WO2013077572A1 - 차동 부재 - Google Patents

차동 부재 Download PDF

Info

Publication number
WO2013077572A1
WO2013077572A1 PCT/KR2012/009365 KR2012009365W WO2013077572A1 WO 2013077572 A1 WO2013077572 A1 WO 2013077572A1 KR 2012009365 W KR2012009365 W KR 2012009365W WO 2013077572 A1 WO2013077572 A1 WO 2013077572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
input
differential
pulley
unit
differential control
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/009365
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이정주
Original Assignee
주식회사 리브스메드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 리브스메드 filed Critical 주식회사 리브스메드
Priority to EP12852205.9A priority Critical patent/EP2783653B1/en
Priority to CN201280067918.7A priority patent/CN104066399B/zh
Priority to US14/360,589 priority patent/US9695916B2/en
Priority to JP2014543406A priority patent/JP6220343B2/ja
Publication of WO2013077572A1 publication Critical patent/WO2013077572A1/ko
Priority to IL232773A priority patent/IL232773B/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions
    • F16H21/52—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions for interconverting rotary motion and oscillating motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/06—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2901—Details of shaft
    • A61B2017/2902—Details of shaft characterized by features of the actuating rod
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A61B2017/2911—Handles rings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18568—Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary
    • Y10T74/18832—Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary including flexible drive connector [e.g., belt, chain, strand, etc.]

Definitions

  • the background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.
  • the present invention is provided with a surgical instrument that can be manually operated for use in laparoscopic surgery or a variety of surgery, to provide a differential member for receiving two or more rotational or translational motions to output a single rotational or translational motion
  • a surgical instrument that can be manually operated for use in laparoscopic surgery or a variety of surgery, to provide a differential member for receiving two or more rotational or translational motions to output a single rotational or translational motion
  • FIG. 1 is a view showing a surgical instrument 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a detailed view of a first differential pulley of the surgical instrument 100 of FIG. 2
  • FIG. 4B is a detailed view of a second differential pulley of the surgical instrument 100 of FIG. 2.
  • 5A illustrates one variation of the end tool 120 of FIG. 5.
  • FIG. 10 is a view showing a second modification of the differential pulley of the surgical instrument shown in FIG.
  • FIG. 11 and 12 are views showing the operation of the second modification of the differential pulley shown in FIG.
  • FIG. 13A to 13E are diagrams illustrating yet another embodiment of the second modification of the differential pulley shown in FIG. 10, respectively.
  • 17 is a view showing in detail the differential gear of FIG.
  • FIG. 1 is a view showing a surgical instrument 100 according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a detailed internal view of the surgical instrument 100 of FIG.
  • the operation unit 110 is formed at one end of the connection unit 140, and provided with an interface that can be directly manipulated by a doctor, for example, a tong shape, a stick shape, a lever shape, and the like, An end tool 120 connected to the corresponding interface and inserted into the body of the surgical patient performs a predetermined operation to perform a surgery.
  • a doctor for example, a tong shape, a stick shape, a lever shape, and the like
  • An end tool 120 connected to the corresponding interface and inserted into the body of the surgical patient performs a predetermined operation to perform a surgery.
  • the operation unit 110 is illustrated as being formed in a tong shape in FIG. 1, the spirit of the present invention is not limited thereto, and is connected to an end tool 120 to provide an end tool 120. It will be possible to operate a variety of forms that can be operated.
  • the end tool 120 of the surgical instrument 100 is formed to be rotatable in at least two directions, for example, the end tool (end tool) ( 120 may be formed to perform a pitch motion about the Y axis of FIG. 1 and to perform a yaw motion and an actuation motion about the Z axis of FIG. 1. This will be described later in detail.
  • the power transmission unit 130 connects the operation unit 110 and the end tool 120 to transmit a driving force of the operation unit 110 to the end tool 120, and a plurality of Wires and pulleys.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an operation unit of the surgical instrument 100 of FIG.
  • the operation unit 110 of the surgical instrument 100 controls the pitch (pitch) movement of the end tool (end tool 120)
  • an actuation operator 113 for controlling the actuation motion of the actuator.
  • the pitch operation refers to a movement in the vertical direction with respect to the extension direction (the X-axis direction of FIG. 1) of the connection unit 140, that is, the operation about the Y-axis of FIG. 1.
  • an end tool 120 extending in the extending direction of the connecting portion 140 (the X-axis direction of FIG. 1) refers to a motion of rotating up and down about the Y-axis.
  • the yaw operation refers to a movement in the left and right directions with respect to the extension direction (the X-axis direction of FIG. 1) of the connection unit 140, that is, the operation about the Z-axis of FIG. 1.
  • an end tool 120 extending in the extending direction of the connection part 140 refers to a movement in which the end tool 120 rotates left and right about the Z axis.
  • the actuation (actuation) is rotated about the same axis of rotation as the yaw (yaw) motion, the jaw (wound) is retracted or opened while the two jaw (121) 122 is rotated in the opposite direction It means action. That is, two jaw (121) (122) formed in the end tool (end tool) (120) means a motion to rotate in the opposite direction with respect to the Z axis.
  • the end tool 120 is intuitive to the operation direction of the operation unit 110 It is characterized in that the rotation in the same direction.
  • the end tool 120 when the pitch manipulation unit 111 of the manipulation unit 110 is rotated in one direction, the end tool 120 also intuitively rotates in the same direction as the one direction to perform the pitch movement, and the manipulation unit 110 is performed.
  • rotating the yaw control unit 112 of any one direction (end tool) 120 also rotates in the same direction intuitively to the one direction to perform the yaw operation.
  • the same direction may be explained by the fact that the moving direction of the index finger of the user holding the operation unit 110 and the moving direction of the distal end of the end tool 120 form substantially the same direction.
  • the same direction may not be a perfectly matched direction on the three-dimensional coordinates, for example, when the user's index finger moves to the left end of the end tool 120 also moves to the left, the user's index As the finger moves to the right, it will be understood that the distal end of the end tool 120 is also moved to the right.
  • the operation unit 110 and the end tool 120 are perpendicular to the extension axis (X axis) of the connection unit 140. Characterized in that formed in the same direction with respect to the plane. That is, when viewed from the YZ plane of FIG. 1, the operation unit 110 extends in the + X axis direction, and at the same time, the end tool 120 also extends in the + X axis direction.
  • the direction in which the end tool 120 is formed at one end of the connection part 140 and the direction in which the operation part 110 is formed at the other end of the connection part 140 represent the YZ plane. It may be called the same direction as a reference.
  • the manipulation unit 110 is formed in a direction away from the body of the user who grips it, that is, the direction in which the end tool 120 is formed.
  • the surgical instrument 100 has a direction in which the operation direction of the operation unit 110 and the operation direction of the end tool 120 are intuitively the same.
  • the operation unit 110 and the end tool (end tool) 120 is characterized in that formed on the same side when viewed with respect to the YZ plane including the pitch drive shaft 1111. This will be described in more detail as follows.
  • the operation unit 110 of the surgical instrument 100 controls the pitch (pitch) movement of the end tool (end tool 120)
  • an actuation operator 113 for controlling the actuation motion of the actuator.
  • the pitch operation unit 111 includes a pitch operating axis 1111 and a pitch operating bar 1112.
  • the pitch driving shaft 1111 may be formed in a direction parallel to the Y axis, and the pitch driving bar 1112 is connected to the pitch driving shaft 1111 and is formed to rotate together with the pitch driving shaft 1111.
  • the pitch drive shaft 1111 connected to the pitch drive bar 1112 rotates together, such a rotational force. It is transmitted to the end tool 120 through this power transmission unit 130, the end tool 120 is to rotate in the same direction as the rotation direction of the pitch drive shaft 1111.
  • the end tool 120 when the pitch manipulation unit 111 rotates clockwise around the pitch drive shaft 1111, the end tool 120 also rotates clockwise around an axis parallel to the pitch drive shaft 1111 and vice versa.
  • the operation unit 111 rotates counterclockwise around the pitch drive shaft 1111
  • the end tool 120 also rotates counterclockwise around an axis parallel to the pitch drive shaft 1111.
  • FIGS. 1 and 3 illustrate a state in which the pitch driving bar 1112 of the pitch driving unit 111 is vertically positioned with respect to the connecting unit 140, while FIG. 2 illustrates the pitch driving bar of the pitch driving unit 111.
  • 1112 rotates about the pitch drive shaft 1111 by a certain degree, and the pitch drive bar 1112 is inclined with respect to the connecting portion 140.
  • FIG. 1 the coordinate system of the yaw control part 112 and the actuation operation part 113 is not fixed but it changes continuously with the rotation of the pitch operation part 111.
  • FIG. 1 the yaw drive shaft 1121 of the yaw manipulator 112 and the actuation drive shaft 1131 of the actuation manipulator 113 are parallel to the Z axis, so that the yaw manipulator 112 and the actuation manipulator 113 are closed. Each is shown rotating around an axis parallel to the Z axis. However, when the pitch operation unit 111 rotates as shown in FIG.
  • the yaw drive shaft 1121 of the yaw control unit 112 and the actuation drive shaft 1131 of the actuation operation unit 113 are not parallel to the Z axis. That is, the coordinate systems of the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 are changed in accordance with the rotation of the operation unit 111.
  • the coordinate system of the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 is a pitch drive bar 1112 as shown in FIG. 1 with respect to the connection unit 140. The description will be based on the vertical position.
  • the yaw operating portion 112 includes a yaw operating axis 1121 and a yaw operating bar 1122.
  • the yaw drive shaft 1121 may be formed to have a predetermined angle with the XY plane in which the extension 140 is formed.
  • the yaw drive shaft 1121 may be formed in a direction parallel to the Z axis as shown in FIG. 1, and when the pitch manipulator 111 rotates in this state, the yaw manipulator 112 is as described above.
  • the coordinate system of) can be changed relatively.
  • the yaw drive shaft 1121 may be formed in various directions so as to be suitable for the structure of the user's hand holding the yaw control unit 112.
  • the yaw drive bar 1122 is connected to the yaw drive shaft 1121 and is formed to rotate together with the yaw drive shaft 1121.
  • the yaw drive shaft 1121 connected with the yaw drive bar 1122 rotates together, such a rotational force. It is transmitted to the end tool 120 through the power transmission unit 130, so that the two jaws 121, 122 of the end tool 120 and the direction of rotation of the yaw drive shaft 1121 Rotate left and right in the same direction.
  • the first pulley 1121a and the second pulley 1121b may be formed at both ends of the yaw operating axis 1121, respectively.
  • the YC1 wire 135YC1 may be connected to the first pulley 1121a, and the YC2 wire 135YC2 may be connected to the second pulley 1121b.
  • the actuation operating unit 113 includes an actuation operating axis 1131 and an actuation operating bar 1132.
  • the actuation drive shaft 1131 may be formed to form a predetermined angle with the XY plane in which the extension 140 is formed.
  • the actuation drive shaft 1131 may be formed in a direction parallel to the Z axis as shown in FIG. 1, and in this state, when the pitch operation unit 111 rotates, the actuation operation unit as described above.
  • the coordinate system of 113 may vary relatively.
  • the spirit of the present invention is not limited thereto, and by the ergonomic design, the actuation drive shaft 1131 may be formed in various directions so as to be suitable for the structure of the user's hand holding the actuation drive 113. will be.
  • the actuation drive bar 1132 is connected to the actuation drive shaft 1131 and is formed to rotate together with the actuation drive shaft 1131.
  • the actuation drive shaft 1131 connected to the actuation drive bar 1132 rotates together.
  • This rotational force is transmitted to the end tool 120 through the power transmission unit 130, so that two jaws 121 and 122 of the end tool 120 perform an actuation operation. do.
  • the actuation operation means an operation of opening or closing the jaws 121 and 122 while the two jaws 121 and 122 rotate in opposite directions.
  • the first jaw 121 rotates in the counterclockwise direction and the second jaw 122 rotates in the clockwise direction to end the tool. 120 is closed, and conversely, if the actuation control unit 113 is rotated in the opposite direction, the first jaw rotates in the clockwise direction and the second jaw rotates in the counterclockwise direction. 120 will be opened.
  • the first pulley 1131a and the second pulley 1131b may be formed at both ends of the actuation operating axis 1131, respectively.
  • An AC1 wire 135AC1 may be connected to the first pulley 1131a, and an AC2 wire 135AC2 may be connected to the second pulley 1131b.
  • an axis in which the pitch manipulation unit 111 and the end tool 120 are the same or parallel to each other (X axis). ) Is formed on. That is, the pitch driving shaft 1111 of the pitch manipulation unit 111 is formed at one end of the connection unit 140, and an end tool 120 is formed at the other end of the connection unit 140.
  • the connection portion 140 is illustrated as being formed in a straight line, the spirit of the present invention is not limited thereto, and the connection portion 140 is bent to have a predetermined curvature or bent one or more times as necessary. In this case, it may be said that the pitch manipulation part 111 and the end tool 120 are formed on substantially the same or parallel axes.
  • the inventive concept is not limited thereto, and the pitch manipulation unit 111 may be used.
  • the end tool 120 may be formed on different axes from each other. This will be described later.
  • the operation unit 110 of the surgical instrument 100 further includes an operation unit control member 115 to interlock with the pitch drive shaft 1111 of the pitch operation unit 111.
  • Such operation unit control member 115 may include a relay pulley 115a, and the configuration of the operation unit control member 115 is substantially the same as that of the end tool 120 to be described later, and thus, operation unit control. The relationship between the member 115, the end tool control member 123, and other components of the operation unit 110 will be described later.
  • 3A illustrates various modifications of the operation unit 110 of the surgical instrument 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the yaw manipulation part 112 and the actuation manipulation part 113 of the manipulation part 110 are formed independently of each other, so that the yaw manipulation part 112 and the actuation manipulation part 113 are formed.
  • the rotation of any one side does not affect the rotation of the other side
  • the pitch control unit 111 is located below the plane formed by the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113
  • the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 are formed above the extension line of the end tool 120.
  • Such H1 can be seen in the first, fourth and seventh embodiments of the present invention.
  • H2 of FIG. 3A is formed so that (1) the actuation operation part 113 of the operation part 110 is formed on the yaw operation part 112, and when the yaw operation part 112 rotates, the actuation operation part 113 also rotates. (2) the pitch control unit 111 is located below the plane formed by the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113, (3) the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 is the end tool It is formed above the extension line of 120.
  • Such H2 can be seen in the second, fifth, and eighth embodiments of the present invention.
  • H3 of FIG. 3A (1) the 1st tank operating part 112 and the 2nd tank operating part 113 which rotate independently of each other are formed in the operation part 110, (2) The pitch operation part 111 is required. It is located below the plane which the operation part 112 and the actuation operation part 113 make, (3) The yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 are formed above the extension line of the end tool 120.
  • FIG. Such H3 can be seen in the third, sixth and ninth embodiments of the present invention.
  • H4 of FIG. 3A (1) the yaw control part 112 and the actuation operation part 113 of the operation part 110 are formed independently of each other, and either side of the yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 is shown.
  • the rotation of the pitch does not affect the rotation of the other side
  • (2) the pitch control part 111 is located in the same or adjacent plane to the plane formed by the yaw control part 112 and the actuation control part 113, and so on.
  • the operation unit 111 is formed closer to the yaw operation unit 112 and the actuation operation unit 113 than H1, and (3) the yaw operation unit 112 and the actuation operation unit 113 are smaller than the extension of the end tool 120. It is formed on the top.
  • Such H4 can be seen in detail in Figure 9 of the present invention.
  • H5 of FIG. 3A is formed so that (1) the actuation operation part 113 of the operation part 110 is formed on the yaw operation part 112, and when the yaw operation part 112 rotates, the actuation operation part 113 also rotates.
  • the pitch control section 111 is in the same manner as or adjacent to the plane formed by the yaw control section 112 and the actuation control section 113, and so on. 112 and the actuation operation part 113, and (3)
  • the yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 are formed above the extension line of the end tool 120. As shown in FIG.
  • the 1st tank operating part 112 and the 2nd tank operating part 113 which rotate independently of each other are formed in the operation part 110, (2)
  • the pitch operation part 111 is required.
  • the pitch control unit 111 is formed closer to the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 than H3 in such a manner as to be located on the same or adjacent plane as the plane formed by the operation unit 112 and the actuation operation unit 113.
  • the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 are formed above the extension line of the end tool 120.
  • H8 of FIG. 3A is formed so that (1) the actuation operation part 113 of the operation part 110 may be formed on the yaw operation part 112, and when the yaw operation part 112 rotates, the actuation operation part 113 also rotates. (2) the pitch control unit 111 is located below the plane formed by the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113, (3) the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 is the end tool It is formed on the extension line of 120.
  • the yaw control part 112 and the actuation operation part 113 of the operation part 110 are formed independently of each other, and either side of the yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 is shown.
  • the rotation of the pitch does not affect the rotation of the other side
  • the pitch control part 111 is located in the same or adjacent plane to the plane formed by the yaw control part 112 and the actuation control part 113, and so on.
  • the operation unit 111 is formed closer to the yaw operation unit 112 and the actuation operation unit 113 than H7, and (3) the yaw operation unit 112 and the actuation operation unit 113 are on the extension line of the end tool 120. Is formed.
  • H11 of FIG. 3A is formed so that (1) the actuation operation part 113 of the operation part 110 is formed on the yaw operation part 112, and when the yaw operation part 112 rotates, the actuation operation part 113 also rotates.
  • the pitch control section 111 is disposed in the same manner as or adjacent to the plane formed by the yaw control section 112 and the actuation control section 113, and so on. 112 and the actuation operation part 113, and (3)
  • the yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 are formed on the extension line of the end tool 120. As shown in FIG.
  • the 1st tank operating part 112 and the 2nd tank operating part 113 which rotate independently of each other are formed in the operation part 110, (2)
  • the pitch operation part 111 is required.
  • the pitch control unit 111 is formed closer to the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 than H9 in such a manner as to be located on the same or adjacent plane as the plane formed by the operation unit 112 and the actuation operation unit 113.
  • the yaw operation part 112 and the actuation operation part 113 are formed on the extension line of the end tool 120. As shown in FIG.
  • FIG. 4A is a detailed view of a first differential pulley of the surgical instrument 100 of FIG. 2
  • FIG. 4B is a detailed view of a second differential pulley of the surgical instrument 100 of FIG. 2.
  • the power transmission unit 130 of the surgical instrument 100 is a differential pulleys (131, 132), a plurality of Pulleys and a plurality of wires 135YC1, 135YC2, 135J11, 135J12, 135J13, 135J21, 135J22, 135J23.
  • the differential member of the present invention including a differential pulley and a differential gear includes a pulley
  • Various types of rotating bodies can be provided.
  • the yaw control unit 112 and the actuation operation unit 113 are formed on one end of the pitch drive bar 1112 of the pitch operation unit 111. Therefore, when the pitch manipulation unit 111 rotates about the pitch drive shaft 1111, the yaw manipulation unit 112 and the actuation manipulation unit 113 also rotate together with the pitch driving unit 111.
  • the yaw control unit 112 is also connected to the first jaw 121 and the second jaw 122 to connect the first jaw 121 and the second jaw 122.
  • the actuation operation unit 113 is also connected to the first jaw 121 and the second jaw 122 to connect the first jaw 121 and the second jaw 122.
  • two rotational inputs of the yaw control unit 112 and the actuation operating unit 113 should be acted on one jaw.
  • two or more inputs are received to output one rotation of the jaw.
  • the two input rotations must be able to not move with each other.
  • the surgical instrument 100 is provided with two or more inputs and one output, receiving a rotational force from two or more inputs, the sum (or difference) of these It is characterized in that it comprises a differential member for outputting through the output unit to extract a desired rotational force through.
  • a differential member may include a differential pulley using a pulley and a wire, and a differential gear using a gear, and a differential pulley is illustrated as an example of the differential member in FIGS. 1, 2, 4A, and 4B. Meanwhile, various embodiments of such a differential member are illustrated in FIGS. 7 to 19 to be described later.
  • the first differential pulley 131 includes a first input unit 1311, a second input unit 1312, and an output unit 1313.
  • the first input unit 1311 includes a first pulley 1311a and a second pulley 1311b.
  • the first pulley 1311a and the second pulley 1311b rotate together about the same axis of rotation.
  • the first pulley 1311a of the first input unit 1311 is connected to the first pulley 1121a of the yaw control unit 112 by the YC1 wire 135YC1, and rotation of the yaw control unit 112 is performed by the first input unit. (1311).
  • the second pulley 1311b of the first input unit 1311 is connected by the output unit 1313 and the differential control wire 135J11 so that the rotation of the first input unit 1311 is transmitted to the output unit 1313. do.
  • the second input unit 1312 includes a first pulley 1312a and a second pulley 1312b.
  • the first pulley 1312a and the second pulley 1312b rotate together about the same axis of rotation.
  • the first pulley 1312a of the second input unit 1312 is connected to the first pulley 1131a of the actuation operation unit 113 by the AC1 wire 135AC1, and rotation of the actuation operation unit 113 is performed. 2 to the input unit (1312).
  • the second pulley 1312b of the second input unit 1312 is connected by the output unit 1313 and the differential control wire 135J11 so that the rotation of the second input unit 1312 is transmitted to the output unit 1313. do.
  • the output unit 1313 includes an output pulley 1313a, an extension 1313b, a first differential control pulley 1313c and a second differential control pulley 1313d.
  • the output pulley 1313a of the output unit 1313 is connected by the operation unit control member 115 and J12 wire 135J12 which will be described later, so that the rotation of the output unit 1313 ends through the operation unit control member 115.
  • the extension portion 1313b is formed to extend in one direction from the rotation axis of the output pulley 1313a to be rotatable with the output pulley 1313a.
  • the first differential control pulley 1313c and the second differential control pulley 1313d are formed to face each other at one end of the extension part 1313b, and an axis 1313e formed to have a predetermined angle with the rotation axis of the output pulley 1313a. It is formed to be rotatable about the sock end of the).
  • first input unit 1311, the second input unit 1312, and the output unit 1313 rotate independently about independent axes.
  • the differential control wire 135J11 may include a second pulley 1311b of the first input unit 1311, a first differential control pulley 1313c of the output unit 1313, and a second input unit 1312 of the second pulley 1312b and It is wound along the second differential control pulley 1313d of the output unit 1313 to transmit the rotation of the first input unit 1311 and the second input unit 1312 to the output unit 1313.
  • the first differential pulley 131 includes a first input unit 1311, a second input unit 1312, and an output unit 1313, and the amount of rotation from the first input unit 1311 and the second input unit 1312. It receives an input and outputs the sum of these rotation amounts through the output unit 1313. That is, when only the first input unit 1311 rotates, it is output through the output unit 1313, and when only the second input unit 1312 is rotated, it is output through the output unit 1313, and the first input unit ( When the 1311 and the second input unit 1312 rotates in the same direction, the sum thereof is output through the output unit 1313, and the first input unit 1311 and the second input unit 1312 rotate in the opposite direction. These differences are output through the output unit 1313. This can be explained by the following equation.
  • the second differential pulley 132 has the same structure as the first differential pulley 131 and includes a first input unit 1321, a second input unit 1322, and an output unit 1323.
  • the first pulley 1321a of the first input unit 1321 is connected to the second pulley 1121b of the yaw control unit 112 by the YC2 wire 135YC2, and rotation of the yaw control unit 112 is performed by the first input unit.
  • the second pulley 1321b of the first input unit 1321 is connected by the output unit 1323 and the differential control wire 135J21 so that the rotation of the first input unit 1321 is transmitted to the output unit 1323. do.
  • the first pulley 1322a of the second input unit 1322 is connected to the second pulley 1131b of the actuation operation unit 113 by the AC2 wire 135AC2, and the rotation of the actuation operation unit 113 is performed. 2 is transmitted to the input unit 1322.
  • the second pulley 1322b of the second input unit 1322 is connected by the output unit 1323 and the differential control wire 135J21 so that the rotation of the second input unit 1322 is transmitted to the output unit 1323. do.
  • the output unit 1323 includes an output pulley 1323a, an extension 1323b, a first differential control pulley 1323c, and a second differential control pulley 1323d.
  • the output pulley 1323a of the output unit 1323 is connected by the operation unit control member 115 and the J22 wire 135J22 to be described later, so that the rotation of the output unit 1323 ends through the operation unit control member 115.
  • the second differential pulley 132 includes a first input unit 1321, a second input unit 1322, and an output unit 1323, and the amount of rotation from the first input unit 1321 and the second input unit 1322. It receives an input and outputs the sum of these rotation amounts through the output unit 1323. That is, when only the first input unit 1321 rotates, it is output through the output unit 1323, and when only the second input unit 1322 is rotated, it is output through the output unit 1323, and the first input unit ( When the 1311 and the second input unit 1312 rotates in the same direction, the sum thereof is output through the output unit 1313, and the first input unit 1311 and the second input unit 1312 rotate in the opposite direction. These differences are output through the output unit 1313.
  • the second input unit 1312 does not rotate, the first input unit in the differential control wire 135J11.
  • the portion wound around 1311 rotates, while the portion wound around second input portion 1312 does not rotate. Accordingly, the wire wound on the second input unit 1312 is released as the portion of the differential control wire 135J11 wound on the first input unit 1311 is rotated, and the differential control wire 135J11 is moved accordingly.
  • the two differential control pulley 1313d rotates in the clockwise direction
  • the first differential control pulley 1313c rotates in the counterclockwise direction.
  • the output part 1313 including the output pulley 1313a, the extension part 1313b, the first differential control pulley 1313c, and the second differential control pulley 1313d is centered on the axis of rotation of the output pulley 1313a. It rotates in the direction of arrow R1 of FIG. 4A.
  • the rotation of the output unit 1313 is transmitted to the first jaw 121 of the end tool 120 through the operation unit control member 115, and thus, the first jaw ( 121 rotates in the direction of the arrow YJ of FIG. 2.
  • the yaw control part 112 rotates in the arrow Y direction of FIG. 2, the YC2 wire 135YC2 and YC2 wire 135YC2 wound around the 2nd pulley 1121b and the 2nd pulley 1121b of the yaw control part 112
  • the first pulley 1321a and the second pulley 1321b connected to the first pulley 1321a of the first input unit 1321 of the second differential pulley 132 wound together rotate.
  • the second input unit 1322 of the second differential pulley 132 connected to the actuation operation unit 113 does not rotate.
  • the first input unit in the differential control wire 135J21 may not be rotated.
  • the part wound around the 1321 is rotated while the part wound around the second input part 1322 is not rotated.
  • the wire wound on the second input unit 1322 is released as the portion of the differential control wire 135J21 wound on the first input unit 1321 is rotated, and the differential control wire 135J21 moves accordingly.
  • the two differential control pulleys 1323d rotate in a clockwise direction
  • the first differential control pulleys 1323c rotate in a counterclockwise direction.
  • the output part 1323 including the output pulley 1323a, the extension part 1323b, the first differential control pulley 1323c, and the second differential control pulley 1323d is centered on the axis of rotation of the output pulley 1323a. It rotates in the direction of arrow R3 of FIG. 4B. Then, the rotation of the output unit 1323 is transmitted to the second jaw 122 of the end tool 120 through the operation unit control member 115, so that the second jaw ( 122) rotates in the direction of the arrow YJ of FIG.
  • the first input unit 1311 of the first differential pulley 131 connected to the yaw control unit 112 does not rotate.
  • the second input unit 1312 of the first differential pulley 131 rotates in the direction opposite to the arrow R2 of FIG. 4A, and the first input unit 1311 does not rotate
  • the second input unit 1312 may not be rotated in the differential control wire 135J11.
  • the portion wound on the second input unit 1312 rotates, while the portion wound on the first input unit 1311 does not rotate. Accordingly, the wire wound on the first input unit 1311 is released as the portion of the differential control wire 135J11 wound on the second input unit 1312 is rotated, and the differential control wire 135J11 is moved accordingly.
  • the two differential control pulley 1313d rotates in the counterclockwise direction, and the first differential control pulley 1313c rotates in the clockwise direction.
  • the output part 1313 including the output pulley 1313a, the extension part 1313b, the first differential control pulley 1313c, and the second differential control pulley 1313d is centered on the axis of rotation of the output pulley 1313a. It rotates in the opposite direction of arrow R2 of FIG. 4A.
  • the rotation of the output unit 1313 is transmitted to the first jaw 121 of the end tool 120 through the operation unit control member 115, and thus, the first jaw ( 121 rotates in the direction of the arrow YJ of FIG. 2.
  • the actuation operation unit 113 rotates in the direction of arrow A in FIG. 2, the AC2 wire 135AC2 and the AC2 wire (wound around the second pulley 1131b and the second pulley 1131b of the actuation operation unit 113).
  • the first pulley 1322a and the second pulley 1322b connected to the first pulley 1322a of the second input unit 1322 of the second differential pulley 132 wound by 135AC2 rotate together.
  • the first input unit 1321 of the second differential pulley 132 connected to the yaw control unit 112 does not rotate. As such, when the second input unit 1322 of the second differential pulley 132 rotates in the direction of the arrow R4 of FIG.
  • the second input unit in the differential control wire 135J21 does not rotate, the second input unit in the differential control wire 135J21.
  • the part wound around the 1322 is rotated, while the part wound around the first input part 1321 is not rotated. Accordingly, the wire wound on the first input unit 1321 is released as the portion of the differential control wire 135J21 wound on the second input unit 1322 is rotated, and the differential control wire 135J21 moves accordingly.
  • the two differential control pulleys 1323d rotate in a clockwise direction
  • the first differential control pulleys 1323c rotate in a counterclockwise direction.
  • the output part 1323 including the output pulley 1323a, the extension part 1323b, the first differential control pulley 1323c, and the second differential control pulley 1323d is centered on the axis of rotation of the output pulley 1323a. It rotates in the direction of arrow R4 of FIG. Then, the rotation of the output unit 1323 is transmitted to the second jaw 122 of the end tool 120 through the operation unit control member 115, so that the second jaw ( 122 rotates in the direction opposite to the arrow YJ in FIG. 2.
  • the two differential pulleys are used.
  • one of the control units is connected to one of the two input units of each of the two differential pulleys, so that one of the wires connecting the control unit and the input unit is twisted, The situation in which the other operation unit rotates can be avoided.
  • the rotational input of the yaw control unit 112 connected to the first input unit 1311 of the first differential pulley 131 and the first input unit 1321 of the second differential pulley 132 is assumed that the second input unit 1312 of the first differential pulley 131 and the second input unit 1322 of the second differential pulley 132 also try to rotate in the same direction as the rotation input of the yaw control unit 112. do.
  • the second input unit 1312 of the first differential pulley 131 and the actuation operation unit 113 are connected by twisting the AC1 wire 135AC1 once, and the second input unit 1322 of the second differential pulley 132.
  • the AC2 wire 135AC2 is connected to the actuation control unit 113 as it is. Accordingly, the rotation of the second input unit 1312 and 1322 of each of the first differential pulley 131 and the second differential pulley 132 is controlled by the actuation operation unit (AC1 wire 135AC1 and AC2 wire 135AC2). Since it acts in the direction of rotating 113 in the opposite direction, it eventually cancels each other and does not rotate the actuation operation part 113, so that each output part 1313 in the direction which rotates each output part 1313 and 1323 by it. (1323).
  • this configuration can be explained in particular that the rotational input of one operation portion is transmitted only to the rotation of each output portion without causing rotation of the other operation portion.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an end tool of the surgical instrument 100 of FIG.
  • the end tool 120 of the surgical instrument 100 includes an end tool control member 123, the end
  • the tool control member 123 is a J11 pulley (123J11), J12 pulley (123J12), J13 pulley (123J13), J14 pulley (123J14) and J15 pulley (123J15) associated with the rotational movement of the first jaw (121)
  • J21 pulley 123J21, J22 pulley 123J22, J23 pulley 123J23, J24 pulley 123J24, and J25 pulley 123J25 associated with the rotational movement of the jaw 122.
  • the J12 pulley 123J12, the J14 pulley 123J14, the J22 pulley 123J22, and the J24 pulley 123J24 may all be formed to rotate about the end tool pitch drive shaft 1231.
  • the pulleys facing each other are formed in parallel to each other, it is shown that they are all formed in the same size, the spirit of the present invention is not limited to this, each pulley is in a position and size suitable for the configuration of the end tool It may be formed in various ways.
  • the end tool 120 of the surgical instrument 100 is the end tool control member 123 and the first set on the end tool (120) side
  • the pitch movement of the end tool 120 is easily performed.
  • an actuation (actuation) operation is easily performed.
  • the J11 pulley 123J11 and the J21 pulley 123J21 are formed to face each other and are rotatable independently of each other about the Z-axis direction.
  • a first jaw 121 is coupled to the J11 pulley 123J11 to rotate together with the J11 pulley 123J11, and a second jaw to the J21 pulley 123J21.
  • 122 may be coupled to rotate with J21 pulley 123J21.
  • yaw motion and actuation motion of the end tool 120 are performed.
  • a J12 pulley 123J12 and a J14 pulley 123J14 are disposed to face each other at a predetermined interval.
  • the J12 pulley 123J12 and the J14 pulley 123J14 are formed to be rotatable independently of each other about the Y-axis direction.
  • the J13 pulley 123J13 and the J15 pulley 123J15 are disposed to face each other at a predetermined interval.
  • J13 pulley 123J13 and the J15 pulley 123J15 are formed to be rotatable independently of each other about the Y-axis direction.
  • J12 pulley (123J12), J13 pulley (123J13), J14 pulley (123J14) and J15 pulley (123J15) are all shown to be formed to rotate around the Y-axis direction, the spirit of the present invention is Without being limited to this, the rotational axes of each pulley may be formed in various directions to suit the configuration.
  • Article 1 (jaw) drive wire (135J13) is formed so that at least a portion of the J13 pulley (123J13), J12 pulley (123J12), J11 pulley (123J11), J14 pulley (123J14), J15 pulley (123J15), A first jaw drive wire 135J13 is formed to move along the pulleys while rotating the pulleys.
  • the first jaw drive wire 135J13 when the first jaw drive wire 135J13 is pulled toward the arrow J1R of FIG. 5, the first jaw drive wire 135J13 is pulled from the J15 pulley 123J15, the J14 pulley 123J14, and the J11 pulley ( 123J11), J12 pulley 123J12, and J13 pulley 123J13 are rotated in this order.
  • the J11 pulley 123J11 rotates in the direction of arrow R in FIG. 5 to rotate the first jaw 121 together.
  • the first jaw drive wire 135J13 is pulled toward the arrow J1L of FIG. 5
  • the first jaw drive wire 135J13 is pulled by the J13 pulley 123J13, J12 pulley 123J12, and J11 pulley ( 123J11), J14 pulley 123J14, and J15 pulley 123J15 are rotated in turn.
  • the J11 pulley 123J11 rotates in the direction of arrow L of FIG. 5 to rotate the first jaw 121 together.
  • a J22 pulley 123J22 and a J24 pulley 123J24 are disposed to face each other at a predetermined interval.
  • the J22 pulley 123J22 and the J24 pulley 123J24 are formed to be rotatable independently of each other about the Y-axis direction.
  • J23 pulley 123J23 and J25 pulley 123J25 are disposed on one side of each of the J22 pulley 123J22 and the J24 pulley 123J24 so as to face each other at a predetermined interval.
  • the J23 pulley 123J23 and the J15 pulley 123J25 are formed to be rotatable independently of each other about the Y-axis direction.
  • the J22 pulley 123J22, J23 pulley 123J23, J24 pulley 123J24 and J25 pulley 123J25 are all shown to be rotatable about the Y-axis direction, the spirit of the present invention is Without being limited to this, the rotational axes of each pulley may be formed in various directions to suit the configuration.
  • Article 2 (jaw) drive wire (135J23) is formed so that at least a portion of the J23 pulley (123J23), J22 pulley (123J22), J21 pulley (123J21), J24 pulley (123J24), J25 pulley (123J25), A second jaw drive wire 135J23 is formed to move along the pulleys while rotating the pulleys.
  • 5A shows a modification of the end tool 120 of FIG. 5.
  • J1 Y + A (Article 1 rotates in the same direction for both yaw motion and actuation motion)
  • the pitch operation is as follows.
  • the rotation of the output unit 1313 is transmitted to the control unit control member 115 through the J12 wire 135J12 wound on the output unit 1313, and the J11 pulley (115J11 in FIG. 6) of the control unit control member 115 is transmitted. Rotation). Then, when the J11 pulley 115J11 of the operation unit control member 115 rotates, the first jaw drive wire 135J13 connected thereto is moved, and thus, the end connected with the first jaw drive wire 135J13. The first jaw 121 of the tool 120 is rotated in the direction of the arrow YJ of FIG. 2.
  • the end tool is simply A pitch operation, a yaw operation, and an actuation operation of the tool 120 may be performed.
  • FIG. 7 is a view showing a first modification of the differential pulley of the surgical instrument shown in Figure 2
  • Figures 8 and 9 are views showing the operation of the first modification of the differential pulley shown in FIG.
  • the output 1333 includes an output pulley 1363P and an output wire 1363W.
  • the output pulley 1363P and the differential control member 1364 are connected through an output wire 1363W so that when the differential control member 1264 translates, the output pulley 1363P is connected to the output pulley 1363W. Will rotate.
  • the differential control member 1364 As the first differential joint 1364J1 moves, the differential control member 1364 is generally moved. The translational motion is performed in the direction of arrow A3, and the first pulley 1344P1, the second pulley 1344P2, and the differential control wire 1264W are also moved together, and at the same time, the first pulley 1344P1 and the second pulley ( 1364P2) rotates counterclockwise. In this way, when the differential control member 1164 moves in the direction of arrow A3, the output wire 1363W connected thereto moves in the direction of arrow A4, so that the output pulley 1363P connected to the output wire 1363W is moved. It will rotate in the direction of arrow C.
  • the other input unit when only one of the two or more input unit rotates, the other input unit can rotate only the output unit without rotating.
  • a single rotational force equal to the sum (or difference) of the rotational forces of the two input units may be output through the output unit.
  • the first input unit 1371 includes a first input pulley 1371P and a first input wire 1137W.
  • the first input pulley 1371P is connected to the first input wire 1372W and is formed to rotate together with the first input wire 1372W.
  • the second input unit 1372 includes a second input pulley 1372P and a second input wire 1372W.
  • the second input pulley 1372P is connected to the second input wire 1372W and is formed to rotate together with the second input wire 1372W.
  • the first differential control member 1374 includes a first pulley 1374P1, a second pulley 1374P2, and a first differential control bar 1374a.
  • the first pulley 1374P1 and the second pulley 1374P2 are formed at both ends of the first differential control bar 1374a, respectively, which can be rotated. Both ends of the first input wire 1372W are coupled to both ends of the first differential control member 1374, respectively.
  • the first differential control member 1374 may translate in the direction of arrow T1 of FIG. 10 as a whole.
  • the first differential control member 1374 is installed on a guide rail (not shown), so that the first differential control member 1374 can translate in the direction of arrow T1 of FIG. 10 along the guide rail (not shown). It is.
  • the differential control wire 1374 is formed to move along the translational motion of the first differential control member 1374 and the second differential control member 1375 while being wound along the four pulleys.
  • the fixed point (F1) is formed in the differential control wire (1376), can be a reference point for the movement of the differential control wire.
  • the rotation of the first input unit 1372 is transmitted only to the output unit 1373 without affecting the second input unit 1372, so that the output pulley 1373P can be rotated.
  • the rotation of the second input unit 1372 is transmitted only to the output unit 1373 without affecting the first input unit 1372 to rotate the output pulley 1373P.
  • 13A to 13E are diagrams showing yet another embodiment of the second modification of the differential pulley, respectively.
  • the first input unit and the second input unit are omitted, and the first differential control members 1374a to 1374e, the second differential control members 1375a to 1375e, the output units 1373a to 1373e, and connecting them Differential control wires 1376a through 1376e are shown.
  • Each of these embodiments is slightly different in appearance, but when the first input unit (not shown) rotates, the differential control wires 1376a to 1376e rotate while the first differential control members 1374a to 1374e perform the translation movement up and down.
  • the differential pulley is provided with two or more inputs and one output, and each of the two or more inputs is configured to provide the rotational force input from the two or more inputs without affecting the rotation of the other inputs.
  • Means a device that outputs a desired torque.
  • a third modification of the differential pulley of the surgical instrument includes a first input unit 1381, a second input unit 1382, an output unit 1383, and a connection unit 1344.
  • the first input unit 1381 includes a first rotation shaft 1361a and a first input pulley 1381b, and the first input pulley 1381b is coupled with the first rotation shaft 1381a to center the first rotation shaft 1381a. It is formed to be rotatable together.
  • the connecting portion 1384 includes a fourth rotation shaft 1384a and two connection pulleys 1384b formed to face each other, and the two connection pulleys 1384b are not coupled to the fourth rotation shaft 1384a and thus are fourth It is formed to be rotatable about the rotation axis (1384a), respectively.
  • the differential control wire 1385 may include one of two output portions 1383 and two connection pulleys 1384b, one of two second input pulleys 1382b, a first input pulley 1381b and a second input pulley ( 1382b) the other one of the two, the connection pulley (1384b) is formed in contact with the other one of the two and the output in turn, so that the output unit 1383, the connection unit 1384, the second input unit (1382) and the first input unit ( 1381 is formed to rotate along.
  • the coupling member (not shown) and the second rotation axis (1382a) when the coupling member (not shown) and the second rotation axis (1382a) is fixedly coupled to rotate the second rotation axis (1382a), the coupling member (not shown) and the first input unit (1381) connected thereto also rotate together, while the coupling member (Not shown) and the first rotating shaft (1381a) is not fixedly coupled, even if the first rotating shaft (1381a) rotates the coupling member (not shown) may be stopped.
  • the differential control wire 1385 is connected with the first input pulley 1381b due to the friction force or the provision of a fixed point. And rotate together, and the differential control wire 1385 wound around two second input pulleys 1382b and two connection pulleys 1384b is also moved, resulting in an output connected to the opposite side of the differential control wire 1385.
  • the output pulley 1383b of the unit 1383 also rotates about the third rotation shaft 1383a. At this time, the two second input pulleys 1382a and two connection pulleys 1384a wound around the moving differential control wire 1385 are also rotated together.
  • the second input unit 1382 rotates. If the second input pulley 1382b of the second input unit 1382 rotates counterclockwise about the second rotation axis 1382a in the state as illustrated in FIG. 14, the second rotation shaft 1382b as shown in FIG. 15. The first input unit 1381 rotates counterclockwise as a whole. At this time, if there is no rotational input to the first input unit 1381, and the rotation of the differential control wire 1385 wound around the first input pulley 1381a is relatively to the first rotation axis 1381a, the first rotation shaft 1381a does not have a rotational input. A portion of the wound differential control wire 1385 also rotates about the second axis of rotation 1138a as a whole.
  • the rotation of any one of the two or more input unit can cause the rotation of the output unit independently without causing the rotation of the other input unit.
  • a single rotational force equal to the sum (or difference) of the rotation amounts of the two input units may be output through the output unit.
  • the third modified example of the differential pulley is different from the above-described differential pulleys and the first and second modified examples, in which one input part is provided on the rotation axis of the other input part and according to the other rotation input.
  • the position of one input unit rotates. That is, in the above differential pulley and the first and second modifications, each input unit is positioned independently of each other, but the third modification of the differential pulley has a difference in that one input unit is positioned on the coordinate system of the other input unit. .
  • FIG 16 is a view showing a surgical instrument (100g) according to a modification of the power transmission unit of the surgical instrument shown in Figure 2
  • Figure 17 is a view showing in detail the differential gear of FIG.
  • the surgical instrument (100g) according to a modification of the power transmission unit of the first embodiment of the present invention is almost similar to the surgical instrument (100) according to the first embodiment of the present invention described above is almost similar, Since the configuration of the power transmission unit is characteristically different, the following description will focus on the configuration of the power transmission unit.
  • the differential gear is applied instead of the differential pulley of FIGS. 2 and 4A. That is, the differential gear of the surgical instrument shown in FIGS. 16 and 17 may be viewed as a structure in which the pulley and the wire are replaced by a gear in the differential pulley of the surgical instrument shown in FIG. 4A.
  • the surgical instrument 100g may include an operation unit 110, an end tool 120, and a power transmission unit ( 130 and a connection (not shown).
  • the power transmission unit 130 includes a first differential gear 151 and a second differential gear 152.
  • the first differential gear 151 includes a first input unit 1511, a second input unit 1512, and an output unit 1513.
  • the second input unit 1512 includes a second pulley 1512a and a second gear 1512b.
  • the second pulley 1512a and the second gear 1512b rotate together about the same axis of rotation.
  • the second pulley 1512a of the second input unit 1512 is connected to the first pulley 1131a of the actuation operation unit 113 by the AC1 wire 135AC1, and rotation of the actuation operation unit 113 is performed. 2 to the input unit (1512).
  • the second gear 1512b of the second input unit 1512 is connected to the output unit 1513 to transmit the rotation of the second input unit 1512 to the output unit 1513.
  • the output 1513 includes an output pulley 1513a, an extension 1513b and a differential control gear 1513c.
  • the output pulley 1513a of the output unit 1513 is connected by the operation unit control member 115 and the J12 wire 135J12, so that the rotation of the output unit 1513 is performed through the operation unit control member 115 through the end tool ( to the first jaw 121 of the end tool 120.
  • the extension part 1513b is formed to extend in one direction from the rotation axis of the output pulley 1513a so as to be rotatable with the output pulley 1513a about the rotation axis of the output pulley 1513a.
  • the differential control gear 1513c is inserted through the extension part 1513b so as to be rotatable about the extension part 1513b.
  • the first input unit 1511, the second input unit 1512, and the output unit 1513 each independently rotate about an independent axis.
  • the first differential gear 151 includes a first input unit 1511, a second input unit 1512, and an output unit 1513, and input rotational force from the first input unit 1511 and the second input unit 1512.
  • a single rotational force is extracted through the sum (or difference) and output through the output unit 1513. That is, when only the first input unit 1511 is rotated, it is output through the output unit 1513, and when only the second input unit 1512 is rotated, it is output through the output unit 1513, and the first input unit ( When the 1511 and the second input unit 1512 rotates in the same direction, the sum thereof is output through the output unit 1513, and the first input unit 1511 and the second input unit 1512 rotate in the opposite direction. These differences are output through the output unit 1513. This can be explained by the following equation.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a first modification of the differential gear of FIG. 16.
  • the differential gear is provided with two or more inputs and one output, and receives a rotational force from two or more inputs, and extracts a desired rotational force through a sum (or difference) of the two. Means the device to output through the output.
  • a first modification of the differential gear of the surgical instrument includes a first input unit 1561, a second input unit 1562, an output unit 1563, and a differential control member 1564.
  • the first modification of the differential gear of the surgical instrument shown in Figure 18 may be seen as a structure in which the pulley and wire in the first modification of the differential pulley of the surgical instrument shown in Figure 7 replaced with a gear. .
  • the first input unit 1561 includes a first pulley 1561P, a first gear 1561G, and a first input wire 1561W.
  • the first pulley 1561P and the first gear 1561G are connected by the first input wire 1561W so that the first gear 1561G moves up and down when the first pulley 1561P rotates.
  • the second input unit 1562 includes a second pulley 1562P, a second gear 1562G, and a second input wire 1562W.
  • the second pulley 1562P and the second gear 1562G are connected by the second input wire 1562W so that the second gear 1562G moves up and down when the second pulley 1562P rotates.
  • the output unit 1563 includes an output pulley 1563P and an output unit wire 1563W.
  • the output pulley 1563P and the differential control member 1564 are connected through the output wire 1563W.
  • the differential control member 1564 translates, the differential control member 1564 and the output wire 1563W are connected.
  • the output pulley 1563P connected through this is rotated.
  • the differential control member 1564 includes a differential control gear 1564G and a differential control base 1564B.
  • the differential control gear 1564G is formed to mesh with the first gear 1561G and the second gear 1562G, respectively, so that the differential control gear when the first gear 1561G and the second gear 1562G moves up and down.
  • 1564G is formed to translate up and down while rotating. That is, the first gear 1561G and the second gear 1562G serve as a kind of rack, and the differential control gear 1564G serves as a kind of pinion.
  • the differential control member 1564 can translate in the direction of arrow T of FIG. 18 as a whole.
  • the differential control base 1564B of the differential control member 1564 is installed on the guide rail (not shown), so that the differential control member 1564 translates along the guide rail (not shown) in the direction of arrow T in FIG. 18. You can exercise.
  • the other input unit when only one of the two or more input unit rotates, the other input unit can rotate only the output unit without rotating.
  • a single rotational force equal to the sum (or difference) of the rotational forces of the two input units may be output through the output unit.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a second modification example of the differential gear of FIG. 16.
  • the differential gear is provided with two or more inputs and one output, and receives a rotational force from two or more inputs, and extracts a desired rotational force through a sum (or difference) of the two. Means the device to output through the output.
  • the first input unit 1571 and the second input unit 1572 are provided in the form of gears formed to be rotatable about the central rotation axis 1575, and in particular, the second input unit 1572 has teeth on the inside of the pitch cylinder. It is provided in the form of a gear, the differential control member 1573 is provided in the center position and meshes with the gears of the first input unit (1571) and the second input unit (1572). The differential control member 1573 can rotate about the differential control member gear shaft 1573a and the differential control member gear shaft 1573a is connected to the output 1574. The output unit 1574 is rotatable about the central rotation axis 1575.
  • the differential control member 1573 and the output unit 1574 rotate in the same direction about the central rotation axis 1575.
  • the differential control member 1573 may not rotate about the differential control member gear shaft 1573a.
  • the differential control member 1573 and the output unit 1574 may not rotate about the central rotation axis 1575.
  • the differential control member 1573 may rotate about the differential control member gear shaft 1573a.
  • a single rotational force equal to the sum (or difference) of the rotational inputs of two or more input units may be output through the output unit.

Abstract

본 발명은 차동 부재에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트 등에 구비되어, 두 개 이상의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받아서 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하는 차동 부재에 관한 것이다.

Description

차동 부재
본 발명은 차동 부재에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트 등에 구비되어, 두 개 이상의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받아서 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하는 차동 부재에 관한 것이다.
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다. 따라서 최근에는 피부에 소정의 구멍을 형성하여 의료 기기, 예를 들면, 복강경, 수술용 인스트루먼트, 미세수술용 현미경 등만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
수술용 인스트루먼트는 피부에 천공된 구멍을 통과하는 샤프트의 일단에 구비된 엔드 툴(end tool)을, 소정의 구동부를 사용하여 의사가 직접 손으로 조작하거나 로봇 암을 사용하여 조작함으로써 수술 부위를 수술하기 위한 도구이다. 수술용 인스트루먼트에 구비된 엔드 툴 소정의 구조를 통한 회전 동작, 집게 동작(gripping), 절단 동작(cutting) 등을 수행한다.
그런데, 기존의 수술용 인스트루먼트는 엔드 툴 부분이 굴곡되지 않아 수술 부위에의 접근 및 여러 수술 동작의 수행에 있어서 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 이를 보완하기 위해 엔드 툴 부분이 휠 수 있는 수술용 인스트루먼트들이 개발되었으나, 엔드 툴을 굴곡시키거나 수술 동작을 수행하기 위한 조작부의 작동이 실제 엔드 툴이 굴곡되거나 수술 동작을 수행하는 동작과 직관적으로 일치하지 않아, 수술자의 입장에서 직관적인 작동이 용이하지 않고, 사용 방법의 숙련에 오랜 시간이 소요된다는 문제점이 존재하였다.
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 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트 등에 구비되어, 두 개 이상의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받아서 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하는 차동 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 외부로부터 각각 소정의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받는 두 개 이상의 입력부들과, 상기 두 개 이상의 입력부들에 입력된 회전 운동 또는 병진 운동들로부터 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하는 출력부를 포함하는 차동 부재를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 기구적 구성만으로 두 개 이상의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받아서 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하도록 함으로써, 수술용 인스트루먼트 등에서 복수 개의 입력으로부터 원하는 단일의 출력을 정확히 추출해내는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 수술용 인스트루먼트(100)의 내부 상세도이다.
도 3은 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부의 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)의 다양한 변형예를 나타낸다.
도 4a는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 제1 차동 풀리의 상세도이고, 도 4b는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 제2 차동 풀리의 상세도이다.
도 5는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴의 상세도이다.
도 5a는 도 5의 엔드 툴(120)의 일 변형예를 나타낸다.
도 6은 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
도 7는 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 차동 풀리의 제1 변형예의 작동을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 차동 풀리의 제2 변형예의 작동을 나타내는 도면이다.
도 13a 내지 도 13e는 각각 도 10에 도시된 차동 풀리의 제2 변형예의 또 다른 구현예를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15은 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 16는 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 동력 전달부의 일 변형예에 따른 수술용 인스트루먼트(100g)를 나타내는 도면이다.
도 17는 도 16의 차동 기어를 상세히 나타내는 도면이다.
도 18은 도 16의 차동 기어의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 16의 차동 기어의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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.
<수술용 인스트루먼트의 제1 실시예>(E3 + H1 + D3)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 수술용 인스트루먼트(100)의 내부 상세도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110), 엔드 툴(end tool)(120), 동력 전달부(130) 및 연결부(140)를 포함한다. 여기서, 연결부(140)는 속이 빈 샤프트(shaft) 형상으로 형성되어, 그 내부에 하나 이상의 와이어(후술함) 들이 수용될 수 있으며, 그 일 단부에는 조작부(110)가 결합되고, 타 단부에는 엔드 툴(end tool)(120)이 결합되어, 조작부(110)와 엔드 툴(end tool)(120)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
상세히, 조작부(110)는 연결부(140)의 일 단부에 형성되며, 의사가 직접 조종할 수 있는 인터페이스, 예를 들면, 집게 형상, 스틱 형상, 레버 형상 등으로 구비되며, 이를 의사가 조종하면, 해당 인터페이스에 연결되며 수술 환자의 체내로 삽입되는 엔드 툴(end tool)(120)이 소정의 작동을 함으로써 수술을 수행하게 된다. 여기서, 도 1에는 조작부(110)가 집게 형상으로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 엔드 툴(end tool)(120)과 연결되어 엔드 툴(end tool)(120)을 조작할 수 있는 다양한 형태의 조작부가 가능하다 할 것이다.
엔드 툴(end tool)(120)은 연결부(140)의 타 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 수술에 필요한 동작을 수행한다. 이와 같은 엔드 툴(end tool)(120)의 일 예로써, 도 1에 도시된 바와 같이 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 죠(jaw)(121)(122)가 사용될 수 있다. 다만 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 수술을 위한 다양한 장치들이 엔드 툴(end tool)(120)로 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 외팔이 소작기와 같은 구성도 엔드 툴로써 사용될 수 있을 것이다. 이와 같은 엔드 툴(end tool)(120)은 조작부(110)와 동력 전달부(130)에 의해 연결되어, 조작부(110)의 구동력을 동력 전달부(130)를 통해 전달받음으로써, 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 동작 등 수술에 필요한 동작을 수행하게 된다. 여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴(end tool)(120)은 적어도 두 개 이상의 방향으로 회전가능하도록 형성되며, 예를 들어 엔드 툴(end tool)(120)은 도 1의 Y축을 중심으로 피치(pitch) 운동을 수행하는 동시에, 도 1의 Z축을 중심으로 요(yaw) 운동 및 액츄에이션(actuation) 운동을 수행하도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
동력 전달부(130)는 조작부(110)와 엔드 툴(end tool)(120)을 연결하여, 조작부(110)의 구동력을 엔드 툴(end tool)(120)에 전달하는 역할을 수행하며, 다수 개의 와이어 및 풀리를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1의 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110), 엔드 툴(end tool)(120), 동력 전달부(130) 등에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
(조작부)
도 3은 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부의 개념도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)는 엔드 툴(end tool)(120)의 피치(pitch) 운동을 제어하는 피치 조작부(pitch operator)(111)와, 엔드 툴(end tool)(120)의 요(yaw) 운동을 제어하는 요 조작부(yaw operator)(112)와, 엔드 툴(end tool)(120)의 액츄에이션(actuation) 운동을 제어하는 액츄에이션 조작부(actuation operator)(113)를 포함한다.
여기서, 본 발명에서 사용되는 피치(pitch)와 요(yaw)와 액츄에이션(actuation) 동작 각각에 대해 정의하면 다음과 같다.
먼저, 피치(pitch) 동작은 연결부(140)의 연장 방향(도 1의 X축 방향)에 대해서 상하 방향으로의 운동, 즉 도 1의 Y축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(140)의 연장 방향(도 1의 X축 방향)으로 연장형성되어 있는 엔드 툴(end tool)(120)이 Y축을 중심으로 상하로 회전하는 운동을 의미한다. 다음으로, 요(yaw) 동작은 연결부(140)의 연장 방향(도 1의 X축 방향)에 대해서 좌우 방향으로의 운동, 즉 도 1의 Z축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(140)의 연장 방향(도 1의 X축 방향)으로 연장형성되어 있는 엔드 툴(end tool)(120)이 Z축을 중심으로 좌우로 회전하는 운동을 의미한다. 한편, 액츄에이션(actuation) 동작은 요(yaw) 동작과 동일한 회전축을 중심으로 회전하되, 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 서로 반대 방향으로 회전하면서 조(jaw)가 오므라들거나 벌어지는 동작을 의미한다. 즉, 엔드 툴(end tool)(120)에 형성된 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 Z축을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110)를 어느 일 방향으로 회전시키면, 엔드 툴(end tool)(120)이 상기 조작부(110)의 조작 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하는 것을 일 특징으로 한다. 다시 말하면, 조작부(110)의 피치 조작부(111)를 어느 일 방향으로 회전하면 엔드 툴(end tool)(120) 역시 상기 일 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하여 피치 운동을 수행하고, 조작부(110)의 요 조작부(112)를 어느 일 방향으로 회전하면 엔드 툴(end tool)(120) 역시 상기 일 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하여 요 동작을 수행하는 것이다. 여기서, 직관적으로 동일한 방향이라 함은, 조작부(110)를 파지하고 있는 사용자의 검지 손가락의 이동 방향과 엔드 툴(120)의 말단부의 이동 방향이 실질적으로 동일한 방향을 이루는 것이라고 부연 설명할 수 있을 것이다. 물론, 여기서 동일한 방향이라 함은 3차원 좌표 상에서 완벽하게 일치하는 방향은 아닐 수 있으며, 예를 들어 사용자의 검지 손가락이 왼쪽으로 이동하면 엔드 툴(120)의 말단부도 왼쪽으로 이동하고, 사용자의 검지 손가락이 오른쪽으로 이동하면 엔드 툴(120)의 말단부도 오른쪽으로 이동하는 정도의 동일성이라고 이해할 수 있을 것이다.
그리고, 이를 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는, 조작부(110)와 엔드 툴(end tool)(120)이 연결부(140)의 연장축(X축)에 수직인 평면을 기준으로 동일한 방향으로 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 도 1의 YZ 평면을 기준으로 보았을 때, 조작부(110)는 +X축 방향으로 연장 형성되어 있으며, 동시에 엔드 툴(end tool)(120) 역시 +X축 방향으로 연장 형성되어 있는 것이다. 이를 다른 말로 표현하면, 연결부(140)의 일 단부에서의 엔드 툴(end tool)(120)의 형성 방향과, 연결부(140)의 타 단부에서의 조작부(110)의 형성 방향이, YZ 평면을 기준으로 동일한 방향이라고 할 수도 있을 것이다. 또는 이를 다른 말로 표현하면, 조작부(110)가 이를 파지하는 사용자의 몸통으로부터 멀어지는 방향, 즉 엔드 툴(end tool)(120)이 형성된 방향 쪽으로 형성되었다고 할 수도 있을 것이다.
상세히, 종래의 수술용 인스트루먼트의 경우, 사용자가 조작부를 조작하는 방향과 엔드 툴의 실제 작동 방향이 서로 상이하고 직관적으로 일치하지 않기 때문에, 수술자의 입장에서 직관적인 작동이 용이하지 않으며, 엔드 툴이 원하는 방향으로 움직이도록 숙련되는데 오랜 시간이 소요되며, 경우에 따라서는 오동작이 발생하여 환자에게 피해를 줄 수 있다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110)의 조작 방향과 엔드 툴(end tool)(120)의 작동 방향이 직관적으로 동일한 방향이 되도록 하며, 이를 위해 조작부(110)와 엔드 툴(end tool)(120)이 피치 구동축(1111)을 포함하는 YZ 평면을 기준으로 보았을 때, 같은 쪽에 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)는 엔드 툴(end tool)(120)의 피치(pitch) 운동을 제어하는 피치 조작부(pitch operator)(111)와, 엔드 툴(end tool)(120)의 요(yaw) 운동을 제어하는 요 조작부(yaw operator)(112)와, 엔드 툴(end tool)(120)의 액츄에이션(actuation) 운동을 제어하는 액츄에이션 조작부(actuation operator)(113)를 포함한다.
피치 조작부(111)는 피치 구동축(pitch operating axis)(1111)과 피치 구동바(pitch operating bar)(1112)를 포함한다. 여기서 피치 구동축(1111)은 Y축과 평행한 방향으로 형성될 수 있으며, 피치 구동바(1112)는 피치 구동축(1111)과 연결되어, 피치 구동축(1111)과 함께 회전하도록 형성된다. 예를 들어, 사용자가 피치 구동바(1112)를 손으로 잡고 있는 상태에서 피치 구동바(1112)를 회전시키면, 피치 구동바(1112)와 연결된 피치 구동축(1111)이 함께 회전하고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)이 피치 구동축(1111)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하는 것이다. 즉, 피치 조작부(111)가 피치 구동축(1111)을 중심으로 시계 방향으로 회전하면 엔드 툴(end tool)(120) 또한 피치 구동축(1111)과 평행한 축을 중심으로 시계 방향으로 회전하며, 반대로 피치 조작부(111)가 피치 구동축(1111)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면 엔드 툴(end tool)(120) 또한 피치 구동축(1111)과 평행한 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 되는 것이다.
한편, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)는 피치 조작부(111)의 피치 구동바(1112)의 일 단부 상에 형성되어 있다. 따라서, 피치 조작부(111)가 피치 구동축(1111)을 중심으로 회전하게 되면, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 역시 피치 구동부(111)와 함께 회전하게 된다. 즉, 도 1 및 도 3에는 피치 구동부(111)의 피치 구동바(1112)가 연결부(140)에 대해서 수직으로 위치한 상태를 도시하고 있는 반면, 도 2에는 피치 구동부(111)의 피치 구동바(1112)가 피치 구동축(1111)을 중심으로 일정 정도 회전하여, 피치 구동바(1112)가 연결부(140)에 대해서 경사지게 위치한 상태를 도시하고 있다.
이로 인해, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 고정된 것이 아니라, 피치 조작부(111)의 회전에 따라 상대적으로 계속 변화하게 된다. 즉, 도 1에는 요 조작부(112)의 요 구동축(1121)과 액츄에이션 조작부(113)의 액츄에이션 구동축(1131)이 Z축과 평행하여, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 각각 Z축과 평행한 축을 중심으로 회전하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 도 2와 같이 피치 조작부(111)가 회전하게 되면, 요 조작부(112)의 요 구동축(1121)과 액츄에이션 조작부(113)의 액츄에이션 구동축(1131)이 Z축과 평행하지 않게 된다. 즉, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계가 조작부(111)의 회전에 따라 변화된 것이다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 별도의 설명이없는 이상, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 도 1과 같이 피치 구동바(1112)가 연결부(140)에 대해서 수직으로 위치한 상태를 기준으로 하여 설명하도록 한다.
요 조작부(112)는 요 구동축(yaw operating axis)(1121)과 요 구동바(yaw operating bar)(1122)를 포함한다. 여기서 요 구동축(1121)은 연장부(140)가 형성되어 있는 XY 평면과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 요 구동축(1121)은 도 1에 도시된 바와 같이 Z축과 평행한 방향으로 형성될 수 있으며, 이 상태에서 피치 조작부(111)가 회전할 경우, 상술한 바와 같이 요 조작부(112)의 좌표계는 상대적으로 변할 수 있다. 물론 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 인체 공학적(ergonomic) 설계에 의하여, 요 조작부(112)를 파지하는 사용자의 손 구조에 적합하도록 요 구동축(1121)은 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다. 한편, 요 구동바(1122)는 요 구동축(1121)과 연결되어, 요 구동축(1121)과 함께 회전하도록 형성된다. 예를 들어, 사용자가 요 구동바(1122)에 검지 손가락을 끼운 상태에서 요 구동바(1122)를 회전시키면, 요 구동바(1122)와 연결된 요 구동축(1121)이 함께 회전하고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 요 구동축(1121)의 회전 방향과 동일한 방향으로 좌우로 회전하는 것이다.
한편, 요 구동축(yaw operating axis)(1121)의 양단부에는 각각 제1 풀리(1121a)와 제2 풀리(1121b)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 풀리(1121a)에는 YC1 와이어(135YC1)가 연결되고, 제2 풀리(1121b)에는 YC2 와이어(135YC2)가 연결될 수 있다.
액츄에이션 조작부(113)는 액츄에이션 구동축(actuation operating axis)(1131)과 액츄에이션 구동바(actuation operating bar)(1132)를 포함한다. 여기서 액츄에이션 구동축(1131)은 연장부(140)가 형성되어 있는 XY 평면과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 액츄에이션 구동축(1131)은 도 1에 도시된 바와 같이 Z축과 평행한 방향으로 형성될 수 있으며, 이 상태에서 피치 조작부(111)가 회전할 경우, 상술한 바와 같이 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 상대적으로 변할 수 있다. 물론 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 인체 공학적(ergonomic) 설계에 의하여, 액츄에이션 구동부(113)를 파지하는 사용자의 손 구조에 적합하도록 액츄에이션 구동축(1131)은 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다. 한편, 액츄에이션 구동바(1132)는 액츄에이션 구동축(1131)과 연결되어, 액츄에이션 구동축(1131)과 함께 회전하도록 형성된다. 예를 들어, 사용자가 액츄에이션 구동바(1132)에 엄지 손가락을 끼운 상태에서 액츄에이션 구동바(1132)를 회전시키면, 액츄에이션 구동바(1132)와 연결된 액츄에이션 구동축(1131)이 함께 회전하고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 액츄에이션 동작을 수행한다. 여기서 액츄에이션 동작이란 상술한 바와 같이, 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 서로 반대 방향으로 회전하면서, 조(jaw)(121)(122)를 벌리거나 닫는 동작을 의미한다. 즉, 액츄에이션 조작부(113)를 일 방향으로 회전시키면 제1 조(jaw)(121)는 반시계 방향으로 회전하고 제2 조(jaw)(122)는 시계 방향으로 회전하면서 엔드 툴(end tool)(120)이 닫히고, 반대로 액츄에이션 조작부(113)를 반대 방향으로 회전시키면 제1 조(jaw)는 시계 방향으로 회전하고 제2 조(jaw)는 반시계 방향으로 회전하면서 엔드 툴(end tool)(120)이 열리게 되는 것이다.
한편, 액츄에이션 구동축(actuation operating axis)(1131)의 양단부에는 각각 제1 풀리(1131a)와 제2 풀리(1131b)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 풀리(1131a)에는 AC1 와이어(135AC1)가 연결되고, 제2 풀리(1131b)에는 AC2 와이어(135AC2)가 연결될 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)에서, 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 동일하거나 또는 평행한 축(X축) 상에 형성된다. 즉, 연결부(140)의 일 단부에는 피치 조작부(111)의 피치 구동축(1111)이 형성되고, 연결부(140)의 타 단부에는 엔드 툴(end tool)(120)이 형성되는 것이다. 여기서, 도면에는 연결부(140)가 직선으로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 연결부(140)가 필요에 따라 소정의 곡률을 갖도록 만곡되거나, 또는 1회 이상 절곡되어 형성될 수도 있으며, 이와 같은 경우에도 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)은 실질적으로 동일 또는 평행한 축 상에 형성되는 것이라고 말할 수 있을 것이다. 또한, 도 3에는 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 동일한 축(X축) 상에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 서로 상이한 축 상에 형성될 수도 있을 것이다. 이에 대해서는 후술한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)는 피치 조작부(111)의 피치 구동축(1111)과 연동하는 조작부 제어 부재(115)를 더 구비한다. 이와 같은 조작부 제어 부재(115)는 중계 풀리(115a)를 포함할 수도 있으며, 조작부 제어 부재(115)의 구성은 후술할 엔드 툴(end tool)(120)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 조작부 제어 부재(115)와 엔드 툴 제어 부재(123) 및 조작부(110)의 다른 구성 요소들과의 관계는 후술하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)의 다양한 변형예를 나타낸다.
도 3a의 H1은 도 3에서 설명한 바와 같이, (1) 조작부(110)의 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 서로 독립적으로 형성되어 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 중 어느 일 측의 회전이 타 측의 회전에 영향을 미치지 아니하며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다. 이와 같은 H1은 본 발명의 제1 실시예, 제4 실시예, 제7 실시예 등에서 볼 수 있다.
한편, 도 3a의 H2는, (1) 조작부(110)의 액츄에이션 조작부(113)가 요 조작부(112) 상에 형성되어 요 조작부(112)가 회전하면 액츄에이션 조작부(113)도 회전하도록 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다. 이와 같은 H2는 본 발명의 제2 실시예, 제5 실시예, 제8 실시예 등에서 볼 수 있다.
한편, 도 3a의 H3는, (1) 조작부(110)에 서로 독립적으로 회전하는 제1 조 조작부(112)와 제2 조 조작부(113)가 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다. 이와 같은 H3는 본 발명의 제3 실시예, 제6 실시예, 제9 실시예 등에서 볼 수 있다.
한편, 도 3a의 H4는, (1) 조작부(110)의 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 서로 독립적으로 형성되어 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 중 어느 일 측의 회전이 타 측의 회전에 영향을 미치지 아니하며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H1 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다. 이와 같은 H4는 본 발명의 도 9에서 상세히 볼 수 있다.
한편, 도 3a의 H5는, (1) 조작부(110)의 액츄에이션 조작부(113)가 요 조작부(112) 상에 형성되어 요 조작부(112)가 회전하면 액츄에이션 조작부(113)도 회전하도록 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H2 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다.
한편, 도 3a의 H6는, (1) 조작부(110)에 서로 독립적으로 회전하는 제1 조 조작부(112)와 제2 조 조작부(113)가 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H3 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상보다 위에 형성된다.
한편, 도 3a의 H7은, (1) 조작부(110)의 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 서로 독립적으로 형성되어 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 중 어느 일 측의 회전이 타 측의 회전에 영향을 미치지 아니하며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
한편, 도 3a의 H8은, (1) 조작부(110)의 액츄에이션 조작부(113)가 요 조작부(112) 상에 형성되어 요 조작부(112)가 회전하면 액츄에이션 조작부(113)도 회전하도록 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
한편, 도 3a의 H9는, (1) 조작부(110)에 서로 독립적으로 회전하는 제1 조 조작부(112)와 제2 조 조작부(113)가 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면의 아래쪽에 위치하며, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
한편, 도 3a의 H10은, (1) 조작부(110)의 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 서로 독립적으로 형성되어 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 중 어느 일 측의 회전이 타 측의 회전에 영향을 미치지 아니하며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H7 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
한편, 도 3a의 H11은, (1) 조작부(110)의 액츄에이션 조작부(113)가 요 조작부(112) 상에 형성되어 요 조작부(112)가 회전하면 액츄에이션 조작부(113)도 회전하도록 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H8 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
한편, 도 3a의 H12는, (1) 조작부(110)에 서로 독립적으로 회전하는 제1 조 조작부(112)와 제2 조 조작부(113)가 형성되며, (2) 피치 조작부(111)가 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)가 이루는 평면과 동일 또는 인접한 평면에 위치하는 등의 방식으로 피치 조작부(111)가 H9 등에 비해 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)에 가깝게 형성되고, (3) 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성된다.
이 외에도 상술한 각 변형예를 포함한 다양한 조작부의 변형예들이 본 발명의 수술용 인스트루먼트에 적용 가능하다 할 것이다.
(동력 전달부)
도 4a는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 제1 차동 풀리의 상세도이고, 도 4b는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 제2 차동 풀리의 상세도이다.
도 1, 도 2, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 동력 전달부(130)는 차동 풀리들(131)(132), 복수 개의 풀리들 및 복수 개의 와이어들(135YC1, 135YC2, 135J11, 135J12, 135J13, 135J21, 135J22, 135J23)을 포함한다. 여기서, 도면에는 차동 풀리들(131)(132)에 복수 개의 풀리들이 구비되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 아니하며, 차동 풀리 및 차동 기어를 포함하는 본 발명의 차동 부재는 풀리를 포함한 다양한 형태의 회전체를 구비할 수 있다.
먼저, 동력 전달부(130)의 차동 풀리(131)에 대하여 설명하도록 한다.
상술한 바와 같이, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)는 피치 조작부(111)의 피치 구동바(1112)의 일 단부 상에 형성되어 있다. 따라서, 피치 조작부(111)가 피치 구동축(1111)을 중심으로 회전하게 되면, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 역시 피치 구동부(111)와 함께 회전하게 된다. 또한, 요 조작부(112)도 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)와 연결되어 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)를 구동하고, 액츄에이션 조작부(113)도 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)와 연결되어 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)를 구동한다. 그런데, 요 조작부(112)를 회전시키면 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)가 서로 같은 방향으로 회전하여야 하는 반면, 액츄에이션 조작부(113)를 회전시키면 제1 조(jaw)(121) 및 제2 조(jaw)(122)가 서로 반대 방향으로 회전하여야 하며, 따라서 이와 같은 작동을 구현하기 위한 별도의 구조물이 필요하게 된다.
따라서, 조(jaw) 하나에 대해 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 두 개의 회전 입력이 모두 작용하도록 해야 하며, 이를 위해 2개 이상의 입력을 받아 조(jaw) 하나의 회전을 출력할 수 있도록 하기 위한 구조물이 필요하다. 이때 두 입력 회전은 서로가 서로를 움직이지 않을 수 있어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부들로부터 회전력을 입력받아서, 이들의 합(또는 차)을 통해 원하는 하나의 회전력을 추출하여 출력부를 통해 출력하는 차동 부재를 구비하는 것을 일 특징으로 한다. 이와 같은 차동 부재는 풀리 및 와이어를 이용하는 차동 풀리와, 기어를 이용하는 차동 기어를 포함할 수 있으며, 도 1, 도 2, 도 4a 및 도 4b에는 차동 부재의 일 예로써 차동 풀리가 도시되어 있다. 한편, 후술할 도 7 ~ 도 19에는 이와 같은 차동 부재의 다양한 실시예들이 도시되어 있다.
상세히, 제1 차동 풀리(131)는 제1 입력부(1311), 제2 입력부(1312) 및 출력부(1313)를 포함한다.
제1 입력부(1311)는 제1 풀리(1311a) 및 제2 풀리(1311b)를 포함한다. 제1 풀리(1311a) 및 제2 풀리(1311b)는 동일한 회전축을 중심으로 함께 회전한다. 여기서, 제1 입력부(1311)의 제1 풀리(1311a)는 요 조작부(112)의 제1 풀리(1121a)와 YC1 와이어(135YC1)에 의해 연결되어, 요 조작부(112)의 회전이 제1 입력부(1311)로 전달되도록 한다. 또한, 제1 입력부(1311)의 제2 풀리(1311b)는 출력부(1313)와 차동 제어 와이어(135J11)에 의해 연결되어, 제1 입력부(1311)의 회전이 출력부(1313)로 전달되도록 한다.
제2 입력부(1312)는 제1 풀리(1312a) 및 제2 풀리(1312b)를 포함한다. 제1 풀리(1312a) 및 제2 풀리(1312b)는 동일한 회전축을 중심으로 함께 회전한다. 여기서, 제2 입력부(1312)의 제1 풀리(1312a)는 액츄에이션 조작부(113)의 제1 풀리(1131a)와 AC1 와이어(135AC1)에 의해 연결되어, 액츄에이션 조작부(113)의 회전이 제2 입력부(1312)로 전달되도록 한다. 또한, 제2 입력부(1312)의 제2 풀리(1312b)는 출력부(1313)와 차동 제어 와이어(135J11)에 의해 연결되어, 제2 입력부(1312)의 회전이 출력부(1313)로 전달되도록 한다.
출력부(1313)는 출력 풀리(1313a), 연장부(1313b), 제1 차동 제어 풀리(1313c) 및 제2 차동 제어 풀리(1313d)를 포함한다. 여기서, 출력부(1313)의 출력 풀리(1313a)는 후술할 조작부 제어 부재(115)와 J12 와이어(135J12)에 의해 연결되어, 출력부(1313)의 회전이 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)로 전달되도록 한다. 한편, 연장부(1313b)는 출력 풀리(1313a)의 회전축으로부터 일 방향으로 연장 형성되어 출력 풀리(1313a)와 함께 회전가능하도록 형성된다. 제1 차동 제어 풀리(1313c) 및 제2 차동 제어 풀리(1313d)는 연장부(1313b)의 일 단부에 서로 마주보도록 형성되며, 출력 풀리(1313a)의 회전축에 소정의 각도를 갖도록 형성된 축(1313e)의 양말단부를 중심으로 회전가능하도록 형성된다.
여기서, 제1 입력부(1311)와 제2 입력부(1312)와 출력부(1313)는 각각 독립된 축을 중심으로 독립적으로 회전한다.
차동 제어 와이어(135J11)는 제1 입력부(1311)의 제2 풀리(1311b), 출력부(1313)의 제1 차동 제어 풀리(1313c), 제2 입력부(1312)는 제2 풀리(1312b) 및 출력부(1313)의 제2 차동 제어 풀리(1313d)를 따라 감겨 있어서, 제1 입력부(1311) 및 제2 입력부(1312)의 회전을 출력부(1313)로 전달하는 역할을 수행한다.
여기서, 제1 차동 풀리(131)는 제1 입력부(1311), 제2 입력부(1312) 및 출력부(1313)를 구비하여, 제1 입력부(1311) 및 제2 입력부(1312)로부터 회전량을 입력받아서, 이들 회전량의 합을 출력부(1313)를 통해 출력한다. 즉, 제1 입력부(1311)만 회전할 경우에 이를 출력부(1313)를 통해 출력하며, 제2 입력부(1312)만 회전할 경우에 이를 출력부(1313)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1311)와 제2 입력부(1312)가 동일한 방향으로 회전할 경우 이들의 합을 출력부(1313)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1311)와 제2 입력부(1312)가 반대 방향으로 회전할 경우 이들의 차를 출력부(1313)를 통해 출력하는 것이다. 이는 다음의 수식으로 설명할 수 있다.
C = A + B
(여기서, C는 출력부의 회전, A는 제1 입력부의 회전, B는 제2 입력부의 회전)
이와 같은 제1 차동 풀리의 작동에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
한편, 제2 차동 풀리(132)는 제1 차동 풀리(131)와 동일한 구조로 형성되어, 제1 입력부(1321), 제2 입력부(1322) 및 출력부(1323)를 포함한다.
여기서, 제1 입력부(1321)의 제1 풀리(1321a)는 요 조작부(112)의 제2 풀리(1121b)와 YC2 와이어(135YC2)에 의해 연결되어, 요 조작부(112)의 회전이 제1 입력부(1321)로 전달되도록 한다. 또한, 제1 입력부(1321)의 제2 풀리(1321b)는 출력부(1323)와 차동 제어 와이어(135J21)에 의해 연결되어, 제1 입력부(1321)의 회전이 출력부(1323)로 전달되도록 한다.
한편, 제2 입력부(1322)의 제1 풀리(1322a)는 액츄에이션 조작부(113)의 제2 풀리(1131b)와 AC2 와이어(135AC2)에 의해 연결되어, 액츄에이션 조작부(113)의 회전이 제2 입력부(1322)로 전달되도록 한다. 또한, 제2 입력부(1322)의 제2 풀리(1322b)는 출력부(1323)와 차동 제어 와이어(135J21)에 의해 연결되어, 제2 입력부(1322)의 회전이 출력부(1323)로 전달되도록 한다.
출력부(1323)는 출력 풀리(1323a), 연장부(1323b), 제1 차동 제어 풀리(1323c) 및 제2 차동 제어 풀리(1323d)를 포함한다. 여기서, 출력부(1323)의 출력 풀리(1323a)는 후술할 조작부 제어 부재(115)와 J22 와이어(135J22)에 의해 연결되어, 출력부(1323)의 회전이 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제2 조(jaw)(122)로 전달되도록 한다.
여기서, 제2 차동 풀리(132)는 제1 입력부(1321), 제2 입력부(1322) 및 출력부(1323)를 구비하여, 제1 입력부(1321) 및 제2 입력부(1322)로부터 회전량을 입력받아서, 이들 회전량의 합을 출력부(1323)를 통해 출력한다. 즉, 제1 입력부(1321)만 회전할 경우에 이를 출력부(1323)를 통해 출력하며, 제2 입력부(1322)만 회전할 경우에 이를 출력부(1323)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1311)와 제2 입력부(1312)가 동일한 방향으로 회전할 경우 이들의 합을 출력부(1313)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1311)와 제2 입력부(1312)가 반대 방향으로 회전할 경우 이들의 차를 출력부(1313)를 통해 출력하는 것이다.
이와 같은 제1 차동 풀리(131) 및 제2 차동 풀리(132)의 작동에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 요 조작부(112)만 회전하고, 액츄에이션 조작부(113)는 회전하지 않는 경우에 대해 설명한다.
요 조작부(112)가 도 2의 화살표 Y 방향으로 회전하면, 요 조작부(112)의 제1 풀리(1121a), 제1 풀리(1121a)에 감긴 YC1 와이어(135YC1), YC1 와이어(135YC1)가 감긴 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)의 제1 풀리(1311a) 및 제1 풀리(1311a)와 연결된 제2 풀리(1311b)가 함께 회전한다. 반면, 액츄에이션 조작부(113)와 연결된 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)는 회전하지 아니한다. 이와 같이, 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)는 도 4a의 화살표 R1 방향으로 회전하고, 제2 입력부(1312)는 회전하지 아니하면, 차동 제어 와이어(135J11)에서 제1 입력부(1311)에 감긴 부분은 회전하는데 반해 제2 입력부(1312)에 감긴 부분은 회전하지 않게 된다. 따라서, 차동 제어 와이어(135J11)에서 제1 입력부(1311)에 감긴 부분이 회전한 만큼 제2 입력부(1312)에 감긴 와이어가 풀리게 되고, 그만큼 차동 제어 와이어(135J11)가 이동하게 되고, 이와 동시에 제2 차동 제어 풀리(1313d)는 시계 방향으로 회전하게 되며, 제1 차동 제어 풀리(1313c)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 동시에 출력 풀리(1313a), 연장부(1313b), 제1 차동 제어 풀리(1313c), 제2 차동 제어 풀리(1313d)를 포함하는 출력부(1313)는 출력 풀리(1313a)의 회전축을 중심으로 도 4a의 화살표 R1 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1313)의 회전은 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)로 전달되어, 제1 조(jaw)(121)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 된다.
한편, 요 조작부(112)가 도 2의 화살표 Y 방향으로 회전하면, 요 조작부(112)의 제2 풀리(1121b), 제2 풀리(1121b)에 감긴 YC2 와이어(135YC2), YC2 와이어(135YC2)가 감긴 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)의 제1 풀리(1321a) 및 제1 풀리(1321a)와 연결된 제2 풀리(1321b)가 함께 회전한다. 반면, 액츄에이션 조작부(113)와 연결된 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)는 회전하지 아니한다. 이와 같이, 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)는 도 4b의 화살표 R3 방향으로 회전하고, 제2 입력부(1322)는 회전하지 아니하면, 차동 제어 와이어(135J21)에서 제1 입력부(1321)에 감긴 부분은 회전하는데 반해 제2 입력부(1322)에 감긴 부분은 회전하지 않게 된다. 따라서, 차동 제어 와이어(135J21)에서 제1 입력부(1321)에 감긴 부분이 회전한 만큼 제2 입력부(1322)에 감긴 와이어가 풀리게 되고, 그만큼 차동 제어 와이어(135J21)가 이동하게 되고, 이와 동시에 제2 차동 제어 풀리(1323d)는 시계 방향으로 회전하게 되며, 제1 차동 제어 풀리(1323c)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 동시에 출력 풀리(1323a), 연장부(1323b), 제1 차동 제어 풀리(1323c), 제2 차동 제어 풀리(1323d)를 포함하는 출력부(1323)는 출력 풀리(1323a)의 회전축을 중심으로 도 4b의 화살표 R3 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1323)의 회전은 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제2 조(jaw)(122)로 전달되어, 제2 조(jaw)(122)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 된다.
다음으로, 액츄에이션 조작부(113)만 회전하고, 요 조작부(112)는 회전하지 않는 경우에 대해 설명한다.
액츄에이션 조작부(113)가 도 2의 화살표 A 방향으로 회전하면, 액츄에이션 조작부(113)의 제1 풀리(1131a), 제1 풀리(1131a)에 감긴 AC1 와이어(135AC1), AC1 와이어(135AC1)가 감긴 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)의 제1 풀리(1312a) 및 제1 풀리(1312a)와 연결된 제2 풀리(1312b)가 함께 회전한다. 여기서, AC1 와이어(135AC1)가 중간에서 한 번 꼬여있기 때문에 액츄에이션 조작부(113)의 회전력의 방향이 반대가 되어 제1 차동 풀리(131)에 전달된다. 한편, 요 조작부(112)와 연결된 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)는 회전하지 아니한다. 이와 같이, 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)는 도 4a의 화살표 R2의 반대 방향으로 회전하고, 제1 입력부(1311)는 회전하지 아니하면, 차동 제어 와이어(135J11)에서 제2 입력부(1312)에 감긴 부분은 회전하는데 반해 제1 입력부(1311)에 감긴 부분은 회전하지 않게 된다. 따라서, 차동 제어 와이어(135J11)에서 제2 입력부(1312)에 감긴 부분이 회전한 만큼 제1 입력부(1311)에 감긴 와이어가 풀리게 되고, 그만큼 차동 제어 와이어(135J11)가 이동하게 되고, 이와 동시에 제2 차동 제어 풀리(1313d)는 반시계 방향으로 회전하게 되며, 제1 차동 제어 풀리(1313c)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 동시에 출력 풀리(1313a), 연장부(1313b), 제1 차동 제어 풀리(1313c), 제2 차동 제어 풀리(1313d)를 포함하는 출력부(1313)는 출력 풀리(1313a)의 회전축을 중심으로 도 4a의 화살표 R2의 반대 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1313)의 회전은 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)로 전달되어, 제1 조(jaw)(121)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 된다.
한편, 액츄에이션 조작부(113)가 도 2의 화살표 A 방향으로 회전하면, 액츄에이션 조작부(113)의 제2 풀리(1131b), 제2 풀리(1131b)에 감긴 AC2 와이어(135AC2), AC2 와이어(135AC2)가 감긴 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)의 제1 풀리(1322a) 및 제1 풀리(1322a)와 연결된 제2 풀리(1322b)가 함께 회전한다. 반면, 요 조작부(112)와 연결된 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)는 회전하지 아니한다. 이와 같이, 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)는 도 4b의 화살표 R4 방향으로 회전하고, 제1 입력부(1321)는 회전하지 아니하면, 차동 제어 와이어(135J21)에서 제2 입력부(1322)에 감긴 부분은 회전하는데 반해 제1 입력부(1321)에 감긴 부분은 회전하지 않게 된다. 따라서, 차동 제어 와이어(135J21)에서 제2 입력부(1322)에 감긴 부분이 회전한 만큼 제1 입력부(1321)에 감긴 와이어가 풀리게 되고, 그만큼 차동 제어 와이어(135J21)가 이동하게 되고, 이와 동시에 제2 차동 제어 풀리(1323d)는 시계 방향으로 회전하게 되며, 제1 차동 제어 풀리(1323c)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 동시에 출력 풀리(1323a), 연장부(1323b), 제1 차동 제어 풀리(1323c), 제2 차동 제어 풀리(1323d)를 포함하는 출력부(1323)는 출력 풀리(1323a)의 회전축을 중심으로 도 4b의 화살표 R4 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1323)의 회전은 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제2 조(jaw)(122)로 전달되어, 제2 조(jaw)(122)가 도 2의 화살표 YJ의 반대 방향으로 회전하게 된다.
즉, 제1 조(jaw)(121)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하는 동시에, 제2 조(jaw)(122)가 도 2의 화살표 YJ의 반대 방향으로 회전하면서, 엔드 툴(end tool)(120)의 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
한편, 두 개의 입력부와 하나의 출력부로 구성된 차동 풀리에 있어서, 하나의 입력부의 회전이 출력부의 회전을 발생시키지 않고 다른 입력부의 회전을 발생시키는 경우를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 두 개의 차동 풀리에 두 개의 조작부가 각각 연결된 상황에서, 조작부 하나가 두 개의 차동 풀리 각각의 두 개의 입력부 중 하나와 연결됨에 있어서, 조작부와 입력부를 연결하는 와이어 중 하나가 꼬여 있도록 함으로써, 어느 하나의 조작부의 입력으로 인해 다른 조작부가 회전하는 상황을 회피할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하기 위해, 예를 들어 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)와 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)에 연결된 요 조작부(112)의 회전 입력에 의해, 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)와 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)도 요 조작부(112)의 회전 입력과 같은 방향으로 회전하려고 하는 경우를 가정한다. 이때, 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)와 액츄에이션 조작부(113)는 AC1 와이어(135AC1)가 한 번 꼬여서 연결되어 있고, 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)와 액츄에이션 조작부(113)는 AC2 와이어(135AC2)가 그대로 연결되어 있다. 따라서, 상술한 제1 차동 풀리(131)와 제2 차동 풀리(132) 각각의 제2 입력부(1312)(1322)의 회전은 AC1 와이어(135AC1)와 AC2 와이어(135AC2)에 의해 액츄에이션 조작부(113)를 서로 반대 방향으로 회전시키는 방향으로 작용하므로, 이는 결국 서로 상쇄되어 액츄에이션 조작부(113)를 회전시키지 않으며, 그만큼 각 출력부(1313)(1323)를 회전시키는 방향으로 각 출력부(1313)(1323)에 전달된다.
이는 액츄에이션 조작부(113)의 회전 입력의 경우에도 마찬가지로 적용되어, 액츄에이션 조작부(113)의 회전 입력은 요 조작부(112)를 회전시키지 않으며 각 출력부(1313)(1323)를 회전시키는 방향으로 각 출력부(1313)(1323)에 전달된다.
요약하여 설명하면, 이러한 구성은 특히 하나의 조작부의 회전 입력은 다른 조작부의 회전을 일으키지 않고, 각 출력부의 회전으로만 전달된다고 설명할 수 있다.
이와 같은 구동 원리에 의해, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 동시에 각각 회전하더라도, 제1 차동 풀리(131) 및 제2 차동 풀리(132)에 의해 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 회전 입력의 합(또는 차)이 각 차동 풀리의 출력부(1313)(1323)의 회전으로 전달되며, 이와 같은 출력부(1313)(1323)의 회전은 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(120)의 두 조(jaw)(121)(122)로 전달되어, 두 조(jaw)(121)(122)가 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 조작에 맞게 회전하도록 한다.
(엔드 툴(end tool))
도 5는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴의 개념도이다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴(end tool)(120)은 엔드 툴 제어 부재(123)를 포함하고, 엔드 툴 제어 부재(123)는 제1 조(jaw)(121)의 회전 운동과 관련된 J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13), J14 풀리(123J14) 및 J15 풀리(123J15)와, 제2 조(jaw)(122)의 회전 운동과 관련된 J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)를 포함한다. 여기서, J12 풀리(123J12), J14 풀리(123J14), J22 풀리(123J22), J24 풀리(123J24)는 모두 엔드 툴 피치 구동축(1231)을 중심으로 회전하도록 형성될 수 있다. 여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 형성되며, 모두 동일한 크기로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 엔드 툴의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴(end tool)(120)은 엔드 툴(end tool)(120) 측에 엔드 툴 제어 부재(123)와 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13) 및 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)의 단 두 개의 와이어만을 구비함으로써, 간편하게 엔드 툴(end tool)(120)의 피치(pitch) 동작, 요(yaw) 동작, 및 액츄에이션(actuation) 동작을 수행하는 것을 일 특징으로 한다. 이하에서는 이에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)는 서로 마주보도록 형성되며, Z축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도 5에는 도시되어 있지 않지만, J11 풀리(123J11)에는 제1 조(jaw)(121)가 결합되어서 J11 풀리(123J11)와 함께 회전하며, J21 풀리(123J21)에는 제2 조(jaw)(122)가 결합되어서 J21 풀리(123J21)와 함께 회전할 수 있다. J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)의 회전에 따라 엔드 툴(end tool)(120)의 요 동작 및 액츄에이션 동작이 수행된다. 즉, J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)가 같은 방향으로 회전하면 요 동작이 수행되는 것이고, J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)가 서로 반대 방향으로 회전하면 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
이하에서는 J11 풀리(123J11)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
J11 풀리(123J11)의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)가 배치된다. 여기서, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14) 각각의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15)가 배치된다. 여기서, J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13), J14 풀리(123J14) 및 J15 풀리(123J15)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.
제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 J13 풀리(123J13), J12 풀리(123J12), J11 풀리(123J11), J14 풀리(123J14), J15 풀리(123J15)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 도 5의 화살표 J1R 쪽으로 당겨지면, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 J15 풀리(123J15), J14 풀리(123J14), J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13)를 차례로 회전시키게 되며, 이때 J11 풀리(123J11)가 도 5의 화살표 R 방향으로 회전하면서 제1 조(jaw)(121)를 함께 회전시킨다.
반대로, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 도 5의 화살표 J1L 쪽으로 당겨지면, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 J13 풀리(123J13), J12 풀리(123J12), J11 풀리(123J11), J14 풀리(123J14), J15 풀리(123J15)를 차례로 회전시키게 되며, 이때 J11 풀리(123J11)가 도 5의 화살표 L 방향으로 회전하면서 제1 조(jaw)(121)를 함께 회전시킨다.
이하에서는 J21 풀리(123J21)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
J21 풀리(123J21)의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)가 배치된다. 여기서, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24) 각각의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J23 풀리(123J23) 및 J25 풀리(123J25)가 배치된다. 여기서, J23 풀리(123J23) 및 J15 풀리(123J25)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23), J24 풀리(123J24) 및 J25 풀리(123J25)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.
제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 J23 풀리(123J23), J22 풀리(123J22), J21 풀리(123J21), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 도 5의 화살표 J2R 쪽으로 당겨지면, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 J25 풀리(123J25), J24 풀리(123J24), J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23)를 차례로 회전시키게 되며, 이때 J21 풀리(123J21)가 도 5의 화살표 R 방향으로 회전하면서 제2 조(jaw)(122)를 함께 회전시킨다.
반대로, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 도 5의 화살표 J2L 쪽으로 당겨지면, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 J23 풀리(123J23), J22 풀리(123J22), J21 풀리(123J21), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)를 차례로 회전시키게 되며, 이때 J21 풀리(123J21)가 도 5의 화살표 L 방향으로 회전하면서 제2 조(jaw)(122)를 함께 회전시킨다.
한편, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)의 일 단부는 도 5의 화살표 J1R 쪽으로 당겨지고, 동시에 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)의 타 단부는 도 5의 화살표 J1L 쪽으로 당겨지면, 엔드 툴 제어 부재(123)는 전체적으로 엔드 툴 피치 구동축(1231)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(end tool)(120)이 아래쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다.
반대로, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)의 일 단부는 도 5의 화살표 J2R 쪽으로 당겨지고, 동시에 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)의 타 단부는 도 5의 화살표 J2L 쪽으로 당겨지면, 엔드 툴 제어 부재(123)는 전체적으로 엔드 툴 피치 구동축(1231)을 중심으로 시계 방향으로 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(end tool)(120)이 위쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다.
즉, 엔드 툴(end tool)(120) 측에 엔드 툴 제어 부재(123)와 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13) 및 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)의 단 두 개의 와이어만을 구비함으로써, 간편하게 엔드 툴(end tool)(120)의 피치(pitch) 동작, 요(yaw) 동작, 및 액츄에이션(actuation) 동작을 수행할 수 있는 것이다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 툴(end tool)(120)의 엔드 툴 제어 부재(123)는 피치 구동축(1231)이 조(jaw)(121)(122)들과 가까운 쪽에 배치됨으로써(즉, 피치 구동축(1231)이 J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15) 쪽이 아닌, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14) 쪽에 배치됨으로써), 조(jaw)(121)(122)들의 피치 회전 반경이 작아지는 효과를 얻을 수 있다. 이로 인해, 조(jaw)(121)(122)들의 피치 구동을 위해 필요한 공간이 작아지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5a는 도 5의 엔드 툴(120)의 일 변형예를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 엔드 툴(end tool)(120')은 엔드 툴 제어 부재(123')를 포함하고, 엔드 툴 제어 부재(123')는 제1 조(jaw)의 회전 운동과 관련된 J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J14 풀리(123J14)와, 제2 조(jaw)의 회전 운동과 관련된 J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J24 풀리(123J24)를 포함한다. 여기서, J12 풀리(123J12), J14 풀리(123J14), J22 풀리(123J22), J24 풀리(123J24)는 모두 엔드 툴 피치 구동축(1231)을 중심으로 회전하도록 형성될 수 있다. 여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 형성되며, 모두 동일한 크기로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 엔드 툴의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.
여기서, 본 변형예에서는 제1 조(jaw)가 결합된 J11 풀리(123J11)의 일 측에 서로 마주보는 두 쌍의 풀리가 배치되는 것이 아니라, 서로 마주보는 한 쌍의 풀리(즉, J12 풀리(123J12), J14 풀리(123J14))만 배치되되, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 상기 한 쌍의 풀리에 단지 접촉만 하는 것이 아니라, 상기 한 쌍의 풀리들에 1회 이상 감기는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)는 서로 마주보도록 형성되며, Z축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다.
그리고, J11 풀리(123J11)의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)가 배치된다. 여기서, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 그리고, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 J12 풀리(123J12), J11 풀리(123J11), J14 풀리(123J14)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다. 여기서, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 J12 풀리(123J12)에 1회 이상 권취된 후, J11 풀리(123J11)를 거쳐서, J14 풀리(123J14)에 1회 이상 권취되어 나갈수 있다.
마찬가지로, J21 풀리(123J21)의 일 측에는, 서로 소정 간격을 두고 마주보도록 J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)가 배치된다. 여기서, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 그리고, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 J22 풀리(123J22), J21 풀리(123J21), J24 풀리(123J24)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다. 여기서, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 J22 풀리(123J22)에 1회 이상 권취된 후, J21 풀리(123J21)를 거쳐서, J24 풀리(123J24)에 1회 이상 권취되어 나갈수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 풀리의 개수가 감소함으로써, 수술용 인스트루먼트를 더욱 소형화할 수 있다.
(피치 동작 제어 및 와이어 미러링(wire mirroring))
도 6은 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 피치 동작을 나타내는 개념도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)는 피치 조작부(111)의 피치 구동축(1111)과 연동하는 조작부 제어 부재(115)를 더 구비한다. 이와 같은 조작부 제어 부재(115)는 상술한 엔드 툴 제어 부재(123)의 구성과 실질적으로 동일하며, 엔드 툴 제어 부재(123)와 조작부 제어 부재(115)는 도 1의 YZ 평면을 중심으로 서로 대칭되게 배치된다. 다시 말하면, 엔드 툴 제어 부재(123)와 조작부 제어 부재(115)는 도 1의 YZ 평면을 중심으로 미러링(mirroring) 되었다고 표현할 수도 있을 것이다.
상세히, 조작부 제어 부재(115)는 제1 조(jaw)(121)의 회전 운동과 관련된 J11 풀리(115J11), J12 풀리(115J12), J13 풀리(115J13), J14 풀리(115J14) 및 J15 풀리(115J15)와, 제2 조(jaw)(122)의 회전 운동과 관련된 J21 풀리(115J21), J22 풀리(115J22), J23 풀리(115J23), J24 풀리(115J24), J25 풀리(115J25)를 포함한다.
제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 J13 풀리(115J13), J12 풀리(115J12), J11 풀리(115J11), J14 풀리(115J14), J15 풀리(115J15)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 J23 풀리(115J23), J22 풀리(115J22), J21 풀리(115J21), J24 풀리(115J24), J25 풀리(115J25)와 적어도 일부가 접촉하도록 형성되어, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
여기서, J12 풀리(115J12), J14 풀리(115J14), J22 풀리(115J22), J24 풀리(115J24)의 회전축이 바로 피치 조작부(111)의 피치 구동축(pitch operating axis)(1111)이 된다. 그리고, J11 풀리(115J11) 및 J21 풀리(115J21)의 회전축으로부터 연장 형성된 바(bar)가 바로 피치 조작부(111)의 피치 구동바(pitch operating bar)(1112)가 된다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시예에서 피치(pitch) 동작은 구체적으로 다음과 같이 실행된다.
사용자가 조작부(110)의 피치 제어부(111)의 피치 구동바(1112)를 손으로 쥐고 있는 상태에서, 피치 구동축(1111)을 중심으로 피치 구동바(1112)를 도 6의 화살표 OP(operator pitch) 방향으로 회전시키면, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 전체적으로 조작부(110) 쪽으로 당겨지게 되어, 도 6의 화살표 PJ1 방향으로 이동하게 된다. 동시에, 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 전체적으로 조작부(110)에서 풀려서 엔드 툴(end tool)(120) 쪽으로 이동하게 되어, 도 6의 화살표 PJ2 방향으로 이동하게 된다. 그러면, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)가 조작부(110) 쪽으로 당겨진 만큼 J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)가 그 회전축(도 5의 1231 참조)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 되며, 동시에 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)가 엔드 툴(end tool)(120) 쪽으로 당겨진 만큼 J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)가 그 회전축(도 5의 1231 참조)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(end tool)(120)이 아래쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다.
이와 같이, 엔드 툴 제어 부재(123)와 조작부 제어 부재(115)가 도 1의 YZ 평면을 중심으로 서로 대칭되게 배치되는 미러링(mirroring) 구조를 이룸으로써, 간편하게 피치 운동이 구현되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 요 동작 및 액츄에이션 동작과 무관하게 피치 동작의 수행이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 여기서 요 동작은 엔드 툴 제어 부재(123)의 J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)와, 조작부 제어 부재(115)의 J11 풀리(115J11) 및 J21 풀리(115J21)가 회전하여 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 회전하는 동작을 의미한다.
(제1 실시예의 전체 동작)
이하에서는 상기 설명들을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 피치(pitch) 동작, 요(yaw) 동작 및 액츄에이션(actuation) 동작의 전체적인 구성을 정리하도록 한다.
본 실시예의 엔드 툴(120)의 구성상, 엔드 툴(120)의 피치, 요 및 액츄에이션 동작을 수행하기 위해서는 조작부(110)에서의 조작 입력을 피치, 요 및 액츄에이션 동작으로 분리할 수 있는 동력 전달부(130)가 필요하다. 상술한 바와 같이 엔드 툴 제어 부재(123)와 조작부 제어 부재(115)가 서로 대칭되게 배치되는 구조를 통해, 피치 조작부(111)의 회전 조작은 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)의 조작과 무관하게 엔드 툴(120)의 피치 동작이 가능하게 한다. 그러나, 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)의 조작이 엔드 툴(120)의 요 동작 및 액츄에이션 동작으로 연결되기 위해서는, 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)의 조작이 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)의 동작으로 변환되어야 한다. 요 조작부(112)의 회전은 두 개의 조(jaw)를 같은 방향으로 회전하게 하고, 액츄에이션 조작부(113)의 회전은 두 개의 조(jaw)를 서로 다른 방향으로 회전하게 한다. 즉, 제1 조(jaw)는 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 조작 입력의 합만큼 회전하게 되고, 제2 조(jaw)는 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 조작 입력의 차만큼 회전하게 된다. 이를 다음과 같은 수식으로 표현할 수 있다.
J1 = Y + A (제1 조는 요 동작이나 액츄에이션 동작 모두 같은 방향으로 회전)
J2 = Y - A (제2 조는 요 동작과는 같은 방향이나 액츄에이션 동작 입력에는 반대 방향으로 회전)
(여기서, Y는 요(yaw) 구동 풀리의 회전, A는 액츄에이션(actuation) 구동 풀리의 회전)
이를 위해 동력 전달부에는 Y와 A를 입력받아 그 합인 J1 성분만을 출력하는 차동 풀리와, Y와 A를 입력받아 그 차인 J2 성분만을 출력하는 차동 풀리가 필요하고, 각 차동 풀리의 출력부의 회전이 엔드 툴의 각 조(jaw)에 전달되어야 한다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 피치(pitch) 동작은 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 사용자가 조작부(110)의 피치 제어부(111)의 피치 구동바(1112)를 손으로 쥐고 있는 상태에서, 피치 구동축(1111)을 중심으로 피치 구동바(1112)를 도 6의 화살표 OP(operator pitch) 방향으로 회전시키면, 조작부 제어 부재(115)도 피치 구동축(1111)을 중심으로 전체적으로 회전하게 된다. 그러면, 조작부 제어 부재(115)에 감겨있는 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)는 전체적으로 조작부(110) 쪽으로 당겨지게 되어, 도 6의 화살표 PJ1 방향으로 이동하게 된다. 동시에, 조작부 제어 부재(115)에 감겨있는 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)는 전체적으로 조작부 제어 부재(115)로부터 풀리게 되어, 도 6의 화살표 PJ2 방향으로 이동하게 된다. 그러면, 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13) 및 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)와 연결되어 있는 엔드 툴 제어 부재(123)가 엔드 툴 피치 구동축(1231)을 중심으로 도 6의 EP 방향으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 되는 것이다.
다음으로 요(yaw) 동작에 대해 설명한다.
요 조작부(112)가 도 2의 화살표 Y 방향으로 회전하면, 요 조작부(112)의 제1 풀리(1121a), 제1 풀리(1121a)에 감긴 YC1 와이어(135YC1) 및 YC1 와이어(135YC1)가 감긴 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)가 함께 회전한다. 이와 같이, 제1 차동 풀리(131)의 제1 입력부(1311)가 회전하면, 제1 입력부(1311)와 출력부(1313)를 연결하는 차동 제어 와이어(135J11)의 회전력이 출력부(1313)를 도 4a의 화살표 R1 방향으로 돌리게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1313)의 회전은 출력부(1313)에 감긴 J12 와이어(135J12)를 통해 조작부 제어 부재(115)로 전달되어, 조작부 제어 부재(115)의 J11 풀리(도 6의 115J11 참조)를 회전시킨다. 그리고, 조작부 제어 부재(115)의 J11 풀리(115J11)가 회전하면, 이와 연결된 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)를 이동시키며, 따라서 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)와 연결된 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 되는 것이다.
한편, 요 조작부(112)가 도 2의 화살표 Y 방향으로 회전하면, 요 조작부(112)의 제2 풀리(1121b), 제2 풀리(1121b)에 감긴 YC2 와이어(135YC2) 및 YC2 와이어(135YC2)가 감긴 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)가 함께 회전한다. 이와 같이, 제2 차동 풀리(132)의 제1 입력부(1321)가 회전하면, 제1 입력부(1321)와 출력부(1323)를 연결하는 차동 제어 와이어(135J21)의 회전력이 출력부(1323)를 도 4b의 화살표 R3 방향으로 돌리게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1323)의 회전은 출력부(1323)에 감긴 J22 와이어(135J22)를 통해 조작부 제어 부재(115)로 전달되어, 조작부 제어 부재(115)의 J21 풀리(도 6의 115J21 참조)를 회전시킨다. 그리고, 조작부 제어 부재(115)의 J21 풀리(115J21)가 회전하면, 이와 연결된 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)를 이동시키며, 따라서 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)와 연결된 엔드 툴(end tool)(120)의 제2 조(jaw)(122)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 되는 것이다.
이와 같이 요 조작부(112)를 어느 일 방향으로 회전시키면, 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 동일한 방향으로 회전하면서, 요(yaw) 동작이 수행되는 것이다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 하나 이상의 차동 풀리들을 구비하여, 요 조작부(112)의 동작이 액츄에이션 조작부(113)의 동작을 수반하지 않는 효과를 가진다.
다음으로 액츄에이션(actuation) 동작에 대해 설명한다.
액츄에이션 조작부(113)가 도 2의 화살표 A 방향으로 회전하면, 액츄에이션 조작부(113)의 제1 풀리(1131a), 제1 풀리(1131a)에 감긴 AC1 와이어(135AC1) 및 AC1 와이어(135AC1)가 감긴 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)가 함께 회전한다. 여기서, AC1 와이어(135AC1)가 중간에서 한 번 꼬여있기 때문에 액츄에이션 조작부(113)의 회전력의 방향이 반대가 되어 제1 차동 풀리(131)에 전달된다. 이와 같이, 제1 차동 풀리(131)의 제2 입력부(1312)가 회전하면, 제2 입력부(1312)와 출력부(1313)를 연결하는 차동 제어 와이어(135J11)의 회전력이 출력부(1313)를 도 4a의 화살표 R2의 반대 방향으로 돌리게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1313)의 회전은 출력부(1313)에 감긴 J12 와이어(135J12)를 통해 조작부 제어 부재(115)로 전달되어, 조작부 제어 부재(115)의 J11 풀리(도 6 115J11 참조)를 회전시킨다. 그리고, 조작부 제어 부재(115)의 J11 풀리(115J11)가 회전하면, 이와 연결된 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)를 회전시키며, 따라서 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13)와 연결된 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)가 도 2의 화살표 YJ 방향으로 회전하게 되는 것이다.
한편, 액츄에이션 조작부(113)가 도 2의 화살표 A 방향으로 회전하면, 액츄에이션 조작부(113)의 제2 풀리(1131b), 제2 풀리(1131b)에 감긴 AC2 와이어(135AC2) 및 AC2 와이어(135AC2)가 감긴 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)가 함께 회전한다. 이와 같이, 제2 차동 풀리(132)의 제2 입력부(1322)가 회전하면, 제2 입력부(1322)와 출력부(1323)를 연결하는 차동 제어 와이어(135J21)의 회전력이 출력부(1323)를 도 4b의 화살표 R4 방향으로 돌리게 된다. 그리고, 이와 같은 출력부(1323)의 회전은 출력부(1323)에 감긴 J22 와이어(135J22)를 통해 조작부 제어 부재(115)로 전달되어, 조작부 제어 부재(115)의 J21 풀리(도 6의 115J21 참조)를 회전시킨다. 그리고, 조작부 제어 부재(115)의 J21 풀리(115J21)가 회전하면, 이와 연결된 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)를 회전시키며, 따라서 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)와 연결된 엔드 툴(end tool)(120)의 제2 조(jaw)(122)가 도 2의 화살표 YJ의 반대 방향으로 회전하게 되는 것이다.
이와 같이 액츄에이션 조작부(113)를 어느 일 방향으로 회전시키면, 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 서로 반대 방향으로 회전하면서, 액츄에이션(actuation) 동작이 수행되는 것이다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 하나 이상의 차동 풀리들을 구비하여, 액츄에이션 조작부(113)의 동작이 요 조작부(112)의 동작을 수반하지 않는 효과를 가진다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 피치 구동부, 요 구동부, 액츄에이션 구동부의 각각 독립된 입력에 의하여 엔드 툴의 출력 동작을 수행하는 수술용 인스트루먼트를, 모터나 전자 제어 또는 소프트웨어 등을 사용하지 않고 순수히 기계적인 구성만으로 구현하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 서로 영향을 미치는 피치 동작, 요 동작, 액츄에이션 동작을 단순한 기계 장치만으로 상호 분리함으로써, 수술용 인스트루먼트의 구성이 현저하게 간단해지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 최소한의 와이어 및 풀리 구조만으로 조작부(110)의 회전력을 엔드 툴(end tool)(120)로 전달하는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명에서는 조작부(110)의 조작 방향과 엔드 툴(end tool)(120)의 작동 방향이 직관적으로 동일한 방향이기 때문에, 시술자의 편의성이 향상되고 수술의 정확성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 엔드 툴(end tool)(120) 측에 제1 조(jaw) 구동 와이어(135J13) 및 제2 조(jaw) 구동 와이어(135J23)의 단 두 개의 와이어만을 구비함으로써, 간편하게 엔드 툴(end tool)(120)의 피치(pitch) 동작, 요(yaw) 동작, 및 액츄에이션(actuation) 동작을 수행할 수 있다. 나아가, 엔드 툴 제어 부재(123)와 조작부 제어 부재(115)가 도 1의 YZ 평면을 중심으로 서로 대칭되게 배치되는 미러링(mirroring) 구조를 이룸으로써, 간편하게 피치 운동이 구현되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 요 동작 및 액츄에이션 동작과 무관하게 피치 동작의 수행이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
<차동 풀리에 관한 제1 변형예>(D1)
도 7는 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제1 변형예를 나타내는 도면이고, 도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 차동 풀리의 제1 변형예의 작동을 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 차동 풀리란 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부들로부터 회전력을 입력받아서, 이들의 합(또는 차)을 통해 원하는 하나의 회전력을 추출하여 출력부를 통해 출력하는 장치를 의미한다.
도 7을 참조하면, 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제1 변형예는 제1 입력부(1361), 제2 입력부(1362), 출력부(1363) 및 차동 제어 부재(1364)를 포함한다.
제1 입력부(1361)는 제1 풀리(1361P1), 제2 풀리(1361P2) 및 제1 입력 와이어(1361W)를 포함한다. 제1 풀리(1361P1)와 제2 풀리(1361P2)는 제1 입력 와이어(1361W)에 의해 연결되어 함께 회전하도록 형성된다.
제2 입력부(1362)는 제1 풀리(1362P1), 제2 풀리(1362P2) 및 제2 입력 와이어(1362W)를 포함한다. 제1 풀리(1362P1)와 제2 풀리(1362P2)는 제2 입력 와이어(1362W)에 의해 연결되어 함께 회전하도록 형성된다.
출력부(1363)는 출력 풀리(1363P) 및 출력부 와이어(1363W)를 포함한다. 출력 풀리(1363P)와 차동 제어 부재(1364)는 출력부 와이어(1363W)를 통해 연결되어, 차동 제어 부재(1364)가 병진 운동을 하면 이와 출력부 와이어(1363W)를 통해 연결된 출력 풀리(1363P)가 회전하게 된다.
차동 제어 부재(1364)는 제1 풀리(1364P1), 제2 풀리(1364P2) 및 차동 제어 와이어(1364W)를 포함한다. 더불어 차동 제어 부재(1364)는 제1 차동 조인트(1364J1) 및 제2 차동 조인트(1364J2)를 포함한다. 제1 풀리(1364P1)와 제2 풀리(1364P2)는 차동 제어 와이어(1364W)에 의해 연결되어 함께 회전하도록 형성된다. 한편, 차동 제어 부재(1364)는 전체적으로 도 7의 화살표 T 방향으로 병진 운동할 수 있다. 예를 들어 차동 제어 부재(1364)는 가이드 레일(미도시) 위에 설치되어, 차동 제어 부재(1364)가 가이드 레일(미도시)을 따라 도 7의 화살표 T 방향으로 병진 운동할 수 있는 것이다.
한편, 제1 차동 조인트(1364J1)는 제1 입력 와이어(1361W)와 차동 제어 와이어(1364W)에 각각 결합하여, 제1 입력 와이어(1361W)의 회전을 차동 제어 와이어(1364W)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 제2 차동 조인트(1364J2)는 제2 입력 와이어(1362W)와 차동 제어 와이어(1364W)에 각각 결합하여, 제2 입력 와이어(1362W)의 회전을 차동 제어 와이어(1364W)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
이하에서는 상술한 차동 풀리의 제1 변형예의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 제1 입력부가 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7와 같은 상태에서 제1 입력부(1361)의 제1 풀리(1361P1)가 도 8의 화살표 A1 방향으로 회전하면 이와 연결된 제1 입력 와이어(1361W)가 도 8의 화살표 A2 방향으로 제1 풀리(1361P1)를 따라 이동하게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 제1 입력 와이어(1361W)와 차동 제어 와이어(1364W)는 각각 제1 차동 조인트(1364J1)에 결합되어 있으므로, 제1 입력 와이어(1361W)가 도 8의 화살표 A2 방향으로 이동하면서 이와 연결된 제1 차동 조인트(1364J1)도 함께 화살표 A2 방향으로 이동하게 된다. 이때 제2 입력부(1362)가 회전 입력이 없어서 고정되어 있다면, 제2 차동 조인트(1364J2)의 위치도 고정되어 있으며, 따라서 제1 차동 조인트(1364J1)가 움직인 만큼 차동 제어 부재(1364)가 전체적으로 화살표 A3 방향으로 병진 운동을 하게 되며, 그만큼 제1 풀리(1364P1), 제2 풀리(1364P2), 차동 제어 와이어(1364W)도 함께 이동하게 되며, 이때 동시에 제1 풀리(1364P1)와 제2 풀리(1364P2)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같이 차동 제어 부재(1364)가 화살표 A3 방향으로 이동하면, 이와 연결된 출력부 와이어(1363W)가 화살표 A4 방향으로 이동하게 되고, 따라서 출력부 와이어(1363W)와 연결된 출력 풀리(1363P)가 화살표 C 방향으로 회전하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여 제1 입력부(1361)의 회전이 제2 입력부(1362)에는 영향을 주지 않고 출력부(1363)로만 전달되어 출력 풀리(1363P)를 회전시킬 수 있게 된다.
다음으로, 제2 입력부가 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
도 7 및 도 9을 참조하면, 도 7와 같은 상태에서 제2 입력부(1362)의 제1 풀리(1362P1)가 도 9의 화살표 B1 방향으로 회전하면 이와 연결된 제2 입력 와이어(1362W)가 도 9의 화살표 B2 방향으로 제1 풀리(1362P1)를 따라 이동하게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 제2 입력 와이어(1362W)와 차동 제어 와이어(1364W)는 각각 제2 차동 조인트(1364J2)에 결합되어 있으므로, 제2 입력 와이어(1362W)가 도 9의 화살표 B2 방향으로 이동하면서 이와 연결된 제2 차동 조인트(1364J2)도 함께 화살표 B2 방향으로 이동하게 된다. 이때 제1 입력부(1361)가 회전 입력이 없어서 고정되어 있다면, 제1 차동 조인트(1364J1)의 위치도 고정되어 있으며, 따라서 제2 차동 조인트(1364J2)가 움직인 만큼 차동 제어 부재(1364)가 전체적으로 화살표 B3 방향으로 병진 운동을 하게 되며, 그만큼 제1 풀리(1364P1), 제2 풀리(1364P2), 차동 제어 와이어(1364W)도 함께 이동하게 되며, 이때 동시에 제1 풀리(1364P1)와 제2 풀리(1364P2)가 시계 방향으로 회전하게 된다. 그리고, 이와 같이 차동 제어 부재(1364)가 화살표 B3 방향으로 이동하면, 이와 연결된 출력부 와이어(1363W)가 화살표 B4 방향으로 이동하게 되고, 따라서 출력부 와이어(1363W)와 연결된 출력 풀리(1363P)가 화살표 C 방향으로 회전하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여 제2 입력부(1362)의 회전이 제1 입력부(1361)에는 영향을 주지 않고 출력부(1363)로만 전달되어 출력 풀리(1363P)를 회전시킬 수 있게 된다.
다음으로, 제1 입력부 및 제2 입력부가 동시에 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
제1 입력부(1361)의 제1 풀리(1361P1)가 시계 방향으로 회전하면 출력부(1363)의 출력 풀리(1363P)는 반시계 방향으로 회전하며, 또한 제2 입력부(1362)의 제1 풀리(1362P1)가 반시계 방향으로 회전하면 출력부(1363)의 출력 풀리(1363P)는 반시계 방향으로 회전한다. 따라서, 제1 입력부(1361)의 제1 풀리(1361P1)와 제2 입력부(1362)의 제2 풀리(1362P1)가 서로 반대 방향으로 회전하면, 두 회전력의 합력만큼 출력부(1363)의 출력 풀리(1363P)가 회전하게 된다. 반대로, 제1 입력부(1361)의 제1 풀리(1361P1)와 제2 입력부(1362)의 제2 풀리(1362P1)가 서로 동일한 방향으로 회전하면, 두 회전력의 차만큼 출력부(1363)의 출력 풀리(1363P)가 회전하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의해서 두 개 이상의 입력부 중 어느 한 입력부만이 회전할 경우, 다른 입력부들은 회전시키지 않으면서 출력부만을 회전시킬 수 있다. 또한, 두 개 이상의 입력부가 동시에 회전할 경우, 두 개의 입력부의 회전력의 합(또는 차) 만큼의 단일한 회전력이 출력부를 통해 출력될 수 있는 것이다.
이는 도 4a 및 도 4b에 도시된 차동 풀리를 대체하여 적용될 수 있는 차동 풀리의 일 변형예를 설명한 것이며, 구체적으로 이와 같은 차동 풀리의 일 변형예가 수술용 인스트루먼트에 적용된 예는 생략하도록 한다.
<차동 풀리에 관한 제2 변형예>(D2)
도 10은 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제2 변형예를 나타내는 도면이고, 도 11 및 도 12는 도 10에 도시된 차동 풀리의 제2 변형예의 작동을 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 차동 풀리란 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부 각각이 다른 입력부들의 회전에 영향을 미치지 아니하면서 두 개 이상의 입력부들로부터 입력된 회전력을 원하는 하나의 회전력으로 출력하는 장치를 의미한다.
도 10을 참조하면, 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제2 변형예는 제1 입력부(1371), 제2 입력부(1372), 출력부(1373), 제1 차동 제어 부재(1374), 제2 차동 제어 부재(1375) 및 차동 제어 와이어(1376)를 포함한다.
제1 입력부(1371)는 제1 입력 풀리(1371P) 및 제1 입력 와이어(1371W)를 포함한다. 제1 입력 풀리(1371P)는 제1 입력 와이어(1371W)와 연결되어 제1 입력 와이어(1371W)와 함께 회전하도록 형성된다.
제2 입력부(1372)는 제2 입력 풀리(1372P) 및 제2 입력 와이어(1372W)를 포함한다. 제2 입력 풀리(1372P)는 제2 입력 와이어(1372W)와 연결되어 제2 입력 와이어(1372W)와 함께 회전하도록 형성된다.
출력부(1373)는 출력 풀리(1373P)를 포함한다. 출력 풀리(1373P)는 차동 제어 와이어(1376)와 연결되어 차동 제어 와이어(1376)와 함께 회전하도록 형성된다.
제1 차동 제어 부재(1374)는 제1 풀리(1374P1), 제2 풀리(1374P2) 및 제1 차동 제어 바(1374a)를 포함한다. 제1 차동 제어 바(1374a)의 양단부에는 각각 제1 풀리(1374P1) 및 제2 풀리(1374P2)가 형성되며, 이들은 각각 회전이 가능하다. 그리고, 제1 차동 제어 부재(1374)의 양쪽 말단에는 각각 제1 입력 와이어(1371W)의 양단부가 결합된다. 한편, 제1 차동 제어 부재(1374)는 전체적으로 도 10의 화살표 T1 방향으로 병진 운동할 수 있다. 예를 들어 제1 차동 제어 부재(1374)는 가이드 레일(미도시) 위에 설치되어, 제1 차동 제어 부재(1374)가 가이드 레일(미도시)을 따라 도 10의 화살표 T1 방향으로 병진 운동할 수 있는 것이다. 따라서, 제1 입력 풀리(1371P)가 회전하면 이와 연결된 제1 입력 와이어(1371W)가 회전하고, 제1 입력 와이어(1371W)가 회전하면, 그 양단부에 결합된 제1 차동 제어 부재(1374)가 도 10의 화살표 T1 방향으로 병진 운동하는 것이다.
제2 차동 제어 부재(1375)는 제1 풀리(1375P1), 제2 풀리(1375P2) 및 제2 차동 제어 바(1375a)를 포함한다. 제2 차동 제어 바(1375a)의 양단부에는 각각 제1 풀리(1375P1) 및 제2 풀리(1375P2)가 형성되며, 이들은 각각 회전이 가능하다. 그리고, 제2 차동 제어 부재(1375)의 양쪽 말단에는 각각 제2 입력 와이어(1372W)의 양단부가 결합된다. 한편, 제2 차동 제어 부재(1375)는 전체적으로 도 10의 화살표 T2 방향으로 병진 운동할 수 있다. 예를 들어 제2 차동 제어 부재(1375)는 가이드 레일(미도시) 위에 설치되어, 제2 차동 제어 부재(1375)가 가이드 레일(미도시)을 따라 도 10의 화살표 T2 방향으로 병진 운동할 수 있는 것이다. 따라서, 제2 입력 풀리(1372P)가 회전하면 이와 연결된 제2 입력 와이어(1372W)가 회전하고, 제2 입력 와이어(1372W)가 회전하면, 그 양단부에 결합된 제2 차동 제어 부재(1375)가 도 10의 화살표 T2 방향으로 병진 운동하는 것이다.
한편, 제1 차동 제어 부재(1374)의 제1 풀리(1374P1), 제2 차동 제어 부재(1375)의 제1 풀리(1375P1), 제1 차동 제어 부재(1374)의 제2 풀리(1374P2) 및 제2 차동 제어 부재(1375)의 제2 풀리(1375P2)를 따라서 차동 제어 와이어(1376)가 연결된다. 차동 제어 와이어(1376)는 상기 네 개의 풀리를 따라 감겨있으면서, 제1 차동 제어 부재(1374) 및 제2 차동 제어 부재(1375)의 병진 운동에 따라 이동할 수 있도록 형성된다. 여기서, 차동 제어 와이어(1376)에는 고정점(F1)이 형성되어, 차동 제어 와이어의 이동의 기준점이 될 수 있다.
이하에서는 상술한 차동 풀리의 제2 변형예의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 제1 입력부가 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
도 10 및 도 11를 참조하면, 도 10과 같은 상태에서 제1 입력부(1371)의 제1 입력 풀리(1371P)가 도 11의 화살표 A1 방향으로 회전하면 이와 연결된 제1 입력 와이어(1371W)가 도 11의 화살표 A2 방향으로 제1 입력 풀리(1371P)를 따라 이동하게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 제1 입력 와이어(1371W)는 제1 차동 제어 부재(1374)와 연결되어 있으므로, 제1 입력 와이어(1371W)가 도 11의 화살표 A2 방향으로 이동하면, 제1 차동 제어 부재(1374)가 전체적으로 화살표 A3 방향으로 병진 운동을 하게 된다. 그리고, 이와 같이 제1 차동 제어 부재(1374)가 화살표 A3 방향으로 병진 운동을 하게 되면, 예를 들어 도 10의 차동 제어 와이어(1376)의 P1 지점이 도 11의 차동 제어 와이어(1376)의 P1' 지점으로 이동하게 되며, 따라서 차동 제어 와이어(1376)가 전체적으로 도 11의 화살표 A4 방향으로 이동하게 된다. 따라서 차동 제어 와이어(1376)와 연결된 출력 풀리(1373P)가 화살표 C 방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 제1 차동 제어 부재(1374)의 제1 풀리(1374P1), 제2 풀리(1374P2) 및 제2 차동 제어 부재(1375)의 제2 풀리(1375P2)는 각각 시계 방향으로 회전한다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여 제1 입력부(1371)의 회전이 제2 입력부(1372)에는 영향을 주지 않고 출력부(1373)로만 전달되어 출력 풀리(1373P)를 회전시킬 수 있게 된다.
다음으로, 제2 입력부가 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 도 10과 같은 상태에서 제2 입력부(1372)의 제2 입력 풀리(1372P)가 도 12의 화살표 B1 방향으로 회전하면 이와 연결된 제2 입력 와이어(1372W)가 도 12의 화살표 B2 방향으로 제2 입력 풀리(1372P)를 따라 이동하게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 제2 입력 와이어(1372W)는 제2 차동 제어 부재(1375)와 연결되어 있으므로, 제2 입력 와이어(1372W)가 도 12의 화살표 B2 방향으로 이동하면, 제2 차동 제어 부재(1375)가 전체적으로 화살표 B3 방향으로 병진 운동을 하게 된다. 그리고, 이와 같이 제2 차동 제어 부재(1375)가 화살표 B3 방향으로 병진 운동을 하게 되면, 예를 들어 도 10의 차동 제어 와이어(1376)의 P2 지점이 도 12의 차동 제어 와이어(1376)의 P2' 지점으로 이동하게 되며, 따라서 차동 제어 와이어(1376)가 전체적으로 도 12의 화살표 B4 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서 차동 제어 와이어(1376)와 연결된 출력 풀리(1373P)가 화살표 C 방향으로 회전하게 되는 것이다. 이때, 제2 차동 제어 부재(1375)의 제1 풀리(1375P1), 제2 풀리(1375P2) 및 제1 차동 제어 부재(1374)의 제1 풀리(1374P1)는 각각 시계 방향으로 회전한다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여 제2 입력부(1372)의 회전이 제1 입력부(1371)에는 영향을 주지 않고 출력부(1373)로만 전달되어 출력 풀리(1373P)를 회전시킬 수 있게 된다.
다음으로, 제1 입력부 및 제2 입력부가 동시에 회전하는 경우에 대해 살펴본다.
제1 입력부(1371)의 제1 입력 풀리(1371P)가 반시계 방향으로 회전하면 출력부(1373)의 출력 풀리(1373P)는 반시계 방향으로 회전하며, 또한 제2 입력부(1372)의 제2 입력 풀리(1372P)가 시계 방향으로 회전하면 출력부(1373)의 출력 풀리(1373P)는 반시계 방향으로 회전한다. 따라서, 제1 입력부(1371)의 제1 입력 풀리(1371P)와 제2 입력부(1372)의 제2 입력 풀리(1372P)가 서로 반대 방향으로 회전하면, 두 회전력의 합력만큼 출력부(1373)의 출력 풀리(1373P)가 회전하게 된다. 반대로, 제1 입력부(1371)의 제1 입력 풀리(1371P)와 제2 입력부(1372)의 제2 입력 풀리(1372P)가 서로 동일한 방향으로 회전하면, 두 회전력의 차만큼 출력부(1373)의 출력 풀리(1373P)가 회전하게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의해서 두 개 이상의 입력부 중 어느 한 입력부만이 회전할 경우, 다른 입력부들은 회전시키지 않으면서 출력부만을 회전시킬 수 있다. 또한, 두 개 이상의 입력부가 동시에 회전할 경우, 두 개의 입력부의 회전력의 합(또는 차) 만큼의 단일한 회전력이 출력부를 통해 출력될 수 있는 것이다.
다음으로 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제2 변형예의 또 다른 구현예들에 대해 설명한다. 도 13a 내지 도 13e는 각각 차동 풀리의 제2 변형예의 또 다른 구현예를 나타내는 도면이다. 도 13a 내지 도 13e에는 제1 입력부 및 제2 입력부는 생략되어 있으며, 제1 차동 제어 부재(1374a ~ 1374e), 제2 차동 제어 부재(1375a ~ 1375e), 출력부(1373a ~ 1373e) 및 이들을 연결하는 차동 제어 와이어(1376a ~ 1376e)가 도시되어 있다. 이들 각각의 구현예는 그 외형은 조금씩 다르지만, 제1 입력부(미도시)가 회전하면 제1 차동 제어 부재(1374a ~ 1374e)가 상하로 병진 운동을 수행하면서 차동 제어 와이어(1376a ~ 1376e)를 회전시켜서 출력부(1373a ~ 1373e)를 회전시키며, 제2 입력부(미도시)가 회전하면 제2 차동 제어 부재(1375a ~ 1375e)가 상하로 병진 운동을 수행하면서 차동 제어 와이어(1376a ~ 1376e)를 회전시켜서 출력부(1373a ~ 1373e)를 회전시킨다는 점에서, 도 10 내지 도 12에서 살펴본 차동 풀리의 제2 변형예와 실질적으로 동일하다 할 것이다.
이는 도 4a 및 도 4b에 도시된 차동 풀리를 대체하여 적용될 수 있는 차동 풀리의 일 변형예를 설명한 것이며, 구체적으로 이와 같은 차동 풀리의 일 변형예가 수술용 인스트루먼트에 적용된 예는 생략하도록 한다.
<차동 풀리에 관한 제3 변형예>(D4)
도 14 및 도 15은 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 차동 풀리란 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부 각각이 다른 입력부들의 회전에 영향을 미치지 아니하면서 두 개 이상의 입력부들로부터 입력된 회전력을 원하는 하나의 회전력으로 출력하는 장치를 의미한다.
도 14 및 도 15을 참조하면, 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제3 변형예는 제1 입력부(1381), 제2 입력부(1382), 출력부(1383) 및 연결부(1384)를 포함한다.
제1 입력부(1381)는 제1 회전축(1381a)과 제1 입력 풀리(1381b)를 포함하며, 제1 입력 풀리(1381b)는 제1 회전축(1381a)과 결합되어 제1 회전축(1381a)을 중심으로 함께 회전가능하도록 형성된다.
제2 입력부(1382)는 제2 회전축(1382a)과, 서로 마주보도록 형성된 두 개의 제2 입력 풀리(1382b)를 포함하며, 두 개의 제2 입력 풀리(1382b)는 제2 회전축(1382a)과 결합되지 않게 구비되어 제2 회전축(1382a)을 중심으로 회전가능하도록 형성된다. 이때, 제1 입력부(1381)는 제2 입력 풀리(1382b)로부터 연장형성된다. 즉, 제1 입력 풀리(1381b)는 연결 부재(미도시)에 의해 제2 입력 풀리(1382b)에 연결되어 있어서, 제2 입력 풀리(1382b)가 회전하면 이에 연결된 제1 입력 풀리(1381b)를 포함한 제1 입력부(1381)가 회전하게 된다.
출력부(1383)는 제3 회전축(1383a)과 출력 풀리(1383b)를 포함하며, 출력 풀리(1383b)는 제3 회전축(1383a)과 결합되어 제3 회전축(1383a)을 중심으로 회전가능하도록 형성된다.
연결부(1384)는 제4 회전축(1384a)과, 서로 마주보도록 형성된 두 개의 연결 풀리(1384b)를 포함하며, 두 개의 연결 풀리(1384b)는 제4 회전축(1384a)과 결합되지 않게 구비되어 제4 회전축(1384a)을 중심으로 각각 회전가능하도록 형성된다.
한편, 차동 제어 와이어(1385)는 출력부(1383), 연결 풀리(1384b) 두 개 중 하나, 제2 입력 풀리(1382b) 두 개 중 하나, 제1 입력 풀리(1381b), 제2 입력 풀리(1382b) 두 개 중 다른 하나, 연결 풀리(1384b) 두 개 중 다른 하나 및 출력부와 차례로 접하도록 형성되어, 출력부(1383), 연결부(1384), 제2 입력부(1382) 및 제1 입력부(1381)를 따라 회전하도록 형성된다.
여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 입력부(1381)와 제2 입력부(1382)를 연결하는 결합 부재(미도시)가 더 구비될 수 있다. 이때 결합 부재(미도시)는 제1 입력부(1381)의 제1 회전축(1381a)과 제2 입력부(1382)의 제2 회전축(1382a)에 각각 끼워지도록 형성될 수 있다. 여기서, 결합 부재(미도시)와 제2 회전축(1382a)은 고정 결합되어 제2 회전축(1382a) 회전하면 결합 부재(미도시) 및 이와 연결된 제1 입력부(1381)도 함께 회전하는 반면, 결합 부재(미도시)와 제1 회전축(1381a)은 고정 결합되지 아니하여, 제1 회전축(1381a) 회전하더라도 결합 부재(미도시)는 정지되어 있을 수 있다.
이하에서는 상술한 차동 풀리의 제3 변형예의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 제1 입력부(1381)가 회전하는 경우에 대해 살펴본다. 제1 입력부(1381)의 제1 입력 풀리(1381b)가 제1 회전축(1381a)을 중심으로 회전하면, 마찰력 또는 고정점의 구비 등에 의해서 차동 제어 와이어(1385)가 제1 입력 풀리(1381b)와 함께 회전하게 되고, 이에 연장되어 제2 입력 풀리(1382b) 두 개와 연결 풀리(1384b) 두 개에 감긴 차동 제어 와이어(1385)도 이동하게 되어 결과적으로, 차동 제어 와이어(1385)의 반대편에 연결된 출력부(1383)의 출력 풀리(1383b)도 제3 회전축(1383a)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 이동하는 차동 제어 와이어(1385)가 감긴 두 개의 제2 입력 풀리(1382a)와 두 개의 연결 풀리(1384a)도 함께 회전하게 된다.
마찬가지로, 제2 입력부(1382)가 회전하는 경우에 대해 살펴본다. 도 14와 같은 상태에서 제2 입력부(1382)의 제2 입력 풀리(1382b)가 제2 회전축(1382a)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면, 도 15에 도시된 바와 같이 제2 회전축(1382b)을 중심으로 제1 입력부(1381)가 전체적으로 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제1 입력부(1381)에 회전 입력이 없어서, 제1 입력 풀리(1381a)에 감긴 차동 제어 와이어(1385)의 회전이 제1 회전축(1381a)에 상대적으로 없다면, 제1 회전축(1381a)에 감긴 차동 제어 와이어(1385) 부분도 전체적으로 제2 회전축(1382a)을 중심으로 회전하게 된다. 이는 제2 입력 풀리(1382b) 두 개에 각기 감긴 차동 제어 와이어(1385)를 당겨지고, 늘려지게 하고 이는 결과적으로 이에 해당하는 제2 입력 풀리(1382b) 두 개를 회전하게 한다. 이러한 제2 입력 풀리(1382b) 두 개에서의 차동 제어 와이어(1385)의 이동은 결과적으로 연결 풀리(1384b) 두 개를 거쳐서 출력 풀리(1383b)도 회전하게 한다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 두 개 이상의 입력부 중 어느 한 입력부의 회전은 다른 입력부의 회전을 유발하지 않으면서 독립적으로 출력부의 회전을 일으킬 수 있다. 또한, 두 개 이상의 입력부가 동시에 회전할 경우, 두 개의 입력부의 회전량의 합(또는 차) 만큼의 단일한 회전력이 출력부를 통해 출력될 수 있는 것이다.
본 차동 풀리에 관한 제3 변형예는 상기의 차동 풀리 및 제1, 2 변형예와 차이점이 있는데, 이는 하나의 입력부가 다른 하나의 입력부의 회전축 상에 구비되는 것으로서, 다른 하나의 회전 입력에 따라 하나의 입력부의 위치가 회전한다는 것이다. 즉, 상기의 차동 풀리 및 제1, 2 변형예에서는 각 입력부가 서로 독립적으로 위치하나, 본 차동 풀리에 관한 제3 변형예는 하나의 입력부가 다른 하나의 입력부의 좌표계 상에 위치한다는 차이가 있다. 이는 제2 실시예(후술할 도 28 등 참조) 등과 같이 하나의 조작 입력부가 다른 하나의 조작 입력부 상에 구비되어 다른 하나의 조작 입력부가 회전 또는 이동하면, 하나의 조작 입력부도 함께 따라 회전 또는 이동해야 하는 구조에 사용이 가능하다.
한편, 도면에는 출력부(1383), 연결부(1384), 제2 입력부(1382), 제1 입력부(1381)의 순서대로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 연결부와 제2 입력부의 위치를 서로 바꾸는 구성도 가능하다 할 것이다. 이 경우에도, 제1 입력 풀리는 연결 부재(미도시)에 의해 제2 입력 풀리에 연결되어서, 제2 입력 풀리가 회전하면 이에 연결된 연결부의 연결 풀리 및 제1 입력부의 제1 입력 풀리가 함께 회전할 수 있다.
이는 도 4a 및 도 4b에 도시된 차동 풀리를 대체하여 적용될 수 있는 차동 풀리의 일 변형예를 설명한 것이며, 구체적으로 이와 같은 차동 풀리의 일 변형예가 수술용 인스트루먼트에 적용된 예는 생략하도록 한다.
<차동 기어>
도 16는 도 2에 도시된 수술용 인스트루먼트의 동력 전달부의 일 변형예에 따른 수술용 인스트루먼트(100g)를 나타내는 도면이고, 도 17는 도 16의 차동 기어를 상세히 나타내는 도면이다. 여기서, 본 발명의 제1 실시예의 동력 전달부의 일 변형예에 따른 수술용 인스트루먼트(100g)는 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)와 다른 부분은 거의 유사하고, 동력 전달부의 구성이 특징적으로 달라지는바, 이하에서는 이와 같은 동력 전달부의 구성을 중심으로 설명하도록 한다.
본 변형예에서는 도 2 및 도 4a 등의 차동 풀리 대신 차동 기어를 적용하는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 도 16 및 도 17에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 기어는 도 4a에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리에서 풀리 및 와이어를 기어로 대체한 구조로 볼 수도 있을 것이다.
도 16 및 도 17를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 동력 전달부의 일 변형예에 따른 수술용 인스트루먼트(100g)는 조작부(110), 엔드 툴(end tool)(120), 동력 전달부(130) 및 연결부(미도시)를 포함한다. 그리고, 동력 전달부(130)는 제1 차동 기어(151)와 제2 차동 기어(152)를 포함한다.
상세히, 제1 차동 기어(151)는 제1 입력부(1511), 제2 입력부(1512) 및 출력부(1513)를 포함한다.
제1 입력부(1511)는 제1 풀리(1511a) 및 제1 기어(1511b)를 포함한다. 제1 풀리(1511a) 및 제1 기어(1511b)는 동일한 회전축을 중심으로 함께 회전한다. 여기서, 제1 입력부(1511)의 제1 풀리(1511a)는 요 조작부(112)의 제1 풀리(1121a)와 YC1 와이어(135YC1)에 의해 연결되어, 요 조작부(112)의 회전이 제1 입력부(1511)로 전달되도록 한다. 또한, 제1 입력부(1511)의 제1 기어(1511b)는 출력부(1513)와 연결되어, 제1 입력부(1511)의 회전이 출력부(1513)로 전달되도록 한다.
제2 입력부(1512)는 제2 풀리(1512a) 및 제2 기어(1512b)를 포함한다. 제2 풀리(1512a) 및 제2 기어(1512b)는 동일한 회전축을 중심으로 함께 회전한다. 여기서, 제2 입력부(1512)의 제2 풀리(1512a)는 액츄에이션 조작부(113)의 제1 풀리(1131a)와 AC1 와이어(135AC1)에 의해 연결되어, 액츄에이션 조작부(113)의 회전이 제2 입력부(1512)로 전달되도록 한다. 또한, 제2 입력부(1512)의 제2 기어(1512b)는 출력부(1513)와 연결되어, 제2 입력부(1512)의 회전이 출력부(1513)로 전달되도록 한다.
출력부(1513)는 출력 풀리(1513a), 연장부(1513b) 및 차동 제어 기어(1513c) 를 포함한다. 여기서, 출력부(1513)의 출력 풀리(1513a)는 조작부 제어 부재(115)와 J12 와이어(135J12)에 의해 연결되어, 출력부(1513)의 회전이 조작부 제어 부재(115)를 통해 엔드 툴(end tool)(120)의 제1 조(jaw)(121)로 전달되도록 한다. 한편, 연장부(1513b)는 출력 풀리(1513a)의 회전축으로부터 일 방향으로 연장 형성되어 출력 풀리(1513a)의 회전축을 중심으로 출력 풀리(1513a)와 함께 회전가능하도록 형성된다. 차동 제어 기어(1513c) 는 연장부(1513b)에 관통 삽입되어, 연장부(1513b)를 중심으로 회전가능하도록 형성된다.
여기서, 제1 입력부(1511)와 제2 입력부(1512)와 출력부(1513)는 각각 독립된 축을 중심으로 독립적으로 회전한다.
여기서, 제1 차동 기어(151)는 제1 입력부(1511), 제2 입력부(1512) 및 출력부(1513)를 구비하여, 제1 입력부(1511) 및 제2 입력부(1512)로부터 회전력을 입력받아서, 이들의 합(또는 차)을 통해 하나의 회전력을 추출하여 출력부(1513)를 통해 출력한다. 즉, 제1 입력부(1511)만 회전할 경우에 이를 출력부(1513)를 통해 출력하며, 제2 입력부(1512)만 회전할 경우에 이를 출력부(1513)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1511)와 제2 입력부(1512)가 동일한 방향으로 회전할 경우 이들의 합을 출력부(1513)를 통해 출력하며, 제1 입력부(1511)와 제2 입력부(1512)가 반대 방향으로 회전할 경우 이들의 차를 출력부(1513)를 통해 출력하는 것이다. 이는 다음의 수식으로 설명할 수 있다.
C = A + B (여기서, C는 출력부의 회전, A는 제1 입력부의 회전, B는 제2 입력부의 회전)
이와 같은 제1 차동 기어(151) 및 제2 차동 기어(152)에 의하여, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 각각 자유롭게 회전하더라도, 각 차동 기어의 출력부는 각각 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 회전에 대해 독립적으로 회전하게 되며, 결과적으로 각 차동 기어의 출력부는 각각 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 회전의 합(또는 차)만큼 움직이게 되어, 원하는 하나의 회전력을 추출하게 되는 것이다.
<차동 기어에 관한 제1 변형예>
도 18은 도 16의 차동 기어의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 차동 기어란 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부들로부터 회전력을 입력받아서, 이들의 합(또는 차)을 통해 원하는 하나의 회전력을 추출하여 출력부를 통해 출력하는 장치를 의미한다.
도 18을 참조하면, 수술용 인스트루먼트의 차동 기어의 제1 변형예는 제1 입력부(1561), 제2 입력부(1562), 출력부(1563) 및 차동 제어 부재(1564)를 포함한다. 이때, 도 18에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 기어의 제1 변형예는 도 7에 도시된 수술용 인스트루먼트의 차동 풀리의 제1 변형예에서 풀리 및 와이어를 기어로 대체한 구조로 볼 수도 있을 것이다.
제1 입력부(1561)는 제1 풀리(1561P), 제1 기어(1561G) 및 제1 입력 와이어(1561W)를 포함한다. 제1 풀리(1561P)와 제1 기어(1561G)는 제1 입력 와이어(1561W)에 의해 연결되어 제1 풀리(1561P)가 회전하면 제1 기어(1561G)가 상하로 이동하도록 형성된다.
제2 입력부(1562)는 제2 풀리(1562P), 제2 기어(1562G) 및 제2 입력 와이어(1562W)를 포함한다. 제2 풀리(1562P)와 제2 기어(1562G)는 제2 입력 와이어(1562W)에 의해 연결되어 제2 풀리(1562P)가 회전하면 제2 기어(1562G)가 상하로 이동하도록 형성된다.
출력부(1563)는 출력 풀리(1563P) 및 출력부 와이어(1563W)를 포함한다. 출력 풀리(1563P)와 차동 제어 부재(1564)는 출력부 와이어(1563W)를 통해 연결되어, 차동 제어 부재(1564)가 병진 운동을 하면, 차동 제어 부재(1564)와 출력부 와이어(1563W)를 통해 연결된 출력 풀리(1563P)가 회전하게 된다.
차동 제어 부재(1564)는 차동 제어 기어(1564G) 및 차동 제어 베이스(1564B)를 포함한다. 여기서, 차동 제어 기어(1564G)는 제1 기어(1561G) 및 제2 기어(1562G)와 각각 맞물리도록 형성되어, 제1 기어(1561G) 및 제2 기어(1562G)가 상하로 이동하면 차동 제어 기어(1564G)가 회전하면서 상하로 병진 운동하도록 형성된다. 즉, 제1 기어(1561G) 및 제2 기어(1562G)는 일종의 래크(rack) 역할을 수행하고, 차동 제어 기어(1564G)는 일종의 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것이다. 따라서, 여기서, 차동 제어 부재(1564)는 전체적으로 도 18의 화살표 T 방향으로 병진 운동할 수 있다. 예를 들어 차동 제어 부재(1564)의 차동 제어 베이스(1564B)가 가이드 레일(미도시) 위에 설치되어, 차동 제어 부재(1564)가 가이드 레일(미도시)을 따라 도 18의 화살표 T 방향으로 병진 운동할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의해서 두 개 이상의 입력부 중 어느 한 입력부만이 회전할 경우, 다른 입력부들은 회전시키지 않으면서 출력부만을 회전시킬 수 있다. 또한, 두 개 이상의 입력부가 동시에 회전할 경우, 두 개의 입력부의 회전력의 합(또는 차) 만큼의 단일한 회전력이 출력부를 통해 출력될 수 있는 것이다.
<차동 기어에 관한 제2 변형예>
도 19은 도 16의 차동 기어의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 차동 기어란 두 개 이상의 입력부들 및 하나의 출력부를 구비하여, 두 개 이상의 입력부들로부터 회전력을 입력받아서, 이들의 합(또는 차)을 통해 원하는 하나의 회전력을 추출하여 출력부를 통해 출력하는 장치를 의미한다.
도 19을 참조하면, 수술용 인스트루먼트의 차동 기어의 제2 변형예는 제1 입력부(1571), 제2 입력부(1572), 출력부(1574) 및 차동 제어 부재(1573)를 포함한다.
상세히, 제1 입력부(1571) 및 제2 입력부(1572)는 중심 회전축(1575)을 중심으로 회전가능하도록 형성된 기어 형태로 구비되며, 특히 제2 입력부(1572)는 피치 원통의 안쪽에 톱니가 나 있는 기어 형태로 구비되며, 차동 제어 부재(1573)는 제1 입력부(1571)와 제2 입력부(1572)의 기어에 맞물리며 가운데 위치에 구비된다. 차동 제어 부재(1573)는 차동 제어 부재 기어축(1573a)을 중심으로 회전할 수 있으며 차동 제어 부재 기어축(1573a)은 출력부(1574)에 연결되어 있다. 출력부(1574)는 중심 회전축(1575)을 중심으로 회전 가능하다.
먼저, 제1 입력부(1571)만 회전하는 경우, 기어 이빨에 의해 맞물린 차동 제어 부재(1573)는 차동 제어 부재 기어축(1573a)을 중심으로 회전함과 동시에 차동 제어 부재 기어축(1573a)이 연결된 출력부(1574)의 중심 회전축(1575)에 대한 회전을 일으키게 된다. 반대로, 제2 입력부(1572)만 회전하는 경우에도, 기어 이빨에 의해 맞물린 차동 제어 부재(1573)는 차동 제어 부재 기어축(1573a)을 중심으로 회전함과 동시에 차동 제어 부재 기어축(1573a)이 연결된 출력부(1574)의 중심 회전축(1575)에 대한 회전을 일으키게 된다. 한편 제1 입력부(1571)와 제2 입력부(1572)가 동일한 방향으로 회전할 경우, 차동 제어 부재(1573) 및 출력부(1574)는 중심 회전축(1575)을 중심으로 같은 방향으로 회전하게 되며, 이때 차동 제어 부재(1573)는 차동 제어 부재 기어축(1573a)을 중심으로 회전하지 않을 수도 있다.
반대로 제1 입력부(1571)와 제2 입력부(1572)가 서로 반대 방향으로 회전할 경우에는, 차동 제어 부재(1573) 및 출력부(1574)는 중심 회전축(1575)에 대해 회전하지 않을 수 있다. 이때, 차동 제어 부재(1573)는 차동 제어 부재 기어축(1573a)를 중심으로 회전할 수 있다.
따라서, 이와 같은 본 발명에 의해서 두 개 이상의 입력부의 회전 입력의 합(또는 차) 만큼의 단일한 회전력이 출력부를 통해 출력될 수 있는 것이다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 차동 부재에 관한 것으로, 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트 등에 구비될 수 있다.

Claims (31)

  1. 외부로부터 각각 소정의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받는 두 개 이상의 입력부들과,
    상기 두 개 이상의 입력부들에 입력된 회전 운동 또는 병진 운동들로부터 단일의 회전 운동 또는 병진 운동을 출력하는 출력부를 포함하는 차동 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    두 개 이상의 입력부, 하나의 출력부 및 상기 입력부들과 상기 출력부를 연결하는 차동 제어 부재를 구비하고,
    상기 두 개 이상의 입력부들에 입력된 병진 운동 또는 회전 운동들에 의해, 상기 차동 제어 부재의 적어도 일부의 병진 운동 또는 회전 운동이 발생하고,
    상기 차동 제어 부재의 적어도 일부의 병진 운동 또는 회전 운동에 의해 상기 두 개 이상의 입력부들에 입력된 병진 운동 또는 회전 운동들의 합 또는 차만큼 상기 출력부가 병진 운동 또는 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 입력부들은 각각 독립적으로 회전 운동 또는 병진 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는, 오직 하나의 상기 입력부로 소정의 회전 운동 또는 병진 운동이 입력될 경우, 상기 입력된 회전 운동 또는 병진 운동은 오직 상기 출력부로만 전달되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    두 개 이상의 상기 입력부들로 각각 소정의 회전 운동 또는 병진 운동이 입력될 경우, 상기 각각의 입력부들로 입력된 회전 운동 또는 병진 운동의 합 또는 차가 상기 출력부를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출력부를 통해 출력되는 회전 운동 또는 병진 운동은 다음의 수학식
    C = αA ± βB
    을 통해 산출되며, 여기서 C는 출력부를 통해 출력되는 회전 운동 또는 병진 운동량, A와 B는 두 개 이상의 입력부들을 통해 각각 입력되는 회전 운동 또는 병진 운동량, α와 β는 각 입력량의 가중치인 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 입력부들로 입력되는 회전 운동 또는 병진 운동은 상호 간에 간섭을 일으키지 아니할 수 있는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    두 개의 회전체들 및 상기 두 개의 회전체들을 연결하는 제1 입력 와이어를 포함하고, 상기 두 개의 회전체들 중 어느 한 회전체를 통해 소정의 회전량을 입력받는 제1 입력부;
    두 개의 회전체들 및 상기 두 개의 회전체들을 연결하는 제2 입력 와이어를 포함하고, 상기 두 개의 회전체들 중 어느 한 회전체를 통해 소정의 회전량을 입력받는 제2 입력부;
    차동 제어 바, 상기 차동 제어 바의 양단에 형성된 두 개의 회전체들, 상기 두 개의 회전체들을 연결하는 차동 제어 와이어, 상기 제1 입력 와이어 및 상기 차동 제어 와이어가 각각 결합되는 제1 차동 조인트, 상기 제2 입력 와이어 및 상기 차동 제어 와이어가 각각 결합되는 제2 차동 조인트를 포함하는 차동 제어 부재;
    상기 차동 제어 부재와 양단이 연결되는 출력 와이어; 및
    상기 출력 와이어와 연결되어 상기 출력 와이어가 이동하면 상기 출력 와이어에 의해 회전하는 출력부;를 포함하는 차동 부재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 입력부는,
    병진 운동을 입력받기 위해 상기 제1 차동 조인트에 연결된 병진 운동 부재를 포함하거나, 또는
    회전 운동을 입력받기 위해 두 개의 회전체들 및 상기 두 개의 회전체들을 연결하는 제1 입력 와이어를 포함하고, 상기 제1 입력 와이어 및 상기 차동 제어 와이어가 상기 제1 차동 조인트에서 결합하도록 하여, 상기 두 개의 회전체들 중 어느 한 회전체를 통해 소정의 회전 운동량을 입력받도록 하거나,
    상기 제2 입력부는,
    병진 운동을 입력받기 위해 상기 제2 차동 조인트에 연결된 병진 운동 부재를 포함하거나, 또는
    회전 운동을 입력받기 위해 두 개의 회전체들 및 상기 두 개의 회전체들을 연결하는 제2 입력 와이어를 포함하고, 상기 제2 입력 와이어 및 상기 차동 제어 와이어가 상기 제2 차동 조인트에서 결합하도록 하여, 상기 두 개의 회전체들 중 어느 한 회전체를 통해 소정의 회전 운동량을 입력받도록 하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 입력부 또는 상기 제2 입력부가 회전하면 상기 차동 제어 부재는 병진 운동을 하고, 상기 차동 제어 부재의 병진 운동에 의해 상기 출력 와이어가 이동하면서 상기 출력부를 회전시키는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    각각 소정의 회전 운동 또는 병진 운동을 입력받는 제1 입력부 및 제2 입력부;
    상기 제1 입력부와 연결되어, 상기 제1 입력부가 회전 운동 또는 병진 운동을 하면 병진 운동을 하는 제1 차동 제어 부재;
    상기 제2 입력부와 연결되어, 상기 제2 입력부가 회전 운동 또는 병진 운동을 하면 병진 운동을 하는 제2 차동 제어 부재;
    상기 제1 차동 제어 부재 및 상기 제2 차동 제어 부재에 구비된 회전체들을 따라 권취되며, 어느 일 부분에 적어도 하나의 고정단이 형성되는 차동 와이어; 및
    상기 차동 와이어의 적어도 일부가 연결되어, 상기 차동 와이어가 이동하면 회전하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 입력부 및 상기 제2 입력부 각각이 회전 운동 또는 병진 운동하면, 이와 연결된 상기 제1 차동 제어 부재 및 상기 제2 차동 제어 부재 각각이 병진 운동을 하고,
    상기 제1 차동 제어 부재 및 상기 제2 차동 제어 부재 각각이 병진 운동을 하면, 이와 연결된 상기 차동 와이어가 이동하면서 상기 출력부를 회전시키는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 차동 제어 부재는 제1 회전체, 제2 회전체 및 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 연결하는 제1 차동 제어 바를 포함하고,
    상기 제2 차동 제어 부재는 제1 회전체, 제2 회전체 및 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체를 연결하는 제2 차동 제어 바를 포함하고,
    상기 차동 와이어는 상기 제1 차동 제어 부재의 제1 회전체, 제2 차동 제어 부재의 제2 회전체, 상기 제1 차동 제어 부재의 제2 회전체, 제2 차동 제어 부재의 제1 회전체를 따라 권취되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 차동 제어 부재의 제1 회전체 및 제2 회전체는 각각 상기 제1 입력부와 연결되어, 상기 제1 입력부가 병진 운동 또는 회전 운동하면 상기 제1 차동 제어 부재의 제1 회전체 및 제2 회전체가 회전하면서 상기 제1 차동 제어 부재가 병진 운동을 수행하고,
    상기 제2 차동 제어 부재의 제1 회전체 및 제2 회전체는 각각 상기 제2 입력부와 연결되어, 상기 제2 입력부가 병진 운동 또는 회전 운동하면 상기 제2 차동 제어 부재의 제1 회전체 및 제2 회전체가 회전하면서 상기 제2 차동 제어 부재가 병진 운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 입력부는 병진 운동을 입력받기 위해 상기 제1 차동 제어 부재에 연결된 병진 운동 부재를 포함하고,
    상기 제2 입력부는 병진 운동을 입력받기 위해 상기 제2 차동 제어 부재에 연결된 병진 운동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 차동 와이어의 일 지점과 상기 출력부의 일 지점이 고정결합되어, 상기 차동 와이어가 이동하면 상기 출력부가 회전하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 차동 와이어의 고정단과 상기 출력부는 상기 제1 차동 제어 부재와 상기 제2 차동 제어 부재 각각을 기준으로 서로 반대편에 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    상호 독립적으로 회전가능하도록 형성되어, 각각 소정의 회전량을 입력받는 제1 입력부 및 제2 입력부;
    일 축을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 출력 회전체와, 상기 출력 회전체의 회전축으로부터 일 방향으로 연장 형성되어 상기 출력 회전체와 함께 회전가능하도록 형성되는 연장부와, 상기 연장부의 일 단부에 각각 형성되며 상기 출력 회전체의 회전축에 소정의 각도를 갖도록 형성된 축을 중심으로 회전가능하도록 형성되며 서로 마주보도록 형성된 제1 차동 제어 회전체 및 제2 차동 제어 회전체를 포함하는 출력부; 및
    상기 제1 입력부, 상기 제1 차동 제어 회전체, 상기 제2 입력부, 상기 제2 차동 제어 회전체를 연결하는 차동 제어 와이어;를 포함하는 차동 부재.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차동 제어 와이어는 상기 제1 입력부, 상기 제1 차동 제어 회전체, 상기 제2 입력부, 상기 제2 차동 제어 회전체에 차례로 권취되어, 상기 제1 입력부 또는 상기 제2 입력부들로 각각 소정의 회전량이 입력될 경우, 상기 각각의 입력부들로 입력된 회전량의 합 또는 차만큼 상기 출력부를 회전시키는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 입력부 또는 상기 제2 입력부들로 각각 소정의 회전 운동량이 입력될 경우, 이에 연결된 상기 차동 제어 와이어는 이동하며, 동시에 상기 차동 제어 와이어에 연결된 제1 차동 제어 회전체 또는 제2 차동 제어 회전체가 회전하며, 상기 제1 차동 제어 회전체와 제2 차동 제어 회전체가 연결된 상기 출력 회전체가 회전하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 함께 회전하는 제1 입력 회전체를 포함하는 제1 입력부;
    상기 제1 입력부의 일 측에 상기 제1 입력 회전체와 연결되도록 형성되고, 서로 마주보도록 형성되어 각각 제2 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 복수 개의 제2 입력 회전체를 포함하는 제2 입력부;
    상기 제2 입력부의 일 측에 형성되고, 서로 마주보도록 형성되어 각각 제4 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 복수 개의 연결 회전체를 포함하는 연결부;
    상기 연결부와 연결되고, 제3 회전축과 함께 회전하는 출력 회전체를 포함하는 출력부; 및
    상기 출력부, 상기 두 개의 연결 회전체 중 어느 하나, 상기 두 개의 제2 입력 회전체 중 어느 하나, 상기 제1 입력 회전체, 상기 두 개의 제2 입력 회전체 중 다른 하나, 상기 두 개의 연결 회전체 중 다른 하나 및 출력부와 차례로 접하도록 형성되어, 상기 출력부, 상기 연결부, 상기 제2 입력부 및 제1 입력부를 따라 회전하도록 형성되는 차동 제어 와이어를 포함하는 차동 부재.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 차동 부재는,
    상기 제1 입력부와 상기 제2 입력부를 연결하는 결합 부재를 더 포함하고,
    상기 결합 부재는 상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축에 각각 끼워지도록 형성되되, 상기 결합 부재와 상기 제2 회전축은 고정 결합되고, 상기 결합 부재와 상기 제1 회전축은 고정 결합되지 아니하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 입력부, 상기 제2 입력부, 상기 연결부 및 상기 출력부의 순으로 배치되어, 상기 제1 입력부와 상기 제2 입력부가 상기 제2 회전축을 중심으로 함께 회전가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 입력부, 상기 연결부, 상기 제2 입력부 및 상기 출력부의 순으로 배치되어, 상기 제1 입력부, 상기 연결부 및 상기 제2 입력부가 상기 제2 회전축을 중심으로 함께 회전가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  25. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 각각 소정의 회전량을 입력받는 두 개 이상의 입력부들과,
    상기 두 개 이상의 입력부들에 입력된 회전량들로부터 단일의 회전량을 출력하는 출력부를 포함하는 하나 이상의 차동 기어를 포함하는 차동 부재.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 차동 기어는,
    제1 기어를 포함하는 제1 입력부;
    상기 제1 기어와 마주보는 제2 기어를 포함하는 제2 입력부; 및
    일 축을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 출력 회전체와, 상기 출력 회전체의 회전축으로부터 일 방향으로 연장 형성되어 상기 출력 회전체와 함께 회전가능하도록 형성되는 연장부와, 상기 연장부를 중심으로 회전가능하도록 형성되며 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어와 각각 맞물리도록 형성되는 차동 제어 기어를 포함하는 출력부;를 포함하는 차동 부재.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 차동 기어는,
    제1 회전체 및 상기 제1 회전체와 제1 입력 와이어를 통해 연결되어 상기 제1 회전체가 회전하면 병진 운동하는 제1 기어를 포함하는 제1 입력부;
    제2 회전체 및 상기 제2 회전체와 제2 입력 와이어를 통해 연결되어 상기 제2 회전체가 회전하면 병진 운동하는 제2 기어를 포함하는 제2 입력부;
    상기 제1 기어 및 상기 제2 기어와 맞물리도록 형성되어, 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어가 병진 운동을 수행하면 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어에 의해 회전하면서 병진 운동을 수행하는 차동 제어 기어를 포함하는 차동 제어 부재; 및
    상기 차동 제어 부재와 출력부 와이어를 통해 연결되어, 상기 차동 제어 부재가 병진 운동을 수행하면 상기 출력부 와이어에 의해 회전하는 출력부;를 포함하는 차동 부재.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 차동 기어는,
    병진 운동하는 제1 기어를 포함하는 제1 입력부;
    병진 운동하는 제2 기어를 포함하는 제2 입력부;
    상기 제1 기어 및 상기 제2 기어와 맞물리도록 형성되어, 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어가 병진 운동을 수행하면 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어에 의해 회전하면서 병진 운동을 수행하는 차동 제어 기어를 포함하는 차동 제어 부재; 및
    상기 차동 제어 부재와 출력부 와이어를 통해 연결되어, 상기 차동 제어 부재가 병진 운동을 수행하면 상기 출력부 와이어에 의해 회전하는 출력부;를 포함하는 차동 부재.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제1 기어 및 상기 제2 기어는 래크(rack) 역할을 수행하고, 상기 차동 제어 기어는 피니언(pinion) 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 차동 기어는,
    소정의 축을 중심으로 회전가능하도록 형성된 기어 형태로 구비되는 제1 입력부;
    내부에 상기 제1 입력부를 수용하며 내주면에 톱니가 형성된 제2 입력부;
    상기 제2 입력부 내에 수용되며, 상기 기어 형태의 제1 입력부와 상기 제2 입력부의 톱니 사이에 개재되는 차동 제어 부재; 및
    상기 차동 제어 부재가 상기 제1 입력부의 축을 중심으로 회전가능하도록 회전 경로를 제공하며, 상기 제1 입력부의 축을 중심으로 스스로 회전가능하도록 형성되는 출력부;를 포함하는 차동 부재.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제2 입력부와 상기 출력부는 내접 기어(internal gear)를 형성하는 것을 특징으로 하는 차동 부재.
PCT/KR2012/009365 2011-11-23 2012-11-08 차동 부재 WO2013077572A1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12852205.9A EP2783653B1 (en) 2011-11-23 2012-11-08 Differential member
CN201280067918.7A CN104066399B (zh) 2011-11-23 2012-11-08 差动部件
US14/360,589 US9695916B2 (en) 2011-11-23 2012-11-08 Differential member
JP2014543406A JP6220343B2 (ja) 2011-11-23 2012-11-08 差動部材
IL232773A IL232773B (en) 2011-11-23 2014-05-25 Differential organ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123072A KR101427330B1 (ko) 2011-11-23 2011-11-23 차동 부재
KR10-2011-0123072 2011-11-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013077572A1 true WO2013077572A1 (ko) 2013-05-30

Family

ID=48469977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/009365 WO2013077572A1 (ko) 2011-11-23 2012-11-08 차동 부재

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9695916B2 (ko)
EP (1) EP2783653B1 (ko)
JP (1) JP6220343B2 (ko)
KR (1) KR101427330B1 (ko)
CN (1) CN104066399B (ko)
IL (1) IL232773B (ko)
WO (1) WO2013077572A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016512961A (ja) * 2013-02-08 2016-05-12 オリンパス株式会社 マニピュレータ
JP2017513678A (ja) * 2014-04-24 2017-06-01 リブスメド インコーポレーテッド 手術用インストルメント

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6475987B2 (ja) 2011-11-23 2019-02-27 リブスメド インコーポレーテッド 手術用インストルメント
WO2016052784A1 (ko) 2014-10-02 2016-04-07 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트
KR101637255B1 (ko) * 2014-12-30 2016-07-08 한국기술교육대학교 산학협력단 로봇관절 어셈블리를 포함하는 로봇 암
CN104706417B (zh) * 2015-02-03 2017-05-10 首都医科大学附属北京友谊医院 磁固定悬挂式单孔腹腔镜手术机器人系统
JP2018508258A (ja) * 2015-02-13 2018-03-29 キャスアールエックス リミテッドＣａｔｈｒｘ Ｌｔｄ 良型カテーテルハンドル
KR102153407B1 (ko) 2015-02-17 2020-09-08 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트
US11344381B2 (en) 2015-02-17 2022-05-31 Livsmed Inc. Instrument for surgery
US11896336B2 (en) 2015-02-17 2024-02-13 Livsmed Inc. Instrument for surgery
NL2015423B1 (en) * 2015-09-10 2017-03-29 Deam Holding B V Surgical instrument.
US11896255B2 (en) 2015-10-05 2024-02-13 Flexdex, Inc. End-effector jaw closure transmission systems for remote access tools
GB201521809D0 (en) * 2015-12-10 2016-01-27 Cambridge Medical Robotics Ltd Symmetrically arranged surgical instrument articulation
WO2017208656A1 (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 国立大学法人電気通信大学 マニピュレータ
KR102191482B1 (ko) 2017-11-14 2020-12-15 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트의 롤 조인트 부재
KR102048749B1 (ko) * 2018-01-24 2020-01-08 한국기계연구원 와이어 구동장치, 이를 이용한 수술기구 및 원격 수술시스템
US11179206B2 (en) 2019-01-29 2021-11-23 Covidien Lp Geared actuation mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
US10945797B2 (en) 2019-01-29 2021-03-16 Covidien Lp Geared actuation mechanisms for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
IL297954A (en) 2020-06-02 2023-01-01 Flexdex Inc Tool and assembly for surgery
CN115916318A (zh) * 2020-06-17 2023-04-04 朝日英达科株式会社 长条状医疗用装置
US11925428B2 (en) 2020-08-07 2024-03-12 Covidien Lp Manual end effector activation for robotic surgical systems
USD972724S1 (en) * 2020-09-29 2022-12-13 Livsmed Inc. Pulley for surgical instrument
KR102472766B1 (ko) * 2020-12-14 2022-12-01 주식회사 로엔서지컬 수술도구용 와이어 장력 조절 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006116194A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Hitachi Ltd 手術器具
KR20060093060A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 에디컨 엔도-서저리 인코포레이티드 유체 전달이 제어되는 관절 메커니즘을 포함하는 외과용장치
KR100695471B1 (ko) * 2005-10-07 2007-03-16 한양대학교 산학협력단 수술도구 위치 설정용 다자유도 로봇
JP4701433B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-15 学校法人立命館 運動伝達機構及び差動駆動機構

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL129819C (ko) * 1963-12-06
US3529481A (en) * 1968-03-27 1970-09-22 Boleslaw L Budzyn Chain drive system for mobile loading platform or for two- or three-dimensional indexing
JPS6449739A (en) * 1987-08-20 1989-02-27 Kimio Tsugawa Differential planetary gear reduction gear having two input device
US5792165A (en) * 1993-07-21 1998-08-11 Charles H. Klieman Endoscopic instrument with detachable end effector
US5827323A (en) * 1993-07-21 1998-10-27 Charles H. Klieman Surgical instrument for endoscopic and general surgery
JPH07328882A (ja) * 1994-06-08 1995-12-19 Mitsuba Electric Mfg Co Ltd Ｘ−ｙ移動機構
US5954731A (en) 1997-07-29 1999-09-21 Yoon; Inbae Surgical instrument with multiple rotatably mounted spreadable end effectors
US20070208375A1 (en) 2006-02-23 2007-09-06 Kouji Nishizawa Surgical device
US20080000317A1 (en) * 2006-05-31 2008-01-03 Northwestern University Cable driven joint actuator and method
JP4755047B2 (ja) * 2006-08-08 2011-08-24 テルモ株式会社 作業機構及びマニピュレータ
JP5090045B2 (ja) 2007-04-03 2012-12-05 テルモ株式会社 マニピュレータ及びその制御方法
JP5128904B2 (ja) * 2007-10-31 2013-01-23 株式会社東芝 マニピュレータ
EP3649969A1 (en) 2008-06-26 2020-05-13 Smart Medical Devices, Inc. Depth controllable and measurable medical driver devices
JP5320093B2 (ja) * 2009-02-03 2013-10-23 テルモ株式会社 医療用マニピュレータ
US8523900B2 (en) * 2009-02-03 2013-09-03 Terumo Kabushiki Kaisha Medical manipulator
JP5400444B2 (ja) * 2009-03-27 2014-01-29 テルモ株式会社 医療用器具の製造方法及び医療用器具
CN102802554B (zh) * 2010-03-15 2015-12-16 卡尔·施托尔茨两合公司 医疗用操纵装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006116194A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Hitachi Ltd 手術器具
KR20060093060A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 에디컨 엔도-서저리 인코포레이티드 유체 전달이 제어되는 관절 메커니즘을 포함하는 외과용장치
KR100695471B1 (ko) * 2005-10-07 2007-03-16 한양대학교 산학협력단 수술도구 위치 설정용 다자유도 로봇
JP4701433B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-15 学校法人立命館 運動伝達機構及び差動駆動機構

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2783653A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016512961A (ja) * 2013-02-08 2016-05-12 オリンパス株式会社 マニピュレータ
JP2017513678A (ja) * 2014-04-24 2017-06-01 リブスメド インコーポレーテッド 手術用インストルメント

Also Published As

Publication number Publication date
EP2783653A1 (en) 2014-10-01
CN104066399B (zh) 2017-09-22
EP2783653B1 (en) 2020-05-13
KR20130057248A (ko) 2013-05-31
US9695916B2 (en) 2017-07-04
IL232773B (en) 2019-07-31
EP2783653A4 (en) 2015-07-01
KR101427330B1 (ko) 2014-08-06
JP6220343B2 (ja) 2017-10-25
IL232773A0 (en) 2014-07-31
CN104066399A (zh) 2014-09-24
US20140318288A1 (en) 2014-10-30
JP2015506724A (ja) 2015-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013077572A1 (ko) 차동 부재
WO2016052784A1 (ko) 수술용 인스트루먼트
WO2010068004A2 (en) Surgical instrument
WO2015163546A1 (ko) 수술용 인스트루먼트
WO2019235905A1 (ko) 수술용 인스트루먼트
WO2016133354A1 (ko) 수술용 인스트루먼트
WO2021040376A1 (ko) 유연 구동 장치
WO2014030110A1 (en) Wristed surgical instrument capable of multiple functions, without requiring extra inputs
EP2349015A2 (en) Surgical robot system having tool for minimally invasive surgery
WO2021117913A1 (ko) 수술용 인스트루먼트
WO2011037394A2 (ko) 멸균 어댑터, 휠의 체결 구조 및 수술용 인스트루먼트의 체결 구조
WO2021162232A1 (ko) 초소형 복강경 수술 로봇
WO2012026720A2 (ko) 외과 수술용 인스트루먼트
WO2016144057A1 (ko) 공간 순응 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼
WO2020159123A1 (ko) 엔드이펙터
WO2016080786A1 (ko) 회전 및 병진 운동 시의 출력부재의 강성을 제어하는 장치
WO2020122557A2 (ko) 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드
WO2018190572A1 (en) Vehicle door handle assembly
WO2014171642A1 (ko) 여유구동형 기구 형성 방법 및 구동기 힘 분배 시스템
WO2023106747A1 (ko) 동력수용부를 가지는 내시경
WO2021033794A1 (en) Instrument for laparoscopic surgery
WO2018190573A1 (en) Vehicle door handle assembly
WO2020256502A2 (ko) 그리퍼 및 이를 포함하는 수술용 마스터 장치
WO2018021763A1 (ko) 보행 운동용 다방향 현수장치
EP3119934A1 (en) Laundry treating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12852205

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014543406

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14360589

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 232773

Country of ref document: IL

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012852205

Country of ref document: EP