KR20230108678A - 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트 - Google Patents

Abstract

그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트가 개시된다. 본 발명의 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트는, 샤프트; 상기 샤프트의 일단에 연결되며, 그리핑 동작이 가능한 한 쌍의 그리퍼와, 상기 한 쌍의 그리퍼와 연결되어 상기 그리퍼의 동작을 변환하는 그리핑동작 변환부를 갖는 엔드 이펙터; 상기 샤프트와 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되며, 복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부; 상기 그리핑동작 변환부와 핸들에 마련된 트리거 사이를 연결하도록 마련되며, 사용자에 의한 상기 트리거의 동작에 따라 이동하면서 상기 그리핑동작 변환부를 구동하여 상기 그리퍼를 동작변환하는 그리퍼 동작와이어; 및 상기 핸들 측에 마련되거나, 상기 엔드 이펙터와 상기 핸들 측에 모두 마련되어 상기 그리퍼가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충할 수 있는 완충탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 그리퍼가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충할 수 있도록 완충탄성부재를 핸들 측에 마련하거나, 엔드 이펙터와 핸들 측에 모두 마련함으로써, 특히 트리거를 급속도로 후방으로 잡아당기는 동작 수행시 그립에 관계된 구성들이 파손되고 뼈 조직의 표면 손상이 발생하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

Description

그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트{surgical instrument that can cushion the grip force}

본 발명은 인체조직을 그립(grip)할 때 그립과 관련된 구성이 파손되는 것을 방지할 뿐만 아니라 인체조직 손상이 발생하는 것을 방지하도록 그립력을 완충할 수 있는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다. 따라서 최근에는 피부에 소정의 구멍을 형성하여 의료 기기, 예를 들면, 복강경, 수술용 인스트루먼트, 미세수술용 현미경 등만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술용 인스트루먼트는 피부에 천공된 구멍을 통과하는 샤프트의 일단에 구비된 엔드 이펙터를 소정의 구동부를 사용하여 의사가 직접 손으로 조작하거나 로봇 암을 사용하여 조작함으로써 수술 부위를 수술하기 위한 도구이다. 수술용 인스트루먼트에 구비된 엔드 이펙터의 소정의 구조를 통한 회전 동작, 집게 동작(gripping), 절단 동작(cutting) 등을 수행한다.

기존 수술용 인스트루먼트는 엔드 이펙터 부분이 굴곡되지 않아 수술 부위로의 접근 및 여러 수술 동작의 수행에 있어서 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 이를 보완하기 위해 엔드 이펙터 부분이 샤프트에 대해 굴곡될 수 있는 수술용 인스트루먼트들이 개발되어 적용되고 있다.

구체적으로, 샤프트와 엔드 이펙터 사이에 굴곡될 수 있는 굴곡 관절을 마련하고 있는데, 이러한 굴곡 관절은 굴곡 관절 전체의 내구성 증대를 위해 샤프트 단부에 bending section - rigid straight section - bending section이 연속적으로 연결된 형태를 갖거나, 샤프트 단부에 rigid straight section - bending section이 연속적으로 연결된 형태를 갖고 있다.

여기서, bending section은 자유롭게 굴곡되는 구간이고, rigid straight section은 굴곡되지 않는 직선 구간을 의미하는데, 종래의 수술용 인스트루먼트는 이러한 rigid straight section을 적어도 부분적으로 갖고 있었다.

이러한 rigid straight section은 bending section과 구성 부품에 있어 형상 및 결합구조가 전혀 상이하게 이루어지는바, 종래에는 굴곡 관절을 형성하기 위해 bending section 구성 부품, rigid straight section 구성 부품을 별도로 설계하여 적용하고 있었다.

이에 따라, 구성 부품 개수의 증가에 따른 제조 비용 증가가 발생할 뿐만 아니라, 제조작업 현장에서 구성 부품을 관리함에 있어서도 다수의 구성 부품을 별도로 관리해야 하는바 부품 관리 효율이 저감될 수 밖에 없는 단점이 있다.

또한, 종래의 수술용 인스트루먼트는 사용자가 손목을 회전시켜 인스트루먼트의 관절 및 엔드 이펙터를 굴곡시키는 동작을 수행하는 구조로 이루어짐에 따라, 장시간 수술이 진행될시 사용자는 손목에 많은 피로감을 느낄수 밖에 없는 단점이 있다.

일반적으로, 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터는 샤프트의 단부에 연결되는 하우징과 하우징 내측에 마련되어 하우징에 대해 힌지 회전하면서 그리핑 동작을 수행하는 한 쌍의 그리퍼를 포함하고 있다.

종래 엔드 이펙터를 구성하는 하우징의 경우, 샤프트와 연결되는 일측 단부 영역이 외부에 개방된 구조로 이루어지지 않음으로써, 한 쌍의 그리퍼가 힌지회전 가능하도록 하우징에 복잡한 경로를 가공할 수 밖에 없었으며, 하우징 사이즈가 소형으로 적용될 수 밖에 없는 수술용 인스트루먼트의 특성상 하우징에 복잡한 경로를 가공하는 작업이 어려울 뿐만 아니라 생산성을 크게 떨어질 수 밖에 없다.

또한, 종래에는 그리퍼가 뼈 등과 같이 단단한 조직을 그립하는 순간, 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있는 구조가 마련되어 있지 않으므로, 이와 같이 단단한 조직을 어느정도 그립한 상태에서 사용자가 트리거(그립 동작을 구현하기 위해 핸들 몸체에 마련되는 방아쇠)를 더욱 잡아당기거나 뼈를 그립하고자 트리거를 급속도로 후방으로 잡아당기는 동작을 수행할때, 그리퍼를 포함하여 그립 동작에 관련된 구성이 파손되거나 뼈 조직에 손상이 발생하는 문제가 발생하였다.

대한민국 등록특허공보 10-1693677호(2017. 1. 10 공고)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인체 조직을 그립할 때, 특히 뼈 등과 같이 단단한 조직을 급속도로 그립하기 위한 그립 동작을 취할 때 이러한 그립동작을 구현하기 위해 마련된 구성들이 파손되는 것을 방지하고 조직 손상이 이루어지는 것을 방지하도록 그립력을 완충할 수 있는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 엔드 이펙터를 조립하여 구성함에 있어 관련 부품들 간에 좀 더 용이하게 결합이 이루어지도록 결합 구조를 제공함으로써, 특히 하우징에 복잡한 조립 경로를 형성하지 않아도 됨으로써 부품 가공성 및 부품 조립성을 증대시켜 결국 제품 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 샤프트; 상기 샤프트의 일단에 연결되며, 그리핑 동작이 가능한 한 쌍의 그리퍼와, 상기 한 쌍의 그리퍼와 연결되어 상기 그리퍼의 동작을 변환하는 그리핑동작 변환부를 갖는 엔드 이펙터; 상기 샤프트와 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되며, 복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부; 상기 그리핑동작 변환부와 핸들에 마련된 트리거 사이를 연결하도록 마련되며, 사용자에 의한 상기 트리거의 동작에 따라 이동하면서 상기 그리핑동작 변환부를 구동하여 상기 그리퍼를 동작변환하는 그리퍼 동작와이어; 및 상기 핸들 측에 마련되거나, 상기 엔드 이펙터와 상기 핸들 측에 모두 마련되어 상기 그리퍼가 대상물을 그립할 시 그립력을 완충할 수 있는 완충탄성부재를 포함하는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트가 제공된다.

상기 그리퍼 동작와이어는 그 일단이 상기 트리거에 연결되고 상기 샤프트와 상기 관절부를 관통한 후 상기 트리거 동작에 연동하여 상기 그리핑동작 변환부를 구동 가능하도록 상기 그리핑동작 변환부에 연결된 후, 그 타단이 상기 핸들 측으로 연장되며, 상기 완충탄성부재는, 그 일단이 상기 핸들에 지지되고 그 타단에 상기 그리퍼 동작와이어의 타단이 연결되는 인장스프링일 수 있다.

상기 완충탄성부재는, 상기 트리거의 동작시 일정이상 인장되면서 상기 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 트리거 미동작시 상기 인장된 상태가 초기상태로 압축 복원되면서 상기 그리퍼가 대상물을 그립하기 위한 대기상태가 되도록 상태 복원할 수 있다.

상기 엔드 이펙터는, 상기 한 쌍의 그리퍼가 회전 가능하게 결합되며, 상기 그리핑동작 변환부가 내측에 마련되는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징에는, 상기 그리퍼 동작와이어의 구동에 따라 상기 그리핑동작 변환부가 상기 제2 하우징의 길이방향을 따라 슬라이드 왕복이동하도록 상기 그리핑동작 변환부의 슬라이드 이동을 지지하는 한 쌍의 슬라이드홈이 마련되며, 상기 그리핑동작 변환부는, 상기 그리퍼 동작와이어의 일부분이 고정되어 상기 그리퍼 동작와이어의 움직임에 대응하여 상기 슬라이드홈에 지지된 상태로 상기 슬라이드홈을 따라 왕복 이동 가능한 그리핑동작 변환바디; 및 상기 그리핑동작 변환바디와 상기 한 쌍의 그리퍼 사이를 연결하며, 상기 그리핑동작 변환바디의 이동에 따라 링크운동하는 한 쌍의 링크를 포함할 수 있다.

상기 그리퍼 동작와이어는 그 일단이 상기 트리거에 연결되고 상기 샤프트와 상기 관절부를 관통한 후 상기 트리거 동작에 연동하여 상기 그리핑동작 변환부를 구동 가능하도록 그 타단은 상기 그리핑동작 변환부에 연결되며, 상기 완충탄성부재는, 그 일단이 상기 트리거에 지지되고 그 타단에 상기 그리퍼 동작와이어의 일단이 연결되는 인장스프링; 및 상기 그리핑동작 변화부를 탄성적으로 지지 가능하도록 상기 엔드 이펙터에 마련되는 압축스프링을 포함할 수 있다.

상기 압축스프링은, 상기 트리거의 동작시 점차적으로 압축되면서 상기 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 트리거 미동작시 상기 압축된 상태가 초기상태로 팽창하면서 상기 그리퍼가 대상물을 그립하기 위한 대기상태가 되도록 상태 복원하며, 상기 인장스프링은, 상기 한 쌍의 그리퍼가 대상물 그립시 상호간에 더 이상 접근이동이 불가하여 상기 그리핑동작 변환부의 구동이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 트리거의 동작이 더욱 진행될시 일정이상 인장되면서 상기 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있다.

상기 엔드 이펙터는, 상기 한 쌍의 그리퍼가 회전 가능하게 결합되며, 상기 그리핑동작 변환부가 내측에 마련되고, 내측에 관통공이 마련되는 하우징을 더 포함하고, 상기 그리핑동작 변환부는, 상기 그리퍼 동작와이어의 타단이 연결되고, 상기 하우징의 관통공 내측에 배치되되 상기 트리거 동작에 따른 상기 그리퍼 동작와이어의 움직임에 대응하여 상기 관통공의 길이방향을 따라 슬라이드 왕복이동 가능한 그리핑동작 변환바디; 및 상기 그리핑동작 변환바디와 상기 한 쌍의 그리퍼 사이를 연결하며, 상기 그리핑동작 변환바디의 이동에 따라 링크운동하는 한 쌍의 링크를 포함할 수 있다.

상기 하우징의 상기 관통공 내면에는 단턱이 마련되고, 상기 압축스프링은 상기 단턱에 일측이 지지되고 그 타측은 상기 그리핑동작 변환바디에 접촉되어 상기 그리핑동작 변환바디를 탄성적으로 지지하도록 마련될 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트에 의하면, 그리퍼가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충할 수 있도록 완충탄성부재를 핸들 측에 마련하거나, 엔드 이펙터와 핸들 측에 모두 마련함으로써, 특히 트리거를 급속도로 후방으로 잡아당기는 동작 수행시 그립에 관계된 구성들이 파손되고 뼈 조직의 표면 손상이 발생하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 그리핑동작 변환부가 제2 하우징의 외측에서 슬라이드 이동을 통해 제2 하우징의 내측으로 이동 가능하도록 함으로써 엔드 이펙터를 한층 용이하게 조립할 수 있는 구조를 제공함으로써, 조립시 조립 불량이 발생하는 것을 최소화할 뿐만 아니라 조립 용이성과 부품 가공효율성 증대를 제공하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 제1 하우징과 제2 하우징에 종래와 같이 복잡한 부품 조립경로를 형성하지 않음으로써 부품 가공효율성 및 부품 조립성을 크게 증대시킬 수 있다.

또한, 엔드 이펙터의 상하, 좌우방향 굴절을 사용자가 하나의 손가락만을 이용하여 할 수 있는 구조를 채용함으로써, 사용자가 인스트루먼트를 수동으로 동작하면서 시술하는 과정에서 손목의 과도한 사용을 억제하여 손목 피로 발생을 저감할 수 있다.

또한, 와이어 교차구간이 마련됨에 따라, 사용자는 조작 스위치의 가압위치에 대응하도록 엔드 이펙터의 굴곡방향을 직관적으로 제어할 수 있는바, 보다 용이하면서 효율적인 시술이 가능하다.

또한, 조작 스위치에 보조 조작 스위치가 마련됨에 따라, 사용자는 엄지손가락만을 이용하여 관절부에 직선부 및 굴곡부를 모두 형성시키거나, 굴곡부만을 형성시키는 동작 제어를 월등히 편한 자세로 실시할 수 있다.

또한, 직선부와 굴곡부를 형성하는 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편을 서로 동일한 형태로 적용함으로써, 부품 단일화에 따른 제조 비용 절감 및 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편이 좌우 대칭 구조로 이루어짐에 따라, 서로를 연결하여 관절부를 구성함에 있어 부품의 결합 방향성을 크게 고려하지 않아도 되는바 작업자가 한층 용이하면서 신속하게 결합작업을 수행할 수 있다.

또한, 복수의 직선유도 관절편을 서로 연결하는 복수의 직선유도 와이어와, 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편을 서로 연결하는 복수의 굴곡유도 와이어를 별도로 마련함으로써, 필요시 와이어 견인력 부여를 통해 직선부를 형성할 수 있고 경우에 따라서는 와이어 견인력 제공을 해제하여 직선부를 굴곡부로 형태 변환을 자유롭게 변경할 수 있다.

또한, 구형 형상의 제3 세그먼트부와, 이에 대응하는 형상의 제1 세그먼트부의 삽입홈 간의 결합을 통해 복수의 관절편이 서로 인접하게 연결됨에 따라 복수의 관절편의 움직임이 한층 자연스럽게 이루어지도록 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 도 3의 후방 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 그리핑동작 변환바디를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 그리퍼의 동작 상태 변화를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트에서 그리퍼의 동작 상태변화에 따른 완충탄성부재의 그립력 완충을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터, 관절부, 샤프트를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절부를 나타내는 측면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절부의 하나의 관절편을 나타내는 단면도,
도 11은 도 10의 사시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절부의 하나의 관절편의 다양한 형상을 나타내는 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절부의 관절편들이 서로 연결된 상태를 나타내는 단면도,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 관절부에서 직선부를 구성하는 최하단 관절편을 나타내는 저면도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 16은 도 15의 부분 확대도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 동작 상태를 나타내는 도면,
도 18은 조작 스위치의 동작 위치와 엔드 이펙터의 굴절 방향이 반대로 적용되는 경우를 나타내는 도면,
도 19와 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트에서 보조 조작 스위치 동작에 의해 관절부가 형태 변화가 이루어지는 것을 나타내는 도면,
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트에서 보조 조작 스위치의 변형예를 나타내는 도면,
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터를 나타내는 사시도,
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터를 나타내는 분해 사시도,
도 24는 도 23의 후방 사시도,
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터를 나타내는 단면도,
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 엔드 이펙터의 동작상태를 나타내는 단면도,
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트의 동작 상태를 나타낸 것으로서, 도 27(a)는 트리거에 외력이 작용하지 않은 그리핑 대기상태를 나타내는 도면이고, 도 27(b)는 트리거 후방이동에 의해 그리퍼가 뼈와 같은 단단한 조직을 그리핑하고 있는 상태를 나타내는 도면이고, 도 27(c)는 도 27(b) 상태에서 트리거가 더욱 후방으로 이동한 상태시의 완충탄성부재의 상태 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트(이하, '수술용 인스트루먼트')는 그리퍼가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충하도록 충격 흡수를 위한 버퍼(buffer) 구조가 마련됨으로써, 조직 손상, 제품(수술용 인스트루먼트)의 손상을 최대한 방지할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 그리퍼가 뼈와 같이 단단한 조직을 그립할 시 발생하는 충격을 완충하여 특히 그리퍼의 파손과 조직 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 엔드 이펙터를 한층 용이하게 조립할 수 있는 구조를 제공함으로써, 조립시 조립 불량이 발생하는 것을 최소화할 뿐만 아니라 조립 용이성과 부품 가공효율성 증대를 제공하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 엔드 이펙터의 상하, 좌우방향 굴절을 시술자(사용자)가 하나의 손가락만을 이용하여 할 수 있는 구조를 채용함으로써, 시술자가 인스트루먼트를 수동으로 동작하면서 시술하는 과정에서 손목의 과도한 사용을 억제하여 손목 피로 발생을 저감할 수 있다.

또한, 시술자가 하나의 손가락만을 이용하여 엔드 이펙터의 상하, 좌우 방향 굴절을 수행할 때, 조작 스위치의 이동방향과 엔드 이펙터의 굴절방향이 동일한 방향으로 적용되게 함으로써 시술자가 엔드 이펙터의 굴절방향을 직관적으로 조절하여 시술 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절부는 동일한 부품이 연속적으로 이루어진 형태로 이루어지면서 일정 구간을 굴곡시킬 수 있고 필요시 선택적으로 다른 일정 구간을 직선 형태의 구간으로 유지할 수 있도록 이루어진다. 즉, 직선 형태의 구간 유지를 통해 별도의 구성품이 적용되지 않고 동일한 부품으로 직선 형태의 구간을 유지할 수 있으므로 부품 단일화를 통한 제조 원가 감소와 더불어 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1, 도 2, 도 7 및 도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(1)는 샤프트(10), 엔드 이펙터(20), 관절부(100), 복수의 와이어(150) 및 핸들(300)을 포함한다.

샤프트(10)는 일정 이상의 길이를 갖는 파이프 구조로 이루어지고, 엔드 이펙터(20)는 샤프트(10)의 일단에 연결되어 서로간에 접근 또는 이격되는 그리핑 동작을 통해 대상물을 파지할 수 있는 한 쌍의 그리퍼(21)를 포함한다.

도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 엔드 이펙터(20)는 한 쌍의 그리퍼(21) 외에 제1 하우징(30), 제2 하우징(40) 및 그리핑동작 변환부(50)를 더 포함한다. 그리퍼(21), 제1 하우징(30), 제2 하우징(40), 그리핑동작 변환부(50)는 각각 내부식성을 갖는 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등의 생체 적합성 금속재질 및/또는 플라스틱 재질 등으로 이루어질 수 있다.

여기서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 그리퍼(21)에는 각각 결합돌기(22)가 마련된다.

제1 하우징(30)은 복수의 관절편(101) 중 샤프트(10)로부터 가장 이격되게 배치된 관절편(101)이 결합된다.

구체적으로, 제1 하우징(30)은 일측으로부터 타측으로 길이방향을 따라 제1 하우징 관통홀(31)이 형성된 구조로 이루어지고, 일측에는 후술하는 관절편(101)의 제3 세그먼트부(116)가 삽입되고 타측은 제2 하우징(40)에 연결된다. 상기 관절편(101)의 제3 세그먼트부(116)는 일정이상 자유롭게 움직임(관절부의 벤딩)이 가능한 상태로 제1 하우징(30)의 일측 관통구 측에 삽입된다.

또한, 제1 하우징(30)에는 후술하는 제1 내지 제4 굴곡유도 와이어(154a,154b,154c,154d)가 관통하도록 복수의 제1 하우징 와이어 관통홀(33)이 마련되고, 제1 하우징 와이어 관통홀(33) 주변에 제1 내지 제4 굴곡유도 와이어(154a,154b,154c,154d)에 견인력을 제공할 수 있도록 걸림편(156)이 걸림된다.

본 발명의 실시예에서, 제1 하우징(30)의 제1 하우징 관통홀(31)에는 사용자 동작에 의해 그리핑동작 변환부(50)의 이동을 제공하도록, 그리핑동작 변환부(50)와 핸들(300)에 마련된 트리거(301) 사이를 연결하는 그리퍼 동작와이어(32)가 관통 삽입될 수 있다.

즉, 그리퍼 동작와이어(32)는 사용자에 의한 트리거(301) 동작에 따라 이동하면서 그리핑동작 변환부(50)를 구동하여 그리퍼(21)의 동작을 변환시킨다.

본 발명에서 그리퍼 동작와이어(32)는 길이방향으로 인장력이 작용할 시 인장되지 않는 금속 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 그리퍼 동작와이어(32)는, 그 일단이 트리거(301)에 연결되고 샤프트(10)와 관절부(100)를 관통한 후 트리거(301) 동작에 연동하여 그리핑동작 변환부(50)를 구동 가능하도록 그리핑동작 변환부(50)에 연결된 후, 그 타단이 핸들(300) 측으로 연장된다.

부연하자면, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 사용자가 트리거(301)를 당겨 그리퍼 동작와이어(32)를 후방으로 인출 동작하면 그리핑동작 변환부(50)의 후방 이동에 의해 한 쌍의 그리퍼(21)가 서로 접근하는 방향으로 이동한다. 반대로, 사용자가 트리거(301)를 당기는 동작을 해제하면 그리핑동작 변환부(50)는 전방의 초기 위치로 위치복원 이동하여 한 쌍의 그리퍼(21)는 서로 이격되는 방향으로 이동한다. 이를 위해, 핸들(300) 측에는 그리퍼 동작와이어(32)에 연결되어 트리거(301)에 외력이 작용하지 않은 상태에서는 그리핑동작 변환부(50)가 초기 위치로 자동 복원하도록, 즉 한 쌍의 그리퍼가 벌어진 normal 상태가 되도록 복원력을 제공하는 별도의 완충탄성부재(305), 구체적으로 인장 스프링(하기의 완충탄성부재)이 마련된다. 이외에도, 그리핑동작 변환부(50)가 초기 위치로 자동 복원하여 그리핑을 위한 대기상태를 갖도록 하는 다양한 복원구조가 적용될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 핸들(300) 측에 마련되어 그리퍼(21)가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충할 수 있는 완충탄성부재(305)를 더 포함한다.

여기서, 완충탄성부재(305)는 그 일단이 핸들(300)의 몸체에 지지되고 그 타단에 그리퍼 동작와이어(32)의 타단이 연결되는 것으로서, 인장 스프링으로 적용 가능하다.

본 발명의 실시예에서, 완충탄성부재(305), 즉 인장 스프링은 다음의 2가지 기능을 수행할 수 있다.

첫째, 트리거(301)의 동작시, 예를 들어 사용자가 트리거(301)를 급속도로 후방으로 잡아당겨 그리퍼(21)가 대상물을 그립하도록 할 시, 완충탄성부재(305)는 순간적으로 일정이상 인장되면서 그리퍼(21)의 그립력을 완충할 수 있다.

부연하자면, 완충탄성부재(305)는 그리퍼(21)가 뼈와 같이 단단한 조직을 그립할 때 그리퍼에 작용하는 그립력을 일정이상 감쇠시켜 그립력을 완충하도록 충격 흡수를 위한 버퍼(buffer)로서 기능함에 따라, 그리퍼의 파손과 조직 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.

좀 더 부연하자면, 그리퍼(21)가 단단한 조직을 그립하여 한 쌍의 그리퍼(21) 간에 상호 접근되는 방향으로 이동이 불가한 순간에, 그리핑동작 변환부(50), 구체적으로 그리핑동작 변환바디(51)의 후방 이동이 불가하게 된다. 이와 같은 동작이 사용자가 트리거(301)를 급속도로 후방으로 잡아당기는 동작을 통해 이루어질때, 그리핑동작 변환부(50)의 후방 이동이 불가하게 되는 순간에 완충탄성부재(305), 즉 인장스프링이 순간적으로 일정이상 인장되면서 그립력을 완충할 수 있다.

둘째, 완충탄성부재(305)는 트리거(301) 미동작시, 즉 사용자가 트리거(301)를 후방으로 잡아당기는 동작을 수행하지 않을 때, 초기 상태로 압축 복원되면서 그리퍼(21)가 대상물을 그립하기 위한 대기상태가 되도록 상태 복원시킨다. 구체적으로, 완충탄성부재(305), 즉 인장 스프링이 초기상태로 압축되면서 그리핑동작 변환바디(51)의 전방 이동이 이루어지며, 후술하는 바와 같이 링크 운동을 통해 한 쌍의 그리퍼(21)는 서로 이격되게 벌어진 상태가 된다.

다음, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 하우징(40)은 그 일측이 제1 하우징(30)의 단부에 결합되고 그 타측에는 힌지핀(23)을 통해 한 쌍의 그리퍼(21)가 회전 가능하게 결합된다.

본 발명의 실시예에서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 하우징(40)은 그리핑동작 변환부(50)가 제2 하우징(40)의 길이방향에 대응하는 방향으로 슬라이드 이동을 통해 제2 하우징(40)의 내측으로 이동 가능하도록, 제1 하우징(30)과 연결되는 일측 단부가 외부에 대해 개방된 구조를 갖는다.

덧붙이자면, 제2 하우징(40)에는, 그리핑동작 변환부(50)가 제2 하우징(40) 내측에 결합된 상태로 제2 하우징(40)의 길이방향을 따라 슬라이드 왕복이동하도록 그리핑동작 변환부(50)의 슬라이드 이동을 지지하는 한 쌍의 슬라이드홈(41)이 마련되며, 한 쌍의 슬라이드홈(41)의 길이방향 일측은 외부에 개방되게 이루어지고 길이방향 타측은 내벽에 의해 폐쇄된 구조를 갖는다.

본 발명의 실시예에서, 제2 하우징(40)은 제1 하우징(30)과 상호 결합되기 전에 그리핑동작 변환부(50)가 제2 하우징(40)의 외측(후방)에서 슬라이드 이동을 통해 제2 하우징(40)의 내측으로 배치 가능한 구조로 이루어진다.

즉, 본 발명은 그리핑동작 변환부(50)가 전술한 바와 같이 슬라이드홈(41)의 개방된 일측을 통해 제2 하우징(40)의 후방에서 전방으로 슬라이드 이동하여 제2 하우징(40)에 결합되는 결합 구조를 제공함으로써, 제2 하우징(40)에 대해 그리핑동작 변환부(50)를 한층 용이하게 조립할 수 있는바 조립시 조립 불량이 발생하는 것을 최소화할 뿐만 아니라 조립 용이성을 제공하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

덧붙이자면, 제2 하우징(40)에 그리핑동작 변환부(50)를 결합하기 위한 복잡한 조립경로를 형성하지 않아도 됨에 따라, 제2 하우징(40)의 부품 가공 효율성을 증대시킬 수 있고 전술한 바와 같이 상호 결합되는 부분간의 조립성을 크게 개선할 수 있다.

한편, 제2 하우징(40)에 대해 그리핑동작 변환부(50)의 슬라이드 삽입이 이루어진 후, 그리핑동작 변환부(50)의 이탈을 방지하도록 제2 하우징(40)과 제1 하우징(30)의 결합이 이루어지는데, 본 발명에서 제1 하우징(30)과 제2 하우징(40)은 일 예로 용접 또는 본딩을 통해 일체화될 수 있다. 이와 달리 제1 하우징과 제2 하우징은 상호간에 강제 압입을 통해 일체화될 수도 있다. 이에 관련된 추가 부연설명은 후술한다.

도 3 및 도 4를 참조하여 제2 하우징(40)에 대해 부연 설명하면, 제2 하우징(40)은 서로 이격되게 배치되며 각각 길이방향 일측이 외부에 개방되게 슬라이드홈(41)이 마련되는 한 쌍의 제2 하우징 바(42), 슬라이드홈(41)의 길이방향을 기준으로 한 쌍의 제2 하우징 바(42)의 일측 사이를 연결하는 제1 연결바(44), 슬라이드홈(41)의 길이방향을 기준으로 한 쌍의 제2 하우징 바(42)의 타측 사이를 연결하는 제2 연결바(45)를 포함한다.

또한, 한 쌍의 제2 하우징 바(42)에는 한 쌍의 그리퍼(21)의 힌지 회전 결합을 위해 힌지핀(23)이 삽입되도록 힌지핀 삽입홀(43)이 마련되고, 한 쌍의 그리퍼(21)에도 마찬가지로 힌지핀(23)이 삽입되도록 그리퍼 힌지핀 삽입홀(24)이 마련된다.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 하우징(30)에는, 슬라이드홈(41)의 길이방향 일측의 외부에 대한 개방상태를 해제하도록 슬라이드홈(41)의 길이방향 일측 개방구에 삽입되는 삽입돌기(34)가 마련된다. 한편, 관련 도면에는 삽입돌기(34)의 폭이 슬라이드홈(41)의 길이방향 좌우 폭보다 일정이상 크게 형성되는바, 슬라이드홈(41)의 일측 개방구에 단차진 형태의 단차부 구조가 마련되어 있지만 삽입돌기(34)의 사이즈 변동을 통해 이러한 단차부는 생략될 수도 있다.

다음, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 그리핑동작 변환부(50)는 제2 하우징(40)의 내측에 마련되며, 한 쌍의 그리퍼(21)와 연결되어 그리퍼 동작와이어(32) 구동을 통해 제2 하우징(40)의 길이방향 전후방을 따라 왕복 이동하면서 그리퍼의 동작을 변환할 수 있다.

구체적으로, 그리핑동작 변환부(50)는 그리핑동작 변환바디(51)와 한 쌍의 링크(55)를 포함한다.

그리핑동작 변환바디(51)는 사용자 동작(트리거 당김 동작 등)에 의해 그리퍼(21)의 그리핑 동작을 변환하도록 그리퍼 동작와이어(32)가 연결되며, 슬라이드홈(41)에 지지된 상태로 슬라이드홈(41)을 따라 왕복 이동 가능하게 이루어진다.

좀 더 구체적으로, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 그리핑동작 변환바디(51)는 그리퍼 동작와이어(32)가 연결되는 변환바디 본체(52)와, 변환바디 본체(52)의 양측면으로부터 각각 돌출되며 한 쌍의 슬라이드홈(41) 내측에 삽입되어 슬라이드홈(41)을 따라 이동가능한 한 쌍의 가이드봉(54)을 포함한다. 도 3, 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 그리퍼 동작와이어(32)의 당김 또는 풀림 동작에 의해 가이드봉(54)은 슬라이드홈(41)의 내벽을 따라 구름접촉하면서 이동하며, 가이드봉(54)과 일체로 이루어지는 변환바디 본체(52) 또한 제2 하우징(40)에 대해 전후방향으로 동시 이동이 이루어진다.

본 발명의 실시예에서, 도 6에 도시한 바와 같이, 그리퍼 동작와이어(32)는 한 쌍의 그리퍼(21) 사이에 개재되는 후술하는 풀리(25)의 외면을 부분적으로 감싸면서 일부 영역은 변환바디 본체(52)에 스크루 등을 통해 고정될 수 있고, 다른 영역은 변환바디 본체(52)의 외면에 접촉하는 상태로 트리거(301) 측으로 연장될 수 있다. 관련 도면에는 변환바디 본체(52)를 관통하도록 마련된 그리퍼 동작와이어(32)의 일부 영역을 스크루를 삽입하여 고정하기 위한 스크루 삽입고정홀(53)이 도시되어 있다. 덧붙이자면, 상기 스크루에 의해 가압된 그리퍼 동작와이어(32)의 일부 영역은 트리거(301)의 당김 또는 풀림 동작시 변환바디 본체(52)에 대해 상대 이동하지 않고 변환바디 본체(52)에 고정된 상태로 변환바디 본체(52)와 동일하게 전후방향으로 이동하게 된다. 여기서, 풀리(25)는 한 쌍의 그리퍼(21) 사이에 회전 가능하게 마련되고, 그리퍼 동작와이어(32)의 당김 또는 풀림 동작에 의해 회전이 이루어진다.

다음, 한 쌍의 링크(55)는 그리핑동작 변환바디(51)와 한 쌍의 그리퍼(21) 사이를 각각 연결하며, 그리핑동작 변환바디(51)의 이동에 따라 링크운동하면서 한 쌍의 그리퍼(21)가 서로 이격되거나 접근하도록 동작을 변환시킨다.

부연하자면, 그리퍼 동작와이어(32)의 당김 또는 풀림에 의해 그리핑동작 변환바디(51)는 슬라이드홈(41)과 가이드봉(54) 구조에 의해 제2 하우징(40)의 전후방향을 따라 왕복 이동하며, 이러한 왕복이동시 한 쌍의 링크(55)의 링크 운동이 발생하면서 한 쌍의 그리퍼(21)의 동작 변환이 이루어진다.

한 쌍의 링크(55)는 일정이상의 길이를 갖는 바 형상으로 이루어지고, 양단 영역에는 가이드봉(54)과 더불어 한 쌍의 그리퍼(21)에 형성된 결합돌기(22)가 각각 관통 삽입되도록 한 쌍의 삽입홀(56)이 형성된다.

즉, 그리핑동작 변환바디(51)와 링크(55), 링크(55)와 그리퍼(21)는 각각 돌기와 홀 구조를 통해 서로간에 연결되고, 링크(55)는 그리핑동작 변환바디(51)와 그리퍼(21) 사이를 연결하는 배치(연결) 각도가 가변하는 링크 운동이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 하우징(30)에는 슬라이드홈(41)의 길이방향 일측의 외부에 대한 개방상태를 해제하도록, 즉 그리핑동작 변환바디(51)가 슬라이드홈의 개방된 일측 개방구를 통해 외부로 이탈하는 것을 방지하도록, 슬라이드홈(41)의 개방구에 삽입되는 삽입돌기(34)가 마련된다.

일 예로, 제1 하우징(30)과 제2 하우징(40)이 내부식성을 갖는 금속 재질로 이루어지는 경우, 삽입돌기(34)가 상기 개방구에 삽입된 상태에서 제1 하우징(30)과 제2 하우징(40)은 용접 또는 본딩을 통해 일체화될 수 있다.

다른 예로, 제1 하우징(30)과 제2 하우징(40)이 모두 플라스틱 재질로 이루어지거나, 제1 하우징과 제2 하우징 중 어느 하나는 금속 재질로 이루어지고 다른 하나는 플라스틱 재질로 이루어지는 경우, 삽입돌기(34)는 상기 개방구에 강제 압입되어 제1 하우징(30)과 제2 하우징(40)의 일체 결합이 이루어질 수 있다.

다음, 관절부(100)는 샤프트(10)와 엔드 이펙터(20) 사이에 마련되며, 복수의 관절편(101)이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지고, 후술하는 조이스틱타입 조작부(310)를 통한 와이어(150)의 견인 동작에 의해 전술한 바와 같이 일정구간을 다양한 각도로 절곡시킬 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 선택적으로 또 다른 일정 구간을 직선형태의 구간으로 유지시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 관절부(100)는 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등과 같이 생체 적합성 소재로 이루어진다.

다음, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 와이어(150)는 복수의 관절편(101)을 서로 연결하며, 관절부(100)를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경할 수 있다. 이와 같은 관절부의 가변적인 형상 변경에 대해서는 아래에서 구체적으로 설명한다.

다음, 도 1, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 핸들(300)은 샤프트(10)의 타단에 마련되며, 사용자가 하나의 손가락만을 사용해서, 덧붙이자면 엄지손가락만을 사용해서 관절부(100)의 굴곡 상태를 조절하도록 복수의 와이어(150)를 조작하기 위한 조이스틱타입 조작부(310)를 갖는다.

한편, 핸들(300) 조작을 통해 엔드 이펙터(20)의 한 쌍의 그리퍼의 파지동작이 이루어지게 하는 구조는 당업자에게 자명한 바 이하 구체적인 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 세부 구성에 대해 좀 더 자세히 설명하기로 하는데, 관절부(100)와 복수의 와이어(150)와의 상관 관계에 대해 먼저 설명하기로 하고, 와이어(150) 조작과 관련되는 핸들(300)의 세부 구조에 대한 설명은 후술하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 와이어(150)는 다수로 이루어지고 후술하는 조이스틱타입 조작부(310)를 통해 다수의 와이어 중 일부만 견인하여 관절부(100)의 일정 구간을 굴곡시킬 수 있고, 나머지 와이어를 동일한 힘으로 견인하여 관절부(100)의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지시킬 수 있다. 또한, 관절부(100)의 다른 일정 구간을 직선 형태로 유지하기 위한 와이어의 견인력을 해제함으로써, 직선 구간없이 관절부(100)의 전체 구간을 굴곡시킬 수도 있다.

여기서, 관절부의 일정 구간을 굴곡시키기 위한 와이어 견인력은 후술하는 조작 스위치(311)를 통해 이루어질 수 있고, 관절부의 다른 일정구간을 직선 형태로 유지하기 위한 와이어 견인력은 후술하는 보조 조작 스위치(340)를 통해 이루어질 수 있다. 한편, 와이어(150)는 스테인레스 스틸, 티타늄 합금 등과 같이 생체 적합성 소재로 이루어진다.

즉, 본 발명의 실시예에서, 와이어(150)는 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경하도록, 구체적으로 전술한 바와 같이 1) 관절부의 일정구간을 굴곡시키고 다른 일정 구간을 직선형태의 구간으로 형성하는 것, 2) 직선형태의 구간 형성없이 관절부의 전체구간을 굴곡시키도록 후술하는 조작 스위치(311)와 보조 조작 스위치(340)에 의해 잡아당기는 힘이 가변적으로 작용한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에서, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 관절부(100)는 복수의 직선유도 관절편(102)으로 이루어지는 직선부(105), 복수의 굴곡유도 관절편(104)으로 이루어지는 굴곡부(108)를 포함한다.

직선부(105)는 샤프트(10)에 인접하게 마련되며 와이어(150)의 견인력에 의해 직선 구간을 형성한다. 또한, 굴곡부(108)는 직선부(105)와 엔드 이펙터(20) 사이에 마련되며 와이어(150)의 견인력에 의해 굴곡 구간을 형성한다.

여기서, 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 서로 동일한 형태로 이루어지고 각각은 좌우 대칭 구조로 이루어진다. 따라서, 직선 형태의 구간 유지를 통해 별도의 구성품이 적용되지 않고 동일한 부품으로 직선 형태의 구간을 유지할 수 있으므로, 부품 단일화를 통한 제조 원가 감소와 더불어 부품 관리 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 복수의 직선유도 관절편과 굴곡유도 관절편이 좌우 대칭 구조로 이루어짐에 따라, 서로를 연결하여 관절부를 구성함에 있어 부품의 결합 방향성을 크게 고려하지 않아도 되는바 작업자가 한층 용이하면서 신속하게 결합작업을 수행할 수 있다.

도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 복수의 관절편(101), 구체적으로 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 각각, 제1 세그먼트부(109), 제2 세그먼트부(112) 및 제3 세그먼트부(116)를 포함한다.

제1 세그먼트부(109)는 대략 원판 형상으로 이루어지고, 중앙부에 원호 형상의 단면을 갖는 삽입홈(110)이 마련된다.

제2 세그먼트부(112)는 제1 세그먼트부(109)의 일측에 일체로 연결되며 단부에 평평한 면(114)이 마련된다. 또한, 제3 세그먼트부(116)는 제2 세그먼트부(112)의 단부에 일체로 연결되되, 원호 형상의 단면을 갖도록 돌기 형태로 이루어진다.

도 10에 도시한 바와 같이, 삽입홈(110)은 원호 형상의 단면을 가지면서 전체적으로 절개된 구형의 홈 형태로 이루어지고, 제3 세그먼트부(116)는 마찬가지로 제2 세그먼트부(112)에 연결되는 일측이 절개된 구형 형상으로 이루어진다.

즉, 제3 세그먼트부(116)는 제2 세그먼트부(112) 상단의 평평한 면(114)과 대응하도록 일측이 절개된 구 형상으로 이루어지고, 삽입홈(110)은 제3 세그먼트부(116)가 내측에 삽입되어 자유롭게 회전할 수 있는 형상으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에서, 제3 세그먼트부(116)는 삽입홈(110) 내면에 대해 구름접촉 가능하도록 삽입홈(110) 내측에 부분적으로 삽입된다. 덧붙여, 서로 이웃하게 배치된 복수의 관절편(101)들이 와이어 견인동작(견인력 제어)에 의해 자유롭게 길이방향상 각도가 조절 가능하도록, 제3 세그먼트부(116)는 삽입홈(110) 내에서 자유롭게 회전 가능하게 이루어진다. 일 예로, 제3 세그먼트부(116)의 외면 곡률이 삽입홈(110) 내면의 곡률보다 크게 이루어지도록 함으로써, 제3 세그먼트부의 자유로운 움직임을 가능하게 할 수 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 제1 내지 제3 세그먼트부(109,112,116)를 두께방향으로 관통하도록 관통공(120)이 마련되며, 엔드 이펙터(20)의 동작(그리퍼 벌림과 오므림 동작) 제어를 위해 별도의 와이어(미도시) 또는 바(미도시)가 관통공(120) 내측으로 삽입된 후 엔드 이펙터(20)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 와이어(미도시) 또는 바(미도시)는 중공 형상으로 이루어지는 샤프트(10)의 내측을 관통하여 핸들(300)에 마련된 별도 조작부에 연결되며, 상기 별도 조작부에 의해 동작 제어가 이루어진다.

도 10 및 도 12에 도시한 바와 같이, 제2 세그먼트부(112)의 원주방향 외면과 평평한 면(114) 사이에는 40도 내지 90도의 사이각도(α1)가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 서로 인접하게 배치된 관절편(101) 들이 와이어 견인동작에 의해 전후 또는 좌우 방향 중 일측으로 굴곡되도록 형태가 변형될 때, 서로 인접한 관절편(101)의 제2 세그먼트부(112) 간의 접촉에 의해 굴곡 동작이 간섭되어 원하는 각도로 굴곡되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 복수의 관절편(101)의 굴곡을 위한 회전 각도를 최대한 자유롭게 허용하여 결국 엔드 이펙터(20)의 자유로운 움직임을 유도할 수 있는 자유도를 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 사이각도(α1)가 40도 미만인 경우 서로 인접한 관절편(101)의 제2 세그먼트부(112) 간의 접촉에 의해 굴곡 동작이 간섭되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 사이각도(α1)가 90도를 초과하는 경우, 제2 세그먼트부(112)의 단면적 감소로 인해 후술하는 바와 같이 제2 세그먼트부(112)에 와이어(150)를 관통시키기 위한 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 형성하는 작업이 용이하지 않게 되는 문제가 있다.

본 발명의 실시예에서, 도 10 및 도 12에 도시한 바와 같이, 제2 세그먼트부(112)의 평평한 면(114)과 제3 세그먼트부(116) 사이에는 20도 내지 90도의 사이각도(α2)가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이 와이어(150)가 제2 세그먼트부(112)에 형성되는 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 관통하여 인접한 복수의 관절편(101) 들을 서로 용이하게 연결시킬 수 있고, 제3 세그먼트부(116)가 삽입홈(110)에 안정적으로 삽입되어 회전 가능한 상태를 유지할 수 있다.

예를 들어, 상기 사이각도(α2)가 20도 미만인 경우, 평평한 면(114)의 가장자리 단부를 기준으로 구형 형상의 제3 세그먼트부(116)가 외측으로 돌출되는 영역이 증가함에 따라, 와이어 관통홀(직선유도 관통홀, 굴곡유도 관통홀)을 관통한 와이어(150)와 제3 세그먼트부(116)가 접촉하여 상호 마찰에 의해 원활한 와이어 제어에 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 사이각도(α2)가 90도를 초과하는 경우 제2 세그먼트부(112)의 평평한 면(114)의 단면적 대비 제3 세그먼트부(116)의 부피가 감소하여 결국 삽입홈(110)에 대해 제3 세그먼트부(116)가 삽입되는 부분이 감소하여 인접한 관절편(101) 간의 안정적인 결합상태 유지를 저해할 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(20)의 움직임을 제어하기 위해 와이어(미도시) 또는 바(미도시)가 관통 삽입되는 관통공(120)의 직경 감소로 인해 엔드 이펙터의 움직임 제어를 위한 구성들의 결합이 용이하지 않는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 평평한 면(114)과 제3 세그먼트부(116) 사이의 가장 긴 길이(L), 즉 평평한 면(114)에 대한 제3 세그먼트부(116)의 최대 높이와, 삽입홈(110)의 깊이(D)와의 비율은 1: 0.5 이하인 것이 바람직하다.

만약, 이러한 비율이 1: 0.5 보다 큰 경우, 예를 들어 1: 0.6, 1: 0.7, 1:0.8 등과 같이 제1 세그먼트부(109)의 바닥면으로부터 삽입홈(110)의 깊이가 점차 증가하는 경우, 인접한 관절편(101) 간의 구름접촉에 의한 회전운동시 제3 세그먼트부(116)의 외면이 삽입홈(110)의 내면에 접촉하여 더 이상 회전이 제한되는 문제가 발생할 수 있다. 덧붙이자면, 와이어 견인동작에 의해 제3 세그먼트부(116)가 삽입홈(110) 내에서 일측 방향으로 더욱 회전하여야 하지만 삽입홈(110) 내면과의 접촉에 의한 간섭으로 더이상의 회전이 불가하여 엔드 이펙터의 자유로운 움직임을 저해할 수 있는 문제가 있다.

또한, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 제3 세그먼트부(116)의 상단에는 평평한 절개면(118)이 마련될 수 있다.

이에 따라, 제3 세그먼트부(116)의 외면과 삽입홈(110) 내면 사이에서 필요이상의 상호 접촉 면적이 발생하는 것을 제한함으로써, 복수의 관절편(101)을 서로 인접하게 배치할 때, 복수의 관절편(101)을 서로 결합하는 과정에서 관절편(101) 들의 결합 위치 이탈을 한층 최소화하여 결합 공정시 한층 용이하게 서로간을 결합할 수 있다.

다음, 도 9, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 와이어(150)는 복수의 직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(154)를 포함한다.

직선유도 와이어(152)는 직선유도 관절편(102)을 서로 연결하되 굴곡부(108)에 가장 인접한 직선유도 관절편(102)에 걸림되어 동일한 힘으로 잡아당겨 직선 구간을 형성 가능하도록 복수로 이루어진다. 여기서, 복수의 직선유도 와이어(152)의 와이어 견인력동작 제어는 후술하는 보조 조작 스위치(340)에 의해 이루어진다.

또한, 도 9 및 도 13에 도시한 바와 같이, 굴곡유도 와이어(154)는 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104) 모두를 서로 연결하되 엔드 이펙터(20)에 가장 인접한 굴곡유도 관절편(104)에 걸림되어 굴곡 구간을 형성 가능하도록 복수로 이루어진다. 여기서, 복수의 굴곡유도 와이어(154)의 와이어 견인력동작 제어는 후술하는 조작 스위치(311)에 의해 이루어진다.

한편, 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)은 기능에 있어서만 차이가 있는 것일뿐, 실제 형상에 있어서는 서로 동일한 형태와 구조로 이루어진다.

직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(154)는 모두 일반적인 견인 와이어와 견인 와이어의 단부에 봉 또는 바 형태로 연결되는 걸림편(156)을 포함하고, 상기 걸림편(156)이 제2 세그먼트부(112)의 상면에 걸림된 상태로 와이어에 견인력이 작용하여 복수의 직선유도 관절편(102)과 굴곡유도 관절편(104)의 형태 제어가 이루어진다.

도 10, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 제1 세그먼트부(109)와 제2 세그먼트부(112)에는, 복수의 직선유도 와이어(152)와 복수의 굴곡유도 와이어(154)가 관통하도록 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)이 마련된다.

여기서, 복수의 직선유도 관통홀(122)에는 직선유도 와이어(152)가 관통하여 걸림되며, 구체적으로 직선유도 와이어(152)의 단부에 마련되는 걸림편은 복수의 직선유도 관절편(102) 중 굴곡부(108)에 가장 인접하게 배치된 직선유도 관절편(102)의 제2 세그먼트부(112)에 걸림되는 상태를 갖는다.

또한, 복수의 굴곡유도 관통홀(124)에는 굴곡유도 와이어(154)가 관통하여 걸림되며, 구체적으로 굴곡유도 와이어(154)의 단부에 마련되는 걸림편은 복수의 굴곡유도 관절편(104) 중 엔드 이펙터(20)에 가장 인접하게 배치된 굴곡유도 관절편(104)의 제2 세그먼트부(112)에 걸림되는 상태를 갖는다.

본 발명의 실시예에서, 복수의 직선유도 와이어(152)와 복수의 굴곡유도 와이어(154)의 견인력을 제어하기 위한 구동부는 각각 별도로 핸들(300)에 마련되며, 핸들(300)에 마련된 후술하는 보조 조작 스위치(340)를 조작하여 복수의 직선유도 와이어(152)를 동일한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 복수의 직선유도 관절편(102)은 직선 형태로 연결된 상태를 유지할 수 있다. 덧붙여, 보조 조작 스위치(340)의 조작을 통해 직선유도 와이어(152)에 작용하고 있는 견인력을 해제할 수도 있음은 물론이다.

또한, 핸들(300)에 마련되는 후술하는 조작 스위치(311)를 조작하여 복수의 굴곡유도 와이어(154) 중 어느 하나를 상대적으로 더욱 강한 힘으로 견인하는 경우(샤프트 방향으로 잡아당기는 경우) 복수의 굴곡유도 관절편(104)은 일측방향으로 굴곡되는 상태를 가질 수 있다.

도 14에 도시한 바와 같이, 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)은, 제1 세그먼트부(109)와 제2 세그먼트부(112)의 원주방향을 따라 서로 교대로 배치되며 서로간에 이격되게 마련된다. 따라서, 복수의 직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(154)는 서로간에 간섭없이 와이어 견인 동작을 수행할 수 있다. 관련 도면에는 복수의 직선유도 관통홀(122)과 굴곡유도 관통홀(124)이 각각 4개로 마련되고 90도 간격으로 이격되는 상태가 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 그러나, 설명 및 도시의 편의를 위해 후술하는 설명에서는 직선유도 와이어(152)와 굴곡유도 와이어(154)가 각각 4개로 마련되는 경우를 기준으로 한다.

한편, 전술한 설명에서는, 복수의 직선유도 와이어(152)를 동일한 힘으로 견인하여 복수의 직선유도 관절편(102)을 직선 형태로 유지하는 것에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 사용자는 필요시 복수의 직선유도 와이어(152)에 견인력을 제공하지 않고 복수의 굴곡유도 와이어(154)에만 견인력을 제공하여 복수의 관절편(101)을 전체적으로 굴곡시킬 수 있다. 구체적으로, 사용자는 핸들(300)에 마련되는 후술하는 보조 조작 스위치(340)는 동작시키지 않고 조작 스위치(311)만 동작함으로써 전술한 상태 변화를 구현할 수 있다. 이러한 경우 엔드 이펙터(20)의 회전 각도 범위를 증대시켜 보다 넓은 범위 내에서 엔드 이펙터를 이동시킬 수 있다.

이하, 핸들(300)에 대해 더욱 상세하게 설명하며, 구체적으로 직선부(105)와 굴곡부(108)를 형성하기 위해 와이어의 견인력을 제어하는 구조에 대해 상세하게 설명한다.

도 1, 도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 핸들(300)은 샤프트(10)의 타단에 마련되며, 사용자가 예를 들어 엄지손가락만을 사용해서 관절부(100)의 굴곡 상태를 조절하도록 복수의 와이어(150), 즉 4개의 직선유도 와이어(152)와 4개의 굴곡유도 와이어(154)의 견인력을 제어하기 위한 조이스틱타입 조작부(310)를 갖는다.

본 발명은 사용자가 엔드 이펙터(20)의 동작을 제어함에 있어 검지 또는 중지 손가락으로 핸들(300)의 방아쇠를 당기거나 당기는 동작을 해제하여 엔드 이펙터의 한 쌍의 그리퍼의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 사용자는 엄지손가락만을 이용하여 조이스틱타입 조작부(310)를 동작 제어함으로써 관절부(100)를 전체적으로 굴곡시키거나, 직선부(105)와 굴곡부(108)가 동시에 형성되도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명은 사용자가 엄지손가락만을 사용하여 관절부(100)의 다양한 상태 변화를 조절할 수 있으므로, 한층 편한 자세로 의료시술을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 시술 중 손목 부위에 무리가 발생하는 것을 최대한 저감시킬 수 있다.

도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 조이스틱타입 조작부(310)는 조작 스위치(311), 스위치 지지부(320), 와이어 통과조절부(330) 및 보조 조작 스위치(340)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 복수의 와이어(150)는 관절부(100)를 부분적으로 굴곡시키고 부분적으로 직선 형태로 형성하도록 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경 가능하도록 이루어지고, 조이스틱타입 조작부(310)는 관절부(100)의 형상을 가변적으로 변경하도록 복수의 와이어(150)를 잡아당기는 힘(견인력)을 가변적으로 작용 가능하도록 이루어진다.

먼저, 조작 스위치(311)는 대략 원반 형태로 이루어지며, 일측에는 사용자가 엄지손가락을 접촉하여 용이하게 조작하도록 스위치 돌기(312)가 마련된다.

조작 스위치(311)는 복수의 와이어(150)의 단부, 구체적으로 4개의 굴곡유도 와이어(154)의 단부가 각각 고정되게 연결된다. 사용자는 엄지손가락만을 사용하여 스위치 지지부(320)에 대해 조작 스위치(311)를 회전시키거나 일측 가장자리를 샤프트(10) 측으로 가압하여 누르거나 하는 등의 동작을 수행할 수 있으며, 이러한 조작 스위치(311)의 동작 제어를 통해 4개의 굴곡유도 와이어(154)에 작용하는 와이어 견인력이 제어 가능하다.

즉, 본 발명에서, 4개의 굴곡유도 와이어(154)의 단부는 조작 스위치(311)에 연결됨에 따라 4개의 굴곡유도 와이어(154)의 개별적인 견인력 제어는 조작 스위치(311)에 의해 이루어질 수 있다.

다음, 도 16에 도시한 바와 같이, 스위치 지지부(320)는 조작 스위치(311)가 360도 회전범위 내에서 회전 가능하면서 그 가장자리 단부 중 선택된 부분이 샤프트(10) 측으로 상대적으로 더욱 접근하는 일측 가장자리 가압동작, 초기 위치 복원동작 등을 포함하는 조이스틱 동작을 수행하도록 조작 스위치(311)를 지지한다. 여기서, 스위치 지지부(320)는 핸들(300)의 몸체 내측에 매립된 상태로 고정된다.

덧붙이자면, 스위치 지지부(320)는 조작 스위치(311)가 조이스틱 동작(360도 회전 포함)을 실시할 수 있도록 조작 스위치(311)를 지지하는 구조를 갖고 있고, 예를 들어 사용자가 조작 스위치(311)의 일측 가장자리 단부를 샤프트(10) 측으로 가압한 후 누르는 힘을 제거할 경우 조작 스위치(311)를 초기위치로 탄성 복원시키는 구조 또한 마련되어 있다. 여기서, 조작 스위치를 탄성 복원시키는 구조는 예를 들어 토션 스프링 등이 채용될 수 있다.

관련 도면에서는 스위치 지지부(320)에 대한 상세 구조를 도시하지 않았으며, 스위치 지지부(320)는 전술한 기능을 구현할 수 있는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

다음, 도 16에 도시한 바와 같이, 와이어 통과조절부(330)는 스위치 지지부(320)가 결합되도록 핸들(300) 몸체 내에 매립되게 고정된다. 덧붙이자면, 와이어 통과조절부(330)에는 스위치 지지부(320)가 일부 삽입되도록 삽입홈이 마련되고, 스위치 지지부(320)는 와이어 통과조절부(330)의 상기 삽입홈에 강제 압입 고정되거나 별도 스크루를 통해 고정 결합 가능하다.

도 16에 도시한 바와 같이, 와이어 통과조절부(330)의 일측에는 조작 스위치(311)에 단부 연결된 4개의 굴곡유도 와이어(154)가 개별 삽입되도록 4개의 제1 와이어 통과홀(331)이 마련되고, 타측에는 4개의 굴곡유도 와이어(154)가 모두 통과하도록 하나의 제2 와이어 통과홀(332)이 마련되며, 내측에는 4개의 제1 와이어 통과홀(331)과 하나의 제2 와이어 통과홀(332)을 연결하는 4개의 와이어 경로(333)가 마련된다.

즉, 본 발명은 4개의 제1 와이어 통과홀(331)을 개별적으로 통과한 굴곡유도 와이어(154)의 단부를 조작 스위치(311)의 가장자리 영역에 고정 연결함으로써, 사용자가 4개의 굴곡유도 와이어 중 어느 하나에 견인력을 제공하고자 할 때 조작 스위치(311)의 일측을 보다 적은 힘으로 가압하더라도 충분한 와이어 견인력이 작용하도록 할 수 있다. 부연하자면, 측면에서 바라보았을때, 하나의 제2 와이어 통과홀(332)의 중심축과 조작 스위치(311)의 가장자리 단부는 서로간에 일정이상 이격되어 있는바, 전술한 바와 같이 사용자가 적은 힘으로 조작 스위치의 가장자리를 가압하더라도 굴곡유도 와이어(154)를 충분하게 견인할 수 있는 힘을 제공 가능하다.

또한, 서로간에 일정이상 이격된 4개의 제1 와이어 통과홀(331)을 통과한 4개의 굴곡유도 와이어(154)가 하나의 제2 와이어 통과홀(332)로 모여진 상태로 통과하도록 함으로써, 조작 스위치(311)에 비해 상대적으로 직경이 작은 샤프트(10) 내측으로 4개의 굴곡유도 와이어(154)를 한층 용이하게 삽입(진입)시킬 수 있다.

도 15에 도시한 바와 같이, 4개의 굴곡유도 와이어(154)는, 샤프트(10)에 대해 엔드 이펙터(20)를 상측으로 굴곡시키기 위한 제1 굴곡유도 와이어(154a), 샤프트(10)에 대해 엔드 이펙터(20)를 하측으로 굴곡시키기 위한 제2 굴곡유도 와이어(154b), 샤프트(10)에 대해 엔드 이펙터(20)를 좌측으로 굴곡시키기 위한 제3 굴곡유도 와이어(154c), 샤프트(10)에 대해 엔드 이펙터(20)를 우측으로 굴곡시키기 위한 제4 굴곡유도 와이어(154d)를 포함한다.

한편, 조작 스위치(311)의 가압위치에 따른 관절부(100)에 작용하는 굴곡력의 작용 방향은 서로 반대로 작용함에 따라, 도 18(a)(b)에 도시한 바와 같이, 측면에서 바라본 상태에서 사용자가 조작 스위치(311)의 상측 부분(12시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 하측방향(6시 방향)으로 굴곡되고, 조작 스위치의 하측 부분(6시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 상측방향(12시 방향)으로 굴곡된다.

또한, 도 18(c)(d)에 도시한 바와 같이, 정면에서 바라본 상태에서 사용자가 조작 스위치(311)의 좌측 부분(9시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 우측방향(3시 방향)으로 굴곡되고, 조작 스위치의 우측 부분(3시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 좌측방향(9시 방향)으로 굴곡된다.

즉, 조작 스위치(311)의 가압위치에 따른 관절부(100)에 작용하는 굴곡력의 작용 방향이 서로 반대로 작용함에 따라, 사용자가 실제 시술현장에서 엔드 이펙터의 동작을 제어함에 있어 조작 스위치(311)의 조작을 통해 엔드 이펙터의 굴절방향을 직관적으로 제어하기 힘든 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명은 제1 굴곡유도 와이어(154a)와 제2 굴곡유도 와이어(154b)가 서로 교차하는 상태로 관절부(100)로 연결되도록 함과 더불어 제3 굴곡유도 와이어(154c)와 제4 굴곡유도 와이어(154d)가 서로 교차하는 상태로 관절부(100)로 연결되도록 하는 와이어 교차구간(500)이 마련된다. 이러한 와이어 교차구간(500)은 핸들(300)의 몸체 내측 또는 샤프트(10) 내측에 마련될 수 있다.

이와 같이, 와이어 교차구간(500)이 마련됨에 따라, 사용자는 조작 스위치(311)의 가압위치에 대응하도록 엔드 이펙터(20)의 굴곡방향을 직관적으로 제어할 수 있는바, 보다 용이하면서 효율적인 시술이 가능하다.

즉, 사용자가 조작 스위치(311)의 상측 부분(12시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 동일한 상측방향(12시 방향)으로 굴곡되고, 조작 스위치의 하측 부분(6시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 동일한 하측방향(6시 방향)으로 굴곡된다. 또한, 사용자가 조작 스위치(311)의 좌측 부분(9시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 동일한 좌측방향(9시 방향)으로 굴곡되고, 조작 스위치의 우측 부분(3시 방향)을 누를 경우 관절부(100) 및 엔드 이펙터(20)는 동일한 우측방향(3시 방향)으로 굴곡된다.

다음, 도 15, 도 16, 도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이, 조작 스위치(311)의 스위치 돌기(312)에는 조작 스위치(311), 즉 스위치 돌기(312)에 대해 힌지 회전 가능하면서 탄성적으로 위치 복원가능하도록 보조 조작 스위치(340)가 더 마련된다.

본 발명의 실시예에서, 4개의 직선유도 와이어(152)는 보조 조작 스위치(340)에 연결되며, 사용자에 의한 보조 조작 스위치(340)의 조작 여부에 따라 4개의 직선유도 와이어에 동일한 견인력이 작용하거나 견인력이 작용하지 않을 수 있다.

사용자가 보조 조작 스위치(340)를 조작할 경우 4개의 직선유도 와이어(152)에는 동일한 견인력이 작용하여 관절부(100)에 직선부(105)가 형성될 수 있고, 사용자가 보조 조작 스위치(340)를 별도로 조작하지 않을 경우 4개의 직선유도 와이어(152)에는 견인력이 작용하지 않아 관절부(100)에 직선부(105)가 형성되지 않고 관절부가 전체적으로 굴곡되는 형태를 가질 수 있다.

4개의 직선유도 와이어(152)는 와이어 통과조절부(330)와 스위치 지지부(320)를 관통하여 외측으로 인출된 후 보조 조작 스위치(340)의 동일한 위치에 단부가 연결될 수 있다.

부연하자면, 와이어 통과조절부(330)에는 제1 와이어 통과홀(331), 제2 와이어 통과홀(332) 및 와이어 경로(333)와 별도로 와이어 통과공(미도시)이 마련되고, 마찬가지로 스위치 지지부(320)에도 직선유도 와이어(152)가 통과할 수 있는 공간이 마련된다.

본 발명의 실시예에서, 샤프트(10)를 그 길이방향을 향해 바라보았을때, 샤프트(10)의 중심축과, 4개의 직선유도 와이어(152)가 보조 조작 스위치(340)에 연결되는 부분은 동일선상에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 관절부에 직선부(105)가 마련된 상태에서, 사용자가 조작 스위치(311)를 상하, 좌우 방향으로 회전, 가압하는 동작을 수행하더라도 4개의 직선유도 와이어(152)는 안정적으로 직선부(105)를 유지하도록 견인력을 균일하게 제공할 수 있다. 즉, 직선부(105)가 마련된 상태에서 조작 스위치(311)의 동작은 직선부(105) 유지에 영향을 미치지 않는다.

조작 스위치(311)에는 4개의 직선유도 와이어(152)가 관통하여 보조 조작 스위치(340)에 연결되도록 관통공이 추가적으로 마련될 수 있다.

또한, 도 16, 도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이, 보조 조작 스위치(340)는 조작 스위치(311)의 스위치 돌기(312)에 힌지 회전 가능하게 연결되고, 보조 조작 스위치와 조작 스위치의 힌지 연결부위에는 보조 조작 스위치(340)를 초기 위치로 탄성 복원하기 위한 별도의 토션 스프링(341)이 마련된다. 따라서, 사용자가 보조 조작 스위치(340)를 조작(푸시)하는 경우, 4개의 직선유도 와이어(152)에는 모두 동일한 견인력이 작용하여 관절부(100)에 직선부(105)가 형성되고, 보조 조작 스위치를 조작(푸시)하지 않을 경우 보조 조작 스위치(340)는 토션 스프링(341)에 의해 초기 위치로 탄성복원되어 4개의 직선유도 와이어(152)에는 와이어 견인력이 작용하지 않게 됨에 따라 관절부(100)에 직선부(105)가 형성되지 않는다.

본 발명은 조작 스위치(311)에 보조 조작 스위치(340)가 마련됨에 따라, 사용자는 엄지손가락만을 이용하여 관절부(100)에 직선부(105) 및 굴곡부(108)를 모두 형성시키거나, 굴곡부(108)만을 형성시키는 동작 제어를 월등히 편한 자세로 실시할 수 있다.

전술한 구조와 달리, 도 21에 도시한 바와 같이, 보조 조작 스위치(350)는 조작 스위치(311)에 대해 슬라이드 이동 가능하도록 결합된 형태로 마련될 수도 있다.

구체적으로, 보조 조작 스위치(350)는 조작 스위치(311)에 형성된 삽입홈 내에 탄성적으로 지지되면서 슬라이드 이동가능하게 마련되고, 보조 조작 스위치(350)에는 4개의 직선유도 와이어(152)가 연결된다.

본 발명의 실시예에서, 보조 조작 스위치(350)가 조작 스위치(311)에 대해 외측으로 인출되는 방향으로 이동할때, 4개의 직선유도 와이어(152)에 견인력이 작용하여 관절부(100)에는 직선부(105)가 형성될 수 있다.

또한, 보조 조작 스위치(350)가 조작 스위치(311)에 대해 내측으로 삽입되는 방향으로 이동할때, 4개의 직선유도 와이어(152)에 견인력이 작용하지 않게 되며 이에 따라 관절부(100)에는 직선부(105)가 형성되지 않는다.

보조 조작 스위치(350)는 조작 스위치(311)에 대해 별도의 탄성복원수단(미도시)을 통해 탄성적으로 지지되는 상태를 가지며, 사용자에 의한 별도 외력이 가해지지 않는 경우에는 조작 스위치(311)에 대해 외측으로 인출되는 상태를 유지한다. 이러한 보조 조작 스위치(350)는 사용자가 보조 조작 스위치(350)를 가압할 경우에만 조작 스위치(311) 내측으로 이동하여 와이어 견인력이 작용하지 않도록 이루어진다.

즉, 사용자는 관절부(100)에 직선부(105)를 형성하고자 할 경우에는 보조 조작 스위치(350)를 푸시하지 않으면 되고, 직선부(105)를 형성하지 않고 관절부(100)을 전체적으로 굴곡시키고자 할 경우에만 보조 조작 스위치(350)를 푸시하면 된다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 설명하며, 전술한 실시예와 동일 구성에 대한 반복 설명은 생략하고, 동일 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 엔드 이펙터 구조, 완충탄성부재, 그리핑동작 변환부 및 그리퍼 동작와이어의 연결구조에 있어 전술한 실시예와 차이가 있다.

도 22, 도 27에 도시한 바와 같이, 그리퍼 동작와이어(32)는 그 일단이 트리거(301)에 연결되고 샤프트(10)와 관절부(100)를 관통한 후 트리거(301) 동작에 연동하여 그리핑동작 변환부(1200)를 구동 가능하도록 그 타단은 그리핑동작 변환부(1200)에 연결된다.

구체적으로, 도 22 내지 도 26에 도시한 바와 같이, 엔드 이펙터(1000)는 한 쌍의 그리퍼(21)가 회전 가능하게 결합되며, 그리핑동작 변환부(1200)가 내측에 마련되고, 내측에 관통공(1101)이 마련되는 하우징(1100)을 더 포함한다. 하우징(1100)은 제1 하우징(1102)과 제2 하우징(1110)을 포함한다.

여기서, 제1 하우징(1102)은 복수의 관절편(101) 중 샤프트(10)로부터 가장 이격되게 배치된 관절편(101)이 결합된다.

구체적으로, 제1 하우징(1102)은 일측으로부터 타측으로 길이방향을 따라 제1 하우징 관통홀(1103)이 형성된 구조로 이루어지고, 일측에는 후술하는 관절편(101)의 제3 세그먼트부(116)가 삽입되고 타측은 제2 하우징(1110)에 연결된다. 상기 관절편(101)의 제3 세그먼트부(116)는 일정이상 자유롭게 움직임(관절부의 벤딩)이 가능한 상태로 제1 하우징(1102)의 일측 관통구 측에 삽입된다.

또한, 제1 하우징(1102)에는 제1 내지 제4 굴곡유도 와이어(154a,154b,154c,154d)가 관통하도록 복수의 제1 하우징 와이어 관통홀(1104)이 마련되고, 제1 하우징 와이어 관통홀(1104) 주변에 제1 내지 제4 굴곡유도 와이어(154a,154b,154c,154d)에 견인력을 제공할 수 있도록 걸림편(156)이 걸림된다.

본 발명의 실시예에서, 제1 하우징(1102)의 제1 하우징 관통홀(1103)에는 사용자 동작에 의해 그리핑동작 변환부(1200)의 이동을 제공하도록, 그리핑동작 변환부(1200)와 핸들(300)에 마련된 트리거(301) 사이를 연결하는 그리퍼 동작와이어(32)가 관통 삽입될 수 있다.

다음, 제2 하우징(1110)은 그 일측이 제1 하우징(1102)의 단부에 결합되고 그 타측에는 힌지핀(23)을 통해 한 쌍의 그리퍼(21)가 회전 가능하게 결합된다.

제2 하우징(1110)의 단부에는 결합돌기(1115)가 돌출되고 제1 하우징(1102)의 단부에는 상기 결합돌기(1115)가 삽입 가능하도록 결합홈(1105)이 마련되며, 결합돌기(1115)가 결합홈(1105)에 삽입된 상태에서 제1 하우징(1102)과 제2 하우징(1110)은 용접 등을 통해 일체화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제2 하우징(1110)은 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 제2 하우징 바(1111), 제2 하우징 바(1111)의 단부에 연결되고 내측에 제2 하우징 관통홀(1113)이 형성되는 제2 하우징 몸체(1112)를 포함하고, 제2 하우징 몸체(1112)에 상기 결합돌기(1115)가 마련된다. 상기 관통공(1101)은 제1 하우징(1102)에 형성된 제1 하우징 관통홀(1103)과 제2 하우징(1110)에 형성된 제2 하우징 관통홀(1113)을 포함한다. 또한, 한 쌍의 제2 하우징 바(1111)에는 한 쌍의 그리퍼(21)의 힌지 회전 결합을 위해 힌지핀(23)이 삽입되도록 힌지핀 삽입홀(43)이 마련된다.

여기서, 도 25 및 도 26에 도시한 바와 같이, 하우징(1100)의 관통공(1101) 내면, 구체적으로 제2 하우징(1110)의 제2 하우징 관통홀(1113)의 내면에는 단턱(1114)이 마련된다.

단턱(1114)은 제2 하우징 관통홀 내주면으로부터 일정이상 돌출된 링 형태로 이루어지고, 후술하는 압축스프링(2200)의 일측이 지지되도록 마련된다. 이에 관련된 부연 설명은 후술한다.

도 23 내지 도 25에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 그리핑동작 변환부(1200)는 그리핑동작 변환바디(1210)와 한 쌍의 링크(55)를 포함한다.

그리핑동작 변환바디(1210)는 사용자 동작(트리거 당김 동작 등)에 의해 그리퍼(21)의 그리핑 동작을 변환하도록 그리퍼 동작와이어(32)의 타단이 연결된다.

그리핑동작 변환바디(1210)는 하우징(1100)의 관통공(1101) 내측, 구체적으로 제1 하우징(1102)과 제2 하우징(1110)의 제1 하우징 관통홀(1103)과 제2 하우징 관통홀(1113) 내측에 슬라이드 왕복이동 가능하도록 배치된다. 덧붙이자면, 그리핑동작 변환바디(1210)는 트리거 동작에 따른 그리퍼 동작와이어의 움직임에 대응하도록 하우징(1100)의 길이방향을 따라 슬라이드 왕복이동한다.

그리핑동작 변환바디(1210)는 제2 하우징 관통홀(1113) 내측에 배치되는 제1 변환바디 본체(1211)와, 제1 변환바디 본체(1211)의 일측에 연결되고 제1 하우징 관통홀(1103) 내측에 배치되는 제2 변환바디 본체(1215)를 포함한다.

여기서, 제1 변환바디 본체(1211)에는 후술하는 링크(55)와의 연결을 위해 연결봉(1230)이 삽입되도록 연결봉 삽입홀(1212)이 마련되고, 제2 변환바디 본체(1215)에는 그리퍼 동작와이어(32)의 타단이 걸림되도록 와이어 걸림홀(1216)이 형성된다.

다음, 한 쌍의 링크(55)는 그리핑동작 변환바디(1210)와 한 쌍의 그리퍼(21) 사이를 각각 연결하며, 그리핑동작 변환바디(1210)의 이동에 따라 링크운동하면서 한 쌍의 그리퍼(21)가 서로 이격되거나 접근하도록 동작을 변환시킨다.

부연하자면, 그리퍼 동작와이어(32)의 당김 또는 풀림에 의해 그리핑동작 변환바디(1210)는 하우징의 길이방향을 따라 왕복 이동하며, 이러한 왕복이동시 한 쌍의 링크(55)의 링크 운동이 발생하면서 한 쌍의 그리퍼(21)의 동작 변환이 이루어진다.

한 쌍의 링크(55)는 일정이상의 길이를 갖는 바 형상으로 이루어지고, 양단 영역에는 연결봉(1230)이 삽입되도록 한 쌍의 삽입홀(56)이 형성된다.

도 25, 도 27에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 그리퍼가 대상물을 그립(grip)할 시 그립력을 완충할 수 있는 완충탄성부재(2000)는 엔드 이펙터(1000)와 핸들(300) 측에 모두 마련된다.

구체적으로, 완충탄성부재(2000)는 인장스프링(2100)과 압축스프링(2200)을 포함한다.

인장스프링(2100)은 그 일단이 트리거(301)에 지지되고 그 타단에 그리퍼 동작와이어(32)의 일단이 연결되도록 마련된다.

또한, 압축스프링(2200)은 그리핑동작 변환부(1200), 즉 그리핑동작 변환바디(1210)를 탄성적으로 지지 가능하도록 엔드 이펙터(1000) 측에 마련되는데, 구체적으로 제2 하우징 관통홀(1113) 내측에 마련된다. 여기서, 압축스프링(2200)은 단턱(1114)에 일측이 지지되고 그 타측은 그리핑동작 변환바디(1210)에 접촉되어 그리핑동작 변환바디(1210)를 탄성적으로 지지하도록 이루어진다.

완충탄성부재(2000)의 기능에 대해 구체적으로 설명하면, 도 26에 도시한 바와 같이, 먼저 압축스프링(2200)은 트리거(301)를 후방으로 잡아당기는 동작시, 점차적으로 압축되면서 그리퍼(21)의 그립력을 완충할 수 있는 첫번째 기능을 수행한다. 또한, 압축스프링(2200)은 트리거(301) 미동작시 압축된 상태가 초기상태로 팽창 복원하면서 그리핑동작 변환바디(1210)를 그리퍼(21) 측으로 푸시하게 되며, 이때 링크 운동에 의해 한 쌍의 그리퍼(21)가 대상물을 그립하기 위한 대기상태(벌어진 상태)가 되도록 하는 두번째 기능을 수행한다. 부연하자면, 사용자가 트리거(301)를 급속도로 후방으로 잡아당겨 그리퍼(21)가 대상물을 그립하도록 할 시, 압축스프링(2200)은 점차 압축되면서 그리퍼(21)의 그립력을 일정이상 완충할 수 있다.

다음, 도 27(b),(c)에 도시한 바와 같이, 인장스프링(2100)은 한 쌍의 그리퍼(21)가 대상물 그립시 상호간에 더 이상 접근이동이 불가하여 그리핑동작 변환부(1200)의 구동이 이루어지지 않는 상태에서, 트리거(301)를 더욱 후방으로 잡아당기는 동작이 진행될 경우 일정이상 인장되면서 그리퍼(21)의 그립력을 완충할 수 있다.

부연하자면, 인장스프링(2100)은 그리퍼(21)가 뼈와 같이 단단한 조직을 그립할 때 그리퍼(21)에 작용하는 그립력을 일정이상 감쇠시켜 그립력을 완충하도록 충격 흡수를 위한 버퍼(buffer)로서 기능함에 따라, 그리퍼의 파손과 조직 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.

좀 더 부연하자면, 그리퍼(21)가 단단한 조직을 그립하여 한 쌍의 그리퍼(21) 간에 상호 접근되는 방향으로 이동이 불가하게 되면 그리핑동작 변환부(1200), 구체적으로 그리핑동작 변환바디(1210) 또한 후방 이동이 불가한 상태가 된다. 이는 그리핑동작 변환바디(1210)와 그리퍼(21)가 서로 간에 링크 연결을 통해 연동하여 움직이기 때문이다.

이와 같이 한 쌍의 그리퍼(21) 사이에 뼈와 같이 단단한 조직이 배치된 상태에서, 사용자가 트리거(301)를 더욱 후방으로 잡아당기는 동작을 진행하면 그리퍼(21), 그리핑동작 변환부(1200), 트리거(301) 등의 파손이 발생할 뿐만 아니라 뼈 조직에 손상이 발생할 수 있다. 특히, 사용자가 트리거(301)를 급속도로 후방으로 잡아당길 때 이러한 파손, 손상의 발생 정도는 더욱 증가할 수 밖에 없다.

인장스프링(2100)은 압축스프링(2200)과 더불어 이를 보완하기 위한 것으로서, 그리퍼(21)가 단단한 조직을 그립하여 한 쌍의 그리퍼(21) 간에 상호 접근되는 방향으로 이동이 불가한 순간에, 도 27(b),(c)에 도시한 바와 같이, 사용자가 트리거(301)를 더욱 후방으로 잡아당기거나 급속도로 후방으로 잡아당기는 동작이 이루어질 때 일정이상 인장되면서 그리퍼(21)의 그립력을 완충할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10: 샤프트 20: 엔드 이펙터
21: 그리퍼 22: 결합돌기
23: 힌지핀 25: 풀리
26: 보조 힌지핀 30: 제1 하우징
32: 그리퍼 동작와이어 34: 삽입돌기
40: 제2 하우징 41: 슬라이드홈
42: 제2 하우징 바 50: 그리핑동작 변환부
51: 그리핑동작 변환바디 52: 변환바디 본체
53: 스크루 삽입고정홀 54: 가이드봉
55: 링크 56: 삽입홀
100: 관절부 101: 관절편
102: 직선유도 관절편 104: 굴곡유도 관절편
105: 직선부 108: 굴곡부
109: 제1 세그먼트부 112: 제2 세그먼트부
116: 제3 세그먼트부 120: 관통공
122: 직선유도 관통홀 124: 굴곡유도 관통홀
150: 와이어 152: 직선유도 와이어
154: 굴곡유도 와이어 154a: 제1 굴곡유도 와이어
154b: 제2 굴곡유도 와이어 154c: 제3 굴곡유도 와이어
154d: 제4 굴곡유도 와이어 156: 걸림편
300: 핸들 305: 완충탄성부재
310: 조이스틱타입 조작부
311: 조작 스위치 320: 스위치 지지부
330: 와이어 통과조절부 331: 제1 와이어 통과홀
332: 제2 와이어 통과홀 333: 와이어 경로
340, 350: 보조 조작 스위치 341: 토션 스프링
500: 와이어 교차구간 1000: 엔드 이펙터
1100: 하우징 1101: 관통공
1102: 제1 하우징 1103: 제1 하우징 관통홀
1105: 결합홈 1110: 제2 하우징
1111: 제2 하우징 바 1112: 제2 하우징 몸체
1113: 제2 하우징 관통홀 1114: 단턱
1115: 결합돌기 1200: 그리핑동작 변환부
1210: 그리핑동작 변환바디 1211: 제1 변환바디 본체
1215: 제2 변환바디 본체 1216: 와이어 걸림홀
1230: 연결봉 2000: 완충탄성부재
2100: 인장스프링 2200: 압축스프링

Claims (4)

1. 샤프트;
   상기 샤프트의 일단에 연결되며, 그리핑 동작이 가능한 한 쌍의 그리퍼와, 상기 한 쌍의 그리퍼와 연결되어 상기 그리퍼의 동작을 변환하는 그리핑동작 변환부를 갖는 엔드 이펙터;
   상기 샤프트와 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되며, 복수의 관절편이 연속적으로 배치된 형태로 이루어지는 관절부;
   상기 그리핑동작 변환부와 핸들에 마련된 트리거 사이를 연결하도록 마련되며, 사용자에 의한 상기 트리거의 동작에 따라 이동하면서 상기 그리핑동작 변환부를 구동하여 상기 그리퍼를 동작변환하는 그리퍼 동작와이어; 및
   상기 엔드 이펙터와 상기 핸들 측에 모두 마련되어 상기 그리퍼가 대상물을 그립할 시 그립력을 완충할 수 있는 완충탄성부재를 포함하는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 그리퍼 동작와이어는 그 일단이 상기 트리거에 연결되고 상기 샤프트와 상기 관절부를 관통한 후 상기 트리거 동작에 연동하여 상기 그리핑동작 변환부를 구동 가능하도록 그 타단은 상기 그리핑동작 변환부에 연결되며,
   상기 완충탄성부재는,
   그 일단이 상기 트리거에 지지되고 그 타단에 상기 그리퍼 동작와이어의 일단이 연결되는 인장스프링; 및
   상기 그리핑동작 변환부를 탄성적으로 지지 가능하도록 상기 엔드 이펙터에 마련되는 압축스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트.
3. 제2항에 있어서,
   상기 압축스프링은, 상기 트리거의 동작시 점차적으로 압축되면서 상기 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 트리거 미동작시 상기 압축된 상태가 초기상태로 팽창하면서 상기 그리퍼가 대상물을 그립하기 위한 대기상태가 되도록 상태 복원하며,
   상기 인장스프링은, 상기 한 쌍의 그리퍼가 대상물 그립시 상호간에 더 이상 접근이동이 불가하여 상기 그리핑동작 변환부의 구동이 이루어지지 않는 상태에서, 상기 트리거의 동작이 더욱 진행될시 일정이상 인장되면서 상기 그리퍼의 그립력을 완충할 수 있는 것을 특징으로 하는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 엔드 이펙터는, 상기 한 쌍의 그리퍼가 회전 가능하게 결합되며, 상기 그리핑동작 변환부가 내측에 마련되고, 내측에 관통공이 마련되는 하우징을 더 포함하고,
   상기 그리핑동작 변환부는,
   상기 그리퍼 동작와이어의 타단이 연결되고, 상기 하우징의 관통공 내측에 배치되되 상기 트리거 동작에 따른 상기 그리퍼 동작와이어의 움직임에 대응하여 상기 관통공의 길이방향을 따라 슬라이드 왕복이동 가능한 그리핑동작 변환바디; 및
   상기 그리핑동작 변환바디와 상기 한 쌍의 그리퍼 사이를 연결하며, 상기 그리핑동작 변환바디의 이동에 따라 링크운동하는 한 쌍의 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 그립력을 완충할 수 있는 수술용 인스트루먼트.
   

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