KR20230068324A

KR20230068324A - 로봇 수술도구용 관절 장치

Info

Publication number: KR20230068324A
Application number: KR1020220146769A
Authority: KR
Inventors: 양운제; 공덕유; 김덕상; 이대성; 이동호
Original assignee: 주식회사 로엔서지컬
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2023-05-17
Also published as: WO2023085713A1

Abstract

본 발명은 로봇 수술도구용 관절 장치에 관한 것으로서, 이너 회전과 아우터 벤딩이 서로 독립적으로 가능한 로봇 수술도구용 관절 장치에 관한 것이다. 이를 위해 제1 구동력에 의해 회전하는 이너 회전부, 제1 구동력과는 다른 제2 구동력으로 벤딩되는 아우터 벤딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치가 개시된다.

Description

로봇 수술도구용 관절 장치{Surgical joint}

본 발명은 로봇 수술도구용 관절 장치에 관한 것으로서, 이너 회전과 아우터 벤딩이 서로 독립적으로 가능한 로봇 수술도구용 관절 장치에 관한 것이다.

종래의 수술도구용 관절 장치는 와이어 구동을 통해 수술도구의 회전과 벤딩을 구현한다. 이때, 수술도구의 회전과 벤딩을 모두 와이어 구동을 통해 구현하면 와이어 구동으로 인한 히스테리시스의 영향을 벗어나지 못하는 문제점이 있다.

WO 2017-006377

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 수술도구용 관절의 내측에서 회전이 가능하면서 독립적으로 외측에서 벤딩이 가능한 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 제1 구동력에 의해 회전하는 이너회전부, 제1 구동력과는 다른 제2 구동력으로 벤딩되는 아우터 벤딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 이너 회전부는 아우터 벤딩부의 내측에 배치되어 제1 구동력에 따라 회전한다.

또한, 제1 구동력은 이너 회전부의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된 회전 구동부에 의해 생성되고, 제2 구동력은 아우터 벤딩부에 배치되는 와이어의 견인에 의해 생성된다.

또한, 이너 회전부의 일측 단부에 엔드 이펙터부가 직접 또는 간접적으로 링크 연결 접속된다.

또한, 이너 회전부는 제1 벤딩 축 및 제1 결합 축이 형성된 상측 축 조인트부, 제2 벤딩 축 및 제2 결합 축이 형성된 하측 축 조인트부, 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부의 사이에 배치되어 제1,2 결합 축상에 각각 고정 결합되는 링크부, 상측 축 조인트부의 제1 벤딩 축상에 조인트 결합되는 상측 조인트 링크부, 하측 축 조인트부의 제2 벤딩 축상에 조인트 결합되는 하측 조인트 링크부를 포함한다.

또한, 링크부는 상측 및 하측 축 조인트부와 제1 방향으로 결합되고, 상측 및 하측 조인트 링크부는 상측 및 하측 축 조인트부와 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 결합된다.

또한, 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부는 서로 마주보도록 쌍으로 배치되며, 벤딩 축과 결합 축은 직교한다.

또한, 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부 각각은 제1 결합 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제1 방향으로 돌출 형성됨으로써 링크부의 일측과 고정 결합되는 제1 결합축부, 제1 결합 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제2 방향으로 돌출 형성됨으로써 링크부의 타측과 고정 결합되는 제2 결합축부를 포함한다.

또한, 상측 축 조인트부는 제1 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제3 방향으로 돌출 형성됨으로써 상측 조인트 링크부의 일측과 조인트 결합되는 제1 벤딩축부, 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제4 방향으로 돌출 형성됨으로써 상측 조인트 링크부의 타측과 조인트 결합되는 제2 벤딩축부를 포함하며,

하측 축 조인트부는 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제3 방향으로 돌출 형성됨으로써 하측 조인트 링크부의 일측과 조인트 결합되는 제1 벤딩축부, 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제4 방향으로 돌출 형성됨으로써 하측 조인트 링크부의 타측과 조인트 결합되는 제2 벤딩축부를 포함한다.

또한, 링크부는 링크 결합부로부터 제1 방향으로 돌출 형성됨으로써 상측 축 조인트부의 제1,2 결합축부에 각각 고정 결합되는 제1,2 상측 링크부, 링크 결합부로부터 제1 방향과는 반대방향의 제2 방향으로 돌출 형성됨으로써 하측축 조인트부의 제1,2 결합축부에 각각 고정 결합되는 제1,2 하측 링크부를 포함한다.

또한, 제1,2 상측 링크부 및 제1,2 하측 링크부는 서로 대칭 쌍으로 형성된다.

또한, 상측 조인트 링크부는 좌우 대칭으로 형성됨으로써 상측 축 조인트부의 제1,2 벤딩축부에 각각 조인트 결합되는 상측 제1,2 조인트 결합부를 포함하며,

하측 조인트 링크부는 좌우 대칭으로 형성됨으로써 하측 축 조인트부의 제1,2 벤딩축부에 각각 조인트 결합되는 하측 제1,2 조인트 결합부를 포함한다.

또한, 링크부를 기준으로 상측 제1,2 조인트 결합부와 하측 제1,2 조인트 결합부는 상측 축 조인트 부 및 하측 축 조인트부에 각각 서로 대칭 쌍으로 조인트 결합된다.

또한, 아우터 벤딩부는 서로 나란하게 배치되며, 제2 구동력을 생성하는 와이어가 고정되는 좌측 및 우측 구속 결합부, 좌측 및 우측 구속 결합부의 일측에 결합 구속되는 제1 벤딩부, 좌측 및 우측 구속 결합부의 타측에 결합 구속되는 제2 벤딩부를 포함한다.

또한, 좌 및 우측 구속 결합부 각각은 결합부로부터 돌출 형성되며, 제1 벤딩부와 구속 결합되는 제1 구속 결합부, 제1 구속 결합부와 일정 거리 떨어져 결합부로부터 돌출 형성되며, 제2 벤딩부와 구속 결합되는 제2 구속 결합부를 포함한다.

또한, 와이어가 제2 구속 결합부에 슬리브 고정됨으로써 와이어의 풀리 구동에 따라 발생된 와이어 견인력에 의해 관절이 벤딩된다.

또한, 좌측 및 우측 구속 결합부의 내측으로 이너 회전부가 배치된다.

또한, 제1,2 벤딩부 각각은 좌우 대칭으로 형성됨으로써 좌측 및 우측 구속 결합부의 제1 구속 결합부에 각각 구속 결합되는 제1 기어부, 좌우 대칭으로 형성됨으로써 좌측 및 우측 구속 결합부의 제2 구속 결합부에 각각 구속 결합되는 제2 기어부를 포함한다.

또한, 와이어의 이동 방향에 따라 제1 기어부와 제2 기어부의 기어 맞물림이 변화되어 관절이 벤딩된다.

또한, 상기 이너 회전부는, 상기 아우터 벤딩부의 내측에 배치되어 상기 제1 구동력에 따라 회전되고, 벤딩 가능하도록 유연한 소재로 이루어진 바디를 더 포함한다.

또한, 상기 바디는 복수개의 슬릿이 교차 배치되고, 상기 복수개의 슬릿은, 상기 바디의 상부에 형성된 상부 슬릿과, 하부에 형성된 하부 슬릿이 대향되도록 배치되는 제 1 슬릿과, 상기 바디의 좌측에 형성된 좌측부 슬릿과, 우측에 형성된 우측부 슬릿이 대향되도록 배치되는 제 2 슬릿을 포함하고, 상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿이 바디의 길이 방향을 따라 교대로 형성된다.

또한, 상기 제1 구동력은 상기 이너 회전부의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된 회전 구동부에 의해 생성되고, 상기 제2 구동력은 상기 아우터 벤딩부에 배치되는 와이어의 견인에 의해 생성되며, 상기 이너 회전부의 타측 단부에 엔드 이펙터부가 직접 또는 간접적으로 링크 연결 접속된다.

또한, 상기 제1 구동력에 의해 이너 회전부의 일측이 회전하면, 상기 이너 회전부의 타측이 함께 회전하면서 엔드 이펙터부에 회전력을 생성한다.

또한, 상기 엔드 이펙터부는 한 쌍의 그래스퍼(Grasper) 유닛으로 구성되고, 상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛 각각에 연결된 한 쌍의 작동와이어가 당김(Pull) 동작에 의해 개별적으로 구동된다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 관절의 회전 움직임을 와이어를 통해 구현하지 않으므로 와이어 구동으로 인한 히스테리시스의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 수술도구용 관절 장치를
도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아우터 벤딩부의 굽힘 및 펴짐을 도시한
도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이너 회전부의 회전을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이너 회전부의 구성을 대략적으로 도시한
도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 상측 및 하측 축 조인트부를 도시한 도면
이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 링크부를 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 링크부와 상측 및 하측 축 조인트부의 고
정 결합을 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 상측 조인트 링크부를 도시한 도면이고,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 하측 조인트 링크부를 도시한 도면이고,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 이너 회전부의 구성을 대략적으로 도시
한 도면이고,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 아우터 벤딩부의 구속 결합부를 도시한
도면이고,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 구속 결합부에 제1,2 와이어가 슬리브
고정된 것을 도시한 도면이고,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 구속 결합부의 내측으로 이너 회전부가 배치된 것을 도시한 도면이고,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 제1,2 벤딩부를 도시한 도면이고,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 벤딩부가 제2 구속 결합부에 구속
결합된 것을 도시한 도면이고,
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 벤딩부가 제1 구속 결합부에 구속 결합된 것을 도시한 도면이고,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이너 회전부의 구성을 대략적으로 도시한 도면이고,
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이너 회전부가 내측에 배치된 아우터 벤딩부의 굽힘 상태를 도시한 도면이고,
도 21 및 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이너 회전부의 회전을 도시한 도면이고,
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이너 회전부가 아우터 벤딩부에 설치되는 상태를 도시한 도면이고,
도 24은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔드 이펙터부가 pull-pull 방식으로 동작하는 상태를 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시이예에 따른 로봇 수술도구용 관절 장치는 링크 관절의 회전과 벤딩을 서로 다른 구동력에 의해 구동시키는 발명에 관한 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 수술도구용 관절 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 로봇 수술도구용 관절 장치는 내측에 마련된 이너 회전부(100)와 이너 회전부(100)의 외측에 마련된 아우터 벤딩부(200)를 포함하며, 이너 회전부(100)와 아우터 벤딩부(200)는 서로 다른 구동력 타입에 의해 각각 회전 및 벤딩한다. 좀 더 자세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 아우터 벤딩부(200)는 로봇 수술도구용 관절 장치의 외측에서 구동 와이어의 견인 또는 구동 와이어의 당김 방향에 따라 굽힘(θ2) 또는 펴짐(θ1)되며, 도 5에 도시된 바와 같이 이너 회전부(100)는 회전 구동부인 토크 튜브와 직접 또는 간접적으로 연결 접속되어 로봇 수술도구용 관절 장치의 내측에서 회전한다.

도 6에 도시된 바와 같이 이너 회전부(100)는 상측 및 하측 축 조인트부(110,120), 링크부(130), 상측 및 하측 조인트 링크부(140,150)를 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이 상측 축 조인트부(110) 및 하측 축 조인트부(120)는 서로 상하방향으로 쌍으로 배치된다. 따라서 상측 축 조인트부(110)와 하측 축 조인트부(120)는 서로 동일한 구성으로 이루어지며, 이하에서는 상측 축 조인트부(110)에 대해서만 설명하고, 하측 축 조인트부(120)의 동일한 설명은 상측 축 조인트부(110)의 설명에 갈음하기로 한다.

상측 축 조인트부(110)는 상측 축 몸체부(110a)로부터 제1,2,3,4 방향으로 각각 돌출 형성된 제1,2 결합축부(111a,111b) 및 제1,2 벤딩축부(112a,112b)를 포함한다. 제1,2 결합축부(111a,111b)는 제1 결합축을 형성하며, 제1,2 벤딩축부(112a,112b)는 제1 벤딩축을 형성한다. 동일한 원리로 하측 축 조인트부(110)는 제1,2 결합축부(121a,121b) 및 제1,2 벤딩축부(122a,122b)에 의해 제2결합축 및 제2 벤딩축이 형성된다. 제1 결합축 및 제1 벤딩축 또는 제2 결합축 및 제2 벤딩축은 서로 수직하게 형성되는 것이 바람직하다.

도 9에 도시된 바와 같이 상측 축 조인트부(110)의 제1 결합축부(111a)에 제1 상측 링크부(131a)가 고정 결합되며, 제2 결합축부(111b)에 제2 상측 링크부(131b)가 고정 결합된다. 동일한 원리로 하측 축 조인트부(120)의 제1 결합축부(121a)에 제1 하측 링크부(132a)가 고정 결합되며, 제2 결합축부(121b)에 제2하측 링크부(132b)가 고정 결합된다.

상측 축 몸체부(110a) 및 하측 축 몸체부(120a)는 단면이 대략 "원 또는 타원" 형상으로서, 중앙영역에는 관통 홀이 형성된다.

도 12에 도시된 바와 같이 상측 축 조인트부(110)의 제1 벤딩축부(112a)에 상측 제1 조인트 결합부(141a)가 상측방향(도 12를 기준)으로 조인트 결합되며, 제2 벤딩축부(112b)에 상측 제2 조인트 결합부(141b)가 상측방향(도 12를 기준)으로 조인트 결합된다. 또한, 동일한 원리로 하측 축 조인트부(120)의 제1 벤딩축부(122a)에 하측 제1 조인트 결합부(151a)가 하측방향(도 12를 기준)으로 조인트 결합되며, 제2 벤딩축부(122b)에 하측 제2 조인트 결합부(151b)가 하측방향(도 12를 기준)으로 조인트 결합된다.

도 12에 도시된 바와 같이 상측 축 조인트부(110)를 기준으로 상측 방향으로는 상측 조인트 링크부(140)가 아우터 벤딩부(200)의 벤딩시에 제1 벤딩되도록 조인트 결합되며, 하측방향으로는 링크부(130)가 고정 결합된다.

또한, 하측 축 조인트부(120)를 기준으로 상측방향으로는 링크부(130)가 고정 결합되며, 하측방향으로는 하측 조인트 링크부(150)가 아우터 벤딩부(200)의 벤딩시에 제2 벤딩되도록 조인트 결합된다.

따라서, 상측 축 조인트부(110) 및 하측 축 조인트부(120)를 통해 핀 조인트를 2개 사용하여 제1 벤딩과 제2 벤딩이 되도록 함으로써 아우터 벤딩부(200)의 벤딩시에 굽힘 각도를 줄일 수 있어 급격한 곡률 반경이 발생하지 않도록 하고, 2개의 핀 조인트에 의해 이너 회전부(100)의 회전시에 입력단과 출력단의 회전 속도가 일정하도록 할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 링크부(130)는 상/하 또는 좌/우 대칭 쌍으로 구성된다. 즉, 링크부(130)는 링크 몸체부(130a)를 기준으로 제1,2 상측 링크부(131a,131b)와 제1,2 하측 링크부(132a,132b)가 서로 대칭 쌍으로 구성된다.

링크 몸체부(130a)는 중앙영역에 단면이 대략 "원 또는 타원" 형상으로 형성되며, 중앙에 관통 홀이 형성된다.

제1,2 상측 링크부(131a,131b)는 도 8을 기준으로 링크 몸체부(130a)의 상부면에서 상측방향으로 일정 간격 떨어져 돌출 형성되며, 제1,2 하측 링크부(132a,132b)는 링크 몸체부(130a)의 하부면에서 하측방향으로 일정 간격 떨어져 돌출 형성된다.

제1,2 상측 링크부(131a,131b)와 제1,2 하측 링크부(132a,132b)의 각각의 단부에는 결합축부(111a,111b,121a,121b)와 각각 고정 결합되는 고정 결합홀이 형성된다.

도 10에 도시된 바와 같이 상측 조인트 링크부(140)는 조인트 링크부(141)와 엔드 이펙터부(142)를 포함한다.

조인트 링크부(141)는 상측 축 조인트부(110)의 제1 벤딩축부(112a)와 조인트 결합되는 상측 제1 조인트 결합부(141a) 및 상측 축 조인트부(110)의 제2 벤딩축부(112b)와 조인트 결합되는 상측 제2 조인트 결합부(141b)를 포함한다.

상측 제1,2 조인트 결합부(141a,141b)는 제1,2 벤딩축부(112a,112b)와 조인트 결합이 가능하도록 서로 일정 거리 떨어져 좌/우 대칭으로 이루어진다.

엔드 이펙터부(142)는 조인트 링크부(141)의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된다. 도 10은 엔드 이펙터부(142)가 조인트 링크부(141)와 직접 연결 접속된 것을 도시하였으나 중간에 연결 접속 링크가 더 추가되어 간접적으로 연결 접속될 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이 하측 조인트 링크부(150)는 회전력을 전달하는 토크 튜브(도면 미도시)와 직접 또는 간접적으로 연결 접속되는 토크 튜브 결합부(150a)와 하측 제1,2 조인트 결합부(122a,122b)를 포함한다.

하측 제1,2 조인트 결합부(122a,122b)는 토크 튜브 결합부(150a)의 상부면으로부터 상측방향으로 돌출되면서 제1,2 벤딩축부(122a,122b)와 조인트 결합이 가능하도록 서로 일정 거리 떨어져 좌/우 대칭으로 이루어진다.

상측 제1,2 조인트 결합부(141a,141b) 및 하측 제1,2 조인트 결합부(151a,151b)의 단부에는 조인트 결합될 수 있도록 조인트 결합 홀이 형성된다.

도 13 내지 도 18에 도시된 바와 같이 아우터 벤딩부(200)는 구속 결합부(210), 제1,2 벤딩부(220,230)를 포함한다.

구속 결합부(210)는 도 13에 도시된 바와 같이 서로 나란하게 쌍으로 배치되며, 도 15에 도시된 바와 같이 구속 결합부(210)의 내측으로 상측 및 하측 축 조인트부(110,120), 링크부(130), 상측 및 하측 조인트 링크부(140,150)가 배치된다.

구속 결합부(210)는 좌측 구속 결합부(211) 및 우측 구속 결합부(212)가 서로 나란하게 쌍으로 배치된다. 따라서 이하에서는 좌측 구속 결합부(211)에 대해서만 설명하기로 하고, 우측 구속 결합부(212)의 동일한 설명은 좌측 구속 결합부(211)의 설명에 갈음하기로 한다.

좌측 구속 결합부(211)는 제1,2 구속 결합부(211a,211b)를 포함한다. 제1 구속 결합부(211a)는 좌측 구속 결합부(211)의 몸체의 바닥면으로부터 돌출되면서 단면이 "원 또는 타원" 형상으로 형성된다. 제2 구속 결합부(211b)는 제1 구속 결합부(211a)로부터 일정 거리 떨어져 몸체의 바닥면으로부터 돌출되면서 단면이 "원 또는 타원" 형상으로 형성된다.

도 18에 도시된 바와 같이 제1 구속 결합부(211a,212a)는 제1 벤딩부(220)가 구속 결합되며, 제2 구속 결합부(211b,212b)는 제2 벤딩부(230)가 구속 결합된다.

도 14에 도시된 바와 같이 제2 구속 결합부(211b,212b)에는 구동 와이어가 풀리 구동될 수 있도록 슬리브 고정된다. 따라서 제1 풀리 구동부(도면 미도시)가 제1 와이어(11)를 정/역방향으로 풀리 구동하고, 제2 풀리 구동부(도면 미도시)가 제2 와이어(12)를 정/역방향으로 풀리 구동함으로써 풀리의 회전방향에 따라 벤딩 각도를 조정할 수 있다. 이때, 제1,2 풀리 구동부는 서로 동기되어 동일한 방향으로 와이어를 구동시키는 것이 바람직하다.

도 16에 도시된 바와 같이 제1 벤딩부(220)는 제1,2 기어부(221,222)를 포함한다. 제1 기어부(221)는 좌측 구속 결합부(211)의 제1 구속 결합부(211a)에 구속 결합되도록 제1 구속 결합 홀을 포함하며, 제2 기어부(222)는 우측 구속 결합부(212)의 제1 구속 결합부(212a)에 구속 결합되도록 제2 구속 결합홀을 포함한다. 제1 기어부(221)와 제2 기어부(222)는 서로 좌/우 대칭으로 배치되며, 몸체부(220a)로부터 일방향으로 돌출 형성된다.

제2 벤딩부(230)는 제1,2 기어부(231,232)를 포함한다. 제1 기어부(231)는 좌측 구속 결합부(211)의 제2 구속 결합부(211b)에 구속 결합되도록 제1구속 결합 홀을 포함하며, 제2 기어부(232)는 우측 구속 결합부(212)의 제2 구속 결합부(212b)에 구속 결합되도록 제2 구속 결합 홀을 포함한다. 제1 기어부(231)와 제2 기어부(232)는 서로 좌/우 대칭으로 배치되며, 몸체부(230a)로부터 일방향으로 돌출 형성된다.

제1 벤딩부(220)의 제1,2 기어부(221,222)와 제2 벤딩부(230)의 제1,2 기어부(231,232)의 단부면에 형성된 각각의 기어는 서로 기어 맞물림 되며, 구동 와이어의 견인력에 따라 기어 맞물림이 변화되면서 벤딩 각도가 달라진다.

도 19에 도시된 바와 같이, 상기 이너 회전부(100)는, 상기 아우터 벤딩부(200)의 내측에 배치되어 상기 제1 구동력에 따라 회전되고, 복수개의 슬릿(161)이 교차 배치되는 바디(160)를 더 포함한다.

상기 바디(160)는 복수개의 슬릿(161)이 교차 배치되는 형상을 가지고 유연한 소재로 이루어져, 상기 제1 벤딩부(220)와 제2 벤딩부(230)의 기어 맞물림에 의해 벤딩되는 경우에 바디(160)가 함께 벤딩될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 슬릿(161)은, 상기 바디(160)의 상부에 형성된 상부 슬릿(162a)과, 하부에 형성된 하부 슬릿(162b)이 대향되도록 배치되는 제 1 슬릿(162)과, 상기 바디(160)의 좌측에 형성된 좌측부 슬릿(163a)과, 우측에 형성된 우측부 슬릿(163b)이 대향되도록 배치되는 제 2 슬릿(163)을 포함하고, 상기 제 1 슬릿(162)과 제 2 슬릿(163)이 바디(160)의 길이 방향을 따라 교대로 형성되어, 아우터 벤딩부(200)의 벤딩 동작시에 바디(160)가 유연하게 벤딩될 수 있다.

상기 상기 제1 구동력은 이너 회전부(100)의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된 회전 구동부에 의해 생성되고, 상기 이너 회전부(100)의 타측 단부에 엔드 이펙터부(142)가 직접 또는 간접적으로 링크 연결 접속된다.

도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 회전 구동부와 연결 접속된 상기 이너 회전부(100)의 일측이 제1 구동력에 의해 회전하면, 상기 이너 회전부(100)의 타측이 함께 회전하면서 상기 엔드 이펙터부(142)에 회전력을 생성함에 따라, 링크 연결된 엔드 이펙터부(142)가 함께 회전함으로써 링크 관절의 회전 구동이 가능하다.

또한, 상기 아우터 벤딩부(200)의 기어 맞물림에 의해 벤딩된 상태에서도 제1 구동력에 의해 이너 회전부(100)가 회전하면 그 회전력이 엔드 이펙터부(142)로 전달되어 회전 구동 가능하다.

도 23에서는 이너 회전부(100)가 아우터 벤딩부(200)에 설치되는 상태를 도시한 도면으로, 상기 구속 결합부(210)의 양측에 배치된 좌측 구속 결합부(211)와 우측 구속 결합부(212)에 의해 이너 회전부(100)가 아우터 벤딩부(200) 내측에 설치되기 어렵다는 단점이 존재하였으나, 아우터 벤딩부(200)가 제1 벤딩부(220)와 제2 벤딩부(230)의 기어 맞물림에 의해 일정한 굽힘각도만큼 벤딩된 상태에서 이너 회전부(100)를 삽입시키는 방식으로 설치 가능하다.

도 24에 도시된 바와 같이, 상기 엔드 이펙터부(142)는 한 쌍의 그래스퍼(Grasper) 유닛(143)으로 구성되고, 상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛(143)은 회동축을 기준으로 회동 가능하도록 이루어지며 서로를 향해 인접하여 Grasp 동작을 수행한다.

여기서, 상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛(143)에 단일 작동와이어(144)가 상기 회동축에 감기도록 연결되고, 작동와이어(144)의 일측을 상기 엔드 이펙터부(142)의 반대 방향으로 당기면(pull), 작동와이어(144)의 타측은 엔드 이펙터부(142) 방향으로 미는(push) push-pull 방식으로 Grasp 동작을 수행할 수 있다.

또한, 도 24에 도시된 바와 같이,상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛(143) 각각에 한 쌍의 작동와이어(144)가 연결될 수 있으며, 한 쌍의 작동와이어(144) 각각에 당김(Pull) 구동이 이루어지면서 Grasp 동작을 수행할 수도 있다.

상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛(143)은 엔드 이펙터부(142)를 구성하는 일 실시예로 이에 한정되는 것은 아니고, 이너 회전동작을 통해 수술 편의성이 증대될 수 있을 것으로 예상되는 시저(scissors), 디섹터(dissector), 포셉(forcep), 바이폴라(bipolar), 클립(clip), 니들(needle), 실러(sealer) 등과 같은 수술 도구들 또한 엔드 이펙터부(142)를 구성할 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.

상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

11 : 제1 와이어
12 : 제2 와이어
100 : 이너 회전부 또는 이너 링크부
110 : 상측 축 조인트부
110a : 상측 축 몸체부
111a : 제1 결합축부
111b : 제2 결합축부
112a : 제1 벤딩축부
112b : 제2 벤딩축부
120 : 하측 축 조인트부
120a : 하측 축 몸체부
121a : 제1 결합축부
121b : 제2 결합축부
122a : 제1 벤딩축부
122b : 제2 벤딩축부
130 : 링크부
130a : 링크 몸체부
131a : 제1 상측 링크부
131b : 제2 상측 링크부
132a : 제1 하측 링크부
132b : 제2 하측 링크부
140 : 상측 조인트 링크부
141 : 조인트 링크부
141a : 상측 제1 조인트 결합부
141b : 상측 제2 조인트 결합부
142 : 엔드 이펙터부
143 : 그래스퍼 유닛
144 : 작동와이어
150 : 하측 조인트 링크부
150a : 토크 튜브 결합부
151a : 하측 제1 조인트 결합부
151b : 하측 제2 조인트 결합부
160 : 바디
161 : 슬릿
162 : 제 1 슬릿
162a : 상부 슬릿
162b : 하부 슬릿
163 : 제 2 슬릿
163a : 좌측부 슬릿
163b : 우측부 슬릿
200 : 아우터 벤딩부
210 : 구속 결합부
211 : 좌측 구속 결합부
211a : 제1 구속 결합부
211b : 제2 구속 결합부
212 : 우측 구속 결합부
212a : 제1 구속 결합부
212b : 제2 구속 결합부
220 : 제1 벤딩부
220a : 몸체부
221 : 제1 기어부
222 : 제2 기어부
230 : 제2 벤딩부
230a : 몸체부
231 : 제1 기어부
232 : 제2 기어부

Claims

제1 구동력에 의해 회전하는 이너 회전부,
상기 제1 구동력과는 다른 제2 구동력으로 벤딩되는 아우터 벤딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이너 회전부는,
상기 아우터 벤딩부의 내측에 배치되어 상기 제1 구동력에 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 구동력은 상기 이너 회전부의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된 회전 구동부에 의해 생성되고,
상기 제2 구동력은 상기 아우터 벤딩부에 배치되는 와이어의 견인에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이너 회전부의 일측 단부에 엔드 이펙터부가 직접 또는 간접적으로 링크 연결 접속되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이너 회전부는,
제1 벤딩 축 및 제1 결합 축이 형성된 상측 축 조인트부,
제2 벤딩 축 및 제2 결합 축이 형성된 하측 축 조인트부,
상기 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부의 사이에 배치되어 상기 제1,2
결합 축상에 각각 고정 결합되는 링크부,
상기 상측 축 조인트부의 제1 벤딩 축상에 조인트 결합되는 상측 조인트 링크부,
상기 하측 축 조인트부의 제2 벤딩 축상에 조인트 결합되는 하측 조인트 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 링크부는 상측 및 하측 축 조인트부와 제1 방향으로 결합되고,
상측 및 하측 조인트 링크부는 상기 상측 및 하측 축 조인트부와 상기 제1
방향에 직교하는 제2 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부는,
서로 마주보도록 쌍으로 배치되며,
상기 벤딩 축과 결합 축은 직교하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 상측 축 조인트부 및 하측 축 조인트부 각각은,
상기 제1 결합 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제1 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 링크부의 일측과 고정 결합되는 제1 결합축부,
상기 제1 결합 축상에 형성되며, 상기 축 결합부로부터 제2 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 링크부의 타측과 고정 결합되는 제2 결합축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 상측 축 조인트부는,
상기 제1 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제3 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 상측 조인트 링크부의 일측과 조인트 결합되는 제1 벤딩축부,
상기 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제4 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 상측 조인트 링크부의 타측과 조인트 결합되는 제2 벤딩축부를 포함하
며,
상기 하측 축 조인트부는,
상기 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제3 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 하측 조인트 링크부의 일측과 조인트 결합되는 제1 벤딩축부,
상기 제2 벤딩 축상에 형성되며, 축 결합부로부터 제4 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 하측 조인트 링크부의 타측과 조인트 결합되는 제2 벤딩축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 링크부는,
링크 결합부로부터 제1 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 상측 축 조인트부의 상기 제1,2 결합축부에 각각 고정 결합되는 제1,2 상측 링크부,
링크 결합부로부터 상기 제1 방향과는 반대방향의 제2 방향으로 돌출 형성됨으로써 상기 하측 축 조인트부의 상기 제1,2 결합축부에 각각 고정 결합되는 제1,2하측 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1,2 상측 링크부 및 제1,2 하측 링크부는,
서로 대칭 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 상측 조인트 링크부는,
좌우 대칭으로 형성됨으로써 상기 상측 축 조인트부의 상기 제1,2 벤딩축부에 각각 조인트 결합되는 상측 제1,2 조인트 결합부를 포함하며,
상기 하측 조인트 링크부는,
좌우 대칭으로 형성됨으로써 상기 하측 축 조인트부의 상기 제1,2 벤딩축부에 각각 조인트 결합되는 하측 제1,2 조인트 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 링크부를 기준으로 상기 상측 제1,2 조인트 결합부와 상기 하측 제1,2
조인트 결합부는 상기 상측 축 조인트 부 및 하측 축 조인트부에 각각 서로 대칭 쌍으로 조인트 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 아우터 벤딩부는,
서로 나란하게 배치되며, 상기 제2 구동력을 생성하는 와이어가 고정되는 좌측 및 우측 구속 결합부,
상기 좌측 및 우측 구속 결합부의 일측에 결합 구속되는 제1 벤딩부,
상기 좌측 및 우측 구속 결합부의 타측에 결합 구속되는 제2 벤딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 구속 결합부 각각은,
결합부로부터 돌출 형성되며, 상기 제1 벤딩부와 구속 결합되는 제1 구속 결합부,
상기 제1 구속 결합부와 일정 거리 떨어져 상기 결합부로부터 돌출 형성되며, 상기 제2 벤딩부와 구속 결합되는 제2 구속 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 와이어가 상기 제2 구속 결합부에 슬리브 고정됨으로써 상기 와이어의
풀리 구동에 따라 발생된 와이어 견인력에 의해 관절이 벤딩되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 구속 결합부의 내측으로 상기 이너 회전부가 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제1,2 벤딩부 각각은,
좌우 대칭으로 형성됨으로써 상기 좌측 및 우측 구속 결합부의 제1 구속 결합부에 각각 구속 결합되는 제1 기어부,
좌우 대칭으로 형성됨으로써 상기 좌측 및 우측 구속 결합부의 제2 구속 결합부에 각각 구속 결합되는 제2 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 도구용 관절 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 와이어의 이동 방향에 따라 상기 제1 기어부와 제2 기어부의 기어 맞물림이 변화되어 관절이 벤딩되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이너 회전부는,
상기 아우터 벤딩부의 내측에 배치되어 상기 제1 구동력에 따라 회전되고, 벤딩 가능하도록 유연한 소재로 이루어진 바디를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 바디는 복수개의 슬릿이 교차 배치되고,
상기 복수개의 슬릿은,
상기 바디의 상부에 형성된 상부 슬릿과, 하부에 형성된 하부 슬릿이 대향되도록 배치되는 제 1 슬릿과,
상기 바디의 좌측에 형성된 좌측부 슬릿과, 우측에 형성된 우측부 슬릿이 대향되도록 배치되는 제 2 슬릿을 포함하고,
상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿이 바디의 길이 방향을 따라 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제1 구동력은 상기 이너 회전부의 일측과 직접 또는 간접적으로 연결 접속된 회전 구동부에 의해 생성되고,
상기 제2 구동력은 상기 아우터 벤딩부에 배치되는 와이어의 견인에 의해 생성되며,
상기 이너 회전부의 타측 단부에 엔드 이펙터부가 직접 또는 간접적으로 링크 연결 접속되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 제1 구동력에 의해 이너 회전부의 일측이 회전하면,
상기 이너 회전부의 타측이 함께 회전하면서 엔드 이펙터부에 회전력을 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.
제 4 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 엔드 이펙터부는 한 쌍의 그래스퍼(Grasper) 유닛으로 구성되고,
상기 한 쌍의 그래스퍼 유닛 각각에 연결된 한 쌍의 작동와이어가 당김(Pull) 동작에 의해 개별적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술도구용 관절 장치.