KR20200145398A - 수술용 마스터 장치 및 이를 포함하는 수술 시스템 - Google Patents

Abstract

일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치의 수술 도구를 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 장치는, 외부 물체에 고정되는 마스터 베이스부; 상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드; 상기 암 지지 로드의 상측에 설치되고 상부 암과, 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암; 상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며, 사용자가 파지할 수 있는 그리퍼; 및 상기 그리퍼가 파지되어 움직일 경우 상기 상부 암 및 하부 암 각각이 이동된 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 제어부를 포함할 수 있다.

Description

수술용 마스터 장치 및 이를 포함하는 수술 시스템{MASTER DEVICE FOR SURGERY AND SURGERY SYSTEM COMPRISING THEREOF}

이하의 설명은 수술용 마스터 장치 및 이를 포함하는 수술 시스템에 관한 것이다.

수술이란 피부, 점, 기타의 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 일을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형 또는 제거하는 개복 수술은 출혈, 부작용, 환자의 고통 및/또는 흉터 등의 문제로 인하여, 최근에는 로봇을 이용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치와, 마스터 장치로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치로 구성되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치할 수 있다. 한편, 마스터 장치 및 슬레이브 장치는 서로 멀리 이격되어 배치될 수도 있다. 의사는 마스터 장치를 통해 멀리 이격되어 있는 장소에 배치된 슬레이브 장치를 구동할 수 있다. 또한, 하나의 마스터 장치는 복수 개의 슬레이브 장치 중 어느 하나의 슬레이브 장치에 선택적으로 연동될 수 있다.

의사는 마스터 장치를 통해 슬레이브 장치를 조작하여 수술 작업을 수행할 수 있다. 하지만 장기간의 시간이 소요되거나 정교하고 세밀한 작업이 필요한 수술의 경우, 마스터 장치를 이용하더라도 의사의 손목 및 팔 관절에 피로가 누적되어 정교한 작업을 수행하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서, 다양한 동작 신호를 생성할 수 있는 동시에, 조작에 따른 사용자의 피로를 경감할 수 있는 마스터 장치가 요구되는 실정이다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

일 실시 예의 목적은 수술용 마스터 장치 및 이를 포함하는 수술 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따르면, 슬레이브 장치의 수술 도구를 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 장치는, 외부 물체에 고정되는 마스터 베이스부; 상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드; 상기 암 지지 로드의 상측에 설치되고 상부 암과, 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암; 상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며, 사용자가 파지할 수 있는 그리퍼; 및 상기 그리퍼가 파지되어 움직일 경우 상기 상부 암 및 하부 암 각각이 이동된 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 제어부를 포함할 수 있다.

상기 상부 암 및 하부 암은 각각, 상기 암 지지 로드에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부; 및 상기 회전 결합부에 회전 가능하게 연결되며, 동일한 평면 내에서 굴곡 또는 신전 가능한 2절 링크로 구성되는 회동 링크를 포함할 수 있다.

상기 상부 암 및 하부 암 각각의 회동 링크는, 상기 회전 결합부에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크; 상기 제 1 암 링크에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크; 및 상기 제 2 암 링크의 단부에 상기 제 2 암 링크의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되고 상기 그리퍼에 연결되는 그리퍼 조인트를 포함할 수 있다.

상기 마스터 제어부는, 상기 하부 암의 회전 결합부가 상기 암 지지 로드에 대해 회전하는 각도 변위와, 상기 하부 암의 제 1 암 링크가 상기 회전 결합부에 대해 회전하는 각도 변위와, 상기 하부 암의 제 2 암 링크가 상기 제 1 암 링크에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 하부 암이 상기 그리퍼에 연결되는 그리퍼 위치를 계산할 수 있고, 상기 그리퍼 위치에 기초하여 상기 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성할 수 있다.

상기 상부 암 및 하부 암은 각각, 상기 회전 결합부에 대한 상기 제 1 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 1 회전 구동부; 및 상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 2 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 암 지지 로드는, 상기 암 지지 로드에 대한 상기 상부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 상부 회전 구동부; 및 상기 암 지지 로드에 대한 상기 하부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 하부 회전 구동부를 포함할 수 있다.

상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 1 회전 구동부는, 상기 제 1 암 링크에 연결되어 회전하는 제 1 회전자; 상기 제 1 회전자에 연결되어 상기 제 1 암 링크의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 마찰 부재; 및 상기 제 1 마찰 부재에 연결되어 저항력을 형성하고, 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 1 회전 고정부를 포함하고, 상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 2 회전 구동부는, 상기 제 2 암 링크에 연결되어 회전하는 제 2 회전자; 상기 제 2 회전자에 연결되어 상기 제 2 암 링크의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 마찰 부재; 및 상기 제 2 마찰 부재에 연결되어 저항력을 형성하고, 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 2 회전 고정부를 포함할 수 있다.

상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 1 회전자 및 제 2 회전자는 상기 제 1 암 링크의 회동축과 동일한 회전축을 갖고, 상기 상부 암 및 하부 암 각각의 상기 제 2 회전 구동부는, 상기 제 2 암 링크 및 제 2 회전자 사이에 연결되어, 상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전력을 상기 제 2 회전자에 전달하는 회전 전달 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 마스터 베이스부는, 외부에 고정되는 고정 베이스; 및 상기 고정 베이스 및 상기 암 지지 로드를 상호 연결하고, 상기 고정 베이스에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스를 포함하고, 상기 암 지지 로드는, 상기 고정 베이스에 대하여 2자유도 회전 가능할 수 있다.

상기 마스터 제어부는, 상기 암 지지 로드가 상기 회전 베이스에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 제 1 방향 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성하고, 상기 회전 베이스가 상기 고정 베이스에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 제 2 방향 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성할 수 있다.

상기 암 지지 로드는, 상기 회전 베이스에 대한 상기 암 지지 로드의 회전 운동의 저항력을 형성하는 수직 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 회전 베이스는, 상기 고정 베이스에 대한 상기 회전 베이스의 회전 운동의 저항력을 형성하는 수평 회전 구동부 포함할 수 있다.

상기 마스터 장치는, 상기 마스터 장치를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할지 여부를 선택하는 모드 입력 신호를 상기 마스터 제어부에 전달하는 모드 입력부를 더 포함하고, 상기 마스터 제어부는, 상기 제 1 모드일 경우, 상기 수직 회전 구동부 및 상기 수평 회전 구동부를 구동하여 상기 암 지지 로드 및 상기 회전 베이스의 회전을 방지한 상태로, 상기 그리퍼가 3자유도 이동 및 3자유도 회전 가능하게 하고, 상기 제 2 모드일 경우, (i) 상기 상부 회전 구동부 및 상기 하부 회전 구동부와, (ii) 상기 상부 암 및 상기 하부 암 각각의 상기 제 1 회전 구동부 및 상기 제 2 회전 구동부를 구동하여, 상기 상부 암 및 상기 하부 암의 자세를 고정시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 마스터 장치를 이용하여 원격에 배치된 수술 도구를 직관적으로 조작할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 수술 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 조작부의 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 조작부의 분해 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 상부 암의 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 하부 암의 사시도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 움직임에 따라 마스터 암의 변화된 자세를 나타내는 사시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 그리퍼의 사시도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 단면도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 스위치부가 눌려진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수직 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수평 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 18은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이다.
도 19 및 도 20은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 수술 시스템의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 수술 시스템(100)은, 사용자(U)의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치(1)와, 마스터 장치(1)로부터 신호를 받아 직접 환자(P)에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치(2)와, 환자(P)의 수술 부위 및 슬레이브 장치(2)의 동작을 촬영하는 현미경 모듈(3)과, 현미경 모듈(3)로부터 촬영된 영상을 사용자(U)에게 표시하는 디스플레이(8)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)는 외부 물체에 고정될 수 있다. 예를 들어, 마스터 장치(1)는 도 1과 같이, 테이블과 같은 평면의 작업 공간을 갖는 외부 물체(7) 상에 고정될 수 있고, 디스플레이(8) 또한 외부 물체(7) 상에 배치되어 사용자(U)로 하여금 원격으로 환자(P)의 수술 부위를 관찰하는 동시에 슬레이브 장치(2)를 용이하게 조작할 수 있도록 한다.

도 2는 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 블록도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 조작부의 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 조작부의 분해 사시도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 상부 암의 사시도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 하부 암의 사시도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 움직임에 따라 마스터 암의 변화된 자세를 나타내는 사시도이다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)는 사용자가 직접 파지하여 원격의 슬레이브 장치(2) 또는 현미경 모듈(3)을 조작할 수 있는 조작부(12)와, 사용자(U)의 팔을 지지하고 수술 과정에서 팔의 동작을 가이드하는 암 레스트 장치(11)와, 조작부(12) 및 암 레스트 장치(11)의 동작을 제어하고 조작부(12)의 동작에 기초하여 슬레이브 장치(2) 또는 현미경 모듈(3)을 조작하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 제어부(14)를 포함할 수 있다.

암 레스트 장치(11)에 대한 구체적인 설명은 도 14 내지 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.

일 실시 예에 따른 조작부(12)는, 외부 물체(7)에 고정된 상태로 사용자(U)에 의해 파지되어 구동될 수 있다.

일 실시 예에 따른 조작부(12)는 외부 물체(7)에 고정되는 마스터 베이스부(123)와, 마스터 베이스부(123)로부터 연결되는 암 지지 로드(124)와, 암 지지 로드(124)에 설치되는 마스터 암(121)과, 마스터 암(121)에 의해 회전 가능하게 연결되고 사용자가 파지할 수 있는 그리퍼(122)와, 마스터 장치(1)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할지 여부를 선택하는 모드 입력 신호를 마스터 제어부(14)에 전달하는 모드 입력부(128)를 포함할 수 있다.

마스터 베이스부(123)는, 외부 물체(7)에 고정되는 고정 베이스(1231)와, 고정 베이스(1231)와 암 지지 로드(124)를 상호 연결하고 고정 베이스(1231)에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스(1232)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 회전 베이스(1232)는 고정 베이스(1231)에 대해서 지면과 수직한 축을 기준으로 1 자유도 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 암 지지 로드(124)는 회전 베이스(1232)에 대해서 지면과 평행한 축(회전 베이스(1232)의 회전축에 수직한 축)을 기준으로 1 자유도 회전 가능하게 설치될 수 있다.

위의 구조에 의하면, 암 지지 로드(124)는 고정 베이스(1231)에 대하여 2 자유도 회전 가능하게 움직일 수 있다.

예를 들어 회전 베이스(1232)는, 고정 베이스(1231)에 대한 회전을 조절 및 감지하기 위한 수평 회전 조절부(12322, 도 12 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 마스터 암(121)의 무게로 인한 회전 모멘트를 보상하기 위한 모멘트 보상부(12321, 도 12 참조)를 포함할 수 있다.

수평 회전 조절부(12322)는, 고정 베이스(1231) 및 회전 베이스(1232) 사이에 마찰력을 형성하여 회전 베이스(1232)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 수평 회전 구동부(123221, 도 3 참조)와, 고정 베이스(1231) 및 회전 베이스(1232) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 수평 회전 인코더(123222, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.

모멘트 보상부(12321)는, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이에 설치되는 탄성체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모멘트 보상부(12321)는, 회전 베이스(1232)에 암 지지 로드(124)가 연결되는 회전축에 설치되는 판 스프링 또는 토션 스프링일 수 있다.

암 지지 로드(124)는, 회전 베이스(1232)에 대한 암 지지 로드(124)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 수직 회전 조절부(1241, 도 8 참조)와, 암 지지 로드(124)에 대한 상부 암(1211, 도 5 참조)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)와, 암 지지 로드(124)에 대한 하부 암(1212)의 회전을 조절 및 감지하기 위한 하부 회전 조절부(1244)를 포함할 수 있다.

수직 회전 조절부(1241, 도 8 참조)는, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이에 마찰력을 형성하여 암 지지 로드(124)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 수직 회전 구동부(12411, 도 3 참조)와, 회전 베이스(1232) 및 암 지지 로드(124) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 수직 회전 인코더(12412, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.

상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)는, 암 지지 로드(124)의 측부에 형성될 수 있다.

상부 회전 조절부(1243)는, 암 지지 로드(124) 및 상부 암(1211) 사이에 마찰력을 형성하여 상부 암(1211)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 상부 회전 구동부(12431, 도 3 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 상부 암(1211) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 상부 회전 인코더(12432, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상부 회전 조절부(1243)는 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 상부 회전 조절부(1243)를 좌측 상부 회전 조절부(1143)로, 나머지 상부 회전 조절부(1243)를 우측 상부 회전 조절부(1143')로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 상부 회전 조절부(1243)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀 둔다.

하부 회전 조절부(1244, 도 5 참조)는, 암 지지 로드(124)의 측부에 설치되되, 상부 회전 조절부(1243)보다 하측에 위치될 수 있다.

하부 회전 조절부(1244)는, 암 지지 로드(124) 및 하부 암(1212) 사이에 마찰력을 형성하여 하부 암(1212)의 회전 운동의 저항력을 형성할 수 있는 하부 회전 구동부(12441, 도 3 참조)와, 암 지지 로드(124) 및 하부 암(1212) 사이의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 하부 회전 인코더(12442, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 하부 회전 조절부(1244)는 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 하부 회전 조절부(1244)를 좌측 하부 회전 조절부(1244)로, 나머지 하부 회전 조절부(1244)를 우측 하부 회전 조절부(1244')로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 하부 회전 조절부(1244)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

예를 들어, 암 지지 로드(124)는 수직 회전 조절부(1241)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 연장 로드(1242, 도 8 참조)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 연장 로드(1242)는 사용자(U)가 위치하는 반대 방향으로 돌출될 수 있다.

마스터 암(121)은, 암 지지 로드(124)의 상측에 설치되는 상부 암(1211)과, 암 지지 로드(124)의 하측에 설치되고 하부 암(1212)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상부 암(1211)은 상부 회전 조절부(1243)에 설치될 수 있고, 하부 암(1212)은 하부 회전 조절부(1244)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 단부는 하나의 그리퍼(122)의 이격된 2 지점에 연결될 수 있다.

예를 들어, 마스터 암(121)은 도 4 및 도 5와 같이 암 지지 로드(124)의 양 측부 각각에서 대칭되는 2 개의 구성으로 설치될 수 있다. 설명 및 이해의 편의상 하나의 마스터 암(121)을 좌측 마스터 암(121)으로, 나머지 마스터 암(121)을 우측 마스터 암(121)로 칭할 것이지만, 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 마스터 암(121)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

상부 암(1211)은, 도 6에 도시된 것처럼, 암 지지 로드(124)에 대해 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부(12111)와, 회전 결합부(12111)에 회전 가능하게 연결되며 동일한 평면 내에서 회전 가능한 2절 링크로 형성되는 회동 링크(12112)와, 회전 결합부(12111)에 대한 회동 링크(12112)의 회전 운동을 조절 및 감지하기 위한 암 회전 조절부(12113, 12114)와, 암 지지 로드(124)에 대해서 상부 암(1211)이 자중에 의해 형성되는 회전 모멘트를 보상하기 위한 회전 보상부(12115)를 포함할 수 있다.

회전 결합부(12111)는, 암 지지 로드(124)의 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)의 회전축은 암 지지 로드(124)의 회전축과 동일할 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)는, 암 지지 로드(124)에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12111)는 상부 회전 조절부(1243)에 회전 가능하게 연결되는 결합 축(121111)을 포함할 수 있다.

회동 링크(12112)는, 회전 결합부(12111)에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크(121121)와, 제 1 암 링크(121121)에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크(121122)와, 제 2 암 링크(121122)의 단부에서 제 2 암 링크(121122)의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 그리퍼 조인트(121123)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제 1 암 링크(121121) 및 제 2 암 링크(121122)는 동일한 평면 내에서 회동하는 2 절 링크 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 링크(121121) 및 제 2 암 링크(121122) 각각의 회전축은 회전 결합부(12111)의 회전축과 직교할 수 있다.

예를 들어, 제 2 암 링크(121122)는 후술할 회전 전달 부재(121145)에 연결되는 제 1 회전 풀리(1211221)를 포함할 수 있다.

그리퍼 조인트(121123)의 일측은 제 2 암 링크(121122)의 단부에 연결되고, 타측은 그리퍼(122)에 연결될 수 있다.

예를 들어, 그리퍼 조인트(121123)에 의하면, 그리퍼(122)는 제 2 암 링크(121122)에 대하여 2 자유도 회전 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 그리퍼 조인트(121123)는 유니버셜 조인트 방식으로 그리퍼(122) 및 제 2 암 링크(121122)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211)의 그리퍼 조인트(121123)는 그리퍼(122)의 상부 조인트(1227, 도 8 참조)에 연결될 수 있다.

암 회전 조절부(12113, 12114)는 회전 결합부(12111)에 대한 제 1 암 링크(121121)의 회전 운동을 조절 및 감지할 수 있는 제 1 회전 구동부(12113)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 2 암 링크(121122)의 회전 운동을 조절 및 감지할 수 있는 제 2 회전 구동부(12114)를 포함할 수 있다.

제 1 회전 구동부(12113)는, 제 1 암 링크(121121)에 연결되어 회전하는 제 1 회전자(121133)와, 제 1 회전자(121133)에 연결되어 제 1 암 링크(121121)의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 마찰 부재(121132)와, 제 1 마찰 부재(121132)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 1 회전 고정부(121131)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 1 암 링크(121121)의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 제 1 암 인코더(121134)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제 1 회전자(121133)는 제 1 암 링크(121121)의 회전축을 공유하는 원형 또는 호(arc)형의 부재일 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 인코더(121134)는 회전 결합부(12111)에 고정되어 제 1 회전자(121133)가 상대적으로 회전되는 각도 변위를 계측할 수 있다.

제 2 회전 구동부(12114)는, 제 2 암 링크(121122)에 연결되어 회전하는 제 2 회전자(121143)와, 제 2 암 링크(121122) 및 제 2 회전자(121143) 사이에 연결되어 제 1 암 링크(121121)에 대한 상기 제 2 암 링크(121122)의 회전력을 제 2 회전자(121143)에 전달하는 회전 전달 부재(121145)와, 제 2 회전자(121143)에 연결되어 제 2 암 링크(121122)의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 마찰 부재(121142)와, 제 2 마찰 부재(121142)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 2 회전 고정부(121141)와, 회전 결합부(12111)에 대한 제 2 암(121122)의 회전 각도 변위 또는 제 1 암(121121)에 대한 제 2 암 링크(121122)의 회전 각도 변위를 계측할 수 있는 제 2 암 인코더(121144)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제 2 회전자(121143)는 제 1 회전자(121133)의 동일한 회전축을 갖는 원형 또는 호(arc)형의 부재일 수 있다. 예를 들어, 제 2 회전자(121143)는 회전 전달 부재(121145)에 연결되는 제 2 회전 풀리(1211431)를 포함할 수 있다.

회전 전달 부재(121145)는, 제 2 회전자(121143) 및 제 2 암 링크(121122) 사이의 회전 운동을 전달할 수 있다. 예를 들어, 회전 전달 부재(121145)는 제 2 암 링크(121122)의 제 1 회전 풀리(1211221) 및 제 2 회전자(121143)의 제 2 회전 풀리(1211431) 사이에 감겨진 타이밍 벨트일 수 있다.

예를 들어, 제 2 암 인코더(121144)는 회전 결합부(12111)에 고정되어 제 2 회전자(121143)가 상대적으로 회전되는 각도 변위를 계측할 수 있다.

회전 보상부(12115)는, 회전 결합부(12121)를 중심으로 회동 링크(12122)의 반대 방향에 위치하는 질량체로써, 결합 축(121211)을 기준으로 한 회전 모멘트를 보상함으로써, 사용자(U)의 조작을 용이하게 할 수 있다.

상부 암(1211)에 의하면, 그리퍼 조인트(121123)에 연결된 그리퍼(122)의 부분은 사용자(U)에게 파지된 상태로 3 자유도 이동이 가능할 수 있다.

예를 들어, 마스터 암(121)의 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 서로 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 서로 대칭되는 구조를 가질 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 상부 암(1211)에 대한 설명은 하부 암(1212)에도 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

하부 암(1212)은, 도 7에 도시된 것처럼, 암 지지 로드(124)에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부(12121)와, 회전 결합부(12121)에 회전 가능하게 연결되며 동일한 평면 내에서 회전 가능한 2절 링크로 형성되는 회동 링크(12122)와, 회전 결합부(12121)에 대한 회동 링크(12122)의 회전 운동을 조절 및 감지하기 위한 암 회전 조절부(12123, 12124)와, 암 지지 로드(124)에 대해서 하부 암(1212)이 자중에 의해 형성되는 회전 모멘트를 보상하기 위한 회전 보상부(12125)를 포함할 수 있다.

하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)는, 암 지지 로드(124)의 하부 회전 조절부(1244)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)의 회전축은 상부 암(1211)의 회전 결합부(12111)의 회전축과 평행할 수 있다. 예를 들어, 회전 결합부(12121)는 하부 회전 조절부(1244)에 회전 가능하게 연결되는 결합 축(121211)을 포함할 수 있다.

회동 링크(12122)는, 제 1 암 링크(121221), 제 2 암 링크(121222) 및 그리퍼 조인트(121223)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 암 링크(121222)는 회전 전달 부재(121245)에 연결되는 제 1 회전 풀리(1212221)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 암(1212)의 그리퍼 조인트(121223)는 그리퍼(122)의 하부 조인트(1228)에 연결될 수 있다.

암 회전 조절부(12123, 12124)는, 제 1 회전 구동부(12123) 및 제 2 회전 구동부(12124)를 포함할 수 있다. 제 1 회전 구동부(12123)는, 제 1 회전자(121233), 제 1 마찰 부재(121232), 제 1 회전 고정부(121231) 및 제 1 암 인코더(121234)를 포함할 수 있다. 제 2 회전 구동부(12124)는, 제 2 회전자(121243), 회전 전달 부재(121245), 제 2 마찰 부재(121242), 제 2 회전 고정부(121241) 및 제 2 암 인코더(121244)를 포함할 수 있다. 제 2 회전자(121243)는 회전 전달 부재(121245)에 연결되는 제 2 회전 풀리(1212431)를 포함할 수 있다.

한편, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)은 각각 암 지지 로드(124)에 대하여 각각 서로 다른 각도로 회전될 수 있다. 구체적으로, 상부 암(1211)의 회전 결합부(12111) 및 하부 암(1212)의 회전 결합부(12121)결합 축(이상의 구조에 의하면, 상부 암(1211)의 그리퍼 조인트(121123) 및 하부 암(1212)의 그리퍼 조인트(121223)에 각각 연결된 그리퍼(122)는, 사용자(U)에 의해 파지된 상태로 6자유도 움직임을 가질 수 있다. 다시 말하면, 사용자(U)는 그리퍼(122)를 3 자유도 이동 및 3 자유도 회전시킬 수 있다.

도 9는 일 실시 예에 따른 그리퍼의 사시도이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 단면도이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 그리퍼의 스위치부가 눌려진 상태를 나타내는 단면도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 그리퍼(122)는 사용자(U)에 의해 파지될 수 있고, 슬레이브 장치(2)를 조작할 수 있는 입력 신호를 생성할 수 있다.

마스터 제어부(14, 도 3 참조)는, 그리퍼(122)의 움직임을 감지하여, 환자(P)의 환부에 직접적으로 접촉되는 슬레이브 장치(2)의 수술 단부의 위치를 이동시키기 위한 입력 신호를 형성할 수 있다. 일 예로, 마스터 제어부(14)는, 그리퍼(122) 단부의 위치(x, y, z 좌표값)를 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)에 연결된 수술 도구의 단부를 그에 대응하는 위치로 이동하게 하는 입력 신호를 생성할 수 있다. 다른 예로, 마스터 제어부(14)는, 그리퍼(122)의 회전 또는 자세의 변화를 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)에 연결된 수술 도구의 회전 또는 자세를 제어하는 입력 신호를 생성할 수 있다.

그리퍼(122)는 2 개로 구성되어 암 지지 로드(124)의 양측에 각각 설치된 2 개의 마스터 암(121)의 단부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 좌측 마스터 암(121)에 연결되는 그리퍼(122)를 좌측 그리퍼(122)라 하고, 우측 마스터 암(121')에 연결되는 그리퍼(122)를 우측 그리퍼(122')라 할 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 하나의 그리퍼(122)에 해당하는 설명은 양 구성 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

예를 들어, 그리퍼(122)는, 사용자(U)로부터 파지되는 핸들(1221)과, 핸들(1221)로부터 길이 방향으로 연장되는 고정 샤프트(1222)와, 고정 샤프트(1222)에 고정되는 측정 하우징(1224)과, 핸들(1221)로부터 측정 하우징(1224) 내부를 향해 연결되어 사용자(U)로부터 가압될 경우 적어도 일부가 측정 하우징(1224) 내부에서 슬라이딩 되는 파지 스위치부(1223)와, 고정 샤프트(1222)와 측정 하우징(1224)을 연결하는 고정 연결부(1225)와, 측정 하우징(1224)으로부터 길이 방향으로 연장되는 연결 샤프트(1226)와, 연결 샤프트(1226)에 회전 가능하게 설치되어 상부 암(1211)의 단부에 연결되는 상부 조인트(1227)와, 연결 샤프트(1226)에 회전 가능하게 설치되어 하부 암(1212)의 단부에 연결되는 하부 조인트(1228)와, 하부 조인트(1228)에 고정되어 연결 샤프트(1226)가 하부 조인트(1228)에 대해 회전하는 각도 변위를 계측하는 그리퍼 회전 인코더(1229)를 포함할 수 있다.

고정 샤프트(1222)는 도 10을 기준으로 그리퍼(122)의 길이 방향을 따라서 핸들(1221)로부터 하측으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 고정 샤프트(1222)의 하측 일부는 측정 하우징(1224)의 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 고정 샤프트(1222) 및 측정 하우징(1224)은 고정 연결부(1225)에 연결되어 상호 고정될 수 있다.

예를 들어, 고정 샤프트(1222)는 핸들(1221) 및 측정 하우징(1224) 사이의 부분에서, 방사상 외측으로 돌출 형성되는 파지 제한부(12221)를 포함할 수 있다.

파지 스위치부(1223)는 둘레가 파지될 경우 길이 방향으로 신장되어 파지 스위치부(1223)의 적어도 일부가 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)에서 이동될 수 있다. 파지 스위치부(1223)는, 절곡 입력부(12231) 및 입력 슬라이더(12232)를 포함할 수 있다.

절곡 입력부(12231)는, 탄성 복원력을 가짐으로써 사용자(U)가 가압할 때 핸들(1221)로부터 입력 슬라이더(12232)를 밀어내고, 사용자(U)가 가압하지 않을 때, 핸들(1221) 쪽으로 입력 슬라이더(12232)를 당길 수 있다. 예를 들어, 절곡 입력부(12231)는, 고정 샤프트(1222)의 둘레를 감싸도록 설치되고, 고정 샤프트(1222)의 둘레의 외측을 향하여 절곡된 형상을 가질 수 있다. 절곡 입력부(12231)는, 고정 샤프트(1222)의 둘레를 따라서 방사상으로 일정한 각도로 이격 배열되는 복수개의 갈퀴(rake) 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 절곡 입력부(12231)는 핸들(1221)부로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 고정 샤프트(1222)의 중심축으로부터 방사상으로 멀어지는 형상을 갖는 제 1 절곡부(122311)와, 제 1 절곡부(122311)로부터 입력 슬라이더(12232)로 갈수록 고정 샤프트(1222)의 중심축을 향하여 가까워지는 형상을 갖는 제 2 절곡부(122312)를 포함할 수 있다.

입력 슬라이더(12232)는 절곡 입력부(12231)의 하측, 다시 말하면 제 2 절곡부(122312)의 하측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 입력 슬라이더(12232)의 일부는 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)에 삽입된 상태로 길이 방향을 따라서 슬라이딩 될 수 있다. 입력 슬라이더(12232)는 측정 하우징(1224)의 내벽에 접촉되어 길이 방향의 슬라이딩 운동을 가이드 할 수 있는 제 1 슬라이딩 지지부(122321)를 포함할 수 있다.

절곡 입력부(12231)의 구조에 의하면, 사용자(U)에 의해 절곡 입력부(12231)가 가압될 경우, 절곡 입력부(12231)의 부분 중 고정 샤프트(1222)의 중심축으로부터 방사상으로 이격되도록 벌어진 부분이 고정 샤프트(1222)의 중심축을 향해 가압될 수 있고, 이에 따라 절곡 입력부(12231)의 제 1 절곡부(122311)와 제 2 절곡부(122312)는 상호간의 연결 부분이 신전됨에 따라 제 2 절곡부(122312)에 연결되는 입력 슬라이더(12232)가 측정 하우징(1224)에 대해 하측 방향으로 슬라이딩될 수 있다.

파지 제한부(12221)는 절곡 입력부(12231)가 파지될 경우, 파지 제한부(12221)가 고정 샤프트(1222)를 향해 수축되는 변위를 제한할 수 있다. 이상의 구조에 의하면, 파지 제한부(12221)는 입력 슬라이더(12232)가 하측으로 슬라이딩되는 변위를 제한할 수 있다.

측정 하우징(1224)은 입력 슬라이더(12232)를 수용하는 내부 공간(12241)과, 내부 공간(12241)에 설치되어 입력 슬라이더(12232)의 슬라이딩 이동 변위를 계측할 수 있는 변위 감지 센서(12242)와, 측정 하우징(1224)의 내부 공간(12241)의 내벽으로부터 입력 슬라이더(12232)의 외면에 접촉하도록 설치되어 입력 슬라이더(12232)의 슬라이딩 운동을 가이드할 수 있는 제 2 슬라이딩 지지부(12243)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 슬라이딩 지지부(122321) 및 제 2 슬라이딩 지지부(12243)는 볼 플런저일 수 있다.

이상의 구조에 의하면, 절곡 입력부(12231)가 파지되어 입력 슬라이더(12232)가 측정 하우징(1224) 내부에서 하측으로 슬라이딩할 경우, 변위 감지 센서(12242)는 입력 슬라이더(12232)가 슬라이딩된 변위를 계측할 수 있다.

연결 샤프트(1226)는 측정 하우징(1224)의 하측으로 길이 방향을 따라서 연장할 수 있다.

상부 조인트(1227)는 상부 암(1211)의 그리퍼 조인트(121123)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 조인트(1227) 및 상부 암(1211)의 그리퍼 조인트(121123)는 2 자유도 회전이 가능한 유니버셜 조인트 방식으로 연결될 수 있다.

하부 조인트(1228)는 연결 샤프트(1226)의 둘레를 따라서 회전할 수 있다. 하부 조인트(1228)는 상부 조인트(1227)보다 하측에 설치될 수 있다.

하부 조인트(1228)는 하부 암(1212)의 그리퍼 조인트(121123)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 조인트(1228) 및 하부 암(1212)의 그리퍼 조인트(121123)는 2 자유도 회전이 가능한 유니버셜 조인트 방식으로 연결될 수 있다.

그리퍼 회전 인코더(1229)는 하부 조인트(1228)에 연결 샤프트(1226)가 회전된 각도 변위를 계측할 수 있다.

도 12는 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수직 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이고, 도 13은 일 실시 예에 따른 암 지지 로드가 수평 방향으로 회전되는 모습을 나타내는 사시도이다.

도 12 및 도 13을 참조하여, 모드 입력부(128, 도 3 참조) 및 마스터 제어부(14)에 대하여 설명하기로 한다.

사용자(U)는, 모드 입력부(128)를 통해 모드를 입력함으로써, 조작부(12)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동시킬 수 있다. 각 모드에 대한 설명은 후술하기로 한다.

마스터 제어부(14)는, 그리퍼(122)가 파지되어 움직일 경우 마스터 암(121)의 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각이 이동된 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.

마스터 제어부(14)는, 그리퍼(122)의 파지 스위치부(1223)가 파지되는 동작을 감지하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 조작하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.

마스터 제어부(14)는, 그리퍼 회전 인코더(1229)로부터 계측되는 정보에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 하나의 축을 기준을 회전시키기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.

예를 들어, 마스터 제어부(14)는, 하부 암(1212)의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여, 하부 암(1212)이 그리퍼(122)에 연결되는 그리퍼 위치를 계산할 수 있고, 상기 그리퍼 위치에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달 할 수 있다. 이와 같은 계산 방식에 의하면, 그리퍼(122)의 자세에 무관하게 그리퍼(122)의 단부의 위치 정보를 이용하여, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 단부의 위치를 결정할 수 있다.

다른 예로, 마스터 제어부(14)는, (i)상부 암의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 상부 암(1211)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 상부 암(1211)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여, 상부 암(1211)이 그리퍼(122)에 연결되는 상부 그리퍼 위치(상부 조인트(1227)의 위치)와, (ii)하부 암의 회전 결합부(12111)가 암 지지 로드(124)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 1 암 링크(121121)가 회전 결합부(12111)에 대해 회전하는 각도 변위와, 하부 암(1212)의 제 2 암 링크(121122)가 제 1 암 링크(121121)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여, 하부 암(1212)이 그리퍼(122)에 연결되는 하부 그리퍼 위치(하부 조인트(1228)의 위치)를 계산할 수 있고, 상기 상부 그리퍼 위치 및 하부 그리퍼 위치에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달 할 수 있다. 이와 같은 계산 방식에 의하면, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구가 그리퍼(122)의 자세에 일치하도록 제어할 수도 있다.

예를 들어, 마스터 제어부(14)는, 수직 회전 조절부(1241), 수평 회전 조절부(12322), 상부 회전 조절부(1243, 도 5 참조), 하부 회전 조절부(1244, 도 5 참조), 상부 암(1211)의 암 회전 조절부(12113, 12114, 도 6 참조) 및 하부 암(1212)의 암 회전 조절부(12123, 12124, 도 7 참조)에 연결되어, 조작부(12)의 회전 가능한 모든 구성의 회전 각도 변위를 측정할 수 있고, 또한 각각의 회전을 개별적으로 억제할 수 있다.

예를 들어, 마스터 제어부(14)는 사용자(U)로부터 모드 입력부(128)에 입력된 신호에 기초하여 조작부(12)를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할 수 있다.

제 1 모드에서, 마스터 제어부(14)는 수직 회전 구동부(12411) 및 수평 회전 구동부(123221)를 구동하여 암 지지 로드(124) 및 회전 베이스(1232)의 회전을 방지한 상태로, 그리퍼(122)가 3 자유도 이동 및 3 자유도 회전 가능하도록 할 수 있다. 이와 같은 모드에 의하면, 그리퍼(122)의 끝단 위치 정보, 그리퍼(122)의 자세, 또는 그리퍼(122)의 축 방향 회전량 등을 슬레이브 장치(2)로 전달함으로써, 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 조작할 수 있다.

제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 상부 회전 구동부(12431) 및 하부 회전 구동부와, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 제 1 회전 구동부(12113, 12123) 및 제 2 회전 구동부(12114, 12124)를 구동하여, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)의 자세를 고정시킬 수 있다.

구체적으로 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 상부 회전 구동부(12431) 및 하부 회전 구동부(12441)를 구동하여 상부 암(1211) 및 하부 암(1212)의 회전 운동을 방지하고, 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 제 1 회전 구동부(12113, 12123) 및 제 2 회전 구동부(12114, 12124)를 구동하여 상부 암(1211) 및 하부 암(1212) 각각의 회동 링크(12112, 12122)의 회동을 방지할 수 있다.

결과적으로, 도 12 및 도 13과 같이 제 2 모드에서 마스터 암(121)의 자세는 고정될 수 있고, 암 지지 로드(124)는 마스터 베이스부(123)에 대해서 수직 및 수평 방향을 따라서 2 자유도 회전 운동될 수 있다.

예를 들어 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 암 지지 로드(124)가 회전 베이스(1232)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 제 1 방향으로 회전 또는 이동시키는 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.

예를 들어 제 2 모드에서, 마스터 제어부(14)는 회전 베이스(1232)가 고정 베이스(1231)에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 제 2 방향으로 회전 또는 이동시키는 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성 또는 전달할 수 있다.

예를 들어, 제 1 방향은 제 2 방향과 직교(orthogonal)할 수 있다.

예를 들어, 일 실시 예에 따른 마스터 장치(1)를 통해 안구의 미세한 조직에 대한 현미경 수술(예를 들어, 유리체망막 수술(Vitreoretinal Surgery))을 수행하는 슬레이브 장치(2)를 조작하는 경우, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도 회전하는 움직임은, 안구 내부에 삽입된 슬레이브 장치(2)의 수술 도구를 회전시킴으로써 환자(P)의 안구를 서로 직교하는 2 개의 축 방향으로 회전 시키는 입력 신호를 형성할 수 있다.

예를 들어, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 회전 베이스(1232)에 대해 수직 방향으로 회전하는 이동은 안구를 제 1 방향으로 회전시키는 입력 신호를 생성할 수 있고, 암 지지 로드(124)가 고정 베이스에 대해 수평 방향으로 회전하는 이동은 안구를 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 회전시키는 입력 신호를 생성할 수 있다.

또한, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도 회전하는 움직임은, 안구를 회전시킴에 따라 동공의 위치가 변화하는 것에 대응하여 현미경 모듈(3)의 위치를 조절할 수도 있다.

예를 들어, 2 개의 마스터 암(121, 121')을 통해 환자(P)의 안구에 삽입된 2 개의 슬레이브 장치(2, 2')의 수술 도구를 조작하는 상태에서, 제 2 모드에서 암 지지 로드(124)를 마스터 베이스부(123)에 대해 2 자유도로 회전할 경우, 마스터 제어부(14)는 각각의 마스터 암(121, 121')의 위치 정보에 기초하여 2 개의 슬레이브 장치(2, 2') 각각의 수술 도구의 상대적인 위치 및 각도가 고정된 상태로 안구를 회전 시키도록 함으로써, 안구를 회전시키는 과정에서 안구가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

제 2 모드에 의하면, 암 지지 로드(124)가 마스터 베이스부(123)에 대해 회전하는 과정에서, 마스터 암(121)의 자세를 고정시킴으로써 슬레이브 장치(2)의 수술 도구가 안구를 회전시키는 과정 도중에서 의도치 않은 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있고, 2개의 수술 도구 상의 각도 및 거리가 변화되어 안구가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 14 내지 도 20을 참조하여 암레스트 장치(11)의 구성을 설명하기로 한다.

도 14는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.

도 14를 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는 작업 공간 상에서 사용자(U)의 팔의 움직임을 지지할 수 있다.

예를 들어, 암 레스트 장치(11)는 도 1과 같이 책상과 같은 외부 물체(7)에 고정되어 작업 공간 상에서 사용자(U)의 팔 움직임을 모든 자세에서 지지할 수 있다. 암 레스트 장치(11)는, 사용자(U)의 팔 움직임에 따른 피로도를 완화시킬 수 있으며, 고정 및 댐핑이 적용된 수평 방향의 움직임을 가능하게 하여 사용자(U)로 하여금 정밀한 팔의 움직임을 가능하게 할 수 있다.

일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는, 고정부(111), 수평 이동 모듈(113), 댐핑부(112) 및 암 지지 모듈(114)을 포함할 수 있다.

고정부(111)는, 외부 물체(7)에 고정되어 암 레스트 장치(11)의 구동 기준 위치를 제공할 수 있다.

예를 들어, 고정부(111)는 외부 물체에 고정될 수 있는 고정 베이스(1112)와, 상기 고정 베이스(1112)에 연결되어 후술할 수평 이동 모듈(113) 및 암 지지 모듈(114)을 구동 가능하게 지지하는 지지 베이스(1111)를 포함할 수 있다.

고정 베이스(1112)는 도 14와 같이 책상, 선반, 탁자 등 외부 물체(7)에 고정될 수 있다.

지지 베이스(1111)는 고정 베이스(1112)로부터 고정되어 수평 이동 모듈(113)의 상대적인 회전 또는 이동 기준점을 제공할 수 있다.

수평 이동 모듈(113)은 고정부(111)를 기준으로 수평 방향으로 2 자유도 움직일 수 있다. 예를 들어, 수평 이동 모듈(113)의 일단은 지지 베이스(1111)에 대해 회전 가능하게 연결되고 타단은 고정부(111)에 대해 수평 방향으로 이동하는 동시에 암 지지 모듈(114)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

댐핑부(112)는 수평 이동 모듈(113)에 연결되어 수평 이동 모듈(113)의 움직임에 따른 저항력을 형성할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(112)에 의해 형성되는 저항력은 조절 가능함으로써, 수평 이동 모듈(113)이 완전히 움직이지 않도록 하는 것뿐만 아니라, 사용자(U)가 동일한 힘을 가하더라도, 수평 이동 모듈(113)의 움직임 속도가 달라지도록 할 수 있다.

암 지지 모듈(114)은 수평 이동 모듈(113)에 의해 이동가능하게 지지되어 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 암 지지 모듈(114)은 수평 이동 모듈(113)이 움직이는 수평 방향과 각각 평행한 회전축을 기준으로 상호간에 회전 가능하게 설치되는 2 개의 암 지지대(1143, 1147)를 포함할 수 있다.

본원의 설명 및 도면 상에서, 고정부(111)를 기준으로 수평 방향은 지면과 평행한 평면(도면의 xy 평면) 내에서의 방향이며, 수직 방향은 지면과 수직한 방향(도면의 z축 방향)인 것으로 나타나지만, 상기 수평 방향 및 수직 방향은 고정부(111)의 고정 위치에 따라서 지면의 좌표축과 달라질 수 있다는 점을 밝혀둔다.

수평 이동 모듈(113), 댐핑부(112) 및 암 지지 모듈(114)에 대한 구체적인 설명은 도 15 내지 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.

도 15은 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이고, 도 16는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이고, 도 17는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.

도 15 내지 도 17를 참조하면, 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(113)과 댐핑부(112)에 대한 구체적인 구조를 확인할 수 있다.

일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(113)은, 제 1 구동 프레임(1131), 제 2 구동 프레임(1132), 중앙 연결부(1133), 회전 단부(1134) 및 복수개의 링크(1135, 1136, 1137)를 포함할 수 있다.

제 1 구동 프레임(1131)은 고정부(111)에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동 프레임(1131)의 일단은 지지 베이스(1111) 상에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있고, 제 1 구동 프레임(1131)의 타단은 중앙 연결부(1133) 상에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 1 구동 프레임(1131)은 제 1 회전축(1A) 및 제 2 회전축(1B) 사이에 연결되는 제 1 링크(11311)와, 제 1 링크(11311)로부터 고정되어 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 1 돌출 부재(11312)를 포함할 수 있다.

제 1 돌출 부재(11312)는 제 1 회전축(1A)을 기준으로 적어도 일부가 제 1 링크(11311)로부터 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)는 후술할 제 1 댐핑부(1121)와 연결되어 제 1 링크(11311)의 회전 운동에 대한 저항력을 형성할 수 있다.

예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 1 댐핑부(1121)의 제 1 댐핑 부재(11213)와 접촉하는 제 1 접촉면(113121)을 포함할 수 있다.

제 2 구동 프레임(1132)은, 고정부(111)의 제 1 회전축(1A)과, 중앙 연결부(1133)의 제 2 회전축(1B) 사이에 회전 가능하게 연결되는 3절 링크(11322, 11321, 11323)의 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 제 2 구동 프레임(1132)은 고정부에 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 구동 링크(11322)와, 구동 링크(11322)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 3 회전축(1G)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크(11321)와, 일단은 제 2 링크(11321)에 제 3 회전축(1G)과 평행한 상태로 이격된 제 4 회전축(1H)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고 타측은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 3 링크(11323)를 포함할 수 있다.

구동 링크(11322)는 제 1 회전축(1A)에 회전 가능하게 연결되어 적어도 일부가 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리를 갖는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 링크(11322)는 제 2 돌출 부재(11322)로 칭할수도 있다.

예를 들어, 제 2 돌출 부재(11322)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 2 댐핑부(1122)의 제 2 댐핑 부재(11223)와 접촉하는 제 2 접촉면(113221)을 포함할 수 있다.

제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)은 고정부(111) 및 중앙 연결부(1133) 사이를 연결하는 4절 링크 구조로 형성될 수 있고, 제 2 링크(11321)의 길이는 제 1 링크(11311)의 길이와 동일할 수 있고, 구동 링크(11322)의 길이는 제 3 링크(11323)의 길이와 동일할 수 있다.

위의 구조에 의하면, 각각의 링크(11311, 11321, 11322, 11323)들은 서로 마주보는 링크가 평행하게 유지되는 평행 사변형 형태를 이룰 수 있다. 이와 같은 평행 사변형 구조는 다른 동력 전달 구조에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있으므로, 상대적으로 가벼운 소재를 이용하더라도 동등한 강성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 각각의 링크(11311, 11321, 11322, 11323) 중 적어도 일부는 알루미늄이나 스틸보다 5~10배 강성이 우수한 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있으며, 이를 통해, 보다 가벼우면서도 튼튼한 구조를 제공할 수 있다.

중앙 연결부(1133)는, 고정부(111)로부터 제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)으로부터 연결되어 고정부(111)에 수평 방향을 따라서 이동될 수 있다.

회전 단부(1134)는, 중앙 연결부(1133)로부터 복수개의 링크(1135, 1137)를 통해 회전 및 이동가능하게 연결될 수 있고, 후술할 암 지지 모듈(114)이 회전 가능하게 설치될 수 있는 암 회전축(1C)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 암 회전축(1C)은 제 1 회전축(1A)과 평행할 수 있다. 암 회전축(1C) 상에는 암 회전축(1C) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(11)의 평면 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.

복수개의 링크(1135, 1136, 1137)는 제 4 링크(1135), 제 5 링크(1136) 및 제 6 링크(1137)를 포함할 수 있다.

제 4 링크(1135)는 일단은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(1134)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 제 5 회전축(1F)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 4 링크(1135)는 제 3 링크(11323)에 고정될 수 있어서, 제 3 링크(11323)가 제 2 회전축(1B)을 기준으로 회전하는 경우 제 4 링크(1135)가 동시에 회전할 수 있다. 다시 말하면, 제 4 링크(1135) 및 제 3 링크(11323)는 하나의 강체 운동을 할 수 있으며, 이와 같은 관점에서 제 4 링크(1135) 및 제 3 링크(11323)는 각각 동일한 하나의 링크의 서로 다른 부분을 지칭하는 것으로 이해할 수도 있다.

제 5 링크(1136)는, 일단이 상기 고정부(111)에 제 1 회전축(1A)과 평행한 상태로 이격된 제 6 회전축(1D)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 타단이 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)과 평행한 상태로 이격된 제 7 회전축(1E)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 5 링크(1136)의 길이는 제 1 링크(11311)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 고정부(111) 상에서 제 6 회전축(1D)이 제 1 회전축(1A)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 중앙 연결부(1133) 상에서 제 7 회전축(1E)이 제 2 회전축(1B)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.

위의 구조에 의하면, 제 1 링크(11311) 및 제 5 링크(1136)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 고정부(111)와 중앙 연결부(1133) 사이에서 제 1 링크(11311)와 제 5 링크(1136)는 제 1 회전축(1A), 제 2 회전축(1B), 제 7 회전축(1E) 및 제 6 회전축(1D)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(11311, 1136) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.

제 6 링크(1137)는, 일단은 중앙 연결부(1133)에 제 2 회전축(1B)과 평행한 상태로 이격된 제 8 회전축(1I)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(1134)에 제 5 회전축(1F)과 평행한 상태로 이격된 제 9 회전축(1J)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

예를 들어, 제 6 링크(1137)의 길이는 제 4 링크(1135)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 중앙 연결부(1133) 상에서 제 8 회전축(1I)이 제 2 회전축(1B)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 회전 단부(1134) 상에서 제 9 회전축(1J)이 제 5 회전축(1F)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.

위의 구조에 의하면, 제 4 링크(1135) 및 제 6 링크(1137)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 중앙 연결부(1133)와 회전 단부(1134) 사이에서 제 4 링크(1135)와 제 6 링크(1137)는 제 2 회전축(1B), 제 5 회전축(1F), 제 8 회전축(1I) 및 제 9 회전축(1J)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(1135, 1137) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.

예를 들어, 회전 단부(1134) 상에서 암 회전축(1C)은 제 5 회전축(1F) 및 제 9 회전축(1J)으로부터 평행한 상태로 이격된 지점에 형성될 수 있고, 암 지지 모듈(114)은 회전 단부(1134) 상에 상기 암 회전축(1C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

한편, 지지 베이스(1111), 중앙 연결부(1133) 및 회전 단부(1134)도 각각 "링크"라고 지칭할 수 있음을 밝혀 둔다. 예를 들어, 지지 베이스(1111)는 외부 물체(7)에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 점에서, "고정 링크"라고 할 수도 있다. 이상과 같이 복수개의 링크들을 통해 형성되는 3개의 평행 사변형(1111-11311-1133-1136, 11311-11322-11321-11323, 1133-1135-1134-1137)의 연결 구조에 의하면, 암 지지 모듈(114)이 설치되는 회전 단부(1134)가 고정부(111)에 대해 수평 방향으로의 2 자유도 운동을 구현할 수 있다.

이하 도 17의 개념도를 참조하여, 링크 구조의 관점에서 정리하기로 한다. 암 레스트 장치(11)는, (i) "제 1 사절 링크 구조"와, (ii) "제 1 사절 링크 구조"와 어느 하나의 링크를 공유하는 "제 2 사절 링크 구조"와, (iii) "제 1 사절 링크 구조"와 다른 하나의 링크를 공유하고, "제 2 사절 링크 구조" 중 어느 하나의 링크에 고정된 링크를 갖는 "제 3 사절 링크 구조"를 포함할 수 있다.

여기서, "제 1 사절 링크 구조"를 구성하는 4개의 링크 중 어느 하나는, 외부 물체(7)에 고정되어 기준 프레임으로 기능하는 지지 베이스(1111)일 수 있다.

구체적인 예로, "제 1 사절 링크 구조"는, 지지 베이스(1111)와, 지지 베이스(1111)로부터 이격된 중앙 연결부(1133)와, 지지 베이스(1111) 및 중앙 연결부(1133)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(11311, 1136)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 중앙 연결부(1133)는 지지 베이스(1111)에 대하여 1자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(11311, 1136) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(11311, 1136) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 중앙 연결부(1133)의 이동 반경을 충분히 확보할 수 있다.

"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 2 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(1111)에 직접적으로 연결되지 않는 중앙 연결부(1133)일 수 있다.

구체적인 예로, "제 2 사절 링크 구조"는, 중앙 연결부(1133)와, 중앙 연결부(1133)로부터 이격된 회전 단부(1134)와, 중앙 연결부(1133) 및 회전 단부(1134)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(1135, 1137)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전 단부(1134)는 중앙 연결부(1133)에 대하여 1자유도 운동할 수 있고, 결과적으로, 회전 단부(1134)는, 지지 베이스(1111)에 대하여 2자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(1135, 1137) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(1135, 1137) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 회전 단부(1134)의 작업영역을 충분히 확보할 수 있다.

일반적으로 사절 링크 구조는, 리니어 메커니즘(Linear mechanism)에 비해 강성(Stiffness)이 큰 반면, 작업영역(Workspace)은 좁다는 한계가 존재하였다. 그러나 본원처럼 하나의 링크를 공유하는 2개의 사절 링크 구조를 이용하면, 이와 같은 한계를 극복하고, 넓은 작업영역에서 높은 강성으로 암 레스트 장치(11)를 제공할 수 있는 장점이 있다.

"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(1111)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(11311, 1136) 중 어느 하나의 링크(11311)이고, "제 2 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"의 어느 하나의 링크(11323)와 고정되어 일체로 움직이는 링크는 중앙 연결부(1133)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(1135, 1137) 중 어느 하나의 링크(1135)일 수 있다.

구체적인 예로, "제 3 사절 링크 구조"는, 제 1 링크(11311)와, 제 1 링크(11311)로부터 이격된 제 2 링크(11321)와, 제 1 링크(11311) 및 제 2 링크(11321)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(11322, 11323)로 이루어질 수 있다. 여기서, 한 쌍의 링크(11322, 11323) 중 어느 하나의 링크(11323)는, "제 2 사절 링크 구조"의 한 쌍의 링크(1135, 1137) 중 어느 하나의 링크(1135)에 고정되어 일체로 움직일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(1111)에 대한 회전 단부(1134)까지의 강성을 보강할 수 있으므로, 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있다. 또한, 후술하는 것처럼 "제 2 사절 링크 구조"의 움직임에 저항력을 형성하기 위한 댐핑부를 고정부(111)에 가까운 위치(예를 들면, 고정부(111) 상의 특정 위치 또는 외부 물체(7) 상의 특정 위치)에 배치시키는 것이 가능하므로, 암 레스트 장치(11)의 관성모멘트가 증가되는 것을 방지할 수 있다.

예를 들어, 상술한 3개의 사절 링크 구조는 각각 평행사변형 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 설계에 따르면, 각각의 사절 링크 구조가 움직이는 과정에서 특이점(singularity)이 발생되지 않도록 함으로써, 회전 단부(1134)의 작업영역이 제한되는 문제를 줄여줄 수 있다. 한편, 본원발명이 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아니며, 상술한 3개의 사절 링크 구조 중 일부 또는 전부가 평행사변형 구조가 아닐 수도 있음을 밝혀 둔다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 복수개의 링크들이 상호간의 이동 및 회전을 가이드하고 지지됨에 따라서 사용자(U)의 팔의 무게를 비롯한 암 지지 모듈(114)의 수직 방향의 하중을 효과적으로 분산할 수 있는 구조임에 따라 내구성 및 동작 안정성을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 복수개의 링크들은 수평 이동 모듈(113)의 중량과 움직임에 따른 관성을 감소시키기 위해 내부가 비어있는 중공형 부재로 형성될 수 있다.

댐핑부(112)는 제 1 댐핑부(1121), 제 2 댐핑부(1122) 및 입력부(1124)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(112)의 적어도 일부는 암 레스트 장치(11) 중 움직임이 없는 부분, 즉, 고정부(111)에 설치됨으로써 암 레스트 장치(11)의 관성모멘트가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 다른 예로, 댐핑부(112)의 적어도 일부는 외부 물체(7)에 설치될 수도 있을 것이다.

제 1 댐핑부(1121)는, 제 1 구동 프레임(1131)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.

예를 들어, 제 1 댐핑부(1121)는, 제 1 돌출 부재(11312)에 연결되어 제 1 구동 프레임(1131)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 댐핑 부재(11213)와, 제 1 댐핑 부재(11213)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 1 구동원(11211)과, 제 1 댐핑 부재(11213)를 단단히 고정하여 제 1 구동 프레임(1131)의 회전을 방지하는 제 1 브레이크(11212)를 포함할 수 있다.

제 1 댐핑 부재(11213)는, 제 1 돌출 부재(11312)의 원형의 제 1 접촉면(113121)에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제 1 댐핑 부재(11213) 및 제 1 접촉면(113121) 사이의 연결은 기어 결합, 나사 결합, 마찰자 접합 등 다양한 회전 전달 요소를 통해 형성될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

제 1 구동원(11211)은 제 1 접촉면(113121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(11213)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동원(11211)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.

제 1 브레이크(11212)는 제 1 접촉면(113121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(11213)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 1 구동 프레임(1131)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 브레이크(11212)는 전자기 방식으로 동작하여 제 1 댐핑 부재(11213)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.

제 2 댐핑부(1122)는, 제 2 구동 프레임(1132)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.

예를 들어, 제 2 댐핑부(1122)는 제 2 돌출 부재(11322)에 연결되어 제 2 구동 프레임(1132)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 댐핑 부재(11223)와, 제 2 댐핑 부재(11223)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 2 구동원(11221)과, 제 2 댐핑 부재(11223)를 단단히 고정하여 제 2 구동 프레임(1132)의 회전을 방지하는 제 2 브레이크(11222)를 포함할 수 있다.

제 2 구동원(11221)은 제 2 접촉면(113221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(11223)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 구동원(11221)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.

제 2 브레이크(11222)는 제 2 접촉면(113221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(11223)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 브레이크(11222)는 전자기 방식으로 동작하여 제 2 댐핑 부재(11223)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.

제 1 댐핑부(1121) 및 제 2 댐핑부(1122)의 구조에 의하면, 암 지지 모듈(114)의 수평 방향의 2 자유도 이동에 따른 저항력을 형성할 수 있다.

구체적으로, 제 1 댐핑부(1121)는 제 1 구동 프레임(1131)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 1 회전 자유도(θ1) 움직임에 대해 저항을 형성함으로써 고정부(111)에 대해 중앙 연결부(1133)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.

제 2 댐핑부(1122)는 제 2 구동 프레임(1132), 즉 구동 링크(11322)가 제 1 회전축(1A)을 기준으로 회전하는 제 2 회전 자유도(θ2) 움직임에 대해 저항력을 형성함으로써 중앙 연결부(1133)에 대해 회전 단부(1134)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.

결과적으로, 댐핑부(112)를 통해 사용자(U)의 팔의 이동 및 자세의 변화에 따라 회전 단부(1134)에 인가되는 힘에 저항하는 댐핑력을 형성함으로써, 사용자(U)는 팔을 보다 정밀하고 천천히 움직이도록 가이드할 수 있다.

또한, 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 통해 형성하는 저항력의 크기를 조절함으로써, 작업의 종류, 정밀도 또는 사용자(U)의 기호에 따라 적절한 댐핑 제어(damping control)를 구현할 수 있다.

더불어, 필요에 따라 제 1 브레이크(11212) 또는 제 2 브레이크(11222)를 구동하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)의 회전을 억제함으로써, 회전 단부(1134)의 수평 방향의 이동을 방지할 수 있다. 이를 통해 암 지지 모듈(114)에 의해 지지되는 사용자(U)의 팔은 수평 방향에 따른 위치 또는 자세가 고정될 수 있어서, 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 움직임이 필요한 작업에 효과적일 수 있다.

한편으로, 제 1 댐핑부(1121)와 제 2 댐핑부(1122)를 서로 개별적으로 구동함으로써, 즉 제 1 회전 자유도(θ1) 움직임과 제 2 회전 자유도(θ2) 움직임의 억제 정도를 다르게 형성함으로써, 작업의 종류 또는 작업 영역에서 팔의 이동 궤적에 따라 선택적인 팔의 움직임을 유도할 수도 있다.

마스터 제어부(1123)는 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 동작하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 수행되는 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있고, 저항력의 크기를 조절할 수 있다.

마스터 제어부(1123)는 제 1 브레이크(11212) 또는 제 2 브레이크(11222)를 동작하여 제 1 구동 프레임(1131) 또는 제 2 구동 프레임(1132)이 제 1 회전축(1A)을 기준으로 수행하는 회전 운동을 억제할 수 있다.

입력부(1124)는 제 1 댐핑부(1121) 또는 제 2 댐핑부(1122)를 제어하기 위한 입력 신호를 사용자(U)로부터 인가받는 인터페이스를 포함할 수 있다.

한편, 제 1 댐핑부(1121) 및 제 2 댐핑부(1122)가 반드시 각각 개별적으로 서로 다른 구동 프레임(1131, 132)의 회전 운동에 저항력을 형성하여야 하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 도 16 등에 도시된 것처럼, 제 1 구동 프레임(1131)의 일부(11312)와, 제 2 구동 프레임(1132)의 일부(11322)가 동일한 회전축(1A)을 중심으로 회전될 경우, 하나의 동일한 댐핑부를 이용하여 제 1 구동 프레임(1131) 및 제 2 구동 프레임(1132)에 동시에 댐핑력을 제공하는 것도 가능하다는 점을 밝혀 둔다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(11312)에 접촉하는 제 1 댐핑 부재(11213)와, 제 2 돌출 부재(11322)에 접촉하는 제 2 댐핑 부재(11223)는 각각 동일한 구성의 일 부분인 것으로 이해될 수도 있다.

도 18은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이고, 도 19 및 도 20은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.

도 18 내지 도 20을 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(114)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다.

일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(114)은 연결부(1141), 제 1 지지부(1144), 제 1 암 지지대(1143), 회전 링크(1145), 제 2 지지부(1146), 제 2 암 지지대(1147) 및 중량 보상부(1148)를 포함할 수 있다.

연결부(1141)는, 회전 단부(1134)에서 암 회전축(1C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

제 1 지지부(1144)는, 연결부(1141)에 고정될 수 있고 제 1 암 지지대(1143)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지부(1144)는 연결부(1141)와 일체로 형성되어 암 회전축(1C)을 기준으로 함께 회전될 수 있다.

제 1 암 지지대(1143)는 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 지지대(1143)는 사용자(U)의 팔의 부위 중 팔꿈치에 인접한 부분을 지지할 수 있다.

예를 들어, 제 1 암 지지대(1143)의 표면은 사용자(U)의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 도 19 및 도 20과 같이 제 1 암 지지대(1143)는 암 회전축(1C)과 오버랩될 수 있어서 팔꿈치 관절을 기준으로 하는 전완 부분의 회전 운동을 안정적으로 가이드할 수 있다.

회전 링크(1145)는 일측이 제 1 지지부(1144)에 회전가능하게 연결되어 타측으로 제 2 지지부(1146)에 연결되는 링크일 수 있다.

예를 들어, 회전 링크(1145)는 제 1 지지부(1144)에 대해 경사 조절축(1K)을 기준으로 회전할 수 있고, 경사 조절축(1K)은 암 회전축(1C)에 수직할 수 있다. 경사 조절축(1K) 상에는 경사 조절출(1K) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(11)의 공간 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.

제 2 지지부(1146)는, 회전 링크(1145)에 연결될 수 있고 제 2 암 지지대(1147)를 지지할 수 있다.

제 2 암 지지대(1147)는 사용자(U)의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 암 지지대(1147)는 사용자(U)의 팔의 부위 중 손목에 인접한 부분을 지지할 수 있다.

예를 들어, 제 2 암 지지대(1147)의 표면은 사용자(U)의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.

중량 보상부(1148)는, 제 1 지지부(1144)에 대한 회전 링크(1145)의 회전 운동에 있어서, 사용자(U)의 팔의 중량과 암 지지 모듈(114)의 중량의 영향을 보상할 수 있다.

예를 들어, 중량 보상부(1148)는, 회전 링크(1145)에 설치되는 탄성체(11481)와, 탄성체(11481) 및 제 1 지지부(1144) 사이에 연결되는 와이어(11482)를 포함할 수 있다.

탄성체(11481)는 일단은 회전 링크(1145)에 고정되고 타단은 와이어(11482)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(11481)는 도 18 내지 도 20과 같이 회전 링크(1145)의 길이 방향을 따라서 확장 가능하게 설치되는 스프링일 수 있다.

와이어(11482)는 탄성체(11481) 및 제 1 지지부(1144) 사이에 탄성체(11481)에 인장력을 인가할 수 있다. 와이어(11482)의 구조에 의하면, 회전 링크(1145)가 경사 조절축(1K)에 대해 형성하는 회전 각도에 따라서 탄성체(11481)에 인가되는 인장력의 크기가 조절될 수 있다.

예를 들어, 와이어(11482)가 제 1 지지부(1144)에 연결되는 부분은 수직 방향을 따라서 제 1 지지부(1144)에 경사 조절축이 위치하는 부분보다 상측에 형성될 수 있다. 여기서 와이어(11482)가 제 1 지지부(1144)에 고정되는 부분을 와이어 고정부(11441)라 할 수 있다.

이상의 구조에 의하면, 회전 링크(1145)가 지면에 대하여 수직한 방향(z축 방향)으로부터 벗어날수록, 와이어 고정부(11441)와 탄성체(11481)의 단부 사이의 이격된 거리가 멀어질 수 있다.

다시 말하면, 회전 링크(1145)가 도 20과 같이 상측으로 경사져있는 상태에서 도 19과 같이 수평한 상태로 회전함에 따라서 탄성체(11481)에 인가되는 장력이 증가할 수 있고, 동시에 탄성체(11481)로부터 형성되는 복원력 역시 증가될 수 있다.

결과적으로, 탄성체(11481)의 복원력은 제 2 암 지지대(1147)가 제 1 암 지지대(1143)에 대해 상측으로 이동하는 경향의 힘을 형성할 수 있기 때문에, 사용자(U)의 전완의 자세가 상향 경사지도록 전환되는 과정에서 사용자(U)의 팔의 중량을 비롯한 암 지지 모듈(114)의 중량에 의한 영향을 경감 또는 보상할 수 있다.

예를 들어, 회전 링크(1145)는 와이어(11482)로부터 탄성체(11481)에 전해지는 인장력의 방향이 회전 링크(1145)의 방향과 평행하게 유지시키기 위해서, 제 1 지지부(1144) 및 탄성체(11481) 사이에서 와이어(11482)의 연결 방향을 가이드하는 가이드 풀리(11451)를 더 포함할 수 있다.

가이드 풀리(11451)에 의하면, 도 19 및 도 20과 같이 와이어 고정부(11441)로부터 연장되는 와이어(11482)가 가이드 풀리(11451)의 일부에 감겨진 이후 회전 링크(1145)의 연장 방향과 평행한 상태로 탄성체(11481)에 연결될 수 있으므로 탄성체(11481)에 인가되는 인장력이 회전 링크(1145)의 회전 각도에 따라 대체로 선형적으로 조절될 수 있다.

예를 들어, 회전 링크(1145)는 제 1 지지부(1144)에 대해 설정 각도 이상으로 회전 되지 못하도록 제 1 지지부(1144)에 대해 간섭되는 간섭부(11452)를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 제 1 암 지지대(1143) 및 제 2 암 지지대(1147)가 서로 수평한 상태를 유지하는 경우 또는 도 19과 같이 회전 링크(1145)가 경사 조절축을 기준으로 수평 방향을 지향하도록 회전되어 있는 경우, 간섭부(11452)는 제 1 지지부(1144)에 간섭되어 회전 링크(1145)가 경사 조절축을 기준으로 하향 경사지는 방향으로 회전되지 못하도록 방지할 수 있다.

일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 수평 이동 모듈(113)은 사용자(U)의 팔을 지지한 상태에서 수평 방향을 따라 2 자유도 움직임을 안정적으로 가이드할 수 있고, 동시에 암 지지 모듈(114)은 팔의 자세가 수직 방향으로의 경사에 따라서 중력 보상 메커니즘을 적용하여 팔의 무게를 다양한 자세에서도 안정적으로 보상할 수 있다.

결과적으로, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)는 사용자(U)의 팔의 모든 자세를 인체 공학적으로 지지할 수 있는 동시에 움직임에 따른 사용자(U)의 피로감을 최소화할 수 있다.

일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 댐핑부(112)를 통해 팔의 수평 이동에 따른 댐핑 제어가 가능하기 때문에 작업 특성에 따라서 정밀하고 정확한 이동을 구현할 수 있다.

예를 들어, 암 레스트 장치(11)가 수술 환경에서 사용될 경우, 사용자(U)는 환자의 병변 근처에서 손으로 파지하고 있는 수술 도구의 끝단을 천천히 그리고 정밀하게 움직일 수 있도록 수평 이동 모듈(113)의 댐핑력을 높일 수 있다. 이를 통해 의도치 않은 빠르고 큰 팔의 움직임을 필터링함으로써 병변에 예기치 못한 상처가 생기는 것을 방지할 수 있다.

일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(11)에 의하면, 브레이크(11212, 11222)를 통해 암 지지 모듈(114)의 수평 위치를 고정할 수 있으므로 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 작업에 매우 효과적일 수 있다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (11)

1. 슬레이브 장치의 수술 도구를 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 장치에 있어서,
   외부 물체에 고정되는 마스터 베이스부;
   상기 마스터 베이스부로부터 연결되는 암 지지 로드;
   상기 암 지지 로드의 상측에 설치되고 상부 암과, 상기 암 지지 로드의 하측에 설치되고 하부 암을 구비하는 마스터 암;
   상기 상부 암 및 상기 하부 암에 각각 회전 가능하게 연결되며, 사용자가 파지할 수 있는 그리퍼; 및
   상기 그리퍼가 파지되어 움직일 경우 상기 상부 암 및 하부 암 각각이 이동된 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 이동을 제어하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 제어부를 포함하는 마스터 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 암 및 하부 암은 각각,
   상기 암 지지 로드에 대해 지면과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 결합부; 및
   상기 회전 결합부에 회전 가능하게 연결되며, 동일한 평면 내에서 굴곡 또는 신전 가능한 2절 링크로 구성되는 회동 링크를 포함하는 마스터 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 상부 암 및 하부 암 각각의 회동 링크는,
   상기 회전 결합부에 대해 회동 가능한 제 1 암 링크;
   상기 제 1 암 링크에 대해 회동 가능한 제 2 암 링크; 및
   상기 제 2 암 링크의 단부에 상기 제 2 암 링크의 길이 방향과 평행한 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되고 상기 그리퍼에 연결되는 그리퍼 조인트를 포함하는 마스터 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 마스터 제어부는,
   상기 하부 암의 회전 결합부가 상기 암 지지 로드에 대해 회전하는 각도 변위와, 상기 하부 암의 제 1 암 링크가 상기 회전 결합부에 대해 회전하는 각도 변위와, 상기 하부 암의 제 2 암 링크가 상기 제 1 암 링크에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 하부 암이 상기 그리퍼에 연결되는 그리퍼 위치를 계산할 수 있고,
   상기 그리퍼 위치에 기초하여 상기 수술 도구의 이동 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 마스터 장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 상부 암 및 하부 암은 각각,
   상기 회전 결합부에 대한 상기 제 1 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 1 회전 구동부; 및
   상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전 운동에 저항력을 형성하는 제 2 회전 구동부를 더 포함하고,
   상기 암 지지 로드는,
   상기 암 지지 로드에 대한 상기 상부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 상부 회전 구동부; 및
   상기 암 지지 로드에 대한 상기 하부 암의 회전 운동에 저항력을 형성하는 하부 회전 구동부를 포함하는 마스터 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 1 회전 구동부는,
   상기 제 1 암 링크에 연결되어 회전하는 제 1 회전자;
   상기 제 1 회전자에 연결되어 상기 제 1 암 링크의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 마찰 부재; 및
   상기 제 1 마찰 부재에 연결되어 저항력을 형성하고, 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 1 회전 고정부를 포함하고,
   상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 2 회전 구동부는,
   상기 제 2 암 링크에 연결되어 회전하는 제 2 회전자;
   상기 제 2 회전자에 연결되어 상기 제 2 암 링크의 회동 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 마찰 부재; 및
   상기 제 2 마찰 부재에 연결되어 저항력을 형성하고, 상기 저항력의 크기를 조절 가능한 제 2 회전 고정부를 포함하는 마스터 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 상부 암 및 하부 암 각각의 제 1 회전자 및 제 2 회전자는 상기 제 1 암 링크의 회동축과 동일한 회전축을 갖고,
   상기 상부 암 및 하부 암 각각의 상기 제 2 회전 구동부는,
   상기 제 2 암 링크 및 제 2 회전자 사이에 연결되어, 상기 제 1 암 링크에 대한 상기 제 2 암 링크의 회전력을 상기 제 2 회전자에 전달하는 회전 전달 부재를 더 포함하는 마스터 장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 마스터 베이스부는,
   외부에 고정되는 고정 베이스; 및
   상기 고정 베이스 및 상기 암 지지 로드를 상호 연결하고, 상기 고정 베이스에 대해서 1 자유도 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스를 포함하고,
   상기 암 지지 로드는, 상기 고정 베이스에 대하여 2자유도 회전 가능한 마스터 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 마스터 제어부는,
   상기 암 지지 로드가 상기 회전 베이스에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 제 1 방향 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성하고,
   상기 회전 베이스가 상기 고정 베이스에 대해 회전하는 각도 변위에 기초하여 상기 수술 도구의 제 2 방향 변위를 조절하기 위한 입력 신호를 생성하는 마스터 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 암 지지 로드는,
    상기 회전 베이스에 대한 상기 암 지지 로드의 회전 운동의 저항력을 형성하는 수직 회전 구동부를 더 포함하고,
    상기 회전 베이스는,
    상기 고정 베이스에 대한 상기 회전 베이스의 회전 운동의 저항력을 형성하는 수평 회전 구동부 포함하는 마스터 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마스터 장치를 제 1 모드 또는 제 2 모드로 구동할지 여부를 선택하는 모드 입력 신호를 상기 마스터 제어부에 전달하는 모드 입력부를 더 포함하고,
    상기 마스터 제어부는,
    상기 제 1 모드일 경우, 상기 수직 회전 구동부 및 상기 수평 회전 구동부를 구동하여 상기 암 지지 로드 및 상기 회전 베이스의 회전을 방지한 상태로, 상기 그리퍼가 3자유도 이동 및 3자유도 회전 가능하게 하고,
    상기 제 2 모드일 경우, (i) 상기 상부 회전 구동부 및 상기 하부 회전 구동부와, (ii) 상기 상부 암 및 상기 하부 암 각각의 상기 제 1 회전 구동부 및 상기 제 2 회전 구동부를 구동하여, 상기 상부 암 및 상기 하부 암의 자세를 고정시키는 것을 특징으로 하는 마스터 장치.

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