KR20180090330A - 외과수술 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기구 홀딩부의 이동에 의해서 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선 상에서 환자의 체표의 절개부가 벗어나더라도, 환자의 체표의 절개부의 압박을 방지할 수 있는 외과수술 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 기초 단부에 대하여 선단부를 3차원 공간 내에서 이동하는 매니퓰레이터(3)와; 매니퓰레이터의 선단부에 이어지며, 긴 축 모양의 샤프트(43)와, 샤프트(43)의 선단부에 설치된 처치구(44)를 가지는 외과용 기구(42)를 샤프트(43)가 기준 방향(D)으로 연장되는 자세로 홀딩 가능한 기구 홀딩부(36)와; 매니퓰레이터(3)와 처치구(44) 사이에 설치되며, 기준 방향으로 연장되는 샤프트(43)의 축선을 중심으로 하는 지름 방향으로 샤프트(43)의 선단부를 요동시키는 요동기구(46)를 구비한다.

Description

외과수술 시스템

본 발명은 외과수술 시스템에 관한 것이다.

종래부터 외과수술에 이용되는 로봇 매니퓰레이터 암(robotic manipulator arm)을 구비하는 시스템이 알려져 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 나타낸 시스템은, 외과용 기구를 원격 중심(원격 센터) 주위로 회전시키도록, 외과용 기구를 붙들어 유지하는 기구 홀더(holder)의 움직임을 구속하는 링크 구조를 구비하고 있다.

일본 특허공개 제2012-115690호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 시스템은, 외과용 기구의 동작을 구속하는 구성이 복잡하게 이루어진다는 문제가 있었다.

본 발명의 한 형태에 따른 외과수술 시스템은, 기초 단부에 대하여 선단부를 3차원 공간 내에서 이동하는 매니퓰레이터와; 상기 매니퓰레이터의 선단부에 이어지며, 긴 축 모양의 샤프트와 해당 샤프트의 선단부에 설치된 처치구를 가지는 외과용 기구를 상기 샤프트가 기준 방향으로 연장되는 자세로 홀딩 가능한 기구 홀딩부와; 상기 매니퓰레이터와 상기 처치구 사이에 설치되며, 상기 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선을 중심으로 하는 지름 방향으로 상기 샤프트의 선단부를 요동시키는 요동기구; 를 구비한다.

본 발명은, 이상으로 설명한 구성을 가져, 기구 홀딩부의 이동에 의해서 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선 상에서 환자의 체표의 절개부가 벗어나면, 샤프트의 선단부가 기준 방향을 중심으로 하는 지름 방향으로 요동한다. 이에 따라, 간소한 구성으로, 환자의 체표의 절개부의 압박을 방지할 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 외과수술 시스템의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 매니퓰레이터 스탠드의 전체적인 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 매니퓰레이터 스탠드의 제어계통의 개략적인 구성을 나타내는 블록도 이다.
도 4는 요동 암을 수직으로부터 기울인 매니퓰레이터 스탠드의 전체적인 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5는 플랫폼을 수평으로부터 기울인 매니퓰레이터 스탠드의 전체적인 구성을 나타내는 측면도이다.
도 6은 승강축을 대신하여 기둥형 부재가 설치된 경우의, 매니퓰레이터 스탠드의 전체적인 구성을 나타내는 측면도이다.
도 7은 환자 측 매니퓰레이터 암의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이다.
도 8은 암 본체의 제어계통의 개략적인 구성을 나타내는 블록도 이다.
도 9는 암 본체의 구동계통의 레이아웃을 나타내는 암 본체의 부분 단면도이다.
도 10은 플랫폼과 환자 측 매니퓰레이터 암과의 연결구조를 나타내는 평면도이다.
도 11은, 도 10의 XI-XI 선에 따른 단면도이다.
도 12는 플랫폼에 장착된 환자 측 매니퓰레이터 암을 관리하기 위한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13은 서보 모터가 플랫폼에 설치된 경우의, 플랫폼과 환자 측 매니퓰레이터 암과의 연결구조를 나타내는 평면도이다.
도 14는, 도 1의 외과수술 시스템의 암 본체의 선단부 및 병진 암의 구성예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 15는, 도 1의 외과수술 시스템의 병진 암의 동작 예를 나타내는 도면이다.
도 16은, 도 1의 외과수술 시스템의 요동기구의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 17은, 도 1의 외과수술 시스템의 요동기구의 동작 예를 나타내는 도면이다.
도 18은, 도 1의 외과수술 시스템의 병진 암의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 1의 외과수술 시스템의 병진 암의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 20은, 도 1의 외과수술 시스템의 요동기구 변형예를 나타내는 도면이다.
도 21은, 도 1의 외과수술 시스템의 요동기구 변형예를 나타내는 도면이다.
도 22는, 도 1의 요동기구를 구비하는 환자 측 매니퓰레이터 암의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 23은, 도 1의 요동기구를 구비하는 환자 측 매니퓰레이터 암의 변형예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 한 형태에 따른 외과수술 시스템은, 기초 단부에 대하여 선단부를 3차원 공간 내에서 이동하는 매니퓰레이터와; 상기 매니퓰레이터의 선단부에 이어지며, 긴 축 모양의 샤프트와 해당 샤프트의 선단부에 설치된 처치구를 가지는 외과용 기구를 상기 샤프트가 기준 방향으로 연장되는 자세로 홀딩 가능한 기구 홀딩부와; 상기 매니퓰레이터와 상기 처치구 사이에 설치되며, 상기 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선을 중심으로 하는 지름 방향으로 상기 샤프트의 선단부를 요동시키는 요동기구; 를 구비한다.

이 구성에 의하면, 기구 홀딩부의 이동에 의해서 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선상으로부터 환자의 체표의 절개부가 벗어나면, 샤프트의 선단부가 기준 방향을 중심으로 하는 지름 방향으로 요동한다. 이것에 의해, 환자의 체표의 절개부의 압박을 방지할 수가 있다.

상기 요동기구는, 상기 샤프트의 중간부에 배치되어 있어도 좋다.

이 구성에 의하면, 요동부분의 중량을 가볍게 할 수 있고, 또한 환자의 체표의 절개부를 압박하는 것을 완화할 수가 있다.

상기 요동기구는, 적어도 회전 2-자유도를 가져도 좋다.

이 구성에 의하면, 요동 범위를 확장할 수가 있다.

상기 요동기구는, 제1 부재와, 상기 기준 방향과 직교하는 제1방향으로 회동 가능하게 상기 제1 부재에 장착되어 있는 제2 부재와, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 회동 가능하게 상기 제2 부재에 장착되어 있는 제3 부재를 가져도 좋다.

이 구성에 의하면, 제1 부재에 장착된 부재와 제3 부재에 장착된 부재의 각도를 자유롭게 변화시켜, 샤프트를 요동시킬 수가 있다.

상기 요동기구는 자재 이음((universal joint)이어도 좋다.

이 구성에 의하면, 요동기구에 자재 이음을 적용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서는, 모든 도면을 통해서, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 중복하는 설명을 생략한다.

[외과수술 시스템의 개요]

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 외과수술 시스템(100)의 전체적인 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 외과수술 시스템(100)은, 로봇 지원 수술이나 로봇 원격 수술 등과 같이, 의사 등의 수술자(O)가 환자 측 시스템(1)을 이용하여 환자(P)에게 내시경 외과수술을 시행하는 시스템이다.

외과수술 시스템(100)은, 환자 측 시스템(1)과, 이 환자 측 시스템(1)을 조종하는 조작 장치(2)를 구비하고 있다. 조작 장치(2)는 환자 측 시스템(1)으로부터 떨어져서 배치되고, 환자 측 시스템(1)은 조작 장치(2)에 의해서 원격 조작된다. 수술자(O)는 환자 측 시스템(1)에 수행시킬 동작을 조작 장치(2)에 입력하고, 조작 장치(2)는 그 동작 지령을 환자 측 시스템(1)으로 송신한다. 그리고 환자 측 시스템(1)은, 조작 장치(2)로부터 송신된 동작 지령을 수취하고, 이 동작 지령에 의거하여 환자 측 시스템(1)이 구비하는 내시경 어셈블리(41)나 인스트루먼트(외과용 기구)(42) 등을 동작시킨다. 이하, 외과수술 시스템(100)의 각 구성요소에 관하여 상세하게 설명한다.

[조작 장치의 구성예]

조작 장치(2)는, 외과수술 시스템(100)과 수술자(O)의 인터페이스를 구성하며, 환자 측 시스템(1)을 조작하기 위한 장치이다. 조작 장치(2)는, 수술실 내에서 수술대(111) 옆에 또는 수술대(111)로부터 떨어져서, 혹은, 수술실 밖에 설치되어 있다. 조작 장치(2)는, 수술자(O)가 동작 지령을 입력하기 위한 조작용 매니퓰레이터 암(51)이나 조작 페달(52) 등의 조작 입력부(50)와, 내시경 어셈블리(41)에서 촬영된 이미지를 표시하는 모니터(53)를 포함한다. 수술자(O)는, 모니터(53)로 환부를 시인(視認)하면서, 조작 입력부(50)를 조작하여 조작 장치(2)에 동작 지령을 입력한다. 조작 장치(2)에 입력된 동작 지령은, 유선 또는 무선에 의해 환자 측 시스템(1)의 후술하는 컨트롤러(6)에 전달된다.

[환자 측 시스템 구성예]

환자 측 시스템(1)은, 외과수술 시스템(100)과 환자(P)의 인터페이스를 구성한다. 환자 측 시스템(1)은, 수술실 내에서 환자(P)가 눕는 수술대(111)의 옆에 배치되어 있다. 수술실 안은 멸균된 멸균영역이다.

환자 측 시스템(1)은, 포지셔너(positioner)(7)와, 포지셔너(7)의 선단부에 장착된 플랫폼(platform)(5)과, 플랫폼(5)에 착탈 가능하게 장착된 복수의 환자 측 매니퓰레이터 암(manipulator arm)(이하, 간략히 '암(3)'이라고 함)과, 복수의 암(3) 중 하나의 암(3A)의 선단부에 장착된 내시경 어셈블리(assembly)(41)와, 복수의 암(3) 중 나머지의 암(3B)의 선단부에 착탈 가능하게 장착된 인스트루먼트(instrument)(42)와, 포지셔너(7) 및 플랫폼(5)을 멸균영역으로부터 차폐하는 멸균 드레이프(drape)(9)와, 환자 측 시스템(1)의 동작을 관장하는 컨트롤러(6)를 구비하고 있다. 이하, 내시경 어셈블리(41)가 장착된 암(3)을 '카메라 암(3A)'이라고 하는 것이고, 인스트루먼트(42)가 장착된 암(3)을 '인스트루먼트 암(3B)'이라고 하는 것이다. 본 실시형태에 따른 환자 측 시스템(1)은, 하나의 카메라 암(3A)과 3개의 인스트루먼트 암(3B)을 합하여, 4개의 암(3)을 구비하고 있다.

상기 환자 측 시스템(1)에 있어서, 플랫폼(5)은, 복수의 암(3)의 거점을 이루는 '허브'(hub)'로서의 기능을 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 포지셔너(7) 및 플랫폼(5)에 의해서, 복수의 암(3)을 이동 가능하게 지지하는 매니퓰레이터 암 지지체(S)가 구성되어 있다. 다만, 매니퓰레이터 암 지지체(S)는 적어도 플랫폼(5)을 포함하고 있으면 족하고, 예를 들면, 포지셔너(7)를 대신하여 직동(直動) 레일이나 승강(昇降) 장치, 혹은 천장이나 벽에 장착된 브래킷(bracket)에 지지 된 플랫폼(5)에 의해서 매니퓰레이터 암 지지체(S)가 구성되어도 좋다.

상기 환자 측 시스템(1)에서는, 포지셔너(7)로부터 내시경 어셈블리(41) 또는 각 인스트루먼트(42)까지, 요소가 한 줄로 이어지게 연결되어 있다. 본 명세서에서는, 상기 일련의 요소에서, 포지셔너(7)(더욱 상세하게는, 포지셔너(7)의 수술실 바닥과의 접촉부)로 향한 쪽의 단부를 '기초 단부'라고 하고, 그 반대쪽 단부를 '선단부'라고 하는 것으로 한다. 또한, 기초 단부를 '근위 단부'라고 할 수 있고, 선단부를 '원위 단부'라고 할 수 있다.

인스트루먼트(42)는, 그 기초 단부에 설치된 구동 유닛(45)과, 그 선단부에 설치된 엔드 이펙터(end effector)(처치구)(44)와, 구동 유닛(45)과 엔드 이펙터(44) 사이를 잇는 가늘고 긴 샤프트(43)로 구성되어 있다(모두, 도 7 참조). 인스트루먼트(42)에는 기준 방향(D)이 규정되어 있고, 구동 유닛(45), 샤프트(43) 및 엔드 이펙터(44)는 기준 방향(D)과 평행하게 늘어선다. 인스트루먼트(42)의 엔드 이펙터(44)는, 동작하는 관절을 가지는 기구(예를 들면, 겸자, 가위, 그라스퍼(graspers), 니들 홀더(needle holders), 마이크로 디섹터(micro-dissector), 스테이플 어플라이어(staple appliers), 택커(tacker), 흡인 세정 툴(tool), 스네어 와이어(snare wire) 및 클립 어플라이어(clip applier) 등)나, 관절을 가지지 않는 기구(예를 들면, 절단 날, 소작(燒灼) 프로브(probe), 세정기, 카테터(catheters) 및 흡인 오리피스 등)로 구성되는 군에서 선택된다.

상기 구성의 환자 측 시스템(1)에서는, 조작 장치(2)로부터 동작 지령을 받은 컨트롤러(6)가, 먼저, 플랫폼(5)과 수술대(111) 또는 환자(P)가 소정의 위치 관계가 되도록, 포지셔너(7)를 동작시켜 플랫폼(5)의 위치 결정을 수행한다. 다음으로, 컨트롤러(6)가, 환자(P)의 체표(體表)에 유치된 슬리브(캐뉼러 슬리브(cannula sleeve))(110)와 내시경 어셈블리(41) 및 각 인스트루먼트(42)가 소정의 초기 위치 관계가 되도록, 각 암(3)을 동작시켜 내시경 어셈블리(41) 및 각 인스트루먼트(42)의 위치 결정을 수행한다. 또한, 포지셔너(7)와 각 암(3)의 상기 위치 결정 동작은 동시에 수행되어도 좋다. 그리고 컨트롤러(6)는, 원칙적으로 포지셔너(7)를 정지시킨 상태에서, 조작 장치(2)로부터의 동작 지령에 의거하여, 각 암(3)을 동작시켜 내시경 어셈블리(41) 및 각 인스트루먼트(42)를 적정 변위 및 자세 변화시키면서, 각 인스트루먼트(42)를 동작시켜 시술한다.

[포지셔너의 구성예]

여기서, 포지셔너(7)의 구성에 관하여 상세하게 설명한다. 도 2는, 포지셔너(7)의 전체적인 구성을 나타내는 측면도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 포지셔너(7)는, 수평 다관절 형 로봇을 기조로 하고 있으며, 수술실의 바닥에 놓인 베이스(70)와, 승강축(72)과, 베이스(70)와 승강축(72)의 기초 단부를 연결하는 요동 암(71)과, 승강축(72)의 선단부에 연결된 수평 암(73)을 포함한다. 수평 암(73)의 선단부에는, 플랫폼(5)이 연결되어 있다.

베이스(70)는, 예를 들면, 브레이크 부착 대차로서, 원하는 위치로 이동시키고, 그곳에서 정지시킬 수 있다. 이 베이스(70)에, 요동 암(71)의 기초 단부가 회전 관절(J71)을 통해 연결되어 있다. 이 회전 관절(J71)의 동작에 의해, 요동 암(71)은, 베이스(70)에 규정된 수평인 회전축(요동축)을 중심으로 하여 회동(요동)한다. 또한, 요동 암(71)의 선단부는, 회전 관절(J72)을 통해서 승강축(72)의 기초 단부와 연결되어 있다. 이 회전 관절(J72)의 동작에 의해, 요동 암(71)은, 승강축(72)의 기초 단부에 규정된 수평인 회전축을 중심으로 하여 회동(요동)한다.

승강축(72)은, 수직으로 연장되고, 수직 방향으로 신축 가능하다. 본 실시형태의 승강축(72)은, 통 부재(72a), 이 통 부재(72a)에 수직 방향으로 진퇴 가능하게 삽입된 중공(中空)의 축 부재(72b), 그리고 통 부재(72a)와 축 부재(72b)를 연결하는 병진 관절(J73)을 포함한다. 이 병진 관절(J73)의 동작에 의해, 축 부재(72b)는 통 부재(72a)에 대해서 수직 방향으로 진퇴 이동한다.

수평 암(73)은, 수평으로 연장되는 제1 링크(74) 및 제2 링크(75)와, 제2 링크(75)의 선단부에 연결된 손목 링크(76)를 포함한다. 손목 링크(76)의 선단부에는, 플랫폼(5)이 접속되어 있다.

제1 링크(74)의 기초 단부는, 회전 관절(J74)을 통해 승강축(72)의 선단부와 연결되어 있다. 제1 링크(74)와 승강축(72)은 직각을 이루고 있다. 상기 회전 관절(J74)의 동작에 의해, 제1 링크(74)는 승강축(72)의 선단부에 규정된 수직인 회전축을 중심으로 하여 회동한다. 제1 링크(74)의 선단부는, 회전 관절(J75)을 통해 제2 링크(75)의 기초 단부와 연결되어 있다. 이 회전 관절(J75)의 동작에 의해, 제2 링크(75)는, 제1 링크(74)의 선단부에 규정된 수직인 회전축을 중심으로 하여 회동한다.

제2 링크(75)의 선단부는, 회전 관절(J76)을 통해 손목 링크(76)의 기초 단부와 연결되어 있다. 이 회전 관절(J76)의 동작에 의해, 손목 링크(76)는, 제2 링크(75)의 선단부에 규정된 수평인 회전축을 중심으로 하여 회동한다. 정상 시의 손목 링크(76)는 수직으로 연장되어 있고, 이 손목 링크(76)의 선단부에 접속된 플랫폼(5)은 수평인 자세이다.

여기서, 포지셔너(7)의 제어계통의 구성에 관하여 설명한다. 도 3은, 포지셔너(7)의 제어계통의 개략적인 구성을 나타내는 블록도 이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 포지셔너(7)는, 각 관절(J71 ~ J76)에 대응하여, 구동용 서보 모터(M71 ~ M76), 그리고 서보 모터(M71 ~ M76)의 회전각을 검출하는 인코더(E71 ~ E76)를 구비하고 있다. 또한, 본 도면에서는, 관절(J71 ~ J76) 중, 회전 관절(J71)과 회전 관절(J76)의 구동계통이 대표적으로 도시되고, 나머지의 관절(J73 ~ J75)의 구동계통은 생략되어 있다.

컨트롤러(6)는, 포지셔너(7)의 동작을 관장하는 포지셔너 제어부(601)를 포함한다. 포지셔너 제어부(601)에는 서보 제어부(C71 ~ C76)가 전기적으로 접속되고, 서보 제어부(C71 ~ C76)에는 도시되지 않은 증폭 회로 등을 통해 서보 모터(M71 ~ M76)가 전기적으로 접속되어 있다.

상기 구성에서, 조작 장치(2)에 입력된 동작 지령에 의거하여, 포지셔너 제어부(601)에 플랫폼(5)의 위치자세 지령이 입력된다. 포지셔너 제어부(601)는, 위치자세 지령과 인코더(E71 ~ E76)에서 검출된 회전각에 의거하여, 위치 지령 값을 생성하여 출력한다. 이 위치 지령 값을 취득한 서보 제어부(C71 ~ C76)는, 인코더(E71 ~ E76)에서 검출된 회전각 및 위치 지령 값에 의거하여 구동 지령 값(토크 지령 값)을 생성하여 출력한다. 이 구동 지령 값을 취득한 증폭 회로는, 구동 지령 값에 대응한 구동 전류를 서보 모터(M71 ~ M76)로 공급한다. 이와 같이 하여, 플랫폼(5)이, 위치자세 지령과 대응하는 위치 및 자세로 도달하도록, 각 서보 모터(M71 ~ M76)가 서보 제어된다.

상기와 같이, 포지셔너(7)는, 플랫폼(5)의 위치자세 지령에 따라서 형태를 변화시킬 수 있다. 여기서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 포지셔너(7)의 기본자세를, 요동 암(71) 및 승강축(72)이 수직으로 연장되고, 수평 암(73)이 수평으로 연장됨과 함께, 손목 링크(76)에 접속된 플랫폼(5)이 수평인 상태로 한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 기본자세에서 요동 암(71)을 수직으로부터 기울일 경우에, 포지셔너 제어부(601)는, 회전 관절(J71)을 동작시켜 요동 암(71)을 수직으로부터 기울임과 더불어, 회전 관절(J72)을 동작시켜 승강축(72)의 수직인 자세를 유지한다. 이와 같이 하여, 요동 암(71)의 수직으로부터의 기울기에 관계없이, 승강축(72)의 수직 및 수평 암(73)의 수평이 유지된다.

상기와 같이 요동 암(71)이 수직으로부터 기울어지면, 포지셔너(7)는 전체적으로 C-자 형상을 보인다. 이것에 의해, 포지셔너(7)는, 베이스(70)가 수술대(111)의 하방에 위치하고, 승강축(72)이 수술대(111)의 측방에 위치함과 더불어, 수평 암(73)이 수술대(111)의 상방에 위치하는 형태를 취할 수가 있다. 이와 같이, 베이스(70)가 수술대(111)의 하방에 넣어짐으로써, 수술 중에 수술대(111)의 주위에서 수술을 보조하는 보조자의 동선을 확보할 수가 있다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 손목 링크(76)를 수직으로부터 기울이도록 회전 관절(J76)을 구동하면, 플랫폼(5)이 수평으로부터 기울어진다. 플랫폼(5)이 수평으로부터 기울어지면, 플랫폼(5)에 장착된 암(3)의 기본 축선(선회 축선)(Lp)이 일제히 수직으로부터 기울어지게 된다. 그 결과, 인스트루먼트(42)에 규정된 기준 방향(D)의 각도 범위가 확장되고, 인스트루먼트(42)를 수직으로부터 더욱 크게 기울여서 환자(P)에 삽입하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 환자(P)의 누운 상태나 수술 위치에 따라, 환자(P)에 대한 인스트루먼트(42)의 삽입 방향을 적절하게 조정할 수가 있다.

이상으로 포지셔너(7)의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 상기 포지셔너(7)의 구성은, 예를 들면 이하와 같이 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시형태의 포지셔너(7)에서, 승강축(72)은 수직 방향으로 신축하지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 승강축(72)을 대신하여 신축하지 않는 기둥형 부재(72')를 이용하여도 좋다. 이 변형예에서는, 병진 관절(J73)은 생략된다. 또한, 상기 실시형태의 포지셔너(7)에서는, 주로 승강축(72)의 신축에 의해서 플랫폼(5)의 높이 위치를 조정하지만, 상기 변형예에서는, 주로 요동 암(71)의 수직으로부터의 기울기에 의해서 플랫폼(5)의 높이 위치를 조정한다.

[암의 구성예]

여기서, 암(3)의 구성에 관하여 상세하게 설명한다. 도 7에서는, 환자 측 시스템(1)이 구비하는 복수의 암(3) 중 하나의 개략적인 구성이 나타나 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 암(3)은, 암 본체(30)와, 암 본체(30)의 선단부에 연결된 병진 암(35)을 구비하며, 기초 단부에 대해 선단부를 3차원 공간 내에서 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 환자 측 시스템(1)이 구비하는 복수의 암(3)은 모두 동일 또는 유사한 구성을 가지지만, 복수의 암(3) 중 적어도 하나가 나머지의 것과 다른 구성을 가져도 좋다.

암(3)이 인스트루먼트 암(3B)인 경우에는, 병진 암(35)의 선단에 인스트루먼트(42)를 홀딩하는(붙들어 유지하는) 홀더(기구 홀딩부)(36)가 설치된다. 홀더(36)에는, 인스트루먼트(42)가 착탈 가능하게 홀딩 되어 있다. 홀더(36)에 홀딩 된 인스트루먼트(42)의 샤프트(43)는, 기준 방향(D)과 평행하게 연장된다.

또한, 암(3)이 카메라 암(3A)인 경우에는, 상기 인스트루먼트 암(3B)과 동일하게, 병진 암(35)의 선단부에 홀더(36)가 설치되고, 이 홀더(36)에 내시경 어셈블리(41)가 착탈 가능하게 홀딩 된다. 여기서, 카메라 암(3A)에 설치되는 홀더(36)는, 인스트루먼트 암(3B)에 설치되는 홀더(36)와 형태가 상이하여도 좋다. 혹은, 수술 중에 내시경 어셈블리(41)를 교환하는 일은 드물기 때문에, 카메라 암(3A)에 내시경 어셈블리(41)가 고정되어 있어도 좋다.

암(3)은, 플랫폼(5)에 대해 착탈이 자유로우며(즉, 부착하거나 분리하기가 용이하며), 세정 처리 및 멸균 처리를 위한 내수성, 내열성 및 내약품성을 구비하고 있다. 암(3)의 멸균 처리에는 다양한 방법이 있으나, 예를 들면, 고압 증기 멸균법, EOG 멸균법, 소독약에 의한 화학 멸균법 등이 선택적으로 이용되어도 좋다. 고압 증기 멸균법에서는, 오토클레이브(autoclave) 등의 고압용기에 암(3)을 봉입하고, 소정 압력의 포화 수증기에 소정 시간(예를 들면, 115℃에서 30분간, 121℃에서 20분간, 또는 126℃에서 15분간) 노출시킨다. EOG 멸균법에서는, 용기에 암(3)을 봉입하고, 이 용기에 450 ~ 1,000(mg/L)의 산화에틸렌 가스를 유통시킨다. 화학 멸균법에서는, 예를 들면, 글루타랄(glutaral) 등의 소독약에 암(3)을 침지한다.

[암 본체의 구성예]

암 본체(30)는, 플랫폼(5)에 착탈 가능하게 장착되는 베이스(80)와, 베이스(80)로부터 선단부를 향해서 순차적으로 연결된 제1 링크(81) ~ 제6 링크(86)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 베이스(80)의 선단부에, 비틀림 관절(J31)을 통해 제1 링크(81)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제1 링크(81)의 선단부에, 비틀림 관절(J32)을 통해 제2 링크(82)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제2 링크(82)의 선단부에, 굽힘 관절(J33)을 통해 제3 링크(83)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제3 링크(83)의 선단부에, 비틀림 관절(J34)을 통해 제4 링크(84)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제4 링크(84)의 선단부에, 굽힘 관절(J35)을 통해 제5 링크(85)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제5 링크(85)의 선단부에, 비틀림 관절(J36)을 통해 제6 링크(86)의 기초 단부가 연결되어 있다. 제6 링크(86)의 선단부에, 병진 암(35)의 기초 단부가 연결되어 있다.

암 본체(30)의 겉은, 주로 스테인리스 등의 내열성 및 내약품성을 가지는 부재로 형성되어 있다. 또한, 링크들 간의 연결부에는, 내수성을 구비하기 위한 씰(seal)(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이 씰은, 고압 증기 멸균법에 대응하는 내열성이나, 소독약에 대한 내약품성을 갖추고 있다. 또한, 링크들의 연결부에서, 연결되는 한쪽 링크의 단부 내측에 다른 한쪽의 링크의 단부가 삽입되고, 이러한 링크 단부들 사이를 채우도록 씰이 배치됨으로써, 씰이 외관으로부터 은폐되어 있다. 이것에 의해, 씰과 링크 사이로부터 물, 약액, 증기의 침입이 억제되고 있다.

여기서, 도 8 및 도 9를 이용하여, 암 본체(30)의 구동계통 및 제어계통의 구성에 관하여 설명한다. 도 8은, 암 본체(30)의 제어계통의 개략적인 구성을 나타내는 블록도 이고, 도 9는, 암 본체(30)의 구동계통의 레이아웃을 나타내는 암 본체(30)의 개략적인 단면도이다.

상기 구성의 암 본체(30)에는, 각 관절(J31 ~ J36)에 대응하여, 구동용 서보 모터(M31 ~ M36), 서보 모터(M31 ~ M36)의 회전각을 검출하는 인코더(E31 ~ E36), 그리고 서보 모터(M31 ~ M36)의 출력을 감속시켜서 토크를 증대시키는 감속기(R31 ~ R36)가 설치된다. 또한, 도 8에서는, 관절(J31 ~ J36) 중, 비틀림 관절(J31)과 비틀림 관절(J36)의 제어계통이 대표적으로 도시되고. 나머지의 관절(J33 ~ J35)의 제어계통은 생략되어 있다. 또한, 인코더(E31 ~ E36)는, 서보 모터(M31 ~ M3)의 회전위치(회전각)를 검출하는 회전위치 검출수단의 일례로서 설치되어 있으며, 인코더(E31 ~ E36)를 대신하여 리졸버(resolver) 등의 회전위치 검출수단이 이용되어도 좋다. 또한, 암 본체(30)의 구동계통의 상기 각 요소 및 이것들을 위한 배선 및 제어부는 내고온 재료로 구성되고, 멸균 처리를 위한 내열성이 갖추어져 있다.

베이스(80)와 제1 링크(81)를 연결하는 비틀림 관절(J31)에서, 제1 링크(81)의 기초 단부에 서보 모터(M31)가 설치되고, 베이스(80)의 선단부에 감속기(R31)가 설치된다. 본 실시형태에 따른 감속기(R31)는, 입력된 동력의 회전 속도를 줄이는 기어 및 그 출력을 받는 출력 기어를 포함하는 유닛 유형의 것이다. 서보 모터(M31)는, 그 출력축이 비틀림 관절(J31)의 회전축과 평행이 되도록 배치되어 있다. 인코더(E31)는 서보 모터(M31)에 부설되어 있다. 서보 모터(M31)의 출력은, 감속기(R31)에 입력된다. 감속기(R31)의 출력 기어는 제1 링크(81)에 고정되어 있으므로, 감속기(R31)로부터의 출력에 의해서 제1 링크(81)가 베이스(80)에 대해 회전한다.

또한, 제1 링크(81)와 제2 링크(82)를 연결하는 비틀림 관절(J32)에서, 제1 링크(81)의 선단부에 서보 모터(M32)가 설치되고, 제2 링크(82)의 기초 단부에 감속기(R32)가 설치되어 있다. 서보 모터(M32)는, 그것의 출력축이 비틀림 관절(J32)의 회전축과 평행이 되도록 배치되어 있다. 인코더(E32)는, 서보 모터(M32)에 부설되어 있다.

또한, 제2 링크(82)와 제3 링크(83)를 연결하는 굽힘 관절(J33)에서, 제2 링크(82)의 선단부에 감속기(R33)가 설치되고, 제3 링크(83)의 기초 단부에 서보 모터(M33)가 설치되어 있다. 서보 모터(M33)는, 그것의 출력축이 굽힘 관절(J33)의 회전축과 평행이 되도록 배치되어 있다. 인코더(E33)는, 서보 모터(M33)에 부설되어 있다.

상기와 같이 하여, 나머지의 관절(J34 ~ J36)에도 서보 모터(M34 ~ M36), 인코더(E34 ~ E36) 및 감속기(R34 ~ R36)가 배치되어 있다.

서보 모터(M31 ~ M36)는, 출력이 작고(예를 들면, 80W 정도), 경량이면서 소형의 것이 채용되어 있다. 또한, 감속기(R31 ~ R36)는, 축심 방향의 치수가 작은 편평한 형상으로서, 고감속비(예를 들면, 100이상)로 고토크를 얻을 수 있는 것이 채용되어 있다. 환자 측 시스템(1)의 암(3)에는, 일반적인 산업용 매니퓰레이터와 같은 고속 동작이 요구되지 않기 때문에, 출력이 큰 서보 모터는 필요하지 않다. 그래서 비교적 출력이 작은 서보 모터(M31 ~ M36)와 비교적 고감속비의 감속기(R31 ~ R36)를 조합시켜 사용함으로써, 필요한 토크를 확보하면서 암(3)의 경량화 및 소형화를 실현하고 있다.

게다가, 일반적인 산업용 매니퓰레이터에서는 서보 모터의 출력은 출력 기어, 감속기, 부하의 순서로 전달되는바, 본 실시형태에 따른 암(3)에서는 서보 모터의 출력은 감속기, 출력 기어, 부하의 순서로 전달된다. 이와 같이, 출력 기어에 대해 입력 측에 감속기를 배치(layout) 하는 것에 의해서도, 암(3)의 경량화 및 소형화를 실현하고 있다.

컨트롤러(6)는, 암 본체(30)의 동작을 관장하는 암 본체 제어부(602)를 포함한다. 암 본체 제어부(602)에는 서보 제어부(C31 ~ C36)가 전기적으로 접속되고, 서보 제어부(79)에는 도시되지 않은 증폭 회로 등을 통해 사보 모터(M31 ~ M36)가 전기적으로 접속되어 있다.

상기 구성에서, 조작 장치(2)에 입력된 동작 지령에 의거하여. 암 본체 제어부(602)에 암 본체(30)의 선단부의 위치자세 지령이 입력된다. 암 본체 제어부(602)는, 위치자세 지령과 인코더(E31 ~ E36)에서 검출된 회전각에 의거하여, 위치 지령 값을 생성하고 출력한다. 이 위치 지령 값을 취득한 서보 제어부(C31 ~ C36)는, 인코더(E31 ~ E36)에서 검출된 회전각 및 위치 지령 값에 의거하여 구동 지령 값(토크 지령 값)을 생성하고 출력한다. 이 구동 지령 값을 취득한 증폭 회로는, 구동 지령 값에 대응한 구동 전류를 서보 모터(M31 ~ M36)에 공급한다. 이와 같이 하여, 암 본체(30)의 선단부가, 위치자세 지령과 대응하는 위치 및 자세에 도달하도록, 각 서보 모터(M31 ~ M36)가 서보 제어된다.

[암과 플랫폼의 연결구조]

여기서, 플랫폼(5)과 암(3)의 연결구조에 관하여 설명한다.

암(3)의 베이스(80)는, 플랫폼(5)에 대해 착탈이 자유롭다. 바꾸어 말하면, 환자 측 시스템(1)으로부터, 암(3)을 통째로 분리하거나 장착하는 것이 용이하다. 본 실시형태에서는, 4개의 암(3)이 플랫폼(5)에 대해 착탈 가능하지만, 환자 측 시스템(1)이 구비하는 암(3) 중 적어도 하나가 플랫폼(5)에 대해 착탈 가능하면 된다.

환자 측 시스템(1)으로부터 분리된 암(3)은, 세정처리 및 멸균처리가 시행된 후, 제한된 횟수 내에서 재이용된다. 이와 같이 하여, 암(3)을 수술할 때마다 멸균된 청정한 것으로 교환할 수 있다. 따라서, 암(3)은 종래와 같이 멸균 드레이프로 덮이지 않고, 멸균영역에 노출되어도 된다.

도 10은, 플랫폼(5)과 암(3)의 연결구조를 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 10의 XI-XI 선에 따른 단면도이다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 암(3)의 베이스(80)의 기초 단부는 원통 형상을 띠고, 그 주위 또는 기초 단부 면에 적어도 하나의 인터페이스부(이하, 'I/F 부(801)'라고 표시하는 것이다.)를 가진다. 본 실시형태에 따른 I/F 부(801)는, 베이스(80)의 외주면에 형성된 돌기이지만, I/F 부(801)의 형태는 이것에 한정되지 않는다.

I/F 부(801)에는, 암(3)에 식별 정보 등을 부대시키기 위한 IC 태그(91)가 심어져 있다. IC 태그(91)는, IC 칩이나 안테나를 포함하고, IC 칩은 마이크로컴퓨터나 EEPROM, RAM 등을 포함한다(모두, 도시하지 않음). IC 태그(91)에는, 암(3)의 개체 식별 정보, 형식번호, 사용횟수 등이 기억된다.

또한, I/F 부(801)에는, 하나 이상의 커넥터(92)가 설치된다. 하나 이상의 커넥터(92)는, 암(3)으로 전기를 공급하는 전선의 커넥터, 암(3)과 신호를 송수신하는 통신 배선의 커넥터 등을 포함한다.

한편, 플랫폼(5)에는, 베이스(80)의 I/F 부(801)가 접속되는 장착 포트(55)가 설치된다. 본 실시형태에 따른 장착 포트(55)(매니퓰레이터 암 장착부의 일례)는, 돌기형 I/F 부(801)가 끼워 맞춤 가능한 오목부이지만, 장착 포트(55)의 형태는 이것에 한정되지 않는다.

본 실시형태에서는, 플랫폼(5)에 4개의 암(3)이 착탈 가능하게 장착되므로, 플랫폼(5)에는 적어도 4개의 장착 포트(55)가 설치되어 있다. 플랫폼(5)은, 평면에서 바라보았을 때 사각형의 인접하는 2개의 모서리를 모따기 한 것과 같은 6각형을 띠며, 그 중 연속하는 3개의 측면은 동일한 방향을 향하는 성분을 가진다. 이 3개의 측면 각각에 하나씩의 장착 포트(55)가 설치되어 있다. 또한, 플랫폼(5)의 하부가 일부 잘려나가는 것에 의해 측방을 향한 벽(59)이 형성되어 있고, 이 벽(59)에도 상기 상단의 3개의 장착 포트(55)와 마찬가지로, 하단의 3개의 장착 포트(55)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 하단의 3개의 장착 포트(55) 중의 하나가 사용되며, 나머지 2개는 비어 있다. 이와 같이 플랫폼(5)에 복수의 장착 포트(55)가 설치되어 있어, 수술할 때마다 사용할 장착 포트(55)를 선택할 수가 있다.

상기와 같이 암(3)의 베이스(80)에 설치된 I/F 부(801)와, 플랫폼(5)에 설치된 장착 포트(55)에 의해, 암(3)과 플랫폼(5)을 연결하는 커플링 기구가 구성되어 있다. 그리고 플랫폼(5)의 장착 포트(55)에 베이스(80)의 I/F 부(801)가 끼워 넣어짐으로써, 플랫폼(5)에 베이스(80)(즉, 암(3))이 장착된다.

플랫폼(5)의 장착 포트(55)에는, I/F 부(801)에 설치된 커넥터(92)와 대응하는 위치에 소켓(56)이 설치된다. I/F 부(801)와 장착 포트(55)의 연결에 따라서, 커넥터(92)와 소켓(56)이 자동으로 접속된다. 소켓(56)에는, 플랫폼(5) 및 포지셔너(7)를 구성하고 있는 중공 형상의 요소(축이나 링크 등)의 내부공간을 통해서 전선 및/또는 통신 배선이 접속되어 있다. 또한, 커넥터(92)는 암(3)의 표면에 노출되고 있어 소켓(56)과 접촉 가능하지만, 커넥터(92)가 암(3)의 표면 근방에 심어져서, 전자 유도 등에 의해서 소켓(56)과 커넥터(92)가 비접촉으로 전기적으로 접속되는 구성이 채용되어도 좋다. 또한, I/F 부(801)에 소켓(56)이 설치되고, 장착 포트(55)에 커넥터(92)가 설치되어도 좋다.

또한, 플랫폼(5)에는, 암(3)에 심어진 IC 태그(91)의 정보의 읽기와 쓰기(기억)를 수행하는 리더/라이터(reader/writer)(93)가 설치되어 있다. 이 리더/라이터(93)는, 플랫폼(5)의 각 장착 포트(55)에 대응하여 설치되어 있고, 후술하는 컨트롤러(6)로, IC 태그(91)로부터 읽어낸 정보를 출력한다. 이 리더/라이터(93)는, 플랫폼(5)에 장착된 각 암(3)의 IC 태그(91)를 개별적으로 판독하는 것이어도 좋고, 플랫폼(5)에 장착된 모든 암(3)의 IC 태그(91)를 한꺼번에 판독하는 것이어도 좋다.

또한, 플랫폼(5)과 베이스(80)에는, 플랫폼(5)으로부터 베이스(80)가 탈락하지 않도록, 플랫폼(5)에 장착된 암(3)의 장착 잠금(홀딩) 및 장착 잠금 해제(홀딩 해제)가 가능한 1세트 이상의 장착 잠금 기구(94)가 설치되어 있다. 또한, '장착 잠금'이란, 플랫폼(5)의 장착 포트(55)에 장착된 암(3)의 I/F 부(801)를 해당 장착 포트(55)에 고정하는 것을 말하고, '장착 잠금 해제'란, 그 고정을 해제하는 것을 말한다.

장착 잠금 기구(94)는, 플랫폼(5)의 장착 포트(55) 또는 그 근방에 설치된 지지체 측 걸림 결합부(94a)와, 암(3)의 I/F 부(801) 또는 그 근방에 설치된 암 측 걸림 결합부(94b)의 협동에 의해 구성되어 있다. 지지체 측 걸림 결합부(94a)와 암 측 걸림 결합부(94b) 중, 한쪽이 반대쪽과 걸어 맞춰지고, 반대쪽이 한쪽에 걸어 맞춰진다. 그리고 장착 잠금 기구(94)에서, 지지체 측 걸림 결합부(94a)와 암 측 걸림 결합부(94b)의 걸어 맞춤에 의해서 I/F 부(801)가 장착 포트(55)에 장착된 상태로 잠기고, 지지체 측 걸림 결합부(94a)와 암 측 걸림 결합부(94b)의 걸어 맞춤 해제에 의해서 I/F 부(801)가 장착 포트(55)로부터 이탈할 수 있도록 잠금이 해제된다.

상기와 같은 장착 잠금 기구(94)는, 예를 들면, 플랫폼(5)과 베이스(80) 양쪽 중 어느 한쪽에 설치된 돌기와 다른 한쪽에 설치된 고리 부착 레버, 양쪽 중 어느 한쪽에 설치된 오목부와 다른 한쪽에 설치된 맞물림 조(爪), 양쪽 중 어느 한쪽에 설치된 오목부와 다른 한쪽에 설치된 볼 플런저(ball plunger)로 이루어지는 군(君)에서 선택된다. 혹은, 장착 잠금 기구(94)는, 그 밖의 공지의 장착 잠금 기구여도 좋다. 다만, 장착 잠금 기구(94)는, 볼트·너트 등 장착 잠금/장착 잠금 해제에 공구를 사용하는 것이 아니라, 원터치 조작으로 장착 잠금/장착 잠금 해제할 수 있는 것이 바람직하다.

도 12는, 플랫폼(5)에 장착된 암(3)을 관리하기 위한 구성을 나타내는 블록도 이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(6)는, 플랫폼(5)에 장착된 암(3)을 관리하기 위한 암 관리부(관리 장치)(603)를 포함한다. 암 관리부(603)에는, 리더/라이터(93)가 전기적으로 접속되어 있다.

암 관리부(603)는, 플랫폼(5)으로부터 암(3)으로의 전원공급에 따라서, 커넥터(92)와 소켓(56)이 접속된 것을 검출한다. 플랫폼(5)으로부터 암(3)으로의 전원공급은, 예를 들면, 소켓(56)까지의 전선 또는 통신 배선에 설치한 전류 검출 센서(검출 센서(57))로부터의 검출 신호에 의거하여 검출할 수 있다. 커넥터(92)와 소켓(56)의 접속은, 즉, 장착 포트(55)에 I/F 부(801)가 정상적으로 장착되어 있다는 것을 의미한다. 즉, 플랫폼(5)으로부터 암(3)으로의 전원공급의 유무에 의거하여, 장착 포트(55)에 장착된 암(3)의 유무를 검출할 수 있다. 이와 같이 하여, 암 관리부(603)는, 플랫폼(5)이 구비하는 각 장착 포트(55)에 대해서 암(3)이 장착된 것을 검지할 수가 있다.

다만, 장착 포트(55)에 장착된 암(3)의 유무를 검출하기 위해, 접촉식 또는 비접촉식 물체 검출 센서(도시하지 않음)를 플랫폼(5)에 설치하여도 좋다. 이 경우, 암 관리부(603)는, 이 검출 센서로부터의 검출 신호에 의거하여 장착 포트(55)에 암(3)이 장착된 것을 검출한다.

암 관리부(603)는, 장착 포트(55)에 암(3)이 장착된 것을 검출하면, 리더/라이터(93)에 읽음 동작을 하게 하여, 리더/라이터(93)가 IC 태그(91)로부터 판독한 정보에 의거하여, 플랫폼(5)에 접속되어 있는 각 암(3)의 개체 식별 정보, 형식번호 정보(종류), 사용횟수 정보 등을 취득한다. 암 관리부(603)는, 취득한 각 정보를, 그 암(3)이 장착된 플랫폼(5) 상의 장착 위치 정보(즉, 장착 포트(55))에 연결하여 일시적으로 기억한다. 또한, 복수의 장착 포트(55)는 각각 식별되어 있다.

또한, 조작 장치(2)를 통해, 컨트롤러(6)에는 미리 수술 정보가 입력되고 설정(기억)되어 있다. 이 수술 정보에는, 수술에서 사용되는 복수의 암(3)의 조합이 포함되어 있다.

암 관리부(603)는, 리더/라이터(93)로부터 취득한 정보에 포함되는 개체 식별 정보의 조합이, 상기 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있는지 아닌지를 판단한다. 암 관리부(603)는, 조합이 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있지 않으면, 컨트롤러(6)에 접속된 경고기(605)를 통해서 경고를 출력한다. 또한, 경고기(605)는, 빛, 소리 및 이미지 중 하나 이상에 의해서 수술자(O)에 대해 경고하는 것이다. 이와 같이 하여, 암 관리부(603)는, 적절한 암(3)이 장착되도록, 플랫폼(5)에 장착되는 암(3)을 관리하고 있다.

상기 수술 정보에는, 수술에서 사용될 암(3)의 개체 식별 정보와 해당 암(3)이 장착되어야 할 플랫폼(5)의 장착 위치(즉, 장착 포트(55))와의 조합에 관련된 정보가 포함되어 있어도 좋다.

이 경우, 암 관리부(603)는, 리더/라이터(93)로부터 취득한 정보에 포함되는 개체 식별 정보와, 그것에 관련지어져서 기억된 플랫폼(5)상의 장착 위치 정보(즉, 장착 포트(55))와의 조합이, 상기 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있는지 아닌지를 판단한다. 암 관리부(603)는, 조합이 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있지 않으면, 컨트롤러(6)에 접속된 경고기(605)를 통해서 경고를 출력한다. 이와 같이 하여, 암 관리부(603)는, 암(3)이 플랫폼(5)상의 적절한 위치에 장착되도록, 또한, 각 장착 포트(55)에 적절한 암(3)이 장착되도록, 플랫폼(5)에 장착되는 암(3)을 관리하고 있다.

또한, 수술 정보에는, 수술에서 사용되는 암(3)의 형식번호 정보와, 그 암(3)이 장착되어야 할 플랫폼(5)상의 장착 위치(즉, 장착 포트(55))의 조합에 관련된 정보가 포함되어 있어도 좋다.

이 경우, 암 관리부(603)는, 리더/라이터(93)로부터 취득한 정보에 포함되는 형식번호 정보와, 그것에 관련된 장착 위치(장착 포트(55))의 조합이, 상기 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있는지 아닌지를 판단하고, 조합이 수술 정보로서 설정된 것과 대응하고 있지 않으면, 컨트롤러(6)에 접속된 경고기(605)를 통해서 경고를 출력하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 암(3)은 형식번호에 의해 종류(카메라 암(3A), 인스트루먼트 암(3B))나 구조(링크의 길이, 자유도 등) 등이 다르다. 상기에서는 IC 태그(91)에 형식번호 정보가 기억되어 있지만, 기억장치(604)가 개체 식별 정보에 관련지어져서 형식번호 정보가 기억된 형식번호 기억부를 포함하고, 암 관리부(603)가 개체 식별 정보에 의거하여 형식번호 기억부로부터 대응하는 형식번호 정보를 읽어내어, 그 형식번호 정보가 상기 처리에서 IC 태그(91)로부터 읽어낸 형식번호 정보에 대신하여 사용되어도 좋다.

컨트롤러(6)의 기억장치(604)는, 개체 식별 정보에 관련된 사용제한횟수가 기억된 사용제한횟수 기억부를 포함하고 있다. 암 관리부(603)는, IC 태그(91)로부터 취득한 개체 식별 정보에 의거하여, 이것에 대응하는 사용제한횟수를 기억장치(604)로부터 읽어내고, 사용제한횟수와 취득한 사용횟수 정보와 비교한다. 암 관리부(603)는, 사용횟수 정보가 사용제한횟수를 초과하고 있으면, 컨트롤러(6)에 접속된 경고기(605)를 통해서 경고를 출력한다. 이와 같이 하여, 암 관리부(603)는, 암(3)이 그 사용제한횟수를 초과하여 사용되는 일이 없도록 암의 사용횟수를 관리한다. 또한, 암(3)은 소모품으로서, 사용제한횟수의 사용을 마친 암(3)은 폐기된다.

또한, 암 관리부(603)는, IC 태그(91)로부터 취득한 사용횟수 정보에 '1'을 더한 새로운 사용횟수 정보를 IC 태그(91)에 기록하도록, 리더/라이터(93)를 동작시킨다. 이 결과, 암(3)의 IC 태그(91)는 자신의 사용횟수에 관련된 정보를 보유한다. 따라서, 암(3)을, 다른 환자 측 시스템(1) 간에 공용하는 것이 가능하다.

또한, 상기에서는, 암(3)의 사용횟수 정보를 암(3) 자신이 보유하고 있으나, 암(3)의 사용횟수 정보가, 컨트롤러(6)의 기억장치(604)에 기억되어 있어도 좋다. 이 경우, 리더/라이터(93)를 대신하여, 읽기 기능만을 가진 리더가 이용되어도 좋다. 그리고 암 관리부(603)는, 리더가 IC 태그(91)에서 읽어낸 개체 식별 정보에 의거하여 기억장치(604)로부터 대응하는 사용횟수 정보를 읽어내어, 상기의 처리에 이용하여도 좋다.

이상으로, 플랫폼(5)과 암(3)의 연결구조의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 상기 플랫폼(5)과 암(3)의 연결구조는 예를 들면, 이하와 같이 변경할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 플랫폼(5)에는 6개의 장착 포트(55)가 설치되고, 이 장착 포트(55)들 중 4개에 암(3)이 연결되어 있다. 이와 같이, 복수의 장착 포트(55) 중 비어있는 장착 포트(55)가 있어도 좋다. 또한, 플랫폼(5)에는, 5개 이상의 장착 포트(55)가 설치되고, 수술 내용에 대응한 적절한 위치의 장착 포트(55)가 선택적으로 사용되어도 좋다.

또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는 암(3) 자신에게 정보를 보유시키기 위해, 암(3)에 IC 태그(91)를 설치하고 있다. 다만, IC 태그(91)는, 암(3)에 설치된 정보 유지 수단의 일례로서, IC 태그(91)를 대신하여 또는 더하여, 다른 정보 유지 수단을 이용하여도 좋다. 예를 들면, 암(3)에 바코드를 설치하고, 플랫폼(5)에 바코드 리더를 설치하여도 좋다. 또한, 예를 들면, 암(3)에 요철 등의 형상 기호를 설치하고, 플랫폼(5)에 형상 기호를 판독하는 리더를 설치하여도 좋다.

또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 암(3)의 베이스(80)의 I/F 부(801)에 커넥터(92)가 설치되고, 플랫폼(5)의 장착 포트(55)에 소켓(56)이 설치되지만, 커넥터(92) 및 소켓(56)이 생략되어도 좋다. 이 경우, 암(3)에는, I/F 부(801) 이외의 장소에 전력 공급을 위한 전선 및/또는 통신을 위한 배선이 접속된다.

또한, 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 암(3)(특히, 암 본체(30))의 구동계통은 모두 자신에게 탑재되어 있지만, 암 본체(30)의 구동계통 중 일부가 플랫폼(5)에 설치되어도 좋다. 예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 베이스(80)와 제1 링크(81)를 연결하는 비틀림 관절(J31)에서, 이 비틀림 관절(J31)을 구동하는 서보 모터(M31)가 플랫폼(5)에 설치되어도 좋다.

도 13에 나타낸 예에서는, 플랫폼(5)에 서보 모터(M31)가 내장되고, 서보 모터(M31)의 출력축(96)의 주위에는 암컷 커플러 형상의 장착 포트(55)가 설치되어 있다. 한편, 암(3)의 제1 링크(81)의 기초 단부에 감속기(R31)의 출력부가 고정되고, 베이스(80)의 기초 단부가 장착 포트(55)와 대응하는 수컷 커플러 형상의 I/F 부(801)가 되며, 이 베이스(80) 내에 감속기(R31)로 동력을 입력하는 입력축(95)이 설치되어 있다. 입력축(95)은, 암(3)의 동력 계통으로 동력을 전달하는 입력축이다. 그리고 서보 모터(M31)의 출력축(96)과, 감속기(R31)로의 입력축(95) 사이에는, 올덤 커플링(oldham's coupling) 등의 축 이음(97)이 설치되어 있다. 상기 구성에서, 플랫폼(5)의 장착 포트(55)에 암(3)의 I/F 부(801)가 삽입되면, 플랫폼(5)과 암(3)이 연결됨과 함께, 서보 모터(M31)의 출력축(96)과 감속기(R31)로의 입력축(95)이 동력전달 가능하게 연결된다.

[병진 암의 구성예]

도 7에 나타낸 바와 같이, 병진 암(35)은, 병진 암(35)의 선단부에 장착된 홀더(36)를 기준 방향(D)으로 병진 이동시킴으로써, 홀더(36)에 장착된 인스트루먼트(42)를 샤프트(43)의 연장 방향으로 병진 이동시키는 기구이다.

도 14는, 암 본체(30)의 선단부 및 병진 암(35)의 구성예를 나타내는 부분 단면도이다. 도 7 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 병진 암(35)은, 기단측(기초단부 측) 링크(61)와, 선단측 링크(62)와, 기단측 링크(61)와 선단측 링크(62)를 연결하는 제1 연결축(63) 및 제2 연결축(66)과, 연동 기구(64)를 가진다. 또한, 병진 암(35)의 선단부, 즉, 선단측 링크(62)의 선단부에는, 회동축(68)이 설치되어 있다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 병진 암(35)의 구동원은, 암 본체(30)의 선단의 링크, 즉, 제6 링크(86)에 설치되어 있다. 구체적으로는, 제6 링크(86)의 선단부에, 제1 병진 암 구동축(37)과, 제2 병진 암 구동축(38)과, 제1 병진 암 구동축(37)을 회동시키는 병진 암 구동부(47)와, 제2 병진 암 구동축(38)을 회동시키는 병진 암 회전 구동부(48)가 설치되어 있다.

제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)은, 기초 단부가 암 본체(30)의 선단부에 기준 방향(D)과 직교하는 제1 축선(L1) 주위로 회동 가능하게 장착되어 있다. 그리고 제2 병진 암 구동축(38)은, 기초 단부가 암 본체(30)의 내외 환경을 차단하는 씰을 구비하는 씰 베어링(30b)을 통해 암 본체(30)에 홀딩 되어 있다. 그리고 제2 병진 암 구동축(38)은, 중공의 통 형상으로 형성되고, 제1 병진 암 구동축(37)은, 제2 병진 암 구동축(38)의 내부에 중첩 상자 모양으로 배치되어 있다. 따라서, 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)은, 동일한 축선 주위로 회동하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서, 제1 축선(L1)은, 암 본체(30)의 선회 축선(Lp)(도 7 참조)을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로 연장되도록 구성되어 있다. 즉, 제1 축선(L1)은, 도 7에서 깊이 방향으로 연장되어 있다. 그리고 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)은, 암 본체(30)의 선단부로부터 돌출되어, 병진 암(35)의 기단측 링크(61)에 연결되어 있다. 즉, 암 본체(30) 및 병진 암(35)은, 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)을 통해 연결되어 있다. 제1 병진 암 구동축(37)은, 제2 병진 암 구동축(38)과의 차동(差動, differential)에 의해 병진 암(35)을 동작시키는 구동축이며, 제2 병진 암 구동축(38)은, 제1 병진 암 구동축(37)과의 차동에 의해 병진 암(35)을 제1 축선(L1) 주위로 회동시키는 구동축이다.

그리고 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)은, 별개의 구동부에 의해서 각각 독립적으로 회동하도록 구성되어 있다. 즉, 제1 병진 암 구동축(37)은, 병진 암 구동부(47)의 출력축(47a)에 연결되어, 병진 암 구동부(47)의 출력축(47a)의 회전에 의해 회전한다. 또한, 제2 병진 암 구동축(38)은, 병진 암 회전 구동부(48)의 출력축(48a)에 연결되어, 병진 암 회전 구동부(48)의 출력축(48a)의 회전에 의해 회전한다. 이 구동부들은, 예를 들면 서보 모터이다. 따라서, 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)의 제1 축선(L1) 주위의 각도 위치를 서로 독립적으로 제어 가능하게 구성되어 있다.

기단측 링크(61)는, 제1 축선(L1) 주위로 회동 가능하게 기초 단부가 암 본체(30)의 선단부(30a)에 이어져 있다. 또한, '이어진다'란, 2개의 것이 직접 접속되어 있을 경우뿐만 아니라. 2개의 것 사이에 다른 것이 개재하여, 간접적으로 접속되어 있을 경우도 포함할 경우도 의미하는 것으로 한다. 그리고 기단측 링크(61)는, 퇴피 각도 위치(P1)(도 15 참조)와, 퇴피 각도 위치(P1)보다 기준 방향(D)에서 제1 축선(L1)으로부터 멀어지는 쪽에 기단측 링크(61)의 선단부가 위치하는 진출 각도 위치(P2)(도 15 참조)를 포함하는 범위에서 회동하도록 구성되어 있다. 기단측 링크(61)는 중공이다. 그리고 기단측 링크(61)의 기초 단부에 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)의 선단부가 삽입관통되고, 외측에 위치하는 제2 병진 암 구동축(38)은, 내외 공간을 차단하는 씰을 구비하는 씰 베어링(61a)을 통해서 기단측 링크(61)에 홀딩 되어 있다. 그리고 기단측 링크(61)에 제1 병진 암 구동축(37)의 선단부가 고정되어 있다. 따라서, 병진 암 구동부(47)의 출력축(47a)의 회전에 의해 제1 병진 암 구동축(37)이 회전하고, 또한 제1 병진 암 구동축(37)의 회전에 의해서, 기단측 링크(61)가 제1 축선(L1) 주위로 회동하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 기단측 링크(61)는, 암 본체(30)의 선단부(30a)에 장착되어 있다.

선단측 링크(62)는, 축선(L1)과 평행하게 연장되는 제2 축선(L2) 주위로 회동 가능하게 기초 단부가 기단측 링크(61)의 선단부에 이어져 있다. 그리고 선단측 링크(62)는, 축폐(縮閉) 각도 위치(P3)(도 15 참조)와, 축폐 각도 위치(P3)보다 기단측 링크(61)와 이루는 모서리의 각도가 큰 확개(擴開) 각도 위치(P4)를 포함하는 범위에서 회동하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 기단측 링크(61) 및 선단측 링크(62)는, L-자형으로 꺾인 자세를 취하도록 구성되어 있다. 선단측 링크(62)는 중공이다. 제1 연결축(63)은, 기초 단부가 기단측 링크(61)의 선단부에 고정되고, 선단부가 제2 축선(L2) 주위로 회동 가능하게 선단측 링크(62)의 기초 단부에 장착되어 있다. 그리고 제2 연결축(66)은, 기초 단부가 기단측 링크(61)의 내외 공간을 차단하는 씰을 구비하는 씰 베어링(61b)을 통해 기단측 링크(61)에 제2 축선(L2) 주위로 회동 가능하게 장착되고, 선단부가 선단측 링크(62)의 기초 단부에 고정되어 있다. 그리고 제2 연결축(66)은, 중공의 통 형상으로 형성되고, 제1 연결축(63)은, 제2 연결축(66)의 내부에 중첩 상자 모양으로 배치되어 있다. 따라서, 제1 연결축(63) 및 제2 연결축(66)은, 동일한 축선 주위로 회동하도록 구성되어 있다. 그리고 병진 암(35)은, 기단측 링크(61)의 기초 단부와 선단측 링크(62)의 선단부를 연결하는 가상의 직선(L)(도 15 참조)이 기준 방향(D)을 향하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 선단측 링크(62)의 기초 단부는, 기단측 링크(61)의 선단부에 장착되어 있다.

회동축(68)은, 기초 단부가, 제1 축선(L1) 및 제2 축선(L2)과 평행하게 연장되는 제3 축선(L3) 주위로 회동 가능하게 선단측 링크(62)의 선단부에 장착되고, 선단부가 홀더(36)에 고정되어 있다. 회동축(68)은, 선단측 링크(62)의 내외 공간을 차단하는 씰을 구비하는 씰 베어링(62a)을 통해 선단측 링크(62)의 선단부에 홀딩 되어 있다. 본 실시형태에서, 병진 암(35)은, 암 본체(30)의 선단부(30a)로부터 기준 방향(D)에서 홀더(36)에 홀딩 된 인스트루먼트(42)의 샤프트(43)의 기초 단부로부터 선단부를 향하는 쪽에 위치하도록 배치되어 있다. 회동축(68)의 축선(제3 축선(L3))과 제1 연결축(63) 및 제2 연결축(66)의 축선(제2 축선(L2))과의 거리는, 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)의 축선(제2 축선(L2))과 제1 연결축(63) 및 제2 연결축(66)의 축선(제1 축선(L1))의 거리와 동일하게 구성된다.

연동 기구(64)는, 기단측 링크(61)의 퇴피 각도 위치(P1)(도 15 참조)로부터 진출 각도 위치(P2)(도 15 참조)를 향하는 회동 동작에 연동하여 선단측 링크(62)를 축폐 각도 위치(P3)(도 15 참조)로부터 확개 각도 위치(P4)(도 15 참조)를 향해서 회동시킴과 더불어, 기단측 링크(61)의 진출 각도 위치(P2)(도 15 참조)로부터 퇴피 각도 위치(P1)(도 15 참조)를 향하는 회동 동작에 연동하여 선단측 링크(62)를 확개 각도 위치(P4)(도 15 참조)로부터 축폐 각도 위치(P3)(도 15 참조)를 향해서 회동시키는 기구이다. 즉, 선단측 링크(62)는, 병진 암 구동부(47)의 구동력이 연동 기구(64)에 의해서 전달되는 것에 의해 회동하도록 구성되어 있다. 또한, 연동 기구(64)는, 선단측 링크(62)의 선단부를 기준 방향(D)으로 직진 동작시키도록 구성되어 있다. 이하에, 연동 기구(64)의 일례로서 타이밍 벨트를 이용한 기구를 예시한다.

본 실시형태에서, 연동 기구(64)는, 2쌍의 풀리(제1 풀리(65a)·제2 풀리(65b), 제3 풀리(65c)·제4 풀리(65d))와, 각 쌍의 풀리에 걸쳐진 2개의 환형 타이밍 벨트(제1 벨트(67a), 제2 벨트(67b))를 포함한다.

제1 풀리(65a)는, 제2 병진 암 구동축(38)의 선단부에 고정되고, 기단측 링크(61)의 내부공간 중 기초 단부 측 부분에 위치되어 있다. 따라서, 제1 풀리(65a)는 제1 축선(L1) 주위로 회동 가능하게 구성되어 있다.

제2 풀리(65b)는, 제1 풀리(65a)와 쌍을 이루어, 제2 연결축(66)의 기초 단부에 고정되고, 기단측 링크(61)의 내부공간 중 선단 측 부분에 위치되어 있다. 따라서, 제2 풀리(65b)는, 제2 축선(L2) 주위로 회동 가능하게 구성되어 있다. 그리고 제1 풀리(65a) 및 제2 풀리(65b)에 제1 벨트(67a)가 걸쳐져 있다. 따라서, 제2 풀리(65b)는, 제1 풀리(65a)의 주위를 공전하는 것에 의해서 회동(자전)하도록 구성되어 있다. 제1 풀리(65a)의 지름과 제2 풀리(65b)의 지름의 비율인 풀리 비는 2:1이다.

제3 풀리(65c)는, 제1 연결축(63)의 선단부에 고정되고, 선단측 링크(62)의 내부공간 중 기초 단부 측 부분에 위치되어 있다. 따라서, 제3 풀리(65c)는, 제2 축선(L2) 주위로 회동 가능하게 구성되어 있다.

제4 풀리(65d)는, 제3 풀리(65c)와 쌍을 이루어, 회동축(68)의 기초 단부에 고정되고, 선단측 링크(62)의 내부공간 중 선단 측 부분에 위치되어 있다. 따라서, 제4 풀리(65d)는, 제3 축선(L3) 주위로 회동 가능하게 구성되어 있다. 그리고 제3 풀리(65c) 및 제4 풀리(65d)에, 제2 벨트(67b)가 걸쳐져 있다. 따라서, 제4 풀리(65d)는, 제3 풀리(65c)의 주위를 공전하는 것에 의해서 회동(자전)하도록 구성되어 있다. 제3 풀리(65c)의 지름과 제4 풀리(65d)의 지름의 비율인 풀리 비는 1:2이다. 병진 암(35)의 구동은, 조작 장치(2)에 입력된 동작 지령에 의거하여, 컨트롤러(6)가 제1 병진 암 구동축(37) 및 제2 병진 암 구동축(38)을 제어하는 것에 의해 수행된다.

도 15는, 병진 암(35)의 동작 예를 나타내는 도면이다.

이하에, 도 15를 참조하면서 병진 암(35)의 동작 예를 설명한다.

제1 병진 암 구동축(37)을 제2 병진 암 구동축(38)에 대해서 차동시키고, 제2 병진 암 구동축(38)에 대해서 R1 방향으로 α각도 회전시키면, 기단측 링크(61)는, 퇴피 각도 위치(P1)로부터 진출 각도 위치(P2)를 향해서 α각도 회동한다. 이것에 의해, 제2 풀리(65b)는, 제1 축선(L1) 주위로 공전한다. 그리고 제1 풀리(65a) 및 제2 풀리(65b)는, 제1 벨트(67a)에 의해서 연결되어 있으므로, 제2 풀리(65b)는, 제1 풀리(65a)에 대해서 기단측 링크(61)의 회전 방향과 반대 방향으로 자전하여, 제1 풀리(65a)와 제2 풀리(65b)의 위상이 변화한다. 그리고 그 각도 변위는, 그 풀리 비에 따라 －2α각도가 된다. 그리고 제2 풀리(65b)가 회전하면, 제2 풀리(65b)가 고정되어 있는 제2 연결축(66)이 회전하여, 제2 연결축(66)에 고정되어 있는 선단측 링크(62)가 축폐 각도 위치(P3)로부터 확개 각도 위치(P4)를 향해서 －2α각도 회전한다. 이것에 의해, 선단측 링크(62)의 선단부는, 기단측 링크(61)의 기초 단부와 선단측 링크(62)의 선단부를 잇는 가상의 직선(L) 상을 이동한다. 그리고 상술한 바와 같이, 이 가상의 직선은 기준 방향(D)을 향하도록 구성되어 있으므로, 선단측 링크(62)의 선단부는, 기준 방향(D)에서, 제1 축선(L1)으로부터 멀어지는 쪽으로 이동한다. 또한, 상기 풀리 비의 구성으로부터, 선단측 링크(62)의 선단부는, 기준 방향(D)으로 직진 동작한다. 이것에 의해, 슬리브(110)에 삽입한 인스트루먼트(42)를 원활하게 기준 방향(D)로 움직일 수가 있다.

또한, 제1 병진 암 구동축(37)과 제2 병진 암 구동축(38)을 동기시켜서 회동하는 것에 의해, 암 본체(30)에 대해 병진 암(35) 전체를 제1 축선(L1) 주위로 선회시킬 수 있다. 이것에 의해, 기준 방향(D)의 방향을 변경할 수 있고, 선단측 링크(62)의 선단부가 직진 동작하는 방향을 제1 축선(L1) 주위로 변경할 수가 있다. 또한, 제2 병진 암 구동축(38) 및 병진 암 회전 구동부(48)를 설치하지 않고, 제1 풀리(65a)를 암 본체(30)의 선단부(30a)에 고정하고, 암 본체(30)의 선단부를 이동시키는 것에 의해 병진 암(35) 전체를 제1 축선(L1) 주위로 선회시켜도 좋다.

그리고 선단측 링크(62)의 회전에 의해서, 제4 풀리(65d)는, 제2 축선(L2) 주위로 공전한다. 제1 연결축(63)에 의해서 기단측 링크(61)의 선단부에 고정되어 있는 제3 풀리(65c)의 각도 위치는 선단측 링크(62)의 회동에 의해 변화하지 않고, 또한, 제3 풀리(65c) 및 제4 풀리(65d)는, 제2 벨트(67b)에 의해서 연결되어 있으므로, 제4 풀리(65d)는, 제3 풀리(65c)에 대해서 선단측 링크(62)의 회전 방향과 반대방향으로 자전하여, 제3 풀리(65c)와 제4 풀리(65d)의 위상이 변화한다. 그리고 그 각도 변위는, 그 풀리 비에 따라 α각도가 된다. 그리고 제4 풀리(65d)가 회전하면, 제4 풀리(65d)에 고정되어 있는 회동축(68)이 회전하여, 회동축(68)에 고정되어 있는 홀더(36)가 제3 축선(L3) 주위로 α각도 회전한다. 이에 따라, 홀더(36)는, 암 본체(30)에 대한 자세를 유지하면서, 기준 방향(D)에서 제1 축선(L1)으로부터 멀어지는 쪽으로 이동한다.

마찬가지로, 제1 병진 암 구동축(37)을 제2 병진 암 구동축(38)에 대해서 차동시키고, R2(R1과 반대 방향) 방향으로 회전시키면, 기단측 링크(61)가 진출 각도 위치(P2)로부터 퇴피 각도 위치(P1)를 향해서 회동하고, 선단측 링크(62)가 확개 각도 위치(P4)로부터 축폐 각도 위치(P3)를 향해서 회동한다. 이에 따라, 홀더(36)는, 암 본체(30)에 대한 자세를 유지하면서, 기준 방향(D)에서, 제1 축선(L1)에 가까워지는 쪽으로 이동한다.

이와 같이, 병진 암(35)은, 기단측 링크(61)가 퇴피 각도 위치(P1)에 위치함과 더불어, 선단측 링크(62)가 축폐 각도 위치(P3)에 위치하는 절첩(折疊) 상태와, 기단측 링크(61)가 진출 각도 위치(P2)에 위치함과 더불어, 선단측 링크(62)가 확개 각도 위치(P4)에 위치하는 신장 상태 사이에서 천이함으로써, 인스트루먼트(42)를 기준 방향(D)으로 이동(진퇴이동, 왕복이동)시킬 수가 있다. 따라서, 직동 관절에 의해서 홀더(36)를 기준 방향(D)으로 이동시키는 구성과 비교하여, 기준 방향(D)에서의 암(3)의 치수를 콤팩트하게 구성할 수가 있다.

또한, 병진 암(35)은, 암 본체(30) 및 홀더(36)와 회동 관절에 의해서 접속되고, 또한, 병진 암(35)을 구성하는 링크, 즉, 기단측 링크(61) 및 선단측 링크(62)도 회전 관절에 의해서 접속되어 있다. 따라서, 암의 내부공간의 외부 공간으로의 노출 부분을 줄일 수 있으므로, 암의 내부공간에서 발생한 먼지, 잡균 등이 외부 공간으로 비산하는 것을 효과적으로 억제할 수가 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 회전 관절에 씰 베어링을 사용하는 것에 의해, 암의 내부공간에서 발생한 먼지, 잡균 등이 외부 공간으로 비산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 수술실의 오염을 효과적으로 방지할 수가 있다.

또한, 연동 기구(64)가 기단측 링크(61)의 회동 동작에 연동하여 선단측 링크(62)를 회동시키도록 구성되어 있으므로, 선단측 링크(62)만을 회동시키는 구동부를 생략할 수 있어, 병진 암(35)의 구성을 간소화할 수가 있다.

또한, 연동 기구(64)의 일례로서 타이밍 벨트를 이용한 기구를 예시하였으나, 이 기구에 한정되는 것이 아니고, 이것에 대신하여, 예를 들면, 기어 트레인(gear train)을 포함하는 기구를 이용하여도 좋고, 공지의 링크 구조를 이용하여도 좋다. 또한, 기단측 링크(61) 및 선단측 링크(62)가 별개로 설치된 구동부의 구동력에 의해서 각각 회동하도록 구성되어 있어도 좋다.

[병진 암 변형예 1]

도 18은, 병진 암의 변형예 1을 나타내는 도면이다. 상기 실시형태에서, 병진 암(35)은, 암 본체(30)의 선단부(30a)로부터 기준 방향(D)에서 홀더(36)에 홀딩 된 인스트루먼트(42)의 샤프트(43)의 기초 단부로부터 선단부를 향하는 쪽에 위치하도록 배치되어 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 이것에 대신하여, 병진 암(335)은, 암 본체(30)의 선단부(30a)로부터 기준 방향(D)에서 홀더(36)에 홀딩 된 인스트루먼트(42)의 샤프트(43)의 선단부로부터 기초 단부를 향하는 쪽에 위치하도록 배치되어 있어도 좋다.

[병진 암의 변형예 2]

도 19는, 병진 암의 변형예 2를 나타내는 도면이다. 상기 실시형태에서, 병진 암(35)은, 기단측 링크(61)의 선단부에 선단측 링크(62)의 기초 단부가 장착되어 있는 구성을 예시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 이것에 대신하여, 이하와 같이 구성되어 있어도 좋다.

즉, 병진 암(435)은, 기단측 링크(61)와 선단측 링크(62) 사이에 제1 중간 링크(461) 및 제2 중간 링크(462)를 가지는 중간 링크 유닛(460)이 개재하도록 구성되어 있다. 또한, 병진 암(435)은, 기단측 링크(61)와 제1 중간 링크(461)를 연결하는 제1 연결축(463a)과, 제1 중간 링크(461)와 제2 중간 링크(462)를 연결하는 제2 연결축(463b)과, 제2 중간 링크(462)와 선단측 링크(62)를 연결하는 제3 연결축(463c)을 가진다.

그리고 도시하지 않은 병진 암(435)의 연동 기구는, 기단측 링크(61)의 퇴피 각도 위치(P1)로부터 진출 각도 위치(P2)를 향하는 회동 동작에 연동하여, 기단측 링크(61)와 제1 중간 링크(461)가 이루는 관절의 각도가 커지도록 제1 중간 링크(461)를 제1 연결축(463a)의 축선 주위로 회동시킴과 함께, 제1 중간 링크(461)와 제2 중간 링크(462)가 이루는 관절의 각도가 커지도록 제2 중간 링크(462)를 제2 연결축(463b)의 축선 주위로 회동시키며, 그와 함께 제2 중간 링크(462)와 선단측 링크(62)가 이루는 관절의 각도가 커지도록 선단측 링크(62)를 제3 연결축(463c)의 축선 주위로 회동시키도록 구성되어 있다.

이것에 의해, 인스트루먼트(42)의 이동거리를 크게 할 수가 있다. 또한, 병진 암(35)의 폭 치수(W), 즉, 기준 방향(D) 및 제1 축선(L1)과 직교하는 방향에서의 병진 암(35)의 치수를 작게 할 수가 있다.

[요동기구의 구성예]

도 7에 나타낸 바와 같이, 암(3)은, 요동기구(46)를 구비하고 있다. 요동기구(46)는, 암(3)과 엔드이펙터(44) 사이에 개재되고, 기준 방향(D)을 중심으로 하는 지름 방향으로 샤프트(43)의 선단부 및 엔드 이펙터(44)를 요동시키는 기구이다.

요동기구(46)는, 예를 들면 샤프트(43)의 중간부에 설치되어 있다. 즉, 샤프트(43)는, 기단측 부재(43a)와, 선단측 부재(43b)로 분할되어 있고, 그 사이에 요동기구(46)가 개재하도록 설치되어 있다. 이하에, 요동기구(46)의 일례로서 회전 2-자유도를 가지는 자재(自在) 이음(universal joint)를 이용한 기구를 예시한다.

도 16은, 요동기구(46)의 구성예를 나타내는 도면이다.

요동기구(46)는, 제1 부재(46a), 제2 부재(46b) 및 제3 부재(46c)를 가진다. 제1 부재(46a)는, 기단측 부재(43a)에 고정되어 있다. 제2 부재(46b)는, 제1 부재(46a)와 기준 방향(D)과 직교하는 제1방향(D1)으로 연장되는 제1 회동축(46d)에 의해서 연결되고, 제1 회동축(46d)의 축선 주위로 회동 가능하게 제1 부재(46a)에 장착되어 있다. 제3 부재(46c)는, 제2 부재(46b)와 제1방향(D1)과 직교하는 제2방향(D2)으로 연장되는 제2 회동축(46e)에 의해서 연결되고, 제2 회동축(46e)의 축선 주위로 회동 가능하게 제2 부재(46b)에 장착되어 있다.

도 17은, 요동기구(46)의 동작 예를 나타내는 도면이다.

이하에, 도 17을 참조하면서, 요동기구(46)의 동작 예를 설명한다.

인스트루먼트(42)의 엔드 이펙터(44)가 환자(P)의 체표(體表)의 절개부에 유치한 슬리브(110)를 통해서 환자(P)의 체내에 도입되고, 도 17에서 점선으로 나타낸 초기 상태에서는, 기준 방향(D)으로 슬리브(110)가 위치하고 있다.

다음으로, 암(3)이 홀더(36)를 기준 방향(D)과 교차하는 방향으로 이동시키면, 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)는 슬리브(110)를 중심으로 요동하고, 샤프트(43)의 선단부 및 엔드 이펙터(44)는, 홀더(36)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동한다. 또한, 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)가 요동하면, 샤프트(43)가 삽입관통되어 있는 슬리브(110)는, 선단측 부재(43b)의 연장 방향을 향하도록 선단측 부재(43b)와 함께 요동한다.

이때, 기단측 부재(43a)의 축선상으로부터 슬리브(110)가 벗어나면, 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)의 연장 방향과 슬리브(110)의 삽통공 방향이 일치하도록 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)가 기단측 부재(43a)의 축선을 중심으로 하는 지름 방향, 즉, 기준 방향(D)을 중심으로 하는 지름 방향으로 요동한다. 이것에 의해, 환자(P)가 유치한 슬리브(110)가 홀더(36)의 이동 방향으로 견인되는 것을 방지할 수 있고, 환자(P)의 절개부에 주는 데미지를 완화할 수가 있다.

[요동기구 변형예 1]

도 20은, 요동기구 변형예 1을 나타내는 도면이다. 요동기구는, 볼 조인트를 이용한 기구여도 좋다.

즉, 요동기구(246)는, 구면(球面) 형상의 자유단을 가지며, 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)의 기초 단부에 장착된 볼(ball) 부(246a)와, 팔 모양으로 형성되고, 샤프트(43)의 기단측 부재(43a)의 선단부에 장착된 소켓(246b)을 가진다. 소켓(246b)의 내주면은 대략 반구면(半球面)을 형성하고 있다. 이 소켓(246b)의 내주면의 형상은, 볼 부(246a)의 외주면의 형상과 대략 동일하게 형성되어 있다. 이것에 의해, 볼 부(246a)의 외주면과 소켓(246b)의 내주면이 구면 짝을 이루어, 샤프트(43)의 기단측 부재(43a)와 선단측 부재(43b)가 적어도 회전 2-자유도를 가지고 요동 가능하게 연결되어 있다.

[요동기구 변형예 2]

도 21은, 요동기구 변형예 2를 나타내는 도면이다. 요동기구는, 탄성을 가지는 부재를 이용한 기구여도 좋다.

즉, 요동기구(346)는, 기단측 부재(43a)와 선단측 부재(43b)를 접속하는 탄성부(346a)를 가진다. 탄성부(346a)가 탄성 변형하는 것에 의해, 샤프트(43)의 기단측 부재(43a)와 선단측 부재(43b)가 적어도 회전 2-자유도를 가지고 요동 가능하게 연결되어 있다.

[요동기구를 구비하는 암의 변형예 1]

도 22는, 요동기구를 구비하는 암의 변형예를 나타내는 도면이다. 상기 실시형태에서, 요동기구(46)가 샤프트(43)의 중간부에 설치되어 있는 구성예를 예시하였으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 이것에 대신하여, 요동기구(46)는, 병진 암(35)의 선단부와 인스트루먼트(42) 사이에 개재하도록 설치되어 있어도 좋다.

즉, 요동기구(46)의 제1 부재(46a)가 선단측 링크(62)의 선단부에 직접 장착되고, 제3 부재(46c)가 인스트루먼트(42)에 직접 장착되어 있다.

[요동기구를 구비하는 암 변형예 2]

도 23은, 요동기구를 구비하는 암의 변형예를 나타내는 도면이다. 상기 실시형태 1에서, 요동기구(46)는, 병진 암(35)을 가지는 암(3)을 구비하는 외과수술 시스템(100)에 적용하였으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 이것에 대신하여, 요동기구(46)는, 직동 관절(235)을 가지는 암에 적용하여도 좋다.

[총괄]

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 외과수술 시스템(100)은, 홀더(36)의 이동에 따라서 샤프트(43)의 기단측 부재(43a)의 축선상으로부터 슬리브(110)가 벗어나면, 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)의 연장 방향과 슬리브(110)의 삽통공의 방향이 일치하도록 샤프트(43)의 선단측 부재(43b)가 기단측 부재(43a)의 축선을 중심으로 하는 지름 방향, 즉, 기준 방향(D)을 중심으로 하는 지름 방향으로 요동한다. 이에 따라, 간소한 구성으로, 환자(P)가 유치한 슬리브(110)가 홀더(36)의 이동 방향으로 견인되는 것을 방지할 수 있고, 환자(P)의 체표의 절개부의 압박을 방지할 수가 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시형태(및 변형예)를 설명하였다. 상기 설명으로부터, 통상의 기술자에게는, 본 발명이 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 자세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.

D : 기준 방향
D1 : 제1방향
D2 : 제2방향
L1 : 제1 축선
L2 : 제2 축선
L3 : 제3 축선
O : 수술자
P : 환자
1 : 환자 측 시스템
3 : 암
30 : 암 본체
36 : 홀더
42 : 인스트루먼트
43 : 샤프트
43a : 기단측 부재
43b : 선단측 부재
44 : 엔드 이펙터
45 : 구동 유닛
46 : 요동기구
46a : 제1 부재
46b : 제2 부재
46c : 제3 부재
46d : 제1 회동축
46e : 제2 회동축
100 : 외과수술 시스템
110 : 슬리브

Claims (5)

1. 기초 단부에 대하여 선단부를 3차원 공간 내에서 이동하는 매니퓰레이터와,
   상기 매니퓰레이터의 선단부에 이어지며, 긴 축 모양의 샤프트와 해당 샤프트의 선단부에 설치된 처치구를 가지는 외과용 기구를 상기 샤프트가 기준 방향으로 연장되는 자세로 홀딩 가능한 기구 홀딩부와,
   상기 매니퓰레이터와 상기 처치구 사이에 설치되며, 상기 기준 방향으로 연장되는 샤프트의 축선을 중심으로 하는 지름 방향으로 상기 샤프트의 선단부를 요동시키는 요동기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 외과수술 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 요동기구는, 상기 샤프트의 중간부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 외과수술 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 요동기구는, 적어도 회전 2-자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 외과수술 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 요동기구는, 제1 부재와, 상기 기준 방향과 직교하는 제1방향으로 회동 가능하게 상기 제1 부재에 장착되어 있는 제2 부재와, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 회동 가능하게 상기 제2 부재에 장착되어 있는 제3 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 외과수술 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 요동기구는, 자재 이음인 것을 특징으로 하는 외과수술 시스템.

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