KR20190074693A - 자기력을 이용한 관절 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따르면 자기력을 이용한 관절 장치는 회동 가능하게 연결되는 복수 개의 링크; 상기 복수 개의 링크 내에 배치되는 전자석; 및 상기 복수 개의 링크 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 적어도 일부가 인접한 다른 링크에 결합 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다.

Description

자기력을 이용한 관절 장치{JOINT DEVICE USING MAGNETIC FORCE}
아래의 설명은 자기력을 이용한 관절 장치에 관한 것이다.
형상 고정 메커니즘(shape locking mechanism)이란 유연한 관절(flexible joint)이 사용자의 입력에 따라 형상이 단단하게 고정되는 메커니즘을 일컫는다. 여기서, 유연한 관절은 전체 구조가 유연하여 자유롭게 굽혀질 수 있는 관절을 의미한다. 유연한 관절이 구동 힘 혹은 외력에 의해 자유롭게 형태 변화하는 상태를 이완 상태라 하고, 유연한 관절이 형태를 유지한 채 외력에 대해서도 변화하지 않고 고정된 상태를 고정 상태라고 한다. 유연한 관절은 산업용 내시경, 의료용 내시경 또는 카테터(catheter) 등에 사용된다.
산업용 내시경 분야에서, 굽은 관을 통과하는 내시경은 유연성을 필요로 하지만, 내시경 말단에서 작업을 필요로 할 때, 말단부 힘을 지지하고 작업의 안정성을 높이기 위하여 형상을 강하게 고정시켜야 한다. 또한, 수술 로봇 분야에서, 수술이 필요한 부근으로 접근을 하기 위해서는 유연성을 필요로 하지만, 조직 절제 및 봉합 등의 수술 과정에 있어 로봇의 힘을 지지하고 안정성을 높이기 위해서는 형상을 강하게 고정시켜야 한다. 예를 들어, 유연한 수술 로봇이 접근할 수 있는 수술 분야는 이론적으로 내시경 수술, 단일 통로 복강경 수술, 이비인후과 수술 및 자연 개구부 내시경 수술 등이 있다. 이와 같이 형상 고정 메커니즘은 다양한 분야에서 요구된다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은, 다양한 수술에 적용하기 위해 소형화가 가능한 단순한 구조의 관절 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 목적은 안정적인 수술을 위해서 말단부에서 충분히 큰 힘을 지지할 수 있는 관절 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따르면 자기력을 이용한 관절 장치는, 회동 가능하게 연결되는 복수 개의 링크; 상기 복수 개의 링크 내에 배치되는 전자석; 및 상기 복수 개의 링크 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 적어도 일부가 인접한 다른 링크에 결합 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 링크 각각은, 상기 전자석 및 슬라이더를 수용하는 하우징; 상기 하우징의 양 단부에 각각 형성되고, 인접한 다른 링크에 회전 가능하게 연결되는 상부 조인트 및 하부 조인트; 및 상기 상부 조인트 및 하부 조인트 중 어느 하나의 조인트에 연결되고, 상기 슬라이더의 적어도 일부를 수용 가능한 수용 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 슬라이더는, 상기 하우징의 내면을 따라 슬라이딩 가능하고, 상기 전자석으로부터 자력을 인가 받는 영구 자석; 및 상기 영구 자석에 연결되고, 상기 수용 플레이트에 삽입 가능한 돌기를 포함할 수 있다.
상기 수용 플레이트는, 상기 어느 하나의 조인트를 중심으로 방사상으로 형성되는 수용 홈을 포함할 수 있다.
상기 전자석은 상기 슬라이더 보다 상기 수용 플레이트에 근접하게 위치되고, 상기 슬라이더가 상기 전자석으로부터 척력을 인가 받을 경우, 상기 슬라이더의 돌기는 인접한 다른 링크의 수용 플레이트에 삽입될 수 있다.
상기 수용 플레이트 및 돌기는 각각, 상기 하우징의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 2개가 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 링크는, 서로 회동 가능하게 연결되는 제 1 링크 및 제 2 링크를 포함하고, 상기 제 1 링크 및 제 2 링크 각각에 수용된 영구 자석은, 서로 같은 극성으로 마주하도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 링크에 수용된 전자석은, 상기 제 1 링크에 수용된 영구 자석과, 상기 제 2 링크에 수용된 영구 자석 사이에 위치되고, 상기 제 1 링크에 수용된 전자석이 상기 제 1 링크에 수용된 영구 자석에 척력을 인가할 때, 상기 제 1 링크에 수용된 전자석은 상기 제 2 링크에 수용된 영구 자석에 인력을 인가할 수 있다.
상기 수용 플레이트는, 상기 링크의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 인접한 다른 링크의 하우징에 오버랩될 수 있다.
상기 전자석 및 슬라이더 사이에 배치되는 완충부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 링크는 중앙부가 뚫려있는 관 형상을 갖고, 상기 전자석 및 슬라이더 각각은, 서로 연통되는 관 형상을 가질 수 있다.
상기 슬라이더는, 상기 링크의 길이 방향을 따라 1자유도 병진 운동을 할 수 있다.
상기 슬라이더는, 상기 링크에 의해, 상기 링크의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로의 운동 및 회전 운동이 제한될 수 있다.
상기 전자석은 솔레노이드일 수 있다.
일 실시 예에 따르면 자기력을 이용한 관절 장치는, 회동 가능하게 연결되는 복수 개의 링크; 상기 복수 개의 링크 내에 배치되는 솔레노이드; 및 상기 복수 개의 링크 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 슬라이더를 포함하고, 상기 솔레노이드에 일 방향 전류가 흐를 때, 상기 슬라이더는 상기 복수 개의 링크 사이의 조인트에 결합되고, 상기 솔레노이드에 반대 방향 전류가 흐를 때, 상기 슬라이더는 상기 조인트로부터 분리될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 전자석의 흐르는 전류의 방향을 변경시키는 간단한 방식으로 형상 고정 메커니즘을 구현할 수 있으므로, 소형화가 가능한 단순한 구조를 갖는 관절 장치를 제공할 수 있다.
또한, 관절 마다 영구자석 및 전자석 세트를 구비하여, 말단부에서 충분히 큰 힘을 지지할 수 있는 관절 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 일부 확대 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 측면도이고, 슬라이더가 전자석으로부터 인력을 인가 받는 상태를 도시한다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 측면도이고, 슬라이더가 전자석으로부터 척력을 인가 받는 상태를 도시한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 평면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 단면도이고, 관절이 고정되지 않은 상태를 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 단면도이고, 관절이 고정된 상태를 도시한다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 일부 확대 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 측면도이고, 슬라이더가 전자석으로부터 인력을 인가 받는 상태를 도시하고, 도 4b는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 측면도이고, 슬라이더가 전자석으로부터 척력을 인가 받는 상태를 도시한다. 도 4a 및 도 4b는, 설명의 편의를 위해, 하우징(111)이 절개된 상태임을 밝혀둔다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자기력을 이용한 관절 장치(1)는 자기력을 이용하여, 이완 상태 및 고정 상태 사이에서 상태 전환할 수 있다. 자기력을 이용한 관절 장치(1)는 복수 개의 링크(11), 슬라이더(12), 전자석(13), 완충부(14) 및 작업부(19)를 포함할 수 있다.
복수 개의 링크(11)는 서로 회동 가능하게 연결될 수 있다. 복수 개의 링크(11) 각각은 인접한 링크(11)에 대해 상대적으로 회동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 링크(11)는 서로 힌지 연결되거나, 만곡면이 접촉한 상태를 유지하며 회전하는 구름 관절로 연결되거나, 기어 형상이 맞물리면서 회전되는 기어 관절로 연결되거나, 구부러지는 탄성체를 통해 연결될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 복수 개의 링크(11)가 서로 힌지 연결되는 것을 기준으로 설명하기로 한다. 복수 개의 링크(11)의 연결 구조는 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다. 복수 개의 링크(11)는 중앙부가 뚫려있는 관 형상을 가질 수 있다. 복수 개의 링크(11)는 중앙 홀(H)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 작업 기구들이 복수 개의 링크(11)의 중앙부를 통해 작업부(19)에 연결될 수 있다. 작업부(19)의 각도 및 위치는 복수 개의 링크(11) 각각의 회동 각도에 의해 결정될 수 있다. 사용자는 복수 개의 링크(11)를 조작하여, 작업부(19)에 연결되어 있는 작업 기구들을 정밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 작업 기구들은 의료 기기 또는 산업 기기 등일 수 있다. 한편, 관절 장치(1)는, 별도의 작업부(19)를 포함하지 않고, 관절 장치(1)에 형성된 중공을 통과하는 작업 기구들을 가이드 하는 가이드 부재로 사용될 수도 있다. 복수 개의 링크(11)는 하우징(111), 상부 조인트(112), 하부 조인트(113) 및 수용 플레이트(114)를 포함할 수 있다.
하우징(111)은 슬라이더(12) 및 전자석(13)을 수용할 수 있다. 하우징(111)은 길이 방향으로 뚫려있는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(111)은 중앙부에 중앙 홀(H)을 형성하는 기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(111)의 외벽은 원 기둥 또는 타원 기둥 형상으로 형성됨으로써, 관절 장치(1)가 내시경 등으로 사용될 때 신체에 가하는 자극이 감소할 수 있다. 예를 들어, 하우징(111)의 내벽은 슬라이더(12)의 적어도 2면 이상을 지지하여, 슬라이더(12)가 좌우로 이동하거나 회전되는 것을 방지할 수 있다.
상부 조인트(112)는 하우징(111)의 일 단부에 형성되고, 인접한 다른 링크(11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 하부 조인트(113)는 하우징(111)의 타 단부에 형성되고, 인접한 다른 링크(11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 링크(11)를 기준으로, 상기 어느 하나의 링크(11)의 상부 조인트(112)는 상기 어느 하나의 링크(11)의 위쪽에 위치한 링크(11)의 하부 조인트(113)에 회전 가능하게 연결되고, 상기 어느 하나의 링크(11)의 하부 조인트(113)는 상기 어느 하나의 링크(11)의 아래쪽에 위치한 링크(11)의 상부 조인트(112)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상부 조인트(112) 및 하부 조인트(113)는 하우징(111)의 길이 방향에 수직한 방향을 기준으로 서로 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 상부 조인트(112)는 하우징(111)의 중심으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 곳에 형성될 수 있고, 하부 조인트(113)는 하우징(111)에 상대적으로 가까이 위치한 곳에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상부 조인트(112)는 하우징(111)의 테두리부에 형성될 수 있고, 내부 조인트(113)는 상기 테두리부 보다 내측에 형성될 수 있다.
수용 플레이트(114)는 어느 하나의 링크(11)에 고정되고, 인접한 다른 링크(11)에 수용된 슬라이더(12)에 결합됨으로써, 인접한 한 쌍의 링크(11)의 상대적인 각도를 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이 수용 플레이트(114)는 상부 조인트(112) 및 하부 조인트(113) 중 어느 하나의 조인트(112, 113)에 연결될 수 있다. 한편, 도 2와 달리 수용 플레이트(114)는 하우징(111)에 직접적으로 설치될 수도 있을 것이다. 이하, 설명의 편의를 위해, 수용 플레이트(114)가 하부 조인트(113)에 연결된 상태를 기준으로 설명하기로 한다. 수용 플레이트(114)는, 예를 들어, 하부 조인트(113)와 일체형으로 구성될 수 있다.
수용 플레이트(114)는 슬라이더(12)의 적어도 일부를 수용 가능하다. 예를 들어, 수용 플레이트(114)는 하부 조인트(113)를 중심으로 방사상으로 형성되는 수용 홈(1141)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수용 홈(1141)은 후술하는 돌기(1221)를 수용할 수 있다. 도 3을 참조하면, 하부 조인트(113)를 중심으로 방사상으로 5개의 수용 홈(1141)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 수용 홈(1141)의 개수는 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다. 예를 들어, 상대적으로 정밀한 각도 제어가 요구되는 관절 장치에서, 수용 홈(1141)의 개수는 더 많을 수 있다. 수용 홈(1141)은 돌기(1221)에 상보적인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수용 홈(1141)의 내측에는 돌기(1221)가 딱 맞게 끼워질 수 있다. 수용 홈(1141) 내측에 돌기(1221)가 끼워진 상태에서, 인접한 2개의 링크(11)의 상대적인 회동이 제한되고, 고정될 수 있다. 수용 플레이트(114)는 하우징(111)의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 2개가 형성될 수 있다.
예를 들어, 수용 플레이트(114)는, 링크(11)의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 인접한 다른 링크의 하우징에 오버랩될 수 있다. 다시 말하면, 어느 하나의 링크(11)의 수용 플레이트(114)는 다른 하나의 링크(11)의 하우징(111)에 적어도 일부가 삽입될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 슬라이더(12)가 짧은 거리만 이동하더라도, 수용 플레이트(114) 내부에 결합될 수 있다. 슬라이더(12)가 수용 플레이트(114) 및 전자석(13) 사이를 왕복 운동할 때, 슬라이더(12)에 가해지는 충격이 감소할 수 있다. 또한, 상대적으로 작은 전력을 이용하여 슬라이더(12)를 왕복 운동시킬 수 있다.
슬라이더(12)는 복수 개의 링크(11) 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 적어도 일부가 인접한 다른 링크(11)에 결합할 수 있다. 예를 들어, 슬라이더(12)는 링크(11)의 길이 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 슬라이더(12)는 하우징(111)의 내벽에 의해, 링크(11)의 길이 방향 이외의 방향으로의 이동이 제한될 수 있다. 예를 들어, 슬라이더(12)는 링크(11)의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로의 운동이 제한될 수 있고, 슬라이더(12) 내측에서 회전 운동이 제한될 수 있다. 다시 말하면, 슬라이더(12)는 링크(11)의 길이 방향을 따라 1자유도 병진 운동을 할 수 있다. 이 경우, 수용 홈(1141) 및 돌기(1221)가 서로 엇갈리는 것이 방지될 수 있다. 또한, 슬라이더(12)가 하우징(111) 내측에서 흔들리는 것이 방지될 수 있다. 슬라이더(12)는 영구 자석(121) 및 돌출부(122)를 포함할 수 있다.
영구 자석(121)은 하우징(111)의 내면을 따라 슬라이딩 가능하고, 전자석(13)으로부터 자력을 인가 받을 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(121)은 하우징(111)의 길이 방향과 나란한 방향으로 N극 및 S극이 위치할 수 있다. 도 3에서 도시된 링크(11) 내에 장착된 영구 자석(121)의 경우, N극(1211)이 전자석(13)에 가까이 위치하고, S극(1212)은 N극(1211) 위에 위치할 수 있다. 예를 들어, 전자석(13)의 위쪽이 S극이고, 아래쪽이 N극일 때, 영구 자석(121)은 전자석(13)에 가까워지는 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 한편, 전자석(13)의 위쪽이 N극이고, 아래쪽이 S극 일 때, 영구 자석(121)은 전자석(13)으로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩할 수 있다.
돌출부(122)는 영구 자석(121)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(122)는 영구 자석(121)의 상측에 부착될 수 있다. 돌출부(122)는 영구 자석(121)으로부터 멀어지는 방향으로 돌출 형성되는 적어도 하나의 돌기(1221)를 포함할 수 있다. 돌기(1221)는 하우징(111)의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 2개가 형성될 수 있다. 돌기(1221) 각각은 수용 플레이트(114)의 수용 홈(1141)에 삽입될 수 있다. 돌출부(122)는, 예를 들어, 영구 자석(121)과 일체형으로 구성될 수 있다.
전자석(13)은 복수 개의 링크(11) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전자석(13)은 하우징(111)의 내벽에 고정될 수 있다. 전자석(13)은 슬라이더(12)가 링크(11) 밖으로 이탈되지 않도록, 슬라이더(12)의 밑면을 지지할 수 있다. 전자석(13)에는 전류가 흐를 수 있고, 전류의 방향에 따라 전자석(13)의 일측 및 타측의 극성이 변화될 수 있다. 전자석(13)은 슬라이더(12) 보다 수용 플레이트(114)에 근접하게 위치될 수 있다.
전자석(13)은 하우징(111)의 내벽에 고정되는 베이스(131)와, 베이스(131)의 외면에 감기는 도선(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도선(132)은 하우징(111)의 길이 방향에 나란한 축을 중심으로 베이스(131)에 감길 수 있다. 도선(132)에 흐르는 전류의 방향에 따라, 전자석(13)의 극성이 결정될 수 있다. 복수 개의 링크(11)에 구비된 전자석(13)에 감겨있는 도선(132)은 모두 연결되어 있을 수 있다. 도선(132)의 양 단부는 복수 개의 링크(11) 중 작업부(19)로부터 가장 멀리 떨어진 링크(11)를 통해 외부로 돌출될 수 있다. 도선(132)은 제어부(미도시)에 연결될 수 있다. 사용자는 제어부를 제어하여, 복수 개의 링크(11)를 제어할 수 있다. 도선(132)은 금속 패터닝(patterning) 또는 프린팅(printing) 기술로 형성될 수 있다. 이 경우, 전자석(13)의 크기는 감소할 수 있다.
전자석(13)은 슬라이더(12)에 인력 또는 척력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로, 도선(132)에 반시계방향의 전류가 흐를 때, 전자석(13)의 상단부는 N극이고, 하단부는 S극일 수 있다. 반대로, 도선(132)에 시계방향의 전류가 흐를 때, 전자석(13)의 상단부는 S극이고, 하단부는 N극일 수 있다. 슬라이더(12)가 전자석(13)으로부터 인력을 인가 받을 경우, 슬라이더(12)는 전자석(13)에 가까이 위치할 수 있고, 슬라이더(12)가 전자석(13)으로부터 척력을 인가 받을 경우, 슬라이더(12)는 전자석(13)으로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 하여, 슬라이더(12)의 돌기(1221)는 수용 플레이트(114) 내로 삽입될 수 있다.
슬라이더(12) 및 전자석(13)은 서로 연통되는 관 형상을 가질 수 있다. 슬라이더(12) 및 전자석(13)이 연통되는 공간을 통해 작업 기구들이 통과할 수 있다.
완충부(14)는 슬라이더(12) 및 전자석(13) 사이에 배치되는 탄성 부재일 수 있다. 예를 들어, 완충부(14)는 고무일 수 있다. 완충부(14)는 슬라이더(12)가 링크(11) 내에서 슬라이딩할 때 발생되는 충격을 흡수할 수 있다. 완충부(14)는, 슬라이더(12) 및 전자석(13)과 연통되는 고리 형상을 가질 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 링크(11)의 내벽은, 마주하도록 형성되는 2개의 평면부(1111, 1112)와, 2개의 평면부(1111, 1112)를 연결하는 곡면부(1114)를 포함할 수 있다. 슬라이더(12)는 평면부(1111, 1112) 및 곡면부(1114)에 의해 지지되어, 링크(11)의 길이 방향과 교차하는 방향으로의 이동이 제한될 수 있다. 슬라이더(12)는 2개의 평면부(1111, 1112)에 의해 지지되므로, 링크(11)의 내측에서 회전 운동이 제한될 수 있다. 다시 말하면, 슬라이더(12)는 링크(11)의 길이 방향으로만 슬라이딩할 수 있다.
링크(11), 슬라이더(12) 및 전자석(13)은 모두 연통될 수 있다. 예를 들어, 링크(11)는 중앙부에 중앙 홀(H)을 구비할 수 있고, 슬라이더(12) 및 전자석(13)은 서로 연통되는 상태로 중앙 홀(H) 내에 배치될 수 있다. 각종 작업 기구들은 중앙 홀(H)을 통해 진행할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 단면도이고, 관절이 고정되지 않은 상태를 도시하고, 도 7은 일 실시 예에 따른 자기력을 이용한 관절 장치의 단면도이고, 관절이 고정된 상태를 도시한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 복수 개의 링크(11)는 서로 회동 가능하게 연결되는 제 1 링크(11a) 및 제 2 링크(11b)를 포함할 수 있다
제 1 링크(11a) 내부에는 제 1 슬라이더(12a), 제 1 전자석(13a) 및 제 1 완충부(14a)가 구비될 수 있다. 제 1 슬라이더(12a)는 제 1 영구 자석(121a) 및 제 1 돌출 플레이트(122a)를 포함할 수 있다.
제 2 링크(11b) 내부에는 제 2 슬라이더(12b), 제 2 전자석(13b) 및 제 2 완충부(14b)가 구비될 수 있다. 제 2 슬라이더(12b)는 제 2 영구 자석(121b) 및 제 2 돌출 플레이트(122b)를 포함할 수 있다.
제 1 링크(11a)에 수용된 제 1 영구 자석(121a)과, 제 2 링크(11b)에 수용된 제 2 영구 자석(121b)은 서로 같은 극성으로 마주하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 영구 자석(121a) 및 제 2 영구 자석(121b)은 서로 N극이 마주하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 링크(11a, 11b)에 수용된 전자석(13a, 13b)는 인접한 영구 자석에 요구되는 힘을 인가할 수 있다. 이하, 도 6 및 도 7에 도시된 상황을 예시적으로 설명하기로 한다.
제 1 링크(11a) 및 제 2 링크(11b)가 이완 상태일 때, 제 1 전자석(13a)의 상단부는 S극이고, 하단부는 N극일 수 있다. 또한, 제 2 전자석(13b)의 상단부는 N극이고, 하단부는 S극일 수 있다. 이완 상태에서, 제 1 전자석(13a)은 제 1 영구 자석(121a)에 인력을 인가할 뿐만 아니라, 제 2 영구 자석(121b)에 척력을 인가할 수 있다.
제 1 링크(11a) 및 제 2 링크(11b)가 이완 상태로부터 고정 상태로 상태 전활될 때, 제 1 전자석(13a)에 흐르는 전류의 방향은 변경되고, 제 1 전자석(13a)의 상단부는 N극, 하단부는 S극으로 변화될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 전자석(13b)에 흐르는 전류의 방향은 변경되고, 제 2 전자석(13b)의 상단부는 S극, 하단부는 N극으로 변화될 수 있다. 고정 상태에서, 제 1 전자석(13a)은 제 1 영구 자석(121a)에 척력을 인가할 뿐만 아니라, 제 2 영구 자석(121b)에 인력을 인가할 수 있다.
사용자는 작은 크기의 전류를 전자석(13a, 13b)에 흘려주는 작업만으로도 슬라이더(12a, 12b)를 구동할 수 있고, 링크(11a, 11b)간의 안정적인 고정을 구현할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 회동 가능하게 연결되는 복수 개의 링크;
    상기 복수 개의 링크 내에 배치되는 전자석; 및
    상기 복수 개의 링크 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 적어도 일부가 인접한 다른 링크에 결합 가능한 슬라이더를 포함하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 링크 각각은,
    상기 전자석 및 슬라이더를 수용하는 하우징;
    상기 하우징의 양 단부에 각각 형성되고, 인접한 다른 링크에 회전 가능하게 연결되는 상부 조인트 및 하부 조인트; 및
    인접한 다른 링크 내에 배치된 상기 슬라이더의 적어도 일부를 수용 가능한 수용 플레이트를 포함하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수용 플레이트는, 상기 상부 조인트 및 하부 조인트 중 어느 하나의 조인트에 고정되는 자기력을 이용한 관절 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬라이더는,
    상기 하우징의 내면을 따라 슬라이딩 가능하고, 상기 전자석으로부터 자력을 인가 받는 영구 자석; 및
    상기 영구 자석에 연결되고, 상기 수용 플레이트에 삽입 가능한 돌기를 포함하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용 플레이트는,
    상기 어느 하나의 조인트를 중심으로 방사상으로 형성되는 수용 홈을 포함하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 슬라이더 보다 상기 수용 플레이트에 근접하게 위치되고,
    상기 슬라이더가 상기 전자석으로부터 척력을 인가 받을 경우, 상기 슬라이더의 돌기는 인접한 다른 링크의 수용 플레이트에 삽입되는 자기력을 이용한 관절 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용 플레이트 및 돌기는 각각, 상기 하우징의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 2개가 형성되는 자기력을 이용한 관절 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 링크는, 서로 회동 가능하게 연결되는 제 1 링크 및 제 2 링크를 포함하고,
    상기 제 1 링크 및 제 2 링크 각각에 수용된 영구 자석은, 서로 같은 극성으로 마주하도록 배치되는 자기력을 이용한 관절 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 링크에 수용된 전자석은, 상기 제 1 링크에 수용된 영구 자석과, 상기 제 2 링크에 수용된 영구 자석 사이에 위치되고,
    상기 제 1 링크에 수용된 전자석이 상기 제 1 링크에 수용된 영구 자석에 척력을 인가할 때, 상기 제 1 링크에 수용된 전자석은 상기 제 2 링크에 수용된 영구 자석에 인력을 인가하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 수용 플레이트는, 상기 링크의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 인접한 다른 링크의 하우징에 오버랩되는 자기력을 이용한 관절 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자석 및 슬라이더 사이에 배치되는 완충부를 더 포함하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 링크는 중앙부가 뚫려있는 관 형상을 갖고,
    상기 전자석 및 슬라이더 각각은, 서로 연통되는 관 형상을 갖는 자기력을 이용한 관절 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이더는, 상기 링크의 길이 방향을 따라 1자유도 병진 운동을 하는 자기력을 이용한 관절 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 슬라이더는, 상기 링크의 내벽 형상에 의해, 상기 링크의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로의 운동 및 회전 운동이 제한되는 자기력을 이용한 관절 장치.
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