KR20130111026A - 가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변되는 유연성을 갖는 플랩부재와, 탄성 변형 가능한 재질로 형성되며 내부에 플랩부재가 수용되는 튜브를 포함한 가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터에 관한 것으로, 플랩부재는 복수의 플랩부와, 플랩부들의 일측이 연결되는 연결부를 포함하며, 튜브는 그 내부 압력 변화에 따라 복수의 플랩부들에 가해지는 압력이 변경되도록 함으로써 가변 유연관이 원활하게 변형되거나 가변 유연관이 변형되지 않도록 한다.

Description

가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터 {PIPE HAVING VARIABLE FLEXIBILITY AND MANIPULATOR HAVING THE SAME}
본 발명은 선택적으로 유연성이 변경되는 가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터에 관한 것이다.
매니퓰레이터는 최소 침습 수술 등에 사용되는 장치로, 자연 개구부를 통해 삽입되는 유연관과, 유연관을 관통하여 유연관의 선단에 연결되는 복수의 와이어와, 복수의 와이어에 각각 힘을 가해 유연관의 선단이 수술하고자 하는 부위에 정확하게 도달하도록 하는 액추에이터 등의 구성을 포함한다.
이러한 매니퓰레이터의 구성 중 유연관은 자연 개구부를 통해 삽입되어야 하므로 자연 개구부를 통과하는 과정에서는 유연하게 변형될 수 있어야 하는 반면, 유연관의 선단이 수술하고자 하는 부위에 도달한 후에는 외부에서 유연관 내에 삽입된 수술 기구를 조작할 수 있도록 하기 위해 유연관이 더 이상 변형되지 않아야 한다. 즉, 유연관은 자연 개구부를 통해 삽입되는 과정에서는 유연하게 변형될 수 있으면서도 유연관의 선단이 수술 위치에 도달한 후에는 더 이상 변형되지 않아야 한다.
본 발명의 일 측면은 그 유연성을 선태적으로 가변시킬 수 있는 가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 가변 유연관은 가변되는 유연성을 갖는 적어도 하나의 플랩부재와, 탄성 변형 가능한 재질로 형성되며 내부에 플랩부재가 수용되는 튜브를 포함하며, 플랩부재는 복수의 플랩부와, 플랩부들의 일측이 연결되는 연결부를 포함하며, 튜브는 그 내부 압력 변화에 따라 복수의 플랩부들에 전달되는 압력이 변경되도록 한다.
또한 환 형상으로 형성되며 그 중심 축 방향으로 차례로 배치되는 복수의 링크부재를 더 포함하며, 플랩부재는 링크부재의 외측에 배치되며, 튜브는 플랩부재의 외측과 링크부재의 내측을 덮도록 형성된다.
또한 복수의 링크부재는 링크부재의 제 1 단 양측에 마련되어 제 1 단과 이웃한 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 1 힌지부와, 제 1 단과 반대측인 링크부재의 제 2 단 양측에 마련되어 제 2 단과 이웃한 다른 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 2 힌지부를 각각 포함한다.
또한 한 쌍의 제 2 힌지부와 한 쌍의 제 1 힌지부는 원주 방향으로 서로 90도인 위치에 마련된다.
또한 제 1 힌지부는 원형으로 돌출되어 제 2 힌지부에 회전 가능하게 설치되는 힌지돌기를 포함하며, 제 2 힌지부는 원형으로 오목 형성되어 힌지돌기가 회전 가능하게 설치되는 힌지홈을 포함한다.
또한 적어도 하나의 플랩부재는 이웃한 두 링크부재를 연결하는 제 1 힌지부와 제 2 힌지부를 덮는 한 쌍의 플랩부재를 포함하며, 한 쌍의 플랩부재는 플랩부가 제 1 방향으로 연장되어 제 1 힌지부 및 제 2 힌지부를 덮는 제 1 플랩부재와, 플랩부가 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 연장되어 제 1 힌지부 및 제 2 힌지부를 덮는 제 2 플랩부재를 포함한다.
또한 적어도 하나의 플랩부재는 환 형상으로 형성되며 복수의 링크부재의 외주면에 각각 배치되는 복수의 플랩부재를 포함한다.
또한 적어도 하나의 플랩부재는 나선 형상으로 밴딩되어 관 형태를 형성하는 하나의 플랩부재를 포함하며, 튜브는 나선 형상으로 밴딩된 플랩부재의 외면 및 내면을 덮도록 형성된다.
또한 복수의 플랩부는 연결부로부터 일 측방으로 연장된다.
또한 복수의 플랩부는 연결부로부터 양 측방으로 연장된다.
또한 플랩부는 연결부로부터 점진적으로 좁아지는 폭을 갖도록 연장된다.
또한 본 발명의 일 측면에 따른 매니퓰레이터는 선택적으로 유연성이 가변되는 가변 유연관과, 가변 유연관을 관통하여 가변 유연관의 선단에 각각 연결되는 복수의 와이어와, 복수의 와이어에 각각 힘을 가해 가변 유연관이 밴딩되도록 하는 복수의 액추에이터를 포함하며, 가변 유연관은 가변되는 유연성을 갖는 적어도 하나의 플랩부재와, 탄성 변형 가능한 재질로 형성되며 내부에 플랩부재가 수용되는 튜브를 포함하며, 플랩부재는 복수의 플랩부와, 플랩부들의 일측이 연결되는 연결부를 포함하며, 튜브는 그 내부 압력 변화에 따라 복수의 플랩부들에 전달되는 압력이 변경되도록 한다.
또한 튜브 내로 공기압을 전달하여 튜브 내의 압력을 조절하는 공압펌프를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 튜브 내부의 압력을 변경하여 튜브 내의 압력을 조절함에 따라 플랩부들 사이의 마찰력이 변경되어 가변 유연관의 유연성은 변경된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 동작을 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 플랩부재의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 매니퓰레이터에 적용된 플랩부재의 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 유연관 및 이를 갖춘 매니퓰레이터를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 매니퓰레이터는 선택적으로 그 유연성이 가변되는 가변 유연관(10)과, 가변 유연관(10)을 관통하여 가변 유연관(10)의 선단에 일단이 설치되는 복수의 와이어(20)와, 복수의 와이어(20)들 타단에 각각 연결되어 와이어(20)에 힘을 가함으로써 가변 유연관(10)이 변형되도록 하는 액추에이터(30)와, 후술할 튜브(14) 내에 공기압을 전달하는 공압펌프(40)를 포함한다. 본 실시예에서 와이어(20)와 액추에이터(30)는 각각 세 개씩 구비된다.
본 실시예에서 가변 유연관(10)은 일정 길이를 갖도록 연장되며, 도 2와 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 유연성이 선택적으로 변경되는 복수의 플랩부재(11)와, 환 형상으로 형성되며 가변 유연관(10)의 길이 방향으로 복수개가 차례로 마련된 링크부재(12)와, 링크부재(12)의 내측과 플랩부재(11)의 외측을 덮도록 설치되며 공압펌프(40)로부터 전달된 공기압에 따라 그 내부의 압력이 변경되는 튜브(14)를 포함한다. 또한 가변 유연관(10)의 선단 측에는 링크부재(12)에 연결되며 상술한 와이어(20)의 타단이 설치되는 캡(13)이 배치된다.
플랩부재(11) 들 각각은 일 방향으로 연장된 복수의 플랩부(11a)와, 복수의 플랩부(11a)들의 타측에 연결되는 연결부(11b)를 포함한다. 연결부(11b)는 환 형상으로 밴딩되어 플랩부재(11)가 환 형상으로 형성하도록 하며, 연결부(11b)가 상술한 링크부재(12)의 외주면에 배치된다. 플랩부(11a)는 연결부(11b)로부터 점진적으로 좁아지는 폭을 갖도록 가변 유연관(10)의 후단을 향하여 연장된다.
링크부재(12)는 가변 유연관(10)의 선단을 향한 제 1 단 양측에 마련되어 제 1 단과 이웃한 링크부재(12)와 연결되는 한 쌍의 제 1 힌지부(12a)와, 가변 유연관(10)의 후단을 향한 제 2 단 양측에 마련되어 제 2 단과 이웃한 링크부재(12)와 연결되는 한 쌍의 제 2 힌지부(12b)를 포함한다. 본 실시예에서 제 1 힌지부(12a)는 원형으로 돌출된 힌지돌기로 이루어져 있으며, 제 2 힌지부(12b)는 원형으로 오목 형성된 힌지홈으로 이루어져 링크부재(12)들은 서로 일정 각도 내에서 회전 가능하게 설치된다. 또한 하나의 링크부재(12)에 마련된 한 쌍의 제 1 힌지부(12a)와 한 쌍의 제 2 힌지부(12b)는 서로 원주 방향으로 90도인 위치에 마련된다.
튜브(14)는 대략 내부가 비어 있는 도넛 형태의 단면을 갖도록 형성되어 내부에 플랩부재(11)가 수용된다. 즉, 튜브(14)는 그 내측면(14a)이 링크부재(12)의 내측에 배치되고 그 외측면(14b)이 플랩부재(11) 외측에 배치된다. 튜브(14)는 그 내부에 링크부재(12) 및 플랩부재(11)가 수용되며, 내부 압력에 따라 라텍스 고무 등과 같이 탄성 변형 가능한 재질로 형성된다. 이러한 튜브(14)는 공압펌프(40)로부터 전달된 압력에 따라 내부 압력이 변화하며 그 내부에 포함된 플랩부(11)들에 가해지는 압력이 변경되도록 한다. 다음은 이와 같이 구성된 매니퓰레이터에 적용된 가변 유연관의 동작을 설명한다.
초기에는 도 5에 도시한 바와 같이 공압펌프(40)를 통해 튜브(14) 내에 공기를 주입하여 튜브(14)의 내부가 대기압이나 대기압 보다 높은 상태가 되도록 한다. 플랩부(11a)들 사이에서 마찰력이 작용하기 위해서는 플랩부(11a)들에 압력 또는 힘이 가해져야 하는데, 상술한 바와 같이 튜브(14) 내의 압력이 대기압 또는 그 이상인 상태에서는 튜브(14) 내부의 압력에 의해 대기압이 상쇄되므로 플랩부(11a)들에는 압력이 가해지지 않는다. 이러한 상태에서 튜브(14) 내부에 배치된 플랩부재(11)의 플랩부(11a)들 사이에서는 마찰력이 거의 발생하지 않으며 발생하더라도 매우 작다. 따라서, 플랩부(11a)는 이웃한 플랩부(11a)의 면을 따라 쉽게 미끄러지며 상대 이동할 수 있다. 그러므로 이러한 상태의 가변 유연관(10)에 힘을 가해 변형시키거나 자연 개구부 등의 내부에 삽입하면, 가변 유연관(10)은 가해진 힘이나 자연 개구부의 내부 형상에 대응하는 형상으로 쉽게 변형된다.
변형된 가변 유연관(10)의 선단이 원하는 위치에 도달하여 가변 유연관(10)의 형태를 유지시킬 필요가 있을 경우, 공압펌프(40)를 통해 튜브(14) 내부의 공기를 흡입한다. 이에 따라 튜브(14) 내부의 압력은 대기압 이하로 감소한다. 이에 따라 플랩부재(11)에는 대기압에 의한 압력이 작용하게 되며, 플랩부(11a)들은 도 6에 도시한 바와 같이 대기압에 의해 서로 밀착되어 사이에서 작용하는 마찰력이 대폭 증가한다. 이러한 플랩부(11a)들 사이의 마찰력은 접촉하고 있는 이웃한 플랩부(11a)가 이동하는 것을 억제하므로 이에 의해 가변 유연관(10)은 그 형태가 변경되는 것이 억제된다.
상술한 바와 같이 가변 유연관(10)은 튜브(14) 내부의 압력 변화에 따라 용이하게 변형될 수 있는 상태가 되거나 변형이 억제되는 상태가 된다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 유연관이 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 유연관(10)은 이웃한 두 링크부재(122) 중 어느 하나에 설치된 제 1 플랩부재(111)와, 이웃한 두 링크부재(122) 중 다른 하나에 설치된 제 2 플랩부재(112)를 포함한다. 제 1 플랩부재(111)는 제 1 방향으로 연장되어 두 링크부재(122)를 연결하는 제 1 힌지부(122a)와 제 2 힌지부(122b)의 외측을 덮는 제 1 플랩부(111a)를 포함하며, 제 2 플랩부재(112)는 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 연장되어 제 1 힌지부(122a)와 제 2 힌지부(122b)의 외측을 덮는 제 2 플랩부(112a)를 포함한다. 본 실시예에서 제 1 플랩부재(111) 및 제 2 플랩부재(112)는 링크부재(122)의 원주 길이보다 긴 길이를 갖도록 형성되어 두 링크부재(122)에 복수회에 걸쳐 감겨 설치된다. 따라서 제 1 플랩부(111a)와 제 2 플랩부(112a)는 도 8에 도시한 바와 같이 제 1 힌지부(122a) 및 제 2 힌지부(122b)의 외측에 반경방향으로 교대로 배치된다.튜브(114)는 내부에 링크부재(122)들, 제 1플랩부재(111)들 및 제 2 플랩부재(112)들을 내부에 수용하여 그 내측면(114a)이 두 링크부재(122)의 내측에 배치되고 그 외측면(114b)이 플랩부재(111, 112)들의 외측을 배치되어 있다.
상기의 실시예에서 가변 유연관(10)은 링크부재(122)를 포함하며, 링크부재(122)들의 외면에 플랩부재(111, 112)들이 배치되도록 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 링크부재(122)에 대응하는 구성없이 도 9에 본 발명의 또 다른 실시예로 도시한 바와 같이 하나의 플랩부재(211)를 나선 형태로 밴딩하여 플랩부재(211)가 관의 형태를 형성하도록 한 후, 와이어(215)등을 통해 플랩부재(211)가 관의 형태를 유지하도록 하는 것도 가능하다.
상기의 실시예에서 플랩부재(211)는 플랩부(211a)들이 연결부(211b)로부터 일측으로 연장되어 형성되도록 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 10에 도시한 바와 같이 플랩부(311a)들이 연결부(311b)로부터 양측방으로 연장되도록 하여 플랩부(311a)들이 가변 유연관(10)의 외측 뿐만 아니라 내측을 향해서도 형성되도록 하는 것도 가능하다.
본 발명은 상기에서 기재된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형할 수 있다는 점은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 가변 유연관 11: 플랩부재
12: 링크부재 13: 캡
14: 튜브 20: 와이어
30: 액추에이터 40: 공압펌프

Claims (23)

  1. 가변되는 유연성을 갖는 적어도 하나의 플랩부재와,
    탄성 변형 가능한 재질로 형성되며 내부에 상기 플랩부재가 수용되는 튜브를 포함하며,
    상기 플랩부재는 복수의 플랩부와, 상기 플랩부들의 일측이 연결되는 연결부를 포함하며,
    상기 튜브는 그 내부 압력 변화에 따라 상기 복수의 플랩부들에 전달되는 압력이 변경되도록 하는 가변 유연관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    환 형상으로 형성되며 상기 가변 유연관의 길이 방향으로 차례로 배치되는 복수의 링크부재를 더 포함하며,
    상기 플랩부재는 상기 링크부재의 외측에 배치되며,
    상기 튜브는 상기 플랩부재의 외측과 상기 링크부재의 내측을 덮도록 형성되는 가변 유연관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 링크부재는 상기 링크부재의 제 1 단 양측에 마련되어 상기 제 1 단과 이웃한 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 1 힌지부와, 상기 제 1 단과 반대측인 상기 링크부재의 제 2 단 양측에 마련되어 상기 제 2 단과 이웃한 다른 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 2 힌지부를 각각 포함하는 가변 유연관.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 힌지부와 상기 한 쌍의 제 1 힌지부는 원주 방향으로 서로 90도 각도인 위치에 마련되는 가변 유연관.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 힌지부는 원형으로 돌출되어 상기 제 2 힌지부에 회전 가능하게 설치되는 힌지돌기를 포함하며,
    상기 제 2 힌지부는 원형으로 오목 형성되어 상기 힌지돌기가 회전 가능하게 설치되는 힌지홈을 포함하는 가변 유연관.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 이웃한 두 링크부재를 연결하는 상기 제 1 힌지부와 상기 제 2 힌지부를 덮는 한 쌍의 플랩부재를 포함하며,
    상기 한 쌍의 플랩부재는 상기 플랩부가 제 1 방향으로 연장되어 상기 제 1 힌지부 및 상기 제 2 힌지부를 덮는 제 1 플랩부재와, 상기 플랩부가 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 연장되어 상기 제 1 힌지부 및 상기 제 2 힌지부를 덮는 제 2 플랩부재를 포함하는 가변 유연관.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 환 형상으로 형성되며 상기 복수의 링크부재의 외주면에 각각 배치되는 복수의 플랩부재를 포함하는 가변 유연관.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 나선 형상으로 밴딩되어 관 형태를 형성하는 하나의 플랩부재를 포함하며,
    상기 튜브는 상기 나선 형상으로 밴딩된 상기 플랩부재의 외면 및 내면을 덮도록 형성되는 가변 유연관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 플랩부는 상기 연결부로부터 일 측방으로 연장되는 가변 유연관.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 플랩부는 상기 연결부로부터 양 측방으로 연장되는 가변 유연관.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랩부는 상기 연결부로부터 점진적으로 좁아지는 폭을 갖도록 연장되는 가변 유연관.
  12. 선택적으로 유연성이 가변되는 가변 유연관과,
    상기 가변 유연관을 관통하여 상기 가변 유연관의 선단에 각각 연결되는 복수의 와이어와,
    상기 복수의 와이어에 각각 힘을 가해 상기 가변 유연관이 밴딩되도록 하는 복수의 액추에이터를 포함하며,
    상기 가변 유연관은 가변되는 유연성을 갖는 적어도 하나의 플랩부재와, 탄성 변형 가능한 재질로 형성되며 내부에 상기 플랩부재가 수용되는 튜브를 포함하며,
    상기 플랩부재는 복수의 플랩부와, 상기 플랩부들의 일측이 연결되는 연결부를 포함하며,
    상기 튜브는 그 내부 압력 변화에 따라 상기 복수의 플랩부들에 전달되는 압력이 변경되도록 하는 매니퓰레이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 튜브 내로 공기압을 전달하여 상기 튜브내의 압력을 조절하는 공압펌프를 더 포함하는 매니퓰레이터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    환 형상으로 형성되며 상기 가변 유연관의 길이 방향으로 차례로 배치되는 복수의 링크부재를 더 포함하며,
    상기 플랩부재는 상기 링크부재의 외측에 배치되며,
    상기 튜브는 상기 플랩부재의 외측과 상기 링크부재의 내측을 덮도록 형성되는 매니퓰레이터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    복수의 상기 링크부재는 상기 링크부재의 제 1 단 양측에 마련되어 상기 제 1 단과 이웃한 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 1 힌지부와, 상기 제 1 단과 반대측인 상기 링크부재의 제 2 단 양측에 마련되어 상기 제 2 단과 이웃한 다른 하나의 링크부재가 연결되는 한 쌍의 제 2 힌지부를 각각 포함하는 매니퓰레이터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 힌지부와 상기 한 쌍의 제 1 힌지부는 원주 방향으로 서로 90도 각도인 위치에 마련되는 매니퓰레이터.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 힌지부는 원형으로 돌출되어 상기 제 2 힌지부에 회전 가능하게 설치되는 힌지돌기를 포함하며,
    상기 제 2 힌지부는 원형으로 오목 형성되어 상기 힌지돌기가 회전 가능하게 설치되는 힌지홈을 포함하는 매니퓰레이터.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 이웃한 두 링크부재를 연결하는 상기 제 1 힌지부와 상기 제 2 힌지부를 덮는 한 쌍의 플랩부재를 포함하며,
    상기 한 쌍의 플랩부재는 상기 플랩부가 제 1 방향으로 연장되어 상기 제 1 힌지부 및 상기 제 2 힌지부를 덮는 제 1 플랩부재와, 상기 플랩부가 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 연장되어 상기 제 1 힌지부 및 상기 제 2 힌지부를 덮는 제 2 플랩부재를 포함하는 매니퓰레이터.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 환 형상으로 형성되며 상기 복수의 링크부재의 외주면에 각각 배치되는 복수의 플랩부재를 포함하는 매니퓰레이터.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 플랩부재는 나선 형상으로 밴딩되어 관 형태를 형성하는 하나의 플랩부재를 포함하며,
    상기 튜브는 상기 나선 형상으로 밴딩된 상기 플랩부재의 외면 및 내면을 덮도록 형성되는 매니퓰레이터.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 플랩부는 상기 연결부로부터 일 측방으로 연장되는 매니퓰레이터.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 플랩부는 상기 연결부로부터 양 측방으로 연장되는 매니퓰레이터.
  23. 제 12 항에 있어서,
    상기 플랩부는 상기 연결부로부터 점진적으로 좁아지는 폭을 갖도록 연장되는 매니퓰레이터.
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