(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム（ａｒｍ）ユニットと、
前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットと、を含み、
前記アームユニットは、
少なくとも２つ以上の領域で互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ）する複数のリンクと、
前記複数のリンクを貫通連結する複数のワイヤと、を含み、
前記複数のリンクは、前記リンクと隣接するリンクに向かう第１方向にボディーが屈曲して形成される複数の第１転がり接触部を含み、かつ、前記第１方向と反対側の第２方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第２転がり接触部を含み、
前記複数のワイヤは、
前記第１転がり接触部と前記第２転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に交互に貫通する一対の第１ワイヤと、
前記第１転がり接触部と前記第２転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に交互に貫通する一対の第２ワイヤと、を含み、
前記アームユニットが駆動される過程で、前記一対の第１ワイヤのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なっており（ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）、
前記アームユニットがチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、前記一対の第１ワイヤの一方および前記一対の第１ワイヤの他方のうち、一つまたは両方の張力を変更することによって、前記アームユニットの剛性が調整可能であり、
前記第１転がり接触部の高さは互いに異なる、
器具。
【請求項２】
前記複数のリンクは、一列に（ｓｅｒｉａｌ）配置され、前記複数のリンクのうち少なくとも二つのリンクは互いに隣接する他のリンクと転がり接触する、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記複数のリンクのうち少なくとも一つのリンクは、その中心部が中空状であるボディーを含む、請求項１または２に記載の器具。
【請求項４】
前記複数の第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置されて、一対に設けられる、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
前記複数の第２転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置されて、一対に設けられる、請求項１に記載の器具。
【請求項６】
前記第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第２転がり接触部と９０°回転された位置に配置される、請求項５に記載の器具。
【請求項７】
前記第１転がり接触部の一部分は、一定の曲率を有する円の一部である、請求項３に記載の器具。
【請求項８】
前記複数のリンクは、
第１リンクと、
前記ボディーが延びる方向に沿って前記リンクの中心を貫通する中心線を基準に前記第１リンクと９０°回転された位置で、前記第１リンクの上部または下部と転がり接触する第２リンクと、を含む、請求項２または３に記載の器具。
【請求項９】
前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンクとの間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含む、請求項８に記載の器具。
【請求項１０】
前記滑り防止部材の一面は前記第１リンクの一部分と接し、他面は前記第２リンクの一部分と接する、請求項９に記載の器具。
【請求項１１】
前記第２リンクと対向する前記第１リンクの第１面と、前記第１面と転がり接触する前記第２リンクの第２面には、それぞれ前記第１リンクと前記第２リンクとの間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために互いに噛み合う第１歯状部及び第２歯状部が設けられる、請求項８に記載の器具。
【請求項１２】
前記第１歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第１リンクの円周方向に沿って前記第１面に形成され、
前記第２歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第２リンクの円周方向に沿って前記第２面に形成される、請求項１１に記載の器具。
【請求項１３】
前記複数のリンクは、
その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに転がり接触する第１リンクと、
その上面と下面のいずれか一方の面は隣接する他のリンクに転がり接触し、他方の面は隣接する他のリンクに面接触する第２リンクと、
その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに面接触する第３リンクと、を含む、請求項２または３に記載の器具。
【請求項１４】
前記第２リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクとの間に配置される、請求項１３に記載の器具。
【請求項１５】
前記第３リンクは、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、前記アームユニットが駆動される過程で剛体（ｒｉｇｉｄ  ｂｏｄｙ）を形成する、請求項１４に記載の器具。
【請求項１６】
前記駆動ユニットは、
前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤの経路を変更する少なくとも一つのプーリと、
前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力を調節できるように前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに連結される駆動プレートと、を含む、請求項１に記載の器具。
【請求項１７】
複数のリンクを含むアームユニット、及び前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットを含む器具において、
前記リンクは、
その中心部が中空状であるボディーと、
前記ボディーの上部面及び下部面のうち少なくとも一つの一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記リンクと隣接する他のリンクに転がり接触する複数の凸部と、を含み、
前記複数の前記凸部を貫通する一対の第１ワイヤ、を含み、
前記凸部は、前記ボディーの中心を貫通する中心線を含む仮想の第１分割面を基準に互いに対向する位置に配置されて、一対に設けられており、
前記アームユニットが駆動される過程で、前記一対の第１ワイヤのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なっており（ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）、
前記アームユニットがチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、前記一対の第１ワイヤの一方および前記一対の第１ワイヤの他方のうち、一つまたは両方の張力を変更することによって、前記アームユニットの剛性が調整可能であり、
前記凸部は、前記一対の凸部が突出する長さは互いに異なる、
器具。
【請求項１８】
前記リンクは、前記凸部に連結される少なくとも一つの凹部を含み、
前記凹部は、前記リンク及び前記リンクと隣接する他のリンクが前記凸部を通じて相対回動できるように回動空間を形成する、請求項１７に記載の器具。
【請求項１９】
前記凹部は、前記第１分割面と直交する仮想の第２分割面を基準に互いに対向する位置に配置されて、一対に設けられる、請求項１８に記載の器具。
【請求項２０】
前記複数のリンクは、第１リンクと、前記第１リンクと同一の形状を有し、前記第１リンクの上部面及び下部面と隣接する第２リンク及び第３リンクを含み、
前記第１リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクに転がり接触する一対の第１凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第３リンクに転がり接触する一対の第２凸部と、を含み、
前記第２凸部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第１凸部と９０°回転された位置に配置される、請求項１７に記載の器具。
【請求項２１】
前記第２リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクの上部面と隣接する他のリンクに転がり接触する一対の第３凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第１リンクに転がり接触する一対の第４凸部と、を含み、
前記一対の第４凸部は、前記一対の第１凸部とそれぞれ転がり接触する、請求項２０に記載の器具。
【請求項２２】
前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンクとの間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含み、
前記滑り防止部材の一面は前記第１凸部と接し、他面は前記第４凸部と接する、請求項２１に記載の器具。
【請求項２３】
前記第１凸部及び前記第４凸部は、前記第１リンクと前記第２リンクとの間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために、前記第１凸部の少なくとも一部と前記第４凸部の少なくとも一部が互いに噛み合うことができるように歯状部を含む、請求項２１に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームユニット及びそれを含むロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
最小侵襲手術とは、患部の大きさを最小化する手術を通称するもので、代表的な例としては、腹腔鏡手術がある。最小侵襲手術は、既存の開腹手術とは異なり、腹部を完全に開けて手術を行うものではなく、幾つかの小さな切開孔を作り、腹部にガスを満たして手術空間を設けた後に、切開孔を通じて腹腔鏡（Ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｅ）と手術用マニピュレータ（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を入れて、映像を見ながら手術用マニピュレータを用いて手術をする方法である。
【０００３】
腹腔鏡手術は、開腹手術とは異なり、手術後の痛みが少なく、入院期間が短く、正常状態への復帰が早く、切開範囲が小さいので美容効果に優れるという長所を有する。しかし、調整しにくい手術用マニピュレータ及び切開孔を通じてのみ手術用マニピュレータを動かさなければならないという短所がある。
【０００４】
このような腹腔鏡手術の短所を補完するために、一つの切開孔のみを形成するシングルポート（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｒｔ）手術、又は、切開孔を一つも形成せずに、口、肛門などのような自然開口部を介して手術用マニピュレータを挿入して手術を行う自然開口部手術（Ｎａｔｕｒａｌ  Ｏｒｉｆｉｃｅ  Ｔｒａｎｓｌｕｍｅｎａｌ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  Ｓｕｒｇｅｒｙ；ＮＯＴＥＳ）が最近活発に研究されている。
【０００５】
このようなシングルポート手術または自然開口部手術を円滑に行うためには、手術用マニピュレータのアームが、屈曲のある患者の内部または臓器に沿って通過できるように柔軟性を有しなければならない。同時に、手術部位においては、加えられる荷重に耐えることができるように剛性を有しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
状況によって簡単に剛性を変更できるように、改善された構造を有するアームユニット及びそれを含むロボットを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
技術的思想の一側面によるロボットは、アーム（ａｒｍ）ユニットと；前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットと；を含み、前記アームユニットは、少なくとも２つ以上の領域で互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ）する複数のリンクと；前記複数のリンクを貫通連結する複数のワイヤと；を含むことを特徴とする。
【０００８】
前記複数のリンクは、一列に（ｓｅｒｉａｌ）配置され、前記複数のリンクのうち少なくとも二つのリンクは互いに隣接する他のリンクと転がり接触することができる。
【０００９】
前記複数のリンクのうち少なくとも一つのリンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記少なくとも一つのリンクと隣接する他のリンクに向かう第１方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第１転がり接触部と、を含むことができる。
【００１０】
前記第１方向と反対側の第２方向に前記ボディーが屈曲して形成される複数の第２転がり接触部を含むことができる。
【００１１】
前記複数の第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置される一対に設けることができる。
【００１２】
前記複数の第２転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に１８０°回転された位置に配置される一対に設けることができる。
【００１３】
前記第１転がり接触部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第２転がり接触部と９０°回転された位置に配置することができる。前記第１転がり接触部は、前記隣接する他のリンクと転がり接触する転がり接触面を含むことができる。
【００１４】
前記転がり接触面の少なくとも一部分は、一定の曲率を有する円の一部であり得る。
【００１５】
前記複数のリンクは、第１リンクと、前記ボディーが延びる方向に沿って前記リンクの中心を貫通する中心線を基準に前記第１リンクと９０°回転された位置で、前記第１リンクの上部または下部と転がり接触する第２リンクと、を含むことができる。
【００１６】
前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含むことができる。前記滑り防止部材の一面は前記第１リンクの一部分と接し、他面は前記第２リンクの一部分と接することができる。
【００１７】
前記第２リンクと対向する前記第１リンクの第１面と、前記第１面と転がり接触する前記第２リンクの第２面には、それぞれ前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために互いに噛み合う第１歯状部及び第２歯状部を設けることができる。前記第１歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第１リンクの円周方向に沿って前記第１面に形成し、前記第２歯状部は、その中心部が中空状に設けられる前記第２リンクの円周方向に沿って前記第２面に形成することができる。前記第１転がり接触部の高さは互いに異なってもよい。
【００１８】
前記複数のリンクは、その上面と下面の両方が隣接する他のリンクに転がり接触する第１リンクと、その上面と下面のいずれか一方の面は隣接する他のリンクに転がり接触し、他方の面は隣接する他のリンクと互いに相対回転できないように面接触する第２リンクと、その上面と下面の両方が隣接する他のリンクと互いに相対回転できないように面接触する第３リンクと、を含むことができる。
【００１９】
前記第２リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクとの間に配置することができる。前記第３リンクは、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、前記アームユニットが駆動される過程で剛体（ｒｉｇｉｄ  ｂｏｄｙ）を形成することができる。
【００２０】
前記複数のワイヤは、前記第１転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第１ワイヤと、前記第２転がり接触部を前記複数のリンクが配置される方向に貫通する一対の第２ワイヤと、を含むことができる。
【００２１】
前記アームユニットが駆動される過程で、前記一対の第１ワイヤのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なっても（ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）よい。前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力（ｔｅｎｓｉｏｎ）と前記アームユニットの剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）とは互いに比例することができる。
【００２２】
前記駆動ユニットは、前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤの経路を変更する少なくとも一つのプーリと、前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに加えられる張力を調節できるように前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤに連結される駆動プレートと、を含むことができる。
【００２３】
また、技術的思想の他の側面に係るロボットは、複数のリンクを含むアームユニット、及び前記アームユニットを駆動するための駆動ユニットを含むロボットにおいて、前記リンクは、その中心部が中空状であるボディーと；前記ボディーの上部面及び下部面のうち少なくとも一つの一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記リンクと隣接する他のリンクに転がり接触する少なくとも一つの凸部と；を含むことを特徴とする。
【００２４】
前記リンクは、前記凸部に連結される少なくとも一つの凹部を含み、前記凹部は、前記リンク及び前記リンクと隣接する他のリンクが前記凸部を通じて相対回動できるように回動空間を形成することができる。
【００２５】
前記凸部は、前記ボディーの中心を貫通する中心線を含む仮想の第１分割面を基準に互いに対向する位置に配置される一対に設けることができる。前記凹部は、前記第１分割面と直交する仮想の第２分割面を基準に互いに対向する位置に配置される一対に設けることができる。前記凸部は、隣接する他のリンクと転がり接触する転がり接触面を含み、前記転がり接触面の少なくとも一部分は一定の曲率を有する円の一部であってもよい。
【００２６】
前記複数のリンクは、第１リンクと、前記第１リンクと同一の形状を有し、前記第１リンクの上部面及び下部面と隣接する第２リンク及び第３リンクを含み、前記第１リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクに転がり接触する一対の第１凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第３リンクに転がり接触する一対の第２凸部と、を含み、前記第２凸部は、前記ボディーが延びる方向に沿って前記ボディーの中心を貫通する中心線を基準に前記第１凸部と９０°回転された位置に配置することができる。
【００２７】
前記第２リンクは、その中心部が中空状であるボディーと、前記ボディーの上部面の一部区間が前記ボディーの長手方向に突出形成されて、前記第２リンクの上部面と隣接する他のリンクに転がり接触する一対の第３凸部と、前記ボディーの下部面の一部区間が前記第１凸部が突出する方向と反対方向に突出形成されて、前記第１リンクに転がり接触する一対の第４凸部と、を含み、前記一対の第４凸部は、前記一対の第１凸部とそれぞれ転がり接触することができる。
【００２８】
前記第１リンクと前記第２リンクとの間に位置して、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止する滑り防止部材をさらに含み、前記滑り防止部材の一面は前記第１凸部と接し、他面は前記第４凸部と接することができる。
【００２９】
前記第１凸部及び前記第４凸部は、前記第１リンクと前記第２リンク間の滑り（ｓｌｉｐ）を防止するために、前記第１凸部の少なくとも一部と前記第４凸部の少なくとも一部が互いに噛み合うことができるように歯状部を含むことができる。前記一対の凸部が突出する長さは互いに異なってもよい。
【発明の効果】
【００３０】
複数のリンクを連結するワイヤの張力（Ｔｅｎｓｉｏｎ）を調節して、複数のリンクで構成されるアームユニットの剛性を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施例に係るアームユニット及び駆動ユニットを示す図である。
【図２】図１のアームユニットを構成するリンクを示す図である。
【図３】図２を違った角度から見た様子を示す図である。
【図４】図２の側面図である。
【図５Ａ】一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーション及びパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。
【図５Ｂ】一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーション及びパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。
【図６Ａ】ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。
【図６Ｂ】ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。
【図７Ａ】ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。
【図７Ｂ】ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。
【図８Ａ】一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。
【図８Ｂ】一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。
【図８Ｃ】一実施例に係るアームユニットを構成するリンク同士間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。
【図９Ａ】他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図９Ｂ】他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図９Ｃ】他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１０Ａ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１０Ｂ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１０Ｃ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１１Ａ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１１Ｂ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【図１１Ｃ】更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、一実施例に係るアームユニット及び駆動ユニットを示す図である。図１に示すように、ロボット１は、アームユニット１０と、アームユニット１０を駆動するための駆動ユニット５０とを含んで構成される。
【００３４】
アームユニット１０は、一列（Ｓｅｒｉａｌ）に配置され、互いに転がり接触（ｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ）するリンク１１０、及びリンク１１０を貫通して連結するワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂを含む。
【００３５】
ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂは、アームユニット１０のチルトモーションを具現するために対向して配置される一対の第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ、及びアームユニット１０のパンモーションを具現するために対向して配置される一対の第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂを含む。
【００３６】
駆動ユニット５０は、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂの経路を変更する少なくとも一つのプーリ５２と、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力を調節できるようにワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに連結される駆動プレート５４と、駆動プレート５４を駆動するための駆動モータ（図示せず）と、を含む。
【００３７】
駆動プレート５４は、ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂが巻かれるように円弧状に設けることができる。駆動プレート５４は、アームユニット１０のチルトモーションに関連する第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂに連結されて、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂの張力を調節する第１駆動プレート５４ａと、アームユニット１０のパンモーションに関連する第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに連結されて、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節する第２駆動プレート５４ｂと、を含む。
【００３８】
第１駆動プレート５４ａと第２駆動プレート５４ｂは、それぞれ個別的に駆動されて回転しながら、アームユニット１０のチルトモーション及びパンモーションを具現するための第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節することができる。
【００３９】
図２は、図１のアームユニットを構成するリンクを示す図で、図３は、図２を違った角度から見た様子を示す図で、図４は、図２の側面図で、図５Ａ及び図５Ｂは、一実施例に係るアームユニットのチルト（Ｔｉｌｔ）モーションとパン（Ｐａｎ）モーションを示す図である。
【００４０】
図２乃至図５Ｂに示すように、リンク１１０は、その中心部が中空状であるボディー１１２と、リンク１１０の上部に隣接して配置される他のリンク１１０に向かう第１方向にボディー１１２が屈曲して形成される一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂと、第１方向と反対方向にボディー１１２が屈曲して形成される一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂと、を含む。
【００４１】
第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、その上部に隣接する他のリンク１１０と接触できるように、ボディー１１２の上部面の一部区間がボディー１１２の長手方向に突出形成され、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、その下部に隣接する他のリンク１１０と接触できるように、ボディー１１２の下部面の一部区間が第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂが突出する方向と反対方向に突出形成されるので、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂを、それぞれ、第１凸部１１４ａ，１１４ｂ及び第２凸部１１６ａ，１１６ｂと見ることができる。
【００４２】
一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、ボディー１１２が延びる方向に沿ってボディー１１２の中心を貫通する中心線Ｌｃを基準に１８０°回転された位置に互いに配置される。また、一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置される。
【００４３】
第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂが形成されるボディー１１２の上部面には、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂが形成され、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂが形成されるボディー１１２の下部面には、第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂが形成される。第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置され、第２凹部１１７ａ，１１７ｂは、中心線Ｌｃを基準にボディー１１２の円周方向に沿って第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとそれぞれ９０°回転された位置に配置される。第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、中心線Ｌｃを含む仮想の第１分割面Ｆ１を基準に互いに対称する位置に配置され、第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、中心線Ｌｃを含み、第１分割面Ｆ１と直交する仮想の第２分割面Ｆ２を基準に互いに対称する位置に配置される。
【００４４】
一対の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂには、チルトモーション及びパンモーションを具現するための第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂが貫通する第１貫通孔１２１ａ，１２１ｂ及び第２貫通孔１２２ａ，１２２ｂが設けられる。
【００４５】
それぞれの個別リンク１１０は、互いに隣接する他の個別リンク１１０と中心線Ｌｃを基準に９０°回転された状態で順次に結合されてアームユニット１０を構成する。したがって、図１に示されたように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのそれぞれは、リンク１１０の第１貫通孔１２１ａ，１２１ｂ及び隣接するリンク１１０の第２貫通孔１２２ａ，１２２ｂを貫通する。
【００４６】
隣接する個別リンク１１０が互いに相対回転できるように、第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂ及び一対の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂの少なくとも一部分は、図４に示されたように、所定の曲率Ｃを有する円の一部を含むことができる。
【００４７】
ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ，１８２ａ，１８２ｂに力が加えられない状態で、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂは、その上部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに転がり接触する。また、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂは、その下部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂにそれぞれ転がり接触する。
【００４８】
また、いずれか一つの個別リンク１１０の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂは、その上部に配置される他の個別リンク１１０の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂと互いに対向するように配置されて、互いに隣接する個別リンク１１０間の相対回動が可能なように回動空間Ｓ１、Ｓ２を形成する。また、いずれか一つの個別リンク１１０の第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂに連結される第２凹部１１７ａ，１１７ｂは、その下部に配置される他の個別リンク１１０の第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂに連結される第１凹部１１５ａ，１１５ｂと互いに対向するように配置されて、回動空間Ｓ１、Ｓ２を形成する。
【００４９】
図５Ａに示すように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂの張力を調節すると、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂと、その下部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂとの間の相対回動が発生して、チルト（Ｔｉｌｔ）モーションが具現される。
【００５０】
また、図５Ｂに示すように、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力を調節すると、いずれか一つの個別リンク１１０のボディー１１２の上部面に形成される第１転がり接触部１１４ａ，１１４ｂと、その上部に配置される他の個別リンク１１０のボディー１１２の下部面に形成される第２転がり接触部１１６ａ，１１６ｂとの間の相対回動が発生して、パン（Ｐａｎ）モーションが具現される。
【００５１】
このように、アームユニット１０がチルトモーションを行う過程で、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なり（Ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）、アームユニット１０がパン（Ｐａｎ）モーションを行う過程で、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのいずれか一方が伸びる長さは、他方が縮む長さと異なる。したがって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力は、複数のリンク１１０で構成されるアームユニット１０の剛性と比例関係を有することになる。
【００５２】
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂは、ワイヤに加えられる張力とアームユニットの剛性との間の関係を説明するための図である。
【００５３】
ここで、‘ｎ’は、個別リンク１１０の個数を示し、‘Φｐ’及び‘Φｔ’は、パンモーション及びチルトモーションのそれぞれにおいて隣接する個別リンク１１０間に形成される角度を示し、‘θｐ’及び‘θｔ’は、パンモーション及びチルトモーションのそれぞれにおいて端部に位置した個別リンク１１０が形成する角度を意味し、‘Ｌｐｌ’及び‘Ｌｐｒ’はそれぞれ、隣接する個別リンク１１０を連結する第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの一部分の長さを意味し、‘ｄｐｌ’及び‘ｄｐｒ’は、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの全長を意味する。
【００５４】
図６Ａ及び図６Ｂを参考して、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの伸びたり、縮んだ長さを上記の変数どうし間の関係を用いて導き出すと、次の通りである。
【００５５】
【数１】
0006356390.tif 000002
このとき、
【００５６】
【数２】
0006356390.tif 000003
との和は‘０（ｚｅｒｏ）’ではない。すなわち、アームユニット１０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂのいずれか一方１８２ａが伸びた長さと、他方１８２ｂが縮んだ長さの絶対値は互いに異なる。これは、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂにも同一に適用される。
【００５７】
このように、アームユニット１０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの非対称性（Ｎｏｎ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）によって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力の調節を通じてアームユニット１０の剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を変更させることができる。
【００５８】
図７Ａ及び図７Ｂを参考して、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力（Ｔ）とアームユニット１０の剛性（Ｋ）との間の関係を導き出すと、次の通りである。
【００５９】
【数３】
0006356390.tif 000004
ここで、図７Ｂに示すように、仮想仕事の原理（Ｖｉｒｔｕａｌ  ｗｏｒｋ  ｃｏｎｃｅｐｔ）を適用すると、次の通りである。
【００６０】
【数４】
0006356390.tif 000005
上の式を整理すると、
【００６１】
【数５】
0006356390.tif 000006
上記の式から分かるように、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂに加えられる張力（Ｔ）とアームユニット１０の剛性（Ｋ）とは互いに比例関係にあり、したがって、第１ワイヤ１８１ａ，１８１ｂ及び第２ワイヤ１８２ａ，１８２ｂの張力（Ｔ）を調節してアームユニット１０の剛性を変更させることができる。
【００６２】
このような構造を通じて、アームユニット１０が屈曲のある患者の内部または臓器に沿って手術部位まで移動する間には、アームユニット１０の剛性を減らして柔軟性を有するようにし、手術部位に到達して手術を行う過程では、アームユニット１０に加えられる荷重に耐えることができるように剛性を高めて柔軟性を有しないようにすることで、より効率的に手術を行うことができる。
【００６３】
図８Ａ乃至図８Ｃは、一実施例に係るアームユニットを構成するリンク間に滑り防止部材が挿入される様子を示す図である。図８Ａ乃至図８Ｃに示すように、滑り防止部材１５０は、互いに隣接する個別リンク１１０の間に位置して、個別リンク１１０が回動する過程で発生し得る滑り（Ｓｌｉｐ）を防止する。
【００６４】
滑り防止部材１５０は、その一面１５０ａと他面１５０ｂを通じて、隣接する個別リンク１１０の両方と接することができるように、個別リンク１１０のボディー１１２の上部面の一部及び下部面の一部が組み合わされた形状で設けられる。滑り防止部材１５０は、個別リンク１１０と異なる材質で設けることができ、特に、滑り防止に効果的なゴム材質やプラスチック材質で設けることができる。
【００６５】
図９Ａ乃至図９Ｃは、他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。
【００６６】
アームユニット２０を構成する個別リンク２１０の歯状部２１４，２１６を除いた残りの部分及び駆動原理は、アームユニット１０を構成する個別リンク１１０と同一であるので説明を省略する。
【００６７】
図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、アームユニット２０の個別リンク２１０は、個別リンク２１０が互いに相対回動する過程で発生し得る滑り（Ｓｌｉｐ）を防止するための歯状部２１４，２１６をさらに含む。
【００６８】
歯状部２１２，２１４は、屈曲形成されるリンク２１０のボディー２１２の上部面に形成される第１歯状部２１４と、下部面に形成される第２歯状部２１６とを含む。第１歯状部２１４及び第２歯状部２１６はそれぞれ、ボディー２１２の上部面及び下部面の円周方向に沿って形成される。
【００６９】
複数のリンク２１０のいずれか一つの個別リンク２１０に形成される第１歯状部２１４と、いずれか一つの個別リンク２１０の上部に配置される他の一つの個別リンク２１０に形成される第２歯状部２１６とが互いに噛み合うので、隣接する個別リンク１１０が転がり接触して相対回動する過程で滑り現象が未然に防止される。
【００７０】
図１０Ａ乃至図１０Ｃは、更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。図１０Ａ乃至図１０Ｃに示すように、更に他の一実施例に係るアームユニット３０は、第１リンク３１０、第２リンク３２０、及び第３リンク３３０を含む。第２リンク３２０は、第１リンク３１０の上面３１２ａに隣接して転がり接触するリンクであり、第３リンク３３０は、第２リンク３２０の上面３２２ａに隣接して面接触するリンクであり得る。
【００７１】
上記の説明では、第２リンク３２０及び第３リンク３３０をそれぞれ、第１リンク３１０の上面３１２ａ及び第２リンク３２０の上面３２２ａに隣接するものと説明したが、第２リンク３２０及び第３リンク３３０がそれぞれ、第１リンク３１０の下面３１２ｂ及び第２リンク３２０の下面３２２ｂにも隣接できるということは自明である。
【００７２】
第１リンク３１０は、上述したアームユニット１０の個別リンク１１０と同一であるので、詳細な説明は省略する。第３リンク３３０は、その中心部が中空状であるボディー３３２と、ボディー３３２の上面３３２ａ及び下面３３２ｂにそれぞれ形成されて、隣接する第２リンク３２０または第３リンク３３０と面接触する第１平坦部３３４ａ，３３４ｂ及び第２平坦部３３６ａ，３３６ｂを含む。
【００７３】
第２リンク３２０は、第１リンク３１０と第３リンク３３０との間に配置されて、第１リンク３１０と第３リンク３３０を連結する。第２リンク３２０は、その中心部が中空状であるボディー３２２と、ボディー３２２の第１面３２２ａに形成される第３平坦部３２４ａ，３２４ｂと、第１面３２２ａと反対側の第２面３２２ｂに形成される第３転がり接触部３２６ａ，３２６ｂを含む。
【００７４】
第３平坦部３２４ａ，３２４ｂは、第３リンク３３０に形成される第１平坦部３３４ａ，３３４ｂまたは第２平坦部３３６ａ，３３６ｂの形状と実質的に同一であり、第３転がり接触部３２６ａ，３２６ｂは、第１リンク３１０に形成される第１転がり接触部３１４ａ，３１４ｂまたは第２転がり接触部３１６ａ，３１６ｂの形状と実質的に同一である。
【００７５】
第１リンク３１０は、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて相対回動しながら、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取ることができるようにし、第３リンク３３０は、少なくとも２つ以上が互いに隣接するように配置されて、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取る過程で実質的に剛体（Ｒｉｇｉｄ  ｂｏｄｙ）を形成するようにする。図１０Ｃに示すように、第１リンク３１０、第２リンク３２０、第３リンク３３０を連結するワイヤ３８０ａ，３８０ｂに張力が加えられると、第３リンク３３０は剛体を形成して、アームユニット３０の剛性が維持されるようにし、第１リンク３１０は互いに相対回転しながら、アームユニット３０がチルトモーション及びパンモーションを取ることができるようにする。
【００７６】
図１１Ａ乃至図１１Ｃは、更に他の一実施例に係るアームユニットを示す図である。図１１Ａ乃至図１１Ｃに示すように、アームユニット４０は、その上部と下部が互いに対称形状に設けられる第１リンク４１０と、その上部と下部が互いに非対称形状に設けられる第２リンク４２０とを含んで構成される。
【００７７】
第１リンク４１０は、上述したアームユニット１０の個別リンク１１０と同一であるので、詳細な説明は省略する。第２リンク４２０は、その中心部が中空状であるボディー４２２と、ボディー４２２の第１面４２２ａに形成される第４転がり接触部４２４ａ，４２４ｂと、第１面４２２ａと反対側の第２面４２２ｂに形成される第５転がり接触部４２６ａ，４２６ｂと、を含む。
【００７８】
ボディー４２２は、アームユニット４０がチルトモーションまたはパンモーションを行う過程で、第１リンク４１０または第２リンク４２０が回動する方向にその一側が他の一側に比べてさらに延長されるので、非対称形状を有するようになる。したがって、第４転がり接触部４２４ａ，４２４ｂ間の高さの差が発生するようになる。
【００７９】
第１リンク４１０と第２リンク４２０は、互いに９０°角度で回転して交互に配置されるので、アームユニット４０の初期形状が、チルトモーションまたはパンモーションを行っている状態でのように傾いて配置される。したがって、アームユニット４０がさらに大きな角度でチルトモーションまたはパンモーションを行うことができて、アームユニット４０が手術部位などに到達できる範囲が増加するようになる。
【符号の説明】
【００８０】
１      ロボット
１０，２０，３０，４０  アームユニット
５０  駆動ユニット
１１０，２１０  リンク
３１０，４１０  第１リンク
３２０，４２０  第２リンク
３３０  第３リンク
【図１】
0006356390.tif 000007
【図２】
0006356390.tif 000008
【図３】
0006356390.tif 000009
【図４】
0006356390.tif 000010
【図５Ａ】
0006356390.tif 000011
【図５Ｂ】
0006356390.tif 000012
【図６Ａ】
0006356390.tif 000013
【図６Ｂ】
0006356390.tif 000014
【図７Ａ】
0006356390.tif 000015
【図７Ｂ】
0006356390.tif 000016
【図８Ａ】
0006356390.tif 000017
【図８Ｂ】
0006356390.tif 000018
【図８Ｃ】
0006356390.tif 000019
【図９Ａ】
0006356390.tif 000020
【図９Ｂ】
0006356390.tif 000021
【図９Ｃ】
0006356390.tif 000022
【図１０Ａ】
0006356390.tif 000023
【図１０Ｂ】
0006356390.tif 000024
【図１０Ｃ】
0006356390.tif 000025
【図１１Ａ】
0006356390.tif 000026
【図１１Ｂ】
0006356390.tif 000027
【図１１Ｃ】
0006356390.tif 000028