KR20240038911A - 수술용 로봇 암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술용 로봇 암에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 모듈형으로 형성되는 최소 침습 수술용 로봇 암에 관한 것이다.

Description

수술용 로봇 암

본 발명은 수술용 로봇 암에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 모듈형으로 형성되는 최소 침습 수술용 로봇 암에 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 등 만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

여기서 수술 로봇은 외과의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다.

현재 전 세계적으로 개발되고 있는 수술 로봇은 뼈 수술 로봇, 복강경 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등이 있다. 여기서 복강경 수술 로봇은 복강경과 소형 수술도구를 이용하여 최소 침습적 수술을 시행하는 로봇이다.

복강경 수술은 배꼽 부위에 작은 구멍을 뚫고 배 안을 들여다보기 위한 내시경인 복강경을 집어넣은 후 수술하는 첨단 수술기법으로서 향후 많은 발전이 기대되는 분야이다. 최근의 복강경은 컴퓨터칩이 장착되어 육안으로 보는 것보다도 더 선명하면서도 확대된 영상을 얻을 수 있으며, 또 모니터를 통해 화면을 보면서 특별히 고안된 복강경용 수술 기구들을 사용하면 어떠한 수술도 가능할 정도로 발전하고 있다.

더욱이 복강경 수술은 그 수술 범위가 개복 수술과 거의 같으면서도, 개복수술에 비해 합병증이 적고, 시술 후 훨씬 이른 시간 안에 치료를 시작할 수 있으며, 수술 환자의 체력이나 면역기능을 유지시키는 능력이 우수한 이점이 있다. 이로 인해 미국과 유럽 등지에서는 대장암 치료 등에 있어서는 복강경 수술이 점차 표준 수술로 인식되어 가는 추세이다.

한편, 수술용 로봇은 일반적으로 마스터 로봇과 슬레이브 로봇으로 구성된다. 수술자가 마스터 로봇에 구비된 조종 레버(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술도구가 조작되어 수술이 수행된다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 제3 조인트와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 수술용 인스트루먼트를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능한 수술용 로봇 암을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술용 로봇 암에 있어서, 본체; 상기 본체의 일 면 상에 형성되는 베이스 링크; 제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 요 구동 어셈블리; 상기 요 구동 어셈블리에 대해 제3 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제3 링크; 상기 제3 링크에 대해 제4 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제4 링크; 상기 제4 링크에 대해 제5 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되고, 상기 수술용 인스트루먼트가 장착 가능하도록 형성되는 제5 링크;를 포함하고, 상기 제3 조인트, 상기 제4 조인트, 상기 제5 조인트가 꼭지점인 평행사변형의 나머지 한 꼭지점에 RCM(remote center of motion)이 형성되고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 상이하도록 형성되는 수술용 로봇 암을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의해서, 제3 조인트와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다. 나아가, 수술용 인스트루먼트가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다. 또한, 각 링크들이 일정 정도 오프셋 되어 배치되도록 함으로써, 각 링크의 회전 동작이 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 수술용 로봇 암을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 수술용 로봇 암의 평면도이다.
도 5는 도 2의 수술용 로봇 암에 링크 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이다.
도 6은 링크 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 수술용 로봇 암에 벨트 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이다.
도 8은 벨트 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 3의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 12 내지 도 14는 도 3의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 3의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 3의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도로서, 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 18의 수술용 로봇 암의 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19 (b)에서 수술용 로봇 암이 제2 요 축(Y2)을 중심으로 대략 90°더 회전한 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 21은 도 18의 수술용 로봇 암의 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 18의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 23은 도 18의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 및 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 25는 도 24의 수술용 로봇 암의 피치 포지셔닝 관절의 동작을 나타내는 사시도이다.
도 26은 도 24의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.
도 27은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 28은 도 27의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.
도 29는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 30은 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 31은 도 30의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.
도 32는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 33은 도 32의 수술용 로봇 암의 측면도이다.
도 34는 도 32의 수술용 로봇 암에 링크 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이다.
도 35는 도 32의 수술용 로봇 암에 벨트 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이다.
도 36 내지 도 38은 도 32의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 39 내지 도 41는 도 32의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 42는 도 32의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 43은 도 42에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 44는 도 32의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 45는 도 32에서 수술용 로봇 암이 제1 요 축(Y1)을 중심으로 대략 90°더 회전한 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 46은 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 47은 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 48은 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 49는 도 48의 수술용 로봇 암의 측면도이다.
도 50 내지 도 52는 도 48의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 53 내지 도 55는 도 48의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.
도 56은 도 48의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 57은 도 56에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 58은 도 48의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 59는 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 60은 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 61은 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 62는 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.
도 63은 도 62의 수술용 로봇 암의 다양한 동작 상태를 나타내는 측면도이다.
도 64, 도 65, 도 66은 수술용 로봇 암을 나타내는 도면이다.
도 67은 본 발명의 수술 방법을 구현하는 수술용 로봇 암을 나타내는 도면이다.
도 68은 도 65의 수술용 로봇 암을 이용한 수술 동작과, 도 67의 수술용 로봇 암을 이용한 수술 동작을 비교한 도면이다.
도 69는 본 발명의 수술용 로봇 암에 의한 수술 방법을 나타내는 도면이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본 발명에 있어서, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크가 상기 제3 조인트를 중심으로 회전하면, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제4 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크의 회전과 무관하게 상기 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 상기 수술용 로봇 암의 어떠한 동작 상태에서도 평행 상태를 유지하고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제4 링크는 상기 수술용 로봇 암의 어떠한 동작 상태에서도 평행 상태를 유지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스 링크에서 상기 제1 요 축이 관통하는 지점의 Z축 방향의 높이보다 상기 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 요 구동 어셈블리는, 상기 제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와, 제6 조인트에 의해 상기 제1 링크와 결합하며, 상기 제1 링크에 대해 제2 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제6 링크와, 일 단부가 상기 제6 링크에 고정 결합되고, 타 단부는 상기 제3 링크와 결합되는 제2 링크를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축의 연장선과 상기 제2 요 축의 연장선은 상기 RCM에서 교차할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와, 상기 제2 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제6 링크는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 인스트루먼트의 롤(roll) 축과 상기 제1 요 축이 평행하면, 상기 제2 요 축의 회전에 의해 요(yaw) 동작이 수행될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 인스트루먼트의 롤(roll) 축과 상기 제2 요 축이 평행하면, 상기 제1 요 축의 회전에 의해 요(yaw) 동작이 수행될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 요 구동 어셈블리는, 상기 제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와, 일 단부가 상기 제1 링크에 고정 결합되고, 타 단부는 상기 제3 링크와 결합되는 제2 링크를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 평행하게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 평행하게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 로봇 암은, 상기 본체와 상기 베이스 링크 사이에 형성되어 상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하는 셋업 링크 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 셋업 링크 어셈블리는, 상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며, 상기 본체에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 수직 셋업 링크를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 셋업 링크 어셈블리는, 상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며, 상기 본체에 대해 Z축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 하나 이상의 수평 셋업 링크를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 셋업 링크 어셈블리는, 상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며, 상기 제3 조인트의 회전축과 실질적으로 평행한 축을 중심으로, 상기 베이스 링크에 대해 상대적으로 회전 가능하도록 형성되는 피치 포지셔닝 조인트를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 셋업 링크 어셈블리는, 환자의 일 측의 적절한 위치에 상기 수술용 로봇 암이 배치되는 셋업 기간에만 동작 가능하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크는 그 회전축 방향에 있어서 각각 일정 정도 오프셋 되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크의 회전축 방향에 있어서, 상기 제3 링크의 일 측에 상기 제4 링크가 배치되고, 상기 제4 링크의 상기 일 측에 상기 제5 링크가 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축 방향에 있어서, 상기 제3 링크와 상기 제4 링크와 상기 제5 링크 각각의 적어도 일부가 서로 중첩 가능하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 위쪽을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상태에서, 상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 위쪽에 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 아래쪽을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상태에서, 상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 아래쪽에 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상태에서, 상기 수술용 인스트루먼트와 베드 사이에 상기 링크들이 배치되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, Z축에 수직인 평면에 있어서, 상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크 중 적어도 일부와 상기 제1 요 축이 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크 중 적어도 일부와 상기 제1 요 축이 평행하게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축의 근위부에서의 Z축 방향의 높이보다 상기 제1 요 축의 원위부에서의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 상기 베이스 링크의 중심축이 제1 요 축과 일치하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 상기 RCM에서 교차할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예는, 수술용 인스트루먼트가 삽입될 환자의 포트 일 측에 모듈형인 수술용 로봇 암의 본체가 배치되는 단계; 상기 수술용 로봇 암에서 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 제5 링크가 실질적으로 수평인 상태로 배치되는 단계; 상기 수술용 로봇 암의 상기 제5 링크에 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 단계; 상기 수술용 로봇 암에 장착된 상기 수술용 인스트루먼트를 이동시켜서 상기 수술용 인스트루먼트가 환자의 체내로 삽입되는 단계; 상기 수술용 인스트루먼트가 RCM을 유지하면서 수술이 시행되는 단계;를 포함하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 인스트루먼트가 삽입될 환자의 포트 일 측에 상기 수술용 로봇 암의 본체가 배치되는 단계는, 베드를 기준으로, 상기 수술용 로봇 암의 본체가 상기 환자의 포트와 동일한 측에 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 로봇 암에서 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 제5 링크가 실질적으로 수평 상태로 배치되는 단계는, 상기 수술용 로봇 암의 복수 개의 링크들 중 적어도 일부가, 상기 각 링크들의 연장 방향에 있어서 중첩되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 로봇 암의 상기 제5 링크에 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 단계에서, 상기 수술용 인스트루먼트와 상기 환자 사이에는 상기 수술용 로봇 암의 링크들이 배치되지 아니할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 수술용 로봇 암은, 베이스 링크; 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 요 구동 어셈블리; 상기 요 구동 어셈블리에 대해 제3 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제3 링크; 상기 제3 링크에 대해 제4 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제4 링크; 상기 제4 링크에 대해 제5 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되고, 상기 수술용 인스트루먼트가 장착 가능하도록 형성되는 제5 링크;를 포함하고, 상기 제3 조인트, 상기 제4 조인트, 상기 제5 조인트가 꼭지점인 평행사변형의 나머지 한 꼭지점에 RCM(remote center of motion)이 형성되고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 상이하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 상기 RCM에서 교차할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크가 상기 제3 조인트를 중심으로 회전하면, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제4 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스 링크에서 상기 제1 요 축이 관통하는 지점의 Z축 방향의 높이보다 상기 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축의 근위부에서의 Z축 방향의 높이보다 상기 제1 요 축의 원위부에서의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 베이스 링크는 수평면에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 상기 베이스 링크의 중심축이 제1 요 축과 일치하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크는 그 회전축 방향에 있어서 각각 일정 정도 오프셋 되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 링크의 회전축 방향에 있어서, 상기 제3 링크의 일 측에 상기 제4 링크가 배치되고, 상기 제4 링크의 상기 일 측에 상기 제5 링크가 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 요 축(Y1) 방향에 있어서, 상기 제3 링크와 상기 제4 링크와 상기 제5 링크 각각의 적어도 일부가 서로 중첩 가능하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 아래쪽을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상태에서, 상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 아래쪽에 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 상태에서, 상기 수술용 인스트루먼트와 베드 사이에 상기 링크들이 배치되지 않을 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

발명의 실시를 위한 형태

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 66은 수술용 로봇 암을 나타내는 도면이다.

도 66에 도시된 바와 같이, 수술용 로봇 암(3500)은 일반적으로 하나의 타워에서 하나 또는 복수 개의 로봇 암이 뻗어 나오는 방식이다. 이러한 구조에서는, 만약 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 수술용 인스트루먼트(3200)가 삽입되어야 하는 수술의 경우, 타워(3510)가 수술 부위의 환자 건너편에 위치하고, 수술용 로봇 암(3500)이 환자의 신체 상부를 덮는 것처럼 타워(3510)로부터 뻗어 나오도록 전개되고, 수술용 인스트루먼트(3200)가 다시 환자 쪽으로 향하도록 반대 방향으로 배치되는 것이 일반적이었다. 따라서, 여러 개의 로봇 암이 환자 위에 전개되는 단점, 수술용 로봇 암(3500)이 그 지지대인 타워(3510)에서 길게 뻗는 형태로 인해 진동이 커지고 강성이 약해질 수 있는 등의 단점을 가질 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 1과 같이 각각의 로봇 암이 모듈형으로 형성되고, 수술 부위 근처에 각 모듈이 배치되고, 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 형성할 수 있다.

그러나, 도 1의 경우처럼, 수술기구를 회전시키는 여러 개의 회전축 중 하나의 회전축(요(yaw) 축)과, 인스트루먼트의 연장선에 해당하는 인스트루먼트 롤(roll) 축이 일치하게 되면, 상기 하나의 회전축(요(yaw) 축)을 회전시켰을 때 수술기구가 동작하도록 기대되는 동작(요(yaw) 동작)이 불가능해지는 짐벌 락(Gimbal Lock) 현상이 발생할 수 있다. 특히, 인스트루먼트를 수평으로 배치하는 경우, 요 축이 수평으로 배치될 경우, 짐벌 락 현상에 해당하는 상황이 빈번히 발생할 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 인스트루먼트를 수평으로 배치하더라도 짐벌 락 현상이 발생하지 않도록, 요 축을 수평 방향이 아닌 다른 방향(예를 들어 수평면에 대해 경사진 방향)에 배치하여, 주로 사용되는 수술기구의 배치 상태에서도 짐벌 락이 발생하지 않을 수 있도록 하여, 결과적으로 전체적인 수술 로봇 구성을 보다 컴팩트하게 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 하나의 수술용 로봇 암의 본체에서 하나의 수술용 인스트루먼트가 전개되는 모듈형으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 각각 하나의 수술용 인스트루먼트가 장착된 모듈형 수술용 로봇 암들을 복수 개 구비하는 것을 일 특징으로 한다. 그리고, 이와 같은 각각의 수술용 로봇 암들이 환자의 복수 개의 포트 각각의 인근에 배치되어, 전개되는 수술용 로봇 암의 전체 길이가 짧아지게 되어, 진동이 작아지고 강성이 커지는 효과를 얻을 수 있다.

나아가 본 발명에서는, 도 9(b) 등에 도시된 바와 같이, (XY평면 상에서 보았을 때) 제4 링크(150)와 제5 링크(160)를 서로 이웃하도록 나란하게 배치하여, (XZ평면 상에서 보았을 때는) 제4 링크(150)와 제5 링크(160)가 겹쳐질 수 있도록 형성함으로써, 도 17과 같이 제4 링크의 회전 동작이 제5 링크 등 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 개념도이다.

상세히, 도 2(a)는 요(yaw) 축이 수평 방향으로 배치되는 경우의 개념도이다. 즉, 요(yaw) 축이 XY 평면상에 배치되는 경우이다. 이 경우, 인스트루먼트가 아래에서 위를 향하도록 하는 동작이 수행되기 어려울 수 있다.

한편, 도 2(b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 개념도이다. 도 2(b)의 경우, 하나의 요(yaw) 축이 수평 방향과 상이한 방향, 보다 상세하게는 YZ 평면상에서 보았을 때 요(yaw) 축이 아래쪽에서 위쪽을 향하도록 경사지게 형성되는 경우이다. 이와 같은 구성에 의해서, 주로 사용되는 수술기구의 배치 상태, 즉 인스트루먼트가 수평으로 배치되는 경우에도 짐벌 락이 발생하지 않을 수 있도록 하여, 결과적으로 전체적인 수술 로봇 구성을 보다 컴팩트하게 할 수 있다.

한편, 도 2(c)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암의 개념도이다. 도 2(c)의 경우, 두 개의 요(yaw) 축을 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1 요(Y1) 축은 수평 방향과 상이한 방향, 보다 상세하게는 YZ 평면상에서 보았을 때 제1 요(Y1) 축이 아래쪽에서 위쪽을 향하도록 경사지게 형성된다. 더불어, 또 하나의 요(yaw) 축인 제2 요 축(Y2)은 수평 방향, XY 평면상에 배치된다. 이와 같이 두 개의 요(yaw) 축을 포함함으로써, 수술용 로봇 암이 어떠한 위치에 있더라도 짐벌 락이 발생하지 않도록, 둘 중 하나의 요 축을 사용할 수 있는 장점을 가진다. 더불어, 두 개의 요 축 중 하나를 포지셔닝 암으로 사용하여, 보다 용이한 모듈 위치 및 수술 구성이 가능해지는 장점을 가진다.

각각의 실시예의 구체적인 구성에 대해서는, 각 실시예에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

<수술용 로봇 암의 제1 실시예>

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 수술용 로봇 암의 평면도이다. 도 5는 도 2의 수술용 로봇 암에 링크 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 6은 링크 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 2의 수술용 로봇 암에 벨트 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 8은 벨트 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다. 도 9 내지 도 11은 도 3의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다. 도 12 내지 도 14는 도 3의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 도 15는 도 3의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 16은 도 15에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다. 도 17은 도 3의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 본체(110), 베이스 링크(115), 요 구동 어셈블리(105), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(105)는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)를 포함할 수 있다. 또한, 수술용 로봇 암(100)은 제1 조인트(171), 제2 조인트(172), 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(100)의 제5 링크(160)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다.

상세히, 수술용 로봇은 수술을 위한 조작을 위해 하나 이상의 수술용 로봇 암을 구비하게 되며, 수술용 로봇 암의 선단부에는 수술용 인스트루먼트가 장착된다.

일반적으로 로봇 암은 인간의 팔 및/또는 손목과 유사한 기능을 가지고 있으며 손목 부위에 소정의 도구를 부착시킬 수 있는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 로봇 암이란 상박, 하박, 손목, 팔꿈치 등의 구성 요소 및 상기 손목 부위에 결합되는 수술용 인스트루먼트 등을 모두 포괄하는 개념으로 정의할 수 있다. 이와 같은, 수술용 로봇 암은 다자유도를 가지도록 구현될 수 있다.

이와 같이 수술용 로봇 암의 선단에 수술용 인스트루먼트를 장착하여 수술을 수행하게 되면, 수술용 로봇 암의 움직임에 따라 수술용 인스트루먼트도 같이 움직이며, 이는 환자의 피부를 일부 천공하고 여기에 수술용 인스트루먼트를 삽입하여 수술을 수행하는 과정에서 인체의 피부에 불필요한 손상을 입힐 우려가 있다. 또한, 수술 부위가 넓을 경우에는 수술용 인스트루먼트가 움직이는 경로만큼 피부를 절개하거나 각 수술 부위마다 피부를 천공해야 하는 등 로봇 수술의 장점이 반감될 우려도 있다.

따라서, 수술용 로봇 암의 선단에 장착되는 수술용 인스트루먼트의 소정 위치(주로 트로카가 환자의 피부를 뚫고 들어간 피봇 포인트)에 가상의 회전 중심점을 설정하고, 이 점을 중심으로 인스트루먼트가 회전하도록 로봇 암을 제어하게 되는데, 이러한 가상의 중심점을 '원격중심' 또는 'RCM(remote center of motion)'이라 한다. 본 발명의 RCM 메커니즘에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)의 각 구성 요소에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 실시예에서는 편의상 환자가 눕는 베드(bed)의 폭 방향을 X축, 베드(bed)의 길이 방향을 Y축, 지면에 수직인 방향을 Z축으로 정의하였다.

본체(110)는 수술용 로봇 암(100) 전체의 기저부의 역할을 수행한다. 여기서 본체(110)의 하면에는 바퀴와 같은 이동 수단(미도시)이 형성되어, 본체(110)가 일종의 이동 부재의 역할을 수행할 수도 있다. 또한 본체(110)에는 위치 고정 수단(미도시)이 더 형성되어, 수술 중에 본체(110)의 위치를 고정시킬 수도 있다. 다만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 본체(110)가 베드(bed)에 탈부착 가능한 형상으로 형성되거나, 또는 벽면에 탈부착 가능한 형상으로 형성될 수도 있다 할 것이다.

본체(110)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(115)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

상세히, 베이스 링크(115)는 꺾어진 평판 내지는 쐐기 형태로 형성되어, 일 영역은 본체(110)의 상부면에 결합하고, 꺾어진 다른 일 영역은 본체(110)의 상부면에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 여기서, 베이스 링크(115)가 직각이 아니라 수평면에 대해 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

한편, 베이스 링크(115)에는 요 구동 어셈블리(105)가 회전 가능하게 결합된다.

상세히, 요 구동 어셈블리(105)는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(105)는 제1 조인트(171)에 의해 베이스 링크(115)와 결합하며, 베이스 링크(115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(120)는 제1 조인트(171)에 의해 베이스 링크(115)와 결합하며, 베이스 링크(115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(130)는 일 단부가 제1 링크(120)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(140)와 결합된다.

제1 조인트(171)는 베이스 링크(115)와 제1 링크(120)를 회전 가능하게 결합시킨다. 상세히, 제1 조인트(171)는 RCM(Remote Center of Motion)을 지나도록 형성된 제1 요 축(Y1)을 중심으로 제1 링크(120)가 요(yaw) 회전하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 조인트(171)는 제1 링크(120)를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.

여기서 제1 요 축(Y1)은, X축/Y축/Z축과 평행하지 않은 비스듬한 방향으로 형성될 수 있다. 상세하게는, 후술할 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성될 수 있으며, 이러한 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 RCM에서 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 후술할 RCM이 위치할 수 있다. 다시 말하면, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 RCM이 위치하도록 형성됨으로써, 제1 링크(120)가 베이스 링크(115)에 대해 얼마나 요 회전을 하였는지 여부와 무관하게, 베이스 링크(115)에 대한 RCM의 위치 및 방향은 일정하게 유지된다.

여기서, 상술한 바와 같이 베이스 링크(115)가 직각이 아니라 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 또한, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성될 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(115)에서 제1 요 축(Y1)이 관통하는 지점(즉, 제1 조인트(171))의 Z축 방향의 높이보다 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 수술용 로봇 암(100)의 근위부(101)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이보다, 수술용 로봇 암(100)의 원위부(102)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다. 여기서, 수술용 로봇 암(100)에서 본체(110) 내지는 본체(110)에 인접한 영역을 근위부(proximal end)(101)로 정의하고, 본체(110)로부터 가장 먼 영역, 예를 들어 제5 링크(160)에서 수술용 인스트루먼트(200)의 엔드 툴(210) 측 단부를 원위부(distal end)(102)로 정의할 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 베이스 링크(115)의 중심축이 제1 요 축(Y1)과 일치하도록 형성된다고 표현할 수도 있다.

이와 같이 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(160) 및 수술용 인스트루먼트(200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

여기서, 제1 링크(120)가 베이스 링크(115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하면, 제1 링크(120)와 연결된 제2 링크(140), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 제1 링크(120)와 함께 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하게 된다. 이로 인해, 각 링크들 및 수술용 인스트루먼트(200)의 좌표계는 고정된 것이 아니라, 제1 링크(120)의 회전에 따라 상대적으로 계속 변화하게 된다. 즉, 도 3 등에는 제2 링크(130)는 X축과 평행한 것으로 도시되어 있다. 그러나 제1 링크(120)가 회전하게 되면, 제2 링크(130) 및 이와 연결된 각 링크의 좌표계도 이와 함께 회전하는 것이다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 별도의 설명이 없는 이상, 도 3과 같이 제2 링크(130)는 X축에 평행하게 위치한 상태를 기준으로 하여 설명하도록 한다.

한편, 제2 조인트(172)는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)를 연결한다. 이때, 제1 링크(120)와 제2 링크(130)가 고정 결합되어, 제1 링크(120)에 대한 제2 링크(130)의 상대적인 위치는 일정하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 링크(120)와 제2 링크(130)는 일체로서 함께 동작할 수 있다. 여기서, 도면에는 제1 링크(120)와 제2 링크(130)가 각각 별도의 부재로 형성되어 고정 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 제1 링크(120)와 제2 링크(130)가 일체로 형성되어 요 구동 어셈블리(105)로 기능하는 것도 가능하다 할 것이다.

여기서, 본 발명의 제1 실시예의 제2 링크(130)는 수평면과 평행하게 형성될 수 있다. 또는, 제2 링크(130)는 후술할 제4 링크(150)와 실질적으로 평행하게 형성될 수도 있다. 또는, 제2 링크(130)는, 제3 조인트(173)와 RCM의 연장선 상에 배치되거나 또는 이 연장선과 평행하게 배치될 수도 있다.

이때, 제2 조인트(172)는 모터를 포함할 수 있으며, 벨트나 와이어 등에 의해 제3 조인트(173)와 연결될 수 있다. 따라서 제2 조인트(172)의 구동력이 제3 조인트(173)로 전달될 수 있다. 또는, 제2 조인트(172)가 모터를 포함하지 않고, 제3 조인트(173)가 모터를 포함하도록 형성될 수도 있다.

제3 링크(140)는 제2 링크(130)에 대해 제3 조인트(173)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(173)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(150)는 제3 링크(140)에 대해 제4 조인트(174)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(174)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(160)는 제4 링크(150)에 대해 제5 조인트(175)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(175)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(160)에는 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다. 이때 수술용 인스트루먼트(200)의 적어도 일부는 롤(Roll) 축(즉 샤프트 축)을 중심으로 회전가능하도록 형성되며, 또한 제5 링크(160)에 대해 롤 축(R)을 따라 왕복 직선 운동이 가능하도록 형성된다. 여기서, 수술용 인스트루먼트(200)의 롤 축(R)은 RCM을 지나도록 형성된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 인스트루먼트 장착 링크인 제5 링크(160)에는 인스트루먼트 장착부(미도시) 및 가이드 레일(미도시)이 형성되어, 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(200)가 장착된 상태에서, 롤 축(R) 방향으로 형성된 가이드 레일(미도시)을 따라 인스트루먼트 장착부(미도시)가 직선운동 할 수 있다. 이와 같은 직선 운동을 구현하기 위해 인스트루먼트 장착부(미도시)에는 리니어 액츄에이터(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(100)의 제5 링크(160)의 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(200)가 장착될 수 있다.

한편, 인스트루먼트 장착부(미도시)에는 수술용 인스트루먼트(200)와 결합하여 수술용 인스트루먼트(200)의 운동을 제어하기 위한 인터페이스부(미도시)가 더 형성될 수 있다. 인터페이스부(미도시)에는 수술용 인스트루먼트(200)의 구동부와의 결합을 위한 구성 요소 및 수술용 로봇 암(100)으로부터 구동력을 수술용 인스트루먼트(200)로 전달하기 위한 모터 등이 구비될 수 있다. 이 인터페이스부(미도시)에 의해 수술용 인스트루먼트(200)의 엔드 툴이 피치(pitch), 요(yaw), 액츄에이션(actuation) 운동을 수행할 수 있다. 나아가 이 인터페이스부(미도시)에 의해 수술용 인스트루먼트(200)의 샤프트와 엔드 툴이 롤 축(R)을 중심으로 롤(roll) 운동을 수행할 수 있다.

한편, 수술용 인스트루먼트(200)가 환자의 신체에 삽입되기 위한 삽입 통로가 되는 트로카(300)가 인스트루먼트 장착 링크인 제5 링크(160)에 결합될 수 있으며, 트로카(300)가 신체에 삽입된 상태에서 수술용 인스트루먼트(200)가 트로카(300)를 통해 환자의 신체에 삽입될 수 있다. 그리고 이와 같은 트로카(300) 상의 소정의 위치에 RCM이 형성될 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 베이스 링크(115)의 제1 요 축(Y1)이, 이러한 RCM을 지나도록 형성될 수 있다.

또한, 수술용 인스트루먼트(200)는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구동부(미도시)에는 인터페이스부(미도시)와의 결합을 위한 구성 요소 및 모터에 맞물려 작동되는 구동 휠 등이 형성될 수 있다. 이처럼, 인터페이스부(미도시)와 구동부(미도시)에는 서로 대응되는 결합 수단 및 구동전달 수단이 각각 형성되며, 이로써 수술용 인스트루먼트(200)가 제5 링크(160)에 장착된 상태에서 수술용 로봇 암(100)으로부터 구동력을 전달받아 작동되게 된다.

여기서, 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175) 및 RCM은 평행사변형의 네 개의 꼭지점이 될 수 있다. 즉, 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175) 및 RCM이 하나의 평행사변형을 형성할 수 있다.

상세히, 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175)의 세 개의 꼭지점이 있으면, 이 세 개의 꼭지점을 포함하는 평행사변형의 나머지 한점(RCM)의 위치는 자동으로 정해지게 된다.

그리고, 제3 조인트(173)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(140)가 제3 조인트(173)를 중심으로 회전하면, 후술할 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(140)와 제5 링크(160)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(150)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(140)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

이와 같은 구조에서, 수술용 로봇 암이 일단 셋업(set-up) 되면, RCM은 항상 그 위치를 유지하게 된다. 그리고 각 링크들이 RCM을 중심으로 회전함에 있어서, 각 링크들이 어느 위치에 있던지 평행사변형을 유지하게 된다. 즉, 본체(110)와 베이스 링크(115)가 고정되어 있는 상태에서, 제3 링크(140) 내지 제5 링크(160)가 어느 위치에 있든지 RCM의 위치는 변하지 않으며, 또한 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175) 및 RCM이 평행사변형을 유지하게 된다.

이와 같이 RCM이 유지되도록, 제4 조인트(174)와 제5 조인트(175)는 제3 조인트(173)에 회전 가능하도록 연결되어 있다. 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175)를 연결하기 위해 벨트, 와이어, 링크와 같은 다양한 동력 전달 장치가 사용될 수 있다.

예를 들어, 벨트에 의해 제3 조인트(173)와 제4 조인트(174)의 회전을 연동하여, 제2 링크(130)에 대해 제3 링크(140)가 회전하면 제3 링크(140)에 대해 제4 링크(150)가 회전하도록 할 수 있다. 이와 동시에, 벨트에 의해 제4 조인트(174)와 제5 조인트(175)의 회전을 연동하여, 제3 링크(140)에 대해 제4 링크(150)가 회전하면 제4 링크(150)에 대해 제5 링크(160)가 회전하도록 할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 결과적으로, 제3 조인트(173)와 제4 조인트(174)를 연결하는 선분과, 제5 조인트(175)와 RCM을 연결하는 선분이 언제나 평행을 유지할 수 있다. 더불어, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 선분과, 제4 조인트(174)와 제5 조인트(175)를 연결하는 선분도 언제나 평행을 유지할 수 있다.

(한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제2 링크(130)와 제3 조인트(173)를 구비하지 않고, 제1 링크(120)와 제3 링크(140)가 제2 조인트(172)에 의해 직접 연결되는 구성도 가능하다.)

한편, 본 발명의 제1 실시예는, 각 링크들, 특히 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)이 서로 겹치지 않고 나란히 배치되도록 하여, 어느 한 링크가 다른 링크에 대해 회전할 때 충돌이 발생하지 않고, 어느 한 링크가 다른 링크의 회전에 간섭하지 않도록 형성되어, 각 링크들의 구동 범위가 넓어지는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)의 평면도인 도 9(b) 등을 참고하면, XY 평면상에서 보았을 때 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)는 그 회전축 방향(즉, Y축 방향)에 각각 일정 정도 오프셋(offset) 되도록 형성된다. 다시 말하면, Y축 방향에 있어서, 제2 링크(130)의 일 측에 제3 링크(140)가 배치되고, 제3 링크(140)의 일 측에 제4 링크(150)가 배치되고, 제4 링크(150)의 일 측에 제5 링크(160)가 배치된다. 다시 말하면, Y축 방향을 따라 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)가 차례로 배치된다고 표현할 수도 있을 것이다.

특히, 수술용 인스트루먼트(200)가 장착되는 제5 링크(160)가 제4 링크(150)에 대해 일정 정도 오프셋 되어 배치됨으로써, 제4 링크(150)에 대한 제5 링크(160)(및 이와 결합된 수술용 인스트루먼트(200))의 회전 각도에 제한이 사라져서 자유롭게 회전할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 이를 다른 관점에서 표현하면, 어느 한 링크가 다른 링크의 회전에 간섭하지 않도록 형성되기 때문에, 제1 요 축(Y1) 방향에 있어서는 각각의 링크들의 적어도 일부가 서로 중첩 가능하다고 표현할 수 있다. 즉, 도 11과 같이 수술용 로봇 암(100)이 일정 정도 접힌 상태에서는, 제1 요 축(Y1) 방향에 있어서 제2 링크(130)와 제3 링크(140)는 일정 정도 중첩되어 배치되고, 제3 링크(140)와 제4 링크(150)는 일정 정도 중첩되어 배치되고, 제4 링크(150)와 제5 링크(160)는 일정 정도 중첩되어 배치된다.

한편, 본 발명의 제1 실시예는, 제5 링크(160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)가 수술용 로봇 암(100)의 바깥쪽을 향하도록 배치되는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 제5 링크(160)에서 인스트루먼트 장착부가 형성되어 있는 면, 다시 말하면 수술용 인스트루먼트(200)가 결합되는 면을 제1 면이라 하고, 그 반대쪽 면을 제2 면이라 상정한다.

이때, 제5 링크(160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)의 엔드 툴(210)이 수직 하방을 향하고 있는 상태에서, 제1 면은 본체(110)에서 멀어지는 방향을 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트가(200)가 제5 링크(160)보다 본체(110)에서 멀게 배치된다.

한편, 제5 링크(160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)가 수평이며 그 엔드 툴(210)이 본체(110)로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 제1 면이 위를 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)가 제5 링크(160)보다 상측에 배치되는 것이다.

(RCM 개념도 - 링크 구조)

본 발명의 RCM 메커니즘의 일 예로서, 링크 구조가 적용될 수 있다.

도 5는 도 2의 수술용 로봇 암에 링크 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 6은 링크 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다.

이와 같은 링크 구조의 경우, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 제1 링크(120), 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)를 포함한다. 더불어, 수술용 로봇 암(100)은 제3-1 링크(140-1), 제4-1 링크(150-1)을 더 포함한다. 또한, 수술용 로봇 암(100)은 제1 조인트(171), 제2 조인트(172), 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175)를 포함할 수 있다.

먼저, 제3 조인트(173)를 중심으로 제3 링크(140)가 제2 링크(130)에 대해 회전하면, 평행사변형을 이루는 링크 제4 링크(150), 제3-1 링크(140-1)가 함께 회전한다. 이때 링크들이 회전하더라도 평행사변형은 유지되며, 따라서 어떠한 회전상태에서도 제3 링크(140)와 제3-1 링크(140-1)는 평행을 유지하게 된다.

한편, 제4 조인트(174)를 중심으로 제4 링크(150)가 제3 링크(140)에 대해 회전하면, 평행사변형을 이루는 제3 링크(140), 제5 링크(160), 제4-1 링크(150-1)이 함께 회전한다. 이때 링크들이 회전하더라도 평행사변형은 유지되며, 따라서 어떠한 회전상태에서도 제4 링크(150)와 제4-1 링크(150-1)는 평행을 유지하게 된다.

이와 같이, 제3 조인트(173)를 중심으로 한 제3 링크(140)의 회전에 연동하여, 제4 링크(150)도 제3 링크(140)에 대해 회전하게 되어, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(150)는 평행 상태를 유지하게 된다.

마찬가지로, 제3 링크(140)에 대한 제4 링크(150)의 회전에 연동하여, 제5 링크(160)도 제4 링크(150)에 대해 회전하게 되어, 제3 링크(140)와 제5 링크(160)는 평행한 상태를 유지하게 된다.

결과적으로　어떠한 동작상태에서도 RCM이 일정하게 유지된다.

(RCM 개념도 - 벨트 구조)

본 발명의 RCM 메커니즘의 일 예로서, 벨트 구조가 적용될 수 있다.

도 7은 도 2의 수술용 로봇 암에 벨트 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 8은 벨트 구조의 RCM 메커니즘의 동작 상태를 나타내는 도면이다.

이와 같은 벨트 구조의 경우, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 제1 링크(120), 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)를 포함한다.

또한, 수술용 로봇 암(100)은 제1 조인트(171), 제2 조인트(172), 제3 조인트(173), 제4 조인트(174), 제5 조인트(175)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 조인트(172)는 풀리(192)를 포함할 수 있고, 제3 조인트(173)는 풀리(193-1), 풀리(193-2)를 포함할 수 있고, 제4 조인트(174)는 풀리(194-1), 풀리(194-2)를 포함할 수 있고, 제5 조인트(175)는 풀리(195)를 포함할 수 있다.

여기서, 풀리(192), 풀리(193-1), 풀리(194-1), 풀리(195)는 그 중심축을 중심으로 회전하는 회전 풀리일 수 있다. 한편, 풀리(193-2), 풀리(194-2)는 회전하지 않는 고정 풀리일 수 있다.

또한, 수술용 로봇 암(100)은 제1 벨트(181), 제2 벨트(182), 제3 벨트(183)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 벨트(181)는 풀리(192)와 풀리(193-1)를 연결할 수 있다. 제2 벨트(182)는 풀리(193-2)와 풀리(194-1)를 연결할 수 있다. 제3 벨트(183)는 풀리(194-2)와 풀리(195)를 연결할 수 있다.

여기서, 회전 풀리인 풀리(192)는 모터(미도시)와 연결되며, 제2 링크(130)에 대해 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 그리고, 각 풀리와 벨트는 하나 이상의 지점에서 고정 결합되어, 슬립이 일어나지 않는다고 상정할 수 있다.

먼저, 회전 풀리인 풀리(193-1)는 제2 링크(130)에 대해서는 회전 가능하도록 형성되고, 제3 링크(140)와는 일체로 형성된다. 따라서 풀리(193-1)가 제2 링크(130)에 대해 회전하면, 풀리(193-1)와 일체인 제3 링크(140)가 제2 링크(130)에 대해 회전한다.

한편, 고정 풀리인 풀리(193-2)는 제2 링크(130)와 일체로 형성된다.

한편, 회전 풀리인 풀리(194-1)는 제3 링크(140)에 대해서는 회전 가능하도록 형성되고, 제4 링크(150)와는 일체로 형성된다. 따라서 풀리(194-1)가 제3 링크(140)에 대해 회전하면, 풀리(194-1)와 일체인 제4 링크(150)가 제3 링크(140)에 대해 회전한다.

한편, 고정 풀리인 풀리(194-2)는 제3 링크(140)와 일체로 형성된다.

한편, 회전 풀리인 풀리(195)는 제4 링크(150)에 대해 회전 가능하도록 형성되고, 제5 링크(160)와는 일체로 형성된다. 따라서 풀리(195)가 제4 링크(150)에 대해 회전하면, 풀리(195)와 일체인 제5 링크(160)가 제4 링크(150)에 대해 회전한다.

이때 하나의 벨트로 묶인　두 풀리는 반드시 직경이 같아 야만 RCM이 유지된다. 즉, {풀리(192)의 직경=풀리(193-1)의 직경}, {풀리(193-2)의 직경=풀리(194-1)의 직경}, {풀리(194-2)의 직경=풀리(195)의 직경}이 되어야 한다.

이와 같은 벨트 구조 RCM 메커니즘의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 모터(미도시)와 연결된 풀리(192)가 회전하면 벨트(181)를 통해 풀리(192)와 연결된 풀리(193-1)도 회전하게 된다.

그리고, 풀리(193-1)가 회전하면, 풀리(193-1)와 일체로 형성된 제3 링크(140)가 제2 링크(130)에 대해 회전하게 된다.

이때, 풀리(193-2)가 제2 링크(130)에 대해 고정된 상태에서, 제3 링크(140)가 제2 링크(130)에 대해 회전하므로, 벨트(182)는 풀리(193-2)에 대해 상대적으로 회전하게 된다.

그리고, 벨트(182)가 회전하면, 풀리(194-1)가 제3 링크(140)에 대해 회전하고, 풀리(194-1)가 회전하면 풀리(194-1)와 일체인 제4 링크(150)가 제3 링크(140)에 대해 회전하게 된다.

이와 같이, 제2 링크(130)에 대한 제3 링크(140)의 회전에 연동하여, 제4 링크(150)도 제3 링크(140)에 대해 회전하게 되어, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(150)는 평행한 상태를 유지하게 된다.

그리고, 풀리(194-2)가 제3 링크(140)에 대해 고정된 상태에서, 제4 링크(150)가 제3 링크(140)에 대해 회전하므로, 벨트(183)는 풀리(194-2)에 대해 상대적으로 회전하게 된다.

그리고, 벨트(183)가 회전하면, 풀리(195)가 제4 링크(150)에 대해 회전하고, 풀리(195)가 회전하면 풀리(195)와 일체인 제5 링크(160)가 제4 링크(150)에 대해 회전하게 된다.

이와 같이, 제3 링크(140)에 대한 제4 링크(150)의 회전에 연동하여, 제5 링크(160)도 제4 링크(150)에 대해 회전하게 되어, 제3 링크(140)와 제5 링크(160)는 평행한 상태를 유지하게 된다.

결과적으로　어떠한 동작상태에서도 RCM이 일정하게 유지된다.

(수술용 로봇 암의 동작)

도 9 내지 도 11은 도 3의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.

도 9, 도 10, 도 11에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 제3 링크(140)가 제2 링크(130)에 대해 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전한다. 그리고, 이와 연동하여 제4 링크(150)는 제3 링크(140)에 대해 회전하고, 제5 링크(160)는 제4 링크(150)에 대해 회전한다. 이때, 상술한 벨트 또는 링크 등의 구조에 의해서, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(150)는 평행한 상태를 유지하게 되고, 제3 링크(140)와 제5 링크(160)는 평행한 상태를 유지하게 된다. 즉, 수술용 로봇 암(100)이 피치 축(P)을 중심으로 어떠한 동작상태에서도 RCM이 일정하게 유지된다.

한편, 각 도면의 평면도에 도시된 바와 같이, 제2 링크(130), 제3 링크(140), 제4 링크(150), 제5 링크(160)는 Y축 방향에 있어서 서로 중첩되지 않고 서로 이웃하게 배치될 수 있다.

도 12 내지 도 14는 도 3의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.

도 12, 도 13, 도 14에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 요 구동 어셈블리(105)의 제1 링크(120)가 베이스 링크(115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전한다. 이때 제1 요 축(Y1)은 RCM을 지나고 있으므로, 제1 링크(120)가 베이스 링크(115)에 대해 어떠한 각도로 회전하든 RCM이 일정하게 유지된다.

도 15는 도 3의 수술용 로봇 암(100)의 제5 링크(160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

도 16은 도 15에 도시된 수술용 로봇 암(100)이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트(200)가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 각각의 로봇 암이 모듈형으로 형성되고, 또한 제5 링크(160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)가 평행하게 배치될 수 있다. 따라서, 환자의 수술 부위 근처에 각 모듈형 수술용 로봇 암(100)이 배치되고, 수술용 인스트루먼트(200)가 바로 환자를 향하도록 배치될 수 있다.

도 17은 도 3의 수술용 로봇 암(100)의 제5 링크(160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(200)의 엔드 툴(210)이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(100)은 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 RCM에서 서로 교차하도록 형성됨으로써, 수술용 인스트루먼트(200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 의해서, 제3 조인트(173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다. 나아가, 수술용 인스트루먼트(200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

또한, 각 링크들이 일정 정도 오프셋 되어 배치되도록 함으로써, 각 링크의 회전 동작이 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제2 실시예>

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 요 축의 개수 및 이에 따른 요 구동 어셈블리(505)의 구성이 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도로서, 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 도면이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)은 본체(510), 베이스 링크(515), 요 구동 어셈블리(505), 제3 링크(540), 제4 링크(550), 제5 링크(560)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(505)는 제1 링크(520), 제2 링크(530) 및 제6 링크(570)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(500)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 4의 171 참조), 제2 조인트(도 4의 172 참조), 제3 조인트(도 4의 173 참조), 제4 조인트(도 4의 174 참조), 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(500)은 제6 조인트(576)를 더 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(500)의 제5 링크(560)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 본체(510)는 수술용 로봇 암(500) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(510)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(515)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(515)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(515)에는 요 구동 어셈블리(505)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(505)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(515)와 결합하며, 베이스 링크(515)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(505)는 제1 링크(520)와 제2 링크(530)를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)의 요 구동 어셈블리(505)는 제1 링크(520)와 제2 링크(530)를 연결하는 제6 링크(570)를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

제3 링크(540)는 제2 링크(530)에 대해 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 4의 173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(550)는 제3 링크(540)에 대해 제4 조인트(도 4의 174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 4의 174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(560)는 제4 링크(550)에 대해 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 4의 175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(560)에는 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(540), 제4 링크(550), 제5 링크(560)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 4의 173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(540)가 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(540)와 제5 링크(560)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 4의 173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(550)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(540)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)은 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)의 두 개의 요 축을 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 서로 독립적으로 회전할 수 있는 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)을 구비하여, 롤 축(R)과 제1 요 축(Y1)이 일치할 경우에는 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요 운동을 수행하고, 롤 축(R)과 제2 요 축(Y2)이 일치할 경우에는 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요 운동을 수행할 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)의 요 구동 어셈블리(505)는 제1 링크(520)와 제2 링크(530)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)의 요 구동 어셈블리(505)는 제1 링크(520)와 제2 링크(530)를 연결하는 제6 링크(570)를 더 포함할 수 있다.

요 구동 어셈블리(505)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(515)와 결합하며, 베이스 링크(515)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 제1 링크(520)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(515)와 결합하며, 베이스 링크(515)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 RCM이 위치할 수 있다.

한편, 제6 링크(570)는 제6 조인트(576)에 의해 제1 링크(520)와 결합하며, 제1 링크(520)에 대해 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

한편, 제2 링크(530)는 일 단부가 제6 링크(570)에 고정 결합되고, 타 단부는 제3 링크(540)와 결합된다.

여기서, 제2 요 축(Y2)의 연장선상에 RCM이 위치할 수 있다. 다시 말하면, 제1 요 축(Y1)의 연장선과 제2 요 축의 연장선(Y2)은 RCM에서 만날 수 있다. 이때, 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크(520)와, 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제6 링크(570)는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 본 실시예의 요(yaw) 동작은, 제1 요 축(Y1)을 중심으로 베이스 링크(515)에 대해 요(yaw) 회전하는 제1 링크(520)에 의해 수행될 수도 있고, 제2 요 축(Y2)을 중심으로 제1 링크(520)에 대해 요(yaw) 회전하는 제6 링크(570)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 서로 독립적으로 회전할 수 있는 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)을 구비하며, 롤 축(R)과 제1 요 축(Y1)이 일치할 경우에는 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요 운동을 수행하고, 롤 축(R)과 제2 요 축(Y2)이 일치할 경우에는 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요 운동을 수행하는 것이다.

이와 같이, 두 개의 요 축을 구비하여, 어느 하나의 요 축이 롤 축과 일치하여 짐벌 락 현상이 발생할 우려가 있는 경우, 다른 하나의 요 축을 이용하여 요 동작을 수행할 수 있게 된다. 따라서 수술용 로봇 암(500)의 각 링크가 어떠한 동작 상태에 있더라도, 짐벌 락 현상이 발생하지 않고 원하는 동작을 수행하는 효과를 얻을 수 있다.

도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 18은 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)이 모두 롤 축(R)과 일치하지 않는 상태이다. 이 경우, 제1 요 축(Y1)을 중심으로 베이스 링크(515)에 대해 제1 링크(520)를 회전하여 요(yaw) 동작을 수행할 수 있다.

도 19는 도 18의 수술용 로봇 암의 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 도 19도 도 18과 동일하게, 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)이 모두 롤 축(R)과 일치하지 않는 상태를 도시한다. 이 경우, 제2 요 축(Y2)을 중심으로 제1 링크(520)에 대해 제6 링크(570)를 회전하여 요(yaw) 동작을 수행할 수도 있다.

도 20은 도 19 (b)에서 수술용 로봇 암이 제2 요 축(Y2)을 중심으로 대략 90°더 회전한 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다. 이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(500)은 두 개의 요 축을 구비하기 때문에, 보다 다양한 수술용 로봇 암(500)의 동작 상태가 가능해질 수 있다.

도 21은 도 18의 수술용 로봇 암의 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 21은 제2 요 축(Y2)이 롤 축(R)과 일치하는 상태이다. 이 경우, 제1 요 축(Y1)을 중심으로 베이스 링크(515)에 대해 제1 링크(520)를 회전하여 요(yaw) 동작을 수행할 수 있다.

도 22는 도 18의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 22는 제1 요 축(Y1)이 롤 축(R)과 일치하는 상태이다. 이 경우, 제2 요 축(Y2)을 중심으로 제1 링크(520)에 대해 제6 링크(570)를 회전하여 요(yaw) 동작을 수행할 수 있다.

도 23은 도 18의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 및 제2 요 축(Y2) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 23은 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)이 모두 롤 축(R)과 일치하지 않는 상태이다. 이 경우, 두 동작을 복합하여 요(yaw) 동작을 수행할 수도 있다. 즉, 제1 요 축(Y1)을 중심으로 베이스 링크(515)에 대해 제1 링크(520)를 회전하는 동시에, 제2 요 축(Y2)을 중심으로 제1 링크(520)에 대해 제6 링크(570)를 회전하는 동작을 병합하여 요(yaw) 동작을 수행할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의해서, 수술용 로봇 암(500)의 각 링크가 어떠한 동작 상태에 있더라도, 짐벌 락 현상이 발생하지 않고 원하는 동작을 수행하는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제3 실시예>

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암(600)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암(600)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(690)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 25는 도 24의 수술용 로봇 암의 피치 포지셔닝 관절의 동작을 나타내는 사시도이고, 도 26은 도 24의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.

도 24, 도 25 및 도 26을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암(600)은 본체(610), 베이스 링크(615), 요 구동 어셈블리(605), 제3 링크(640), 제4 링크(650), 제5 링크(660)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(605)는 제1 링크(620) 및 제2 링크(630)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암(600)은 셋업 링크 어셈블리(690)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(600)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 4의 171 참조), 제2 조인트(도 4의 172 참조), 제3 조인트(도 4의 173 참조), 제4 조인트(도 4의 174 참조), 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(600)의 제5 링크(660)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 본체(610)는 수술용 로봇 암(600) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(610)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(615)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(615)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(615)에는 요 구동 어셈블리(605)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(605)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(615)와 결합하며, 베이스 링크(615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(605)는 제1 링크(620)와 제2 링크(630)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(605)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(615)와 결합하며, 베이스 링크(615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(620)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(615)와 결합하며, 베이스 링크(615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(630)는 일 단부가 제1 링크(620)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(640)와 결합된다.

제3 링크(640)는 제2 링크(630)에 대해 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 4의 173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(650)는 제3 링크(640)에 대해 제4 조인트(도 4의 174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 4의 174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(660)는 제4 링크(650)에 대해 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 4의 175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(660)에는 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(640), 제4 링크(650), 제5 링크(660)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 4의 173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(640)가 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(640)와 제5 링크(660)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 4의 173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(650)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(640)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술용 로봇 암(600)은 셋업 링크 어셈블리(690)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(610)와 베이스 링크(615) 사이에 형성되어, 본체(610)와 베이스 링크(615)를 연결하고, 본체(610)에 대해 베이스 링크(615)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(690)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(690)는 수직 셋업 링크(691)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(692)(693)(694)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(691)는 본체(610)와 연결되고, 본체(610)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 본체(610)에는 수직 방향의 가이드 홈(611)이 형성되고, 수직 셋업 링크(691)가 이 가이드 홈(611)을 따라 화살표 A 방향으로 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(690)는 제1 수평 셋업 링크(692), 제2 수평 셋업 링크(693), 제3 수평 셋업 링크(694)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(692)는 수직 셋업 링크(691)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(693)는 제1 수평 셋업 링크(692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제3 수평 셋업 링크(693)의 일 단부는 제2 수평 셋업 링크(692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제3 수평 셋업 링크(693)의 타 단부에는 후술할 피치 포지셔닝 조인트(695) 및 이와 연결된 베이스 링크(615)가 형성된다. 여기서, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(692)(693)(694) 각각의 회전축은 Z축과 평행할 수 있다. 즉, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(692)(693)(694)은 XY 평면 상에서 회전할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(690)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(692)(693)(694)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(690)와 연결된 베이스 링크(615)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(690)는 피치 포지셔닝 조인트(695)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 피치 포지셔닝 조인트(695)는 피치 포지셔닝 베이스(696)와 피치 포지셔닝 축(697)을 더 포함할 수 있다. 피치 포지셔닝 베이스(696)는 제3 수평 셋업 링크(694)의 일 단부 상에 결합된다. 그리고, 피치 포지셔닝 베이스(696)와 베이스 링크(615)는 피치 포지셔닝 축(697)에 의해 제2 피치축(P2)을 중심으로 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 여기서, 피치 포지셔닝 축(697) 또는 제2 피치축(P2)은, 피치축(P) 또는 제3 조인트(도 4의 173 참조)의 회전축과 실질적으로 평행할 수 있다.

즉, 도 25에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(615)가 피치 포지셔닝 축(697)을 중심으로 피치 포지셔닝 베이스(696)에 대해 회전함으로써, 제2 피치축(P2) 방향의 셋업이 더 수행될 수 있다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(691)가 본체(610)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(692)(693)(694)이 수직 셋업 링크(691)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(610)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(690)는 수술용 로봇 암(600)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(600)이 배치되는 셋업 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(600)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(690)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(690)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제4 실시예>

이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암(700)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암(700)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(790)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 27은 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 28은 도 27의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.

도 27 및 도 28을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암(700)은 본체(710), 베이스 링크(715), 요 구동 어셈블리(705), 제3 링크(740), 제4 링크(750), 제5 링크(760)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(705)는 제1 링크(720) 및 제2 링크(730)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암(700)은 셋업 링크 어셈블리(790)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(700)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 4의 171 참조), 제2 조인트(도 4의 172 참조), 제3 조인트(도 4의 173 참조), 제4 조인트(도 4의 174 참조), 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(700)의 제5 링크(760)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 본체(710)는 수술용 로봇 암(700) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(710)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(715)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(715)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(715)에는 요 구동 어셈블리(705)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(705)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(715)와 결합하며, 베이스 링크(715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(705)는 제1 링크(720)와 제2 링크(730)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(705)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(715)와 결합하며, 베이스 링크(715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(720)는 제1 조인트(도 4의 171 참조)에 의해 베이스 링크(715)와 결합하며, 베이스 링크(715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(730)는 일 단부가 제1 링크(720)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(740)와 결합된다.

제3 링크(740)는 제2 링크(730)에 대해 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 4의 173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(750)는 제3 링크(740)에 대해 제4 조인트(도 4의 174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 4의 174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(760)는 제4 링크(750)에 대해 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 4의 175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(760)에는 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(740), 제4 링크(750), 제5 링크(760)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 4의 173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(740)가 제3 조인트(도 4의 173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(740)와 제5 링크(760)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 4의 173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(750)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(740)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수술용 로봇 암(700)은 셋업 링크 어셈블리(790)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(710)와 베이스 링크(715) 사이에 형성되어, 본체(710)와 베이스 링크(715)를 연결하고, 본체(710)에 대해 베이스 링크(715)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(790)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(790)는 수직 셋업 링크(791)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(792)(793)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(791)는 본체(710)와 연결되고, 본체(710)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 수직 셋업 링크(791)는 원통 형상으로 형성되어, 수직 셋업 링크(791)가 본체(710)에 대해 화살표 B 방향으로 인입 또는 인출되면서 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(790)는 제1 수평 셋업 링크(792), 제2 수평 셋업 링크(793)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(792)는 수직 셋업 링크(791)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(793)는 제1 수평 셋업 링크(792)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제2 수평 셋업 링크(792)의 타 단부에는 베이스 링크(715)가 형성된다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(790)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(792)(793)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(790)와 연결된 베이스 링크(715)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(791)가 본체(710)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(792)(793)이 수직 셋업 링크(791)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(710)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(790)는 수술용 로봇 암(700)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(700)이 배치되는 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(700)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(790)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(790)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제5 실시예>

이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 요 축의 개수 및 이에 따른 요 구동 어셈블리(805)의 구성이 특징적으로 달라진다. 또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(890)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다.

다시 말하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 도 18 등에 도시된 제2 실시예의 특징과 도 24 등에 도시된 제3 실시예의 특징을 병합한 것이라고 볼 수 있다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 29는 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 29를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 본체(810), 베이스 링크(815), 요 구동 어셈블리(805), 제3 링크(840), 제4 링크(850), 제5 링크(860)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(805)는 제1 링크(820), 제2 링크(830) 및 제6 링크(870)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 셋업 링크 어셈블리(890)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(800)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 4의 171 참조), 제2 조인트(도 4의 172 참조), 제3 조인트(도 4의 173 참조), 제4 조인트(도 4의 174 참조), 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(800)은 제6 조인트(876)를 더 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(800)의 제5 링크(860)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)의 두 개의 요 축을 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 서로 독립적으로 회전할 수 있는 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)을 구비하여, 롤 축(R)과 제1 요 축(Y1)이 일치할 경우에는 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요 운동을 수행하고, 롤 축(R)과 제2 요 축(Y2)이 일치할 경우에는 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요 운동을 수행할 수 있다.

여기서, 수술용 로봇 암(800)의 요 구동 어셈블리(805)는 제1 링크(820)와 제2 링크(830)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)의 요 구동 어셈블리(805)는 제1 링크(820)와 제2 링크(830)를 연결하는 제6 링크(870)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 요 구동 어셈블리(805)의 각 구성요소는 상술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이, 두 개의 요 축을 구비하여, 어느 하나의 요 축이 롤 축과 일치하여 짐벌 락 현상이 발생할 우려가 있는 경우, 다른 하나의 요 축을 이용하여 요 동작을 수행할 수 있게 된다. 따라서 수술용 로봇 암(800)의 각 링크가 어떠한 동작 상태에 있더라도, 짐벌 락 현상이 발생하지 않고 원하는 동작을 수행하는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 수술용 로봇 암(800)은 셋업 링크 어셈블리(890)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(810)와 베이스 링크(815) 사이에 형성되어, 본체(810)와 베이스 링크(815)를 연결하고, 본체(810)에 대해 베이스 링크(815)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(890)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(800)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(890)는 수직 셋업 링크(891)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(892)(893)(894)을 포함할 수 있다. 이와 같은 셋업 링크 어셈블리(890)의 각 구성요소는 상술한 제3 실시예와 실질적으로 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(890)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(800)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제6 실시예>

이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 요 축의 개수 및 이에 따른 요 구동 어셈블리(905)의 구성이 특징적으로 달라진다. 또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(990)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다.

다시 말하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 도 18 등에 도시된 제2 실시예의 특징과 도 27 등에 도시된 제4 실시예의 특징을 병합한 것이라고 볼 수 있다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 30은 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 31은 도 30의 수술용 로봇 암의 셋업 링크 어셈블리의 동작을 나타내는 사시도이다.

도 31 및 도 31을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 본체(910), 베이스 링크(915), 요 구동 어셈블리(905), 제3 링크(940), 제4 링크(950), 제5 링크(960)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(905)는 제1 링크(920), 제2 링크(930) 및 제6 링크(970)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 셋업 링크 어셈블리(990)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(900)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 4의 171 참조), 제2 조인트(도 4의 172 참조), 제3 조인트(도 4의 173 참조), 제4 조인트(도 4의 174 참조), 제5 조인트(도 4의 175 참조)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(900)은 제6 조인트(976)를 더 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(900)의 제5 링크(960)에 트로카(300) 및 수술용 인스트루먼트(200)가 결합된다.

여기서, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)의 두 개의 요 축을 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 서로 독립적으로 회전할 수 있는 제1 요 축(Y1)과 제2 요 축(Y2)을 구비하여, 롤 축(R)과 제1 요 축(Y1)이 일치할 경우에는 제2 요 축(Y2)을 중심으로 요 운동을 수행하고, 롤 축(R)과 제2 요 축(Y2)이 일치할 경우에는 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요 운동을 수행할 수 있다.

여기서, 수술용 로봇 암(900)의 요 구동 어셈블리(905)는 제1 링크(920)와 제2 링크(930)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)의 요 구동 어셈블리(905)는 제1 링크(920)와 제2 링크(930)를 연결하는 제6 링크(970)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 요 구동 어셈블리(905)의 각 구성요소는 상술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이, 두 개의 요 축을 구비하여, 어느 하나의 요 축이 롤 축과 일치하여 짐벌 락 현상이 발생할 우려가 있는 경우, 다른 하나의 요 축을 이용하여 요 동작을 수행할 수 있게 된다. 따라서 수술용 로봇 암(900)의 각 링크가 어떠한 동작 상태에 있더라도, 짐벌 락 현상이 발생하지 않고 원하는 동작을 수행하는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 제6 실시예에 따른 수술용 로봇 암(900)은 셋업 링크 어셈블리(990)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(910)와 베이스 링크(915) 사이에 형성되어, 본체(910)와 베이스 링크(915)를 연결하고, 본체(910)에 대해 베이스 링크(915)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(990)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(900)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(990)는 수직 셋업 링크(991)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(992)(993)을 포함할 수 있다. 이와 같은 셋업 링크 어셈블리(990)의 각 구성요소는 상술한 제4 실시예와 실질적으로 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(990)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(900)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제7 실시예>

이하에서는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 3 등의 100 참조)에 비해, 링크들의 구성 및 배치 면에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제1 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 32는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 33은 도 32의 수술용 로봇 암의 측면도이다. 도 34는 도 32의 수술용 로봇 암에 링크 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 35는 도 32의 수술용 로봇 암에 벨트 구조의 RCM 메커니즘이 적용된 예를 도시한 도면이다. 도 36 내지 도 38은 도 32의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다. 도 39 내지 도 41는 도 32의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 도 42는 도 32의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 43은 도 42에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다. 도 44는 도 32의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 45는 도 32에서 수술용 로봇 암이 제1 요 축(Y1)을 중심으로 대략 90°더 회전한 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.

도 32 내지 도 45를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 본체(1110), 베이스 링크(1115), 요 구동 어셈블리(1105), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(1105)는 제1 링크(1120) 및 제2 링크(1130)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(1100)은 도 3의 제1 실시예와 동일하게, 제1 조인트(1171), 제2 조인트(1172), 제3 조인트(1173), 제4 조인트(1174), 제5 조인트(1175)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(1100)의 제5 링크(1160)에 트로카(1300) 및 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다.

여기서, 본체(1110)는 수술용 로봇 암(1100) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(1110)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(1115)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(1115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

상세히, 베이스 링크(1115)는 꺾어진 평판 내지는 쐐기 형태로 형성되어, 일 영역은 본체(1110)의 상부면에 결합하고, 꺾어진 다른 일 영역은 본체(1110)의 상부면에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 여기서, 베이스 링크(1115)가 직각이 아니라 수평면에 대해 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(1115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

한편, 베이스 링크(1115)에는 요 구동 어셈블리(1105)가 회전 가능하게 결합된다.

상세히, 요 구동 어셈블리(1105)는 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(1105)는 제1 조인트(1171)에 의해 베이스 링크(1115)와 결합하며, 베이스 링크(1115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 제1 링크(1120)는 제1 조인트(1171)에 의해 베이스 링크(1115)와 결합하며, 베이스 링크(1115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(1130)는 일 단부가 제1 링크(1120)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(1140)와 결합된다.

일 예로, 제1 링크(1120)는 대략 원통 형상으로 형성되어, 베이스 링크(1115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전할 수 있다. 그리고, 원통 형상의 제1 링크(1120)의 일 측에는 제2 링크(1130)가 결합되어, 제2 링크(1130)가 제1 링크(1120)와 함께 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전할 수 있다. 여기서, 제2 링크(1130)는 제1 요 축(Y1)과 대략 평행하게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

제1 조인트(1171)는 베이스 링크(1115)와 제1 링크(1120)를 회전 가능하게 결합시킨다. 상세히, 제1 조인트(1171)는 RCM(Remote Center of Motion)을 지나도록 형성된 제1 요 축(Y1)을 중심으로 제1 링크(1120)가 요(yaw) 회전하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 조인트(1171)는 제1 링크(1120)를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.

여기서 제1 요 축(Y1)은, X축/Y축/Z축과 평행하지 않은 비스듬한 방향으로 형성될 수 있다. 상세하게는, 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성될 수 있으며, 이러한 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 RCM에서 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 후술할 RCM이 위치할 수 있다. 이와 같이 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 RCM이 위치하도록 형성됨으로써, 제1 링크(1120)가 베이스 링크(1115)에 대해 얼마나 요 회전을 하였는지 여부와 무관하게, 베이스 링크(1115)에 대한 RCM의 위치 및 방향은 일정하게 유지된다.

여기서, 상술한 바와 같이 베이스 링크(1115)가 직각이 아니라 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(1115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(1115)에서 제1 요 축(Y1)이 관통하는 지점(즉, 제1 조인트(1171))의 Z축 방향의 높이보다 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 수술용 로봇 암(1100)의 근위부(1101)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이보다, 수술용 로봇 암(1100)의 원위부(1102)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다. 여기서,

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(1115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 베이스 링크(1115)의 중심축이 제1 요 축(Y1)과 일치하도록 형성된다고 표현할 수도 있다.

이와 같이 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성되고, 제1 요 축(Y1)이 수평면에 대해 경사지게 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(1160) 및 수술용 인스트루먼트(1200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

여기서, 제1 링크(1120)가 베이스 링크(1115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하면, 제1 링크(1120)와 연결된 제2 링크(1140), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160) 및 수술용 인스트루먼트(1200)가 제1 링크(1120)와 함께 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하게 된다. 이로 인해, 각 링크들 및 수술용 인스트루먼트(1200)의 좌표계는 고정된 것이 아니라, 제1 링크(1120)의 회전에 따라 상대적으로 계속 변화하게 된다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 별도의 설명이 없는 이상, 도 32와 같이 제2 링크(1130)는 X축에 평행하게 위치한 상태를 기준으로 하여 설명하도록 한다.

한편, 제2 조인트(1172)는 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)를 연결한다. 이때, 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)가 고정 결합되어, 제1 링크(1120)에 대한 제2 링크(1130)의 상대적인 위치는 일정하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)는 일체로서 함께 동작할 수 있다. 여기서, 도면에는 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)가 각각 별도의 부재로 형성되어 고정 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 제1 링크(1120)와 제2 링크(1130)가 일체로 형성되어 요 구동 어셈블리(1105)로 기능하는 것도 가능하다 할 것이다.

여기서, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 제2 링크(1130)가 수평면과 평행하게 형성되는 것이 아니라 일정 정도 경사지게 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 예를 들어, 제2 링크(1130)는 경사지게 형성된 제1 요 축(Y1)과 대략 평행하게 형성될 수 있다.

이때, 제2 조인트(1172)는 모터를 포함할 수 있으며, 벨트나 와이어 등에 의해 제3 조인트(1173)와 연결될 수 있다. 따라서 제2 조인트(1172)의 구동력이 제3 조인트(1173)로 전달될 수 있다. 또는, 제2 조인트(1172)가 모터를 포함하지 않고, 제3 조인트(1173)가 모터를 포함하도록 형성될 수도 있다.

제3 링크(1140)는 제2 링크(1130)에 대해 제3 조인트(1173)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(1173)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(1150)는 제3 링크(1140)에 대해 제4 조인트(1174)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(1174)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1160)는 제4 링크(1150)에 대해 제5 조인트(1175)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(1175)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1160)에는 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다. 이때 수술용 인스트루먼트(1200)의 적어도 일부는 롤(Roll) 축(즉 샤프트 축)을 중심으로 회전가능하도록 형성되며, 또한 제5 링크(1160)에 대해 롤 축(R)을 따라 왕복 직선 운동이 가능하도록 형성된다. 여기서, 수술용 인스트루먼트(1200)의 롤 축(R)은 RCM을 지나도록 형성된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 인스트루먼트 장착 링크인 제5 링크(1160)에는 인스트루먼트 장착부(미도시) 및 가이드 레일(미도시)이 형성되어, 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(1200)가 장착된 상태에서, 롤 축(R) 방향으로 형성된 가이드 레일(미도시)을 따라 인스트루먼트 장착부(미도시)가 직선운동 할 수 있다. 이와 같은 직선 운동을 구현하기 위해 인스트루먼트 장착부(미도시)에는 리니어 액츄에이터(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(1100)의 제5 링크(1160)의 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(1200)가 장착될 수 있다.

한편, 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다.

상세히, 제3 조인트(1173), 제4 조인트(1174), 제5 조인트(1175) 및 RCM은 평행사변형의 네 개의 꼭지점이 될 수 있다. 즉, 제3 조인트(1173), 제4 조인트(1174), 제5 조인트(1175) 및 RCM이 하나의 평행사변형을 형성할 수 있다.

상세히, 제3 조인트(1173), 제4 조인트(1174), 제5 조인트(1175)의 세 개의 꼭지점이 있으면, 이 세 개의 꼭지점을 포함하는 평행사변형의 나머지 한점(RCM)의 위치는 자동으로 정해지게 된다.

그리고, 제3 조인트(1173)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(1140)가 제3 조인트(1173)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(1140)와 제5 링크(1160)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(1150)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(1140)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

이와 같은 구조에서, 수술용 로봇 암이 일단 셋업(set-up) 되면, RCM은 항상 그 위치를 유지하게 된다. 그리고 각 링크들이 RCM을 중심으로 회전함에 있어서, 각 링크들이 어느 위치에 있던지 평행사변형을 유지하게 된다. 즉, 본체(1110)와 베이스 링크(1115)가 고정되어 있는 상태에서, 제3 링크(1140) 내지 제5 링크(1160)가 어느 위치에 있든지 RCM의 위치는 변하지 않으며, 또한 제3 조인트(1173), 제4 조인트(1174), 제5 조인트(1175) 및 RCM이 평행사변형을 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 제7 실시예는, 각 링크들, 특히 제2 링크(1130), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)이 서로 겹치지 않고 나란히 배치되도록 하여, 어느 한 링크가 다른 링크에 대해 회전할 때 충돌이 발생하지 않고, 어느 한 링크가 다른 링크의 회전에 간섭하지 않도록 형성되어, 각 링크들의 구동 범위가 넓어지는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)의 평면도인 도 36(b) 등을 참고하면, XY 평면상에서 보았을 때 제2 링크(1130), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)는 그 회전축 방향(즉, Y축 방향)에 각각 일정 정도 오프셋(offset) 되도록 형성된다. 다시 말하면, Y축 방향에 있어서, 제2 링크(1130)의 일 측에 제3 링크(1140)가 배치되고, 제3 링크(1140)의 일 측에 제4 링크(1150)가 배치되고, 제4 링크(1150)의 일 측에 제5 링크(1160)가 배치된다. 다시 말하면, Y축 방향을 따라 제2 링크(1130), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)가 차례로 배치된다고 표현할 수도 있을 것이다.

특히, 수술용 인스트루먼트(1200)가 장착되는 제5 링크(1160)가 제4 링크(1150)에 대해 일정 정도 오프셋 되어 배치됨으로써, 제4 링크(1150)에 대한 제5 링크(1160)(및 이와 결합된 수술용 인스트루먼트(1200))의 회전 각도에 제한이 사라져서 자유롭게 회전할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 제7 실시예는, 제5 링크(1160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)가 수술용 로봇 암(1100)의 바깥쪽을 향하도록 배치되는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 제5 링크(1160)에서 인스트루먼트 장착부가 형성되어 있는 면, 다시 말하면 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합되는 면을 제1 면이라 하고, 그 반대쪽 면을 제2 면이라 상정한다.

이때, 제5 링크(1160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)의 엔드 툴(1210)이 수직 하방을 향하고 있는 상태에서, 제1 면은 본체(1110)에서 멀어지는 방향을 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(1160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트가(2200)가 제5 링크(1160)보다 본체(1110)에서 멀게 배치된다.

한편, 제5 링크(1160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)가 수평이며 그 엔드 툴(1210)이 본체(1110)로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 제1 면이 위를 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(1160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)가 제5 링크(1160)보다 상측에 배치되는 것이다.

(수술용 로봇 암의 동작)

도 36 내지 도 38은 도 32의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.

도 36, 도 37, 도 38에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 제3 링크(1140)가 제2 링크(1130)에 대해 제3 조인트(1173)를 중심으로 회전한다. 그리고, 이와 연동하여 제4 링크(1150)는 제3 링크(1140)에 대해 회전하고, 제5 링크(1160)는 제4 링크(1150)에 대해 회전한다. 이때, 상술한 벨트 또는 링크 등의 구조에 의해서, 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(1150)는 평행한 상태를 유지하게 되고, 제3 링크(1140)와 제5 링크(1160)는 평행한 상태를 유지하게 된다. 즉, 수술용 로봇 암(1100)이 피치 축(P)을 중심으로 어떠한 동작상태에서도 RCM이 일정하게 유지된다.

한편, 각 도면의 평면도에 도시된 바와 같이, 제2 링크(1130), 제3 링크(1140), 제4 링크(1150), 제5 링크(1160)는 Y축 방향에 있어서 서로 중첩되지 않고 서로 이웃하게 배치될 수 있다.

도 39 내지 도 41은 도 32의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.

도 39, 도 40, 도 41에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 요 구동 어셈블리(1105)의 제1 링크(1120)가 베이스 링크(1115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전한다. 이때 제1 요 축(Y1)은 RCM을 지나고 있으므로, 제1 링크(1120)가 베이스 링크(1115)에 대해 어떠한 각도로 회전하든 RCM이 일정하게 유지된다.

도 42는 도 32의 수술용 로봇 암(1100)의 제5 링크(1160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(1160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(1200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

도 43은 도 42에 도시된 수술용 로봇 암(1100)이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트(1200)가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 각각의 로봇 암이 모듈형으로 형성되고, 또한 제5 링크(1160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)가 평행하게 배치될 수 있다. 따라서, 환자의 수술 부위 근처에 각 모듈형 수술용 로봇 암(1100)이 배치되고, 수술용 인스트루먼트(1200)가 바로 환자를 향하도록 배치될 수 있다.

도 44는 도 32의 수술용 로봇 암(1100)의 제5 링크(1160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(1200)의 엔드 툴(1210)이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1100)은 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 RCM에서 서로 교차하도록 형성됨으로써, 수술용 인스트루먼트(1200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

이와 같은 본 발명의 제7 실시예에 의해서, 제3 조인트(1173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(1160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(1200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다. 나아가, 수술용 인스트루먼트(1200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

또한, 각 링크들이 일정 정도 오프셋 되어 배치되도록 함으로써, 각 링크의 회전 동작이 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제8 실시예>

이하에서는 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1600)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1600)은 앞서 기술한 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 32 등의 1100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(1690)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제7 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 46은 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 46을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1600)은 본체(1610), 베이스 링크(1615), 요 구동 어셈블리(1605), 제3 링크(1640), 제4 링크(1650), 제5 링크(1660)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(1605)는 제1 링크(1620) 및 제2 링크(1630)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1600)은 셋업 링크 어셈블리(1690)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(1600)은 도 32의 제7 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 35의 1171 참조), 제2 조인트(도 35의 1172 참조), 제3 조인트(도 35의 1173 참조), 제4 조인트(도 35의 1174 참조), 제5 조인트(도 35의 1175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(1600)의 제5 링크(1660)에 트로카(1300) 및 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다.

여기서, 본체(1610)는 수술용 로봇 암(1600) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(1610)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(1615)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(1615)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(1615)에는 요 구동 어셈블리(1605)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(1605)는 제1 조인트(도 35의 1171 참조)에 의해 베이스 링크(1615)와 결합하며, 베이스 링크(1615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(1605)는 제1 링크(1620)와 제2 링크(1630)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(1605)는 제1 조인트(도 35의 1171 참조)에 의해 베이스 링크(1615)와 결합하며, 베이스 링크(1615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(1620)는 제1 조인트(도 35의 1171)에 의해 베이스 링크(1615)와 결합하며, 베이스 링크(1615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(1630)는 일 단부가 제1 링크(1620)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(1640)와 결합된다.

제3 링크(1640)는 제2 링크(1630)에 대해 제3 조인트(도 35의 1173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 35의 1173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(1650)는 제3 링크(1640)에 대해 제4 조인트(도 35의 1174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 35의 1174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1660)는 제4 링크(1650)에 대해 제5 조인트(도 35의 1175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 35의 1175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1660)에는 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(1640), 제4 링크(1650), 제5 링크(1660)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 35의 1173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(1640)가 제3 조인트(도 35의 1173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(1640)와 제5 링크(1660)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 35의 1173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(1650)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(1640)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제8 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1600)은 셋업 링크 어셈블리(1690)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(1610)와 베이스 링크(1615) 사이에 형성되어, 본체(1610)와 베이스 링크(1615)를 연결하고, 본체(1610)에 대해 베이스 링크(1615)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(1690)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(1600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(1690)는 수직 셋업 링크(1691)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(1692)(1693)(1694)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(1691)는 본체(1610)와 연결되고, 본체(1610)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 본체(1610)에는 수직 방향의 가이드 홈(1611)이 형성되고, 수직 셋업 링크(1691)가 이 가이드 홈(1611)을 따라 화살표 A 방향으로 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(1690)는 제1 수평 셋업 링크(1692), 제2 수평 셋업 링크(1693), 제3 수평 셋업 링크(1694)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(1692)는 수직 셋업 링크(1691)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(1693)는 제1 수평 셋업 링크(1692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제3 수평 셋업 링크(1693)의 일 단부는 제2 수평 셋업 링크(1692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제3 수평 셋업 링크(1693)의 타 단부에는 베이스 링크(1615)가 형성된다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(1690)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(1692)(1693)(1694)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(1690)와 연결된 베이스 링크(1615)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(1691)가 본체(1610)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(1692)(1693)(1694)이 수직 셋업 링크(1691)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(1610)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(1690)는 수술용 로봇 암(1600)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(1600)이 배치되는 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(1600)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(1690)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(1690)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(1600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제9 실시예>

이하에서는 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1700)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1700)은 앞서 기술한 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 32 등의 1100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(1790)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제7 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 47은 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 47을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1700)은 본체(1710), 베이스 링크(1715), 요 구동 어셈블리(1705), 제3 링크(1740), 제4 링크(1750), 제5 링크(1760)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(1705)는 제1 링크(1720) 및 제2 링크(1730)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1700)은 셋업 링크 어셈블리(1790)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(1700)은 도 32의 제7 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 35의 1171 참조), 제2 조인트(도 35의 1172 참조), 제3 조인트(도 35의 1173 참조), 제4 조인트(도 35의 1174 참조), 제5 조인트(도 35의 1175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(1700)의 제5 링크(1760)에 트로카(1300) 및 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다.

여기서, 본체(1710)는 수술용 로봇 암(1700) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(1710)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(1715)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(1715)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(1715)에는 요 구동 어셈블리(1705)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(1705)는 제1 조인트(도 35의 1171 참조)에 의해 베이스 링크(1715)와 결합하며, 베이스 링크(1715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(1705)는 제1 링크(1720)와 제2 링크(1730)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(1705)는 제1 조인트(도 35의 1171 참조)에 의해 베이스 링크(1715)와 결합하며, 베이스 링크(1715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(1720)는 제1 조인트(도 35의 1171 참조)에 의해 베이스 링크(1715)와 결합하며, 베이스 링크(1715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(1730)는 일 단부가 제1 링크(1720)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(1740)와 결합된다.

제3 링크(1740)는 제2 링크(1730)에 대해 제3 조인트(도 35의 1173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 35의 1173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(1750)는 제3 링크(1740)에 대해 제4 조인트(도 35의 1174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 35의 1174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1760)는 제4 링크(1750)에 대해 제5 조인트(도 35의 1175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 35의 1175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(1760)에는 수술용 인스트루먼트(1200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(1740), 제4 링크(1750), 제5 링크(1760)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 35의 1173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(1740)가 제3 조인트(도 35의 1173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(1740)와 제5 링크(1760)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 35의 1173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(1750)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(1740)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제9 실시예에 따른 수술용 로봇 암(1700)은 셋업 링크 어셈블리(1790)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(1710)와 베이스 링크(1715) 사이에 형성되어, 본체(1710)와 베이스 링크(1715)를 연결하고, 본체(1710)에 대해 베이스 링크(1715)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(1790)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(1700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(1790)는 수직 셋업 링크(1791)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(1792)(1793)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(1791)는 본체(1710)와 연결되고, 본체(1710)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 수직 셋업 링크(1791)는 원통 형상으로 형성되어, 수직 셋업 링크(1791)가 본체(1710)에 대해 화살표 B 방향으로 인입 또는 인출되면서 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(1790)는 제1 수평 셋업 링크(1792), 제2 수평 셋업 링크(1793)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(1792)는 수직 셋업 링크(1791)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(1793)는 제1 수평 셋업 링크(1792)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제2 수평 셋업 링크(1792)의 타 단부에는 베이스 링크(1715)가 형성된다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(1790)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(1792)(1793)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(1790)와 연결된 베이스 링크(1715)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(1791)가 본체(1710)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(1792)(1793)이 수직 셋업 링크(1791)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(1710)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(1790)는 수술용 로봇 암(1700)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(1700)이 배치되는 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(1700)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(1790)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(1790)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(1700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제10 실시예>

이하에서는 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 앞서 기술한 본 발명의 제7 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 32 등의 1100 참조)에 비해, 링크들의 구성 및 배치 면에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제7 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 48은 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 49는 도 48의 수술용 로봇 암의 측면도이다. 도 50 내지 도 52는 도 48의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다. 도 53 내지 도 55는 도 48의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다. 도 56은 도 48의 수술용 로봇 암의 제5 링크 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 57은 도 56에 도시된 수술용 로봇 암이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다. 도 58은 도 48의 수술용 로봇 암의 제5 링크에 결합된 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

도 48 내지 도 58을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 본체(2110), 베이스 링크(2115), 요 구동 어셈블리(2105), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(2105)는 제1 링크(2120) 및 제2 링크(2130)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(2100)은 도 32의 제7 실시예와 동일하게, 제1 조인트(2171), 제2 조인트(2172), 제3 조인트(2173), 제4 조인트(2174), 제5 조인트(2175)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2100)의 제5 링크(2160)에 트로카(2300) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

여기서, 본체(2110)는 수술용 로봇 암(2100) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(2110)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(2115)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(2115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

상세히, 베이스 링크(2115)는 꺾어진 평판 내지는 쐐기 형태로 형성되어, 일 영역은 본체(2110)의 상부면에 결합하고, 꺾어진 다른 일 영역은 본체(2110)의 상부면에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 여기서, 베이스 링크(2115)가 직각이 아니라 수평면에 대해 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(2115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

한편, 베이스 링크(2115)에는 요 구동 어셈블리(2105)가 회전 가능하게 결합된다.

상세히, 요 구동 어셈블리(2105)는 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(2105)는 제1 조인트(2171)에 의해 베이스 링크(2115)와 결합하며, 베이스 링크(2115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 제1 링크(2120)는 제1 조인트(2171)에 의해 베이스 링크(2115)와 결합하며, 베이스 링크(2115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(2130)는 일 단부가 제1 링크(2120)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(2140)와 결합된다.

일 예로, 제1 링크(2120)는 대략 원통 형상으로 형성되어, 베이스 링크(2115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전할 수 있다. 그리고, 원통 형상의 제1 링크(2120)의 일 측에는 제2 링크(2130)가 결합되어, 제2 링크(2130)가 제1 링크(2120)와 함께 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전할 수 있다. 여기서, 제2 링크(2130)는 제1 요 축(Y1)과 대략 평행하게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

제1 조인트(2171)는 베이스 링크(2115)와 제1 링크(2120)를 회전 가능하게 결합시킨다. 상세히, 제1 조인트(2171)는 RCM(Remote Center of Motion)을 지나도록 형성된 제1 요 축(Y1)을 중심으로 제1 링크(2120)가 요(yaw) 회전하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 조인트(2171)는 제1 링크(2120)를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.

여기서 제1 요 축(Y1)은, X축/Y축/Z축과 평행하지 않은 비스듬한 방향으로 형성될 수 있다. 상세하게는, 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성될 수 있으며, 이러한 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 RCM에서 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 후술할 RCM이 위치할 수 있다. 이와 같이 제1 요 축(Y1)의 연장선상에 RCM이 위치하도록 형성됨으로써, 제1 링크(2120)가 베이스 링크(2115)에 대해 얼마나 요 회전을 하였는지 여부와 무관하게, 베이스 링크(2115)에 대한 RCM의 위치 및 방향은 일정하게 유지된다.

여기서, 상술한 바와 같이 베이스 링크(2115)가 직각이 아니라 일정 정도 경사지게 형성되어서(예를 들어 30°), 베이스 링크(2115)를 관통하는 제1 요 축(Y1)도 수평 방향(즉, X축 방향)과 평행하지 않도록 형성될 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(2115)에서 제1 요 축(Y1)이 관통하는 지점(즉, 제1 조인트(2171))의 Z축 방향의 높이보다 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다.

이를 다른 관점에서 표현하면, 수술용 로봇 암(2100)의 근위부(2101)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이보다, 수술용 로봇 암(2100)의 원위부(2102)에서의 제1 요 축(Y1)의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성된다고 표현할 수 있다. 여기서,

이를 다른 관점에서 표현하면, 베이스 링크(2115)는 수평면에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 베이스 링크(2115)의 중심축이 제1 요 축(Y1)과 일치하도록 형성된다고 표현할 수도 있다.

이와 같이 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성되어, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(2160) 및 수술용 인스트루먼트(2200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

여기서, 제1 링크(2120)가 베이스 링크(2115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하면, 제1 링크(2120)와 연결된 제2 링크(2140), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 제1 링크(2120)와 함께 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전하게 된다. 이로 인해, 각 링크들 및 수술용 인스트루먼트(2200)의 좌표계는 고정된 것이 아니라, 제1 링크(2120)의 회전에 따라 상대적으로 계속 변화하게 된다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 별도의 설명이 없는 이상, 도 48과 같이 제2 링크(2130)는 X축에 평행하게 위치한 상태를 기준으로 하여 설명하도록 한다.

한편, 제2 조인트(2172)는 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)를 연결한다. 이때, 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)가 고정 결합되어, 제1 링크(2120)에 대한 제2 링크(2130)의 상대적인 위치는 일정하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)는 일체로서 함께 동작할 수 있다. 여기서, 도면에는 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)가 각각 별도의 부재로 형성되어 고정 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 제1 링크(2120)와 제2 링크(2130)가 일체로 형성되어 요 구동 어셈블리(2105)로 기능하는 것도 가능하다 할 것이다.

여기서, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 제2 링크(2130)가 수평면과 평행하게 형성되는 것이 아니라 일정 정도 경사지게 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 예를 들어, 제2 링크(2130)는 경사지게 형성된 제1 요 축(Y1)과 대략 평행하게 형성될 수 있다.

이때, 제2 조인트(2172)는 모터를 포함할 수 있으며, 벨트나 와이어 등에 의해 제3 조인트(2173)와 연결될 수 있다. 따라서 제2 조인트(2172)의 구동력이 제3 조인트(2173)로 전달될 수 있다. 또는, 제2 조인트(2172)가 모터를 포함하지 않고, 제3 조인트(2173)가 모터를 포함하도록 형성될 수도 있다.

제3 링크(2140)는 제2 링크(2130)에 대해 제3 조인트(2173)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(2173)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(2150)는 제3 링크(2140)에 대해 제4 조인트(2174)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(2174)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2160)는 제4 링크(2150)에 대해 제5 조인트(2175)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(2175)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2160)에는 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다. 이때 수술용 인스트루먼트(2200)의 적어도 일부는 롤(Roll) 축(즉 샤프트 축)을 중심으로 회전가능하도록 형성되며, 또한 제5 링크(2160)에 대해 롤 축(R)을 따라 왕복 직선 운동이 가능하도록 형성된다. 여기서, 수술용 인스트루먼트(2200)의 롤 축(R)은 RCM을 지나도록 형성된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 인스트루먼트 장착 링크인 제5 링크(2160)에는 인스트루먼트 장착부(미도시) 및 가이드 레일(미도시)이 형성되어, 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착된 상태에서, 롤 축(R) 방향으로 형성된 가이드 레일(미도시)을 따라 인스트루먼트 장착부(미도시)가 직선운동 할 수 있다. 이와 같은 직선 운동을 구현하기 위해 인스트루먼트 장착부(미도시)에는 리니어 액츄에이터(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2100)의 제5 링크(2160)의 인스트루먼트 장착부(미도시)에 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착될 수 있다.

한편, 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다.

상세히, 제3 조인트(2173), 제4 조인트(2174), 제5 조인트(2175) 및 RCM은 평행사변형의 네 개의 꼭지점이 될 수 있다. 즉, 제3 조인트(2173), 제4 조인트(2174), 제5 조인트(2175) 및 RCM이 하나의 평행사변형을 형성할 수 있다.

상세히, 제3 조인트(2173), 제4 조인트(2174), 제5 조인트(2175)의 세 개의 꼭지점이 있으면, 이 세 개의 꼭지점을 포함하는 평행사변형의 나머지 한점(RCM)의 위치는 자동으로 정해지게 된다.

그리고, 제3 조인트(2173)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(2140)가 제3 조인트(2173)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(2140)와 제5 링크(2160)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2150)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(2140)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

이와 같은 구조에서, 수술용 로봇 암이 일단 셋업(set-up) 되면, RCM은 항상 그 위치를 유지하게 된다. 그리고 각 링크들이 RCM을 중심으로 회전함에 있어서, 각 링크들이 어느 위치에 있던지 평행사변형을 유지하게 된다. 즉, 본체(2110)와 베이스 링크(2115)가 고정되어 있는 상태에서, 제3 링크(2140) 내지 제5 링크(2160)가 어느 위치에 있든지 RCM의 위치는 변하지 않으며, 또한 제3 조인트(2173), 제4 조인트(2174), 제5 조인트(2175) 및 RCM이 평행사변형을 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 제10 실시예는, 각 링크들, 특히 제2 링크(2130), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)이 서로 겹치지 않고 나란히 배치되도록 하여, 어느 한 링크가 다른 링크에 대해 회전할 때 충돌이 발생하지 않고, 어느 한 링크가 다른 링크의 회전에 간섭하지 않도록 형성되어, 각 링크들의 구동 범위가 넓어지는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)의 평면도인 도 50(b) 등을 참고하면, XY 평면상에서 보았을 때 제2 링크(2130), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)는 그 회전축 방향(즉, Y축 방향)에 각각 일정 정도 오프셋(offset) 되도록 형성된다. 다시 말하면, Y축 방향에 있어서, 제2 링크(2130)의 일 측에 제3 링크(2140)가 배치되고, 제3 링크(2140)의 일 측에 제4 링크(2150)가 배치되고, 제4 링크(2150)의 일 측에 제5 링크(2160)가 배치된다. 다시 말하면, Y축 방향을 따라 제2 링크(2130), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)가 차례로 배치된다고 표현할 수도 있을 것이다.

특히, 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 제4 링크(2150)에 대해 일정 정도 오프셋 되어 배치됨으로써, 제4 링크(2150)에 대한 제5 링크(2160)(및 이와 결합된 수술용 인스트루먼트(2200))의 회전 각도에 제한이 사라져서 자유롭게 회전할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 제10 실시예는, 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 수술용 로봇 암(2100)의 안쪽을 향하도록 배치되는 것을 일 특징으로 한다.

상세히, 제5 링크(2160)에서 인스트루먼트 장착부가 형성되어 있는 면, 다시 말하면 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합되는 면을 제1 면이라 하고, 그 반대쪽 면을 제2 면이라 상정한다.

이때, 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)의 엔드 툴(2210)이 수직 하방을 향하고 있는 상태에서, 제1 면은 본체(2110)와 가까워지는 방향 내지는 본체(2110)를 바라보는 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(2160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트가(2200)가 제5 링크(2160)보다 본체(2110)에서 가깝게 배치된다.

한편, 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 수평이며 그 엔드 툴(2210)이 본체(2110)로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 제1 면이 아래를 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(2160)의 제1 면에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 제5 링크(2160)보다 아래쪽에 배치되는 것이다.

이와 같은 구성에 의하여, 모듈형인 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 포트에 인접하게 배치된 상태에서 수평으로 포지셔닝 하더라도 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 환자와 직접 접촉하지 않는 구조이므로, 진동이 감소하고 강성이 향상되는 장점을 가질 수 있다.

(수술용 로봇 암의 동작)

도 50 내지 도 52는 도 48의 수술용 로봇 암의 피치 축(P) 중심 RCM 모션(피치 동작)을 나타내는 측면도 및 평면도이다.

도 50, 도 51, 도 52에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 제3 링크(2140)가 제2 링크(2130)에 대해 제3 조인트(2173)를 중심으로 회전한다. 그리고, 이와 연동하여 제4 링크(2150)는 제3 링크(2140)에 대해 회전하고, 제5 링크(2160)는 제4 링크(2150)에 대해 회전한다. 이때, 상술한 벨트 또는 링크 등의 구조에 의해서, 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2150)는 평행한 상태를 유지하게 되고, 제3 링크(2140)와 제5 링크(2160)는 평행한 상태를 유지하게 된다. 즉, 수술용 로봇 암(2100)이 피치 축(P)을 중심으로 어떠한 동작상태에서도 RCM이 일정하게 유지된다.

한편, 각 도면의 평면도에 도시된 바와 같이, 제2 링크(2130), 제3 링크(2140), 제4 링크(2150), 제5 링크(2160)는 Y축 방향에 있어서 서로 중첩되지 않고 서로 이웃하게 배치될 수 있다.

도 53 내지 도 55는 도 48의 수술용 로봇 암의 제1 요 축(Y1) 중심 RCM 모션(요 동작)을 나타내는 사시도이다.

도 53, 도 54, 도 55에 도시된 바와 같이, 모터(미도시)가 구동하면, 요 구동 어셈블리(2105)의 제1 링크(2120)가 베이스 링크(2115)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 회전한다. 이때 제1 요 축(Y1)은 RCM을 지나고 있으므로, 제1 링크(2120)가 베이스 링크(2115)에 대해 어떠한 각도로 회전하든 RCM이 일정하게 유지된다.

도 56은 도 48의 수술용 로봇 암(2100)의 제5 링크(2160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 평행하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(2160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(2200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다.

도 57은 도 56에 도시된 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 수술 부위 근처에 배치되고, 수술용 인스트루먼트(2200)가 바로 환자를 향하도록 배치된 모습을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 각각의 로봇 암이 모듈형으로 형성되고, 또한 제5 링크(2160) 및 이에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 평행하게 배치될 수 있다. 따라서, 환자의 수술 부위 근처에 각 모듈형 수술용 로봇 암(2100)이 배치되고, 수술용 인스트루먼트(2200)가 바로 환자를 향하도록 배치될 수 있다.

도 58은 도 48의 수술용 로봇 암(2100)의 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)의 엔드 툴(2210)이 아래에서 위쪽을 향하도록 배치된 상태를 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)은 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)은 RCM에서 서로 교차하도록 형성됨으로써, 수술용 인스트루먼트(2200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

이와 같은 본 발명의 제10 실시예에 의해서, 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성됨으로써, 짐벌 락 현상이 발생하지 않으면서 제5 링크(2160) 및 이에 결합되는 수술용 인스트루먼트(2200)를 수평 방향으로 배치하는 것이 가능해진다. 나아가, 수술용 인스트루먼트(2200)가 수평 방향을 넘어서, 아래에서 위쪽을 향하도록 배치하는 것도 가능해진다.

또한, 각 링크들이 일정 정도 오프셋 되어 배치되도록 함으로써, 각 링크의 회전 동작이 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제11 실시예>

이하에서는 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2600)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2600)은 앞서 기술한 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 48 등의 2100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(2690)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제10 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 59는 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 59를 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2600)은 본체(2610), 베이스 링크(2615), 요 구동 어셈블리(2605), 제3 링크(2640), 제4 링크(2650), 제5 링크(2660)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(2605)는 제1 링크(2620) 및 제2 링크(2630)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2600)은 셋업 링크 어셈블리(2690)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(2600)은 도 32의 제10 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 50의 2171 참조), 제2 조인트(도 50의 2172 참조), 제3 조인트(도 50의 2173 참조), 제4 조인트(도 50의 2174 참조), 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2600)의 제5 링크(2660)에 트로카(1300) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

여기서, 본체(2610)는 수술용 로봇 암(2600) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(2610)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(2615)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(2615)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(2615)에는 요 구동 어셈블리(2605)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(2605)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2615)와 결합하며, 베이스 링크(2615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(2605)는 제1 링크(2620)와 제2 링크(2630)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(2605)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2615)와 결합하며, 베이스 링크(2615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(2620)는 제1 조인트(도 50의 2171)에 의해 베이스 링크(2615)와 결합하며, 베이스 링크(2615)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(2630)는 일 단부가 제1 링크(2620)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(2640)와 결합된다.

제3 링크(2640)는 제2 링크(2630)에 대해 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 50의 2173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(2650)는 제3 링크(2640)에 대해 제4 조인트(도 50의 2174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 50의 2174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2660)는 제4 링크(2650)에 대해 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 50의 2175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2660)에는 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(2640), 제4 링크(2650), 제5 링크(2660)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(2640)가 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(2640)와 제5 링크(2660)은 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2650)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(2640)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제11 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2600)은 셋업 링크 어셈블리(2690)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(2610)와 베이스 링크(2615) 사이에 형성되어, 본체(2610)와 베이스 링크(2615)를 연결하고, 본체(2610)에 대해 베이스 링크(2615)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(2690)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(2600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(2690)는 수직 셋업 링크(2691)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2692)(2693)(2694)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(2691)는 본체(2610)와 연결되고, 본체(2610)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 본체(2610)에는 수직 방향의 가이드 홈(2611)이 형성되고, 수직 셋업 링크(2691)가 이 가이드 홈(2611)을 따라 화살표 A 방향으로 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(2690)는 제1 수평 셋업 링크(2692), 제2 수평 셋업 링크(2693), 제3 수평 셋업 링크(2694)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(2692)는 수직 셋업 링크(2691)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(2693)는 제1 수평 셋업 링크(2692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제3 수평 셋업 링크(2693)의 일 단부는 제2 수평 셋업 링크(2692)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제3 수평 셋업 링크(2693)의 타 단부에는 베이스 링크(2615)가 형성된다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2690)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2692)(2693)(2694)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(2690)와 연결된 베이스 링크(2615)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(2691)가 본체(2610)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(2692)(2693)(2694)이 수직 셋업 링크(2691)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(2610)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(2690)는 수술용 로봇 암(2600)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(2600)이 배치되는 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(2600)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(2690)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2690)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(2600)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제12 실시예>

이하에서는 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2700)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2700)은 앞서 기술한 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 48 등의 2100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(2790)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제10 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 60은 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 60을 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2700)은 본체(2710), 베이스 링크(2715), 요 구동 어셈블리(2705), 제3 링크(2740), 제4 링크(2750), 제5 링크(2760)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(2705)는 제1 링크(2720) 및 제2 링크(2730)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2700)은 셋업 링크 어셈블리(2790)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(2700)은 도 48의 제10 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 50의 2171 참조), 제2 조인트(도 50의 2172 참조), 제3 조인트(도 50의 2173 참조), 제4 조인트(도 50의 2174 참조), 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2700)의 제5 링크(2760)에 트로카(2300) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

여기서, 본체(2710)는 수술용 로봇 암(2700) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(2710)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(2715)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(2715)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(2715)에는 요 구동 어셈블리(2705)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(2705)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2715)와 결합하며, 베이스 링크(2715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(2705)는 제1 링크(2720)와 제2 링크(2730)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(2705)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2715)와 결합하며, 베이스 링크(2715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(2720)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2715)와 결합하며, 베이스 링크(2715)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(2730)는 일 단부가 제1 링크(2720)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(2740)와 결합된다.

제3 링크(2740)는 제2 링크(2730)에 대해 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 50의 2173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(2750)는 제3 링크(2740)에 대해 제4 조인트(도 50의 2174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 50의 2174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2760)는 제4 링크(2750)에 대해 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 50의 2175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2760)에는 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(2740), 제4 링크(2750), 제5 링크(2760)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(2740)가 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(2740)와 제5 링크(2760)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2750)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(2740)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제12 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2700)은 셋업 링크 어셈블리(2790)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(2710)와 베이스 링크(2715) 사이에 형성되어, 본체(2710)와 베이스 링크(2715)를 연결하고, 본체(2710)에 대해 베이스 링크(2715)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(2790)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(2700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(2790)는 수직 셋업 링크(2791)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2792)(2793)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(2791)는 본체(2710)와 연결되고, 본체(2710)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 수직 셋업 링크(2791)는 원통 형상으로 형성되어, 수직 셋업 링크(2791)가 본체(2710)에 대해 화살표 B 방향으로 인입 또는 인출되면서 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(2790)는 제1 수평 셋업 링크(2792), 제2 수평 셋업 링크(2793)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(2792)는 수직 셋업 링크(2791)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(2793)는 제1 수평 셋업 링크(2792)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제2 수평 셋업 링크(2792)의 타 단부에는 베이스 링크(2715)가 형성된다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2790)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2792)(2793)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(2790)와 연결된 베이스 링크(2715)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(2791)가 본체(2710)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(2792)(2793)이 수직 셋업 링크(2791)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(2710)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(2790)는 수술용 로봇 암(2700)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(2700)이 배치되는 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(2700)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(2790)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2790)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(2700)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제13 실시예>

이하에서는 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)은 앞서 기술한 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 48 등의 2100 참조)에 비해, 제1 요 축(Y1)이 링크들과 평행하게 형성된다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제10 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 62는 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이다.

도 62를 참조하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)은 본체(2810), 베이스 링크(2815), 요 구동 어셈블리(2805), 제3 링크(2840), 제4 링크(2850), 제5 링크(2860)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(2805)는 제1 링크(2820) 및 제2 링크(2830)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)은 셋업 링크 어셈블리(2890)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(2800)은 도 48의 제10 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 50의 2171 참조), 제2 조인트(도 50의 2172 참조), 제3 조인트(도 50의 2173 참조), 제4 조인트(도 50의 2174 참조), 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2800)의 제5 링크(2860)에 트로카(2300) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

여기서, 본체(2810)는 수술용 로봇 암(2800) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(2810)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(2815)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(2815)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(2815)에는 요 구동 어셈블리(2805)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(2805)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2815)와 결합하며, 베이스 링크(2815)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(2805)는 제1 링크(2820)와 제2 링크(2830)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(2805)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2815)와 결합하며, 베이스 링크(2815)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(2820)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2815)와 결합하며, 베이스 링크(2815)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(2830)는 일 단부가 제1 링크(2820)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(2840)와 결합된다.

제3 링크(2840)는 제2 링크(2830)에 대해 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 50의 2173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(2850)는 제3 링크(2840)에 대해 제4 조인트(도 50의 2174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 50의 2174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2860)는 제4 링크(2850)에 대해 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 50의 2175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2860)에는 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(2840), 제4 링크(2850), 제5 링크(2860)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(2840)가 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(2840)와 제5 링크(2860)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2850)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(2840)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)은 제1 요 축(Y1)이 링크들과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상세히, 도 50 내지 도 52 등에 도시된 본 발명의 제10 실시예의 경우, 제1 요 축(Y1)이 링크들(즉, 베이스 링크(2815), 제1 링크(2820), 제2 링크(2830), 제3 링크(2840), 제4 링크(2850), 제5 링크(2860))과 평행하지 않고, 제1 요 축이 링크들 중 적어도 일부와 소정의 각도를 이루도록 형성된다.

이에 반해, 본 발명의 제13 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2800)은 XY평면에서 보았을 때, 제1 요 축(Y1)이 베이스 링크(2815), 제1 링크(2820), 제2 링크(2830), 제3 링크(2840), 제4 링크(2850), 제5 링크(2860) 중 적어도 일부와 평행하게 형성된다.

이와 같이, 제1 요 축(Y1)이 링크들 중 적어도 일부와 평행하게 형성됨으로써, 수술용 로봇 암(2800)이 보다 컴팩트하게 배치되는 효과를 얻을 수 있다.

<수술용 로봇 암의 제14 실시예>

이하에서는 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)은 앞서 기술한 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(도 48 등의 2100 참조)에 비해, 셋업 링크 어셈블리(2990)를 더 포함한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 제10 실시예에 비해 달라진 구성은 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.

도 62는 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 나타내는 사시도이고, 도 63은 도 62의 수술용 로봇 암의 다양한 동작 상태를 나타내는 측면도이다.

도 62 및 도 63을 참조하면, 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)은 본체(2910), 베이스 링크(2915), 요 구동 어셈블리(2905), 제3 링크(2940), 제4 링크(2950), 제5 링크(2960)를 포함한다. 여기서, 요 구동 어셈블리(2905)는 제1 링크(2920) 및 제2 링크(2930)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)은 셋업 링크 어셈블리(2990)를 더 포함한다. 또한, 본 실시예의 수술용 로봇 암(2900)은 도 48의 제10 실시예와 동일하게, 제1 조인트(도 50의 2171 참조), 제2 조인트(도 50의 2172 참조), 제3 조인트(도 50의 2173 참조), 제4 조인트(도 50의 2174 참조), 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 포함할 수 있다. 그리고 이와 같은 수술용 로봇 암(2900)의 제5 링크(2960)에 트로카(2300) 및 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

여기서, 본체(2910)는 수술용 로봇 암(2900) 전체의 기저부의 역할을 수행한다.

한편, 본체(2910)의 일면, 예를 들어 상부면 상에는 베이스 링크(2915)가 형성될 수 있다. 베이스 링크(2915)는 수평면에 대해 소정의 각도를 갖도록 일정 정도 기울어지게 형성될 수 있다.

한편, 베이스 링크(2915)에는 요 구동 어셈블리(2905)가 회전 가능하게 결합된다. 요 구동 어셈블리(2905)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2915)와 결합하며, 베이스 링크(2915)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다.

여기서, 요 구동 어셈블리(2905)는 제1 링크(2920)와 제2 링크(2930)를 포함할 수 있다. 요 구동 어셈블리(2905)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2915)와 결합하며, 베이스 링크(2915)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 여기서, 제1 링크(2920)는 제1 조인트(도 50의 2171 참조)에 의해 베이스 링크(2915)와 결합하며, 베이스 링크(2915)에 대해 제1 요 축(Y1)을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 링크(2930)는 일 단부가 제1 링크(2920)에 고정 결합되고, 타 단부는 후술할 제3 링크(2940)와 결합된다.

제3 링크(2940)는 제2 링크(2930)에 대해 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제3 조인트(도 50의 2173 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제4 링크(2950)는 제3 링크(2940)에 대해 제4 조인트(도 50의 2174 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제4 조인트(도 50의 2174 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2960)는 제4 링크(2950)에 대해 제5 조인트(도 50의 2175 참조)를 중심으로 회전 가능하도록 축결합된다. 여기서 제5 조인트(도 50의 2175 참조)는 하나 이상의 풀리를 포함할 수 있다.

제5 링크(2960)에는 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합된다.

이때, 제3 링크(2940), 제4 링크(2950), 제5 링크(2960)는 평행사변형을 형성하여, 일종의 'RCM(remote center of motion)' 메커니즘을 구성한다. 즉, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)의 위치가 고정된 상태에서 제3 링크(2940)가 제3 조인트(도 50의 2173 참조)를 중심으로 회전하면, 상술한 링크/벨트 등의 RCM 메커니즘에 의해, 제3 링크(2940)와 제5 링크(2960)는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 제3 조인트(도 50의 2173 참조)와 RCM을 연결하는 연장선과 제4 링크(2950)도 평행 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 따라서 제3 링크(2940)의 회전 각도와 무관하게 RCM의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)은 셋업 링크 어셈블리(2990)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본체(2910)와 베이스 링크(2915) 사이에 형성되어, 본체(2910)와 베이스 링크(2915)를 연결하고, 본체(2910)에 대해 베이스 링크(2915)(및 이와 연결된 링크들)가 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하도록 하는 셋업 링크 어셈블리(2990)를 더 구비하여, 수술용 로봇 암(2900)의 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해질 수 있다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

상세히, 셋업 링크 어셈블리(2990)는 수직 셋업 링크(2991)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994)을 포함할 수 있다.

수직 셋업 링크(2991)는 본체(2910)와 연결되고, 본체(2910)에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

여기서, 본체(2910)에는 수직 방향의 가이드 홈(2911)이 형성되고, 수직 셋업 링크(2991)가 이 가이드 홈(2911)을 따라 화살표 A 방향으로 상하 직선 이동할 수 있다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(2990)는 제1 수평 셋업 링크(2992), 제2 수평 셋업 링크(2993), 제3 수평 셋업 링크(2994)를 포함할 수 있다. 제1 수평 셋업 링크(2992)는 수직 셋업 링크(2991)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제2 수평 셋업 링크(2993)는 제1 수평 셋업 링크(2992)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 제3 수평 셋업 링크(2993)의 일 단부는 제2 수평 셋업 링크(2992)에 대해 회전 가능하도록 축결합된다. 그리고, 제3 수평 셋업 링크(2993)의 타 단부에는 후술할 피치 포지셔닝 조인트(2995) 및 이와 연결된 베이스 링크(2915)가 형성된다. 여기서, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994) 각각의 회전축은 Z축과 평행할 수 있다. 즉, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994)은 XY 평면 상에서 회전할 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2990)가 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994)을 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(2990)와 연결된 베이스 링크(2915)가 XY 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 셋업 링크 어셈블리(2990)는 피치 포지셔닝 조인트(2995)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 피치 포지셔닝 조인트(2995)는 피치 포지셔닝 베이스(2996)와 피치 포지셔닝 축(2997)을 더 포함할 수 있다. 피치 포지셔닝 베이스(2996)는 제3 수평 셋업 링크(2994)의 일 단부 상에 결합된다. 그리고, 피치 포지셔닝 베이스(2996)와 베이스 링크(2915)는 피치 포지셔닝 축(2997)에 의해 제2 피치축(P2)을 중심으로 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 여기서, 피치 포지셔닝 축(2997) 또는 제2 피치축(P2)은, 피치축(P) 또는 제3 조인트(도 4의 173 참조)의 회전축과 실질적으로 평행할 수 있다.

즉, 도 62 및 도 63에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(2915)가 피치 포지셔닝 축(2997)을 중심으로 피치 포지셔닝 베이스(2996)에 대해 회전함으로써, 제2 피치축(P2) 방향의 셋업이 더 수행될 수 있다.

이와 같이, 셋업 링크 어셈블리(2990)가 피치 포지셔닝 조인트(2995)를 포함하여, 셋업 링크 어셈블리(2990)와 연결된 베이스 링크(2915)가 XZ 평면상에서 다양한 셋업 위치에 배치될 수 있게 된다.

한편, 도면에는 수직 셋업 링크(2991)가 본체(2910)와 연결되고, 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994)이 수직 셋업 링크(2991)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 수평 셋업 링크가 본체(2910)와 연결되고, 수직 셋업 링크가 수평 셋업 링크에 연결되는 구성도 가능하다. 또는 수직 셋업 링크와 수평 셋업 링크 중 어느 하나만이 구비되는 것도 가능하다. 또는 복수 개의 수평 셋업 링크들의 중간에 수직 셋업 링크가 배치되는 구성 등, 다양한 수평 셋업 링크와 수직 링크의 구성 및 배치가 가능하다 할 것이다.

여기서, 셋업 링크 어셈블리(2990)는 수술용 로봇 암(2900)이 실제로 수술을 시작하기 이전에, 환자의 일 측의 적절한 위치에 수술용 로봇 암(2900)이 배치되는 셋업 기간에만 동작하고, 수술용 로봇 암(2900)의 배치가 완료되어 실제로 수술을 수행하는 동안에는 움직이지 않고 고정된 상태를 유지하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 도면에는 도시되지 않았지만, 셋업 링크 어셈블리(2990)는 정지 상태를 유지할 수 있는 브레이크 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 이 브레이크 모듈이 활성화/비활성화 상태를 선택할 수 있는 조작 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

결과적으로 도 63에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제14 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2900)은 수직 셋업 링크(2991)와, 하나 이상의 수평 셋업 링크들(2992)(2993)(2994)과, 피치 포지셔닝 조인트(2995)를 포함하는 셋업 링크 어셈블리(2990)를 더 구비함으로써, 수술용 로봇 암(2900)을 다양한 위치와 각도로 셋업하는 것이 가능해지며, 또한 셋업 포지셔닝이 보다 용이하게 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

<수술 로봇을 이용한 수술 방법>

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇 암을 포함하는 수술 로봇을 이용한 수술 방법에 대해 설명하도록 한다.

여기서, 트로카가 삽입되어 수술용 인스트루먼트가 관통하게 되는 위치를 포트라고 지칭한다.

도 64에 도시된 수술용 로봇 암(3100)의 경우, 수술용 인스트루먼트(3200)가 정위치로서 상방(바깥쪽)을 향하고 있고, 수술용 인스트루먼트(3200)가 장착되는 제5 링크(3160) 및 이와 연결된 제4 링크(3150)가 동일한 평면상에 형성되어 서로 겹쳐질 수 없는 구조이다.

따라서, 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 수술용 인스트루먼트(3200)가 삽입되어야 하는 수술의 경우, 수술용 인스트루먼트(3200)가 장착되는 제5 링크(3160)가 환자와 직접 접촉하지 않기 위해서는, 도 64(b)에 도시된 바와 같이, 본체(3110)는 환자의 수술 부위(즉, 포트)의 건너편에 위치하고, 수술용 로봇 암(3100)의 링크들이 환자의 신체 상부를 덮는 것처럼 본체(3110)로부터 뻗어 나오도록 전개되고, 수술용 인스트루먼트(3200)가 다시 환자 쪽으로 향하도록 반대 방향으로 배치되어야 한다. 따라서, 수술용 로봇 암(3100)이 그 지지대인 본체(3110)에서 길게 뻗는 형태로 인해 진동이 커지고 강성이 약해질 수 있는 등의 단점을 가질 수 있다.

한편, 도 65 및 도 66에 도시된 수술용 로봇 암(3500)의 경우에도, 수술용 인스트루먼트(3200)가 정위치로서 상방(바깥쪽)을 향하고 있는 구조이다.

이 경우에도 도 64의 경우와 마찬가지로, 수술용 인스트루먼트(3200)가 장착되는 제5 링크(3260)가 환자와 직접 접촉하지 않기 위해서는, 본체(3510)는 환자의 수술 부위(즉, 포트)의 건너편에 위치하고, 수술용 로봇 암(3500)의 링크들이 환자의 신체 상부를 덮는 것처럼 본체(3510)로부터 뻗어 나오도록 전개되고, 수술용 인스트루먼트(3200)가 다시 환자 쪽으로 향하도록 반대 방향으로 배치되어야 한다. 따라서, 수술용 로봇 암(3500)이 그 지지대인 본체(3510)에서 길게 뻗는 형태로 인해 진동이 커지고 강성이 약해질 수 있는 등의 단점을 가질 수 있다.

이에 반하여, 도 67에 도시된 본 발명의 제10 실시예에 따른 수술용 로봇 암(2100)의 경우, 수술용 인스트루먼트(2200)가 뒤집힌 위치로서 하방(안쪽)을 향하고 있고, 제5 링크(2160)와 제4 링크(2150)가 서로 다른 평면상에 형성되어 서로 겹쳐질 수 있는 구조이다.

따라서, 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 수술용 인스트루먼트(2200)가 삽입되어야 하는 수술의 경우, 모듈형인 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 포트에 인접하게 배치된 상태에서 수평으로 포지셔닝 하더라도 수술용 인스트루먼트(3200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 환자와 직접 접촉하지 않는 구조이다.

즉, 도 66 및 도 68 (a)에 도시된 수술용 로봇 암(3500)의 경우, 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 수술용 인스트루먼트(3200)가 삽입되기 위해서는, 수술용 로봇 암(3100)이 그 지지대인 본체(3110)에서 길게 뻗는 형태로 배치되어야 하며, 이로 인해 진동이 커지고 강성이 약해질 수 있었다. 반면, 도 67 및 도 68(b)에 도시된 수술용 로봇 암(3500)의 경우, 모듈형인 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 포트에 인접하게 배치된 상태에서 수평으로 포지셔닝 하더라도 수술용 인스트루먼트(3200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 환자와 직접 접촉하지 않는 구조이므로, 진동이 감소하고 강성이 향상되는 장점을 가질 수 있다.

이하에서는 이와 같은 본 발명의 제10 실시예 등에 따른 수술용 로봇 암(2100)을 이용한 수술 방법에 대해 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 이전의 실시예에서는, 만약 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 인스트루먼트가 삽입되어야 하는 수술의 경우, 베이스(카트)는 수술 부위의 환자 건너편에 위치하고, 다시 환자 쪽으로 향하도록 로봇 암을 뻗으면서 전개하고, 인스트루먼트가 다시 환자 쪽으로 향하도록 반대방향으로 배치되어야 하였다. 따라서, 하나 이상의 로봇 암이 환자 위에 전개되는 단점, 수술용 로봇 암이 그 지지대인 타워에서 길게 뻗는 형태로 인해 진동이 커지고 강성이 약해질 수 있는 등의 단점을 가질 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제10 실시예 등에 따른 수술용 로봇 암(2100)은, 1) 각각의 수술용 로봇 암(2100)이 모듈형으로 형성되고, 2) 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성되어, 이 연장선과 제1 요 축(Y1)이 RCM에서 서로 교차하도록 형성되며, 3) 링크들을 서로 이웃하도록 나란하게 배치하여, (XZ평면 상에서 보았을 때는) 링크들이 겹쳐질 수 있도록 형성함으로써, 한 링크의 회전 동작이 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 할 수 있다. 4) 나아가, 수술용 인스트루먼트(2200)가 제5 링크(2160)에 장착됨에 있어서, 수술용 인스트루먼트(2200)의 위치가 상방이 아닌 하방(즉, 링크들이 모두 접힌 상태에서, 링크가 위치한 방향)으로 장착되도록 구성될 수 있다. 즉, 기존 발명에 비해 수술용 인스트루먼트(2200)의 상하가 뒤집힌 상태라고 표현할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 구성에 의하여, 환자가 누운 수술대의 평면과 수평인 방향에서 수술용 인스트루먼트(2200)가 삽입되어야 하는 수술의 경우에도, 환자의 포트(트로카 삽입 위치) 인근, 즉 수술용 인스트루먼트(2200)가 삽입되는 쪽에 수술용 로봇 암(2100)의 본체(2110)를 배치하고, 이 위치에서 수평으로 환자의 포트(트로카)에 수술용 인스트루먼트(2200)가 삽입되어도 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 환자와 직접 접촉하지 않게 되는 효과를 가진다. 또한, 이로 인해 수술용 로봇 암(2200)의 설계 및 구현이 용이해지고, 수술용 인스트루먼트(2200)의 가동 범위가 더욱 증가되게 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 수술용 로봇 암에 의한 수술 방법은, 수술용 인스트루먼트(2200)가 삽입될 환자의 포트 일 측에 모듈형인 수술용 로봇 암(2100)의 본체가 배치되는 단계, 상기 수술용 로봇 암(2100)에서 상기 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 제5 링크(2150)가 실질적으로 수평인 상태로 배치되는 단계, 상기 수술용 로봇 암(2100)의 상기 제5 링크(2150)에 상기 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 단계, 상기 수술용 로봇 암(2100)에 장착된 상기 수술용 인스트루먼트(2200)를 이동시켜서 상기 수술용 인스트루먼트(2200)가 환자의 체내로 삽입되는 단계, 상기 수술용 인스트루먼트(2200)가 RCM을 유지하면서 수술이 시행되는 단계를 포함할 수 있다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 69 (a)에 도시된 바와 같이, 모듈형의 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 일 측에 배치된다. 이때 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 포트(트로카 삽입 위치)의 반대편이 아니라, 베드를 기준으로 환자의 포트와 동일한 측에 포트와 인접하게 모듈형 수술용 로봇 암(2100)의 본체(2110)가 배치될 수 있다.

다음으로, 도 69 (b)에 도시된 바와 같이, 수술용 로봇 암(2100)을 수평(내지는 수평에 유사한 소정 각도) 상태로 세팅(setting) 한다. 이때 복수 개의 링크들이 길게 전개된 상태가 아니라, 두 개 이상의 링크들이 접혀서 서로 중첩되게 배치될 수 있다.

다음으로, 도 69 (c)에 도시된 바와 같이, 수술용 로봇 암(2100)의 제5 링크(2160)에 수술용 인스트루먼트(2100)를 장착한다. 이때 수술용 인스트루먼트(2200)와 환자 사이에는 링크 등의 부품이 위치하지 않게 된다. 즉, 상술한 바와 같이, 수술용 인스트루먼트(2200)가 제5 링크(2160)에 장착됨에 있어서, 수술용 인스트루먼트(2200)의 위치가 상방이 아닌 하방(즉, 링크들이 모두 접힌 상태에서, 링크가 위치한 방향)으로 장착되도록 구성될 수 있다.

다시 말하면, 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 수술용 로봇 암(2100)의 안쪽을 향하도록 배치되는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 제5 링크(2160)에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 수평이며 그 엔드 툴(2210)이 본체(2110)로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서, 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합되는 면이 아래를 향하도록 배치된다. 다시 말하면, 제5 링크(2160)의 일 면에 결합된 수술용 인스트루먼트(2200)가 제5 링크(2160)보다 아래쪽에 배치되는 것이다.

이와 같은 구성에 의하여, 모듈형인 수술용 로봇 암(2100)이 환자의 포트에 인접하게 배치된 상태에서 수평으로 포지셔닝 하더라도 수술용 인스트루먼트(2200)가 장착되는 제5 링크(2160)가 환자와 직접 접촉하지 않게 되어, 진동이 감소하고 강성이 향상되는 장점을 가질 수 있다.

다음으로, 도 69 (d)에 도시된 바와 같이, 제5 링크(2160)에 장착된 수술용 인스트루먼트(2200)를 직선 이동시켜서, 수술용 인스트루먼트(2200)의 엔드 툴을 환자의 체내로 삽입한다.

다음으로, 도 69 (e)에 도시된 바와 같이, 수술용 로봇 암(2100)이 RCM 포인트를 유지하면서 수술을 시행하게 된다.

이와 같이 본 발명은, 제3 조인트(2173)와 RCM을 연결하는 연장선과 제1 요 축(Y1)이 서로 상이하도록 형성되며, 이 연장선과 제1 요 축(Y1)이 RCM에서 서로 교차하도록 형성되어, 주로 사용되는 수술기구의 배치 상태에서도 짐벌 락이 발생하지 않을 수 있도록 하여, 결과적으로 전체적인 수술 로봇 구성을 보다 컴팩트하게 하는 효과를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 하나의 수술용 로봇 암의 본체에서 하나의 수술용 인스트루먼트가 전개되는 모듈형으로 형성되고, 각각 하나의 수술용 인스트루먼트가 장착된 모듈형 수술용 로봇 암들을 복수 개 구비한다. 그리고, 이와 같은 각각의 수술용 로봇 암들이 환자의 복수 개의 포트 각각의 인근에 배치되어, 전개되는 수술용 로봇 암의 전체 길이가 짧아지게 되어, 진동이 작아지고 강성이 커지는 효과를 얻을 수 있다.

나아가 본 발명에서는, XY평면 상에서 보았을 때 제4 링크(2150)와 제5 링크(2160)를 서로 이웃하도록 나란하게 배치하여, XZ평면 상에서 보았을 때는 제4 링크(2150)와 제5 링크(2160)가 겹쳐질 수 있도록 형성함으로써, 제4 링크(2150)의 회전 동작이 제5 링크(2160) 등 다른 링크에 제약을 받지 않도록 하여, 인스트루먼트의 진행 방향이 수평방향을 넘어서 위를 향하게 하는 등, 인스트루먼트의 가동 범위가 증가되게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 빈번하게 이루어지는, 인스트루먼트가 수평방향으로 배치되는 수술의 경우에 있어서도, 짐벌 락이 발생하지 않으며, 인스트루먼트가 충분한 범위로 움직일 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

나아가, 본 발명에서는 수술용 인스트루먼트가 평행하게 배치된 상태에서 수술용 인스트루먼트(2200)가 결합되는 면이 아래를 향하도록 배치되고, 이때 수술용 인스트루먼트(2200)와 환자 사이에는 링크 등의 부품이 위치하지 않게 된다. 이와 같은 구성에 의해, 수술용 로봇 암의 진동이 감소하고 강성이 향상되는 효과를 가질 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명은 수술용 로봇 암에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 모듈형으로 형성되는 최소 침습 수술용 로봇 암에 이용될 수 있다.

Claims (54)

1. 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술용 로봇 암에 있어서,
   본체;
   상기 본체의 일 면 상에 형성되는 베이스 링크;
   제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 요 구동 어셈블리;
   상기 요 구동 어셈블리에 대해 제3 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제3 링크;
   상기 제3 링크에 대해 제4 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제4 링크;
   상기 제4 링크에 대해 제5 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되고, 상기 수술용 인스트루먼트가 장착 가능하도록 형성되는 제5 링크;를 포함하고,
   상기 제3 조인트, 상기 제4 조인트, 상기 제5 조인트가 꼭지점인 평행사변형의 나머지 한 꼭지점에 RCM(remote center of motion)이 형성되고,
   상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 상이하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 링크가 상기 제3 조인트를 중심으로 회전하면, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제4 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 링크의 회전과 무관하게 상기 RCM의 위치는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 상기 수술용 로봇 암의 어떠한 동작 상태에서도 평행 상태를 유지하고,
   상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제4 링크는 상기 수술용 로봇 암의 어떠한 동작 상태에서도 평행 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 링크에서 상기 제1 요 축이 관통하는 지점의 Z축 방향의 높이보다 상기 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 요 구동 어셈블리는,
   상기 제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와,
   제6 조인트에 의해 상기 제1 링크와 결합하며, 상기 제1 링크에 대해 제2 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제6 링크와,
   일 단부가 상기 제6 링크에 고정 결합되고, 타 단부는 상기 제3 링크와 결합되는 제2 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제2 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 요 축의 연장선과 상기 제2 요 축의 연장선은 상기 RCM에서 교차하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와,
    상기 제2 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제6 링크는 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 수술용 인스트루먼트의 롤(roll) 축과 상기 제1 요 축이 평행하면, 상기 제2 요 축의 회전에 의해 요(yaw) 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 수술용 인스트루먼트의 롤(roll) 축과 상기 제2 요 축이 평행하면, 상기 제1 요 축의 회전에 의해 요(yaw) 동작이 수행되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 요 구동 어셈블리는,
    상기 제1 조인트에 의해 상기 베이스 링크와 결합하며, 상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 제1 링크와,
    일 단부가 상기 제1 링크에 고정 결합되고, 타 단부는 상기 제3 링크와 결합되는 제2 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선에 대해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 링크와 상기 제4 링크는 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 수술용 로봇 암은,
    상기 본체와 상기 베이스 링크 사이에 형성되어 상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하는 셋업 링크 어셈블리를 더 포함하는 수술용 로봇 암.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 셋업 링크 어셈블리는,
    상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며, 상기 본체에 대해 Z축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 수직 셋업 링크를 포함하는 수술용 로봇 암.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 셋업 링크 어셈블리는,
    상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며, 상기 본체에 대해 Z축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 하나 이상의 수평 셋업 링크를 포함하는 수술용 로봇 암.
22. 제 19 항에 있어서,
    상기 셋업 링크 어셈블리는,
    상기 본체와 상기 베이스 링크를 연결하며,
    상기 제3 조인트의 회전축과 실질적으로 평행한 축을 중심으로, 상기 베이스 링크에 대해 상대적으로 회전 가능하도록 형성되는 피치 포지셔닝 조인트를 포함하는 수술용 로봇 암.
23. 제 19 항에 있어서,
    상기 셋업 링크 어셈블리는, 환자의 일 측의 적절한 위치에 상기 수술용 로봇 암이 배치되는 셋업 기간에만 동작 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
24. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크는 그 회전축 방향에 있어서 각각 일정 정도 오프셋 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
25. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 링크의 회전축 방향에 있어서,
    상기 제3 링크의 일 측에 상기 제4 링크가 배치되고,
    상기 제4 링크의 상기 일 측에 상기 제5 링크가 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
26. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 요 축 방향에 있어서,
    상기 제3 링크와 상기 제4 링크와 상기 제5 링크 각각의 적어도 일부가 서로 중첩 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
27. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서,
    상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 위쪽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 상태에서,
    상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 위쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
29. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서,
    상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 아래쪽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
30. 제 29 항에 있어서,
    상기 상태에서,
    상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
31. 제 29 항에 있어서,
    상기 상태에서,
    상기 수술용 인스트루먼트와 베드 사이에 상기 링크들이 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
32. 제 1 항에 있어서,
    Z축에 수직인 평면에 있어서,
    상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크 중 적어도 일부와 상기 제1 요 축이 소정의 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
33. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크 중 적어도 일부와 상기 제1 요 축이 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
34. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 요 축의 근위부에서의 Z축 방향의 높이보다 상기 제1 요 축의 원위부에서의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
35. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 링크는 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 상기 베이스 링크의 중심축이 제1 요 축과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
36. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 상기 RCM에서 교차하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 암.
37. 수술용 인스트루먼트가 삽입될 환자의 포트 일 측에 모듈형인 수술용 로봇 암의 본체가 배치되는 단계;
    상기 수술용 로봇 암에서 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 제5 링크가 실질적으로 수평인 상태로 배치되는 단계;
    상기 수술용 로봇 암의 상기 제5 링크에 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 단계;
    상기 수술용 로봇 암에 장착된 상기 수술용 인스트루먼트를 이동시켜서 상기 수술용 인스트루먼트가 환자의 체내로 삽입되는 단계;
    상기 수술용 인스트루먼트가 RCM을 유지하면서 수술이 시행되는 단계;를 포함하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
38. 제 37 항에 있어서,
    상기 수술용 인스트루먼트가 삽입될 환자의 포트 일 측에 상기 수술용 로봇 암의 본체가 배치되는 단계는,
    베드를 기준으로, 상기 수술용 로봇 암의 본체가 상기 환자의 포트와 동일한 측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
39. 제 37 항에 있어서,
    상기 수술용 로봇 암에서 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 제5 링크가 실질적으로 수평 상태로 배치되는 단계는,
    상기 수술용 로봇 암의 복수 개의 링크들 중 적어도 일부가, 상기 각 링크들의 연장 방향에 있어서 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
40. 제 37 항에 있어서,
    상기 수술용 로봇 암의 상기 제5 링크에 상기 수술용 인스트루먼트가 장착되는 단계에서,
    상기 수술용 인스트루먼트와 상기 환자 사이에는 상기 수술용 로봇 암의 링크들이 배치되지 아니하는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
41. 제 37 항에 있어서,
    상기 수술용 로봇 암은,
    베이스 링크;
    상기 베이스 링크에 대해 제1 요 축을 중심으로 요(yaw) 회전 가능하도록 형성되는 요 구동 어셈블리;
    상기 요 구동 어셈블리에 대해 제3 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제3 링크;
    상기 제3 링크에 대해 제4 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되는 제4 링크;
    상기 제4 링크에 대해 제5 조인트를 중심으로 회전 가능하도록 축 결합되고, 상기 수술용 인스트루먼트가 장착 가능하도록 형성되는 제5 링크;를 포함하고,
    상기 제3 조인트, 상기 제4 조인트, 상기 제5 조인트가 꼭지점인 평행사변형의 나머지 한 꼭지점에 RCM(remote center of motion)이 형성되고,
    상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 상이하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
42. 제 41 항에 있어서,
    상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 상기 RCM에서 교차하는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
43. 제 41 항에 있어서,
    상기 제1 요 축의 연장선상에 상기 RCM이 위치하는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
44. 제 41 항에 있어서,
    상기 제3 링크가 상기 제3 조인트를 중심으로 회전하면, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하고, 상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 연장선과 상기 제4 링크는 평행 상태를 유지하면서 회전하는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
45. 제 41 항에 있어서,
    상기 베이스 링크에서 상기 제1 요 축이 관통하는 지점의 Z축 방향의 높이보다 상기 RCM의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
46. 제 41 항에 있어서,
    상기 제1 요 축의 근위부에서의 Z축 방향의 높이보다 상기 제1 요 축의 원위부에서의 Z축 방향의 높이가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
47. 제 41 항에 있어서,
    상기 베이스 링크는 수평면에 대해 소정의 각도를 이루도록 기울어지게 형성되어, 상기 베이스 링크의 중심축이 제1 요 축과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
48. 제 41 항에 있어서,
    상기 제3 링크, 상기 제4 링크, 상기 제5 링크는 그 회전축 방향에 있어서 각각 일정 정도 오프셋 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
49. 제 41 항에 있어서,
    상기 제3 링크의 회전축 방향에 있어서,
    상기 제3 링크의 일 측에 상기 제4 링크가 배치되고,
    상기 제4 링크의 상기 일 측에 상기 제5 링크가 배치되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
50. 제 41 항에 있어서,
    상기 제1 요 축(Y1) 방향에 있어서,
    상기 제3 링크와 상기 제4 링크와 상기 제5 링크 각각의 적어도 일부가 서로 중첩 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
51. 제 41 항에 있어서,
    상기 제5 링크에 결합된 상기 수술용 인스트루먼트가 수평이고, 상기 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 상기 본체로부터 멀어지는 방향으로 배치된 상태에서,
    상기 제5 링크에서 상기 수술용 인스트루먼트가 결합된 제1 면이 Z축 방향에 있어서 아래쪽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
52. 제 51 항에 있어서,
    상기 상태에서,
    상기 수술용 인스트루먼트는 상기 제5 링크보다 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
53. 제 51 항에 있어서,
    상기 상태에서,
    상기 수술용 인스트루먼트와 베드 사이에 상기 링크들이 배치되지 않는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.
54. 제 41 항에 있어서,
    상기 제3 조인트와 상기 RCM을 연결하는 상기 연장선과 상기 제1 요 축은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 수술 로봇을 이용한 수술 방법.

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