KR20230069172A - 유한 상태 기계로서 구성된 탈착식 수술 도구 - Google Patents
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Abstract
최소 침습 수술 절차 및 원격 액세스 수술 절차에서 사용을 위해 채용될 수 있는 수술 도구의 많은 실시형태가 본원에서 제시된다. 수술 도구는 다수의 본체를 가지며, 이들은 하나 이상의 본체 쌍 사이에 확립될 수 있는 하나 이상의 탈착식 구조적 인터페이스를 구비한다. 사용 중에 특정 기능을 제공하기 위해 다양한 실시형태에서 본체들 사이에 그리고 수술 도구에 특정 잠금장치, 인터록, 및/또는 조인트가 존재할 수 있다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2020년 9월 17일자로 출원된 미국 임시특허출원 제63/079,550호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 최소 침습 수술 절차 및 원격 액세스 수술 절차에서 사용하기 위해 채용될 수 있는 수술 도구에 관한 것이고, 특히, 다수의 본체를 갖는 수술 도구에 관한 것이다.
일 실시형태에서, 수술 도구는 제1 본체, 제2 본체, 및 제3 본체를 포함할 수 있다. 수술 도구는 탈착식 구조적 인터페이스, 제1 잠금장치(lock), 제2 잠금장치, 및 인터록(interlock)을 더 포함할 수 있다. 탈착식 구조적 인터페이스는 제1 본체와 제2 본체 사이에 확립될 수 있다. 제1 잠금장치는 제1 본체와 제2 본체 사이에 확립될 수 있다. 제1 잠금장치는 확립되면 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지한다. 제2 잠금장치는 제1 본체와 제3 본체 사이에 확립될 수 있다. 제2 잠금장치는 확립되면 제1 본체와 제3 본체를 함께 유지한다. 인터록은 제1 잠금장치에 확립될 수 있다. 인터록은 확립되면 제1 잠금장치의 확립 해제(disestablishment)를 억제한다. 또한, 제2 잠금장치를 확립 해제하는 액션(action)은 인터록의 확립을 촉발(prompt)한다.
다른 실시형태에서, 수술 도구는 제1 본체, 제2 본체, 및 제3 본체를 포함할 수 있다. 수술 도구는 탈착식 구조적 인터페이스, 조인트, 제1 잠금장치, 및 제2 잠금장치를 더 포함할 수 있다. 탈착식 구조적 인터페이스는 제1 본체와 제2 본체 사이에 확립될 수 있다. 조인트(joint)는 제1 본체와 제3 본체 사이에 존재하고, 2 이상의 자유도를 갖는다. 제1 잠금장치는 제1 본체와 제2 본체 사이에 확립될 수 있다. 제1 잠금장치는 확립되면 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지한다. 제2 잠금장치는 제1 본체와 제3 본체 사이에 확립될 수 있다. 수술 도구의 제1 상태에서, 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되지 않고, 제1 잠금장치는 확립되지 않고, 제2 잠금장치는 확립된다. 제1 상태에서, 제2 잠금장치는 2 이상의 자유도를 비활성화(disenable)한다. 수술 도구의 제2 상태에서, 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되고, 제1 잠금장치는 확립되고, 탈착식 구조적 인터페이스를 확립하는 액션은 제2 잠금장치를 확립 해제하는 기능(ability to disestablish)을 촉진한다. 제2 잠금장치가 확립 해제되면, 제1 본체와 제3 본체 사이의 조인트의 2 이상의 자유도가 활성화(enable)된다.
또 다른 실시형태에서, 수술 도구는 제1 본체, 제2 본체, 제3 본체, 및 제4 본체를 포함할 수 있다. 수술 도구는 제1 탈착식 구조적 인터페이스, 제1 조립체, 제2 탈착식 구조적 인터페이스, 및 제2 조립체를 더 포함할 수 있다. 제1 탈착식 구조적 인터페이스는 제1 본체와 제2 본체 사이에 확립될 수 있다. 제1 조립체는, 제1 탈착식 구조적 인터페이스가 확립될 때, 제1 본체와 제2 본체에 의해서 구성된다. 제2 탈착식 구조적 인터페이스는 제3 본체와 제4 본체 사이에 확립될 수 있다. 제2 조립체는, 제2 탈착식 구조적 인터페이스가 확립될 때, 제3 본체와 제4 본체에 의해서 구성된다. 제1 탈착식 구조적 인터페이스 및 제2 탈착식 구조적 인터페이스는 독립적인 기계적 에너지 전달 경로들을 제공한다. 제1 조립체의 제1 본체 또는 제2 본체는 조인트를 통해 제2 조립체의 제3 본체 또는 제4 본체에 직접적으로 결합된다. 조인트는 1 이상의 자유도를 갖는다.
본 개시내용의 실시형태는 다음의 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 도구 장치 아키텍쳐의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 사용 중인 상태로 도시된 도구 장치의 개략도이다.
도 3은 관절운동된 상태로 도시된 도구 장치의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 근위(A) 및 원위(B) 입력 관절운동 조인트 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 5는 엔드-이펙터 조립체를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 핸들 조립체와 프레임 사이의 입력 관절운동 조인트에 의거한 다양한 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 전기 박스의 부착 지점에 의거한 다양한 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 8은 유한 상태 기계(FSM), 상호작용 요소, 및 본체들 간의 상호작용을 도시하는 개략도이다.
도 9는 FSM, 상호작용 요소, 및 본체들 간의 상호작용을 도시하는 간략한 개략도이다.
도 10은 상태들, 액션들, 및 전환들 사이의 관계를 도시하는 개략도이다.
도 11은 "사용 상태"에서 적어도 두 개의 인터록을 포함하는 FSM에 대한 액션, 전환, 및 공통 상태를 도시하는 개략도이다.
도 12는 다양한 상태 카테고리들 사이의 관계를 도시하는 개략도이다.
도 13a 내지 도 13c는 상태 1 내지 3에서 가능한 다양한 형태의 FSM의 개략도이다.
도 14는 가상 중앙 제어 유닛(virtual center control unit, VCU) 및 탈착식 기기(detachable instrument, DI)를 포함하는 도구 장치를 도시한다.
도 15a 내지 도 15c는 FSM이 존재하는 형태와 이의 다양한 상태 1 내지 상태 3의 개략도이다.
도 16a 내지 도 16d는 프레임 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 샤프트 박스(SB) 우측(RH) 측부와 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 18은 샤프트 박스 좌측(LH) 측부 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 샤프트 박스 LH 및 RH 조립체를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 도관 박스(CB) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 21a 내지 도 21g는 다이얼 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 22a 내지 도 22c는 셔틀 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 23은 케이블 크림프 하우징(cable crimp housing) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 24a 내지 도 24d는 본체 및 특정 상호작용 요소로 구성된 DI를 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 본체 및 특정 상호작용 요소로 구성된 VCU를 도시한다.
도 26은 엔드-이펙터 조립체를 도시한다.
도 27은 도구 장치 축(1), 축(2), 및 축(3)을 도시한다.
도 28a 내지 도 28c는 도관 박스 록아웃 플레이트(CBLP) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 29a 내지 도 29c는 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 30a 내지 도 30c는 다이얼 록아웃 플레이트(DLP) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 31a 내지 도 31c는 버튼 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 32a 내지 도 32c는 VCU 레버 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 셔틀 록아웃 스프링(SLS) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 34는, 다이얼이 잠긴 동안 다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)-다이얼 인터페이스의 단면을 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 관절운동 전달 인터페이스의 실시형태의 다양한 도면을 도시한다.
도 36은 관절운동 전달 인터페이스의 실시형태를 도시한다.
도 37a 및 도 37b는 VCU-DI 인터페이스를 생성하는 수단의 또 하나의 실시형태를 도시한다.
도 38a 내지 도 38c는 죠 폐쇄 전달 경로 및 전달 부재(TM)를 도시한다.
도 39a 및 도 39b는 프레임 관절운동 전달 경로 및 TM을 도시한다.
도 40a 내지 도 40d는 SB 관절운동 전달 경로 및 TM을 도시한다.
도 41a 및 도 41b는 관절운동 기능을 사용하거나 사용하지 않는 베타 구성의 경우의 롤(roll) 전달 경로를 도시한다.
도 42는 사용자 인터페이스-다이얼 및 폐쇄 입력부를 도시한다.
도 43은 사용자 인터페이스-버튼을 도시한다.
도 44a 및 도 44b는 사용자 인터페이스-샤프트 박스 및 프레임을 도시한다.
도 45a 및 도 45b는 도구 장치 - 보관(storage) 상태를 도시한다.
도 46a 내지 도 46c는 전환 1 - 상태 1에서 상태 2로의 전환을 도시한다.
도 47a 내지 도 47c는 도구 장치 - 조립된 상태를 도시한다.
도 48은 전환 2 - 상태 2에서 상태 3로의 전환을 도시한다.
도 49a 내지 도 49c는 도구 장치 - 사용 상태를 도시한다.
도 50은 전환 2' - 상태 3에서 상태 2로의 전환을 도시한다.
도 51a 내지 도 51c는 전환 1' - 상태 2에서 상태 1로의 전환을 도시한다.
도 52a 및 도 52b는 전환 3 - 상태 1에서 상태 4로의 전환을 도시한다.
도 53a 및 도 53b는 도구 장치 - 서비스 상태를 도시한다.
도 54는 4-본체 FSM의 개략도이다.
도 55a 및 도 55b는 5-본체 및 6-본체 FSM의 개략도이다.
도 56a 및 도 56b는 5-본체 FSM을 위한 잠금 상태 다이어그램을 도시한다.
도 57은 키(key) 액션과 상태 사이의 관계를 도시한다.
도 58a 및 도 58b는 전환 4 - 상태 2에서 오용 1 상태(M1)로의 전환을 도시한다.
도 59는 오용 1 상태(M1)를 도시한다.
도 60은 전환 5' - 상태 2에서 오용 2 상태(M2)로의 전환을 도시한다.
도 61은 오용 상태 2.1(M2.1)을 도시한다.
도 62는 오용 상태 2.2(M2.2)를 도시한다.
도 63은 SB 하부 가이드 채널 및 프레임 하부 가이드를 도시한다.
도 64a 및 도 64b는 프레임 하부 가이드와 SB 하부 가이드 채널 사이의 간극을 도시한다.
도 65는 프레임 상부 핀 및 SB 상부 핀 채널을 도시한다.
도 66a 및 도 66b는 완전히 정렬된 프레임 상부 핀 및 SB 상부 핀 채널을 도시한다.
도 67은 프레임과 샤프트 박스 사이의 정렬 특징부의 세 번째 세트를 도시한다.
도 68은 정렬 시작 시의 다이얼 가이드 및 CB 가이드 채널을 도시한다.
도 69는 다이얼 가이드 및 CB 가이드 X축 방향 정렬 특징부들을 도시한다.
도 70은 CB 가이드 채널과 다이얼 가이드 포스트 정렬을 도시한다.
도 71은 프레임에 대한 버튼 잠금 인터페이스를 도시한다.
도 72는 버튼 드라이브-인 프로파일(Button drive-in profile)을 도시한다.
도 73은 셔틀, CB, 및 크림프 하우징을 도시하는 단면도이다.
도 74a 및 도 74b는 셔틀 크림프 하우징 인터페이스를 도시한다: a - 셔틀 크림프 하우징 인터페이스를 도시하는 단면; b - 셔틀 크림프 하우징의 역구동 불가능 각도 사양을 도시하는 단면.
도 75는 접촉 표면에 수직을 따라 사전 구축된 간섭부를 갖는 크림프 하우징-셔틀 인터페이스를 도시한다.
도 76a 및 도 76b는 도관 박스가 +Y축 방향을 따라 움직일 때 셔틀 록아웃 스프링의 상호작용을 도시한다.
도 77은 DLP와 다이얼 인터페이스를 도시한다.
도 78은, SB가 프레임 상에 설치(install)된 때 프레임에 대해 잠금해제된 CB를 도시한다.
도 79는 VCU 원위 관절운동 풀리와 SB 관절운동 풀리 사이의 간극을 도시한다.
도 80은 전환 1 타이밍 플롯이다.
도 81은 다이얼 멈춤쇠 스프링을 통해 프레임에 대해 잠긴 다이얼을 도시한다.
도 82는 다이얼 멈춤쇠 스프링을 통해 잠기지 않고 프레임에 대해 잠금 해제된 다이얼을 도시한다.
도 83은 CBLS와 인터페이스되는 데 사용되는 도관 박스 상의 파지티브 결합 특징부를 도시한다.
도 84는 셔틀과 VCU 레버 사이의 인터페이스에 의해 내장된 VCU 레버와 버튼 사이의 간극을 도시한다.
도 85는 버튼을 차단하고 SB RH를 잠그는 VCU 레버를 도시한다.
도 86은 VCU 레버가 버튼을 차단하는 것을 도시하는 측면도이다.
도 87은 VCU 레버가 SB RH와 상호작용할 때의 이의 자유물체도이다.
도 88은 전환 2 타이밍 플롯이다.
도 89는 도구 장치 디바이스 맵이다.
도 90은 다이얼, 프레임, 다이얼 록아웃 플레이트, 및 멈춤쇠 스프링을 보여주는 다른 실시형태를 도시한다.
도 91은 다이얼 및 프레임을 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 92는 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 93은 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 94는 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 95a 및 도 95b는 다이얼 및 프레임을 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 96은 다이얼-도관 박스 유지 인터페이스에 대한 일 실시형태를 도시한다.
도 97은 다이얼, 셔틀, 및 도관 박스를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 98a 및 도 98b는 VCU 레버에 대한 일 실시형태를 도시한다.
도 99는 SB와 프레임 인터페이스-힌지 조인트 실시형태를 도시한다.
도 100a 및 도 100b는 SB와 프레임 인터페이스-선회 핀 실시형태를 도시한다(여기서, (a)는 보관으로부터 조립된 상태로의 전환을 도시하고 (b)는 조립된 상태를 도시한다).
도 101은 도구 장치의 일 실시형태를 도시하며, 여기서 핸들 조립체는 DI 조립체의 일부이다.
도 102a 내지 도 102b는 도구 장치의 확대도(a) 및 측면도(b)를 도시한다.
도 103a는 호밍된(homed) 상태에서 제시되는 수술 도구의 또 다른 실시형태를 도시하며, 일 실시형태는 손목 그라운딩(grounding) 구성요소를 결여한다.
도 103b는 언호밍된 상태에서 제시된 도 103a의 수술 도구를 도시한다.
도 1은 도구 장치 아키텍쳐의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 사용 중인 상태로 도시된 도구 장치의 개략도이다.
도 3은 관절운동된 상태로 도시된 도구 장치의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 근위(A) 및 원위(B) 입력 관절운동 조인트 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 5는 엔드-이펙터 조립체를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 핸들 조립체와 프레임 사이의 입력 관절운동 조인트에 의거한 다양한 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 전기 박스의 부착 지점에 의거한 다양한 도구 장치 아키텍쳐를 도시한다.
도 8은 유한 상태 기계(FSM), 상호작용 요소, 및 본체들 간의 상호작용을 도시하는 개략도이다.
도 9는 FSM, 상호작용 요소, 및 본체들 간의 상호작용을 도시하는 간략한 개략도이다.
도 10은 상태들, 액션들, 및 전환들 사이의 관계를 도시하는 개략도이다.
도 11은 "사용 상태"에서 적어도 두 개의 인터록을 포함하는 FSM에 대한 액션, 전환, 및 공통 상태를 도시하는 개략도이다.
도 12는 다양한 상태 카테고리들 사이의 관계를 도시하는 개략도이다.
도 13a 내지 도 13c는 상태 1 내지 3에서 가능한 다양한 형태의 FSM의 개략도이다.
도 14는 가상 중앙 제어 유닛(virtual center control unit, VCU) 및 탈착식 기기(detachable instrument, DI)를 포함하는 도구 장치를 도시한다.
도 15a 내지 도 15c는 FSM이 존재하는 형태와 이의 다양한 상태 1 내지 상태 3의 개략도이다.
도 16a 내지 도 16d는 프레임 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 샤프트 박스(SB) 우측(RH) 측부와 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 18은 샤프트 박스 좌측(LH) 측부 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 샤프트 박스 LH 및 RH 조립체를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 도관 박스(CB) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 21a 내지 도 21g는 다이얼 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 22a 내지 도 22c는 셔틀 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 23은 케이블 크림프 하우징(cable crimp housing) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 24a 내지 도 24d는 본체 및 특정 상호작용 요소로 구성된 DI를 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 본체 및 특정 상호작용 요소로 구성된 VCU를 도시한다.
도 26은 엔드-이펙터 조립체를 도시한다.
도 27은 도구 장치 축(1), 축(2), 및 축(3)을 도시한다.
도 28a 내지 도 28c는 도관 박스 록아웃 플레이트(CBLP) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 29a 내지 도 29c는 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 30a 내지 도 30c는 다이얼 록아웃 플레이트(DLP) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 31a 내지 도 31c는 버튼 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 32a 내지 도 32c는 VCU 레버 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 33a 및 도 33b는 셔틀 록아웃 스프링(SLS) 및 특정 상호작용 요소를 도시한다.
도 34는, 다이얼이 잠긴 동안 다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)-다이얼 인터페이스의 단면을 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 관절운동 전달 인터페이스의 실시형태의 다양한 도면을 도시한다.
도 36은 관절운동 전달 인터페이스의 실시형태를 도시한다.
도 37a 및 도 37b는 VCU-DI 인터페이스를 생성하는 수단의 또 하나의 실시형태를 도시한다.
도 38a 내지 도 38c는 죠 폐쇄 전달 경로 및 전달 부재(TM)를 도시한다.
도 39a 및 도 39b는 프레임 관절운동 전달 경로 및 TM을 도시한다.
도 40a 내지 도 40d는 SB 관절운동 전달 경로 및 TM을 도시한다.
도 41a 및 도 41b는 관절운동 기능을 사용하거나 사용하지 않는 베타 구성의 경우의 롤(roll) 전달 경로를 도시한다.
도 42는 사용자 인터페이스-다이얼 및 폐쇄 입력부를 도시한다.
도 43은 사용자 인터페이스-버튼을 도시한다.
도 44a 및 도 44b는 사용자 인터페이스-샤프트 박스 및 프레임을 도시한다.
도 45a 및 도 45b는 도구 장치 - 보관(storage) 상태를 도시한다.
도 46a 내지 도 46c는 전환 1 - 상태 1에서 상태 2로의 전환을 도시한다.
도 47a 내지 도 47c는 도구 장치 - 조립된 상태를 도시한다.
도 48은 전환 2 - 상태 2에서 상태 3로의 전환을 도시한다.
도 49a 내지 도 49c는 도구 장치 - 사용 상태를 도시한다.
도 50은 전환 2' - 상태 3에서 상태 2로의 전환을 도시한다.
도 51a 내지 도 51c는 전환 1' - 상태 2에서 상태 1로의 전환을 도시한다.
도 52a 및 도 52b는 전환 3 - 상태 1에서 상태 4로의 전환을 도시한다.
도 53a 및 도 53b는 도구 장치 - 서비스 상태를 도시한다.
도 54는 4-본체 FSM의 개략도이다.
도 55a 및 도 55b는 5-본체 및 6-본체 FSM의 개략도이다.
도 56a 및 도 56b는 5-본체 FSM을 위한 잠금 상태 다이어그램을 도시한다.
도 57은 키(key) 액션과 상태 사이의 관계를 도시한다.
도 58a 및 도 58b는 전환 4 - 상태 2에서 오용 1 상태(M1)로의 전환을 도시한다.
도 59는 오용 1 상태(M1)를 도시한다.
도 60은 전환 5' - 상태 2에서 오용 2 상태(M2)로의 전환을 도시한다.
도 61은 오용 상태 2.1(M2.1)을 도시한다.
도 62는 오용 상태 2.2(M2.2)를 도시한다.
도 63은 SB 하부 가이드 채널 및 프레임 하부 가이드를 도시한다.
도 64a 및 도 64b는 프레임 하부 가이드와 SB 하부 가이드 채널 사이의 간극을 도시한다.
도 65는 프레임 상부 핀 및 SB 상부 핀 채널을 도시한다.
도 66a 및 도 66b는 완전히 정렬된 프레임 상부 핀 및 SB 상부 핀 채널을 도시한다.
도 67은 프레임과 샤프트 박스 사이의 정렬 특징부의 세 번째 세트를 도시한다.
도 68은 정렬 시작 시의 다이얼 가이드 및 CB 가이드 채널을 도시한다.
도 69는 다이얼 가이드 및 CB 가이드 X축 방향 정렬 특징부들을 도시한다.
도 70은 CB 가이드 채널과 다이얼 가이드 포스트 정렬을 도시한다.
도 71은 프레임에 대한 버튼 잠금 인터페이스를 도시한다.
도 72는 버튼 드라이브-인 프로파일(Button drive-in profile)을 도시한다.
도 73은 셔틀, CB, 및 크림프 하우징을 도시하는 단면도이다.
도 74a 및 도 74b는 셔틀 크림프 하우징 인터페이스를 도시한다: a - 셔틀 크림프 하우징 인터페이스를 도시하는 단면; b - 셔틀 크림프 하우징의 역구동 불가능 각도 사양을 도시하는 단면.
도 75는 접촉 표면에 수직을 따라 사전 구축된 간섭부를 갖는 크림프 하우징-셔틀 인터페이스를 도시한다.
도 76a 및 도 76b는 도관 박스가 +Y축 방향을 따라 움직일 때 셔틀 록아웃 스프링의 상호작용을 도시한다.
도 77은 DLP와 다이얼 인터페이스를 도시한다.
도 78은, SB가 프레임 상에 설치(install)된 때 프레임에 대해 잠금해제된 CB를 도시한다.
도 79는 VCU 원위 관절운동 풀리와 SB 관절운동 풀리 사이의 간극을 도시한다.
도 80은 전환 1 타이밍 플롯이다.
도 81은 다이얼 멈춤쇠 스프링을 통해 프레임에 대해 잠긴 다이얼을 도시한다.
도 82는 다이얼 멈춤쇠 스프링을 통해 잠기지 않고 프레임에 대해 잠금 해제된 다이얼을 도시한다.
도 83은 CBLS와 인터페이스되는 데 사용되는 도관 박스 상의 파지티브 결합 특징부를 도시한다.
도 84는 셔틀과 VCU 레버 사이의 인터페이스에 의해 내장된 VCU 레버와 버튼 사이의 간극을 도시한다.
도 85는 버튼을 차단하고 SB RH를 잠그는 VCU 레버를 도시한다.
도 86은 VCU 레버가 버튼을 차단하는 것을 도시하는 측면도이다.
도 87은 VCU 레버가 SB RH와 상호작용할 때의 이의 자유물체도이다.
도 88은 전환 2 타이밍 플롯이다.
도 89는 도구 장치 디바이스 맵이다.
도 90은 다이얼, 프레임, 다이얼 록아웃 플레이트, 및 멈춤쇠 스프링을 보여주는 다른 실시형태를 도시한다.
도 91은 다이얼 및 프레임을 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 92는 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 93은 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 94는 다이얼, 프레임, 및 다이얼 록아웃 플레이트를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 95a 및 도 95b는 다이얼 및 프레임을 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 96은 다이얼-도관 박스 유지 인터페이스에 대한 일 실시형태를 도시한다.
도 97은 다이얼, 셔틀, 및 도관 박스를 보여주는 또 다른 실시형태를 도시한다.
도 98a 및 도 98b는 VCU 레버에 대한 일 실시형태를 도시한다.
도 99는 SB와 프레임 인터페이스-힌지 조인트 실시형태를 도시한다.
도 100a 및 도 100b는 SB와 프레임 인터페이스-선회 핀 실시형태를 도시한다(여기서, (a)는 보관으로부터 조립된 상태로의 전환을 도시하고 (b)는 조립된 상태를 도시한다).
도 101은 도구 장치의 일 실시형태를 도시하며, 여기서 핸들 조립체는 DI 조립체의 일부이다.
도 102a 내지 도 102b는 도구 장치의 확대도(a) 및 측면도(b)를 도시한다.
도 103a는 호밍된(homed) 상태에서 제시되는 수술 도구의 또 다른 실시형태를 도시하며, 일 실시형태는 손목 그라운딩(grounding) 구성요소를 결여한다.
도 103b는 언호밍된 상태에서 제시된 도 103a의 수술 도구를 도시한다.
수술 도구들의 다수의 실시형태가 도면에 도시되고, 본 설명에서 상세히 설명된다. 일반적으로, 이 수술 도구들은 최소 침습 수술(MIS) 절차 및 원격 액세스 수술 절차에서의 사용을 위해 채용될 수 있다. 이 수술 도구들의 실시형태는 휴대용 기기일 수 있다. 이 수술 도구는 또한 도구 장치라고 지칭될 수 있다. 특정 용어의 정의가 특정 도면을 참조하기 전에 본 설명에서 제시된다.
1.1 본체 - 본체는, 조립체 또는 하위 조립체를 형성하기 위해 구조적 구성요소로서 사용될 수 있는 개별의 연속적 구성요소이다. 본체의 변위/모션 상태는 6의 자유도(DoF)에 의해 기준 그라운드(reference ground)에 대해 완전히 정의될 수 있다. 본체는 조립체의 일부일 수 있으며, 여기서 조립체는 조인트에 의해 상호 연결된 다수의 본체를 포함할 수 있다. 일반적으로, 본체는 강성(rigid)이다(즉, 컴플라이언스를 갖지 않음). 하나 이상의 개별 본체가 강성 조인트를 통해 함께 연결될 수 있다. 이러한 본체들 사이에는 단일 또는 다수의 자유도의 조인트가 없기 때문에 이러한 본체들은 함께 여전히 본체라고 칭해진다. 특정 시나리오에서, 이러한 본체는 단일/모놀리식(monolithic) 구조체로부터 생성될 수 있고, 따라서 단지 단일 본체일 수 있다. 특정 시나리오에서, 본체는 유연하지만(즉, 강성이 아님) 여전히 개별적이고 연속적일 수 있다. 어느 경우든, 본체는 모놀리식이거나, 강성 조인트를 사용하여 조립될 수 있다. 본체는 균질(homogenous) 재료 조성물 또는 이질(heterogenous) 재료 조성물로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 본체는, 기하학적 형상을 포함하여, 여러 가지 특징부를 포함할 수 있다. 논의와 관련된 본체의 특이적 특징부들은 하나의 본체를 설명하는 동안 특정될 것이다. 하나의 본체가 제공하는 특이적 기능이 있는 곳마다, "본체"라는 용어에 수식어가 붙는다. 예를 들어, "인터록"으로서의 "본체" 등.
1.2 메커니즘/조인트 - 일반적으로, "메커니즘"과 "조인트"라는 용어들 사이에는 일정한 등가(equivalence)가 있다. 이들 모두는, 두 개의 본체 사이의 어떤 자유도(들)을 따라 어떤 모션(들)을 허용하고 나머지 모션을 구속하는 것으로 간주될 수 있다. 메커니즘은 일반적으로 다수의 조인트와 본체를 포함한다. 일반적으로, 조인트는 더 간단한 구성인 반면, 메커니즘은 다수의 조인트를 포함할 수 있기 때문에 더 복잡하다. 그러나 단순하다는 것 및 복잡하다는 것은 맥락에 의존한다. 고려 중인 메커니즘은 훨씬 더 큰 메커니즘 또는 기계의 맥락에서 단순하거나 작게 보일 수 있으며, 이 경우 고려 중인 특정 메커니즘은 조인트라고 불릴 수 있다. 따라서, 메커니즘으로서 간주되었던 것이 또한 조인트로서 간주될 수 있다. 또한, 여기에서 "조인트"는 고정된 조인트(예컨대, 용접된, 볼트로 조여진, 나사로 조여진, 또는 접착된 조인트)와 대조적으로 일부 모션을 허용하는 기계적 연결부를 지칭한다. 후자의 경우, 두 개의 본체는 서로 융합되고 (상대적 모션이 허용되지 않거나 둘 사이에 상대적인 자유도가 없기 때문에) 운동학적 의미에서 하나이고 동일한 것으로 간주된다. "고정된 조인트"라는 용어는 특히, 두 개의 본체 사이의 이러한 종류의 조인트를 지칭하기 위해서 본원에서 사용될 것이다. "조인트"라는 용어가 참조될 때, 이것은 적어도 약간의 모션 또는 자유도를 허용하는 연결부, 예를 들어, 핀 조인트, 선회 조인트, 유니버설 조인트, 볼 및 소켓 조인트 등을 의미한다.
1.3 자유도(Degree of Freedom, DoF) - 이미 언급된 바와 같이, 조인트 또는 메커니즘은 두 개의 본체 사이의 특정 모션을 허용하고, 나머지 모션을 구속한다. "자유도"는 이러한 "모션"을 캡쳐하거나 전달하기 위한 기술적 용어이다. 전체적으로, 두 개의 강체 사이에 조인트가 없을 때 이들 사이의 가능한 6개의 독립적인 모션 및 따라서 자유도(3개의 병진이동 및 3개의 회전)가 있다. 조인트는 두 개의 본체 사이에서 0 내지 6의 DoF 사이의 임의의 위치를 허용한다. 조인트가 0 DoF를 허용하는 경우, 위에서 설명된 것처럼, 두 개의 본체가 서로 강성으로 융합되거나 연결되는 "고정된 조인트"가 된다. 이 경우, 운동학적 의미에서, 두 개의 본체는 하나이고 동일하다. 조인트가 6 DoF를 허용하는 경우, 이것은, 조인트가 없거나, 조인트가 두 개의 본체 사이의 모션을 구속하지 않는다는 것을 의미한다. 다시 말해서, 두 개의 본체의 모션들은 서로 완전히 독립적이다. 본 출원의 목적을 위한 임의의 실제 조인트는 두 개의 강체 사이에 1, 또는 2, 또는 3, 또는 4, 또는 5의 DoF를 허용한다. 만약 이것이 1 DoF를 허용하는 경우, 나머지 5개의 가능한 모션은 조인트에 의해서 구속된다. 만약 이것이 2 DoF를 허용하는 경우, 나머지 4개의 가능한 모션은 조인트에 의해서 구속된다.
1.4 구속도(Degree of Constraint, DoC) - 구속도는 두 개의 본체 사이에서 상대적 모션이 구속되는 방향을 지칭한다. 상대적 모션이 구속되기 때문에, 모션 및 로드(즉, 힘 또는 모멘트)이 하나의 본체로부터 다른 본체로 전달될 수 있는 방향이다. 조인트가 DoC 방향에서 두 개의 본체 사이의 상대적 모션을 허용하지 않기 때문에, 하나의 본체가 DoC 방향으로 움직이는 경우, 이것은 다른 본체를 이것과 함께 이 방향을 따라 구동한다. 다시 말해서, 모션은 하나의 강체로부터 다른 강체로 DoC 방향으로 전달된다. 결과적으로, 로드는 하나의 강체로부터 다른 강체로, 하중 지지 방향 또는 단순히 지지 방향이라고도 지칭되는 DoC 방향으로 전달된다. "유지"라는 용어는 또한, DoC 방향의 맥락에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 본체는 제2 본체에 대해 특정 DoC를 따라 구속되거나, 균등하게 유지될 수 있다. 이것은, DoC 방향, 또는 균등하게 구속의 방향, 또는 균등하게 유지의 방향으로 두 개의 본체 사이에서 상대적 모션이 허용되지 않는다는 것을 의미한다.
1.5 기준 그라운드 - 조인트에 의해서 상호 연결된 본체들의 조립체(예컨대, 다수의 본체 시스템, 메커니즘)의 맥락에서, 하나 이상의 본체는 "기준" 또는 "그라운드" 또는 "기준 그라운드"라고 지칭될 수 있다. 기준 그라운드라고 지칭되는 본체는 반드시 절대 그라운드(즉, 실제 그라운드에 부착되거나 볼트로 고정됨)일 필요는 없다. 오히려, 기준 그라운드로서 선택된 본체는 단순히, 다른 모든 본체의 모션이 설명되거나 조사될 때 관여되는 기계적 기준의 역할을 한다. 또한, 본체들의 조립체에서 특정 본체를 기준 그라운드로 선택하는 것은 일반적으로 조립체의 기능을 제한하지 않는다.
1.6 축 및 방향 - 축은 공간 내의 특정 라인을 지칭한다. 하나의 본체는 어떤 축을 중심으로 다른 본체에 대해 회전될 수 있다. 대안적으로, 하나의 본체는 다른 본체에 대해 특정 방향으로 병진이동될 수 있다. 방향은 하나의 특정 축에 의해서 정의되지 않고, 대신 일반적으로 다수의 평행한 축에 의해서 정의된다. 따라서, X 축은 공간 내에 정의된 하나의 특이적 축인 한편, X 방향은 X 축 또는 X 축과 평행한 임의의 다른 축의 방향을 지칭한다. 다수의 상이하지만 평행한 축이 동일한 X 방향을 가질 수 있다. 방향은 공간에서 단지 배향만을 갖고, 위치를 갖지 않는다. 방향은 파지티브 또는 네거티브이도록 특정될 수 있다.
1.7 구조적 인터페이스 - 구조적 인터페이스는 하나의 본체로부터 다른 본체로의 구조적 연속성을 제공하는, 두 개의 본체 사이에 있는 인터페이스이다. 다시 말해서, 이것은, 한 본체의 강체 모션이 다른 본체의 강체 모션에 대해서 유지되면서 한 본체의 강체 모션이 다른 본체로 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 구조적 인터페이스는 6의 DoF 모두의 유지를 필요로 하고, 6의 DoF 모두의 정렬을 필요로 하거나 필요로 하지 않을 수 있다. 6의 DoF 모두의 유지는 두 개의 본체 사이에 6의 DoC를 갖는 것과 동일한 것을 의미한다. 이러한 면에서, 구조적 인터페이스는 위에서 정의된 "고정된 조인트"와 같다. 구조적 인터페이스는 영구적이거나 (한 번 생성되면) 분리 불가능할 수 있거나, 또는 서비스 또는 분해를 위해 탈착식할 수 있거나, 또는 의도된 기능의 일부로 탈착식할 수 있다. 후자의 경우는 본 특허 출원에서 탈착식 구조적 인터페이스로서 지칭된다. 일반적으로, 두 개의 본체 사이의 구조적 인터페이스는 이 구조적 인터페이스에 의하여 한 본체로부터 다른 본체로의 강체 모션(즉, 6 DoF 모션 모두)의 전달을 허용한다. 이러한 6개 방향들 중 임의의 하나가 부적절하게 유지/구속되는 경우(예컨대, 인터페이스가 구조적으로 강성이지 않은 경우), 이 특정 방향을 따른 모션의 전달이 손상된다.
두 개의 본체 사이에 구조적 인터페이스가 확립되면, 두 개의 본체는 운동학적 의미에서 하나이며 동일하고, 이러한 두 개의 본체는 이제, 전달 시스템이 구축될 수 있는 공통 그라운드 또는 기준의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 다양한 풀리(pulley)를 포함하는 케이블 전달 시스템이 구축될 수 있으며, 여기서 일부 풀리 축은 제1 본체 상에 장착될 수 있는 한편, 다른 풀리 축은 제2 본체 상에 장착될 수 있다. 두 개의 본체가 6 DoF 방향 모두에서 유지되거나 구속되었기 때문에, 두 개의 본체는 구조적으로 연속적이거나, 또는 다른 본체의 확장부이다. 따라서, 이러한 다양한 풀리 - 일부는 제1 본체 상에 있고, 일부는 제2 본체 상에 있음 - 는 다른 풀리에 대해 위치가 고정된 상태를 유지할 수 있고, 이로써 양 본체에 걸쳐 있는 효과적인 공통 전달 시스템을 구성할 수 있다. 두 개의 본체가 구조적 인터페이스를 갖지 않은 경우, 두 개의 본체 사이의 임의의 상대적 모션이 제2 본체 상의 풀리의 위치에 대한 하나의 본체 상의 풀리들의 위치들 사이의 모션으로 이어질 것이기 때문에, 두 개의 본체에 걸쳐 있는 케이블 전달은 비실용적일 것이다. 이것은 케이블 경로 길이의 변화, 또는 적절한 케이블 기반 전달을 달성하도록 케이블 장력을 유지하는 것의 불능으로 이어질 수 있다.
1.8 전달 인터페이스 - 두 개의 본체 사이의 전달 인터페이스는 직접적인 로드 전달 경로를 제공하는, 이러한 본체들 사이의 인터페이스를 지칭한다. 서로에 대해 인터페이스된 이러한 본체들은 별개의 하위 조립체들 내에 또는 동일한 하위 조립체 내에 하우징될 수 있다. 이러한 본체들은 조인트 또는 메커니즘을 통해 각각의 하위 조립체의 각각의 하우징 본체에 장착될 것이다. 적절한 전달을 위해, 이러한 하우징 본체들(전달 인터페이스에 관련된 두 개의 본체가 장착됨)은 이들 사이에 확립된 구조적 인터페이스를 가질 것이다(위에서 정의됨). 이러한 모션의 전달은 힘, 토크 등의 전달을 통해 발생된다. 전달 인터페이스를 통한 로드의 전달의 효과는 전달에 관여된 본체들 사이의 마찰 계수에 의해서 영향을 받는다. 전달 인터페이스는 영구적이거나 탈착식일 수 있다. 잠금장치 또는 인터록과 관련된 구성요소들 간의 인터페이스는 전달 인터페이스로 간주되지 않는다.
1.9 사용자 인터페이스 - 사용자 인터페이스는, 사용자가 기계 또는 기기 또는 메커니즘에 어떤 변화나 결과를 생성할 목적으로 기계 또는 기기 또는 메커니즘에 입력을 제공하기 위해 상호작용하는 입력 인터페이스 역할을 한다. 사용자 인터페이스는 종종 사용자에 의해서 트리거되거나 작동되는 기기의 일부인 본체 상의 인체공학적 특징부, 예를 들어, 사용자에 의해서 회전되어 스피커의 음량을 증가/감소시킬 수 있는 자동차 대시보드 상의 노브이다. 여기서, 노브, 특히 노브의 널링된(knurle) 외주(특징부)가 사용자 인터페이스이다.
1.10 유한 상태 기계(Finite State Machine, FSM) - 본 특허 출원의 목적을 위해서, 유한 상태 기계(FSM) 또는 단순히 상태 기계 또는 FSM 시스템은, 유한한 수의 구성 또는 상태로 존재할 수 있으나, 한 번에 하나의 구성 또는 상태만을 취할 수 있는 다수의 본체의 시스템이다. 각각의 상태는 두 개 이상의 본체 사이의 정렬 및/또는 유지 특징부/본체의 존재에 의해 통제된다. FSM의 각각의 상태는 기능적 목적을 보유하거나 비기능적(non-functional)이다. FSM은 도구 장치(예컨대, 수술 도구 장치) 안으로 통합될 수 있고, 상태의 변경에 의해서 도구로 사용자 경험을 구동하기 위해서 사용될 수 있다.
1.11 상태 - 상태는 FSM의 구조적 그리고 기능적 상태를 설명하는 FSM의 구성이다. 상태는 FSM 내의 본체들이 서로에 대해 어떻게 구성(즉, 정렬 및/또는 유지)되는지를 설명한다. 특정 상태는 기능적이거나 비기능적일 수 있다. 상태는 "허용됨" 또는 "허용되지 않음"일 수 있다. 허용된 상태는 의도된 사용을 통해서만 가능하도록 설계된 구성이다. 허용되지 않는 상태는 의도되지 않는 사용, 잘못된 취급, 또는 오용을 통해서만 달성될 수 있는 구성이고, 또한, 본원에서는 "오용" 상태로서 지칭될 수 있다. 허용되지 않는 상태는 "복원 가능" 또는 "복원 불가능"일 수 있다. 허용되지 않는 상태는, FSM이 다른 허용되거나 허용되지 않는 중간 상태를 거치는 것을 포함할 수 있는 몇 가지 한정된 수의 전환(이러한 전환은 가역적일 수 있거나, 비가역적일 수 있음) 후 기능적 상태로 되돌려질 수 있는 경우, 복원 가능하다. 허용되지 않는 상태는, FSM의 본체 또는 상호작용 요소가 물리적으로 파손된 경우와 같이, 기능적 상태로 전환될 수 없을 때 복원 불가능하다.
1.12 액션(Action) - 액션은, 해당 상태들 간에 전환을 생성함으로써 초기 상태로부터 다른 상태로 FSM의 상태를 변경하기 위해서 FSM에 적용되는 모든 입력을 포함한다. 액션은 사용자 입력이거나, FSM 내부의 특정 메커니즘(예컨대, 내부 클록)에 의해서 트리거되는 액션일 수 있다.
1.13 전환 - 전환은 초기 상태로부터 최종 상태로의 시스템의 상태의 변화를 나타내는 현상을 지칭한다. 컴퓨터 또는 전자 시스템에서 전환은 짧은 시간 내에 발생된다. 한 상태에서 다른 상태로의 변경은 디지털 또는 물리적 스위치의 작동으로 발생된다. 물리적 또는 기계적 시스템에서, 한 상태로부터 다른 상태로의 전환과 연관된 약간의 유한한 양의 시간이 있다. 본원에 설명된 FSM에서, 전환은 "가역적" 또는 "비가역적"일 수 있다. 가역적 전환은, FSM을 초기 상태로부터 최종 상태로 옮기는 액션의 반전 시에, FSM이 다시 초기 상태로 전환될 수 있는 것이다. 전환은 임의의 두 개의 기능적 상태 및/또는 임의의 두 개의 허용된 비기능적 상태 간에 가역적일 수 있다. 이것은, 전환 및 연관된 전환 단계를 정확히 반전시키는 동안, 상태 반전이 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 전환은 허용된 상태와 허용되지 않는 상태들 간에 가역적이지 않을 수 있다.
1.14 전달 부재 - 전달 부재는, 전달될 필요가 있는 입력 모션을 생성하는 입력 본체로부터 출력 모션을 생성하는 출력 본체로 모션을 전달하는 강성의 또는 유연한 본체이다. 입력 본체에서 시작하여 출력 본체까지 전달 부재가 취하는 경로는 전달 시스템의 실행 가능성과 효율성에 크게 영향을 미친다.
1.15 정렬 특징부 - 정렬 기능부는 본체의 기하학적 특징부이다. 정렬 특징부는 파지티브 원통형 표면(예를 들어, 페그(peg), 포스트 또는 핀), 또는 네거티브 원통형 표면(예를 들어, 구멍), 또는 평평한 표면, 또는 구형 표면, 또는 쐐기, 또는 램프 등일 수 있다. 정렬 특징부는, 하나 이상의 방향 또는 DoF를 따라 다른 본체에 대해 하나의 본체를 측위하는 것을 돕는다. 두 본체 사이에 6개의 잠재적 정렬 방향(6 DoF에 대응)이 있을 수 있다. 하나의 정렬 특징부는 6개의 잠재적인 방향 중 하나 이상에서 정렬을 제공할 수 있다. 또한, 정렬 특징부는 단방향 또는 양방향 정렬을 제공할 수 있다(즉, 동일한 정렬 특징부가 양의 X 방향만, 또는 음의 X 방향만, 또는 둘 다를 따라 정렬을 제공할 수 있음). 본체가 어떤 방향을 따라 정렬되었다고 하면, 이것은, 이 본체가 이 특정 방향을 따라 움직이도록 한정되었다는 것을 의미한다. 예를 들어, 본체 A가 단지 파지티브 X 방향을 따라 본체 B와 정렬된 경우, 본체 A는 본체 B에 대해 특정 지점을 넘어 병진이동될 수 없으나, 네거티브 X 방향으로, 또는 X 방향에 수직인 임의의 방향(즉, 파지티브 및 네거티브 Y 방향, 및 파지티브 및 네거티브 Z 방향)으로 병진이동될 수 있다. 제2 본체는, 두 개의 본체를 포함하는 시스템의 기능적 요구 사항에 의거하여, 제1 본체에 대한 제2 본체의 위치에서 특정 결정성(determinism)을 달성하기 위해 특정 방향을 따라 제1 본체에 대해 정렬된다. 이러한 기능적 요구 사항 중 하나는, 전달 인터페이스를 가능하게 하는 구조적 인터페이스를 두 개의 본체 사이에 생성하는 것일 수 있다.
또한, 정렬 특징부가 두 개의 본체 사이의 위치를 제공하지만, 반드시 두 개의 본체 사이의 유지를 제공하지는 않는다. 예를 들어, 평평한 플레이트 상에 구체를 놓는 것은 플레이트 표면에 수직인 방향을 따라 구를 정렬한다(또는 위치시킨다). 여기서, 구체의 외측 표면과 플레이트의 평평한 표면은 정렬 특징부들이다. 이러한 특징부들이 수행하지 않는 것은 구체를 플레이트에 유지하는 것이다. 구체는 단지 구체의 무게와 같은 힘을 가함으로써 플레이트로부터 들어올려질 수 있다. 다음에 논의될 유지는 구체와 플레이트를 함께 유지하기 위해서 둘 사이에 필요한 수직력 또는 압력을 제공한다.
1.16 유지 특징부 또는 잠금장치 - 두 개 이상의 본체는, 함께 유지되는 두 개 이상의 본체 상의 "유지 특징부"("잠금 특징부"라고도 지칭됨)를 통해 특정 방향을 따라 서로 부착될 수 있다. 두 개 이상의 본체는 또한 "잠금장치"라고 지칭되는 제3 본체를 통해 유지될 수 있다. 일반적으로, "유지 특징부", "잠금 특징부" 또는 "잠금장치"는 본체 상의 특징부이다. 두 개의 다른 본체를 함께 유지하는 것이 주된 목적인 유지/잠금 특징부를 구비하는 본체는 잠금장치로 칭해질 수 있다(언급된 바와 같이, "잠금장치"라는 용어는 본체 상의 유지 특징부/잠금 특징부를 지칭하기 위해서 또한 사용될 수 있다). 유지 특징부는 함께 유지되는 두 개의 본체 사이의 접촉 압력을 받을 수 있다. 유지 특징부는 유지되고 있는 각각의 본체의 일부일 수 있다. 예를 들어, 본체 2 상의 디봇(유지 특징부)에 정합되는 본체 1 상의 멈춤쇠는 본체들에 대해 특정 방향을 따라 두 개의 본체 사이의 유지를 제공한다. 이러한 특징부들은 각각의 본체의 일부이고, 둘 다 유지 특징부의 예이다. 다른 시나리오에서, 두 개의 본체 사이에 유지를 제공하기 위해 하나의 본체와 또 하나의 본체에 정합되는 외부 본체가 있을 수 있다. 예를 들어, 도어 잠금 래치(latch)는 벽(또 하나의 본체)에 대해 도어(하나의 본체)를 유지한다. 여기서, 도어 잠금 래치는 잠금장치이다.
유지 특징부 또는 잠금장치는 이것이 파지티브 결합(positive engagement) 또는 논파지티브(non-positive) 결합을 제공하는지 여부에 따라 분류될 수 있다. 논파지티브 결합 잠금장치는 두 개의 본체 사이에 유지를 제공하기 위해 두 개의 본체 사이에 마찰 또는 자기장(그러나 물리적 차단/잠금 특징부는 아님)을 사용하는 특징부를 지칭한다. 파지티브 결합 잠금장치는, 두 개의 본체 사이에 위치되는, 그리고 유지되는 방향을 따라 다른 본체에 대해 한 본체의 모션을 물리적으로 차단하는, 두 개의 본체 사이의 기계적 유지를 지칭한다. 이러한 유지 배열체를 제공하는 본체들은 파지티브 결합 잠금장치들이라고 불린다. 예를 들어, 후크-루프(벨크로) 조립체, 케이블 타이, 키 슬롯 키 등.
잠금장치는 "온(on)"/"1" 상태 또는 "오프(off)"/"0" 상태를 갖는다. 또한, 파지티브 결합 잠금장치는 역구동 가능(back-drivable) 또는 역구동 불가능(non-back drivable)하도록 설계될 수 있다. 역구동 가능 잠금장치는 두 개의 유지된 본체를 서로로부터 멀어지게 당김으로써 해제될 수 있다. 역구동 불가능 잠금장치는 유지되는 두 개의 본체 상에 분리력을 적용함으로써 "오프"될 수 없다. 따라서, 역구동 불가능 잠금장치를 해제하기 위해서, 역구동 불가능 잠금장치가 능동적으로 잠금 해제될 필요가 있거나, 유지된 두 개의 본체에 상당히 높은 분리력을 적용함으로써 파손/분해될 필요가 있다.
1.17 인터록(Interlock) - 인터록은 잠금장치(파지티브 결합 잠금장치 또는 논파지티브 결합 잠금장치)의 잠금 또는 잠금 해제를 비활성화하는 것으로 이어질 수 있는 특정 액션을 방지하는 역할을 하는 본체 또는 특징부이다. 도어, 도어록 및 벽의 예에서, 도어가 일단 잠긴 후, 사용자가 핸들을 작동하여 도어 래치를 벽으로부터 인입시키고, 따라서 벽으로부터 도어를 잠금해제할 수 없는 경우, 이것은 도어록이 인터록 본체에 의해서 인터록된다는 것을 의미한다. 이러한 인터록 본체는 전체 도어 잠금 메커니즘의 외부 또는 내부에 있다. 본 예에서 언급된 바와 같이, 인터록은 잠금장치(예컨대, 도어 래치)에 작용한다. 인터록은 잠금장치 상에 존재하는 "인터록 특징부"와 인터페이스된다. 잠금장치 상의 이러한 "인터록 특징부"는 둘 이상의 본체를 잠그는 것과 관련된 특징부와 상이할 수 있다. 이러한 인터록은 유지된 두 개의 본체(여기서, 도어와 벽) 사이에 작용할 수 있는 이차 잠금장치와 혼동되어서는 안 된다. 벽으로부터 도어를 잠금 해제하기 위해 별도로(추가 단계로서) 트리거될 필요가 있는 이차 잠금장치가 있을 수 있다. 이러한 이차 잠금장치는 단지 잠금장치이고, 인터록은 아니다. 인터록은 엘리베이터에서 찾아질 수 있으며, 여기서 인터록은 움직이는 엘리베이터가 도어를 개방하는 것을 방지하고, 정지된 엘리베이터(도어가 열린 상태)가 움직이는 것을 방지한다. 엘리베이터의 예에서 언급된 두 가지 시나리오 모두 이해하기 쉬운 전략이지만, 인터록은 단순한 안전 스위치와 혼동되어서는 안 된다. 예를 들어, 일반적인 가정용 전자레인지에서, 도어가 개방되는 경우 마그네트론을 비활성화하는 스위치는 인터록이 아니다. 이는 단순히, 도어가 개방된 때 마그네트론의 오프 모드를 트리거하는 잠금/스위치이다. 오히려, 마그네트론이 온인 동안에 도어가 잠기고 도어가 개방된 동안 마그네트론의 작동이 방지된 경우, 이것은 인터록으로 간주될 것이다. 이러한 경우에, 마그네트론이 온인 동안에 도어 래치가 언래치되지 않도록 도어 래치에 작용하는 인터록이 존재할 것이다.
1.18 상호작용 요소(Interaction Element) - 유한 상태 기계(Finite-State Machine, FSM) 내에는, 여러 본체 및 이들 사이의 상호작용이 존재할 수 있다. 여기서, 상호작용은 본체들 간의 정렬, 유지, 인터페이스, 또는 조인트/메커니즘을 설명하는 일반적인 용어로서 사용된다. 이러한 상호작용은 다음 상호작용 요소들 중 하나 이상을 통해 생성된다: i) 정렬 특징부(A); ii) 유지 특징부/본체(R); iii) 잠금장치(L); iv) 인터록(I); v) 전달 인터페이스(TI); vi) 전달 부재(TM); 및 vii) 메커니즘/조인트(M/J).
2. 유한 상태 기계(FSM)
2.1 고려 중인 도구 장치의 아키텍쳐
본 명세서에 설명된 유한 상태 기계(FSM)는 수술 도구 장치(10)를 포함하는 더 큰 조립체의 일부이다. 이러한 도구 장치(10)는 특정 기능을 수행하기 위해 조인트 및 메커니즘에 의해서 상호 연결된 다양한 본체들을 포함한다. 이러한 기능은 다음 섹션에서 자세히 설명될 것이다. 도 1은, 두 개의 주요 하위 조립체, 즉 마스터 기기(master instrument, MI)(12) 및 탈착식 기기(detachable instrument, DI)(14)로 구성된 도구 장치(10)에 대한 아키텍쳐를 도시한다. 마스터 기기(12)는 사용자가 조작하는 기기이고, 따라서 사용자에 근접하게 존재한다. 탈착식 기기(14)는 구조적 인터페이스를 형성하도록 마스터 기기(12)에 부착되며, 이로써 특정 기능을 수행할 수 있는 완전히 조립된 도구 장치(10)를 생성한다.
MI(12)는 본체들 및 하위 조립체, 즉 프레임(F)(16)과 핸들 조립체(18)로 구성된다. 핸들 조립체(18)는 본체들, 즉 다이얼(D)(20), 핸들 본체(22), 및 폐쇄 입력부(24)로 추가로 구성된다. 프레임(16)은 (1) 프레임(16)에 대해 1 이상의 DoF를 가질 수 있는 본체들을 하우징할 수 있고, (2) 본체들에 대해 구조적 인터페이스를 가질 수 있다. 이러한 두 개의 카테고리의 본체들은 시스템의 기능적 요구 사항에 기초하여 존재할 수 있다. 이러한 본체들은 각각 프레임(16)에 단단히 장착되며, 따라서 프레임(16)과의 구조적 인터페이스를 형성할 수 있다. 프레임에 대해 6 자유도 중 임의의 것을 갖는 임의의 다른 구성요소는 프레임(16) 내에 "하우징" 또는 "패키징" 또는 "배치" 또는 "밀폐"될 수 있지만, 프레임(16)에 단단히 장착되지 않을 수 있다. 도구 장치(10)가 엔드-이펙터(EE) 관절운동 기능을 가질 때, 입력 관절운동 조인트(26)는 핸들 조립체(18)와 프레임(16) 사이에 존재한다. DI(14)는 본체들 및 하위 조립체 즉, 도관 박스(conduit box, CB)(28), 샤프트 박스(shaft box, SB)(30), 샤프트(32), 및 엔드-이펙터 조립체(34)로 구성된다. 여기에 언급된 본체들 각각에 대한 세부 사항은 추가 섹션에서 설명된다. 관절형 도구 장치의 경우, 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이에 출력 관절형 조인트(36)가 존재한다. 또한, 엔드-이펙터 죠 작동 모션을 전송하는 데 도움이 되는 인터페이스가 도관 박스와 샤프트 박스 사이에 존재한다. 이러한 인터페이스는 폐쇄 작동 인터페이스(38)로 불린다.
도구 장치(10)가 사용 중일 때, 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대한 구조적 인터페이스를 갖고, 샤프트 박스(30)는 프레임(16)에 대한 구조적 인터페이스를 갖는다. 이러한 구조적 인터페이스는 전달 인터페이스의 생성을 가능하게 할 수 있다. 구조적 인터페이스와 전달 인터페이스는 함께 다음 섹션에서 설명되는 다양한 기능을 수행하는 데 도움이 된다. 기기의 이러한 사용 구성은 하위 조립체들, 즉 근위 핸드헬드(hand-held) 조립체(40) 및 이차 조립체(42)를 갖는다. 도 2는 사용 구성의 도구 장치(10)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도구 장치(10)에 대한 좌표계는 데카르트 좌표계로서 표현된다. X 축은 도구 샤프트 축(축(1))과 평행하다. Y 축은 정면도 평면에 놓여 있다. Z 축은 정면도 평면에 수직이다. 이러한 좌표계는 설명 전반에 걸쳐 다양한 도구 장치 아키텍쳐 및 특정 도구를 설명하기 위해서 사용된다. 또한 축(1)(다이얼 롤 축) 및 축(2)(엔드-이펙터 롤 축)이 존재하며, 이들은 도 2에 도시된다. 근위 핸드헬드 조립체(40)는 프레임(16)에 대해 관절식으로 연결되지 않지만, 축(1), 축(2) 및 축(3)은 서로 평행하다.
2.2 장치 기능
2.2.1 관절운동 기능
도구 장치(10)의 관절운동은 핵심 기능이며, 여기서 피치 및 요 출력 모션은 핸들 조립체(18)의 피치 및 요 입력 모션에 기초하여 샤프트(32)의 원위 단부에서(엔드-이펙터 조립체(34)에서) 생성된다. 도 3은, 관절운동되는 근위 핸드헬드 조립체(44)(특히 Z 축 방향을 중심으로 한 피치 회전)를 포함하는 도구 아키텍쳐를 도시한다. 축(1)은 더 이상 축(3)과 평행하지 않다. 또한, 축(2)은 더 이상 축(3)(도구 샤프트 축)과 평행하지 않다. 근위 핸드헬드 조립체(44)는 피치 축(Z 축에 평행한 축)을 중심으로 그리고 요 축(Y 축에 평행한 축)을 중심으로 관절운동할 수 있다. 이러한 관절운동은 핸들 조립체(18)와 프레임(16) 사이에 존재하는 2 DoF 입력 관절운동 조인트(26)의 존재로 인해 가능하다. 이러한 입력 관절운동 모션은 엔드-이펙터 관절운동(각각의 피치 및 요 회전 축을 중심으로 한 피치 및 요 회전)으로 이어진다. 관절운동을 생성하기 위해, 프레임(16) 및/또는 샤프트(32)는 사용자 또는 도구 장치(10) 외부의 그라운드에 대해 그라운드될 수 있다.
핸들 조립체(18)에 대한 입력 관절운동 조인트(26)의 위치에 기초하여 도구 장치(10)에 대한 적어도 두 가지 유형의 아키텍쳐가 존재할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 입력 관절운동 조인트(26)가 핸들 조립체(18)에 대해 근위 및 원위 각각에 존재하는 2개의 아키텍쳐를 도시한다.
입력 관절운동 조인트(26)와 연결되는 핸들 조립체(18) 내의 본체에 기초한 도구 장치(10)에 대한 적어도 2개의 다른 유형의 아키텍쳐가 존재할 수 있다. 입력 관절운동 조인트(26)는 핸들 본체(22)와 프레임(16) 사이에 존재할 수 있거나, 입력 관절운동 조인트(26)는 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 존재할 수 있다. 이러한 아키텍쳐는 추가 섹션에서 제시되고 논의된다.
2.2.2 엔드 이펙터 작동 기능
엔드-이펙터 작동은 핸들 본체(22)에 대한 폐쇄 입력부(24)의 입력 모션에 의해 생성된다. 폐쇄 입력부(24) 및 핸들 본체(22)는 핸들 조립체(18)의 일부이다. 핸들 본체(22)의 실시형태는 미국 특허 제9,814,451호에서 찾을 수 있다. 핸들 본체(22)에 대한 폐쇄 입력부(24)의 하나의 DoF 모션은 엔드-이펙터 조립체(34)에서 폐쇄 모션을 생성할 수 있다. 도 5는 제1 부분(46) 및 제2 부분(48)의 두 부분을 갖는 엔드-이펙터 조립체(34)를 위한 아키텍쳐를 도시한다. 여기서, 제2 부분(48)은 이의 폐쇄 선회 축을 중심으로 제1 부분(46)에 대해 회전된다. 제1 부분(46)은 또한 고정된 죠(50)라고 지칭되고, 제2 부분(48)은 움직이는 죠(52)라고 지칭된다.
다른 실시형태에서, 세 개 이상의 부분으로 구성될 수 있는 엔드-이펙터 아키텍쳐가 존재할 수 있으며, 여기서 제2 및 제3 부분은 제1 부분에 대해 이동될 수 있다. 이러한 엔드-이펙터 조립체들 중 하나는 "이중(2) 액션 죠"라고 칭해진다. 또한, "폐쇄"라는 용어는 고정된 죠(50)에 대한 움직이는 죠(52)의 폐쇄 및 개방 모두를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 제1 부분에 대한 제2 부분의 모션 외에, "폐쇄"는 또한 제1 또는 제2 부분에 대해 제3 또는 제4 부분에 의해 이루어지는 특정 모션(예를 들어, 병진이동, 회전 등)을 지칭할 수 있다. 따라서, 엔드-이펙터 기능으로 이어지는 모션은 "폐쇄"라 칭해진다. "엔드-이펙터 작동" 또는 "죠 폐쇄" 전달은 핸들 조립체(18)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이에 존재하는 다양한 조인트, 메커니즘, 및 전달 부재(들)로 인해 발생된다. 이들은 추가 섹션에서 자세히 논의된다.
2.2.3 강체 병진이동 및 회전
도 2에 도시된 바와 같은 사용 구성의 도구 장치(10)의 일부로서, 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 구조적 인터페이스가 존재한다. 외부 기준 그라운드에 대한 프레임(16)의 모션은 샤프트 박스(30)로 전달되고, 이에 의해 이차 조립체(42)의 다른 구성요소 및 하위 조립체(도구 샤프트(32) 및 엔드-이펙터 조립체(34))로 전달된다. 따라서, 샤프트(32)는 외부 기준 그라운드에 대해 3개의 병진이동 DoF(X, Y 및 Z 축 방향을 따름) 및 3개의 회전 DoF(피치, 요 및 롤 회전)를 갖는다. 도 3은, 근위 핸드헬드 조립체(40), 프레임(16), 샤프트(32), 및 엔드-이펙터 조립체(34)가 이러한 6 DoF를 갖는 사용 구성의 도구 장치(10)를 도시한다. 롤 DoF는 다음 섹션에서 구체적으로 설명된다.
2.2.4 롤 기능(또한 관절운동되는 롤)
엔드-이펙터 조립체(34)의 롤 축(축(2))을 중심으로 한 롤 DoF는 상기 섹션에서 언급된 6개의 DoF 중 하나이다. 엔드-이펙터 조립체(34)의 회전은 핸들 조립체(18) 내에서 다이얼(20)의 회전을 필요로 한다. 축(1)을 중심으로 한 핸들 본체(22)에 대한 다이얼(20)의 회전은 축(2)을 중심으로 한 엔드-이펙터 조립체(34)의 회전으로 이어진다. 핸들 조립체(18)가 관절식으로 연결되지 않는 동안, 도 2에 도시된 바와 같이, 축(1)을 중심으로 한 다이얼(20)의 회전은 축(2)를 중심으로 한 엔드-이펙터 조립체(34)의 회전으로 이어지며, 여기서 축(2)은 축(3)(즉, 도구 샤프트 축)에 대해 동일선상에 있다. 이러한 롤 모션은 위 섹션에서 언급된 6개의 DoF(강체 모션)의 부분이다.
핸들 조립체(18)가 관절식으로 연결되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 축(1)을 중심으로 한 다이얼(20)의 회전은 축(2)를 중심으로 한 엔드-이펙터 조립체(34)의 회전으로 이어지며, 여기서 축(2)은 축(3)에 대해 더 이상 동일선상에 있지 않다. 관절식으로 연결된 상태에서의 엔드-이펙터 조립체(34)의 이러한 회전 기능은 "관절운동되는 롤"로 지칭된다.
다이얼(20)로부터 엔드-이펙터 조립체(34)로의 롤 모션의 전달은 두 개의 상이한 방식으로 발생될 수 있다. 관절운동 기능을 설명하는 동안 위에서 언급된 바와 같이, 핸들 조립체(18) 내의 어떤 본체가 입력 관절운동 조인트(26)에 인터페이스되는지에 기초하여 도구 장치(10)에 대한 적어도 두 개의 상이한 유형의 아키텍쳐가 존재할 수 있다. 어떤 본체가 입력 관절운동 조인트(26)를 통해 프레임(16)에 연결되는지에 기초한 아키텍쳐의 이러한 차별화는 또한 롤 모션 전달의 차별화를 정의한다. 도 6a는 제1 도구 장치 아키텍쳐를 도시하고, 도 6b는 제2 도구 아키텍쳐를 도시한다.
제1 아키텍쳐는 알파 아키텍쳐라고 불리고, 도 6a에 도시된다. 관절운동 기능을 포함하는 도구 장치(10)에서, 핸들 본체(22)와 프레임(16) 사이에 2 DoF(피치 및 요) 입력 관절운동 조인트(26)가 존재한다. 이러한 구조체에서, 롤은, 샤프트(32) 내부에서 연장되고 엔드-이펙터 조립체(34)와 인터페이스되는 롤 전달 부재(54)를 통해 전달된다. 이러한 구성에서, 다이얼(20)은 회전되고, 이로써 비틀림 강성인 롤 전달 부재(54)를 회전시킨다. 그러나, 프레임(16) 및 샤프트(32)는 회전을 결여한다. 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이의 도구 샤프트 축을 중심으로 한 하나의 롤 DoF가 존재한다. 엔드-이펙터(EE) 베이스(56)(제3 부분)라고 불리는 본체가 엔드-이펙터 조립체(34) 내에 존재할 수 있으며, 이 베이스는 다이얼(20)의 회전(축(1)을 중심으로 함) 시 회전되지 않지만, 도구 샤프트(32)에 대해 관절운동된다. 조인트(55)를 통해 EE 베이스(56)와 고정된 죠(50) 사이의 축(2)을 중심으로 한 하나의 롤 DoF가 존재한다.
제1 아키텍쳐에서, 샤프트 박스(30), 도관 박스(28), 및 다이얼(20) 사이에 롤 작동 인터페이스(58) 및 폐쇄 작동 인터페이스(38)가 존재한다. 이러한 조인트들은 상이하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 이러한 조인트는 니티놀(Nitinol) 와이어와 같은 유연한 와이어, 또는 튜브 조립체 내의 튜브에 의해서 형성될 수 있으며, 튜브 조립체의 내측 튜브는 폐쇄 작동을 전달하고, 이의 외측 튜브는 롤 작동을 전달하거나, 또는 반대로 된다. 롤 전달 부재(54)는 샤프트 박스(30)에 대해 다이얼(20)과 함께 회전된다.
제2 아키텍쳐는 베타 아키텍쳐라고 불리고, 도 6b에 도시된다. 관절운동 기능을 포함하는 도구 장치(10)에서, 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 2 DoF(피치 및 요) 입력 조인트(26)가 존재한다. 이러한 아키텍쳐에서, 롤은 도구 장치(10) 내에 존재하는 강체 배열체를 통해 전달된다. 다이얼(20)의 회전은 도구 샤프트(32)의 회전으로 이어진다. 다이얼(20)과 도구 샤프트(32)는 고정된 조인트 또는 관절운동 입력 조인트(2 DoF 피치 및 요 모션 조인트) 중 하나를 통해 연결된다. 도구 샤프트(32)의 회전은 엔드-이펙터 조립체(34)로 추가로 전달된다. 도구 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34)는, 장치(10)가 관절운동 기능을 가지고 있는지 여부에 따라, 고정된 조인트 또는 관절운동 출력 조인트(36)(2 DoF 피치 및 요 모션 조인트) 중 하나를 통해 연결된다.
2.2.5 전기 에너지 전달 기능
전기소작(Electrocautery)(또한 열 소작(thermal cautery)으로서 알려짐)은, 전도성 금속 와이어 전극(전기 전달 부재(60)로 칭해짐)을 통해 교류 전류가 통과되고, 엔드-이펙터 조립체(34)로 전달된 전류는 엔드-이펙터 조립체(34)의 부분들 사이에 존재하는 조직의 가열로 이어지는 프로세스를 지칭한다. "전기 박스" 또는 "전기소작 박스"(62)로 칭해지는 장치로부터 도구 장치(10)로 전류를 전달할 필요가 있다. 이러한 박스는 도구 장치(10)에 대한 입력부 역할을 하고, 전압 및/또는 전류 입력을 제공한다. 이러한 입력은, 엔드-이펙터 조립체(34)에서 종료되는 "전기 전달 부재"(60)로 칭해지는 전도성 금속 와이어 전극에 제공된다. 전기소작의 경우, 엔드-이펙터 조립체(34)의 한 부분(단극) 또는 두 부분(양극)이 각각 하나 이상의 전기 전달 부재(60)에 연결되어 엔드-이펙터 조립체(34)의 두 부분 사이의 조직을 통해 전류를 통과시킴으로써 폐쇄 회로를 형성한다. 이것은 조직의 가열로 이어지며, 이 조직은 전기 박스(62)에 의해 공급되는 전압/전류의 특성에 따라 응고되거나 절단된다. 전기를 활용하는 또 다른 방법은 초음파 진동을 발생시키는 것이다. 이 경우, 전기 전달 부재(60)는, 전기를 초음파 진동으로 변환하는 트랜스듀서(예컨대, 압전기(piezoelectric))일 수 있다. 다음으로, 이러한 진동은, 엔드-이펙터 부분들 사이의 조직들을 자극하여 이들을 동시에 절단하고 소작하기 위해서 사용될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는, 전기 박스(62) 본체가 도구 장치(10)에 부착되는 위치에 기반한 2개의 상이한 도구 장치(10) 실시형태 및 아키텍쳐를 도시한다. 도 7a는 전류(및/또는 전압) 입력 조인트(64)를 통한 전기 박스(62)와 핸들 조립체(18)(핸들 본체/폐쇄 입력부/다이얼 중 하나) 사이의 부착을 도시한다. 핸들 조립체(18)에서 시작되는 전기 전달 부재(60)가 존재하며, 여기서 이 부재는 전류(및/또는 전압) 입력을 수신한다. 이것은 엔드-이펙터 조립체(34)로 이동되고 여기서 종료된다. 도 7b는 전류 입력 인터페이스(64)를 통한 전기 박스(62)와 샤프트 박스(30) 사이의 부착을 도시한다. 샤프트 박스(30) 또는 샤프트(32) 내에서 독립적인, 그리고 엔드-이펙터 조립체(34)에서 종료되는 전기 전달 부재(60)가 존재할 수 있다. 죠 폐쇄 전달 부재(66)가 또한 전기 전달 부재(60)의 역할을 하도록 죠 폐쇄 전달 부재(66)와 전기 박스(62) 사이에 전기 연결부가 존재할 수 있다.
2.3 도구 장치로서 구성된 FSM
상술된 아키텍쳐들 중 어느 하나를 갖는 도구 장치(10) 내에, 여러 본체 및 이들 사이의 상호작용이 존재할 수 있다. 여기서, 상호작용은 두 개의 본체들 간의 정렬, 유지, 인터페이스, 또는 조인트/메커니즘을 설명하는 일반적인 용어로서 사용된다. 이러한 상호작용은 다음 상호작용 요소들 중 하나 이상을 통해 생성된다: i) 정렬 특징부(A); ii) 유지 특징부/본체(R); iii) 잠금장치(L); iv) 인터록(I); v) 전달 인터페이스(TI); vi) 전달 부재(TM); 및 vii) 메커니즘/조인트(M/J). 이러한 본체들은 함께, 도구 장치(10)의 적용 요건에 기초하여 관심 대상인 다양한 유형의 상태를 갖는 유한 상태 기계(FSM)를 구성한다. 이러한 유한 상태들은 주어진 출원의 관점으로부터 관심의 대상이 아닌 다양한 상태를 포함할 수 있고, 따라서, 위에서 언급된 하나 이상의 상호작용 요소에 의해서 발생되는 것이 제지된다.
여기서, 적어도 4개의 본체, 즉 프레임(16), 샤프트 박스(SB)(30), 도관 박스(CB)(28), 및 다이얼(20)로 구성된 FSM이 설명된다. 위에서 도시된 바와 같이, 다이얼(20)과 프레임(16)은 마스터 기기(MI)(12)의 일부인 반면, SB(30)와 CB(28)는 탈착식 기기(DI)(14)의 일부이다. 이러한 본체들은 도 2에 도시된 사용 중의 구성을 달성하기 위해 특정 방식으로 서로 상호작용하고, 따라서 도구 장치 기능을 달성한다. 이러한 구성은 FSM의 유한 상태들 중 하나로서 지칭되고, 추가 섹션에서 설명되고 분류된다. 단순화를 위해서, 설명과 도면 전체에 걸쳐, "프레임 조립체"는 "프레임"으로 불리고, "샤프트 박스 조립체"는 "샤프트 박스"로 불리고, "도관 박스 조립체"는 "도관 박스"로 불리고, "다이얼 조립체"는 "다이얼"로 불린다. 이러한 조립체 각각은 특정 상호작용 요소들을 하우징할 수 있고, 서로에 대해 구조적 인터페이스를 갖는 하나 이상의 본체를 포함할 수 있다(예컨대, 샤프트 박스(SB) 조립체는 서로 상대적으로 0 DoF를 갖는 SB LH(왼손) 및 SB RH(오른손)를 갖고, 따라서 이들 사이의 구조적 인터페이스를 갖는다). 이러한 조립체는 추가 섹션에서 자세히 설명된다.
도 8은 네 개의 본체로 구성된 FSM과 7개의 상호작용 요소를 통한 본체들의 상호작용의 개략도를 도시한다. 각각의 상호작용은 모든 상호작용 요소를 관여시키지 않을 수 있다. 또한 각각의 본체는 이러한 상호작용 요소들을 하우징하는 것으로 도시된다. 이것은, 위에서 언급된 네 개의 본체 중 각각의 본체가 다양한 다른 본체 및 특징부를 "하우징"할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 프레임(16)은 샤프트 박스(30) 및 프레임(16)과 상호작용하는 잠금장치를 하우징할 수 있다. 동시에, 프레임 조립체(16)는 잠금장치(프레임(16) 및 샤프트 박스(30)와 상호작용함)와 상호작용하는 인터록을 하우징하지 않을 수 있다. 이러한 인터록은 샤프트 박스 조립체(30) 내에 하우징될 수 있다. 또한, 특정 상태에서, 일부 쌍의 본체는 이들의 각각의 상호작용 요소들 간의 상호작용을 갖지 않을 수 있다. 관심 대상인 상태의 이러한 가능한 형태는 추가 섹션에서 논의된다.
도 9는 4개의 본체로 구성된 FSM, 상호작용 요소, 및 상호작용을 보여주는 개략도의 단순화된 버전을 도시한다. 이러한 개략도는 도구 장치(10)의 특정 실시형태 내에서 FSM에 대해 맵핑하기 위해 아래의 섹션에서 참조된다.
2.4 상태, 액션, 및 전환
두 개의 상태 사이에 관계가 존재할 수 있으며, 이 관계는 액션과 전환으로 구성된다. FSM은, 전환 T를 통해 상태 S'로 전환되는 상태 S로 구성될 수 있다. 이러한 전환은, 도구 장치(10)의 사용자에 의해 제공되는 입력/트리거를 포함하는 액션(액션 A)이 존재하는 경우에만 발생된다. 이러한 액션은 상태 S에 적용된다. 도 10은 상태들과 액션들과 전환들 사이의 관계를 보여주는 간단한 개략도를 도시한다. 여기서, 액션 A는 상태 S에 적용된다. 이것은 FSM 상태를 상태 S'로 변경하는 전환 T를 생성한다. 어떤 경우에, 전환 T'가 전환 T의 반전이도록 가역적 전환들이 존재한다. 이는, 전환 T'가 언급된 상태 S'로부터 언급된 상태 S로의 전환을 지칭하는 것을 의미한다. 전환 T'로 이어지는 액션 A'가 또한 존재한다. 가역적 전환은 특정 FSM에 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.
여기서 주목해야 할 또 하나의 포인트는 각각의 전환이 위 섹션에서 설명된 다양한 상호작용 요소의 상호작용을 포함한다는 것이다. 이러한 상호작용은 본체들과 특정 본체들 상의 특징부들 사이에서 발생된다. 또한, 이러한 상호작용은 기계적 도메인에서, 그리고, 따라서, 한정된 시간에 걸쳐서 발생되고, 순간적이지 않을 수 있다. 대조적으로, 예를 들어, 전자 도메인에서, 상태는 몇 마이크로초 내에 다른 상태로 전환 또는 스위치되며, 해당 전환을 사실상 즉각적이게 할 수 있다. 현재 시나리오에서, 각각의 전환은 따라서 시간에 대해 플롯될 수 있고, 상호작용 요소들 간의 상호작용들을 포함하는 전환 단계들로 세분화될 수 있다. 전자 회로를 포함하는 일부 전환 단계들이 있을 수 있고, 이로써 사실상 순간적일 수 있다.
2.5 상태 유형
FSM이 존재할 수 있는 각각의 상태는 상태의 특성에 기초하여 분류될 수 있다. FSM의 맥락에서 관련된 제1 카테고리는 상태가 기능적 상태인지 또는 비기능적 상태인지 여부이다. FSM의 기능적 상태는, 도구 장치(10)가 위 섹션에서 언급된 하나 이상의 기능을 제공하기 위해서 사용될 수 있도록 도구 장치를 구성한다. 도 1에 제시된 도구 장치(10)의 경우, 이것은 MI(12)가 DI(14)에 대해 상호작용하지 않는 비사용 상태로 도시된다. 따라서, 이것은 비기능적 상태이고, "보관(storage) 상태" 또는 "상태 1"이라고 칭해질 수 있다. 보관 상태에서, MI(12)는 DI(14)에 부착되지 않는다. 이것은 또한, 이것이, 임의의 액션이 적용되기 전에 그리고 임의의 전환이 발생되기 전에 시스템이 존재하는 상태이기 때문에 FSM에 대한 "상태 1"이라고 칭해진다.
도 2는 모든 도구 장치 기능이 사용 가능하기 때문에 기능적 상태인 사용 구성을 도시한다. 이러한 상태는 또한 "사용 상태"라고 칭해진다. FSM이 사용 상태에 있는 동안, 도 2에 도시된 도구 장치(10)가 원하는 대로 기능할 수 있도록 네 개의 본체 사이의 모든 상호작용이 발생될 것이다. 도시된 바와 같이, 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대해 모든 DoF를 따라 정렬되고 유지될 것이다. 또한, 샤프트 박스(30)는 프레임(16)에 대해 모든 DoF를 따라 정렬되고 유지될 것이다. 또한, 관절운동 및 죠 폐쇄를 위한 전달 인터페이스들은 도구 기능들을 지원하기 위해 함께 정합될 것이다.
전부는 아니지만 하나 이상의 기능이 사용 가능한 기능적 상태가 또한 존재할 수 있다. 예를 들어, 보관 상태와 사용 상태에 중간인 상태가 존재할 수 있다. 이것은 보관 상태로부터 전환된 상태이다. 이러한 상태에서, 일부 기능(예컨대, 관절운동 기능)은 사용이 금지될 수 있지만, 다른 기능(예컨대, 죠 폐쇄 기능)은 여전히 사용 가능할 수 있다. 다음으로, FSM은 이 상태로부터 보관 상태 또는 사용 상태로 전환될 수 있다. 이것은 또한, 중간 상태이므로, "조립된 상태"라고 칭해질 수 있다. 이 상태에서, MI(12)와 DI(14) 모두 구조적 인터페이스를 생성하기 위해 결합되지만, 도구 장치(10)는 여전히 완전히 기능적이지 않을 수 있다.
또한, 설명된 바와 같이, 시스템이 조립된 상태로부터 보관 상태 또는 사용 상태로 전환될 수 있기 때문에, 전환들 각각은 본질적으로 가역적이다. 이것은, FSM을 보관 상태로부터 조립된 상태로 초래한 액션의 반전 시, 전환이 FSM을 보관 상태로 되돌리도록 반전될 수 있다는 것을 의미한다. 유사하게, FSM을 조립된 상태로부터 사용 상태로 초래한 액션의 전환 시, 전환은 FSM을 조립된 상태로 되돌리도록 역전될 수 있다.
FSM 내에서, 도관 박스(28)와 다이얼(20) 사이, 그리고 샤프트 박스(30)와 프레임(16) 사이의 유지는 논파지티브 결합 유지 특징부보다는 잠금장치를 사용하여 생성될 수 있다. FSM을 사용 상태로 유지하기 위한 요건에 기초하여, 이러한 잠금장치의 작동을 비활성화하는 인터록이 또한 존재할 수 있다. 인터록의 존재 때문에, FSM이 비기능적 상태로 직접적으로 전환되는 것이 방지될 수 있다. 이것은, FSM이 사용 상태이고 잠금장치의 비활성화를 방지하는 인터록으로 구성되어 있지만, FSM의 상태를 다른 중간 기능적 상태(예컨대, 위에서 언급된 조립된 상태)로 변경하지 않으면서, FSM을 비기능적 상태(예컨대, 위에서 언급된 보관 상태)로 직접적으로 전환할 수 있는 단일 전환 또는 단일 액션이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 도 11은, 전술된 강건한 잠금장치 및 인터록으로 구성된 FSM에 대한 사용 상태로부터 비기능적 상태(예컨대, 위에서 언급된 보관 상태)로 직접적으로 이동하기 위한 임의의 전환의 결여뿐만 아니라 가능한 전환(전환 1과 1', 및 전환 2와 2')의 시각적 표현을 제공하는 개략도를 도시한다.
이러한 실시예에서, 보관 상태는 "허용된" 비기능적 상태이다. 허용된 비기능적 상태의 또 하나의 실시예는 "서비스 상태"이다. FSM을 위한 서비스 상태는, 본체 및 상호작용 요소를 유지 관리하기 위해 FSM이 부분적으로 또는 완전히 분해되는 상태이다. 도구 장치(10)에 특정된 서비스 상태는 추가 섹션 및 도 53a 및 도 53b에 제시된다.
도 12는 다양한 상태 카테고리들 및 이러한 카테고리들 사이의 관계를 도시한다. 또한 허용되지 않는 일부 비기능적 상태가 있을 수 있다. 모든 허용되지 않는 상태는 비기능적일 뿐만 아니라, 강건한 잠금장치 및 인터록의 세트로 설계된 FSM의 취급 및 사용 동안 도달될 수 없다. FSM이 강건한 잠금장치 및 인터록으로 구성된 시나리오에서, FSM은, FSM의 일부인 본체 및 상호작용 요소가 오용되거나, 파손되거나, 도구 장치(10)의 사용을 위해 의도되거나 지시된 범위를 넘어 조작/잘못 취급되는 경우에만 허용되지 않는 상태에 도달될 수 있다. 잘못된 취급의 한 가지 예는 인터록 또는 잠금장치를 해제하기 위한 외부 도구 또는 장비의 사용일 수 있다. 이러한 외부 도구는 도구 장치(10)의 일부로서 사용을 위해 또는 도구 장치 기능들 중 임의의 기능을 수행하도록 규정되지 않을 수 있다. 이러한 조작/잘못된 취급/오용은 FSM을 설계에 의해서 허용되지 않는 상태로 만들 수 있다. 일부 시나리오에서, 허용되지 않는 상태는 "오용 상태"라고 불릴 수 있다. 특정 경우에, 특정 외부 도구는 사용을 위해 제공된 지침에 기초하여 도구 장치(10)를 한 상태(예컨대, 보관 상태)로부터 다른 상태(예컨대, 서비스 상태)로 취하도록 규정될 수 있다.
허용되지 않는 상태들 중 일부는 FSM의 설계에 따라 여전히 복원 가능할 수 있다. 허용되지 않는 상태는, FSM이 다른 허용되거나 허용되지 않는 중간 상태를 거치는 것을 포함할 수 있는 몇 가지 한정된 수의 전환 후 기능적 상태로 되돌려질 수 있는 경우, 복원 가능하다. FSM의 일부인 본체 또는 상호작용 요소가 물리적으로 파손되어 FSM을 기능적 상태로 다시 복원시킬 수 없는 경우, 이러한 상태는 복원 불가능하다. 또한, FSM 내의 내부 카운터 또는 클록을 트리거함(이는 FSM 내의 특정 구성요소/특징부/잠금장치의 오작동 또는 물리적 손상/파손을 초래함)으로써 복원 불가능한 상태에 도달될 수 있다. 이것은 FSM이 사용하는 횟수의 카운터이거나 순전히 시간 기반 클록일 수 있다.
여기서 주목해야 할 또 하나의 포인트는, 전환이 임의의 두 개의 기능적 상태 및/또는 임의의 두 개의 허용된 비기능적 상태 간에 가역적일 수 있다는 것이다. 이것은, 전환 및 연관된 전환 단계를 정확히 반전시키는 동안, 상태 반전이 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 반면 전환은 허용된 상태와 허용되지 않는 상태 간에 가역적일 수 없다. 비가역적 전환을 통해 도달된 허용되지 않는 상태는 허용되지 않는 상태로 귀결된 액션을 반전시킴으로써 이전 상태로 다시 전환될 수 없으나, 상이한 전환을 겪음으로써 복원 가능할 수 있다.
요약하면, 상태는 세 개의 넓은 카테고리로 분류될 수 있다. 이러한 범주는 다음과 같다: i) 기능적 및 비기능적 상태; ii) 허용된 또는 허용되지 않는 상태; 및 iii) 복원 가능 또는 복원 불가능 상태. 이러한 상태들은 복원 가능할 수 있거나 가능하지 않을 수 있는 전환들을 통해 한 상태로부터 다른 상태로 도달될 수 있다. 여기에 설명된 도구 장치(10)의 특정 실시예의 경우, 용어들 "보관 상태" (비기능적), "조립된 상태" (기능적), "사용 상태" (기능적), "중간 상태" (비기능적 상태와 비기능적 상태 사이의 상태, 예컨대, 조립된 상태), 및 "서비스 상태" (비기능적 상태).
위에서 설명된 이러한 상태 범주들 간의 관계는 도 12에 시각적으로 제시된다.
2.6 가능한 보관 상태 및 기능적 상태
이전 섹션에서 언급된 바와 같이, FSM은 시스템의 일부로서 존재하는 하나 이상의 상호작용 요소들 간의 상호작용을 포함할 수 있는 다양한 상태를 포함할 수 있다. 이러한 상호작용 요소들의 관여에 기초하여, FSM은 상태 1 또는 보관 상태 및/또는 조립된 상태(기능적 상태) 및/또는 사용 상태(기능적 상태)의 다양한 "형태"로 존재할 수 있다. 본 명세서에 기재된 FSM의 이러한 다양한 가능한 형태는 정렬 및 유지 특징부의 존재 또는 부재에 의해서 결정된다. 여기서, 정렬 특징부 및 유지 특징부/본체만 변수로서 간주된다(즉, 특별히 언급되지 않는 한 인터록은 고려되지 않음). 6개의 DoF 각각에서 적어도 한 방향(즉, 모든 3개의 병진이동 DoF 및 모든 3개의 회전 DoF에 대한 양의 방향 또는 음의 방향)을 따라 두 개의 본체가 구속된 경우, 두 개의 본체가 정렬되고(또한 완전히 정렬됨이라고 함), 정렬은 "1" 조건이라고 칭해진다. 그렇지 않고, 세 개의 축을 따른 병진이동의 양의 방향과 음의 방향 모두에 DoF가 있거나, 세 개의 축을 중심으로 한 회전의 양의 방향과 음의 방향 모두에 DoF가 있는 경우, 두 개의 본체는 완전히 정렬되지 않고, 정렬은 "0" 조건이라고 칭해진다. 두 개의 본체가 양방향으로 6 DoF 각각을 따라 완전히 구속된 경우, 본체들은 유지되고(또한 완전히 유지됨이라고 함), 유지는 "1" 조건이라고 칭해진다. 그렇지 않고, 두 개의 본체 사이에 임의의 DoF가 있는 경우, 유지는 "0" 조건이라고 칭해진다.
FSM이 보관 상태에 있는 동안, 다이얼(20)과 프레임(16)은 마스터 기기(12)의 일부이고, 샤프트 박스(30) 및 도관 박스(28)는 탈착식 기기(14)의 일부이다(즉, 각각의 기기는 한 쌍의 본체를 갖는다). 각각의 기기 내에서, 한 쌍의 본체 사이에 정렬이 존재할 수 있고/하지 않을 수 있다. 동시에, 한 쌍의 본체 사이에 유지가 존재할 수 있고/하지 않을 수 있다. 따라서 각각의 기기 내에는, 정렬 및 유지가 존재하는지 여부에 기초하여 22개 또는 4개의 조합이 있다. 따라서, 각각의 기기의 각 쌍의 본체 사이에 정렬/유지가 있을 수 있거나 없을 수 있는 보관 상태에서 가능한 FSM의 42 또는 16개의 형태가 있다. 도 13a는, 각각의 기기의 본체들의 쌍들 사이에 유지, 정렬 및/또는 인터록 본체/본체들/특징부(들)이 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있는(각각 조건 0 또는 1) FSM에 대한 보관 상태에서 FSM의 다양한 형태의 가능성을 도시하는 개략도를 도시한다. 이러한 유형의 FSM은 26개의 가능한 형태를 가질 수 있다(23 * 23 = 64).
FSM이 이의 사용 상태에 있는 동안, 다이얼(20) 및 도관 박스(28)는 엔드-이펙터 조립체(34)에서 폐쇄 기능을 용이하게 하기 위해 (구조적 인터페이스를 생성하기 위해) 6개의 DoF 모두에서 완전히 정렬되고 유지될 필요가 있다. 동시에, 프레임(16) 및 샤프트 박스(30)는 관절운동 기능, 강체 모션 기능, 및 롤 기능을 용이하게 하기 위해 (구조적 인터페이스를 생성하기 위해) 6개의 DoF 모두에서 완전히 정렬되고 유지될 필요가 있다. 도구 장치(10)가 이의 기능적 요건들 중 하나로서 관절운동 기능을 갖는 경우, 다이얼(20)이 엔드-이펙터 조립체(34)에서 관절운동을 생성하기 위해 프레임(16)에 대해 움직여지는 것이 요구되기 때문에 6개의 DoF 모두에서 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 정렬하거나 유지하는 것은 가능하지 않다. 유사하게, 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 대한 구조적 인터페이스를 갖고 다이얼(20)이 프레임(16)에 대해 2-DoF 모션(피치 및 요)을 갖기 때문에, 6개의 DoF 모두에서 도관 박스(28)에 대해 샤프트 박스(30)를 정렬하거나 유지하는 것이 가능하지 않다. 따라서, 관절운동을 갖고 인터록을 갖지 않는 FSM의 경우, 사용 상태에서 FSM의 한 가지 형태만이 존재한다. 도 13b는 사용 상태에서 FSM의 다양한 형태의 가능성을 도시하는 개략도를 도시하며, 여기서 각각의 기기의 본체들의 쌍들 사이에 인터록이 있거나 없을 수 있고, 두 개의 기기 사이에 정렬 및/또는 유지가 있을 수 있거나 없을 수 있다. 또한, 인터록이 고려되는 경우 존재하는 FSM 형태들의 수는 FSM에 통합된 인터록들의 수에 의존된다. 각각의 본체들 사이의 완전한 정렬 및 유지의 결여는 이러한 기능들을 수행하는 동안 불량한 전달 효율로 이어질 수 있다.
FSM이 이의 조립된 상태에 있는 동안, 인터록이 없는 보관 상태와 유사하게, 각각의 본체 쌍 사이에 완전한 정렬 및 유지가 존재하는지 여부에 기초하여, 각각의 기기(MI(12) 및 DI(14)) 내에는 22개 또는 4개의 조합이 존재한다. 유지 및 정렬의 정의에 따라 그리고 도 13c를 참조하면, 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이, 그리고 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 완전한(6개의 DoF 모두를 따라) 정렬 및 유지가 존재하는지 여부에 기초하여, 근위 핸드헬드 조립체 및 이차 조립체에 모두 4개의 조합이 또한 존재할 수 있다. 따라서, 정렬 및 유지 특징부만을 고려할 때(즉, 인터록을 고려하지 않음), 조립된 상태에서 FSM의 44개 또는 256개의 가능한 형태가 존재한다. 도 13c는 조립된 상태에서 FSM의 다양한 형태의 가능성을 도시하는 개략도를 도시한다.
2.7 액션 카테고리
한 상태로부터 다른 상태로 전환하기 위해서, 액션이 적용되는 상태를 아는 것과 함께 액션이 입력으로서 요구된다. 액션은 이것이 적용되는 FSM의 상태에 결부된다. 본 섹션에서는 다양한 형태의 액션이 설명될 것이다.
2.7.1 설치/설치 해제 및 부착/분리
액션 1, 즉 (전환 1을 통해) 조립된 상태로 전환하기 위해 보관 상태에 적용되는 액션은 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 조립을 포함한다. 전환 1은 또한 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 조립을 포함할 수 있다. 어떤 시나리오에서, 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 조립을 포함하는 별도의 전환 단계가 있을 수 있다. 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 조립 및 분해는 각각 "설치(installation)" 및 "설치 해제(uninstallation)"로 지칭된다. 유사하게, 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 조립 및 분해는 각각 "부착" 및 "분리"로 지칭된다. 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 설치 및 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 부착은 액션 1을 구성한다. 유사하게, 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 설치 해제 및 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 분리는 액션 1'을 구성한다. 이러한 액션은 본질적으로 MI(12)를 DI(14)에 가깝게 가져오거나(액션 1의 경우) MI(12)를 DI(14)로부터 멀리 가져감으로써(액션 1'의 경우) 생성된다.
이러한 액션들은 FSM이 상태 1에서 유지되는 형태(위 섹션에서 설명된 바와 같이)에 따라 단일 또는 다중 전환을 포함할 수 있다. 예컨대, 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 정렬 및 유지가 존재하고, 도관 박스(28)와 샤프트 박스(30) 사이에 정렬 및 유지가 존재하는 경우, FSM을 조립된 상태로 이르게 하기 위해서 단지 단일 전환(전환 1)만이 필요하다. 이 시나리오에서, 액션 1은, 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이(설치) 및 다이얼(20)과 도관 박스(28)(부착) 사이의 단일 전환에 구조적 인터페이스를 형성하는 것을 포함할 것이다. 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 그리고/또는 도관 박스(28)와 샤프트 박스(30) 사이에 어떠한 유지도 존재하지 않는 경우, FSM을 조립된 상태로 이르게 하기 위해 다수의 전환이 요구된다. 이 시나리오에서, 액션 1은 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 그리고 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이에 구조적 인터페이스를 독립적으로 형성하는 것을 포함할 것이다. 조립된 상태가 없으면, FSM은 보관 상태로부터 사용 상태로 전환될 것이다.
2.7.2 언호밍/호밍(Un-homing/Homing)
액션 2, 즉 (전환 2를 통해) 사용 상태로 전환하기 위해 조립된 상태에 적용되는 액션은 다이얼(20)과 프레임(16) 사이의 유지 및/또는 정렬을 깨는 액션을 포함할 수 있다. 이 동작(act)은 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 언호밍(un-homing)이라고 칭해진다. 전환의 반전 시(즉, 전환 2'의 경우), 동작은 또한 반전되고, 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 호밍(homing)이라고 칭해진다. 언호밍의 동작은 임의의 6개의 DoF를 따른 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 병진이동 및/또는 회전을 포함할 수 있다. 이 액션의 가장 간단한 버전은 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 X축 방향을 따라 병진이동시키는 것이다. 이 액션의 가장 간단한 버전을 포함하는 FSM은 추가 섹션에서 설명된다.
2.8 FSM의 일부인 추가적인 본체
여기에서 설명되는 4-본체 FSM 외에, 5-본체 및 6-본체 FSM이 아래 섹션에서 설명된다. 각각의 본체에는 해당 본체와 인접한 본체 사이에 존재하는 각각의 상호작용 요소가 제공된다.
3. FSM의 상세한 설명
3.1 시스템 설명
3.1.1 수술 디바이스 - 아키텍쳐 및 기능
이 섹션에서, MI(12) 및 DI(14)를 포함하는 도구 장치(10)의 실시형태가 제시된다. 여기서, MI(12)는 가상 중앙 제어 유닛(virtual center control unit, VCU)(68)이라 칭해진다. 도구 장치(10)는 2가지 유형의 아키텍쳐 및 실시형태에 의해서 분류될 수 있으며, 하나의 유형은 도 4a(근위 입력 관절운동 조인트)에 도시되고, 다른 하나의 유형은 도 6b(베타 구성)에 도시된다. 또한, 이 실시형태에서, 도구 장치(10)는 평행 운동학적 입력 관절운동 조인트(70)로 구성되며, 이는 미국 특허 제10,405,936호 및 미국 특허 제8,668,702호에 상세히 설명된다.
이러한 도구 장치(10)는 4개 이상의 본체를 포함할 수 있는 FSM을 포함한다. 4개의 본체는 위에서 설명된 것과 동일하다. 이들은 다시 말해, 프레임(16), 샤프트 박스(30), 도관 박스(28), 및 다이얼(20)이다. 도 14는, 이러한 4개의 본체로 구성되고 도 4a(근위, 병렬 운동학적 입력 관절운동 조인트) 및 도 6b(베타 구성)에 도시된 도구 아키텍쳐에 맵핑되는 도구 장치(10)를 도시한다. FSM의 일부인 본체 및 각각의 상호작용 요소는 도 9의 개략도를 통해 위의 섹션에서 설명되었다. 이러한 본체 및 각각의 상호작용 요소는 추가 섹션에서 물리적 도구 장치에서 보여진다.
도 15a 내지 도 15c는 (다양한 상태에 대해) 도구 장치(10)의 경우에 가능한 FSM의 형태들을 도시한다. 이 형태는, 위의 섹션에서 다루어진, 그리고 도 13a 내지 도 13c에 도시된 많은 형태 중 하나이다. 정렬 특징부 및 유지 특징부/본체는 아래 섹션에서 상세히 제시된다.
3.2 FSM 내의 본체
FSM의 일부인 본체 및 이러한 본체와 관련된 정의가 여기에서 설명된다. FSM의 일부인 이러한 본체 및 각각의 상호작용 요소는 도 9의 개략도를 통해 위의 섹션에서 설명되었다. 이러한 본체는, 적용 가능한 경우 조립체로서 설명되고, 각각의 상호작용 요소는 또한 이 섹션에서 설명되고 아래 섹션에서 더 자세히 설명된다. 본체와 상호작용 요소 간의 상호작용을 설명하는 동안, "정합", "상호작용" 및 "인터페이스"라는 용어는 상호교환 가능하게 사용된다. 인터페이스의 구체적인 사례는 위에서 정의되고 설명된 "구조적 인터페이스"이다. 이 섹션에서 다루어지는 주요한 상호작용 요소는 다음과 같다: i) 정렬 특징부(A), ii) 유지 특징부/본체(R), iii) 잠금장치(L), iv) 인터록(I), 및 v) 전달 인터페이스(TI).
3.2.1 프레임(F)
도 16a 내지 도 16d는 조립체 내에 하우징된 다양한 상호작용 요소와 함께 프레임 조립체를 도시한다. 프레임(16)은 두 개의 다른 본체, 즉 다이얼(20)과 샤프트 박스(30)와 정합된다. 이것은 또한 세 개의 잠금장치, 즉 VCU 레버(72), 다이얼 멈춤쇠 스프링(74), 및 다이얼 록아웃(lockout) 플레이트(76)를 하우징한다. 이러한 잠금장치와 이의 역할은 다음 섹션에서 설명된다.
샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 대해 설치되도록 하기 위해, 프레임(16)은 특정 상태에서 프레임(16)에 대해 샤프트 박스(30)를 유지하기 위한 정렬 특징부 및 유지 특징부를 갖는다. 도 16b는 조립 동안 샤프트 박스(30)를 정렬하기 위한 프레임(16) 상의 샤프트 박스 가이드 핀(78) 및 샤프트 박스 가이드 탭(80)을 도시하고, 도 16c는 샤프트 박스(30) 상의 프레임 정렬 포스트(100)를 통해 샤프트 박스(30)를 프레임(16)에 정렬하기 위해 사용되는 샤프트 박스 슬롯(82)을 도시한다. 이러한 정렬 특징부는 X, +Y 및 Z 축 방향을 따른, 그리고 θx, θy 및 θz 배향을 중심으로 한 샤프트 박스(30)의 정렬을 돕는다. 축 방향의 배향이 "+" 또는 "-" 기호를 사용하여 특별히 언급되지 않는 경우에, 두 방향이 함께 가정된다. 샤프트 박스(30)에 대해 정합되는 프레임(16) 상의 정렬 특징부는 추가 섹션에서 상세히 설명된다. -Y 축을 따라 샤프트 박스(30)를 유지하고 -Y 축 방향을 따라 샤프트 박스(30)를 정렬하기 위해서, 프레임(16)은, 샤프트 박스(30) 상의 후크형 특징부 또는 DI 조립체에 하우징된 독립적 구성요소가 안착되는 "버튼 잠금면(102)"이라 칭해지는 특징부를 갖는다. +Y 축 방향을 따라 프레임(16)에 대해 샤프트 박스(30)를 정렬하기 위해, 프레임(16) 상에 샤프트 박스 하드 스톱 표면(89)이 있다. 추가 섹션에서, 버튼(90)(DI 조립체의 일부인 잠금장치임)은 후크-유사 특징부를 갖는 것으로 설명되며, 이 특징부는 프레임(16) 상의 버튼 잠금면(102)과 정합된다.
유사하게, 다이얼(20)은 정렬 특징부 및 고정 특징부를 갖는다. 다이얼(20)은 도 16c에 도시된 다이얼 정렬면들(86)을 통해 프레임(16)에 대해 정렬된다. 이러한 면들은 다이얼(20) 상의 정합 특징부와 인터페이스되고, Y 및 Z 축 방향을 따른 그리고 θx, θy 및 θz 배향을 중심으로 한 정렬을 제공한다. 다이얼(20)은 잠금장치, 즉 다이얼 록아웃 플레이트(DLP)(76)를 통해 프레임(16)에 대해 유지된다. DLP(76)는 파지티브 결합, 역구동 불가능 잠금장치이다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)는 다이얼(20) 상의 후크-유사 특징부에 잠금되고, 다이얼(20) 상의 후크-유사 특징부 상에 압력을 가하기 위해 다이얼 록아웃 플레이트 스프링(77)에 의해서 로딩되는 스프링이다. 이것은, 사용 중에 다이얼(20)이 당겨지는 방향인 -X 축 방향을 따라 다이얼(20)을 유지하는 것을 돕는다(추가 섹션에서 설명되는 바와 같음). 또한, 다이얼 멈춤쇠 스프링(dial detent spring, DDS)(74)은 프레임 조립체 내에 하우징되고, X 축 방향을 따라 다이얼(20)을 유지하고 하나의 잠금장치의 역할을 한다. DDS(74)는 파지티브 결합, 역구동 가능한 잠금장치이다. 이것은, 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 존재하는 추가 잠금장치이다. 이것은 또한, 다양한 상태가 구성되는 방식에 기초한 이러한 잠금장치의 임시적 특성으로 인해 설명 전체에서 "임시 잠금장치"로서 지칭될 수 있다. 도 16d는 프레임(16)에 하우징된 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)의 위치를 도시한다. 프레임(16)은 또한 VCU 레버(72)를 하우징하며, 이는 추가 섹션에서 자세히 설명되는 바와 같이 잠금장치 및 인터록의 역할을 한다. VCU 레버(72)는 Z 축에 평행한 축을 중심으로 회전되고, 스프링 로딩된다. VCU 레버(72)와 인터페이스되는 스프링은 또한 프레임(16)에 하우징된다. 프레임(16)은 또한, 디바이스의 근위 단부(입력 단부)로부터 원위 단부(출력 단부)로 관절운동을 전달하기 위해 대응되는 DI 관절운동 풀리와 정합되는 전달 인터페이스로 구성된 VCU 원위 관절운동 풀리(88)를 하우징한다.
3.2.2 샤프트 박스(SB)
이러한 섹션에서, 샤프트 박스(30) 및 샤프트 박스(30)와 연관된 상호작용 요소가 설명된다. 샤프트 박스(30)는 2개의 반쪽, 즉 "샤프트 박스 LH(31)"(좌측) 및 "샤프트 박스 RH(33)"(우측)를 갖는다. 단순화를 위해, 샤프트 박스 LH(31) 및 샤프트 박스 RH(33)는 집합적으로 샤프트 박스(30)로서 언급된다. 샤프트 박스 LH(31) 또는 샤프트 박스 RH(33) 상의 특정 특징부가 언급되는 경우에는, "샤프트 박스 LH(31)"/"SB LH(31)" 또는 "샤프트 박스 RH(33)"/"SB RH(33)" 용어가 각각 사용된다. 샤프트 박스 LH(31) 및 RH(33)는 구조적 본체, 즉 프레임(16) 및 도관 박스(28)와 인터페이스된다. 샤프트 박스 LH(31) 및 RH(33)는 두 개의 잠금장치, 즉 버튼(B)(90)과 도관 박스 록아웃 플레이트(CBLP)(92)를 하우징한다. 이것은 또한, VCU 원위 관절운동 풀리(88)와 인터페이스되어 장치/기기의 근위 단부로부터 원위 단부로 관절운동을 전달하는 샤프트 박스 관절운동 풀리(94)를 하우징한다.
프레임(16)에 대해 정합되는 샤프트 박스(30) 상의 특징부가 도 17a 및 도 17b(SB RH) 및 도 18(SB LH)에 도시된다. 상부 정렬 채널(96), 하부 정렬 채널(98), 및 프레임 정렬 포스트(100)는 SB LH/RH와 프레임(16) 사이의 정렬을 제공하는 정렬 특징부이다. 이러한 정렬 채널은 SB LH 및 SB RH 모두에 존재하지만, 제조, 조립, 및 부품 공차 변동의 위치 정렬의 효과에 미치는 영향을 고려하여, SB LH(31) 또는 SB RH(33) 중 하나에만 존재할 수 있다. 또한, 프레임(16) 상의 대응되는 샤프트 박스(30) 하드 스톱 표면(89)과 접촉되는 프레임(16) Y 축 하드 스톱 표면(87)이 있다. 이러한 특징부들은 X, +Y, 및 Z 축 방향을 따른, 그리고 θx, θy 및 θz 배향을 중심으로 한 정렬을 제공한다. SB RH는 버튼(90)이라고 명명된 잠금장치를 하우징한다. 버튼(90)은 잠금장치이고, 샤프트 박스 조립체(30)를 -Y 축 방향을 따라 프레임(16)(원위 부분)에 유지하는 것을 돕는다. 버튼(90)은 도 16b에 도시된 버튼 잠금면(102)과 인터페이스됨으로써 프레임(16)에 대해 정합된다. 버튼(90)은 버튼 잠금면(102)과 인터페이스되는 후크-유사 특징부(91)를 갖는다. 버튼(90)은 또한 스프링 로딩되어, 버튼이 버튼 잠금면(102)과 인터페이스될 수 있고, SB(30)를 프레임(16) 상에 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 버튼(90)은 버튼 선회 축(93)을 중심으로 회전되고, 또한 도 17a에 도시된 바와 같이, 버튼 핀(95) 및 버튼 하드 스톱 표면(97)에 의해서 SB RH 내에 정렬되고 유지된다.
SB(30)는 또한 도관 박스(28)와 인터페이스된다. 도관 박스(28)는 SB LH 및 SB RH 모두에 존재하는 도관 박스 정렬 포켓(104)을 통해 SB(30)에 대해 정렬된다. 이러한 포켓들은 X, Y 및 Z 축 방향을 따라, 그리고 θx, θy 및 θz 배향을 중심으로 하여 SB(30)에 대해 도관 박스(28)를 정렬한다. 이러한 정렬 특징부의 효과는 6개의 DoF 모두를 구속하는 정렬 특징부를 제조하기 위한 기능적 요구 사항 및 기능에 기초하여 정의된다. 잠금장치, 즉 도관 박스 록아웃 플레이트(CBLP)(92)가 존재하며, 이는 이후 섹션에서 더 자세히 설명된다. CBLP(92)는 도관 박스(28)가 -X 축 방향을 따라 당겨질 수 없도록 도관 박스를 유지하는 것을 돕는다. CBLP(92)는 또한, 도관 박스(28) 상의 정합 특징부에 항상 압력을 가하고, 도관 박스(28)에 대해 유지되도록 스프링 로딩된다. SB LH 및 SB RH는, 도관 박스(28)를 잠그는 CBLP(92)의 기능에 영향을 미칠 수 있는 CBLP의 오정렬을 방지하는 도관 박스 록아웃 플레이트 정렬 포켓(106)을 갖는다. 이러한 방식으로, CBLP(92)는 도관 박스(28) 상에 잠기고 이를 SB(30)에 대해 유지하도록 위치된 상태를 유지한다.
또한 도 18에 도시된 바와 같이, SB LH 상에 샤프트(32) 정렬 표면(43)이 존재한다. 샤프트(32)는 샤프트 정렬 핀(35)에 의해서 정렬되고, 클램프와 SB LH 사이에 샤프트(32)를 샌드위치시키는 동안 SB LH에 단단히 부착된 클램프를 사용하여 유지된다. 도 19a 및 도 19b는 나사(39)에 의해서 함께 결합된 SB LH(31) 및 SB RH(33)로 구성된 샤프트 박스 조립체(30)를 도시하며, 이는 더 나은 정렬을 위한 샤프트 박스 랩(lap) 조인트(45)를 갖는다.
3.2.3 도관 박스(CB)
도관 박스(28)는, 특정 상태(보관 상태)에서 샤프트 박스(30)와 정합/인터페이스되는, 그리고 또 하나의 상태(조립된 사용 상태)에서 다이얼(20)과 정합되는 본체이다. 도 20a 및 도 20b는 전술된 정합을 돕는 도관 박스(28) 상의 정렬 특징부 및 유지 특징부를 도시한다.
도 20a는, 플랜지 샤프트로 설명될 수 있는 특징부인 도관 박스 록아웃 플레이트 유지 및 잠금 인터페이스(108)를 도시한다. 플랜지의 내측 표면 부분과 플랜지 샤프트의 주변부는 CBLP(92)와 인터페이스되고, 특정 구성에서 CBLP(92)를 잠글 수 있다. 도 20b는 +X 축 방향을 따라 SB LH(31) 및 SB RH(33)에 대해 도관 박스(28)를 정렬하도록 도관 박스 정렬 포켓(104)과 인터페이스되는 정렬 탭(110)이라 불리는 특징부를 도시한다.
앞에서 언급된 바와 같이, CB(28)는, 6개의 DoF 모두가 구속되고 CB(28)가 -Y 축 방향을 따라 유지되도록 특정 시스템 상태에서 다이얼(20)과 정렬된다. 도 20a 및 도 20b는 X, +Y 및 Z 축 방향을 따라 그리고 θx, θy 및 θz 배향을 중심으로 다이얼(20)에 대해 CB(28)를 정렬하는 정렬 특징부를 도시한다. CB(28)는, 도 20b에 도시된 "록아웃 샤프트 인터페이스"(114)와 인터페이스되는 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS)(112)에 의해서 다이얼(20)에 대해 정렬되고 유지된다. X 축 다이얼 인터페이스 정렬면(109)과 Z 축 다이얼 인터페이스 정렬면(111)이 있다.
도관 박스 조립체는 죠 폐쇄 전달을 지원하는 본체를 하우징할 수 있다. 이러한 본체는 아래 섹션에서 더 논의될 것이다(예컨대, 크림프 하우징).
3.2.4 다이얼(D)
다이얼(20)은 프레임(16), 도관 박스(28), 및 셔틀(116)과 인터페이스되는 본체이다. 프레임(16) 및 도관 박스(28)에 대한 위 섹션에서, 다이얼(20)에 대한 각각의 구조적 부재의 인터페이스가 설명되었다. 도 21a 내지 도 21g는 다양한 정렬 특징부, 유지 특징부, 및 2개의 인터록(다이얼(20)에 하우징됨), 즉 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS)(112) 및 셔틀 록아웃 스프링(SLS)(118)을 도시한다. SB LH 및 SB RH와 마찬가지로, 다이얼(20)은 두 개의 반쪽, 즉 "다이얼 LH(21)" 및 "다이얼 RH(23)"를 포함한다. 간략성을 위해, "다이얼 LH(21)" 및 "다이얼 RH(23)"은 다이얼이라고 불릴 것이다. LH 및 RH 부분 상의 특정 특징부가 참조될 필요가 있는 경우, "다이얼 LH(21)" 및 "다이얼 RH(23)" 용어가 사용된다.
다이얼(20)은, 프레임(16)에 정렬되도록, 그리고 프레임(16)에 대해 -X 축 방향을 따라 유지되도록 프레임(16)과 인터페이스된다(도 21a에 도시된 "다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스/후크(17)" 참조). 도 21c는 도 16c에 도시된 프레임(16) 상의 대응되는 특징부와 정렬되는 "다이얼 정렬 포스트(19)"로 명명된 다이얼 특징부를 도시한다. 프레임(16)에 대해 다이얼(20)에 대한 +X 방향을 따른 정렬 특징부의 역할을 하는 "프레임 하드스톱(25)"이라 명명된 표면이 또한 존재한다. 다이얼(20)은 (프레임(16)에 하우징된) 다이얼 록아웃 플레이트(76)와 정합되는 다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스를 통해 -X 축 방향을 따라 프레임(16)에 대해 유지된다.
도 21b는 도 20b에 도시된 도관 박스(28) 상의 대응되는 "X축 다이얼 인터페이스 특징부(109)"와 인터페이스되는 다이얼(20) 상에 존재하는 도관 박스 X 축 방향 정렬 특징부(29)를 도시한다. 도 21b는 또한, 도 20a에 도시된 도관 박스(28) 상의 대응되는 특징부와 인터페이스되는 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS)(112)를 도시한다.
도 21e는 다이얼(20)에 대해 셔틀 록아웃 스프링(shuttle lockout spring, SLS)(118)을 정렬하는 것을 돕는 다이얼(20) 상의 셔틀 록아웃 스프링 Z 정렬 특징부(37)를 도시한다. 또한 도 21e에 도시된 포켓에 셔틀 록아웃 스프링(118)을 유지하는 것을 돕는 셔틀 록아웃 스프링(118) 유지 특징부(41)가 도시된다. 도 21f 내지 도 21g는, 다이얼 LH(21) 및 다이얼 RH(23)가 부분 정렬을 위해 다이얼 압입 조인트(47) 및 다이얼 랩 조인트(45)에 의해 결합된 다이얼 조립체의 일부로서 도시되는 다이얼 조립체(20)를 나타내며, 여기서 다이얼 리벳(51)은 반쪽들을 함께 고정시킨다.
3.2.5 셔틀(SH)
셔틀(116)은 다른 본체들, 즉 다이얼(20) 및 케이블 크림프 하우징(120)과 인터페이스되는 본체이다. 셔틀(116)은 다이얼 롤 축(축(1)) 방향을 따른 다이얼(20)에 대한 병진이동 DoF 및 다이얼 롤 축(축(1))을 중심으로 한 다이얼(20)에 대한 회전 DoC를 갖는다. 따라서, 셔틀(116)은 다이얼 조립체 내에서 앞뒤로 병진이동될 수 있다. 셔틀(116)은 또한 2개의 잠금장치, 즉 셔틀 록아웃 스프링(118) 및 VCU 레버(72)와 상호작용한다. 또한, VCU 레버(72)는 인터록이고, 추가 섹션에서 설명된다. 도 22a 내지 도 22c는 셔틀(116) 및 이와 연관된 상호작용 요소를 도시한다.
도 22a는, 다이얼(20)에 대해 셔틀(116)이 정렬되는 것을 돕는 셔틀 상의 "가이드 탭" 정렬 특징부(122)를 도시한다. 셔틀(116)은 또한, 아래 섹션에서 상세히 설명되는 크림프 하우징(120)과 인터페이스된다. 도 22a는 크림프 하우징(120)이 안착되는 전달 인터페이스 포켓(124)을 도시한다. 음의 축(1) 방향을 따른 다이얼(20) 내에서 셔틀(116)의 병진이동은 셔틀 록아웃 스프링들(118)에 의해 수축된다. 셔틀 록아웃 스프링들(118)은 도 22c에 도시된 셔틀(116) 상의 2개의 탭(126), 구체적으로, 정렬 "셔틀 록아웃 스프링 하드 스톱들(128)"과 인터페이스된다. 이러한 스프링들은 셔틀(116)을 잠그고, 셔틀이 네거티브(-) 다이얼 롤 축 방향을 따라 이동되는 것을 방지한다. 아래 섹션에 도시된 바와 같이, 이러한 스프링들은, 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 들어가는 동안, 도관 박스에 의해 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 스위치된다. 도 22b는 또한, VCU 레버(72)와 상호작용하는 셔틀(116) 상의 전달 인터페이스 특징부(117)를 도시한다. 이러한 셔틀-VCU 레버 인터페이스(117)는 아래 섹션에서 상세히 설명된다.
3.2.6 케이블 크림프 하우징(Crimp Housing, CH)
케이블 크림프 하우징(120) 또는 크림프 하우징(CH)은 셔틀(116)과의 전달 인터페이스를 형성하는 부재이다. 도 23은, 셔틀(116)과 인터페이스되는, 그리고 셔틀(116)이 20 내에서 병진이동될 때 힘의 전달을 돕는 "셔틀 하드 스톱(130)"이라고 불리는 전달 인터페이스 특징부를 도시한다. 셔틀(116)에 대한 크림프 하우징(120)의 정렬 및 유지는 셔틀(116)과 함께 크림프 하우징(120)의 병진이동으로 이어진다. 또한 CB 하드 스톱 표면(121) 및 케이블 경로 정렬 특징부(123)가 있다.
3.2.7 탈착식 기기(DI)
DI(14)는, 일 실시형태에서, 샤프트 박스 LH(31), 샤프트 박스 RH(33), 도관 박스(28), 크림프 하우징(120), 샤프트(32), 엔드-이펙터 조립체(34), 도관 박스 록아웃 플레이트(92), 버튼, 및 샤프트 박스 관절운동 풀리(94)로 구성된 조립체를 지칭한다. 도 24a 내지 도 24d는 DI 조립체(14)의 일부인 다양한 구성요소를 도시한다. 기기 기능 요건을 충족하기 위해서 요구되나, 기능을 설명하고 FSM을 정의하는 데는 요구되지 않는 다른 본체, 조인트, 및 메커니즘이 있을 수 있다.
3.2.8 가상 중앙 제어 유닛(Virtual Center Control Unit, VCU)
VCU(68)는, 일 실시형태에서, 프레임(16), 다이얼(20), 셔틀(116), 폐쇄 입력부(24), 다이얼 록아웃 플레이트(76), VCU 레버(72), 도관 박스 록아웃 샤프트(112), 셔틀 록아웃 스프링(118), VCU 원위 관절운동 풀리(88), VCU 근위 관절운동 풀리, 및 핸들 조립체(18) 내의 다른 본체들로 구성되는 조립체를 지칭한다. 이것은 위의 섹션에서 설명된 마스터 기기(MI)(12)의 특정 형태이다. 도 25a 및 도 25b는 VCU(68)의 다양한 구성요소를 도시한다. 기기 기능 요건을 충족하는 것을 지원하나, 기능을 설명하고 FSM을 정의하는 데는 요구되지 않는 다른 본체, 조인트, 및 메커니즘이 있을 수 있다.
3.2.9 도구 샤프트
이것은 프레임(16)의 원위로 연장되는 세장형 부재를 가리킨다. 이것은 일반적으로 프레임(16)에 대해 고정 조인트를 갖는다. 도구 샤프트(32)는 이의 원위 단부에 강체적으로 또는 출력 조인트를 통해 결합된 엔드-이펙터 조립체(34)를 가질 수 있다. 도구 샤프트(32)는 본원에서 간단히 샤프트(32)로 지칭될 수 있다.
3.2.10 엔드-이펙터(EE) 조립체
엔드-이펙터 또는 죠 조립체(34)는 위의 섹션에서 정의되었다. 이 설명은 위에서 제시된 것과 유사하고, 여기에서 도구 장치(10)의 맥락에서 언급된다. 엔드-이펙터 조립체(34)는 세장형 도구 샤프트(32)의 원위 단부에 존재하며, 따라서 이름이 "엔드-이펙터"이다. 엔드-이펙터 또는 죠 조립체(34)는 정지된 또는 움직이는 구성요소로 구성될 수 있다. 고정 구성요소는 조인트/메커니즘을 통해 도구 샤프트(32)에 연결될 수 있거나, 도구 샤프트(32)에 단단히 부착될 수 있다. 엔드-이펙터 조립체(34)의 움직이는 구성요소 및 정지된 구성요소는 각각 "움직이는 죠(52)" 및 "정지된 죠(50)"로 지칭될 수 있다. 여기서, 움직이는 죠(52)는, 움직이는 죠(52)가 죠 축(57)을 중심으로 정지된 죠(50)에 대해 회전될 수 있도록 정지된 죠(50)에 대해 하나 이상의 조인트(회전형, 각주형, 원통형 등)를 가질 수 있다. 또한, 전체 엔드-이펙터 조립체(34)는 "EE 롤 축"(축(2))이라고 칭해지는 이의 롤 축을 중심으로 회전될 수 있다. 엔드-이펙터 조립체(34)는 "죠 조립체" 또는 "EE 조립체"로 상호교환가능하게 지칭될 수 있다. 도 26은 엔드-이펙터 조립체(34)의 확대도를 도시한다.
3.2.11 도구 장치 회전축
도 27은 3개의 회전축 모두, 즉 다이얼 롤 축(축(1)), 샤프트 롤 축(축(3)), 및 엔드-이펙터 롤 축(축(2))을 도시한다.
3.3 FSM 내의 잠금장치 및 인터록
3.3.1 CB 록아웃 플레이트(CBLP)
도관 박스 록아웃 플레이트(92)는, 도관 박스(28)와 인터페이스되는, 그리고 샤프트 박스(30) 조립체 내에 하우징되는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 불가는 잠금장치)이다. 도 28a는, 도관 박스 인터페이스(132) 및 프레임 인터페이스(134)를 포함하는 CBLP(92) 상의 다양한 잠금장치 인터페이스 특징부를 도시한다. 추가로, 도관 박스 유지 인터페이스(133)가 있다. 도 28b 및 도 28c는 각각 SB LH(31) 및 SB RH(33)에 대해 CBLP(92)를 정렬하는 데 도움이 되는 X 및 Z 정렬 특징부를 도시한다. 도 28b는 도관 박스 록아웃 플레이트 스프링 하드 스톱(99) 및 Z 축 정렬면(101)을 도시한다. 도 28c는 X 축 정렬면(103)을 도시한다.
3.3.2 CB 록아웃 샤프트(CBLS)
CBLS(112)는, 도관 박스(28) 및 프레임(16)과 인터페이스되는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 불가능 잠금장치)이다. 이것은 다이얼 조립체에 하우징된다. 도 29a는, 도관 박스 잠금 인터페이스(61)의 역할을 하고, 따라서 도관 박스(28)를 잠그거나 잠금 해제하는 테이퍼형 표면을 도시한다. CBLS(112)는 또한, 다이얼(20)에 대해 CBLS(112)를 정렬하는데 사용되는 도 29a에 도시된 CBLS(112) 정렬 표면(63)을 갖는 2개의 샤프트 부분으로 구성된다. 도 29b 및 도 29c는 X 축을 따라 CBLS(112)를 정렬하는 것을 돕는 CBLS(112)의 다른 정렬 특징부를 더 도시한다. 도 29b는 도관 박스 록아웃 샤프트 스프링 하드 스톱(113)을 도시한다. 도 29c는 프레임(16)에 대한 인터록 인터페이스(115) 및 다이얼(20)에 대한 정렬 하드 스톱(119)을 도시한다.
3.3.3 다이얼 록아웃 플레이트(DLP)
다이얼 록아웃 플레이트(76)는 다이얼(20) 및 샤프트 박스(30)와 상호작용하는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 불가능 잠금장치)이다. 이것은 도 30a 내지 도 30c에 도시된다. 이것은 프레임 조립체에 하우징된다. 도 30a는 다이얼 유지 인터페이스(79)를 도시하며, 이 또한 잠금 인터페이스이다. 도 30a는 또한 샤프트 박스 잠금장치 인터페이스(83) 및 프레임(16)에 대한 Y 축 정렬 하드 스톱(81)을 도시한다. DLP(76)는, 샤프트 박스(30)가 도 30a에 도시된 표면과 인터페이스될 때 다이얼(20)을 잠금 해제하도록 작동된다. 이것은 +Y 축 방향을 따라 다이얼(20)을 가압하고, 다이얼 유지 인터페이스와 다이얼(20) 상의 다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스/후크(17) 부분 사이의 접촉을 해제한다(도 21d에 도시됨). 도 30b는 Z축 정렬면(85) 및 핸들 록아웃 플레이트 스프링 하드 스톱(105)을 도시한다. 도 30c는 프레임(16)에 대한 X 축 정렬면(107)을 도시한다.
3.3.4 버튼(B)
버튼(90)은 프레임(16) 및 VCU 레버(72)와 인터페이스되는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 불가능 잠금장치)이다. 이것은 SB RH(33)에 하우징된다. 버튼(90)은 -Y 축 방향을 따른 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30) 유지를 위해 도 16b에 도시된 프레임(16) 상의 버튼 잠금면(102)과 인터페이스된다. 도 31a 내지 도 31c는 VCU 레버(72) 및 프레임(16)에 대한 잠금 인터페이스 및 SB RH(33)에 대한 버튼(90)의 정렬을 위해 사용되는 버튼(90) 상의 다양한 특징부를 나타낸다. 도 31a는 회전 하드 스톱(125)을 도시한다. 도 31c는, 잠금 인터페이스의 역할을 할 뿐만 아니라 프레임(16)(프레임(16)의 원위 부분)에 샤프트 박스(30) 조립체를 유지하는 것을 돕는 프레임 유지 및 잠금 인터페이스(131)를 도시한다. VCU 레버(72)가 버튼(90)의 선회 축에 대한 버튼의 회전을 차단하는 동안, VCU 레버(72)와 인터페이스되는 도 31a에 도시된 VCU 레버 인터록 인터페이스(136)가 또한 존재한다. 버튼 선회 축(93)은 Y 축 및 Z 축 방향을 따른 정렬을 돕는 반면, 도 31b에 마킹된 면은 버튼(90) X 축 정렬 특징부(127)를 도시한다. 도 31a는 또한, 버튼(90) 상의 사용자 입력 인터페이스 트리거(129)를 도시한다.
3.3.5 VCU 레버
VCU 레버(72)는 샤프트 박스 RH(33)과 인터페이스되는 잠금장치이다. VCU 레버(72)는 또한, 샤프트 박스 RH(33), 셔틀(116), 및 버튼(90)과의 인터페이스 및 인터록의 역할을 한다. VCU 레버(72)는 프레임(16) 조립체 내에 하우징되고, 정렬 회전 하드 스톱(135)과 함께 VCU 레버(72) 선회 축(11)을 중심으로 회전된다. 회전은 정렬 회전 하드 스톱(135)과 VCU 레버 스프링 가이드 포스트(53) 사이에 설치되는 VCU 레버 리프(leaf) 스프링에 의해서 강제된다. VCU 레버(72)는 도 32a 내지 도 32c에 도시된 3개의 키 잠금 및 인터록 인터페이스를 갖는다. 잠금 특징부는 "샤프트 박스 유지 인터페이스(138)"이다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 프레임(16) 및 샤프트 박스(30)를 사용 상태에 유지하는 2개의 유지 본체/특징부가 존재하며, 이들은 다시 말해 버튼(90) 및 VCU 레버(72)이다.
인터록 인터페이스는 "버튼 인터페이스(140)"이다. 샤프트 박스 유지 인터페이스(138) 특징부는 Y 축 방향을 따라 프레임(16)에 대해 SB(30)를 유지하는 것을 돕는다. Z 축 하드 스톱(139) 표면은 프레임(16)에 대해 VCU 레버(72)를 정렬하는 것을 돕는다. 또한, 셔틀(116)이 VCU 레버(72)와 접촉되고 버튼(90)의 인터록을 가능하게 하거나 불가능하게 하는 것을 돕는 전달 인터페이스인 "셔틀 인터페이스(142)"가 존재한다. 버튼 인터페이스(140)는 특정 상태에서 필요에 따라 버튼 선회 축(93)을 중심으로 한 버튼(90)의 회전을 차단하기 위해서 사용된다. 이러한 특징부의 기능적 양태는 아래 섹션에서 더 자세히 설명된다.
3.3.6 셔틀 록아웃 스프링(SLS)
셔틀 록아웃 스프링(118)은 셔틀(116) 및 도관 박스(28)와 인터페이스되는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 불가능 잠금장치)이다. 이것은 유지 및 정렬 다이얼 접촉부(141)를 통해 다이얼 조립체 내에 하우징된다. 도 33a 및 도 33b는 셔틀 록아웃 스프링(118)에 대한 다양한 정렬 및 유지 특징부를 도시한다. 도 21e는 다이얼(20) 내에 하우징된 SLS(118)를 도시한다. SLS(118)는, 다이얼(20) 상의 대응되는 특징부와 접촉되는, 그리고 이를 중심으로 회전되어 셔틀(116)을 잠그고 잠금 해제하는 Z 축 정렬 하드 스톱(137)을 중심으로 선회된다. SLS(118)의 회전은, 도관 박스(28)가 도 33a 및 도 33b에 도시된 잠금 인터페이스 "도관 박스 인터페이스(144)"와 접촉됨에 따라 도관 박스(28)를 통해 작동된다. 도 33b에 도시된 잠금 인터페이스 "셔틀 인터페이스(146)"는 도 22c에 도시된 셔틀 록아웃 스프링 탭(126)에 대해 작용하고, 음(-) 축(1) 방향(사용자에게 근접되고, 엔드-이펙터로부터 멀어짐)에서 셔틀(116)의 모션을 차단한다.
3.3.7 다이얼 멈춤쇠 스프링(Dial Detent Spring, DDS)
다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)(74)은 다이얼(20)을 프레임(16)에 잠그는 잠금장치(파지티브 결합, 역구동 가능 잠금장치)이다. 도 21d에 도시된 멈춤쇠 스프링 탭(27)은 DDS(74)와 인터페이스되는 다이얼(20) 상의 특징부이다. 또한, 도 16d는 프레임 조립체 내에 하우징된 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)을 도시한다. 이러한 인터페이스의 단면이 도 34에 도시된다. DDS(74)는 프레임(16)에 대해 정렬되고, +X 축 방향을 따른 다이얼(20)의 병진운동이 Z 방향을 따라 DDS(74)의 긴 다리 부분을 편향시키도록 프레임(16) 내에 유지된다. 다음으로 DDS(74)는 멈춤쇠 스프링 탭(27)에 안착되고, 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 일시적으로 잠근다. 다이얼(20)의 잠금 및 잠금 해제를 자세히 설명하는 전환은 추가 섹션에서 설명된다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 보관 상태에서, 두 개의 유지 본체, 즉 DLP(76) 및 DDS(74)가 존재한다.
3.3.8 다이얼 레버
도구 장치(10)는 도 15a 내지 도 15c에 제시된 형태와 다른 형태를 가질 수 있다. 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이에 또 하나의 인터록이 있을 수 있다. 도 15b에 나타낸 형태는 프레임(16)과 샤프트 박스(30), 즉 VCU 레버(72) 사이에 인터록이 존재한다는 것을 보여준다. 이러한 인터록은 버튼(90)의 잠금 해제를 비활성화한다. 그러나 "다이얼 레버(73)"라고 칭해지는 인터록은 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이에 존재하지 않는다. 여기서 표현된 FSM의 형태는, 시스템이 사용 상태에 있는 동안 CBLS(112)가 잠금 해제될 수 있기 때문에, FSM이 사용 상태로부터 보관 상태로 이동되는 것을 방지하지 않는다. 이러한 CBLS(112)의 잠금 해제는 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 분리로 이어져, FSM을 비기능적 상태에 놓을 수 있다. 이것은 도 15a 내지 도 15c에 도시된 제시된 FSM 형태로 존재하는 비기능적 허용된 상태이다. 이것은, 관련된 액션이 CBLS(112)를 잠금 해제하는 것인 경우, CBLS(112)의 잠금 해제를 비활성화하는 인터록을 도입함으로써, 비기능적 허용되지 않는 상태로 변경될 수 있다. 이 인터록(다이얼 레버(73))은, 상태 1로부터 상태 2로, 또는 상태 2로부터 상태 3으로의 전환 동안 작동될 수 있다. 다이얼 레버(73)는 다이얼 조립체 내에 또는 도관 박스(28) 내에 하우징될 수 있다.
3.4 다양한 전달 시스템
3.4.1 죠 폐쇄 전달
이것은 죠 폐쇄 및 죠 개방을 수행하는 것과 관련된 구성요소/본체, 전달 부재, 조인트, 및/또는 입력으로부터 출력으로 가는 메커니즘을 지칭한다.
3.4.2 관절운동 전달
이것은 엔드-이펙터 조립체(34)의 관절운동을 수행하는 것과 관련된 구성요소/본체, 전달 부재, 조인트, 및/또는 입력으로부터 출력으로 가는 메커니즘을 지칭한다.
3.4.3 롤 전달
이것은 EE 롤 축(축(2))을 중심으로 한 엔드-이펙터 조립체(34)의 회전을 수행하는 것과 관련된 구성요소/본체, 전달 부재, 조인트, 및/또는 입력으로부터 출력으로 가는 메커니즘을 지칭한다.
3.5 전달 인터페이스 및 탈착식 구조적 인터페이스
3.5.1 SB 관절운동 풀리-프레임 관절운동 전달 인터페이스: 관절운동 전달용
프레임 관절운동 풀리(88) 및 SB 관절운동 풀리(94)는 관절운동 전달 인터페이스를 구성한다. 별도의 조립체의 일부인 이러한 인터페이스의 효과는 최대화된 관절운동 전달 효율을 달성하는 것을 용이하게 한다. 인터페이스의 이러한 효과는 프레임 관절운동 풀리(88) 회전축(15)에 대한 SB 관절운동 풀리(94) 회전축(13)의 정렬에 의해 지배된다. 이러한 정렬은, 특정 실시형태에서, X 축 및 Y 축 방향 모두에서 중요할 수 있다. 따라서 이러한 축의 정렬은 프레임(16)에 대한 SB(30)의 정렬에 의해서 지배된다. 따라서, 앞에서 언급된 모든 상호작용 요소의 제조에 기초한 또는 설계에 기초한 설계 및 공차 변동은 중요할 수 있다. 이러한 설명에 제시된 전달 인터페이스는 프레임 관절운동 풀리(88) 상의 페그(148) 및 SB 관절운동 풀리(94) 상의 구동 슬롯(150)으로 구성된다. 이들은 서로에 대해 정합되어 필요한 전달 인터페이스를 제공한다. 또한, 이들은, SB LH 및 SB RH로 전달되는 힘이 샤프트 박스 조립체 상의 알짜 힘(net force) 및 모멘트로 이어지지 않도록, 단일의 연장된 슬롯(150)으로 들어가는 프레임 관절운동 풀리(88)의 중심으로부터 동일하게 이격된 한 쌍의 페그(148)이다. 이러한 인터페이스는 도 35a 및 도 35b에 도시된다.
회전 축을 정렬시키기 위해 프레임(16)에 대한 SB(30)의 정렬에 크게 의존할 필요가 없는 인터페이스의 다른 실시형태가 형성될 수 있다. 도 36은 풀리 축이 정렬되지 않은 프레임 원위 관절운동 풀리(88) 및 SB 관절운동 풀리(94)의 실시형태를 도시한다. 이것은, 결국 프레임 원위 관절운동 풀리(88)와 SB 관절운동 풀리(94)의 정렬을 정의하는 SB(30)와 프레임(16) 사이의 잠재적 오정렬을 수용하는 실용적인 구성이다. 두 개의 풀리가 이들의 각각의 축을 중심으로 회전하는 동안, 페그(152)와 슬롯(154) 사이에 각주형 조인트가 존재한다. 여기서, 페그(152)는 SB 관절운동 풀리(94) 상에 존재하는 강성 특징부이고, 슬롯(154)은 프레임 원위 관절운동 풀리(88) 상에 존재하는 강성 특징부이다. 페그(152)와 슬롯(154) 사이의 바인딩(binding)을 회피하기 위해, 페그-슬롯 인터페이스에서의 낮은 마찰 계수 및 이 인터페이스에서의 간극이 도움이 된다.
3.5.2 셔틀 크림프 하우징 전달 인터페이스: 죠 폐쇄 전달용
셔틀 크림프 하우징 인터페이스는 VCU(68)와 DI(14) 사이의 죠 폐쇄 전달 인터페이스를 생성한다. 크림프 하우징(120)은 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 강체적으로 부착되고, 도관 박스 조립체 내에 하우징된다. 셔틀(116)은 다이얼 조립체 내에 하우징된다. 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)의 부착 시, 크림프 하우징(120)이 축(1)을 따라 구속되고 이로써 셔틀(116)을 따라 병진이동되도록, 크림프 하우징이 셔틀(116)과 인터페이스된다. 이러한 인터페이스는 추가 섹션에서 전환을 설명하는 동안 더 설명된다.
3.5.3 VCU-DI 탈착식 구조적 인터페이스: 디바이스의 강체 모션용
VCU-DI 인터페이스는, 샤프트 박스 조립체와 프레임 조립체 사이에 구조적 인터페이스를 생성함으로써 VCU(68) 및 DI(14) 조립체로 구성된 강성 조립체를 생성하는 것을 목표로 한다. 조립체가 형성되면, VCU(68)는, 엔드-이펙터 조립체(34)에서 1:1 모션을 생성하기 위해 모든 세 개의 축을 따라 병진이동되고 이러한 축들을 중심으로 회전될 수 있다. VCU(68) 및 DI(14)는 6개의 DoF 모두를 구속하기 위해 정렬 및 유지 특징부를 갖는다. 도구 장치(10)가 기능적일 수 있는 FSM에 대한 기능적 상태를 생성하기 위해 정렬 및 유지가 요구된다. 이것은 샤프트 박스(30)와 프레임(16) 사이에서, 그리고 도관 박스(28)와 다이얼(20) 사이에서 바람직하다. 아래 섹션의 도구 장치(10)에 제시된 바와 같이, 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이의 정렬은 샤프트 박스(30)를 프레임(16)에 대해 +Y 축 방향을 따라 병진이동시킴으로써 발생된다. 이것은 또한, 아래 섹션에서 보여지는 것처럼, 다이얼(20)에 대해 도관 박스(28)를 정렬하고 유지한다. 정렬 특징부 및 버튼(90)은 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 구조적 인터페이스를 생성하도록 역할을 한다.
VCU-DI 인터페이스는 또한, 6개의 DoF 중 하나에 대한 병진이동 및 회전에 의해서 샤프트 박스(30)와 프레임(16)을 결합함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 37a 및 도 37b는 FSM 상태를 상태 1로부터 상태 2로 변경하기 위해 샤프트 박스(30)에 대해 프레임(16)을 정렬하도록 Z 축을 중심으로 한 회전을 사용하는 것을 도시한다. 선회 핀(156)을 중심으로 한 이러한 회전은 다이얼(20)에 대해 도관 박스(28)를 정렬할 것이다. 또한, 프레임(16)에 대해 샤프트 박스(30)를 회전시키는 이러한 동작은 2개의 추가적 전달 인터페이스, 즉 SB 관절운동 풀리-프레임 원위 관절운동 풀리 인터페이스 및 셔틀-크림프 하우징 인터페이스를 생성한다.
3.5.4. 다이얼-CB 탈착식 구조적 인터페이스: 죠 폐쇄 전달용
다이얼-CB 탈착식 구조적 인터페이스의 목적은 핸들 조립체(18)와 도관 박스(28) 조립체 사이에 강성 조립체를 생성하여 죠 폐쇄 전달을 위해 죠 폐쇄 케이블 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이에 전달 인터페이스를 가능하게 하는 것이다. FSM 보관 상태에서, 다이얼(20)과 도관 박스(28)는 별개의 조립체들, 즉 각각 MI(12) 및 DI(14) 내에 포함되기 때문에 어떠한 방식으로도 결합되지 않는다. FSM가 조립된 상태에서, 일단 도관 박스(28)가 다이얼(20)과 조립되면, 두 본체 상의 정렬 특징부들에 의해 그리고 보관 상태에서 이들이 유지된 본체들 사이의 유지(다이얼 멈춤쇠 스프링(74)을 통해 프레임(16)과 함께 유지되는 다이얼(20) 및 도관 박스 록아웃 플레이트(92)를 통해 샤프트 박스(30)와 함께 유지되는 도관 박스(28))로 인해 두 개의 본체 사이에 구조적 인터페이스가 있다. FSM 사용 상태에서, 핸들 조립체(18)가 프레임(16)으로부터 언호밍되면, 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이의 구조적 인터페이스가 유지되고, 도관 박스 록아웃 샤프트(112)에 의해서 잠긴다.
3.6 전달 멤버(TM)
3.6.1 죠 폐쇄 전달 부재
죠 폐쇄 전달 부재(66)는 도 38a 내지 도 38c에 제시된다. 죠 폐쇄 메커니즘은 폐쇄 입력부(24)에서 사용자로부터 입력을 수신할 때 엔드 이펙터에서 출력으로 이어진다. 엔드-이펙터 조립체(34) 내에서, 고정된 죠(50)에 대한 움직이는 죠(52)의 상대적 모션은 죠 폐쇄 메커니즘의 바람직한 출력이다. DI(14)를 통해 라우팅(route)되는, 그리고 입력 단부로부터 출력 단부로 모션을 전달하는 것을 돕는 죠 폐쇄 전달 부재(66)가 여기에 보여진다. DI(14)의 입력 단부에서, 케이블 크림프 하우징(120)은 셔틀(116)과 인터페이스된다. 여기서 셔틀(116)은, 조인트 및 메커니즘을 통해 폐쇄 입력부(24)(또한 핸들 조립체(18)의 일부임)와 추가로 인터페이스된다. 이것이 입력 모션이다. 죠 폐쇄 TM(66)은 DI(14) 전체에 걸쳐(도 38b에 도시된 바와 같이) 구성요소들 즉, 케이블 크림프 하우징(120), CB(28), 지지되지 않은 도관(158), 죠 폐쇄 캠(160), 샤프트(32)를 거쳐 최종적으로 엔드-이펙터 조립체(34)로 라우팅된다. 이러한 전달 부재(66)는 벤딩에 유연한 가요성 케이블이다. 또한, 이러한 전달 부재(66)는 축방향으로 강성일 필요가 있다. 이것은 인장 및/또는 압축 하에서 축 방향으로 강성일 수 있다. 도 38a 내지 도 38c에서, 전달 부재(66)는 인장 하에서만 축방향으로 강성이고, 압축 하에서는 그렇지 않다. 이것은, 죠 폐쇄 TM(66)이 전후(to and fro) 모션을 생성하기 위해 입력부(케이블 크림프 하우징(120))에서 또 하나의 단부를 필요로 한다는 것을 의미한다. 도 38a는 샤프트(32)를 통해 샤프트 박스 조립체 안으로 복귀하는, 그리고 죠 개방 스프링(162)과 인터페이스되는 케이블을 도시한다.
3.6.2 프레임 관절운동 TM
프레임 관절운동 전달 부재(164)가 도 39a 및 도 39b에 도시된다. 여기서, VCU 근위 관절운동 풀리(166)의 입력 회전은 VCU 원위 관절운동 풀리(88)의 회전으로 이어진다. 프레임 관절운동 TM(164)은, 입력 단부(VCU 근위 관절운동 풀리(166))로부터 나오는, 프레임(16)을 통해 라우팅되는, 그리고 출력 단부에서 VCU 원위 관절운동 풀리(88)와 정합되는 죠 폐쇄 TM(66)과 유사한 가요성 케이블이다. 다음으로 케이블은, 인장 상태 하에서 오직 축 방향으로만 뻣뻣하기 때문에, 출력 단부로부터 입력 단부로 되돌아간다. 따라서, 풀리(166, 88)의 시계 방향(CW) 및 반시계 방향(CCW) 회전 모두를 캡쳐하기 위해, 케이블은 입력 단부로 루프백(loop back)할 필요가 있다. 하나의 케이블 경로는 CW 모션을 전달할 수 있고, 또 하나의 케이블 경로는 CCW 모션을 전달할 수 있다. 사용자에 의해서 생성된 피치 및 요 모션을 모두 캡쳐하기 위해, 두 개의 케이블 루프가 사용된다. 하나의 케이블 루프는 CW 및 CCW 피치 모션을 전달하고, 또 하나의 케이블 루프는 CW 및 CCW 요 모션을 전달한다. 각각의 케이블은 입력 단부(VCU 근위 관절운동 풀리(166)) 및 출력 단부(VCU 원위 관절운동 풀리(88))에서 강체적으로 연결된다. 도 39b는, SB 관절운동 풀리(94) 전달 인터페이스와 정합되는 VCU 원위 관절운동 풀리(88)(2개의 수직 페그) 상의 전달 인터페이스를 도시한다.
3.6.3 SB 관절운동 TM
SB 관절운동 전달 부재(168) 또는 DI 관절운동 전달 부재가 도 40a 내지 도 40d에 도시된다. 여기에서, 샤프트 박스 관절운동 풀리(94)의 입력 회전은 엔드-이펙터 조립체(34)의 관절운동으로 이어진다. 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이에 2 DoF 출력 조인트(피치 및 요 모션)가 존재한다. SB 관절운동 TM(168)은, 입력 단부로부터 출력 단부로 이어지는 죠 폐쇄 TM(66)과 같은 가요성 케이블이다. 케이블은, SB 관절운동 풀리(94)로부터 시작하여 샤프트 박스 조립체(도 40c 참조)를 통해, 샤프트(32)를 통해, 출력 관절운동 조인트(36)(도 40d 참조)를 통해 라우팅되고, 최종적으로 엔드-이펙터 조립체(34)에서 종료된다. 케이블은 입력 단부(SB 관절운동 풀리(94))와 출력 단부(엔드-이펙터 조립체(34)) 모두에서 강체적으로 연결된다. 다음으로 케이블은, 인장 상태 하에서 오직 축 방향으로만 뻣뻣하기 때문에, 출력 단부로부터 입력 단부로 되돌아간다. 따라서, 풀리의 시계 방향(CW) 및 반시계 방향(CCW) 회전을 모두 캡쳐하기 위해, 케이블이 입력 단부로 루프백된다. 사용자에 의해서 생성된 피치 및 요 모션을 모두 캡쳐하기 위해, 두 개의 케이블 루프가 활용된다. 하나의 케이블 루프는 CW 및 CCW 피치 모션을 전달하고, 또 하나의 케이블 루프는 CW 및 CCW 요 모션을 전달한다.
3.6.4 엔드-이펙터 롤 TM
라우팅 롤 전달 경로에 기초하여, 2개의 도구 장치 실시형태 및 아키텍쳐가 있을 수 있다. 이러한 아키텍쳐가 도 6a 및 도 6b에 도시된다. 제1 구성은 알파 구성이라 불리고, 도 6a에 도시된다. 이러한 구성에서, 롤은, 샤프트(32) 내부에서 연장되고 엔드-이펙터 조립체(34)와 인터페이스되는 롤 전달 부재(54)를 통해 전달된다. 이러한 구성에서, 다이얼(20)은 회전되고, 이로써 비틀림 강성인 롤 전달 부재(54)를 회전시킨다. 그러나 프레임(16)과 샤프트(32)는 회전되지 않는다. 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이의 도구 샤프트 축을 중심으로 한 하나의 롤 DoF가 존재한다. 조립체가 관절운동 기능을 갖는 경우, 핸들 본체(22)와 프레임(16) 사이에 2 DoF(피치 및 요) 입력 조인트가 존재한다.
제2 구성은 베타 구성이라 불리고, 도 6b에 도시된다. 이 구성에서, 롤은 기기 내에 존재하는 강체 배열체를 통해 전달된다. 다이얼(20)의 회전은 도구 샤프트(32)의 회전으로 이어진다. 다이얼(20)과 도구 샤프트(32)는 고정된 조인트 또는 관절운동 입력 조인트(2 DoF 피치 및 요 모션 조인트) 중 하나를 통해 연결된다. 다이얼(20)과 도구 샤프트(32) 사이에 관절운동 입력 조인트가 있는 경우, 조인트는 다이얼(20)로부터 도구 샤프트(32)로 롤 모션을 전달하도록 되어 있다. 따라서, 이것은, 다이얼(20)이 핸들 본체(22)에 대해 회전될 때, 다이얼 롤 축을 중심으로 한 롤 DoC를 제공한다. 도구 샤프트(32)의 회전은 엔드-이펙터 조립체(34)로 추가로 전달된다. 도구 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34)는 고정된 조인트 또는 관절운동 출력 조인트(2 DoF 피치 및 요 모션 조인트) 중 하나를 통해 연결된다.
도구 샤프트(32)와 엔드-이펙터 조립체(34) 사이에 관절운동 출력 조인트(36)가 있는 경우, 조인트는, 도구 샤프트(32)로부터 엔드-이펙터 조립체(34)로 롤 모션을 전달하도록 되어 있다. 따라서, 이것은, 엔드-이펙터 조립체(34)와 도구 샤프트(32) 사이의 도구 샤프트 롤 축을 중심으로 한 롤 DoC를 제공한다. 제2 구성의 경우, 관절운동 모션과 병행하여 롤 전달이 발생된다. 예를 들어, 도 41a는, 관절운동 입력 조인트가 사용되지 않는 동안, 롤이 전달되는 디바이스 구성을 도시한다. 도 41b는, 관절운동 입력 조인트가 사용 중인 동안, 관절운동 롤이 전달되는 구성을 도시한다. 두 시나리오 모두에서, 롤 전달은 도 6b를 통해 도시된 것과 동일한 경로를 통해 발생된다.
3.7 사용자 인터페이스
사용자는, FSM의 상태를 변경하거나 도구 장치 기능을 수행하는 동안, 사용자 인터페이스를 통해 기기와 상호작용한다.
3.7.1 다이얼 및 폐쇄 입력부
다이얼(20)은, 사용자가 기기를 작동하는 동안, 사용자 인터페이스 역할을 한다. 여기서, 다이얼 인터페이스는, 다이얼(20)을 보다 인체공학적으로 사용하기 위해, 널링 엠보싱, 릿지 등과 같은 특징부를 가질 수 있는 다이얼(20)의 외측 원주이다. 여기서 한 가지 기능은 다이얼(20)을 프레임(16)에 호밍하고 이를 언호밍하는 것이다. 이것은, 다이얼의 외측 표면을 잡고 이의 롤 축(여기서, 또한 X축)을 따라 이를 병진이동함으로써 수행된다. 도 42는 사용자가 다이얼(20)과 인터페이스하는 실시형태를 도시한다. 본 명세서에 기술된 4-본체 시스템과는 별도로, 사용자가 상호작용하는 또 하나의 입력 구성요소는 "폐쇄 입력부(24)" 또는 "핸들 폐쇄 입력부"라고 불린다. 폐쇄 입력부(24)는 사용자의 손가락(들)에 의해 작동되어 2개의 구성요소, 즉 움직이는 죠(52)와 고정된 죠(50) 사이의 작동을 엔드-이펙터 조립체(34)에서 생성한다. 예를 들어, 도 42에 도시된 실시형태에서, 폐쇄 입력부(24)는, 도구 샤프트(32)에 대해 원위에 있는 엔드-이펙터 조립체(34)(도면에 도시되지 않음) 내의 구성요소의 작동을 생성하는 데 사용된다.
3.7.2 버튼
버튼(90)은, 사용자가 프레임(16)으로부터 샤프트 박스(30)를 분리하는 동안, 사용자 인터페이스로서 역할을 한다. 사용자는 프레임(16)으로부터 샤프트 박스(30)를 분리하기 위해 버튼(90)을 누른다. 이렇게 하는 동안, 사용자는 또한 프레임(16) 및 샤프트 박스(30)와 상호작용하여, 이 작업 동안 프레임(16)으로부터 샤프트 박스(30)를 멀리 당길 수 있다. 도 43은 이러한 인터페이스를 도시한다.
3.7.3 샤프트 박스 및 프레임
사용자는, 샤프트 박스(30) 및 프레임(16)을 함께 부착하고 분리하면서, 샤프트 박스(30) 및 프레임(16)과 상호작용한다. 사용자는 프레임(16) 및 박스(30)를 부착하기 위해 프레임(16)을 잡고 샤프트 박스(30)를 프레임(16) 쪽으로 당긴다. 도 44a 및 도 44b는 샤프트 박스(30) 및 프레임(16)과의 사용자 상호작용을 도시한다.
3.8 상태, 액션, 및 전환 설명(사용자 경험)
사용자는, 4-본체 FSM 시스템을 포함하는 도구 장치(10)를 사용하면서, 디바이스를 기능적으로 사용하기 위해 필요한 다양한 상태를 통해 시스템을 조작한다. 주요 네 가지 상태는 보관 상태, 조립된 상태, 사용 상태, 및 서비스 상태이다. 도구 장치(10)는 기본적으로 보관 상태에 있다. 이것은 보관 상태로부터 조립된 상태로 되고, 최종적으로 사용 상태로 된다. 이 세 가지 상태 간의 전환들 각각은 각각의 액션에 의해서 개시되고, 이러한 상태 모두가 기능적이거나 허용된 비기능적 상태이므로 가역적이다. 이러한 상태는 다음 섹션에서 더 상세히 설명된다.
3.8.1 상태 1: 보관 상태(비기능적, 허용된 상태)
도 45a 및 도 45b는 시스템에 대한 상태 1을 묘사한다. 시스템이 이 상태에 있는 동안, 사용자는 디바이스를 사용하는 것을 시작하려고 하거나 디바이스 사용을 완료하고, 디바이스가 저장된다. 디바이스는 분해되어(DI(14)로부터 분리된 VCU 68) 보관된다. 이것은, 대응되는 상호작용 요소들, 즉 전달 인터페이스, 전달 멤버, 잠금장치, 인터록 등을 포함하는 별개의 조립체들인 DI(14) 및 VCU(68)를 관여시킨다. FSM의 맥락에서, VCU(68)는 두 개의 본체, 즉 프레임(16)과 다이얼(20)을 포함한다. DI(14)는 2개의 본체, 즉 샤프트 박스(30) 및 도관 박스(28)를 포함한다. 이 상태에서, VCU(68)에서, 프레임(16)은 잠금장치, 즉 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 통해 다이얼(20)에 대해 잠긴다. 따라서, 다이얼(20)은 이 상태에서 프레임(16)에 호밍된다.
후속 상태를 거치는 동안, 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 임시 잠금을 위해 사용되는 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)이 또한 존재한다. 또한, 도 42에 도시된 폐쇄 입력부(24)라 불리는 또 하나의 사용자 인터페이스가 존재한다. 상태 1에서, 사용자는 폐쇄 입력부(24)를 작동시킬 수 없다. 이것은, 폐쇄 입력부(24)가 핸들 조립체(18) 내에서 내부적으로 셔틀(116)이라 불리는 구성요소와 인터페이스되기 때문이다. 이 상태에서 폐쇄 입력부(24)의 제한된 모션에 대한 원인은 셔틀(116)과 다이얼(20) 사이에 잠금장치가 존재하기 때문이다. 셔틀(116)은, 이것이, 잠금장치 없이, 다이얼 롤 축 방향을 따른 병진이동 DoF를 갖고, 다이얼 롤 축을 중심으로 한 회전 DoC를 갖도록 다이얼(20) 내부에 하우징/위치된다. 폐쇄 입력부(24)의 작동은 셔틀(116)의 병진이동으로 이어지고, 이로써 이 병진이동은 고정된 죠(50)에 대한 움직이는 죠(52)의 폐쇄로 이어진다. 따라서, "셔틀 록아웃 스프링(118)"이라 불리는 셔틀(116)과 다이얼(20) 사이의 잠금장치는 다이얼(20)에 대한 셔틀의 병진 DoF를 구속함으로써 다이얼(20)에 대한 셔틀(116)의 병진이동을 잠근다. 이 잠금장치는 도 45b에 구체적으로 도시된다.
이 상태에서, DI(14)에서, 도관 박스(28)는 도관 박스 록아웃 플레이트(92)라 불리는 잠금장치를 통해 샤프트 박스(30)에 대해 잠겨 있다. 상태 1에서, 시스템은, VCU(68)가 DI(14)에 부착된 완전히 조립된 상태인 상태 2로 이동될 준비를 마친다. 기능적 관점으로부터, 3개의 인터페이스는 다음 상태에서 정합될 준비가 된다. 이들은 다음과 같다: 프레임 원위 관절운동 풀리(88)와 샤프트 박스 관절운동 풀리(94) 사이의 관절운동 전달 인터페이스; 셔틀(116)과 크림프 하우징(120) 사이의 폐쇄 전달 인터페이스; 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이 및 다이얼(20)과 도관 박스(28) 사이의 강체 탈착식 구조적 인터페이스. 따라서, 여기에 관여된 본체 및 인터페이스 특징부는 다음 상태에서 서로에 대해 정합되도록 정렬된다.
3.8.2 상태 2: 조립된 상태(기능적, 허용된 상태)
사용자는 도 45a 및 도 45b에 도시된 VCU(68) 및 DI(14)를, VCU(68)를 DI(14) 쪽으로 가져와 이들을 함께 부착함으로써, 상태 1로부터 상태 2로 이르게 한다. 도 46a 내지 도 46c는 상태 1로부터 상태 2로의 전환을 도시한다. 이것은 "전환 1"이라고 칭해진다. 이러한 전환 중에, 샤프트 박스(30)는 프레임(16)에 대해 정렬되고, 샤프트 박스(30)는 프레임(16)에 설치된다. 샤프트 박스(30)는 잠금장치, 즉 버튼(90)을 통해 프레임(16)에 대해 유지된다. 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 잠금은 또한 엔드-이펙터 조립체(34)의 관절운동을 위한 전달 경로를 확립한다. 2개의 특징부(즉, VCU 원위 관절운동 풀리(88) 상의 페그 특징부(148) 및 샤프트 박스 관절운동 풀리(94) 상의 슬롯 특징부(150))는, 샤프트 박스(30)와 프레임(16) 사이의 이러한 전환 및 잠금으로 인해 전달 인터페이스를 형성하도록 결합된다. 또한, 이러한 풀리들의 회전축들은 이들의 X 및 Y 위치의 관점에서 이상적으로 일치하므로, 관절운동 전달이 효율적이다. 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대해 정렬되고, 전환 후 다이얼(20) 내부에 하우징된다. 도관 박스(28)는 이 상태에서 다이얼(20) 또는 샤프트 박스(30)에 대해 잠기지 않는다.
상태 1과 달리, 도관 박스(28)는 이 상태에서 샤프트 박스(30)에 대해 도관 박스 록아웃 플레이트를 통해 더 이상 잠기지 않는다. VCU에 대한 DI의 설치는 도관 박스 록아웃 플레이트(92)를 작동시킴으로써 샤프트 박스에 대한 도관 박스의 잠금을 해제한다. 또한, 다이얼(20)은 이 상태에서 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 통해 프레임(16)에 더 이상 잠기지 않는다. 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 존재하는 유일한 잠금장치는, 이 상태에서 다이얼(20)을 프레임(16)에 일시적으로 잠그는 다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)(74)을 통해서이다. VCU(68)에 대한 DI(14)의 설치는 다이얼 록아웃 플레이트(76)을 작동시킴으로써 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 잠금 해제한다. 또한, 사용자는 이제, 셔틀(116)이 다이얼(20)에 대해 더 이상 잠기지 않기 때문에, 폐쇄 입력부(24)를 작동시킬 수 있다. 셔틀 록아웃 스프링(118)은 +Y 축 방향을 따른 도관 박스의 병진이동에 의해서 잠금 해제되었다. 셔틀(116)은 이제 축(1) 방향을 따라 다이얼(20)에 대해 병진이동될 수 있다. 이것은, 도관 박스(28)가 다이얼(20) 안으로 진입되는 것이 셔틀 록아웃 스프링(118)의 상태를 변경하고 다이얼(20)에 대해 셔틀(116)을 잠금 해제하기 때문이다.
다이얼(20)에 들어가는 도관 박스(28)의 동작은 또한 크림프 하우징(120)을 셔틀(116)에 정합시킨다. 크림프 하우징(120)은 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 강체적으로 부착된다. 죠 폐쇄 전달 부재(66)는 엔드-이펙터 조립체(34)로부터 DI(14)를 통해 이동될 때 크림프 하우징(120) 상에서 종료된다. 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이의 전달 인터페이스로 인해, 셔틀(116)의 병진이동은 크림프 하우징(120)의 병진이동으로 이어진다. 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 강체적으로 연결된 크림프 하우징(120)은 엔드-이펙터 조립체(34)의 고정된 죠(50)에 대한 움직이는 죠(52)의 작동으로 이어진다. 종합적으로, 이러한 두 개의 구성요소를 Y 축 방향을 따라 결합하는 동작은 상태 1로부터 상태 2로 변경되기 위해 요구되는 액션이다.
본 섹션에서 상술된 액션은 아래 설명 전반에 걸쳐 "액션 1"이라고 지칭된다. 이 상태에서, 연결된 모든 인터페이스는 다음 상태(상태 3)에서 사용을 위해 인터페이스되었다.
상태 2는, 죠 폐쇄 기능, 롤 기능, 및 강체 모션 기능이 여전히 도구 장치(10)를 사용하여 수행될 수 있기 때문에, 기능적 상태라고 칭해진다. 관절운동 기능 및 관절운동되는 롤 기능은 시스템이, 모든 기능이 사용 가능한 사용 상태(상태 3)가 될 것을 요구한다. 도 47a 내지 도 47c는 시스템에 대한 상태 2를 도시한다.
3.8.3 상태 3: 사용 상태(기능적, 허용된 상태)
상태 3은, 이 상태에서 디바이스가 기능적 사용을 위해 준비가 되도록 구성되어야 하기 때문에 "사용 상태"라고 지칭된다. 기능적 사용은, 엔드-이펙터 조립체(34)의 관절운동, 엔드-이펙터 조립체(34)의 움직이는 죠(52)의 작동, 엔드-이펙터 조립체(34)의 롤(동시적 관절운동을 포함 및 미포함), 및 전체 조립체(조립된 VCU(68) 및 DI(14))의 병진이동 및 회전(강체 모션)을 포함한다. 도 48은 상태 2로부터 상태 3으로의 전환을 도시한다. 이것은 "전환 2"라고 칭해진다. 이러한 전환 단계 동안, 사용자는 다이얼(20)을 X 축 방향을 따라 프레임(16)으로부터 멀어지게 당긴다. 당기는 이러한 동작은 "액션 2"라고 칭해질 수 있고, 또한 "언호밍"이라고 지칭된다. 사용자는 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 언호밍하고, 이렇게 하는 동안, 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 잠금 해제한다. 언호밍의 이러한 단계는 또한, 잠금장치, 즉 다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)(74)에 의해 생성된 임시 잠금장치를 스위칭함으로써 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 잠금 해제한다.
다이얼(20)이 프레임(16)으로부터 언호밍되면, 도관 박스(28)는 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS)(112)를 통해 다이얼(20)에 대해 잠긴다. 따라서, 상태 3에서, 다이얼(20)과 도관 박스(28)는 함께 잠기고, 프레임(16)과 샤프트 박스(30)는 함께 잠긴다. 또한, 셔틀(116)과 크림프 하우징(120)은 함께 인터페이스되고, VCU 원위 관절운동 풀리(88)와 DI 관절운동 풀리(94)는 함께 인터페이스된다. 관절운동 및 죠 폐쇄 전달 시스템들은 이들의 기능적 상태에 있다. 롤 전달 시스템은 또한 이의 기능적 상태에 있다. 도 49a 및 도 49b에 도시된 실시형태에서, 핸들 조립체(18)(구체적으로, 다이얼(20))와 프레임(16) 사이에 입력 관절운동 조인트(26)가 존재한다. 이러한 2-DoF 관절운동 입력 조인트(26)(피치 및 요)는 관절운동 전달 부재들(즉, VCU 관절운동 TM 및 DI 관절운동 TM)을 통해 2-DoF 출력 관절운동 조인트(36)와 인터페이스된다.
미국 특허 제8,668,702호는 이러한 관절운동 입력 조인트를 더 자세히 설명한다. 관절운동 입력 조인트의 역할을 하는 것과 별도로, 이 조인트는 또한, 핸들 조립체(18)(구체적으로, 다이얼(20))와 프레임(16) 사이의 롤 전달을 위한 강체 모션 경로(위에서 설명됨)를 제공한다. 도 49a 내지 도 49c는 FSM 시스템의 상태 3을 나타낸다.
상태들, 즉 상태 1, 상태 2 및 상태 3 각각은 허용된 상태들이고, 따라서 가역적 전환들로 구성된다. 이것은, 시스템이 "전환 1"을 거치면서 상태 1로부터 상태 2로 될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 이것은 "액션 1"로 인해, 즉, "액션 1"의 단계들이 역순으로 수행될 때, 상태 2로부터 상태 1로 될 수 있다. 유사하게, 시스템은, "전환 2"를 거치면서 상태 2로부터 상태 3으로 될 수 있다. 시스템은, "액션 2"가 반전된 경우, 즉 단계들이 역순으로 수행되는 경우, 상태 3으로부터 상태 2로 될 수 있다. 도 50은 상태 3으로부터 상태 2로의 전환을 도시한다. 도 51a 내지 도 51c는 상태 2로부터 상태 1로의 전환을 도시한다.
3.8.4 상태 4: 서비스 상태(비기능적, 허용된 상태)
서비스 상태라고 지칭되는 상태 4는 비기능적이지만 상태 1 이후에만 발생되는 허용된 상태이다. 도 52a 및 도 52b는 상태 1로부터 상태 4로의 전환을 도시한다. 이러한 전환 단계는 "전환 3"이라고 칭해진다. 사용자는 일부 도구 또는 손을 사용하여 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 작동시킴으로써 프레임(16)으로부터 다이얼(20)을 잠금 해제한다. 이것은 프레임(16)으로부터 다이얼(20)의 언호밍으로 이어지고, 다이얼(20)과 프레임(16) 사이의 인터페이스에 대한 노출을 제공한다. 유사하게, 사용자는 일부 도구 또는 손을 사용하여 도관 박스 록아웃 플레이트(92)를 작동시킴으로써 샤프트 박스(30)로부터 도관 박스(28)를 잠금 해제한다. 이것은 샤프트 박스(30)로부터 도관 박스(28)의 결합 해제로 이어지고, 도관 박스(28)와 샤프트 박스(30) 사이의 인터페이스에 대한 노출을 제공한다. 상태 1로부터 상태 4로 전환하는 동작은 "액션 3"이라고 칭해진다. 따라서, 사용자는 상태 4에서 네 개의 본체 모두가 서로 분리되게 한다. 이것은, 각각의 구성요소를 개별적으로 서비스할 수 있을 뿐만 아니라 둘 이상의 구성요소 간의 인터페이스를 서비스할 수 있는 기능을 제공한다. 이러한 이유 때문에, 이것은 "서비스 상태"라고 불린다. 사용자가 두 쌍, 즉 프레임-다이얼과 샤프트 박스-도관 박스를 모두 분해하지 않고, 한 쌍만 분해하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에, 상태는 여전히 "서비스 상태" 또는 "상태 4"라고 칭해질 것이다. 도 53a 및 도 53b는 시스템의 서비스 상태를 도시한다.
3.9 도구 장치의 4-본체 시스템 부분
도 54는 4-본체 FSM의 개략도를 도시한다. 이 다이어그램은 4-본체 시스템 사이에 존재할 수 있는 본체, 잠금장치, 및 인터록을 상징적으로 도시한다. 여기서, 다이얼(D)(20)과 프레임(F)(16)은 이들 사이의 잠금장치로서 다이얼 록아웃 플레이트(DLP)(76)를 갖는다. 다이얼(D)(20)과 프레임(F)(16)은 또한, 이들 사이의 잠금장치로서 다이얼 멈춤쇠 스프링(DDS)(74)을 갖는다. 프레임(F)(16)과 샤프트 박스(SB)(30)는 이들 사이에 잠금장치로서 버튼(90)을 갖는다. 프레임(F)(16)과 샤프트 박스(SB)(30)는 또한 이들 사이에 잠금장치로서 VCU 레버(72)를 갖는다. 도관 박스(CB)(28) 및 샤프트 박스(SB)(30)는 이들 사이에 잠금장치로서 도관 박스 록아웃 플레이트(CBLP)(92)를 갖는다. 다이얼(D)(20)과 도관 박스(CB)(28)는 이들 사이에 잠금장치로서 도관 박스 록아웃 샤프트(CBLS)(112)를 갖는다. 이러한 잠금장치는 두 가지 상태, 즉 잠긴 상태와 잠금 해제된 상태를 갖는다. 각각의 인터록의 잠긴 그리고 잠금 해제된 상태는 각각 숫자 1 및 0에 의해서 표현될 수 있다. 각각의 잠금장치의 잠긴 그리고 잠금 해제된 상태의 다양한 조합은 다양한 허용된 상태 및 허용되지 않는 상태로 이어진다. 또한, 특정 상태의 특정 잠금장치에 대해 작동되는 인터록이 존재할 수 있다. 여기에 두 개의 인터록, 즉 VCU 레버(72)와 다이얼 레버(73)가 도시된다. VCU 레버(72)는 버튼(90)에 작동하여 이의 잠금 해제 기능을 비활성화한다. 다이얼 레버(73)는 CBLS(112)에 작동하여 이의 잠금 해제 기능을 비활성화한다. 추가 인터록을 사용하는 구체적인 경우는 아래 섹션에서 논의될 것이다. FSM의 기능적 필요 사항에 따라 추가 인터록이 존재할 수 있다.
3.10 도구 장치의 5-본체 시스템 부분
도 55a는 도 54에 도시된 개략도에 대한 수정예를 도시한다. 본 실시형태에서, 상술된 셔틀(116)로 명명된 추가 본체가 존재한다. 셔틀(Sh)(116)과 다이얼(D)(20) 사이에는 셔틀 록아웃 스프링(SLS)(118)이라 명명된 잠금장치가 존재한다.
여전히 또 하나의 실시형태에서, "전기 박스(62)"로 명명된 도구 장치(10)의 일부일 수 있는 또 하나의 본체가 존재할 수 있다. 이러한 본체는 도 7b에 도시된 실시형태 및 도구 아키텍쳐로 도시된다. 이 시나리오에서, "전기 박스(62)"는 SB(30)와 인터페이스되고, 박스 록아웃 플레이트(65)라고 불리는 잠금장치를 통해 SB에 잠긴다. 또한, VCU 레버(72) 및 다이얼 레버(73)와 같은, 박스 록아웃 플레이트(65)의 잠금 해제를 비활성화하는 전기 박스 레버(67)라고 불리는 인터록이 존재할 수 있다. 다른 두 개의 인터록과 마찬가지로, 이 인터록은, FSM이 사용 중 상태와 같은 사용 상태에 있는 경우, 잠금 상태(1)로 될 수 있다. VCU(68)과 DI(14) 사이의 잠금장치들의 잠금 해제는 조립체들의 의도하지 않은 잠금 해제를 회피하기 위해 금지될 수 있다. 이러한 6-본체 FSM은 도 55b에 도시된다.
도 56a는, 대응되는 액션 A1 내지 액션 A3에 대한 상이한 상태들, 즉 상태 1, 상태 2, 상태 3, 및 상태 4의 종속성을 나타내는 5-본체 FSM에 대한 잠금 상태 다이어그램을 도시한다. 이러한 상태 및 액션은 위 섹션에서 설명되었다. 전환을 만들기 위해, 이 실시형태에서, 요구되는 두 개의 입력은 초기 상태 및 이 상태에 적용되는 액션이다. 각각의 액션은 한 상태로부터 또 하나의 상태로의 전환을 생성한다. 각각의 액션은 0 또는 1의 이진 입력으로서 표시된다. 특정 액션이 적용될 때(1), 나머지 액션은 0으로 간주된다. 액션은 잠금장치 푸시 스위치에서 이진 출력으로 이어진다. 잠금장치 푸쉬 스위치는, 켜졌을 때(1), 두 개의 본체 사이에 존재하는 잠금장치를 통한 두 개의 본체 사이의 유지를 나타낸다. 4-본체 및 5-본체 FSM과 관련된 이러한 잠금장치는 본 섹션 및 이전 섹션에서 설명되었다. 예를 들어, D(다이얼)(20)와 CB(도관 박스)(28) 사이의 연결이 완료된 경우, 이것은 스위치가 켜진 것을 의미한다. 이것은, 각각의 잠금장치(이 경우 CBLS(112))의 이진 값이 1이라는 것을 의미한다. 일부 시나리오에서, 회로도를 사용하여 5-본체 FSM에 대한 다양한 상태의 형성을 설명하기 위해, 일반적으로 알려진 논리 게이트, 즉 NOT 게이트, AND 게이트 등이 스위치와 액션 사이에 존재한다.
또한, 특정 액션이 특정 잠금장치에 적용되지 않는 때, 초기 상태에서 특정되었던 이러한 잠금장치에 대한 상태 값(0 또는 1)이 디폴트로서 간주된다. 예를 들어, 상태 2로부터 상태 3으로 될 때, 액션 A2는 잠금 또는 잠금해제 버튼(B)(90) 상에 작용되지 않는다. 그러나, 여기서 입력된 초기 상태는 버튼(90)이 잠금(1) 상태를 갖는 상태 2이므로, 이것은 상태 3에 대한 디폴트로서 간주된다. 도 56b는, 다양한 잠금장치 및 인터록의 상태를 보여주는, 그리고 잠금 상태 다이어그램의 결과를 반영하는 표를 제시한다.
위에서 설명된 FSM, 이의 상태, 전환, 및 액션에 기초하여, 상태와 액션 사이의 관계가 생성될 수 있다. 위에서 자세히 설명된 두 개의 액션, 즉 설치/설치 해제 및 언호밍/호밍이 존재한다. 도 57은 상태 1 내지 상태 3과 전환 1 및 전환 2를 개시하는 두 개의 연관된 액션 사이의 이러한 관계를 도시한다. 모든 상호작용 요소, 특히 FSM 내 본체들 사이의 잠금장치 및 인터록의 존재로 인해, 특정 액션이 가능하다/가능하지 않거나 적용되지 않는다. 예를 들어, 상태 1에 있을 때, 설치(샤프트 박스(30)와 프레임(16), 및 따라서, VCU(68)와 DI(14) 사이)가 가능하다. 동시에, 언호밍(다이얼(20)과 프레임(16) 사이)은 가능하지 않다. 유사하게, 상태 2일 때, 설치 해제가 가능하고, 언호밍이 가능하다. 상태 3에서, 잠금장치로 인해 설치 해제가 가능하지 않고, 특정 형태의 FSM에서, 인터록으로 인해 설치 해제가 가능하지 않다. 또한, 상태 3에서 호밍이 가능하다.
3.11 특정 비기능적 상태
FSM이 오용/잘못 취급되고 위에 설명되지 않은 전환을 통해 행해지더라도 달성될 수 있는 특정 허용되지 않는 비기능적 상태가 여기에서 설명된다. 사용자 경험을 유지하기 위해 특별히 금지된 특정 오용 상태가 상태 1 내지 4에 제한된다. 복원 가능한 오용 상태 M1, M2.1 및 M2.2와 전환 T4 및 T5가 아래에서 설명되며, 여기서 T4는 M1로 이어지고, T5는 M2.1 또는 M2.2로 이어질 수 있다. 이러한 상태(M1, M2.1, 및 M2.2)는 상태 2(조립된 상태)에서 기원된다. 전환 T4 및 T5는 허용된 기능적 상태(상태 2)와 허용되지 않는(비기능적) 상태 사이에서 발생되므로, 이러한 전환은 가역적이지 않다.
3.11.1 오용 상태 M1
도 58a 및 도 58b는 시스템이 초기 상태 2(조립된 상태)에서 시작되는 동안 발생되는 전환 4(T4)를 도시한다. T4는, 핸들 조립체(18)의 말단에 있는 Y 축을 중심으로 다이얼(20)을 반시계 방향(CCW)으로 회전시키는 것, 및 왼쪽 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)(프레임(16) 내에 하우징된 인터록)에서 다이얼(LH)(21)을 잠금해제하는 것을 포함한다. 다이얼 LH(21) 상의 멈춤쇠 탭은, 프레임(16)에 대해 편향된 각도로 다이얼(20)을 여전히 유지하면서, 좌측 멈춤쇠 스프링(74)에 대해 잠금 해제된다. 동시에, 버튼(90)은, 프레임(16)에 대해 샤프트 박스(30)를 설치 해제하기 위해 눌려진다. 이러한 전환 동안에, 시스템은 상태 1 또는 오용 상태 M1로 전환되거나, 또는 변경되지 않을 수 있다(상태 2 유지). 이러한 전환은, 위에서 설명된 사용자 경험의 일부로서, 의도된 전환이 아니다. 이것은 상태 1 내지 상태 3 또는 서비스 상태(상태 4)로 명확하게 이어지지 않는다. 이러한 전환은, 특정 4-본체 또는 5-본체 시스템에서, 오용 상태 M1로 이어질 수 있다. 상태 M1은 도 59에 도시된다. 디바이스를 작동하거나 디바이스를 기능적으로 사용하는 동안, 상태 M1에 도달되는 것은 시스템의 기능적 상태를 생성하지 않는다. 이것은 복구 가능한 상태인 오용 상태로 이어진다. 특정 액션 및 전환을 통해서, FSM은 상태 4 및/또는 상태 1을 통해 상태 2로 되돌려질 수 있다. FSM은, 샤프트 박스(30)와 프레임(16) 사이에 있는 리던던트 잠금장치의 존재로 인해 상태 M1에 있는 것이 방지될 수 있다. VCU 레버(72)는, 다이얼(20)이 CCW로 회전되는 동안 프레임(16)에 대해 SBLH를 또한 잠그기 위해 SB LH 및 SB RH 모두에 작용하도록 요구된다(레버는 현재 FSM 설계에서 SB RH에만 작용되며 이는 상태 M1로 이어짐). 여기에서, VCU 레버(72)는 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 존재하는 리던던트 이차 잠금장치이다. 제1 잠금장치는 버튼(90)이다.
3.11.2 오용 상태 M2
도 60은 시스템이 초기 상태 2(조립된 상태)에서 시작되는 동안 발생되는 전환 5(T5)를 도시한다. T5는, 샤프트 박스(30)와 프레임(16)을 함께 유지하고(고정화) 동시에 다이얼(20)을 언호밍하는 동안 버튼(90)을 누르는 것을 포함한다. 이 단계들 모두는 동시에 행해질 필요가 있다. T5는, T4와 유사하게, 기능적 상태로 이어지는 전환 T1 및 T2와 서비스 상태로 이어지는 전환 T3으로부터 벗어나므로, 사용자 경험의 일부가 되어서는 안 된다. 도 61은 전환 5(T5)의 잠재적 결과인 허용되지 않는 비기능적 상태(오용 상태 M2.1)를 도시한다. 전환 T5는 허용된 상태로부터 허용되지 않는 상태로 발생되므로 가역적이지 않다. 그러나, 최종 허용되지 않는 비기능적 상태는 복구 가능하고, 다른 전환을 통해 상태 3(사용 상태)으로 전환될 수 있다. 이 전환은, 프레임(16)에 대해 샤프트 박스(30)를 병진이동시키는 것, 및, (도 61에 도시된 바와 같이) 두 개의 본체 사이의 갭이 최소화되고, 샤프트 박스(30)가 상태 2에서와 같이 버튼(90)을 통해 프레임(16)에 대해 유지될 때까지 두 구성요소를 결합시키는 것을 포함한다.
초기 상태 2로부터 시작되는 전환 T5에 기초하여 발생될 수 있는 또 하나의 잠재적 상태는 오용 상태 M2.2이다. 도 62에 도시된 바와 같이, M2.2는, 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 대해 잠기는 한편 샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 대해 설치 해제되는 비기능적이고 허용되지 않는 상태이다. 또한, 다이얼(20)은 프레임(16)에 대해 언호밍된다. 상태 M2.2는 샤프트 박스(30)와 프레임(16) 사이의 리던던트 잠금장치의 존재에 의해서 금지될 수 있다. 여기에서, VCU 레버(72)는 프레임(16)과 샤프트 박스(30) 사이에 존재하는 리던던트 이차 잠금장치이다. 제1 잠금장치는 버튼(90)이다. 오용 상태 M2.2는 복원 가능하고, 샤프트 박스(30)로부터 도관 박스(28)를 분리함으로써 서비스 상태 4로 전환될 수 있다.
3.12 전환
이 섹션에서, 전환 1 및 전환 2는 특정 도구 장치(10) 및 FSM에 대해 상세히 설명된다.
3.12.1 전환 1
도 46a 내지 도 46c에 도시된 바와 같이, 전환 1은, 시스템이 상태 1(보관 상태)로부터 상태 2(조립된 상태)로 될 때, 발생된다. 이러한 전환 동안에, 샤프트 박스(30)는 프레임(16) 상에 설치된다. 이것은, 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 정렬, 및 잠금장치, 즉 버튼(90)을 통한 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 유지를 포함한다. 이러한 전환은 다음 전환 단계에서 설명된다. 전환 1에 대한 설명의 마지막 부분에서, 전환 1에 대한 타이밍 플롯은, 다른 단계에 상대적인 각각의 전환 단계의 시간 도메인 종속성을 제시하도록 도시된다.
3.12.1.1 T1.1: 프레임에 대한 샤프트 박스 정렬
a) 기능적 설계 의도:
여기서 기능적 설계의 의도는, 전달 효율을 극대화하기 위해 VCU 원위 관절운동 풀리(88) 및 샤프트 박스 관절운동 풀리(94)에 대한 회전축(Z축에 평행함)이 X 축 및 Y 축 방향을 따라 일치되도록, SB(30) 조립체와 프레임(16) 사이의 정렬에 정밀성을 제공하는 것이다. 이러한 인터페이스는 도 39b에 도시된 바와 같이 VCU 원위 관절운동 풀리(88) 상의 페그 특징부, 및 도 40c에 도시된 바와 같이 샤프트 박스 관절운동 풀리(94) 상의 슬롯 특징부(145)로 구성된다.
b) 설계 세부사항:
i.) SB(30) 조립체가 프레임(16)에 대해 정렬되면, SB(30) 조립체 상의 하부 가이드 채널이 프레임(16) 상의 하부 가이드와 결합된다. 이들은 SB(30) 조립체와 프레임(16) 사이의 정렬 특징부들로서 역할을 하는 제1 특징부들이다. 이러한 두 개의 특징부들 사이의 초기 결합은, SB(30) 조립체를 프레임(16) 상에 설치하는 동안에 바인딩을 회피하도록 충분한 간극을 가지고 시작된다. 도 63은 이러한 인터페이스를 도시한다.
ii.) SB(30) 조립체가 프레임(16) 상에 완전히 설치된 때, SB RH 하부 가이드 채널과 프레임(16) 하부 가이드 사이에 최소 간극(가이드의 측부 각각에서 0.0015")이 유지된다. 이 간극(또한 도 64에 도시됨)은, 구성요소를 조립하는 데 어떠한 문제도 없이 프레임(16) 상에 샤프트 박스(30)를 여전히 설치할 수 있으면서 상술된 기능적 의도를 달성하도록 수행된 공차 스택 분석에 기초하여 정의된다. 이러한 정렬 특징부는 프레임(16)에 대한 X 축 방향을 따른 그리고 θY 방향을 중심으로 한 DoC를 SB 조립체에 대해 생성한다. SB LH 하부 가이드 채널과 프레임(16) 하부 가이드 사이에 충분한 공칭 간극(가이드의 측부 각각에서 0.005")이 유지된다. 이 간극은 SB 조립체와 프레임(16)으로 구성된 조립체를 과도하게 구속하는 것을 회피하도록 정의된다.
iii.) SB(30) 조립체와 프레임(16) 사이에 작용하는 제2 정렬 특징부는, 도 65에 도시된 바와 같이, 샤프트 박스(30) 상의 상부 핀 채널 및 프레임(16) 상의 상부 핀이다. SB 조립체의 프레임(16) 상으로의 용이한 설치를 허용하도록 채널의 입구에서 프레임(16) 상의 상부 핀과 SB 조립체 상의 상부 핀 채널 사이에 충분한 간극(핀의 측부 각각에서 0.005")이 유지된다.
iv.) SB 조립체 상부 핀 채널에 대한 프레임 상부 핀. SB RH와 프레임(16) 사이에서 최소 간극은 하부 가이드와 유사하게(즉, 핀의 측부 각각에서 0.0015") 유지된다. 충분한 간극(핀의 측부 각각에서 0.005")은, SB 조립체와 프레임(16)으로 구성된 조립체를 과도하게 구속하는 것을 회피하도록 SB LH와 프레임(16) 사이에서 유지된다. 이러한 간극은, 조립 문제에 직면함 없이 샤프트 박스(30)를 프레임(16) 상에 여전히 설치할 수 있으면서 위에서 설명된 설계 의도를 달성하기 위해 공차 스택 분석에 기초하여 정의되었다. 이러한 정렬 특징부는 프레임(16)에 대한 X 축 방향을 따른 그리고 θY 방향을 중심으로 한 DoC를 SB 조립체에 대해 생성한다. 도 66은 핀과 채널 인터페이스 사이의 인터페이스 및 정렬 간극을 도시한다.
v.) SB 조립체와 프레임(16) 사이의 정렬 특징부로서 역할을 하는 제3 세트의 특징부는 SB 조립체 상의 상부 포스트와 프레임(16) 상의 상부 포켓이다. 이러한 특징부들은 공차 스택 분석에 기초하여 유지된 최소 간극과 함께 도 67에 도시된다. 이러한 특징부들은 프레임(16)에 대한 Z 축을 따른, θX 및 θY 방향을 중심으로 한 DoC를 SB 조립체에 제공한다.
vi.) DLP(76) 및 CBLP(92)는, 프레임(16)에 대한 SB 조립체의 Y 방향 위치결정에서 역할을 하는 버튼(90)과 함께, 스프링-로드된 두 개의 잠금 부재이다. DLP(76)는 프레임 조립체 내에 하우징되고, CBLP(92)는 SB 조립체의 일부이다. 프레임(16)에 대한 SB 조립체의 설치 동안에, 스프링 로드된 CBLP(92) 및 DLP(76)는 프레임(16) 및 SB 조립체 각각에 분리력을 작용하기 시작할 것이다. CBLP(92) 및 DLP(76)은 +Y 방향의 소프트 정렬 특징부들로서 간주된다. SB 조립체가 프레임(16)에 대해 초과 이동되는 경우, SB 조립체 상의 표면이 프레임(16) 상의 표면과 인터페이스되어 +Y 방향으로 하드 정렬 특징부들을 생성한다. 이러한 소프트 정렬 특징부는, 버튼(90)이 프레임(16)을 잠글 수 있도록, 그리고 프레임(16) 상의 버튼 잠금면의 위치에 대한 버튼(90)의 위치의 공차 변동 가운데 -Y 방향으로 유지 특징부로서 역할을 할 수 있도록, +Y 방향의 위치에 도달되기 위해 프레임(16)에 대한 SB 조립체의 초과 이동을 허용할 것이 또한 요구된다.
3.12.1.2 T1.2: 다이얼에 대한 도관 박스 정렬
a) 기능적 설계 의도:
도관 박스(28)를 다이얼(20)에 정렬하는 기능적 의도는 CB(28)를 6개의 DoF 모두(특히 X 및 θZ)를 따라 다이얼(20)에 대해 구속하는 동시에, 다이얼(20)에 CB(28)를 하우징하도록 구조적 인터페이스를 통해 두 구성요소를 조립하는 것이다. 또한, 이 액션은, 도관 박스(28)와 다이얼(20)을 조립하는 동안, 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이에 전달 인터페이스를 생성하기 위한 것이다.
b) 설계 세부사항:
i.) 도관 박스(28) 가이드 채널 및 다이얼(20) 가이드는 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 쉽게 들어갈 수 있도록 충분한 간극으로 조립의 초기 단계 동안 입구에서 결합된다. 도 68은 이러한 인터페이스를 도시한다.
ii.) 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 대해 완전히 조립됨에 따라, CB 가이드 채널과 다이얼(20) 가이드 사이의 간극은 공차 스택 분석에 기초하여 최소값이 된다(측부 각각에서 0.0015"까지). 이러한 정렬 특징부는 X 및 θZ 방향으로 다이얼(20)에 대한 도관 박스(28)를 위한 구속부들 중 하나의 역할을 한다.
iii.) 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이, 도관 박스(28) 상의 X축 "다이얼 인터페이스 면" 특징부는, 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 대해 완전히 조립될 때, X 및 θZ 방향의 구속부의 역할을 한다. 도 69는 이러한 정렬 인터페이스를 특히 강조한다.
iv.) 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대해 조립되고, 다이얼(20) 내부에 하우징된다. 도관 박스(28)는 이 상태(상태 2)에서 다이얼(20) 또는 샤프트 박스(30) 중 어느 하나에 잠기지 않는다. 상태 1과 달리, 도관 박스(28)는 이 상태에서 샤프트 박스(30)에 대해 도관 박스 록아웃 플레이트(92)를 통해 더 이상 잠기지 않는다. VCU(68)에 대한 DI(14)의 설치는 도관 박스 록아웃 플레이트(92)를 작동시킴으로써 샤프트 박스(30)에 대한 도관 박스(28)의 잠금을 해제한다. SB 조립체에 대한 도관 박스(28)의 잠금 해제는 이후 섹션에서 논의된다.
v.) 상태 1로부터 상태 2로 되는 동안, 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대해 정렬된다. 다이얼(20)에 대한 CB(28)의 정렬은 죠 폐쇄 전달을 위해 도관 박스(28)와 다이얼(20) 사이의 탈착식한 구조적 인터페이스에 강성을 제공하기 위해 필요하다. 상태 2에서, CB(28)는 언급된 필요를 충족시키기 위해 다이얼(20)에 정렬되고, 동시에, SB 조립체에 대해 여전히 하우징된다. CB(28)와 샤프트 박스(SB) 조립체 사이의 정렬 특징부는 상태 1 이후로 변경되지 않았다. 따라서, 도관 박스(28)에 대한 다이얼(20) 위치의 공차 변동을 처리하면서 다이얼(20)에 대한 적절한 정렬을 제공하기 위해, 샤프트 박스 조립체에 대한 정렬 특징부는 소프트(더 많은 간극 기반) 정렬 특징부일 필요가 있다. 따라서, SB LH 및 SB RH에 대한 CB 28의 X, Y 및 Z축 방향을 따른 정렬은, 이것이 X, Y 및 Z축 방향을 따른 DI(14)(CB(28) 및 SB 조립체)에 대한 다이얼(20) 위치의 공차 변화를 처리하도록, 충분한 간극을 두고 유지된다. 도 70은 CB 가이드 채널과 다이얼 하부 가이드 포스트 정렬을 도시한다.
3.12.1.3 T1.3: 프레임에 대한 샤프트 박스 유지
a) 기능적 설계 의도:
여기서 전체적인 기능적 의도는, 시스템이 상태 2 또는 상태 3에 있는 동안, SB 조립체가 프레임(16)에 대해 분해되지 않도록 SB 조립체와 프레임(16) 사이에 강성 유지를 제공하는 것이다.
b) 설계 세부사항:
i.) SB 조립체는 잠금장치, 즉 버튼(90)을 통해 프레임(16)에 대해 유지된다.
ii.) 버튼(90)은 프레임(16)에 대한 -Y 방향 DoC를 SB 조립체에 제공한다.
iii.) 도 16b에 도시된 버튼(90) 및 "버튼 잠금면(102)"(버튼(90)과 상호작용하는 프레임(16) 상의 인터페이스)은 SB 조립체와 프레임(16) 사이의 높은 분리력을 견디도록 설계된다.
iv.) 버튼의 잠금 특징부의 프로파일은, 도 71에 도시된 바와 같이, 버튼(90)의 표면 상의 임의의 반력(reaction force)이 버튼 선회 축(93)과 교차되도록 제작된다.
v.) 버튼의 "드라이브-인 프로파일"(도 72에 도시됨)은 버튼(90)이 시계 방향으로 회전되는 것을 허용하고(+X축 방향을 따라 사용자가 볼 때 CW), 버튼(90)이 +Y축 방향을 따라 병진이동되고 프레임(16) 상의 버튼 잠금면(102)에 버튼(90)의 잠금 프로파일을 안착하도록 점진적인 전환을 제공한다.
3.12.1.4 T1.4: 셔틀에 대한 크림프 하우징의 정렬 및 유지
a) 기능적 설계 의도:
여기서 전반적인 기능적 의도는, 크림프 하우징(CH)(120)과 셔틀(116) 사이에 정렬 정밀도 및 강성 유지를 제공하는 것이다. 도 73은 셔틀(116), 도관 박스(28), 및 크림프 하우징(120)을 단면도로 도시한다. 셔틀(116) 및 크림프 하우징(120)은 폐쇄 입력부(24)의 작동 시 -X축 방향을 따라 함께 병진이동된다. 이것은 또한, 고정된 죠(50)에 대한 움직이는 죠(52)의 폐쇄로 이어지는 죠 폐쇄 전달 부재(66)의 병진운동으로 이어진다. 다음은 위의 실시형태에 따른 전반적인 의도를 지원했다.
i.) 크림프 하우징(120)은 핸들 조립체(18)와 DI(14) 사이에서 힘을 전달할 수 있다;
ii.) 크림프 하우징(120)은 셔틀(116) 안으로 진입되는 동안 바인딩되지 않는다;
iii.) DI(14) 설치 후 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이에 간극이 결여된다;
iv.) 크림프 하우징(120)은 VCU(68)로부터 DI(14)를 분해하는 동안 셔틀(116)에 바인딩(달라 붙음)되지 않는다; 그리고
v.) 크림프 하우징(120)은, 셔틀(116)이 셔틀 하드 스톱(130)의 근위에 위치될 때, 셔틀(116)에 들어갈 수 있다.
b) 설계 세부사항:
i.) 크림프 하우징(120) 상의 "셔틀 하드 스톱(130)" 면은 Y축에 대해 측정된 특정 각도(구체적으로, 7도)를 갖도록 제작된다. 이러한 각진 면에 기초하여 셔틀의 X 및 Y 축 정렬 및 유지 특징부를 설계하는 것은, 크림프 하우징(120)이 용이하게 셔틀(116) 안으로 들어가고 셔틀 밖으로 나간다는 이점을 갖는다. 이러한 각도 값은 또한, 폐쇄 입력부(24)의 작동 중에 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이의 상대적 모션(역구동)을 회피하도록 선택된다. 따라서, 이 각도는, 크림프 하우징(120)이 셔틀(116)에 대해 특정 마찰력을 경험하면서 -X 축 방향을 따라 특정 힘에 의해 당겨지기 때문에, 크림프 하우징(120)이 셔틀(116)에 대해 역구동하는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 도 74a 및 도 74b는 이러한 인터페이스, 및 이 특정 각도에 대한 공학적 정당성을 입증한다. 낮은 값의 각도의 경우, 크림프 하우징(120)은 더 낮은 마찰 계수 μ에 대해 역구동 불가능할 수 있다. 예를 들어, 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이의 7° 각도 인터페이스의 경우, 인터페이스가 역구동이 불가능하게 유지되기 위해 μ는 0.12보다 더 크거나 같아야 한다.
ii.) 추가로, 크림프 하우징 정합 표면의 각도는 크림프 하우징(120)과 셔틀(116) 사이의 X 축 위치의 상대적 차이를 수용할 수 있게 한다. 이것은, 셔틀(116)과 크림프 하우징(120) 사이의 X 축 위치 오정렬이 특정 값(예컨대, 0.030 인치) 미만인 경우, 압착 하우징(120)이 셔틀(116) 안으로 수직으로 슬라이딩될 수 있도록 설계된다. 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 연결된 크림프 하우징(120)은, 도 74a에 도시된 바와 같이, X 축을 따라 이동되어 셔틀(116)의 램프(143)와 정합된다. 도 75는, 여전히 더 큰 값(여기서, 0.022 인치)의 램프가 남아 있는 동안 크림프 하우징(120)이 특정 공칭 값(여기서, 0.010 인치)만큼 셔틀(116)을 간섭하는 것을 도시한다. 이 공칭 값(여기서, 0.010 인치)은, 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 어떤 느슨함이 존재하는 경우, 죠 폐쇄 전달 부재(66) 상에서 사전 신장(pre-stretch)을 유지하는 것을 돕는다.
iii.) 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 계속 설치됨에 따라, 크림프 하우징(120)은 셔틀(116) 내의 크림프 하우징 포켓 안으로 계속 안착되어 하우징될 것이다. 이에 대한 자세한 내용은 다음 섹션에서 공유된다.
3.12.1.5 T1.5: 다이얼에 대해 잠금 해제되는 셔틀
a) 기능적 설계 의도:
여기서 전체적인 기능적 의도는, 크림프 하우징(120)이 셔틀 포켓 안으로 완전히 안착된 후에, 다이얼(20)에 대해 셔틀(116)을 잠금 해제하는 것이다. 크림프 하우징(120)은 죠 폐쇄 전달 부재(66)에 부착된다. 크림프 하우징(120)이 셔틀 포켓 내의 이의 원하는 위치에 안착된 후 다이얼(20)에 대한 셔틀(116)의 잠금을 해제하는 것은, 크림프 하우징(120)을 캡쳐함(폐쇄 입력부(24)의 작동에 의해서 개시됨) 없이, 셔틀(116)의 병진이동을 회피한다.
b) 설계 세부사항:
i.) 다이얼(20)에 대해 셔틀(116)을 잠그고 잠금 해제하는 잠금장치는 "셔틀 록아웃 스프링(118)" 또는 "SLS"라고 불린다.
ii.) 도 76에 도시된 바와 같이, 셔틀 록아웃 스프링(118)은 셔틀(116) 상의 셔틀 록아웃 스프링 탭 특징부와 상호작용한다. 여기서, 셔틀 록아웃 스프링(118)의 모션은 크림프 하우징(120)의 모션을 참조하여 도시된다. 크림프 하우징(120) 및 CB(28)가 Y 축 방향을 따른 병진이동 DoC를 갖기 때문에, 크림프 하우징(120)의 모션은 CB(28)의 모션을 나타낸다.
iii.) 셔틀 록아웃 스프링(118)은, 셔틀(116)에 대한 -X 방향을 따른 모션의 경로를 간섭하여 다이얼(20) 상의 셔틀 록아웃 스프링 탭 특징부를 차단함으로써 다이얼(20)에 대한 -X 축 방향을 따른 셔틀(116)의 병진이동을 잠근다. 이 상태에서, CB(28)는 아직 다이얼(20) 안으로 설치되지 않았다.
iv.) 셔틀 록아웃 스프링(118) 및 CB(28) 인터페이스는, 크림프 하우징(120)과 함께 도관 박스(28)가 다이얼(20)에 들어가기 시작할 때, 크림프 하우징(120)이 셔틀 포켓 안으로 들어가고 도관 박스(28)가 셔틀 록아웃 리프 스프링을 점진적으로 활성화하여 셔틀(116)을 잠금 해제하도록 설계된다.
v.) 도 76에 도시된 바와 같이, 크림프 하우징(120)은, 셔틀 록아웃 스프링(118)이 셔틀(116)을 잠금 해제하기 시작할 때, 셔틀(116)에 편안하게 안착된다. 이것은, 크림프 하우징 단면적의 절반보다 더 많은 단면적이 셔틀(116)과 인터페이스되도록 크림프 하우징(120)이 셔틀(116)에 들어간 후에만 핸들 레버가 완전히 작동될 수 있다는 것을 보장한다. 이것은, 일단 핸들 조립체(18)의 폐쇄 입력부(24)가 사용자에 의해서 작동되면, 크림프 하우징(120)을 캡쳐함 없이, -X 방향을 따른 다이얼(20)에 대한 셔틀(116)의 병진운동을 회피한다.
3.12.1.6 T1.6: 프레임에 대한 다이얼 잠금 해제
a) 기능적 설계 의도:
전반적인 기능적 설계 의도는, SB 조립체가 잠금장치, 즉 버튼(90)을 통해 프레임(16)에 대해 유지될 때 이상적으로는 동시에 프레임(16)으로부터 다이얼(20)을 잠금 해제하는 것이다. 버튼(90)이 프레임(16) 상에 잠기기 훨씬 전에, 프레임(16)으로부터 다이얼(20)을 잠금 해제하는 것은 바람직하지 않다. 이것이 발생되는 경우, VCU 레버(72)는 이의 선회 핀에 대해 시계 방향으로(-Z 방향을 따라 볼 때) 회전될 수 있고, VCU 레버(72)의 이러한 회전은 버튼(90)이 프레임(16)에 대해 인터페이스되는 것을 차단할 수 있어, 임의의 잠금장치가 샤프트 박스와 프레임 사이에서 결합되는 것을 방지한다. 따라서, 잠금장치가 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 조기 잠금 해제를 방지하기 위해 사용된다.
b) 설계 세부사항:
i.) 다이얼 록아웃 플레이트(DLP)(76)는 프레임(16)에 대해 -Y 축 방향을 따라 병진이동함으로써 다이얼(20)과 인터페이스된다. DLP(76)는 수직으로(-Y 축 방향을 따라) 스프링 로드되고, 다이얼 후크 표면에 압력을 가한다. 또한, 다이얼(20)과 다이얼 록아웃 플레이트(76) 사이의 잠금 각도는 두 가지 엔지니어링 기능을 달성하도록 제작된다. 첫째는 다이얼 록아웃 플레이트(76)가 로드의 대부분을 다이얼(20) 상에 +X 축 방향을 따라 가하여 이것이 잠기고 잠긴 구성으로 사전 로드된 상태를 유지하게 하는 것을 확실하게 하는 것이다. +X 축 방향을 따라 적용된 수평력을 도시하는 도 77을 참조한다.
ii.) 둘째는, 공차 변동을 고려하여, 다이얼(20)이 프레임(16)에 정렬되고 프레임(16)에 대해 위치되는 동안, DLP(76)가 여전히 다이얼(20) 상의 후크(도 21d에 도시된 "다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스/후크(17"))에 잠길 수 있다는 것을 확실하게 하는 것이다. 다이얼(20)은 프레임(16)에 하우징된 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)을 통해 상태 1 및 상태 2에서 프레임(16)에 대해 일시적으로 잠긴다. X 축을 따라, 이 임시 잠금장치는 -X 축 방향을 정의하고, 하드스톱들은 프레임(16)에 대해 다이얼(20)의 +X 축 방향 위치를 정의한다. 따라서, 다이얼(20)의 위치는 언급된 정렬 특징부의 변동으로 인해 X 축 방향을 따라 변하지만, 이것은 프레임(16)에 대한 다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스/후크(17)의 위치 변동으로 이어진다. 또한, X 축 방향을 따른 다이얼 록아웃 플레이트(DLP)(76)의 위치가 변한다. 이러한 위치 변동은 제조 공차의 변동으로 인해 유발될 수 있다. 따라서, 다이얼 록아웃 플레이트 인터페이스/후크(17)가 갖는 잠금 각도, 다이얼 록아웃 플레이트(76)가 갖는 잠금 각도, 및 X 축을 따른 다이얼 후크 특징부의 길이는 이러한 모든 변화를 고려하여 여전히 잠금 및 잠금 해제 기능으로 이어질 것이다.
3.12.1.7 T1.7: 샤프트 박스에 대한 도관 박스 잠금 해제
a) 기능적 설계 의도:
전체적인 기능적 설계 의도는, SB 조립체가 잠금장치, 즉 버튼(90)을 통해 프레임(16)에 대해 유지될 때 이상적으로는 동시에 SB 조립체로부터 도관 박스(28)를 잠금 해제하는 것이다. 이 타이밍은, 도관 박스(28)와 샤프트 박스(30) 사이의 잠금장치가 도관 박스(28)를 다이얼(20) 내부에 정렬되고 하우징되게끔 구속하지 않도록 하는 것을 확실하게 하는 것을 돕는다. 동시에, 도관 박스(28)는 샤프트 박스(30)에 대해 너무 일찍 잠금 해제되지 않고, 샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 완전히 설치되지 않은 상태에서 다이얼(20)에 들어갈 수 없다. 또한, 샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 대해 설치 해제될 때, 도관 박스(28)는, 샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 대해 -Y 축 방향을 따라 이동될 때 동시에, 적절하게 샤프트 박스(30)에 대해 잠긴다.
b) 설계 세부사항:
i.) 도 78은 SB 조립체가 프레임(16)에 완전히 설치된 경우를 도시한다. 이 경우에, 도관 박스(28)는 다이얼(20)에 대해 완전히 정렬된다. 또한, 도관 박스(28)는 샤프트 박스(30)에 대해 완전히 잠금 해제된다. 샤프트 박스(30)가 프레임(16) 상에 설치되기 위해서 필요한 이동량은 도관 박스(28)를 잠그기 위한 CBLP(92)의 이동과 유사하다. 두 개의 이동 간의 차이는 관련된 다양한 본체(즉, SB LH, SB RH, 프레임(16), 및 CB(28)) 및 다양한 잠금장치(즉, 버튼(90) 및 CBLP(92))의 위치에서 제조 공차 변화를 고려한다. 이것은 상태 1로부터 상태 2로의 전환 1의 일부이다.
ii.) 시스템이 상태 2로부터 상태 1로 갈 때, 도관 박스(28)는 -Y 축 방향을 따른 프레임(16)에 대한 샤프트 박스(30)의 최소 이동량 내에서 CBLP(92)를 통해 샤프트 박스(30)에 대해 잠긴다. 이 실시형태에서, 샤프트 박스(30)가 프레임(16)에 대해 설치 해제되기 시작하자마자 샤프트 박스(30)에 CB(28)를 잠궈, 시스템이 상태 1로 전환될 때 CB(28)가 SB(30)에 유지/잠금 상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
3.12.1.8 T1.8: VCU 원위 관절운동 풀리 페그와 SB 관절운동 풀리 채널 사이의 전달 인터페이스 정렬
a) 기능적 설계 의도:
여기서 전반적인 기능적 의도는, VCU 원위 관절운동 풀리(88) 및 SB 관절운동 풀리(94)가 조립되는 것을 확실하게 하는 것이다. 또한, VCU 원위 관절운동 풀리(88)와 SB 관절운동 풀리(94)의 회전축들(Z 축에 평행) 사이의 X 축 및 Y 축 방향을 따른 정렬에 정밀성이 있어야 한다. 이러한 인터페이스는 도 39b에 도시된 바와 같이 VCU 원위 관절운동 풀리(88) 상의 페그 특징부(148), 및 도 40c에 도시된 바와 같이 샤프트 박스 관절운동 풀리(94) 상의 슬롯 특징부(150)로 구성된다.
b) 설계 세부사항:
i.) VCU 원위 관절운동 풀리(88) 및 SB 관절운동 풀리(94)는 최대 효율을 전달하도록 제작된다.
ii.) X축 방향을 따라 VCU 원위 관절운동 풀리(88)의 페그 특징부(148)와 샤프트 박스 관절운동 풀리(94) 상의 슬롯 특징부(150) 사이에 최소 간극이 유지되어 SB 조립체와 프레임 인터페이스 사이의 정렬 특징부의 제조 공차 변동을 보상한다.
iii.) 도 79에 도시된 바와 같이, VCU 원위 관절운동 풀리(88) 상의 페그 특징부(148)와 SB 관절운동 풀리(94) 상의 슬롯 특징부(150) 사이에서 +X 및 -X 양 방향으로 최소 간극(0.005")이 유지된다.
iv.) 여기서, VCU 관절운동 풀리(88)는 구동 풀리이고, SB 관절운동 풀리(94)는 피동 풀리이다.
v.) 도 39a에 설명된 바와 같이, VCU 근위 관절운동 풀리(166)의 입력 회전은 VCU 원위 관절운동 풀리(88)의 회전으로 이어진다. VCU 원위 관절운동 풀리(88)의 회전은 SB 관절운동 풀리(94)를 회전시킨다. 샤프트 박스 관절운동 풀리(94)의 회전은 엔드-이펙터 조립체(34)의 관절운동으로 이어진다.
3.12.1.9 전환 1을 위한 타이밍 플롯
전환 1은 이 섹션에서 언급된 8개의 전환 단계를 통해 설명된다. 이들은 전환들, 즉 T1.1 내지 T1.8로 명명될 수 있고, 도 80에 제시된다. 각각의 전환은, 전체 전환 1을 완료하는 데 걸리는 시간 내의 특정 인스턴스에서 시작되고, 특정 인스턴스에서 종료된다. 여기서, 전환 1을 완료하는 데 걸리는 전체 시간은 tf로부터 to를 차감함으로써 계산할 수 있으며, 여기서 "to"는 전환이 시작되는 시간을 나타내고, "tf"는 전환이 종료되는 시간을 나타낸다. 도 80은 시간 지속 기간 tf-to에서 발생되는 다양한 전환, 즉 T1.1 내지 T1.8의 표현이다.
3.12.2 전환 2
도 48에 도시된 바와 같이, 시스템이 상태 2(조립된 상태)로부터 상태 3(사용 상태)으로 될 때 전환 2가 발생된다. 이러한 전환 동안, 다이얼(20)은 상태 2에서 멈춤쇠 스프링을 통해 프레임(16)에 대해 일시적으로 잠기고, 프레임(16)으로부터 언호밍된다. 이 작동 중에, 도관 박스(28)는 인터록 즉, 도관 박스 록아웃 샤프트 또는 CBLS(112)를 통해 다이얼(20)에 대해 잠긴다. 이러한 전환은 다음 전환 단계에서 설명된다. 설명의 마지막 부분에서, 전환 1에 대한 타이밍 플롯은, 각각의 전환 단계의 시간 도메인 종속성을 제시하도록 도시된다.
3.12.2.1 T2.1: 프레임에 대해 언호밍되는 다이얼
a) 기능적 설계 의도:
전반적인 기능적 설계 의도는, 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 잠금 해제할 수 있고(다이얼 멈춤쇠 스프링(74)을 통해 일시적으로 잠김), 시스템을 사용 상태로 둘 수 있는 것이다. 사용 상태에서, 다이얼(20)은 롤 전달을 개시하기 위해 회전될 수 있거나, 관절운동 전달을 개시하기 위해 관절운동될 수 있다.
b) 설계 세부사항:
이 전환은 -X 축 방향을 따라 다이얼(20)을 병진이동하는 것을 가리킨다. 상태 2에서, 다이얼 록아웃 플레이트(76)는 더 이상 프레임(16)에 대해 다이얼(20)을 잠그지 않는다. 그러나 다이얼(20)은 임시 잠금장치, 즉 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)을 통해 프레임(16)에 대해 잠긴다. -X 축 방향을 따라 다이얼(20)을 병진이동시키는 것은, 다이얼 멈춤쇠 스프링(74)에 대해 다이얼(20)을 잠금 해제한다. 도 81은 잠긴 상태의 다이얼(20)을 도시하며, 이 상태에서 멈춤쇠 스프링이 멈춤쇠 스프링 잠금장치 프로파일에 안착된다. 다이얼(20)을 -X 축 방향으로 당기는 것은 YZ 평면에 평행한 평면 내에서 멈춤쇠 스프링의 편향으로 이어진다. 멈춤쇠 스프링은 다이얼(20)의 잠금 및 잠금 해제 동안에 다이얼의 멈춤쇠 스프링 잠금장치 프로파일 상에서 움직인다. 도 82는 언호밍 상태에 있는 다이얼(20)을 도시하며, 이 상태에서 멈춤쇠 스프링은 멈춤쇠 스프링 잠금장치 프로파일 상에 안착되지 않는다.
3.12.2.2 T2.2: 다이얼에 대해 잠긴 도관 박스
a) 기능적 설계 의도:
전반적인 기능적 설계 의도는, 다이얼(20)이 프레임(16)으로부터 언호밍되자마자 도관 박스(28)를 다이얼(20)에 잠글 수 있는 것이다. 본 실시형태에서, 잠금 도관 박스(28)는, 다이얼(20)이 프레임(16)으로부터 언호밍된 직후, 그리고 디바이스의 사용 중에 다이얼(20)이 다이얼 롤 축을 중심으로 관절운동되거나 회전되는 동안, 떨어지지 않도록 요구된다.
b) 설계 세부사항:
i.) 도관 박스(28)는 인터록 즉, 도관 박스 록아웃 샤프트 또는 CBLS(112)를 통해 다이얼(20)에 대해 잠긴다. CBLS(112)는 +X 축 방향을 따라 병진이동되어 도관 박스(28)(또한 도 5a에 도시됨) 상의 "록아웃 샤프트 인터페이스" 특징부와 인터페이스된다. CBLS(112)는 Y 축 방향을 따른 CB(28)에 대한 유지력을 제공한다. CB(28)가 CBLS(112)를 둘러싸는 특징부를 갖도록 CBLS(112)와 CB(28) 사이에 파지티브 결합이 존재하여, CBLS(112)가 +X 축 방향을 따라 병진이동을 완료하면, 이러한 파지티브 결합 특징부로 인해 CB(28)가 다이얼(20)에 대해 잠금 해제될 수 없다. 이러한 특징부는 도 83에 도시된다.
3.12.2.3 T2.3 & T2.4: VCU 레버에 의해 차단된 버튼 및 VCU 레버에 의해 잠긴 샤프트 박스
a) 기능적 설계 의도:
전반적인 기능적 설계 의도는, 다이얼(20)이 프레임(16)에 대해 언호밍되면 버튼(90)의 모션을 방지하는 것이다. 일단 디바이스가 사용 상태(상태 3)에 있으면, 사용자는, 시스템이 조립된 상태가 아니라 사용 상태에 있기 때문에, 버튼(90)을 누름으로써 VCU(68)에 대해 DI(14)를 결합 해제할 수 없다.
b) 설계 세부사항:
i.) VCU 레버(72)는 셔틀(116)과 인터페이스되어, 상태 1에서, 셔틀(116)이 VCU 레버(72)를 이의 선회 축(11)을 중심으로 한 최대 회전(-Z 축을 향하여 볼 때)까지 클록되거나(clocked) CCW로 회전된 상태로 유지한다. 이것은, 시스템이 상태 1로부터 상태 2로 되는 동안, VCU 레버(72)를 이것이 버튼(90)과 인터페이스되지 않는 각도로 유지한다. 따라서, 버튼(90)은 프레임(16)과 인터페이스되어, VCU 레버(72)의 어떠한 간섭 없이 프레임(16)을 SB(30)에 잠글 수 있다. 도 84는, 버튼(90)이 프레임(16)과 인터페이스되어 SB(30)에 대해 프레임(16)을 잠글 수 있도록 VCU 레버(72)가 유지되는 구성을 도시한다.
ii.) 다이얼(20)이 프레임(16)으로부터 언호밍될 때, 셔틀(116)은 또한, 전환 2의 일부로서 수행되는 언호밍 작동 동안 -X 축 방향을 따라 이동된다. 이것은 결국 VCU 레버(72)로부터 셔틀(116)을 결합 해제하며, 이 레버는 더 이상 최대 CCW 회전 구성으로 유지되지 않는다. 따라서, VCU 레버(72)는 이의 선회 축(11)을 중심으로 CW로 회전되고(-Z 축을 향하여 보았을 때), SB(30) 상의 하드 스톱에 부딪친다.
iii.) 도 85는 최대 CW 회전 구성의 VCU 레버(72)를 도시한다. 이러한 구성에서, VCU 레버(72)는 두 개의 기능적 인터페이스를 생성한다. 먼저, 이것은, 사용자가, 프레임(16)에 대해 SB(30)를 결합 해제하기 위해 버튼(90)을 이의 선회 축(93)(X축에 평행)을 중심으로 더 이상 회전시킬 수 없도록, 버튼(90)이 회전되는 것을 차단한다. 도 86은, 버튼(90)의 회전을 제한하는 VCU 레버(72)에 의해 생성된 블록을 보여주는 측면도(+X 축 방향을 따라서 볼 때)를 도시한다.
iv.) 제2 기능적 인터페이스는, VCU 레버(72)가 SB RH에 대해 생성하는 파지티브 잠금장치이다. 이것은, 사용자가 버튼(90)을 누를 수 있는 경우, -Y 축 방향을 따른 SB(30)의 모션을 방지할 수 있는 이차 잠금장치이다. 도 85는, -Y 축 방향을 따라 SB 조립체의 변위를 방지할 수 있는 VCU 레버(72)와 SB RH 사이의 인터페이스를 도시한다.
v.) SB RH와 인터페이스되는 VCU 레버(72)의 프로파일은, 샤프트 박스(30)에 대해 프레임(16)을 분리하도록 적용되는 분리 로드 하에서 VCU 레버(72)가 SB RH 포켓 밖으로 구동되지 않도록, 어떠한 역구동 프로파일을 갖지 않도록 설계된다. 도 87은, SB RH에 대한 분리 로드가 -Y 축 방향을 따라 적용될 때의 VCU 레버(72)에 대한 자유물체도(free body diagram)를 도시한다.
3.12.2.4 전환 2를 위한 타이밍 플롯
전환 2는 이 섹션에 설명된 네 개의 전환 단계를 통해 설명된다. 이들은 전환들, 즉 T2.1 내지 T2.4로 명명될 수 있다. 각각의 전환은, 전체 전환 2를 완료하는 데 걸리는 시간 내의 특정 인스턴스에서 시작되고, 특정 인스턴스에서 종료된다. 이러한 전환은 도 88에 도시된다. 여기서, 전환 2를 완료하는 데 걸리는 전체 시간은 tf로부터 to를 차감함으로써 계산할 수 있으며, 여기서 "to"는 전환이 시작되는 시간을 나타내고, "tf"는 전환이 종료되는 시간을 나타낸다. 도 88은 시간 지속 기간 tf-to에서 발생되는 다양한 전환, 즉 T2.1 내지 T2.4의 표현이다.
3.13 디바이스 맵
디바이스 맵은 5-본체 FSM 시스템을 포함하는 도구 장치(10)를 나타내는 개략도를 지칭한다. 이것은 세 개의 하위 조립체, 즉 핸들 조립체(18)를 포함하는 VCU 조립체와 나머지 VCU 조립체, 및 DI 조립체를 갖는 것으로 설명될 수 있다. 조인트/메커니즘을 통해서 그리고/또는 전달 인터페이스를 통해서 인터페이스되는 이러한 조립체들의 일부인 본체, 잠금장치, 및 인터록이 존재한다. 기능적 출력을 생성하는 모션을 전달하는 것을 돕는 전달 부재라고 불리는 부재가 또한 존재한다. 도 89는 이러한 하위 조립체, 각각의 본체, 인터록, 조인트/메커니즘, 트랜스미션 인터페이스, 및 트랜스미션 부재를 도시한다. 본 실시형태에 제시된 핸들 조립체(18)는 미국 특허 제9,814,451호에 제시된 핸들 조립체에 맵핑될 수 있다.
4. 실시형태
4.1 인터록, 본체, 및 이들의 상호작용 각각의 다양한 실시형태
이 섹션은 인터록, 본체, 및 한 쌍의 본체 사이의 상호작용 각각의 다양한 실시형태를 포함한다.
4.1.1 다이얼, 프레임, 및 DLP의 실시형태
도 90은 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 조립체는 또한 두 개의 잠금장치, 즉 다이얼 록아웃 플레이트(76) 및 스프링 멈춤쇠(75)를 갖는다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)는 다이얼(20)과 프레임(16) 사이에 파지티브 잠금장치를 제공한다. 또한 이것은 사용자에 의해서 해제 방향으로 작동되어 인터페이스를 잠금 해제할 수 있다. 멈춤쇠 스프링은 두 개의 본체 사이에 임시 잠금장치를 제공한다.
도 91은 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 프레임(16) 본체 재료는 유연하고, 다이얼(20) 삽입을 허용하도록 변형될 것이다. 유연한 부재는 또한 다이얼(20) 본체가 될 수 있다. 추가적 삽입은 두 개의 본체 사이에 임시 잠금장치를 생성하여, 멈춤쇠 특징부를 통해 X 축 방향을 따른 모션을 제한한다. 이러한 멈춤쇠 특징부는 또한 Y 방향을 따른 프레임(16)에 대한 다이얼(20)의 정렬을 위해 사용될 수 있다.
도 92는 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)는 플랩이고, 잠금장치의 역할을 한다. 다이얼(20)과 프레임(16) 사이의 인터페이스는 기밀하다. 다이얼(20)의 삽입은 챔버 내에 고압 공기를 생성한다. 이 공기는 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 지나 빠져나가며, 따라서 챔버를 대기압(또는 근방)으로 복귀시킨다. 프레임(16)으로부터 다이얼(20)을 인출하는 것은 챔버 내에 네거티브/낮은 압력을 생성한다. 이것은 다이얼(20)의 언호밍을 방지한다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)가 해제 방향으로 움직이는 경우, 공기는 챔버 안으로 다시 유동되며, 다이얼(20)을 언호밍할 수 있다.
도 93은 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)는, 다이얼(20)을 캡쳐하고 언호밍을 방지하기 위해 다이얼 축에 평행한 축을 중심으로 회전되는 잠금장치이다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 해제 방향으로 움직이는 것은 다이얼(20)의 언호밍을 허용한다.
도 94는 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)는 잠금장치이다. 다이얼(20) 본체 및 프레임(16) 본체는 이들의 정합 표면 근처에 자석을 갖는다. 자석의 극들은 이들이 서로 당겨지도록 정렬되며, 멈춤쇠 액션을 생성한다. 다이얼 록아웃 플레이트(76)와 다이얼(20) 사이에 나사 메커니즘이 존재한다. 이것은 결합될 때 언호밍을 방지한다. 다이얼(20)을 언호밍하기 위해서, 다이얼 록아웃 플레이트(76)를 다이얼(20)로부터 풀어야 한다. 다음으로 다이얼(20)은 언호밍될 수 있다.
도 95a 및 도 95b는 다이얼(20) 본체와 프레임(16) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 이들 사이의 인터페이스는 회전을 통해 인터록의 역할을 한다. 다이얼(20)은 탭을 프레임(16)의 슬롯과 정렬하도록 회전된다. 삽입 후, 다이얼(20)은, 탭이 캡쳐될 때까지 다이얼의 축을 따라 회전된다. 이 시퀀스는 다이얼(20)을 결합 해제하고 언호밍하기 위해 역으로 수행될 것이다.
4.1.2 다이얼, 도관 박스, 및 CBLS의 실시형태
도 96은 도관 박스(28) 본체 및 다이얼(20) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 리프 스프링(들)/도관 박스 록아웃 샤프트(112)는 도관 박스(28)와 접촉 시 편향될 것이다. 도관 박스(28)가 충분히 멀리 삽입된 때, 리프 스프링이 도관 박스(28) 상의 포켓과 정합될 것이고 이를 제자리에 잠글 것이다. 리프 스프링은 도관 박스(28)를 해제하기 위해 안쪽으로 편향되어야 한다.
4.1.3 셔틀, 다이얼, 및 SLS의 실시형태
도 97은 셔틀(116) 본체 및 도관 박스(28) 본체를 갖는 조립체를 나타낸다. 다이얼 리프 스프링은 Z 축 방향으로의 셔틀(116)의 이동을 차단한다. 도관 박스(28) 삽입은 다이얼 리프 스프링을 Y 축으로 움직여, 압축 스프링을 압축하고, 셔틀(116)이 Z 축으로 이동되는 것을 허용한다.
4.1.4 VCU 레버의 실시형태
도 98a 및 도 98b는, 본체들, 즉 셔틀(116), 버튼(90), DI(14), 및 VCU 레버(72)를 구비하는 조립체를 나타내며, 여기서 기준 그라운드는 프레임(16)이다. VCU 레버(72)는 인터록의 역할을 한다. 셔틀(116) 및 VCU 레버(72)는 단지 X 축 방향으로만 움직인다. 버튼(90)은 X 축에 평행한 축을 중심으로 한 핀을 중심으로 회전된다. DI(14)는 Y 축 방향으로 움직인다. 셔틀(116)이 +X 축 방향을 따라 이동될 때, VCU 레버(72)와 접촉되며, 일 단부 상에서 VCU 레버(72)에 그리고 타 단부 상에서 프레임(16)에 부착된 스프링을 압축한다. 이것은 DI(14)가 아래쪽(-Y 축 방향)으로 병진이동되게 하고, 버튼의 선회 축(93)을 중심으로 한 버튼(90)의 회전을 허용한다. 이러한 상태는 "DI의 잠금해제된 구성"으로서 도 98b에 도시된다. 셔틀(116)이 후퇴된 경우, 즉 네거티브 X 축 방향을 따라 이동된 경우, 조립체는 "DI의 잠궈진" 구성으로 복귀된다. 이러한 구성에서, 버튼(90)은 회전되는 것이 허용되지 않고, VCU 레버(72) 상의 특징부에 의해서 차단된다. 또한, 도 98a에 도시된 또 하나의 특징부는, VCU 레버 특징부를 샤프트 박스(30)에 후크함으로써, 샤프트 박스(30)의 -Y 축 방향으로의 병진이동을 방지한다.
4.1.5 프레임-SB의 구조적 인터페이스를 위한 실시형태
도 99는 프레임-SB의 구조적 인터페이스를 위한 실시형태를 도시하며, 여기서 SB(30)는 프레임(16) 상에 존재하는 힌지 구멍에 안착되는 힌지(핀)를 포함한다. SB(30)의 힌지는 Y 축과 평행한 힌지 축을 갖는다. 힌지를 힌지 구멍에 안착시키면, SB(30)는 프레임(16) 상의 원위 관절운동 풀리와 SB 관절운동 풀리(94)(도면에 도시되지 않음) 사이에서 전달 인터페이스를 정합시키기 위해 힌지 축(Y 축)을 중심으로 회전된다. SB(30)은 SB(30)의 외측 표면 상에 스냅되는 버튼(90)에 의해서 프레임(16)에 대해 유지된다.
도 100a 및 도 100b는 프레임-SB의 구조적 인터페이스를 위한 실시형태를 도시하며, 여기서 SB(30)는 프레임(16) 안으로 수용된 핀(Z축)을 중심으로 선회됨으로써 프레임(16)과 인터페이스되는 선회 구멍을 갖는다. Z 축을 중심으로 한 핀을 중심으로 회전된 경우, SB(30)는, SB가 +X 축 방향으로 움직이는 것을 구속하는 버튼(90)에 의해 유지된다. 또한 -X 방향으로의, 그리고 θZ 방향을 중심으로 한 SB(30)의 모션을 구속하는 하드 스톱 핀이 존재할 수 있다.
4.1.6 도구 장치를 위한 대안적인 실시형태
도 101은 도구 장치(10)를 위한 대안적인 실시형태를 도시하며, 여기서 핸들 조립체(18)는 DI 조립체의 일부이다. 도구 장치(10)의 본 실시형태에서, 다이얼(20)이 폐쇄 작동 인터페이스(38)를 통해 SB(30)와 인터페이스되고 DI 조립체의 일부이므로, CB(28)가 없다. 도 101은 FSM을 위한 상태 1 또는 보관 상태를 도시한다. FSM이 조립된 상태(상태 2)로 되어 감에 따라, 다이얼(20)은 다이얼 플레이트(71)와 인터페이스되어 구조적 인터페이스를 생성하고, SB(30)는 프레임(16)과 인터페이스되어 구조적 인터페이스를 생성한다. 프레임(16)에 대한 다이얼 플레이트(71)의 언호밍은, 다이얼(20)과 다이얼 플레이트(71) 사이에 그리고 SB(30)와 프레임(16) 사이에 여전히 구조적 인터페이스들이 존재하는 사용 상태로 귀결된다.
4.2 디바이스 맵에 링크되는 기기의 다양한 도면
도 102a 및 도 102b는 FSM으로서 구성된 도구 장치(10)의 다양한 도면을 도시한다. 도구 장치(10)는 상태 2에 있는 것으로 도시된다.
도 103a 및 도 103b는 도구 장치(10)의 여전히 또 하나의 실시형태를 도시한다. 이 실시형태는 손목 그라운딩 구성요소를 결여하는 설계 및 구조의 도구 장치(10)를 시연한다. 프레임(16) 및 핸들 조립체(18)는 다음 관계들 중 하나 이상이 충족될 수 있는 아키텍쳐로 배열된다: 연관된 관절운동 입력 조인트의 제1 가상 중심 및 그라운딩 조인트의 제2 가상 중심은 전반적으로 일치하는 배열체를 나타내고, 그리고/또는 샤프트 축은 제1 및 제2 가상 중심과 전반적으로 교차하는 배열체를 나타낸다. 이 실시형태에서, 관절운동 입력 조인트는 프레임(16)과 핸들 조립체(18) 사이에 확립되고, 중간 본체(170) 및 중간 본체 또는 편차 링(172)에 의해서 확립된다. 또한, 관절운동 입력 조인트는 추가적인 중간 본체들에 의해서, 그리고 중간 본체들 간의 다수의 조인트에 의해서 확립될 수 있다. 그라운딩 조인트는 프레임(16)과 핸들 조립체(18) 사이에 확립된다. 샤프트 박스(30) 및 도관 박스(28)는 이러한 도면에 도시된다.
FSM의 일부인 다양한 본체 및 상호작용 요소는 위 섹션의 실시형태를 사용하여 설명되었다. 이러한 본체들은 개별 구성요소들로서 설명되었지만, 특정 시나리오에서, 이들은, 두 개 이상의 본체 및/또는 잠금장치 및/또는 인터록이 단일의 유연한 본체로서 작동하는 유연한 구조체를 가질 수 있다. 이러한 유연성은 일체형 구조체 내에서, 또는 재료들, 즉 경화된 강철, 유연한 폴리머(폴리프로필렌, 델린(Delrin) 등) 등으로 만들어진 유연한 특징부를 통해 구축될 수 있다. 이러한 조인트의 한 실시예는 SB(30)와 버튼(90) 사이의 유연한 조인트일 수 있으며, 여기서 버튼(90)은 SB(30)의 유연한 확장이고, 따라서, 이들은 유연한 부재를 구비하는 단일 본체의 일부이다.
본원에 설명된 잠금장치 및 인터록은 스프링, 풀리, 기어, 체인, 전달 케이블 등을 포함하는 순전히 기계적인 잠금장치가 아닐 수 있고, 자석 또는 전기기계 시스템, 즉 트랜스듀서(예컨대, 근접 센서, 회전 센서, 압전 센서, 포토레지스터, 전자기 액추에이터 등), 전자석 등을 사용할 수 있다.
전반적으로, FSM은 기계적 잠금장치 및 인터록, 상호작용 요소, 즉 핀, 슬롯, 볼 베어링 등에 의해 생성된 정렬 특징부, 및 유사한 특징부, 전달 부재, 즉 강철, 텅스텐, 탄성 밴드, 전달 벨트, 압축된 유체(공기, 물) 등으로 만들어진 전달 케이블로 구성된 순수하게 기계적인 시스템일 수 있다. 전기기계 구성요소, 즉 액추에이터, 즉 서보 모터, 스테퍼 모터, 선형 모터, 솔레노이드, 전자석 등; 전기 케이블, 자기 부상 베어링, 센서, 즉 근접 센서, 회전 센서, 전자석 등으로 구성된 전달 부재 및 인터페이스를 포함하는 FSM이 존재할 수 있다.
본 명세서에서 특징부 또는 요소가 또 하나의 다른 특징부 또는 요소 "상"에 있는 것으로 언급될 때, 이것은 다른 특징부 또는 요소 상에 직접적으로 있을 수 있거나, 개재된 특징부 및/또는 요소가 또한 존재할 수 있다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 또 하나의 다른 특징부 또는 요소 "상에 직접적으로" 있는 것으로 언급될 때, 개재된 특징부 또는 요소가 존재하지 않는다. 또한, 특징부 또는 요소가 또 하나의 다른 특징부 또는 요소에 "연결된", "부착된", 또는 "결합된" 것으로 언급될 때, 이것이 다른 특징부 또는 요소에 직접적으로 연결되거나, 부착되거나, 결합될 수 있거나, 또는 개재된 특징부 또는 요소가 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 또 하나의 다른 특징부 또는 요소에 "직접적으로 연결된", "직접적으로 부착된" 또는 "직접적으로 결합된" 것으로 언급될 때, 개재된 특징부 또는 요소가 존재하지 않는다. 하나의 실시형태와 관련하여 설명되거나 도시된 특징부 및 요소는, 이렇게 설명되거나 도시되지만, 다른 실시형태에 적용될 수 있다. 또한, 또 하나의 다른 특징부에 "인접하게" 배치된 구조체 또는 특징부에 대한 참조가 인접한 특징부와 중첩되거나 아래에 놓이는 부분을 가질 수 있다는 것이 당업자에 의해서 이해될 것이다.
본원에서 사용된 용어는 실시형태들을 단지 설명하는 목적을 위한 것이고, 발명의 제한이 되도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 문맥상 명백히 달리 지시되지 않는 한, 복수의 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이, 본 명세서에 사용될 때, 언급된 특징부, 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관되고 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함하고, "/"로 축약될 수 있다.
공간적으로 상대적인 용어, 예컨대, "아래", "밑에", "하부", "위", "상부" 등은 하나의 요소 또는 특징부의 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 도면에 예시된 바와 같이 설명하기 위해 설명의 용이성을 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어가 도면에 묘사된 배향에 추가하여 사용 또는 작동 중인 디바이스의 다양한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 뒤집어지는 경우, 다른 요소 또는 특징부 "아래에" 또는 "밑에" 있는 것으로 설명되는 요소는 다른 요소 또는 특징부 "위에" 있는 것으로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 회전 또는 다른 방향으로), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 이에 상응되게 해석될 수 있다. 유사하게, "위쪽으로", "아래쪽으로", "수직으로", "수평으로" 등의 용어는, 달리 명시적으로 지시되지 않는 한, 본원에서 단지 설명의 목적을 위해서 사용된다.
"제1" 및 "제2"라는 용어는 본원에서 다양한 특징부/요소(단계를 포함함)를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 특징부/요소는, 문맥에서 달리 지시되지 않는 한, 이러한 용어에 의해서 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어는 하나의 특징부/요소를 또 하나의 특징부/요소와 구별하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 특징부/요소는 제2 특징부/요소로 칭해질 수 있고, 유사하게, 아래에서 논의되는 제2 특징부/요소는 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않으면서 제1 특징부/요소로 지칭될 수 있다.
문맥상 달리 요구되지 않는 한, 본 명세서 및 이어지는 청구범위 전체에서, "포함하다"라는 단어 및 이의 변형된 형태, 예컨대, "포함하는" 및 "포함한"은 다양한 구성요소가 방법 및 물품(예컨대, 조성물 및 디바이스를 포함하는 장치 및 방법)에서 공동으로 채용될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, "포함하는"이라는 용어는 임의의 언급된 요소 또는 단계의 포함을 의미하지만, 임의의 다른 요소 또는 단계의 배제를 의미하지 않는 것으로 이해될 것이다.
일반적으로, 본원에 설명된 임의의 장치 및 방법은 포괄적인 것으로 이해되어야 하지만, 구성요소 및/또는 단계의 전부 또는 하위 세트는 대안적으로 배타적일 수 있고, 다양한 구성요소, 단계, 하위 구성요소 또는 하위 단계로 "구성된" 또는 대안적으로 "본질적으로 구성된"으로 표현될 수 있다.
위에서 예시적인 다양한 실시형태가 설명되었지만, 이 다양한 실시형태는, 청구범위에 의해 설명된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어남 없이, 여러 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 설명된 다양한 방법 단계가 수행되는 순서는 종종 대안적인 실시형태에서 변경될 수 있고, 다른 대안적인 실시형태에서 하나 이상의 방법 단계는 모두 생략될 수 있다. 다양한 디바이스 및 시스템 실시형태의 선택적 특징부는 일부 실시형태에 포함될 수 있고, 다른 실시형태에는 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 전술된 설명은 주로 예시적인 목적을 위해 제공되고, 본 발명의 범위는 청구범위에 제시되므로, 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원에 포함된 실시예 및 예시는 주제가 실시될 수 있는 특정 실시형태를, 제한이 아닌 예시로서, 보여준다. 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 범위를 벗어남 없이, 구조적 및 논리적 대체예 및 변형예가 만들어질 수 있도록, 다른 실시형태들이 활용되고 이로부터 도출될 수 있다. 본 발명의 주제의 이러한 실시형태들은 본원에서, 단지 편의를 위해 그리고, 둘 이상이 실제로 공개된 경우, 임의의 단일 발명 또는 발명 개념에 대해 본 출원의 범위를 자발적으로 제한하려는 의도 없이, "발명"이라는 용어에 의해 개별적으로 또는 집합적으로 언급될 수 있다. 따라서, 본원에서 특정 실시형태가 예시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 계산된 임의의 배열체가 도시된 특정 실시형태를 대체할 수 있다. 본 개시내용은 다양한 실시형태의 임의의 그리고 모든 적응예 또는 변형예를 커버하도록 의도된다. 위 실시형태들의 조합, 및 본원에 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시형태는 위 설명을 검토할 때 당업자에게 명백해질 것이다.
본 발명의 실시형태들이 예시되고 설명되었지만, 이러한 실시형태들이 본 발명의 모든 가능한 형태들을 예시하고 설명하는 것으로 의도되지 않는다. 다양한 구현 실시형태들의 특징부들이 결합되어 본 발명의 추가 실시형태들을 형성할 수 있다는 것이 이해된다. 본 명세서에 사용된 단어는 한정이 아닌 설명을 위한 단어이고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남 없이 다양하게 변경될 수 있다는 것이 이해된다.
본원에 포함된 실시예 및 예시는 주제가 실시될 수 있는 특정 실시형태를, 제한이 아닌 예시로서, 보여준다. 이러한 실시형태들은 본체들로 구성되며, 본체들은 이들 사이에 다양한 유형의 조인트 및/또는 메커니즘, 즉 각주형, 회전형, 원통형 등을 갖는다. 이러한 조인트 및/또는 메커니즘은 개별 요소/본체/구성요소로 구성될 수 있거나, 이러한 조인트/메커니즘은 다른 본체 및/또는 조립체의 유연한 확장에 의해 생성될 수 있다.
전술된 설명이 본 발명의 정의가 아니고, 본 발명의 하나 이상의 바람직한 예시적인 실시형태에 대한 설명이라는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 본원에 개시된 특정 실시형태(들)에 한정되지 않고, 오히려 아래의 청구범위에 의해서만 정의된다. 또한, 전술된 설명에 포함된 진술은 특정 실시형태에 관한 것이며, 용어 또는 문구가 위에서 명시적으로 정의된 경우를 제외하고, 본 발명의 범위에 대한, 또는 청구범위에 사용된 용어의 정의에 대한 제한으로서 해석되지 않는다. 다양한 다른 실시형태 및 개시된 실시형태(들)에 대한 다양한 변경예 및 수정예는 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 모든 다른 실시형태, 변경예 및 수정예는 첨부된 청구범위의 범위 내에 있도록 의도된다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 "예를 들어", "예" 및 "~와 같은" 및 동사 "포함하는", "가지는", "구비하는" 및 이들의 다른 동사 형태는 각각, 하나 이상의 구성요소 또는 기타 항목의 목록과 함께 사용될 때, 이러한 목록이 다른 추가 구성요소 또는 항목을 제외하는 것으로 해석되지 않는다는 점을 의미하며, 개방형으로 해석될 것이다. 다른 용어들은, 이들이 다른 해석을 필요로 하는 맥락에서 사용되지 않는 한, 가장 광범위한 합리적인 의미를 사용하여 해석되어야 한다.
Claims (29)
- 수술 도구로서,
제1 본체, 제2 본체, 및 제3 본체;
상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 확립 가능한 탈착식 구조적 인터페이스;
상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 확립 가능한 제1 잠금장치 - 상기 제1 잠금장치가 확립되면, 상기 제1 잠금장치는 상기 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지함 -;
상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 확립 가능한 제2 잠금장치 - 상기 제2 잠금장치가 확립되면, 상기 제2 잠금장치는 상기 제1 본체와 상기 제3 본체를 함께 유지함 -; 및
상기 제1 잠금장치에서 확립 가능한 인터록 - 상기 인터록이 확립되면, 상기 인터록은 상기 제1 잠금장치의 확립 해제를 억제함 -을 포함하되,
상기 제2 잠금장치를 확립 해제하는 액션은 상기 인터록의 확립을 촉발하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구는
상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 존재하고, 적어도 두 개의 자유도를 가지는 조인트를 더 포함하되,
상기 제2 잠금장치가 확립된 때, 상기 제2 잠금장치는 상기 조인트의 상기 적어도 2개의 자유도를 비활성화하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구의 제1 상태에서, 상기 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되지 않고, 상기 제1 잠금장치는 확립되지 않고, 상기 제2 잠금장치는 확립되고, 상기 인터록은 확립되지 않고,
상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되고, 상기 제1 잠금장치는 확립되고, 상기 제2 잠금장치는 확립되지 않고, 상기 인터록은 확립되는, 수술 도구. - 제3항에 있어서,
상기 수술 도구의 제3 상태에서, 상기 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되고, 상기 제1 잠금장치는 확립되고, 상기 인터록은 확립되지 않는, 수술 도구. - 제3항에 있어서,
상기 수술 도구는 상기 제2 잠금장치를 통해 상기 수술 도구의 제1 상태로부터 상기 수술 도구의 제2 상태로 즉시 전환되는 것이 억제되고, 상기 수술 도구는 상기 인터록을 통해 상기 수술 도구의 제2 상태로부터 상기 수술 도구의 제1 상태로 즉시 전환되는 것이 억제되는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 탈착식 구조적 인터페이스를 확립하는 액션은 상기 제2 잠금장치의 확립 해제 능력을 촉발하고, 상기 탈착식 구조적 인터페이스를 확립 해제하는 액션은 상기 제2 잠금장치의 확립을 촉발하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구는
제4 본체;
상기 제3 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제2 탈착식 구조적 인터페이스; 및
상기 제3 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제3 잠금장치를 더 포함하되, 상기 제3 잠금장치가 확립되면, 상기 제3 잠금장치는 상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지하는, 수술 도구. - 제7항에 있어서,
상기 제1 탈착식 구조적 인터페이스를 확립하는 액션은 상기 제3 잠금장치의 획립을 촉발하는, 수술 도구. - 제7항에 있어서,
상기 수술 도구는 상기 제2 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제4 잠금장치를 더 포함하되, 상기 제4 잠금장치가 확립되면, 상기 제4 잠금장치는 상기 제2 본체와 상기 제4 본체를 함께 유지하는, 수술 도구. - 제9항에 있어서,
상기 제1 탈착식 구조적 인터페이스를 확립 해제하는 액션은 상기 제4 잠금장치의 확립을 촉발하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구는 상기 탈착식 구조적 인터페이스에 있는 에너지 전달 인터페이스를 더 포함하되, 상기 에너지 전달 인터페이스는 상기 제1, 제2, 또는 제3 본체 중 하나와 상기 제1, 제2, 또는 제3 본체 중 다른 하나 사이에서 작동, 관절운동, 또는 롤의 전달을 달성하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 제1 본체는 프레임 조립체의 적어도 일 부분이고, 상기 제2 본체는 샤프트 박스 조립체의 적어도 일 부분이고, 상기 제3 본체는 핸들 조립체의 적어도 일 부분인, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구는 핸드헬드 수술 도구인, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구는 상기 제1, 제2, 및 제3 본체 사이에 전기적인 구성요소들을 결여하는, 수술 도구. - 제1항에 있어서,
상기 수술 도구의 엔드 이펙터를 통한 전기소작을 달성하기 위한 전기 전달 부재를 더 포함하는 수술 도구. - 수술 도구로서,
제1 본체, 제2 본체, 및 제3 본체;
상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 확립 가능한 탈착식 구조적 인터페이스;
상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 존재하고, 적어도 2의 자유도를 가지는 조인트;
상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 확립 가능한 제1 잠금장치 - 상기 제1 잠금장치가 확립되면, 상기 제1 잠금장치는 상기 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지함 -; 및
상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 확립 가능한 제2 잠금장치를 포함하되,
상기 수술 도구의 제1 상태에서, 상기 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되지 않고, 상기 제1 잠금장치는 확립되지 않고, 상기 제2 잠금장치는 확립되고, 상기 제2 잠금장치는 상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도를 비활성화하고,
상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 탈착식 구조적 인터페이스는 확립되고, 상기 제1 잠금장치는 확립되고, 상기 탈착식 구조적 인터페이스를 확립하는 액션은 상기 제2 잠금장치의 확립 해제 능력을 촉발하고, 상기 제2 잠금장치는 상기 제2 잠금장치의 확립이 해제되면 상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도를 활성화하는, 수술 도구. - 제16항에 있어서,
상기 수술 도구는
상기 제1 잠금장치에서 확립 가능한 인터록을 더 포함하되, 상기 인터록이 확립되면, 상기 인터록은 상기 제1 잠금장치의 확립 해제를 억제하고,
상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도를 활성화하는 액션은 상기 인터록의 확립을 촉발하는, 수술 도구. - 제17항에 있어서,
상기 제1 잠금장치는 상기 제1 잠금장치의 확립에 채용되는 제1 부분을 포함하고, 상기 제1 잠금장치는 상기 인터록의 확립에 채용되는 제2 부분을 포함하는, 수술 도구. - 제16항에 있어서,
상기 수술 도구의 제1 상태에서, 상기 제2 잠금장치는 상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 역구동 불가능 유지를 확립하고, 상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 제2 잠금장치는 상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이에 역구동 가능 유지를 확립하는, 수술 도구. - 제19항에 있어서,
상기 제2 잠금장치는, 상기 제1 본체와 상기 제3 본체 사이의 상기 역구동 가능 유지가 해제된 때, 확립 해제되고, 상기 역구동 가능 유지가 해제되면, 상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도가 활성화되는, 수술 도구. - 제16항에 있어서,
상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 제2 잠금장치가 확립 해제되고, 상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도가 활성화되고, 상기 수술 도구가 상기 제2 잠금장치를 통해 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 즉시 전환되는 것이 억제되는, 수술 도구. - 제17항에 있어서,
상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 제2 잠금장치가 확립 해제되고, 상기 조인트의 상기 적어도 2의 자유도가 활성화되고, 상기 수술 도구가 상기 인터록을 통해 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로 즉시 전환되는 것이 억제되는, 수술 도구. - 제16항에 있어서,
상기 수술 도구는
제4 본체; 및
상기 제3 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제2 탈착식 구조적 인터페이스를 더 포함하되,
상기 수술 도구의 제2 상태에서, 상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스가 확립되는, 수술 도구. - 제23항에 있어서,
상기 수술 도구는
상기 제3 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제3 잠금장치 - 상기 제3 잠금장치가 확립되면, 상기 제3 잠금장치는 상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스의 확립을 유지함 -; 및
상기 제3 잠금장치에서 확립 가능한 제2 인터록을 더 포함하되, 상기 제2 인터록이 확립되면, 상기 제2 인터록은 상기 제3 잠금장치의 확립 해제를 억제하는, 수술 도구. - 제16항에 있어서,
상기 수술 도구는 핸드헬드 수술 도구인, 수술 도구. - 수술 도구로서,
제1 본체, 제2 본체, 제3 본체, 및 제4 본체;
상기 제1 본체와 상기 제2 본체 사이에 확립 가능한 제1 탈착식 구조적 인터페이스;
상기 제1 탈착식 구조적 인터페이스가 확립되면, 상기 제1 본체 및 상기 제2 본체에 의해서 구성되는 제1 조립체;
상기 제3 본체와 상기 제4 본체 사이에 확립 가능한 제2 탈착식 구조적 인터페이스; 및
상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스가 확립되면, 상기 제3 본체 및 상기 제4 본체에 의해서 구성되는 제2 조립체를 포함하되,
상기 제1 탈착식 구조적 인터페이스 및 상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스는 독립적인 기계적 에너지 전달 경로들을 제공하고,
상기 제1 조립체의 상기 제1 본체 또는 상기 제2 본체는 조인트를 통해 상기 제2 조립체의 상기 제3 본체 또는 상기 제4 본체에 직접적으로 결합되며, 상기 조인트는 적어도 1의 자유도를 갖는, 수술 도구. - 제26항에 있어서,
상기 독립적인 기계적 에너지 전달 경로들은
상기 제1 탈착식 구조적 인터페이스에 의해 촉진되는 제1 기계적 에너지 전달 경로; 및
상기 제2 탈착식 구조적 인터페이스에 의해 촉진되는 제2 기계적 에너지 전달 경로를 포함하고,
상기 제1 기계적 에너지 전달 경로, 상기 제2 기계적 에너지 전달 경로, 또는 상기 제1 및 제2 기계적 에너지 전달 경로들 모두는 일단 확립되면, 엔드-이펙터 작동, 관절운동, 또는 롤 중 적어도 하나를 달성하는, 수술 도구. - 제26항에 있어서,
상기 제1 본체는 프레임 조립체의 적어도 일 부분이고, 상기 제2 본체는 샤프트 박스 조립체의 적어도 일 부분이고, 상기 제3 본체는 핸들 조립체의 적어도 일 부분이고, 상기 제4 본체는 도관 박스 조립체의 적어도 일 부분인, 수술 도구. - 제26항에 있어서,
상기 수술 도구는 핸드헬드 수술 도구인, 수술 도구.
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