KR20120028326A - 전기력 강화 시스템을 갖는 수동 관절식 장치 - Google Patents

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KR20120028326A
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케어퓨전 2200, 아이엔씨
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Abstract

본 발명은 조작시에 장치에 의해 겪는 임의의 불필요한 마찰 및/또는 다른 유사한 저항력을 보상하기 위한 보상력 강화를 포함하는 관절식 장치 요소 및 그 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양태는, 기계식 장치의 작동시에 조작되거나 또는 피로를 경험할 수 있는, 제조, 구조, 조립 라인, 유해 물질의 취급 및 처리, 수중 조작, 고온 물질의 취급, 또는 아이템으로부터 유저가 떨어져 있을 수 있는 임의의 다른 환경에서 사용될 수 있다.

Description

전기력 강화 시스템을 갖는 수동 관절식 장치{HAND ACTUATED, ARTICULATING DEVICE HAVING AN ELECTRIC FORCE ENHANCEMENT SYSTEM}
본 발명은 전기력 강화 시스템을 내포하는 수동 관절식 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 양태는, 전기력 강화 시스템을 내포하는, 최소 침습 외과 시술에 사용하기 위한 수동 관절식 외과용 기구에 관한 것이다.
복강경 수술은 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 그러나, 현재의 복강경 외과용 기구는 사용시에 상당히 다루기 힘든 직선형 몸체를 가지는 것이 일반적이다. 그러한 현재의 복강경 외과용 기구는 침습 외과 시술을 수행할 수 있다고는 해도, 구석진 곳 주변이나 그 밖에 손을 뻗기 힘든 공간에서는 조작하기 어렵다. 또한, 현재의 복강경 외과용 기구는, 통상적으로 로드(rod), 케이블 및 유압 라인을 밀어서 그 기구의 수술용 선단을 조작한다. 현재의 복강경 외과용 기구의 사이즈는 감소되고 있기 때문에, 거기에 사용된 유압 라인의 사이즈도 마찬가지로 감소되고 있다. 그러나, 유압 라인의 사이즈가 감소되면, 유압 라인을 통해 유압유에 수동으로 힘을 가하기는 더욱 어려워진다. 또한, 외과 의사가 환자로부터 거리를 둔 또는 떨어진 위치에서 신체 내에 있는 외과용 기구를 제어하고 있는 경우라면, 유압 라인은 상대적으로 길어지기 때문에, 유압 라인을 통해 유압유에 수동으로 힘을 가하기는 어려워진다. 또한, 외과용 기구를 동작할 때 마찰 및 불필요한 저항력이 발생함에 따라 외과 의사가 감지하는 촉각 피드백이 제한된다.
따라서, 장시간의 외과 시술 중에, 또는 기구 및 환자에 대하여 원거리에 외과 의사가 위치해 있는 경우에는, 외과 의사는 손의 피로를 경험하는 것이 일반적이다. 또한, 외과용 기구를 조작하는 동안 발생한 마찰은 외과 의사가 감지하는 촉각 피드백을 방해하거나 현저하게 제한한다.
따라서, 수동 관절식 장치 분야에서는, 사용하기 쉽고, 마찰 또는 그밖의 동작에 대한 저항을 보상하는 한편, 유저가 겪는 손의 피로를 감소시키는 장치가 필요하다. 또한, 수동 관절식 장치 분야에서는, 구석진 곳 주변이나 그 밖에 손을 뻗기 힘든 공간에서 용이하게 조작될 수 있는 장치가 필요하다.
본 발명의 양태에 대하여, 도시 목적상 외과용으로 논의했지만, 본 발명의 환경은 외과에만 제한되는 것은 아니며 다양한 다른 환경에서 사용될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 양태는, 기계식 장치의 작동시에 조작되거나 또는 피로를 경험할 수 있는, 제조, 구조, 조립 라인, 유해 물질의 취급 및 처리, 수중 조작, 고온 물질의 취급, 또는 아이템으로부터 유저가 떨어져 있을 수 있는 임의의 다른 환경에서 사용될 수 있다.
본 발명의 양태는, 수동 관절식 외과용 기구에 전기력 강화를 제공함으로써, 사용자, 예를 들어 외과 의사나 그러한 의료 종사자가 그 기구를 조작하는 것을 돕는다. 전기력 강화는 환자 내부에서의 수동 관절식 외과용 기구의 동작의 개시 또는 힘의 입력에 의해 발생한 마찰 및 불필요한 저항력을 보상한다. 본 발명의 추가적인 양태는 구석진 곳 주변에서 조작될 수 있으며 손을 뻗기 힘든 공간에서 기능할 수 있는 수동 관절식 외과용 기구를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 외과 의사는 본 발명의 외과용 기구에 힘을 입력해서, 외과용 기구를 힘의 입력 방향으로 이동시킨다. 감지 장치는 본 발명의 외과용 기구의 동작 및/또는 힘이 발생했음을 검출하고, 검출된 동작 신호를 전기 요소에 전송한다. 전기 요소는 본 발명의 외과용 기구에 전기력 강화를 제공하여, 조작시에 기구가 겪는 임의의 불필요한 마찰 및/또는 그 밖의 저항력을 보상함으로써, 예를 들어, 환자 내에서 입력과 동일한 방향으로 작용하는 보상력을 제공함으로써, 동작을 돕는다.
본 발명의 다른 양태에서는, 제어 장치가 사용될 수 있다. 감지 장치가 동작의 개시를 검출하면, 감지 장치는, 전기 요소에 제어 신호를 전송하는 제어 장치에 신호를 송신한다. 전기 요소는 환자 내에 있는 본 발명의 외과용 기구에 입력과 동일한 방향으로 작용하는 보상력을 발생하고, 환자 내에서 조작될 때 기구가 겪는 임의의 불필요한 마찰 및/또는 그 밖의 저항력을 보상함으로써 본 발명의 외과용 기구의 동작을 돕는다.
본 발명의 양태는, 환자 내에서 외과용 기구를 조작할 때 발생하는 마찰 및 불필요한 저항을 보상하는 능력을 포함하는 이점 및 장점을 제공한다. 따라서, 환자 내에서의 외과용 기구의 조작이 더 용이하게 달성되고, 외과 의사가 겪는 피로가 저감된다. 또한, 기구의 동작의 불필요한 저항을 보상하게 되면, 외과용 기구의 작동시에 외과 의사가 느끼는 촉각 피드백이 증가된다. 추가적으로, 본 발명은 외과 의사에 의해 입력된 동작에 대한 원활한 힘 강화 응답을 생성한다.
본 발명의 양태는, 외과 의사에 의해 입력된 동작 방향으로 외과 의사가 외과용 기구를 조작하는 것을 돕는다. 또한, 본 발명은 고도의 관절부를 이룰 수 있기 때문에, 구석진 곳 주변에서의 조작 및 손을 뻗기 힘든 공간에서의 기능이 보다 용이해진다.
본 발명에 관한 추가적인 장점 및 신규한 특징은 하기의 설명에서 어느 정도 설명되며, 본 기술분야의 기술자에게는 본 발명의 양태의 실행에 의한 습득시에 또는 하기 내용의 검토시에 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 전기력 강화 시스템을 갖는 수동 관절식 외과용 기구의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 회전 능력을 갖는 제어 핸들의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 전기력 강화 시스템에 결합된 회전 능력을 갖는 제어 핸들의 측면도.
도 4는 본 발명에 사용된 스트레인 게이지 타입의 감지 요소의 개략도.
도 5는 본 발명에 사용된 스위치 타입의 감지 요소의 개략도.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 회전식 감지 요소 및 회전식 전기 요소의 측면도.
본 발명은, 본 발명의 양태에 대하여 설명을 위해 예로서만 주어진 것이며 제한하는 것은 아닌 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 충분히 이해될 것이다.
본 발명의 양태는, 본 발명의 변형 및 양태를 도시하는 첨부 도면을 참조로 하기에서 보다 충분히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명의 양태는 다양한 다른 형태로 실현될 수 있으며 본원에서 기술하는 변형에 제한되는 것으로 이해되어서는 안되고, 오히려 그러한 변형은, 이 명세서가 도시한 구현예를 충분하고 완전하게 만들도록, 또한 본 기술분야의 기술자에게 그 범위를 충분히 전달하도록 제공된다.
달리 규정하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적이고 과학적인 용어는 본 발명의 양태가 속하는 기술 분야의 기술자가 일반적으로 이해하고 있는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 제공된 방법 및 예시는 설명을 위한 것일 뿐이며 제한하려는 것은 아니다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따른 수동 관절식 장치(1)가 도시된다. 장치(1)는 작업을 수행하기 위해 하나 이상의 유저 입력을 수용해서 종속 시스템(124)에 전달하는 강화 시스템(122)을 포함한다. 강화 시스템(122)은 유저로부터 입력(120)을 수용하는, 샤프트 등의 입력 수용부(102)를 포함한다. 또한, 강화 시스템(122)은 동작 및/또는 힘의 개시에 의해 발생한 마찰 및 불필요한 저항력을 시스템에 의해 보상하는 전기력 강화를 제공함으로써 유저 입력을 종속 시스템(124)에 전달하는 것을 보조하는 전기 요소(106)를 포함한다. 일 양태에 있어서, 전기력 강화는 입력과 동일한 방향으로 작용해서 시스템의 동작을 보조하며, 발생한 마찰 및 불필요한 저항력을 시스템에 의해 보상하는 보상력으로 될 수 있다. 시스템에 의해 수행되는 작업은 입력 수용부(102)를 통한 기계적인 전달에 기인할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 강화 시스템(122)은, 동작 및/또는 힘이 유저에 의해 개시된 시기를 검출함으로써 적정한 방향에서의 적정량의 힘으로 전기 요소(106)를 작동시키는 것을 돕는 감지 요소(104)를 더 포함한다. 또한, 강화 시스템(122)은 전기 요소(106)에 유저 입력을 전달하는 것을 돕는 제어 회로(108)를 포함한다.
샤프트(102)는, 하나 이상의 유저 입력을 수용하고, 그 유저 입력의 전부 또는 일부, 또는 그 대표 입력을 감지 요소(104) 및/또는 전기 요소(106)에 전달하도록 구성된 임의의 장치 또는 기기를 포함할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 샤프트(102)는 샤프트(102)의 근위단과 전기 요소(106)의 원위단 사이에 배치된 감지 요소(104)에 의해 전기 요소(106)에 작동 가능하게 연결된다. 예를 들어, 샤프트(102)는 장치(1)의 유저로부터 손으로 또는 손가락으로 작동된 입력을 수용하기 위한 하나 이상의 입력 기기를 구비할 수 있다. 다른 양태에서는, 샤프트(102)는 유저로부터 발로 작동된 입력, 팔 또는 몸으로 작동된 입력을 수용하기 위한 입력 기기를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서는, 샤프트(102)는 유저로부터 음성으로 또는 소리로 작동되거나 또는 눈으로 작동되는 입력을 수용하는 입력 기기를 포함할 수 있다. 입력 기기는, 다른 입력 기기들 중에서도, 예를 들어 조이스틱, 트랙 볼, 회전식 노브, 엔코더 또는 조종기 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 입력 기기의 일례가 도 2에 도시된다.
감지 요소(104)는 유저에 의한 샤프트(102)의 이동 개시를 검출한다. 감지 요소(104)는, 예를 들어 샤프트(102)의 상부, 하부, 덮개, 또는 주위에 위치될 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 추가적으로, 감지 요소(104)는 직접 또는 간접적으로 샤프트(102)에 연결될 수 있다. 감지 요소(104)는, 샤프트(102)에 가해진 힘 및/또는 동작 개시를 검출할 수 있는, 예를 들어 스트레인 게이지, 미소 변위 바이폴라 스위치, 모노폴라 스위치, 2 모노폴라 스위치, 클로징 스위치, 압축 및 신장을 검출하는 요소, 비틀림을 검출하는 요소, 굽힘을 검출하는 요소, 힘(120)에 따라 변하는 저항값을 검출하는 요소, 힘(120)에 따라 광 전송에 있어서의 편향 또는 변화를 검출하는 광학 시스템, 또는 임의의 다른 적절한 감지 요소일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 감지 요소(104)는 샤프트(102)의 검출된 힘 및/또는 동작과 함께 신호를 전기 요소(106)에 전송한다.
전기 요소(106)는 샤프트(102) 및 감지 요소(104)에 대하여 직렬 또는 병렬로 될 수 있다. 또한, 전기 요소(106)는 샤프트(102)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 전기 요소(106)는, 예를 들어, 리니어 모터 또는 리니어 보이스 코일, 로터리 모터, 로터리 보이스 코일, 또는 동작에 대하여 신속하게 응답하고 고주파 응답을 가질 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제어 회로(108)는 감지 요소(104) 및 전기 요소(106)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 제어 회로(108)는 감지 장치로부터 신호를 수신해서 전기 요소(106)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어 신호는, 예를 들어 유저 입력에 의거하여 전기 요소(106)에 에너지를 부여하는 전류를 포함할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 전류는 유저 입력에 의거하여 가변, 예를 들어 증가 및/또는 감소할 수 있다. 또한, 제어 회로(108)는 다른 것들 중에서도 일련의 프로그램작성불가(non-programmable) 요소, 하나 이상의 배선 접속형 요소, 컴퓨터 또는 프로세서일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 제어 회로(108)는, 시스템이 적절하게 작동하고 있는지의 여부를 판정하기 위해, 예를 들어 시스템의 마찰력을 보상하도록 전기 요소(106)가 정확한 양의 힘을 제공하고 있는지의 여부를 판정하기 위해, 작업 및/또는 시스템 검사 전에 자가 검사(self-check)를 주기적으로 수행할 수도 있다. 전기 요소(106)가 정확한 양의 힘을 제공하고 있지 않다고 제어 회로(108)가 판정하면, 제어 회로(108)는 전기 요소(106)에 공급되는 전류량을 변경해서, 전기 회로(106)에 의해 제공되는 힘의 양을 증가 및/또는 감소시킬 수 있다.
선택적으로, 일 양태에 있어서, 강화 시스템(122)은 출력 센서(130), 예를 들어 장치 및/또는 작업 대상물과 제어 회로(108)에 작동 가능하게 연결된 동작 또는 힘 센서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전기 회로(106)가 제공하는 힘 및/또는 이동의 양이 마찰력을 보상하도록 판정된 양 이하로 떨어졌다고 출력 센서(130)가 판정하면, 출력 센서(130)는 전기 요소(106)에 공급된 전류를 증가시키는 신호를 제어 회로에 송신하여 보상력을 증가시킬 수 있다. 택일적으로, 전기 요소(106)에 의해 제공되는 힘 및/또는 이동의 양이 마찰력을 보상하도록 판정된 양 이상이라고 출력 센서(130)가 판정하면, 출력 센서(130)는, 이번에는 전기 요소(106)에 공급된 전류를 감소시키는 신호를 제어 회로(108)에 송신하여 보상력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 출력 센서(130)는 전기 요소(106)에 의해 제공되는 힘 및/또는 이동의 양을 측정할 수 있으며, 전기 요소(106)에 공급된 전류의 변화, 예를 들어 전기 요소(106)에 공급된 전류량을 상승 및/또는 하강시켜서 실제 출력에 의거한 피드백에 기초하여 보상력을 변화시키는 것을 돕는다.
또한, 전기 요소(106)에 공급된 전류를 제어하는 것을 돕기 위해 다른 센서가 사용될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 센서는, 예를 들어 다른 것들 중에서도 속도, 가속도, 편향, 온도, 각도, 압력, 질량, 중량, 또는 위치 센서를 포함할 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 일 양태에 있어서, 전기 요소(106)에 제공된 전력의 상승 및/또는 하강을 조절하기 위해 외과 의사의 손 동작의 특성을 습득하도록, 가속도 센서가 제어 회로(108)에 의해 사용될 수 있다. 다른 양태에 있어서, 장치의 각도 위치 또는 자세를 판정하고 전류의 조절에 응하도록 각도 센서가 제어 회로(108)에 의해 사용될 수 있다.
또한, 종속 시스템(124)은 샤프트(102)의 원위단에 작동 가능하게 연결된다. 종속 시스템(124)은, 사용자 입력 또는 그 대표 입력 등의 하나 이상의 입력을 샤프트(102)로부터 수용하고, 원래의 유저 입력(120)에 비례하는 방식으로, 또는 그 기능으로서 상응하는 출력을 발생시켜서 기능단(118)을 제어하도록 구성된 임의의 장치 또는 기기일 수 있다. 예를 들어, 일 양태에 있어서, 종속 시스템(124)은, 유압 제어 라인(114 및 116)에 의해 종속 실린더(112)에 작동 가능하게 연결된 제어 실린더(110)를 포함하는 복동식 폐루프형 유압 시스템을 포함하지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로, 기능단(118)은 종속 실린더(112)의 원위단에 작동 가능하게 연결된다. 이러한 양태에 있어서, 폐루프형의 복동식 유압 회로는 장치(1)의 원위단, 예를 들어 종속 시스템(124)에 힘을 전달하는데 사용되는 기본적인 기계식 요소이다. 예를 들어, 제어 실린더(110)는 사용자 입력의 전부 또는 일부 또는 그 대표 입력 등의 입력을 수용하고, 그 입력을 유압 제어 라인(114 또는 116)을 통해, 종속 시스템(124)의 기능단(118)을 구동하는데 사용되는 출력을 발생시키는, 종속 실린더(112)에 전달한다. 이들 양태에 있어서, 폐루프형의 복동식 유압 시스템은, 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국 특허 제6,607,475호에 개시된 것과 동일 또는 유사한 기능성을 갖는다. 다른 양태에 있어서, 종속 시스템(124)과 강화 시스템(122)은 단일의 시스템으로 통합될 수 있다. 대안적인 양태에 있어서, 종속 실린더(112)와 제어 실린더(110)는 샤프트(102)의 원위단 및 기능단(118)의 근위단에 작동 가능하게 연결된 기계식 요소로 대체될 수 있다. 이러한 기계식 요소로서는, 유저가 기계식 요소를 조작할 때 피로를 야기할 수 있는 여러 기계식 요소들 중에서도, 예를 들어 연동 기어, 캠, 일련의 U-조인트, 푸시-풀 와이어 또는 케이블, 케이블/풀리 시스템, 케이블 기어 시프트 시스템, 푸시-풀 체인, 푸시-풀-로테이트 체인, 리드 스크루, 푸시-풀 플렉서블 스트랩, 플랙서블 스틸 밴드, 또는 이들 기계식 요소들의 임의의 조합(예를 들어, 일련의 U-조인트와 푸시-풀 체인)일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다.
기능단(118)은 상응하는 종속 시스템(124)으로부터의 출력을 입력으로서 수용하고, 그에 따라 샤프트(102)에 의해 수용된 하나 이상의 원래의 유저 입력(120)의 기능으로서 제어되는 일부 작업을 수행한다. 상기와 같이, 기능단(118)은 임의의 형태의 작업을 수행하도록 구성된 장치들 또는 기기들 중 어느 하나 또는 그들의 조합을 포함하거나 그것에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 기능단(118)은 다양한 도구를 포함하거나, 또는 그것에 연결될 수 있다. 예를 들어, 기능단(118)은, 여러 도구들 중에서도, 외과용 도구, 외과용 기구, 가위, 칼, 스크루드라이버, 클램프, 또는 집게를 포함하거나, 또는 그것에 연결될 수 있다.
또한, 샤프트(102)는 중실(solid), 중공(hollow) 또는 "C" 형상 등의 구조를 가질 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 샤프트(102)가 중실인 경우의 양태에 있어서는, 유압 라인 및 전기 회로는 샤프트(102)의 외측에서 연결될 수 있다. 샤프트(102)가 중공인 경우의 양태에 있어서는, 유압 라인 및 전기 회로는 루멘(lumen)을 통과하는 샤프트(102) 내측에 있을 수 있다. 또한, 샤프트(102)가 "C" 형상인 경우의 양태에 있어서는, 샤프트에 종방향 슬릿 또는 다른 형상의 구멍이 존재할 수 있어, 유압 라인 및 전기 회로가 샤프트(102)의 내측 및 외측을 모두 통과할 수 있게 한다.
일 변형예에 있어서, 강화 시스템(122)은 환자의 신체의 외측에 위치되며, 예를 들어 수술대에 연결되어 지지된다. 다른 양태에 있어서는, 강화 시스템(122)은 종속 시스템(124)으로부터 떨어져서, 예를 들어 다른 방 또는 위치에 배치될 수 있다. 강화 시스템(122)과 종속 시스템(124) 사이에서는 적절한 유선 및/또는 무선 연결이 이루어질 수 있다.
수술시에, 유저의 손, 팔 및/또는 손가락은, 예를 들어 샤프트(102)의 근위단에 힘(120)을 가함으로써 장치(1)의 이동을 안내할 수 있다. 힘(120)은 샤프트(102)에 전달되어, 힘(120)의 방향에 대응하는 방향으로 샤프트(102)를 이동시킨다. 예를 들어, 유저가 선형으로 미는 힘을 주면, 보상력이 기계적인 부하(예를 들어, 선형 방향의 샤프트)의 이동을 돕는다. 그 보상력은 힘(120)의 방향으로 샤프트(102)를 이동함으로써 발생한 하나 이상의 마찰력을 보상한다. 예를 들어, 마찰력은 유압 제어 라인(114 및 116)을 통한 유체 이동에 있어서의 저항에 의해 야기된 마찰력(128)을 포함할 수 있다.
일 양태에 있어서, 보상력에 대한 설정점(set point)을 판정하는 방정식은 다음을 포함할 수 있다.
(1) Fc = C ?Fp, 여기서
C ≤ 1, 그리고
Fc는, 예를 들어 전기 요소(106)에 의해 제공된 힘인 전기 보상력이고, Fp는, 예를 들어 시스템을 이동함으로써 발생한 마찰 및/또는 불필요한 저항력인 기생 시스템 힘이며, C는 통상 기생 시스템 힘인 Fp 이하로 설정되는 보상력이다. 예를 들어, C = 0.9이면, 제공된 전기 보상력은 기생 시스템 힘의 90%, 예를 들어 Fc = (0.9)(Fp)로 된다.
또한, 방정식 (1)에 관한여 상술한 바와 같이, 유저에 의해 입력된 힘에 보상력이 가해지지 않으면, 유저에 의해 입력된 힘은 다음의 방정식을 이용하여 계산될 수 있다.
(2) Fi = Fp + Fr,
여기서, Fi는 유저에 의해 입력된 힘, 예를 들어 힘(120)이고, Fp는 기생 시스템 힘이며, 그리고 Fr은 목표물에 의한 반동력(reaction force)이다. 따라서, 유저의 입력에 보상력이 가해지지 않으면, 장치에 힘이 가해질 때 목표물에 의한 반동력과 시스템의 마찰력을 유저가 감지하게 된다.
그러나, 방적식 (1)에 관하여 상술한 바와 같이, 유저에 의해 입력된 힘이 보상력을 포함하면, 유저에 의해 입력된 힘은 다음의 방정식을 이용하여 계산될 수 있다.
(3) Fi = Fp - Fc + Fr,
여기서, Fi는 유저에 의해 입력된 힘, 예를 들어 힘(120)이고, Fp는 기생 시스템 힘이며, Fc는 방정식 (1)에 관하여 상술한 바와 같이 전기 보상력이고, 그리고 Fr은 목표물에 의한 반동력이다. 따라서, 유저의 입력에 보상력이 가해지면, 유저는 시스템의 마찰력, 예를 들어 시스템을 통한 유압유의 이동이 아니라, 수행된 작업에 대한 저항을 감지하게 된다.
보상력은 사전 설정 인자(예를 들어, 다른 여러 장소들 중에서도 공장이나 수술실에서)일 수 있거나, 또는 샤프트의 이동에 대한 저항의 측정으로부터 자가 습득된 인자일 수 있다. 일 양태에 있어서, 사전 설정 인자는 샤프트(102)의 이동과 연관된 마찰력(128) 또는 그것의 일부 분력의 이상 또는 이하로 설정될 수 있다. 샤프트(102)의 동작은, 장치(1)를 이동시키는데 필요할 수 있는, 예를 들어 밀기, 당기기, 회전, 좌로 이동, 우로 이동, 상향 이동, 하향 이동, 굽힘, 스핀, 사선 이동, 또는 임의의 다른 방향으로의 이동일 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 대안으로서, 유저는 샤프트(102)에 작동 가능하게 연결된, 도시하지 않은 입력 기기에 힘(120)을 가할 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 유저로부터의 입력을 수용해서 장치(1)(도 1)에 전달할 수 있는 제어 핸들 입력 기기(902)의 일례가 도시된다. 제어 핸들(902)은 제 1 축선(904)을 중심으로 회전하고, 제 1 펜듈럼 기어(906)에 작동 가능하게 연결된다. 제 1 축선(904)을 중심으로 한 제어 핸들(902)의 회전에 의해 개시된 동작 및/또는 힘은 제 1 펜듈럼 기어(906)를, 예를 들어 제 1 축선(904)을 중심으로 한 스윙 동작으로 회전시킨다. 제 1 펜듈럼 기어(906)의 스윙 동작은 중간 기어(908)를 회전시킨다. 중간 기어(908)는 제 1 펜듈럼 기어(906)와 제 2 펜듈럼 기어(910) 사이에 배치된다. 중간 기어(908)로부터의 회전은 제 2 펜듈럼 기어(910)를 제 2 축선(918)을 중심으로 한 스윙 동작으로 회전시키고, 제 2 축선(918)에는 제 2 펜듈럼 기어(910)가 작동 가능하게 연결되고, 제 2 축선(918)은 리드 스크루(912)에의해 규정된다. 제 2 펜듈럼 기어(910)의 스윙 동작은 리드 스크루(912)를 제 2 축선(918)을 중심으로 회전시킨다. 리드 스크루(912)와 유압 실린더(916) 사이에는 이들에 작동 가능하게 연결된 리드 너트(914)가 배치된다. 리드 스크루(912)의 회전으로부터 개시된 동작 및/또는 힘은 유압 실린더(916)의 샤프트를 제 2 축선을 따라 이동시킨다. 일 양태에 있어서, 유압 실린더(916)는 리드 너트(914)에 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 여기서 리드 스크루(912)의 이동이 리드 너트(914)에 입력되는 힘(120)을 생성한다. 입력 기기(902)는 장치(1)와 함께 작동 가능한 입력 기기의 비제한적인 일례일 뿐이라는 점을 이해해야 한다. 또한, 리드 너트(914)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 강화 시스템(122)(도 1)에 작동 가능하게 연결될 수 있다는 점도 이해해야 한다.
다시 도 1로 돌아가서, 감지 요소(104)는 샤프트(102)의 이동 개시를 검출한다. 감지 요소(104)는, 샤프트(102)에 가해진 힘 및/또는 동작 개시를 검출할 수 있는, 예를 들어 스트레인 게이지, 미소 변위 바이폴라 스위치, 모노폴라 스위치, 클로징 스위치, 압축 및 신장을 검출하는 요소, 힘(120)에 따라 변하는 저항값을 검출하는 요소, 힘(120)에 따라 광 전송에 있어서의 편향 또는 변화를 검출하는 광학 시스템, 또는 임의의 다른 적절한 감지 요소일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 감지 요소(104)는 전기 요소(106)를 적절한 방향으로 작동하는 제어 회로(108)에 샤프트(102)의 검출된 힘 및/또는 동작과 함께 신호를 전송한다. 또한, 일 양태에 있어서, 감지 요소(104)로부터의 출력은 전기 요소(106)로의 전류를 적절히 변경하기 위한 제어 회로(108)에 전송될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(108)는, 전기 요소(106)가 감지 요소(104)로부터 검출된 힘 및/또는 동작에 의거하여 얼마나 빠르게 이동되어야 하는지, 예를 들어 유저 입력(120)에 의거한 전기 요소(106)의 이동을 얼마나 빠르게 상승 및/또는 하강시킬지를 판정할 수 있다. 따라서, 전기 요소(106)에 의해 제공된 힘의 양은 유저 입력의 힘 및/또는 속력에 의거하여 가변될 수 있다. 전기 요소(106)는, 다른 것들 중에서도, 보이스 코일, 리니어 모터, 또는 동작의 개시 및/또는 힘의 입력에 대하여 신속하게 응답하고 고주파 응답을 가질 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다.
전기 요소(106)는 힘(120)과 동일한 방향으로 샤프트(102)에 힘을 발생시킴으로써 감지 요소(104)로부터 전송된 신호에 응답한다. 상기 힘은 유저가 샤프트(102)를 힘(120)의 방향으로 이동시키는 것을 돕는다. 예를 들어, 유저가 샤프트(102)를 좌측으로 이동시키려고 하면, 감지 요소(104)는 샤프트(102)에 대한 동작의 개시 및/또는 힘의 입력을 검출하고, 전기 요소(106)를 작동시켜서 유저가 샤프트(102)를 좌측으로 이동시키는 것을 돕는 힘을 발생시킨다. 상기 힘은 샤프트(102)를 이동시킴으로써 발생한 마찰력(128)을 보상해서 유저가 마찰력(128)이 아닌 반동력(126)을 감지할 수 있게 한다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 감지 요소(104)는 샤프트(102)의 검출된 동작과 함께 신호를 제어 회로(108)에 전송한다.
제어 회로(108)는, 다른 제어 회로들 중에서도, 일련의 프로그램작성불가 요소, 하나 이상의 배선 접속형 요소, 컴퓨터 또는 프로세서일 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다. 제어 회로(108)는 전기 요소(106)에 신호, 예를 들어 전력 신호를 전송해서, 전기 요소가 힘(120)과 동일한 방향으로 힘을 발생시키게 한다. 상기 힘은 샤프트(102)를 이동시킴으로써 발생한 마찰력(128)을 보상해서, 유저가 마찰력(128) 등의 마찰력이 아닌 반동력(126)을 감지할 수 있게 한다. 전기 요소(106)에 의해 발생한 힘은 샤프트(102)의 힘(120)의 방향으로의 동작에 대한 저항, 예를 들면 마찰에 대한 저항과 대략 동일하다는 것을 이해해야 한다. 저항력은, 마찰력(128)을 변화시킬 수 있는, 예를 들어, 환자의 온도, 장치(1)의 위치, 수술 부위에 진입해 있는 장치(1), 유압 라인의 윤활, 유압 라인의 자세, 예컨대 굴곡부 주위의 직선 또는 코일 자세, 이동 축선, 시행되는 외과 시술의 종류, 수술실의 온도, 시간, 및 임의의 다른 인자에 의거하여 가변될 수 있지만, 그것에 제한되는 것은 아니다.
또한, 전기 요소(106)에 의해 발생된 힘은 장치(1)의 동작에 대한 저항 근처의 사전 설정 인자일 수 있다는 점을 이해해야 한다. 일 양태에 있어서, 사전 설정 인자는 샤프트(102)의 마찰력(128) 또는 그것의 일부 분력의 이상 또는 이하로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기계적인 부하를 이동(예를 들어, 힘(120)의 방향에 대응하는 방향으로 샤프트(102)를 이동)하는 마찰력(128)이 1파운드(lb)이면, 사전 설정 인자는 0.9로 설정될 수 있어, 결국 보상력이 0.9lb로 된다. 사전 설정 인자가 마찰력 이상으로 설정되면, 유저는 샤프트(102)로부터의 예기치 않은 이동을 방지하기 위해 시스템을 제어 및/또는 제지할 필요가 있다는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 사전 설정 인자의 값은 제조자에 의해 설정될 수 있고, 유저에 의해 사전 설정 인자의 값이 유저가 특별히 편안하게 느끼는 레벨로 조절되거나, 또는 사전 설정 인자의 값이 자가 습득될 수 있다. 유저가 사전 설정 인자의 값을 조절할 때, 예를 들어 유저가 사용하고 있는 입력 장치에 전위차계 또는 제어 패널을 구비할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 유저가 샤프트(102)에 작동 가능하게 연결된 제어 핸들을 가지면, 제어 패널/핸들은, 예를 들어 전기 요소(106)에 의해 발생한 힘에 대한 사전 설정 인자의 값을 조절하기 위해 유저가 사용하는 전위차계를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 요소(106)에 의해 발생한 힘의 값이 설정되면, 그 힘의 값은 실질적으로 변경되지 않아도 된다.
예를 들어, 시스템이 사전 설정 인자를 자가 판정하는 시동 절차 중에, 사전 설정 인자가 자가 습득될 수 있을 때에는, 전기 요소(106)에 공급된 전류는 샤프트(102)가 센서(130)에 의해 검출된 바와 같은 증분 거리를 이동할 때까지 증가될 수 있으며, 그에 따라 제어 회로(108)는 얼마나 많은 전류가 샤프트(102)를 이동시키는데 필요한지를 습득할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 제어 회로(108)는, 예를 들어 전기 요소(106)가 샤프트(102)를 이동시킬 때 습득된 전류 레벨 이하로 사전 설정 인자를 설정하는 프로세서일 수 있다. 사전 설정 인자가 설정되었을 때, 제어 회로(108)는, 사전 설정 인자에서, 힘(120)과 동일한 방향으로 샤프트(102)에 힘을 발생시키도록 전기 요소(106)에 명령한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 요소(106)에 의해 발생한 힘은 유저에 의한 힘(120)에 따라 전기 요소(106)에 의해 발생한 힘을 증가시키는 서보 기능일 수 있다. 따라서, 전기 요소(106)가 발생시킨 힘의 값은 힘(120)에 따라 변한다.
샤프트(102)는 제어 실린더(110)에 힘(120)을 전달함으로써 힘(120)의 방향에 대응하는 기계식 장치(1)의 이동을 제어한다. 예를 들어, 유저가 샤프트(102)에 작동 가능하게 연결된 입력 장치를 밀거나, 당기거나, 회전시키거나, 좌로 이동시키거나, 우로 이동시키거나, 상향으로 이동시키거나, 하향으로 이동시키거나, 손목이나 손가락을 구부리거나, 또는 돌리면, 제어 실린더(110)는 동일한 방향으로 이동한다. 제어 실린더(110), 종속 실린더(112), 유압 제어 튜브(114 및 116), 및 기능단(118)은 폐루프형의 복동식 유압 회로(124)에 포함될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 폐루프형의 복동식 유압 회로(124)는 환자 내에 있는 외과용 기구의 원위단에 힘을 전달하는데 사용되는 기본적인 기계식 요소이다. 또한, 일 양태에 있어서, 폐루프형의 복동식 유압 회로(124)는 그 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국 특허 제6,607,475호에 개시된 것과 실질적으로 동일한 기능성을 가질 수 있다.
제어 실린더(110)는 유압 제어 라인(114 및 116)을 통해 유체를 이동시킴으로써 종속 실린더(112)에 힘(120)을 전달한다. 유체는 공지의 또는 후에 개발된 임의의 적절한 유압유일 수 있지만, 물 또는 염수가 바람직하다는 점을 이해해야 한다. 기능단(118)은 종속 실린더(112)의 원위단에 작동 가능하게 연결된다. 종속 실린더(112)는 기능단(118)의 이동을 힘(120)의 방향으로 작동시킨다. 기능단(118)은 외과에서 사용될 수 있는 외과용 도구, 외과용 기구, 또는 임의의 다른 장치일 수 있다는 점을 이해해야 한다. 일 양태에 있어서, 기능단(118)은 다양한 도구이거나 그것에 연결될 수 있는 것이다. 예를 들어, 그 도구는 다른 도구들 중에서도, 렌치, 가위, 스크루드라이버, 클램프, 칼, 집게, 또는 커터일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따른 예시의 강화 시스템(122)(도 1)에 제어 핸들(902)(도 2)이 작동 가능하게 결합된 장치(2)가 도시된다. 제어 핸들(902) 및 강화 시스템(122)은 도 2에 관하여 기술된 제어 핸들 및 도 1을 참조로 기술한 바와 같은 강화 시스템(122)과 유사한 기능성 및 참조 번호를 갖는다는 것을 이해해야 한다.
이 양태에 있어서, 리드 너트(914)는 리드 스크루(912) 및 감지 요소(104)(도 1) 사이에 배치되어 그것들에 작동 가능하게 연결된다. 따라서, 제 1 축선(904)을 중심으로 한 제어 핸들(902)의 회전으로부터 개시된 동작 및/또는 힘은 리드 스크루(912)의 이동을 야기하고, 입력된 힘(120)의 기능을 리드 너트(914)에 전달한다. 감지 요소(104)는 리드 너트(914)의 이동 개시를 검출하고, 리드 너트(914)의 검출된 동작 및/또는 힘과 함께 신호를 감지 요소(104)에 작동 가능하게 연결된 전기 요소(106)에 전송하여, 전기 요소(106)를 적절한 방향으로 작동시킨다. 전기 요소(106)는 힘(120)(도 1)과 동일한 방향으로 유압 실린더(110)에 힘을 발생시킴으로써 감지 요소(104)로부터 전송된 신호에 응답한다. 따라서, 전기 요소(106)에 의해 제공된 보상력은 유저가 입력된 힘(120)의 방향으로 장치(2)를 이동시키는 것을 돕는다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따라, 감지 장치(104)(도 1)는 스트레인 게이지 센서(204)일 수 있다. 예를 들어, 스트레인 게이지 센서(204)는 샤프트(102)의 원위단에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 스트레인 게이지 센서(204)는 샤프트(102)상에서의 힘, 예를 들어 샤프트(102)상에서의 압축 및 신장을 검출한다. 예를 들어, 유저가 샤프트(102)를 밀면, 스트레인 게이지 센서(204)는 샤프트(102)가 압축됨을 검출한다. 따라서, 스트레인 게이지 센서(204)는 유저에 의해 제공된 힘의 양 및 입력 속도, 예를 들어 유저가 힘을 가하는 속도에 의거한 가변 출력을 제공한다.
스트레인 게이지 센서(204)는 유저가 샤프트(102)를 이동시킬 수 있는 다른 방향을 검출한다는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 유저는, 디바이스(1)를 이동시키는데 필요한, 당김, 회전, 좌로 이동, 우로 이동, 상향 이동, 하향 이동, 굽힘, 스핀, 사선 이동, 또는 임의의 다른 방향으로 샤프트(102)를 이동시킬 수 있다. 또한, 도 1을 참조로 상술한 바와 같이, 제어 회로는 본 발명의 이 양태에서 사용될 수 있지만 필수적인 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 양태에 따라, 감지 장치(104)는 스위치 감지 요소(304)를 포함할 수 있다. 스위치(304)는, 예를 들어 로우 트래블 쌍극 스위치(low travel bi-pole switch)일 수 있다. 스위치 감지 요소(304)는 샤프트(102)의 근위단과 전기 요소(106)의 근위단 사이에서 샤프트(102)에 작동 가능하게 연결된다. 다른 양태에 있어서, 스위치 감지 요소(304)는 샤프트(102)의 위, 아래 또는 주위에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 스위치 감지 요소(304)는 하나의 전극 또는 다른 전극을 연결함으로써 샤프트(102)상의 힘(120)을 검출한다. 따라서, 스위치 감지 요소(304)는 연결되는 전극에 따라 전기 요소(106)에 전류를 보내서, 전기 요소(106)를 적절한 방향으로 작동시킨다. 또한, 전기 요소(106)에 의해 발생한 보상력의 값을 설정하기 위해 전위차계 또는 유사한 장치가 존재할 수 있다. 본 발명의 이 양태에 있어서는, 도 1을 참조로 상술한 바와 같이 제어 회로가 사용될 수 있지만, 필수적인 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
도 5를 참조하면, 선택적으로, 기술된 양태는 입력단(318)과 출력단(320) 사이에 시스템의 이동을 개시하는데 필요한 힘을 보상하기 위한 컴플라이언스 양을 갖는 샤프트(102)를 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 초기에 입력(120)을 제공할 때 시스템(1)(도 1)에서 유저가 불필요한 마찰 및/또는 다른 저항력(128)(도 1)을 느끼게 되는 것을 회피하도록, 이 선택적인 양태는, 강화 시스템(122)(도 1)이 에너지를 부여받아 불필요한 마찰 및/또는 다른 저항력(128)(도 1)을 극복할 수 있을 때까지, 샤프트(102)의 입력단(318)을 출력단(320)에 대하여 이동시킨다. 이로 인해, 유저가 시스템의 불필요한 마찰 및/또는 다른 저항력을 극복하기 위해 추가적인 입력을 가하고, 강화 시스템(122)(도 1)이 작동될 때 불필요한 마찰 및/또는 다른 저항력을 갑자기 제거하게 되는 것이 회피된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 감시 요소(304)의 중심 전극(308)은, 예를 들어 중립 위치(314), 전방 위치(312) 및 후방 위치(316) 사이에서, 전극(306)의 방향을 향하는 전방으로 및 전극(310)의 방향을 향하는 후방으로 이동할 수 있다. 일 양태에 있어서, 중립 위치(314)와 전방 또는 후방 위치(312 또는 316) 사이에서 각각 중심 전극(308)을 변화시키도록 샤프트(102)가 이동하는 거리는, 각각 샤프트(102) 내의 전방 또는 후방 컴플라이언스(324 또는 322)에 대응한다. 예를 들어, 유저 입력(120)이 전방을 향하고 있는 경우에, 샤프트(102)가 감지 요소(304)와 접촉을 개시하면, 중심 전극(308)은 전방 위치(312)에 있는 전극(306)과 접촉하기 전에 전방으로 짧은 거리를 주행할 수 있다. 기술된 양태는 샤프트(102) 내에 컴플라이언스 양을 제공하여, 시스템에 에너지를 부여하는 시간 동안, 전극(306)의 방향에 있어서 샤프트(102)를 이동시키는데 필요함 힘의 양을 보상할 수 있다. 예를 들어, 기술된 양태는, 종속 시스템(124)(도 1)의 동작이 개시하기 전에, 또는 개시할 때 감지 요소(304)가 전기 요소(106)(도 1)를 개시하는 것을 허용할 수 있기 때문에, 유저는 시스템을 이동시키는데 필요한 힘을 느끼지 못하게 되고, 그에 따라 장치(1)에 에너지를 부여할 시간이 제공되어, 유저가 동작 및/또는 힘의 개시에 의해 발생한 마찰 및 불필요한 저항력을 시스템에 의해 보상하는 것을 돕는다. 시스템 내에 컴플라이언스를 제공하는 것은 하나의 비제한적인 예이며, 본 발명의 다양한 양태가 컴플라이언스를 보상할 필요가 있다는 것을 이해해야 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 양태에 따라, 감지 장치(104)는 비틀림 감지 요소(604)일 수 있으며, 전기 요소(106)는 회전식 전기 요소(606)일 수 있다. 비틀림 감지 요소(604)는 입력 기기(602) 및 회전식 전기 요소(606)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 회전식 전기 요소(606)는 축선(608)에 동축으로 및 비틀림 감지 요소(604)와 직렬로 될 수 있다. 예를 들어, 일 양태의 작동시에, 유저의 손, 팔 및/또는 손가락은 입력 기기(602)에 대하여 힘(120)을 가함으로써, 예컨대 회전 및/또는 선회시킴으로써 입력 기기(602)의 이동을 안내할 수 있다. 비틀림 감지 요소(604)는 입력 기기(602)상의 힘(120)을 검출해서, 회전식 전기 요소(606)를 적절한 방향 및/또는 양으로 작동시킨다. 예를 들어, 유저가 입력 기기(602)의 회전 또는 선회를 검출하면, 비틀림 감지 요소(604)는 회전 방향을 검출해서, 회전식 전기 요소(606)를 힘(120)의 적절한 방향으로 작동시킨다. 본 발명의 이 양태에 있어서, 도 1을 참조로 상술한 바와 같은 제어 회로는 사용될 수 있지만 필수적인 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 일 변형예는 상이한 동작을 생성하기 위한 유저 제어식 다중 감지 요소 및 전기 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 시스템들 중에서도, 밀기, 당기기, 회전, 좌로 이동, 우로 이동, 상향 이동, 하향 이동, 굽힘, 스핀, 사선 이동을 위한 개별 시스템이 존재할 수 있다. 개별 시스템은 적절한 유저의 손 동작에 반응함으로써 작동한다. 또한, 각 개별 시스템은 특정 시스템에 의해 수행된 동작에 따른 상이한 마찰 특성을 보상할 수 있다.
본 발명의 다른 변형예는, 상술한 바와 같은 전기 요소 대신에 기계식 진공 압력 및/또는 압력 보조구를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유저는 복동식 다이어프램 및 밸브를 조작한다. 따라서, 유저가 외과용 기구를 전방으로 이동시키면, 밸브는 다이어프램의 일측에 진공을 부여하여 유저가 전방으로 이동시키는 것을 돕는다. 또한, 유저가 외과용 기구를 후방으로 당기면, 밸브는 반전하여 유저가 외과용 기구를 후방으로 당기는 것을 돕는다.
본 발명이 외과용 기구에 대하여 본 발명의 다양한 양태 및 예시를 참조로 기술되었지만, 임의의 적절한 기계식 장치를 합체 또는 사용하는 것도 본 발명의 정신 및 범위 내이다. 또한, 본 발명이 외과 의사를 참조로 기술되었지만, 본 발명은 사용되는 환경에 따라 다른 유저에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 정신으로부터 일탈함이 없이 다수의 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (24)

  1. 입력을 수용할 수 있는 입력 수용부(input receiver),
    상기 입력 수용부로부터 상기 입력을 수용해서 상응하는 출력을 발생시키도록, 상기 입력 수용부에 작동 가능하게 결합되며, 상기 입력 수용부에 결합된 제 1 종속단(slave end) 및 제 2 종속단을 포함하는 종속 시스템(slave system),
    상기 제 2 종속단에 결합되어, 상기 출력을 수행하는 기능단(functioning end),
    상기 입력 수용부에 수용된 입력을 검출하도록, 상기 입력 수용부에 작동 가능하게 결합되는 감지 요소(sensing element), 및
    상기 감지 요소로부터의 상기 검출된 입력의 기능을 상기 종속 시스템에 전달하도록, 상기 감지 요소 및 상기 입력 수용부에 작동 가능하게 결합되는 요소(element)를 포함하는 관절식 장치(articulating device)로서,
    상기 요소는 상기 관절식 장치를 이동함에 있어서의 저항력을 보상하는 보상력(compensating force)을 더 제공하는 관절식 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소가 상기 입력과 동일한 방향으로 상기 보상력을 발생시키도록 명령하는 제어 신호를 상기 요소에 전송하도록, 상기 감지 요소 및 상기 요소에 작동 가능하게 결합되는 제어 회로를 더 포함하는 관절식 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 관절식 장치에 의해 발생한 상기 저항력을 계산하고, 상기 계산된 저항력에 의거하여 상기 보상력을 발생시키도록 상기 제어 신호를 상기 요소에 공급하도록 더 작동 가능한 관절식 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 요소에 전송된 상기 제어 신호는 상기 요소에 에너지를 부여하는 전류를 포함하고, 상기 전류는 상기 입력의 힘에 의거하여 변경 가능한 관절식 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 관절식 장치가 정확하게 작동하고 있는지의 여부를 진단하도록 더 작동 가능한 관절식 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상력은 상기 관절식 장치에 의해 발생한 상기 저항력의 일정 비율로 되는 관절식 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상력은 유저에 의해 설정되는 관절식 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상력은 상기 입력 수용부를 이동할 때의 저항을 측정함으로써 자가 습득되는 관절식 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상력은 상기 입력의 속력 및 힘에 의거하여 변경 가능한 관절식 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 종속 시스템은 폐루프형의 복동식 유압 시스템을 포함하는 관절식 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 종속 시스템은 기계식 요소를 포함하는 관절식 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기계식 요소는 연동 장치, 기어, 캠, 일련의 U-조인트, 푸시-풀 체인, 리드 스크루, 케이블-풀리 시스템, 또는 플렉서블 스틸 밴드 중 적어도 하나를 포함하는 관절식 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능단은 외과용 도구, 외과용 기구, 가위, 칼, 스크루드라이버, 클램프, 또는 집게 중 하나를 포함하는 관절식 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 요소는 스트레인 게이지, 바이폴라 스위치, 클로징 스위치, 또는 광학 시스템 중 하나인 관절식 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소는 보이스 코일 또는 리니어 모터 중 하나인 관절식 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소는 상기 입력 수용부 및 상기 감지 요소에 직렬로 결합되는 관절식 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소는 상기 입력 수용부 및 상기 감지 요소에 병렬로 결합되는 관절식 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 요소는 전기 요소(electric element)인 관절식 장치.
  19. 입력을 수용할 수 있는 기계식 시스템(mechanical system),
    상기 수용된 입력을 검출하도록, 상기 기계식 시스템에 작동 가능하게 결합되는 센서(sensor),
    상기 검출된 입력의 기능을 상기 기계식 시스템에 전달하도록, 상기 기계식 시스템에 작동 가능하게 결합되는 힘 강화 요소(force enhancement element), 및
    상기 센서 및 상기 힘 강화 요소에 결합되는 제어 요소(control element)를 포함하는 장치로서,
    상기 제어 요소는 상기 수용된 입력의 방향으로 상기 힘 강화 요소에 에너지를 부여하도록 작동 가능한 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 기계식 시스템과 직렬로 되는 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 기계식 시스템과 병렬로 되는 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 힘 강화 요소는 상기 기계식 시스템과 직렬로 되는 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 힘 강화 요소는 상기 기계식 시스템과 병렬로 되는 장치.
  24. 입력 수용부에 입력된 힘을 센서를 통해 검출하는 단계,
    저항력을 보상하는 보상력을 상기 검출된 입력에 제공하는 단계,
    상기 보상력을 포함하는 상기 검출된 입력의 기능을, 상기 입력 수용부에 결합된 종속 시스템에 전달하는 단계, 및
    상기 종속 시스템에서, 상기 검출된 입력에 상응하는 출력 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
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