턴(31)이 순차적으로 회전되어 제3핀을 축으로 하여 엔드 작동자(34)가 피치 운동된다. 즉, 다수개의 작동자(30a,30b) 중 다른 하나에 구비되는 엔드 작동자(34)는 제3핀(3)을 축으로 하 여 화살표(B) 방향으로 회전되어 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나에 구비되는 엔드 작동자(34)와 좁아지거나 벌어지도록 화살표(B3) 방향으로 피치 운동한다.

서로 좁아지거나 벌어지는 방향으로 운동을 하는 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)은 제1 케이블(46)의 양 끝단(46a) 중 하나와 제2 케이블(47)의 양 끝단(47a) 중 하나를 당겨 케이블(46a,47a)의 위치를 조정하거나 제1 케이블(46)의 양 끝단(46a,47a) 중 다른 하나와 제2 케이블(47)의 양 끝단(46a,47a) 중 다른 하나의 장력을 조정하면 다수개의 작동자(30a,30b)에 각각 구비되는 엔드 작동자(34)가 동시에 화살표(B1) 방향으로 회전되어 피치 운동되도록 한다. 즉, 다수개의 작동자(30a,30b)에 각각 구비되는 엔드 작동자(34)는 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42) 와 한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)와 다수개의 작동자(30a,30b)의 캡스턴(31)이 순차적으로 회전되어 제3핀(3)을 축으로 하여 동시에 피치 운동된다.

제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)은 제1 케이블(46)의 양 끝단(46a)을 모두 당겨 케이블(46a)의 위치를 조정하고 제2 케이블(47)의 양 끝단(47a)을 모두 당겨 장력을 조정하거나 반대로, 제2 케이블(47)의 양 끝단(47a)을 모두 당겨 케이블(47a)의 위치를 조정하고 제1 케이블(46)의 양 끝단(46a)의 장력을 조정하면 한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)와 회전되어 손목부재(20)가 제1핀(1)을 축으로 하여 요 운동된다. 즉, 손목부재(20)는 제1핀(1)을 축으로 하여 화살표(A) 방향으로 회전되어 굽어지거나 펴지는 요 운동을 하게 된다.

피치 운동이나 요 운동을 구동하는 구동부(40)는 케이블 구동원(48)을 더 구 비하게 된다. 케이블 구동원(48)은 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)에 각각 연결되어 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)을 위치를 조정하고 장력을 조정한다. 이러한 케이블 구동원(48)은 다수개의 제1모터(48a)와 다수개의 제2모터(48b)로 구성된다.

다수개의 제1모터(48a)는 제1 케이블(46)에 각각 연결되어 케이블의 위치나 장력을 조정한다. 즉, 다수개의 제1모터(48a)는 제1 케이블(46)의 양 끝단(46a)에 각각 연결되어 양 끝단(46a)을 개별적으로 화살표(F) 방향으로 당기거나 장력을 조정한다. 다수개의 제2모터(48b)는 제2 케이블(47)에 각각 연결되어 위치나 장력을 조정한다. 다수개의 제2모터(48b)는 제2 케이블(47)의 양 끝단(47a)에 각각 연결되어 양 끝단(47a)을 개별적으로 화살표(F) 방향으로 당기거나 장력을 조정한다. 장력의 조정은 제1모터(48a)나 제2모터(48b)의 회전속도를 조정하여 실시한다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 수술기구의 작용 효과를 첨부된 도 3, 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔드 작동자(34)의 피치 운동을 설명하면 다음과 같다.

제1 케이블(46)을 이루는 양 끝단(46a) 중 하나를 화살표(F) 방향으로 당겨 케이블(46a)의 위치를 조정하고, 다른 하나의 끝단(46a)의 장력을 조정하면 제1 케이블(46)에 연결된 다수개의 제1회전부재(41) 중 하나와 다수개의 제2회전부재(42) 중 하나와 다수개의 제3회전부재(43) 중 하나와 다수개의 제4회전부재(44) 중 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 하나가 회전되어 엔드 작동자(34)가 피치 운동을 한다.

반대로, 제2 케이블(47)을 이루는 양 끝단(47a) 중 하나를 화살표(F) 방향으로 당겨 위치를 조정하고, 다른 끝단(47a)의 장력을 조정하면 제2 케이블(46)에 연결된 다수개의 제1회전부재(41) 중 다른 하나와 다수개의 제2회전부재(42) 중 다른 하나와 다수개의 제3회전부재(43) 중 다른 하나와 다수개의 제4회전부재(44) 중 다른 하나와 다수개의 작동자(30a,30b) 중 다른 하나가 회전되어 엔드 작동자(34)가 피치 운동을 한다.

다수개의 엔드 작동자(34)를 동시에 한쪽 방향으로 운동시키는 경우에 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)에 각각 구비되는 양 끝단(46a,47a) 중 하나를 동시에 당겨 위치를 조정하고, 다른 하나의 장력을 동시에 조정하면 다수개의 엔드 작동자(34)가 동시에 한 방향으로 움직여 작동자의 피치 운동이 이루어진다. 또한 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)에 각각 구비되는 양 끝단(46a,47a) 중 하나를 각각 다른 정도로 위치 조정하면 그 차이는 엔드 작동자가 서로 벌어지는 효과를 나타내게 된다. 이런 방식으로 작동자의 집게운동이 이루어진다.

본 발명의 수술기구의 피치 운동에 이어 요 운동을 설명하면 다음과 같다.

요 운동은 먼저 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47) 중 하나를 당겨 제1케이블(46)과 제2 케이블(47) 중 하나의 위치를 조정하고, 다른 하나의 장력을 조정하여 손목부재(20)를 요 운동시킨다. 요 운동 시 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)는 회전되지 않고 제2핀(2)에 고정되어 가이드 역할만 한다. 이 상태에서 한 쌍의 제3회전부재(43) 와 한 쌍의 제4회전부재(44)는 제1핀(1)을 축으로 하여 화살표(A) 방향으로 회전되어 손목부재(20)를 요 운동시키게 된다. 즉, 한 쌍 의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)는 손목 조인트(W: 도 3에 도시됨)로 하여 손목부재(20)를 요 운동시키게 된다.

한 쌍의 제3회전부재(43)와 한 쌍의 제4회전부재(44)를 손목 조인트(W: 도 3에 도시됨)로 하는 경우에 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)는 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)의 위치 조정 시 가이드 역할만 함으로 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)의 반경(r2: 도 9에 도시됨)을 작게 형성할 수 있다. 한 쌍의 제1회전부재(41)와 한 쌍의 제2회전부재(42)의 반경(r2)을 작게 하는 경우에 캡스턴(31) 사이의 거리(g2)가 작아지게 된다. 다수개의 캡스턴(31) 사이의 거리(g2)가 작아지는 경우에 캡스턴(31)의 직경(d4)을 크게 형성할 수 있어 보다 작은 구동력(torque)으로 엔드 작동자(34)의 피치 운동을 구동할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 수술기구의 직경(d3)와 종래의 수술기구의 직경(d1: 도 1에 도시됨)이 동일한 경우에 한 쌍의 제1 및 제2회전부재(41,2)의 반경(r2)을 작게 하는 경우에 본 발명의 캡스턴(31)의 직경(d4)을 종래의 캡스턴(112: 도 1에 도시됨)의 직경(d2: 도 1에 도시됨) 보다 크게 할 수 있어 종래의 수술기구에 비해 본 발명의 수술기구는 보다 적은 구동력으로 엔드 작동자(34)를 구동할 수 있게 되어 미세한 조작이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 수술도구는 보다 적은 구동력으로 엔드 작동자(34)를 구동할 수 있게 되어 제1 케이블(46)과 제2 케이블(47)로 가해지는 장력이 적어져 내구성이 증가됨으로 인해 수술기구의 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다.

본 발명의 수술기구는 복강경 수술이나 수술용 로봇 또는 2 자유도 매뉴플레이터(manipulator) 분야에 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 수술기구의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 수술기구의 조립사시도,

도 3은 도 2에 도시된 수술기구의 분리 조립사시도,

도 4는 도 3에 도시된 구동부의 분리 조립사시도,

도 5는 도 4에 도시된 지지부재의 확대사시도,

도 6은 도 4에 도시된 손목부재의 확대사시도,

도 7은 도 3에 도시된 구동부의 확대사시도,

도 8은 도 7에 도시된 구동부의 작동상태를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 수술기구의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명*

10: 샤프트 11: 중공부재

12: 지지부재 13,23,32: 돌출부재

20: 손목부재 21: 가이드부재

22: 손목몸체 30a,30b: 작동자

31: 캡스턴 33: 고정부재

34: 엔드 작동자 40: 구동부

41: 제1회전부재 42: 제2회전부재

43: 제3회전부재 44: 제4회전부재

Claims

샤프트(shaft)와;

가이드부재와, 다수개의 설치홀이 형성되며, 상기 설치홀과 각각 연통되는 다수개의 삽입홀을 형성한 손목몸체와, 상기 손목몸체에 대향되게 형성되며 삽입홀을 형성한 다수개의 돌출부재로 이루어진 손목부재(wrist member)와;

캡스턴과, 상기 캡스턴과 일체로 형성된 돌출부재와, 상기 돌출부재에 끼워지는 고정부재와, 상기 캡스턴의 회전에 의해 피치 운동하는 엔드 작동자로 이루어지며, 상기 손목부재에 연결된 다수개의 작동자(effector)와;

한 쌍의 제1 및 제2 회전부재와, 상기 제1 및 제2 회전부재의 직경의 크기 보다 작은 직경을 갖는 제3 및 제4 회전부재와, 제1 및 제2 케이블로 이루어진 구동부로 구성되며,

상기 구동부는 손목부재를 회전시켜 요 운동시키고, 다수개의 작동자를 한 방향으로 회전시켜 피치 운동시키며, 각각 서로 좁아지거나 멀어지는 방향으로 회전시켜 집게 운동을 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 샤프트는 중공부재와; 상기 중공부재에 설치되며, 다수개의 가이드홀이 형성되는 지지부재와; 상기 지지부재에 마주대하도록 형성되며 각각에 제1핀이 설치되는 삽입홀을 형성한 다수개의 돌출부재로 구성됨을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 손목부재의 손목몸체에 형성된 다수개의 삽입홀은 각각 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 회전부재는 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 하나에 설치되고, 한 쌍의 제2 회전부재는 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 다른 하나에 설치되며, 한 쌍의 제3 회전부재는 손목부재의 일측에 위치되도록 제1핀에 설치되고, 한 쌍의 제4 회전부재는 손목부재의 타측에 위치되도록 제1핀에 설치되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 케이블은 한 쌍의 제1 내지 제4 회전부재 중 하나와 다수개의 작동자 중 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키고, 제2 케이블은 한 쌍의 제1 내지 제4 회전부재 중 다른 하나와 다수개의 작동자 중 다른 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재는 손목몸체에 형성된 설치홀에 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 내지 제4 회전부재는 각각 서로 인접되도록 설치되며, 다수개의 아이들러 풀리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1회전부재와 한 쌍의 제2회전부재의 반경의 크기는 한 쌍의 제3회전부재와 한 쌍의 제4회전부재의 반경 보다 0.3 ~ 0.9 배가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 및 제2 케이블은 각각 캡스턴에 연결 시 작동자의 고정부재에 의해 캡스턴에 고정되며, 샤프트의 지지부재에 형성된 다수개의 가이드홀에 가이드되어 이동되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 케이블은 한 쌍의 제1회전부재 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 하나에 연결하거나 한 쌍의 제2회전부재 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 하나에 연결 시 'S'자형이나 역 'S'자형으로 엇갈리게 연결되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제2 케이블은 한 쌍의 제1회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 다른 하나에 연결하거나 한 쌍의 제2회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 다른 하나에 연결 시 'S'자형이나 역 'S'자형 으로 엇갈리게 연결되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 케이블은 각각 서로 연결되는 한 쌍의 케이블로 이루어지며, 상기 한 쌍의 케이블 중 하나를 당겨 케이블의 위치를 조정하고 다른 하나의 장력을 조정하면 한 쌍의 제1회전부재 중 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 하나와 다수개의 작동자 중 하나의 캡스턴이 순차적으로 회전되어 엔드 작동자가 제3핀을 축으로 하여 피치 운동되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제2 케이블은 각각 서로 연결되는 한 쌍의 케이블로 이루어지며, 상기 한 쌍의 케이블 중 하나를 당겨 케이블의 위치를 조정하고 다른 하나의 장력을 조정하면 한 쌍의 제1회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 다른 하나와 다수개의 작동자 중 다른 하나의 캡스턴이 순차적으로 회전되어 제3핀을 축으로 하여 엔드 작동자가 피치 운동되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 및 제2 케이블은 각각 서로 연결되는 한 쌍의 케이블로 이루어지며, 제1 케이블의 양 끝단 중 하나와 제2 케이블의 양 끝단 중 하나를 당겨 케이블의 위치를 조정하거나 제1 케이블의 양 끝단 중 다른 하나와 제2 케이블의 양 끝단 중 다른 하나의 장력을 조정하면 한 쌍의 제1회전부재와 한 쌍의 제2회전부재 와 한 쌍의 제3회전부재와 한 쌍의 제4회전부재와 다수개의 작동자의 캡스턴이 순차적으로 회전되어 제3핀을 축으로 하여 다수개의 작동자에 각각 구비되는 엔드 작동자가 동시에 한 방향으로 움직이는 피치 운동과 위치의 차이에 의해 결정되는 집게운동이 되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제1항에 있어서, 상기 구동부의 제1 및 제2 케이블은 각각 서로 연결되는 한 쌍의 케이블로 이루어지며, 제1 케이블의 양 끝단을 모두 당겨 케이블의 위치를 조정하고 제2 케이블의 양 끝단의 장력을 조정하거나 제2 케이블의 양 끝단을 모두 당겨 케이블의 위치를 조정하고 제1 케이블의 양 끝단의 장력을 조정하면 한 쌍의 제3회전부재와 한 쌍의 제4회전부재와 회전되어 손목부재가 제1핀을 축으로 하여 요 운동되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
샤프트와;

상기 샤프트와 제1핀으로 연결되며 다수개의 제2핀이 설치되는 손목부재와;

상기 손목부재와 제3핀으로 각각 연결되는 다수개의 작동자와;

상기 제1핀과 상기 다수개의 제2핀에 각각 설치되어 손목부재를 회전시켜 요운동시키거나 다수개의 작동자를 각각 회전시키는 피치운동, 각각 서로 좁아지거나 멀어지는 방향으로 회전시키는 집게 운동시키는 구동부로 구성되며,

상기 구동부는 상기 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 하나에 설치되는 한 쌍의 제1회전부재와, 상기 손목부재에 설치된 다수개의 제2핀 중 다른 하나에 설치되는 한 쌍의 제2회전부재와, 상기 손목부재의 일측에 위치되도록 제1핀에 설치되는 한 쌍의 제3회전부재와, 상기 손목부재의 타측에 위치되도록 제1핀에 설치되는 한 쌍의 제4회전부재와, 상기 한 쌍의 제1회전부재 중 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 하나와 다수개의 작동자 중 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키는 제1 케이블과, 상기 한 쌍의 제1회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제2회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제3회전부재 중 다른 하나와 한 쌍의 제4회전부재 중 다른 하나와 다수개의 작동자 중 다른 하나의 캡스턴에 연결되어 각각을 회전시키는 제2 케이블로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제16항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재는 손목몸체에 형성된 설치홀에 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제16항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 내지 제4 회전부재는 각각 아이들러 풀리가 적용되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제16항에 있어서, 상기 구동부의 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재의 반경의 크기는 한 쌍의 제3 및 제4 회전부재의 반경 보다 작게 형성되며, 상기 한 쌍의 제1 및 제2 회전부재의 반경의 크기는 한 쌍의 제3 및 제4 회전부재의 반경 보다 0.3 ~ 0.9 배가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제16항에 있어서, 상기 구동부는 상기 제1 케이블과 상기 제2 케이블에 각각 연결되어 제1 케이블과 제2 케이블의 위치를 조정하고 장력을 조정하는 케이블 구동원이 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술기구.
제20항에 있어서, 상기 케이블 구동원은 제1 케이블에 각각 연결되어 케이블의 위치나 장력을 조정하는 다수개의 제1모터와;

상기 제2 케이블에 각각 연결되어 위치나 장력을 조정하는 다수개의 제2모터로 구성됨을 특징으로 하는 수술기구.