KR20180026496A

KR20180026496A - 선회장치 및 의료기기

Info

Publication number: KR20180026496A
Application number: KR1020187003231A
Authority: KR
Inventors: 카즈토시 칸
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2018-03-12
Also published as: EP3321046A4; KR102032379B1; CN107530889A; WO2017006374A1; EP3321046B1; US20180215051A1; JP6600357B2; JPWO2017006374A1; EP3321046A1

Abstract

로봇 암(2)의 관절에 설치된 선회장치(S)가, 축 방향(Da)으로 연장되는 통 형상의 벽(70)을 가지는 축 커버(7)와, 축 커버(7)의 벽(70)의 내측에 삽입된 축 방향(Da)으로 연장되는 선회축(9)과, 축 커버(7)에 선회축(9)을 그 축 중심 주위로 회동 가능하게 지지하는 베어링(78)과, 축 커버(7)의 상기 벽의 내측에서 선회축(9)과 결합된 적어도 1개의 조작 와이어(78)를 구비한다. 축 커버(7)는, 조작 와이어(78)를 안내하기 위한 가이드(74)를 가진다. 가이드(74)는, 축 커버(7)의 축심을 통과함과 함께 축 방향(Da)과 평행한 대칭면(P1)을 중심으로 하여 면대칭으로 형성되어 있다. 가이드(74)는, 벽(7))의 외면에 형성된 축 방향(Da)으로 연장되는 외주부분(743)과, 벽(70)의 내면을 따라 형성된 원주방향으로 연장되는 내주부분(744)과, 외주부분(743)과 내주부분(744)를 접속하는 접속부분(745)을, 대칭면(P1)을 사이에 두고 양측에 가진다.

Description

선회장치 및 의료기기

본 발명은, 로봇 암(arm)의 선단에 외과도구(surgical tool)가 장착된 의료기기에 관한 것으로, 상세하게는 로봇 암의 관절에 적용되는 선회장치에 관한 것이다.

최근, 내시경 하(下) 외과수술(또는 복강경 하 수술이라고도 함)이 주목받고 있다. 내시경 하 외과수술에서는, 샤프트의 선단에 외과도구가 장착되어서 이루어지는 의료기기가 사용된다. 외과도구에는, 예를 들면, 겸자(鉗子), 파지기, 가위, 스테이플러, 니들 홀더 및 전기 메스 등이 있으며, 작업의 내용에 대응한 외과도구가 사용된다. 내시경 하 외과수술에서는, 환자의 복부 등에 하나 또는 복수의 구멍을 내고, 기구의 통과 포트로서 트로카(troca)를 삽입한 후, 복강경 및 외과도구를 트로카를 통해서 체강 내에 삽입하여 환부의 수술을 수행한다. 외과의사는, 복강경에서 촬영된 외과 부위의 이미지를 표시하는 모니터를 이용하여 프로세스를 감시하고, 복부 바깥에서 외과 기기를 조작한다.

특허문헌 1에서는, 이런 종류의 의료기기(로보틱 기기 시스템)가 나타나 있다. 특허문헌 1에 나타낸 의료기기는, 플렉시블한 시스 카테터(sheath catheter)와, 시스 카테터에 삽입관통된 가이드 카테터와, 가이드 카테터의 원위단(遠位端)에 결합된 작업기구를 구비하고 있다. 작업기구는, 가이드 카테터의 원위단에 선회장치를 통해서 결합되어 있다. 선회장치는, 가이드 카테터의 원위단에 설치된 제1 플레이트와, 작업기구와 결합된 제2 플레이트와, 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 끼워진 구(球) 형상 요소와, 제1 플레이트에 대해 제2 플레이트를 회전 조작하는 케이블 형상의 복수의 조작요소를 구비하고 있다. 각 작업요소는, 제1 플레이트에 삽입관통 된 후, 그 원위단이 제2 플레이트와 결합되어 있다. 복수의 조작요소 중, 적어도 한 쌍의 조작요소는 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에서 교차하고 있다. 그리고 복수의 조작요소의 인장과 이완을 조합시킴에 따라, 제1 플레이트에 대해 제2 플레이트가 회전조작된다.

미국 특허공개 US2009/0138025호 공보, 도 38A ~ E, 도 39A ~ C, 도 40A ~ B, 도 41A ~ B 및 단락 0235 ~ 0246

상기 특허문헌 1의 의료기기의 선회장치에서는, 적어도 한 쌍의 조작요소가 교차하고 있다. 교차하고 있는 조작요소들 사이에는 마찰이 발생하기 때문에, 다른 조작요소와 교차하고 있는 조작요소의 제어특성은, 교차하고 있지 않은 조작요소의 제어특성과는 다르다. 또한, 다른 조작요소와 교차하고 있는 조작요소의 제어특성은, 다른 조작요소로부터 받는 영향의 정도에 따라서 변화한다. 즉, 다른 조작요소와 교차하고 있는 조작요소의 제어특성은 일정하지 않게 변화한다. 이와 같은 복잡한 제어특성을 가지는 조작요소 때문에, 선회장치의 제어가 복잡해질 우려가 있다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 선행기술의 문제점 중 적어도 하나를 경감하는 것이다.

본 발명의 한 형태에 따른 선회장치는, 로봇 암의 관절에 설치된 선회장치로서,

축 방향으로 연장되는 통 형상의 벽을 가지는 축 커버와,

상기 축 커버의 상기 벽의 내측에 삽입된 상기 축 방향으로 연장되는 선회축과,

상기 축 커버에 상기 선회축을 그 축심 주위로 회동 가능하게 지지하는 베어링과,

상기 축 커버의 상기 벽의 내측에서 상기 선회축과 결합된 적어도 1개의 조작 와이어를 구비하고,

상기 축 커버는, 상기 적어도 1개의 조작 와이어를 안내하기 위한 가이드를 가지며,

상기 가이드는, 상기 축 커버의 축심을 통과함과 함께 상기 축 방향과 평행한 대칭면을 사이에 두고 면대칭으로 형성되어 있고, 상기 벽의 외면에 형성된 상기 벽의 기초단부로부터 상기 축 방향으로 연장되는 외주부분과, 상기 벽의 내면을 따라 형성된 원주방향으로 연장되는 내주부분과, 상기 외주부분과 상기 내주부분을 접속하는 접속부분을 상기 대칭면을 사이에 두고 양측에 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 한 형태에 따른 의료기기는, 상기 선회장치를 구비하는 로봇 암과, 상기 로봇 암의 선단에 설치된 엔드 이펙터를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 선회장치 및 의료기기에서는, 조작 와이어가 축 커버의 가이드로 안내됨으로써, 1개의 조작 와이어의 한 부분과 다른 한 부분, 또는, 복수의 조작 와이어끼리 간섭하지 않는다. 따라서, 조작 와이어의 제어특성이, 조작 와이어의 부분들끼리의 간섭, 또는 다른 조작 와이어와의 간섭에 의해서 변화할 수 없다.

본 발명에 의하면, 선행기술의 문제점 중 적어도 하나가 경감된, 의료기기 및 이 의료기기가 구비된 로봇 암을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 의료기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 손목관절의 개략적인 구성을 나타내는 의료기기의 일부 확대 단면도이다.
도 3은, 축 커버의 측면도이다.
도 4는, 선회장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는, 도 3의 'V' 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은, 도 3의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
도 7은, 변형예 1에 따른 의료기기의 손목관절의 개략적인 구성을 나타내는 의료기기의 일부 확대 단면도이다.
도 8은, 선회장치가 구비된 연동기구의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 의료기기(1)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 의료기기(1)는, 이른바 '의료용 매니퓰레이터(manipulator)'로서, 가늘고 긴 샤프트 형상의 로봇 암(2)과, 로봇 암(2)의 선단에 연결된 엔드 이펙터(end effector)(24)를 구비하고 있다. 로봇 암(2)은, 기초단부에 설치된 베이스(21)와, 선단에 설치된 손목관절(23)과, 베이스(21)와 연결된 플렉시블 샤프트(26)와, 플렉시블 샤프트(26)와 손목관절(23) 사이에 설치된 복수의 링크(22)와, 복수의 링크(22) 사이를 연결하는 중간관절(25)을 구비하고 있다.

베이스(21)는 도시되지 않은 이동기구나 구동기구와 접속된다. 플렉시블 샤프트(26)는, 베이스(21)에 대해 회동 가능하게 연결되어 있다. 플렉시블 샤프트(26)는, 유연성과, 입력된 토크를 복수의 링크(22) 중 기초단부의 링크(22)로 전달하는 토크 전달성을 가지고 있다. 복수의 링크(22)는, 단단한 성질의 통(筒) 형상 부재로서, 내부에 와이어나 배선류가 삽입관통되어 있다. 손목관절(23)은, 엔드 이펙터(24)를 복수의 링크(22) 중 선단의 링크(22)에 대해서 회동 가능하게 연결하고 있다.

상기 엔드 이펙터(24)란, 환자의 복강의 외과 부위에 삽입되어, 외과 부위의 목표조직의 원하는 처리 또는 의료 기능을 실행하기 위하여 복강 외부로부터 구동 가능한 실제의 피조작부를 의미한다. 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 겸자, 파지기, 가위, 스테이플러, 니들 홀더 및 전기 메스 등의 외과도구여도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 전자 외과 전극, 트랜스듀서, 센서 등, 전기적으로 구동되는 기기여도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(24)는, 예를 들면, 흡입, 가스 주입, 세정, 처리 유체, 액세서리 도입, 생검 적출 등을 위한 유체를 공급하는 노즐이어도 좋다. 혹은, 엔드 이펙터(24)는, 카메라 등의 촬영장치가 탑재된 것이어도 좋다.

그리고 상기 의료기기(1)란, 상기 엔드 이펙터(24)를 가지는 기기를 의미한다. 의료기기(1)는, 외과 의사에 의해서 직접적으로 조작되어도 좋고, 로봇 등을 이용한 원격 외과 시스템에 의해서 원격 조작되어도 좋다.

이어서, 의료기기(1)가 구비하는 손목관절(23)에 관하여 상세하게 설명한다. 도 2는, 손목관절(23)의 개략적인 구성을 나타내는 의료기기(1)의 일부 확대 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 손목관절(23)은, 로봇 암(2)이 구비하는 링크(22) 중 가장 선단 측에 설치된 링크(22)(이하, '선단 링크(22E)'라고 한다.)와 엔드 이펙터(24)를 연결하고 있다. 엔드 이펙터(24)는, 손목관절(23)의 제1축(A1)(선회축)을 중심으로 하여 선단 링크(22E)에 대해 회동 가능하다. 또한, 엔드 이펙터(24)는, 제1축(A1)과 직교하는 손목관절(23)의 제2축(A2)(요동축)을 중심으로 하여 선단 링크(22E)에 대해 회동 가능하다. 이하에서는, 제1축(A1)의 연장방향과 평행한 방향을 '축 방향(Da)'이라고 한다.

손목관절(23)에는, 선단 링크(22E)와 결합된 축 커버(7)와, 엔드 이펙터(24)와 결합된 선회축(9)과, 축 커버(7)에 대해 선회축(9)을 제1축(A1) 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링(8)과, 선회축(9)을 축 커버(7)에 대해 회전 구동하는 구동기구(10)에 의해 개략적으로 구성된 선회장치(S)가 설치되어 있다.

선회축(9)은, 축 방향(Da)으로 연장되는 통 형상의 축 부재로서, 그 축 중심을 제1축(A1)이 통과하고 있다. 선회축(9)에는, 복수의 와이어 및 센서 케이블 등의 배선류가 삽입관통되어 있다. 선회축(9)에 삽입관통된 배선류에는, 예를 들면, 엔드 이펙터(24)를 동작시키는 조작 와이어나, 엔드 이펙터(24)를 제2축(A2) 주위로 회전시키는 조작 와이어나, 엔드 이펙터(24)에 설치된 센서의 센서 케이블 등이 포함된다.

선회축(9)의 선단부(91)는, 엔드 이펙터(24)의 기초부와 핀(pin) 접합 되어 있다. 핀 접합 형태는 한정은 없지만, 예를 들면, 엔드 이펙터(24)의 기초부로부터 제2축(A2)과 평행하게 돌출하는 핀과, 이 핀을 지지하는 선회축(9)의 선단부(91)에 형성된 지지 구멍에 의해 실현할 수 있다.

선회축(9)의 기초부(92)는, 축 커버(7)에 삽입되어 있다. 선회축(9)의 기초부(92)의 외면에는, 선회축(9)의 외경 차이에 의한 단차면(93)이 형성되어 있다. 베어링(8)은, 선회축(9)의 선단부(91)와 기초부(92)의 축 방향(Da) 사이에 배치되어 있다.

도 3은 축 커버(7)의 측면도이고, 도 4는 선회장치(S)의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 3의 'V' 방향에서 바라본 도면이며, 도 6은 도 3의 VI-VI 선에 따른 단면도이다. 또한, 도 3에서는, 축 커버(7)의 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)가 연한 흑색 칠과 함께 이점 쇄선(가상선)으로 표시되어 있다. 또한, 도 6은 축 커버(7)의 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)가 연한 흑색 칠과 함께 이점 쇄선으로 표시되고, 축 커버(7)에 삽입된 선회축(9)이 이점 쇄선으로 표시되어 있다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 축 커버(7)는, 축 방향(Da)으로 연장되는 통 형상의 벽(70)을 가지고 있다. 벽(70)의 외면의 기초단부 테두리에는, 원주방향으로 연속하는 절결(切欠)(73)이 형성되어 있다. 이 절결(73)을 이용하여 축 커버(7)와 선단 링크(22E)가 결합된다.

축 커버(7)는, 축 커버(7)의 축심을 통과함과 함께, 축 방향(Da)과 평행한 대칭면(P1)을 중심으로 하여 면대칭으로 형성되어 있다. 그리고 축 커버(7)에는, 조작 와이어(78)를 안내하는 가이드(74)가 형성되어 있다. 가이드(74)는, 대칭면(P1)을 사이에 두고 한쪽과 다른 한쪽의 양측에 대칭으로 형성되어 있다.

가이드(74)는, 축 커버(7)에서의 조작 와이어(78)의 배선경로를 형성하고, 하나의 가이드(74)마다 1개씩의 조작 와이어(78)가 배선된다. 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)는, 선회축(9)을 선회 조작하기 위한 와이어이다. 본 실시형태에 따른 조작 와이어(78)는, 끝이 없는(無端) 형태의 와이어로서, 선회축(9)과 베이스(21)에 배치된 풀리(77)에 감겨 걸려있다. 조작 와이어(78)의 선회축(9)과 풀리(77) 사이의 부분은, 링크(22) 안을 통과하고 있다. 조작 와이어(78)는, 선회축(9)의 외주면에 원주방향으로 감아 걸려있으며, 선회축(9)의 외주면에서 해당 선회축(9)에 고정되어 있다. 풀리(77)는 도시되지 않은 구동원에 의해서 정, 역회전 구동된다. 이 구동원의 동작은, 도시되지 않은 제어 장치에 의해 제어된다. 풀리(77)의 정, 역회전에 의해서, 조작 와이어(78)가 인장, 이완 조작되어, 선회축(9)이 제1축(A1)을 중심으로 하여 회동한다.

조작 와이어(78)의 선회축(9)에 대한 고정 형태는 한정이 없지만, 예를 들면, 선회축(9)의 외주면에 형성된 오목부 또는 구멍과, 이 오목부 또는 구멍에 둥글게 감아서 끼워넣은 조작 와이어(78)의 일부분의 빠짐을 방지하는 핀으로, 선회축(9)에 조작 와이어(78)의 일부분을 붙들어 맬 수 있다. 선회축(9)의 회동각도 범위를 보다 크게 하기 위해, 선회축(9)에 대한 조작 와이어(78)의 고정 너비(원주방향의 폭)는 더욱 작은 것이 바람직하다. 또한, 조작 와이어(78)는, 무단 형태가 아니라, 복수 개로 분단되어 있어도 좋다. 예를 들면, 조작 와이어(78)가 선회축(9)의 외주면에서 분단되어 있는 경우에는, 조작 와이어(78)의 한쪽 단부와 반대쪽 단부는, 선회축(9)의 외면에서 근접하여 배치되는 한편, 각각 선회축(9)과 결합되어 있어도 좋다. 또한, 예를 들면, 조작 와이어(78)가 풀리(77)에 감아 걸려있는 부분에서 분단되어 있는 경우에는, 복수의 풀리(77)를 설치하여, 조작 와이어(78)의 분단된 단부 각각이 다른 풀리(77)에 감겨있어도 좋다. 또한, 하나의 회전축(9)에 대해 복수 개의 조작 와이어(78)가 감아 걸려있어도 좋다. 이 경우, 조작 와이어(78)의 개수와 대응하는 개수의 가이드(74)가 축 커버(7)에 설치된다.

가이드(74)는, 축 커버(7)의 벽(70)의 외면에 형성된 외주부분(743)과, 벽(70)의 내면을 따라 형성된 내주부분(744)과, 외주부분(743)과 내주부분(744)을 매끄럽게 접속하는 접속부분(745)을, 대칭면(P1)을 사이에 두고 양측에 가지고 있다.

가이드(74) 중 외주부분(743)은, 벽(70)의 외면에 형성된 홈(즉, 연속하는 오목부)이다. 외주부분(743)은, 벽(70)의 기초단부를 시작점(741)으로 하여, 이 시작점(741)으로부터 벽(70)의 축 방향(Da) 중간 부분까지 축 방향(Da)으로 연장되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 축 커버(7)를 축 방향(Da)에서 바라보았을 때, 대칭면(P1)을 사이에 두고 한쪽의 시작점(741)과 다른 한쪽의 시작점(741)의 중심각은 대략 45°이다. 또한, 외주부분(743)의 홈의 깊이 방향(Dt)은, 축 커버(7)의 반경 방향과 일치하지 않고, 반경 방향으로부터 기울어져 있다. 이에 따라, 제한된 두께의 벽에, 더욱 깊은 홈을 형성할 수가 있다. 가이드(74)의, 대칭면(P1)을 사이에 두고 한쪽의 외주부분(743)의 깊이 방향(Dt)과, 다른 한쪽의 외주부분(743)의 깊이 방향(Dt)은, 대칭면(P1) 상에서 교차하고 있다.

가이드(74) 중 내주부분(744)은, 축 커버(7)와 선회축(9)의 협동에 의해 형성되어 있다. 축 커버(7)의 벽(70)의 내면에는, 제1 내경(Φ1)을 가지는 대직경 부분(71)과, 제2 내경(Φ2)을 가지는 소직경 부분(72)과, 대직경 부분(71)과 소직경 부분(72)의 내경 차이에 의한 단차면(75)이 형성되어 있다. 제1 내경(Φ1)보다 제2 내경(Φ2)이 작고, 또한, 대직경 부분(71)은 소직경 부분(72)의 선단 측에 위치한다.

축 커버(7)의 단차면(75)과, 선회축(9)의 단차면(93)은, 축 방향(Da)으로 간격을 두고서 대치하고 있다. 그리고 이러한 단차면(75, 93) 사이에서, 축 커버(7)의 내면과 선회축(9)의 외면으로 둘러싸인 환형 공간이 형성되어 있다. 이 환형 공간의 적어도 일부가 가이드(74)의 내주부분(744)으로서 이용된다. 내주부분(744)은 벽(70)의 내면을 따라서 원주방향으로 연장되어 있다. 바꾸어 말하면, 가이드(74)의 내주부분(744)은, 선회축(9)의 외면을 따라서 원주방향으로 연장되어 있다. 또한, 2개의 단차면(75, 93) 사이에서 축 커버(7)의 내면과 선회축(9)의 외면으로 둘러싸인 환형의 공간은, 가이드(74)의 내주부분(744)으로서 이용된다.

가이드(74) 중 접속부분(745)은, 벽(70)을 내외로 관통하는 연통공(746)과, 이 연통공(746)과 외주부분(743)을 잇는 벽(70)의 외면에 형성된 홈(즉, 연속하는 오목부)에 의해 형성되어 있다. 연통공(746)은, 축 커버(7)의 대직경 부분(71)과 소직경 부분(72)의 경계의 바로 대직경 부분(71) 쪽에 위치하는 개방 단부(742)로부터, 개방 단부(742)의 접선방향(원주방향)으로 연장하고 있다. 연통공(746)의 내측에는, 가이드(74)의 내주부분(744)이 존재하고 있다. 또한, 가이드(74)의, 대칭면(P1)을 사이에 두고 한쪽의 개방 단부(742)와 다른 한쪽의 개방 단부(742)의 중심각은 대략 180°이다(도 6 참조).

접속부분(745) 중 연통공(746)과 외주부분(743)을 잇는 홈은, 축 방향(Da)으로 연장되는 외주부분(743)과 원주방향으로 연장되는 내주부분(744)을 원호 형상의 곡선으로 완만하게 접속되어 있다. 접속부분(745)의 곡률반경은, 이 접속부분(745)을 조작 와이어(78)가 매끄럽게 통과할 수 있을 정도로 충분히 크다.

상기 구성의 축 커버(7)의 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)는, 외주부분(743)에서 축 방향(Da)으로 연장되고, 내주부분(744)에서 원주방향으로 연장되며, 접속부분(745)에서 축 방향(Da)으로부터 원주방향으로 연장방향을 서서히 전환하고 있다.

이상과 같이 축 커버(7)의 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)에서는, 해당 조작 와이어(78)의 한 부분과 다른 한 부분이 간섭하지 않는다. 즉, 조작 와이어(78)는 손목관절(23)에서 교차하거나 겹치지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 선회장치(S)는, 축 방향(Da)으로 연장되는 통 형상의 벽(70)을 가지는 축 커버(7)와, 축 커버(7)의 벽(70)의 내측에 삽입된 축 방향(Da)으로 연장되는 선회축(9)과, 축 커버(7)에 선회축(9)을 그 축심 주위로 회동 가능하게 지지하는 베어링(8)과, 축 커버(7)의 벽(70)의 내측에서 선회축(9)과 결합된 조작 와이어(78)를 구비하고 있다. 축 커버(7)는, 조작 와이어(78)를 안내하기 위한 가이드(74)를 가지고 있다. 가이드(74)는, 축 커버(7)의 축심을 통과하는 한편, 축 방향(Da)과 평행한 대칭면(P1)을 사이에 두고 면대칭으로 형성되어 있다. 그리고 가이드(74)는, 벽(70)의 외면에 형성된 벽(70)의 기초단부로부터 축 방향(Da)으로 연장되는 외주부분(743)과, 벽(70)의 내면을 따라서 형성된 원주방향으로 연장되는 내주부분(744)과, 외주부분(743)과 내주부분(744)을 접속하는 접속부분(745)을, 대칭면(P1)을 사이에 두고 양측에 가지고 있다.

상기 구성의 선회장치(S)에서, 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78) 중 당겨 긴장하고 있는 부분에서, 조작 와이어(78)에 걸리는 인장력의 작용방향은, 가이드(74)의 시작점(741)으로부터 선회축(9)의 외면까지의 배선경로 내에서 변화하고 있다. 조작 와이어(78)에 걸리는 인장력의 작용방향의 변화 정도는, 조작 와이어(78)가 가이드(74)를 따라 배선되는 것으로 경감되고 있다. 즉, 조작 와이어(78)가 가이드(74)로 안내됨으로써, 조작 와이어(78)에 걸리는 인장력의 작용방향의 급격한 변화가 회피되고 있다. 따라서, 조작 와이어(78)가, 부분적으로 과도한 부하를 받거나, 꼬이는 것을 회피할 수 있다.

상기 구성의 선회장치(S)에서, 축 커버(7)의 가이드(74)는, 대칭면(P1)을 사이에 두고 한쪽에 형성된 시작점(741)으로부터 다른 한쪽에 형성된 시작점(741)까지 한 줄로 연속하고 있어, 도중에 겹치거나 교차하지 않는다. 이 때문에, 가이드(74)에 배선된 조작 와이어(78)의 한 부분과 다른 한 부분은 서로 간섭하지 않는다. 또한, 조작 와이어(78)가 복수 개일 경우는, 각 조작 와이어(78)마다 다른 가이드(74)로부터 독립적인 한편, 겹치거나 교차하지 않는 가이드(74)가, 축 커버(7)에 형성된다. 이와 같이, 축 커버(7)에서, 1개의 조작 와이어(78)의 한 부분과 다른 한 부분, 또는 복수의 조작 와이어(78)끼리 간섭하지 않도록, 조작 와이어(78)가 안내된다. 따라서, 조작 와이어(78)끼리 또는 그 부분끼리 간섭하여 발생하는 마찰력 등에 의해 조작 와이어(78)의 제어특성이 변화하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 선회장치(S)에서는, 접속부분(745)이, 벽(70)을 내외로 관통하는 한편, 내주부분(744)으로 개구되어 있는 연통공(746)과, 연통공(746)과 외주부분(743)을 곡선 형태로 접속하는 벽(70)의 외면에 형성된 홈에 의해 형성되어 있다.

이에 따라, 외주부분(743)으로 안내되어 축 방향(Da)으로 연장되는 조작 와이어(78)의 한 부분과, 내주부분(744)으로 안내되어 원주방향으로 연장되는 조작 와이어(78)의 다른 부분이, 접속부분(745)으로 안내된 조작 와이어(78)의 또 다른 부분에 의해서 완만하게(매끄럽게) 결합 된다. 따라서, 조작 와이어(78)가, 부분적으로 과도한 부하를 받거나, 부러지거나, 꼬이는 것을 회피할 수가 있다.

또한, 본 실시형태의 선회장치(S)에서는, 접속부분(745)의 연통공(746)이, 그 개방 단부(742)로부터 해당 개방 단부(742)의 접선방향으로 연장되어 있다. 이에 따라, 조작 와이어(78)의 연통공(746)을 통과하고 있는 부분은, 개방 단부(742)의 접선방향으로 연장되어 있어, 조작 와이어(78)의 내주부분(744)으로 안내되고 있는 부분과 한층 더 매끄럽게 접속된다.

또한, 본 실시형태의 선회장치(S)에서는, 축 커버(7)의 벽(70)은 내면에 축 방향(Da) 중 어느 한쪽을 향한 환형의 제1 단차면(75)을 가지고, 선회축(9)은 외면에 축 방향(Da) 중 반대쪽을 향한 환형의 제2 단차면(93)을 가지며, 이러한 단차면(75, 93)은 축 방향(Da)으로 간격을 두고서 대치하도록 배치되어 있다. 그리고 이러한 단차면(75, 93) 사이에서, 축 커버(7)의 내면과 선회축(9)의 외면에 의해 가이드(74)의 내주부분(744)이 형성되어 있다.

이에 따라, 기계가공이 어려운 축 커버(7)의 벽(70)의 내면에, 기계가공에 의한 홈을 형성하지 않고, 벽(70)의 내면에 가이드(74)의 내주부분(744)을 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 실시형태의 변형예 1을 설명한다. 도 7은, 변형예 1에 따른 의료기기(1)의 손목관절(23)의 개략적인 구성을 나타내는 의료기기(1)의 일부 확대 단면도이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략할 경우가 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 변형예 1에 따른 의료기기(1)의 손목관절(23)에는, 선회축(9), 축 커버(7), 베어링(8) 및 조작 와이어(78)를 하나의 선회 유닛으로 하여, 축 방향(Da)으로 연결된 복수의 선회 유닛을 구비한 선회장치(S)가 설치되어 있다. 본 변형예에 따른 선회장치(S)에서는, 2개의 선회 유닛(U1, U2)이 연결 부재(79)를 통해(또는, 직접적으로) 직렬로 연결되어 있다.

2개의 선회 유닛(U1, U2) 중 선단 측에 배치된 선회 유닛(U1)에서, 선회축(9)은 엔드 이펙터(24)와 결합 되고, 축 커버(7)는 통 형상의 연결 부재(79)와 결합되어 있다. 또한, 2개의 선회 유닛(U1, U2) 중 기초부 측에 배치된 선회 유닛(U2)에서, 선회축(9)은 연결 부재(79)와 결합되어 있고, 축 커버(7)는 선단 링크(22E)와 결합되어 있다.

선회장치(S)가 하나의 선회유닛을 구비하고 있을 경우는, 선회축(9)에 대한 조작 와이어(78)의 감김 범위는 한 바퀴 미만이기 때문에, 선회축(9)의 회동범위는 360° 미만이 된다. 이 경우와 비교하여, 본 변형예와 같이 선회장치(S)가 직렬로 배치된 복수의 선회 유닛(U1, U2)을 구비하고 있는 경우는, 선회축(9)의 회동범위를 확대할 수가 있다.

본 변형예에 따른 의료기기(1)의 손목관절(23)에서는, 선회 유닛(U1)의 조작 와이어(78)(78A)와 선회 유닛(U2)의 조작 와이어(78)(78B)가 직접 또는 간접적으로 결합 가능하여, 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 연동시킬 수 있다. 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 연동시킨 상태에서는, 선회 유닛(U1)의 조작 와이어(78A)와 선회 유닛(U2)의 조작 와이어(78B)가 동일한 양 및 동일한 속도로 이동한다.

또한, 선회 유닛(U1)의 조작 와이어(78A)와 선회 유닛(U2)의 조작 와이어(78B)의 결합이 해제 가능하여, 이것들의 결합을 해제해서 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 독립적으로 동작시킬 수 있다.

선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 연동시킬 경우에는, 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 독립적으로 동작시킬 경우와 비교하여, 엔드 이펙터(24)(선회 유닛(U1)의 선회축(9))를 빠르게 회전시킬 수가 있다. 즉, 조작 와이어(78)를 동일한 양 및 동일한 속도로 인장 조작하면, 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 연동시킬 경우에는, 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)을 독립적으로 동작시킬 경우와 비교하여 엔드 이펙터(24)의 회전량이 많다.

그리고 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)의 연동과 독립을 선택할 수 있음으로써, 엔드 이펙터(24)의 제1축(A1) 주위의 선회를 더울 미세하게 제어할 수가 있다.

또한, 변형예 1에 따른 선회장치(S)는, 선회 유닛(U1)과 선회 유닛(U2)의 연동과 독립을 절환하는 연동기구를 구비하고 있다. 연동기구는, 예를 들면, 복수의 선회 유닛 간에 동시 조작 가능한 조작 와이어끼리의 결합 및 결합 해제를 수행하는 구성이다. 본 변형예에 따른 연동기구는, 선회 유닛(U1)의 조작 와이어(78A)와 선회 유닛(U2)의 조작 와이어(78B)의 결합 및 결합해제를 수행할 수 있다. 이러한 기구는, 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 선회 유닛(U1)의 조작 와이어(78A)가 감아 걸려진 풀리(77A)와 선회 유닛(U2)의 조작 와이어(78B)가 감아 걸려진 풀리(77B)를 동축 상에 배치하고, 동축 상에 배치된 풀리(77A, 77B)의 맞물림과 맞물림 해제를 절환하는 클러치 등의 계탈 장치(80)를 설치함으로써 실현할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시형태 및 그 변형예를 설명하였지만, 상기의 구성은 예를 들면 이하와 같이 변경할 수 있다. 예를 들어, 선회장치(S)는 손목관절(23)에 적용되고 있지만, 동일한 선회장치(S)가 중간 관절(25)에 적용되어도 좋다.

상기 설명으로부터, 통상의 기술자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 분명하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 통상의 기술자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 상세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.

1 : 의료기기
2 : 로봇 암
7 : 축 커버
71 : 대직경 부분
72 : 소직경 부분
73 : 절결
74 : 가이드
741 : 시작점
742 : 개방 단부
743 : 외주부분
744 : 내주부분
745 : 접속부분
746 : 연통공
75 : 단차면
8 : 베어링
9 : 선회축
10 : 구동기구
21 : 베이스
22, 22E : 링크
23 : 손목관절
24 : 엔드 이펙터
25 : 중간 관절
26 : 플렉시블 샤프트
77 : 풀리
78(78A, 78B) : 조작 와이어
79 : 연결 부재
80 : 계탈 장치
A1 : 제1축
A2 : 제2축
S : 선회장치
U1, U2 : 선회 유닛

Claims

로봇 암의 관절에 설치된 선회장치로서,
축 방향으로 연장되는 통 형상의 벽을 가지는 축 커버와,
상기 축 커버의 상기 벽의 내측에 삽입된 상기 축 방향으로 연장되는 선회축과,
상기 축 커버에 상기 선회축을 그 축심 주위로 회동 가능하게 지지하는 베어링과,
상기 축 커버의 상기 벽의 내측에서 상기 선회축과 결합된 1개 이상의 조작 와이어를 구비하고,
상기 축 커버는, 상기 1개 이상의 조작 와이어를 안내하기 위한 가이드를 가지며,
상기 가이드는, 상기 축 커버의 축심을 통과함과 함께 상기 축 방향과 평행한 대칭면을 사이에 두고 면대칭으로 형성되어 있고, 상기 벽의 외면에 형성된 상기 벽의 기초단부로부터 상기 축 방향으로 연장되는 외주부분과, 상기 벽의 내면을 따라 형성된 원주방향으로 연장되는 내주부분과, 상기 외주부분과 상기 내주부분을 접속하는 접속부분을 상기 대칭면을 사이에 두고 양측에 가지는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제1항에 있어서,
상기 접속부분은, 상기 벽을 내외로 관통함과 함께 상기 내주부분으로 개구 되어 있는 연통공과, 상기 연통공과 상기 외주부분을 곡선 형태로 접속하는 상기 벽의 외면에 설치된 홈에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제2항에 있어서,
상기 연통공은, 그 개방 단부로부터 해당 개방 단부의 접선방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 커버의 상기 벽은 내면에 상기 축 방향 중 어느 한쪽을 향한 환형의 제1 단차면을 가지고,
상기 선회축은 외면에 상기 축 방향 중 반대쪽을 향한 환형의 제2의 단차면을 가지며,
상기 제1 단차면과 상기 제2 단차면이 상기 축 방향으로 간격을 두고 대치하도록 배치되고, 상기 제1 단차면과 상기 제2 단차면 사이에서 상기 축 커버의 내면과 상기 선회축의 외면에 의해 상기 내주부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회축, 상기 축 커버, 상기 베어링 및 상기 1개 이상의 조작 와이어를 하나의 선회 유닛으로 하여, 상기 축 방향으로 연결된 복수의 상기 선회 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 선회 유닛 사이의 상기 1개 이상의 조작 와이어를 결합하여, 상기 복수의 선회 유닛을 연동시키는 연동기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선회장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 선회장치를 구비하는 로봇 암과,
상기 로봇 암의 선단에 설치된 엔드 이펙터를 구비하는 것을 특징으로 하는 의료기기.