KR20210070914A - 수동 관절 장치, 케이블 가이드, 동력 전달 기구 - Google Patents

수동 관절 장치, 케이블 가이드, 동력 전달 기구 Download PDF

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KR20210070914A
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다케히로 안도
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가부시키가이샤 에이-트랙션
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Abstract

수동 관절 장치는, 고정측 부재에 대하여, 회전측 부재를 수평축을 중심으로 하여 상하 방향으로 회동 가능하게 지지하는 수동 관절이며, 수평축을 중심으로 하는 원통면을 갖고, 고정측 부재에 고정된 원통상의 캠 부재이며, 원통면에 수평축을 중심으로 하여 대칭으로 배치되고, 수평축을 따라서 비스듬히 형성된 한 쌍의 캠면을 갖는 캠 부재와, 회전측 부재에 고정된 수평축의 내부에 수평축을 따라서 슬라이드 가능하게 배치되고, 한 쌍의 캠면에 각각 접촉하는 한 쌍의 캠 폴로어를 갖는 받침대와, 회전측 부재에 고정된 수평축의 내부에 배치되고, 받침대를 수평축에 따라서 고정측 부재를 향하여 가압하는 스프링을 구비하고, 스프링의 힘에 의해, 한 쌍의 캠 폴로어를 한 쌍의 캠면에 접촉시킴과 함께, 한 쌍의 캠면을 눌러, 회전측 부재에 가해지는 중량에 의한 회전측 부재의 하측 방향으로의 회동력을 경감시키도록, 회전측 부재에 상측 방향으로의 회동력을 부여한다.

Description

수동 관절 장치, 케이블 가이드, 동력 전달 기구{PASSIVE JOINT DEVICE, CABLE GUIDE, AND POWER TRANSMISSION MECHANISM}
본 발명은, 의료용 로봇 등에 있어서의 암 사이를 연결하는 수동 관절 장치에 관한 것이다.
복강경 수술은 일반적으로, 장기의 절개, 절제, 봉합을 행하는 의사(이하, 「시술자」라 함)와, 내시경을 조작 유지하는 의사(이하, 「스코피스트」라 함)와, 시술자의 시야 전개를 위해 장기의 견인이나 절개 시의 장력 유지 등을 행하는 의사(이하, 「조수」라 함)에 의해 행해진다. 복강경 수술에 사용되는 수술 지원 장치(수술 지원 로봇 등이라고도 함)에는, 겸자나 내시경, 전기 메스 등의 시술 도구의 자세를 1 이상의 로봇 암으로 제어함으로써, 수술에 필요한 의사수를 완화시키고자 하는 경우가 있다.
종래의 복강경 수술에 사용되는 수술 지원 장치는, 시술자, 스코피스트, 조수의 3명분의 동작을 행하는 것과, 내시경을 하나의 암으로 보유 지지하는 것으로 크게 구별할 수 있다. 시술자, 스코피스트, 조수의 역할을 하는 것은 콘솔형의 수술 지원 로봇으로, 복수의 로봇 암을 환자의 주변이나 환자 상부에 배치하는 것이 알려져 있다.
로봇 암의 기구로서, 크게 나누어, 복벽에서의 회전 중심을 기구적으로 정해버리는 것과, 일본 특허 공개 제2018-175863호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 로봇 자체에 수동 관절을 갖게 하여, 복벽을 지지점으로 하여 자유도를 가지고 지지하는 것의 2개로 분류할 수 있다.
수동 관절을 갖는 기구에서는, 그 관절보다 선단측의 자중이 복벽에 걸린다는 문제가 있었다. 이 복벽에 걸리는 중량을, 카운트 웨이트에 의해 보상한다고 하는 방법도 있지만, 콤팩트하게 하기 위해서는 매우 큰 질량이 필요해지므로 현실적이지 않았다. 이 때문에, 일본 특허 공개 제2011-115906호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 스프링에 의해 자중 보상을 행하는 기구도 제안되어 있지만, 이러한 기구에서는 관절부의 크기가 문제로 된다.
또한, 수동 관절을 갖는 경우, 그 관절보다 선단측에 동력을 전달할 수 없다. 그 때문에, 일본 특허 공개 제2018-175863호 공보에 개시되는 바와 같이, 수동 관절보다 선단측에 액추에이터를 설치할 필요가 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그의 목적은, 의료용 로봇 등에 사용되는 수동 관절에 있어서, 선단측의 중량에 의해 암에 가해지는 하측 방향으로의 회동력을, 관절의 대형화를 억제하면서 경감시킬 수 있도록 하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 수술 지원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 일 실시 형태에 있어서의 자중 보상 기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 제2 수동 관절을 정면에서 본 도면이다.
도 4는, 제2 수동 관절에 케이블 가이드 부재를 설치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5a-5d는, 케이블의 처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6a, 6b는, 케이블의 가이드부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 7은, 수동 관절보다 앞 부분에 동력을 전달하는 기구의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 회전측 부재의 이동을 안내하는 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는, 축을 오프셋시킨 동력 전달 기구를 나타내는 도면이다.
도 10은, 시술 도구의 착탈 기구의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 드레이프의 배치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 의료용의 수술 지원 장치에 적용한 일 실시 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 수술 지원 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태에 따른 수술 지원 장치(10)는, 환자의 체강(11) 내에 외투관(13)을 통해 삽입된 시술 도구나 엔드 이펙터의 자세를 제어하는 로봇 암(12)을 갖는다. 수술 지원 장치(10)는 시술자가 체강(11) 내에 삽입하여 실제로 수술에 사용하는 시술 도구(14)(이하, 소지 의료 기구라고도 함)의 삽입 각도 및 삽입 심도를 계측한다. 그리고, 계측 결과에 따라서, 시술 도구(14)나 엔드 이펙터(이하, 아울러 로봇 의료 기구라고도 함)의 자세를 제어하기 위한 로봇 암(12)을 제어하도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 로봇 암(12)은 연직 방향의 회전축(16)의 주위로 회동하는 제1 암(18)과, 제1 암(18)을 수평면 내에서 화살표 A 방향으로 능동적으로 회동시키는 능동 관절(20)과, 제1 암(18)의 선단의 연직 방향의 회전축(22)의 주위로 회동하는 제2 암(24)과, 제2 암(24)을 수평면 내에서 화살표 B 방향으로 능동적으로 회동시키는 능동 관절(26)을 갖는다. 또한 로봇 암(12)은, 제2 암(24)의 선단의 연직 방향의 회전축(28)의 주위로 회동하는 제3 암(30)과, 제3 암(30)을 수평면 내에서 화살표 C 방향으로 능동적으로 회동시키는 능동 관절(32)을 갖는다.
제3 암(30)의 선단에는, 고정측 부재(34)를 연직 방향의 회전축(36)의 주위로 화살표 D 방향으로 수동적으로 회동시키는 제1 수동 관절(37)이 배치되어 있다. 또한, 고정 부재(34)의 하단에는, 회전측 부재(38)를 수평 방향의 회전축인 수평축(회동축)(40)의 주위로 화살표 E 방향(상하 방향)으로 수동적으로 회동시키는(회동 가능한) 제2 수동 관절(42)이 배치되어 있다.
즉, 로봇 암(30)은, 액추에이터를 갖는 최저 3축의 능동 관절(20, 26, 32)과, 최저 2축의 제1 및 제2 수동 관절(37, 42)을 구비하고, 제2 수동 관절(42)보다도 선단측에 막대 형상의 시술 도구(14)를 보유 지지한다. 일반적으로는 제1 및 제2 수동 관절(37, 42)의 축은 직교하여 1점에서 교차하지만, 직교하지 않아도, 또한 1점에서 교차하지 않아도 본 실시 형태의 기구는 실현 가능하다.
또한, 3축의 능동 관절은, 수동 관절의 위치와 자세를 일의로 정할 수 있는 기구라면 어떤 기구이어도 되고, 도 1에 나타내는 구성으로 한정되는 것은 아니다. 각 능동 관절(20, 26, 32) 및 제1 및 제2 수동 관절(37, 42)에는, 관절각을 계측하는 인코더가 배치되어 있고, 위치 정보를 피드백함으로써 엔드 이펙터의 위치 자세를 일의적으로 결정할 수 있다.
여기서, 일반적으로 도 1에 나타내는 구성에 있어서는, 제2 수동 관절(42)의 수평축(40)보다 원위측에는 시술 도구(14) 등의 질량이 있고, 이 질량에 의해, 복벽(15)에는 하측 방향의 힘이 가해져버린다. 이것은, 환자에게 부담이 된다. 이것을 방지하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 제2 수동 관절(42)에 자중 보상 기구(100)를 마련하고 있다.
이하, 이 자중 보상 기구(100)에 대하여 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 있어서의 자중 보상 기구(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
수동 관절(42)에 배치되는 자중 보상 기구(100)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 주로 고정측 부재(102), 수평축 베어링(104), 원통캠 부재(106), 수평축(40), 수평축 고정 부재(108), 한 쌍의 캠 폴로어(110), 한 쌍의 슬라이드용 베어링(112), 스프링 받침대(114), 스프링(116), 그리고 회전측 부재(118)를 구비하여 구성되어 있다. 원통상의 원통캠 부재(106)의 원통면에는, 수평축(40)을 중심으로 하여 대칭이 되도록, 한 쌍의 원통캠면(106a)이 형성되어 있다. 한 쌍의 캠 폴로어가 접촉하는 원통캠면(106a)은 수평축(40)의 방향을 따라서 비스듬히 형성되어 있다. 수평축(40)은 회전측 부재(118)에 대해서는 고정되고, 고정측 부재(102)에 대하여는 수평축 베어링(104)과 수평축 고정 부재(108)에 의해, 상대적으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 후에 나타내는 케이블 가이드는 이 도면에는 포함되어 있지 않다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 캠 폴로어(110), 한 쌍의 슬라이드용 베어링(112)은 수평축(40)을 중심으로 대칭으로 설치되어 있고, 이들이 양단에 설치되어 있는 스프링 받침대(114)에는, 고정측 부재(102)를 향해 스프링(116)의 가압력이 가해진다. 슬라이드용 베어링(112)은 스프링 받침대(114) 및 캠 폴로어(110)와는 독립적으로 회전 가능한 베어링이며, 수평축(40)의 슬라이드면(40a)을 전동한다. 즉, 캠 폴로어(110), 스프링 받침대(114), 슬라이드용 베어링(112)은 수평축(40)의 회전에 추종하여, 스프링(116)의 가압력에 저항하는 원통캠면(106a)으로부터의 구속력을 받고, 수평축(40)을 따라서 이동함(슬라이드 가능)과 함께, 회전측 부재(118)는 수평축(40)을 중심으로 상측 방향으로 회동시키는 힘을 받게 된다. 바꾸어 말하면, 회전측 부재(118)는 그 선단부의 자중에 의해 화살표 G 방향의 회전 모멘트를 받지만, 스프링(116)의 가압력에 의해, 원통캠면(106a)에 접촉한 캠 폴로어(110)는, 원통캠면(106a)으로부터 화살표 F 방향의 반력을 받는다. 그 때문에, 회전측 부재(118)에는, 화살표 H 방향의 회전 모멘트가 발생하고, 회전측 부재(118)의 자중에 의한 회전 모멘트가 경감되거나, 혹은 상쇄된다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 원통캠면(106a)은 수평축(40)을 중심으로 대칭이 되도록 배치되어 있기 때문에, 캠 폴로어(110)에 가해지는 힘도 축에 대하여 대칭이 되어, 스프링 받침대(114)를 정밀하게 슬라이드시키기 위한 직동 가이드는 필요없다.
도 3은, 제2 수동 관절(42)을 정면에서 본 도면이다. 캠 폴로어(110)는 스프링(116)의 힘에 의해 원통캠면(106a)에 압박되어 있다. 그 때문에, 원통캠면(106a)의 경사에 의해 스프링(116)의 힘이 수평축(40) 주위의 상측 방향으로 회전시키는 모멘트로 변환된다. 이에 의해, 이미 설명한 바와 같이, 수평축(40)보다 원위측의 중량에 의한 회전측 부재(118)의 하측 방향으로의 회동력을 경감시키는 것이 가능해진다. 그 때문에, 수술 중의 환자에의 부담이 경감된다.
또한, 일반적으로는 스프링(116)에는 변위와 하중이 비례 관계에 있는 특성의 선형 스프링을 사용하지만, 캠면(106a)의 캠 곡선을 적절하게 설계하면, 정하중, 비선형 등의 특성의 스프링에서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능해진다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서의 케이블을 통과시키는 방법에 대하여 설명한다.
로봇 등의 구동 장치에서는, 그 관절 내에 케이블을 통과시키는 경우가 많지만, 본 실시 형태에서는, 제2 수동 관절(42) 내에 자중 보상 기구(100)를 갖기 때문에, 수평축(40)의 내부가 기구 부품에 의해 차지되어, 케이블 등을 통과시킬 수 없다. 그래서, 본 실시 형태의 구성에 있어서의, 케이블에 대한 부하를 가능한 한 작게 하는 처리 방법에 대하여 이하 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태에 있어서의 제2 수동 관절(42)에 케이블 가이드 부재(202)를 설치한 상태를 나타내는 도면이다.
케이블 가이드 부재(202)는 도 2에 있어서의 수평축(40), 고정측 부재(102), 회전측 부재(118) 중 어느 것에도 영향을 받지 않고, 수평축(40)과 동축에서 자유롭게 회전 가능한 파이프상의 부재이다. 또한, 케이블 가이드 부재(202)의 외주면에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 원호상 부분을 갖는 가이드부(A204) 및 가이드부(B206)가 배치되어 있다. 케이블은 이들 가이드부(A204), 가이드부(B206)의 원호상의 표면(204a, 206a)을 미끄러지듯이 이동한다. 여기서, 도 4에 있어서는, 가이드부(A204), 가이드부(B206)는 형상이 다르지만, 다른 부품을 피하기 위한 고안이며, 케이블을 가이드하는 면만 있으면 어떤 형태라도 마찬가지의 기능을 행할 수 있다.
도 5a-5d는, 케이블의 처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 여기에서 나타내는 방법은 전기적인 케이블뿐만 아니라, 유체 튜브나 광 파이버 등의 케이블상의 것이면 마찬가지로 취급하는 것이 가능하다. 케이블(A210), 케이블(B212)은 케이블 가이드 부재(202)의 주위를 3차원적으로 굴곡하면서 배치되고, 케이블 가이드 부재(202) 사이에서 상대적인 이동이 일어난다.
도 5a, 5b는, 수평축(40)이 어느 각도일 때의 케이블(A210), 케이블(B212) 및 케이블 가이드(202)의 상태를 나타내는 도면이다. 케이블(A210)과 케이블(B212)의 2종류가 존재하지만, 한쪽만을 원위측에 배선되는 케이블로 하고, 다른 한쪽을 기계적인 와이어로 해도 된다.
각 케이블의 일단부 및 타단부는, 고정측 부재(102) 및 회전측 부재(118)에 케이블 고정 부재(214)에 의해 고정되어 있고, 축에 감기도록 하여 케이블 가이드 부재(202)의 영역에 들어간다. 또한, 도시의 관계상, 케이블(A210)에 대하여 고정측 부재(102)의 케이블 고정 부재(214)가 그려져 있지 않지만, 케이블(B212)과 마찬가지로 고정측 부재(102)에 고정되어 있다.
여기서, 도 5a, 5b의 상태로부터 도 5c, 5d의 상태가 되도록 수평축(40)의 회전 각도가 변화된 경우를 생각한다. 고정측 부재(102), 회전측 부재(118)의 양쪽 영역에서는 케이블과의 상대적인 미끄럼 이동은 없고, 단순한 권취 동작만이다. 한편, 케이블 가이드 부재(202)의 영역에서는, 어느 케이블도 케이블 가이드 부재(202)에 대하여 상대적으로 미끄럼 이동한다. 마크(210a, 210b)의 위치로 나타낸 바와 같이, 케이블(A210)과 케이블(B212)은 각각 반대 방향으로 이동한다. 또한, 이 때, 케이블 가이드 부재(202)는 케이블(B212)에 의해 인장되기 때문에, 수평축(40)의 주위로 회전하고, 고정측 부재(102)로부터 보았을 때의 위치는 변화되고 있다.
이어서, 도 5c, 5d의 상태로부터 도 5a, 5b의 상태가 되도록 수평축(40)의 회전 각도가 변화된 경우를 생각한다. 이 때에는, 케이블(A210)이 케이블 가이드 부재(202)를 인장하는 동작을 하기 때문에, 케이블 가이드 부재(202)는 반대 방향으로 회전하고, 도 5a, 5b의 상태로 복귀된다. 이와 같이, 배선하기 위한 케이블을, 케이블 가이드 부재(202)를 구동하는 것에도 사용함으로써, 케이블에 대하여 무리없는 곡률 반경을 유지하면서 케이블 길이를 변경하지 않고 관절부를 통과시키는 것이 가능해진다.
여기에서 나타낸 예에서는, 케이블(A210) 및 케이블(B212)를 대향시키도록 배치함으로써, 케이블 가이드 부재(202)를 반대 방향으로 구동시키고 있지만, 마찬가지의 효과를 가져오는 것이라면 이 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 케이블 가이드 부재에 항상 일정 방향으로 모멘트가 걸리는 비틀림 용수철을 마련하는 방법이나, 수평축의 각도로 연동하는 기어 등에 의해 케이블 가이드 부재를 구동하는 방법 등도 생각할 수 있다. 이러한 방법을 취하면, 케이블(A210) 또는 케이블(B212) 중 어느 경로만이라도 마찬가지의 거동을 시키는 것이 가능하다.
또한, 상기 설명에서는, 가이드부(A204) 및 가이드부(B206)의 가이드면을 원호상이라 기재하였지만, 본 발명이 원호상의 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 원호상이라고 해도 진원일 필요는 없고, 또한 도 6a에 나타내는 바와 같이, 원호상에 가까운 형상의 다각 형상이나, 도 6b에 나타내는 바와 같이 핀이나 볼 등을 원호상에 가까운 형상으로 나열한 형상 등, 포락선이 원호상에 가까운 형상이 되도록 가이드부를 구성해도 된다.
이어서, 수동 관절(42)보다도 앞 부분에 동력을 전달하는 방법에 대하여 설명한다. 배경 기술의 란에서는, 수동 관절을 갖는 경우, 그 관절보다 선단측에 동력을 전달할 수 없기 때문에, 수동 관절보다 선단측에 액추에이터를 설치할 필요가 있는 것에 대하여 기재하였다. 그러나, 단순한 동작이면, 수동 관절보다 앞에 액추에이터를 마련하지 않고, 기계적으로 동력을 전달한 것이 간편한 경우가 있다. 여기에서는 그 기구에 대하여 설명한다.
도 7은, 수동 관절보다 앞 부분에 동력을 전달하는 기구의 일례를 나타내는 도면이다. 제1 수동 관절(37)과 제2 수동 관절(42)은 액추에이터를 갖지 않는 수동적인 관절이기 때문에, 고정측 부재(34)는 연직 방향의 회전축(수직축)(36)의 주위로 자유롭게 회전할 수 있고, 회전측 부재(38)는 수평축(40)의 주위로 자유롭게 회전할 수 있다. 일반적으로는, 수평축(40)과 수직축(36)은 직교하여 1점에서 교차하지만, 반드시 그러할 필요는 없다.
도 7에 있어서, 모터 등으로 이루어지는 회전 구동원(302)의 회전력은 풀리(304)와 벨트(306)를 통하여 웜 축(308)에 전달된다. 여기서, 웜 축(308)과 수평축(40)은 동축으로 되어 있고, 또한 각각의 축은 독립적으로 회전이 가능하다. 웜 축(308)이 웜 베어링(309)에 의해 지지되어 회전하면, 웜 기어(310)를 통해 웜 휠(312)에 동력이 전달된다. 이에 의해, 피구동체인 회전 동작 부재(314)가 지면에 수직인 회전축(316)의 주위로 회전된다. 회전 동작 부재(314)에는, 시술 도구(14)가 탑재되어 있다.
또한, 도 7에서는, 웜 휠(312)은 1주분은 아니고, 일부분에만 톱니가 있는 상태이다. 회전 구동 부재(314)를 1회전시키려고 하면, 웜 휠(312)을 전체 주위로 마련하고, 회전각에 제한이 있어도 된다면, 도 7과 같이 일부분에 마련하는 것만이어도 된다.
여기서, 회전 동작 부재(314)는 곡면상으로 구속되어 이동해야 한다. 이것을 가능하게 하는 구조의 예를 도 8에 나타낸다.
도 8에서는, 회전측 부재(38)에 형성된 홈(322) 내를 베어링 등의 구름 베어링(324)이 이동함으로써, 회전 동작 부재(314)가 곡면상으로 구속되면서 이동하는 것이 가능하다. 단, 구름 베어링(324)만으로는 모든 방향을 받을 수가 없기 때문에, 회전측 부재(38)의 측면(326)과 R 가이드면(미끄럼 이동면)(328)에서는 미끄럼 이동에 의해 회전 동작 부재(314)를 이동 가능하게 지지한다.
도 7에 돌아가서, 회전 구동원(302)에서 발생한 동력은 풀리(304), 벨트(306), 웜 기어(310)를 통해 웜 휠(312)에 전달되고, 회전 동작 부재(314)가 회전 구동된다. 이 때에 웜 휠(312)이 로크된 상태 또는 부하가 매우 큰 상태에서는, 웜 축(308)을 회전시키는 토크는 수평축(40)을 회전시키는 토크가 되어버린다. 그러나, 웜 기어에 의한 감속비는 일반적으로 매우 크므로, 수평축을 회전시키는 토크가 발생하였다고 해도 경미하다.
또한, 일반적으로는, 회전 동작 부재(314)에는 겸자나 내시경이라는 긴 샤프트 형상의 시술 도구(14)가 탑재되어 있고, 외투관(13)에 의해 지지되어 있다. 이 때문에 수평축(40)에 경미한 토크가 발생해도 회전 동작 부재(314)가 수평축(40)의 주위로 회전하는 일은 없다. 수평축(40)의 수동 회전에 영향을 주지 않을 정도의 마찰력 발생 기구(브레이크나 댐퍼)를 부가함으로써도 해결 가능하다.
또한, 도 7에 나타낸 기구에서는, 수평축(40)과 회전 동작 부재(314)의 회전축(316)이 교차하고 있지 않지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제2 벨트(332)에 의해 축을 오프셋시키면, 수직축(36)과, 수평축(40)과, 회전축(316)을 1점에서 교차시키는 것이 가능하다.
또한, 상기 예에서는, 회전 구동원(302)으로부터 벨트(306)에 의해 동력을 전달하도록 설명하였지만, 기어나 유사한 전달 기구를 통해도 된다.
이어서, 회전 동작 부재(314)에, 시술 도구(14)를 탈착하는 기구에 대하여 설명한다.
일반적으로 수동 관절보다 원위측에는 시술 도구(수술 기구)가 설치되고, 그 기구는 교환을 위해 빈번히 떼어 내어지는 경우가 많다. 여기에서는, 상기에서 설명한 회전 동작 부재(314)에 대하여 시술 도구(14)의 착탈을 가능하게 하는 기구에 대하여 설명한다.
도 10은, 시술 도구(14)의 착탈 기구의 예를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 회전 동작 부재(314)에는 고정용 돌기(342)가 마련되고, 그 고정용 돌기(342)와 감합되도록, 고정용 어댑터(344)가 설치된다. 설치는 고정 나사(345) 등을 사용하지만, 고정 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다.
고정용 어댑터(344)에는, 의료 기구 어댑터(346)가 착탈 가능하게 장착된다. 의료 기구 어댑터(346)는 고정용 어댑터(344)에 시술 도구(14)를 설치하기 위한 어댑터이며, 설치하고자 하는 시술 도구(14)의 형상에 따라서 몇가지의 종류를 가질 수 있다. 고정용 어댑터(344)에는, 도시하지 않은 스프링으로 가압된 고정 클로(348)가 배치되어 있고, 의료 기구 어댑터(346)는 이 고정 클로(348)에 걸려, 고정용 어댑터(344)에 장착된다. 또한, 해제 레버(350)를 누름으로써, 의료 기구 어댑터(346)를 고정용 어댑터(344)로부터 떼어 낼 수 있다.
이어서, 도 11은, 드레이프의 배치를 나타내는 도면이다. 일반적으로, 로봇은 세정이나 멸균이 불가능하기 때문에, 드레이프라고 불리는 주머니상의 덮개(352)를 씌워 청결부와 비청결부를 분리한다. 본 실시 형태에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 덮개(352)의 일부에 구멍을 마련하여 고정용 돌기(342)를 노출시키고, 고정용 어댑터(344)를 설치한다.
고정용 돌기(342)는 비청결부이기 때문에, 가능한 한 노출되지 않도록 해야 한다. 본 실시 형태의 구조에서는, 고정용 어댑터(344)를 떼어 내지 않아도 의료 기구 어댑터를 떼어 낼 수 있기 때문에, 노출되어 있는 비청결부를 만지지 않고, 기기의 착탈이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 따르면, 수동 관절에 스프링에 의한 자중 보상 기구를 마련함으로써, 선단측의 중량에 의해 회전측 부재에 가해지는 하측 방향으로의 회동력을, 관절의 대형화를 억제하면서 경감시키는 것이 가능해진다.
또한, 제2 수동 관절에, 수평축의 주위로 회전 가능하며 원호상의 케이블 가이드면을 갖는 파이프상의 케이블 가이드 부재를 배치함으로써, 수동 관절에 자중 보상 기구를 마련한 경우에도, 케이블에 부담을 주지 않고 케이블의 배선을 행할 수 있다.
또한, 수동 관절에, 상기에서 설명한 바와 같은 동력 전달 기구를 마련함으로써, 간단한 구성으로, 수동 관절보다도 앞 부분에 동력을 전달하는 것이 가능해진다.

Claims (13)

  1. 고정측 부재에 대하여, 회전측 부재를 수평축을 중심으로 하여 상하 방향으로 회동 가능하게 지지하는 수동 관절 장치이며,
    상기 수평축을 중심으로 하는 원통면을 갖고, 상기 고정측 부재에 고정된 원통상의 캠 부재이며, 상기 원통면에 상기 수평축을 중심으로 하여 대칭으로 배치되고, 상기 수평축을 따라서 비스듬히 형성된 한 쌍의 캠면을 갖는 캠 부재와,
    상기 회전측 부재에 고정된 상기 수평축의 내부에 상기 수평축을 따라서 슬라이드 가능하게 배치되고, 상기 한 쌍의 캠면에 각각 접촉하는 한 쌍의 캠 폴로어를 갖는 받침대와,
    상기 회전측 부재에 고정된 상기 수평축의 내부에 배치되고, 상기 받침대를 상기 수평축에 따라서 상기 고정측 부재를 향하여 가압하는 스프링을 구비하고,
    상기 스프링의 힘에 의해, 상기 한 쌍의 캠 폴로어를 상기 한 쌍의 캠면에 접촉시킴과 함께, 상기 한 쌍의 캠면을 눌러, 상기 회전측 부재에 가해지는 중량에 의한 상기 회전측 부재의 하측 방향으로의 회동력을 경감시키도록, 상기 회전측 부재에 상측 방향으로의 회동력을 부여하는 수동 관절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캠 폴로어는, 상기 받침대의 양단에, 상기 받침대에 대하여 회전 가능하게 배치되어 있는 수동 관절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 받침대는, 상기 받침대에 회전 가능하게 배치된 슬라이드용 베어링에 의해, 상기 수평축에 대하여 슬라이드 가능하게 지지되어 있는 수동 관절 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캠면은, 상기 스프링의 변위와 하중의 특성에 따른 곡면으로 형성되어 있는 수동 관절 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정측 부재에 일단부가 고정되고, 상기 회전측 부재에 타단부가 고정된 한 쌍의 케이블을 가이드하는 가이드 부재를 더 구비하고,
    상기 가이드 부재는, 상기 수평축에 대하여 회전 가능하게 배치된 파이프상의 부재와, 해당 파이프상의 부재 외주면에 서로 대향하여 형성되고, 상기 한 쌍의 케이블을 각각 슬라이드시켜 가이드하는 한 쌍의, 포락선이 원호상에 가까운 형상의 부분을 갖고, 상기 고정측 부재와 상기 회전측 부재의 상대적인 회동에 의해 상기 한 쌍의 케이블이 서로 동일한 방향으로 변위함에 따라서, 상기 한 쌍의 케이블을 가이드하면서, 상기 수평축의 주위로 회전하는 수동 관절 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고정측 부재로부터 상기 회전측 부재에 동력을 전달하는 동력 전달 기구를 더 구비하고,
    상기 동력 전달 기구는, 상기 고정측 부재에 배치된 회전 구동원과, 해당 회전 구동원으로부터 회전력이 전달되는, 상기 수평축과 동축의 회전축과, 해당 회전축에 배치된 웜 기어와, 해당 웜 기어에 맞물리는 웜 휠과, 해당 웜 휠에 고정되고, 상기 수평축과 수직인 축의 주위로 회전하는 회전 동작 부재를 갖는 수동 관절 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회전측 부재는, 상기 회전 동작 부재의 회전을 가이드하는 원호상의 미끄럼 이동면을 갖는 수동 관절 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고정측 부재로부터 상기 회전측 부재에 동력을 전달하는 동력 전달 기구를 더 구비하고,
    상기 동력 전달 기구는, 상기 고정측 부재에 배치된 회전 구동원과, 해당 회전 구동원으로부터 회전력이 전달되는, 상기 수평축과 동축의 제1 회전축과, 해당 제1 회전축으로부터 회전력이 전달되는 제2 회전축과, 해당 제2 회전축에 배치된 웜 기어와, 해당 웜 기어에 맞물리는 웜 휠과, 해당 웜 휠에 고정되고, 상기 수평축과 수직인 축의 주위로 회전하는 회전 동작 부재를 갖는 수동 관절 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 회전축은, 상기 회전 동작 부재의 회전축이 상기 수평축과 직교하도록, 상기 수평축으로부터 오프셋되어 있는 수동 관절 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 회전측 부재는, 상기 회전 동작 부재의 회전을 가이드하는 원호상의 미끄럼 이동면을 갖는 수동 관절 장치.
  11. 고정측 부재에 대하여, 회전측 부재를 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 관절 장치에 사용되고, 상기 고정측 부재에 일단부가 고정되어 상기 회전측 부재에 타단부가 고정된 한 쌍의 케이블을 가이드하는 케이블 가이드이며,
    상기 회동축에 대하여 회전 가능하게 배치된 파이프상의 부재와,
    상기 파이프상의 부재 외주면에 서로 대향하여 형성되고, 상기 한 쌍의 케이블을 각각 슬라이드시켜 가이드하는 한 쌍의, 포락선이 원호상에 가까운 형상의 부분을 갖고,
    상기 고정측 부재와 상기 회전측 부재의 상대적인 회동에 의해 상기 한 쌍의 케이블이 서로 동일한 방향으로 변위함에 따라서, 상기 한 쌍의 케이블을 가이드하면서, 상기 회동축의 주위로 회전하는 케이블 가이드.
  12. 고정측 부재에 대하여, 회전측 부재를 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 수동 관절 장치에 사용되고, 상기 고정측 부재로부터 상기 회전측 부재에 동력을 전달하는 동력 전달 기구이며,
    상기 고정측 부재에 배치된 회전 구동원과,
    해당 회전 구동원으로부터 회전력이 전달되는, 상기 회동축과 동축의 회전축과,
    해당 회전축에 배치된 웜 기어와,
    상기 웜 기어에 맞물리는 웜 휠과,
    상기 웜 휠에 고정되고, 상기 회동축과 수직인 축의 주위로 회전하는 회전 동작 부재를
    갖는 동력 전달 기구.
  13. 고정측 부재에 대하여, 회전측 부재를 회동축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 수동 관절 장치에 사용되고, 상기 고정측 부재로부터 상기 회전측 부재에 동력을 전달하는 동력 전달 기구이며,
    상기 고정측 부재에 배치된 회전 구동원과,
    해당 회전 구동원으로부터 회전력이 전달되는, 상기 회동축과 동축의 제1 회전축과,
    상기 제1 회전축으로부터 회전력이 전달되는 제2 회전축과,
    상기 제2 회전축에 배치된 웜 기어와,
    상기 웜 기어에 맞물리는 웜 휠과,
    상기 웜 휠에 고정되고, 상기 회동축과 수직인 축의 주위로 회전하는 회전 동작 부재를
    갖는 동력 전달 기구.
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