KR20220118087A

KR20220118087A - 엔드 이펙터를 조향하는 와이어의 장력 보상 구조를 구비한 작업 장치

Info

Publication number: KR20220118087A
Application number: KR1020210021775A
Authority: KR
Inventors: 김계리; 김정률; 권성일; 문용환
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-08-25
Also published as: US20220257091A1; KR102466617B1

Abstract

엔드 이펙터를 조향하여 작업을 수행하는 작업 장치는, 엔드 이펙터와 연결되어 엔드 이펙터를 조향하는 와이어와, 와이어와 접속되는 장력 보상기를 포함하고, 장력 보상기는, 작동 상태에서 와이어의 장력에 대응하여 형태 내지 위치가 변화하여 와이어가 팽팽하게 유지되도록 하고, 엔드 이펙터의 조향을 위해 와이어가 당겨질 때는, 형태 내지 위치가 변경되지 않는 잠김 상태가 된다.

Description

엔드 이펙터를 조향하는 와이어의 장력 보상 구조를 구비한 작업 장치{Operation apparutus having tension compensating mechanism of wire for steering end effector}

본 발명은 와이어로 엔드 이펙터를 조향하여 소정의 작업을 수행하는 작업 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔드 이펙터를 조향하는 와이어의 장력 보상 구조를 구비한 작업 장치에 관한 것이다.

엔드 이펙터를 조향하여 소정의 작업을 수행하는 작업 장치로는 대표적으로 최소침습수술을 위한 수술 장치 등이 있다.

최소침습수술이란 배를 열지 않고 절개 부위를 최소화해 시행하는 수술로, 절개 부위가 작아 흉터나 후유증이 거의 없고 회복이 빠른 장점이 있다.

이러한 최소침습수술을 위한 수술 장치들은 신체의 협소한 관로로 진입하여 수술 등의 소정의 작업을 수행하여야 하므로, 긴 튜브체의 선단에 방향 전환이 가능한 엔드 이펙터를 설치하고, 엔드 이펙터의 전단에 수술 툴(tool)을 설치하는 형태가 많다.

종래 기술에 따르면, 긴 튜브체의 전단에 연결된 엔드 이펙터의 방향을 조향하기 위해서, 엔드 이펙터에 와이어를 연결하는 와이어 구동식 장치가 널리 이용되고 있다.

와이어 구동식 장치 중, 각종의 모터 등을 이용해 와이어를 당기는 자동식 장치는 구성 및 제어가 복잡하고 가격이 높다. 따라서, 조작자가 핸들 등의 조작기를 직접 조작하는 수동 작동식 수술 장치가 보급되어 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 수동 작동식 수술 장치(작업 장치)(1)의 구성을 단순화하여 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 작업 장치(1)는 거치대 등에 고정되어 위치가 고정되는 고정체(4)와, 고정체(4)의 전단에서 길게 연장되는 튜브체(3)와, 튜브체(3)의 전단에 연결되는 엔드 이펙터(2)를 포함한다. 또한, 고정체(4)의 후단에는 고정체(4)에 대해 회동 가능하게 조작기(5)가 연결되어 있다.

엔드 이펙터(2)의 팁(tip)에 연결된 두 가닥의 와이어(6, 7)가 튜브체(3) 및 고정체(4)의 내부를 통과해 조작기(5)에 연결된다. 일반적으로 엔드 이펙터의 3차원 조향을 위해서, 네 가닥의 와이어가 연결되기도 하지만, 여기서는 설명의 편의를 위해 두 가닥의 와이어(6, 7) 만을 도시하고 설명한다.

엔드 이펙터(2)가 조향되지 않는 상태에서는, 두 가닥의 와이어(6, 7)는 동일한 장력으로 팽팽한 상태로 되어 있다.

예를 들어, 엔드 이펙터(2)를 도 2에서 시계 방향으로 조향하고자 하는 경우, 조작자는 조작기(5)를 시계 방향으로 회동시킨다. 이에 따라서, 와이어(6)가 후방으로 당겨지고, 엔드 이펙터(2)의 팁이 와이어(6)에 의해 당겨져서 엔드 이펙터(2)의 팁이 시계 방향을 조향된다. 반대로, 조작자가 조작기(5)를 반시계 방향으로 회동시키면, 와이어(7)가 당겨지면서, 엔드 이펙터(2)의 팁이 반시계 방향을 조향된다.

하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 조작기(5)를 시계 방향으로 회동시키면, 와이어(6)는 팽팽하게 유지되지만, 와이어(6)와 마주하는 와이어(7)의 장력은 감소하면서, 와이어(7)가 팽팽하게 유지되지 못하고 느슨해지는 일이 발생한다.

물론, 엔드 이펙터(2)가 시계 방향으로 조향되면서 와이어(7)를 전방으로 살짝 당겨주지만, 작업 장치(1)의 전체 길이에 비해 엔드 이펙터(2)의 길이는 매우 작으므로, 와이어(7)를 팽팽하게 유지하기에는 효과가 크지 않다.

도 2의 상태에서, 엔드 이펙터(2)를 반시계 방향으로 조향시키기 위해서 조작자가 조작기(5)를 반시계 방향으로 회동시켜도, 와이어(7)가 느슨해져 있으므로, 와이어(7)가 일단 팽팽하게 당겨질 때까지, 엔드 이펙터(2)가 회동하지 못한다. 다시 말해서, 느슨해진 와이어(7)가 팽팽하게 당겨지고 나서야, 엔드 이펙터(2)가 조향된다.

조작자가 조작기(5)를 반시계 방향으로 조작하고 있음에도, 느슨해진 와이어(7)로 인해 뒤늦게 엔드 이펙터(2)가 조향되는 소위 「백래쉬(backlash)」 현상이 발생하는 것이다.

이와 유사하게, 구부러진 관로를 통해 가요성의 튜브체(3)가 진입하는 경우, 튜브체(3)가 구부러지게 되고, 튜브체(3)가 구부러지는 쪽의 와이어가 느슨해지는 현상이 발생할 수도 있다. 또한, 잦은 사용에 따른 피로에 의해 와이어 자체가 늘어나 와이어가 느슨해지는 일도 발생한다.

어느 경우이던, 와이어가 느슨해져 팽팽하게 유지되지 못하면, 엔드 이펙터(2)의 조향이 작업자가 원하는대로 즉시 이루어지지 않아서, 작업 장치(1)의 동작 정밀도가 크게 저해될 수 밖에 없다.

와이어가 느슨해져 발생하는 문제는 조작자의 조작으로 구동하는 수동식 작업 장치 뿐만 아니라, 각종의 모터 등을 이용해 와이어를 당기는 자동식 장치에서도 나타날 수 있다.

미국 특허공개 US 2003/0004460호 공보

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엔드 이펙터를 조향하기 위한 와이어가 느슨해지는 것을 방지하여, 정밀한 동작을 유지할 수 있는 작업 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 엔드 이펙터를 조향하여 작업을 수행하는 작업 장치로서, 상기 엔드 이펙터와 연결되어 상기 엔드 이펙터를 조향하는 와이어와, 상기 와이어와 접속되는 장력 보상기를 포함하고, 상기 장력 보상기는, 작동 상태에서 상기 와이어의 장력에 대응하여 형태 내지 위치가 변화하여 상기 와이어가 팽팽하게 유지되도록 하고, 상기 엔드 이펙터의 조향을 위해 상기 와이어가 당겨질 때는, 형태 내지 위치가 변경되지 않는 잠김 상태가 되는 작업 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 장력 보상기는, 상기 와이어의 측방에서 상기 와이어에 접촉하도록 형성되고, 상기 와이어가 압박하는 힘에 대응하여 형태 내지 위치가 변화한다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터의 조향 궤적이 놓인 평면과 수직한 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되어, 상기 와이어를 후방으로 당길 수 있는 조작 샤프트를 포함하고, 상기 조작 샤프트의 회동에 의해 상기 장력 보상기의 작동 상태와 잠김 상태의 전환이 자연히 이루어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되고, 상기 조작 샤프트가 관통하는 보상 모듈을 포함하고, 상기 장력 보상기는 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되고, 상기 조작 샤프트가 일 방향으로 회동하다가 상기 장력 보상기와 접촉하면, 상기 장력 보상기가 상기 잠김 상태가 되고, 상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉한 상태에서, 상기 조작 샤프트가 일 방향으로 계속 회동하면 상기 조작 샤프트와 상기 보상 모듈이 함께 회동하여, 상기 와이어를 후방으로 당긴다.

일 실시예에 따르면, 상기 조작 샤프트가 상기 평면 상에서 상기 일 방향과 반대되는 타 방향으로 회동하면, 상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기의 접촉이 해제되어 상기 장력 보상기가 상기 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉하는 접촉면에는 각각 서로 치합되는 기어가 형성되고, 상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉하면 기어가 서로 치합되어, 상기 장력 보상기가 상기 잠김 상태가 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 장력 보상기는 상기 와이어의 장력에 따라 압축 내지 신장하는 탄성 부재에 의해 상기 보상 모듈에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 서로 직교하는 임의의 x축, y축 및 z축을 정의할 때, 상기 엔드 이펙터를 x-z 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 제1 와이어와, 상기 엔드 이펙터를 x-z 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 제2 와이어와, 상기 제1 와이어에 접속되는 제1 장력 보상기와, 상기 제2 와이어에 접속되는 제2 장력 보상기를 포함하고, 상기 엔드 이펙터의 x-z 평면 상에서 시계 방향의 조향 시에는, 상기 제1 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제2 장력 보상기는 상기 제2 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되며, 상기 엔드 이펙터의 x-z 평면 상에서 반시계 방향의 조향 시에는, 상기 제2 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제1 장력 보상기는 상기 제1 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, y축 방향 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 조작 샤프트와, 상기 y축 방향 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되고, 상기 조작 샤프트가 관통하는 보상 모듈을 포함하고, 상기 제1 장력 보상기와 상기 제2 장력 보상기는 각각 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되고, 상기 조작 샤프트의 상기 보상 모듈에 대한 상대 회동의 방향에 따라 상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기가 선택적으로 잠김 상태 또는 작동 상태로 자연히 전환된다.

일 실시예에 따르면, 상기 조작 샤프트가 상기 보상 모듈에 대해 상대 회동하지 않은 중립 상태에서 상기 조작 샤프트는 상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기에 접촉하지 않는다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터를 x-y 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 제3 와이어와, 상기 엔드 이펙터를 x-y 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 제4 와이어와, 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되며, 상기 제3 와이어에 접속되는 제3 장력 보상기와, 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되며, 상기 제4 와이어에 접속되는 제4 장력 보상기를 포함하며, 상기 조작 샤프트는 z축 방향 회동 중심축을 중심으로도 회동 가능하게 형성되고, 상기 보상 모듈은 상기 z축 방향 회동 중심축을 중심으로도 회동 가능하게 형성되며, 상기 엔드 이펙터의 x-y 평면 상에서 시계 방향의 조향 시에는, 상기 제3 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제4 장력 보상기는 상기 제4 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되고, 상기 엔드 이펙터의 x-y 평면 상에서 반시계 방향의 조향 시에는, 상기 제4 장력 보상기는 잠금 상태가 되고, 상기 제3 장력 보상기는 상기 제3 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 조작 샤프트의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작이 동시에 이루어지는 3 차원적 조작에 의해서, 상기 엔드 이펙터의 3 차원적인 조향이 가능하고, 상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기는 상기 조작 샤프트의 3차원적 회동 중 x-z 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동하고, 상기 제3 장력 보상기 및 상기 제4 장력 보상기는 상기 조작 샤프트의 3차원적 회동 중 x-y 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동한다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 보상 모듈의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 제1 유니버설 조인트와, 상기 조작 샤프트의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 제2 유니버설 조인트를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 유니버설 조인트에는 상기 제1 유니버설 조인트의 축부에 결합된 부재에 대해 소정의 회전 강성을 부여하는 로터리 댐퍼가 설치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터가 선단에 결합되고, 상기 엔드 이펙터에 연결된 상기 와이어가 내부를 통과하는 튜브체를 포함하고, 상기 튜브체는 적어도 일부가 굴절 가능한 가요성 재질로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터의 조향 궤적이 놓인 평면과 수직한 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 조작 샤프트와, 상기 조작 사프트의 후단부에 결합되어 사용자가 파지할 수 있는 핸들을 포함하고, 상기 작업 장치는, 사용자가 상기 핸들을 파지하고 상기 조작 샤프트를 회동시킴으로써 동작하는 무동력의 수동 작동식 장치이다.

일 실시예에 따르면, 상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터의 전단부에 결합되는 수술 툴을 구비하는 수술 장치이다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 작업 장치의 구성을 단순화하여 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업 장치의 측면도이다.
도 4는 도 3의 작업 장치의 삽입부를 확대 도시한 것이다.
도 5는 도 3의 작업 장치의 조작부를 확대 도시한 것이다.
도 6 내지 도 9는 도 3의 작업 장치의 구성을 단순화하여 도시한 것이다.
도 10 내지 도 12는 도 3의 작업 장치의 작동부를 더 자세히 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 15는 도 3의 작업 장치를 작동부 위주로 상세히 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업 장치(10)의 측면도이다.

도 3을 포함한 일부 도면에 서로 직교하는 x축, y축 및 z축이 표시되어 있다. 본 출원의 명세서, 도면 및 청구범위에서 정의된 x축, y축 및 z축에 의한 x-y-z 좌표계는 절대 좌표계가 아니며, 엔드 이펙터(30)의 조향 방향 및 작업 장치(10)의 구성 간의 위치 관계를 설명하기 위한 임의 좌표계이다. x축과 y축에 의해 정의되는 평면을 x-y 평면으로 칭하고, x축과 z축에 의해 정의되는 평면을 x-z 평면으로 칭하며, y축과 z축에 의해 정의되는 평면을 y-z 평면으로 칭한다. 이하에서는, 엔드 이펙터(30)의 길이 방향(작업 장치(10) 전체의 실질적인 길이 방향)을 x 축과 평행하게 하여 설명한다.

본 실시예에 따른, 작업 장치(10)는 최소침습수술을 위한 수술 장치로서, 동력 없이 조작자의 조작에 의해 작동하는 무동력의 수동 작동식 장치이다. 다만, 작업 장치(10)는 반드시 수술 장치에 한정되는 것은 아니다. 와이어를 이용해 엔드 이펙터(30)를 조향하여 소정의 작업을 수행하는 장치라면, 본 발명의 작업 장치가 될 수 있다. 또한, 작업 장치(10)는 반드시 무동력의 수동 작동식 장치일 필요는 없으며, 일부 동력을 이용하거나 완전 자동 작동식의 장치일 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 작업 장치(10)는 생체 내로 삽입되는 삽입부(11)와, 생체 밖에서 엔드 이펙터(30)와 수술 툴(20)을 조작할 수 있는 조작부(12)를 포함한다.

삽입부(11)는 전단에서부터 차례대로 수술 툴(20), 엔드 이펙터(30) 및 튜브체(40)를 포함한다. 조작부(12)는 튜브체(40)가 고정되는 고정체(50), 작동부(60) 및 핸들(70)을 포함한다.

도 4는 작업 장치(10)의 삽입부(11)를 확대 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 엔드 이펙터(30)는 복수의 세그먼트(31)가 일렬로 접속되고, 각각의 세그먼트(31)가 서로 상대적으로 회동하여 전체적으로 굴절하는 직렬 세그먼트형 구조체이다. 엔드 이펙터(30)는 각각의 세그먼트(31)의 상대적인 회동에 의해 전체적으로 굴절하여 팁(32)의 방향이 조향될 수 있다. 엔드 이펙터(30)는 팁(32)의 방향이 3 차원적으로 조향되도록 3 차원 굴절이 가능하도록 형성된다.

이해를 돕기 위해, 도 3 및 도 4에서는 엔드 이펙터(30)가 구부러진 상태로 도시되었지만, 엔드 이펙터(30)가 조향되지 않은 초기 상태에서는 각각의 세그먼트(31)가 일렬로 배치되어 엔드 이펙터(30)가 굴절되지 않은 상태가 된다.

본 실시예에 따른 복수의 세그먼트(31)는 서로 구름 운동하여 상대적인 회동이 가능하도록 형성되었지만, 이에 한정되지 않는다. 복수의 세그먼트(31)가 예를 들어 핀 체결에 의해 연결되어도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(30)는 반드시 복수의 세그먼트로 이루어진 구조가 아니어도 좋고, 튜브체(40)에 대해 회동 가능한 단일 몸체로 이루어져도 좋다.

엔드 이펙터(30)의 팁(32)에는 수술 툴(20)이 결합되어 있다. 본 실시예에 따른 수술 툴(20)은 생체 조직을 절개할 수 있는 가위이다. 수술 툴(20)은, 작업 장치(10)의 작업 내용이나 용도에 따라서, 예를 들어, 레이저 조사 장치, 겸자 등과 같은 다른 형태가 될 수도 있다. 또한, 수술 툴(20)은 엔드 이펙터(30)에 분리 가능하게 결합되어, 필요에 따라 다른 종류의 툴로 교체 가능하게 형성되어도 좋다.

다시 도 3은 참조하면, 본 실시예에 따른 튜브체(40)는 고정체(50)로부터 연장되는 가요성이 없는 강체부(42)와, 강체부(42)로부터 연장되는 가요성이 있는 가요성부(41)를 구비한다. 튜브체(40)의 적어도 일부를 굴절 가능한 가요성 재질로 형성함으로써, 튜브체(40)가 굴곡이 있는 생체 내 관로를 따라 적절히 삽입될 수 있다. 강체부(42)와 가요성부(41)의 길이는 수술 위치로 진입하기 위한 생체 내 관로의 형상에 대응하여 조정될 수 있다. 또한, 튜브체(40)는 필요에 따라서 전체가 가요성부 또는 강체부로 이루어져 있어도 좋다.

도 5는 작업 장치(10)의 조작부(12)를 확대 도시한 것이다.

고정체(50)는 작업 장치(10)를 적절한 위치에 고정하기 위한 구성이다. 고정체(50)는 다른 프레임 등에 거치 또는 고정되어, 작동부(60)나 삽입부(11)의 동작 기준점이 되도록 위치 고정된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 조작부(12)의 작동부(60)는 고정체(50)에 연결되는 조인트 모듈(300)과, 조인트 모듈(300)에 의해 고정체(50)에 회동 가능하게 연결되는 보상 모듈(100) 및 조작 샤프트(200)를 포함한다.

도 3 및 도 5에는 도시하지 않았지만, 작업 장치(10)는 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)(도 14 참조)를 구비한다. 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)는 그 전단부가 엔드 이펙터(30)의 팁(32)에 고정되어 있고, 엔드 이펙터(30), 튜브체(41) 및 고정체(50)을 내부를 통해 연장된다. 본 실시예에 따르면, 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)의 후단부는 보상 모듈(100)에 연결되어 있다.

본 실시예에 따른 보상 모듈(100)에는 와이어가 팽팽하게 유지되도록 하기 위한 장력 보상기(101, 102)가 연결된다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 장력 보상기(101, 102)의 작동 및 기능에 대해 설명한다.

도 6 내지 도 9는 작업 장치(10)의 구성을 단순화하여 도시한 것이다. 작업 장치(10)의 상세한 구성은 뒤에서 더 자세히 설명한다. 도 6 내지 도 9에서는 수술 툴(20)과 핸들(70)은 도시 생략되어 있다.

후술하는 바와 같이, 엔드 이펙터(30)는 3 차원적인 조향이 가능하지만, 여기서는 엔드 이펙터(30)의 팁(32)이 그리는 조향 궤적이 x-z 평면 상에 놓인 경우에 대해 먼저 설명한다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 작업 장치(10)는, 엔드 이펙터(30)를 x-z 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 제1 와이어(21)와, 엔드 이펙터(30)를 x-z 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 제2 와이어(22)를 포함한다.

제1 와이어(21)와 제2 와이어(22)는 엔드 이펙터(30)의 길이 방향 중심축에 대해 z 방향으로 이격되어 배치되어 있고, 엔드 이펙터(30)의 길이 방향을 따라 연장된다. 제1 와이어(21)와 제2 와이어(22)는 그 전단부가 엔드 이펙터(30)의 팁(32)에 고정되고, 엔드 이펙터(30), 튜브체(40) 및 고정체(50)의 내부를 통과해 연장된다.

도시의 편의를 위해서, 도 6 내지 도 9에서는, 제1 와이어(21) 및 제2 와이어(22)의 후단부가 조작 샤프트(200)에 고정된 것처럼 도시하였지만, 본 실시예에서 제1 와이어(21) 및 제2 와이어(22)의 후단부는 보상 모듈(100)에 연결된다. 다만, 제1 와이어(21) 및 제2 와이어(22)의 후단부는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 조작 샤트트(200)에 고정되어 좋다.

조작 샤프트(200)는 엔드 이펙터(30)의 조향 궤적이 놓인 x-z 평면과 수직한 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동 가능하게 고정체(50)에 연결되어 있다.

제1 장력 보상기(101) 및 제2 장력 보상기(102)가 조작 샤프트(200)로부터 멀어져 전진하거나 가까워져 후퇴하는 위치 변화가 가능하도록 형성된다.

제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)를 향해 배치되어, 제1 와이어(21)에 접속된다. 본 명세서에서 두 부재가 "접속된다"는 것은, 해당 부재가 작동 가능하게 직접 연결되는 것 뿐 아니라, 해당 부재가 작동 가능하게 간접적으로 연결되거나 접촉하는 것도 포함한다.

본 실시예에 따르면 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)의 측방에서 제1 와이어(21)에 접촉하도록 형성된다. 제1 장력 보상기(101)에는 탄성 부재인 제1 스프링(111)이 연결되어 있다. 제1 스프링(111)은, 제1 와이어(21)가 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘에 대항하여 제1 와이어(21)를 밀어내는 힘을 제1 장력 보상기(101)에 제공한다.

제1 와이어(21)의 장력이 증가하여 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘이 강해지면, 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)에 밀려 후퇴한다. 제1 와이어(21)의 장력이 감소하여(제1 와이어(21)가 느슨해져서) 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘이 약해지면, 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)를 밀면서 전진한다. 즉, 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)의 장력에 대응하여 위치가 변화하게 된다.

제2 장력 보상기(102)는 제2 와이어(22)를 향해 배치되어, 제2 와이어(22)에 접속된다. 본 실시예에 따르면, 제2 장력 보상기(102)는 제2 와이어(22)의 측방에서 제2 와이어(22)에 접촉하도록 형성된다. 제2 장력 보상기(102)에는 탄성 부재인 제2 스프링(112)이 연결되어 있다. 제2 스프링(112)은, 제2 와이어(22)가 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘에 대항하여 제2 와이어(22)를 밀어내는 힘을 제2 장력 보상기(102)에 제공한다.

제2 와이어(22)의 장력이 증가하여 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘이 강해지면, 제2 장력 보상기(102)는 제2 와이어(22)에 밀려 후퇴한다. 제2 와이어(22)의 장력이 감소하여(제2 와이어(22)가 느슨해져서) 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘이 약해지면, 제2 장력 보상기(102)는 제2 와이어(22)를 밀면서 전진한다. 즉, 제2 장력 보상기(102)는 제2 와이어(22)의 장력에 대응하여 위치가 변화하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(30)가 조향되지 않은 초기 상태에서는, 제1 와이어(21)가 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘과 제1 스프링(111)이 제1 장력 보상기(101)를 미는 힘이 균형을 이루면서, 제1 와이어(21)가 팽팽하게 유지되어 있다. 마찬가지로, 제2 와이어(22)가 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘과 제2 스프링(112)이 제2 장력 보상기(102)를 미는 힘이 균형을 이루면서, 제2 와이어(22)가 팽팽하게 유지되어 있다.

초기 상태에서 제1 와이어(21) 및 제2 와이어(22)의 장력은 실질적으로 동일한 상태로, 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)는 엔드 이펙터(30)의 길이 방향 중심축을 기준으로 실질적으로 대칭을 이룬다.

수술 툴(20)을 수술 부위로 접근시키기 위해서, 미리 생체에 삽입된 캐뉼라(미도시)에 삽입부(11)를 밀어 넣는다. 생체 내 관로는 일반적으로 직선이 아니므로, 캐뉼라는 그에 대응하여서 굴곡하여 있다. 따라서, 캐뉼라로 삽입되는 튜브체(40)는, 캐뉼라의 형상에 대응하여 가요성부(41)가 구부러진 형태가 된다.

도 7은 가요성부(41)가 구부러진 상태의 작업 장치(10)를 도시한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가요성부(41)가 도 7에서 반시계 방향으로 굴곡하면, 제1 와이어(21)가 당겨져 장력이 증가하게 되고, 제2 와이어(22)의 장력은 약해져 상대적으로 느슨한 상태가 된다.

제1 와이어(21)의 장력이 증가하면, 측방에서 접촉하는 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘이 강해지고, 이에 따라서 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)에 의해 밀려 후퇴하게 된다.

반면, 제2 와이어(22)의 장력이 감소하면, 측방에서 접촉하는 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘이 약해진다. 제2 스프링(112)은 제2 와이어(22)를 미는 방향으로 힘을 제공하므로, 제2 와이어(22)가 팽팽해져 제2 와이어(22)의 압박력과 제2 스프링(112)의 탄성력이 균형을 이룰 때까지, 제2 장력 보상기(102)가 제2 와이어(22)를 향해 전진하게 된다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 장력 보상기는 접속되는 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하여 당해 접속된 와이어가 팽팽하게 유지되도록 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 튜브체(40)가 생체 내로 진입하여, 엔드 이펙터(30)의 팁(32)(또는 수술 툴)이 정해진 위치에 위치하면, 엔드 이펙터(30)를 적절히 조향하여 수술을 수행한다.

도 8은 엔드 이펙터(30)를 시계 방향으로 조향하는 모습을 도시한 것이다.

조작자는 조작 샤프트(200)를 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동시킨다. 조작 샤프트(200)의 조작에 따라서, 제1 와이어(21)의 장력이 증가하면서 제1 와이어(21)가 제1 장력 보상기(101)를 압박하는 힘은 더 강해지고, 제2 와이어(22)의 장력이 감소하면서 제2 와이어(22)가 제2 장력 보상기(102)를 압박하는 힘은 더 약해진다.

제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)가 자유롭게 작동 가능한 작동 상태라면, 제1 장력 보상기(101)는 제1 와이어(21)에 의해 밀려 더 후퇴하게 된다. 따라서, 제1 와이어(21)가 당겨져도 힘의 작용점이 고정되지 않아서, 엔드 이펙터(30)에 힘이 전달되지 않는다. 즉, 제1 스프링(111)이 완전히 압축되어 제1 장력 보상기(101)가 위치 고정되기 전까지는 엔드 이펙터(30)의 조향이 거의 이루어지지 않게 되는 "백래쉬" 현상이 발생할 수 있다.

이러한 현상을 보완하기 위해서, 본 실시예에 따르면, 장력 보상기는 엔드 이펙터(30)의 조향을 위해 그와 접속하는 와이어가 당겨질 때는, 위치가 변경되지 않는 잠김 상태가 된다.

도 8을 참조하여 더 자세히 설명하면, 엔드 이펙터(30)를 시계 방향으로 조향하기 위해 제1 와이어(21)가 후방으로 당겨지는 때에, 제1 장력 보상기(101)는 해당 위치에서 위치가 변경되지 않는 잠김 상태로 전환된다. 즉, 제1 와이어(21)에 대한 힘의 작용점이 고정된다. 반면, 제2 장력 보상기(102)는 여전히 위치가 변경될 수 있는 작동 상태에 있다.

따라서, 조작 샤프트(200)를 시계 방향으로 회동시키면, 힘의 작용점이 고정된 상태에서 팽팽한 상태의 제1 와이어(21)가 당겨져셔, 엔드 이펙터(30)가 즉시 시계 방향으로 조향된다. 즉, "백래쉬" 현상이 발생하지 않는다.

엔드 이펙터(30)가 시계 방향으로 조향되면, 제2 와이어(22)의 장력이 변화(엔드 이펙터(30)가 x-z 평면 상에서만 조향되면 장력이 감소할 것이지만, 후술하는 바와 같이 엔드 이펙터(30)의 3차원적 조향이 일어날 때는 제2 와이어(22)의 장력이 증가하는 경우도 있을 수 있다)한다. 제2 장력 보상기(102)는 작동 상태에 있으므로, 제2 와이어(22)의 압박력과 제2 스프링(112)의 탄성력이 균형을 이룰 때까지 제2 장력 보상기(102)의 위치가 자연히 변화하면서, 제2 와이어(22)가 팽팽하게 유지되도록 한다.

도 9는 엔드 이펙터(30)를 반시계 방향으로 조향하는 모습을 도시한 것이다.

도 8의 상태에서 엔드 이펙터(30)를 직선 상태로 돌리거나, 나아가 반시계 방향으로 더 조향하여야 하는 경우가 있다. 이 때, 조작자는 조작 샤프트(200)를 반시계 방향으로 회동시킨다.

조작 샤프트(200)가 반시계 방향으로 회동하면, 제2 와이어(22)가 후방으로 당겨지고, 그 순간에, 제2 장력 보상기(102)는 해당 위치에서 위치가 변경되지 않는 잠김 상태로 전환된다. 즉, 제2 와이어(22)에 대한 힘의 작용점이 고정된다. 반면, 제1 장력 보상기(101)는 잠김 상태에서 작동 상태로 전환되어 위치 변경이 가능한 상태로 된다.

따라서, 조작 샤프트(200)를 반시계 방향으로 회동시키면, 힘의 작용점이 고정된 상태에서 팽팽한 상태의 제2 와이어(22)가 당겨져셔, 엔드 이펙터(30)가 실질적으로 즉시 반시계 방향으로 조향된다.

엔드 이펙터(30)가 반시계 방향으로 조향되면, 제1 와이어(21)의 장력이 변화(엔드 이펙터(30)가 x-z 평면 상에서만 조향되면 장력이 감소할 것이지만, 후술하는 바와 같이 엔드 이펙터(30)의 3차원적 조향이 일어날 때는 제1 와이어(21)의 장력이 증가하는 경우도 있을 수 있다)한다. 제1 장력 보상기(101)는 작동 상태에 있으므로, 제1 와이어(21)의 압박력과 제1 스프링(111)의 탄성력이 균형을 이룰 때까지 제1 장력 보상기(101)의 위치가 자연히 변화하면서, 제1 와이어(21)가 팽팽하게 유지되도록 한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 작업 장치(10)는 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 장력 보상기를 이용해 와이어를 항상 팽팽하게 유지할 수 있다. 따라서, 엔드 이펙터를 조향할 때, 생체 삽입 과정에서 튜브체가 굴절될 때, 와이어가 노후하였을 때 등의 원인으로 와이어가 느슨해지는 것을 방지하여, 작업 장치(10)의 정밀성을 유지할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따르면, 엔드 이펙터의 조향을 위해 와이어가 당겨질 때는, 장력 보상기가 그 위치가 변경되지 않는 잠김 상태로 전환되어, 와이어 조작에 대응하여 엔드 이펙터가 즉시 조향될 수 있도록 함으로써, 작업 장치(10)의 작업성을 향상시킨다.

본 실시예에 따르면, 장력 보상기가 스프링에 연결되어, 와이어의 장력에 대응하여 위치 변화가 이루어지는 것으로 설명하였지만, 반드시 이에 한정되지 않는다.

장력 보상기는, 예를 들어, 공압에 의해 팽창 또는 압축되는 에어 포켓이나, 열에 의해 수축 또는 신장하는 형상기억합금 재질의 부재 등 와이어의 장력에 대응하여 형태가 변화하는 구성이라도 좋다.

즉, 본 발명에 따른 장력 보상기는 접속되는 와이어의 장력에 대응하여 형태 내지 위치가 변화하여 와이어가 팽팽하게 유지되도록 하는 구성이다.

본 실시예에서 장력 보상기는 보상 모듈에 고정되어 와이어에 접속되어 있지만, 장력 보상기는 조작 샤프트에 연결되는 구성이 될 수도 있다.

또한, 장력 보상기는 스프링이 아니라, 에어 실린더나 링크 등에 의해 위치 변화가 이루어져도 좋다.

다만, 본 실시예와 같이 장력 보상기가 스프링에 의해 위치 변화하도록 구성하면, 공기나 전기 등의 구동원에 의한 별도의 정밀 제어 없이도, 접속되는 와이어의 장력에 대응하여 장력 보상기의 위치 변화가 자연히 이루어지므로, 무동력의 작업 장치(10)를 구성할 수 있다.

장력 보상기의 잠김 상태로의 전환은, 조작 샤프트(300)에 스토퍼 등을 연결하고, 별도의 조작 수단을 통해 장력 보상기를 위치 고정하여 수행하여도 좋지만, 본 실시예에 따른 작업 장치(10)는, 조작 샤프트(200)의 회동에 의해 장력 보상기의 작동 상태와 잠김 상태의 전환이 자연히 이루어지도록 한다.

도 10 내지 도 12는 작업 장치(10)의 작동부(60)를 더 자세히 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 보상 모듈(100)은 회동 프레임(120), 연결 프레임(130) 및 고정 프레임(140)을 구비한다.

회동 프레임(120)은 조인트 모듈(300)에 연결되어 고정체(50)에 대해 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 기준으로 회동 가능하다.

고정 프레임(140)은 조작 샤프트(200)를 기준으로 제1 와이어(21) 쪽에 배치되는 제1 고정 프레임(141)과 제2 와이어(22) 쪽에 배치되는 제2 고정 프레임(142)을 포함한다.

연결 프레임(130)은 그 전단에 회동 프레임(120)에 고정되고, 그 후단에 제1 고정 프레임(141)과 제2 고정 프레임(142)이 한꺼번에 고정된다.

회동 프레임(120), 연결 프레임(130) 및 고정 프레임(140)이 서로 고정되어, 회동 프레임(120)이 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동하면, 보상 모듈(100) 전체가 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동하게 된다.

제1 고정 프레임(141)에는 후단으로 갈수록 제1 와이어(21)와 가까워지도록 경사진 제1 수용부(145)가 형성되어 있다. 제1 수용부(145)에는 제1 스프링(111)과 제1 장력 보상기(101)가 위치 이동 가능하게 삽입된다.

제1 수용부(145)에 놓인 제1 장력 보상기(101)는 제1 수용부(145)의 경사면을 따라 비스듬하게 배치된다. 제1 장력 보상기(101)는 제1 수용부(145)의 경사면을 따라 대각선 방향으로 위치 이동하게 된다.

제1 와이어(21)가 압박하는 힘의 방향은 대체로 제1 장력 보상기(101)가 배치되는 경사 방향으로 작용하므로, 제1 장력 보상기(101)가 쉽게 제1 와이어(21)의 장력에 대응하여 작동할 수 있게 된다.

제1 장력 보상기(101)는 대략 원통의 일부 형상을 가지는 헤드부(161)와, 헤드부(161)보다 높이가 낮고 소정의 길이를 가지는 판 형상의 몸체부(162)를 포함한다. 몸체부(162)의 상면에는 복수의 기어치가 나열된 기어(163)가 형성된다.

제1 수용부(145)의 상면은 소정 폭으로 절개되어 제1 장력 보상기(101)의 기어(163)가 외부로 노출되도록 형성된다(도 14 참조).

유사하게, 제2 고정 프레임(142)에는 후단으로 갈수록 제2 와이어(22)와 가까워지도록 경사진 제2 수용부(146)가 형성되어 있다. 제2 수용부(146)에는 제2 스프링(112)과 제2 장력 보상기(102)가 위치 이동 가능하게 삽입된다.

제2 수용부(146)에 놓인 제2 장력 보상기(102)는 제2 수용부(146)의 경사면을 따라 비스듬하게 배치된다. 제2 장력 보상기(102)는 제2 수용부(146)의 경사면을 따라 대각선 방향으로 위치 이동하게 된다.

제2 장력 보상기(102)는 대략 원통의 일부 형상을 가지는 헤드부(171)와, 헤드부(171)보다 높이가 낮고 소정의 길이를 가지는 판 형상의 몸체부(172)를 포함한다. 몸체부(172)의 상면에는 복수의 기어치가 나열된 기어(173)가 형성된다.

제2 수용부(146)의 상면은 소정 폭으로 절개되어 제2 장력 보상기(102)의 기어(173)가 외부로 노출되록 형성된다.

본 실시예에 따른 조작 샤프트(200)는 조인트 모듈(300)에 연결되어 고정체(50)에 대해 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 기준으로 회동 가능하게 형성된다. 조작 샤프트(200)는 보상 모듈(100)과 고정체(50)에 대한 회동 중심축이 동일할 뿐이며, 조작 샤프트(200)와 보상 모듈(100)은 각각 독립적으로 축 방향 회동 중심축(R_y)을 기준으로 회동 가능하다.

조작 샤프트(200)는 메인 샤프트(201)와, 메인 샤프트(201)의 측방에서 제1 와이어(21)와 제2 와이어(22) 쪽으로 각각 형성되는 가지 샤프트(210, 220)를 구비한다.

메인 샤프트(201)는 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 기준으로 회동 가능하도록 조인트 모듈(300)에 연결되고, 보상 모듈(100)을 관통하도록 형성된다. 메인 샤프트(201)는 후단부가 보상 모듈(100) 너머로 연장된다.

본 실시예에 따르면, 메인 샤프트(201)가 통과하는 보상 모듈(100) 내부의 경로(150)의 크기는 메인 샤프트(201)의 직경보다 크다. 따라서, 메인 샤프트(201)는 보상 모듈(100) 내부의 경로(150)와 이격되어 있다.

제1 가지 샤프트(210)는 제1 와이어(21)를 향하는 방향으로 연장되다가 제1 장력 보상기(101)를 향해 구부러지는 대략 "ㄱ"자 형태를 가진다. 제1 가지 샤프트(210)의 단부측 내면에는 제1 장력 보상기(101)의 기어(163)와 치합될 수 있는 기어(211)가 형성되어 있다.

제1 와이어(21)는 회동 프레임(120)을 관통하고, 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101)의 헤드부(161)에 걸치도록 연장된다. 제1 와이어(21)의 후단부는 제1 고정 프레임(141)에 고정된다.

유사하게, 제2 가지 샤프트(220)는 제2 와이어(22)를 향하는 방향으로 연장되다가 제2 장력 보상기(102)를 향해 구부러지는 대략 "ㄱ"자 형태를 가진다. 제2 가지 샤프트(220)의 단부측 내면에는 제2 장력 보상기(102)의 기어(173)와 치합될 수 있는 기어(221)가 형성되어 있다.

제2 와이어(22)는 회동 프레임(120)을 관통하고, 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)의 헤드부(171)에 걸치도록 연장된다. 제2 와이어(22)의 후단부는 제2 고정 프레임(142)에 고정된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 조작 샤프트(200)가 보상 모듈(100)에 대해 상대 회동하지 않은 상태(즉, 조작 샤프트(200)와 보상 모듈(100)의 중심축이 x 축과 평행하게 놓안 상태)를 중립 상태라고 한다. 뒤에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 보상 모듈(100)은 로터리 댐퍼에 의해 조인트 모듈(300)에 연결되어 있어, 중립 상태에서 그 자중에 의해 스스로 회동하지 않도록 지지된다. 조작 샤프트(200)의 중립 상태는 조작자가 조작 샤프트(200)가 하방으로 회동하지 않도록 잡아 유지된다. 다만, 조작 샤프트(200) 역시 로터리 댐퍼에 의해 조인트 모듈(300)에 연결되어 중립 상태가 유지되어도 좋다.

중립 상태에서, 조작 샤프트(200)는 보상 모듈(100)과 그에 연결된 제1 장력 보상기(101) 및 제2 장력 보상기(102)에 접촉하지 않는다.

더 구체적으로, 중립 상태에서, 조작 샤프트(200)의 제1 가지 샤프트(210)의 기어(211)는 제1 장력 보상기(101)의 기어(163)와 살짝 떨어져 접촉하지 않고, 제2 가지 샤프트(220)의 기어(221)는 제2 장력 보상기(102)의 기어(173)와 살짝 떨어져 접촉하지 않는다. 따라서, 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)는 모두 그와 접속한 와이어의 장력에 대응하여 위치 변화 가능한 작동 상태가 된다.

도 10에서는 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)는 대칭으로 배치되는 중립 상태를 도시하였지만, 중립 상태에서 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)가 반드시 대칭인 위치에 배치되는 것은 아니다. 중립 상태에서 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)가 모두 작동 상태가 되므로, 튜브체(40)가 굴절하는 등 엔드 이펙터(30)의 능동적인 조향과 무관하게 와이어가 느슨해지는 일이 발생하면, 각각의 장력 보상기가 그와 접속하는 와이어의 장력 변화에 대응하여 자연히 위치 이동하여, 와이어를 팽팽하게 유지한다(도 7 참조).

중립 상태에서 엔드 이펙터(30)를 일 방향(시계 방향)으로 조향하기 위해, 조작자는 조작 샤프트(200)를 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동시킨다.

이 때, 조작 샤프트(200)와 보상 모듈(300)은 독립적으로 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동 가능하므로, 로터리 댐퍼에 의해 힘을 받는 보상 모듈(300)은 그대로 유지된 상태에서, 조작 샤프트(200)만이 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101)는 살짝 떨어져 있기 때문에, 조작 샤프트(200)만이 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동하면, 거의 순간적으로 조작 샤프트(200)와 제1 장력 보상기(101)(구체적으로는, 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101))가 접촉하게 된다.

이에 따라서, 제1 가지 샤프트(210)의 기어(211)와 제1 장력 보상기(101)의 기어(163)가 치합되고, 제1 장력 보상기(101)는 현재 위치에서 위치 고정되는 잠김 상태가 된다. 반면, 제2 장력 보상기(102)는 조작 샤프트(200)에 의해 간섭받지 않아서 여전히 작동 상태에 있다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 조작 샤프트(200)와 제1 장력 보상기(101)가 접촉한 상태(즉, 제1 장력 보상기(101)의 잠김 상태)에서, 조작 샤프트(200)를 시계 방향으로 계속 회동시키면, 조작 샤프트(200)가 보상 모듈(100)에 힘을 가하게 되고, 조작 샤프트(200)와 보상 모듈(100)이 함께 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동하게 된다.

보상 모듈(100)에 고정된 제1 와이어(21)는 보상 모듈(100)의 회동에 의해 후방으로 당겨진다.

제1 장력 보상기(101)가 잠김 상태에 있으므로, 힘의 작용점이 고정된 상태에서 팽팽한 상태의 제1 와이어(21)가 당겨져셔, 엔드 이펙터(30)가 즉시 시계 방향으로 조향된다. 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101) 사이의 틈은 작업 장치(10)의 전체 크기와 대비해 매우 작아서, 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101)가 접촉하기까지의 시간은 거의 찰나이다. 따라서, 조작자는 조향 과정에서 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101)가 접촉하기까지의 시간을 실질적으로 체감하지 못한다.

이 때. 제2 장력 보상기(102)는 작동 상태로, 제2 와이어(22)가 팽팽하게 유지되도록 해준다.

도 12의 상태에서, 엔드 이펙터(30)를 타 방향(반시계 방향)으로 조향하기 위해, 조작자가 조작 샤프트(200)를 반시계 방향으로 회동시키면, 조작 샤프트(200)만 회동하면서 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)가 접촉하게 된다. 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102) 사이의 간격도 여전히 작기 때문에, 조작 샤프트(200)만이 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 반시계 방향으로 회동하면, 거의 순간적으로 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)가 접촉하게 된다. 이에 따라서, 제2 가지 샤프트(210)의 기어(221)와 제2 장력 보상기(102)의 기어(173)가 치합되고, 제2 장력 보상기(102)는 현재 위치에서 위치 고정되는 잠김 상태가 된다.

반면, 제1 가지 샤프트(210)와 제1 장력 보상기(101)의 접촉은 자연히 해제된다. 따라서, 제1 장력 보상기(101)는 작동 상태가 된다.

이어서, 조작 샤프트(200)와 제2 장력 보상기(102)가 접촉한 상태(즉, 제2 장력 보상기(102)의 잠김 상태)에서, 조작 샤프트(200)를 반시계 방향으로 계속 회동시키면, 조작 샤프트(200)가 보상 모듈(100)에 힘을 가하게 되고, 조작 샤프트(200)와 보상 모듈(100)이 함께 y축 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 반시계 방향으로 회동하게 된다.

이에 따라서, 보상 모듈(100)에 고정된 제2 와이어(22)는 보상 모듈(100)의 회동에 의해 후방으로 당겨진다.

제2 장력 보상기(102)가 잠김 상태에 있으므로, 힘의 작용점이 고정된 상태에서 팽팽한 상태의 제2 와이어(22)가 당겨져셔, 엔드 이펙터(30)가 즉시 반시계 방향으로 조향된다. 도 12와 같이 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)가 최대로 이격된 상태에서도 그 사이의 틈은 작업 장치(10)의 전체 크기와 대비해 매우 작아서, 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)가 접촉하기까지의 시간은 거의 찰나이다. 따라서, 조작자는 조향 과정에서 제2 가지 샤프트(220)와 제2 장력 보상기(102)가 접촉하기까지의 시간을 실질적으로 체감하지 못한다.

이 때. 제1 장력 보상기(101)는 작동 상태로, 제1 와이어(21)가 팽팽하게 유지되도록 해준다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 엔드 이펙터(30)의 회동 방향으로 마주하여 배치되는 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)가 하나의 조작 샤프트(200)의 회동에 따라서, 선택적으로 잠김 상태 또는 작동 상태로 자연히 전환된다. 따라서, 장력 보상기의 조작을 위한 별도의 장치나 동작이 없어도 되므로, 작업 장치(10)의 작업성이 우수하다.

이상에서는, 개념의 이해를 위해서, 작동부(60)를 주로 측면에서 도시하고, 엔드 이펙터(30)의 조향 궤적이 x-z 평면 상에 있는 상황을 설명하였다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 조작 샤프트(200)는, y 방향 회동 중심축(R_y) 중심의 회동 동작과 y 방향 회동 중심축(R_y)과 수직한 z 방향 회동 중심축(R_z) 중심의 회동 동작이 동시에 이루어지는 3 차원적 동작이 가능하며, 조작 샤프트(200)의 3 차원적 조작에 의해서 엔드 이펙터(30)의 3차원적인 조향이 가능하다.

이에 대해 도 13 내지 도 15를 참조하여 자세히 설명한다. 도 13 내지 도 15는 작동부(60)를 위주로 작업 장치(10)의 구성을 상세히 도시한 도면이다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(30)의 3차원적인 조향이 가능하도록, 조인트 모듈(300)은 2 개의 유니버설 조인트(400, 500)로 이루어진 구조를 가진다.

제1 유니버설 조인트(400)는 보상 모듈(100)의 y 방향 회동 중심축(R_y) 중심의 회동 동작과 z 방향 회동 중심축(R_z) 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 조인트이다.

제1 유니버설 조인트(400)는 대략 사각형의 프레임 형태인 몸체부(401)와, 몸체부(401)의 각 변의 외면에서 돌출 형성되는 축부(410, 420, 430, 440)를 포함한다.

z 방향으로 마주하여 배치되는 제1 축부(410)와 제2 축부(420)의 중심축은 z 방향 회동 중심축(R_z)과 동심이다. y 방향으로 마주하여 배치되는 제3 축부(430)와 제4 축부(440)의 중심축은 y 방향 회동 중심축(R_y)과 동심이다.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 보상 모듈(100)의 회동 프레임(120)은 한 쌍의 플랜지부(121)를 구비하는 대략 "ㄷ"자 형상을 가진다. 한 쌍의 플랜지부(121)에는 제1 축부(410)와 제2 축부(420)가 각각 회전 가능하게 삽입된다. 즉, 보상 모듈(100)은 제1 축부(410)와 제2 축부(420)에 대해 회전 가능하게 연결되어서, 제1 유니버설 조인트(400)의 몸체부(401)를 기준으로 x-y 평면 상에서 회동(z 방향 회동 중심축(R_z)을 중심으로 회동)할 수 있다.

도 15를 참조하면, 고정체(50)는 후방으로 연장되는 한 쌍의 플랜지부(57)를 구비한다. 설명의 편의를 위해서, 도 15에서는 고정체(50)를 절반 절개하여 도시하였지만, 완전한 형태의 고정체(50)는 도 15에 도시된 고정체(50)의 형상을 그대로 대칭으로 덮은 대략 볼링핀 형태가 된다.

한 쌍의 플랜지부(57)에는 제3 축부(430)와 제3 축부(430)가 각각 회전 가능하게 삽입된다. 즉, 제1 유니버설 조인트(400)의 몸체부(401)는 고정체(50)를 기준으로 x-z 평면 상에서 회동(y 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동)할 수 있다. 몸체부(401)가 고정체(50)에 대해 y 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동하면, 그에 연결된 보상 모듈(100)도 함께 고정체(50)에 대해 y 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동한다.

한편, 제1 유니버설 조인트(400)의 각각의 축부(410, 420, 430, 440)에는 그에 연결되는 부재(100, 50)의 축부에 대한 자유 회전이 어렵도록 하는 로터리 댐퍼(411, 421, 431, 441)가 설치되어 있다.

로터리 댐퍼(411, 421, 431, 441)는 고정체(50) 또는 보상 모듈(100)에 대해 소정의 회동 강성을 주어서, 조작 샤프트(100)의 작동이 아닌 중력이나 기타 외력에 의해 보상 모듈(100)이 스스로 회동하지 않고 고정체(50)에 대해 상기 중립 상태를 유지할 수 있도록 해준다.

제2 유니버설 조인트(500)는 조작 샤프트(200)의 y 방향 회동 중심축(R_y) 중심의 회동 동작과 z 방향 회동 중심축(R_z) 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 조인트이다.

제2 유니버설 조인트(500)는 사각 큐브 형태인 몸체부(501)와, 몸체부(501)의 각 면의 외면에 돌출 형성되는 축부(510, 520, 530, 540)를 포함한다.

z 방향으로 마주하여 배치되는 제1 축부(510)와 제2 축부(520)의 중심축은 z 방향 회동 중심축(R_z)과 동심이다. y 방향으로 마주하여 배치되는 제3 축부(530)와 제4 축부(540)의 중심축은 y 방향 회동 중심축(R_y)과 동심이다.

조작 샤프트(200)의 메인 샤프트(201)에서 회동 프레임(120)에 의해 감싸지는 헤드부(204)는 제3 축부(530)와 제4 축부(540)에 회동 가능하게 연결된다. 따라서, 조작 샤프트(200)는 제2 유니버설 조인트(500)의 몸체부(501)를 기준으로 x-z 평면 상에서 회동(y 방향 회동 중심축(R_y)을 중심으로 회동)할 수 있다.

제2 유니버설 조인트(500)의 제1 축부(510)와 제2 축부(520)는 제1 유니버설 조인트(400)의 몸체부(401)에 대해 회전 가능하게 연결된다. 제2 유니버설 조인트(500)의 몸체부(500)는 제1 유니버설 조인트(400)의 몸체부(401)에 대해 x-y 평면 상에서 회동(z 방향 회동 중심축(R_z)을 중심으로 회동)할 수 있다. 몸체부(501)가 z 방향 회동 중심축(R_z)을 중심으로 회동하면, 그에 연결된 조작 샤프트(200)도 함께 z 방향 회동 중심축(R_z)을 중심으로 회동한다.

한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 유니버설 조인트(400)의 각각의 축부(410, 420, 430, 440)와 보상 모듈(100)의 회동 프레임(120)에는, 각각 제1 와이어(21), 제2 와이어(22), 제3 와이어(23) 및 제4 와이어(24)가 통과할 수 있는 와이어 통과공이 형성되어 있다.

여기서, 제3 와이어(23)는 엔드 이펙터(30)를 x-y 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 와이어이고, 제4 와이어(24)는 엔드 이펙터(30)를 x-y 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 와이어이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 조인트 모듈(300)을 기준으로 전방으로 연장되는 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)는 고정체(50), 튜브체(40) 및 엔드 이펙터(30)의 내부를 통과하여 엔드 이펙터(30)의 팁(32)에 고정된다.

고정체(50)의 내부에는, 고정체(50)의 대경부(52)의 하단부에 대응하여 고리 형태로 형성된 가이드 부재(54)와 소경부(51)에 대응하여 판 형태로 형성된 가이드 부재(53)가 끼워져 있다. 가이드 부재(54)에는 네 개의 와이어 관통공(56)이 형성되고, 가이드 부재(53)에도 네 개의 와이어 관통공(55)이 형성되어 있다.

네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)는 가이드 부재(54)와 가이드 부재(53)를 거치며 모아져서, 튜브체(40) 내부로 연장된다.

도시하지는 않았지만, 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24) 외에, 수술 툴(20)과 연결되는 작동 와이어(미도시)가 엔드 이펙터(30), 튜브체(40) 및 고정체(50) 내부로 더 연장될 수 있다.

제2 유니버설 조인트(500)의 몸체부(501)의 중앙에는 작동 와이어가 통과할 수 있는 관통공이 형성될 수 있으며, 조작 샤프트(200)의 메인 샤프트(201)의 길이 방향 중심을 따라 작동 와이어가 통과할 수 있는 관통공이 형성될 수 있다.

작업 장치(10)의 작동부(60)의 크기를 줄이기 위해서, 조작 샤프트(200)는 보상 모듈(100)과 중첩되는 부분은 얇은 중간부(202)로 형성되고, 보상 모듈(100) 머너로 연장되는 중간부(202) 후미에는 핸들(70)이 결합될 수 있는 후미부(203)가 형성된다.

상기 작동 와이어는 핸들(70)의 작동기(72)와 연결된다. 조작자가 핸들(70)의 파지부(71)를 파지하고 손가락으로 작동기(72)를 당기면, 작동 와이어가 당겨져 수술 툴(20)이 작동할 수 있다. 다르게는, 수술 툴(20)이 레이져 조사 장치 등인 경우, 작동 와이어는 가는 전선 등으로 대체될 수 있고, 작동기(72)는 스위치 등으로 대체되어도 좋다.

다시 도 13 내지 도 15를 참조하면, 조인트 모듈(300)을 기준으로 후방으로 연장되는 네 가닥의 와이어(21, 22, 23, 24)는 보상 모듈(100)로 연장된다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조작 샤프트(200)는 제1 가지 샤프트(210) 및 제2 가지 샤프트(220) 외에도 y축 방향으로 마주하여 형성되는 제3 가지 샤프트(230) 및 제4 가지 샤프트(240)를 더 구비한다.

제3 가지 샤프트(230) 및 제4 가지 샤프트(240)의 구조와 그에 형성되는 기어 구조는 제1 가지 샤프트(210) 및 제2 가지 샤프트(220)와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

또한, 보상 모듈(100)은 제1 고정 프레임(141) 및 제2 고정 프레임(142) 외에도 y축 방향으로 마주하여 배치되는 제3 고정 프레임 및 제4 고정 프레임을 더 구비한다. 제3 고정 프레임 및 제4 고정 프레임도 연결 프레임(130)에 의해 회동 프레임(120)에 고정되어 있다. 제3 고정 프레임 및 제4 고정 프레임의 구조는 제1 고정 프레임(141) 및 제2 고정 프레임(142)과 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 제3 고정 프레임에는 제3 장력 보상기(103)가 연결되고, 상기 제4 고정 프레임에는 제4 장력 보상기(104)가 연결된다.

제3 장력 보상기(103) 및 제4 장력 보상기(104)의 구조와 그에 형성되는 기어 구조는 제1 장력 보상기(101)) 및 제2 장력 보상기(102)와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

제3 와이어(23)는 회동 프레임(120)을 관통하고, 제3 가지 샤프트(230)와 제3 장력 보상기(103)의 헤드부에 걸치도록 연장된다. 제3 와이어(23)의 후단부는 제3 고정 프레임에 고정된다.

제4 와이어(24)는 회동 프레임(120)을 관통하고, 제4 가지 샤프트(240)와 제4 장력 보상기(104)의 헤드부에 걸치도록 연장된다. 제4 와이어(24)의 후단부는 제4 고정 프레임에 고정된다.

제1 가지 샤프트(210)의 외면에는 제1 와이어(21)를 가이드하는 가이드 홈(212)이 형성되어 있고, 제1 장력 보상기(101)의 헤드부(164)에도 가이드 홈이 형성되어 있다. 이러한 가이드 홈은, 제2 내지 제4 가지 샤프트 및 제2 내지 제4 력 보상기에도 형성된다.

조작 샤프트(200)의 z 축 방향 회동 중심축(R_z)의 회동에 의한 제3 와이어(23) 및 제4 와이어(24)의 작동에 의해 엔드 이펙터(30)는 x-y 평면 상에 조향된다.

이 때, 제3 장력 보상기(103)는 제3 와이어(23)의 측방에서 제3 와이어(23)에 접촉하도록 형성된다. 즉, 제3 장력 보상기(103)는 제3 와이어(23)의 장력에 대응하여 위치가 변화하게 된다.

또한, 제4 장력 보상기(104)는 제4 와이어(24)의 측방에서 제4 와이어(24)에 접촉하도록 형성된다. 즉, 제4 장력 보상기(104)는 제4 와이어(24)의 장력에 대응하여 위치가 변화하게 된다.

엔드 이펙터(30)의 x-y 평면 상에서 시계 방향의 조향 시에는, 제3 장력 보상기(103)는 잠김 상태가 되고, 제4 장력 보상기(104)는 제4 와이어(24)의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 된다. 반대로, 엔드 이펙터(30)의 x-y 평면 상에서 반시계 방향의 조향 시에는, 제4 장력 보상기(104)는 잠금 상태가 되고, 제3 장력 보상기(103)는 제3 와이어(23)의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 된다.

이와 같은 엔드 이펙터(30)의 x-y 평면 상의 조향에 따른, 제3 및 제4 장력 보상기의 작동은, 도 6 내지 도 12에서 y축과 z축을 각각 z축과 y축으로, y 축 방향 회동 중심축(R_y)을 z 축 방향 회동 중심축(R_z)으로 바꾼 후, 제1 장력 보상기(101)와 제2 장력 보상기(102)를 각각 제3 장력 보상기(103)와 제4 장력 보상기로 바꿔 참조하면, 쉽게 이해될 것이다.

조작 샤프트(200)와 보상 모듈(100)은 2중의 유니버설 조인트 구조인 조인트 모듈(300)에 의해서, y 방향 회동 중심축(R_y) 중심의 회동 동작과 y 방향 회동 중심축(R_y)과 수직한 z 방향 회동 중심축(R_z) 중심의 회동 동작이 동시에 수행될 수 있다.

제1 와이어(21)와 제2 와이어(22)는 조작 샤프트(200)의 3차원적 회동 중 x-z 평면 성분의 회동에 의해 작동하고, 제3 와이어(21)와 제4 와이어(24)는 조작 샤프트(200)의 3차원적 회동 중 x-y 평면 성분의 회동에 의해 작동하게 된다. 따라서, 제1 장력 보상기(101) 및 제2 장력 보상기(102)도 조작 샤프트(200)의 3차원적 회동 중 x-z 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동하고, 제3 장력 보상기(103) 및 제4 장력 보상기(104)는 조작 샤프트(200)의 3차원적 회동 중 x-y 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동하게 된다는 점이 이해될 것이다.

본 실시예에 따르면, 네 개의 장력 보상기는 각각에 접속하는 와이어의 장력에 대응하여 자동적으로 작동하므로, 엔드 이펙터(30)를 3차원적으로 조향하는 경우에도 네 가닥의 와이어 모두를 팽팽한 상태로 유지하여, 작업 장치(10)의 조작성을 높일 수 있다.

상기 설명으로부터 당업자에게 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 명확할 것이다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

Claims

엔드 이펙터를 조향하여 작업을 수행하는 작업 장치로서,
상기 엔드 이펙터와 연결되어 상기 엔드 이펙터를 조향하는 와이어와,
상기 와이어와 접속되는 장력 보상기를 포함하고,
상기 장력 보상기는,
작동 상태에서 상기 와이어의 장력에 대응하여 형태 내지 위치가 변화하여 상기 와이어가 팽팽하게 유지되도록 하고,
상기 엔드 이펙터의 조향을 위해 상기 와이어가 당겨질 때는, 형태 내지 위치가 변경되지 않는 잠김 상태가 되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
상기 장력 보상기는,
상기 와이어의 측방에서 상기 와이어에 접촉하도록 형성되고,
상기 와이어가 압박하는 힘에 대응하여 형태 내지 위치가 변화하는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔드 이펙터의 조향 궤적이 놓인 평면과 수직한 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되어, 상기 와이어를 후방으로 당길 수 있는 조작 샤프트를 포함하고,
상기 조작 샤프트의 회동에 의해 상기 장력 보상기의 작동 상태와 잠김 상태의 전환이 자연히 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제3항에 있어서,
상기 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되고, 상기 조작 샤프트가 관통하는 보상 모듈을 포함하고,
상기 장력 보상기는 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되고,
상기 조작 샤프트가 일 방향으로 회동하다가 상기 장력 보상기와 접촉하면, 상기 장력 보상기가 상기 잠김 상태가 되고,
상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉한 상태에서, 상기 조작 샤프트가 일 방향으로 계속 회동하면 상기 조작 샤프트와 상기 보상 모듈이 함께 회동하여, 상기 와이어를 후방으로 당기는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제4항에 있어서,
상기 조작 샤프트가 상기 평면 상에서 상기 일 방향과 반대되는 타 방향으로 회동하면, 상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기의 접촉이 해제되어 상기 장력 보상기가 상기 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제5항에 있어서,
상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉하는 접촉면에는 각각 서로 치합되는 기어가 형성되고,
상기 조작 샤프트와 상기 장력 보상기가 접촉하면 기어가 서로 치합되어, 상기 장력 보상기가 상기 잠김 상태가 되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제4항에 있어서,
상기 장력 보상기는 상기 와이어의 장력에 따라 압축 내지 신장하는 탄성 부재에 의해 상기 보상 모듈에 연결되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
서로 직교하는 임의의 x축, y축 및 z축을 정의할 때,
상기 엔드 이펙터를 x-z 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 제1 와이어와,
상기 엔드 이펙터를 x-z 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 제2 와이어와,
상기 제1 와이어에 접속되는 제1 장력 보상기와,
상기 제2 와이어에 접속되는 제2 장력 보상기를 포함하고,
상기 엔드 이펙터의 x-z 평면 상에서 시계 방향의 조향 시에는, 상기 제1 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제2 장력 보상기는 상기 제2 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되며,
상기 엔드 이펙터의 x-z 평면 상에서 반시계 방향의 조향 시에는, 상기 제2 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제1 장력 보상기는 상기 제1 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제7항에 있어서,
y축 방향 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 조작 샤프트와,
상기 y축 방향 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되고, 상기 조작 샤프트가 관통하는 보상 모듈을 포함하고,
상기 제1 장력 보상기와 상기 제2 장력 보상기는 각각 상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되고,
상기 조작 샤프트의 상기 보상 모듈에 대한 상대 회동의 방향에 따라 상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기가 선택적으로 잠김 상태 또는 작동 상태로 자연히 전환되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제9항에 있어서,
상기 조작 샤프트가 상기 보상 모듈에 대해 상대 회동하지 않은 중립 상태에서 상기 조작 샤프트는 상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기에 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제9항에 있어서,
상기 엔드 이펙터를 x-y 평면 상에서 시계 방향으로 조향하는 제3 와이어와,
상기 엔드 이펙터를 x-y 평면 상에서 반시계 방향으로 조향하는 제4 와이어와,
상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되며, 상기 제3 와이어에 접속되는 제3 장력 보상기와,
상기 보상 모듈에 위치 변화 가능하게 고정되며, 상기 제4 와이어에 접속되는 제4 장력 보상기를 포함하며,
상기 조작 샤프트는 z축 방향 회동 중심축을 중심으로도 회동 가능하게 형성되고,
상기 보상 모듈은 상기 z축 방향 회동 중심축을 중심으로도 회동 가능하게 형성되며,
상기 엔드 이펙터의 x-y 평면 상에서 시계 방향의 조향 시에는, 상기 제3 장력 보상기는 잠김 상태가 되고, 상기 제4 장력 보상기는 상기 제4 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되고,
상기 엔드 이펙터의 x-y 평면 상에서 반시계 방향의 조향 시에는, 상기 제4 장력 보상기는 잠금 상태가 되고, 상기 제3 장력 보상기는 상기 제3 와이어의 장력에 대응하여 위치가 변화하는 작동 상태가 되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제11항에 있어서,
상기 조작 샤프트의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작이 동시에 이루어지는 3 차원적 조작에 의해서, 상기 엔드 이펙터의 3 차원적인 조향이 가능하고,
상기 제1 장력 보상기 및 상기 제2 장력 보상기는 상기 조작 샤프트의 3차원적 회동 중 x-z 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동하고, 상기 제3 장력 보상기 및 상기 제4 장력 보상기는 상기 조작 샤프트의 3차원적 회동 중 x-y 평면 성분의 회동에 의해 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제12항에 있어서,
상기 보상 모듈의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 제1 유니버설 조인트와,
상기 조작 샤프트의 y축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작과 z축 방향 회동 중심축 중심의 회동 동작을 동시에 가능하게 하는 제2 유니버설 조인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 유니버설 조인트에는 상기 제1 유니버설 조인트의 축부에 결합된 부재에 대해 소정의 회전 강성을 부여하는 로터리 댐퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔드 이펙터가 선단에 결합되고, 상기 엔드 이펙터에 연결된 상기 와이어가 내부를 통과하는 튜브체를 포함하고,
상기 튜브체는 적어도 일부가 굴절 가능한 가요성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔드 이펙터의 조향 궤적이 놓인 평면과 수직한 회동 중심축을 중심으로 회동 가능하게 형성되는 조작 샤프트와,
상기 조작 사프트의 후단부에 결합되어 사용자가 파지할 수 있는 핸들을 포함하고,
상기 작업 장치는, 사용자가 상기 핸들을 파지하고 상기 조작 샤프트를 회동시킴으로써 동작하는 무동력의 수동 작동식 장치인 것을 특징으로 하는 작업 장치.
제1항에 있어서,
상기 작업 장치는, 상기 엔드 이펙터의 전단부에 결합되는 수술 툴을 구비하는 수술 장치인 것을 특징으로 하는 작업 장치.