WO2023163572A1 - 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇 - Google Patents

수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇 Download PDF

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WO2023163572A1
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jaw
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wire
driving unit
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송용재
이정주
김희진
장동규
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Livsmed Inc
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    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms

Definitions

  • the present invention relates to a surgical instrument and a surgical robot including the same, and more particularly, to a surgical instrument mounted on a robot arm or manually operable for use in laparoscopic surgery or various surgeries, and a surgical robot including the same. will be.
  • surgery refers to the treatment of diseases by cutting, cutting, or manipulating skin, mucous membranes, or other tissues using medical devices.
  • open surgery which incises and opens the skin at the surgical site and treats, molds, or removes internal organs, etc., causes problems such as bleeding, side effects, patient pain, and scarring.
  • the surgical robot refers to a robot having a function that can substitute for a surgical operation performed by a surgeon. Compared to humans, these surgical robots have the advantage of being able to perform more accurate and precise movements and enabling remote surgery.
  • the laparoscopic surgery robot is a robot that performs minimally invasive surgery using a laparoscope and small surgical tools.
  • Laparoscopic surgery is a cutting-edge surgical technique in which one or more small holes are drilled in the stomach and a laparoscope, an endoscope to look inside the stomach, is inserted, and much development is expected in the future.
  • Recent laparoscopes are equipped with computer chips to obtain clearer and enlarged images than those seen with the naked eye, and are developing to the extent that any type of surgery can be performed by using specially designed laparoscopic surgical instruments while viewing the screen through a monitor.
  • laparoscopic surgery has the advantages of having almost the same surgical scope as open surgery, less complications than open surgery, treatment can be started much earlier after the procedure, and excellent ability to maintain the physical strength and immune function of the surgical patient. there is. For this reason, in the United States and Europe, laparoscopic surgery is gradually being recognized as a standard operation in the treatment of colorectal cancer.
  • a surgical robot is generally composed of a master robot and a surgical robot.
  • a control lever for example, a handle
  • surgery is performed by manipulating a surgical tool coupled to a robot arm of the surgical robot or held by the robot arm.
  • the present invention is a surgical instrument mounted on a robot arm or manually operable for use in laparoscopic surgery or various surgeries, which compensates for the movement of a jaw wire generated during a pitch motion to perform a pitch motion and a yaw/actuation motion. It is an object of the present invention to provide a surgical instrument and a surgical robot including the same that are performed independently and smoothly.
  • One embodiment of the present invention includes one or more jaws and an end tool jaw pulley formed to be coupled with the jaws and rotatable with the jaws around a first axis, so as to enable at least pitch rotation and yaw rotation.
  • an end tool to be formed;
  • a jaw wire that is coupled to the end tool jaw pulley and moves according to the rotation of the end tool jaw pulley;
  • a connecting portion extending in one direction, through which the jaw wire passes, and to which the end tool is coupled to one end;
  • a drive unit coupled to the other end of the connection unit and controlling the pitch rotation and the yaw rotation of the end tool, wherein the drive unit is formed to be rotatable about a second axis, and at least a portion of the jaw wire
  • it is rotatably formed about a third axis different from the second axis, and is relatively movable while maintaining a preset distance from the center of the jaw pulley of the driving
  • the end tool provides a surgical instrument characterized in that the pitch rotation.
  • the present invention is disposed adjacent to the drive unit jaw pulley, drive unit pitch pulley formed to be rotatable around the second axis; further comprising, the drive unit jaw rotating shaft relative to the drive unit pitch pulley It is formed to be relatively movable, and when the driving unit pitch pulley rotates, the relative position of the driving unit jaw rotating shaft with respect to the second axis may be formed to change.
  • the relative distance between the center of rotation of the drive unit pitch pulley and the center of rotation of the rotation shaft of the jaw jaw of the drive unit may be maintained constant.
  • the driving unit jaw rotating shaft may move in conjunction with the driving unit pitch pulley.
  • the driving unit jaw rotation axis moves relative to the driving unit pitch pulley, while the overall length of the jaw wire in the driving unit changes. It can be.
  • the total length of the jaw wire in the end tool may also be changed by changing the total length of the jaw wire in the drive unit by rotation of the drive unit pitch pulley.
  • the total length of the jaw wire in the drive unit may be maintained constant.
  • an end tool jaw pitch main pulley formed adjacent to the end tool jaw pulley and formed to be rotatable about a fourth axis different from the first axis
  • the end tool jaw jaw pitch main It is formed adjacent to the pulley and may further include an end tool jaw pitch sub-pulley formed to be rotatable about a fifth axis different from the first axis.
  • the two strands of the jaw wire that are wound around the end tool jaw pulley and pass through the end tool jaw pitch main pulley and the end tool jaw pitch sub pulley are They can move simultaneously in the same direction.
  • the two strands of the jaw wire wound around the end tool jaw pulley are the same with respect to the one plane. can be placed on the side.
  • the group includes a first group and a second group, and the end tool jaw pulley, the first set of end tool pulley coupled with the first set, and the end tool coupled to the second set
  • a second set of pulleys may be included, and the jaw wire may include a first set of wires coupled to the end tool set 1 pulley, and a second set of wires coupled to the end tool set 2 pulley.
  • the two strands of the first set of wires wound around the end tool first set of pulleys are on the plane Disposed on either side of the end tool, the second set of wires of the two strands wound around the pulley of the second set of end tools may be disposed on the other side with respect to the plane.
  • the jaw wire may be formed to sequentially contact the end tool jaw pulley, the end tool jaw pitch main pulley, and the end tool jaw pitch sub pulley.
  • the present invention is disposed adjacent to the end tool jaw pulley, the end tool pitch pulley formed to be rotatable about the fourth axis or the fifth axis; and a pitch wire coupled to the end tool pitch pulley and the drive unit pitch pulley to connect the end tool pitch pulley and the drive unit pitch pulley.
  • the rotation amount of the driving unit pitch pulley and the rotation amount of the end tool pitch pulley may be substantially the same.
  • the driving unit pitch pulley rotates by a first angle
  • the driving unit jaw rotation axis rotates by the first angle
  • the end tool The pitch pulley and the end tool jaw pitch main pulley may rotate by a second angle.
  • the present invention is disposed adjacent to the driving unit jaw pulley, and includes at least one or more driving unit sub-intermediary pulleys for transferring the jaw wire from the end tool to the driving unit jaw pulley, wherein the jaw wire is the
  • the driving unit sub-intermediary pulley, the driving unit pulley pulley may pass through the driving unit group rotation axis in turn.
  • the driving unit pitch pulley rotates
  • the driving unit group rotating shaft rotates together, from the entry point to the driving unit sub-intermediary pulley, via the driving unit group pulley, from the driving unit group rotation axis
  • the path length of the jaw wire to the exit point can be varied.
  • the jaw wire when the driving unit pitch pulley rotates, on the arrangement path of the jaw wire connecting the end tool jaw pulley and the driving unit jaw rotation shaft, the jaw wire first contacts the driving unit jaw pulley
  • the path length of the jaw wire from the point to the point where the jaw wire finally contacts the jaw pulley of the drive unit may be changed.
  • the driving unit jaw pulley is formed to be able to rotate around the second axis
  • the driving unit jaw rotation shaft is formed to be able to rotate around the second axis
  • the driving unit pair rotation axis connected to the driving unit pitch pulley performs revolution around the second axis.
  • the overall length of the jaw wire in the driving unit can be changed.
  • the drive unit jaw rotation shaft when the drive unit pitch pulley rotates about the second axis, the drive unit jaw rotation shaft is in a state where the drive unit jaw rotation shaft is spaced apart from the second shaft to a certain extent, the drive unit jaw rotation shaft and the second shaft While maintaining a constant distance, the entire axis of rotation of the drive unit may rotate about the second axis.
  • a base plate formed to rotate together with the driving unit pitch pulley around the second shaft; further comprising, the driving unit jaw rotating shaft may be formed on the base plate.
  • two or more hole parts are formed in the base plate, and at least one of the respective hole parts may be disposed with a driving unit jaw rotation shaft.
  • the base plate rigidly connects the driving unit pitch pulley and the driving unit jaw rotation shaft, so that when the driving unit pitch pulley rotates around the second axis, the driving unit jaw rotation shaft is Revolution may be performed about the second axis.
  • the length of the jaw wire wound around the driving unit jaw pulley may be changed.
  • the entire length of the jaw wire in the driving unit can be maintained constant.
  • the jaw wire may be combined with the end tool jaw pulley and the driving unit jaw pulley, respectively, to form a closed loop as a whole.
  • the yaw rotation is an operation in which the end tool jaw pulley rotates about the first axis, and the pitch rotation is the end tool jaw pulley different from the first axis. It may be a motion of revolution around 4 axes.
  • One embodiment of the present invention one or more robot arm units that perform an operation by operating the operator's handle; and a surgical instrument coupled to the robot arm unit, wherein the surgical instrument includes one or more jaws and an end tool jaw coupled to the jaw and rotatable with the jaw around a first axis.
  • an end tool including a pulley and capable of at least pitch rotation and yaw rotation;
  • a jaw wire that is coupled to the end tool jaw pulley and moves according to the rotation of the end tool jaw pulley;
  • a connecting portion extending in one direction, through which the jaw wire passes, and to which the end tool is coupled to one end;
  • a drive unit coupled to the other end of the connection unit and controlling the pitch rotation and the yaw rotation of the end tool, wherein the drive unit is formed to be rotatable about a second axis, and at least a portion of the jaw wire
  • the end tool provides a surgical robot characterized in that the pitch rotation.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a surgical robot system to which a surgical instrument is mounted according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing the internal configuration of the surgical robot system of Figure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a surgical robot of the surgical robot system of FIG. 1 and a surgical instrument mounted thereon.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the instrument case is removed from FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view showing a state in which surgical instruments are removed from the surgical robot of FIG. 3 .
  • Figure 6 is a perspective view showing a surgical instrument according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are perspective views of end tools of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 9 and 10 are plan views of the tool end of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • FIG. 11 is a view showing a neutral state in a conventional surgical instrument.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a case in which pitch compensation is performed in the surgical instrument of FIG. 11 .
  • FIG. 13 is a conceptual diagram for pitch motion compensation of the surgical instrument of FIG. 11 .
  • FIG. 14 is a conceptual diagram for pitch motion compensation of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 15 to 18 are perspective views illustrating a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 19 and 20 are plan views illustrating a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • Figure 21 is a side view showing a driving unit of the surgical instrument of Figure 6;
  • FIG. 22 is a bottom perspective view of the driving unit of FIG. 15;
  • FIG. 23 is a view partially showing a configuration related to the first set in the driving unit of FIG. 15 .
  • FIG. 24 is a view partially showing a configuration related to the second set in the drive unit of FIG. 15 .
  • 25 is a plan view showing a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6;
  • Figure 26 is a view showing the end tool of the surgical instrument in Figure 25.
  • FIG. 27 is a view showing the driving unit and the end tool during the pitch operation of the surgical instrument in FIGS. 25 and 26 .
  • FIG. 28 is a view showing the drive unit and the end tool during pitch operation in the opposite direction of FIG. 27 in FIGS. 25 and 26;
  • Figure 29 is a plan view showing the drive unit and the end tool of the surgical instrument of Figure 6.
  • FIG. 30 is a view showing the driving unit and the end tool during the yaw operation of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 31 to 33 are perspective views illustrating a motor pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 34 is a bottom perspective view showing the motor pack of FIG. 31;
  • 35 is a plan view illustrating the motor pack of FIG. 31;
  • FIG. 36 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor in FIG. 31;
  • FIG. 37 is a view showing a state rotated by the second group drive motor in FIG. 31;
  • FIG. 38 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor and the second group drive motor in FIG. 31 .
  • 39 and 40 are perspective views of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 41 is a plan view illustrating a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 42 is a bottom perspective view of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 43 and 44 are perspective views of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 45 is a plan view illustrating a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 46 is a bottom perspective view of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 47 to 51 are perspective views illustrating a motor pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 52 is a plan view illustrating a motor pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 53 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor in FIG. 51;
  • 54 to 56 are enlarged views sequentially showing a state of being rotated by the pitch drive motor.
  • 57 is a view showing a state rotated by the second group drive motor in FIG. 51;
  • FIG. 58 is a diagram showing a state rotated by the pitch drive motor and the second group drive motor in FIG. 51 .
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a surgical robot system to which surgical instruments are mounted according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the surgical robot system of FIG. 1
  • FIG. 3 is a surgical robot system of FIG. It is a perspective view showing the surgical robot of the robot system and the surgical instruments mounted thereon.
  • the surgical robot system 1 includes a master robot 10, a surgical robot 20, and a surgical instrument 30.
  • the master robot 10 includes an operating member 10a and a display member 10b, and the surgical robot 20 includes one or more robot arm units 21, 22, and 23.
  • the master robot 10 includes an operating member 10a so that the operator can hold and operate the master robot 10 with both hands.
  • the manipulation member 10a may be implemented as two or more handles, and a manipulation signal according to the operator's manipulation of the handle is transmitted to the surgical robot 20 through a wired or wireless communication network and is transmitted to the robot arm.
  • Units 21, 22 and 23 are controlled. That is, surgical operations such as position movement, rotation, and cutting of the robot arm units 21, 22, and 23 may be performed by operating the operator's handle.
  • an operator may operate the robot arm units 21, 22, and 23 using a handle-type control lever.
  • a control lever may have various mechanical configurations according to its operation method, and a master handle for manipulating the operation of the robot arm units 21, 22, and 23, and a master robot for manipulating the functions of the entire system.
  • various input tools such as joysticks, keypads, track balls, foot pedals, and touch screens added to (10)
  • the operation member 10a is not limited to the shape of the handle, and any shape capable of controlling the operation of the robot arm unit 21, 22, 23 through a network such as a wired or wireless communication network can be applied without any limitation.
  • voice input or motion input may be applied for user input. That is, the laparoscope (not shown) included in the surgical robot 20 may move according to the direction in which the user turns his gaze while wearing glasses or a head mount display (HMD) to which a sensor is attached to his head.
  • HMD head mount display
  • a voice command such as 'left', 'right', 'arm 1', 'arm 2', etc., it may recognize the command and perform an operation.
  • An image captured through a laparoscope which will be described later, is displayed as an image on the display member 10b of the master robot 10.
  • a predetermined virtual manipulation plate may be displayed together with an image captured through the laparoscope or independently displayed on the display member 10b. A detailed description of the arrangement, configuration, and the like of the virtual manipulation panel will be omitted.
  • the display member 10b may be composed of one or more monitors, and information necessary for surgery may be individually displayed on each monitor.
  • the number of monitors may be variously determined according to the type or type of information required to be displayed.
  • the surgical robot 20 may include one or more robot arm units 21, 22, and 23.
  • each of the robot arm units 21, 22, and 23 may be provided in the form of a module capable of operating independently of each other, and at this time, collision between each robot arm unit 21, 22, and 23 may be prevented.
  • An algorithm for preventing may be applied to the surgical robot system 1 .
  • a robot arm refers to a device having functions similar to those of a human arm and/or wrist and capable of attaching a predetermined tool to the wrist.
  • the 'robot arm unit 21, 22, 23' can be defined as a concept encompassing all components such as the upper arm, lower arm, wrist, elbow, and surgical instruments coupled to the wrist. .
  • it may be defined as a concept including only components for driving surgical instruments, excluding surgical instruments coupled to the wrist.
  • the robot arm units 21, 22, and 23 of the surgical robot 20 may be implemented to be driven with multiple degrees of freedom.
  • the robot arm units 21, 22, and 23 include, for example, a surgical instrument inserted into a patient's surgical site, a yaw driving unit that rotates the surgical instrument in a yaw direction according to a surgical position, and a rotational drive of the yaw driving unit.
  • a pitch driving unit that rotates the surgical instrument in the orthogonal pitch direction, a transfer driving unit that moves the surgical instrument in the longitudinal direction, a rotational driving unit that rotates the surgical instrument, and an end effector at the end of the surgical instrument are driven to perform surgery. It may be configured to include a surgical instrument driving unit for incising or cutting the lesion.
  • the configuration of the robot arm units 21, 22, and 23 is not limited thereto, and it should be understood that these examples do not limit the scope of the present invention.
  • a detailed description of an actual control process, such as rotation and movement of the robot arm units 21, 22, and 23 in the corresponding direction by the operation of the operating member 10a by the operator, will be omitted.
  • surgical instruments 30 may be attached to two of the robot arm units 21, 22, and 23, and a laparoscope may be attached to one.
  • the operating surgeon who is a surgeon can select the robot arm unit 21, 22, 23 to be controlled through the master robot 10. In this way, by directly controlling a total of three or more surgical instruments through the master robot 10, the surgeon can accurately and freely operate various instruments as intended without the need for a surgical assistant.
  • one or more surgical robots 20 may be provided to operate on a patient, and a laparoscope for displaying a surgical site as an image through the display member 10b may be implemented as an independent surgical robot 20.
  • a laparoscope for displaying a surgical site as an image through the display member 10b may be implemented as an independent surgical robot 20.
  • the embodiments of the present invention can be used universally for surgeries using various surgical endoscopes (eg, thoracoscopy, arthroscopy, parenteral mirror, etc.) other than laparoscopy.
  • the master robot 10 includes an image input unit 11, a screen display unit 12, a user input unit 13, an operation signal generator 14, and a control unit 15 ), a memory 16, a storage unit 17, and a communication unit 18.
  • the image input unit 11 may receive an image captured by a camera provided in the laparoscope of the surgical robot 20 through a wired or wireless communication network.
  • the screen display unit 12 outputs a picture image corresponding to the video received through the video input unit 11 as visual information.
  • the screen display unit 12 may further output information corresponding to the biometric information of the person to be treated when input.
  • the screen display unit 12 may further output image data (eg, an X-ray image, a CT image, an MRI image, etc.) related to the surgical site of the patient.
  • image data eg, an X-ray image, a CT image, an MRI image, etc.
  • the screen display unit 12 may be implemented in the form of a display member (see 10b in FIG. 1 ) or the like, and an image processing process for outputting a received image as a video image through the screen display unit 12 is performed by a control unit ( 15) can be performed.
  • the image input unit 11 and the screen display unit 12 are included in the master robot 10, but are not limited thereto. That is, the display member may be provided as a separate member spaced apart from the master robot 10 . Alternatively, the display member may be provided as one component of the master robot 10 . In addition, in another embodiment, a plurality of display members are provided, and one of them may be disposed adjacent to the master robot 10, and the other part may be disposed slightly separated from the master robot 10.
  • the screen display unit 12 (ie, the display member 10b of FIG. 1) may be provided as a three-dimensional display device.
  • a stereoscopic display device adds depth information to a 2D image by applying a stereoscopic technology, and uses this depth information to allow an observer to feel the liveliness and reality of a 3D image display device.
  • the surgical robot system 1 may provide a more realistic virtual environment to the user by including a three-dimensional display device as the screen display unit 12 .
  • the user input unit 13 is a means through which an operator can manipulate the positions and functions of the robot arm units 21, 22, and 23 of the surgical robot 20.
  • the user input unit 13 may be formed in the form of a handle-shaped operation member (see 10a in FIG. 1) as illustrated in FIG. 1, but the shape is not limited thereto and may be implemented in various shapes to achieve the same purpose. can In addition, for example, some may be formed in the shape of handles, others may be formed in different shapes such as clutch buttons, and finger insertion tubes or inserts that allow the operator's fingers to be inserted and fixed in order to facilitate manipulation of surgical instruments. Further rings may be formed.
  • the manipulation signal generation unit 14 generates a manipulation signal corresponding to the position movement of the robot arm units 21, 22, and 23 or when the operator manipulates the user input unit 13 to manipulate the surgical operation. and transmitted to the surgical robot 20 through the communication unit 18.
  • the manipulation signal may be transmitted and received through a wired or wireless communication network.
  • the control unit 15 controls the operation of each component so that the above-described functions can be performed.
  • the control unit 15 may perform a function of converting an image input through the video input unit 11 into an image to be displayed through the screen display unit 12 .
  • the memory 16 may perform a function of temporarily or permanently storing data processed by the control unit 15 .
  • the memory 16 may include magnetic storage media or flash storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the storage unit 17 may store data received from the surgical robot 20 .
  • the storage unit 17 may store various input data (eg, patient data, device data, surgery data, etc.).
  • the communication unit 18 interworks with the communication network 60 to provide a communication interface necessary for transmitting and receiving image data transmitted from the surgical robot 20 and control data transmitted from the master robot 10 .
  • the surgical robot 20 includes a plurality of robot arm unit controllers 21a, 22a, and 23a.
  • the robot arm unit controller 21a includes a robot arm controller 26, an instrument controller 27, and a communication unit 29.
  • the robot arm unit controller 21a may further include a rail controller 28 .
  • the rail control unit 28 determines the path in which the surgical instrument 30 is set in advance in the robot arm units 21, 22, and 23, specifically, the longitudinal direction of the connecting portion 310. It is possible to control the movement path so that movement is possible along the way.
  • the robot arm control unit 26 receives the operation signal generated by the operation signal generator 14 of the master robot 10, and controls the robot arm units 21, 22, and 23 to operate according to the operation signal. can fulfill its role.
  • the instrument control unit 27 receives the operation signal generated by the operation signal generator 14 of the master robot 10, and controls the surgical instrument 30 to operate according to the operation signal. .
  • the communication unit 29 interworks with the communication network 60 to provide a communication interface necessary for transmitting and receiving image data transmitted from the surgical robot 20 and control data transmitted from the master robot 10 .
  • the communication network 60 serves to connect the master robot 10 and the surgical robot 20 . That is, the communication network 60 means a communication network that provides a connection path so that the master robot 10 and the surgical robot 20 can mutually transmit and receive data after being connected.
  • the communication network 60 may be, for example, a wired network such as LANs (Local Area Networks), WANs (Wide Area Networks), MANs (Metropolitan Area Networks), ISDNs (Integrated Service Digital Networks), wireless LANs, CDMA, Bluetooth, satellite communication, etc.
  • LANs Local Area Networks
  • WANs Wide Area Networks
  • MANs Metropolitan Area Networks
  • ISDNs Integrated Service Digital Networks
  • wireless LANs Code Division Multiple Access
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • Bluetooth satellite communication
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a surgical robot of the surgical robot system of FIG. 1 and a surgical instrument mounted thereon.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the instrument case is removed from FIG. 3 .
  • 5 is a view showing a state in which surgical instruments are removed from the surgical robot of FIG. 3 .
  • a surgical instrument 30 to be described later may be connected to and installed in the robot arm units 21, 22, and 23.
  • the instrument case 40 covers the surgical instrument 30 and may be connected to the robot arm unit 21 .
  • robot arm unit 21 of the robot arm units 21, 22, and 23 is shown and coupled to the surgical instrument 30, but is not limited thereto, and as described above, the robot Surgical instruments 30 may be attached to two of the arm units 21, 22, and 23, and a laparoscope may be attached to one.
  • the motor pack 500 is connectable to the surgical instrument 30 and can be coupled to the surgical robot 20, specifically the robot arm unit 21, and fixed in position.
  • the instrument case 40 is connected to one side of the surgical instrument 30, and the motor pack 500 is connected to and coupled to the other side opposite to it.
  • the motor pack 500 generates power by receiving power from the outside, and can transmit the power generated in the motor pack 500 to the surgical instrument 30, thereby operating the pitch in the surgical instrument 30, It can perform yaw motion, actuation motion, and roll motion.
  • Figure 6 is a perspective view showing a surgical instrument according to an embodiment of the present invention.
  • 7 and 8 are perspective views of end tools of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 9 and 10 are plan views of the tool end of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 11 is a view showing a neutral state in a conventional surgical instrument.
  • 12 is a diagram illustrating a case in which pitch compensation is performed in the surgical instrument of FIG. 11 .
  • 15 to 18 are perspective views illustrating a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 19 and 20 are plan views illustrating a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • FIG. 23 is a view partially showing a configuration related to the first set in the driving unit of FIG. 15 .
  • FIG. 24 is a view partially showing a configuration related to the second set in the drive unit of FIG. 15
  • the surgical instrument 30 includes an end tool 100, a driving unit 200, and a power transmission unit 300, and a power transmission unit. (300) may include a connection portion (310).
  • connection part 310 is formed in the shape of a hollow shaft, and one or more wires (to be described later) may be accommodated therein, and the driving part 200 is at one end (upper end in reference to FIG. 6) It is coupled, and the end tool 100 is coupled to the other end (lower end in FIG. 6) opposite to this, and may serve to connect the driving unit 200 and the end tool 100.
  • the drive unit 200 is formed at one end of the connection unit 310 and provides an interface that can be combined with a robot arm unit (see 21 in FIG. 1 ). Therefore, when the master robot (see 10 in FIG. 1) is operated by the user, the robot arm unit (see 21 in FIG. 1, etc.) so that the end tool 100 of the surgical instrument 30 can perform the corresponding operation.
  • the motor pack 500 connected to operates, and the driving force of the motor pack 500 can be transmitted to the end tool 100 through the driving unit 200.
  • the driving unit 200 itself serves as an interface connecting the surgical instrument 30 and the surgical robot 20 .
  • the end tool 100 is formed at the other end of the connecting portion 310 and is inserted into a surgical site to perform operations necessary for surgery.
  • a pair of jaws 101 and 102 for performing a grip operation as shown in FIG. 7 may be used.
  • the spirit of the present invention is not limited thereto, and various devices for surgery may be used as the end tool 100.
  • a construction such as a one-armed cauterizer could also be used as an end tool.
  • Such an end tool 100 is connected to the driving unit 200 by the power transmission unit 300, and transmits the driving force generated in the motor pack 500 and transmitted to the driving unit 200 through the power transmission unit 300.
  • operations necessary for surgery such as gripping, cutting, and suturing, are performed.
  • the end tool 100 of the surgical instrument 30 is formed to be rotatable in at least two or more directions, for example, the end tool 100 is the rotation axis of FIG. 7 ( 143) while performing a pitch movement, and at the same time performing a yaw movement and an actuation movement around the rotational axis 141 of FIG. 7 .
  • pitch (pitch) and yaw (yaw) and actuation (actuation) operations used in the present invention are each defined as follows.
  • the pitch operation is a movement in which the end tool 100 rotates in the vertical direction with respect to the extension direction of the connection part 310 (X-axis direction in FIG. 7), that is, an operation that rotates around the Y-axis in FIG. it means.
  • the movement of the end tool 100 extending from the connecting portion 310 in the extension direction of the connecting portion 310 (X-axis direction in FIG. 7) rotates vertically around the Y axis with respect to the connecting portion 310. it means.
  • the yaw operation is an operation in which the end tool 100 rotates in the left and right directions with respect to the extension direction of the connection part 310 (the X-axis direction in FIG. 7), that is, an operation in which the end tool 100 rotates around the Z-axis in FIG. means
  • the end tool 100 extending from the connecting portion 310 in the extension direction of the connecting portion 310 (X-axis direction in FIG. 7) rotates left and right about the Z axis of FIG. 7 with respect to the connecting portion 310.
  • the end tool 100 rotates around the same axis of rotation as the yaw motion, while the two jaws 101 and 102 rotate in opposite directions to each other ( Jaw) refers to the action of retracting or opening. That is, the two jaws 101 and 102 formed on the end tool 100 refer to a movement in which they rotate in opposite directions around the Z axis of FIG. 7 .
  • yaw rotation is an operation in which the end tool jaw pulley, which will be described later, rotates around the axis of rotation 141, which is the rotation axis of the end tool jaw pulley, and pitch rotation is the rotation of the end tool jaw pulley around the end tool jaw pulley axis of rotation. It may also be defined as an operation of revolution around the axis of rotation 143 .
  • the power transmission unit 300 serves to transmit the driving force of the driving unit 200 to the end tool 100 by connecting the driving unit 200 and the end tool 100, and a plurality of wires, pulleys, links, nodes , gears, etc.
  • the power transmission unit 300 of the surgical instrument 30 includes a wire 301, a wire ( 302), wire 303, wire 304, wire 305, and wire 306 may be included.
  • the wire 301 and the wire 305 may form a pair and serve as the first set of wires.
  • the wire 302 and the wire 306 may form a pair and serve as a second set of wires.
  • the first set of wires, the wire 301, wire 305, and the second set of wires, the wire 302, wire 306 can be referred to as a jaw wire (jaw wire).
  • the wire 303 and the wire 304 may form a pair and serve as a pitch wire.
  • a pair of wires are associated with the rotational movement of the first set 101, and a pair of wires are shown as being associated with the rotational movement of the second set 102, but the spirit of the present invention is based on this Not limited.
  • a pair of wires may be associated with a yaw motion, and a pair of wires may be associated with an actuation motion.
  • each fastening member 321 coupled to each end of each wire to couple the wire and the pulley, A fastening member 326 and the like may be included.
  • each fastening member may have various shapes, such as a ball shape or a tube shape, as needed.
  • the fastening member 321 which is a pitch wire fastening member, is coupled to the end tool 100-side ends of the pitch wire wires 303 and 304, and can serve as a pitch wire-end tool fastening member.
  • a pitch wire-drive unit fastening member (not shown) may be coupled to ends of the pitch wires 303 and 304 on the driving unit 200 side.
  • the second group wire fastening member is coupled to the end tool 100 side end of the wire 302 and the wire 306, which are the second group wire, so that the second group wire-end tool fastening member can fulfill the role of
  • the second set of wire-drive unit fastening members may be coupled to the ends of the second set of wires 302 and 306 on the side of the drive unit 200.
  • a fastening member (not shown) having the same shape as the fastening member 326 is coupled to the end tool 100-side end of the wire 301 and wire 305, which are the first group of wires, Article 1
  • the wire-end tool can play the role of a fastening member.
  • first set of wires-drive unit fastening members may be coupled to the ends of the first set of wires 301 and 305 on the side of the drive unit 200.
  • each fastening member is classified as being included in the power transmission unit 300, but the fastening member on the end tool 100 side is included in the end tool 100, and the fastening member on the driving unit 200 side is the driving unit 200. ) can be classified as included in
  • the second set of wires, the wire 302 and the wire 306, may be one single wire.
  • a fastening member 326 which is a second group wire-end tool fastening member, is inserted at the midpoint of the second group wire, which is a single wire, and after crimping and fixing the fastening member 326, the fastening member 326 ) Centered on both strands of the second wire may be referred to as a wire 302 and a wire 306, respectively.
  • the second set of wires, the wire 302 and the wire 306, may be formed as separate wires, and the wire 302 and the wire 306 may be connected by a fastening member 326.
  • the fastening member 326 is coupled to the pulley 121
  • the wire 302 and the wire 306 may be fixedly coupled to the pulley 121 . This allows the pulley 121 to rotate as the wires 302 and 306 are pulled and released.
  • the wire 302 and the wire 306 may be coupled with a second set of wire-drive unit fastening members (not shown) at ends opposite to where the fastening member 326 is fastened. That is, the opposite ends of the wire 302 and the wire 306 are inserted into the second set of wire-drive unit fastening members (not shown), and the fastening member (not shown) is crimped so that the wire 302 and the wire 306 and the second set of wire-drive unit fastening members (not shown) may be respectively fixed.
  • the wire 302 and the wire 306 are coupled to the second set of wire-drive unit fastening members (not shown) are coupled to the pulley 221 and the pulley 222, respectively, so that the wire 302 and the wire 306
  • the pulley 221 and the pulley 222 and can be fixedly coupled, respectively.
  • the second set of pulleys of the drive unit includes two pulleys of a pulley 221 and a pulley 222, so the second set of wire-drive unit fastening members may also include two fastening members.
  • the second set of pulleys of the drive unit include one pulley
  • the second set of wire-drive unit fastening members also include one fastening member
  • the wire 302 and the wire 306 are coupled to one fastening member, It may be coupled to one drive unit 2 pulley.
  • the wire 301 and the wire 305 which are the first set of wires, are coupled to the first set wire-end tool fastening member (not shown) and the first set wire-drive unit fastening member (not shown), respectively.
  • the first wire-end tool fastening member (not shown) is coupled to the pulley 111
  • the first wire-drive unit fastening member (not shown) is coupled to the pulley 211 and the pulley 212.
  • one end of the wire 303 and the wire 304 which are pitch wires, are respectively engaged with the fastening member 321, which is the pitch wire-end tool fastening member, and the other ends of the wire 303 and the wire 304 The end is engaged with a pitch wire-drive fastening member (not shown). Then, the fastening member 321 is coupled to the pulley 131, and the pitch wire-drive unit fastening member (not shown) is coupled to the pulley 231.
  • the drive unit pitch pulley pulley 231 is rotated by the motor pack 500 (or manpower)
  • the wire 303 and the wire 304 are pulled and released while the pulley of the end tool 100 ( 131) will be able to rotate.
  • the wire 301 and the wire 305 which are both strands of the first set of wires, are connected to the first set wire-end tool fastening member 323 and the first set wire-drive unit fastening member (not shown). Combined, it can be formed to form a closed loop as a whole. Similarly, the second row wire and the pitch wire may also be formed to form a closed loop, respectively.
  • FIG. 7 and 8 are perspective views of end tools of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 9 and 10 are plan views of the tool end of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • FIG. 7 shows a state in which the end tool hub 106 and the pitch hub 107 are coupled
  • FIG. 8 shows a state in which the end tool hub 106 and the pitch hub 107 are removed.
  • the end tool 100 includes a pair of jaws for performing a grip operation, that is, the first jaw (101) and Article 2 (102).
  • a component covering each of the first jaw 101 and the second jaw 102 or the first jaw 101 and the second jaw 102 may be referred to as a jaw 103.
  • the end tool 100 includes a pulley 111, a pulley 112, a pulley 113, a pulley 114, a pulley 115, and a pulley 116 related to the rotational movement of the first jaw (101). ) may be included. In addition, it may include a pulley 121, a pulley 122, a pulley 123, a pulley 124, a pulley 125, and a pulley 126 related to the rotational motion of the second jaw 102. .
  • a group of pulleys are shown to be associated with the rotational motion of the first set 101 and a group of pulleys are shown to be associated with the rotational motion of the second set 102, but the spirit of the present invention is based on this Not limited.
  • a group of pulleys in the end tool may be associated with yaw motion, and a group of pulleys may be associated with actuation motion.
  • the pulleys included in the end tool 100 may be collectively referred to as an end tool pulley.
  • each pulley may be formed in various positions and sizes suitable for the configuration of the end tool. will be.
  • the end tool 100 may include an end tool hub 106 and a pitch hub 107.
  • the rotation shaft 141 and the rotation shaft 142 which will be described later, are inserted through, and at least a portion of the first jaw 101 and the second jaw 102 shaft-coupled to the rotation shaft 141 are internally inserted.
  • the end tool hub 106 may accommodate at least a portion of the pulley 112 and the pulley 122 shaft-coupled to the rotation shaft 142 therein.
  • a pulley 131 serving as an end tool pitch pulley may be formed at one end of the end tool hub 106 .
  • the pulley 131 may be formed as a separate member from the end tool hub 106 and coupled with the end tool hub 106 .
  • the pulley 131 may be formed integrally with the end tool hub 106 (one-body). That is, one end of the end tool hub 106 may be formed in a disk shape or a semicircular shape like a pulley, and a groove through which a wire may be wound may be formed on its outer circumferential surface.
  • the above-described wire 303 and wire 304 are coupled to a pulley 131 serving as an end tool pitch pulley, and the pulley 131 rotates around the rotation axis 143 to perform pitch operation. .
  • the pitch hub 107 is inserted through the rotation shaft 143 and the rotation shaft 144, which will be described later, and can be shaft-coupled with the end tool hub 106 and the pulley 131 by the rotation shaft 143. Therefore, the end tool hub 106 and the end tool pitch pulley 131 (coupled thereto) may be formed to be rotatable about the pitch hub 107 about the rotation axis 143 .
  • the pitch hub 107 may accommodate at least a portion of the pulley 113, the pulley 114, the pulley 123, and the pulley 124 shaft-coupled to the rotation shaft 143 therein. In addition, the pitch hub 107 may accommodate at least a portion of the pulley 115 , the pulley 116 , the pulley 125 , and the pulley 126 shaft-coupled to the rotation shaft 144 therein.
  • the end tool 100 may include a rotation shaft 141, a rotation shaft 142, a rotation shaft 143, and a rotation shaft 144.
  • the rotating shaft 141 and the rotating shaft 142 are inserted through the end tool hub 106, and the rotating shaft 143 and the rotating shaft 144 are inserted through the pitch hub 107.
  • the rotating shaft 141, the rotating shaft 142, the rotating shaft 143, and the rotating shaft 144 may be sequentially arranged from the distal end 104 to the proximal end 105 of the end tool 100. there is. Accordingly, in order from the distal portion 104, the rotation shaft 141 may be referred to as a 1st pin, the rotation shaft 142 as a 2nd pin, the rotation shaft 143 as a 3rd pin, and the rotational shaft 144 as a 4th pin.
  • the rotating shaft 141 functions as an end tool jaw pulley rotation shaft
  • the rotation shaft 142 functions as an end tool jaw auxiliary pulley rotation shaft
  • the rotation shaft 143 functions as an end tool pitch rotation shaft
  • the rotation shaft 144 functions as an end tool jaw pulley rotation shaft. It can function as an end tool pitch secondary rotation axis of the tool 100 .
  • One or more pulleys may be fitted to each of the rotational shafts 141, 142, 143, and 144, which will be described in detail below.
  • the pulley 111 functions as an end tool pulley set 1
  • the pulley 121 functions as a pulley set 2 end tool pulley, these two components collectively referred to as the end tool pulley pulley You can also say
  • the end tool jaw pulley pulley 111 and the pulley 121 are formed to face each other, and are formed to be rotatable independently of each other around the rotation shaft 141, which is the end tool jaw pulley rotation axis.
  • the pulley 111 and the pulley 121 are formed to rotate around one axis of rotation 141 in the drawing, it goes without saying that each jaw pulley can be formed to be rotatable around a separate axis.
  • the first jaw 101 is fixedly coupled to the pulley 111 and rotates together with the pulley 111
  • the second jaw 102 is fixedly coupled to the pulley 121 so that the pulley 121 ) can be rotated with
  • the yaw motion and actuation motion of the end tool 100 are performed according to the rotation of the pulley 111 and the pulley 121 . That is, when the pulley 111 and the pulley 121 rotate in the same direction around the axis of rotation 141, the yaw motion is performed, and the pulley 111 and the pulley 121 are opposite to each other around the axis of rotation 141. When it rotates in the direction, an actuation operation is performed.
  • first jaw 101 and the pulley 111 may be formed as separate members and coupled to each other, or the first jaw 101 and the pulley 111 may be integrally formed (one-body) ) may be formed.
  • second jaw 102 and the pulley 121 may be formed as separate members and coupled to each other, or the second jaw 102 and the pulley 121 may be one-body may be formed.
  • the pulley 112 functions as an end tool set 1 auxiliary pulley
  • the pulley 122 functions as an end tool set 2 auxiliary pulley, and these two components may collectively be referred to as an end tool set auxiliary pulley.
  • the end tool group auxiliary pulley pulley 112 and pulley 122 may be additionally provided on one side of the pulley 111 and pulley 121, in other words, the auxiliary pulley pulley 112 is a pulley It may be disposed between 111 and pulley 113 / pulley 114.
  • the pulley 122 as an auxiliary pulley may be disposed between the pulley 121 and the pulley 123 / pulley 124 .
  • the pulley 112 and the pulley 122 may be formed to be rotatable independently of each other around the rotation shaft 142 .
  • the pulley 112 and the pulley 122 are formed to rotate about one rotation axis 142, but each of the pulley 112 and the pulley 122 can rotate about a separate axis. Of course, it can be formed to do. Such an auxiliary pulley will be described in more detail later.
  • the pulley 113 and the pulley 114 function as the pitch main pulley of the first group of end tools, and the pulley 123 and the pulley 124 function as the main pulley of the pitch group 2 of the end tool, and these two components are collectively referred to as Therefore, it may be referred to as an end tool jaw pitch main pulley.
  • the pulley 115 and pulley 116 function as the end tool group 1 pitch sub-pulley, and the pulley 125 and pulley 126 function as the end tool group 2 pitch sub-pulley, and these two components are collectively referred to as Therefore, it may be referred to as an end tool jaw pitch sub pulley.
  • the pulley 113 and the pulley 114 function as an end tool first group pitch main pulley. That is, it functions as the main rotary pulley of the pitch operation of the first pair (101).
  • the wire 301 which is the first set of wires
  • the wire 305 which is the first set of wires
  • the pulley 115 and the pulley 116 function as the first set of end tool sub-pulleys. That is, it functions as a sub-rotation pulley for the pitch operation of the first pair (101).
  • the wire 301 which is the first set of wires
  • the wire 305 which is the first set of wires
  • the pulley 113 and the pulley 114 are disposed to face each other.
  • the pulley 113 and the pulley 114 are formed to be rotatable independently of each other around the rotation axis 143 which is the end tool pitch rotation axis.
  • a pulley 115 and a pulley 116 are disposed on one side of each of the pulley 113 and the pulley 114 so as to face each other.
  • the pulley 115 and the pulley 116 are formed to be rotatable independently of each other around the rotation axis 144 which is the end tool pitch auxiliary rotation axis.
  • the pulley 113, the pulley 115, the pulley 114, and the pulley 116 are all shown to be rotatable around the Y-axis direction, but the spirit of the present invention is not limited thereto, and the rotational axes of each pulley may be formed in various directions appropriate to the configuration.
  • the wire 301 which is the first set of wires, is sequentially wound so that at least a portion of the pulley 115, the pulley 113, and the pulley 111 come into contact with each other. Then, the wire 305 connected to the wire 301 by a fastening member (not shown) is sequentially wound so that at least a part of it contacts the pulley 111, the pulley 112, the pulley 114, and the pulley 116 .
  • the wire 301 and the wire 305 which are the first set of wires, are the pulley 115, the pulley 113, the pulley 111, the pulley 112, the pulley 114, and the pulley 116 ) and at least a part of the wire 301 and the wire 305 are formed to be movable along the pulleys while rotating the pulleys.
  • the pulley 112 and the pulley 122 contact the wire 305, which is the first set of wires, and the wire 302, which is the second set of wires, to change the arrangement path of the wires 305 and 302 to a certain extent, It may serve to enlarge the rotation angle of each of the first set 101 and the second set 102.
  • each of the first and second sets can rotate only up to a right angle, but in one embodiment of the present invention, by additionally providing a pulley 112 and a pulley 122 as auxiliary pulleys , as seen in FIG. 10, an effect of increasing the maximum rotation angle by an additional angle ⁇ can be obtained.
  • This enables the two sets of end tool 120 in the state in which the yaw rotates together by 90 ° in the L direction, the two pairs of operations to be opened for the actuation operation. This is because the second jaw 102 can be rotated by an additional angle ⁇ as shown in FIG. 10 .
  • the actuation operation is possible even in a state in which the two pairs yaw in the R direction.
  • the pulley 112 and the pulley 122 it has a feature that can expand the range of yaw rotation possible actuation operation.
  • a pulley 112 and a pulley 122 which are auxiliary pulleys, are additionally disposed on one side of the pulley 111 and the pulley 121. .
  • the pulley 112 and the pulley 122 are additionally disposed on one side of the pulley 111 and the pulley 121.
  • the fastening member 326 which is a coupling part between the wire 302 and the pulley 121, is rotatable until it is located on a common internal tangent line between the pulley 121 and the pulley 122.
  • the fastening member which is a coupling part between the wire 305 and the pulley 111, is rotatable until it is positioned on a common inscribed line between the pulley 111 and the pulley 112, so that the rotation range in the L direction can be expanded. .
  • the wire 301 and the wire 305 which are two strands of the first set of wires wound around the pulley 111 by the pulley 112, are on either side relative to the plane perpendicular to the Y axis and passing through the X axis. is placed on At the same time, the wire 302 and the wire 306, which are two strands of the second set of wires wound around the pulley 121 by the pulley 122, are on the other side relative to the plane perpendicular to the Y axis and passing through the X axis. are placed
  • the pulley 113 and the pulley 114 are disposed on either side of a plane perpendicular to the Y axis and passing through the X axis, and the pulley 123 and pulley 124 are perpendicular to the Y axis and pass through the X axis. It is arranged on the other side relative to the plane.
  • the wire 305 is located on the inscribed line between the pulley 111 and the pulley 112, and the rotation angle of the pulley 111 is extended by the pulley 112.
  • the wire 302 is located on an inscribed line between the pulley 121 and the pulley 122, and the rotation angle of the pulley 121 is extended by the pulley 122.
  • the effect of widening the yaw motion range in which a normal opening and closing actuation operation can be performed can be obtained.
  • the pulley 123 and the pulley 124 function as an end tool second group pitch main pulley. That is, it functions as the main rotation pulley of the pitch operation of the second row (102).
  • the wire 306, which is the second set of wires is wound around the pulley 123
  • the wire 302, which is the second set of wires is wound around the pulley 124.
  • the pulley 125 and the pulley 126 function as the second set of end tool sub-pulleys. That is, it functions as a sub-rotation pulley for the pitch operation of the second row (102).
  • the wire 306, which is the second set of wires is wound around the pulley 125
  • the wire 302, which is the second set of wires is wound around the pulley 126.
  • a pulley 123 and a pulley 124 are disposed to face each other.
  • the pulley 123 and the pulley 124 are formed to be rotatable independently of each other around the rotation axis 143 which is the end tool pitch rotation axis.
  • the pulley 125 and the pulley 126 are disposed so as to face each other.
  • the pulley 125 and the pulley 126 are formed to be rotatable independently of each other around the rotation shaft 144, which is an end tool pitch secondary rotation shaft.
  • each pulley may be formed in various directions appropriate to the configuration.
  • the wire 306 which is the second set of wires, is sequentially wound so that at least a portion of the pulley 125, the pulley 123, and the pulley 121 come into contact with each other. Then, the wire 302 connected to the wire 306 by the fastening member 326 is sequentially wound so that at least a portion of the pulley 121, the pulley 122, the pulley 124, and the pulley 126 are in contact.
  • the wire 306 and the wire 302 which are the second set of wires, are the pulley 125, the pulley 123, the pulley 121, the pulley 122, the pulley 124, and the pulley 126 ) and at least a part of the wire 306 and the wire 302 are formed to be movable along the pulleys while rotating the pulleys.
  • the pulley 113, the pulley 114, the pulley 123, and the pulley 124, which are the end tool jaw pitch main pulley, are formed to be rotatable around the rotation axis 143 do.
  • the pulley 115, the pulley 116, the pulley 125, and the pulley 126, which are the end tool jaw pitch sub-pulleys are the rotating shaft 144 ) is formed to be rotatable around.
  • the two strands of the wire in Article 1, wire 301 and wire 305 are based on the XY plane located on the same side as That is, the wire 301 and the wire 305 are the end tool jaw pitch main pulley 113, the lower side of the pulley 114 (refer to FIG. 8), the end tool jaw pitch sub pulley 115, the pulley It is formed to pass through the upper side of (116) (reference of FIG. 8).
  • the two strands of the second set of wires, wire 302 and wire 306, are located on the same side of the XY plane. That is, the wire 302 and the wire 306 are the pulley 123 which is the end tool jaw pitch main pulley, the upper side of the pulley 124 (refer to FIG. 8), the end tool jaw pitch sub pulley pulley 125, the pulley It is formed to pass through the lower side of (126) (reference of FIG. 8).
  • the wire 301 and the wire 305 which are the two strands of the wire in Article 1
  • the wire 301 and the wire 305 are a pulley 113 that can rotate around the rotation axis 143, which is the end tool pitch rotation axis.
  • the pulley 114, the pulley 111 to which the wire 301 and the wire 305 are fixedly coupled and the end tool hub 106 to which the pulley 111 is coupled are the rotational axis as a whole.
  • the wire 302 and the wire 306 which are the two strands of the second set of wires
  • the wire 302 is pulled toward the arrow 302 in FIG. 9 and at the same time the wire 306 is pulled toward the arrow 306 in FIG. (That is, when both strands of the second wire are pulled in the same direction)
  • the wire 302 and the wire 306 are a pulley 123 that can rotate around the rotation axis 143, which is the end tool pitch rotation axis.
  • the pulley 124, the pulley 121 to which the wire 302 and the wire 306 are fixedly coupled and the end tool hub 106 to which the pulley 121 is coupled are a rotational axis as a whole.
  • both strands of each jaw wire may be expressed as simultaneously moving in the same direction.
  • the end tool 100 of the surgical instrument 30 of the present invention further includes a pulley 131 that is an end tool pitch pulley
  • the drive unit 200 further includes a pulley 231 that is a drive unit pitch pulley
  • the power transmission unit 300 may further include pitch wires 303 and 304 .
  • the pulley 131 of the end tool 100 is rotatable about the rotation axis 143, which is the end tool pitch rotation axis, and integrally with the end tool hub 106 (or fixedly coupled to the end tool hub 106). ) can be formed.
  • the wire 303 and the wire 304 may serve to connect the pulley 131 of the end tool 100 and the pulley 231 of the drive unit 200.
  • the surgical instrument 30 includes a pulley 131 of the end tool 100, a pulley 231 of the drive unit 200, and a power transmission unit for power transmission for pitch movement.
  • a pulley 131 of the end tool 100 a pulley 231 of the drive unit 200
  • a power transmission unit for power transmission for pitch movement a power transmission unit for power transmission for pitch movement.
  • the diameters of the pulley 113, the pulley 114, the pulley 123, and the pulley 124, which are the end tool jaw pitch main pulleys, and the diameter of the pulley 131, which is the end tool pitch pulley, may be the same, Or they may be different from each other.
  • the ratio of the diameter of the end tool jaw pitch main pulley to the diameter of the end tool pitch pulley may be the same as the ratio of the diameter of the drive unit intermediate pulley of the drive unit 200 to be described later to the diameter of the drive unit pitch pulley. This will be explained in detail later.
  • the driving unit 200 of the surgical instrument 30 includes a pulley 211 related to the rotational motion of the first jaw 101, the pulley (212). In addition, it may include a pulley 221 and a pulley 222 related to the rotational movement of the second jaw (102).
  • facing pulleys are shown as being disposed parallel to each other, but the spirit of the present invention is not limited thereto, and each pulley may be formed in various positions and sizes suitable for the configuration of the drive unit 200. I can do it.
  • the driving unit 200 of the surgical instrument 30 according to the first embodiment of the present invention may further include a pulley 231 serving as a driving unit pitch pulley.
  • the driving unit 200 may include a rotation shaft 241 , a rotation shaft 242 , and a rotation shaft 243 .
  • the rotation shaft 241 may function as a rotation shaft of the first group of the driving unit
  • the rotation shaft 242 may function as a rotation shaft of the second group of the driving unit.
  • the rotation shaft 243 may function as a drive unit pitch rotation shaft. At least one or more pulleys may be inserted into each of the rotational shafts 241, 242, and 243, which will be described in detail later.
  • the driving unit 200 may include a base plate 205 .
  • the base plate 205 is coupled to the rotation shaft 243 and rotates together with the rotation shaft 243 and the pulley 231 .
  • the base plate 205 and the rotating shaft 243 may be formed as one body, or may be formed independently of each other and combined, and various modifications are possible.
  • a rotation shaft 241 which is the first set of rotation shafts of the drive unit, and a rotation shaft 242, which is the second set of rotation shafts of the drive unit, may be coupled.
  • the rotational axis 241 and the rotational axis 242 revolve around the rotational axis 243.
  • FIG. 22 is a bottom perspective view of the drive unit of FIG. 15, and at least one coupling hole 205a into which a pitch drive motor (see 553 in FIG. 34) can be coupled is formed on the bottom surface of the base plate 205 in the shape of a hole unit. Therefore, the base plate 205 connects the drive unit 200 and the motor pack 500, and can specifically function as a pitch drive motor coupling unit.
  • the driving unit 200 may include a motor coupling unit 251 and a motor coupling unit 252 .
  • the motor coupling unit 251 may function as the first group driving motor coupling unit
  • the motor coupling unit 252 may function as the second group driving motor coupling unit.
  • the motor coupling part 251 may be formed in a rotatable flat plate shape, and coupling holes 251a to which the first set of driving motors (see 551 in FIG. 34) can be coupled are at least One or more may be formed.
  • the motor coupling part 252 may be formed in a rotatable flat plate shape, and at least one coupling hole 252a to which the second set of driving motors (see 552 in FIG. 34 ) may be coupled may be formed.
  • two coupling holes 205a, 251a, and 252a are formed respectively.
  • the base plate 205, the motor coupling unit 251, and the motor coupling unit 252 are coupled with the pitch drive motor 553, the first group drive motor 551, and the second group drive motor 552, respectively.
  • power may be received from the motor pack 500, specifically the pitch drive motor 553, the first group drive motor 551, and the second group drive motor 552.
  • the base plate 205 of the drive unit 200, the motor coupling unit 251, and the motor coupling unit 252 are of the motor pack 500 disposed on each of the robot arm units 21, 22, and 23. Power is received by driving, and the driving unit 200 may be operated.
  • a pulley 211 and a pulley 212 function as a pulley set 1 of the drive unit
  • a pulley 221 and a pulley 222 function as a pulley set 2 of the drive unit, and these components It can be collectively referred to as a drive unit jaw pulley.
  • the pulley 211 is associated with the rotational movement of the first set 101 of the end tool 100
  • the pulley 221 is associated with the rotational movement of the second set 102 of the end tool 100.
  • a group of pulleys in the driving unit may be associated with a yaw motion
  • a group of pulleys may be associated with an actuation motion. Therefore, the pulley 211 and the pulley 212 may be collectively referred to as a driving unit driving pulley.
  • one group of pulleys may be associated with a yaw motion
  • one group of pulleys may be associated with an actuation motion.
  • the case 201 is disposed facing the motor pack 500, and one side (upper side based on FIG. 15) can be connected to the instrument case 40, and the other side (FIG. 15) opposite to the instrument case 40. lower side) may be connected to the motor pack 500.
  • a base plate 205 may be disposed inside the case 201 , and the base plate 205 may rotate clockwise or counterclockwise with respect to the rotation axis 243 within the case 201 .
  • a plurality of rotation shafts including a rotation shaft 241 , a rotation shaft 242 , and a rotation shaft 243 may be formed on the first surface of the base plate 205 .
  • a plurality of intermediate pulleys 235 are formed on the first surface of the base plate 205, and the wires 301, 302, 303, 304 passing through the connecting part 310 and entering the driving part 200 ) 305, 306 may serve to change the direction toward the pulley 231.
  • the plurality of intermediary pulleys 235 are the wires 301 and 302 moving in parallel with the central axis in the longitudinal direction of the connection part 310 inside the connection part 310 extending in a direction parallel to the rotation axis 243. (303) (304) (305) (306) pulley 231, pulley 211, pulley 212, pulley 221, pulley 222 formed on a plane perpendicular to the rotating shaft 243 You can guide the route so that it can flow into.
  • a plurality of intermediary pulleys 235 are disposed adjacent to the pulley 211, the pulley 212, the pulley 221, and the pulley 222, which are pulleys of the driving unit jaw, and the jaw wire from the end tool 100 is driven by the jaw pulley. It can be transferred to the pulley 211, pulley 212, pulley 221, and pulley 222.
  • the plurality of intermediate pulleys 235 may function as sub-mediation pulleys of the drive unit.
  • a plurality of driving unit sub-intermediary pulley is the same as the diameter of the driving unit jaw pulley, or may be formed differently.
  • the jaw wire is a pulley 235 which is a sub-intermediate pulley of the driving unit, a pulley 211 which is a jaw pulley of the driving unit, a pulley 212, a pulley 221, a pulley 222, a rotating shaft 241 which is a rotating shaft of the driving unit jaw, and a rotating shaft 242 can be passed in turn.
  • a plurality of intermediary pulleys 235 may be disposed at different heights from each other. Due to this, it is possible to prevent interference from occurring during movement of the wires 301, 302, 303, 304, 305, and 306 formed to have at least one portion wound around the plurality of intermediate pulleys 235.
  • a shaft-shaped connection part 310 may be coupled to the second surface (when referring to FIG. 15) of the base plate 205, and a motor coupling part to which a motor pack 500 for driving pulleys is coupled. 252, a motor coupling part 253 may be formed.
  • each of the motor coupling parts 251 and 252 and the rotating shafts 241 and 242 may be directly connected or indirectly connected through gears.
  • the motor coupling unit 251 which is the first group drive motor coupling unit
  • the rotation shaft 241 which is the first group rotation shaft of the driving unit
  • the motor coupling unit coupled to the first group driving motor see 551 in FIG. 34.
  • the rotation shaft 241 directly coupled thereto may rotate together.
  • the motor coupling unit 252, which is the second group drive motor coupling unit is directly coupled to the rotation shaft 242, which is the second group rotation shaft of the driving unit, and the motor coupling unit 252 coupled to the second group driving motor (see 552 in FIG. 34).
  • the rotation shaft 242 directly coupled thereto may rotate together.
  • the base plate 205 which is the pitch drive motor coupling part, is directly coupled to the rotation shaft 243, which is the pitch rotation axis of the drive unit, and when the base plate 205 coupled with the pitch drive motor (see 553 in FIG. 34) rotates, the rotation shaft directly coupled thereto. (243) can rotate together.
  • the motor coupler and the rotation shaft may be spaced apart from each other to a certain extent when viewed on a plane perpendicular to the rotation shaft.
  • the motor coupling part and the rotating shaft may be connected by a driving gear.
  • the rotating shaft 241 is coupled to the motor pack 500, specifically, the first set of driving motors (see 551 in FIG. 34) by the motor coupling part 251, and therefore, for driving the first set 101.
  • the group 1 drive motor (see 551 in FIG. 34 ) rotates, the rotating shaft 241 rotates and pulls or releases the wire 301 and the wire 305, which are the first group of wires.
  • the rotating shaft 242 is coupled to the motor pack 500, specifically, the second group driving motor (see 552 in FIG. 34) by the motor coupling unit 252, and thus the second group 102
  • the second group driving motor see 552 in FIG. 34
  • the rotating shaft 242 pulls or releases the second group of wires, the wire 302 and the wire 306 while rotating.
  • a pulley 231, which is a drive unit pitch pulley, may be coupled to the rotation shaft 243, which is a drive unit pitch rotation shaft.
  • the pulley 231 may be formed to rotate together with the rotating shaft 243 .
  • the rotation shaft 243 is coupled to the motor pack 500, specifically, the pitch drive motor (see 553 in FIG. 34) by the base plate 205, and thus the pitch drive motor (see FIG. When the 553 of 34) rotates, the drive unit pitch pulley pulley 231 rotates around the rotating shaft 243 to pull or release the pitch wires 303 and 304.
  • the pulley 211, the pulley 212, the pulley 221, the pulley 222 of the driving unit may be rotatably coupled to the rotational shaft 243.
  • the pulley 211 and the pulley 212, which are the first group pulleys of the drive unit are disposed on one side of the pulley 231, which is the drive unit pitch pulley, and the other side based on the pulley 231, which is the drive unit pitch pulley.
  • Pulleys 221 and 222, which are the second set of pulleys of the driving unit may be disposed on the surface side.
  • the rotating shaft 243 includes a pulley 221 and a pulley 222, which are the second set of pulleys of the drive unit, a pulley 231 that is a pitch pulley of the drive unit, a pulley 212 that is the first set of pulleys of the drive unit, and a pulley ( 211) may be formed by sequentially stacking.
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 in a state in which the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 are spaced apart from the rotation shaft 243 to a certain extent, while the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 maintain a constant distance from the rotation shaft 243, the rotation shaft 241 And the rotation shaft 242 can also be expressed as rotating around the rotation shaft 243 as a whole.
  • the rotating shaft 241 and the rotating shaft 242 are formed to be relatively movable with respect to the pulley 231, which is the driving unit pitch pulley, and the It is formed so that its relative position can change.
  • the relative position of the driving unit pitch pulley 231 and the driving unit jaw pulley 211, 212, 221, 222 is maintained constant.
  • the wire 301 which is the first set of wires, has one end coupled to the rotational shaft 241 by a fastening member (not shown) so that at least a portion of it is in contact with the pulley 211. After winding, it is connected to the end tool 100 via the connecting portion 310 .
  • the wire 301 which is the first set of wires, passes through the end tool 100 and the connecting portion 310 and enters the driving unit 200, then winds on the pulley 211, and then rotates the shaft 241 fixedly coupled to
  • the wire 302 which is the second set of wires, has one end coupled to the rotating shaft 242 by a fastening member (not shown) so that at least a portion of it contacts the pulley 222. After winding, it is connected to the end tool 100 via the connecting portion 310 .
  • the wire 306 which is the second set of wires, is wound so that at least part of it contacts the pulley 221 in a state in which one end is coupled to the rotation shaft 242 by a fastening member (not shown), and then the connecting portion 310 It is connected to the end tool 100 via.
  • FIG. 25 is a plan view showing a driving unit of the surgical instrument of FIG. 6;
  • Figure 26 is a view showing the end tool of the surgical instrument in Figure 25.
  • 27 is a view showing the driving unit and the end tool during the pitch operation of the surgical instrument in FIGS. 25 and 26 .
  • 28 is a view showing the drive unit and the end tool during pitch operation in the opposite direction of FIG. 27 in FIGS. 25 and 26;
  • the total length of the jaw wire in the drive unit 200 changes.
  • the pitch operation of the end tool 100 is performed.
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 are the rotation shaft of the drive unit pitch pulley pulley 231 ( 243), it is characterized in that the pitch operation of the end tool is performed by changing the path length of the jaw wire wound around the driving unit intermediary pulley and the driving unit jaw pulley.
  • both strands of one jaw wire are pulled at the same time, and both strands of the other jaw wire are simultaneously released, so that the entirety of each jaw wire in the drive unit 200 As the length is changed, and the total length of each jaw wire in the end tool 100 is also changed in conjunction therewith, the end tool 100 is rotated about the rotation axis 143 to perform a pitch operation.
  • the jaw wire (responsible for the yaw motion and the actuation motion) is also moved by the pitch motion. That is, while pitch rotation is performed around the rotation axis 143 of the end tool 100, both strands of the jaw wire coupled to one jaw are pulled, and both strands coupled to the other jaw It is released.
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 revolve around the rotation axis of the drive unit pitch pulley, while the entire jaw wire in the drive unit
  • the movement of the jaw wire during the pitch operation of the end tool can be expressed as compensation.
  • 11 is a view showing a neutral state in a conventional surgical instrument.
  • 11 (a) and (b) are perspective views of the end tool corresponding to FIGS. 7 and 8, and
  • FIG. 11 (c) is the movement of the jaw wire when performing the pitch operation of the end tool in a different method from the present invention.
  • It is a diagram showing the neutral state of the driving unit 200' for compensating for
  • the pulley 131' of the end tool 100' is rotatable about the rotational axis 143', which is the pitch main rotational axis, and the end tool hub 106' It may be formed integrally with (or fixedly coupled to the end tool hub 106).
  • the wire 303 ⁇ and the wire 304 ⁇ can serve to connect the pulley 131 ⁇ of the end tool 100 ⁇ and the pulley 231 ⁇ /pulley 232 ⁇ , which is the drive unit pitch pulley. there is.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a case in which pitch compensation is performed in the surgical instrument of FIG. 11 .
  • the pulley 231'/pulley 232' which is the pitch pulley of the drive unit, rotates clockwise (refer to FIG. 12) with respect to the central axis of rotation.
  • the wire 302 ⁇ and the wire 306 ⁇ are pulled from the drive unit 200 ⁇ in the direction of the end tool 100 ⁇ , and the wire 301 ⁇ and the wire 305 ⁇ are the end tool 100 ⁇ . ) is pulled in the direction of the drive unit 200 ⁇ .
  • the pulley 221 ⁇ /pulley 222 ⁇ which is the second group pulley of the driving unit, moves in the direction toward the end tool 100 ⁇
  • the driving unit 1 Pulley 211'/pulley 212' which is a jaw pulley, moves in the opposite direction.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram for pitch motion compensation of the surgical instrument of FIG. 11 .
  • 13(a) is a conceptual diagram showing a neutral state of the driving unit 200′ of a surgical instrument
  • FIG. 13(b) is a conceptual diagram for pitch motion compensation in FIG. 13(a).
  • 13(b) shows a situation in which pitch operation and pitch compensation are performed in a situation opposite to that of FIG. 12, and a pulley 231′ / pulley ( 232 ⁇ ) is rotated counterclockwise (refer to FIG. 12) based on the rotation center axis, the wire 301 ⁇ and the wire 305 ⁇ are pulled in the direction of the end tool 100 ⁇ from the driving unit 200 ⁇ . Then, the wire 302' and the wire 306' are pulled from the end tool 100' toward the driving unit 200'.
  • the position of the pulley 211'/pulley 212' which is the first set of pulleys of the driving unit, is moved by - ⁇ S pitch, and the first pulley in the driving unit 200'
  • the path length of the second wire in the drive unit 200' is changed by changing the path length of the jaw wire and at the same time moving the position of the pulley 221'/pulley 222', which is the second pulley of the driving unit. By changing the pitch compensation can be performed.
  • the pulley 221'/pulley 222' which is the pulley of the second set of the drive unit
  • the pulley 211' which is the pulley of the first set of the drive unit 211'/pulley 212
  • FIG. 14 is a conceptual diagram for pitch motion compensation of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • Figure 14 (a) shows the neutral state of the surgical instrument 30, maintains a constant distance around the driving unit pitch pulley 231, the rotating shaft 241 connected to the wire of the first set, the second set A rotating shaft 242 connected to the wire may be formed.
  • the drive unit 200 is a driving unit pitch pulley, when the pulley 231 rotates, the drive unit group 1 rotation shaft coupled to the first group wire Rotating shaft 241, the driving unit coupled to the second set of wires, the rotating shaft 242, which is the second set of rotation shafts, revolves around the pulley 231, which is the driving unit pitch pulley.
  • the drive unit pitch pulley 231 rotates and the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 rotate at the same time. It is characterized in that while revolving, to compensate for the movement of the jaw wires by the rotation of the driving unit pitch pulley.
  • the jaw wire wound on the end tool 100 side by the rotation of the pulley 231, which is the driving unit pitch pulley, is released by the same amount on the driving unit 200 side, and the jaw wire unwinding on the end tool 100 side is driven by the driving unit ( 200), the pitch motion does not affect the yaw motion by winding the same amount on the side.
  • the jaw wire (responsible for the yaw motion and the actuation motion) is also moved by the pitch motion. That is, while pitch rotation is performed around the rotation axis 143 of the end tool 100, both strands of the jaw wire coupled to one jaw are pulled, and both strands coupled to the other jaw It is released.
  • the rotation axis of the jaw of the driving unit moves relative to the pitch pulley of the driving unit and the total length of the jaw wire in the driving unit is changed, so that the end tool side
  • the end tool side By releasing (or pulling) the jaw wire from the drive side as much as the jaw wire is pulled (or released), it may be expressed as compensating for the movement of the jaw wire when performing the pitch operation of the end tool.
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 can be expressed as moving in conjunction with the drive unit pitch pulley 231.
  • the pulley 211, the pulley 212, the pulley 221, and the pulley 222, which are coupled to the rotational shaft 243, are the driving unit pulleys, and their positions do not change.
  • the first set of wires at the position of FIG. 27 is the pulley of the set of drive unit
  • the path length L1' wound around becomes longer, and the first set of wires is further wound on the drive unit 200 side by the length of the path length (L1'-L1). That is, the total length of the wire 301 and the wire 305, which are the first set of wires, within the drive unit 200 is increased. And, in this way, the total length of the first set of wires in the end tool 100 is shortened as much as the total length of the first set of wires in the driving unit 200 is lengthened and pulled the first set of wires.
  • the overall length of the jaw wire in the driving unit 200 is also changed.
  • the total length of the jaw wire in the drive unit 200 is changed, the total length of the jaw wire in the end tool 100 is also changed.
  • the total length of the jaw wire in the end tool 100 is also reduced (or increased) as much as the total length of the jaw wire in the drive unit 200 is increased (or decreased), the total length of the jaw wire (elastic deformation, etc.) (assuming that it is not taken into account) will be said to be unchanged.
  • the end tool 100 of the surgical instrument 30 of the present invention further includes a pulley 131 that is an end tool pitch pulley
  • the drive unit 200 is a pulley 231 that is a drive unit pitch pulley
  • the power transmission unit 300 may further include a wire 303 and a wire 304 that are pitch wires.
  • the drive unit pitch pulley pulley 231 rotates in the direction of arrow A1
  • the wire 304 is unwound from the pulley 231 and the wire 303 is wound around the pulley 231 according to the rotation of the pulley 231.
  • the pulley 131 which is the end tool pitch pulley connected to the opposite side of the wire 303 and the wire 304, rotates in the direction of the arrow A2 around the rotation axis 143, the pitch operation can be performed more reliably and reliably.
  • the pulley 131 which is the end tool pitch pulley, in contact with the wire 303 and the wire 304, which is the pitch wire, and the wire, which is the jaw wire.
  • the wire 301, wire 305, wire 302, pulley 113, pulley 114, pulley 123, pulley 124, which is the end tool jaw pitch main pulley in contact with wire 306, have their diameters These may be formed differently from each other.
  • the rotating shaft 143 rotates, the winding or unwinding lengths of the wires are different from each other.
  • the diameter of the end tool pitch pulley is 6 ⁇
  • the diameter of the end tool jaw pitch main pulley is 4 ⁇
  • the rotating shaft 143 rotates 90°
  • the winding length of the pitch wire wound on the end tool pitch pulley is 1.5 ⁇
  • the length of the jaw wire wound on the end tool jaw pitch main pulley may be 1 ⁇ .
  • the 'length' of the wire wound or unwound on the pulley can be defined as the 'rotation amount'.
  • This amount of rotation is a concept different from the rotation angle, and can be calculated as (diameter * rotation angle / 360 ° * ⁇ ).
  • the pulley 231 which is basically the drive unit pitch pulley
  • the pulley 131 which is the end tool pitch pulley
  • the drive unit pitch pulley and the end tool are directly connected by wires 303 and 304, which are pitch wires
  • the drive unit pitch pulley and the end tool The amount of rotation of the pitch pulley is the same. That is, the pitch wire is unwound or wound at the end tool pitch pulley as much as the pitch wire is wound or unwound at the drive unit pitch pulley.
  • the drive unit 200 also pitches the pitch wire at the same ratio.
  • the length of unwinding and the length of unwinding the jaw wire should be different from each other.
  • the diameter of the end tool pitch pulley the diameter of the end tool jaw pitch main pulley
  • the diameter of the driving unit pitch pulley the diameter of the driving unit jaw pulley
  • the diameter of the drive unit pitch pulley may be 9 ⁇
  • the diameter of the drive unit jaw pulley may be 6 ⁇ .
  • the diameter of the end tool pitch pulley is 6 ⁇
  • the diameter of the end tool jaw pitch main pulley is 4 ⁇
  • the diameter of the drive unit pitch pulley is 9 ⁇
  • the diameter of the drive unit jaw pulley is 6 ⁇
  • the pulley 231 which is the pitch pulley of the drive unit 200, rotates 60° to wind the wire 304, which is the pitch wire, and release the wire 303 at the same time.
  • the length of winding and unwinding of the wire 303/wire 304 is 1.5 ⁇ .
  • the wire 304 is pulled by 1.5 ⁇ and the wire 303 is released by 1.5 ⁇ , and the pulley 131, which is the end tool pitch pulley, rotates by 90 ° corresponding to 1.5 ⁇ .
  • the wire 301 and the wire 305 which are the first group wires, are released from the driving unit 200 side as much as they are pulled from the end tool 100 side, so that the movement of the jaw wire according to the pitch operation is compensated.
  • the wire 302 and the wire 306, which are the second wire are released from the drive unit 200 side as much as they are pulled from the end tool 100 side, so that the movement of the jaw wire according to the pitch operation is compensated.
  • the jaw wires are released (or pulled) at the drive unit 200 by the same length as the length at which the jaw wires are wound (or unwound) on the end tool 100 side according to the pitch operation (or by being pulled), so that the pitch operation is the key of the jaw. It is possible to achieve the result that the pitch motion is performed independently without affecting the axial rotation.
  • the drive unit pitch pulley 231 is rotatable along the rotation axis 243 together with the base plate 205, and the rotation axis 241 and the rotation axis 242 are coupled to the base plate 205 and rigidly connected,
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 revolve around the rotation shaft 243, while the jaw wire wound on the drive unit jaw pulley change the path length.
  • the change in the path length of the jaw wire compensates for the movement of the jaw wires on the end tool side according to the pitch operation, so that the pitch operation can be performed independently.
  • Figure 29 is a plan view showing the drive unit and the end tool of the surgical instrument of Figure 6.
  • 30 is a view showing the driving unit and the end tool during the yaw operation of the surgical instrument of FIG. 6 .
  • 29 and 30 are views showing the yaw motion of the surgical instrument shown in FIG. 6
  • the pulley 231 which is the pitch pulley of the driving unit, does not rotate, and the pitch wires 303 and 304 maintain their positions without being wound or unwound.
  • the wire 301 and the wire 305 which are the first set of wires, are wound around the rotating shaft 241 according to the rotation of the rotating shaft 241, and the other side is released from the rotation shaft 241. Accordingly, the yaw operation is performed while the pulley 111, which is the first set of end tool pulleys connected to the opposite side of the wire 301 and the wire 305, rotates in one direction.
  • the rotation shaft 241 and the pulley 211 and pulley 212 which are the pulleys of the driving unit, do not change their positions, but the wire 301 and the wire 305 are wound around the pulleys 211 and 212 of the driving unit. Only loosening action occurs.
  • the pulley 231 which is the pitch pulley of the driving unit, does not rotate, and the pitch wires 303 and 304 maintain their positions without being wound or unwound.
  • the driving parts 200 of the wire 301, wire 302, wire 305, and wire 306, which are jaw wires, ) is that the total length within is kept constant.
  • the rotating shaft 241 and the rotating shaft 242 revolve around the rotational axis of the driving unit pitch pulley, and the driving unit jaw pulley
  • the driving unit jaw pulley By changing the path length of the wound jaw wire, the jaw wire is wound or unwound in response to the rotation of the pitch pulley of the driving unit, thereby canceling or compensating for the movement of the jaw wire according to the pitch drive, resulting in separation of the pitch motion and the yaw motion. effect can be obtained.
  • 31 to 33 are perspective views illustrating a motor pack according to an embodiment of the present invention.
  • 34 is a bottom perspective view of the motor pack of FIG. 31;
  • 35 is a plan view illustrating the motor pack of FIG. 31;
  • FIG. 36 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor in FIG. 31;
  • 37 is a view showing a state rotated by the second group drive motor in FIG. 31;
  • 38 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor and the second group drive motor in FIG. 31
  • the motor pack 500 according to the first embodiment of the present invention is provided in the surgical robot 20 and is coupled to the robot arm units 21, 22, and 23.
  • the motor pack 500 may generate power by receiving power from the outside.
  • it is not limited to this, and various modifications are possible, such as generating power with a built-in battery.
  • the motor pack 500 is connected to the driving unit 200 of the surgical instrument 30 and may transmit power to the driving unit 200 .
  • the motor pack 500 includes a first case 501, a second case 505, a pitch plate 531, a first set plate 511, a second set plate 521, and a first set driving motor 551.
  • Article 2 driving motor 552, Article 3 driving motor 553, may further include a motor connecting member (541).
  • the first case 501 and the second case 505 constitute the outer appearance of the motor pack 500, and may have a hollow interior.
  • a first group driving motor 551 , a second group driving motor 552 , and a pitch driving motor 553 may be disposed in the inner space of the first case 501 and the second case 505 .
  • the first case 501 and the second case 505 may be formed independently and coupled to each other. However, it is not limited to this, and various modifications are possible, such as being formed in a one-body type.
  • the pitch plate 531 is disposed on the first case 501 and may be rotatably disposed.
  • the pitch plate 531 is connected to the pitch driving motor 553 and may receive power from the pitch driving motor 553 .
  • a pitch drive motor 553 is connected to one surface of the pitch plate 531 (lower surface in FIG. 31), and a protrusion 531a protrudes toward the drive unit 200 on the other surface (upper surface in FIG. 31) opposite to the pitch plate 531. can be formed.
  • One or more protrusions 531a may be formed and may be inserted into coupling holes 205a formed on one surface of the driving unit 200 facing each other. Due to this, the driving unit 200 and the motor pack 500 may be connected, and power generated in the motor pack 500, specifically, the pitch driving motor 553 may be transmitted to the driving unit 200.
  • a first set plate 511 and a second set plate 521 may be disposed on the pitch plate 531 .
  • a hole may be formed in the pitch plate 531, and the first set plate 511 and the second set plate 521 may be respectively disposed in the hole.
  • the first set plate 511 and the second set plate 521 may be rotatably disposed within the pitch plate 531 .
  • the first group plate 511 and the second group plate 521 may be coupled to the first group driving motor 551 and the second group driving motor 552 , respectively.
  • Article 1 plate 511 has one surface (lower surface with reference to FIG. 31) connected to Article 1 driving motor 551, and the other surface (top surface with reference to FIG. ) can be associated with
  • a protrusion 511a may be formed on the first set plate 511 and may be connected to a coupling hole 251a formed in the motor coupling portion 251 . Due to this, it is possible to rotate the motor coupling part 251 by receiving the power generated from the first group driving motor 551, and as the motor coupling part 251 rotates, the rotation shaft 241 of the motor coupling part 251 By rotating, it is possible to wind or unwind the wires 301 and 305, which are the first set of wires connected to the rotating shaft 241.
  • Article 2 plate 521 has one surface (lower surface with reference to FIG. 31) connected to Article 2 driving motor 552, and the other surface (top surface with reference to FIG. ) can be associated with
  • a protrusion 521a may be formed on the second set plate 521 and may be connected to a coupling hole 252a formed in the motor coupling portion 252 . Due to this, it is possible to rotate the motor coupling part 252 by receiving the power generated from the second group driving motor 552, and as the motor coupling part 252 rotates, the rotation shaft 242 of the motor coupling part 252 By rotating, it is possible to wind or unwrap the second set of wires connected to the rotating shaft 242, the wires 302 and 306.
  • the motor pack 500 may further include a motor connecting member 541 .
  • the motor connecting member 541 is connected to the pitch plate 531, and is connected to the first group driving motor 551 and the second group driving motor 552, respectively, and the first group driving motor 551 and the second group driving motor 551.
  • the position of the jaw drive motor 552 may be fixed.
  • the motor connecting member 541 is connected to the pitch plate 531 and can rotate together when the pitch plate 531 rotates, and thereby the first group driving motor 551 and the second group driving motor 552 ) can be rotated.
  • the pitch plate 531 receives power generated from the pitch drive motor 553 and rotates due to the motor connecting member 541, the first row plate 511 disposed on the pitch plate 531, The first group driving motor 551 and the second group driving motor 552 respectively connected to the second group plate 521 may move.
  • power generated from the first group driving motor 551 and the second group driving motor 552 is provided to the driving unit 200 through the first group plate 511 and the second group plate 521. It can be transmitted to the rotation shaft 241, which is the first set of rotation shafts, and the rotation shaft 242, which is the second set rotation shaft of the drive unit.
  • the pitch operation, the yaw operation, and the actuation operation can be performed as described above.
  • the power generated by the pitch drive motor 553 may be transmitted to the pitch plate 531, and as the pitch plate 531 rotates, the first row plate disposed on the pitch plate 531. 511, the position of the second set plate 521 can be changed.
  • the rotation shaft 241 and the rotation shaft 242 of the drive unit 200 connected to the first set plate 511 and the second set plate 521, respectively, may revolve around the rotation shaft 243, thereby By compensating for the movement of the jaw wires on the end tool side according to the pitch motion, it is possible to result in the pitch motion being performed independently of the yaw/actuation motion.
  • detailed description is omitted as described above.
  • the power generated by the second group driving motor 552 is transmitted to the second group plate 512, thereby driving the second group plate 512. It can be rotated in the A2 direction.
  • Article 2 plate 512 transmits power to the rotation shaft 242, which is the rotation shaft of the second group of the driving unit, through the motor coupling part 252, and the wire 302, which is the second group wire coupled to the rotation shaft 242, ( 306) may be yawed or actuated while winding or unwinding.
  • the power generated by the pitch driving motor 553 of FIG. 36 rotates the pitch plate 531 in the A3 direction, and the power generated by the second row driving motor 552 independently of it rotates the It is transferred to the two sets of plates 512, and the second set of plates 512 can be rotated in the A4 direction.
  • the first set plate 511 and the second set plate 521 are disposed in the pitch plate 531, and the pitch When the plate 531 rotates by receiving power from the pitch drive motor 553, the first set plate 511 and the second set plate 521 may revolve around the rotation center of the pitch plate 531.
  • the motor connecting member 541 is coupled to the pitch plate 531 and the position changes as the pitch plate 531 rotates, and the first group drive motor 551 connected to the motor connecting member 541, the second The jaw drive motor 552 may revolve around the pitch drive motor 553 .
  • 39 and 40 are perspective views of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 41 is a plan view illustrating a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 42 is a bottom perspective view of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • the driving unit 600 Compared to the first embodiment shown in FIGS. 15 to 28, the driving unit 600 according to the second embodiment of the present invention occurs in the roll rotation shaft 644 and the roll rotation shaft 644 for roll operation.
  • the configuration for transmitting the power to the connection unit 310 is characteristically different.
  • the different parts compared to the first embodiment will be intensively described.
  • a rotation shaft 644 that is a roll rotation shaft may be disposed in the case 601 of the drive unit 600 according to the second embodiment of the present invention.
  • the rotation center axis of the roll rotation shaft 644 may be disposed parallel to the rotation shaft 641 , the rotation shaft 642 , and the rotation shaft 643 .
  • central axis of rotation of the roll rotation shaft 644 may be arranged parallel to the central axis of the longitudinal direction of the connecting portion 310 .
  • the roll rotation shaft 644 may be connected to a roll drive motor (not shown) and rotate by receiving power from the roll drive motor.
  • a coupling hole 644a may be formed on one surface of the roll rotation shaft 644 and may be connected to a protrusion (not shown) formed in the roll driving motor.
  • the roll rotation shaft 644 may transmit power to the connection unit 310 through the wire 670 .
  • the roll rotation shaft 644 and the connecting portion 310 are connected through a wire 670, but are not limited thereto, and various modifications such as being connected to a belt or the like are possible.
  • the drive unit 600 according to the second embodiment of the present invention is provided with a roll rotation shaft 644 for transmitting rotational power to the connection unit 310, and transfers power generated from the roll driving motor to the connection unit through the wire 670 ( 310), since the rest of the configuration is the same as that of the driving unit 200 according to the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted to the extent that it overlaps.
  • 43 and 44 are perspective views of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 45 is a plan view illustrating a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • 46 is a bottom perspective view of a driving unit according to another embodiment of the present invention.
  • the driving unit 700 according to the third embodiment of the present invention transmits rotational power generated from the roll rotation shaft 744 to the connecting unit 310.
  • composition is characteristically different.
  • the different parts compared to the second embodiment will be intensively described.
  • a rotation shaft 744 that is a roll rotation shaft may be disposed in the case 701 of the drive unit 700 according to the third embodiment of the present invention.
  • the rotation center axis of the roll rotation shaft 744 may be arranged parallel to the rotation shaft 741 , the rotation shaft 742 , and the rotation shaft 743 .
  • rotational central axis of the roll rotation shaft 744 may be disposed parallel to the longitudinal central axis of the connecting portion 310 .
  • the roll rotation shaft 744 may be connected to a roll driving motor (not shown) and rotate by receiving power from the roll driving motor.
  • a coupling hole 744a may be formed on one surface of the roll rotation shaft 744 and may be connected to a protrusion (not shown) formed on the roll driving motor.
  • the roll rotation shaft 744 may transmit power to the connection unit 310 through a plurality of gears.
  • the gear may include a gear 771 for roll operation and a gear 772 for roll operation, and while the gears 771 and 772 are engaged, the power generated from the roll rotation shaft 744 is transferred to the connection unit 310. can be forwarded to
  • the gears 771 and 772 may have different diameters as shown in FIG. 45 . However, it is not limited to this, and various modifications are possible, such as being formed identically.
  • the driving unit 700 according to the third embodiment of the present invention is provided with a roll rotation shaft 744 for transmitting rotational power to the connection unit 310, and the power generated by the roll driving motor is a gear that is a gear for a plurality of roll operation. 771 and gear 772, except for the transmission to the connection unit 310, the rest of the configuration is the same as that of the drive unit 600 according to the second embodiment, so detailed descriptions are omitted to the extent that they overlap. do.
  • 47 to 51 are perspective views illustrating a motor pack according to another embodiment of the present invention.
  • 52 is a plan view illustrating a motor pack according to another embodiment of the present invention.
  • 53 is a view showing a state rotated by the pitch drive motor in FIG. 51;
  • 54 to 56 are enlarged views sequentially showing a state of being rotated by the pitch drive motor.
  • 57 is a view showing a state rotated by the second group drive motor in FIG. 51;
  • FIG. 58 is a diagram showing a state rotated by the pitch drive motor and the second group drive motor in FIG. 51 .
  • the motor pack 800 includes a first group drive motor 851, a second group drive motor 852, and a pitch drive motor 853. Meanwhile, a first set of intermediate gears 862 and a second set of intermediate gears 872 to be described later are rotatably coupled to a rotating shaft (not shown) of the pitch drive motor 853 .
  • the motor pack 800 may further include a case 801 .
  • the case 801 has a hollow interior, and may accommodate the first group drive motor 851, the second group drive motor 852, and the pitch drive motor 853.
  • the first group driving gear 861 is coupled to the rotation shaft of the first group driving motor 851, so that when the rotation shaft of the first group driving motor 851 rotates, the first group driving gear 861 rotates together.
  • the first set of intermediate gears 862 are disposed to engage with the first set of drive gears 861.
  • the first set of rotation gears 863 are arranged to engage with the first set of intermediate gears 862. Then, the rotation shaft of the first group rotation gear 863 is coupled to the first group plate 811, so that when the first group rotation gear 863 rotates, the first group plate 811 rotates together.
  • the first group driving motor 851 rotates, the driving force passes through the first group driving gear 861, the first group intermediate gear 862, and the first group rotation gear 863 to the first group plate. (811) will rotate.
  • the rotation shaft (see 241 in FIG. 17), which is the first group rotation shaft of the driving unit connected to the first group plate 811, can rotate, and the first group rotation shaft 241 Wire 301 and wire 305, which are the first set of wires to be coupled, can be wound or unwound.
  • the second group drive gear 871 is coupled to the rotation shaft of the second group drive motor 852, so that when the rotation shaft of the second group drive motor 852 rotates, the second group drive gear 871 rotates together.
  • the second group intermediate gear 872 is disposed to engage with the second group driving gear 871.
  • a second set of rotation gears 873 are disposed to engage with the second set of intermediate gears 872.
  • the rotation shaft of the second group rotation gear 873 is coupled with the second group plate 821, so that when the second group rotation gear 873 rotates, the second group plate 812 rotates together with it.
  • the second group driving motor 852 rotates, the driving force passes through the second group driving gear 871, the second group intermediate gear 872, and the second group rotation gear 873 to the second group plate. (821) will rotate.
  • the rotation shaft (see 242 in FIG. 17), which is the second group rotation shaft of the drive unit connected to the second group plate 812, can rotate, and the second group rotation shaft 242
  • the wire 302 and wire 306, which are the second set of wires to be coupled, can be wound or unwound.
  • a pitch plate 831 may be rotatably disposed on a case 801 .
  • the pitch plate 831 is connected to the pitch driving motor 853 and may receive power from the pitch driving motor 853 .
  • a rotation shaft (not shown) is formed in the pitch drive motor 853, and a pitch plate 831 is coupled to the rotation shaft (not shown). Therefore, when the rotating shaft (not shown) of the pitch drive motor 853 rotates, the pitch plate 831 rotates together with it.
  • a pitch drive motor 853 is connected to one surface of the pitch plate 831 (lower surface in FIG. 50), and a protrusion 831a protrudes toward the driving unit 200 on the other surface (upper surface in FIG. 50) opposite to it. can be formed.
  • One or more protrusions 831a may be formed and may be inserted into coupling holes 205a formed on one surface of the driving unit 200 facing each other. Due to this, the drive unit 200 and the motor pack 800 may be connected, and power generated from the motor pack 800, specifically, the pitch drive motor 853 may be transmitted to the drive unit 200.
  • a first set plate 811 and a second set plate 821 may be disposed in the pitch plate 831 .
  • a hole may be formed in the pitch plate 831, and the first set plate 811 and the second set plate 821 may be respectively disposed in the hole.
  • the first set plate 811 and the second set plate 821 may be rotatably disposed on the pitch plate 831 .
  • the first group plate 811 and the second group plate 821 may be respectively connected to the first group drive motor 851 and the second group drive motor 852 .
  • Article 1 plate 811 has one surface (lower surface with reference to FIG. 50) connected to Article 1 drive motor 851, and the other surface (top surface with reference to FIG. ) can be associated with
  • a protrusion 811a may be formed on the first set plate 811 and may be connected to a coupling hole 251a formed in the motor coupling portion 251 . Due to this, it is possible to rotate the motor coupling part 251 by receiving the power generated from the first group driving motor 851, and as the motor coupling part 251 rotates, the rotation shaft 241 of the motor coupling part 251 By rotating, it is possible to wind or unwind the wires 301 and 305, which are the first set of wires connected to the rotating shaft 241.
  • Article 2 plate 821 has one surface (lower surface in reference to FIG. 50) connected to the second group drive motor 852, and the other surface (upper surface in reference to FIG. ) can be associated with
  • a protrusion 821a may be formed on the second set plate 821 and may be connected to a coupling hole 252a formed in the motor coupling portion 252 . Due to this, it is possible to rotate the motor coupling part 252 by receiving the power generated from the second group driving motor 852, and as the motor coupling part 252 rotates, the rotation shaft 242 of the motor coupling part 252 By rotating, it is possible to wind or unwrap the second set of wires connected to the rotating shaft 242, the wires 302 and 306.
  • the first set of intermediate gears 862 and the second set of intermediate gears 872 share a central axis of rotation with the pitch plate 831, and rotate independently of the rotation of the pitch plate 831. This is possible
  • bearings are disposed between the rotation center axis (reference numeral not set) of the pitch plate 831 and the first set of intermediate gears 862 and the second set of intermediate gears 872, and the first set of intermediate gears 872.
  • the gear 862 and the second intermediate gear 872 may be arranged to rotate independently of the central axis of rotation of the pitch plate 831 .
  • the first set of intermediate gears 862 and the second set of intermediate gears 872 may have the same central axis of rotation and may be spaced apart at regular intervals by varying heights.
  • first group drive gear 861 and the second group drive gear 871 are spaced apart at different heights, and the first group rotation gear 863 and the second group rotation gear 873 also have different heights. may be spaced apart.
  • the motor pack 800 may further include a motor connection member 841 .
  • the motor connecting member 841 is coupled to the pitch plate 831, and may be connected to the rotation center axis of the first set plate 811 and the rotation center axis of the second set plate 821.
  • the power generated from the first group drive motor 851 and the second group drive motor 852 is controlled while maintaining the center of each rotation axis of the first group plate 811 and the second group plate 821. There is an effect that can be transmitted to the first set plate 811 and the second set plate 821.
  • the first set plate 811 and the second set plate 821 are coupled to the pitch plate 831, when the pitch plate 831 rotates, the first set plate 811 and the second set plate ( 821 revolves around a rotation axis (not shown) of the pitch drive motor 853. This will be described in more detail in the pitch operation to be described later.
  • 54 to 56 are enlarged views sequentially showing a state of being rotated by the pitch drive motor.
  • the pitch drive motor 853 rotates, the pitch plate 831 rotates (rotates) around a pitch rotation axis (not shown), and the first set plate 811 disposed on the pitch plate 831 together with The second group plate 821 also revolves around the pitch rotation axis.
  • the first set drive motor 851 and the second set drive motor 852 rotate.
  • the pitch driving motor 853 and the pitch plate 831 rotate in the direction of arrow A3 for pitch operation. Then, by the rotation of the pitch plate 831, the first set plate 811 and the second set plate 821 also revolve around the axis of rotation of the pitch drive motor 853 in the direction of the arrow A3.
  • the first group drive motor 851 and the first group drive gear coupled thereto 861 rotates in the direction of arrow A1.
  • the first group intermediate gear 862 engaged with the first group driving gear 861 is rotated in the direction of the arrow A1 '.
  • the first group rotation gear 863 revolves around the pitch axis of rotation by the first group plate (811).
  • the first group intermediate gear 862 rotates around the pitch axis of rotation by the first group drive gear 861, and the first group rotation gear 863 revolves around the pitch rotation axis at the same time. While the teeth of the specific teeth of the first set of intermediate gear 862 and the first set of rotating gears 863 are still in contact. That is, the first group rotation gear 863 does not gear rotate with respect to the first group intermediate gear 862.
  • the relative positions of the first set of intermediate gears 862 and the first set of rotation gears 863 are maintained constant.
  • the rotation of the first group plate 811 and the second group plate 812 which are generated secondarily when the pitch drive motor 853 rotates to perform the pitch operation, is performed by the first group drive motor 851 and As the second jaw drive motor 852 rotates to compensate, as a result, the pitch motion may not be affected by the motion of the jaw.
  • the second set driving motor 852 in order for the second set (see 102 of FIG. 7 ) to operate, the second set driving motor 852 must be rotated.
  • the rotation shaft of the second group driving motor 852 and the second group driving gear 871 coupled therewith rotate in the direction of the arrow B2
  • the second group intermediate gear 872 engaged therewith is rotated in the B2' direction.
  • the second set of rotation gears 873 and the second set of plates 821 engaged with the second set of intermediate gears 872 are rotated in the direction of the arrow B2''.
  • the pitch plate 811 does not rotate and maintains its position, and only the second set plate 821 disposed on the pitch plate 811 rotates.
  • the pitch driving motor 853 and the second driving motor 852 may each rotate so that the second set rotates while the pitch operation is performed.
  • the pitch driving motor 853 and the pitch plate 831 rotate in the direction of arrow C3 for pitch operation. Then, by the rotation of the pitch plate 831, the first set plate 811 and the second set plate 821 also revolve around the rotation axis of the pitch drive motor 853 in the direction of the arrow C3.
  • the first group drive motor 851 and the first group drive gear coupled thereto 861 rotates in the direction of arrow C1.
  • the first group intermediate gear 862 engaged with the first group driving gear 861 is rotated in the direction of the arrow C1 '.
  • the first group rotation gear 863 revolves around the pitch axis of rotation by the first group plate (811).
  • the second set driving motor 852 and the second set driving gear 871 coupled thereto rotate in the direction of arrow C2.
  • the second group intermediate gear 872 engaged with the second group drive gear 871 rotates in the direction of the arrow C2 '
  • the second group rotation gear 873 meshed with the second group intermediate gear 872 is It rotates in the direction of C''.
  • the rotation amount to compensate for the rotation of the pitch drive motor 853 should be considered together when the second group drive motor 852 rotates. do.
  • the second group drive gear 871 is formed relatively smaller than the second group intermediate gear 872 in the drawing, assuming that the pitch also rotates 45 ° and the second row also rotates 45 °, the second group drive motor 852 is shown rotating clockwise. However, this may vary depending on the rotation ratio of each gear.
  • the motor pack 800 of the second embodiment of the present invention is a motor pack of the first embodiment in which the first group drive motor 551 and the second group drive motor 552 rotate together as the pitch drive motor 553 rotates. Unlike (500), the positions of the first group driving motor 851 and the second group driving motor 852 may be maintained without changing.
  • the rotation center axis is the same as the rotation center axis of the Article 1 plate 511, and the rotation center axis when the rotation power of the Article 2 drive motor 552 is generated.
  • the rotation center axis of the first group drive motor 851 is the rotation center axis of the first group plate 811.
  • the rotation center axis of the second group driving motor 852 is spaced apart from the rotation center axis of the second group plate (821).
  • the power generated by the first group driving motor 851 passes through the first group driving gear 861, the first group intermediate gear 862, and the first group rotation gear 863 to the first group plate 811 can be forwarded to
  • the power generated from the second group drive motor 852 is transmitted to the second group plate 821 through the second group driving gear 871, the first group intermediate gear 872, and the first group rotation gear 873. can be conveyed
  • the configuration and effect of transmitting the rotational power of the pitch plate 831, the first set plate 811, and the second set plate 821 to the drive unit 200 are the motor pack according to the first embodiment. Since it is the same as (500), a detailed description is omitted in the overlapping range.
  • the present invention relates to a surgical instrument and a surgical robot including the same, and in detail, can be operated manually or automatically for use in laparoscopic surgery or various surgeries, and pitch motion and yaw motion/actuation motion are independent and smooth It can be used for surgical instruments and surgical robots including them.

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Abstract

본 발명은 수술용 인스트루먼트에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트에 관한 것이다.

Description

수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇
본 발명은 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇에 관한 것이다.
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다.
따라서 최근에는 피부에 소정의 구멍을 형성하여 의료 기기, 예를 들면, 복강경, 수술용 인스트루먼트, 미세수술용 현미경 등 만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
여기서 수술 로봇은 외과의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다.
현재 전 세계적으로 개발되고 있는 수술 로봇은 뼈 수술 로봇, 복강경 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등이 있다. 여기서 복강경 수술 로봇은 복강경과 소형 수술도구를 이용하여 최소 침습적 수술을 시행하는 로봇이다.
복강경 수술은 배에 하나 이상의 작은 구멍을 뚫고, 배 안을 들여다보기 위한 내시경인 복강경을 집어넣은 후 수술하는 첨단 수술기법으로서 향후 많은 발전이 기대되는 분야이다. 최근의 복강경은 컴퓨터칩이 장착되어 육안으로 보는 것보다도 더 선명하면서도 확대된 영상을 얻을 수 있으며, 또 모니터를 통해 화면을 보면서 특별히 고안된 복강경용 수술 기구들을 사용하면 어떠한 수술도 가능할 정도로 발전하고 있다.
더욱이 복강경 수술은 그 수술 범위가 개복 수술과 거의 같으면서도, 개복수술에 비해 합병증이 적고, 시술 후 훨씬 이른 시간 안에 치료를 시작할 수 있으며, 수술 환자의 체력이나 면역기능을 유지시키는 능력이 우수한 이점이 있다. 이로 인해 미국과 유럽 등지에서는 대장암 치료 등에 있어서는 복강경 수술이 점차 표준 수술로 인식되어 가는 추세이다.
한편, 수술용 로봇은 일반적으로 마스터 로봇과 수술 로봇으로 구성된다. 수술자가 마스터 로봇에 구비된 조종 레버(예를 들어 핸들)를 조작하면, 수술 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술도구가 조작되어 수술이 수행된다.
본 발명은 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 로봇 암에 장착되거나 또는 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트에 있어서, 피치 동작 시 발생하는 조 와이어의 움직임을 보상하여 피치 동작과 요 동작/액츄에이션 동작이 독립적으로 원활하게 수행되는 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool); 상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어; 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부; 상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 조(jaw) 풀리; 및 상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하게 형성되고, 상기 구동부 조 풀리의 중심과 미리 설정된 간격을 유지한 상태에서 상대적으로 이동이 가능하며, 상기 구동부 조 풀리의 중심을 기준으로 공전(revolution)하고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조 회전축;을 포함하고, 상기 구동부 조 회전축의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고, 상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축, 상기 구동부 조 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며, 상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제2 축을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 구동부 피치 풀리;를 더 포함하고, 상기 구동부 조 회전축은 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성되어, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 제2 축에 대한 상기 구동부 조 회전축의 상대적인 위치가 변하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전 중심과 상기 구동부 조 회전축의 회전 중심의 상대적인 거리는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 구동부 조 회전축은 상기 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이의 변경에 의해, 상기 엔드 툴 내의 상기 조 와이어의 전체 길이도 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되더라도, 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴 조 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와, 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴의 피치 회전 시에, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨 나와서 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 지나는 상기 조 와이어의 두 가닥은 같은 방향으로 동시에 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 일 평면을 기준으로, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 일 평면에 대해 동일한 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조는 제1 조 및 제2 조를 포함하고, 상기 엔드 툴 조 풀리는, 상기 제1 조와 결합하는 엔드 툴 제1 조 풀리와, 상기 제2 조와 결합하는 엔드 툴 제2 조 풀리를 포함하고, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 결합되는 제1 조 와이어와, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 결합되는 제2 조 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 평면을 기준으로, 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제1 조 와이어는 상기 평면에 대해 어느 일 측에 배치되고, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제2 조 와이어는 상기 평면에 대해 다른 일 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리와 차례로 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 엔드 툴 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제4 축 또는 상기 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 피치 풀리; 및 상기 엔드 툴 피치 풀리 및 상기 구동부 피치 풀리에 각각 결합되어 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 구동부 피치 풀리를 연결하는 피치 와이어;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리의 회전량과 상기 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 제1 각도만큼 자전하면, 상기 구동부 조 회전축은 상기 제1 각도만큼 공전하며, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제1 각도만큼 자전하면, 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리는 제2 각도만큼 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 풀리와 인접하게 배치되고, 상기 엔드 툴로부터 상기 조 와이어를 상기 구동부 조 풀리로 전달하는 적어도 하나 이상의 구동부 서브 중개 풀리를 포함하고, 상기 조 와이어는 상기 구동부 서브 중개 풀리, 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축을 차례로 지날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면, 상기 구동부 조 회전축이 함께 회전하면서, 상기 구동부 서브 중개 풀리로의 진입 지점부터, 상기 구동부 조 풀리를 거쳐서, 상기 구동부 조 회전축으로부터의 진출 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 회전하면, 상기 엔드 툴 조 풀리와 상기 구동부 조 회전축을 연결하는 상기 조 와이어의 배치 경로 상에서, 상기 조 와이어가 상기 구동부 조 풀리와 처음 접촉하는 지점부터, 상기 조 와이어가 상기 구동부 조 풀리와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고, 상기 구동부 조 회전축은 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution) 가능하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 피치 풀리와 연결된 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축과 일정 정도 이격된 상태에서, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축과 일정한 거리를 유지하면서 상기 구동부 조 회전축 전체가 상기 제2 축을 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성된 베이스 플레이트;를 더 포함하고, 상기 구동부 조 회전축은 상기 베이스 플레이트 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 플레이트에는 두 개 이상의 홀부가 형성되며, 상기 각 홀부 중 적어도 하나에는 구동부 조 회전축이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 조 회전축을 강체 연결하여, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)하면, 상기 구동부 조 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부 조(jaw) 풀리가 회전하여도 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 구동부 조 풀리와 각각 결합하여 전체적으로 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 요 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고, 상기 피치 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 공전(revolution)하는 동작일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 수술자의 핸들 조작에 의해 동작을 수행하는 하나 이상의 로봇 암 유닛; 및 상기 로봇 암 유닛에 결합되는 수술용 인스트루먼트;를 포함하고, 상기 수술용 인스트루먼트는, 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool); 상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어; 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부; 상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 조(jaw) 풀리; 및 상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하게 형성되고, 상기 구동부 조 풀리의 중심과 미리 설정된 간격을 유지한 상태에서 상대적으로 이동이 가능하며, 상기 구동부 조 풀리의 중심을 기준으로 공전(revolution)하고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조 회전축;을 포함하고, 상기 구동부 조 회전축의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고, 상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축, 상기 구동부 조 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며, 상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 수술 로봇을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 피치 동작 시 발생하는 조 와이어의 움직임을 보상하여 피치 동작과 요 동작/액츄에이션 동작이 독립적으로 원활하게 수행되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 로봇 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 수술 로봇 및 이에 장착된 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에서 인스트루먼트 케이스를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 수술 로봇에서 수술용 인스트루먼트를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 사시도이다.
도 9 및 도 10은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 평면도이다.
도 11은 종래의 수술용 인스트루먼트에서, 중립 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 수술용 인스트루먼트에서, 피치 보상을 수행할 경우를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
도 14는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
도 15 내지 도 18은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 사시도이다.
도 19 및 도 20은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 평면도이다.
도 21은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 측면도이다.
도 22는 도 15의 구동부를 도시한 저면 사시도이다.
도 23은 도 15의 구동부에서 제1 조와 관련된 구성을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 24는 도 15의 구동부에서 제2 조와 관련된 구성을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 25는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 평면도이다.
도 26은 도 25에서의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 도시한 도면이다.
도 27은 도 25 및 도 26에서 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 나타내는 도면이다.
도 28은 도 25 및 도 26에서 도 27의 반대 방향으로의 피치 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 나타내는 도면이다.
도 29는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부 및 엔드 툴을 도시한 평면도이다.
도 30는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 요 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 도시한 도면이다.
도 31 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터팩을 도시한 사시도이다.
도 34는 도 31의 모터팩을 도시한 저면 사시도이다.
도 35는 도 31의 모터팩을 도시한 평면도이다.
도 36은 도 31에서 피치 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 37은 도 31에서 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 38은 도 31에서 피치 구동 모터 및 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 39 및 도 40은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 평면도이다.
도 42는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 저면 사시도이다.
도 43 및 도 44는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다.
도 45는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 평면도이다.
도 46은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 저면 사시도이다.
도 47 내지 도 51은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터팩을 도시한 사시도이다.
도 52는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터팩을 도시한 평면도이다.
도 53은 도 51에서 피치 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 54 내지 도 56은 피치 구동 모터에 의해 회전되는 상태를 순차적으로 도시한 확대도이다.
도 57은 도 51에서 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 58은 도 51에서 피치 구동 모터 및 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 로봇 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템의 내부 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 수술 로봇 및 이에 장착된 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 수술 로봇 시스템(1)은 마스터 로봇(10), 수술 로봇(20), 수술용 인스트루먼트(30)를 포함한다.
마스터 로봇(10)은 조작 부재(10a) 및 디스플레이 부재(10b)를 포함하고, 수술 로봇(20)은 하나 이상의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 포함한다.
상세히, 마스터 로봇(10)은 수술자가 양손에 각각 파지하여 조작할 수 있도록 조작 부재(10a)를 구비한다. 조작 부재(10a)는 도 1에 예시된 바와 같이 두 개 또는 그 이상의 핸들로 구현될 수 있으며, 수술자의 핸들 조작에 따른 조작 신호가 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술 로봇(20)으로 전송되어 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 제어된다. 즉, 수술자의 핸들 조작에 의해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 위치 이동, 회전, 절단 작업 등의 수술 동작이 수행될 수 있다.
예를 들어, 수술자는 핸들 형태의 조작 레버를 이용하여 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 조작할 수 있다. 이와 같은 조작 레버는 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 동작을 조작하는 마스터 핸들과, 전체 시스템의 기능을 조작하기 위해 마스터 로봇(10)에 부가된 조이스틱, 키패드, 트랙볼, 풋페달, 터치스크린과 같은 각종 입력도구와 같이, 수술 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23) 및/또는 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 조작 부재(10a)는 핸들의 형상으로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망과 같은 네트워크를 통해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한 없이 적용될 수 있다.
또는 사용자 입력을 위해 음성 입력이나 모션 입력 등도 적용될 수 있다. 즉, 사용자가 머리에 센서가 부착된 안경 또는 HMD(head mount display)를 착용하고, 시선을 돌리는 방향에 따라 수술 로봇(20)에 포함되는 복강경(도면 미도시)이 움직일 수도 있다. 또는 사용자가 ‘왼쪽’, ‘오른쪽’, ‘1번 암’, ‘2번 암’ 등과 같이 음성으로 명령을 내리면, 이를 인식해서 동작을 수행할 수도 있다.
마스터 로봇(10)의 디스플레이 부재(10b)에는 후술할 복강경을 통해 촬영되는 영상이 화상 이미지로 표시된다. 또한 디스플레이 부재(10b)에는 소정의 가상 조작판이 상기 복강경을 통해 촬영되는 영상과 함께 표시되거나 또는 독립적으로 표시될 수 있다. 이와 같은 가상 조작판의 배치, 구성 등에 관해서는 상세한 설명은 생략하도록 한다.
여기서, 디스플레이 부재(10b)는 하나 이상의 모니터들로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 할 수 있다. 모니터의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
한편, 수술 로봇(20)은 하나 이상의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들은 서로 독립적으로 동작할 수 있는 모듈 형태로 구비될 수 있으며, 이때 각 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들 간에 충돌을 방지하는 알고리즘이 수술 로봇 시스템(1)에 적용될 수도 있다.
일반적으로 로봇 암은 인간의 팔 및/또는 손목과 유사한 기능을 가지고 있으며 손목 부위에 소정의 도구를 부착시킬 수 있는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 '로봇 암 유닛(21)(22)(23)'이란 상박, 하박, 손목, 팔꿈치 등의 구성 요소 및 상기 손목 부위에 결합되는 수술용 인스트루먼트 등을 모두 포괄하는 개념으로 정의할 수 있다. 또는 손목 부위에 결합되는 수술용 인스트루먼트는 제외하고, 수술용 인스트루먼트를 구동하기 위한 구성 요소까지 만을 포함하는 개념으로 정의할 수도 있다.
이와 같은, 수술 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)은 다자유도를 가지며 구동되도록 구현될 수 있다. 로봇 암 유닛(21)(22)(23)은 예를 들어 환자의 수술 부위에 삽입되는 수술기구, 수술기구를 수술 위치에 따라 요(yaw)방향으로 회전시키는 요 구동부, 요 구동부의 회전 구동과 직교하는 피치(pitch) 방향으로 수술기구를 회전시키는 피치 구동부, 수술기구를 길이 방향으로 이동시키는 이송 구동부, 수술기구를 회전시키는 회전 구동부, 수술기구의 끝단의 엔드 이펙터(end effector)를 구동하여 수술 병변을 절개 또는 절단하는 수술기구 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 구성이 이에 제한되지는 않으며, 이러한 예시가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 수술자가 조작 부재(10a)를 조작함에 의해 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 상응하는 방향으로 회전, 이동하는 등의 실제 제어 과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
여기서, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들 중 2개에는 수술용 인스트루먼트(30)가 부착되고, 1개에는 복강경이 부착될 수 있다. 그리고, 수술자인 집도의는 마스터 로봇(10)을 통해 제어하고자 하는 로봇 암 유닛(21)(22)(23)을 선택할 수 있다. 이와 같이, 마스터 로봇(10)을 통해 총 3개 이상의 수술기구를 집도의가 직접 조종함으로써, 수술 보조자가 필요 없이 여러 기구의 조종을 집도의 의도대로 정확하고 자유로이 수행할 수 있다.
한편, 수술 로봇(20)은 환자를 수술하기 위하여 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 수술 부위가 디스플레이 부재(10b)를 통해 화상 이미지로 표시되도록 하기 위한 복강경은 독립된 수술 로봇(20)으로 구현될 수도 있다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 복강경 이외의 다양한 수술용 내시경(예를 들어, 흉강경, 관절경, 비경 등)이 이용되는 수술들에 범용적으로 사용될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서, 마스터 로봇(10)은, 영상 입력부(11), 화면 표시부(12), 사용자 입력부(13), 조작신호 생성부(14), 제어부(15), 메모리(16), 저장부(17), 통신부(18)를 포함할 수 있다.
영상 입력부(11)는 수술 로봇(20)의 복강경에 구비된 카메라를 통해 촬영된 영상을 유선 또는 무선 통신망을 통해 수신할 수 있다.
화면 표시부(12)는 영상 입력부(11)를 통해 수신된 영상에 상응하는 화상 이미지를 시각(視覺)적 정보로 출력한다. 또한, 화면 표시부(12)는 피시술자의 생체 정보가 입력되는 경우, 이에 상응하는 정보를 더 출력할 수 있다. 또한, 화면 표시부(12)는 수술 부위에 대한 환자의 관련 이미지 데이터(예를 들어, X-ray 이미지, CT 이미지, MRI 이미지 등)를 더 출력할 수도 있다. 여기서, 화면 표시부(12)는 디스플레이 부재(도 1의 10b 참조) 등의 형태로 구현될 수 있으며, 수신된 영상이 화면 표시부(12)를 통해 화상 이미지로 출력되도록 하기 위한 영상 처리 프로세스가 제어부(15)에 의해 수행될 수 있다.
도 2에 도시한 실시예에서는 영상 입력부(11)와 화면 표시부(12)를 마스터 로봇(10)에 포함된 구성으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 디스플레이 부재가 마스터 로봇(10)과 이격된 별도의 부재로 제공될 수 있다. 또는, 디스플레이 부재가 마스터 로봇(10)의 일 구성 요소로서 제공될 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서는 디스플레이 부재가 다수 개 구비되어, 이 중 어느 하나는 마스터 로봇(10)과 인접한 곳에 배치되고, 다른 일부는 마스터 로봇(10)과 다소 이격된 곳에 배치될 수도 있을 것이다.
여기서, 화면 표시부(12)(즉, 도 1의 디스플레이 부재(10b))는 입체 디스플레이 장치로 구비될 수도 있다. 상세히, 입체 디스플레이 장치는 스테레오스코픽(stereoscopic) 기술을 적용하여 2차원 영상에 깊이(depth) 정보를 부가하고, 이 깊이 정보를 이용하여 관찰자가 3차원의 생동감과 현실감을 느낄 수 있게 하는 화상표시장치를 지칭한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(1)은 화면 표시부(12)로 입체 디스플레이 장치를 구비하여 사용자에게 보다 실제적인 가상환경을 제공할 수도 있다.
사용자 입력부(13)는 수술 로봇(20)의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)들의 위치 및 기능을 수술자가 조작할 수 있도록 하는 수단이다. 사용자 입력부(13)는 도 1에 예시된 바와 같이 핸들 형상의 조작 부재(도 1의 10a 참조) 형태로 형성될 수 있으나, 그 형상이 이에 제한되지 않으며 동일한 목적 달성을 위한 다양한 형상으로 변형 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어 일부는 핸들 형상으로, 다른 일부는 클러치 버튼 등의 상이한 형상으로 형성될 수도 있으며, 수술도구의 조작을 용이하도록 하기 위해 수술자의 손가락을 삽입 고정할 수 있도록 하는 손가락 삽입관 또는 삽입 고리가 더 형성될 수도 있다.
조작신호 생성부(14)는 로봇 암 유닛(21)(22)(23)의 위치 이동 또는 수술 동작에 대한 조작을 위해 수술자가 사용자 입력부(13)를 조작하는 경우, 이에 상응하는 조작신호를 생성하여 통신부(18)를 통해 수술 로봇(20)으로 전송한다. 조작신호는 유선 또는 무선 통신망을 통해 송수신될 수 있다.
제어부(15)는 일종의 중앙처리장치로서, 상술한 기능이 수행될 수 있도록 각 구성 요소들의 동작을 제어한다. 일 예로, 제어부(15)는 영상 입력부(11)를 통해 입력되는 영상이 화면 표시부(12)를 통해 표시될 화상 이미지로 변환하는 기능을 수행할 수도 있다.
메모리(16)는 제어부(15)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 메모리(16)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
저장부(17)는 수술 로봇(20)으로부터 수신한 자료들을 저장할 수 있다. 또한 저장부(17)는 입력된 각종 데이터(예를 들어, 환자 데이터, 기기 데이터, 수술 데이터 등)들을 저장할 수 있다.
통신부(18)는 통신망(60)과 연동하여 수술 로봇(20)에서 전송되는 영상 데이터 및 마스터 로봇(10)에서 전송하는 제어 데이터를 송수신하는데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다.
수술 로봇(20)은 복수 개의 로봇 암 유닛 제어부(21a)(22a)(23a)를 포함한다. 그리고 로봇 암 유닛 제어부(21a)는 로봇 암 제어부(26), 인스트루먼트 제어부(27), 통신부(29)를 포함한다. 또한, 로봇 암 유닛 제어부(21a)는 레일 제어부(28)를 더 포함할 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 레일 제어부(28)는 로봇 암 유닛(21)(22)(23)에서 수술용 인스트루먼트(30)가 미리 설정되는 경로, 구체적으로 연결부(310)의 길이 방향을 따라 이동이 가능하게 이동 경로를 제어할 수 있다.
로봇 암 제어부(26)는 마스터 로봇(10)의 조작신호 생성부(14)에서 생성된 조작 신호를 수신하여, 이 조작 신호에 따라 로봇 암 유닛(21)(22)(23)이 동작하도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
인스트루먼트 제어부(27)는 마스터 로봇(10)의 조작신호 생성부(14)에서 생성된 조작 신호를 수신하여, 이 조작 신호에 따라 수술용 인스트루먼트(30)가 동작하도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
통신부(29)는 통신망(60)과 연동하여 수술 로봇(20)에서 전송되는 영상 데이터 및 마스터 로봇(10)에서 전송하는 제어 데이터를 송수신하는데 필요한 통신 인터페이스를 제공한다.
한편, 통신망(60)은 마스터 로봇(10)과 수술 로봇(20)을 연결하는 역할을 수행한다. 즉, 통신망(60)은 마스터 로봇(10)과 수술 로봇(20)이 연결된 후 상호 데이터를 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 통신망을 의미한다. 통신망(60)은 예컨대 LANs(Local Area Networks), WANs(Wide Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks), ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 수술 로봇 및 이에 장착된 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3에서 인스트루먼트 케이스를 제거한 상태를 도시한 도면이다. 도 5는 도 3의 수술 로봇에서 수술용 인스트루먼트를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
로봇 암 유닛(21)(22)(23)에는 뒤에 설명할 수술용 인스트루먼트(30)가 연결되며 설치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 인스트루먼트 케이스(40)는 수술용 인스트루먼트(30)를 커버하며 로봇 암 유닛(21)에 연결될 수 있다. 인스트루먼트 케이스(40)가 외부에 노출되는 수술용 인스트루먼트(30)의 일측을 커버함으로써 외부의 이물질이 수술용 인스트루먼트(30)에 도달하는 것을 차단할 수 있고, 수술용 인스트루먼트(30)가 외부의 충격으로부터 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 로봇 암 유닛(21)(22)(23) 중 하나의 로봇 암 유닛(21)만 도시되어 수술용 인스트루먼트(30)와 결합되나, 이에 한정하는 것은 아니고 상술한 바와 같이 로봇 암 유닛(21)(22)(23) 중 2개에는 수술용 인스트루먼트(30)가 부착되고, 1개에는 복강경이 부착될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 모터팩(500)은 수술용 인스트루먼트(30)와 연결가능한 것으로, 수술 로봇(20), 구체적으로 로봇 암 유닛(21)에 결합되며 위치 고정될 수 있다.
수술용 인스트루먼트(30)의 일 측에는 인스트루먼트 케이스(40)가 연결되고, 이에 대향하는 타 측에는 모터팩(500)이 연결되며 결합될 수 있다. 모터팩(500)은 외부로부터 전원을 공급받아 동력을 발생시키는 것으로, 모터팩(500)에서 발생한 동력을 수술용 인스트루먼트(30)으로 전달할 수 있고, 이로 인하여 수술용 인스트루먼트(30)에서 피치 동작, 요 동작, 액츄에이션 동작, 롤 동작을 수행할 수 있다.
(수술용 인스트루먼트)
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다. 도 7 및 도 8은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 사시도이다. 도 9 및 도 10은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 평면도이다. 도 11은 종래의 수술용 인스트루먼트에서, 중립 상태를 나타내는 도면이다. 도 12는 도 11의 수술용 인스트루먼트에서, 피치 보상을 수행할 경우를 나타내는 도면이다. 도 15 내지 도 18은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 사시도이다. 도 19 및 도 20은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 평면도이다. 도 21은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 측면도이다. 도 22는 도 15의 구동부를 도시한 저면 사시도이다. 도 23은 도 15의 구동부에서 제1 조와 관련된 구성을 부분적으로 도시한 도면이다. 도 24는 도 15의 구동부에서 제2 조와 관련된 구성을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는 엔드 툴(end tool)(100), 구동부(200), 동력 전달부(300)를 포함하고, 동력 전달부(300)는 연결부(310)를 포함할 수 있다.
여기서, 연결부(310)는 속이 빈 샤프트(shaft) 형상으로 형성되어, 그 내부에 하나 이상의 와이어(후술함) 들이 수용될 수 있으며, 그 일 단부(도 6 기준 상측 단부)에는 구동부(200)가 결합되고, 이에 대향하는 타 단부(도 6 기준 하측 단부)에는 엔드 툴(100)이 결합되어, 구동부(200)와 엔드 툴(100)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
구동부(200)는 연결부(310)의 일 단부에 형성되며, 로봇 암 유닛(도 1의 21 등 참조)과 결합할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 따라서 사용자에 의해 마스터 로봇(도 1의 10 참조)이 동작하면, 이에 대응하는 동작을 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100)이 수행할 수 있도록 로봇 암 유닛(도 1의 21 등 참조)에 연결되는 모터팩(500)이 작동하며, 이 모터팩(500)의 구동력이 구동부(200)를 통해 엔드 툴(100)로 전달될 수 있다. 이를 다른 관점에서 말하면, 구동부(200) 자체가 수술용 인스트루먼트(30)와 수술 로봇(20) 사이를 연결하는 인터페이스가 된다고 설명할 수도 있다.
엔드 툴(100)은 연결부(310)의 타 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 수술에 필요한 동작을 수행한다. 이와 같은 엔드 툴(100)의 일 예로써, 도 7에 도시된 바와 같이 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(101)(102)가 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 수술을 위한 다양한 장치들이 엔드 툴(100)로 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 외팔이 소작기와 같은 구성도 엔드 툴로써 사용될 수 있을 것이다.
이와 같은 엔드 툴(100)은 동력 전달부(300)에 의해 구동부(200)와 연결되고, 모터팩(500)에서 발생하여 구동부(200)로 전달되는 구동력을 동력 전달부(300)를 통해 전달받음으로써, 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 동작 등 수술에 필요한 동작을 수행하게 된다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100)은 적어도 두 개 이상의 방향으로 회전가능하도록 형성되며, 예를 들어 엔드 툴(100)은 도 7의 회전축(143)을 중심으로 피치(pitch) 운동을 수행하는 동시에, 도 7의 회전축(141)을 중심으로 요(yaw) 운동 및 액츄에이션(actuation) 운동을 수행하도록 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명에서 사용되는 피치(pitch)와 요(yaw)와 액츄에이션(actuation) 동작 각각에 대해 정의하면 다음과 같다.
먼저, 피치(pitch) 동작은 엔드 툴(100)이 연결부(310)의 연장 방향(도 7의 X축 방향)에 대해서 상하 방향으로 회전하는 운동, 즉 도 7의 Y축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(310)의 연장 방향(도 7의 X축 방향)으로 연결부(310)로부터 연장 형성되어 있는 엔드 툴(100)이 연결부(310)에 대해 Y축을 중심으로 상하로 회전하는 운동을 의미한다.
다음으로, 요(yaw) 동작은 엔드 툴(100)이 연결부(310)의 연장 방향(도 7의 X축 방향)에 대해서 좌우 방향으로 회전하는 동작, 즉 도 7의 Z축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(310)의 연장 방향(도 7의 X축 방향)으로 연결부(310)로부터 연장 형성되어 있는 엔드 툴(100)이 연결부(310)에 대해 도 7의 Z축을 중심으로 좌우로 회전하는 운동을 의미한다. 즉, 엔드 툴(100)에 형성된 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 Z축을 중심으로 서로 동일한 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.
한편, 액츄에이션(actuation) 동작은 엔드 툴(100)이 요(yaw) 동작과 동일한 회전축을 중심으로 회전하되, 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 서로 반대 방향으로 회전하면서 조(jaw)가 오므라들거나 벌어지는 동작을 의미한다. 즉, 엔드 툴(100)에 형성된 두 개의 조(jaw)(101)(102)가 도 7의 Z축을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.
이를 다른 관점에서 정의하면, 요 회전은 후술할 엔드 툴 조 풀리가 엔드 툴 조 풀리 회전축인 회전축(141)을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고, 피치 회전은 엔드 툴 조 풀리가 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 공전(revolution)하는 동작이라고 정의할 수도 있다.
동력 전달부(300)는 구동부(200)와 엔드 툴(100)을 연결하여, 구동부(200)의 구동력을 엔드 툴(100)에 전달하는 역할을 수행하며, 다수 개의 와이어, 풀리, 링크, 마디, 기어 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 6의 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100), 구동부(200), 동력 전달부(300) 등에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
(동력 전달부)
이하에서는 도 6의 수술용 인스트루먼트(30)의 동력 전달부(300)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 7 내지 도 10, 도 15 내지 도 21, 도 23, 도 24를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)의 동력 전달부(300)는 와이어(301), 와이어(302), 와이어(303), 와이어(304), 와이어(305), 와이어(306)를 포함할 수 있다.
여기서, 와이어(301)와 와이어(305)는 한 쌍을 이루어 제1 조 와이어로서 역할을 수행할 수 있다. 와이어(302)와 와이어(306)는 한 쌍을 이루어 제2 조 와이어로서 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 조 와이어인 와이어(301), 와이어(305)와, 제2 조 와이어인 와이어(302), 와이어(306)를 포괄하는 구성요소를 조 와이어(jaw wire)라고 지칭할 수 있다.
그리고, 와이어(303)와 와이어(304)는 한 쌍을 이루어 피치 와이어(pitch wire)로서 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 도면에는 한 쌍의 와이어들은 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 한 쌍의 와이어들은 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 한 쌍의 와이어들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 쌍의 와이어들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)의 동력 전달부(300)는, 와이어와 풀리를 결합시키기 위해 각 와이어의 각 단부에 결합되는 체결 부재(321), 체결 부재(326) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 각 체결 부재들은 볼(ball) 형태, 튜브(tube) 형태 등 필요에 따라 다양한 형태일 수 있다.
여기서, 피치 와이어 체결 부재인 체결 부재(321)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 피치 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)의 구동부(200) 측 단부에는 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
한편, 제2 조 와이어 체결 부재인 체결 부재(326)는 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 제2 조 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 구동부(200) 측 단부에는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 체결 부재(326)와 동일한 형상의 체결 부재(미도시)가 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 엔드 툴(100) 측 단부에 결합되어, 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 구동부(200) 측 단부에는 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다.
여기서는, 각 체결 부재들이 동력 전달부(300)에 포함되는 것으로 분류하였으나, 엔드 툴(100) 측의 체결 부재는 엔드 툴(100)에 포함되고, 구동부(200) 측의 체결 부재는 구동부(200)에 포함되는 것으로 분류할 수도 있다.
와이어들과 체결 부재들 및 각 풀리 간의 결합관계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 하나의 단일 와이어일 수 있다. 단일 와이어인 제2 조 와이어의 중간 지점에 제2 조 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(326)를 끼우고, 이 체결 부재(326)를 가압(crimping)하여 고정시킨 후에, 체결 부재(326)를 중심으로 제2 조 와이어의 양 가닥을 각각 와이어(302)와 와이어(306)라고 지칭할 수 있다.
또는 제2 조 와이어인 와이어(302)와 와이어(306)는 각각 별도의 와이어로 형성되고, 체결 부재(326)에 의해 와이어(302)와 와이어(306)가 연결될 수도 있다.
그리고, 이 체결 부재(326)가 풀리(121)에 결합됨으로써, 와이어(302) 및 와이어(306)가 풀리(121)와 고정 결합될 수 있다. 이에 의해, 와이어(302) 및 와이어(306)가 당기고 풀림에 따라 풀리(121)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
한편, 와이어(302) 및 와이어(306)에서 체결 부재(326)가 체결된 곳의 반대쪽 단부는 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 결합될 수 있다. 즉, 와이어(302) 및 와이어(306)의 반대쪽 단부를 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)에 끼우고, 이 체결 부재(미도시)를 가압(crimping)하여 와이어(302) 및 와이어(306)와 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)를 각각 고정시킬 수 있다.
그리고, 와이어(302) 및 와이어(306)와 결합된 제2 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)가 풀리(221) 및 풀리(222)에 각각 결합됨으로써, 와이어(302) 및 와이어(306)가 풀리(221) 및 풀리(222)와 각각 고정 결합될 수 있다. 결과적으로, 풀리(221) 및 풀리(222)가 모터팩(500)(또는 인력(人力))에 의해 회전하면, 와이어(302) 및 와이어(306)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(121)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 구동부 제2 조 풀리가 풀리(221)와 풀리(222)의 두 개의 풀리를 포함하고, 따라서 제2 조 와이어-구동부 체결 부재도 두 개의 체결 부재를 포함할 수 있다. 또는, 구동부 제2 조 풀리가 하나의 풀리를 포함하고, 제2 조 와이어-구동부 체결 부재도 하나의 체결 부재를 포함하며, 와이어(302) 및 와이어(306)가 하나의 체결 부재에 결합되어, 하나의 구동부 제2 조 풀리에 결합될 수도 있을 것이다.
이와 동일한 방법으로, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 각각 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재(미도시) 및 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합된다. 그리고, 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재(미도시)는 풀리(111)와 결합하고, 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)는 풀리(211) 및 풀리(212)와 결합한다. 결과적으로, 풀리(211) 및 풀리(212)가 모터팩(500)(또는 인력(人力))에 의해 회전하면, 와이어(301) 및 와이어(305)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(111)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
이와 동일한 방법으로, 피치 와이어인 와이어(303)와 와이어(304)의 일 단부는 각각 피치 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(321)와 결합하고, 와이어(303)와 와이어(304)의 타 단부는 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합된다. 그리고, 체결 부재(321)는 풀리(131) 와 결합하고, 피치 와이어-구동부 체결 부재(미도시)는 풀리(231)와 결합한다. 결과적으로, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 모터팩(500)(또는 인력(人力))에 의해 회전하면, 와이어(303) 및 와이어(304)가 당기고 풀려지면서 엔드 툴(100)의 풀리(131)가 회전할 수 있게 되는 것이다.
결과적으로, 제1 조 와이어의 양 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)는 제1 조 와이어-엔드 툴 체결 부재인 체결 부재(323) 및 제1 조 와이어-구동부 체결 부재(미도시)와 결합하여, 전체적으로 폐루프(closed loop)를 이루도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 와이어 및 피치 와이어도 각각 폐루프(closed loop)를 이루도록 형성될 수 있다.
(엔드 툴)
이하에서는 도 6의 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 7 및 도 8은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 사시도이다. 도 9 및 도 10은 도 6의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴의 평면도이다. 여기서 도 7은 엔드 툴 허브(106) 및 피치 허브(107)가 결합된 상태를 도시하고, 도 8은 엔드 툴 허브(106) 및 피치 허브(107)가 제거된 상태를 도시한다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔드 툴(end tool)(100)은 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw), 즉, 제1 조(101)와 제2 조(102)를 구비한다. 여기서, 제1 조(101)와 제2 조(102) 각각, 또는 제1 조(101)와 제2 조(102)를 포괄하는 구성요소를 조(jaw)(103)라고 지칭할 수 있다.
또한, 엔드 툴(100)은 제1 조(jaw)(101)의 회전 운동과 관련된 풀리(111), 풀리(112), 풀리(113), 풀리(114), 풀리(115) 및 풀리(116)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 조(jaw)(102)의 회전 운동과 관련된 풀리(121), 풀리(122), 풀리(123), 풀리(124), 풀리(125), 풀리(126)를 포함할 수 있다.
여기서, 도면에는 한 그룹의 풀리들은 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 엔드 툴 내의 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다. 여기서, 상술한 풀리들을 포함하여, 엔드 툴(100) 내에 포함된 풀리들을 통칭하여 엔드 툴 풀리라고 할 수도 있다.
여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 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.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔드 툴(end tool)(100)은 엔드 툴 허브(106)와 피치 허브(107)를 포함할 수 있다.
엔드 툴 허브(106)는 후술할 회전축(141) 및 회전축(142)이 관통 삽입되며, 또한 회전축(141)에 축결합된 제1 조(101)와 제2 조(102)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다. 또한 엔드 툴 허브(106)는 회전축(142)에 축결합된 풀리(112), 풀리(122)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 엔드 툴 허브(106)의 일 단부에는 엔드 툴 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(131)가 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 풀리(131)가 엔드 툴 허브(106)와 별도의 부재로 형성되어 엔드 툴 허브(106)와 결합할 수 있다. 또는, 도면에는 도시되지 않았지만 풀리(131)가 엔드 툴 허브(106)와 일체(one-body)로 형성될 수 있다. 즉, 엔드 툴 허브(106)의 일 단부가 풀리처럼 원판 형상 내지는 반원 형상으로 형성되고, 그 외주면에 와이어가 감길 수 있는 그루브가 형성될 수도 있다. 상술한 와이어(303) 및 와이어(304)가 엔드 툴 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(131)에 결합되고, 이 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 회전하면서 피치 동작을 수행하게 된다.
피치 허브(107)는 후술할 회전축(143) 및 회전축(144)이 관통 삽입되며, 회전축(143)에 의해 엔드 툴 허브(106) 및 풀리(131)와 축결합 할 수 있다. 따라서 회전축(143)을 중심으로 엔드 툴 허브(106) 및 (이와 결합된) 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)가 피치 허브(107)에 대해 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
또한 피치 허브(107)는 회전축(143)에 축결합된 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123), 풀리(124)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다. 또한 피치 허브(107)는 회전축(144)에 축결합된 풀리(115), 풀리(116), 풀리(125), 풀리(126)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔드 툴(100)은 회전축(141), 회전축(142), 회전축(143), 회전축(144)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 회전축(141)과 회전축(142)은 엔드 툴 허브(106)에 관통 삽입되고, 회전축(143)과 회전축(144)은 피치 허브(107)에 관통 삽입될 수 있다.
회전축(141), 회전축(142), 회전축(143), 회전축(144)은 엔드 툴(100)의 원위부(distal end)(104)로부터 근위부(proximal end)(105) 방향으로 오면서 차례로 배치될 수 있다. 이에 따라, 원위부(104)부터 차례대로, 회전축(141)은 1번핀, 회전축(142)은 2번핀, 회전축(143)은 3번핀, 회전축(144)은 4번핀으로 지칭될 수도 있다.
여기서, 회전축(141)은 엔드 툴 조 풀리 회전축으로서 기능하고, 회전축(142)은 엔드 툴 조 보조 풀리 회전축으로서 기능하고, 회전축(143)은 엔드 툴 피치 회전축으로서 기능하고, 회전축(144)은 엔드 툴(100)의 엔드 툴 피치 보조 회전축으로서 기능할 수 있다.
이러한 각각의 회전축들(141)(142)(143)(144)에는 하나 이상의 풀리들이 끼워질 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
도 7, 도 8을 참조하면, 풀리(111)는 엔드 툴 제1 조 풀리로서 기능하고, 풀리(121)는 엔드 툴 제2 조 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 풀리라고 할 수도 있다.
엔드 툴 조 풀리인 풀리(111) 및 풀리(121)는 서로 마주보도록 형성되며, 엔드 툴 조 풀리 회전축인 회전축(141)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서 도면에는 풀리(111) 및 풀리(121)가 하나의 회전축(141)을 중심으로 회전하는 것으로 형성되어 있으나, 각각의 조 풀리가 별도의 축을 중심으로 회전가능하도록 형성될 수 있음은 물론이다. 여기서, 풀리(111)에는 제1 조(jaw)(101)가 고정 결합되어서 풀리(111)와 함께 회전하며, 풀리(121)에는 제2 조(jaw)(102)가 고정 결합되어서 풀리(121)와 함께 회전할 수 있다.
풀리(111) 및 풀리(121)의 회전에 따라 엔드 툴(end tool)(100)의 요 동작 및 액츄에이션 동작이 수행된다. 즉, 풀리(111) 및 풀리(121)가 회전축(141)을 중심으로 같은 방향으로 회전하면 요 동작이 수행되는 것이고, 풀리(111) 및 풀리(121)가 회전축(141)을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하면 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.
여기서, 제1 조(jaw)(101)와 풀리(111)는 별도의 부재로 형성되어 서로 결합될 수도 있고, 또는 제1 조(jaw)(101)와 풀리(111)가 일체(one-body)로 형성될 수도 있다. 마찬가지로 제2 조(jaw)(102)와 풀리(121)는 별도의 부재로 형성되어 서로 결합될 수도 있고, 또는 제2 조(jaw)(102)와 풀리(121)가 일체(one-body)로 형성될 수도 있다.
풀리(112)는 엔드 툴 제1 조 보조 풀리로서 기능하고, 풀리(122)는 엔드 툴 제2 조 보조 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 보조 풀리라고 할 수도 있다.
상세히, 엔드 툴 조 보조 풀리인 풀리(112) 및 풀리(122)는 풀리(111) 및 풀리(121)의 일 측에 추가로 구비될 수 있다, 다시 말하면, 보조 풀리인 풀리(112)는 풀리(111)와 풀리(113)/풀리(114)의 사이에 배치될 수 있다. 또한, 보조 풀리인 풀리(122)는 풀리(121)와 풀리(123)/풀리(124)의 사이에 배치될 수 있다. 풀리(112)와 풀리(122)는 회전축(142)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 풀리(112) 및 풀리(122)가 하나의 회전축(142)을 중심으로 회전하는 것으로 형성되어 있으나, 풀리(112)와 풀리(122) 각각이 별도의 축을 중심으로 회전가능하도록 형성될 수 있음은 물론이다. 이와 같은 보조 풀리에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
풀리(113)와 풀리(114)는 엔드 툴 제1 조 피치 메인 풀리로서 기능하고, 풀리(123)와 풀리(124)는 엔드 툴 제2 조 피치 메인 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 피치 메인 풀리라고 할 수도 있다.
풀리(115)와 풀리(116)는 엔드 툴 제1 조 피치 서브 풀리로서 기능하고, 풀리(125)와 풀리(126)는 엔드 툴 제2 조 피치 서브 풀리로서 기능하며, 이 두 구성요소를 통칭하여 엔드 툴 조 피치 서브 풀리라고 할 수도 있다.
이하에서는 풀리(111)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
풀리(113)와 풀리(114)는 엔드 툴 제1 조 피치 메인 풀리로서 기능한다. 즉, 제1 조(101)의 피치 동작의 메인 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(113)에는 제1 조 와이어인 와이어(301)가 감기고, 풀리(114)에는 제1 조 와이어인 와이어(305)가 감긴다.
풀리(115)와 풀리(116)는 엔드 툴 제1 조 서브 풀리로서 기능한다. 즉, 제1 조(101)의 피치 동작의 서브 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(115)에는 제1 조 와이어인 와이어(301)가 감기고, 풀리(116)에는 제1 조 와이어인 와이어(305)가 감긴다.
여기서, 풀리(111) 및 풀리(112)의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(113) 및 풀리(114)가 배치된다. 여기서, 풀리(113) 및 풀리(114)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, 풀리(113) 및 풀리(114) 각각의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(115) 및 풀리(116)가 배치된다. 여기서, 풀리(115) 및 풀리(116)는 엔드 툴 피치 보조 회전축인 회전축(144)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다.
도 7, 도 8을 참조하면, 풀리(113), 풀리(115), 풀리(114) 및 풀리(116)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 와이어인 와이어(301)는 풀리(115), 풀리(113), 풀리(111)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다. 그리고, 체결 부재(도면 미도시)에 의해 와이어(301)와 연결된 와이어(305)는 풀리(111), 풀리(112), 풀리(114), 풀리(116)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다.
이를 다른 관점에서 설명하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)와 와이어(305)는 풀리(115), 풀리(113), 풀리(111), 풀리(112), 풀리(114), 풀리(116)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 와이어(301)와 와이어(305)는 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 와이어(301)가 도 9의 화살표 301 쪽으로 당겨지면, 와이어(301)가 결합된 체결 부재(미도시) 및 이와 결합된 풀리(111)가 도 9의 화살표 L 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 와이어(305)가 도 9의 화살표 305 쪽으로 당겨지면, 와이어(305)가 결합된 체결 부재(미도시) 및 이와 결합된 풀리(111)가 도 9의 화살표 R 방향으로 회전하게 된다.
이하에서는 보조 풀리의 역할을 수행하는 풀리(112)와 풀리(122)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
풀리(112)와 풀리(122)는 제1 조 와이어인 와이어(305) 및 제2 조 와이어인 와이어(302)와 접촉하여 와이어(305) 및 와이어(302)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 제1 조(101) 및 제2 조(102) 각각의 회전 각도를 확대시키는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 보조 풀리가 배치되지 않을 경우, 제1 조 및 제2 조 각각은 직각까지만 회전할 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에서는 보조 풀리인 풀리(112)와 풀리(122)를 추가로 구비함으로써, 도 10에서 보았을 때 추가적인 각도(θ)만큼 최대 회전 각도가 커지는 효과를 얻을 수 있다. 이는 엔드 툴(120)의 두 조가 L 방향으로 90° 만큼 함께 요 회전한 상태에서, 액츄에이션 동작을 위해 두 조가 벌어져야 하는 동작을 가능하게 해준다. 이는, 제2 조(102)가 도 10에서처럼 추가적인 각도(θ)만큼 회전할 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 두 조가 R 방향으로 요 회전한 상태에서도 액츄에이션 동작이 가능하다. 다시 말하면, 풀리(112)와 풀리(122)를 통해, 액츄에이션 동작이 가능한 요 회전의 범위를 확대할 수 있는 특징을 가진다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
보조 풀리가 배치되지 않을 경우, 제1 조 와이어는 엔드 툴 제1 조 풀리에 고정 결합되어 있고, 제2 조 와이어는 엔드 툴 제2 조 풀리에 고정 결합되어 있기 때문에, 엔드 툴 제1 조 풀리와 엔드 툴 제2 조 풀리 각각은 90°까지만 회전할 수 있다. 이 경우, 제1 조 및 제2 조가 90°라인에 위치한 상태에서 액츄에이션 동작을 수행하게 되면, 제1 조는 벌어질 수 있지만, 제2 조는 90°이상으로는 회전할 수 없다. 따라서 제1 조 및 제2 조가 일정 각도 이상 요 동작을 수행하고 있는 상태에서는, 액츄에이션 동작이 원활하게 수행되지 못하는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 수술용 인스트루먼트(30)의 경우, 풀리(111) 및 풀리(121)의 일 측에 보조 풀리인 풀리(112) 및 풀리(122)를 추가로 배치한다. 이와 같이 풀리(112) 및 풀리(122)를 배치하여, 제1 조 와이어인 와이어(305) 및 제2 조 와이어인 와이어(302)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 와이어(305) 및 와이어(302)의 접선 방향을 변경시키고, 따라서 와이어(302)와 풀리(121)를 결합시키는 체결 부재(326)가 도 10의 N 라인까지 회전할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 와이어(302)와 풀리(121)의 결합부인 체결 부재(326)는 풀리(121)와 풀리(122)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 된다. 마찬가지로, 와이어(305)와 풀리(111)의 결합부인 체결 부재는 풀리(111)와 풀리(112)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 되어, L 방향으로 회전 범위가 확대될 수 있다.
다시 말하면, 풀리(112)에 의해, 풀리(111)에 감긴 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301) 및 와이어(305)는, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 어느 일 측에 배치된다. 동시에, 풀리(122)에 의해, 풀리(121)에 감긴 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302) 및 와이어(306)는, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 다른 일 측에 배치된다.
다시 말하면, 풀리(113) 및 풀리(114)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 어느 일 측에 배치되고, 풀리(123) 및 풀리(124)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 다른 타 측에 배치된다.
다시 말하면, 와이어(305)는 풀리(111)와 풀리(112)의 내접선상에 위치하며, 풀리(112)에 의해 풀리(111)의 회전 각도가 확장된다. 또한, 와이어(302)는 풀리(121)와 풀리(122)의 내접선상에 위치하며, 풀리(122)에 의해 풀리(121)의 회전 각도가 확장된다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 조(101) 및 조(102)의 회전 반경이 넓어짐으로써, 정상적인 개폐 액츄에이션 동작이 수행될 수 있는 요 동작 범위가 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 풀리(121)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.
풀리(123)와 풀리(124)는 엔드 툴 제2 조 피치 메인 풀리로서 기능한다. 즉, 제2 조(102)의 피치 동작의 메인 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(123)에는 제2 조 와이어인 와이어(306)가 감기고, 풀리(124)에는 제2 조 와이어인 와이어(302)가 감긴다.
풀리(125)와 풀리(126)는 엔드 툴 제2 조 서브 풀리로서 기능한다. 즉, 제2 조(102)의 피치 동작의 서브 회전 풀리로서 기능한다. 여기서 풀리(125)에는 제2 조 와이어인 와이어(306)가 감기고, 풀리(126)에는 제2 조 와이어인 와이어(302)가 감긴다.
풀리(121)의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(123) 및 풀리(124)가 배치된다. 여기서, 풀리(123) 및 풀리(124)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성된다. 또한, 풀리(123) 및 풀리(124) 각각의 일 측에는, 서로 마주보도록 풀리(125) 및 풀리(126)가 배치된다. 여기서, 풀리(125) 및 풀리(126)는 엔드 툴 피치 보조 회전축인 회전축(144)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 풀리(123), 풀리(125), 풀리(124) 및 풀리(126)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 와이어인 와이어(306)는 풀리(125), 풀리(123), 풀리(121)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다. 그리고, 체결 부재(326)에 의해 와이어(306)와 연결된 와이어(302)는 풀리(121), 풀리(122), 풀리(124), 풀리(126)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감긴다.
이를 다른 관점에서 설명하면, 제2 조 와이어인 와이어(306)와 와이어(302)는 풀리(125), 풀리(123), 풀리(121), 풀리(122), 풀리(124), 풀리(126)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 와이어(306)와 와이어(302)는 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.
따라서, 와이어(306)가 도 9의 화살표 306 쪽으로 당겨지면, 와이어(306)가 결합된 체결 부재(326) 및 이와 결합된 풀리(121)가 도 9의 화살표 R 방향으로 회전하게 된다. 반대로, 와이어(302)가 도 9의 화살표 302 쪽으로 당겨지면, 와이어(302)가 결합된 체결 부재(326) 및 이와 결합된 풀리(121)가 도 9의 화살표 L 방향으로 회전하게 된다.
이하에서는 본 발명의 피치 운동에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 피치 운동을 위해 엔드 툴(100) 측에는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123) 및 풀리(124)가 회전축(143)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다. 한편, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 근위부(proximal end)(105) 방향에는, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(115), 풀리(116), 풀리(125) 및 풀리(126)가 회전축(144)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다.
그리고, 회전축(141)에 수직이고 회전축(143)을 포함하는 일 평면(즉, XY 평면)을 기준으로, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)는 XY 평면을 기준으로 동일한 측에 위치한다. 즉, 와이어(301)와 와이어(305)는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114)의 하측(도 8 기준)과, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(115), 풀리(116)의 상측(도 8 기준)을 지나도록 형성된다.
마찬가지로, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302)와 와이어(306)는 XY 평면을 기준으로 동일한 측에 위치한다. 즉, 와이어(302)와 와이어(306)는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(123), 풀리(124)의 상측(도 8 기준)과, 엔드 툴 조 피치 서브 풀리인 풀리(125), 풀리(126)의 하측(도 8 기준)을 지나도록 형성된다.
그리고, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301)와 와이어(305)에 있어서, 와이어(301)는 도 9의 화살표 301 쪽으로 당겨지고, 동시에 와이어(305)는 도 9의 화살표 305 쪽으로 당겨지면(즉 제1 조 와이어의 양 가닥이 같은 방향으로 당겨지면), 도 7과 같이 와이어(301) 및 와이어(305)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(113)와 풀리(114)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(301) 및 와이어(305)가 고정 결합되어 있는 풀리(111) 및, 이 풀리(111)가 결합된 엔드 툴 허브(106)가 전체적으로 회전축(143)을 중심으로 반시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(100)이 아래쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제2 조(102) 및 이에 고정 결합된 와이어(302)와 와이어(306)는, 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(123)와 풀리(124)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)는 도 9의 각각 화살표 302, 306의 반대방향으로 풀어지게 된다.
반대로, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302)와 와이어(306)에 있어서, 와이어(302)는 도 9의 화살표 302 쪽으로 당겨지고, 동시에 와이어(306)는 도 9의 화살표 306 쪽으로 당겨지면(즉 제2 조 와이어의 양 가닥이 같은 방향으로 당겨지면), 도 7과 같이 와이어(302) 및 와이어(306)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(123)와 풀리(124)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)가 고정 결합되어 있는 풀리(121) 및, 이 풀리(121)가 결합된 엔드 툴 허브(106)가 전체적으로 회전축(143)을 중심으로 시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(100)이 위쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제1 조(101) 및 이에 고정 결합된 와이어(301)와 와이어(305)는, 회전축(143)을 중심으로 회전할 수 있는 풀리(113)와 풀리(114)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 와이어(302) 및 와이어(306)는 도 9의 각각 301, 305의 반대방향으로 이동하게 된다.
이를 다른 관점에서 말하면, 엔드 툴(100)의 피치 회전 시에, 각 조 와이어의 양 가닥은 동일한 방향으로 동시에 이동한다고 표현할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100)은 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)를 더 구비하고, 구동부(200)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 더 구비하며, 동력 전달부(300)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 더 구비할 수 있다. 상세히, 엔드 툴(100)의 풀리(131)는 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전 가능하며, 엔드 툴 허브(106)와 일체로(또는 엔드 툴 허브(106)에 고정 결합되도록) 형성될 수 있다. 또한, 와이어(303) 및 와이어(304)는 엔드 툴(100)의 풀리(131)와 구동부(200)의 풀리(231)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
따라서 구동부(200)의 풀리(231)가 회전하면, 풀리(231)의 회전은 와이어(303) 및 와이어(304)를 통해 엔드 툴(100)의 풀리(131)로 전달되어 풀리(131)도 함께 회전하게 되고, 결과적으로 엔드 툴(100)이 회전하면서 피치 운동을 수행하게 되는 것이다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는 피치 운동을 위한 동력 전달을 위해 엔드 툴(100)의 풀리(131), 구동부(200)의 풀리(231) 및 동력 전달부(300)의 와이어(303) 및 와이어(304)를 구비하여, 구동부(200)의 피치 동작의 구동력이 보다 완벽하게 엔드 툴(100)에 전달되도록 함으로써, 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123) 및 풀리(124)의 직경과, 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)의 직경은 서로 동일할 수도 있고, 또는 서로 상이할 수도 있다. 이때, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경 대 엔드 툴 피치 풀리의 직경의 비율은, 후술할 구동부(200)의 구동부 중개 풀리의 직경 대 구동부 피치 풀리의 직경의 비율과 동일할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
(구동부)
이하에서는 도 6의 수술용 인스트루먼트(30)의 구동부(200)에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 15 내지 도 24를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)의 구동부(200)는 제1 조(jaw)(101)의 회전 운동과 관련된 풀리(211), 풀리(212)를 포함할 수 있다. 또한 제2 조(jaw)(102)의 회전 운동과 관련된 풀리(221), 풀리(222)를 포함할 수 있다.
도 21을 참조하면, 마주보는 풀리들이 서로 평행하게 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 구동부(200)의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)의 구동부(200)는 구동부 피치 풀리의 역할을 수행하는 풀리(231)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 구동부(200)는 회전축(241), 회전축(242), 회전축(243)을 포함할 수 있다. 여기서 회전축(241)은 구동부 제1 조 회전축으로서 기능하고, 회전축(242)은 구동부 제2 조 회전축으로서 기능할 수 있다. 그리고, 회전축(243)은 구동부 피치 회전축으로서 기능할 수 있다. 이러한 각각의 회전축들(241)(242)(243)에는 적어도 하나 이상의 풀리들이 끼워질 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동부(200)는 베이스 플레이트(205)를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(205)는 회전축(243)과 결합하여 회전축(243) 및 풀리(231)와 함께 회전한다. 베이스 플레이트(205)와 회전축(243)은 일체(one-body)로 형성될 수 있고, 서로 독립적으로 형성되며 결합될 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 베이스 플레이트(205) 상에는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(241), 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)이 결합될 수 있다. 이로 인하여 베이스 플레이트(205)가 회전축(243)을 중심으로 회전 즉, 자전(rotation)하면, 회전축(241) 및 회전축(242)은 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)하게 된다.
도 22는 도 15의 구동부를 도시한 저면 사시도이며, 베이스 플레이트(205)의 저면에는 피치 구동 모터(도 34의 553 참조)가 결합될 수 있는 결합홀(205a)이 홀부의 형상으로 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 이로 인하여 베이스 플레이트(205)는 구동부(200)와 모터팩(500)을 연결하고, 구체적으로 피치 구동 모터 결합부로서 기능할 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 구동부(200)는 모터 결합부(251), 모터 결합부(252)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터 결합부(251)는 제1 조 구동 모터 결합부로서 기능하고, 모터 결합부(252)는 제2 조 구동 모터 결합부로서 기능할 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 모터 결합부(251)는 회전 가능한 평판 형태로 형성될 수 있고, 제1 조 구동 모터(도 34의 551 참조)가 결합될 수 있는 결합홀(251a)들이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 모터 결합부(252)는 회전 가능한 평판 형태로 형성될 수 있고, 제2 조 구동 모터(도 34의 552 참조)가 결합될 수 있는 결합홀(252a)들이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 결합홀들(205a)(251a)(252a)은 각각 2개씩 형성된다. 이로 인하여 베이스 플레이트(205), 모터 결합부(251), 모터 결합부(252)가 각각 피치 구동 모터(553), 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)와 결합된 상태에서 모터팩(500), 구체적으로 피치 구동 모터(553), 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)로부터 동력을 전달받을 수 있다.
즉, 구동부(200)의 베이스 플레이트(205), 모터 결합부(251), 모터 결합부(252)는 각각의 로봇 암 유닛(21)(22)(23)에 배치되는 모터팩(500)의 구동에 의해 동력을 전달받고, 구동부(200)가 동작될 수 있다.
이하에서는 각 구성요소들에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 15 및 도 21을 참조하면, 풀리(211)와 풀리(212)는 구동부 제1 조 풀리로서 기능하고, 풀리(221)와 풀리(222)는 구동부 제2 조 풀리로서 기능하며, 이들 구성요소를 통칭하여 구동부 조 풀리라고 할 수 있다.
여기서, 도면에는 풀리(211)는 엔드 툴(100)의 제1 조(101)의 회전 운동과 연관되고, 풀리(221)는 엔드 툴(100)의 제2 조(102)의 회전 운동과 연관되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 구동부 내의 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다. 따라서, 풀리(211)와 풀리(212)를 통칭하여, 구동부 구동 풀리라고 할 수도 있다. 그리고, 이하 다른 풀리들도 한 그룹의 풀리들은 요(yaw) 운동과 연관되고, 한 그룹의 풀리들은 액츄에이션(actuation) 운동과 연관될 수도 있다.
도 15를 참조하면, 케이스(201)는 모터팩(500)과 마주보며 배치되는 것으로, 일 측(도 15 기준 상측)은 인스트루먼트 케이스(40)와 연결될 수 있고, 이에 대향하는 타 측(도 15 기준 하측)은 모터팩(500)과 연결될 수 있다.
케이스(201)의 내측에는 베이스 플레이트(205)가 배치될 수 있고, 케이스(201) 내에서 베이스 플레이트(205)는 회전축(243)을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
베이스 플레이트(205)의 제1 면 상에는 회전축(241), 회전축(242), 회전축(243)을 포함한 복수 개의 회전 축들이 형성될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(205)의 제1 면 상에는 복수 개의 중개 풀리(235)들이 형성되어, 연결부(310)를 통과하여 구동부(200)로 진입하는 와이어들(301)(302)(303)(304)(305)(306)을 풀리(231) 쪽으로 방향을 전환해주는 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로 복수 개의 중개 풀리(235)는 회전축(243)과 나란한 방향으로 연장 형성되는 연결부(310)의 내부에서 연결부(310)의 길이 방향 중심축과 나란하게 이동하는 와이어들(301)(302)(303)(304)(305)(306)이 회전축(243)과 수직을 이루는 평면 상에 형성되는 풀리(231), 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222)로 유입될 수 있도록 경로를 안내할 수 있다.
복수 개의 중개 풀리(235)는 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222)과 인접하게 배치되는 것으로, 엔드 툴(100)로부터 조 와이어를 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222)로 전달할 수 있다. 복수 개의 중개 풀리(235)는 구동부 서브 중개 풀리로서 기능할 수 있다.
복수 개의 구동부 서브 중개 풀리는 구동부 조 풀리의 직경과 동일하거나, 상이하게 형성될 수 있다.
조 와이어는 구동부 서브 중개 풀리인 풀리(235), 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222), 구동부 조 회전축인 회전축(241), 회전축(242)를 차례로 지날 수 있다.
복수 개의 중개 풀리(235)는 서로 높이를 달리하여 배치될 수 있다. 이로 인하여 복수 개의 중개 풀리(235)에 적어도 일 부분이 감기도록 형성되는 와이어(301)(302)(303)(304)(305)(306)의 이동 시 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(205)에서 제2 면(도 15 기준 하면)에는 샤프트(shaft) 형태의 연결부(310)가 결합될 수 있고, 풀리들의 구동을 위한 모터팩(500)이 결합되는 모터 결합부(252), 모터 결합부(253)가 형성될 수 있다. 여기서, 각각의 모터 결합부(251)(252)와 회전축(241)(242)은 직접 연결될 수도 있고, 또는 기어를 통해 간접 연결될 수도 있다.
일 예로서, 제1 조 구동 모터 결합부인 모터 결합부(251)는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(241)과 직접 결합하여, 제1 조 구동 모터(도 34의 551 참조)와 결합한 모터 결합부(251)가 회전하면, 이와 직접 결합된 회전축(241)이 함께 회전할 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 구동 모터 결합부인 모터 결합부(252)는 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)과 직접 결합하여, 제2 조 구동 모터(도 34의 552 참조)와 결합한 모터 결합부(252)가 회전하면, 이와 직접 결합된 회전축(242)이 함께 회전할 수 있다.
피치 구동 모터 결합부인 베이스 플레이트(205)는 구동부 피치 회전축인 회전축(243)과 직접 결합하여, 피치 구동 모터(도 34의 553 참조)와 결합한 베이스 플레이트(205)가 회전하면, 이와 직접 결합된 회전축(243)이 함께 회전할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 모터 결합부와 회전축은, 회전축에 수직인 평면상에서 보았을 때 일정 정도 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 이러한 모터 결합부와 회전축은, 구동 기어에 의해서 연결될 수 있다.
이와 같이 일부의 모터 결합부는 회전축과 직접 연결되고, 나머지 모터 결합부는 회전축과 간접 연결되도록 구성된 이유는, 수술용 인스트루먼트(30)와 수술 로봇(20) 간의 결합 위치 및 방향을 고려해야 하기 때문이다. 즉, 수술 로봇(20)과의 결합 위치에 영향을 받지 않는 회전축은 모터 결합부와 직접 연결되는 반면, 수술 로봇(20)과의 결합 위치와 간섭을 일으킬 수 있는 회전축은 모터 결합부와 간접 연결될 수 있다.
회전축(241)은 모터 결합부(251)에 의해 모터팩(500), 구체적으로 제1 조 구동 모터(도 34의 551 참조)와 결합되어 있으며, 따라서 제1 조(101)의 구동을 위해 제1 조 구동 모터(도 34의 551 참조)가 회전하면, 회전축(241)이 회전하면서 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)를 당기거나 풀어주게 된다.
상술한 바와 같이, 회전축(242)은 모터 결합부(252)에 의해 모터팩(500), 구체적으로 제2 조 구동 모터(도 34의 552 참조)와 결합되어 있으며, 따라서 제2 조(102)의 구동을 위해 제2 조 구동 모터(도 34의 552 참조)가 회전하면, 회전축(242)이 회전하면서 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)를 당기거나 풀어주게 된다.
구동부 피치 회전축인 회전축(243)에는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 결합될 수 있다. 여기서 풀리(231)는 회전축(243)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 회전축(243)은 베이스 플레이트(205)에 의해 모터팩(500), 구체적으로 피치 구동 모터(도 34의 553 참조)와 결합되어 있으며, 따라서 피치 동작을 위해 피치 구동 모터(도 34의 553 참조)가 회전하면, 회전축(243)을 중심으로 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전하면서 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 당기거나 풀어주게 된다.
한편, 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222)는 회전축(243)에 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 여기서, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 기준으로 어느 일 면 쪽에는 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212)들이 배치되고, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 기준으로 다른 일 면 쪽에는 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221), 풀리(222)들이 배치될 수 있다.
이를 다른 관점에서 말하면, 회전축(243)에는, 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221) 및 풀리(222), 구동부 피치 풀리인 풀리(231), 구동부 제1 조 풀리인 풀리(212) 및 풀리(211)가 차례로 적층되어 형성될 수 있다.
베이스 플레이트(205)와 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전축(243)과 함께 회전하면, 베이스 플레이트(205)와 결합되어 있는 회전축(241) 및 회전축(242)은 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)하게 된다.
다시 말하면, 회전축(241) 및 회전축(242)이 회전축(243)과 일정 정도 이격된 상태에서, 회전축(241) 및 회전축(242)이 회전축(243)과 일정한 거리를 유지하면서, 회전축(241) 및 회전축(242)이 전체적으로 회전축(243)을 중심으로 회전한다고도 표현할 수 있다.
즉, 회전축(241) 및 회전축(242)은 구동부 피치 풀리인 풀리(231)에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되어, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)에 대한 회전축(241) 및 회전축(242)의 상대적인 위치가 변할 수 있도록 형성된다. 반면 구동부 피치 풀리(231)와 구동부 조 풀리(211)(212)(221)(222)의 상대적인 위치는 일정하게 유지된다.
그리고, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전축(243)을 중심으로 회전하면, 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 피치 풀리인 풀리(231)에 대해 상대적으로 이동하면서, 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 변경된다.
도 21 및 도 23을 참조하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)는 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 회전축(241)에 결합된 상태에서, 풀리(211)와 적어도 일부가 접촉하도록 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
이를 또 다른 관점에서 말하면, 제1 조 와이어인 와이어(301)는 엔드 툴(100) 및 연결부(310)를 지나서 구동부(200)로 진입한 후에, 풀리(211)에 감긴 후에, 회전축(241)에 고정 결합된다.
한편, 제1 조 와이어인 와이어(305)는 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 회전축(241)에 결합된 상태에서, 풀리(212)와 적어도 일부가 접촉하도록 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
도 21 및 도 24를 참조하면, 제2 조 와이어인 와이어(302)는 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 회전축(242)에 결합된 상태에서, 풀리(222)와 적어도 일부가 접촉하도록 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
한편, 제2 조 와이어인 와이어(306)는 체결 부재(미도시)에 의해 일 단부가 회전축(242)에 결합된 상태에서, 풀리(221)와 적어도 일부가 접촉하도록 감긴 후에, 연결부(310)를 거쳐서 엔드 툴(100)과 연결된다.
(피치 동작)
도 25는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부를 도시한 평면도이다. 도 26은 도 25에서의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 도시한 도면이다. 도 27은 도 25 및 도 26에서 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 나타내는 도면이다. 도 28은 도 25 및 도 26에서 도 27의 반대 방향으로의 피치 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 나타내는 도면이다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는, 회전축(241) 및 회전축(242)이 회전축(243)을 중심으로 공전하면, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 엔드 툴(100)의 피치 동작이 수행되는 것을 일 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전하면 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 피치 풀리인 풀리(231)의 회전축(243)을 중심으로 공전하면서, 구동부 중개 풀리, 구동부 조 풀리에 감긴 조 와이어의 경로 길이를 변경시킴으로써, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 피치 동작을 위해 베이스 플레이트(205)가 회전하면, 어느 하나의 조 와이어의 양 가닥은 동시에 당겨지고, 다른 하나의 조 와이어의 양 가닥은 동시에 풀어져서, 구동부(200) 내의 각 조 와이어의 전체 길이가 변경되고, 엔드 툴(100) 내의 각 조 와이어의 전체 길이도 이와 연동하여 변경되면서 엔드 툴(100)이 회전축(143)을 중심으로 회전하여 피치 동작이 수행된다.
이를 다른 관점에서 말하면, 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 엔드 툴이 피치 동작을 수행할 때, (요 운동 및 액츄에이션 운동을 담당하는) 조 와이어도 피치 동작에 의해 이동하게 된다. 즉, 엔드 툴(100)의 회전축(143)을 중심으로 피치 회전이 수행되면서, 한쪽 조(jaw)에 결합된 조 와이어의 양 가닥은 당겨지고, 다른 쪽 조(jaw)에 결합된 양 가닥은 풀어진다.
따라서 본 발명은 이러한 조 와이어의 움직임을 보상하기 위해, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되면, 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 피치 풀리의 회전축을 중심으로 공전하면서, 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되어, 엔드 툴 쪽에서 조 와이어가 당겨진 만큼(또는 풀어진 만큼) 구동부 쪽에서 조 와이어를 풀어줌으로써(또는 당겨줌으로써), 엔드 툴의 피치 동작 수행 시에 조 와이어의 움직임을 보상해준다고 표현할 수도 있다.
도 11은 종래의 수술용 인스트루먼트에서 중립 상태를 나타내는 도면이다. 도 11의 (a), (b)는 도 7, 도 8에 대응되는 엔드 툴의 사시도이고, 도 11의 (c)는 본 발명과 다른 방식으로 엔드 툴의 피치 동작 수행 시에 조 와이어의 움직임을 보상해주기 위한 구동부(200`)의 중립 상태를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a), (b)를 참조하면, 엔드 툴(100`)의 풀리(131`)는 피치 메인 회전축인 회전축(143`)을 중심으로 회전 가능하며, 엔드 툴 허브(106`)와 일체로(또는 엔드 툴 허브(106)에 고정 결합되도록) 형성될 수 있다.
또한, 와이어(303`) 및 와이어(304`)는 엔드 툴(100`)의 풀리(131`)와 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
따라서 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)가 회전하면, 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)의 회전은 와이어(303`) 및 와이어(304`)를 통해 엔드 툴(100`)의 풀리(131`)로 전달되어 풀리(131`)도 함께 회전하게 되고, 결과적으로 엔드 툴(100`)이 회전하면서 피치 운동을 수행하게 되는 것이다.
그런데 이와 같이 피치 동작을 수행하기 위해 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)가 회전할 때, 구동부에서 조 와이어에 대한 별도의 피치 보상을 하지 않을 경우, 피치 동작 자체가 불가능하다는 문제점이 존재하였다. 즉, 어느 하나의 조 풀리에 감겨 있는 두 가닥의 와이어가 피치 축을 기준으로 상측에 배치되고, 피치 동작 시에는 이 두 가닥의 와이어가 동시에 당겨지거나 풀어지게 된다. 마찬가지로, 다른 하나의 조 풀리에 감겨 있는 두 가닥의 와이어는 피치 축을 기준으로 하측에 배치되고, 피치 동작 시에는 이 두 가닥의 와이어가 동시에 풀어지거나 당겨지게 된다. 따라서, 이와 같은 구조에서는 구동부에서 조 와이어에 대한 별도의 피치 보상을 하지 않을 경우, 피치 동작 자체가 불가능하게 된다.
도 12는 도 11의 수술용 인스트루먼트에서, 피치 보상을 수행할 경우를 나타내는 도면이다.
도 12의 (c)를 참조하면, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되기 위해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)가 회전 중심축을 기준으로 시계 방향(도 12 기준)으로 회전하게 되면, 와이어(302`)와 와이어(306`)는 구동부(200`)에서 엔드 툴(100`) 방향으로 당겨지게 되고, 와이어(301`)와 와이어(305`)는 엔드 툴(100`)에서 구동부(200`) 방향으로 당겨지게 된다.
이와 같이 와이어(302`)와 와이어(306`)가 동일한 방향으로 이동하는 경우, 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`)를 회전하는 것만으로는 피치 동작의 보상을 수행할 수 없게 된다.
따라서 도 12의 (c)에 도시된 것처럼, 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`)의 위치 자체를 이동시켜서 구동부(200`) 내에서의 제2 조 와이어의 경로 길이를 변화시키고, 이와 동시에 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)의 위치 자체를 이동시켜서 구동부(200`) 내에서의 제1 조 와이어의 경로 길이를 변화시킴으로써 피치 보상이 수행될 수 있다.
즉, 피치 구동 시의 조 와이어들의 움직임을 보상해주기 위해, 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`)는 엔드 툴(100`)을 향하는 방향으로 이동하게 되고, 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)는 반대 방향으로 이동하게 된다.
이렇게 구동부(200`)의 내부 공간에서 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`), 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)를 직선 방향으로 이동시키기 위한 공간, 구조가 별도로 필요하게 되는 문제점이 있다.
도 13은 도 11의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다. 도 13의 (a)는 수술용 인스트루먼트의 구동부(200`)의 중립 상태를 나타내는 개념도이고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에서 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
도 13의 (b)는 도 12와 반대되는 상황으로 피치 동작 및 피치 보상이 수행되는 상황을 도시한 것으로, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되기 위해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231`)/풀리(232`)가 회전 중심축을 기준으로 반시계 방향(도 12 기준)으로 회전하게 되면, 와이어(301`)와 와이어(305`)는 구동부(200`)에서 엔드 툴(100`) 방향으로 당겨지게 되고, 와이어(302`)와 와이어(306`)는 엔드 툴(100`)에서 구동부(200`) 방향으로 당겨지게 된다.
이와 같이 와이어(301`)와 와이어(305`)가 동일한 방향으로 이동하는 경우, 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)를 회전하는 것만으로는 피치 동작의 보상을 수행할 수 없게 된다.
따라서 도 13의 (b)에 도시된 것처럼, 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)의 위치 자체를 -△Spitch만큼 이동시켜서 구동부(200`) 내에서의 제1 조 와이어의 경로 길이를 변화시키고, 이와 동시에 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`)의 위치 자체를 이동시켜서 구동부(200`) 내에서의 제2 조 와이어의 경로 길이를 변화시킴으로써 피치 보상이 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 이 경우에도 구동부(200`)의 내부 공간에서 구동부 제2 조 풀리인 풀리(221`)/풀리(222`), 구동부 제1 조 풀리인 풀리(211`)/풀리(212`)를 직선 방향으로 이동시키기 위한 공간, 구조가 별도로 필요하게 되는 문제점이 있다.
도 14는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 보상에 대한 개념도이다.
도 14의 (a)는 수술용 인스트루먼트(30)의 중립 상태를 나타내는 것이고, 구동부 피치 풀리(231)를 중심으로 일정한 거리를 유지하며, 제1 조 와이어와 연결되는 회전축(241), 제2 조 와이어와 연결되는 회전축(242)이 형성될 수 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 반시계 방향(도 14 기준)으로 회전하게 되면, 제1 조 와이어인 와이어(301), 와이어(305)는 구동부(200)에서 엔드 툴(100) 측 방향으로 당겨지게 되고, 제2 조 와이어인 와이어(302), 와이어(306)는 엔드 툴(100)에서 구동부(200) 측 방향으로 당겨지게 된다.
도 14의 (b)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동부(200)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 자전할 때, 제1 조 와이어와 결합되는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(241), 제2 조 와이어와 결합되는 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)은 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 기준으로 공전을 하게 된다.
회전축(241), 회전축(242)이 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 중심으로 공전함에 따라 구동부(200) 내 제1 조 와이어, 제2 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 피치 동작에 따른 보상이 이루어지게 된다.
즉, 이와 같이 피치 동작을 위한 동작 보상을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는, 구동부 피치 풀리(231)가 자전함과 동시에 회전축(241), 회전축(242)이 공전하면서, 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 조 와이어들의 이동을 보상하도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
즉, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)의 회전에 의해 엔드 툴(100) 측에서 감기는 조 와이어는 구동부(200) 측에서 동일한 만큼 풀어주고, 엔드 툴(100) 측에서 풀리는 조 와이어는 구동부(200) 측에서 동일한 만큼 감아 줌으로써, 피치 동작이 요 동작에 영향을 미치지 않게 하는 것이다.
이를 다른 관점에서 말하면, 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 엔드 툴이 피치 동작을 수행할 때, (요 운동 및 액츄에이션 운동을 담당하는) 조 와이어도 피치 동작에 의해 이동하게 된다. 즉, 엔드 툴(100)의 회전축(143)을 중심으로 피치 회전이 수행되면서, 한쪽 조(jaw)에 결합된 조 와이어의 양 가닥은 당겨지고, 다른 쪽 조(jaw)에 결합된 양 가닥은 풀어진다.
따라서 본 발명은 이러한 조 와이어의 움직임을 보상하기 위해, 엔드 툴의 피치 동작이 수행되면, 구동부 조 회전축이 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 구동부 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경되어, 엔드 툴 쪽에서 조 와이어가 당겨진 만큼(또는 풀어진 만큼) 구동부 쪽에서 조 와이어를 풀어줌으로써(또는 당겨 줌으로써), 엔드 툴의 피치 동작 수행 시에 조 와이어의 움직임을 보상해준다고 표현할 수도 있다.
이하에서는 피치 동작에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 25 및 도 27을 참조하면, 피치 동작을 위해, 베이스 플레이트(205) 및 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 회전축(241) 및 회전축(242)이 전체적으로 회전축(243)을 중심으로 A1 방향으로 공전(revolution)하게 된다.
이를 다른 관점에서 말하면, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전하면, 회전축(241), 회전축(242)이 구동부 피치 풀리인 풀리(231)와 연동하여 이동한다고 표현할 수 있다.
한편 이때, 회전축(243)에 결합된 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212), 풀리(221), 풀리(222)는 그 위치가 변하지 않는다.
그리고 이와 같이 회전축(241) 및 회전축(242)이 공전하면서 구동부 조 풀리에 대한 회전축(241) 및 회전축(242)의 상대적인 위치가 변화하게 되며, 이에 따라 구동부 조 풀리에 감겨 있는 각 와이어의 길이, 즉 경로 길이가 변화하게 된다.
즉, 도 25의 위치에서의 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)가 구동부 조 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L1에 비해, 도 27의 위치에서의 제1 조 와이어가 구동부 조 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L1’가 더 길어지게 되며, 경로 길이가 더 길어진 (L1’- L1)만큼 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어를 더 감아주게 된다. 즉, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 길어진 것이다. 그리고, 이와 같이 구동부(200) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이가 길어지면서 제1 조 와이어를 당겨준 만큼, 엔드 툴(100) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 짧아지게 된다.
이에 반해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 도 25의 위치에서 제2 조 와이어가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이인 L2에 비해, 도 26의 위치에서 제2 조 와이어가 구동부 중개 풀리에 감겨 있는 경로 길이가 더 짧아지게 되며, 경로 길이가 더 짧아진 (L2- L2’)만큼 구동부(200) 측에서는 제2 조 와이어를 더 풀어주게 된다. 즉, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이가 짧아진 것이다. 그리고, 이와 같이 구동부(200) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이가 짧아지면서 제2 조 와이어를 당겨준 만큼, 엔드 툴(100) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 길어지게 된다.
이와 같이 피치 동작을 위해, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 피치 풀리 및 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 상대적인 위치가 변화한다. 그리고, 회전축(241) 및 회전축(242)의 상대적 이동에 의해, 구동부(200) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 짧아지고, 엔드 툴(100) 내에서의 제1 조 와이어의 전체 길이는 길어진다. 동시에, 회전축(241) 및 회전축(242)의 상대적 이동에 의해, 구동부(200) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 길어지고, 엔드 툴(100) 내에서의 제2 조 와이어의 전체 길이는 짧아진다.
결과적으로, 엔드 툴(100) 측에서 보았을 때, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 자전(rotation)하면, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301) 및 와이어 (305)는 당겨지고, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302) 및 와이어 (306)는 풀어지게 되어, 엔드 툴(100)이 회전축(143)을 중심으로 화살표 A2 방향으로 피치 운동하게 되는 것이다.
한편, 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서 상술한 경로 길이가 변경됨에 따라, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 변경된다. 또한, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 변경됨에 따라 엔드 툴(100) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 변경된다.
다만, 구동부(200) 내의 조 와이어의 전체 길이가 증가(또는 감소)되는 만큼 엔드 툴(100) 내의 조 와이어의 전체 길이 또한 감소(또는 증가)되므로, 조 와이어의 전체 길이는 (탄성 변형 등을 고려하지 않는 다는 가정하에) 변하지 않는다고 할 것이다.
결과적으로 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 회전하면, 엔드 툴(100) 측에서 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 당겨진 만큼 구동부(200) 측에서는 제1 조 와이어인 와이어(301)/와이어(305)가 풀어지게 되어, 결과적으로 피치 운동이 가능해지는 것이다.
도 28을 참조하면, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A3 방향으로 자전하면, 제1 조 와이어의 두 가닥인 와이어(301) 및 와이어 (305)는 풀어지고, 제2 조 와이어의 두 가닥인 와이어(302) 및 와이어 (306)는 당겨지게 되어, 엔드 툴(100)이 회전축(143)을 중심으로 화살표 A4 방향(도 28의 (b) 기준)으로 피치 운동하게 되는 것이다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 수술용 인스트루먼트(30)의 엔드 툴(100)은 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)를 더 구비하고, 구동부(200)는 구동부 피치 풀리인 풀리(231)를 더 구비하며, 동력 전달부(300)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)를 더 구비할 수 있다.
따라서 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 화살표 A1 방향으로 회전하면, 풀리(231)의 회전에 따라 와이어(304)는 풀리(231)에서 풀리고 와이어(303)는 풀리(231)에 감기게 된다. 이에 따라 와이어(303) 및 와이어(304)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 화살표 A2 방향으로 회전하면서 피치 동작이 보다 확실하고 신뢰성 있게 수행될 수 있다.
(풀리 크기 비율)
여기서, 엔드 툴 피치 회전축인 회전축(143)을 중심으로 회전하는 풀리들 중, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)와 접촉하는 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)와, 조 와이어인 와이어(301), 와이어 (305), 와이어(302), 와이어(306)와 접촉하는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리인 풀리(113), 풀리(114), 풀리(123), 풀리(124)는 그 직경이 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이 경우, 회전축(143)이 회전할 때, 각 풀리에 와이어가 감기거나 풀리는 길이가 서로 상이하게 된다. 예를 들어, 엔드 툴 피치 풀리의 직경이 6φ이고, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경이 4φ이며, 회전축(143)이 90°회전할 경우, 엔드 툴 피치 풀리에 감긴 피치 와이어가 감기는 길이는 1.5π인 반면, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감긴 조 와이어가 감기는 길이는 1π일 수 있다.
이러한 관점에서, 와이어가 풀리에 감기거나 풀린 '길이'를 '회전량'이라고 정의할 수 있다. 이 회전량은 회전 각도와는 다른 개념으로, (직경*회전 각도/360°*π)로 계산될 수 있다.
이 경우, 기본적으로 구동부 피치 풀리인 풀리(231) 와 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)는 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)에 의해 직접 연결되어 있기 때문에, 구동부 피치 풀리와 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 동일하다. 즉, 구동부 피치 풀리에서 피치 와이어가 감기거나 풀린 만큼 엔드 툴 피치 풀리에서 피치 와이어가 풀리거나 감기게 된다.
한편, (엔드 툴 피치 풀리의 직경: 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)=(엔드 툴 피치 풀리에 감기는 와이어의 회전량: 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기는 와이어의 회전량) 일 수 있다.
이와 같이, 엔드 툴(100)에서 피치 와이어가 엔드 툴 피치 풀리에 감기는 길이와 조 와이어가 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기는 길이가 상이할 경우, 구동부(200)에서도 이와 동일한 비율로 피치 와이어를 풀어주는 길이와 조 와이어를 풀어주는 길이가 서로 달라져야 한다.
이를 위해, (엔드 툴 피치 풀리의 직경: 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)=(구동부 피치 풀리의 직경: 구동부 조 풀리의 직경)의 관계가 성립할 수 있다.
예를 들어, (엔드 툴 피치 풀리의 직경:엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경)이 6:4일 경우, (구동부 피치 풀리의 직경: 구동부 조 풀리의 직경)도 6:4일 수 있다. 이 비율에 맞춰서 구동부 피치 풀리의 직경은 9φ이고, 구동부 조 풀리의 직경은 6φ일 수 있다.
최종적인 피치 동작 과정을 다시 한번 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 엔드 툴 피치 풀리의 직경이 6φ이고, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리의 직경이 4φ이며, 구동부 피치 풀리의 직경은 9φ이고, 구동부 조 풀리의 직경은 6φ인 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 피치 동작을 위해 구동부(200)의 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 60°회전을 하여 피치 와이어인 와이어(304)를 감는 동시에 와이어(303)를 풀어준다. 이때 와이어(303)/와이어(304)가 각각 감기고 풀리는 길이는 1.5π이다.
이에 따라 엔드 툴(100)에서는 와이어(304)는 1.5π만큼 당겨지고 와이어(303)는 1.5π만큼 풀어지면서 엔드 툴 피치 풀리인 풀리(131)는 1.5π에 해당하는 90°만큼 회전을 하게 된다.
한편, 풀리(131)가 회전축(143)을 중심으로 피치 회전을 하게 되면, 조(101)(102) 및 풀리(111)/풀리(112)들도 회전축(143)을 중심으로 피치 회전을 한다. 따라서 풀리(111)와 결합된 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)는 둘 다 당겨지게 되고, 풀리(121)와 결합된 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)는 둘 다 풀어지게 된다. 이때 엔드 툴 피치 풀리와 엔드 툴 조 피치 메인 풀리가 회전하는 각도는 90°로 동일하며, 따라서 조 와이어들이 엔드 툴 조 피치 메인 풀리에 감기거나 풀리는 길이는 1π가 된다.
즉, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)는 엔드 툴(100) 쪽에서 당겨지는 만큼 구동부(200) 쪽에서 풀어지게 되어 피치 동작에 따른 조 와이어의 움직임이 보상된다. 마찬가지로, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)는 엔드 툴(100) 쪽에서 당겨지는 만큼 구동부(200) 쪽에서 풀어지게 되어 피치 동작에 따른 조 와이어의 움직임이 보상된다.
결과적으로 피치 동작에 따라 엔드 툴(100) 측에서 조 와이어들이 감기는(또는 풀리는) 길이와 동일한 길이만큼 구동부(200) 측에서는 조 와이어들을 풀어주게 됨으로써(또는 당겨주게 됨으로써), 피치 동작이 조의 요 축 방향 회전에 영향을 미치지 않고 피치 동작이 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있는 것이다.
즉, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)가 베이스 플레이트(205)와 함께 회전축(243)을 따라 회전 가능하고, 베이스 플레이트(205)에는 회전축(241), 회전축(242)이 결합되며 강체 연결되고, 구동부 피치 풀리가 회전축(243)을 중심으로 자전(rotation)하면, 회전축(241), 회전축(242)이 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)을 하면서, 구동부 조 풀리에 감겨 있는 조 와이어의 경로 길이를 변화시킨다. 그리고 이 조 와이어의 경로 길이의 변화가, 피치 동작에 따른 엔드 툴 측에서의 조 와이어들의 이동을 보상해 줌으로써, 피치 동작이 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있는 것이다.
(요 동작)
도 29는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 구동부 및 엔드 툴을 도시한 평면도이다. 도 30는 도 6의 수술용 인스트루먼트의 요 동작 시 구동부 및 엔드 툴을 도시한 도면이다. 도 29 및 도 30은 도 6에 도시된 수술용 인스트루먼트의 요 동작을 나타내는 도면이다
도 29 및 도 30을 참조하면, 요 동작을 위해 회전축(242)이 화살표 A5 방향으로 회전하면, 제2 조 와이어인 와이어(302) 및 와이어(306)가 회전축(242)의 회전에 따라 어느 한 쪽은 회전축(242)에 감기고 다른 한 쪽은 회전축(242)에서 풀리게 된다. 이에 따라 와이어(302) 및 와이어(306)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 제1 조 풀리인 풀리(121)가 화살표 A6 방향으로 회전하면서 요 동작이 수행된다.
이때 회전축(242)과 구동부 조 풀리인 풀리(221), 풀리(222)는 그 위치가 변하지 않고, 다만 와이어(302) 및 와이어(306)가 구동부 조 풀리들(221)(222)에 감기거나 풀리는 동작만 발생한다.
따라서, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)도 회전하지 않으며, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)도 감기거나 풀리지 않고 그 위치를 유지하게 된다.
마찬가지로, 요 동작을 위해 회전축(241)이 회전하면, 제1 조 와이어인 와이어(301) 및 와이어(305)가 회전축(241)의 회전에 따라 어느 한 쪽은 회전축(241)에 감기고 다른 한 쪽은 회전축(241)에서 풀리게 된다. 이에 따라 와이어(301) 및 와이어(305)의 반대쪽에 연결된 엔드 툴 제1 조 풀리인 풀리(111)가 어느 일 방향으로 회전하면서 요 동작이 수행된다.
이때 회전축(241)과 구동부 조 풀리인 풀리(211), 풀리(212)는 그 위치가 변하지 않고, 다만 와이어(301) 및 와이어(305)가 구동부 조 풀리들(211)(212)에 감기거나 풀리는 동작만 발생한다.
따라서, 구동부 피치 풀리인 풀리(231)도 회전하지 않으며, 피치 와이어인 와이어(303) 및 와이어(304)도 감기거나 풀리지 않고 그 위치를 유지하게 된다.
결과적으로, 요 동작 또는 액츄에이션 동작을 위해 회전축(241) 또는 회전축(242)이 회전하여도 조 와이어인 와이어(301), 와이어(302), 와이어(305), 와이어(306)의 구동부(200) 내에서의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(30)는, 구동부 피치 풀리가 회전하면 회전축(241) 및 회전축(242)이 구동부 피치 풀리의 회전축을 중심으로 공전하면서, 구동부 조 풀리에 감긴 조 와이어의 경로 길이를 변경시킴으로써, 구동부 피치 풀리의 회전과 대응하여 조 와이어가 감기거나 풀리게 되어, 피치 구동에 따른 조 와이어의 이동을 상쇄 내지는 보상해 줌으로써, 결과적으로 피치 동작과 요 동작을 분리시키는 효과를 얻을 수 있다.
<모터팩 - 제1 실시예>
도 31 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터팩을 도시한 사시도이다. 도 34는 도 31의 모터팩을 도시한 저면 사시도이다. 도 35는 도 31의 모터팩을 도시한 평면도이다. 도 36은 도 31에서 피치 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다. 도 37은 도 31에서 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다. 도 38은 도 31에서 피치 구동 모터 및 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다
도 31 내지 도 38을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터팩(500)은, 수술 로봇(20)에 구비되는 것으로, 로봇 암 유닛(21)(22)(23)에 결합될 수 있다. 모터팩(500)은 외부로부터 전원을 공급받아 동력을 발생시킬 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 내장 배터리식으로 동력을 발생시킬 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
모터팩(500)은 수술용 인스트루먼트(30)의 구동부(200)와 연결되는 것으로, 구동부(200)로 동력을 전달할 수 있다. 모터팩(500)은 제1 케이스(501), 제2 케이스(505), 피치 플레이트(531), 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521), 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552), 제3 조 구동 모터(553), 모터 연결부재(541)를 더 포함할 수 있다.
제1 케이스(501), 제2 케이스(505)는 모터팩(500)의 외관을 이루는 것으로, 내부가 중공으로 형성될 수 있다. 제1 케이스(501), 제2 케이스(505)의 내부 공간에는 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552), 피치 구동 모터(553)가 배치될 수 있다.
도 31 내지 도 38을 참조하면, 제1 케이스(501), 제2 케이스(505)는 독립적으로 형성되어 서로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 일체(one-body)형으로 형성될 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
피치 플레이트(531)는 제1 케이스(501) 상에 배치되는 것으로, 회전 가능하게 배치될 수 있다. 피치 플레이트(531)는 피치 구동 모터(553)와 연결되는 것으로, 피치 구동 모터(553)로부터 동력을 전달받을 수 있다.
피치 플레이트(531)의 일 면(도 31 기준 하면)에는 피치 구동 모터(553)가 연결되고, 이에 대향하는 타 면(도 31 기준 상면)에는 구동부(200)를 향해 돌출 형성되는 돌출부(531a)가 형성될 수 있다.
돌출부(531a)는 하나 이상이 형성될 수 있고, 마주보는 구동부(200)의 일면 상에 형성되는 결합홀(205a)에 삽입될 수 있다. 이로 인하여 구동부(200)와 모터팩(500)이 연결될 수 있고, 모터팩(500), 구체적으로 피치 구동 모터(553)에서 발생하는 동력이 구동부(200)에 전달될 수 있다.
도 31 내지 도 35를 참조하면, 피치 플레이트(531) 상에는 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)가 배치될 수 있다. 피치 플레이트(531)에는 홀부(hole)가 형성될 수 있고, 이러한 홀부에 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)가 각각 배치될 수 있다.
제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)는 피치 플레이트(531) 내에서 회전 가능하게 배치될 수 있다. 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)는 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)와 각각 결합될 수 있다.
제1 조 플레이트(511)는 일 면(도 31 기준 하면)이 제1 조 구동 모터(551)와 연결되고, 타 면(도 31 기준 상면)이 구동부(200), 구체적으로 모터 결합부(251)와 연결될 수 있다.
도 35를 참조하면, 제1 조 플레이트(511) 상에는 돌출부(511a)가 형성될 수 있고, 모터 결합부(251)에 형성되는 결합홀(251a)과 연결될 수 있다. 이로 인하여 제1 조 구동 모터(551)에서 발생하는 동력을 전달받아 모터 결합부(251)를 회전시킬 수 있고, 모터 결합부(251)가 회전됨에 따라 모터 결합부(251)의 회전축(241)을 회전시키며, 회전축(241)에 연결되는 제1 조 와이어인 와이어(301), (305)를 감거나 풀 수 있다.
제2 조 플레이트(521)는 일 면(도 31 기준 하면)이 제2 조 구동 모터(552)와 연결되고, 타 면(도 31 기준 상면)이 구동부(200), 구체적으로 모터 결합부(252)와 연결될 수 있다.
도 35를 참조하면, 제2 조 플레이트(521) 상에는 돌출부(521a)가 형성될 수 있고, 모터 결합부(252)에 형성되는 결합홀(252a)과 연결될 수 있다. 이로 인하여 제2 조 구동 모터(552)에서 발생하는 동력을 전달받아 모터 결합부(252)를 회전시킬 수 있고, 모터 결합부(252)가 회전됨에 따라 모터 결합부(252)의 회전축(242)을 회전시키며, 회전축(242)에 연결되는 제2 조 와이어인 와이어(302), (306)를 감거나 풀 수 있다.
도 32 내지 도 34를 참조하면, 피치 플레이트(531) 상에서 미리 설정되는 영역에 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)가 배치됨으로 인하여, 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(512)의 회전 중심과 피치 플레이트(531)의 회전 중심 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있다.
도 31 내지 도 34를 참조하면, 모터팩(500)은 모터 연결부재(541)를 더 포함할 수 있다. 모터 연결부재(541)는 피치 플레이트(531)에 연결되는 것으로, 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)와 각각 연결되며, 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)의 위치를 고정시킬 수 있다.
즉, 모터 연결부재(541)는 피치 플레이트(531)와 연결되며 피치 플레이트(531)가 회전할 때 함께 회전할 수 있고, 이로 인하여 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)를 회전시킬 수 있다.
또한, 모터 연결부재(541)로 인하여 피치 플레이트(531)가 피치 구동 모터(553)으로부터 발생하는 동력을 전달받아 회전할 때, 피치 플레이트(531) 상에 배치되는 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)와 각각 연결되는 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)가 이동할 수 있다. 그리고, 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)에서 각각 발생하는 동력은 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)를 통해 구동부(200)에 구비되는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(241), 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)에 전달될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 모터팩(500)에서 발생하는 동력이 구동부(200)에 전달됨으로써 전술한 바와 같이 피치 동작, 요 동작, 액츄에이션 동작을 할 수 있다.
도 36을 참조하면, 피치 구동 모터(553)에서 발생하는 동력이 피치 플레이트(531)로 전달될 수 있고, 피치 플레이트(531)가 회전됨에 따라 피치 플레이트(531) 상에 배치되는 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)의 위치가 변경될 수 있다.
즉, 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)와 각각 연결되는 구동부(200)의 회전축(241), 회전축(242)이 회전축(243)을 중심으로 공전할 수 있고, 이에 의해 피치 동작에 따른 엔드 툴 측에서의 조 와이어들의 이동을 보상해 줌으로써, 피치 동작이 요/액츄에이션 동작과 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있다. 이와 관련하여는 전술한 바 자세한 설명은 생략한다.
도 37을 참조하면, 피치 플레이트(531)가 회전하지 않은 상태에서, 제2 조 구동 모터(552)에서 발생하는 동력이 제2 조 플레이트(512)로 전달되어, 제2 조 플레이트(512)를 A2 방향으로 회전시킬 수 있다. 제2 조 플레이트(512)는 모터 결합부(252)를 통해 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)에 동력을 전달하며, 회전축(242)에 결합된 제2 조 와이어인 와이어(302), (306)을 감거나 풀어주면서 요 동작 또는 액츄에이션 동작을 할 수 있다.
도 38을 참조하면, 도 36의 피치 구동 모터(553)에서 발생하는 동력이 피치 플레이트(531)를 A3 방향으로 회전시키고, 그와 독립적으로 제2 조 구동 모터(552)에서 발생하는 동력이 제2 조 플레이트(512)로 전달되며, 제2 조 플레이트(512)를 A4 방향으로 회전시킬 수 있다.
도 38을 참조하면, 피치 구동 모터(553)의 구동으로 엔드 툴(100)의 피치 동작을 수행할 수 있고, 제2 조 구동 모터(552)의 구동으로 모터 결합부(252)를 통해 구동부 제2 조 회전축인 회전축(242)에 동력을 전달하며, 회전축(242)에 결합된 제2 조 와이어인 와이어(302), (306)을 감거나 풀어주면서 요 동작 또는 액츄에이션 동작을 할 수 있다.
도 31 내지 도 38을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터팩(500)은 피치 플레이트(531) 내에 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)가 배치되며, 피치 플레이트(531)가 피치 구동 모터(553)로부터 동력을 전달받아 회전 시 제1 조 플레이트(511), 제2 조 플레이트(521)가 피치 플레이트(531)의 회전 중심을 기준으로 공전할 수 있다.
또한, 모터 연결부재(541)가 피치 플레이트(531)에 결합되며 피치 플레이트(531)가 회전됨에 따라 위치가 변하고, 모터 연결부재(541)에 연결되는 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)를 피치 구동 모터(553)를 중심으로 공전시킬 수 있다.
이로 인하여 모터팩(500)에서 발생하는 동력을 구동부(200)에 전달할 수 있고, 구동부 피치 풀리가 회전축(243)을 중심으로 자전(rotation)하면, 회전축(241), 회전축(242)이 회전축(243)을 중심으로 공전(revolution)을 하면서, 구동부 조 풀리에 감겨 있는 조 와이어의 경로 길이를 변화시킨다. 그리고 이 조 와이어의 경로 길이의 변화가, 피치 동작에 따른 엔드 툴 측에서의 조 와이어들의 이동을 보상해 줌으로써, 피치 동작이 독립적으로 수행되는 결과를 낼 수 있는 것이다.
<구동부 - 제2 실시예>
도 39 및 도 40은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다. 도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 평면도이다. 도 42는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 저면 사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구동부(600)는, 도 15 내지 도 28에 도시된 제1 실시예에 비해, 롤(roll) 동작을 위한 롤 회전축(644) 및 롤 회전축(644)에서 발생하는 동력을 연결부(310)에 전달하는 구성이 특징적으로 달라진다. 이하에서는 제1 실시예에 비해 달라진 부분에 대해 집중적으로 기술한다.
도 39 내지 도 42를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동부(600)의 케이스(601)에는 롤 회전축인 회전축(644)이 배치될 수 있다. 롤 회전축(644)의 회전 중심축은 회전축(641), 회전축(642), 회전축(643)과 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 롤 회전축(644)의 회전 중심축은 연결부(310)의 길이 방향 중심축과 나란하게 배치될 수 있다.
도 39 내지 도 42를 참조하면, 롤 회전축(644)은 롤 구동 모터(도면 미도시)와 연결될 수 있고, 롤 구동 모터로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 롤 회전축(644)의 일 면에는 결합홀(644a)이 형성될 수 있고, 롤 구동 모터에 형성되는 돌출부(도면 미도시)와 연결될 수 있다.
이로 인하여 롤 구동 모터에서 발생하는 동력을 롤 회전축(644)에 전달할 수 있는 효과가 있다.
도 39 내지 도 41을 참조하면, 롤 회전축(644)은 와이어(670)를 통해 연결부(310)에 동력을 전달할 수 있다. 본 도면에서는 롤 회전축(644)과 연결부(310)가 와이어(670)를 통해 연결되나, 이에 한정하는 것은 아니고 벨트 등과 연결될 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구동부(600)는 연결부(310)에 회전 동력을 전달하기 위한 롤 회전축(644)이 구비되고, 롤 구동 모터에서 발생하는 동력을 와이어(670)를 통해 연결부(310)에 전달하는 점을 제외하고는 나머지 구성이 제1 실시예에 따른 구동부(200)의 구성과 동일하므로, 이와 중복되는 범위에서 자세한 설명은 생략한다.
<구동부 - 제3 실시예>
도 43 및 도 44는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다. 도 45는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 평면도이다. 도 46은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구동부를 도시한 저면 사시도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 구동부(700)는, 도 39 내지 도 42에 도시된 구동부의 제2 실시예에 비해, 롤 회전축(744)에서 발생하는 회전 동력을 연결부(310)에 전달하는 구성이 특징적으로 달라진다. 이하에서는 제2 실시예에 비해 달라진 부분에 대해 집중적으로 기술한다.
도 43 내지 도 46을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 구동부(700)의 케이스(701)에는 롤 회전축인 회전축(744)이 배치될 수 있다. 롤 회전축(744)의 회전 중심축은 회전축(741), 회전축(742), 회전축(743)과 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 롤 회전축(744)의 회전 중심축은 연결부(310)의 길이 방향 중심축과 나란하게 배치될 수 있다.
도 43 내지 도 46을 참조하면, 롤 회전축(744)은 롤 구동 모터(도면 미도시)와 연결될 수 있고, 롤 구동 모터로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 롤 회전축(744)의 일 면에는 결합홀(744a)이 형성될 수 있고, 롤 구동 모터에 형성되는 돌출부(도면 미도시)와 연결될 수 있다.
이로 인하여 롤 구동 모터에서 발생하는 동력을 롤 회전축(744)에 전달할 수 있는 효과가 있다.
도 43 내지 도 46을 참조하면, 롤 회전축(744)은 복수 개의 기어를 통해 연결부(310)에 동력을 전달할 수 있다. 구체적으로 기어는 롤 동작용 기어(771), 롤 동작용 기어(772)를 포함할 수 있고, 기어들(771)(772)이 맞물리면서, 롤 회전축(744)에서 발생하는 동력을 연결부(310)에 전달할 수 있다.
기어들(771)(772)은 직경이 도 45에 도시된 바와 같이 상이하게 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 동일하게 형성될 수 있는 등 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 구동부(700)는 연결부(310)에 회전 동력을 전달하기 위한 롤 회전축(744)이 구비되고, 롤 구동 모터에서 발생하는 동력을 복수 개의 롤 동작용 기어인 기어(771), 기어(772)를 통해 연결부(310)에 전달하는 점을 제외하고는 나머지 구성이 제2 실시예에 따른 구동부(600)의 구성과 동일하므로, 이와 중복되는 범위에서 자세한 설명은 생략한다.
<모터팩 - 제2 실시예>
도 47 내지 도 51은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터팩을 도시한 사시도이다. 도 52는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터팩을 도시한 평면도이다. 도 53은 도 51에서 피치 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다. 도 54 내지 도 56은 피치 구동 모터에 의해 회전되는 상태를 순차적으로 도시한 확대도이다. 도 57은 도 51에서 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다. 도 58은 도 51에서 피치 구동 모터 및 제2 조 구동 모터에 의해 회전된 상태를 도시한 도면이다.
도 48 및 도 49를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 모터팩(800)은 제1 조 구동 모터(851), 제2 조 구동 모터(852), 피치 구동 모터(853)를 포함한다. 한편, 피치 구동 모터(853)의 회전축(미도시)에는 후술할 제1 조 중개 기어(862)와 제2 조 중개 기어(872)가 각각 회전 가능하게 결합되어 있다.
도 47 내지 도 49를 참조하면, 모터팩(800)은 케이스(801)를 더 포함할 수 있다. 케이스(801)는 내부가 중공이며, 제1 조 구동 모터(851), 제2 조 구동 모터(852), 피치 구동 모터(853)를 수용할 수 있다.
제1 조 구동 모터(851)의 회전축에는 제1 조 구동 기어(861)가 결합되어서, 제1 조 구동 모터(851)의 회전축이 회전하면 이와 함께 제1 조 구동 기어(861)가 회전한다.
그리고 제1 조 구동 기어(861)의 일 측에는 제1 조 구동 기어(861)와 맞물리도록 제1 조 중개 기어(862)가 배치된다. 그리고 제1 조 중개 기어(862)의 일 측에는 제1 조 중개 기어(862)와 맞물리도록 제1 조 회전 기어(863)가 배치된다. 그리고, 제1 조 회전 기어(863)의 회전축은 제1 조 플레이트(811)와 결합되어서, 제1 조 회전 기어(863)가 회전하면 이와 함께 제1 조 플레이트(811)가 회전한다. 결과적으로, 제1 조 구동 모터(851)가 회전하면, 그 구동력이 제1 조 구동 기어(861), 제1 조 중개 기어(862), 제1 조 회전 기어(863)를 거쳐서 제1 조 플레이트(811)가 회전하게 되는 것이다.
제1 조 플레이트(811)가 회전됨에 따라, 제1 조 플레이트(811)와 연결되는 구동부 제1 조 회전축인 회전축(도 17의 241 참조)이 회전할 수 있고, 제1 조 회전축(241)에 결합되는 제1 조 와이어인 와이어(301), 와이어(305)가 감기거나 풀릴 수 있다.
제2 조 구동 모터(852)의 회전축에는 제2 조 구동 기어(871)가 결합되어서, 제2 조 구동 모터(852)의 회전축이 회전하면 이와 함께 제2 조 구동 기어(871)가 회전한다. 그리고 제2 조 구동 기어(871)의 일 측에는 제2 조 구동 기어(871)와 맞물리도록 제2 조 중개 기어(872)가 배치된다. 그리고 제2 조 중개 기어(872)의 일 측에는 제2 조 중개 기어(872)와 맞물리도록 제2 조 회전 기어(873)가 배치된다. 그리고, 제2 조 회전 기어(873)의 회전축은 제2 조 플레이트(821)와 결합되어서, 제2 조 회전 기어(873)가 회전하면 이와 함께 제2 조 플레이트(812)가 회전한다. 결과적으로, 제2 조 구동 모터(852)가 회전하면, 그 구동력이 제2 조 구동 기어(871), 제2 조 중개 기어(872), 제2 조 회전 기어(873)를 거쳐서 제2 조 플레이트(821)가 회전하게 되는 것이다.
제2 조 플레이트(812)가 회전됨에 따라, 제2 조 플레이트(812)와 연결되는 구동부 제2 조 회전축인 회전축(도 17의 242 참조)이 회전할 수 있고, 제2 조 회전축(242)에 결합되는 제2 조 와이어인 와이어(302), 와이어(306)가 감기거나 풀릴 수 있다.
도 52를 참조하면, 피치 플레이트(831)는 케이스(801) 상에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 피치 플레이트(831)는 피치 구동 모터(853)와 연결되며, 피치 구동 모터(853)로부터 동력을 전달받을 수 있다. 구체적으로, 피치 구동 모터(853)에는 회전축(미도시)이 형성되고, 이 회전축(미도시)에 피치 플레이트(831)가 결합되어 있다. 따라서 피치 구동 모터(853)의 회전축(미도시)이 회전하면 이와 함께 피치 플레이트(831)가 회전한다.
피치 플레이트(831)의 일 면(도 50 기준 하면)에는 피치 구동 모터(853)가 연결되고, 이에 대향하는 타 면(도 50 기준 상면)에는 구동부(200)를 향해 돌출 형성되는 돌출부(831a)가 형성될 수 있다.
돌출부(831a)는 하나 이상이 형성될 수 있고, 마주보는 구동부(200)의 일면 상에 형성되는 결합홀(205a)에 삽입될 수 있다. 이로 인하여 구동부(200)와 모터팩(800)이 연결될 수 있고, 모터팩(800), 구체적으로 피치 구동 모터(853)에서 발생하는 동력이 구동부(200)에 전달될 수 있다.
도 47 내지 도 52를 참조하면, 피치 플레이트(831) 내에는 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)가 배치될 수 있다. 피치 플레이트(831)에는 홀부(hole)가 형성될 수 있고, 이러한 홀부에 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)가 각각 배치될 수 있다.
제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)는 피치 플레이트(831) 상에서 회전 가능하게 배치될 수 있다. 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)는 제1 조 구동 모터(851), 제2 조 구동 모터(852)와 각각 연결될 수 있다.
제1 조 플레이트(811)는 일 면(도 50 기준 하면)이 제1 조 구동 모터(851)와 연결되고, 타 면(도 50 기준 상면)이 구동부(200), 구체적으로 모터 결합부(251)와 연결될 수 있다.
도 52를 참조하면, 제1 조 플레이트(811) 상에는 돌출부(811a)가 형성될 수 있고, 모터 결합부(251)에 형성되는 결합홀(251a)과 연결될 수 있다. 이로 인하여 제1 조 구동 모터(851)에서 발생하는 동력을 전달받아 모터 결합부(251)를 회전시킬 수 있고, 모터 결합부(251)가 회전됨에 따라 모터 결합부(251)의 회전축(241)을 회전시키며, 회전축(241)에 연결되는 제1 조 와이어인 와이어(301), (305)를 감거나 풀 수 있다.
제2 조 플레이트(821)는 일 면(도 50 기준 하면)이 제2 조 구동 모터(852)와 연결되고, 타 면(도 50 기준 상면)이 구동부(200), 구체적으로 모터 결합부(252)와 연결될 수 있다.
도 52를 참조하면, 제2 조 플레이트(821) 상에는 돌출부(821a)가 형성될 수 있고, 모터 결합부(252)에 형성되는 결합홀(252a)과 연결될 수 있다. 이로 인하여 제2 조 구동 모터(852)에서 발생하는 동력을 전달받아 모터 결합부(252)를 회전시킬 수 있고, 모터 결합부(252)가 회전됨에 따라 모터 결합부(252)의 회전축(242)을 회전시키며, 회전축(242)에 연결되는 제2 조 와이어인 와이어(302), (306)를 감거나 풀 수 있다.
도 49 내지 도 51을 참조하면, 제1 조 중개 기어(862), 제2 조 중개 기어(872)는 피치 플레이트(831)와 회전 중심축을 공유하고, 피치 플레이트(831)의 회전과 독립적으로 회전이 가능하다.
도면에 도시하지는 않았지만, 피치 플레이트(831)의 회전 중심축(도면부호 미설정)과 제1 조 중개 기어(862), 제2 조 중개 기어(872) 사이에 베어링이 배치되며, 제1 조 중개 기어(862), 제2 조 중개 기어(872)가 피치 플레이트(831)의 회전 중심축과 별개로 회전이 가능하도록 배치될 수 있다.
도 49 내지 도 51을 참조하면, 제1 조 중개 기어(862), 제2 조 중개 기어(872)는 회전 중심축이 동일하게 형성되고, 높이를 달리하여 일정 간격 이격 배치될 수 있다.
이에 따라 제1 조 구동 기어(861), 제2 조 구동 기어(871)도 높이를 달리하여 이격 배치되고, 제1 조 회전 기어(863), 제2 조 회전 기어(873)도 높이를 달리하여 이격 배치될 수 있다.
이로 인하여 제1 조 구동 기어(861), 제1 조 중개 기어(862), 제1 조 회전 기어(863)와 제2 조 구동 기어(871), 제2 조 중개 기어(872), 제2 조 회전 기어(873) 간 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 49 내지 도 51을 참조하면, 모터팩(800)은 모터 연결부재(841)를 더 포함할 수 있다. 모터 연결부재(841)는 피치 플레이트(831)에 결합되는 것으로, 제1 조 플레이트(811)의 회전 중심축, 제2 조 플레이트(821)의 회전 중심축과 연결될 수 있다.
이로 인하여 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)의 각 회전 중심축이 중심을 유지하면서 제1 조 구동 모터(851), 제2 조 구동 모터(852)로부터 발생하는 동력을 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)에 전달할 수 있는 효과가 있다.
즉, 피치 플레이트(831)에 제1 조 플레이트(811)와 제2 조 플레이트(821)가 결합되어 있으므로, 피치 플레이트(831)가 자전하면, 제1 조 플레이트(811)와 제2 조 플레이트(821)는 피치 구동 모터(853)의 회전축(미도시)을 중심으로 공전한다. 이에 대해서는 후술할 피치 동작에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.
(피치 동작)
도 54 내지 도 56은 피치 구동 모터에 의해 회전되는 상태를 순차적으로 도시한 확대도이다. 피치 구동 모터(853)가 회전하면, 피치 플레이트(831)가 피치 회전축(미도시)을 중심으로 회전(자전)하고, 이와 함께 피치 플레이트(831) 상에 배치되는 제1 조 플레이트(811)와 제2 조 플레이트(821)도 피치 회전축을 중심으로 공전한다.
이때, 제1 조 플레이트(811)와 제2 조 플레이트(821)의 회전을 보상하기 위해, 제1 조 구동 모터(851)와 제2 조 구동 모터(852)가 회전한다.
상세히, 도 54 내지 도 56을 참조하면, 피치 동작을 위해 피치 구동 모터(853) 및 피치 플레이트(831)가 화살표 A3 방향으로 회전한다. 그러면, 피치 플레이트(831)의 회전에 의해 제1 조 플레이트(811) 및 제2 조 플레이트(821)도 피치 구동 모터(853)의 회전축을 중심으로 화살표 A3 방향으로 공전을 하게 된다.
이와 같은 피치 구동 모터(853) 및 피치 플레이트(831)에 의한 제1 조 플레이트(811)의 회전(공전)을 보상하기 위해, 제1 조 구동 모터(851) 및 이와 결합된 제1 조 구동 기어(861)가 화살표 A1 방향으로 회전한다. 그러면, 제1 조 구동 기어(861)와 맞물려 있는 제1 조 중개 기어(862)는 화살표 A1’ 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제1 조 회전 기어(863)는 제1 조 플레이트(811)에 의해 피치 회전축을 중심으로 공전한다.
이와 같이 제1 조 구동 기어(861)에 의해 제1 조 중개 기어(862)가 피치 회전축을 중심으로 자전하는 동시에 제1 조 회전 기어(863)는 피치 회전축을 중심으로 공전하므로, 이와 같이 회전하는 동안 제1 조 중개 기어(862)의 특정 이빨과 제1 조 회전 기어(863)의 이빨이 계속 맞닿아 있다. 즉, 제1 조 회전 기어(863)는 제1 조 중개 기어(862)에 대해 기어 회전하지 아니한다.
결과적으로 피치 동작이 수행되는 동안, 제1 조 중개 기어(862)와 제1 조 회전 기어(863)의 상대적인 위치가 일정하게 유지된다. 이를 다른 관점에서 말하면, 제1 조 중개 기어(862)와 제1 조 회전 기어(863)가 일체로 피치 회전축을 중심으로 회전한다고 표현할 수도 있다.
이와 같이, 피치 동작을 수행하기 위해 피치 구동 모터(853)가 회전할 때 부차적으로 발생하는 제1 조 플레이트(811)와 제2 조 플레이트(812)의 공전을 제1 조 구동 모터(851) 및 제2 조 구동 모터(852)가 회전하여 보상해줌으로써, 결과적으로 피치 운동이 조의 운동에 영향을 받지 않을 수 있다.
(제2 조 회전 동작)
도 57에 도시된 바와 같이, 제2 조(도 7의 102 참조)가 동작하기 위해서는 제2 조 구동 모터(852)가 회전되어야 한다. 제2 조 구동 모터(852)의 회전축 및 이와 결합된 제2 조 구동 기어(871)가 화살표 B2 방향으로 회전하면 이와 맞물리는 제2 조 중개 기어(872)는 B2’ 방향으로 회전된다. 그리고 제2 조 중개 기어(872)와 맞물리는 제2 조 회전 기어(873) 및 제2 조 플레이트(821)는 화살표 B2’’ 방향으로 회전하게 된다. 이때, 피치 플레이트(811)는 회전하지 않고, 위치를 유지하며, 피치 플레이트(811) 상에 배치되는 제2 조 플레이트(821)만 회전하게 된다.
(피치 동작과 제2 조 회전 동작 동시 수행)
도 58에 도시된 바와 같이, 피치 동작이 수행되는 동시에 제2 조가 회전 동작하기 위해서, 피치 구동 모터(853)와 제2 조 구동 모터(852)가 각각 회전할 수 있다.
구체적으로, 도 58을 참조하면, 피치 동작을 위해 피치 구동 모터(853) 및 피치 플레이트(831)가 화살표 C3 방향으로 회전한다. 그러면, 피치 플레이트(831)의 회전에 의해 제1 조 플레이트(811) 및 제2 조 플레이트(821)도 피치 구동 모터(853)의 회전축을 중심으로 화살표 C3 방향으로 공전을 하게 된다.
이와 같은 피치 구동 모터(853) 및 피치 플레이트(831)에 의한 제1 조 플레이트(811)의 회전(공전)을 보상하기 위해, 제1 조 구동 모터(851) 및 이와 결합된 제1 조 구동 기어(861)가 화살표 C1 방향으로 회전한다. 그러면, 제1 조 구동 기어(861)와 맞물려 있는 제1 조 중개 기어(862)는 화살표 C1’ 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제1 조 회전 기어(863)는 제1 조 플레이트(811)에 의해 피치 회전축을 중심으로 공전한다.
한편, 피치 동작이 수행되는 동시에 제2 조가 회전 동작하기 위해서는, 제2 조 구동 모터(852) 및 이와 결합된 제2 조 구동 기어(871)가 화살표 C2 방향으로 회전한다. 그러면 제2 조 구동 기어(871)와 맞물려 있는 제2 조 중개 기어(872)가 화살표 C2’ 방향으로 회전하고, 제2 조 중개 기어(872)와 맞물려 있는 제2 조 회전 기어(873)는 화살표 C’’ 방향으로 회전한다.
이때 피치 구동 모터(853)와 제2 조 구동 모터(852)가 함께 회전하면, 제2 조 구동 모터(852)가 회전할 때 피치 구동 모터(853)의 회전을 보상하기 위한 회전량이 함께 고려되어야 한다. 이때, 도면에는 제2 조 구동 기어(871)가 제2 조 중개 기어(872)보다 상대적으로 더 작게 형성되므로, 피치도 45° 회전하고 제2 조도 45° 회전한다고 가정하면, 제2 조 구동 모터(852)가 시계 방향으로 회전하는 것으로 도시되어 있다. 다만, 이는 각 기어들의 회전비에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예의 모터팩(800)은 제1 조 구동 모터(551), 제2 조 구동 모터(552)가 피치 구동 모터(553)이 회전함에 따라 함께 회전하는 제1 실시예의 모터팩(500)과 달리, 제1 조 구동 모터(851), 제2 조 구동 모터(852)의 위치가 변하지 않고 유지될 수 있다.
또한, 제1 조 구동 모터(551)의 회전 동력 발생 시 회전 중심축이 제1 조 플레이트(511)의 회전 중심축과 동일하고, 제2 조 구동 모터(552)의 회전 동력 발생 시 회전 중심축이 제2 조 플레이트(521)의 회전 중심축과 동일한 제1 실시예의 모터팩(500)과 달리, 제1 조 구동 모터(851)의 회전 중심축이 제1 조 플레이트(811)의 회전 중심축과 이격 배치되고, 제2 조 구동 모터(852)의 회전 중심축이 제2 조 플레이트(821)의 회전 중심축과 이격 배치된다.
대신에 제1 조 구동 모터(851)에서 발생하는 동력이 제1 조 구동 기어(861), 제1 조 중개 기어(862), 제1 조 회전 기어(863)를 통해 제1 조 플레이트(811)에 전달될 수 있다.
마찬가지로 제2 조 구동 모터(852)에서 발생하는 동력이 제2 조 구동 기어(871), 제1 조 중개 기어(872), 제1 조 회전 기어(873)를 통해 제2 조 플레이트(821)에 전달될 수 있다.
이러한 점을 제외하고는 피치 플레이트(831), 제1 조 플레이트(811), 제2 조 플레이트(821)의 회전 동력을 구동부(200)에 전달하는 구성 및 효과가 제1 실시예에 따른 모터팩(500)과 동일하므로 이와 중복되는 범위에서 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동 또는 자동으로 작동 가능하고, 피치 동작과 요 동작/액츄에이션 동작이 독립적으로 원활하게 수행되는 수술용 인스트루먼트 및 이를 포함하는 수술 로봇에 이용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);
    상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어;
    일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부;
    상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 조(jaw) 풀리; 및
    상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하게 형성되고, 상기 구동부 조 풀리의 중심과 미리 설정된 간격을 유지한 상태에서 상대적으로 이동이 가능하며, 상기 구동부 조 풀리의 중심을 기준으로 공전(revolution)하고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조 회전축;을 포함하고,
    상기 구동부 조 회전축의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고,
    상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축, 상기 구동부 조 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며,
    상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제2 축을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 구동부 피치 풀리;를 더 포함하고,
    상기 구동부 조 회전축은 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동 가능하도록 형성되어,
    상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 제2 축에 대한 상기 구동부 조 회전축의 상대적인 위치가 변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리의 회전 중심과 상기 구동부 조 회전축의 회전 중심의 상대적인 거리는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 회전하면 상기 구동부 조 회전축은 상기 구동부 피치 풀리와 연동하여 이동하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 회전하면, 상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 피치 풀리에 대해 상대적으로 이동하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의한 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이의 변경에 의해,
    상기 엔드 툴 내의 상기 조 와이어의 전체 길이도 변경되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리의 회전에 의해 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되더라도,
    상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔드 툴 조 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와,
    상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리와 인접하게 형성되며, 상기 제1 축과 상이한 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 더 포함하는 수술용 인스트루먼트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔드 툴의 피치 회전 시에, 상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨 나와서 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리를 지나는 상기 조 와이어의 두 가닥은 같은 방향으로 동시에 이동하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 일 평면을 기준으로,
    상기 엔드 툴 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 일 평면에 대해 동일한 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 조는 제1 조 및 제2 조를 포함하고,
    상기 엔드 툴 조 풀리는, 상기 제1 조와 결합하는 엔드 툴 제1 조 풀리와, 상기 제2 조와 결합하는 엔드 툴 제2 조 풀리를 포함하고,
    상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 결합되는 제1 조 와이어와, 상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 결합되는 제2 조 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 축에 수직이고 상기 제4 축을 포함하는 평면을 기준으로,
    상기 엔드 툴 제1 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제1 조 와이어는 상기 평면에 대해 어느 일 측에 배치되고,
    상기 엔드 툴 제2 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 제2 조 와이어는 상기 평면에 대해 다른 일 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리, 엔드 툴 조 피치 메인 풀리 및 상기 엔드 툴 조 피치 서브 풀리와 차례로 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔드 툴 조 풀리에 인접하게 배치되며, 상기 제4 축 또는 상기 제5 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 엔드 툴 피치 풀리; 및
    상기 엔드 툴 피치 풀리 및 상기 구동부 피치 풀리에 각각 결합되어 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 구동부 피치 풀리를 연결하는 피치 와이어;를 더 포함하는 수술용 인스트루먼트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리의 회전량과 상기 엔드 툴 피치 풀리의 회전량은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 제1 각도만큼 자전하면, 상기 구동부 조 회전축은 상기 제1 각도만큼 공전하며,
    상기 구동부 피치 풀리가 상기 제1 각도만큼 자전하면, 상기 엔드 툴 피치 풀리와 상기 엔드 툴 조 피치 메인 풀리는 제2 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부 조 풀리와 인접하게 배치되고, 상기 엔드 툴로부터 상기 조 와이어를 상기 구동부 조 풀리로 전달하는 적어도 하나 이상의 구동부 서브 중개 풀리를 포함하고,
    상기 조 와이어는 상기 구동부 서브 중개 풀리, 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축을 차례로 지나는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 회전하면,
    상기 구동부 조 회전축이 함께 회전하면서, 상기 구동부 서브 중개 풀리로의 진입 지점부터, 상기 구동부 조 풀리를 거쳐서, 상기 구동부 조 회전축으로부터의 진출 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 회전하면,
    상기 엔드 툴 조 풀리와 상기 구동부 조 회전축을 연결하는 상기 조 와이어의 배치 경로 상에서, 상기 조 와이어가 상기 구동부 조 풀리와 처음 접촉하는 지점부터, 상기 조 와이어가 상기 구동부 조 풀리와 마지막으로 접촉하는 지점까지의 상기 조 와이어의 경로 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부 조 풀리는 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation) 가능하도록 형성되고,
    상기 구동부 조 회전축은 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution) 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 피치 풀리와 연결된 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하면서, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 회전하면,
    상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축과 일정 정도 이격된 상태에서, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축과 일정한 거리를 유지하면서 상기 구동부 조 회전축 전체가 상기 제2 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제2 축을 중심으로 상기 구동부 피치 풀리와 함께 회전하도록 형성된 베이스 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 구동부 조 회전축은 상기 베이스 플레이트 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는 두 개 이상의 홀부가 형성되며, 상기 각 홀부 중 적어도 하나에는 구동부 조 회전축이 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 구동부 피치 풀리와 상기 구동부 조 회전축을 강체 연결하여, 상기 구동부 피치 풀리가 상기 제2 축을 중심으로 자전(rotation)하면, 상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)을 수행하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동부 조 회전축이 상기 제2 축을 중심으로 공전(revolution)하면, 상기 구동부 조 풀리에 감기는 상기 조 와이어의 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 다관절형 수술용 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부 조(jaw) 풀리가 회전하여도 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 조 와이어는 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 구동부 조 풀리와 각각 결합하여 전체적으로 폐루프(closed loop)를 형성하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 요 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축을 중심으로 자전(rotation)하는 동작이고,
    상기 피치 회전은 상기 엔드 툴 조 풀리가 상기 제1 축과 상이한 제4 축을 중심으로 공전(revolution)하는 동작인 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
  30. 수술자의 핸들 조작에 의해 동작을 수행하는 하나 이상의 로봇 암 유닛; 및
    상기 로봇 암 유닛에 결합되는 수술용 인스트루먼트;를 포함하고,
    상기 수술용 인스트루먼트는,
    하나 이상의 조(jaw) 및 상기 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 상기 조와 함께 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴 조 풀리를 포함하고, 적어도 피치 회전 및 요 회전이 가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool);
    상기 엔드 툴 조 풀리에 결합되어 상기 엔드 툴 조 풀리의 회전에 따라 이동하는 조 와이어;
    일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 조 와이어가 통과하고, 일 단부에 상기 엔드 툴이 결합되는 연결부;
    상기 연결부의 타 단부에 결합되고, 상기 엔드 툴의 상기 피치 회전 및 상기 요 회전을 제어하는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 조 와이어의 적어도 일부가 감기도록 형성되는 구동부 조(jaw) 풀리; 및
    상기 제2 축과 상이한 제3 축을 중심으로 회전 가능하게 형성되고, 상기 구동부 조 풀리의 중심과 미리 설정된 간격을 유지한 상태에서 상대적으로 이동이 가능하며, 상기 구동부 조 풀리의 중심을 기준으로 공전(revolution)하고, 상기 조 와이어와 결합되는 구동부 조 회전축;을 포함하고,
    상기 구동부 조 회전축의 회전을 통해 상기 조 와이어가 이동하면서 상기 엔드 툴 조 풀리 및 상기 조가 회전되고,
    상기 구동부 조 풀리에 감겨서 나오는 두 가닥의 상기 조 와이어는 상기 구동부 조 풀리, 상기 구동부 조 회전축, 상기 구동부 조 풀리에 차례로 감긴 후에 상기 엔드 툴 쪽으로 연장되며,
    상기 구동부 조 회전축이 상기 구동부 조 풀리에 대해 상대적으로 이동하면, 상기 구동부 내의 상기 조 와이어의 전체 길이가 변경되면서, 상기 엔드 툴이 상기 피치 회전하는 것을 특징으로 하는 수술 로봇.
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