KR20200118439A - 개선된 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템 - Google Patents

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KR20200118439A
KR20200118439A KR1020207023590A KR20207023590A KR20200118439A KR 20200118439 A KR20200118439 A KR 20200118439A KR 1020207023590 A KR1020207023590 A KR 1020207023590A KR 20207023590 A KR20207023590 A KR 20207023590A KR 20200118439 A KR20200118439 A KR 20200118439A
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KR1020207023590A
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니콜라스 제이. 아이리
아렌 콜더 힐
스벤 웨어만
콜린 알렌 윌슨
얀넨 후앙
제이슨 토마스 윌슨
데이빗 스티븐 민츠
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

로봇 수술 시스템은 하나 이상의 로봇 아암을 지지하는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부 및/또는 로봇 아암은 낮은 장착 위치로부터, 예를 들어 테이블의 표면 아래의 위치로부터 전개되도록 구성될 수 있다. 로봇 아암은 복수의 자유도를 제공하는 복수의 조인트를 포함할 수 있다. 조인트는 근위 쇼울더, 엘보우, 및 원위 리스트로 그룹화될 수 있다. 로봇 아암은 하나 이상의 여분의 자유도를 포함할 수 있다. 로봇 아암과 연관되고 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하도록 구성되는 삽입 메커니즘이 로봇 아암의 원위 단부에 제공될 수 있다.

Description

개선된 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템
본 설명은 일반적으로 수술 또는 의료 로봇에 관한 것으로, 상세하게는 다양한 수술 또는 의료 절차를 위해 구성가능한 로봇 시스템에 관한 것이다.
로봇 기술은 다양한 응용을 갖는다. 특히, 로봇 아암(robotic arm)은 사람이 통상적으로 수행할 작업을 완료하는 데 도움을 준다. 예를 들어, 공장은 로봇 아암을 사용하여 자동차 및 가전 제품을 제조한다. 추가적으로, 과학 시설은 로봇 아암을 사용하여 마이크로플레이트(microplate)를 이송하는 것과 같은 실험실 절차를 자동화한다. 최근에, 의사는 수술 절차를 수행하는 데 도움이 되도록 로봇 아암을 사용하기 시작하였다. 예를 들어, 의사는 로봇 아암을 사용하여 환자 내측의 수술 기구를 제어한다. 그러나, 로봇 아암을 포함하는 기존의 의료 시스템은 높은 자본 비용을 가지며, 전형적으로 제한된 유형의 수술 절차를 수행하도록 전문화되어 있다. 따라서, 의사 또는 그들의 보조자는 다양한 수술 절차를 수용하기 위해 다수의 로봇 아암 시스템을 획득할 필요가 있을 수 있다. 각각의 수술 절차에 대해 로봇 아암 시스템을 수동으로 재구성하는 것은 또한 의사에게 물리적으로 많은 노력을 요구하고 시간-소모적이다.
로봇 아암을 갖는 수술(또는 의료) 로봇 시스템은 다양한 수술(또는 의료) 절차를 수행하도록 구성가능하다. 수술 로봇 시스템(surgical robotics system)은 하나 이상의 로봇 아암을 지지하는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(adjustable arm support)를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부는 조절가능 아암 지지부 및 로봇 아암을 테이블(table) 아래의 위치로부터 전개시키기 위해 테이블, 테이블의 칼럼 지지부(column support), 또는 테이블의 기부(base)에 부착되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 조절가능 아암 지지부는 로봇 아암이 장착되는 바아(bar) 또는 레일(rail)의 위치의 조절을 허용하는 적어도 3 또는 4 자유도(degree of freedom)를 포함한다. 자유도들 중 하나는 조절가능 아암 지지부가 테이블에 대해 수직으로 조절되도록 허용할 수 있다. 로봇 수술 시스템은 각각이 하나 이상의 로봇 아암을 지지하는 2개의 조절가능 아암 지지부를 포함할 수 있다. 2개의 조절가능 아암 지지부는 독립적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 각각의 아암 지지부는 테이블에 대해 상이한 높이로 조절될 수 있다.
수술 로봇 시스템은 또한 하나 이상의 로봇 아암을 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암은 조절가능 아암 지지부에 장착되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 낮은 장착 위치로부터, 예를 들어 테이블의 표면 아래의 위치로부터 전개되도록 구성되지만, 다른 실시예에서, 로봇 아암은 테이블의 표면 위의 위치로부터 전개될 수 있다. 로봇 아암은 복수의 자유도를 제공하는 복수의 조인트(joint)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 하나 이상의 여분의(redundant) 자유도를 포함할 수 있다.
제1 태양에서, 시스템은 테이블, 테이블 아래의 테이블 지지부(table support), 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부, 및 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암은 근위 부분과 원위 부분 및 근위 부분과 원위 부분 사이의 적어도 4개의 동력식 조인트(powered joint)를 포함할 수 있고, 조인트들 각각은 다른 조인트와는 독립적으로 작동될 수 있고, 제1 로봇 아암은 수술 기구를 구동시키도록 구성되는 기구 구동 메커니즘(instrument drive mechanism)을 포함한다. 시스템은 또한 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘(insertion mechanism), 및 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암을 포함할 수 있다.
시스템은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 제1 로봇 아암은 제2 로봇 아암에 대해 병진가능함(translatable); (b) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암과는 독립적으로 기구 자체 내에 내장됨; (c) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암 내에 내장됨; (d) 삽입 메커니즘은 기구 구동 메커니즘을 삽입 본체 하우징(insertion body housing)에 대해 병진시켜 기구를 삽입 축을 따라 병진시키도록 구성됨; (e) 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도를 가질 수 있고, 자유도들 중 적어도 하나는 여분임; 및/또는 (f) 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 테이블 아래에 적재될(stowed) 수 있음.
다른 태양에서, 시스템은 테이블, 테이블 아래의 테이블 지지부, 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부, 및 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암으로서, 제1 로봇 아암은 근위 링크(proximal link)와 원위 링크(distal link) 및 원위 링크의 원위 단부에 결합되는 적어도 3개의 조인트를 포함하고, 조인트들 각각은 다른 조인트와는 독립적으로 작동될 수 있고, 제1 로봇 아암은 수술 기구를 구동시키도록 구성되는 기구 구동 메커니즘을 포함하는, 제1 로봇 아암을 포함한다. 시스템은 또한 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘을 포함할 수 있다.
시스템은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 조인트들 중 적어도 2개는 회전 조인트임; (b) 조인트들 중 적어도 하나는 삽입 축을 포함함; (c) 조인트들 중 적어도 하나는 기구를 기구 축을 중심으로 롤링시킴(roll); (d) 기구를 기구 축을 중심으로 롤링시키는 적어도 하나의 조인트는 제1 로봇 아암의 일부 또는 기구 자체의 일부임; (e) 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암; (f) 제1 로봇 아암은 제2 로봇 아암에 대해 병진가능함; 및/또는 (g) 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도를 가질 수 있고, 자유도들 중 적어도 하나는 여분임.
다른 태양에서, 시스템은 테이블, 테이블을 지지하기 위한 테이블 지지부, 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부, 및 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암으로서, 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있는, 제1 로봇 아암을 포함한다. 제1 로봇 아암은 근위 부분과 원위 부분을 포함하고, 근위 부분은 아암 지지부에 결합되는 기부를 포함하고 원위 부분은 복수의 모터(motor)를 포함하는 기구 구동 메커니즘을 포함하고, 기구 구동 메커니즘은 그에 부착된 수술 기구를 구동시키도록 구성된다. 시스템은 또한 근위 부분과 원위 부분 사이에 있어, 다수의 자유도로의 기구의 이동을 수용하는 복수의 동력식 조인트로서, 조인트들 각각은 다른 조인트와는 독립적으로 작동될 수 있는, 복수의 동력식 조인트, 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘, 및 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암으로서, 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있는, 제2 로봇 아암을 포함한다.
시스템은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암과는 독립적으로 기구 자체 내에 내장됨; (b) 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도를 가질 수 있고, 자유도들 중 적어도 하나는 여분임; (c) 제1 로봇 아암은 근위 링크와 원위 링크를 포함하고, 적어도 3개의 조인트가 원위 링크의 원위 단부에 결합되고, 원위 링크의 원위 단부에 결합되는 조인트들 중 적어도 2개는 회전 조인트임; 및/또는 (d) 수술 기구는 내시경 기구를 포함함.
다른 태양에서, 시스템은 테이블 상에 위치되는 환자를 지지하기 위한 테이블, 테이블 아래의 테이블 지지부, 및 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암을 포함할 수 있고, 제1 로봇 아암은 근위 부분과 원위 부분 및 근위 부분과 원위 부분 사이의 적어도 4개의 동력식 조인트를 포함하고, 조인트들 각각은 다른 조인트와는 독립적으로 작동될 수 있고, 제1 로봇 아암은 수술 기구를 구동시키도록 구성되는 기구 구동 메커니즘을 포함한다. 시스템은 또한 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘을 포함할 수 있다. 시스템은 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암을 포함할 수 있다.
시스템은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 제1 로봇 아암은 제2 로봇 아암에 대해 병진가능함; (b) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암과는 독립적으로 기구 자체 내에 내장됨; (c) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암 내에 내장됨; (d) 삽입 메커니즘은 기구 구동 메커니즘을 삽입 본체 하우징에 대해 병진시켜 기구를 삽입 축을 따라 병진시키도록 구성됨; (e) 제1 로봇 아암은 적어도 5 자유도를 가질 수 있음; (f) 제1 로봇 아암은 적어도 6 자유도를 가질 수 있음; (g) 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도를 가질 수 있음; (h) 7 자유도들 중 적어도 하나는 여분임; (i) 제2 아암 지지부로서, 아암 지지부 및 제2 아암 지지부는 높이 차이를 가질 수 있음; (j) 아암 지지부는 그의 틸트각(tilt angle)을 조절할 수 있음; (k) 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 테이블 아래에 적재될 수 있음; (l) 테이블 지지부는 기부를 포함하고, 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 기부 내에 적재될 수 있음; (m) 실행가능 명령어가 그 상에 저장된 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리, 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고 시스템으로 하여금 제1 및 제2 로봇 아암을 기부 내의 적재 위치로부터 테이블에 인접한 수직 상승 위치로 이동시키게 하도록 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서; (n) 제1 로봇 아암의 기구 구동 메커니즘에 부착되는 손잡이를 갖는 기구; (o) 기구 구동 메커니즘 또는 기구의 손잡이에 롤(roll)이 제공됨; (p) 제1 로봇 아암은 제2 기구 구동 메커니즘을 추가로 포함함; 및/또는 (q) 아암 지지부는 테이블에 대한 수직 조절이 가능함.
다른 태양에서, 시스템은 테이블, 테이블을 지지하기 위한 테이블 지지부, 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부, 및 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암으로서, 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있는, 제1 로봇 아암을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암은 근위 부분과 원위 부분으로서, 근위 부분은 아암 지지부에 결합되는 기부를 포함하고 원위 부분은 복수의 모터를 포함하는 기구 구동 메커니즘을 포함하고, 기구 구동 메커니즘은 그에 부착된 수술 기구를 구동시키도록 구성되는, 근위 부분과 원위 부분; 및 근위 부분과 원위 부분 사이에 있어, 다수의 자유도로의 이동을 수용하는 복수의 동력식 조인트로서, 조인트들 각각은 다른 조인트와는 독립적으로 작동될 수 있는, 복수의 동력식 조인트를 포함할 수 있다. 시스템은 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘을 포함할 수 있다. 시스템은 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암을 포함할 수 있고, 제2 로봇 아암은 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있다.
시스템은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 실행가능 명령어가 그 상에 저장된 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리, 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고 시스템으로 하여금 적어도 제1 및 제2 로봇 아암을 적재 위치로부터 테이블에 인접한 수직 상승 위치로 이동시키게 하도록 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서; (b) 제1 로봇 아암은 그의 축을 중심으로 기구를 롤링(rolling), 그의 축을 따라 수술 기구를 삽입, 및 그의 축을 따른 지점을 중심으로 기구를 피칭(pitching) 및 요잉(yawing)시킬 수 있음; (c) 삽입 메커니즘은 제1 로봇 아암과는 독립적으로 기구 자체 내에 내장됨; (d) 기구 구동 메커니즘은 제1 로봇 아암의 리스트(wrist)의 일부임; (e) 리스트는 기구 구동 메커니즘 및 삽입 본체 하우징을 포함하고, 삽입 메커니즘은 기구 구동 메커니즘을 삽입 본체 하우징에 대해 병진시켜 기구를 삽입 축을 따라 병진시키도록 구성됨; (f) 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암 중 적어도 하나는 아암 지지부를 따라 병진할 수 있음; (g) 제1 로봇 아암은 적어도 3개의 동력식 회전 조인트(powered rotational joint)를 갖는 리스트를 포함하고, 리스트는 피칭 및 요잉할 수 있음; 및/또는 (h) 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암 중 적어도 하나는 카메라를 보유함.
다른 태양에서, 방법이 제공되며, 방법은 로봇 아암을, 로봇 아암이 환자-지지 테이블의 표면 아래에 위치되는 적재 위치로부터 적어도 로봇 아암의 원위 부분이 테이블의 표면 위에 위치되는 동작 위치(active position)로 이동시키는 단계를 포함할 수 있고; 동작 위치에서, 로봇 아암의 원위 부분에 결합되는 기구의 축이 테이블의 표면 상의 환자의 신체 내로의 포트와 정렬된다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 테이블 또는 테이블 아래에 위치되는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 부착된다.
다른 태양에서, 로봇 아암을 포함할 수 있는 시스템이 제공되며, 로봇 아암은 아암 지지부에 장착되도록 구성되는 기부; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 근위 링크로서, 근위 링크의 근위 단부는 쇼울더(shoulder)에 의해 기부에 연결되는, 근위 링크; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 원위 링크로서, 원위 링크의 근위 단부는 엘보우(elbow)에 의해 근위 링크의 원위 단부에 연결되는, 원위 링크; 및 원위 링크의 원위 단부에 있는 리스트를 포함한다. 시스템은 실행가능 명령어가 그 상에 저장된 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리, 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고 시스템으로 하여금 적어도 로봇 아암을, 로봇 아암이 환자를 지지하도록 구성되는 테이블의 표면 아래에 위치되는 적재 위치로부터 적어도 로봇 아암의 원위 부분이 테이블의 표면 위에 위치되는 동작 위치로 이동시키게 하도록 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 동작 위치에서, 로봇 아암의 원위 부분에 결합되는 기구의 축이 테이블의 표면 상의 환자의 신체 내로의 포트와 정렬된다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 테이블 또는 테이블 아래에 위치되는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 부착된다.
다른 태양에서, 방법이 제공되며, 방법은 로봇 아암으로, 로봇 아암의 원위 단부에 위치되는 기구를 포트를 통해 환자 내로 삽입되는 단계; 로봇 아암으로, 포트에 대한 기구의 피치, 요, 또는 롤 중 적어도 하나를 조작하는 단계; 및 포트에 대한 로봇 아암의 근위 단부의 위치를 조절하기 위해 로봇 아암을 조작하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 로봇 아암으로 기구를 조작하는 단계와 로봇 아암을 조작하는 단계는 동시에 발생함; 및/또는 (b) 로봇 아암의 근위 단부의 위치를 조절하기 위해 로봇 아암을 추가로 조작하는 단계는 로봇 아암의 원위 단부에 부착된 기구의 위치 또는 배향에 영향을 미치지 않음.
다른 태양에서, 방법이 제공되며, 방법은 로봇 아암으로, 로봇 아암의 원위 단부에 위치되는 기구를 포트를 통해 환자 내로 삽입되는 단계; 및 기구의 위치 또는 배향에 영향을 미치지 않고서 포트에 대한 로봇 아암의 근위 단부의 위치를 조절하기 위해 로봇 아암을 조작하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 로봇 아암으로, 포트에 대한 기구의 피치, 요, 또는 롤 중 적어도 하나를 조작하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암을 포함할 수 있는 시스템이 제공되며, 로봇 아암은 아암 지지부에 장착되도록 구성되는 기부; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 근위 링크로서, 근위 링크의 근위 단부는 동력식 쇼울더에 의해 기부에 연결되는, 근위 링크; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 원위 링크로서, 원위 링크의 근위 단부는 동력식 엘보우에 의해 근위 링크의 원위 단부에 연결되는, 원위 링크; 원위 링크의 원위 단부에 있는 동력식 리스트; 및 로봇 아암의 원위 단부에 있고 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하도록 구성되는 삽입 메커니즘으로서, 리스트에 부착되는, 삽입 메커니즘을 포함한다. 시스템은 또한 포트를 포함할 수 있고, 기구는 수술 절차를 보조하기 위해 포트를 통해 연장된다.
일부 실시예에서, 시스템은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 쇼울더, 엘보우 또는 리스트 중 적어도 하나는 전동식(motorized)임; (b) 삽입 메커니즘은 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하도록 기구 자체 내에 내장되는 메커니즘을 포함함; (c) 삽입 메커니즘은 삽입 축을 따라 기구의 손잡이에 대해 이동하는 기구의 샤프트(shaft)를 포함함; (d) 삽입 메커니즘은 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하기 위해 삽입 본체 하우징을 따라 병진하도록 구성되는 기구 구동 메커니즘을 포함함; (e) 리스트는 적어도 2 자유도를 포함함; (f) 리스트는 피칭 및 요잉할 수 있음; (g) 엘보우는 적어도 1 자유도를 포함함; (h) 쇼울더는 적어도 2 자유도를 포함함; (i) 쇼울더의 적어도 2 자유도는 적어도 피치 및 요 또는 피치 및 병진(translation)을 포함함; (j) 기부는 기부가 아암 지지부의 레일을 따라 병진하도록 허용하게 구성되는 선형 조인트(linear joint)를 통해 아암 지지부에 장착되도록 구성됨; 및/또는 (k) 쇼울더, 엘보우, 및 리스트는 로봇 아암이 기구를 원격 중심(remote center)에 위치시키고 적어도 원격 중심을 중심으로 하는 기구의 피치, 요, 및 롤을 제어하도록 허용하기 위해 적어도 6 자유도를 제공하도록 구성됨.
다른 태양에서, 테이블, 테이블에 대해 위치되는 아암 지지부, 및 아암 지지부에 결합되는 로봇 아암을 포함할 수 있는 시스템이 제공된다. 로봇 아암은 아암 지지부에 장착되도록 구성되는 기부; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 근위 링크로서, 근위 링크의 근위 단부는 동력식 쇼울더에 의해 기부에 연결되는, 근위 링크; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 원위 링크로서, 원위 링크의 근위 단부는 동력식 엘보우에 의해 근위 링크의 원위 단부에 연결되는, 원위 링크; 및 원위 링크의 원위 단부에 있고 기구에 결합되도록 구성되는 동력식 리스트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 쇼울더, 엘보우, 및 리스트는 로봇 아암이 기구를 원격 중심에 위치시키고 적어도 원격 중심을 중심으로 하는 기구의 피치, 요, 및 롤을 제어하도록 허용하기 위해 적어도 6 자유도를 제공하도록 구성되고, 기부는 아암 지지부에 대해 병진가능하다. 시스템은, 로봇 아암의 원위 단부에 있고 삽입 축을 따른 기구의 삽입을 제공하도록 구성되는 삽입 메커니즘, 및 포트를 포함할 수 있고, 기구는 수술 절차를 보조하기 위해 포트를 통해 연장된다.
시스템은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 리스트는 적어도 기구의 피치, 요, 및 롤의 조절을 허용하기 위해 적어도 3 자유도를 제공하도록 구성되는 조인트를 포함함; (b) 리스트는 부분 구형 조인트(partial spherical joint)를 포함함; (c) 기부는 기부가 아암 지지부의 레일을 따라 병진하도록 허용하게 구성되는 선형 조인트를 통해 아암 지지부에 장착되도록 구성되고, 아암 지지부는 테이블의 표면 아래에 위치되고, 테이블은 환자를 지지하도록 구성됨; 및/또는 (d) 레일은 테이블의 표면 아래에 위치됨.
다른 태양에서, 로봇 아암을 포함할 수 있는 시스템이 제공되며, 로봇 아암은 아암 지지부에 장착되도록 구성되는 기부; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 근위 링크로서, 근위 링크의 근위 단부는 쇼울더에 의해 기부에 연결되는, 근위 링크; 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 원위 링크로서, 원위 링크의 근위 단부는 엘보우에 의해 근위 링크의 원위 단부에 연결되는, 원위 링크; 및 원위 링크의 원위 단부에 있는 리스트를 포함한다. 시스템은 또한 실행가능 명령어가 그 상에 저장된 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리, 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고 시스템으로 하여금 적어도: 로봇 아암의 위치를 조절하기 위해 리스트, 엘보우, 및 쇼울더 중 적어도 하나를 작동시키고; 기구의 축이 환자의 신체 내의 포트와 정렬되는 원격 중심을 통해 연장되도록 로봇 아암으로 기구를 위치시키고; 명령을 수신하는 것에 응답하여, 명령에 따라 기구를 조작하기 위해, 리스트, 엘보우, 및 쇼울더 중 적어도 하나를 작동시키게 하도록 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
시스템은 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 명령어는, 실행될 때 시스템으로 하여금 환자, 환자를 지지하는 테이블, 의료 이미징 장치, 및 추가의 로봇 아암 중 적어도 하나에 대한 로봇 아암의 위치를 조절하기 위해 리스트, 엘보우, 및 쇼울더 중 적어도 하나를 작동시키게 함; (b) 추가의 로봇 아암은 아암 지지부에 장착됨; (c) 테이블을 지지하는 칼럼에 장착되는 아암 지지부로서, 아암 지지부는 레일을 포함하고, 로봇 아암의 기부는 선형 전동식 조인트를 통해 레일에 장착됨; (d) 명령어는, 실행될 때, 추가로 적어도 하나의 프로세서가 시스템으로 하여금 레일을 따라 기부를 병진시키기 위해 적어도 선형 전동식 조인트를 작동시키게 하도록 함; (e) 레일은 테이블의 표면 아래에 위치됨; 및/또는 (f) 명령어는, 실행될 때, 추가로 시스템으로 하여금 명령에 따라 기구를 조작하기 위해, 리스트, 엘보우, 및 쇼울더 중 적어도 하나를 작동시키게 하는 명령에 동시에 응답하여 레일을 따라 기부를 병진시키도록 적어도 선형 조인트를 작동시키게 함.
도 1은 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 2a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 테이블의 등각도.
도 2b는 일 실시예에 따른 테이블의 평면도.
도 2c는 일 실시예에 따른, 테이블의 스위블 세그먼트(swivel segment)의 평면도.
도 2d는 일 실시예에 따른, 테이블의 스위블 세그먼트의 평면도.
도 2e는 일 실시예에 따른, 스위블 메커니즘(swivel mechanism)의 구성요소의 등각 분해도.
도 2f는 일 실시예에 따른, 도 2e에 도시된 스위블 메커니즘의 단면도.
도 2g는 일 실시예에 따른, 도 2e에 도시된 스위블 메커니즘의 저면도.
도 2h는 일 실시예에 따른, 테이블의 절첩 세그먼트의 등각도.
도 2i는 일 실시예에 따른, 테이블의 절첩 세그먼트의 다른 등각도.
도 2j는 일 실시예에 따른, 테이블의 트랩도어(trapdoor)의 등각도.
도 2k는 일 실시예에 따른, 테이블의 피봇부(pivot)의 등각도.
도 2l은 일 실시예에 따른, 피치 축(axis of pitch)을 중심으로 회전된 테이블의 측면도.
도 2m은 일 실시예에 따른, 로우 축(axis of row)을 중심으로 회전된 테이블의 등각도.
도 3a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 칼럼의 측면 절결도.
도 3b는 일 실시예에 따른 칼럼의 등각 절결도.
도 3c는 일 실시예에 따른 칼럼의 평면도.
도 4a는 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 4b는 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 5a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 칼럼 링(column ring)의 등각도.
도 5b는 일 실시예에 따른, 테이블 아래의 칼럼 링들의 세트의 저면도.
도 5c는 일 실시예에 따른, 칼럼에 장착된 칼럼 링들의 세트의 등각도.
도 5d는 일 실시예에 따른, 칼럼 링의 아암 마운트(arm mount)의 등각 절결도.
도 5e는 일 실시예에 따른, 삽통식 구성(telescoped configuration)의 아암 마운트의 등각 절결도.
도 6a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 로봇 아암의 등각도.
도 6b는 일 실시예에 따른, 로봇 아암의 아암 세그먼트 조인트의 등각도.
도 6c는 일 실시예에 따른, 로봇 아암의 다른 아암 세그먼트 조인트의 등각도.
도 7a는 일 실시예에 따른, 환자의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 7b는 일 실시예에 따른, 환자의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 평면도.
도 7c는 일 실시예에 따른, 환자의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템 및 이미징 장치의 등각도.
도 7d는 일 실시예에 따른, 환자의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템 및 이미징 장치의 평면도.
도 7e는 일 실시예에 따른, 환자의 심부 영역(core body area)에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 7f는 일 실시예에 따른, 환자의 상체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 8a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부의 등각도.
도 8b는 일 실시예에 따른, 기부의 개방된 패널(panel)의 등각도.
도 8c는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 내측에 적재된 로봇 아암의 등각도.
도 8d는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 테이블 아래에 적재된 로봇 아암의 등각도.
도 8e는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 위에 적재된 로봇 아암의 등각도.
도 8f는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 위에 적재된 로봇 아암의 다른 등각도.
도 8g는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 상의 아웃리거 캐스터(outrigger caster)의 등각도.
도 8h는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 상의 아웃리거 캐스터의 다른 등각도.
도 8i는 일 실시예에 따른, 이동 구성(mobile configuration)의 아웃리거 캐스터의 측면도.
도 8j는 일 실시예에 따른, 고정 구성(stationary configuration)의 아웃리거 캐스터의 측면도.
도 9a는 일 실시예에 따른, 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 9b는 일 실시예에 따른, 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 10a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부 레일의 등각도.
도 10b는 일 실시예에 따른, 기부 레일 상의 아암 마운트의 등각도.
도 10c는 일 실시예에 따른, 기부 레일 상의 아암 마운트의 등각 절결도.
도 10d는 일 실시예에 따른 기부 레일의 단면도.
도 11은 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암 및 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 12는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 테이블 및 기부와 별개의 플랫폼(platform) 상에 칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 13a는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 13b는 도 13a의 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 단부도.
도 14a는 일 실시예에 따른, 테이블의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 단부도.
도 14b는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 위해 구성된, 2개의 조절가능 아암 지지부 및 복수의 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 14c는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 위해 구성된, 2개의 조절가능 아암 지지부 및 복수의 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 15a는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부의 위치를 조절하기 위해 병진하도록 구성되는 2개의 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 15b는 일 실시예에 따른, 내시경 절차를 위해 구성된, 조절가능 아암 지지부 및 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 16은 일 실시예에 따른, 틸팅할 수 있는 레일이 구성된 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 17a는 일 실시예에 따른, 의료 이미징 장치의 C-아암에 대한 접근을 허용하도록 위치된 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 17b는 다른 실시예에 따른, 의료 이미징 장치의 C-아암에 대한 접근을 허용하도록 위치된 조절가능 아암 지지부를 갖는 도 17a의 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 18a는 일 실시예에 따른, 전개 구성(deployed configuration)으로 위치된 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 18b는 일 실시예에 따른, 적재 구성(stowed configuration)으로 위치된 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도.
도 19는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템을 작동시키기 위한 방법을 예시한 흐름도.
도 20은 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템의 블록도.
도 21은 일 실시예에 따른 로봇 아암의 등각도.
도 22는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암을 포함하는 로봇 수술 시스템의 부감도(overhead view).
도 23은 일 실시예에 따른, 2개의 기구 구동 메커니즘을 포함하는 로봇 아암의 등각도.
도 24는 일 실시예에 따른, 로봇 아암의 원위 단부에 부착된 기구 기반 삽입 아키텍처(instrument based insertion architecture)를 갖는 기구의 등각도.
도 25a는 일 실시예에 따른, 삽입 축 본체가 제1 배향으로 위치된 로봇 아암의 측면도.
도 25b는 일 실시예에 따른, 삽입 축 본체가 제2 배향으로 위치된 도 25a의 로봇 아암의 측면도.
도 26a는 일 실시예에 따른, 캐뉼러(cannula)가 부착된 상태로 구성된 로봇 아암의 측면도.
도 26b는 일 실시예에 따른, 캐뉼러가 탈착된 상태로 구성된 로봇 아암의 측면도.
도 27a는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암을 포함하는 시스템의 등각도로서, 아암들 중 하나는 캐뉼러가 부착된 상태로 구성됨.
도 27b는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암을 포함하는 시스템의 등각도로서, 아암들 중 하나는 캐뉼러가 탈착된 상태로 구성됨.
도 28은 일 실시예에 따른, 추가의 회전 조인트를 갖는 리스트를 포함하는 로봇 아암의 등각도.
도 29a는 일 실시예에 따른, 틸팅된 기부를 포함하는 로봇 아암의 등각도.
도 29b는 일 실시예에 따른 도 29a의 로봇 아암의 측면도.
도 30은 일 실시예에 따른, 삽통 링크를 갖는 로봇 아암의 등각도.
도 31은 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템을 위한 기구 장치 조작기(instrument device manipulator)의 사시도.
도 32는 일 실시예에 따른, 도 31의 기구 장치 조작기의 측면도.
도 33은 일 실시예에 따른, 도 31의 기구 장치 조작기에 고정된 예시적인 수술 도구의 전방 분해 사시도.
도 34는 일 실시예에 따른, 도 31의 기구 장치 조작기에 고정된 예시적인 수술 도구의 후방 분해 사시도.
도 35는 일 실시예에 따른, 수술 도구 홀더(surgical tool holder)로부터의 수술 도구의 맞물림 및 맞물림해제를 위한 작동 메커니즘의 확대 사시도.
도 36a 및 도 36b는 일 실시예에 따른, 수술 도구를 멸균 어댑터(sterile adapter)로부터 맞물림 및 맞물림해제시키는 프로세스를 예시한 도면.
도 37a 및 도 37b는 추가의 실시예에 따른, 수술 도구를 멸균 어댑터로부터 맞물림 및 맞물림해제시키는 프로세스를 예시한 도면.
도 38a는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기 내에서 수술 도구 홀더를 롤링시키기 위한 메커니즘의 사시도.
도 38b는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기의 단면도.
도 38c 및 도 38d는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기의 내부 구성요소 및 그의 소정 전기 구성요소의 부분 분해 사시도.
도 38e는 일 실시예에 따른, 수술 도구 홀더를 롤 인덱싱(roll indexing)하기 위한 기구 장치 조작기의 전기 구성요소의 확대 사시도.
도 39는 일 실시예에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구의 측면도.
도 40은 일 실시예에 따른, 엔드 이펙터(end effector)를 작동시키기 위한 제1 작동 메커니즘을 도시한 개략도.
도 41은 일 실시예에 따른, 도 39의 기구의 제1 작동 메커니즘의 확대 측면도.
도 42는 일 실시예에 따른, 도 39의 기구의 제1 작동 메커니즘의 확대 사시도.
도 43은 일 실시예에 따른, 풀리(pulley)의 작동 전의, 도 39의 기구의 풀리 및 케이블의 도면.
도 44는 일 실시예에 따른, 풀리의 작동 후의, 도 39의 기구의 풀리 및 케이블의 도면.
도 45는 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 스풀(spool)을 포함하는 제2 작동 메커니즘의 측면도.
도 46은 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 단일 케이블을 사용하는 대안적인 스풀의 사시도.
도 47은 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 하나 초과의 케이블을 사용하는 대안적인 스풀의 사시도.
도 48은 일 실시예에 따른, 도 46의 스풀을 포함하는 손잡이의 정면도.
도 49는 일 실시예에 따른, 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 병진을 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도.
도 50a는 일 실시예에 따른, 도 49의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처를 통합하는 기구의 확대 정면도.
도 50b는 일 실시예에 따른, 도 49의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처를 통합하는 기구의 상부 사시도.
도 51은 일 실시예에 따른, 기구의 손잡이 및 샤프트의 상부 사시도.
도 52a는 일 실시예에 따른, 도 40에 도시된 삽입 아키텍처를 이용하는 기구 샤프트의 단면의 개략도.
도 52b는 일 실시예에 따른, 도 49에 도시된 삽입 아키텍처를 이용하는 기구 샤프트의 단면의 개략도.
도 53은 일 실시예에 따른, 혈관 봉합기(vessel sealer)에서 나이프(knife)를 구동시키기 위한 아키텍처를 도시한 개략도.
도 54는 일 실시예에 따른, 혈관 봉합기에서 나이프를 구동시키기 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도.
도 55는 일 실시예에 따른, 혈관 봉합기에서 나이프를 구동시키기 위한 또 다른 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도.
도 56은 일 실시예에 따른, 강성 카메라(rigid camera)를 삽입 기구가 되게 하기 위한 아키텍처를 도시한 개략도.
도 57은 일 실시예에 따른, 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하는 제1 삽입 아키텍처를 도시한 도면.
도 58 및 도 59는 일 실시예에 따른, 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하는 제2 삽입 아키텍처를 도시한 도면.
도 60은 다른 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 도면.
도 61은 환자로부터의 공기 누출을 방지하기 위한 다수의 시일(seal)을 갖는 기구의 측단면도.
도 62는 다수의 시일을 갖는 기구의 정단면도.
이제, 그 예가 첨부 도면에 예시된 수개의 실시예를 상세히 참조할 것이다. 실행가능한 경우는 언제나, 유사하거나 동일한 도면 부호가 도면에 사용될 수 있으며, 유사하거나 동일한 기능성을 나타낼 수 있다는 것에 유의한다. 도면은 단지 예시를 위해 기술된 시스템(또는 방법)의 실시예를 도시한다. 당업자는 하기 설명으로부터, 본 명세서에 예시된 구조 및 방법의 대안적인 실시예가 본 명세서에서 기술된 원리로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있음을 용이하게 인식할 것이다.
I. 시스템 개요
도 1은 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(100)의 등각도이다. 사용자, 예컨대 의사 또는 보조자는 수술 로봇 시스템(100)을 사용하여 환자에게 로봇-보조식 수술(robotically-assisted surgery)을 수행한다. 수술 로봇 시스템(100)은 물리적으로 함께 결합되는 테이블(101), 칼럼(102), 및 기부(103)를 포함한다. 도 1에 도시되어 있지 않지만, 테이블(101), 칼럼(102), 및/또는 기부(103)는 수술 로봇 시스템(100)의 기능을 지원하는 전자장치, 유체장치, 공압장치, 흡인장치, 또는 다른 전기 및 기계 구성요소를 수용하거나, 그것에 연결되거나, 그것을 사용할 수 있다.
테이블(101)은 수술 로봇 시스템(100)을 사용하여 수술을 받는 환자에 대한 지지를 제공한다. 일반적으로, 테이블(101)은 지면에 평행하지만, 테이블(101)은 다양한 수술 절차를 용이하게 하기 위해 그의 배향 및 구성을 변경할 수 있다. 테이블(101)은 섹션 II. 테이블에서 도 2a 내지 도 2i를 참조하여 추가로 기술된다.
칼럼(102)은 일 단부 상에서 테이블(101)에 결합되고, 다른 단부 상에서 기부(103)에 결합된다. 일반적으로, 칼럼(102)은 섹션 V. 칼럼 링에서 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 추가로 기술되는, 칼럼(102)에 결합되는 칼럼 링을 수용하도록 원통형 형상이지만, 칼럼(102)은 타원형 또는 직사각형과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 칼럼(102)은 섹션 III. 칼럼에서 도 3a 및 도 3b를 참조하여 추가로 기술된다.
기부(103)는 지면에 평행하고, 칼럼(102) 및 테이블(101)에 대한 지지를 제공한다. 기부(103)는 휠, 트레드(tread), 또는 수술 로봇 시스템(100)을 위치시키거나 이송하는 다른 수단을 포함할 수 있다. 기부(103)는 섹션 VIII. 기부에서 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 추가로 기술된다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 수술 로봇 시스템(100)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
II. 테이블
도 2a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(100)의 테이블(201A)의 등각도이다. 테이블(201A)은 도 1의 테이블(101)의 일 실시예이다. 테이블(201A)은 하나 이상의 세그먼트들의 세트를 포함한다. 일반적으로, 사용자는 세그먼트들의 세트를 구성함으로써 테이블(201A)의 구성을 변경한다. 수술 로봇 시스템(100)은 또한, 예를 들어 모터를 사용하여 세그먼트들의 세트의 세그먼트를 재위치시킴으로써 세그먼트를 자동으로 구성할 수 있다. 세그먼트들의 예시적인 세트가 도 2a에 도시되어 있으며, 스위블 세그먼트(210), 중심 세그먼트(212), 절첩가능 세그먼트(214), 탈착가능 세그먼트(216), 및 테이블 기부(218)를 포함한다. 스위블 세그먼트(210), 중심 세그먼트(212), 및 절첩가능 세그먼트(214)는 테이블 기부(218)에 결합된다. 도 2a가 테이블 기부(218)로부터 분리된 탈착가능 세그먼트(216)를 도시하고 있지만, 탈착가능 세그먼트(216)는 또한 테이블 기부(218)에 결합될 수 있다. 다양한 구현예에서, 추가의 또는 더 적은 세그먼트가 사용될 수 있다.
테이블(201A)의 세그먼트들의 세트를 구성하는 것의 이점은 구성된 테이블(201A)이 테이블(201A) 상의 환자에의 더 우수한 접근을 제공할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템(100)은 환자의 서혜부 영역에의 접근을 필요로 하는 환자에게 수술 절차를 수행한다. 환자가 전형적인 수술 베드(surgical bed) 상에 얼굴을 위로 하여 누워 있을 때, 환자의 서혜부 영역보다 환자의 머리, 팔, 및 다리에 더 접근할 수 있다. 서혜부 영역이 환자의 신체의 중심을 향해 위치되기 때문에, 다리는 흔히 서혜부 영역에의 접근을 방해한다. 탈착가능 세그먼트(216)는 테이블(201A)로부터 탈착가능하다. 탈착가능 세그먼트(216)가 없는 테이블(201A)은 환자의 머리가 스위블 세그먼트(210)로 테이블(201A)의 측부를 향하는 상태로 테이블(201A) 상에 누워 있는 환자의 서혜부 영역에의 더 우수한 접근을 제공한다. 특히, 탈착가능 세그먼트(216)를 제거하는 것은, 예를 들어 서혜부 영역 내로 수술 기구를 삽입하기 위해 더 많은 공간을 개방한다. 서혜부 영역에 접근하기 위해 추가의 공간이 요구되는 경우, 절첩가능 세그먼트(214)는 환자로부터 멀어지게 아래로 절첩될 수 있다(도 2h에서 추가로 기술됨). 중심 세그먼트(212)는, 또한 서혜부 영역에의 더 우수한 접근을 제공하는 절결부 섹션(cutout section)(220)을 포함한다.
스위블 세그먼트(210)는 테이블(201A)에 대해 측방향으로 피봇한다. 스위블 세그먼트(210)는 아치형 에지(arcuate edge)(222)를 포함하고, 중심 세그먼트(212)가 또한 아치형 에지(224)를 포함한다. 아치형 에지로 인해, 스위블 세그먼트(210)가 테이블(201A)로부터 멀어지게 또는 그것을 향해 피봇함에 따라 스위블 세그먼트(210)와 중심 세그먼트(212) 사이에 최소의 간극이 존재한다. 스위블 세그먼트(210)가 테이블(201A)로부터 멀어지게 피봇된 테이블(201A)의 구성은 테이블(201A)의 다른 세그먼트가 서혜부 영역을 방해하지 않기 때문에 서혜부 영역에의 더 우수한 접근을 제공한다. 이러한 구성의 일례가 섹션 VII. A. 하체 수술에서 도 7c 및 도 7d와 관련하여 추가로 기술된다. 추가적으로, 스위블 세그먼트(210)는 또한, 서혜부 영역에의 한층 더 우수한 접근을 제공하는 절결부 섹션(226)을 포함한다.
도 2b는 일 실시예에 따른 테이블(201A)의 평면도이다. 구체적으로, 도 2b는 테이블 기부(218)를 부분 절결도로 그리고 스위블 세그먼트(210)의 일부분을 도시한다. 스위블 세그먼트(210) 내측의 구성요소는 예시를 위해 노출된다. 테이블 기부(218)는 이중 만곡형 레일(double curved rail)(230), 즉 2개의 만곡형 선형 레일(또한 제1 베어링 부조립체(bearing subassembly)로 지칭됨)을 포함한다. 스위블 세그먼트(210)가 또한 이중 만곡형 레일(232)(또한 제2 베어링 부조립체로 지칭됨)을 포함한다. 제2 베어링 조립체에 결합된 제1 베어링 조립체는 베어링 메커니즘으로 지칭될 수 있다. 테이블 기부(218)의 이중 만곡형 레일(230)은 스위블 세그먼트(210)의 이중 만곡형 레일(232)과 맞물린다. 둘 모두의 이중 만곡형 레일은 가상 원(234)에 동심이다. 스위블 세그먼트(210)는 테이블 기부(218)의 평면에 수직인, 가상 원(234)의 중심에서 점(236)을 통과하는 축을 중심으로 피봇한다. 테이블 기부(218)의 이중 만곡형 레일(230)은 제1 캐리지(carriage)(238) 및 제2 캐리지(240)를 포함한다. 유사하게, 스위블 세그먼트(210)의 이중 만곡형 레일(232)은 제1 캐리지(242) 및 제2 캐리지(244)를 포함한다. 캐리지는 구조적 지지를 제공하고, 모멘트 하중(moment load)을 무효화하며, 이는 이중 만곡형 레일이 적어도 500 파운드까지의 높은 캔틸레버식 하중(cantilevered load)을 지지할 수 있게 한다. 예를 들어, 환자를 테이블(201A)로부터 멀어지게 피봇시키는 것은 환자의 체중을 지지하는 이중 만곡형 레일 상에 높은 캔틸레버식 하중을 발생시킨다. 테이블 기부(218) 및 스위블 세그먼트(210)는 롤러(roller), 캠 팔로워(cam follower), 및 베어링과 같은 추가의 하중-공유 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스위블 세그먼트(210) 및 테이블 기부(218)는 각각 이중 만곡형 레일 대신에 단일 만곡형 레일을 포함한다. 또한, 각각의 만곡형 레일은 추가의 또는 더 적은 캐리지를 포함할 수 있다.
도 2c는 일 실시예에 따른, 테이블(201A)의 스위블 세그먼트(210)의 평면도이다. 무게 중심(center of mass)(250)은 스위블 세그먼트(210) 및 스위블 세그먼트(210) 상에 누워 있는 환자(도시되지 않음)의 무게 중심을 예시한다. 스위블 세그먼트(210)는 축(236)을 중심으로 각도 α로 피봇된다. 도 2d에 도시된 무게 중심(246)과 비교하여, 무게 중심(250)은 (도 2d의 테이블 기부(218B)에 대응하는) 테이블 기부(218)를 향해 더 가깝지만, 도 2c 및 도 2d 둘 모두의 스위블 세그먼트는 각각 동일한 각도 α로 피봇된다. 무게 중심(250)을 테이블(218)을 향해 가깝게 유지시키는 것은 스위블 세그먼트(210)가 수술 로봇 시스템을 전복시킴이 없이 - 환자로 인한 - 더 큰 캔틸레버 하중(cantilever load)을 지지하는 데 도움을 준다. 일부 실시예에서, 스위블 세그먼트(210)는, 스위블 세그먼트(210)의 무게 중심을 테이블(201A) 위에 유지시키면서, 테이블 기부(218)에 대해 30도 또는 45도의 각도까지 회전될 수 있다.
도 2d는 일 실시예에 따른, 테이블(201B)의 스위블 세그먼트(210A)의 평면도이다. 구체적으로, 테이블(201B)은 테이블 기부(218A) 및 스위블 세그먼트(210A)를 포함한다. 테이블(201B)은 이중 만곡형 레일을 포함하지 않으며, 대신에 도 2e 내지 도 2g를 참조하여 아래에서 추가로 기술되는 스위블 메커니즘(278)을 포함한다. 무게 중심(246)은 스위블 세그먼트(210A) 및 스위블 세그먼트(210A) 상에 누워 있는 환자(도시되지 않음)의 무게 중심을 예시한다. 스위블 세그먼트(210A)는 축(248)을 중심으로 각도 α로 피봇된다. 따라서, 무게 중심(246)은 테이블 기부(218A)로부터 떨어져 위치된다.
도 2e는 일 실시예에 따른, 테이블(201B)의 스위블 메커니즘(278)(이는 또한 베어링 메커니즘으로 지칭될 수 있음)의 구성요소의 등각 분해도이다. 스위블 메커니즘(278)은 제2 베어링 부조립체에 결합되는 제1 베어링 부조립체를 포함한다. 특히, 스위블 메커니즘(278)은 고조파 구동 모터(harmonic drive motor)(280), 고정 플레이트(static plate)(281), 심(shim)(282), 내부 베어링 레이스(race)(283), 베어링(284), 외부 베어링 레이스 클리트(cleat)(285), 내부 베어링 레이스 지지부(286), 고정 링(287), 모터 하우징 마운트(288), 인코더 스트립(encoder strip)(289), 구동 플레이트(290), 인코더 센서(291), 및 스위블 인서트(swivel insert)(292)를 포함한다. 모터 하우징 마운트(288)는 테이블 기부(218A)에 대해 고정되어 있다. 고조파 구동 모터(280)는 스위블 세그먼트(210A)를 축(248)을 중심으로 회전시킨다. 제1 베어링 부조립체는 테이블 기부(218A)에 결합되는 전술된 구성요소를 포함한다. 제2 베어링 부조립체는 스위블 세그먼트(210A)에 결합되는 전술된 구성요소를 포함한다.
도 2f는 일 실시예에 따른, 도 2e에 도시된 스위블 메커니즘(278)의 단면도이다. 고조파 구동 모터(280)는 모터 하우징 마운트(288)에 결합된다. 모터 하우징 마운트(288)는 고정 링(287) 및 고정 플레이트(281)에 결합된다. 고정 플레이트(281)는 심(282)을 사용하여 테이블 기부(218A)에 결합되어, 고조파 구동 모터(280)가 또한 테이블 기부(218A)에 대해 고정되어 있게 한다.
고조파 구동 모터(280)는 구동 면(driving face)(296)에 결합되는 구동 액슬(driving axle)(294)을 포함하여, 구동 액슬(294)과 구동 면(296)이 함께 회전하게 한다. 구동 면(296)은 구동 플레이트(290)에 결합된다. 구동 플레이트(290)는 내부 베어링 레이스 지지부(286)에 결합된다. 내부 베어링 레이스 지지부(286)는 스위블 인서트(292) 및 내부 베어링 레이스 클리트(283)에 결합된다. 내부 베어링 레이스 지지부(286)는 베어링(284)(예컨대, 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing))에 의해 테이블 기부(218A)에 이동가능하게 결합된다. 스위블 인서트(292)는 스위블 세그먼트(210A)에 결합되어, 구동 액슬(294) 및 구동 면(296)을 회전시키는 것은 스위블 세그먼트(210A)가 동일한 방향으로 회전하게 한다. 도 2f에 도시되어 있지 않지만, 스위블 메커니즘(278)은 추가의 안정성을 제공하기 위해 고정 플레이트(281)와 내부 베어링 레이스 클리트(283) 사이에, 예컨대 물리적 하드 스톱(hard stop)의 형태로 추가의 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 도 2f에 도시되어 있지 않지만, 인코더 센서(291)는 인코더 스트립(289)에 의해 모터 하우징 마운트(288)에 결합된다. 인코더 센서(291)는 스위블 세그먼트(210A)의 회전, 예컨대 스위블 세그먼트(210A)의 위치에 관한 정보를 0.01도 분해능에서 0.1도의 정확도까지 기록한다. 도 2f는 스위블 메커니즘의 구성요소를 결합시키는 데 사용되는 여러 스크류(또는 볼트)를 도시하고 있지만, 이들 구성요소가 다른 방법, 예컨대 용접, 압입 끼워맞춤(press fit), 접착 등을 사용하여 결합될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
스위블 메커니즘(278)은, 예컨대 스위블 세그먼트(210A) 상에 누워 있는 환자로부터의 500 파운드까지의 하중을 지지하면서, 고조파 구동 모터(280)가 스위블 세그먼트(210A)를 정밀한 제어로 회전시키도록 허용한다. 특히, 고조파 구동 모터(280)는 스위블 세그먼트(210A)를 초당 10도의 회전 속도까지, 그리고 축(248)을 중심으로 어느 방향으로든 45도까지 회전시킬 수 있다. 또한, 스위블 세그먼트(210A)는 환자의 무게 중심의 최대 속도가 초당 100 밀리미터이고 최대 속도까지의 시간이 0.5초이도록 회전된다. 일부 실시예에서, 스위블 메커니즘의 베어링들 중 하나는, 환자의 체중으로부터의 캔틸레버 하중을 유지시키면서, 스위블 세그먼트(210A)의 정밀한 회전을 허용하는 안정성을 추가로 제공하는 데 도움을 주는 - 예컨대, 베어링 마찰 계수가 대략 0.0025인 볼 베어링을 갖는 - 크로스 롤러 베어링이다. 고조파 구동 모터(280)는 환자의 체중과 함께 스위블 세그먼트(210A)를 회전시키기 위해 33 뉴턴 미터까지의 토크를 발생시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 고조파 구동 모터(280)는 적어도 40 뉴턴 미터의 홀딩 토크(holding torque)를 갖는 내부 브레이크(internal brake)를 포함한다.
도 2g는 일 실시예에 따른, 도 2e에 도시된 스위블 메커니즘의 저면도이다. 고조파 구동 모터(280)는, 예컨대 수술 로봇 시스템의 칼럼으로부터의 전기 와이어가 고조파 구동 모터(280)에 결합되어 고조파 구동 모터(280)에 제어 신호를 제공할 수 있도록 노출된다.
도 2h는 일 실시예에 따른, 테이블(201C)의 절첩가능 세그먼트(214C)의 등각도이다. 테이블(201C)은 도 2a의 테이블(201A)의 일 실시예이다. 테이블(201C)은 또한 테이블 기부(218C)에 결합되는 중심 세그먼트(212C)를 포함한다. 절첩가능 세그먼트(214C)는 테이블 기부(218C)에 평행한 축(252)을 중심으로 베어링을 사용하여 회전한다. 절첩가능 세그먼트(214C)는 절첩가능 세그먼트(214C)가 테이블 기부(218C) 및 중심 세그먼트(212C)에 직교하도록 회전된다. 다른 실시예에서, 절첩가능 세그먼트(214C)는 테이블 기부(218C) 및 중심 세그먼트(212C)에 대해 다른 각도로 회전될 수 있다. 절첩가능 세그먼트(214C)는, 예를 들어 테이블(201C) 상에 누워 있는 환자에의 더 우수한 접근을 제공하기 위해 절결부 섹션(254)을 포함한다. 다른 실시예에서, 절첩가능 세그먼트(214C)는 절결부 섹션을 포함하지 않는다.
도 2i는 일 실시예에 따른, 테이블(201D)의 절첩가능 세그먼트(214D)의 다른 등각도이다. 테이블(201D)은 도 2a의 테이블(201A)의 일 실시예이다. 절첩가능 세그먼트(214D)는 절첩가능 세그먼트(214D)와 테이블 기부(218D)가 서로에 대해 각도 β로 위치되도록 회전된다. 테이블(201D)은 테이블(201D) 상의 환자의 체중을 지지하면서 회전된 위치를 유지시키기 위한, 절첩가능 세그먼트(214D) 및 중심 세그먼트(212D)를 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 메커니즘은 절첩가능 세그먼트(214D)와 중심 세그먼트(212D)의 조인트에 있는, 이들 2개의 세그먼트를 각도 β로 유지시키는 마찰 브레이크이다. 대안적으로, 절첩가능 세그먼트(214D)는 샤프트를 사용하여 중심 세그먼트(212D)를 중심으로 회전하고, 메커니즘은, 샤프트를 로킹시키고(lock), 그에 따라 2개의 세그먼트를 고정된 위치로 유지시키는 클러치(clutch)이다. 도 2i에 도시되어 있지 않지만, 테이블(201D)은 절첩가능 세그먼트(214D)를 중심 세그먼트(212D)에 대해 소정 각도로 자동으로 회전 및 로킹시키기 위한 모터 또는 다른 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 절첩가능 세그먼트(214D)를 회전시키는 것은, 예를 들어 테이블(201D)의 대응하는 구성이 테이블(201D) 상에 누워 있는 환자의 복부 주위의 영역에의 더 우수한 접근을 제공하기 때문에 유리하다.
도 2j는 일 실시예에 따른, 테이블(201E)의 트랩도어(256)의 등각도이다. 테이블(201E)은 도 2a의 테이블(201A)의 일 실시예이다. 구체적으로, 테이블(201E)은 트랩도어(256), 및 트랩도어(256) 아래에 위치되는 배출 구성요소(258)를 포함한다. 트랩도어(256) 및 배출 구성요소(258)는 수술 절차 동안 테이블 상에 누워 있는 환자에 의해 분비되거나 방출되는 유체(예컨대, 소변), 잔해물(예컨대, 대변)과 같은 폐기물을 수집한다. 용기(도시되지 않음)가 폐기물을 수집 및 저장하기 위해 배출 구성요소(258) 아래에 위치될 수 있다. 트랩도어(256) 및 배출 구성요소(258)는 그들이 수술 로봇 시스템(100)의 다른 구성요소 또는 수술 로봇 시스템(100)이 있는 수술실 내의 다른 수술 도구와 같은 장비를 폐기물이 오손시키거나 멸균 상태로부터 해제시키는(de-sterilizing) 것을 방지하기 때문에 유리하다.
도 2k는 일 실시예에 따른, 테이블(201A)의 피봇부의 등각도이다. 구체적으로, 테이블(201A)은 제1 피봇부(260) 및 제2 피봇부(262)를 포함한다. 테이블(201A)은 제1 축(264)을 중심으로 회전한다. 사용자, 예컨대 의사는 테이블(201A)을 제1 축(264) 또는 제2 축(266)을 중심으로 수동으로 또는 수술 로봇 시스템(100)에 의해 보조되어 회전시킬 수 있다. 수술 로봇 시스템(100)은 또한, 예를 들어 제어 신호를 사용하여 제1 피봇부(260) 또는 제2 피봇부(262)에 결합된 모터를 작동시킴으로써 테이블(201A)을 자동으로 회전시킬 수 있다. 모터(280)는 제1 피봇부(260)에 결합된다. 테이블(201A)의 회전은 수술 절차 동안 테이블(201A) 상에 누워 있는 환자의 소정 영역에의 더 우수한 접근을 제공할 수 있다. 구체적으로, 테이블(201A)은 제1 축(264)을 중심으로 회전함으로써 테이블(201A) 상에 누워 있는 환자를 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 배향시키도록 구성된다. 테이블(201A)의 회전은 도 2l 및 도 2m에서 추가로 기술된다.
도 2l은 일 실시예에 따른, 피치 축(264)을 중심으로 회전된 테이블(201A)의 측면도이다. 구체적으로, 테이블(201A)은 지면에 평행한 평면(268)에 대해 각도 γ로 회전된다.
도 2m은 일 실시예에 따른, 로우 축(266)을 중심으로 회전된 테이블(201A)의 등각도이다. 구체적으로, 테이블(201A)은 지면에 평행한 평면(268)에 대해 각도 δ로 회전된다. 테이블(201A)은 테이블(201A) 아래의 구성요소를 노출시키기 위해 투명한 것으로 예시되어 있다. 테이블은 레일들(270)의 세트를 포함한다. 테이블(201A)은 레일들(270)의 세트에 평행한 축(266)을 따라 측방향으로 병진할 수 있다. 수술 로봇 시스템(100)은, 예를 들어 모터 또는 다른 작동 수단(도시되지 않음)을 사용하여 테이블(201A)을 측방향으로 병진시킨다. 수술 로봇 시스템(100)의 사용자는 또한 테이블(201A)을 수동으로, 또는 수술 로봇 시스템(100)의 보조를 받아 병진시킬 수 있다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 테이블(201A)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 9월 30일자로 출원된 미국 가출원 제62/235,394호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
III. 칼럼
도 3a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(100)의 칼럼(102)의 측면 절결도이다. 칼럼(102)은 수술 로봇 시스템(100)의 기능을 수행하기 위한 전기 및 기계 및 다른 유형의 구성요소를 포함한다. 칼럼(102)은 피치 회전 메커니즘(310), 칼럼 삽통 메커니즘(320), 링 삽통 메커니즘(330A, 330B), 및 링 회전 메커니즘(340A, 340B)을 포함한다. 링 회전 메커니즘(340A, 340B)은 도 3b에서 추가로 기술된다.
수술 로봇 시스템(100)은 피치 회전 메커니즘(310)을 사용하여 피치 축(264)(또한 이전에 도 2k 및 도 2l에 예시됨)을 중심으로 테이블(101)을 회전시킨다. 피치 회전 메커니즘(310)은 피치 회전 모터(312), 직각 기어박스(right angle gearbox)(314), 피치 회전 리드 스크류(lead screw)(316), 및 피치 회전 브래킷(bracket)(318)을 포함한다. 피치 회전 모터(312)는 직각 기어박스(314)에 결합된다. 피치 회전 모터(312)는 피치 회전 리드 스크류(316)에 직교한다. 피치 회전 리드 스크류(316)는 피치 회전 브래킷(318)에 이동가능하게 결합된다. 직각 기어박스(314)는 피치 회전 리드 스크류(316)에 결합된다. 피치 회전 모터(312)의 출력 회전은 축(311)을 따른 피치 회전 리드 스크류의 병진 운동을 유발한다. 따라서, 피치 회전 리드 스크류(318)의 병진 운동은 테이블(101)이 피치 축(264)을 중심으로 회전하게 한다.
수술 로봇 시스템(100)은 칼럼 삽통 메커니즘(320)을 사용하여 테이블을 수직으로 병진시킨다. 칼럼 삽통 메커니즘(320)은 칼럼 삽통 모터(322), 칼럼 삽통 리드 스크류(324), 및 칼럼 삽통 레일(326)을 포함한다. 칼럼 삽통 모터(322)는 칼럼 삽통 리드 스크류(324)에 결합된다. 칼럼 삽통 모터(322) 및 칼럼 삽통 리드 스크류(324)는 기부(103)에 대해 고정되어 있다. 칼럼 삽통 리드 스크류(324)는 칼럼 삽통 레일(326)과 맞물린다. 칼럼 삽통 모터(322)의 출력 회전은 칼럼 삽통 레일(326)이 칼럼 삽통 리드 스크류(324)를 따라 수직 축(321)을 따라 병진하게 한다. 칼럼 삽통 레일(326)이 수직 축(321)을 따라 양의 방향으로 병진함에 따라, 칼럼(102) 및 테이블(101)의 높이가 증가한다.
칼럼(102)은 또한 하부 칼럼 세그먼트(350), 중간 칼럼 세그먼트(352), 및 상부 칼럼 세그먼트(354)를 포함한다. 하부 칼럼 세그먼트(350)는 기부(103)에 결합되고, 기부(103)에 대해 고정되어 있다. 중간 칼럼 세그먼트(352)는 하부 칼럼 세그먼트(350)에 이동가능하게 결합된다. 상부 칼럼 세그먼트(354)는 중간 칼럼 세그먼트(352)에 이동가능하게 결합된다. 다른 실시예에서, 칼럼(102)은 추가의 또는 더 적은 칼럼 세그먼트를 포함할 수 있다.
상부 칼럼 세그먼트(354) 및/또는 중간 칼럼 세그먼트(352)는 또한 수직 축(321)을 따라 병진하여 칼럼(102)의 높이를 연장시킨다. 유사하게, 칼럼 삽통 레일(326)이 수직 축(321)을 따라 음의 방향으로 병진함에 따라, 칼럼(102) 및 테이블(101)의 높이가 감소한다. 또한, 상부 칼럼 세그먼트(354) 및/또는 중간 칼럼 세그먼트(352)는 또한 수직 축(321)을 따라 병진하여, 하부 칼럼 세그먼트(350) 위로 접힌다. 조절가능한 높이를 갖는 테이블(101)은 테이블(101)이 다양한 수술 절차를 용이하게 하기 때문에 유리하다. 구체적으로, 하나의 수술 절차는 테이블(101) 상에 누워 있는 환자가 상이한 수술 절차를 위해 테이블(101) 상에 누워 있는 환자의 높이보다 낮은 높이에 위치되도록 요구한다. 일부 실시예에서, 칼럼 삽통 메커니즘(320)은 모터 대신에 - 또는 그것에 더하여 - 유압장치 또는 공압장치와 같은 다른 작동 수단을 사용한다.
수술 로봇 시스템(100)은 링 삽통 메커니즘(330A, 330B)을 사용하여 칼럼 링(305A, 305B)을 수직으로 병진시킨다. 링 삽통 메커니즘(330A)은 링 삽통 모터(332), 링 삽통 리드 스크류(334), 및 링 삽통 레일(336)을 포함한다. 칼럼 링은 섹션 V. 칼럼 링에서 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 추가로 기술된다. 칼럼 링(305A, 305B)은 칼럼(102)에 이동가능하게 결합되고, 수직 축(331)을 따라 병진한다. 일반적으로, 칼럼(102)은 칼럼(102)의 각각의 칼럼 링에 대한 링 삽통 메커니즘을 포함한다. 구체적으로, 칼럼(102)은 링 삽통 메커니즘(330A) 및 제2 링 삽통 메커니즘(330B)을 포함한다. 링 삽통 모터(332)는 링 삽통 리드 스크류(334)에 결합된다. 링 삽통 모터(332) 및 링 삽통 리드 스크류(334)는 기부(103)에 대해 고정되어 있다. 링 삽통 리드 스크류(334)는 링 삽통 레일(336)과 맞물린다. 링 삽통 레일(336)은 칼럼 링(305A)에 결합된다. 링 삽통 모터(332)의 출력 회전은 링 삽통 레일(336)이 수직 축(331)을 따라 그리고 링 삽통 리드 스크류(334)를 따라 병진하게 한다. 링 삽통 레일(336)이 수직 축(331)을 따라 양의 방향 또는 음의 방향으로 병진함에 따라, 대응하는 칼럼 링의 높이가 각각 증가 또는 감소한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 칼럼(102)의 등각 절결도이다. 칼럼(102)은 제1 아코디언 패널(accordion panel)(360A) 및 제2 아코디언 패널(360B)을 포함한다. 아코디언 패널(360A, 360B)은 수술 로봇 시스템(100)이 칼럼 링(305A, 305B)을 수직 축(331)을 따라 양의 방향 또는 음의 방향으로 병진시킴에 따라 각각 연장 또는 절첩된다. 아코디언 패널(360A, 360B)은 그들이 칼럼(102) 내측의 전기 및 기계 및 다른 유형의 구성요소(예컨대, 피치 회전 메커니즘(310), 칼럼 삽통 메커니즘(320), 링 삽통 메커니즘(330A, 330B), 및 링 회전 메커니즘(340A, 340B))를 유체 폐기물 및 다른 위험물에 의해 오손되거나 멸균 상태로부터 해제되는 것으로부터 보호하기 때문에 유리하다. 도 3b는 링 회전 메커니즘(340A)의 등각도를 도시하는 한편, 링 회전 메커니즘(340B)은 칼럼(102)에 의해 가려져 있다.
수술 로봇 시스템(100)은 각각 링 회전 메커니즘(340A, 340B)을 사용하여 칼럼 링(305A, 305B)을 회전시킨다. 링 삽통 레일(336)은 링 회전 브래킷(344)에 의해 링 회전 모터(342)에 결합된다. 링 회전 모터(342)는 기어들의 세트(346)에 결합된다. 기어들의 세트(346)는 구동 기어(346G)를 포함한다. 구동 기어(346G)는 칼럼 링(305A)의 칼럼 링 레일(348)과 맞물린다. 링 회전 모터(342)의 출력 회전은 기어들의 세트(346) 및 구동 기어(346G)가 회전하게 한다. 따라서, 구동 기어(346G)의 회전은 칼럼 링(305A)이 칼럼(102)에 동심인 수직 축(341)을 중심으로 회전하게 한다. 칼럼(102)은 칼럼 링(305B)에 대응하는 다른 링 회전 메커니즘(340B)을 포함한다. 일반적으로, 둘 모두의 링 회전 메커니즘(340A, 340B) 및 칼럼 링(305A, 305B)은 실질적으로 동일할 것이지만, 다른 구현예에서 그들은 상이한 메커니즘을 사용하여 구성될 수 있다.
도 3c는 일 실시예에 따른 링 회전 메커니즘(340A)의 평면도이다. 명확성을 위해, 도 3c는 링 회전 메커니즘(340A)의 구동 기어(346G), 칼럼 링(305A), 및 칼럼 링 레일(348)만을 도시한다. 예시적인 사용 사례에서, 수술 로봇 시스템(100)은 구동 기어(346G)를 시계 방향으로 회전시켜 칼럼 링 레일(348) - 및 그에 따라, 칼럼 링(305A) - 을 수직 축(341)을 중심으로 시계 방향으로 회전시킨다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 칼럼(103)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
IV. 칼럼-장착식 로봇 아암
도 4a는 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암(470A)을 갖는 수술 로봇 시스템(400A)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(400A)은 로봇 아암들의 세트, 칼럼 링들의 세트, 테이블(401A), 칼럼(402A), 및 기부(403A)를 포함한다. 수술 로봇 시스템(400A)은 도 1에 도시된 수술 로봇 시스템(100)의 일 실시예이다. 일반적으로, 로봇 아암들의 세트는 로봇 아암(470A)과 같은 하나 이상의 로봇 아암을 포함하며, 여기에서 로봇 아암은 칼럼 링(405A)과 같은 하나 이상의 칼럼 링에 결합된다. 칼럼 링은 아래의 섹션 V. 칼럼 링에서 도 5a 내지 도 5e와 관련하여 더 상세히 기술된다. 로봇 아암은 아래의 섹션 VI. 로봇 아암에서 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 더 상세히 기술된다. 칼럼 링(405A)은 칼럼(402A)에 이동가능하게 결합된다. 따라서, 칼럼(405A)에 부착된 로봇 아암(470A)은 칼럼-장착식 로봇 아암(470A)으로 지칭될 수 있다. 위에서 소개된 바와 같이, 수술 로봇 시스템(400A)은 로봇 아암(470A)을 사용하여, 테이블(401A) 상에 누워 있는 환자에게 수술 절차를 수행한다.
도 4b는 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(400B)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(400B)은 도 4a에 도시된 수술 로봇 시스템(400A)의 일 실시예이다. 수술 로봇 시스템(400B)은 다수의 로봇 아암, 즉 제1 로봇 아암(470B), 제2 로봇 아암(470C), 제3 로봇 아암(470D), 및 제4 로봇 아암(470E)뿐만 아니라 다수의 칼럼 링, 즉 제1 칼럼 링(405B) 및 제2 칼럼 링(405C)을 포함한다. 다른 실시예에서, 수술 로봇 시스템(400B)은 추가의 또는 더 적은 로봇 아암 및/또는 칼럼 링을 포함할 수 있다. 또한, 로봇 아암은 다양한 구성으로 칼럼 링에 결합될 수 있다. 예를 들어, 3개의 로봇 아암이 칼럼 링에 결합될 수 있다. 추가적으로, 수술 로봇 시스템(400B)은 각각이 2개의 로봇 아암에 결합되는 3개의 칼럼 링을 포함할 수 있다.
칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 위에 언급된 구성요소를 포함하는 수술 로봇 시스템(400B)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
V. 칼럼 링
도 5a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템 - 예를 들어, 수술 로봇 시스템(100, 400A, 또는 400B) - 의 칼럼 링(505)의 등각도이다.
칼럼 링(505)은 칼럼 링 레일(510), 아암 마운트 피봇부(512), 아암 마운트 기부(514), 및 아암 마운트들의 세트를 포함한다. 아암 마운트들의 세트는 하나 이상의 아암 마운트를 포함한다. 구체적으로, 도 5a의 아암 마운트들의 세트는 제1 아암 마운트(506A) 및 제2 아암 마운트(506B)를 포함한다. 일반적으로, 아암 마운트들의 세트의 각각의 아암 마운트 및 아암 마운트 기부(514)는 원통형 형상이다.
제1 아암 마운트(506A) 및 제2 아암 마운트(506B)는 아암 마운트 기부(514)에 이동가능하게 결합된다. 제1 아암 마운트(506A) 및 제2 아암 마운트(506B)는 아암 마운트 기부(514)에 동심인 축(511)을 중심으로 - 함께 또는 독립적으로 - 회전할 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템(400B)은 아암 마운트 기부(514) 또는 아암 마운트 내측의 모터 또는 다른 작동 수단(도시되지 않음)을 사용하여 제1 아암 마운트(506A) 및 제2 아암 마운트(506B)를 회전시킨다. 일부 실시예에서, 제1 아암 마운트(506A) 및 제2 아암 마운트(506B)는 사전결정된 증분, 예컨대 15도의 증분으로 회전한다.
아암 마운트 기부(514)는 아암 마운트 피봇부(512)에 결합된다. 아암 마운트 피봇부(512)는 아암 마운트 피봇부(512) 내측의 모터 또는 다른 작동 수단(도시되지 않음)을 사용하여 아암 마운트 기부(514)를 축(511)에 직교하는 축(521)을 중심으로 회전시킨다. 아암 마운트 피봇부(512)는 칼럼 링 레일(510)에 결합되고, 그것에 대해 고정되어 있다. 아암 마운트 기부(514)를 회전시키는 것은 아암 마운트 기부(514)에 결합된 로봇 아암(및 아암 마운트)이 테이블(401B)의 회전에 응답하여 재배향될 수 있기 때문에 유리하다. 따라서, 아암 마운트 기부(514)의 아암 마운트에 결합된 로봇 아암은 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자에의 더 우수한 접근을 갖는다.
도 5b는 일 실시예에 따른, 도 4b의 테이블(401B) 아래의 칼럼 링들의 세트의 저면도이다. 칼럼 링들의 세트는 제1 칼럼 링(405B) 및 제2 칼럼 링(405C)을 포함한다. 도 5b가 아암 마운트가 테이블(401B)의 동일한 측부 상에 있도록 정렬된 제1 칼럼 링(405B) 및 제2 칼럼 링(405C)을 도시하는 한편, 도 4b가 아암 마운트가 테이블(401B)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 있도록 위치된 제1 칼럼 링(405B) 및 제2 칼럼 링(405C)을 도시한다는 것에 유의한다. 수술 로봇 시스템(400B)은 칼럼 링(405B, 405C)을 회전시켜 아암 마운트를 다른 구성으로 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 2개의 아암 마운트가 테이블(401B)의 일 측부 상에 위치되고, 2개의 아암 마운트가 테이블(401B)의 반대편 측부 상에 위치된다. 칼럼 링을 칼럼 주위로 서로 독립적으로 회전시킴으로써, 수술 로봇 시스템(400B)은 아암 마운트 - 및 그에 따라, 아암 마운트에 장착된 로봇 아암 - 를 더 많은 수의 가능한 위치로 구성할 수 있다. 이러한 구성가능성(configurability)으로 인해, 수술 로봇 시스템(400B)은 로봇 아암이 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자의 신체의 임의의 영역(예컨대, 상체, 심부, 또는 하체)에 접근할 수 있기 때문에 다양한 수술 절차를 수용한다. 일부 실시예에서, 칼럼 링의 각각의 아암 마운트는 아암 마운트에 대한 로봇 아암의 부착을 용이하게 하는 노치(notch)(516)를 포함한다.
도 5c는 일 실시예에 따른, 도 4b의 칼럼(402B)에 장착된 칼럼 링들의 세트의 등각도이다. 도 5b와 유사하게, 도 5c는 모든 아암 마운트가 수술 로봇 시스템(400B)의 동일한 측부 상에 정렬된 것을 도시한다.
도 5d는 일 실시예에 따른, 칼럼 링의 아암 마운트(506C)의 등각 절결도이다. 아암 마운트(506C)는 아암 마운트 삽통 메커니즘(520) 및 아암 마운트 세그먼트들의 세트를 포함한다. 아암 마운트 삽통 메커니즘(520)은 아암 마운트 삽통 모터(522), 아암 마운트 삽통 리드 스크류(524), 및 아암 마운트 삽통 레일(526)을 포함한다. 일반적으로, 아암 마운트 세그먼트들의 세트는 하나 이상의 아암 마운트 세그먼트를 포함한다. 구체적으로, 도 5d의 아암 마운트 세그먼트들의 세트는 하부 아암 마운트 세그먼트(530), 중간 아암 마운트 세그먼트(532), 및 상부 아암 마운트 세그먼트(534)를 포함한다. (예컨대, 도 4b의 로봇 아암(470B)의) 로봇 아암 세그먼트(571)가 상부 아암 마운트 세그먼트(534)에 결합된다. 중간 아암 마운트 세그먼트(532) 및 상부 아암 마운트 세그먼트(534)는 하부 아암 마운트 세그먼트(530)에 이동가능하게 결합된다. 하부 아암 마운트 세그먼트(530)는 아암 마운트 기부(예컨대, 도 5a의 아암 마운트 기부(514))에 결합된다.
수술 로봇 시스템(400B)은 아암 마운트 삽통 메커니즘(520)을 사용하여 아암 마운트(506C)를 축(531)을 따라 병진시킨다. 도 5d에서, 축(531)은 수평 배향에 있지만, 다른 실시예에서, 축(531)이 수직 또는 임의의 다른 배향에 있다는 것에 유의하여야 한다. 아암 마운트 삽통 모터(522)는 아암 마운트 삽통 레일(526)에 결합된다. 아암 마운트 삽통 레일(526)은 아암 마운트 삽통 리드 스크류(524)와 맞물린다. 아암 마운트 삽통 리드 스크류(524)는 하부 아암 마운트 세그먼트(530)에 대해 고정되어 있다. 아암 마운트 삽통 모터(522)의 출력 회전은 아암 마운트 삽통 레일(526)이 수직 축(531)을 따라 병진하게 한다. 아암 마운트(506C)의 병진은, 아암 마운트(506C)가 연장되는 경우, 아암 마운트(506C)에 장착된 로봇 아암이 수술 절차 동안 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자에의 더 우수한 접근을 가질 수 있기 때문에 유리하다.
도 5e는 일 실시예에 따른, 삽통식 구성의 아암 마운트(506C)의 등각 절결도이다. 삽통식 구성에서, 상부 아암 마운트 세그먼트(534) 및 중간 아암 마운트 세그먼트(532)는 양의 축(531) 방향으로 연장되어 아암 마운트(506C)의 연장을 용이하게 한다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 칼럼 링(505)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
VI. 로봇 아암
도 6a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템 - 예를 들어, 수술 로봇 시스템(100, 400A, 또는 400B) - 의 로봇 아암(670)의 등각도이다. 일반적으로, 로봇 아암(670)은 로봇 아암 세그먼트(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)와 같은 로봇 아암 세그먼트들의 세트를 포함한다. 각각의 아암 세그먼트는 아암 세그먼트 조인트에서 적어도 하나의 다른 아암 세그먼트에 이동가능하게 결합된다. 특히, 제1 아암 세그먼트(671)는 제2 아암 세그먼트(672)에 이동가능하게 결합되고, 제2 아암 세그먼트(672)는 제3 아암 세그먼트(673)에 이동가능하게 결합되며, 기타 등등이다. 제1 아암 세그먼트(671)는 아암 마운트(예컨대, 도 5a의 아암 마운트(506A))에 이동가능하게 결합된다. 제7 아암 세그먼트(677)(또는 7개와는 상이한 다수의 아암 세그먼트를 포함하는 아암 세그먼트들의 세트의 마지막 아암 세그먼트)는 수술 기구에 결합된다. 제7 아암 세그먼트(677)는 또한 클램프(clamp) 또는 로봇 핑거(robotic finger)와 같은 수술 기구를 유지시키기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 로봇 아암(670)은 로봇 아암 세그먼트 내측의, 모터, 기어, 및 센서와 같은 전기 및 기계 구성요소를 사용하여 아암 세그먼트 조인트에서 아암 세그먼트를 회전시킨다.
로봇 아암(670)은, 예를 들어 도 4b의 칼럼(402B) 내에 수용된 로봇 아암 제어 시스템으로부터 제어 신호를 수신한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(670)은, 칼럼(402B)의 외측에 위치되거나 수술 로봇 시스템(400B)으로부터 분리된 로봇 아암 제어 시스템으로부터 제어 신호를 수신한다. 일반적으로, 로봇 아암(670)은 로봇 아암 제어 시스템에 센서 데이터를 제공하는 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서는 힘 피드백 신호를 제공하고, 인코더 또는 전위차계(potentiometer)는 아암 세그먼트의 회전의 측정치를 제공한다. 로봇 아암 제어 시스템은 센서 데이터를 사용하여, 로봇 아암(670)에 제공되는 제어 신호를 생성한다. 각각의 아암 세그먼트가 다른 인접한 세그먼트에 대해 회전할 수 있기 때문에, 각각의 아암 세그먼트는 로봇 아암(670)의 기계 시스템에 추가의 자유도를 제공한다. 로봇 아암 세그먼트를 회전시킴으로써, 수술 로봇 시스템(400B)은 로봇 아암(670)에 결합된 수술 기구를, 수술 기구가 수술 절차를 받는 환자에게 접근할 수 있도록 위치시킨다. 수술 로봇 시스템(400B)의 로봇 아암의 구성은 섹션 VII. 수술 절차를 수행하기 위한 시스템 배향에서 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 추가로 기술된다.
도 6b는 일 실시예에 따른, 로봇 아암(670)의 아암 세그먼트 조인트(610)의 등각도이다. 제1 아암 세그먼트(671A) 및 제2 아암 세그먼트(672A)는 도 6a의 아암 세그먼트들 중 임의의 것의 실시예이다. 아암 세그먼트(671A, 672A)는 원통형 형상이고, 평면(612)에서 결합된다. 제1 아암 세그먼트(671A)는 평면(612)에 수직인 축(611)을 중심으로 제2 아암 세그먼트(672A)에 대해 회전한다. 또한, 축(611)은 제2 아암 세그먼트(672A)의 평면(614)에 수직이고, 제1 아암 세그먼트(671A)의 평면(616)에 수직이다. 즉, 축(611)은 아암 세그먼트(671A, 672A)에 대해 길이방향이다.
도 6c는 일 실시예에 따른, 로봇 아암(670)의 다른 아암 세그먼트 조인트(620)의 등각도이다. 아암 세그먼트(671B, 672B)는 평면(622)에서 결합된다. 도 6b에 도시된 원통형 형상의 아암 세그먼트와는 달리, 아암 세그먼트들(671B, 672B)은 각각 만곡형 섹션(628, 630)을 각각 포함한다. 제1 아암 세그먼트(671B)는 평면(622)에 수직인 축(621)을 중심으로 제2 아암 세그먼트(672B)에 대해 회전한다. 축(621)은 아암 세그먼트(672B)의 평면(624)에 수직이지 않고, 아암 세그먼트(671B)의 평면(626)에 수직이지 않다. 일부 실시예에서, 회전 축은 하나의 아암 세그먼트의 평면에는 수직이지만, 아암 세그먼트 조인트의 다른 아암 세그먼트의 평면에는 수직이지 않다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 로봇 아암(670)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
VII. 수술 절차를 수행하기 위한 시스템 배향
도 4b의 수술 로봇 시스템(400B)은 로봇 아암들의 세트의 칼럼-장착식 로봇 아암을 사용하여 다양한 수술 절차를 수행한다. 수술 로봇 시스템(400B)은 수술 절차 전에, 그 동안에, 및/또는 그 후에 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자의 부분들에 접근하도록 칼럼-장착식 로봇 아암을 구성한다. 칼럼-장착식 로봇 아암은 요관경술, 경피적 신절석술(PCNL), 결장내시경술, 및 형광투시법과 같은 수술 절차를 위해 환자의 서혜부 부근의 부분들에 접근한다. 칼럼-장착식 로봇 아암은 전립선절제술, 결장절개술, 담낭절제술, 및 서혜부 탈장과 같은 수술 절차를 위해 환자의 심부(예컨대, 복부) 영역 부근의 부분들에 접근한다. 칼럼-장착식 로봇 아암은 기관지경술, 내시경 역행성 담췌관조영술(ERCP)과 같은 수술 절차를 위해 환자의 머리 부근의 부분들에 접근한다.
수술 로봇 시스템(400B)은 상이한 수술 절차를 수행하도록 칼럼-장착식 로봇 아암, 칼럼 링, 칼럼, 및 테이블을 자동으로 재구성한다. 수술 로봇 시스템(400B)의 각각의 서브시스템 및 구성요소의 특징은 로봇 아암들의 동일한 세트가 큰 작업 용적부(working volume), 및 다수의 작업 용적부(구성에 기초함)에 접근하여, 환자에게 다양한 수술 절차를 수행할 수 있게 한다. 특히, 위에 언급된 바와 같이, 로봇 아암은 다른 가능한 구성에 더하여, 제1 구성에서 환자의 서혜부 영역에 접근하도록, 제2 구성에서 환자의 복부 영역에 접근하도록, 그리고 제3 구성에서 환자의 머리 영역에 접근하도록 구성될 수 있다. 로봇 아암의 아암 세그먼트, 칼럼 링, 칼럼, 및 테이블에 의해 제공되는 자유도는 매우 다양한 구성에 기여한다. 수술 로봇 시스템(400B)은, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터 시스템을 포함한다. 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 수술 로봇 시스템(400B)의 구성요소로 하여금 사용자, 예컨대 의사로부터의 개입의 필요 없이, 또는 최소한의 개입으로 자동으로 재구성하게 한다. 예를 들어, 명령어에 기초하여, 컴퓨터 시스템은 로봇 아암의 모터로 전자 제어 신호를 송신한다. 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 모터는 로봇 아암의 아암 세그먼트를 소정 위치로 회전시킨다. 의사 또는 다른 사용자는, 명령어를 생성하고 명령어를 컴퓨터 시스템에 제공함으로써 수술 로봇 시스템의 구성을 설계할 수 있다. 예를 들어, 명령어는 컴퓨터 시스템의 데이터베이스에 업로드된다. 수술 로봇 시스템(400B)의 자동 구성가능성은 자동 구성가능성이 리소스(resource)를 절약하기 때문에 이점이다. 구체적으로, 수술 로봇 시스템(400B)은 사용자가 수술 절차를 위해 수술 로봇 시스템(400B)을 설정하는 데 걸리는 시간의 양을 감소시킨다. 또한, 다양한 수술 절차에 수술 로봇 시스템(400B)을 사용함으로써, 사용자는 그들이 구입, 유지, 보관, 및 작동을 배울 필요가 있는 수술 장비의 양을 감소시킨다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 칼럼-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(400B)의 사용 사례의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호 및 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
VII. A. 하체 수술
도 7a는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700A)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(700A)은 도 4b의 수술 로봇 시스템(400B) - 그보다 많은 구성요소를 포함하지만 - 의 일 실시예이다. 구체적으로, 수술 로봇 시스템(700A)은 로봇 아암들의 세트(총 5개의 로봇 아암을 포함함) 및 3개의 칼럼 링들의 세트를 포함한다. 제1 로봇 아암(770A) 및 제2 로봇 아암(770B)이 제1 칼럼 링(705A)에 결합된다. 제3 로봇 아암(770C) 및 제4 로봇 아암(770D)이 제2 칼럼 링(705B)에 결합된다. 제5 로봇 아암(770E)이 제3 칼럼 링(705C)에 결합된다. 도 7a는 환자(708)의 하체 영역에의 접근을 필요로 하는 수술 절차, 예컨대 요관경술을 받는, 테이블(701) 상에 누워 있는 환자(708)의 와이어프레임(wireframe)을 도시한다. 환자(708)의 다리는 수술 로봇 시스템(700A)의 부분들을 가리지 않기 위해 도시되지 않는다.
수술 로봇 시스템(700A)은 환자(708)의 하체 영역에 수술 절차를 수행하도록 로봇 아암들의 세트를 구성한다. 구체적으로, 수술 로봇 시스템(700A)은 수술 기구(710)를 조작하도록 로봇 아암들의 세트를 구성한다. 도 7a는 수술 기구(710)를 가상 레일(790)을 따라 환자(708)의 서혜부 영역 내로 삽입하는 로봇 아암들의 세트를 도시한다. 일반적으로, 가상 레일(790)은 로봇 아암들의 세트가 수술 기구(전형적으로 삽통 기구)를 그것을 따라 병진시키는 동축 궤적이다. 제2 로봇 아암(770B), 제3 로봇 아암(770C), 및 제5 로봇 아암(770E)은 수술 기구(710)에 결합되어, 예컨대 그것을 유지시킨다. 제1 로봇 아암(770A) 및 제4 로봇 아암(770D)은 그들이 도 7a에 도시된 수술 절차 - 또는 수술 절차의 적어도 일부 - 에 반드시 필요하지는 않기 때문에 수술 로봇 시스템의 측부에 적재된다. 로봇 아암은 그들이 환자(708)로부터 멀리 떨어져 수술 기구(710)를 조작하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 환자의 신체를 향해 더 가까운 이용가능한 공간이 흔히 제한되거나 환자(708) 주위에 멸균 경계(sterile boundary)가 있기 때문에 유리하다. 또한, 수술 장비 주위에 멸균 드레이프(sterile drape)가 또한 있을 수 있다. 수술 절차 동안, 멸균 물체만이 멸균 경계를 통과하도록 허용된다. 따라서, 수술 로봇 시스템(700A)은, 멸균 경계의 외측에 위치되고 멸균된 드레이프로 덮인 로봇 아암을 여전히 사용하여 수술 절차를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 수술 로봇 시스템(700A)은 환자(708)에게 내시경술 수술 절차를 수행하도록 로봇 아암들의 세트를 구성한다. 로봇 아암들의 세트는 내시경, 예컨대 수술 기구(710)를 유지시킨다. 로봇 아암들의 세트는 내시경을 환자(708)의 서혜부 영역 내의 개구를 통해 환자의 신체 내로 삽입한다. 내시경은 카메라 및 광학 케이블과 같은 광학 구성요소를 갖는 가요성인 가느다란 튜브형 기구이다. 광학 구성요소는 환자의 신체 내측의 부분들의 이미지를 표현하는 데이터를 수집한다. 수술 로봇 시스템(700A)의 사용자는 이러한 데이터를 사용하여, 내시경술을 수행하는 것을 보조한다.
도 7b는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700A)의 평면도이다.
도 7c는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700B) 및 이미징 장치(740)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(700B)은 도 4b의 수술 로봇 시스템(400B)의 일 실시예이다. 수술 로봇 시스템(700B)은, 환자(708)의 다리를 지지하여, 그에 따라 환자(708)의 서혜부 영역을 노출시키는 한 쌍의 스터럽(stirrup)(720)을 포함한다. 일반적으로, 이미징 장치(740)는 환자(708) 내측의 신체 부위 또는 다른 물체의 이미지를 캡처한다. 이미징 장치(740)는 형광투시법 유형 수술 절차에 흔히 사용되는, 또한 이동식 C-아암으로 지칭되는 C-아암, 또는 다른 유형의 이미징 장치일 수 있다. C-아암은 발생기, 검출기, 및 이미징 시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 발생기는 C-아암의 저부 단부에 결합되고, 환자(708)를 향해 상향으로 향한다. 검출기는 C-아암의 상부 단부에 결합되고, 환자(708)를 향해 하향으로 향한다. 발생기는 환자(708)를 향해 X-선 파를 방출한다. X-선 파는 환자(708)를 투과하고, 검출기에 의해 수신된다. 수신된 X-선 파에 기초하여, 이미징 시스템(740)은 환자(708) 내측의 신체 부위 또는 다른 물체의 이미지를 생성한다. 테이블(401B)의 스위블 세그먼트(210)는 환자(708)의 서혜부 영역이 C-아암 이미징 장치(740)의 발생기와 검출기 사이에 정렬되도록 측방향으로 회전된다. C-아암은 환자 아래에 배치될 필요가 있는 풋프린트(footprint)를 갖는 물리적으로 큰 장치이다. 특히, C-아암의 발생기는 환자의 수술 영역, 예컨대 복부 영역 아래에 있을 필요가 있다. 칼럼에 장착된 전형적인 수술 베드에서, 칼럼은, 예컨대 칼럼이 또한 수술 영역 아래에 있기 때문에 C-아암 발생기의 위치설정과 간섭한다. 반면에, 스위블 세그먼트(210)의 구성가능성으로 인해, 수술 로봇 시스템(700B)은 C-아암, 로봇 아암, 및 사용자(예컨대, 의사)가 환자의 신체의 작업 영역에 수술 절차를 수행하기에 충분한 접근 범위를 갖도록 테이블(401B)을 구성할 수 있다. 하나의 예시적인 사용 사례에서, 테이블(401B)은 테이블(401B)의 길이방향 축을 따라 측방향으로 병진되어, 로봇 아암이 테이블(401B) 상의 환자의 서혜부 또는 하복부 영역에 접근할 수 있게 한다. 다른 예시적인 사용 사례에서, 스위블 세그먼트(210)를 칼럼(402B)으로부터 멀어지게 회전시킴으로써, C-아암(740)의 발생기는 환자(708)의 서혜부 영역 아래에 위치될 수 있다. 스위블 세그먼트(210) - 환자가 스위블 세그먼트(210) 상에 누워 있는 상태에서 - 는 수술 로봇 시스템을 전복시킴이 없이 테이블(401B)의 길이방향 축에 대해 적어도 45도로 회전될 수 있다. 특히, 수술 로봇 시스템의 무게 중심(예컨대, 적어도, 조합된 테이블, 베드, 및 기부의 무게 중심)이 기부의 풋프린트 위에 위치되기 때문에, 수술 로봇 시스템은 전복되지 않는다. 섹션 VIII. 기부에서 도 8g 내지 도 8j를 참조하여 추가로 기술되는 아웃리거 캐스터는 스위블 세그먼트가 테이블로부터 멀어지게 회전될 때 수술 로봇 시스템이 전복되는 것을 방지하기 위해 추가의 안정성을 제공할 수 있다.
수술 로봇 시스템(700B)은 칼럼-장착식 로봇 아암들의 세트를 사용하여 수술 기구(710)를 조작한다. 로봇 아암들 각각은 수술 기구(710)에 결합되어, 예컨대 그것을 유지시킨다. 수술 로봇 시스템(700B)은 로봇 아암을 사용하여 수술 기구(710)를 가상 레일(790)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 삽입한다.
도 7d는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 하체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700B) 및 이미징 장치(740)의 평면도이다.
VII. B. 심부 수술
도 7e는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 심부 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700B)(또는 400B)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(700B)은 로봇 아암이 환자(708)의 하체 영역에 접근하는 도 7c 및 도 7d에 도시된 구성으로부터 재구성되었다. 테이블이 스위블 세그먼트(210)를 포함하는 실시예에서, 테이블의 스위블 세그먼트(210)는 테이블의 나머지 부분과 일렬로 회전된다. 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자(708)는 환자(708)의 심부 영역에의 접근을 필요로 하는 수술 절차, 예컨대 전립선절제술 또는 복강경술을 받고 있다. 각각의 로봇 아암은 수술 절차를 수행하기 위해 수술 기구를 조작하고 있다. 수술 로봇 시스템(700B)은 칼럼 링(405B, 405C)을 테이블(401B)을 향해 상승시켜, 로봇 아암이 환자(708)에의 더 우수한 접근성을 갖게 한다. 또한, 수술 로봇 시스템(700B)은 로봇 아암들 중 2개가 테이블(401B)의 일 측부로부터 연장되고 다른 2개의 로봇 아암이 테이블(401B)의 반대편 측부로부터 연장되도록 칼럼 링을 회전시킨다. 따라서, 로봇 아암은 수술 절차 동안 서로 간섭할(예컨대, 로봇 아암이 다른 로봇 아암의 운동을 차단할) 가능성이 더 적다.
VII. C. 상체 수술
도 7f는 일 실시예에 따른, 환자(708)의 상체 영역에 접근하도록 구성된 칼럼-장착식 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(700B)(또는 400B)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(700B)은 로봇 아암이 환자(708)의 심부 영역에 접근하는 도 7e에 도시된 구성으로부터 재구성되었다. 테이블이 스위블 세그먼트(210)를 포함하는 실시예에서, 테이블의 스위블 세그먼트(210)는 테이블의 나머지 부분과 일렬로 회전된다. 테이블(401B) 상에 누워 있는 환자(708)는 환자(708)의 상체 영역, 구체적으로 환자(708)의 머리에의 접근을 필요로 하는 수술 절차, 예컨대 기관지경술을 받고 있다. 로봇 아암(470C) 및 로봇 아암(470D)은 수술 기구(710D), 예컨대 기관지경을 가상 레일(790)을 따라 환자(708)의 입 안으로 삽입하고 있다. 로봇 아암(470B)은 삽입기(introducer)(750)에 결합되어, 예컨대 그것을 유지시킨다. 삽입기(750)는 기관지경을 환자(708)의 입 안으로 지향시키는 수술 기구이다. 구체적으로, 가상 레일(790)을 따른 기관지경의 궤적은 환자(708)에 평행하게 시작된다. 삽입기(750)는 기관지경이 입으로 들어가기 직전에 가상 레일(790)의 각도를 변경한다. 로봇 아암(470E)(도 7f에 도시되지 않음)은 수술 절차에 사용되지 않으며, 그에 따라 적재된다.
VIII. 기부
도 8a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(800A)의 기부(403A)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(800A)은 도 4b의 수술 로봇 시스템(400B)의 일 실시예이다. 수술 로봇 시스템(800A)은 로봇 아암이 사용되지 않을 때 칼럼-장착식 로봇 아암 및/또는 칼럼 링(도시되지 않음)을 기부(403B) 내측에 보관한다. 기부(403B)는 보관된 로봇 아암을 덮는 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 포함한다. 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)은 그들이 폐기물이 보관된 로봇 아암을 멸균 상태로부터 해제시키거나 달리 오염시키는 것을 방지하기 때문에 유리하다.
도 8b는 일 실시예에 따른, 기부(403B)의 개방된 패널의 등각도이다. 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)은 칼럼-장착식 로봇 아암이 기부(403B) 내측에 접근할 수 있도록 칼럼(802A)으로부터 멀어지게 피봇한다. 제1 패널(820A)은 절결부(830A)를 포함하고, 제2 패널(820B)은 절결부(830B)를 포함한다. 절결부(830A, 830B)는 패널(820A, 820B)이 폐쇄될 때 칼럼(402B) 주위에 시일을 형성하도록 칼럼(402B)의 형상에 정합한다. 수술 로봇 시스템(800A)은 모터 또는 다른 작동 수단을 사용하여 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 자동으로 개폐할 수 있다. 수술 로봇 시스템(800A)의 사용자는 또한 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 수동으로 개폐할 수 있다.
도 8c는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(800B)의 기부(403B) 내측에 적재된 로봇 아암의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(800B)은 도 4b의 수술 로봇 시스템(400B)의 일 실시예이다. 수술 로봇 시스템(800B)은 로봇 아암이 사용되지 않을 때 칼럼-장착식 로봇 아암(470B, 470D) 및 칼럼 링(405B, 405C)을 기부(403B) 내측에 보관한다. 기부(403B)는 보관된 로봇 아암 및 칼럼 링을 덮는 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 포함한다. 제1 패널(820A)은 절결부(830C)를 포함한다. 제2 패널(820B)이 또한 절결부(다른 구성요소에 의해 가려져 있기 때문에 도시되지 않음)를 포함한다. 절결부는 패널(820A, 820B)이 폐쇄될 때 칼럼(402B) 주위에 시일을 형성하도록 칼럼(402B)의 형상에 정합한다.
제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)은 기부(403B) 내로의 로봇 아암 및 칼럼 링에 대한 접근을 제공하기 위해 측방향으로 병진한다. 도 8c는 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)이 병진되어 개구를 형성한 것을 도시한다. 개구는 로봇 아암에 대한 접근을 제공하기에 충분히 클 수 있지만, 패널이 개방될 때에도 로봇 아암에 여전히 보호를 제공하기 위해 너무 크지는 않다. 로봇 아암(470D) 및 칼럼 링(405C)은 기부(403B) 내측에 적재된다. 로봇 아암(470B) 및 칼럼 링(405B)은 기부(403B) 외측에 있지만, 그들은 또한 기부(403B) 내측에 적재될 수 있다. 수술 로봇 시스템(800B)은 모터 또는 다른 작동 수단을 사용하여 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 자동으로 개폐할 수 있다. 수술 로봇 시스템(800B)의 사용자는 또한 제1 패널(820A) 및 제2 패널(820B)을 수동으로 개폐할 수 있다.
도 8d는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(700A)의 테이블(701) 아래에 적재된 로봇 아암의 등각도이다. 구체적으로, 각각의 로봇 아암의 아암 세그먼트는 로봇 아암이 적재를 위해 콤팩트한 구성에 있도록 회전한다. 수술 로봇 시스템(700A)은 제1 칼럼 링(705A) 및 제2 칼럼 링(705B)을 상승시키고, 제3 칼럼 링(705C)을 칼럼(702)의 중심을 향해 하강시킨다. 이러한 방식으로, 로봇 아암은 서로 간섭함이 없이 적재 구성에서 충분한 공간을 갖는다. 일 실시예에서, 칼럼(702)은 로봇 아암을 오염 또는 손상으로부터 보호하기 위해 로봇 아암 위에 커버(예컨대, 패널(820A, 820B)과 유사함)를 포함한다.
도 8e는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(400B)의 기부(403B) 위에 적재된 로봇 아암의 등각도이다. 로봇 아암(470B, 470C, 470D, 470E)은 적재 구성에 있다. 구체적으로, 각각의 로봇 아암의 아암 세그먼트는 로봇 아암이 적재를 위해 콤팩트한 구성에 있도록 회전한다. 수술 로봇 시스템(400B)은 제1 칼럼 링(405B) 및 제2 칼럼 링(405C)을 칼럼(402B)을 따라 하강시켜, 적재된 로봇 아암이 기부(403B) 상에 놓이고 테이블(401B)로부터 멀어지게 한다. 드레이프 또는 패널과 같은 커버(도시되지 않음)가 멸균 상태로부터의 해제 또는 다른 오염으로부터의 보호를 위해 적재된 로봇 아암을 덮는 데 사용될 수 있다.
도 8f는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(800C)의 기부(403B) 위에 적재된 로봇 아암의 다른 등각도이다. 로봇 아암은 칼럼-장착식 대신에 레일-장착식이다. 레일-장착식 로봇 아암은 각각 섹션 IX. 레일-장착식 로봇 아암 및 섹션 X. 레일에서 도 9a 및 도 9b와 도 10a 내지 도 10d를 참조하여 추가로 기술된다. 수술 로봇 시스템(800C)은 섹션 IX. 레일-장착식 로봇 아암에서 도 9b를 참조하여 추가로 기술되는 수술 로봇 시스템(900B)의 일 실시예이다. 로봇 아암(870C, 870D, 870E, 870F, 870G, 870H)은 적재 구성에 있다.
도 8g는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부(803) 상의 아웃리거 캐스터의 등각도이다. 도 8g에 도시된 기부(803)는 각각이 서로 실질적으로 동일하고 기부(803)의 상이한 모서리에 위치되는 4개의 아웃리거 캐스터(840A, 840B, 840C, 840D)를 포함하지만, 다른 실시예에서, 기부가 기부 상의 다른 위치에 위치되는 임의의 수의 아웃리거 캐스터를 포함할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 아웃리거 캐스터(840A, 840B, 840C, 840D)는 각각 이동 구성에 있으며, 즉 캐스터 휠은 지면과 물리적으로 접촉한다. 따라서, 수술 로봇 시스템의 사용자는 수술 로봇 시스템이 사용되지 않을 때 수술 로봇 시스템을 캐스터 휠을 사용하여, 예컨대 보관 영역으로 이송할 수 있다.
도 8h는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템의 기부(803) 상의 아웃리거 캐스터(840A, 840B, 840C, 840D)의 다른 등각도이다. 아웃리거 캐스터(840A, 840B, 840C, 840D)는 각각 고정 구성에 있으며, 즉 아웃리거 캐스터는 캐스터 휠이 지면과 물리적으로 접촉하지 않도록 회전된다. 따라서, 수술 로봇 시스템은 수술 절차 동안 안정화되고 고정될 수 있다.
도 8i는 일 실시예에 따른, 이동 구성의 아웃리거 캐스터(840A)의 측면도이다. 아웃리거 캐스터(840A)는 아웃리거 마운트(844)에 이동가능하게 결합되는 캐스터 휠(842)을 포함한다. 아웃리거 마운트(844)는 풋(foot)(846)에 결합된다. 제1 링크장치(linkage)(848)는 제1 힌지(850)에 의해 아웃리거 마운트(844)에 이동가능하게 결합된다. 제2 링크장치(852)는 제2 힌지(854)에 의해 아웃리거 마운트(844)에 이동가능하게 결합된다. 이동 구성에서, 캐스터 휠(842)은 회전하여 아웃리거 캐스터(840)를 지면을 따라 이동시킬 수 있다.
도 8j는 일 실시예에 따른, 고정 구성의 아웃리거 캐스터(840A)의 측면도이다. 고정 구성에서, 캐스터 휠(842)은 자유롭게 회전할 수 있지만, 캐스터 휠(842)은 캐스터 휠(842)이 지면과 물리적으로 접촉하지 않기 때문에 아웃리거 캐스터(840A)를 이동시키지 않는다. 수술 로봇 시스템(또는 사용자)은 아웃리거 캐스터(840A)를 이동 구성으로부터 고정 구성으로 변경하기 위해 아웃리거 캐스터(840A)를 예컨대 90도 회전시킨다. 따라서, 풋(846)은 이제 지면과 물리적으로 접촉하고, 수술 로봇 시스템이 이동하는 것을 방지하는 데 도움을 준다. 풋(846)은 지면 상에서의 추가의 안정성을 제공하기 위해 캐스터 휠(842)에 비해 더 큰 풋프린트를 가질 수 있다. 링크장치(848, 852)는 그들이 아웃리거 캐스터(840A)의 회전 경로와 간섭하지 않도록 위치된다. 아웃리거 캐스터(840A) 내에 캐스터 휠(842)과 풋(846)을 조합시키는 것은 캐스터 및 안정화를 위한 별개의 메커니즘을 갖는 것에 비해, 예컨대 아웃리거 캐스터(840A)가 수술 로봇 시스템이 콤팩트한 메커니즘을 사용하여 이동 구성과 고정 구성 사이에서 변경되도록 허용하기 때문에 유리하다. 또한, (예컨대, 도 7c 및 도 7d에 예시된 바와 같이) 스위블 세그먼트 상에 누워 있는 환자를 대응하는 테이블로부터 멀어지게 회전시키는 스위블 세그먼트를 포함하는 수술 로봇 시스템의 사용 사례에서, (고정 구성의) 아웃리거 캐스터의 풋은 환자의 무게 중심이 테이블 기부를 지나 연장됨으로 인해 수술 로봇 시스템이 전복되는 것을 방지하는 데 도움을 준다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 기부(403B)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 8월 11일자로 출원된 미국 가출원 제62/203,530호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
IX. 레일-장착식 로봇 아암
도 9a는 일 실시예에 따른, 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(900A)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(900A)은 로봇 아암들의 세트(적어도 아암(470A)을 포함함) 및 기부 레일들의 세트(적어도 기부 레일(980A)을 포함함)를 포함한다. 로봇 아암(470A)은 기부 레일(980A)에 결합된다. 기부 레일은 아래의 섹션 X. 레일에서 도 10a 내지 도 10d와 관련하여 추가로 기술된다. 기부 레일(980A)은 기부(103)에 이동가능하게 결합된다. 따라서, 로봇 아암(470A)은 레일-장착식 로봇 아암(470A)으로 지칭될 수 있다.
도 9b는 일 실시예에 따른, 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(900B)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(900B)은 각각이 제1기부 레일(980B) 또는 제2기부 레일(980C)에 결합되는 로봇 아암(470B, 470C, 470D, 470E)을 포함한다. 제1기부 레일(980B) 및 제2기부 레일(980C)은 기부(103)에 이동가능하게 결합된다.
다른 실시예에서, 수술 로봇 시스템(900B)은 추가의 또는 더 적은 로봇 아암 및/또는 기부 레일을 포함할 수 있다. 또한, 로봇 아암은 다양한 구성으로 기부 레일에 결합될 수 있다. 예를 들어, 3개의 로봇 아암이 기부 레일에 결합될 수 있다. 추가적으로, 수술 로봇 시스템(900B)은 각각이 로봇 아암에 결합되는 3개의 기부 레일을 포함할 수 있다.
수술 로봇 시스템(900B)은 기부 레일을 기부(103)에 대해 병진시킴으로써, 기부 레일에 장착된 로봇 아암을 병진시킬 수 있다. 기부 레일은 기부(103)의 시작 풋프린트를 지나 병진할 수 있으며, 이는 로봇 아암이 더 큰 체적의 공간에서 작동하도록 허용한다. 또한, 수술 로봇 시스템(900B)은 로봇 아암을 기부 레일에 대해 병진시킴으로써, 기부 레일에 장착된 로봇 아암을 서로 독립적으로 병진시킬 수 있다. 이는, 예를 들어 수술 로봇 시스템(900B)이 로봇 아암을 상이한 구성으로 위치시켜 다양한 수술 절차를 수행할 수 있기 때문에 유리하다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(900B)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 7월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/193,604호 및 2015년 8월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/201,518호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
X. 레일
도 10a는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(1000)의 기부 레일의 등각도이다. 기부 레일은 각각이 기부 레일에 이동가능하게 결합되는 하나 이상의 아암 마운트들의 세트를 포함한다. 또한, 각각의 아암 마운트는 이전에 섹션 V. 칼럼 링에서 도 5a를 참조하여 기술된 아암 마운트(506A 또는 506B)의 일 실시예이다. 구체적으로, 기부 레일(980B)은 아암 마운트(1006A, 1006B, 1006C)를 포함한다.
도 10b는 일 실시예에 따른, 기부 레일(980B) 상의 아암 마운트의 등각도이다. 아암 마운트(1006A, 1006B, 1006C)는 각각 벨트 및 피니언(belt and pinion) 조립체를 포함한다. 구체적으로, 아암 마운트(1006A)의 벨트 및 피니언 조립체는 브래킷(1012), 모터(1014), 벨트(1016), 및 피니언(1018)을 포함한다. 아암 마운트(1006B, 1006C)의 벨트 및 피니언 조립체는 유사하게 구성된다.
수술 로봇 시스템(1000)은 아암 마운트 - 및 그에 따라, 아암 마운트에 장착된 로봇 아암 - 를 벨트 및 피니언 조립체를 사용하여 기부 레일을 따라 병진시킨다. 구체적으로, 아암 마운트(1006A)는 브래킷(1012)에 의해 기부 레일(980B)의 채널(1020)에 이동가능하게 결합된다. 브래킷(1012)은 모터(1014), 벨트(1016), 및 피니언(1018)에 결합된다. 모터(1014)는 벨트(1016)에 의해 피니언(1018)에 결합된다. 따라서, 모터(1014)의 출력 회전은 피니언(1018)이 회전하게 한다. 피니언(1018)은 기부 레일(980B)의 레일 리드 스크류(1010)와 맞물린다. 피니언(1018)의 회전은 아암 마운트(1006A)가 레일 리드 스크류(1010)에 평행하게 기부 레일(980B)을 따라 병진하게 한다.
도 10c는 일 실시예에 따른, 기부 레일(980B) 상의 아암 마운트(1006A)의 등각 절결도이다. 아암 마운트(1006A)는 벨트 및 피니언 조립체를 포함한다. 구체적으로, 벨트 및 피니언 조립체는 모터(1014), 벨트(1016), 피니언(1018), 및 베어링(1022)을 포함한다. 수술 로봇 시스템(1000)은 아암 마운트(1006A) - 및 그에 따라, 아암 마운트(1006A)에 장착된 로봇 아암 - 를 벨트 및 피니언 조립체를 사용하여 기부 레일(980B)을 따라 병진시킨다. 모터(1014)는 벨트(1016)에 의해 피니언(1018)에 결합된다. 따라서, 모터(1014)의 출력 회전은 피니언(1018)이 회전하게 한다. 피니언(1018)은 베어링(1022)에 결합된다. 일부 실시예에서, 베어링(1022)은 기부 레일(980B)과 랙 및 피니언(rack and pinion) 조립체를 형성한다. 구체적으로, 베어링(1022)은 기어(즉, 피니언)이고, 기부 레일(980B)의 랙(1024)과 맞물린다. 피니언(1018)의 회전은 베어링(1022)이 랙(1024)에 평행하게 기부 레일(980B)을 따라 병진하게 한다. 따라서, 아암 마운트(1006A)는 또한 기부 레일(980B)을 따라 병진한다.
도 10d는 일 실시예에 따른 기부 레일(980B)의 단면도이다. 단면도(1000A)는 기부 레일(980B)의 일 실시예의 기본 프로파일을 도시한다. 단면도(1000B)는 기부 레일(980B)의 일 실시예의 보강 프로파일(reinforced profile)을 도시한다. 보강 프로파일의 하부 세그먼트(1030B)는 기본 프로파일의 하부 세그먼트(1030A)보다 크기가 더 크다. 따라서, 보강 프로파일은, 예를 들어 그것이 기부 레일(980B)이 기본 프로파일에 비해 더 큰 하중을 견딜 수 있게 하기 때문에 이점이다. 기본 프로파일 및 보강 프로파일 둘 모두는 수술 로봇 시스템의 기부 상의 대응하는 T-슬롯(slot)과 맞물리는 T-슬롯 부착물(1040)을 갖는다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 기부 레일(980A, 980B, 980C)의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 7월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/193,604호 및 2015년 8월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/201,518호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
XI. 대체 구성
XI. A. 하이브리드 구성
도 11은 일 실시예에 따른, 칼럼-장착식 로봇 아암 및 레일-장착식 로봇 아암을 갖는 수술 로봇 시스템(1100)의 등각도이다. 칼럼-장착식 로봇 아암 및 레일-장착식 로봇 아암 둘 모두를 포함하는 하이브리드 구성으로 인해, 수술 로봇 시스템(1100)은 로봇 아암을 칼럼-장착식 로봇 아암만 또는 레일-장착식 로봇 아암만 갖는 수술 로봇 시스템에 비해 더 많은 수의(또는 상이한 유형의) 위치로 구성할 수 있다. 또한, 수술 로봇 시스템(1100)은 칼럼 링을 사용한 로봇 아암의 회전 운동뿐만 아니라 기부 레일을 사용한 로봇 아암의 병진 운동을 이용한다.
XI. B. 카트(cart)-기반 로봇 아암 칼럼
도 12는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템(1200)의 테이블(101), 칼럼(102), 및 기부(103)와 별개로, 예컨대 독립형 카트로서 칼럼(402B) 상의 칼럼-장착식 로봇 아암 및 기부(403B)를 갖는 수술 로봇 시스템(1200)의 등각도이다. 수술 로봇 시스템(1200)은 로봇 아암을 테이블(101) 상에 누워 있는 환자(708)의 하체 영역에 접근하도록 구성한다. 일 실시예에서, 로봇 아암을 환자가 있는 테이블(101)에 결합된 칼럼(102)과 별개의 칼럼(402B)을 포함하는 카트 상에 장착하는 것이 유리하다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템(1200)이, 적어도 테이블이 칼럼(102)을 지나 연장되는 각도가 제한되는, 로봇 아암이 테이블과 동일한 칼럼에 장착된 수술 로봇 시스템에 비해, 더 많은 수의(또는 상이한 유형의) 위치로 로봇 아암을 구성할 수 있기 때문이다. 또한, 카트는 사용자가 더 용이하게 로봇 아암을 이송하거나 카트를 고정 상태로 유지시키도록 허용하는 (예컨대, 이전에 섹션 VIII. 기부에서 도 8g 내지 도 8j를 참조하여 기술된) 아웃리거 캐스터를 포함할 수 있다. 로봇 아암을 별도로 장착하는 것은 또한 환자가 있는 테이블에 결합된 칼럼의 복잡성 및 구성요소의 수를 감소시킬 수 있다.
위에 언급된 구성요소를 포함하는 수술 로봇 시스템(1100), 수술 로봇 시스템(1200), 및 다른 수술 로봇 시스템의 대안적인 도면 및 실시예가 적어도 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,486호, 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/162,467호, 2015년 7월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/193,604호, 2015년 8월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/201,518호, 2015년 8월 11일자로 출원된 미국 가출원 제62/203,530호, 및 2015년 9월 30일자로 출원된 미국 가출원 제62/235,394호에 추가로 예시되고 기술되어 있다.
XII. 조절가능 아암 지지부
로봇 수술(또는 의료) 시스템은 하나 이상의 로봇 아암을 지지하기 위해 본 섹션에서 기술되는 바와 같이 조절가능 아암 지지부를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부는 조절가능 아암 지지부 및 로봇 아암을 테이블 아래의 위치로부터 전개시키기 위해 테이블, 테이블의 칼럼 지지부, 또는 테이블의 기부에 부착되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부는 베드(또는 테이블) 또는 베드에 인접하게 위치된 카트에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 조절가능 아암 지지부는 하나 이상의 로봇 아암이 그 상에 장착되는 바아, 트랙, 또는 레일을 포함한다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부는 바아, 트랙, 또는 레일의 위치의 조절을 허용하는 적어도 3 또는 4 자유도를 포함한다. 자유도들 중 하나는 조절가능 아암 지지부가 테이블에 대해 수직으로 조절되도록 허용할 수 있다. 조절가능 아암 지지부의 이들 및 다른 특징은 도 13a 내지 도 20의 예를 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 13a 및 도 13b는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 수술 로봇 시스템(1300)의 각각 등각도 및 단부도이다. 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301)에 대해 하나 이상의 로봇 아암을 지지하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 도 14a 내지 도 15b 참조). 아래에서 더 상세히 기술될 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 그것이 테이블(1301)에 대한 조절가능 아암 지지부(1305) 및/또는 조절가능 아암 지지부(1305)에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(1301)에 대해 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(1305)는 조절가능 아암 지지부(1305)의 조절을 허용하기 위해 테이블(1301)에 대한 하나 이상의 자유도를 포함할 수 있다. 도 13a 및 도 13b에 예시된 시스템(1300)이 단일 조절가능 아암 지지부(1305)만을 포함하지만, 일부 실시예에서, 시스템은 다수의 조절가능 아암 지지부를 포함할 수 있다(예컨대, 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 포함하는 도 14a의 시스템(1400) 참조).
본 섹션에서 기술되는 바와 같은 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 수술 로봇 시스템은 알려진 수술 로봇 시스템의 하나 이상의 문제를 해결하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 일부 수술 로봇 시스템의 하나의 문제는 그들이 부피가 커서, 많은 양의 방 공간을 차지할 수 있다는 것이다. 이는 흔히, 크고 정교한 지지 구조물이 로봇 수술 절차를 수행하도록 로봇 아암을 위치시키는 데 필요하였기 때문이다. 일부 수술 로봇 시스템은 로봇 수술 절차 동안 환자를 지지하는 테이블 위에 복수의 로봇 아암을 지지하는 로봇 아암 지지 구조물을 포함한다. 예를 들어, 일부 수술 로봇 시스템은 하나 이상의 로봇 아암을 테이블 위에 현수시키는 지지 구조물을 포함한다. 이들 지지 구조물은, 예를 들어 그들이 테이블에 걸쳐 그리고 그 위로 연장되어야 하기 때문에 상당히 크고 부피가 크다.
일부 수술 로봇 시스템의 다른 문제는 그들이 과도하게 다루기 힘들 수 있다는 것이다. 예를 들어 위에서 기술된 바와 같이 일부 수술 로봇 시스템에 의해 요구되는 크고 부피가 큰 지지 구조물로 인해, 이들 시스템은 용이하게 이동되지 않으며, 이는 불리할 수 있다. 수술 전후에, 수술 영역으로부터 로봇 아암을 신속하고 원활하게 제거하여, 환자를 테이블 상에 싣거나 환자를 테이블로부터 옮기기 위한 용이한 접근을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 크고 부피가 큰 지지 구조물과 이들 시스템의 다루기 힘든 특성으로 인해 일부 수술 로봇 시스템에서는 어려운 것으로 판명되었다. 일부 수술 로봇 시스템은 용이하게 보관 또는 이동되지 않는다.
또한, 일부 수술 로봇 시스템은 제한된 유연성 또는 다목적성을 갖는다. 즉, 일부 수술 로봇 시스템은 특정 수술 절차를 위해 설계되며, 그에 따라, 다른 유형의 수술 절차에는 잘 맞지 않는다. 예를 들어, 복강경 수술을 위해 구성되는 수술 로봇 시스템은 내시경 수술에 잘 맞지 않을 수 있거나, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 일부 경우에, 이는 절차 동안 사용되는 로봇 아암이 상이한 유형의 수술 절차 동안 환자 및/또는 테이블에 대해 상이한 위치에 위치될 필요가 있고, 종래의 수술 로봇 시스템의 지지 구조물이 로봇 아암의 상이한 위치를 수용할 수 없기 때문이다. 또한, 위에 언급된 바와 같이, 일부 수술 로봇 시스템은 환자 및 테이블 위에 하나 이상의 로봇 아암을 현수시키는 지지 구조물을 포함한다. 로봇 아암이 이러한 위치에 장착된 상태에서 소정 의료 절차를 수행하는 것은 어려울 수 있다.
마지막으로, 일부 수술 로봇 시스템은 그들의 대응하는 지지 구조물, 및/또는 고정식으로 장착되거나 위치되는 지지 구조물 자체에 고정식으로 장착되는 로봇 아암을 포함한다. 이들 시스템은 로봇 아암 및/또는 그에 장착된 수술 도구의 위치를 조절하기 위해 로봇 아암의 관절운동에만 의존할 수 있다. 아암 및/또는 지지부가 제위치에 고정되기 때문에, 이는 이들 시스템의 전체 유연성을 크게 제한할 수 있다. 일부 시스템의 로봇 아암 및/또는 지지부의 고정된 특성은 수술 동안 아암들 및/또는 다른 물체들(예컨대, 환자, 테이블, 다른 장비 등) 사이의 충돌(collision)을 회피하는 이들 시스템의 능력을 추가로 제한할 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템(1300)뿐만 아니라 본 출원에서 기술되는 다른 시스템은 위에서 논의된 일부 수술 로봇 시스템과 연관된 문제들 중 하나 이상을 해결(예컨대, 감소 또는 제거)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술되는 시스템은 일부 시스템보다 부피가 덜 클 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 시스템은 일부 시스템보다 적은 물리적 공간을 차지할 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 시스템은 일부 시스템보다 덜 다루기 힘들 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술되는 시스템은 환자 및/또는 테이블에의 편리한 접근을 허용하기 위해 아암 지지부 및 로봇 아암을 신속하고 용이하게 보관하도록 구성될 수 있고/있거나 용이하게 이동될 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 시스템은 매우 유연할 수 있고, 매우 다양한 수술 절차에 사용하기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템은 복강경 절차 및 내시경 절차 둘 모두를 위해 구성된다. 본 명세서에서 기술되는 시스템은 다양한 로봇 아암과 수술실 내의 다른 물체 사이의 충돌을 감소시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이들 이점들 중 하나 이상은 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(1305)의 포함에 의해 달성될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301)에 대한 조절가능 아암 지지부(1305) 및/또는 조절가능 아암 지지부(1305)에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(1301)에 대해 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(1305)는 (예를 들어, 테이블(1301) 아래에) 적재되는 것이 가능할 수 있고, 이어서 사용을 위해 상승될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301)을 지지하는 기부 내에 또는 그에 근접하여 적재될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 기부의 중심 길이방향 축을 따라 형성된 하나 이상의 리세스(recess) 내에 적재될 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 기부의 중심 길이방향 축으로부터 편위된 하나 이상의 리세스 내에 적재될 수 있다. 상승 시에, 조절가능 아암 지지부(1305)는 환자 부근에, 그러나 테이블(1301) 아래에(예컨대, 테이블(1301)의 상부 표면 아래에) 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 아암 지지부(1305)는 테이블(1301) 위로(예컨대, 테이블의 상부 표면 위로) 상승될 수 있다. 그러한 구성은, 예를 들어 조절가능 아암 지지부가 옆으로 누워 있는 환자 뒤에 위치될 때 유용할 수 있다.
일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 여러 자유도(예컨대, 리프트(lift), 측방향 병진, 틸트 등)를 제공하는 지지 구조로 베드에 부착된다. 도 13a 및 도 13b의 예시된 실시예에서, 아암 지지부(1305)는 도 13a에 화살표로 예시된 4 자유도로 구성된다. 제1 자유도는 z-방향으로의 조절가능 아암 지지부의 조절(예컨대, Z-리프트)을 허용한다. 예를 들어, 아래에서 기술될 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301)을 지지하는 칼럼(1302)을 따라 또는 그것에 대해 위 또는 아래로 이동하도록 구성되는 캐리지(1309)를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 조절가능 아암 지지부(1305)가 틸팅하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(1305)는, 예를 들어 아암 지지부(1305)가 트렌델렌부르크 자세에서 베드와 정렬되도록 허용할 수 있는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제3 자유도는 조절가능 아암 지지부가 도시된 바와 같이 위로 피봇하도록 허용할 수 있다. 아래에서 기술될 바와 같이, 이러한 자유도는 테이블(1301)의 측부와 조절가능 아암 지지부(1305) 사이의 거리를 조절하는 데 사용될 수 있다. 제4 자유도는 테이블의 길이방향 길이를 따른 조절가능 아암 지지부(1305)의 병진을 허용할 수 있다. 이들 자유도들 중 하나 이상을 포함하는 아암 지지부(1305)는 다양한 로봇 아암이 부착될 수 있는 고도로 위치설정가능한 지지부를 제공함으로써 위에 언급된 일부 시스템과 연관된 문제들 중 하나 이상을 해결할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(1305)는, 예를 들어 테이블(1301)에 대한 로봇 아암의 위치의 조절을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 자유도는 순차적으로 제어될 수 있으며, 여기에서 하나의 이동이 다른 이동 후에 수행된다. 다른 실시예에서, 상이한 자유도가 병렬로 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하나 이상의 선형 액추에이터가 Z-리프트 및 틸트 둘 모두를 제공할 수 있다.
이들 자유도뿐만 아니라 조절가능 아암 지지부(1305)의 다른 특징이 이제, 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 수술 로봇 시스템(1300)의 각각 등각도 및 단부도인 도 13a 및 도 13b를 계속 참조하여 더 상세히 기술될 것이다. 예시된 실시예에서, 시스템(1300)은 테이블(1301)을 포함한다. 일부 실시예에서, 테이블(1301)은 위에서 기술된 테이블과 유사할 수 있다. 예시된 실시예에서, 테이블(1301)은 기부(1303)에 장착되는 칼럼(1302)에 의해 지지된다. 기부(1303)는 바닥과 같은 지지 표면 상에 놓이도록 구성될 수 있다. 따라서, 기부(1303) 및 칼럼(1302)은 지지 표면에 대해 테이블 (1301)을 지지한다. 도 13b는 지지 표면 평면(1331)을 예시한다. 일부 실시예에서, 테이블(1301)은 하나 이상의 지지부에 의해 지지될 수 있으며, 여기에서 지지부들 중 하나는 칼럼(1302)을 포함한다. 예를 들어, 테이블(1301)은 복수의 병렬 액추에이터(parallel actuator)를 포함하는 스튜어트 메커니즘(Stewart mechanism)에 의해 지지될 수 있다.
시스템(1300)은 또한 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 칼럼(1302)에 장착된다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301) 또는 기부(1303)에 장착될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 조절가능 아암 지지부(1305)의 위치가 테이블(1301)에 대해 조절될 수 있도록 구성된다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)의 위치는 또한 칼럼(1302) 및/또는 기부(1303)에 대해 조절될 수 있다.
조절가능 아암 지지부(1305)는 캐리지(1309), 바아 또는 레일 커넥터(1311), 및 레일(1307)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암이, 예를 들어 도 14a 내지 도 15b에 도시된 바와 같이 레일(1307)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 1개, 2개, 3개, 또는 그보다 많은 로봇 아암이 레일(1307)에 장착될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 레일에 장착되는 로봇 아암은 레일(1307)을 따라 이동(예컨대, 병진)하도록 구성될 수 있어서, 레일(1307) 상의 로봇 아암의 위치가 서로에 대해 조절되어, 그에 의해 로봇 아암들 사이의 충돌의 위험을 감소시킬 수 있게 한다. 이는 아래에서 더 상세히 기술될 것이다. 예시된 실시예에서, 레일(1307)은 바아 또는 레일 커넥터(1311)에 연결된다. 바아 또는 레일 커넥터(1311)는 캐리지(1309)에 연결된다. 캐리지는 칼럼(1302)에 연결된다. 다른 배열이 가능하다.
칼럼(1302)은 제1 축(1323)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 축(1323)은 예시된 바와 같이 z-축에 평행하다. 일부 실시예에서, 제1 축(1323)은 수직 축이다. 예를 들어, 제1 축(1323)은 시스템(1300)이 그 상에 놓이는 지지 표면 또는 바닥에 수직일 수 있다.
캐리지(1309)는 제1 조인트(1313)에 의해 칼럼(1302)에 부착될 수 있다. 제1 조인트(1313)는 캐리지(1309)(및 그에 따라 조절가능 아암 지지부(1305))가 칼럼(1302)에 대해 이동하게 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 조인트(1313)는 캐리지(1309)가 칼럼(1302)을 따라(예를 들어, 칼럼(1302)을 따라 위아래로) 이동하게 허용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제1 조인트(1313)는 캐리지(1309)가 제1 축(1323)을 따라(예를 들어, 제1 축(1323)을 따라 앞뒤로) 이동하게 허용하도록 구성된다. 제1 조인트(1313)는 선형 또는 프리즘형 조인트를 포함할 수 있다. 제1 조인트(1313)는 전동식 또는 유압식 조인트와 같은 동력식 조인트를 포함할 수 있다. 제1 조인트(1313)는 조절가능 아암 지지부(1305)에 대한 제1 자유도(예컨대, Z-리프트)를 제공하도록 구성될 수 있다.
조절가능 아암 지지부(1305)는 도시된 바와 같이 제2 조인트(1315)를 포함할 수 있다. 제2 조인트(1315)는 조절가능 아암 지지부(1305)에 대한 제2 자유도(틸트)를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 조인트(1315)는 조절가능 아암 지지부(1305)가 제1 축(1323)과는 상이한 제2 축(1325)을 중심으로 회전하게 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 축(1325)은 제1 축(1323)에 수직이다. 일부 실시예에서, 제2 축(1325)은 제1 축(1323)에 대해 수직일 필요는 없다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 축(1325)은 제1 축(1323)과 예각을 이룬다. 일부 실시예에서, 제2 축(1325)은 y-방향으로 연장된다. 일부 실시예에서, 제2 축(1325)은 시스템(1300)이 그 상에 놓이는 지지 표면 또는 바닥에 평행한 평면 내에 놓일 수 있다. 제2 조인트(1315)는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제2 조인트(1315)는 전동식 또는 유압식 조인트와 같은 동력식 조인트를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 제2 조인트(1315)는 캐리지(1309)와 칼럼(1302) 사이에 형성되어, 캐리지(1309)가 칼럼(1302)에 대해 제2 축(1325)을 중심으로 회전할 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 제2 조인트(1315)는 다른 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제2 조인트(1315)는 캐리지(1309)와 레일 커넥터(1311) 사이에, 또는 레일 커넥터(1311)와 레일(1307) 사이에 위치될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 제2 조인트(1315)는 조절가능 아암 지지부(1305)에 대한 제2 자유도(틸트)를 허용하기 위해 조절가능 아암 지지부(1305)가 제2 축(1325)을 중심으로 회전하게 허용하도록 구성될 수 있다. 아래에서 도 16을 참조하여 더 상세히 기술될 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)를 제2 축(1325)을 중심으로 회전시키는 것은 조절가능 아암 지지부(1305)의 틸트각의 조절을 허용할 수 있다. 즉, 조절가능 아암 지지부(1305)를 제2 축(1325)을 중심으로 회전시킴으로써 바아 또는 레일(1307)의 틸트의 각도가 조절될 수 있다(도 16 참조).
조절가능 아암 지지부(1305)는 도시된 바와 같이 제3 조인트(1317)를 포함할 수 있다. 제3 조인트(1317)는 조절가능 아암 지지부(1305)에 대한 제3 자유도(위로 피봇)를 제공하도록 구성될 수 있다. 제3 조인트(1317)는 회전 조인트로서 구성되어, 레일 커넥터(1311)가 제1 축(1323) 및 제2 축(1325)과는 상이한 제3 축(1327)을 중심으로 회전하도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 축(1327)은 제2 축(1325)에 수직일 수 있다. 다른 실시예에서, 제3 축(1327)은 제2 축(1325)에 평행할 필요는 없다. 예를 들어, 제3 축(1327)은 제2 축(1325)과 예각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 축(1327)은 x-방향으로 연장된다. 일부 실시예에서, 제3 축(1327)은 시스템(1300)이 그 상에 놓이는 지지 표면 또는 바닥에 평행한 평면 내에 놓일 수 있다. 제3 축(1327)은 제2 축(1325)과 동일한 평면 또는 상이한 평면 내에 놓일 수 있다. 조절가능 아암 지지부(1305)가 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 위치될 때, 제3 축(1327)은 제1 축(1323)에 수직일 수 있지만; 조절가능 아암 지지부(1305)가 제2 조인트(1315)를 중심으로 회전됨에 따라, 제1 축(1323)과 제3 축(1327) 사이의 각도는 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 축(1327)은 레일(1307)에 평행할 수 있다.
회전 조인트로서 구성될 때, 제3 조인트(1317)는 레일 커넥터(1311)가 제3 축(1327)을 중심으로 회전하도록 허용할 수 있다. 레일 커넥터(1311)가 제3 축(1327)을 중심으로 회전함에 따라, 테이블(1301)의 에지와 레일(1307) 사이의 (예를 들어, y-방향을 따라 측정되는) 거리가 조절될 수 있다. 예를 들어, 테이블(1301)의 에지와 레일(1307) 사이의 거리는 레일 커넥터(1311)가 도 13b에 도시된 위치로부터 하향으로 회전됨에 따라 증가할 것이다. 따라서, 제3 조인트(1317)는 y-방향을 따른 레일(1307)의 위치설정의 조절을 허용하는 자유도를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 회전 조인트로서 구성될 때, 제3 조인트(1317)는 또한 z-방향을 따른 레일(1307)의 위치의 추가의 조절을 허용할 수 있다. 예를 들어, (z-방향을 따른) 레일(1307)의 높이는 레일 커넥터(1311)가 도 13b에 도시된 위치로부터 하향으로 회전됨에 따라 감소할 것이다. 일부 실시예에서, 제3 조인트(1317)는 레일(1307)이 적재 위치로부터 상승 위치로 "바이셉스 컬(biceps curl)" 유형 방식으로 상향으로 피봇하도록 허용할 수 있다.
도 13b에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 예시된 실시예에서, 제3 조인트(1317)는 레일 커넥터(1311)를 캐리지에 연결하는 레일 커넥터(1311)의 제1 단부 상에 위치된다. 레일 커넥터(1311)를 레일(1307)에 연결하는 레일 커넥터(1311)의 제2 단부에 추가의 조인트(1319)가 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 조인트(1317) 및 추가의 조인트(1319)의 위치는 역전될 수 있다. 일부 실시예에서, 추가의 조인트(1319)는 제3 조인트(1317)와 추가의 조인트(1319)가 함께 회전하도록 제3 조인트(1317)에 기계적으로 구속된다. 예를 들어, 제3 조인트(1317) 및 추가의 조인트(1319)는 4-바아 링크장치를 통해 기계적으로 구속될 수 있다. 기계적 구속을 위한 다른 방법이 또한 가능하다. 제3 조인트(1317)와 추가의 조인트(1319) 사이의 기계적 구속은 레일 커넥터(1311)가 제3 축(1327)을 중심으로 회전됨에 따라 레일(1307)의 배향을 유지시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 조인트(1317)와 추가의 조인트(1319) 사이의 기계적 구속은, 레일 커넥터(1311)가 회전함에 따라, (하나 이상의 로봇 아암이 장착될 수 있는) 레일(1307)의 상부 표면이 동일한 방향으로 계속 향하도록 구성될 수 있다. 도 13a 및 도 13b의 예시된 예에서, 레일(1307)의 상부 면은 (z-방향으로) 상향으로 향하고 있다. 제3 조인트(1317)와 추가의 조인트(1319) 사이의 기계적 구속은 레일 커넥터(1311)가 회전함에 따라 레일(1307)의 상부 면이 (z-방향으로) 상향으로 향하는 상태로 유지되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 기계적 구속은 소프트웨어-정의 구속(software-defined constrained)으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 제3 조인트(1317) 및 추가의 조인트(1319) 각각은 동력식 조인트일 수 있고, 소프트웨어는 각각의 조인트의 회전을 함께 구속하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 조인트(1317)는 칼럼(1302)을 향한 그리고 그것으로부터 멀어지는(예를 들어, y-방향을 따른) 레일(1307)의 선형 변위를 허용하도록 구성되는 선형 조인트 또는 프리즘형 조인트를 (위에서 기술되고 도면에 예시된 회전 조인트 대신에) 포함할 수 있다.
제3 조인트(1317)는 동력식 조인트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 조인트(1317)는 전동식 또는 유압식 조인트를 포함할 수 있다.
조절가능 아암 지지부(1305)는 도시된 바와 같이 제4 조인트(1321)를 포함할 수 있다. 제4 조인트(1321)는 조절가능 아암 지지부(1305)에 대한 제4 자유도(병진)를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제4 조인트(1321)는 레일(1307)이, 예를 들어 테이블(1301), 칼럼(1302), 캐리지(1309), 및/또는 레일 커넥터(1311)에 대해 앞뒤로 병진하게 허용하도록 구성될 수 있다. 레일(1307)은 제4 축(1329)을 따라 연장될 수 있다. 제4 조인트(1321)는 레일(1307)이 제4 축(1329)을 따라 병진하게 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 축(1329)은 제3 축(1327)에 평행할 수 있다. 다른 실시예에서, 제4 축(1329)은 제3 축(1327)에 평행하지 않을(예컨대, 예각) 수 있다. 일부 실시예에서, 제4 축(1329)은 제2 축(1325)에 수직일 수 있다. 다른 실시예에서, 제4 축(1329)은 제2 축(1325)과 비-수직 각도(예컨대, 예각)를 이룰 수 있다. 조절가능 아암 지지부(1305)가 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 위치될 때, 제4 축(1329)은 제1 축(1323)에 수직일 수 있지만; 조절가능 아암 지지부(1305)가 제2 조인트(1315)를 중심으로 회전됨에 따라, 제1 축(1323)과 제4 축(1329) 사이의 각도는 변할 수 있다.
제4 조인트(1321)는 선형 또는 프리즘형 조인트를 포함할 수 있다. 제4 조인트(1321)는 전동식 또는 유압식 조인트와 같은 동력식 조인트를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 제4 조인트(1321)는 바아 또는 레일 커넥터(1311)와 레일(1307) 사이에 위치된다.
도 15a 및 도 15b를 참조하여 아래에서 더 상세히 기술될 바와 같이, 레일(1307)의 병진은 시스템(1300)에 대한 (예를 들어, x-방향을 따른) 증가된 길이방향 도달거리(reach)를 제공하도록 구성될 수 있다. 이는 시스템(1300)의 유연성을 개선하여, 시스템(1300)이 매우 다양한 수술 절차에 사용되도록 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블(1301)에 대한 레일(1307)의 가변 위치설정을 허용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 레일(1307)의 위치는 테이블(1301)의 상부 표면과 평행한 지지 표면 평면(1333) 아래로 유지된다. 이는 그것이 의료 절차 동안 테이블 지지 표면 평면(1333) 위에 멸균 영역(sterile field)을 유지시키는 능력을 개선할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 수술 환경에서, 의료인은 테이블의 표면 위에 멸균 영역을 유지시키기를 원할 수 있다. 따라서, 테이블의 표면 위에 위치되는 장비에 대한 강화된 요건 또는 더 엄격한 절차가 있을 수 있다. 예를 들어, 테이블의 표면 위에 위치된 장비는 드레이핑될(draped) 필요가 있을 수 있다. 따라서, 아암 지지부가 테이블의 표면 아래로 유지되는 것이 바람직할 수 있고, 일부 의료인은 그것을 선호할 수 있다. 일부 경우에, 아암 지지부가 테이블의 표면 아래로 유지될 때, 그것은 드레이핑될 필요가 없을 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 그것이 테이블 지지 표면 평면(1333) 위에 위치되도록 레일(1307)의 위치를 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블 지지 표면 평면(1333) 아래의 위치에서 기부(1303), 칼럼(1302), 또는 테이블(1301)에 부착된다. 도 18a 및 도 18b를 참조하여 아래에서 기술될 바와 같이, 이는 유리하게는 조절가능 아암 지지부(1305)(및 임의의 부착된 로봇 아암)가, 조절가능 아암 지지부(1305)(및 임의의 부착된 로봇 아암)가 테이블(1301) 아래에 적재되는 적재 구성(도 18b 참조)으로 이동되도록 허용할 수 있다. 이는 유리하게는, 이전에 알려진 수술 로봇 시스템과 비교할 때 시스템(1300)을 부피가 덜 크고 그리고/또는 덜 다루기 힘들게 만들 수 있다.
아암 지지부(1305)의 이동(예를 들어, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 조인트들(1313, 1315, 1317, 1321) 중 하나 이상의 이동)은 여러 방식으로 제어 및/또는 명령될 수 있다. 예를 들어, 시스템(1300)은 베드(환자측) 또는 외과의사 콘솔 상에 제어기(예컨대, 펜던트(pendant))를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 버튼(또는 다른 작동 메커니즘)이 조절가능 아암 지지부(1305)의 구성요소들 중 하나 이상 상에(또는 연결된 로봇 아암들 중 하나 이상 상에) 포함될 수 있다. 다른 예로서, 조절가능 아암 지지부(1305)의 이동은, 예를 들어 (외과의사에 의해 명령된 툴팁(tooltip) 위치를 유지시키면서) 로봇의 영 공간(null space) 내에서의 조절을 위해 시스템 소프트웨어에 의해 자동으로 제공될 수 있다. 추가적으로, 조절가능 아암 지지부(1305)의 이동은 도구가 환자 내로 삽입되지 않을 때 설정, 전개, 드레이핑, 또는 다른 워크플로우(workflow) 단계들 동안 시스템 소프트웨어에 의해 자동으로 제공될 수 있다. 다른 예가 또한 가능하다.
도 13a 및 도 13b는 하나의 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 실시예를 예시한다. 이전에 언급된 바와 같이, 일부 시스템은 각각이 하나 이상의 로봇 아암을 지지하는 하나 초과의 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함할 수 있다. 그러한 시스템에서, 각각의 조절가능 아암 지지부는 위에서 기술된 바와 같이 구성될 수 있다. 또한, 그러한 시스템에서, 각각의 조절가능 아암 지지부는 독립적으로 제어될 수 있다.
도 14a는 일 실시예에 따른, 테이블(1301)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템(1400A)의 단부도이다. 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B) 각각은 위에서 기술된 바와 같이 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)가 테이블(1301)의 제1 측부(예컨대, 도면에 도시된 바와 같이 우측) 상에 위치되고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)가 테이블(1301)의 제2 측부(예컨대, 도면에 도시된 바와 같이 좌측) 상에 위치된다. 제2 측부는 제1 측부의 반대편에 있을 수 있다.
또한, 제1 로봇 아암(1402A)이 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 바아 또는 레일(1307A)에 부착된 것으로 예시되어 있고, 제2 로봇 아암(1402B)이 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 바아 또는 레일(1307B)에 부착된 것으로 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 제1 로봇 아암(1402A)은 레일(1307A)에 부착되는 기부(1404A)를 포함한다. 제1 로봇 아암(1402A)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(1406A)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(1406A)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제2 로봇 아암(1402B)은 레일(1307B)에 부착되는 기부(1404B)를 포함한다. 제2 로봇 아암(1402B)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(1406B)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(1406B)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(1305)와 함께 사용하기 위해 구성되는 예시적인 로봇 아암이 아래에서 섹션 XIII(도 21 내지 도 30 참조)에서 더 상세히 기술된다.
도 14a는 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)가 독립적으로 제어 및 위치될 수 있음을 예시한다. 예시된 바와 같이, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 제1 축(1323)을 따라 제1 높이에 위치되고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 제1 축(1323)을 따라 제2 높이에 위치된다. 일부 실시예에서, 제2 높이는 제1 높이와는 상이하고 독립적일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 높이는 제1 높이와 실질적으로 동등할 수 있다.
도 14a의 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 캐리지(1309A)는 제1 축(1323)을 따라 제1 높이에 위치되고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 캐리지(1309B)는 제1 축(1323)을 따라, 제1 높이와는 상이한 제2 높이에 위치된다. 따라서, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 캐리지들(1309A, 1309B) 사이에 높이 차이 H1이 존재할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 캐리지들(1309A, 1309B)은 동일한 높이에 위치될 수 있다.
또한, 도 14a는, 또한 상이한 배향을 갖도록 독립적으로 조절될 수 있는, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 바아 또는 레일 커넥터(1311A, 1311B)의 위치를 예시한다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 레일 커넥터(1311A)는 하향으로 회전되고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 레일 커넥터(1311B)는 상향으로 회전된다. 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 레일들(1307A, 1307B) 사이에 높이 차이 H2가 존재할 수 있다. 또한, 이러한 위치에서, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 레일 커넥터들(1311A, 1311B) 각각은 제1 축(1323)으로부터 상이한 거리를 두고 위치된다. 예를 들어, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 레일 커넥터(1311A)는 제1 축(1323)으로부터 제1 거리 D1을 두고 위치되고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 레일 커넥터(1311B)는 제1 축(1323)으로부터 제2 거리 D2를 두고 위치된다. 이러한 거리 D1은 거리 D2와는 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B)의 레일 커넥터들(1311A, 1311B)은 동일한 정도로 회전될 수 있고/있거나, 거리 D1은 거리 D2와 동일할 수 있다.
도 14a는 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)가 그에 부착된 로봇 아암이 지지되는 상이한 위치를 제공하도록 각각 독립적으로 위치되거나 조절될 수 있음을 예시한다. 도 14a는 많은 것들 중 하나의 예만을 예시한다. 조절가능 아암 지지부(1305)는 연속적인 이동(예컨대, 수직 또는 길이방향)을 가질 수 있고, 외과의사 또는 임상의사가 원하는 대로 임의의 지점에서 정지될 수 있다. 이는, 예를 들어 아암 지지부들 사이의 높이 차이를 생성하는 데 이로울 수 있으며, 이는 로봇 아암들의 하나의 세트가 낮게 도달할 필요가 있고 다른 하나의 세트가 환자 위에 도달할 필요가 있을 때와 같은 소정 유형의 수술에 유리할 수 있다. 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(1402B)이 부착된 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 로봇 아암(1402A)이 부착된 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)보다 높게 상승된다. 이러한 위치는 환자가 신장절제술 절차에서와 같이 옆으로(예컨대, 측와위(lateral decubitus)) 있을 때 특히 도움이 될 수 있지만, 당업자는 차이가 또한 다른 절차에서 이로울 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 14b 및 도 14c는 추가의 예를 제공한다.
도 14b는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 위해 구성된, 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B) 및 복수의 로봇 아암(1402A, 1402B, 1402C, 1402D)을 갖는 수술 로봇 시스템(1400B)의 등각도이다. 예시된 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 제1 로봇 아암(1402A)을 지지하고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D)을 지지한다.
제1 로봇 아암(1402A)은 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 레일(1307A)을 따라 앞뒤로 병진하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 로봇 아암(1402A)은 제4 축(1329A)을 따라 병진하도록 구성될 수 있다. 이는 레일(1307A)에 대한 제1 로봇 아암(1402A)의 조절을 허용할 수 있다. 유사하게, 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D)은 각각 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 레일(1307B)을 따라 앞뒤로 병진하도록 구성될 수 있다. 즉, 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D)은 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)의 제4 축(1329B)을 따라 병진하도록 구성될 수 있다. 이는 레일(1307B)에 대한 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D)의 조절을 허용할 수 있다. 또한, 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D) 각각은 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D) 각각 사이의 간격이 조절될 수 있도록 레일(1307B)을 따라 독립적으로 이동될 수 있다. 특히, 도 14b는, 일부 실시예에서, 대응하는 아암 지지부(1305)의 대응하는 레일(1307)을 따른 각각의 로봇 아암(1402)의 위치가 독립적으로 제어되고 조절될 수 있음을 예시한다.
또한, 도 14b는 제1 아암 지지부(1305A)와 제2 아암 지지부(1305B) 사이의 높이 차이의 다른 예를 예시한다. 예시된 실시예에서, 환자(10)는 복강경 절차 동안 옆으로 위치된다. 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 제1 로봇 아암(1402A)이 환자(10) 위에 도달할 수 있도록 높은 위치에(그러나 테이블(1301)의 표면 아래에) 위치된다. 예시된 바와 같이, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 제2 로봇 아암(1402B), 제3 로봇 아암(1402C), 및 제4 로봇 아암(1402D)이 환자의 전방측에 접근할 수 있도록 더 낮은 위치에 위치된다.
일부 실시예에서, 로봇 아암들(1402A, 1402B, 1402C, 1402D) 중 하나 이상은 복강경 수술 기구 또는 도구를 작동시킬 수 있고, 다른 로봇 아암들(1402A, 1402B, 1402C, 1402D) 중 하나 이상은 환자 내로 복강경으로 삽입된 카메라를 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 복강경 수술 기구 및 카메라는 환자 내의 하나 이상의 복강경 포트를 통해 연장되도록 크기설정되고 구성될 수 있다.
도 14c는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 위해 구성된, 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B) 및 복수의 로봇 아암(1402A, 1402B, 1402C, 1402D, 1402E)을 갖는 수술 로봇 시스템(1400C)의 등각도이다. 예시된 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 제1 로봇 아암(1402A) 및 제2 로봇 아암(1402B)을 지지하고, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 제3 로봇 아암(1402C), 제4 로봇 아암(1402D), 및 제5 로봇 아암(1402E)을 지지한다.
예시된 실시예에서, 환자(10)를 지지하는 테이블(1301)은 바닥에 대해 비스듬히 위치된다. 즉, 예를 들어 도 14b에 예시된 바와 같이 평행하기보다는, 테이블 표면 평면(1333)은 지지 표면 평면(1331)에 대해 경사진다. 테이블(1301)의 하부측 상에 위치된 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 제1 로봇 아암(1402A) 및 제2 로봇 아암(1402B)이 환자(10)에게 접근할 수 있도록 낮은 위치에 위치될 수 있다. 예시된 바와 같이, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 제3 로봇 아암(1402C), 제4 로봇 아암(1402D), 및 제5 로봇 아암(1402E)이 환자(10) 위에 도달하고 그에게 접근할 수 있도록 더 높은 위치(이는 테이블 지지 표면(1333)보다 낮을 수 있음)에 위치된다.
도 15a는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)의 위치를 조절하기 위해 병진하도록 구성되는 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템의 등각도이다. 이전에 기술된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 레일(1307)이 기부(1303), 칼럼(1302), 테이블(1301), 캐리지(1309), 및/또는 레일 커넥터(1311)에 대해 제4 축(1329)을 따라 병진하게 허용하도록 구성되는 제4 조인트(1321)를 포함할 수 있다. 도 15a는, 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 포함하는 실시예에서, 각각의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)의 레일(1307A, 1307B)이 다른 레일과는 독립적으로, 그의 대응하는 축(1329A, 1329B)을 따라 병진될 수 있음을 예시한다. 예를 들어, 도 15a에서, 레일(1307A)은, 역시 축(1329B)을 따라 앞뒤로 병진할 수 있는 레일(1307B)과는 독립적으로, 축(1329A)을 따라 앞뒤로 병진할 수 있다.
다른 실시예에서, 레일(1307)은 축(1329)을 따라 병진하도록 구성되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 더 긴 레일(1307)이 병진 레일 대신에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 레일(1307)의 병진은 시스템의 전체 다목적성 및 유연성을 여전히 유지시키면서 더 짧은 레일(1307)이 사용되도록 허용한다. 일부 실시예에서, 더 짧은 레일(1307)(병진 여부와 관계없이)은 테이블(1301) 아래에 적재되는 시스템의 능력을 개선할 수 있다(도 18b 참조).
도 15b는 일 실시예에 따른, 내시경 절차를 위해 구성된, 조절가능 아암 지지부(1305) 및 로봇 아암(1402)을 갖는 수술 로봇 시스템(1500B)의 등각도이다. 도 15b는, 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템이, 예를 들어, 내시경이 서혜부 영역을 통해 환자 내로 삽입되는, 요관경술과 같은 내시경 절차에 유용할 수 있는 긴 길이방향 운동 범위를 제공하도록 구성될 수 있음을 예시한다. 예를 들어, 도 15b에 도시된 바와 같이, 레일(1307)은 테이블(1301)의 풋을 향해 완전히 병진될 수 있다. 거기로부터, 아암(1402)은 서혜부 영역에의 접근을 위해 환자(10)의 다리들 사이에 기구를 위치시키도록 길이방향으로 추가로 연장될 수 있다. 하나의 로봇 아암(1402)만이 도 15b에 예시되어 있지만, 다른 실시예에서, 동일한 조절가능 아암 지지부(1305) 또는 추가의 아암 지지부(1305) 상에 장착된 다수의 로봇 아암이 내시경 절차에 사용하기 위해 구성될 수 있다. 도 15b는 내시경 절차의 단지 하나의 예를 제공한다. 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템은 예를 들어 기관지경술과 같은 다른 유형의 내시경 절차에 사용될 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른, 틸팅할 수 있는 레일(1307)이 구성된 조절가능 아암 지지부(1305)를 갖는 수술 로봇 시스템(1600)의 등각도이다. 이전에 논의된 바와 같이, 아암 지지부는 아암 지지부(1305)가 틸팅하게 허용하도록 구성되는 제2 조인트(1315)를 포함할 수 있다. 도 16의 예시된 실시예에서, 제2 조인트(1315)는 캐리지(1309)와 레일 커넥터(1311) 사이에 위치되지만, 이전에 논의된 바와 같이, 제2 조인트(1315)에 대한 다른 위치가 가능하다. 제2 조인트(1315)는 제2 축(1325)을 중심으로 아암 지지부(1305)를 회전시키거나 그의 조절을 제공하도록 구성되는 회전 조인트일 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제2 축(1325)을 중심으로 아암 지지부(1305)를 회전시키거나 그의 조절을 제공함으로써, 축(1329)의 틸트각(1335)이 조절될 수 있다. 틸트각(1335)은 예를 들어 (레일(1307)의) 축(1329)과 x-축, 지지 표면 평면(1331), 또는 테이블 표면 평면(1333) 사이에서 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 조인트(1315)는 테이블(1301)에 대한 레일의 틸팅을 허용한다. 일부 실시예에서, 테이블(1301)은 또한 (예를 들어 트렌델렌부르크 자세로) 피봇하거나 틸팅할 수 있고, 제2 조인트(1315)는 조절가능 지지 아암(1315)이 테이블(1301)의 피봇팅 또는 틸팅을 따르도록 허용할 수 있다. 이는 테이블(1301)이 피봇하거나 틸팅함에 따라 수술 아암(1402)이 환자(10) 및/또는 테이블(1301)에 대해 제위치에 유지되도록 허용할 수 있다. 이는 외과의사 또는 임상의사가 수술 중에 테이블(1301)을 피봇하거나 틸팅하기를 원할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 조인트(1315)는 테이블이 틸팅함에 따라 레일(1307)이 테이블(1301)과 평행하게 유지되도록 허용하기 위해 피봇하거나 틸팅한다. 일부 실시예에서, 레일(1307)은 테이블(1301)과 평행하게 유지될 필요는 없다.
도 17a 및 도 17b는 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템이 의료 이미징 장치에 대한 개선된 접근을 제공할 수 있음을 예시한다. 위에서 기술된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)의 위치는 C-아암과 같은 의료 이미징 장치에의 접근을 허용하거나 그것을 수용하도록 조절될 수 있다. 의료 이미징 장치에 대한 개선된 접근을 제공하는 것에 더하여, 조절가능 아암 지지부는 또한 임상의사에 대한 개선된 접근을 제공한다.
도 17a는 일 실시예에 따른, 의료 이미징 장치(1702)의 C-아암(1704)에 대한 접근을 허용하도록 위치된 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템(1700A)의 등각도이다. 도시된 바와 같이, 제2 조절가능 아암 지지부(1305B)는 의료 이미징 장치의 C-아암(1704) 아래에 위치되도록 바닥 부근에 위치된다. 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 로봇 아암이 환자에게 접근할 수 있도록 테이블(1301) 부근에 위치된다.
도 17b는 다른 실시예에 따른, 의료 이미징 장치(1702)의 C-아암(1704)에 대한 접근을 허용하도록 위치된 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템(1700B)의 등각도이다. 예시된 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)는 테이블(1301) 부근에 위치되어, C-아암(1704)이 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)를 부분적으로 둘러싸게 한다.
조절가능 아암 지지부(1305)의 조절가능성은 유리하게는, 시스템이 또한 다른 유형의 의료 이미징 장치와 함께 작동하도록 허용할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템이 조절가능 아암 지지부(1305) 및 대응하는 로봇 아암(1402)이 테이블(1301) 아래에 편리하게 적재되게 허용하도록 구성될 수 있음을 예시한다. 이는 유리하게는, 시스템이 일부 수술 로봇 시스템보다 부피가 덜 크고 덜 다루기 힘들다는 것을 제공할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(1305)는 적재 구성(도 18B)과 전개 구성(도 18A) 사이에서 전이될 수 있다.
도 18a는 일 실시예에 따른, 전개 구성으로 위치된 조절가능 아암 지지부(1305)를 갖는 수술 로봇 시스템(1800A)의 등각도이다. 도시된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 레일(1307)이 테이블(1301)의 측부에 인접하게 위치되도록 조절되었고, 로봇 아암(1402)이 환자(10)에게 접근하도록 전개되었다. 도 18a는 또한 기부(1303)가 리세스(1337)를 포함할 수 있음을 예시한다. 리세스(1337)는, 예를 들어 도 18b에 도시된 바와 같이, 적재 구성으로 아암 지지부(1305)를 수용하도록 구성될 수 있다.
도 18b는 일 실시예에 따른, 적재 구성으로 위치된 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템(1800B)의 등각도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 아암 지지부의 바아 또는 레일(1307A, 1307B)은 기부(1303) 내의 리세스(1337) 내에 수용된다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(1402A, 1402B, 1402C)은 도시된 바와 같이 아암 지지부(1305A, 1305B) 위로 절첩될 수 있다. 예를 들어, 도 18b에 도시된 바와 같이, 아암 지지부(1305A, 1305B)가 테이블(1301) 아래의 리세스(1337) 내에 보관된 적재 구성은 유리하게는 시스템을 부피가 덜 크고 덜 다루기 힘들게 만들 수 있다. 다른 실시예에서, 아암 지지부 및 로봇 아암 둘 모두는 기부(1303) 내의 리세스 내에 보관될 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 실시예가 테이블에 대해 낮은 위치에 있는 아암 지지부를 예시하고 있지만, 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부는 테이블 위의 상승된 또는 현수된 위치로부터 제공될 수 있다. 현수된 위치에 있는 이들 조절가능 아암 지지부는 독립적인 조절가능성, 서로에 대한 높이 차이, 틸트, 및 길이방향 병진을 비롯하여, 더 낮게 위치되는 조절가능 아암 지지부와 유사한 속성을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)를 포함하는 시스템은 이동식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기부(1303)는 시스템이 용이하게 재위치되도록 허용하기 위해 휠을 포함할 수 있다(예컨대, 도 14a 참조). 예를 들어, 시스템은, 그것을 바닥으로부터 들어올리고 그것을 이동시키는 별개의 이송 카트를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 수술실 내에 영구적으로 부착되지 않는다.
도 19는 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부를 갖는 수술 로봇 시스템을 작동시키기 위한 방법(1900)을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 방법(1900)은 도 13a 내지 도 18b를 참조하여 위에서 기술된 시스템들 중 임의의 것을 작동시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(1900)은 메모리 내에 저장되는 컴퓨터 판독가능 명령어로서 저장될 수 있다. 프로세서가 메모리에 액세스하고 컴퓨터 판독가능 명령어를 실행하여 방법(1900)을 수행할 수 있다.
방법(1900)은 명령을 수신하는 단계를 포함하는 블록(1902)에서 시작된다. 일부 실시예에서, 명령은 의사, 간호사, 의사 보조자, 외과의사 스태프 등으로부터 수신된다. 명령은 제1 로봇 아암, 로봇 제1 아암의 엔드 이펙터에 결합된 의료 기구, 및/또는 제1 로봇 아암의 기부에 결합된 아암 지지부 중 적어도 하나의 위치설정과 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 명령은 시스템을 적재하거나 전개시키라는 명령일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 명령은 칼럼의 수직 축을 따라 아암 지지부의 위치를 조절하도록 적어도 하나의 조인트를 작동시키고, 제2 명령은 아암 지지부를 위로 피봇시키기 위한 제2 조인트를 작동시키며, 제3 명령은 아암 지지부를 틸팅시키기 위한 제3 조인트를 작동시키고, 제4 명령은 아암 지지부의 길이방향 병진을 유발한다.
블록(1904)에서, 방법(1900)은 수신된 명령에 기초하여 아암 지지부의 바아 또는 레일의 위치를 조절하도록 조절가능 아암 지지부의 적어도 하나의 조인트를 작동시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법(1900)은 제1 조인트, 제2 조인트, 제3 조인트, 및/또는 제4 조인트 중 하나 이상을 작동시킬 수 있다. 이는 아암 지지부가 그의 자유도들 중 하나 이상으로 이동하게 할 수 있다.
방법(1900)은 테이블 아래의 적재 위치로부터 아암 지지부, 제1 로봇 아암, 및 제2 로봇 아암을 상승시키는 단계; 아암 지지부, 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암을 테이블에 인접하게 위치시키는 단계; 제1 명령, 제2 명령, 제3 명령, 또는 제4 명령 중 적어도 하나를 통해 테이블에 대한 아암 지지부의 위치를 조절하는 단계, 및 수술 절차의 준비로 지지 조인트의 레일을 따라 제2 로봇 아암에 대한 제1 로봇 아암의 위치를 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 아암 지지부는 테이블의 상부 표면 아래에 위치된다.
일부 실시예에서, 방법(1900)은 운동학 모델(kinematics model)에 기초하여 하나 이상의 명령을 실행하기 위한 제어기에 의해 실행되며, 여기에서 하나 이상의 명령은 제1 로봇 아암, 로봇 제1 아암의 엔드 이펙터에 결합된 의료 기구, 및 제1 로봇 아암의 기부에 그리고 환자-지지 테이블을 지지하는 칼럼에 결합되는 아암 지지부 중 하나 이상의 위치설정을 제어하며, 여기에서 아암 지지부는 적어도 하나의 조인트 및 제1 로봇 아암을 지지하도록 구성되는 레일을 포함한다.
도 20은 일 실시예에 따른, 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)를 갖는 수술 로봇 시스템(2000)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 시스템(2000)은 메모리(2004)와 통신하는 프로세서(2002)를 포함한다. 프로세서(2002) 및 메모리(2004)는, 예를 들어 위에서 기술된 방법(1900)을 실행하도록 구성될 수 있다.
시스템은 또한 테이블(1301)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 2개의 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)가 테이블(1301)에 결합된다. 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)는 테이블(1301), 테이블을 지지하는 칼럼(1302), 또는 칼럼을 지지하는 기부(1303)에 결합될 수 있다. 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B) 각각은 프로세스가 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)의 위치를 조절할 수 있도록 프로세서(2002)와 통신한다.
예시된 실시예에서, 로봇 아암들의 세트가 조절가능 아암 지지부들(1305A, 1305B) 각각에 부착된다. 예를 들어, 로봇 아암(1402A, 1402B)이 조절가능 아암 지지부(1305A)에 결합되고, 로봇 아암(1402C, 1402D)이 조절가능 아암 지지부(1305B)에 결합된다. 다른 실시예에서, 다른 수의 로봇 아암(예컨대, 1개, 3개, 4개 등)이 각각의 아암 지지부(1305A, 1305B)에 결합될 수 있다. 예시적인 로봇 아암이 아래의 섹션 XIII에서 기술된다. 일부 실시예에서, 아암 지지부가 다수의 로봇 아암을 지지함에 따라, 아암 지지부의 강직성(stiffness)이 증가될 수 있다. 이러한 증가된 강직성은, 이것이 수술 프로세스 동안 로봇 아암의 흔들림을 감소시킬 수 있기 때문에, 다수의 아암과 함께 사용될 때 안정성의 추가 이점을 제공한다.
일부 실시예에서, 프로세서(2002)는 명령을 수신하는 것에 응답하여 제1 축을 따른 바아 또는 레일의 위치를 조절하도록 메모리(2004) 내에 저장된 명령어를 실행하도록 구성된다. 명령은 아암 지지부에 결합된 로봇 아암에 결합된 로봇 의료 도구의 위치를 조절하라는 명령을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(2002)는 의사 선택 절차에 응답하여 시스템이 적어도 레일 또는 아암 지지부(1305A, 1305B)의 위치를 조절하게 하도록 명령어를 실행하도록 추가로 구성된다. 일부 실시예에서, 프로세서(2002)는 로봇 아암과, 테이블, 환자, 추가의 로봇 아암, 및 의료 이미징 장치 중 적어도 하나 사이의 충돌을 회피하기 위해 시스템(2000)이 적어도 레일의 위치를 조절하게 하도록 명령어를 실행하도록 추가로 구성된다. 시스템(2000)은 펜던트, 스터럽, 베드 레일 상에 클립으로 고정된 물건, 간호사 등과 같은, 시스템의 환경 내의 다른 물품과의 충돌을 회피하도록 추가로 구성될 수 있다. 충돌 회피에 더하여, 프로세서(2002)는 로봇 아암(1402A, 1402B, 1402C, 1402D)의 자세(pose)를 최적화하거나 조작가능성을 개선하기 위해 아암 지지부(1305A, 1305B)의 위치를 조절하도록 추가로 구성될 수 있다.
XIII. 조절가능 아암 지지부와 연관된 로봇 아암
위에서 기술된 조절가능 아암 지지부는 테이블, 칼럼, 또는 기부에 장착되도록 구성될 수 있고, 조절가능 아암 지지부 상에 위치된 로봇 아암을 지지하도록 조절가능할 수 있다(다양한 자유도로 이동가능함). 조절가능 아암 지지부가 테이블의 표면 아래에 장착되도록 구성될 수 있기 때문에, 일부 실시예에 따르면, 조절가능 아암 지지부와 함께 소정 유형의 로봇 아암을 채용하는 것이 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 아암 지지부(들) 및/또는 그에 결합된 로봇 아암은 테이블의 표면 위에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 장착될 수 있다. 본 섹션은 위에서 기술된 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성된 로봇 아암의 소정 특징을 개략적으로 기술한다.
본 섹션에서 기술되는 로봇 아암은 테이블 상판에 비해 낮은 장착 위치(예컨대, 테이블 상판 아래)에 대해 최적화될 수 있으며, 이는 테이블 상판 및 다른 로봇 아암과의 충돌과 같은 문제에 직면할 수 있다. 그러나, 당업자는 본 섹션에서 기술되는 로봇 아암이 낮은 장착 위치로 제한되지 않으며, 테이블의 표면 위에 위치되거나 환자 위에 현수되는 아암 지지부에 부착될 때 이로운 특징을 포함한다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 로봇 아암에 더 큰 유연성을 제공하기 위해 적어도 하나의 여분의 자유도를 갖는 여러 자유도(예컨대, 7 자유도)를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 여분의 자유도를 갖는 로봇 아암은 주어진 작업을 수행하는 데 필요한 것보다 많은 자유도를 포함하는 로봇 아암일 수 있으며, 매우 다양한 방식으로 작업을 달성할 수 있다. 예를 들어, 여분의 자유도를 갖는 로봇 아암은 환자 내의 원하는 위치에 엔드 이펙터(예컨대, 도구의 단부)를 위치시키는 데 필요한 것보다 많은 자유도를 포함할 수 있으며, 매우 다양한 방식으로 엔드 이펙터의 원하는 위치를 달성할 수 있다.
본 섹션에서 기술되는 로봇 아암은, 일부 실시예에서, 원격 중심 아래의(예컨대, 테이블 상판 아래의) 장착 지점에 의해 지지되면서, 엔드 이펙터를 갖는 도구를 공간 내의 주어진 지점(예컨대, "원격 중심"; 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 원격 중심은 의료 기구가 그것을 중심으로 회전하는 고정된 지점으로 고려될 수 있으며, 이때 로봇 시스템의 물리적 회전 조인트는 원격 중심에 물리적으로 위치되지 않음)을 중심으로 회전시키는 데 추가로 최적화될 수 있다. 로봇 아암은 다른 로봇 아암(들)에 매우 근접하여(예컨대, 그의 한정된 거리 내에서) 작동하도록 최적화될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 섹션에서 기술되는 로봇 아암은 수술실에서 발생할 수 있는 하나 이상의 문제를 해결(예컨대, 완화, 해소 또는 제거)할 수 있다. 예를 들어, 본 출원에서 기술되는 로봇 아암 및 시스템이 해결하도록 설계되는 문제는 제한된 공간 내에서의 작동을 포함할 수 있다. 특히, 로봇 아암이 테이블 아래로부터 나오는 시스템의 경우 공간이 제한될 수 있다. 본 출원에서 기술되는 로봇 아암 및 시스템이 해결하도록 설계되는 문제는 환경 내의 다른 로봇 아암 및/또는 다른 물체(예컨대, 테이블, 환자, 의사, 의료 이미징 장비 등)와의 충돌을 포함할 수 있다. 추가적으로, 본 출원에서 기술되는 로봇 아암 및 시스템이 해결하도록 설계되는 문제는 테이블 아래로부터 나오는 시스템과 연관된 문제를 포함할 수 있다. 그러한 시스템은, 예컨대 (예컨대, 테이블과의) 충돌을 회피하기 위해 복강경 포트(예컨대, 복벽 탈장 절차) 위에 위치되는 환자 위치에 접근하도록 로봇 아암이 도구를 위치시켜야 하는 특정 수술 절차를 수행하는 데 추가의 유연성을 필요로 할 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 로봇 아암의 특징 및 이점은 도 21 내지 도 30의 하기 논의로부터 명백해질 것이다.
도 21은 일 실시예에 따른 로봇 아암(2100)의 등각도이다. 로봇 아암(2100)은 위에서 기술된 조절가능 아암 지지부(들)(1305)와 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 로봇 아암(2100)은 근위 부분(2101)과 원위 부분(2103) 사이에서 연장된다. 근위 부분(2101)은 조절가능 아암 지지부(1305)에 장착되거나 부착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(2100)의 근위 부분(2101)은 조절가능 아암 지지부(1305)의 바아, 트랙, 또는 레일(1307)에 장착되거나 부착되도록 구성될 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이, 조절가능 아암 지지부(1305)는 테이블에 대해 로봇 아암(2100)을 위치시키기 위해 하나 이상의 자유도로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305) 및/또는 로봇 아암(2100)은 적재 상태와 전개 상태 사이에서 전이되도록 구성된다. 적재 상태에서, 조절가능 아암 지지부(1305) 및 로봇 아암(2100)은 테이블 아래에 위치될 수 있다(예컨대, 도 18b 참조). 전개 상태에서, 로봇 아암(2100)의 적어도 일부분은 테이블의 표면 위로 연장될 수 있다(예컨대, 도 18a 참조). 조절가능 아암 지지부(1305)는 전개 상태에서 테이블의 표면 아래에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305)(또는 그의 바아 또는 레일(1307))는 전개 상태에서 테이블의 표면 위에 위치될 수 있다.
또한 기구 구동 메커니즘(IDM)으로 지칭되는 기구 드라이버(instrument driver)(2115)가 로봇 아암(2100)의 원위 부분(2103)에 위치될 수 있다. 기구 드라이버(2115)는 의료 기구에 부착되거나 연결되도록 구성될 수 있다. 기구는 예를 들어 복강경 기구, 내시경 기구, 카메라 등일 수 있다. 기구 드라이버(2115)는 기구를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기구 드라이버(2115)는 기구를 작동시키도록 구성되는 하나 이상의 모터, 풀리, 캡스턴(capstan), 또는 케이블을 포함할 수 있다. 아래에서 기술될 바와 같이(섹션 XIV 참조), 로봇 아암(2100)과 연관된 삽입 메커니즘이 로봇 아암(2100)의 원위 부분(2103)에 포함될 수 있고, 축을 따라 기구의 적어도 일부분을 삽입하도록(또는 후퇴시키도록) 구성될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 삽입 메커니즘은 로봇 아암(2100) 자체의 일부로서(예컨대, 도 21) 또는 기구 드라이버(2115)에 부착된 기구의 일부로서(예컨대, 도 24) 구성될 수 있다.
로봇 아암(2100)은 순차적으로 배열되는 복수의 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소는 로봇 아암(2100)의 이동 또는 관절운동을 허용하도록 구성되는 하나 이상의 조인트(예컨대, 전동식 또는 유압식 조인트)에 의해 연결될 수 있다. 예시된 바와 같이, 일부 실시예에 대해, 조인트는 도 21에 도시된 바와 같이 쇼울더(2117), 엘보우(2119), 및 리스트(2121)로 그룹화될 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 로봇 아암(2100)은 쇼울더(2117), 엘보우(2119), 및 리스트(2121)를 포함하고, 쇼울더(2117), 엘보우(2119), 및 리스트(2121) 중 하나 이상은 복수의 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 예에서, 쇼울더(2117)는 3개의 조인트를 포함하고, 엘보우(2119)는 1개의 조인트를 포함하며, 리스트(2121)는 2개의 조인트를 포함한다. 달리 말하면, 일부 실시예에서, 쇼울더(2117), 엘보우(2119), 또는 리스트(2121) 중 하나 이상은 로봇 아암(2100)에 대한 하나 초과의 자유도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 쇼울더(2117)는 3 자유도를 제공하도록 구성되고, 엘보우(2119)는 1 자유도를 제공하도록 구성되며, 리스트(2121)는 2 자유도를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 리스트는 일부 실시예에 따르면 로봇 아암(2100)이 적어도 7 자유도를 포함할 수 있도록 삽입 자유도를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 쇼울더(2117), 엘보우(2119), 또는 리스트(2121)는 다른 수의 조인트로 구성될 수 있고/있거나, 다른 수의 자유도를 제공하도록 구성될 수 있다.
쇼울더(2117)는 대체로 로봇 아암(2100)의 근위 부분(2101)에 위치될 수 있다. 리스트(2121)는 대체로 로봇 아암(2100)의 원위 부분(2103)에 위치될 수 있다. 엘보우(2119)는 대체로 근위 부분(2101)과 원위 부분(2103) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 엘보우(2119)는 근위 링크(2109)와 원위 링크(2111) 사이에 위치된다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(2100)은 도 21에 예시된 것 이외의 다른 조인트 또는 조인트의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(211)은 엘보우(2119)와 리스트(2121) 사이에 그리고/또는 엘보우(2110)와 쇼울더(2117) 사이에 제2 엘보우(하나 이상의 조인트를 포함함)를 포함할 수 있다.
도 21의 로봇 아암(2100)의 다양한 자유도는 화살표로 예시되어 있다. 화살표는 각각의 자유도에 의해 제공되는 운동을 나타내도록 의도된다. 예시된 실시예는 하기 자유도를 포함한다. 모든 자유도가 모든 실시예에 포함될 필요는 없으며, 다른 실시예에서, 추가의 자유도가 포함될 수 있다. 다양한 자유도를 제공하는 조인트는, 예를 들어 전동식 조인트 또는 유압 동력식 조인트와 같은 동력식 조인트일 수 있다.
예시된 바와 같이, 로봇 아암(2100)은 쇼울더 병진을 허용하는 자유도(2151)를 포함한다. 이러한 자유도는 로봇 아암(2100)이 아암 지지부(1305)를 따라 이동하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 자유도는 로봇 아암(2100)이 아암 지지부(1305)를 따라, 예를 들어 아암 지지부의 레일(1307)을 따라 선형으로 이동하도록 허용할 수 있다. 다수의 로봇 아암(2100)이 아암 지지부(1305)에 부착될 때, 이러한 병진은 유리하게는 상이한 아암들 사이의 충돌의 위험을 감소시킨다.
로봇 아암(2100)은 또한 쇼울더 요를 허용하는 자유도(2153)를 포함할 수 있다. 자유도(2153)는, 예를 들어 기부(2105)에 대한 쇼울더 하우징(2107)(및 그에 상응하게 로봇 아암(2100)의 나머지 부분)의 회전을 허용할 수 있다.
로봇 아암(2100)은 또한 쇼울더 피치를 허용하는 자유도(2155)를 포함할 수 있다. 이러한 자유도(2155)는, 예를 들어 쇼울더 하우징(2107)에 대한 근위 링크(2109)의 조절을 허용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 자유도는 근위 링크(2109)의 각도를 조절하는 데 사용될 수 있다.
쇼울더(2117)는 쇼울더 요 자유도(2153) 및 쇼울더 피치 자유도(2155)를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 쇼울더(2117)는 근위 링크(2109)가 아암(2100)의 기부(2105)로부터 임의의 방향으로 향하도록 허용할 수 있는 하나 이상의 조인트를 아암 지지부(1305) 부근에 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 쇼울더 자유도는 근위 및 원위 링크가 예를 들어 원격 중심을 향해 내향으로 향하도록 배열될 수 있다(예를 들어, 도 22 참조).
로봇 아암(2100)은 또한 엘보우 피치를 허용하는 자유도(2157)를 포함할 수 있다. 이러한 자유도(2157)는 근위 링크(2109)에 대한 원위 링크(2111)의 조절을 허용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 자유도(2157)는 원위 링크(2111)와 근위 링크(2109) 사이의 각도의 조절을 허용할 수 있다. 이러한 자유도는 엘보우(2119)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 자유도는 원위 링크(2111) 및 근위 링크(2109)가 (예를 들어 단일 평면 또는 평행 평면들 내에서) 정렬된 상태를 유지하도록 보장하는 피봇 조인트에 의해 제공된다. 이러한 정렬은 유리하게는, 아암이 전개되고 서로 떨어져 있기 때문에, 아암들 사이의 충돌의 위험을 감소시킨다. 또한, 아래에서 기술되는 바와 같이, 리스트(2121)의 향상된 운동(예컨대, 다수의 자유도를 제공함)으로 인해, 엘보우(2119)에서의 운동이 최소화될 수 있으며, 이때 로봇 아암(2100)의 가장 빠른 운동은 리스트(2121)에서 발생한다.
로봇 아암(2100)은 또한 리스트 요를 허용하는 자유도(2159)를 포함할 수 있다. 이러한 자유도(2159)는 원위 링크(2111)에 대한 원위 링크(2111)에 연결된 구성요소의 조절을 허용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 자유도(2159)는 삽입 축 본체(2113) 또는 기구 드라이버(2115)와 원위 링크(2111) 사이의 조절을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 자유도(2159)는 원위 링크(2111)에 대한 원위 링크(2111)에 부착된 구성요소의 회전의 각도를 조절하는 데 사용된다. 회전은, 예를 들어 원위 링크(2111)의 축을 중심으로 측정될 수 있다.
로봇 아암(2100)은 또한 리스트 피치를 허용하는 자유도(2161)를 포함할 수 있다. 이러한 자유도(2161)는 원위 링크(2111)에 대한 원위 링크(2111)에 연결된 구성요소의 추가의 조절을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 자유도(2161)는 원위 링크(2111)에 연결된 구성요소와 원위 링크(2111) 사이의 틸트의 각도의 조절을 허용한다.
로봇 아암(2100)은 또한 기구 드라이버 롤(instrument driver roll)을 허용하는 자유도(2163)를 포함할 수 있다. 이러한 자유도(2163)는 기구 드라이버에 부착된 기구(또는 기구 드라이버 자체)가 그의 축을 중심으로 롤링되게 허용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 리스트(2121)는 리스트 요, 리스트 피치, 및 기구 드라이버 롤 자유도를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 리스트(2121)는 일부 실시예에서 부분 구형 또는 구형 조인트를 포함할 수 있다. 리스트(2121)는 로봇 아암(2100)이 로봇 아암의 다른 링크의 이동을 최소화하면서 그에 연결된 기구를 원격 중심을 중심으로 피칭 및 요잉하도록 허용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 리스트(2121)는 엘보우(2119)와 같은, 로봇 아암(2100)의 다른 부분 상에서 운동이 최소화되도록 허용할 수 있다. 리스트(2121)는, 전체 로봇 아암(2100)을 이동시킬 필요 없이, 기구 또는 도구가 환자에게 가깝게 전달되도록 허용하여, 그에 의해 로봇 아암(2100)과 환경 내의 다른 물체 사이의 충돌의 위험을 감소시킬 수 있다.
삽입 자유도(2165)가 또한 로봇 아암(2100)과 연관될 수 있다. 삽입 자유도는 기구의 축 또는 기구 드라이버(2115)의 축을 따른 기구 드라이버 메커니즘(2115)에 부착된 기구(또는 도구)의 삽입(또는 후퇴)을 허용하도록 구성될 수 있다. 삽입 축으로 지칭될 수 있는 이러한 축은 위에서 논의된 기구 드라이버 롤 자유도(2163)에 대한 회전 축과 동축일 수 있다. 일부 실시예에서, 기구는 삽입 축을 통해 환자 내로 소정 깊이로 삽입될 수 있다. 기구는 기구 드라이버(2115) 내에 유지될 수 있고, 기구 드라이버(2115)는 삽입 축 본체(2113)에 대해 병진할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 축(또는 삽입 자유도)은 환자 내로의 삽입 깊이가 (예컨대, 리스트(2121)에 의해 유발되는) 도구 샤프트의 피치 및 요 운동으로부터 분리되도록 허용한다. 즉, 일부 실시예에서, 기구의 삽입은 아암(2100)의 이동 또는 관절운동을 필요로 함이 없이 달성될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(2100)에 의해 제공될(예컨대, 그 내에 내장될) 수 있다. 도 21의 로봇 아암(2100)은 삽입 자유도가 로봇 아암(2100)에 의해 제공될(예컨대, 그 내에 내장될) 수 있는 실시예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 로봇 아암(2100)은 원위 링크(2111)에 (리스트(2121)의 하나 이상의 조인트를 통해) 부착되는 삽입 축 본체(또는 하우징)(2113)를 포함한다. 삽입 축 본체(2113)는 축을 따라 연장될 수 있다. 삽입 축 본체(2113)의 축은 삽입 축에 평행할 수 있다. 기구 드라이버(2115)는 삽입 축 본체(2113)에 부착될 수 있다. 기구 드라이버(2115)와 삽입 축 본체(2113) 사이의 조인트는 기구 드라이버(2115)가 삽입 축 본체(2113)를 따라(예컨대, 삽입 축 본체(2113)를 따라 앞뒤로) 병진하게 허용하도록 구성될 수 있다. 기구 드라이버(2115)가 삽입 축 본체(2113)를 따라 병진함에 따라, 기구 드라이버(2115)에 부착된 기구가 삽입 축을 따라 삽입(또는 후퇴)될 수 있다.
일부 실시예에서, (로봇 아암(2100)의 원위 부분(2103)에 또한 제공되는) 삽입 자유도와 조합된 리스트(2121)(로봇 아암(2100)의 원위 부분(2103) 상에 위치됨)는, 특히 위에서 논의된 조절가능 아암 지지부(1305)와 관련하여 전개될 때, 특유의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열은, 콤팩트한 방식으로 적재되고 이어서 전개될 수 있는 하나 이상의 로봇 아암(2100)을 제공할 수 있다. 이는, 예를 들어 충돌 회피를 보조할 수 있고, 엔드 이펙터가 절개부 위에 있는 설정에서 로봇 아암(2100)을 더 성공적으로 또는 유용하게 만들 수 있다.
일부 실시예에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(2100)에 부착되는 기구에 의해 제공될(예컨대, 그 내에 내장될) 수 있다. 예를 들어, 기구는 기구의 적어도 일부분이 삽입 축을 따라 삽입되도록 허용하는 기구 기반 삽입 아키텍처를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 로봇 아암은 삽입 자유도가 기구 자체 내에 내장되어 있기 때문에 자유도를 잃는다. 그러한 실시예에서, 기구 드라이버(2115)는 예를 들어 원위 링크(2111)에 (리스트(2121)의 하나 이상의 조인트를 통해) 부착될 수 있다. 기구는 손잡이 및 샤프트를 포함할 수 있다. 기구 손잡이는 기구 드라이버(2115)에 부착될 수 있고, 기구는 (예를 들어, 손잡이에 대한) 기구 축을 따른 기구의 적어도 일부분의 삽입을 제공할 수 있다. 삽입 자유도가 로봇 아암(2100)에 부착되는 기구에 의해 제공될(예컨대, 그 내에 내장될) 수 있는 실시예의 예가 도 24를 참조하여 아래에서 더 상세히 기술된다.
일부 실시예에서, 6 이상의 자유도(예컨대, 7 또는 8)가 로봇 의료 절차를 수행하기에 충분한 조작가능성을 제공하는 데 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기구를 3차원 공간 내에, 예를 들어 원격 중심에 위치시키기 위한 3 자유도 및 원격 중심을 중심으로 하는 기구의 피치, 요, 및 롤을 제어하기 위한 추가의 3 자유도를 갖는 로봇 아암을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 요구되는 6 자유도를 초과하는 추가의 자유도를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 이들 자유도는 여분의 자유도로 지칭될 수 있다. 여분의 자유도는, 예를 들어 다중-아암 설정에서, 아암 자세를 최적화하고 충돌을 회피하는 데 유리할 수 있다. 일부 실시예에서, 여분의 자유도는 기구 위치 및 기부 위치를 고정 상태로 유지시키면서 로봇 아암이 재위치되도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(2100)은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그보다 많은 자유도를 포함한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(2100)은 1, 2, 3, 4, 5, 또는 그보다 많은 여분의 자유도를 포함한다.
로봇 아암(2100)이 기술된 다수의 자유도를 수용하기 위해 위에서 기술된 메커니즘을 갖는 것에 더하여, 로봇 아암(2100)이 그 상에 장착되는(그리고 다른 로봇 아암이 그에 또한 장착될 수 있는) 아암 지지부(1305)가 또한 이전 섹션에서 논의된 바와 같이 추가의 자유도를 제공할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 각각이 하나 이상의 로봇 아암(2100)을 지지하는 다수의 조절가능 아암 지지부(1305)가 (예를 들어, 테이블의 서로 반대편에 있는 측부들 상에) 제공될 수 있다. 이들 실시예들 중 일부에서, 테이블의 일 측부 상의 모든 로봇 아암(2100)은 공유 병진 바아, 트랙, 또는 레일(1307) 상에 장착된다. 베드의 각각의 측부 상에 하나씩 있는 이들 2개의 레일(1307)은 서로 독립적으로 위치될 수 있고, 예측가능하게는, 위에서 기술된 바와 같이 3 자유도(예컨대, 리프트, 측방향 병진, 및 틸트)를 가질 수 있다. 다수의 로봇 아암(2100)을 공유 레일(1307) 상에 배치하는 것은 시스템에 필요한 설정 자유도를 감소시킬 수 있고, 지면으로의 양호한 강직성 경로를 제공할 수 있다.
도 22는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암(2100A, 2100B, 2100C, 2100D, 2100E)을 포함하는 로봇 수술 시스템(2200)의 부감도이다. 로봇 아암(2100A, 2100B, 2100C)은 제1 조절가능 아암 지지부(1305A) 상에 장착되고, 로봇 아암(2100D, 2100E)은 제1 조절가능 아암 지지부(1305A)의 반대편에 위치되는 제2 조절가능 아암 지지부(1305B) 상에 장착된다. 도시된 바와 같이, 로봇 아암(2100A, 2100B, 2100C, 2100D, 2100E)은 복강경 도구 또는 기구를 보유하고 있다. 로봇 아암(2100A, 2100B, 2100C, 2100D, 2100E)은 복강경 도구를 복강경 포트(예컨대, 복강경 포트(2202A, 2202C, 2202D))를 통해 삽입하여 환자 내의 치료 부위에 접근할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 로봇 아암(2100)에 대해, 대응하는 복강경 포트(2202)는 로봇 아암(2100)의 원격 중심에 위치될 수 있다. 즉, 로봇 아암의 삽입 축은 원격 중심과 정렬되고 그것을 통해 연장될 수 있다. 로봇 아암(2100)은 원격 중심을 중심으로 하는 기구의 피치, 롤, 및 요를 조작하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)는 다수의 아암을 지지하도록 크기설정되고 구성된다. 조절가능 아암 지지부(1305A, 1305B)가 이들 아암을 지지하기 위해 일정 두께를 가질 수 있기 때문에, 조절가능 아암 지지부는 추가의 안정성을 가져 흔들림의 위험을 감소시킨다.
도 22는 또한, 일부 실시예에서, 위에서 볼 때 로봇 아암의 리스트(2121) 및 쇼울더 기부(2105)가 실질적으로 직선(2250)을 따라 놓일 수 있도록 로봇 아암(2100)이 구성될 수 있음을 예시한다. 이는 예를 들어 로봇 아암(2100)의 리스트(2121A) 및 쇼울더 기부(2105A)와 관련하여 예시되어 있다. 일부 실시예에서, 리스트(2121), 엘보우(2119) 및 쇼울더(2117)는 (하향식 도면으로부터) 실질적으로 직선(2250)을 따라 놓일 수 있다. 일부 실시예에서, 리스트(2121), 엘보우(2119) 및 쇼울더(2117)는 테이블에 수직인 평면 내에서 실질적으로 정렬될 수 있다. 유리하게는, 동일한 평면 내에서 실질적으로 정렬됨으로써, 로봇 아암의 평면은 수술 절차 동안 테이블에 실질적으로 수직인 상태로 유지된다. 이러한 구성은 그것이 하나의 로봇 아암이 서로 회피하도록 허용하기 때문에 바람직하며, 리스트 구성에 의해 부분적으로 가능해진다. 일부 실시예에서, 로봇 아암은 리스트(2121), 엘보우(2119) 및 쇼울더(2117)가 평면 내에 놓이도록 위치될 수 있고, 평면은 테이블에 평행할 필요는 없다. 예를 들어, 평면은 테이블과 예각을 이룰 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른, 2개의 기구 드라이버(2115A, 2115B)를 포함하는 대안적인 로봇 아암(2300)의 등각도이다. 예시된 실시예에서, 2개의 기구 드라이버(2115A, 2115B)는 로봇 아암(2300)의 원위 부분(2103)에 위치된다. 기구 드라이버들(2115A, 2115B) 각각은 대응하는 기구를 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구는 삽통 기구이며, 여기에서 하나의 기구는 다른 기구의 작업 채널 내에 위치된다. 예를 들어, 하나의 기구는 내시경일 수 있고, 다른 기구는 내시경을 둘러싸는 외부 시스(sheath)일 수 있다. 기구 드라이버(2115A, 2115B)는 그들의 대응하는 기구를 독립적으로 구동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 기구는 삽입 축을 따라 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 축은 예시된 삽입 축(2305)과 같이 동축이다. 예시된 실시예에서, 기구 드라이버들(2115A, 2115B) 중 하나 또는 둘 모두는 기구의 삽입 또는 후퇴를 제공하기 위해 삽입 축 본체(2113)를 따라 병진하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 도구의 삽입은, 아래에서 기술되는 바와 같이, 기구 자체에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 기구 드라이버들 중 하나 또는 둘 모두는 제거가능할 수 있다.
도 24는 일 실시예에 따른, 대안적인 로봇 아암(2100)의 원위 단부에 부착된 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구(2400)의 등각도이다. 위에 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 기구(2400) 자체는 그것이 기구(2400)의 적어도 일부분을 삽입 축을 따라 병진시키도록 허용하는 아키텍처를 갖는다. 이는 삽입 동안 로봇 아암(2100)의 이동을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 도 21의 실시예에서, 삽입 구동 메커니즘(2115)은 삽입 축 본체(2113)를 따라 이동하여 삽입 축을 따른 삽입을 제공한다. 반면에, 도 24의 실시예에서, 삽입 구동 메커니즘(2415)은 동일한 위치에 유지될 수 있는 한편, 기구(2400) 자체의 아키텍처는 기구(2400)의 적어도 일부분이 삽입되게 한다.
예시된 바와 같이, 기구는 기구 샤프트(2406), 및 기구 손잡이(도시되지 않음)에 부착되는 캐뉼러(2402)를 포함할 수 있다. 기구 손잡이는 기구 드라이버(2415)에 부착되고 결합되도록 구성될 수 있다. 기구 샤프트(2406)는, 일부 실시예에서, 기구 손잡이 및/또는 기구 드라이버(2415)를 통해 연장될 수 있다. 기구 드라이버(2415)는 로봇 아암(2100)의 원위 단부에서 리스트(2121)에 부착될 수 있다. 기구(2400)는 기구 샤프트(2406)가 손잡이에 대해 병진하는 내장 아키텍처를 가질 수 있다.
일부 다른 로봇 시스템에서, 로봇 아암의 일부분은 삽입을 달성하기(그에 의해 로봇 아암에 의해 유발되는 스윙 질량(swing mass)을 증가시킴) 위해 흔히 병진한다. 도 24의 본 실시예에서, 기구(2400) 자체는 삽입을 수용하는 아키텍처를 갖는다. 따라서, 이러한 실시예 및 유사한 실시예에서, 삽입 축이 로봇 아암(2100)으로부터 제거되고, 로봇 아암(2100)의 전체 크기 및 운동이 감소될 수 있다. 이는 로봇 아암(2100)로부터 하나의 자유도를 제거할 수 있지만, 이러한 자유도가 로봇 아암(2100)보다는 기구(2400) 자체로 이동되기 때문에, 로봇 아암(2100)의 능력을 감소시키지 않는다. 아래의 섹션 XIV는 그러한 기구-기반 삽입 아키텍처의 여러 예를 제공한다. 도 24에 도시된 것과 같은, 일부 실시예에 존재할 수 있는 추가의 이점은 리스트(2121)와 기구 롤 축 또는 삽입 축 사이의 오프셋 각도(offset angle) 또는 거리가 감소될 수 있다는 것이다. 일부 실시예에서, 이는 로봇 아암(2100)에 대해 더 짧은 링크 및 더 적은 엘보우 운동으로 더 큰 도달거리를 허용한다. 도 24의 본 실시예의 다른 이점은 기구 드라이버가 리스트 아래에 있을 수 있다는 것이다. 이는 복벽 탈장 유형 절차와 같은 특정 절차에 이로울 수 있다.
도 25a 및 도 25b는, 일부 실시예에서, 삽입 축 본체(2113)가 대체로 가역적으로 구성될 수 있도록 로봇 아암(2100)이 구성될 수 있음을 예시한다. 일부 실시예에서, 기구 드라이버(2115)가 원격 중심으로부터 멀리 떨어진 로봇 아암(2100)을 작동시키는 능력을 갖는 것은 아암 충돌을 완화시킬 수 있다. 이를 용이하게 하기 위해, 로봇 아암(2100)은 캐뉼러가 삽입 축 하우징(2113)의 양 측부(2113A, 2113B) 상에 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 원격 중심과 리스트(2121) 사이의 이격 거리를 변경하는 데 사용될 수 있다. 이는 로봇 아암(2100)의 위치를 변화시키도록 제어하기 위한 추가의 옵션을 제공할 수 있다.
도 25a는 일 실시예에 따른, 삽입 축 본체(2113)가 제1 배향으로 위치된 로봇 아암(2500A)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 기구 드라이버(2115)는 삽입 축 본체(2113)의 제1 측부(2113A) 상에 위치된다. 또한, 삽입 축 본체(2113)는 원격 중심으로부터 멀어지게 위치되도록 배향된다. 도시된 바와 같이, 이는 대체로 리스트(2121)를 원격 중심에 더 가깝게 한다.
반면에, 도 25b는 일 실시예에 따른, 삽입 축 본체가 제2 배향으로 위치된 로봇 아암(2500B)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 기구 드라이버(2115)는 삽입 축 본체(2113)의 제2 측부(2113B) 상에 위치된다. 또한, 삽입 축 본체(2113)는 원격 중심을 향해 위치되도록 배향된다. 도시된 바와 같이, 이는 대체로 리스트(2121)를 원격 중심으로부터 멀어지게 이동시킨다.
일부 실시예에서, 기구 드라이버(2115)는 그것이 삽입 축 본체(2113)의 양 측부(2113A, 2113B)에 부착되고 제거될 수 있도록 탈착가능하다. 일부 실시예에서, 도 25a에 도시된 제1 위치로부터 도 25b에 도시된 제2 위치로 이동하기 위해, 리스트(2121)는 로봇 아암의 상부 위로 피봇된다. 다른 실시예에서, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하기 위해, 리스트(2121)는 로봇 아암을 중심으로 회전될 수 있다. 이들 실시예에서, 기구 드라이버(2115)는 제거되고/되거나 반대 방향으로 배향되도록 뒤집힐 수 있거나, 기구 드라이버(2115)는 기구가 기구 드라이버(2115)의 양 측부에 부착될 수 있도록 가역적일 수 있다.
도 26a 및 도 26b는, 일부 실시예에서, 로봇 아암(2100)이 캐뉼러가 탈착된 상태로 작동될 수 있음을 예시한다. 이는, 도 24를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 삽입을 제공하는 기구를 포함하는 실시예와 같은, 삽입 축 본체를 포함하지 않는 실시예에서, 위에서 기술된 가역 삽입 축 본체(2113)와 유사한 기능을 제공할 수 있다(즉, 원격 중심에 대한 리스트(2121)의 위치를 변화시키는 것을 허용함). 이는 로봇 아암(211)에 하나의 추가의 영 공간 자유도를 효과적으로 제공할 수 있는데, 그 이유는 그것이 도구 팁을 고정 상태로 유지시키면서 리스트(2121)와 캐뉼러 사이의 거리가 동적으로 변경되도록 허용하기 때문이다.
도 26a는 일 실시예에 따른, 캐뉼러(2602)가 부착된 상태로 구성된 로봇 아암(2600A)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 캐뉼러(2602)는 기구 드라이버(2115)에 부착된다. 도 26b는 일 실시예에 따른, 캐뉼러(2602)가 탈착된 상태로 구성된 로봇 아암(2600B)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 캐뉼러(2602)는 기구 드라이버(2115)로부터 탈착된다. 이러한 구성에서, 캐뉼러(2602)는 기구가 삽입되거나 후퇴될 때 삽입 축을 따라 자유롭게 이동한다. 도 26a와 도 26b를 비교하면, 캐뉼러(2602)를 탈착시킴으로써, 기구 드라이버(2115) 및/또는 리스트(2121)가 캐뉼러(2602) 및/또는 도구 팁(2604)에 대해 뒤로 이동될 수 있음을 알 수 있다.
이는 도 27a(부착된 캐뉼러) 및 도 27b(탈착된 캐뉼러)에 추가로 예시되어 있다. 도 27a는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암(예컨대, 2701A, 2702A)을 포함하는 시스템의 등각도이며, 여기에서 아암들 중 하나의 아암(2701A)은 캐뉼러가 부착된 상태로 구성된다. 도 27a에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 탈착된 캐뉼러 작동이 없으면(즉, 캐뉼러가 부착된 상태에서), 중간 아암(2701A)은 카메라 아암(2702A)에 부딪치기 전에 요잉할 제한된 공간(거리(2703A)에 의해 예시됨)을 가질 수 있다. 도 27b는 일 실시예에 따른, 복강경 절차를 수행하는 복수의 로봇 아암(예컨대, 2701B, 2702B)을 포함하는 시스템의 등각도이며, 여기에서 아암들 중 하나의 아암(2701B)은 캐뉼러가 탈착된 상태로 구성된다. 도 27b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 탈착된 캐뉼러 작동이 있으면, 중간 아암(2701B)은 카메라 아암(2702B)에 부딪치기 전에 요잉할 더 많은 공간(거리(2703B)에 의해 예시됨)을 가질 수 있다. 도 27a와 도 27b를 비교하면, 거리(2703B)가 거리(2703A)보다 크다는 것을 알 수 있다. 이들 도면에 예시된 바와 같이, 로봇 아암의 리스트는 캐뉼러가 탈착될 때 원격 중심으로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 이는 로봇 아암을 조작하기 위한 추가의 간격(remove)을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 캐뉼러는 부착된 상태로 유지될 수 있고, 원격 중심은 캐뉼러의 길이를 따라 약간 이동할 수 있다. 다른 실시예에서, 캐뉼러는 원격 중심이 리스트로부터 훨씬 더 멀리 떨어져 있도록 허용하기 위해 더 길게 만들어질 수 있다.
일부 경우에, 로봇 아암(2100)의 성능은 아래에서 논의되는 특징들 중 하나 이상의 포함에 의해 개선될 수 있다. 예를 들어, 본 발명자는 (예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같은) 로봇 아암(2100)이 사용 동안 여러 특이점(singularity)을 겪을 수 있음을 알게 되었다. 특이점은 성능이 저하된 영역을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 특이점은 로봇 아암의 상이한 축이 정렬되어, 그에 의해 자유도를 잃을 때 발생할 수 있다. 식별된 다른 예시적인 특이점은 하기를 포함할 수 있다: (i) 기부 요가 구형 리스트와 교차함; (ii) 과도하게 연장된 아암(예컨대, 엘보우 피치가 180도에 가까움); 및 (iii) 과소하게 연장된 아암(예컨대, 리스트가 플러스 또는 마이너스 90도에 가깝거나 엘보우가 0도에 가까움). 도 28 내지 도 29b에 예시된 특징은 이들 특이점들 중 하나 이상을 해결할 수 있다.
도 28은 일 실시예에 따른, 추가의 회전 조인트를 갖는 리스트(2821)를 포함하는 로봇 아암(2800)의 등각도이다. 도 21의 로봇 아암(2100)과 비교하면, 로봇 아암(2800)은 유사한 쇼울더(2117) 및 엘보우(2119)를 포함할 수 있다. 그러나, 로봇 아암(2800)은 리스트(2821)에 추가의 축을 포함한다. 예를 들어, 위에서 기술된 로봇 아암(2100)은 2 자유도를 제공하는 리스트(2121)를 포함하는 한편, 로봇 아암(2800)은 4 자유도를 제공하는 리스트(2821)를 포함한다. 일부 실시예에서, 리스트에 추가의 회전 축을 추가하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 회전 축은 높은 범위의 운동을 필요로 하지 않지만, 다른 조인트를 특이점으로부터 멀리 유지시키는 데 도움을 주기 위해 제어 알고리즘에 의해 채용될 수 있다. 리스트(2821)에 추가의 여분의 자유도를 추가하는 것은 특이점 회피를 허용하는 것에 더하여 (특히, 중간선 상의 조밀하게 배열된 포트 주위에서의) 충돌 회피의 추가의 가능성을 허용할 수 있다. 리스트(2821)에 의해 제공되는 추가의 자유도는, 일부 실시예에서, 아암의 작업공간을 통해 아암 성능을 더 균일하게 하는 데 도움을 줄 수 있고, 원하는 도구 속도를 달성하는 데 필요한 피크 조인트 요건을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 리스트는 추가의 자유도, 예를 들어 3, 4, 5, 또는 그보다 많은 자유도를 포함할 수 있다. 이들은, 예를 들어, 기구 삽입 자유도, 기구 롤 자유도, 및 하나 이상의 회전/피봇팅 자유도를 포함할 수 있다.
도 29a 및 도 29b는 일 실시예에 따른, 틸팅된 기부(2905)를 포함하는 로봇 아암(2900)의 각각 등각도 및 측면도이다. 도 29b에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 기부(2905)는 각도(2906)만큼 틸팅될 수 있다. 기부(2905)는 기부의 요 각도를 조절하기 위해 틸팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 기부 요 조인트의 축과 리스트(2121) 사이의 유효 거리를 증가시킴으로써(도 29b에 도시된 바와 같이), 기부 요가 리스트(2121)와 교차할 때 발생하는 특이점을 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 틸트각(2906)은 약 5도, 약 10도, 약 15도, 약 20도, 약 25도, 또는 약 30도, 35도, 약 40도, 약 45도, 약 50도, 약 55도, 약 60도, 약 65도, 약 70도, 약 75도, 약 80도, 또는 약 85도일 수 있다.
도 30은 삽통 링크(3109)를 포함하는 대안적인 로봇 아암(3000)의 등각도이다. 로봇 아암(3000)은 근위 부분(3001) 및 원위 부분(3003)을 비롯하여, 이전의 실시예와 많은 특징을 공유한다. 로봇 아암(3000)은 근위 부분(3001)과 원위 부분(3003) 사이에, 쇼울더, 엘보우 및 리스트를 비롯하여, 순차적으로 배열되는 복수의 조인트를 포함한다. 또한, 로봇 아암(3000)은 적어도 근위 링크(3109) 및 원위 링크(3111)를 포함한다.
일부 실시예에서, 근위 링크(3109) 및 원위 링크(3111) 중 적어도 하나는 프리즘형 삽통 조인트를 포함한다. 예시된 실시예에서, 근위 링크(3109)는 프리즘형 삽통 조인트(3120)를 포함하며, 이에 의해 내부 부재가 외부 부재 내에 삽통식으로 끼워 넣어진다. 삽통 조인트(3120)를 제공함으로써, 로봇 아암(3000)은 유리하게는 더 큰 도달거리를 가질 수 있어서, 그에 의해 그것을 상이한 수술 접근법에 사용하기 더 용이하게 한다. 또한, 그러한 삽통 조인트(3120)는 로봇 아암(3000)을 더 큰 크기의 환자에게 사용하기에 적합하게 만들 수 있다.
본 섹션에서 기술되는 로봇 아암은 이전 섹션에서 기술된 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 이들 로봇 아암은 테이블의 표면 아래에 있는 장착 위치로부터 전개될 때 특히 유리할 수 있다.
일반적으로, 평행사변형 원격 중심 로봇(복강경 절차에 통상적으로 사용됨)과의 충돌을 회피하기 위해, 로봇 아암은 바람직하게는, 위에서 볼 때, 직선이 아암 기부로부터 원격 중심을 통해 작업공간 내로 통과하도록 설정된다. 이들 3개의 지점은 테이블 또는 바닥에 실질적으로 수직인 평면 내에 있을 것이다. 작업공간이 이와 같이 정렬되지 않는 경우, 아암은 한쪽으로 심하게 요잉되어야 하여, 충돌을 유발한다. 종래의 로봇 수술 시스템은 위에서 기술된 바와 같이 오버헤드(overhead) 지지 구조물을 채용하여, 로봇 아암이 대부분의 작업공간에 접근하도록 허용하기에 충분한 유연성을 제공한다. 그러나, 조절가능 아암 지지부에 장착된 아암과 같이, 테이블 아래로부터 나오고 테이블 옆에 장착된 아암은 원하는 대로 기능하기 위해 상이한 구조를 필요로 할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성된 로봇 아암은 전통적인 평행사변형 원격 중심 로봇과는 상이하다. 일례에서, 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성된 로봇 아암은 적어도 2 자유도를 갖는 쇼울더, 적어도 1 자유도를 갖는 엘보우, 및 적어도 2 자유도를 갖는 리스트를 포함할 수 있다. 그러한 아암과 연관된 운동학은 아암 기부가 작업공간에 대해 임의로 위치되도록 허용하여, 베드 옆에 장착된 평행사변형 원격 중심 로봇의 경우 어려울 설정을 허용한다.
또한, 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성된 로봇 아암은 적어도 3 자유도로 구성되는 리스트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 리스트는 반구형 또는 구형일 수 있다. 그러한 리스트는 로봇 아암의 원위 단부에 위치된 기구 드라이버가 아암 리스트 아래에 있을 수 있도록 로봇 아암이 그의 리스트 조인트를 롤링시키도록 허용할 수 있다. 이는 대상 작업공간이 포트보다 훨씬 위에 있는 절차를 가능하게 할 수 있다.
다른 수술 로봇 아암은 여분의 자유도가 없는 기계적으로 구속된 원격 중심을 포함한다. 즉, 임의의 원격 중심 위치의 경우, 기부까지의 거리는 기계적으로 구속된다. 베드 아래로부터 나오는 로봇 아암은, 위에서 기술된 조절가능 아암 지지부 상에 장착된 로봇 아암의 경우와 마찬가지로, 그들의 마운트 구조물에 의해 제한될 수 있고, 최적 구성에 도달할 수 없어, 평행사변형 로봇 아암을 더 뛰어나게 만들 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 위에서 기술된 조절가능 아암 지지부와 함께 사용하기 위해 구성된 로봇 아암은 하나 이상의 여분의 자유도를 포함할 수 있다. 여분의 자유도는 도구 팁을 이동시킴이 없이 아암이 그들의 영 공간 내에서 조깅되도록(jogged) 허용하여, 이전에 알려진 수술 로봇 아암으로는 가능하지 않은 수술 중의 충돌 회피를 허용할 수 있다. 또한, 아암이 그들의 영 공간 내에서 조깅될 때, 그들은 유리하게는 서로 간의 그리고 베드, 환자, c-아암 등과의 충돌을 회피할 수 있다.
XIV. 기구-기반 삽입 아키텍처
위에 간략히 언급된 바와 같이, 위에서 기술된 로봇 아암 및 기구 구동 메커니즘과 함께 사용될 수 있는 일부 기구는 기구-기반 삽입 아키텍처를 포함할 수 있다. 기구-기반 삽입 아키텍처는 기구를 선형으로 삽입할 때 로봇 아암에 대한 의존성을 감소시킬 수 있다. 특히, 본 섹션에서 기술되는 시스템, 장치 및 방법은 기구-기반 선형 삽입 아키텍처를 갖는 기구의 예를 제공한다. 본 섹션에서 기술되는 기구-기반 삽입 아키텍처는 이전 섹션에서 기술된 로봇 아암 및 조절가능 아암 지지부로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 31은 수술 로봇 시스템을 위한 기구 장치 조작기(IDM)(4300)의 사시도를 예시하고, 도 32는 IDM(4300)의 측면도이다. IDM(4300)은 수술 도구가 수술 도구의 축을 중심으로 연속적으로 회전되거나 "롤링"되도록 허용하는 방식으로 수술 도구 또는 기구를 로봇 수술 아암에 부착시키도록 구성된다. IDM(4300)은 기부(4302), 및 기부에 결합되는 수술 도구 홀더 조립체(4304)를 포함한다. 수술 도구 홀더 조립체(4304)는 기구(118)를 유지시키기 위한 도구 홀더로서의 역할을 한다. 수술 도구 홀더 조립체(4304)는 외부 하우징(4306), 수술 도구 홀더(4308), 부착 인터페이스(attachment interface)(4310), 통로(4312), 및 복수의 토크 커플러(torque coupler)(4314)를 추가로 포함한다. 일부 실시예에서, 통로(4312)는 IDM(4300)의 일 면으로부터 IDM(4300)의 반대편 면까지 연장되는 관통 보어(through bore)를 포함한다. IDM(4300)은, 손잡이 및 긴 본체(예컨대, 샤프트)를 포함할 수 있고, 복강경, 내시경, 또는 다른 유형의 수술 도구 또는 기구의 엔드-이펙터를 위한 것일 수 있는 다양한 수술 도구(도 31에 도시되지 않음)와 함께 사용될 수 있다.
기부(4302)는 IDM(4300)을 수술 로봇 시스템의 수술 로봇 아암에 제거가능하게 또는 고정식으로 장착한다. 도 31의 실시예에서, 기부(4302)는 수술 도구 홀더 조립체(4304)의 외부 하우징(4306)에 고정식으로 부착된다. 대안적인 실시예에서, 기부(4302)는 부착 인터페이스(4310) 반대편의 면 상에서 수술 도구 홀더(4308)를 회전가능하게 수용하도록 구성되는 플랫폼을 포함하도록 구조화될 수 있다. 플랫폼은 수술 도구의 긴 본체 및 일부 실시예에서, 제1 수술 도구 또는 기구와 동축으로 장착되는 제2 수술 도구의 추가의 긴 본체를 수용하기 위해 통로(4312)와 정렬되는 통로를 포함할 수 있다.
수술 도구 홀더 조립체(4304)는, 수술 도구를 IDM(4300)에 고정시키고 수술 도구를 기부(4302)에 대해 회전시키도록 구성된다. 기계적 연결 및 전기적 연결이 수술 아암으로부터 기부(4302)로 그리고 이어서 수술 도구 홀더 조립체(4304)로 제공되어, 수술 도구 홀더(4308)를 외부 하우징(4306)에 대해 회전시키고, 수술 아암으로부터 수술 도구 홀더(4308)로 그리고 궁극적으로는 수술 도구로 동력 및/또는 신호를 조작 및/또는 전달한다. 신호는 공압, 전력을 위한 신호, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 포함할 수 있다.
외부 하우징(4306)은 기부(4302)에 대한 수술 도구 홀더 조립체(4304)를 위한 지지를 제공한다. 외부 하우징(4306)은 수술 도구 홀더(4308)가 외부 하우징(4306)에 대해 자유롭게 회전하도록 허용하면서, 그것이 기부(4302)에 대해 고정 상태로 유지되도록 기부(4302)에 고정식으로 부착된다. 도 31의 실시예에서, 외부 하우징(4306)은 형상이 원통형이고, 수술 도구 홀더(4308)를 완전히 둘러싼다. 외부 하우징(4306)은 강성 재료(예컨대, 금속 또는 경질 플라스틱)로 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 하우징의 형상은 변할 수 있다.
수술 도구 홀더(4308)는 수술 도구를 부착 인터페이스(4310)를 통해 IDM(4300)에 고정시킨다. 수술 도구 홀더(4308)는 외부 하우징(4306)과는 독립적으로 회전할 수 있다. 수술 도구 홀더(4308)는, 수술 도구가 수술 도구 홀더(4308)와 함께 회전하도록 수술 도구의 긴 본체와 동축으로 정렬되는 회전 축(4316)을 중심으로 회전한다.
부착 인터페이스(4310)는 수술 도구에 부착되는 수술 도구 홀더(4308)의 면이다. 부착 인터페이스(4310)는 수술 도구 상에 위치된 부착 메커니즘의 제2 부분과 상호 정합하는 부착 메커니즘의 제1 부분을 포함하며, 이는 도 36a 및 도 36b와 관련하여 더 상세히 논의될 것이다. 일부 실시예에서, 부착 인터페이스(4310)는, 부착 인터페이스(4310)로부터 외향으로 돌출되고 수술 도구 상의 각각의 기구 입력부와 맞물리는 복수의 토크 커플러(4314)를 포함한다. 일부 실시예에서, 멸균 어댑터에 결합된 수술용 드레이프가 IDM(4300)과 수술 도구 사이에 멸균 경계를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 멸균 어댑터는 수술 도구가 IDM(4300)에 고정될 때 부착 인터페이스(4310)와 수술 도구 사이에 위치될 수 있어서, 수술용 드레이프가 수술 도구 및 환자를 IDM(4300) 및 수술 로봇 시스템으로부터 분리시키게 한다.
통로(4312)는 수술 도구가 부착 인터페이스(4310)에 고정될 때 수술 도구의 긴 본체를 수용하도록 구성된다. 도 31의 실시예에서, 통로(4312)는 수술 도구의 긴 본체의 길이방향 축 및 수술 도구 홀더(4308)의 회전 축(4316)과 동축으로 정렬된다. 통로(4312)는 수술 도구의 긴 본체가 통로(4312) 내에서 자유롭게 회전하도록 허용한다. 이러한 구성은 수술 도구가 최소한의 제한을 갖고서 또는 제한 없이 양 방향으로 회전 축(4316)을 중심으로 연속적으로 회전되거나 롤링되도록 허용한다.
복수의 토크 커플러(4314)는 수술 도구가 수술 도구 홀더(4308)에 고정될 때 수술 도구의 구성요소와 맞물리고 그것을 구동시키도록 구성된다. 각각의 토크 커플러(4314)는 수술 도구 상에 위치된 각각의 기구 입력부 내로 삽입된다. 복수의 토크 커플러(4314)는 또한, 수술 도구와 수술 도구 홀더(4308) 사이의 회전 정렬을 유지시키는 역할을 할 수 있다. 도 31에 예시된 바와 같이, 각각의 토크 커플러(4314)는 부착 인터페이스(4310)로부터 외향으로 돌출되는 원통형 돌출부로서 형상화된다. 노치(4318)가 원통형 돌출부의 외부 표면 영역을 따라 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 노치(4318)의 배열은 스플라인 인터페이스(spline interface)를 생성한다. 수술 도구 상의 기구 입력부는 토크 커플러(4314)에 대해 상보적인 기하학적 구조를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 도 31에 도시되어 있지 않지만, 수술 도구의 기구 입력부는 형상이 원통형일 수 있고, 각각의 토크 커플러(4314) 상의 복수의 노치(4318)와 상호 정합하고 그에 따라 노치(4318)에 토크를 부여하는 복수의 리지(ridge)를 가질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 원통형 돌출부의 상부 면은 각각의 기구 입력부 내의 복수의 리지와 정합하도록 구성되는 복수의 노치(4318)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 각각의 토크 커플러(4314)는 그의 각각의 기구 입력부와 완전히 맞물린다.
추가적으로, 각각의 토크 커플러(4314)는 토크 커플러가 병진하도록 허용하는 스프링에 결합될 수 있다. 도 31의 실시예에서, 스프링은 각각의 토크 커플러(4314)가 부착 인터페이스(4310)로부터 멀어지게 외향으로 튀어나오도록 편향되게 한다. 스프링은 축방향으로의 병진을 생성하도록, 즉 부착 인터페이스(4310)로부터 멀어지게 연장되고 수술 도구 홀더(4308)를 향해 후퇴하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 각각의 토크 커플러(4314)는 수술 도구 홀더(4308) 내로 부분적으로 후퇴할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 토크 커플러(4314)는 각각의 토크 커플러의 유효 높이가 부착 인터페이스(4310)에 대해 0이 되도록 수술 도구 홀더(4308) 내로 완전히 후퇴할 수 있다. 도 31의 실시예에서, 각각의 토크 커플러(4314)의 병진은 작동 메커니즘에 의해 작동되며, 이는 도 35 및 도 36과 관련하여 추가로 상세히 기술될 것이다. 다양한 실시예에서, 각각의 토크 커플러(4314)는 단일 스프링, 복수의 스프링, 또는 각각의 토크 커플러에 대한 각각의 스프링에 결합될 수 있다.
또한, 각각의 토크 커플러(4314)는 토크 커플러가 양 방향으로 회전하게 하는 각각의 액추에이터에 의해 구동된다. 따라서, 일단 기구 입력부와 맞물리면, 각각의 토크 커플러(4314)는 동력을 전달하여 수술 도구 내의 당김-와이어(pull-wire)를 팽팽하게 하거나 느슨하게 하여, 그에 의해 수술 도구의 엔드-이펙터를 조작할 수 있다. 도 31의 실시예에서, IDM(4300)은 5개의 토크 커플러(4314)를 포함하지만, 이러한 수는 수술 도구의 엔드-이펙터에 대한 원하는 자유도의 수에 따라 다른 실시예에서 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 멸균 어댑터에 결합된 수술용 드레이프가 IDM(4300)과 수술 도구 사이에 멸균 경계를 생성하는 데 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 멸균 어댑터는 수술 도구가 IDM(4300)에 고정될 때 부착 인터페이스(4310)와 수술 도구 사이에 위치될 수 있고, 멸균 어댑터는 각각의 토크 커플러(4314)로부터 각각의 기구 입력부로 동력을 전달하도록 구성될 수 있다.
도 31에 예시된 IDM(4300)의 실시예는 수술 로봇 시스템과 함께 다양한 구성으로 사용될 수 있다. 원하는 구성은 환자에게 수행되는 수술 절차의 유형 또는 수술 절차 동안 사용되는 수술 도구의 유형에 의존할 수 있다. 예를 들어, IDM(4300)의 원하는 구성은 복강경 절차와 내시경 절차에 대해 상이할 수 있다.
제1 구성에서, IDM(4300)은 부착 인터페이스(4310)가 수술 절차 동안 환자에 대해 근위에 있도록 수술 아암에 제거가능하게 또는 고정식으로 부착될 수 있다. 이하에서 "전방-장착 구성(front-mount configuration)"으로 지칭되는 이러한 구성에서, 수술 도구는 환자에 대해 근위에 있는 측부 상에서 IDM(4300)에 고정된다. 전방-장착 구성과 함께 사용하기 위한 수술 도구는, 수술 도구의 긴 본체가 수술 도구의 부착 인터페이스의 반대편에 있는 측부로부터 연장되도록 구조화된다. 전방-장착 구성에서 수술 도구가 IDM(4300)으로부터 제거됨에 따라, 수술 도구는 환자로의 근위 방향으로 제거될 것이다.
제2 구성에서, IDM(4300)은 부착 인터페이스(4310)가 수술 절차 동안 환자에 대해 원위에 있도록 수술 아암에 제거가능하게 또는 고정식으로 부착될 수 있다. 이하에서 "후방-장착 구성(back-mount configuration)"으로 지칭되는 이러한 구성에서, 수술 도구는 환자에 대해 원위에 있는 측부 상에서 IDM(4300)에 고정된다. 후방-장착 구성과 함께 사용하기 위한 수술 도구는, 수술 도구의 긴 본체가 수술 도구의 부착 인터페이스로부터 연장되도록 구조화된다. 이러한 구성은 IDM(4300)으로부터의 도구 제거 동안 환자의 안전을 증가시킨다. 후방-장착 구성에서 수술 도구가 IDM(4300)으로부터 제거됨에 따라, 수술 도구는 환자로부터의 원위 방향으로 제거될 것이다.
제3 구성에서, IDM(4300)은 수술 도구의 적어도 일부분이 IDM(4300) 위에 위치되도록 수술 아암에 제거가능하게 또는 고정식으로 부착될 수 있다. 이하에서 "상부(top)" 또는 "관통(through)" 구성으로 지칭되는 이러한 구성에서, 수술 도구의 샤프트가 IDM(4300)을 통해 하향으로 연장된다.
수술 도구의 소정 구성은, 수술 도구가 전방-장착 구성 또는 후방-장착 구성 중 어느 하나로 IDM과 함께 사용될 수 있도록 구조화될 수 있다. 이들 구성에서, 수술 도구는 수술 도구의 양 단부 상에 부착 인터페이스를 포함한다. 일부 수술 절차의 경우, 의사는 수행되는 수술 절차의 유형에 따라 IDM의 구성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 후방-장착 구성은 복강경 도구가 다른 수술 도구에 비해 특히 길 수 있는 복강경 절차에 이로울 수 있다. 의사가 수술 도구의 원위 단부를 환자의 원격 위치(예컨대, 폐 또는 혈관)로 지향시킬 때와 같이, 수술 절차 동안 수술 아암이 이리저리 이동함에 따라, 복강경 도구의 증가된 길이는 수술 아암이 더 큰 호를 중심으로 스윙하게 한다. 이롭게는, 후방-장착 구성은 통로(4312)를 통해 긴 본체의 일부분을 수용함으로써 수술 도구의 유효 도구 길이를 감소시키고, 그에 의해 수술 도구를 위치시키기 위해 수술 아암에 의해 요구되는 운동의 호를 감소시킨다.
도 33 및 도 34는 일 실시예에 따른, 도 31의 기구 장치 조작기(4300)에 고정된 예시적인 수술 도구(4500)의 분해 사시도를 예시한다. 수술 도구(4500)는 하우징(4502), 긴 본체(4504), 및 복수의 기구 입력부(4600)를 포함한다. 이전에 기술된 바와 같이, 긴 본체(4504)는 복강경, 내시경, 또는 엔드-이펙터를 갖는 다른 수술 도구일 수 있다. 예시된 바와 같이, 복수의 토크 커플러(4314)는 부착 인터페이스(4310)로부터 외향으로 돌출되어 수술 도구의 기구 입력부(4600)와 맞물린다. 기구 입력부(4600)의 구조는 도 34에서 볼 수 있으며, 여기에서 기구 입력부(4600)는 확고한 수술 도구 맞물림을 보장하기 위해 토크 커플러(4314)에 대응하는 기하학적 구조를 갖는다.
수술 절차 동안, 수술용 드레이프가 IDM(4300)과 외측 환경(즉, 수술실) 사이의 멸균 경계를 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 도 33 및 도 34의 실시예에서, 수술용 드레이프는 멸균 어댑터(4506), 제1 돌출부(4508), 및 제2 돌출부(4510)를 포함한다. 도 33 및 도 34에 도시되어 있지 않지만, 멸균 시트가 멸균 어댑터 및 제2 돌출부에 연결되고, IDM(4300) 주위로 드레이핑되어 멸균 경계를 생성한다.
멸균 어댑터(4506)는 IDM(4300)에 고정될 때 IDM(4300)과 수술 도구(4500) 사이에 멸균 인터페이스를 생성하도록 구성된다. 도 33 및 도 34의 실시예에서, 멸균 어댑터(4506)는 IDM(4300)의 부착 인터페이스(4310)를 덮는 디스크-유사 기하학적 구조를 갖는다. 멸균 어댑터(4506)는 수술 도구(4500)의 긴 본체(4504)를 수용하도록 구성되는 중심 구멍(4508)을 포함한다. 이러한 구성에서, 멸균 어댑터(4506)는 수술 도구(4500)가 IDM(4300)에 고정될 때 부착 인터페이스(4310)와 수술 도구(4500) 사이에 위치되어, 수술 도구(4500)와 IDM(4300) 사이에 멸균 경계를 생성하고, 긴 본체(4504)가 통로(4312)를 통과하도록 허용한다. 소정 실시예에서, 멸균 어댑터(4506)는 수술 도구 홀더(4308)와 함께 회전하거나, 복수의 토크 커플러(4314)로부터 수술 도구(4500)로 회전 토크를 전달하거나, IDM(4300)과 수술 도구(4500) 사이에서 전기 신호를 전달하거나, 이들의 일부 조합을 가능하게 할 수 있다.
도 33 및 도 34의 실시예에서, 멸균 어댑터(4506)는 복수의 커플러(4512)를 추가로 포함한다. 커플러(4512)의 제1 측부는 각각의 토크 커플러(4314)와 맞물리도록 구성되는 한편, 커플러(4512)의 제2 측부는 각각의 기구 입력부(4600)와 맞물리도록 구성된다.
복수의 토크 커플러(4314)의 구조와 유사하게, 각각의 커플러(4512)는 복수의 노치를 포함하는 원통형 돌출부로서 구조화된다. 커플러(4512)의 각각의 측부는 각각의 토크 커플러(4314) 및 각각의 기구 입력부(4600)와 완전히 맞물리도록 상보적인 기하학적 구조를 갖는다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 기구 입력부(4600)는 기계적 입력부로 지칭된다. 각각의 커플러(4512)는 각각의 토크 커플러(4314)와 함께 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 구성된다. 이러한 구성은, 각각의 커플러(4512)가 IDM(4300)의 복수의 토크 커플러(4314)로부터 수술 도구(4500)의 복수의 기구 입력부(4600)로 회전 토크를 전달하고, 그에 따라 수술 도구(4500)의 엔드-이펙터를 제어하도록 허용한다.
제1 돌출부(4508) 및 제2 돌출부(4510)는 IDM(4300)의 통로(4312)를 통과하고 통로(4312) 내측에서 서로 정합하도록 구성된다. 각각의 돌출부(4508, 4510)는 긴 본체(4504)가 돌출부 및 그에 따라 통로(4312)를 통과하게 허용하도록 구조화된다. 제1 돌출부(4508)와 제2 돌출부(4510)의 연결은 IDM(4300)과 외측 환경(즉, 수술실) 사이에 멸균 경계를 생성한다.
도 35는 일 실시예에 따른, 수술용 드레이프의 멸균 어댑터(4506)로부터의 수술 도구(4500)의 맞물림 및 맞물림해제를 위한 작동 메커니즘의 확대 사시도를 예시한다. 도 31과 관련하여 기술된 바와 같은 IDM(4300)의 구성으로 인해, 수술 절차 동안 환자 내로의 수술 도구 삽입의 축은 수술 도구 제거의 축과 동일하다. 수술 도구 제거 동안 환자의 안전을 보장하기 위해, 수술 도구(4500)를 제거하기 전에, 수술 도구(4500)는 멸균 어댑터(4506) 및 IDM(4300)으로부터 관절연결해제될(de-articulated) 수 있다. 도 35의 실시예에서, 복수의 커플러(4512)는 축방향으로 병진하도록, 즉 멸균 어댑터(4506)로부터 멀어지게 연장되고 그것을 향해 후퇴하도록 구성된다. 복수의 커플러(4512)의 병진은, 복수의 커플러(4512)를 각각의 기구 입력부(4600)로부터 맞물림해제시킴으로써 수술 도구(4500)의 관절연결해제를 보장하는 작동 메커니즘에 의해 작동된다. 작동 메커니즘은 웨지(wedge)(4702) 및 푸셔 플레이트(pusher plate)(4704)를 포함한다.
웨지(4702)는 수술 도구 맞물림해제의 프로세스 동안 푸셔 플레이트(4704)를 활성화시키는 구조적 구성요소이다. 도 35의 실시예에서, 웨지(4702)는 하우징(4502)의 외주연부를 따라 수술 도구(4500)의 하우징(4502) 내에 위치된다. 예시된 바와 같이, 웨지(4702)는, 수술 도구(4500)의 하우징(4502)이 멸균 어댑터(4506)에 대해 시계 방향으로 회전되는 경우, 푸셔 플레이트(4704)와의 접촉이 푸셔 플레이트(4704)가 멸균 어댑터(4506) 내로 눌리게 하도록 배향된다. 대안적인 실시예에서, 웨지(4702)는 수술 도구(4500)의 하우징(4502)이 시계 방향보다는 반시계 방향으로 회전되도록 구성될 수 있다. 구조물이 회전할 때 푸셔 플레이트를 누를 수 있다는 것을 고려하면, 아치-형상의 램프(arch-shaped ramp)와 같은, 웨지 이외의 기하학적 구조가 채용될 수 있다.
푸셔 플레이트(4704)는 복수의 커플러(4512)를 수술 도구(4500)로부터 맞물림해제시키는 액추에이터이다. 복수의 토크 커플러(4314)와 유사하게, 커플러들(4512) 각각은 각각의 커플러(4512)를 멸균 어댑터(4506)로부터 멀어지게 외향으로 튀어나오도록 편향시키는 하나 이상의 스프링에 결합될 수 있다. 복수의 커플러(4512)는 축방향으로 병진하도록, 즉 멸균 어댑터(4506)로부터 멀어지게 연장되고 그것 내로 후퇴하도록 추가로 구성된다. 푸셔 플레이트(4704)는 커플러(4512)의 병진 이동을 작동시킨다. 푸셔 플레이트(4704)가 웨지(4702)에 의해 눌려짐에 따라, 푸셔 플레이트(4704)는 각각의 커플러(4512)에 결합된 스프링 또는 복수의 스프링이 압축되게 하여, 커플러(4512)가 멸균 어댑터(4506) 내로 후퇴하게 한다. 도 35의 실시예에서, 푸셔 플레이트(4704)는 복수의 커플러(4512)의 동시 후퇴를 유발하도록 구성된다. 대안적인 실시예는 커플러(4512)를 특정 시퀀스 또는 랜덤 순서로 후퇴시킬 수 있다. 도 35의 실시예에서, 푸셔 플레이트(4704)는 복수의 커플러(4512)가 멸균 어댑터(4506) 내로 부분적으로 후퇴하게 한다. 이러한 구성은 수술 도구(4500)가 제거되기 전에 수술 도구(4500)가 멸균 어댑터(4506)로부터 관절연결해제되도록 허용한다. 이러한 구성은 또한, 사용자가 수술 도구(4500)를 제거함이 없이 임의의 원하는 시간에 멸균 어댑터(4506)로부터 수술 도구(4500)를 관절연결해제시키도록 허용한다. 대안적인 실시예는 측정된 각각의 커플러(4512)의 유효 높이가 0이 되도록 복수의 커플러(4512)를 멸균 어댑터(4506) 내로 완전히 후퇴시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 푸셔 플레이트(4704)는 복수의 토크 커플러(4314)가 복수의 각각의 커플러(4512)와 동기식으로 후퇴하게 할 수 있다.
도 36a 및 도 36b는 일 실시예에 따른, 수술 도구를 멸균 어댑터로부터 맞물림 및 맞물림해제시키는 프로세스를 예시한다. 도 36a는 2개의 구성요소가 함께 고정되고 복수의 커플러(4512)가 수술 도구(4500)의 각각의 기구 입력부(4600)와 완전히 맞물리도록 하는 고정된 위치에 있는 멸균 어댑터(4506) 및 수술 도구(4500)를 예시한다. 도 36a에 예시된 바와 같은 고정된 위치를 달성하기 위해, 수술 도구(4500)의 긴 본체(4504)(도시되지 않음)는, 수술 도구(4500) 및 멸균 어댑터(4506)의 정합 표면들이 접촉 상태에 있고 수술 도구(4500) 및 멸균 어댑터(4506)가 래칭 메커니즘(latching mechanism)에 의해 서로 고정될 때까지, 멸균 어댑터(4506)의 중심 구멍(4508)(도시되지 않음)을 통과한다. 도 36a 및 도 36b의 실시예에서, 래칭 메커니즘은 레지(ledge)(4802) 및 래치(4804)를 포함한다.
레지(4802)는 고정된 위치에서 래치(4804)를 고정시키는 구조적 구성요소이다. 도 36a의 실시예에서, 레지(4802)는 하우징(4502)의 외주연부를 따라 수술 도구(4500)의 하우징(4502) 내에 위치된다. 도 36a에 예시된 바와 같이, 레지(4802)는 그것이 래치(4804) 상의 돌출부 아래에 놓이도록 배향되어, 도 35와 관련하여 기술된 바와 같이, 복수의 커플러(4512)의 튀어오르는(spring-up) 특성으로 인해 래치(4804) 및 그에 의해 멸균 어댑터(4506)가 수술 도구(4500)로부터 떨어지는 것을 방지한다.
래치(4804)는 고정된 위치에서 레지(4802)와 정합하는 구조적 구성요소이다. 도 36a의 실시예에서, 래치(4804)는 멸균 어댑터(4506)의 정합 표면으로부터 돌출된다. 래치(4804)는 수술 도구(4500)가 멸균 어댑터(4506)에 고정될 때 레지(4802)에 대해 놓이도록 구성되는 돌출부를 포함한다. 도 36a의 실시예에서, 수술 도구(4500)의 하우징(4502)은 수술 도구(4500)의 나머지 부분과는 독립적으로 회전할 수 있다. 이러한 구성은 하우징(4502)이 멸균 어댑터(4506)에 대해 회전하도록 허용하여, 레지(4802)가 래치(4804)에 대해 고정되어, 그에 의해 수술 도구(4500)를 멸균 어댑터(4502)에 고정시키게 한다. 도 36a의 실시예에서, 하우징(4502)은 고정된 위치를 달성하기 위해 반시계 방향으로 회전되지만, 다른 실시예가 시계 방향 회전을 위해 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 레지(4802) 및 래치(4804)는 고정된 위치에서 멸균 어댑터(4506) 및 수술 도구(4500)를 로킹시키는 다양한 기하학적 구조를 가질 수 있다.
도 36b는 고정되지 않은 위치에 있는 멸균 어댑터(4506) 및 수술 도구(4500)를 예시하며, 여기에서 수술 도구(4500)는 멸균 어댑터(4506)로부터 제거될 수 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 수술 도구(4500)의 하우징(4502)은 수술 도구(4500)의 나머지 부분과는 독립적으로 회전할 수 있다. 이러한 구성은 복수의 커플러(4512)가 수술 도구(4500)의 기구 입력부(4600)와 맞물린 상태에서도 하우징(4502)이 회전하도록 허용한다. 고정된 위치로부터 고정되지 않은 위치로 전이하기 위해, 사용자는 수술 도구(4500)의 하우징(4502)을 멸균 어댑터(4506)에 대해 시계 방향으로 회전시킨다. 이러한 회전 동안, 웨지(4702)는 푸셔 플레이트(4704)와 접촉하고, 그것이 웨지(4702)의 경사진 평면에 대해 활주함에 따라 푸셔 플레이트(4704)를 점진적으로 눌러서, 그에 의해 복수의 커플러(4512)가 멸균 어댑터(4506) 내로 후퇴하고 복수의 기구 입력부(4600)로부터 맞물림해제되게 한다. 추가의 회전은 래치(4804)가 웨지(4702)와 유사하게 구조화된 축방향 캠(4806)과 접촉하게 한다. 회전 동안 래치(4804)가 축방향 캠(4806)과 접촉함에 따라, 축방향 캠(4806)은 래치(4804)가 수술 도구(4500)로부터 멀어지게 외향으로 휘어지게 하여, 래치(4804)가 레지(4802)로부터 변위되게 한다. 이러한 고정되지 않은 위치에서, 복수의 커플러(4512)는 후퇴되고, 도 36b의 실시예에서, 수술 도구(4500)는 멸균 어댑터(4506)로부터 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 축방향 캠(4806)은 회전이 래치(4804)가 외향으로 휘어지게 하도록 하는 다양한 기하학적 구조를 가질 수 있다.
대안적인 실시예에서, 수술 도구(4500)의 하우징(4502)의 회전 방향은 래치(4804)를 레지(4802)로부터 고정해제시키기 위해 반시계 방향 회전으로서 구성될 수 있다. 추가적으로, 대안적인 실시예는 유사한 구성요소를 포함할 수 있지만, 구성요소의 위치는 멸균 어댑터(4506)와 수술 도구(4500) 사이에서 전환될 수 있다. 예를 들어, 레지(4802)는 멸균 어댑터(4506) 상에 위치될 수 있는 한편, 래치(4804)는 수술 도구(4500) 상에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 멸균 어댑터(4506)의 외부 부분은 수술 도구(4500)의 하우징(4502)보다는 복수의 커플러(4512)에 대해 회전가능할 수 있다. 대안적인 실시예는 또한, 하우징(4502)이 기구 입력부(4600)에 대해 완전히 회전될 때 수술 도구(4502)의 하우징(4502)의 회전을 로킹시키기 위한 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 기구 입력부(4600)가 커플러(4512)로부터 관절연결해제된 경우 수술 도구의 회전을 방지한다. 일부 실시예에서, 커플러(4512)의 후퇴 및 연장은 토크 커플러(4314)의 각각의 후퇴 및 연장과 결합될 수 있어서, 토크 커플러(4314)와 맞물린 커플러(4512)가 함께 병진하게 할 것이다.
도 37a 및 도 37b는 다른 실시예에 따른, 멸균 어댑터로부터의 수술 도구의 수술 도구 맞물림 및 맞물림해제의 프로세스를 예시한다. 도 37a 및 도 37b의 실시예에서, 멸균 어댑터(4900)는 수술 도구(4904)를 멸균 어댑터(4900)에 고정시키는 외부 밴드(outer band)(4902)를 포함할 수 있다. 도 37a 및 도 37b에 예시된 바와 같이, 수술 도구(4902)는 하우징(4908)의 외부 표면 상에 램프(4906)를 포함한다. 램프(4906)는 멸균 어댑터(4900)의 외부 밴드(4902)의 내부 표면 상에 위치되는 원형 돌출부(4912)를 수용하도록 구성되는 노치(4910)를 포함한다. 외부 밴드(4902)는 멸균 어댑터(4900) 및 수술 도구(4904)와는 독립적으로 그리고 그들에 대해 회전할 수 있다. 외부 밴드(4902)가 제1 방향으로 회전함에 따라, 원형 돌출부(4912)는, 원형 돌출부(4912)가 노치(4910) 내에 포개질 때까지 램프(4906)의 표면 위로 활주하여, 그에 의해 멸균 어댑터(4900)와 수술 도구(4904)를 함께 고정시킨다. 제2 방향으로의 외부 밴드(4902)의 회전은 멸균 어댑터(4900)와 수술 도구(4904)가 서로로부터 고정해제되게 한다. 소정 실시예에서, 이러한 메커니즘은 도 35 및 도 36과 관련하여 기술된 바와 같이, 멸균 어댑터(4900) 상의 복수의 커플러(4914)의 관절연결해제와 결합될 수 있다.
수술 도구 맞물림해제의 대안적인 실시예는 임피던스 모드(impedance mode)와 같은 추가의 특징을 포함할 수 있다. 임피던스 모드에 의해, 수술 로봇 시스템은 수술 도구가 사용자에 의해 멸균 어댑터로부터 제거될 수 있는지 여부를 제어할 수 있다. 사용자는, 수술 도구의 외부 하우징을 회전시키고 멸균 어댑터로부터 수술 도구를 고정해제시킴으로써 맞물림해제 메커니즘을 개시할 수 있지만, 수술 로봇 시스템은 기구 입력부로부터 커플러를 해제시키지 않을 수 있다. 수술 로봇 시스템이 임피던스 모드로 전이된 후에만, 커플러가 해제되고 사용자가 수술 도구를 제거할 수 있다. 수술 도구를 맞물린 상태로 유지시키는 것의 이점은 수술 로봇 시스템이 수술 도구의 엔드-이펙터들을 제어할 수 있고 수술 도구가 제거되기 전에 그들을 도구 제거를 위해 위치시켜 수술 도구에 대한 손상을 최소화할 수 있다는 것이다. 임피던스 모드를 활성화하기 위해, 푸셔 플레이트(4704)는 푸셔 플레이트가 소정 거리까지 눌릴 수 있도록 하는 하드-스톱을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 푸셔 플레이트의 하드-스톱은 하드-스톱이 수술 도구의 하우징의 최대 회전량과 일치하도록 조절가능할 수 있다. 따라서, 일단 최대 회전에 도달하면, 푸셔 플레이트에 의해 하드-스톱도 또한 충족된다. 복수의 센서가 이들 이벤트를 검출할 수 있고, 임피던스 모드를 트리거(trigger)할 수 있다.
소정 상황은 임피던스 모드가 바람직하지 않을 수 있는 수술 절차 동안 비상 도구 제거를 필요로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 푸셔 플레이트의 하드-스톱은 컴플라이언스(compliance)를 가질 수 있어서, 비상 시에 하드-스톱이 휘어질 수 있게 한다. 푸셔 플레이트의 하드-스톱은 스프링에 결합되어, 하드-스톱이 추가의 힘에 응답하여 휘어지도록 허용할 수 있다. 다른 실시예에서, 푸셔 플레이트의 하드-스톱은 수술 도구를 멸균 어댑터에 고정시키는 래치를 제거함으로써 비상 도구 제거가 발생하도록 강성일 수 있다.
도 38a는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기(4300) 내에서 수술 도구 홀더(4308)를 롤링시키기 위한 메커니즘의 사시도를 예시한다. 도 38a에 예시된 바와 같이, 부착 인터페이스(4310)는 제거되어 롤 메커니즘을 노출시킨다. 이러한 메커니즘은 수술 도구 홀더(4308)가 양 방향으로 회전 축(4316)을 중심으로 연속적으로 회전 또는 "롤링"하도록 허용한다. 롤 메커니즘은 스테이터 기어(stator gear)(5002) 및 로터 기어(rotor gear)(5004)를 포함한다.
스테이터 기어(5002)는 로터 기어(5004)와 정합하도록 구성되는 고정 기어이다. 도 38a의 실시예에서, 스테이터 기어(5002)는 링의 내부 원주를 따라 기어 치형부를 포함하는 링-형상의 기어이다. 스테이터 기어(5002)는 부착 인터페이스(4310) 뒤에서 외부 하우징(4306)에 고정식으로 부착된다. 스테이터 기어(5002)는 로터 기어(5004)와 동일한 피치를 가져서, 스테이터 기어(5002)의 기어 치형부가 로터 기어(5004)의 기어 치형부와 정합하도록 구성되게 한다. 스테이터 기어(5002)는 강성 재료(예컨대, 금속 또는 경질 플라스틱)로 구성될 수 있다.
로터 기어(5004)는 수술 도구 홀더(4308)의 회전을 유도하도록 구성되는 회전 기어이다. 도 38a에 예시된 바와 같이, 로터 기어(5004)는 그의 외부 원주를 따라 기어 치형부를 포함하는 원형 기어이다. 로터 기어(5004)는 로터 기어(5004)의 기어 치형부가 스테이터 기어의 기어 치형부와 정합하도록 부착 인터페이스(4310) 뒤에 그리고 스테이터 기어(5002)의 내부 원주 내에 위치된다. 이전에 기술된 바와 같이, 로터 기어(5004)와 스테이터 기어(5002)는 동일한 피치를 갖는다. 도 38a의 실시예에서, 로터 기어(5004)는 로터 기어(5004)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 하는 구동 메커니즘(예컨대, 모터)에 결합된다. 구동 메커니즘은 수술 도구 홀더 조립체(4304) 내의 통합 제어기로부터 신호를 수신할 수 있다. 구동 메커니즘이 로터 기어(5004)가 회전하게 함에 따라, 로터 기어(5004)는 스테이터 기어(5002)의 기어 치형부를 따라 이동하여, 그에 의해 수술 도구 홀더(4308)가 회전하게 한다. 이러한 구성에서, 로터 기어(5004)는 양 방향으로 연속적으로 회전할 수 있고, 그에 따라 수술 도구 홀더(4308)가 회전 축(4316)을 중심으로 무한 롤(infinite roll)을 달성하도록 허용한다. 대안적인 실시예는 링 기어 및 피니언 기어의 구성과 같은 유사한 메커니즘을 사용하여 무한 롤을 허용할 수 있다.
도 38b는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기(4300)의 단면도를 예시한다. 도 38b에 예시된 바와 같이, 롤 메커니즘은 복수의 베어링(5006)과 결합된다. 베어링은 이동 부품들 사이의 마찰을 감소시키고 고정된 축을 중심으로 하는 회전을 용이하게 하는 기계 구성요소이다. 수술 도구 홀더(4308)가 외부 하우징(4306) 내에서 회전함에 따라 하나의 베어링만으로 반경방향 또는 비틀림 하중을 지지할 수 있다. 도 38b의 실시예에서, IDM(4300)은 베어링(5006) 내의 복수의 구성요소(예컨대 볼 또는 실린더)가 외부 하우징(4306)과 접촉하도록 수술 도구 홀더(4308)에 고정식으로 부착되는 2개의 베어링(5006a, 5006b)을 포함한다. 제1 베어링(5006a)은 부착 인터페이스(4310) 뒤에서 제1 단부에 고정되고, 제2 베어링(5006b)은 제2 단부에 고정된다. 이러한 구성은 수술 도구 홀더(4308)가 외부 하우징(4306) 내에서 회전함에 따라 수술 도구 홀더(4308)의 제1 단부와 제2 단부 사이에서의 강성 및 지지를 개선한다. 대안적인 실시예는 수술 도구 홀더의 길이를 따라 추가의 지지를 제공하는 추가의 베어링을 포함할 수 있다.
도 38b는 또한 일 실시예에 따른, IDM(4300) 내의 밀봉 구성요소를 예시한다. IDM(4300)은, 2개의 표면들 사이의 접합부를 밀봉하여 유체가 접합부에 들어가는 것을 방지하도록 구성되는 복수의 O-링(5008) 및 복수의 개스킷(5010)을 포함한다. 도 38b의 실시예에서, IDM은 외부 하우징의 접합부들 사이의 O-링(5008a, 5008b, 5008c, 5008d, 5008e) 및 수술 도구 홀더(4308) 내의 접합부들 사이의 개스킷(5010a, 5010b)을 포함한다. 이러한 구성은 수술 절차 동안 IDM(4300) 내의 구성요소의 멸균성을 유지시키는 데 도움을 준다. 개스킷 및 O-링은 전형적으로 강한 탄성중합체 재료(예컨대, 고무)로 구성된다.
도 38c는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기의 내부 구성요소 및 그의 소정 전기 구성요소의 부분 분해 사시도를 예시한다. 수술 도구 홀더(4308)의 내부 구성요소는 복수의 액추에이터(5102), 모터, 기어헤드(도시되지 않음), 토크 센서(도시되지 않음), 토크 센서 증폭기(5110), 슬립 링(slip ring)(5112), 복수의 인코더 보드(encoder board)(5114), 복수의 모터 전력 보드(motor power board)(5116), 및 통합 제어기(5118)를 포함한다.
복수의 액추에이터(5102)는 복수의 토크 커플러들(4314) 각각의 회전을 구동시킨다. 도 38c의 실시예에서, 5102a 또는 5102b와 같은 액추에이터는 모터 샤프트를 통해 토크 커플러(4314)에 결합된다. 모터 샤프트는 모터 샤프트가 토크 커플러(4314)에 확고하게 정합하도록 허용하기 위해 그것이 복수의 홈을 포함하도록 하는 키이형 샤프트(keyed shaft)일 수 있다. 액추에이터(5102)는 모터 샤프트가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 하여, 그에 의해 각각의 토크 커플러(4314)가 그 방향으로 회전하게 한다. 일부 실시예에서, 모터 샤프트는 비틀림 강성이지만 스프링 순응성이어서, 모터 샤프트 및 그에 따라 토크 커플러(4314)가 회전하고 축방향으로 병진하도록 허용할 수 있다. 이러한 구성은 복수의 토크 커플러(4314)가 수술 도구 홀더(4308) 내에서 후퇴하고 연장되도록 허용할 수 있다. 각각의 액추에이터(5102)는 모터 샤프트를 회전시키는 방향 및 양을 나타내는 전기 신호를 통합 제어기(5118)로부터 수신할 수 있다. 도 38c의 실시예에서, 수술 도구 홀더(4308)는 5개의 토크 커플러(4314) 및 그에 따라 5개의 액추에이터(5102)를 포함한다.
모터는 외부 하우징(4306) 내에서의 수술 도구 홀더(4308)의 회전을 구동시킨다. 모터는, 그것이 수술 도구 홀더(4308)를 외부 하우징(4306)에 대해 회전시키기 위해 로터 기어(5004) 및 스테이터 기어(5002)(도 38a 참조)에 결합되는 것을 제외하고는, 액추에이터들 중 하나와 구조적으로 동등할 수 있다. 모터는 로터 기어(5004)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 하여, 그에 의해 로터 기어(5004)가 스테이터 기어(5002)의 기어 치형부 주위로 이동하게 한다. 이러한 구성은 수술 도구 홀더(4308)가 케이블 또는 당김-와이어의 잠재적인 권취에 의해 방해됨이 없이 연속적으로 롤링 또는 회전하도록 허용한다. 모터는 모터 샤프트를 회전시키는 방향 및 양을 나타내는 전기 신호를 통합 제어기(5118)로부터 수신할 수 있다.
기어헤드는 수술 도구(4500)에 전달되는 토크의 양을 제어한다. 예를 들어, 기어헤드는 수술 도구(4500)의 기구 입력부(4600)에 전달되는 토크의 양을 증가시킬 수 있다. 대안적인 실시예는 기어헤드가 기구 입력부(4600)에 전달되는 토크의 양을 감소시키도록 구성될 수 있다.
토크 센서는 회전하는 수술 도구 홀더(4308) 상에 생성되는 토크의 양을 측정한다. 도 38c에 도시된 실시예에서, 토크 센서는 시계 방향 및 반시계 방향으로 토크를 측정할 수 있다. 토크 측정은 수술 도구의 복수의 당김-와이어에 특정 양의 장력을 유지시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템의 일부 실시예는 자동-인장 특징(auto-tensioning feature)을 가질 수 있으며, 여기에서 수술 로봇 시스템에 동력을 공급하거나 수술 도구를 IDM과 맞물리게 할 때, 수술 도구의 당김-와이어 상의 장력은 사전-로딩될 것이다. 각각의 당김-와이어 상의 장력의 양은 당김-와이어가 팽팽해질 만큼만 인장되도록 하는 임계량에 도달할 수 있다. 토크 센서 증폭기(5110)는 회전하는 수술 도구 홀더(4308) 상에 생성되는 토크의 양을 측정하는 신호를 증폭시키기 위한 회로를 포함한다. 일부 실시예에서, 토크 센서는 모터에 장착된다.
슬립 링(5112)은 고정 구조물로부터 회전 구조물로의 전력 및 신호의 전달을 가능하게 한다. 도 38c의 실시예에서, 슬립 링(5112)은, 도 38d에서 슬립 링(5112)의 추가의 사시도로 또한 도시된 바와 같이, 수술 도구 홀더(4308)의 통로(4312)와 정렬되도록 구성되는 중심 구멍을 포함하는 링으로서 구조화된다. 슬립 링(5112)의 제1 측부는 복수의 동심 홈(5120)을 포함하는 한편, 슬립 링(5112)의 제2 측부는 도 31과 관련하여 기술된 바와 같이, 수술 아암 및 기부(4302)로부터 제공되는 전기적 연결을 위한 복수의 전기 구성요소를 포함한다. 슬립 링(5112)은 이들 전기적 연결을 위한 공간을 할당하기 위해 외부 하우징(4306)으로부터 특정 거리를 두고 수술 도구 홀더(4308)의 외부 하우징(4306)에 고정된다. 복수의 동심 홈(5120)은 통합 제어기에 부착된 복수의 브러시(brush)(5122)와 정합하도록 구성된다. 홈(5120)과 브러시(5122) 사이의 접촉은 수술 아암 및 기부로부터 수술 도구 홀더로의 전력 및 신호의 전달을 가능하게 한다.
복수의 인코더 보드(5114)는 수술 로봇 시스템으로부터 슬립 링을 통해 수신되는 신호를 판독 및 처리한다. 수술 로봇 시스템으로부터 수신되는 신호는 수술 도구의 회전의 양 및 방향을 나타내는 신호, 수술 도구의 엔드-이펙터 및/또는 리스트의 회전의 양 및 방향을 나타내는 신호, 수술 도구 상의 광원을 작동시키는 신호, 수술 도구 상의 비디오 또는 이미징 장치를 작동시키는 신호, 및 수술 도구의 다양한 기능성을 작동시키는 다른 신호를 포함할 수 있다. 인코더 보드(5114)의 구성은 전체 신호 처리가 수술 도구 홀더(4308)에서 완전히 수행되도록 허용한다. 복수의 모터 전력 보드(5116)는 각각 모터에 전력을 제공하기 위한 회로를 포함한다.
통합 제어기(5118)는 수술 도구 홀더(4308) 내의 컴퓨팅 장치이다. 도 38c의 실시예에서, 통합 제어기(5118)는 수술 도구 홀더(4308)의 통로(4312)와 정렬되도록 구성되는 중심 구멍을 포함하는 링으로서 구조화된다. 통합 제어기(5118)는 통합 제어기(5118)의 제1 측부 상에 복수의 브러시(5122)를 포함한다. 브러시(5122)는 슬립 링(5112)과 접촉하고, 수술 로봇 시스템으로부터 수술 아암, 기부(4302)를 통해, 그리고 마지막으로 슬립 링(5112)을 통해 통합 제어기(5118)로 전달되는 신호를 수신한다. 수신된 신호의 결과로서, 통합 제어기(5118)는 다양한 신호를 수술 도구 홀더(4308) 내의 각각의 구성요소로 송신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인코더 보드(5114) 및 통합 제어기(5118)의 기능은 여기에서 기술된 것과는 상이한 방식으로 분배될 수 있어서, 인코더 보드(5114) 및 통합 제어기(5118)가 동일한 기능들 또는 이들의 일부 조합을 수행할 수 있게 한다.
도 38d는 일 실시예에 따른, 기구 장치 조작기의 내부 구성요소 및 그의 소정 전기 구성요소의 부분 분해 사시도를 예시한다. 도 38d의 실시예는 2개의 인코더 보드(5114a, 5114b), 토크 센서 증폭기(5110), 및 3개의 모터 전력 보드(5116a, 5116b, 5116c)를 포함한다. 이들 구성요소는 통합 제어기(5118)에 고정되고, 외향으로 돌출되어, 통합 제어기(5118)로부터 수직으로 연장된다. 이러한 구성은 복수의 액추에이터(5102) 및 모터가 전기 보드 내에 위치되도록 하기 위한 공간을 제공한다.
도 38c와 관련하여 논의된 바와 같이, 슬립 링(5112)은 외부 하우징(4306)으로부터 특정 거리를 두고 고정된다. 수술 아암 및 기부(4302)로부터 슬립 링(5112)으로의 전기적 연결을 위한, 슬립 링(5112)과 외부 하우징(4306) 사이의 정확한 공간 할당을 보장하기 위해, 도 38d의 실시예에서, 슬립 링(5112)은 복수의 정렬 핀, 복수의 코일 스프링, 및 심에 의해 지지된다. 슬립 링(5112)은 정렬 핀의 제1 측부를 수용하도록 구성되는 구멍(5124)을 슬립 링(5112)의 중심 구멍의 양 측부 상에 포함하는 한편, 정렬 핀의 제2 측부는 외부 하우징(4306) 내의 각각의 구멍 내로 삽입된다. 정렬 핀은 강성 재료(예컨대, 금속 또는 경질 플라스틱)로 구성될 수 있다. 복수의 코일 스프링은 슬립 링(5112)의 중심 주위에 고정되고, 공간을 브리징하고(bridge) 슬립 링(5112)과 외부 하우징(4306) 사이의 접촉을 유지시키도록 구성된다. 코일 스프링은 이롭게는 IDM(4300)에 대한 임의의 충격을 흡수할 수 있다. 심은 슬립 링(5112)의 중심 구멍 주위에 위치되어 슬립 링(5112)과 외부 하우징(4306) 사이의 추가의 지지를 추가하는 링-형상의 스페이서(spacer)이다. 또한, 이들 구성요소는 통합 제어기(5118) 상의 복수의 브러시(5122)가 복수의 동심 홈(5120)과 접촉하고 그에 대해 회전함에 따라 슬립 링(5112)에 안정성을 제공한다. 대안적인 실시예에서, 정렬 핀, 코일 스프링, 및 심의 수는 슬립 링(5112)과 외부 하우징(4306) 사이의 원하는 지지가 달성될 때까지 변할 수 있다.
도 38e는 일 실시예에 따른, 수술 도구 홀더(4308)를 롤 인덱싱하기 위한 기구 장치 조작기(4300)의 전기 구성요소의 확대 사시도를 예시한다. 롤 인덱싱은 수술 도구(4500)의 위치 및 배향이 수술 로봇 시스템에 의해 연속적으로 알려지도록 외부 하우징(4306)에 대한 수술 도구 홀더(4308)의 위치를 모니터링한다. 도 38e의 실시예는 마이크로 스위치(5202) 및 보스(boss)(5204)를 포함한다. 마이크로 스위치(5202) 및 보스(5204)는 수술 도구 홀더(4308) 내에 고정된다. 보스(5204)는, 수술 도구 홀더(4308)가 회전함에 따라 마이크로 스위치(5202)와 접촉하도록 구성되어, 그에 따라 보스(5204)와 접촉할 때마다 마이크로 스위치를 활성화시키는 외부 하우징(4306) 상의 구조물이다. 도 38e의 실시예에서, 마이크로 스위치(5202)에 대한 단일 기준점으로서의 역할을 하는 하나의 보스(5204)가 있다.
복강경, 내시경 및 관내 수술에 사용되는 기구를 포함하여, 다양한 도구 또는 기구가 IDM(4300)에 부착될 수 있다. 본 명세서에서 기술되는 기구는 특히 신규한데, 그 이유는 그들이 삽입을 위한 로봇 아암에 대한 의존성을 감소시키는 기구 기반 삽입 아키텍처를 포함하기 때문이다. 바꾸어 말하면, (예컨대, 수술 부위를 향한) 기구의 삽입이 기구의 설계 및 아키텍처에 의해 용이해질 수 있다. 예를 들어, 기구가 긴 샤프트 및 손잡이를 포함하는 일부 실시예에서, 기구의 아키텍처는 긴 샤프트가 삽입 축을 따라 손잡이에 대해 병진할 수 있게 한다.
본 명세서에서 기술되는 기구는 많은 문제를 완화시키는 기구 기반 삽입 아키텍처를 통합한다. 기구 기반 삽입 아키텍처를 통합하지 않는 기구는 삽입을 위해 로봇 아암 및 그의 IDM에 의존한다. 이러한 배열에서, 기구 삽입을 달성하기 위해, IDM은 안팎으로 이동될 필요가 있을 수 있으며, 따라서 추가의 질량을 제어된 방식으로 이동시키기 위한 추가의 모터 전력 및 아암 링크 크기를 필요로 할 수 있다. 또한, 더 큰 체적은 작동 동안 충돌을 야기할 수 있는 훨씬 더 큰 스웹 체적(swept volume)을 생성한다. 기구 기반 삽입 아키텍처를 통합함으로써, 본 명세서에서 기술되는 기구는 전형적으로 감소된 스윙 질량을 갖는데, 그 이유는 기구 자체(예컨대, 그의 샤프트)가 로봇 아암에 덜 의존하면서 삽입 축을 따라 이동하기 때문이다.
본 명세서에서 기술되는 기구의 일부 실시예는, 기구의 삽입을 허용할 뿐만 아니라 기구의 엔드 이펙터가 간섭 없이 작동하도록 허용하는 신규한 기구 기반 삽입 아키텍처를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기구는 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 제1 작동 메커니즘, 및 삽입 축을 따른 기구의 일부분(예컨대, 샤프트)의 병진을 유발하기 위한 제2 작동 메커니즘을 포함한다. 제1 작동 메커니즘은 유리하게는, 엔드 이펙터의 작동이 기구의 삽입에 의해 영향을 받지 않고 그 반대의 경우도 마찬가지이도록 제2 작동 메커니즘으로부터 분리된다.
도 39는 일 실시예에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구의 측면도를 예시한다. 기구(5200)의 설계 및 아키텍처는 기구(예컨대, 그의 샤프트)가 삽입을 위한 로봇 아암의 이동에 덜 의존하면서 삽입 축을 따라 병진할 수 있게 한다.
기구(5200)는 긴 샤프트(5202), 샤프트(5202)에 연결되는 엔드 이펙터(5212), 및 샤프트(5202)에 결합되는 손잡이(5220)를 포함한다. 긴 샤프트(5202)는 근위 부분(5204) 및 원위 부분(5206)을 갖는 튜브형 부재를 포함한다. 긴 샤프트(5202)는 그의 외부 표면을 따라 하나 이상의 채널 또는 홈(5208)을 포함한다. 샤프트(5202)의 단면도에서 가장 잘 볼 수 있는 홈(5208)은 그를 통해 하나 이상의 와이어 또는 케이블(5230)을 수용하도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 케이블(5230)이 긴 샤프트(5202)의 외부 표면을 따라 이어진다. 다른 실시예에서, 케이블(5230)은 또한, 도 49의 개략도에 도시된 바와 같이, 샤프트(5202)를 통해 이어질 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트(5202)를 통해 이어지는 케이블(5230)은 노출되지 않는다. 일부 실시예에서, (예컨대, IDM(4300)을 통한) 이들 케이블들(5230) 중 하나 이상의 조작이 엔드 이펙터(5212)의 작동을 일으킨다.
엔드 이펙터(5212)는 수술 부위에 일정 효과를 제공하도록 설계되는 하나 이상의 복강경, 내시경 또는 관내 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 엔드 이펙터(5212)는 리스트, 파지기, 타인(tine), 겸자(forcep), 가위, 또는 클램프를 포함할 수 있다. 도 39에 도시된 본 실시예에서, 샤프트(5202)의 외부 표면 상의 홈(5208)을 따라 연장되는 케이블들(5230) 중 하나 이상이 엔드 이펙터(5212)를 작동시킨다. 하나 이상의 케이블(5230)은 샤프트(5202)의 근위 부분(5204)으로부터 손잡이(5220)를 통해 그리고 샤프트(5202)의 원위 부분(5206)을 향해 연장되며, 여기에서 그들은 엔드 이펙터(5212)를 작동시킨다.
또한 기구 기부로 지칭될 수 있는 기구 손잡이(5220)는 대체로, IDM(4300)(도 31에 도시됨)의 부착 인터페이스(4310) 상의 하나 이상의 토크 커플러(4314)와 상호 정합되도록 설계되는 하나 이상의 기계적 입력부(5224), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리 또는 스풀을 갖는 부착 인터페이스(5222)를 포함할 수 있다. 부착 인터페이스(5222)는 전방-장착, 후방-장착 및/또는 상부 장착을 통해 IDM(4300)에 부착될 수 있다. 물리적으로 연결, 래칭, 및/또는 결합될 때, 기구 손잡이(5220)의 정합된 기계적 입력부(5224)는 IDM(4300)의 토크 커플러(4314)와 회전 축을 공유하여, 그에 의해 IDM(4300)으로부터 기구 손잡이(5220)로의 토크의 전달을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 토크 커플러(4314)는 기계적 입력부 상의 리셉터클과 정합하도록 설계되는 스플라인을 포함할 수 있다. 엔드 이펙터(5212)를 작동시키는 케이블(5230)은 손잡이(5220)의 리셉터클, 풀리 또는 스풀과 맞물려서, IDM(4300)으로부터 기구 손잡이(5220)로의 토크의 전달이 엔드 이펙터의 작동을 일으키게 한다.
기구(5200)의 일부 실시예는 엔드 이펙터(5212)의 작동을 제어하는 제1 작동 메커니즘을 포함한다. 그러한 제1 작동 메커니즘의 일 실시예가 도 40에 개략적으로 예시되어 있다. 또한, 기구(5200)는 샤프트(5202)가 삽입 축을 따라 손잡이(5220)에 대해 병진할 수 있게 하는 제2 작동 메커니즘을 포함한다. 그러한 제2 작동 메커니즘의 일 실시예가 도 45에 도시되어 있다. 유리하게는, 제1 작동 메커니즘은 엔드 이펙터(5212)의 작동이 샤프트(5202)의 병진에 의해 영향을 받지 않고 그 반대의 경우도 마찬가지이도록 제2 작동 메커니즘으로부터 분리된다. 도구 또는 기구(5200) 내에 통합될 수 있는 제1 작동 메커니즘 및 제2 작동 메커니즘의 실시예가 도 40 내지 도 48과 관련하여 아래에서 더 상세히 기술된다.
도 40은 일 실시예에 따른, 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 제1 작동 메커니즘을 도시한 개략도를 예시한다. 일부 실시예에서, 제1 작동 메커니즘은 N+1 리스트 운동을 제공하며, 여기에서 N은 N+1개의 케이블에 의해 제공되는 자유도의 수이다. 엔드 이펙터(5212)를 작동시키기 위한 제1 작동 메커니즘은 풀리들(5250)의 적어도 하나의 세트를 통해 연장되는 적어도 하나의 케이블 또는 케이블 세그먼트(5230a)를 포함한다. 본 실시예에서, 제1 케이블 또는 케이블 세그먼트(5230a)가 풀리 부재(5250a, 5250b, 5250c)를 통해 연장되는 한편, 제2 케이블 또는 케이블 세그먼트(5230a)가 풀리 부재(5250d, 5250e, 5250f)를 통해 연장된다. 적어도 하나의 케이블(5230a)은 샤프트(5202)의 근위 단부(5205)에서 또는 그 부근에서 접지되고, 이어서, 엔드 이펙터(5212)에서 종단되기 전에, 풀리들(5250)(이는 손잡이(5220) 내에 위치됨)의 적어도 하나의 세트를 통해 연장된다. 각각의 케이블(5230a)을 샤프트(5202)의 근위 단부(5205)에서 또는 그 부근에서 접지시킴으로써 케이블 총 경로 길이가 일정하게 유지되고, 풀리들(예컨대, 풀리 부재들(5250b, 5250e))을 서로에 대해 이동시킴으로써(화살표 참조) 상대 길이 변화가 이루어져, 그에 의해 엔드 이펙터(5212)의 작동을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 풀리는 대응하는 기계적 입력부(5224)의 선형 또는 회전 운동을 통해 이동될 수 있다. 이러한 제1 작동 메커니즘은, 유리하게는, (아래에서 기술되는 제2 작동 메커니즘에 의해 달성될) 작동 풀리(5250)에 대한 기구 샤프트(5202)의 자유로운 이동을 허용하여, 그에 의해 엔드 이펙터(5212)의 작동과 동시에 기구 샤프트(5202)의 삽입 및 후퇴를 허용하기 위해 추가의 케이블이 포함되도록 허용한다.
도 41은 일 실시예에 따른, 도 39의 기구의 제1 작동 메커니즘의 확대 측면도를 예시한다. 제1 작동 메커니즘은 도 40에 도시된 개략도에 대응하고, 엔드 이펙터(5212)의 작동을 유발하면서, 별개의 제2 작동 메커니즘이 샤프트(5202)를 손잡이(5220)에 대해 병진시키는 것을 허용하도록 설계된다. 도 41에 도시된 바와 같이, 손잡이(5220)는 베어링들, 스풀들, 풀리들 또는 풀리 부재들(5250a, 5250b, 5250c, 5250d, 5250e)의 세트를 포함한다(여기에서, 풀리(5250a, 5250b, 5250c)는 도 40의 풀리들의 동일한 세트에 대응함). 케이블(5230a)이 풀리(5250a, 5250d, 5250b, 5250e, 5250c)를 통해 연장된다. 기계적 입력부(도 41에서 5224'로 식별됨)의 조작이 풀리(5250d, 5250b, 5250e)의 회전 운동을 유발한다. 풀리(5250d, 5250b, 5250e)의 회전 운동은 손잡이(5220) 내에 수용되는 케이블(5230)의 양을 변화시켜서, 그에 의해 엔드 이펙터를 작동시킨다. 케이블(5230a)에 대한 풀리의 회전 운동의 영향이 도 43 및 도 44에 도시되어 있다. 회전 운동의 방향에 따라, 풀리(5250d, 5250e)는 손잡이(5220) 내의 케이블(5230)을 권취 또는 "감을(take up)" 수 있거나, 손잡이(5220) 내의 케이블(5230a)을 권취해제 및 "풀어낼(give out)" 수 있다. 어느 방식으로든, 케이블(5230a)의 길이는 손잡이(5220) 내에서 변화하여, 그에 의해 엔드 이펙터(5212)의 작동을 유발한다. 도 41의 실시예가 회전 운동에 의해 변형되는 풀리 시스템을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, 풀리 시스템은 선형 및/또는 회전 운동에 의해 변형될 수 있다. 또한, 당업자는 손잡이(5220) 내의 케이블(5230a)의 양에서의 길이의 변화가 또한 케이블 장력을 변화시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 42는 일 실시예에 따른, 도 39의 기구의 제1 작동 메커니즘의 확대 사시도를 예시한다. 이러한 도면으로부터, 풀리(5250a, 5250c)의 스풀을 포함하는 풀리(5250a 내지 5250e)의 상이한 상세 사항을 볼 수 있다.
도 43 및 도 44는 일 실시예에 따른, 풀리 부재의 작동 전후의, 도 39의 기구의 풀리 부재(5250e) 및 케이블의 정면도를 예시한다. 기계적 입력부(5224')에 토크를 인가하는 것은 풀리(5250e, 5250b, 5250d)를 회전시킨다. 도 43에 도시된 바와 같이, 풀리(5250e)의 작동 전에, 케이블(5230a)은 풀리(5250e)의 일 측부를 따라 이어질 수 있다. 도 44에 도시된 바와 같이, 풀리(5250e)의 작동 후에, 케이블(5230a)은 이어서 풀리에 의해 권취되고 감겨져서, 그에 의해 손잡이(5220) 내의 케이블(5230a)의 양을 증가시켜 엔드 이펙터의 작동을 유발한다.
도 39 내지 도 44의 실시예가 상대 케이블 길이를 변화시키기 위해 회전 축 상에 장착된 하나 이상의 풀리를 개시하고 있지만, 다른 실시예에서, 위치를 조절하기 위해 레버, 기어 또는 트랙 기반 시스템 상에 풀리를 장착하는 것이 추가의 옵션이다. 또한, 도구의 길이를 따라 아래로 이동하는 볼 스플라인 회전 샤프트가 또한 기계적 원격 방식으로 힘을 전달하는 데 사용될 수 있다.
도 45는 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 스풀을 포함하는 제2 작동 메커니즘의 측면도를 예시한다. 제2 작동 메커니즘은 샤프트(5202)를 삽입 축을 따라 손잡이(5220)에 대해 병진시키도록 설계된다. 엔드 이펙터(5212)를 작동시키는 제1 작동 메커니즘과 마찬가지로, 제2 작동 메커니즘이 또한 손잡이(5220) 내에 통합될 수 있다.
제2 작동 메커니즘은 스풀들(5270a, 5270b, 5270c, 5270d)의 세트와 맞물리는 케이블 또는 케이블 세그먼트(5230b)를 포함한다. 케이블(5230b)의 일 단부는 샤프트(5202)의 근위 단부(5205)에 또는 그 부근에 부착될 수 있는 한편, 케이블(5230b)의 다른 단부는 샤프트(5202)의 원위 단부(5207)에 또는 그 부근에 부착될 수 있다. 케이블(5230b)은 스풀들(5270a, 5270b, 5270c)의 세트를 통해 연장되는데, 그 중에서 스풀(5270b)이 캡스턴이다. 손잡이(5220)의 기계적 입력부를 회전시키는 것은 캡스턴의 회전을 유발하고, 그에 의해 케이블(5230b)을 캡스턴 안팎으로 구동시킨다. 케이블(5230b)이 캡스턴 안팎으로 구동됨에 따라, 이는 샤프트(5202)가 손잡이(5220)에 대해 병진하게 한다. 유리하게는, 샤프트(5202)의 근위 단부 및 원위 단부 둘 모두에 부착되는 케이블(5230b)에 적절한 사전-장력을 인가함으로써, 마찰력이 케이블(5230b)을 안팎으로 구동시키는 데 사용되어, 그에 의해 샤프트(5202)를 슬립됨이 없이 손잡이(5220)에 대해 이동시킬 수 있다.
본 실시예에서, 캡스턴(5270b)은 제로-워크(zero-walk) 캡스턴을 포함한다. 도 46 및 도 47에 도시된 것과 같은 다른 실시예에서, 케이블 워크(cable walk)를 허용할 수 있는 캡스턴이 손잡이(5220) 내에 통합될 수 있다. 제로-워크 캡스턴 아키텍처는, 전체 경로 길이에 영향을 미칠 수 있고 케이블의 장력을 변화시킬 수 있는, 캡스턴(5270b)을 가로지르는 케이블 워크를 방지하기 위해 홈 상의 나선각 없이(helix angle) 캡스턴(5270b) 주위의 케이블(5230b)의 다수의 랩(wrap)을 관리하는 데 도움을 준다. 캡스턴(5270b) 옆의 경사면 상에 추가의 풀리(5270d)를 배치함으로써, 캡스턴(5270b) 상의 평행 경로로의 방향전환이 달성되어, 캡스턴(5270b) 상에서의 케이블(5230b)의 어떠한 워킹 동작(walking action)도 발생하지 않을 수 있다.
도 46 및 도 47은 도 45에 도시된 제로-워크 캡스턴에 대한 대안적인 실시예를 제시한다. 이들 실시예에서, 샤프트 삽입을 구동시키는 캡스턴은 제2 작동 메커니즘의 아키텍처 내에 통합될 수 있는 확대된 캡스턴(5270e)이다. 충분히 큰 구동 캡스턴(5270e) 및 충분히 작은 삽입 스트로크(insertion stroke)의 경우, 캡스턴의 회전수는 적다. 예를 들어, 22 mm 구동 캡스턴(5270e) 및 350 mm 삽입 스트로크의 경우, 전체 삽입 범위에 대한 캡스턴(5270e)의 회전수는 5 회전이다. 케이블이 이동하는 거리가 캡스턴(5270e)의 케이블 워크 범위에 비해 충분히 큰 경우, 삽입 동안의 케이블 및 경로 길이 변화에 대한 플리트각(fleet angle)의 양은 무시해도 될 정도로 충분히 작다. 일부 실시예에서, 플리트각은 +/- 2도 사이일 수 있다.
도 46은 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 단일 케이블을 사용하는 대안적인 스풀의 사시도를 예시한다. 이러한 대안적인 스풀은 단일 케이블(5230b)에 의해 맞물리는 확대된 캡스턴(5270e)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 구동 샤프트 삽입을 작동시키기 위해, 단일 케이블(5230b)은 구동시키기에 충분한 캡스턴 마찰을 갖기에 충분히 큰 랩각(wrap angle)을 갖는다. 일부 실시예에서, 단일 케이블(5230b)은 연속적이고, 캡스턴(5270e) 주위를 다수회(예컨대, 3회, 4회 또는 그보다 많이) 감아서 캡스턴 및 삽입을 구동시키기에 충분히 큰 랩각을 갖는다.
도 47은 일 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 하나 초과의 케이블을 사용하는 대안적인 스풀의 사시도를 예시한다. 이러한 대안적인 스풀은 단일 케이블(5230b)의 2개의 별개의 세그먼트(5230b', 5230b")에 의해 맞물리는 확대된 캡스턴(5270e)을 포함한다. 세그먼트들(5230b', 5230b") 각각은 캡스턴(5270e) 상에서 종단된다. 도 46의 실시예와는 달리, 본 실시예는 샤프트 삽입을 구동시키기 위해 캡스턴 마찰에 의존하지 않는다. 이러한 실시예에서, 케이블(5230b)은 외측으로 나선화되고, 이어서 상부 및 저부 둘 모두에서 스풀로 종단된다. 도 47에 도시된 이중 종단 접근법의 이점은 그것이 케이블 장력의 손실에 대해 탄력적이라는 것이다. 이중 종단 접근법이 마찰보다는 확실한 맞물림(positive engagement)에 의존하기 때문에, 슬립이 발생할 수 없다.
도 48은 일 실시예에 따른, 도 46의 스풀을 포함하는 손잡이의 정면도를 예시한다. 이러한 도면으로부터, 손잡이(5220) 내의 스풀(예컨대, 캡스턴(5270e))의 하나의 가능한 위치를 볼 수 있다. 유리하게는, 엔드 이펙터(5212)를 작동시키기 위해 손잡이(5220) 내에 추가의 스풀 및 풀리가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 40에 나타낸 바와 같은 엔드 이펙터 작동을 위한 풀리 시스템이 도 48의 손잡이 내에 통합될 수 있다. 따라서, 손잡이(5220)는 엔드 이펙터 작동 및/또는 구동 삽입 둘 모두를 위한 다수의 메커니즘을 통합할 수 있다. 도 48에 도시된 바와 같이, 케이블(5230)을 캡스턴(5270e) 상으로 안내하는 하나 이상의 풀리는 케이블 거리를 증가시키기 위해 손잡이를 가로질러 위치된다. 케이블이 이동하는 거리가 캡스턴(5270e)의 케이블 워크 범위에 비해 충분히 큰 경우, 삽입 동안의 케이블 및 경로 길이 변화에 대한 플리트각의 양은 무시해도 될 정도로 충분히 작다. 일부 실시예에서, 전통적인 나선형 캡스턴(helix capstan)을 갖고 길이 변화 및 플리트각을 최소로 유지시키는 것이 가능하다.
도 49는 일 실시예에 따른, 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 이러한 아키텍처는 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 제1 작동 메커니즘 및 샤프트 삽입을 위한 제2 작동 메커니즘을 통합한다. 이전의 실시예와 마찬가지로, 엔드 이펙터의 작동이 샤프트 삽입에 영향을 미치지 않고 그 반대의 경우도 마찬가지이도록 제1 작동 메커니즘 및 제2 작동 메커니즘은 분리된다. 그러나, 본 실시예에서, 제1 작동 메커니즘은, 도 40의 실시예에서와 같이 샤프트의 근위 부분 및 원위 부분 상에서 종단되기보다는, 삽입 스풀(이는 또한 샤프트 삽입을 위한 제2 작동 메커니즘의 일부로서 사용됨)에서 종단되는 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 하나 이상의 케이블을 포함한다. 이러한 아키텍처의 결과로서, 제2 작동 메커니즘을 통한 샤프트 삽입 동안, 삽입 스풀에 의해 권취되는 하나 이상의 케이블은 삽입 스풀에 의해 권취해제되는 하나 이상의 케이블(엔드 이펙터를 작동시키기 위해 제1 작동 메커니즘에 사용됨)의 길이에 의해 실질적으로 균형을 이룬다. 제1 작동 메커니즘을 통한 엔드 이펙터 작동 동안, 삽입 스풀로부터 나오는 케이블의 경로 길이의 균형을 유지하고 있다.
도 49에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터 작동 및 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처는 근위 부분(5304) 및 엔드 이펙터가 위치되는 원위 부분(5306)을 갖는 샤프트(5502)를 포함한다. 하나 이상의 스풀(5370a, 5370b, 5370c, 5370d, 5370e)(이는 손잡이의 일부임)이 샤프트(5502) 주위에 위치된다. 스풀(5370c)은 삽입 스풀을 포함한다. 제1 방향으로의 삽입 스풀(5370c)의 회전은 제1 방향으로의(예컨대, 삽입 방향으로의) 손잡이에 대한 샤프트 병진을 유발하는 한편, 제2 방향으로의 삽입 스풀(5370c)의 회전은 제2 방향으로의(예컨대, 후퇴 방향으로의) 손잡이에 대한 샤프트 병진을 유발한다. 하나 이상의 케이블 또는 케이블 세그먼트(5330a)는 일 단부 상에서 엔드 이펙터(예컨대, 리스트)로 그리고 다른 단부 상에서 삽입 스풀로 종단된다. 하나 이상의 추가의 케이블 또는 케이블 세그먼트(5330b)가 또한, 샤프트(5502)의 원위 부분(5306)에서, 그 부근에서 또는 그를 향해 종단되기 전에 삽입 스풀(5370c)에서 시작된다.
본 실시예에서, 선형 또는 회전 이동을 통한 하나 이상의 스풀(예컨대, 스풀(5370a, 5370d))의 조작이 손잡이 내의 하나 이상의 케이블(5330a)의 길이의 변화를 유발하는 제1 작동 메커니즘이 제공된다. 일부 실시예에서, 손잡이 내의 하나 이상의 케이블(5330a)의 길이의 변화는 손잡이 내의 하나 이상의 케이블 또는 케이블 세그먼트의 경로 길이의 변화를 포함할 수 있다. 이러한 제1 작동 메커니즘에서, 하나 이상의 케이블(5330a)은 "엔드 이펙터" 케이블로 간주될 수 있다. 엔드 이펙터의 작동을 유발하는 손잡이 내의 하나 이상의 케이블(5330a)의 길이의 임의의 변화는 하나 이상의 케이블(5330b)의 길이에 의해 균형을 이룬다.
본 실시예에서, 선형 또는 회전 이동을 통한 삽입 스풀(5370c)의 조작이 손잡이 내의 하나 이상의 케이블(5330b)의 길이의 변화를 유발하는 제2 작동 메커니즘이 제공된다. 이러한 제2 작동 메커니즘에서, 하나 이상의 케이블(5330b)은 "삽입" 케이블로 간주될 수 있다. 샤프트 삽입 또는 후퇴를 유발하는 손잡이 내의 하나 이상의 케이블(5330b)의 길이의 임의의 변화는 하나 이상의 케이블(5330a)의 길이에 의해 균형을 이룬다. 삽입 및 후퇴 하에서, 하나 이상의 삽입 케이블(5330b)이 감기고 있을 때 동일한 양의 하나 이상의 엔드 이펙터 케이블(5330a)이 풀리고 있기 때문에 장력이 유지된다. 하나 이상의 엔드 이펙터 케이블(5330a)의 상대 경로 길이는 변화되지 않은 상태로 유지되며, 따라서 엔드 이펙터는 삽입 하에서 이동하지 않는다.
도 50a는 일 실시예에 따른, 도 49의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처를 통합하는 기구의 확대 정면도를 예시한다. 도 50b는 도 49의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 그리고 샤프트 삽입을 위한 대안적인 아키텍처를 통합하는 기구의 상부 사시도를 예시한다. 기구(5300)는 도 49에 도시된 제1 작동 메커니즘 및 제2 작동 메커니즘을 통합하고, 각각이 하나 이상의 스풀(5370a 내지 5370e)에 대응하는 하나 이상의 기계적 입력부(5324)를 포함하는 손잡이(5320)를 포함하며, 여기에서 스풀들 중 적어도 하나의 스풀(5370c)은 삽입 스풀을 포함한다. 각각이 별개의 기계적 입력부(5324)에 대응하는 하나 이상의 케이블 또는 케이블 세그먼트(5330a', 5330a", 5330a''', 5330a'''')는 구동 스풀(5370c)에서 종단된다. 이들 케이블들(5330a', 5330a", 5330a''', 5330a'''') 각각은 하나 이상의 케이블(5330a)(도 49의 개략도에 도시됨)과 유사하게 하나 이상의 스풀과 맞물릴 수 있다. 제1 작동 메커니즘에서, 이들 케이블은 엔드 이펙터 케이블로서의 역할을 할 수 있어서, 그들의 대응하는 기계적 입력부(5324)의 조작이 손잡이 내의 케이블의 길이의 변화를 유발하게 한다. 일부 실시예에서, 손잡이 내의 하나 이상의 케이블의 길이의 변화는 손잡이 내의 하나 이상의 케이블 또는 케이블 세그먼트의 경로 길이의 변화를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 손잡이 내의 케이블의 경로 길이가 변화된다. 일부 경우에, 엔드 이펙터를 작동시키는 손잡이(5320) 내의 하나 이상의 케이블(5330a', 5330a", 5330a''', 5330a'''')에서의 길이의 변화는 도 49의 유사하게 참조된 케이블(5330b)과 유사한 케이블(5330b)의 길이에 의해 균형을 이룬다. 다른 경우에, 순수 엔드 이펙터 작동 하에서, 손잡이 내의 케이블(5330b)의 길이는 변화하지 않는다. 제2 작동 메커니즘에서, 케이블(5330b)은 삽입 케이블로서의 역할을 할 수 있어서, 그의 대응하는 기계적 입력부(5324)의 조작이 케이블(5330b)이 삽입 스풀(5370c) 주위에 권취되게 하도록 한다. 샤프트 삽입을 유발하는 삽입 스풀(5370c) 주위에 권취되는 케이블(5330b)의 양은 권취해제되는 하나 이상의 케이블(5330a', 5330a", 5330a''', 5330a'''')의 길이에 의해 균형을 이룬다.
도 51은 일 실시예에 따른, 기구의 손잡이 및 샤프트의 상부 사시도를 예시한다. 샤프트(5202)는 손잡이(5220)에 대해 병진가능하다. 이러한 도면으로부터, 회전 시에, 엔드 이펙터를 작동시키는 하나 이상의 기계적 입력부(5224)를 볼 수 있다. 또한, 회전 시에, 삽입 축을 따른 손잡이(5220)에 대한 샤프트(5202)의 병진을 허용하는 하나 이상의 기계적 입력부(5324)를 볼 수 있다. 부착 인터페이스(5222)는 IDM(4300)(도 31에 도시됨)의 부착 인터페이스(4310) 상의 하나 이상의 토크 커플러(4314)와 상호 정합하도록 설계되는 하나 이상의 기계적 입력부(5224, 5324), 예컨대 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 포함한다.
도 52a는 도 40에 도시된 삽입 아키텍처를 이용하는 기구 샤프트의 단면의 개략도를 예시하는 한편, 도 52b는 도 49에 도시된 대안적인 삽입 아키텍처를 이용하는 기구 샤프트의 단면의 개략도를 예시한다. 보이지는 않지만, 도 52a 및 도 52b의 단면들 각각은 그를 통해 연장되는 개구 또는 루멘(lumen)을 포함한다. 도 52a에 도시된 바와 같이, 도 40의 삽입 아키텍처는 샤프트(5202)의 외부 표면을 따라 연장되는 홈 또는 채널(5208)을 통해 연장되는 하나 이상의 케이블(5230)을 생성한다. 반면에, 도 52b에 도시된 바와 같이, 도 49의 삽입 아키텍처는 샤프트(5202)의 외부 표면을 따라 더 적은 홈 또는 채널(1308)(여기서는 단일 채널)을 통해 연장되는 하나 이상의 케이블(5330b)을 생성한다. 이는, 도 49의 대안적인 아키텍처에서, 케이블이 샤프트(5502)의 본체 내에서 연장되도록 더 경사지기 때문이다. 예를 들어, 샤프트(5502)의 외측 상에는 엔드 이펙터 케이블이 없다. 더 적은 케이블이 샤프트(5502)의 외측 상에서 연장되는 경우, 도 49의 아키텍처는 외부 표면 상에서 연장되는 더 적은 홈 또는 채널을 갖는 전체적으로 더 매끄러운 샤프트 표면을 생성할 수 있다.
위에서 기술된(예컨대, 도 40 및 도 49에 도시된) 아키텍처는 엔드 이펙터를 작동시키고 기구 삽입을 수용하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이들 아키텍처는 수술 절차를 보조하기 위해 특정 유형의 기구 내에 통합될 수 있다.
하나의 그러한 기구는 혈관 봉합기이다. 혈관 봉합기에 의해, 나이프 또는 커터(cutter)가 관통 구동되어 조직을 절개할 수 있다. 일부 실시예에서, 나이프의 운동은 회전이다. 다른 실시예에서, 나이프의 운동은 병진이다. 도 53 내지 도 55는 혈관 봉합기를 통해 나이프를 구동시키기 위해 혈관 봉합기 기구 내에 통합될 수 있는 상이한 아키텍처를 도시한다. 이들 도면에 도시된 아키텍처는 도 40에 도시된 아키텍처 및 관련 메커니즘과 유사하지만, 다른 실시예에서, 이러한 아키텍처는 도 49에 도시된 아키텍처 및 관련 메커니즘과 유사할 수 있다.
도 53 내지 도 55는 혈관 봉합기에서 나이프를 구동시키기 위한 상이한 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 이러한 아키텍처는 케이블들 사이에 경로 길이의 차이를 생성하고, 이러한 차동 경로 길이 변화를 나이프의 선형 운동으로 전환시킨다. 도 53 및 도 54의 실시예에서는, 2개의 케이블(5430a, 5430b)이 반대 인장(counter tension) 상태로 배치되는 한편, 도 55의 실시예에서는, 단일 케이블(5430) 및 스프링(5490)이 반대 인장을 위해 사용된다. 2개의 케이블이 반대 인장 상태로 배치되는 실시예에서, 나이프의 선형 운동은 동일한 입력 축 상에, 그러나 반대 방향들로 두 차동장치(differential)(예컨대, 하나는 풀리는 케이블인 반면, 다른 하나는 감기는 케이블임)를 가짐으로써 달성된다. 이중의, 반대 케이블 접근법은 또한, 인장 루프를 폐쇄하기 위해 방향전환 풀리(redirect pulley)를 이용하고, 이는 샤프트의 근위 단부에 또는 그 부근에 또는 원위 단부에 또는 그 부근에 장착될 수 있다(각각 도 53 및 도 54에 도시됨). 일단 케이블이 안팎으로 당겨지고 있으면, 나이프는 케이블의 일 섹션에 결합되어 나이프의 안팎으로의 운동을 생성할 수 있다.
도 53은 혈관 봉합기(5480)에서 나이프(5482)를 구동시키기 위한 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 이러한 아키텍처는 제1 케이블(5430a) 및 제2 케이블(5430b)을 포함하며, 여기에서 제1 케이블(5430a) 및 제2 케이블(5430b)은 반대 인장 상태에 있다. 이러한 아키텍처는 제1 케이블(5430a)에 의해 맞물리는 하나 이상의 스풀 또는 풀리 부재(5470a, 5470b, 5470c), 및 제2 케이블(5430b)에 의해 맞물리는 하나 이상의 스풀 또는 풀리 부재(5470d, 5470e, 5470f), 및 인장 루프를 폐쇄하는 방향전환 스풀 또는 풀리(5470g)를 추가로 포함한다. 방향전환 풀리(5470g)는 샤프트의 근위 부분에 또는 그 부근에 위치된다. 제1 케이블(5430a) 및 제2 케이블(5430b)이 서로 반대 인장 상태에 있는 상태에서, 나이프(5482)는 긴 부재(5484)와 같은 커넥터를 통해 케이블(예컨대, 제1 케이블(5430a))의 일 섹션에 결합되어, 그에 의해 혈관 봉합기(5480)에 대한 나이프(5482)의 안팎으로의 운동을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 긴 부재(5484)는 푸시 로드(push rod)를 포함한다. 다른 실시예에서, 긴 부재(5484)는 좌굴 없이 구동 압축력을 견딘다.
도 54는 혈관 봉합기에서 나이프를 구동시키기 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 이러한 아키텍처는 도 53에 도시된 것과 유사하지만; 본 실시예에서, 방향전환 풀리는 샤프트의 원위 부분에 또는 그 부근에 위치된다.
도 55는 혈관 봉합기에서 나이프를 구동시키기 위한 또 다른 대안적인 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 도 53 및 도 54의 이전의 실시예와는 달리, 본 실시예의 아키텍처는 스프링(5490)과 반대 인장 상태에 있는 단일 케이블(5430)을 이용한다. 이러한 아키텍처는 제1 케이블(5430a)에 의해 맞물리는 하나 이상의 스풀 또는 풀리 부재(5470a, 5470b, 5470c)를 추가로 포함한다. 케이블(5430)이 스프링(5490)과 반대 인장 상태에 있는 상태에서, 나이프(5482)는 케이블(5430)의 일 섹션에 결합되어, 그에 의해 혈관 봉합기(5480)에 대한 나이프(5482)의 안팎으로의 운동을 생성할 수 있다.
삽입 기구로서의 역할을 할 수 있는 다른 장치는 카메라이다. 카메라는 내시경 수술에 사용될 수 있다. 아키텍처는 카메라가 강성 카메라인지 또는 관절운동을 위한 작동이 제공되어야 할 관절형 카메라인지에 따라 달라질 수 있다.
도 56은 강성 카메라를 삽입 기구가 되게 하기 위한 아키텍처를 도시한 개략도를 예시한다. 카메라(5500)는, 인터페이스 버튼 및 그로부터 나오는 케이블을 갖는 카메라 손잡이(5530)에 샤프트(5502)에 의해 연결되는 원위 이미지 페이로드(payload)를 포함한다. 케이블(5530)은 샤프트(5502)의 외측 상에 형성된 채널 또는 홈 내에 수용되는 한편, 삽입 손잡이(5520)는 샤프트(5502) 주위에 위치된다. 이는 사실상, 삽입 능력을 가능하게 하는 제2 손잡이를 내시경에 추가한다. 케이블(5530)은 하나 이상의 스풀(5570a, 5570b, 5570c)을 통해 연장된다. 본 실시예에서, 스풀(5570b)은 캡스턴일 수 있다. 일부 실시예에서, 캡스턴은 (도 45에 도시된 바와 같이) 제로-워크 캡스턴을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 캡스턴은 (도 46 및 도 47에 도시된 바와 같이) 케이블 워크를 허용할 수 있다. 캡스턴 메커니즘을 통해, 카메라는 삽입 축을 따라 병진할 수 있다. 일부 실시예에서, 코어 페이로드(core payload)는 강성 스코프(rigid scope)와 동일한 밀봉 아키텍처를 유지시키며, 따라서 그것은 동일한 방법으로 멸균될 것으로 예상될 수 있다. 강성 스코프의 경우, 이는 그것이 고압멸균될(autoclaved) 수 있음을 의미한다. 추가의 삽입 손잡이(5520)가 또한 멸균 관점에서 기구처럼 보일 수 있고, 역시 고압멸균될 수 있다.
도 56이 강성 카메라를 삽입 기구가 되게 하기 위한 아키텍처를 도시하고 있지만, 관절형 카메라는 관절운동을 제공하기 위해 카메라에 메커니즘이 추가될 것이기 때문에 추가의 복잡성을 나타낸다. 관절형 카메라의 경우, 관절 운동을 수용하기 위해 하나 이상의 케이블(예컨대, 작동 또는 리스트 케이블)이 제공될 수 있다. 카메라는 또한 밀봉된 영역 내에 수용될 수 있어서, 외측 상에서 하나 이상의 케이블을 이어지게 하고자 하는 경우, 하나 이상의 케이블을 배제하는, 카메라를 위한 밀봉된 구획(compartment)을 또한 생성할 수 있게 한다. 이러한 아키텍처의 경우, 일부 입자 및 잔해물이 밀봉된 영역 내의 작은 공간 내로 들어가는 것이 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 오염을 방지하기 위해, 하나의 해법은 관절 운동을 위해 IDM에 의존하기보다는 밀봉된 카메라 영역 내에 2개의 관절운동 모터를 추가하는 것일 수 있다. 이는, 튜브의 외측으로부터 케이블을 취하고 그들을 밀봉된 내측에 놓음으로써 카메라 구성요소의 세정 및 밀봉을 크게 단순화한다. 밀봉된 카메라 내에 2개의 관절운동 모터를 추가하는 것의 다른 이점은 카메라가 비전 박스(vision box)에 연결되자마자 카메라의 관절운동이 제어될 수 있다는 것이다. 이는, 설치 또는 제거 동안 카메라를 곧게 유지시키고, 오프-로봇 사용(off-robot use) 동안 둘러보기 위해 카메라 손잡이로부터 카메라를 관절운동시킬 수 있는 것과 같은 특징을 가능하게 한다. 이는 이어서 관절운동 카메라를 멸균 관점에서 강성 카메라와 많이 유사하게 보이게 하여, 그것이 고압멸균될 수 있게 한다.
카메라가 고압멸균될 수 없는 경우, 밀봉된 카메라 코어 및 삽입 섹션은 세정 및 삽입을 위해 분리될 필요가 있을 수 있다. 이는 신뢰성 있는 멸균을 달성하기 위해 삽입 손잡이를 고압멸균하는 것이 바람직하기 때문이다. 도 57은 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하는 제1 삽입 아키텍처를 도시하는 한편, 도 58 및 도 59는 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하여, 그에 의해 더 양호한 멸균을 허용하는 제2 삽입 아키텍처를 도시한다.
도 57은 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하는 제1 삽입 아키텍처를 도시한다. 이러한 아키텍처는, IDM 상에 래칭되고 카메라 코어(1600)로부터 분리가능한 고압멸균가능 삽입 손잡이(5620)를 갖는다. 카메라 코어(1600)는 손잡이(5620)를 통해 연장되는 샤프트(5602)를 포함한다. 손잡이(5620)는 스풀(5670a, 5670b, 5670c, 5670d)을 통해 연장되는 하나 이상의 와이어(5630a, 5630b)를 포함한다. 본 실시예에서, 스풀(5670b)은 캡스턴을 포함한다. 일부 실시예에서, 스풀(5670b)은 리드스크류를 포함한다. 일부 실시예에서, 캡스턴은 (도 45에 도시된 바와 같이) 제로-워크 캡스턴인 한편, 다른 실시예에서, 캡스턴은 케이블 워크를 허용한다. 삽입 손잡이(5620)는 커넥터(5640)를 통해 카메라 코어(5600)에 제거가능하게 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 커넥터(5640)는 브래킷을 포함한다. 다른 실시예에서, 커넥터(5640)는 카메라가 래칭되는 수직 플레이트를 포함한다. 삽입 손잡이(5620)가 카메라 코어(1600)에 제거가능하게 부착되기 때문에, 각각은 세정을 위해 분리될 수 있다.
도 58 및 도 59는 카메라가 삽입 손잡이로부터 분리되도록 허용하는 제2 아키텍처를 도시한다. 본 실시예에서, 오버튜브(overtube)(5780)가 제공되며, 이러한 오버튜브에 삽입 케이블(5730)이 부착되고, 이러한 오버튜브를 통해 카메라(5700)가 절차를 위해 로딩될 수 있다. 도 60은 오버튜브(5780)로부터 탈착되고 분리된 카메라(5700)를 도시하는 한편, 도 61은 오버튜브(5780) 내에 로딩된 카메라(5700)를 도시한다. 카메라(5700)를 오버튜브 내로 로딩하기 위해, 카메라(5700)의 원위 팁(5706) 및 샤프트(5702)가 오버튜브(5780)를 통과한다. 오버튜브(5780)는 캡스턴 형태의 스풀(5770)을 수용하는 손잡이(5720)에 연결된다. 이러한 아키텍처는 원하는 경우 카메라(5700)를 삽입 손잡이(5720)로부터 분리된 상태로 유지하여, 두 구성요소 모두가 용이하게 세정될 수 있게 하는 이점을 갖는다. 또한, 카메라(5700)는 그것이 오버튜브(5780) 내에 끼워맞춰질 것이기 때문에, 사용 시에 낮은 프로파일로 유지된다. 삽입 손잡이(5720)가 카메라 코어(5700)에 제거가능하게 부착되기 때문에, 각각은 세정을 위해 분리될 수 있다.
도 60은 다른 실시예에 따른, 샤프트 병진을 위한 대안적인 아키텍처를 도시한 도면을 예시한다. 본 실시예에서, 기구는 근위 부분(5904) 및 원위 부분(5906)을 갖는 샤프트(5902)를 포함한다. 샤프트(5902)의 삽입은 랙 기어(5912) 및 피니언(5914)에 의해 구동될 수 있으며, 여기에서 피니언(5914)의 회전은 랙 기어(5912) 및 랙 기어(5912)에 결합되는 샤프트(5902)의 병진을 일으킨다. 일부 실시예에서, 랙 기어(5912)는 기구 샤프트(5902) 상에 위치되는 한편, 피니언(5914)은 기구 손잡이의 하우징 내에 위치된다. 모터 드라이버가 샤프트(5902)를 손잡이에 대해 병진시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 사이클로이드 핀 랙 프로파일(cycloid pin rack profile)에 더하여, 스퍼 기어(spur gear)가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 랙 기어(5912) 및 피니언(5914)은 샤프트(5902)의 삽입 또는 병진을 유발하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 랙 기어(5912) 및 피니언(5914)은 위에서 기술된 삽입 메커니즘들 중 임의의 것을 동반하고 보완할 수 있다. 랙 기어(5912) 및 피니언(5914)은 손잡이에 대한 기구 샤프트의 선형 삽입을 제공하기 위해 위에서 기술된 유형의 기구들 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
복강경 절차와 같은 수술 절차를 수행할 때, 외과의사는 흡입법(insufflation)을 사용한다. 이는 환자 내로 삽입된 캐뉼러가 환자의 신체 내측의 양압을 유지시키기 위해 수술 도구 샤프트에 대해 밀봉됨을 의미한다. 공기가 환자의 신체로부터 누출되는 것을 방지하기 위해 시일이 수술 도구 샤프트에 결합될 수 있다. 이들 시일은 흔히, 둥근 단면을 갖는 도구를 수용하도록 설계된다. 샤프트의 외부 표면 상에서 비-원형 형상 및 오목한 특징부를 갖는 도구에 동일한 시일을 적용하는 것이 어려울 수 있는데, 그 이유는 이들 표면에 의해 형성된 통로가 도구 시일에서 공기 압력의 방출을 허용할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구는 공기가 환자로부터 누출될 수 있는 홈(5208)을 갖는 (도 52a에 도시된 바와 같은) 단면을 가질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 환자에서의 공기 누출을 방지하기 위해 다수의 시일을 포함하는 시스템이 제공될 수 있다. 특히, 원형 단면을 갖는 기구에 통상적인, 원형 외부 형상을 갖는 캐뉼러 시일과 함께 작동하는 신규한 시일이 제공될 수 있다. 이러한 신규한 시일은 원형 캐뉼러 시일을 통과하여, 그에 의해 일관된 회전 시일을 제공할 수 있다. 신규한 시일은 유리하게는 임의의 회전 및 선형 운동을 이산화하여(discretize), 시일이 생성되는 2개의 경계를 생성할 것이다. 이산화는 중간 도구 시일 피스를 가짐으로써 달성된다.
도 61은 환자로부터의 공기 누출을 방지하기 위한 다수의 시일을 갖는 기구의 측단면도를 도시한다. 도 62는 다수의 시일을 갖는 기구의 정단면도를 도시한다. 기구(5200)는 캐뉼러(5050) 내로 삽입되고, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 도 39에 도시된 기구와 유사하다. 기구는 손잡이(5220)에 대해 병진가능한 샤프트(5202)를 포함할 수 있다. 샤프트(5202)는 그의 외부 표면을 따라 연장되는 하나 이상의 채널 또는 홈(5208)을 가져서, 그에 의해 공기가 환자로부터 누출되도록 허용할 수 있는 통로를 생성할 수 있다.
공기 누출을 방지하기 위해, 다중-시일 시스템이 유리하게는 기구에 결합된다. 일부 실시예에서, 다중-시일 시스템은 공기 누출의 위험을 감소시키기 위해 함께 작동할 수 있는 제1 시일(5810) 및 제2 시일(5820)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 시일(5810) 및 제2 시일(5820)은 동축이다. 도 60에 도시된 바와 같이, 제2 시일(5820)은 제1 시일(5810)의 내부에 수용될 수 있다. 도 62에 도시된 바와 같이, 제1 시일(5810)은 둥근 외주연부 및 둥근 내주연부를 갖는 단면을 가질 수 있는 한편, 제2 시일(5820)은 둥근 외주연부 및 내부 돌출부, 탭(tab) 또는 너브(nub)(5822)가 있는 내주연부를 갖는 단면을 가질 수 있다. 내부 돌출부가 있는 제2 시일(5820)을 갖는 것의 이점은, 내부 돌출부가 기구 샤프트(5202)의 외측을 따라 연장될 수 있는, 홈(5208)과 같은 공극(void)을 충전하여, 그에 의해 수술 동안 환자로부터의 공기 누출의 위험을 감소시킬 수 있다는 것이다.
다중-시일은 유리하게는 회전 및 선형 운동을 이산화하여, 시일이 생성되는 2개의 경계를 생성한다. 제2 시일(5820)은, 그의 내부 돌출부(5822)와 함께, 기구 샤프트(5202)의 외부 홈을 따라 활주하여, 그에 의해 기구 샤프트 운동을 위한 활주 선형 시일을 생성할 수 있다. 당업자는, 내주연부 주위로 실질적으로 대칭으로 이격되고 둥글게 된 복수의 내부 돌출부와 함께 제2 시일(5820)이 도시되어 있지만, 성형 프로세스가 제2 시일(5820)의 내부를 기구 샤프트(5202)의 외부 표면과 실질적으로 일치시키는 한, 제2 시일(5820)의 내부 부분이 또한 다른 형상을 취할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 기구(5200)의 홈(5208) 내에 수용될 때, 제2 시일(5820)의 내부 너브들(5822) 각각은 회전 시일 지점(5824)을 생성한다. 이들 회전 시일 지점은 기구(5200) 및 제2 시일(5820)이 기구 샤프트(5202)의 회전 시에 함께 회전식으로 로킹되고 회전하도록 허용한다. 본 실시예가 이중 시일을 갖는 다중-시일을 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, 3개, 4개, 또는 그보다 많은 시일이 함께 작동하여 수술 동안 환자로부터의 공기 누출의 위험을 감소시킬 수 있다.
XV. 소프트웨어
일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부 및 대응하는 로봇 아암을 포함하는 시스템의 하나 이상의 양태는 소프트웨어를 통해 제어될 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 모든 작동이 시스템에 의해 로봇식으로 제어되고, 시스템이 테이블 상판에 대한 모든 엔드 이펙터의 위치를 알고 있도록 설계될 수 있다. 이는 기존의 로봇 수술 시스템이 갖지 않는 특유의 이점을 제공할 수 있다. 또한, 이는 하기를 비롯한 유리한 워크플로우를 허용할 수 있다: 아암 및 아암 위치설정 플랫폼이 동기화되어 이동하는 동안 수술 중에 테이블 상판을 조절하는 것(예컨대, 틸트, 트렌델렌부르크, 높이, 휨 등); 로봇 아암을 이동시키는 것은 드레이핑하거나 환자를 싣기 위해 수술 영역(operative field)으로부터 멀어지게 이동할 수 있음; 임상의사가 시스템에 절차의 유형을 알린 후에, 로봇 아암은 포트가 전형적으로 배치되는 곳 부근의 대략적인 위치로 이동할 수 있음(외과의사는 그들이 수술하기를 원하는 방법에 대해 포트 선택 "사전설정(preset)"을 변경 및 설정할 수 있음); 및 엔드 이펙터 상의 카메라와 캐뉼러 상의 비전 타깃(vision target)으로 "라스트 마일(last mile)" 도킹을 수행하는 것(엔드 이펙터 주위의 다른 비-광학 센서가 유사한 기능성을 제공할 수 있음).
또한, 로봇 아암 조인트의 일부 구체화(incarnation)는 모터 및 변속기를 역-구동시키기 위해 아암에 큰 힘을 인가할 것을 요구할 수 있다. 이는 로봇이, 임상의사가 그것을 밀고 그에 따라 이동시키려고 노력하고 있는 위치를 알게 하여(어드미턴스 제어(admittance control)) 출력부에서 느껴지는 역-구동력을 낮추도록 허용하는, 아암 조인트 내의 토크 센서 또는 엔드 이펙터에 있는 힘 센서 또는 조이스틱에 의해 감소될 수 있다. 그러한 역-구동 조절은 일부 실시예에서 소프트웨어로 달성될 수 있다.
XVI. 추가의 고려사항
본 개시를 읽을 때, 당업자는 본 명세서의 개시된 원리를 통해 추가의 대안적인 구조적 및 기능적 설계를 여전히 인식할 것이다. 따라서, 특정 실시예 및 응용이 예시되고 기술되었지만, 개시된 실시예는 본 명세서에 개시된 정확한 구성 및 구성요소로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 당업자에게 명백할 다양한 수정, 변경 및 변형이 첨부된 청구범위에 한정된 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 배열, 작동 및 상세 사항에서 이루어질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 임의의 언급은 그 실시예와 관련하여 기술된 특정 요소, 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 곳에서의 어구 "하나의 실시예에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
일부 실시예는 표현 "결합된" 및 "연결된"을 그들의 파생어와 함께 사용하여 기술될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 2개 이상의 요소가 직접 물리적 또는 전기적 접촉 상태에 있는 것을 나타내기 위해 용어 "결합된"을 사용하여 기술될 수 있다. 그러나, 용어 "결합된"은 2개 이상의 요소가 서로 직접 접촉하지 않으면서도, 여전히 서로 협력하거나 상호작용한다는 것을 또한 의미할 수 있다. 실시예는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 이러한 맥락에서 제한되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "구비하다", "구비하는", "갖다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비-배타적 포함을 포괄하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 요소의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 고유하거나 명시적으로 열거되지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, "또는"은 배타적 '또는'이 아니라 포괄적 '또는'을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A가 참(또는 존재함)이고 B가 거짓(또는 존재하지 않음)임, A가 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B가 참(또는 존재함)임, 및 A 및 B 둘 모두가 참(또는 존재함)임.
또한, 단수형("a" 또는 "an")의 사용은 본 명세서의 실시예의 요소 및 구성요소를 기술하기 위해 채용된다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 전반적인 의미를 제공하기 위해 이루어진다. 이러한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 단수형은 또한 그것이 달리 의미하는 것이 명백하지 않는 한 복수형을 포함한다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    테이블(table);
    상기 테이블 아래의 테이블 지지부(table support);
    상기 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부(arm support);
    상기 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암(robotic arm)으로서, 상기 제1 로봇 아암은 근위 부분과 원위 부분 및 상기 근위 부분과 상기 원위 부분 사이의 적어도 4개의 동력식 조인트(powered joint)들을 포함하고, 상기 조인트들 각각은 다른 조인트들과는 독립적으로 작동될 수 있고, 상기 제1 로봇 아암은 수술 기구를 구동시키도록 구성되는 기구 구동 메커니즘(instrument drive mechanism)을 포함하는, 상기 제1 로봇 아암;
    삽입 축을 따른 상기 기구의 삽입을 제공하기 위해 상기 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘(insertion mechanism); 및
    상기 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 상기 제2 로봇 아암에 대해 병진가능한(translatable), 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 삽입 메커니즘은 상기 제1 로봇 아암과는 독립적으로 상기 기구 자체 내에 내장되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 삽입 메커니즘은 상기 제1 로봇 아암 내에 내장되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 삽입 메커니즘은 상기 기구 구동 메커니즘을 삽입 본체 하우징(insertion body housing)에 대해 병진시켜 상기 기구를 상기 삽입 축을 따라 병진시키도록 구성되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도(degree of freedom)들을 가질 수 있고, 상기 자유도들 중 적어도 하나는 여분(redundant)인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 상기 테이블 아래에 적재될(stowed) 수 있는, 시스템.
  8. 시스템으로서,
    테이블;
    상기 테이블 아래의 테이블 지지부;
    상기 테이블 또는 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부;
    상기 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암으로서, 상기 제1 로봇 아암은 근위 링크(proximal link)와 원위 링크(distal link) 및 상기 원위 링크의 원위 단부에 결합되는 적어도 3개의 조인트들을 포함하고, 상기 조인트들 각각은 다른 조인트들과는 독립적으로 작동될 수 있고, 상기 제1 로봇 아암은 수술 기구를 구동시키도록 구성되는 기구 구동 메커니즘을 포함하는, 상기 제1 로봇 아암; 및
    삽입 축을 따른 상기 기구의 삽입을 제공하기 위해 상기 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘을 포함하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조인트들 중 적어도 2개는 회전 조인트들인, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 조인트들 중 적어도 하나는 삽입 축을 포함하는, 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 조인트들 중 적어도 하나는 상기 기구를 기구 축을 중심으로 롤링시키는(roll), 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기구를 상기 기구 축을 중심으로 롤링시키는 상기 적어도 하나의 조인트는 상기 제1 로봇 아암의 일부 또는 상기 기구 자체의 일부인, 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암을 추가로 포함하는, 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 제2 로봇 아암에 대해 병진가능한, 시스템.
  15. 제8항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도들을 가질 수 있고, 상기 자유도들 중 적어도 하나는 여분인, 시스템.
  16. 시스템으로서,
    테이블;
    상기 테이블을 지지하기 위한 테이블 지지부;
    상기 테이블 또는 상기 테이블 지지부 중 적어도 하나에 결합되는 아암 지지부;
    상기 아암 지지부에 결합되는 제1 로봇 아암으로서, 상기 제1 로봇 아암은 상기 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있고, 상기 제1 로봇 아암은,
    근위 부분과 원위 부분으로서, 상기 근위 부분은 상기 아암 지지부에 결합되는 기부(base)를 포함하고 상기 원위 부분은 복수의 모터(motor)들을 포함하는 기구 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 기구 구동 메커니즘은 부착된 수술 기구를 구동시키도록 구성되는, 상기 근위 부분과 상기 원위 부분; 및
    상기 근위 부분과 상기 원위 부분 사이에 있어, 다수의 자유도들로의 상기 기구의 이동을 수용하는 복수의 동력식 조인트들로서, 상기 조인트들 각각은 다른 조인트들과는 독립적으로 작동될 수 있는, 상기 복수의 동력식 조인트들을 포함하는, 상기 제1 로봇 아암;
    삽입 축을 따른 상기 기구의 삽입을 제공하기 위해 상기 제1 로봇 아암과 연관되는 삽입 메커니즘; 및
    상기 아암 지지부에 결합되는 제2 로봇 아암으로서, 상기 테이블 아래에 적재되고 상승될 수 있는, 상기 제2 로봇 아암을 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 삽입 메커니즘은 상기 제1 로봇 아암과는 독립적으로 상기 기구 자체 내에 내장되는, 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 적어도 7 자유도들을 가질 수 있고, 상기 자유도들 중 적어도 하나는 여분인, 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 근위 링크와 원위 링크를 포함하고, 적어도 3개의 조인트들이 상기 원위 링크의 원위 단부에 결합되고, 상기 원위 링크의 상기 원위 단부에 결합되는 상기 조인트들 중 적어도 2개는 회전 조인트들인, 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 수술 기구는 내시경 기구를 포함하는, 시스템.
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