KR101483428B1 - Surgical robot capable of providing tactile sense using laser beam - Google Patents

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KR101483428B1
KR101483428B1 KR1020130116671A KR20130116671A KR101483428B1 KR 101483428 B1 KR101483428 B1 KR 101483428B1 KR 1020130116671 A KR1020130116671 A KR 1020130116671A KR 20130116671 A KR20130116671 A KR 20130116671A KR 101483428 B1 KR101483428 B1 KR 101483428B1
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laser beam
tactile
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정순철
김형식
전재훈
최승문
민병찬
김성필
박종락
배영민
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건국대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a surgical robot device capable of providing tactile sensation using laser beams, wherein the surgical robot device includes a tactile sensation generating unit which produces laser beams for generating tactile sensation. The laser beams are pulsed laser beams, and tactile sensation is generated based on the pulsed laser beams.

Description

레이저 빔을 이용하여 촉감을 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치{SURGICAL ROBOT CAPABLE OF PROVIDING TACTILE SENSE USING LASER BEAM}Technical Field [0001] The present invention relates to a surgical robot apparatus capable of providing a tactile sensation by using a laser beam,

본 발명은 레이저 빔을 이용하여 촉감을 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)을 이용하여 수술용 로봇 장치의 제어 과정에서 촉감을 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a surgical robot apparatus capable of providing a tactile sensation by using a laser beam, and more particularly, to a surgical robot apparatus capable of providing a touch in a control process of a surgical robot apparatus using a pulsed laser beam The present invention relates to a surgical robot apparatus.

수술용 로봇(Surgical Robot)이란, 사용자의 명령에 따라 수술 도구를 움직여 환부를 치료 또는 수술하는 로봇이다. 이러한 수술용 로봇은 매우 정확하고 정밀한 수술 동작을 수행할 수 있고, 수술 후 환자의 회복이 빠르기 때문에 그 사용범위가 점점 넓어지고 있는 추세이다. 이에 따라 그 종류도, 뼈 수술 로봇, 복강경 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등으로 점점 다양해지고 있다.
Surgical Robot is a robot that treats or operates a lesion by moving a surgical tool according to a user's command. These surgical robots are able to perform very precise and precise surgical operation, and since the recovery of the patient after the operation is fast, the use range thereof is getting wider. As a result, the types are becoming increasingly diverse, including bone surgery robots, laparoscopic surgery robots, and orthopedic surgery robots.

수술용 로봇은 로봇의 종류, 수술의 종류 등에 따라 다양한 구성을 구성할 수 있지만, 대개의 경우 조작부(Operating unit)와 로봇 암(Robotic arm)의 구성을 포함한다. 여기서 상기 조작부란, 사용자로부터 조작 정보를 입력받는 구성으로서, 조작 핸들, 다관절 링크 등을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 로봇 암이란, 상기 조작부의 조작 정보를 바탕으로 수술 도구를 컨트롤하여 실질적으로 수술 동작을 수행하게 되는 구성을 의미한다.
Surgical robots can have various configurations depending on the type of robot and the type of surgery, but they usually include a configuration of an operating unit and a robot arm. Here, the operation unit may be configured to receive operation information from a user, and may include an operation handle, a multi-joint link, and the like. The robot arm refers to a configuration in which a surgical tool is controlled based on operation information of the operation unit to substantially perform a surgical operation.

한편, 종래의 수술용 로봇은, 로봇의 동작(예컨대, 로봇 암의 동작)과 관련된 다양한 피드백(Feedback) 정보들을 시각 정보 또는 청각 정보 등의 형태로만 사용자에게 제공하였다. 하지만, 이러한 시각 정보 또는 청각 정보는 로봇의 실제 동작 상태(환부에 가하는 자극의 세기, 침습의 정도 등)를 간접적으로 표시하는 정보일 뿐이므로, 사용자는 이러한 형태의 피드백 정보를 바탕으로 로봇의 실제 동작 상태를 직접적으로 체감할 수는 없었다.
Meanwhile, the conventional surgical robot provides various feedback information related to the operation of the robot (for example, the operation of the robot arm) to the user only in the form of visual information or auditory information. However, since the visual information or the auditory information is merely information that indirectly displays the actual operation state of the robot (intensity of the stimulus applied to the lesion, degree of invasion, and the like) indirectly, I could not directly feel the operation state.

따라서, 시각 정보 또는 청각 정보 이외의 형태로 사용자에게 로봇의 동작 상태와 관련된 정보를 제공할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 특히, 로봇 암의 동작과 관련된 다양한 정보를 사용자(특히, 집도의의 손)에게 촉감의 형태로 제공하여, 사용자가 로봇 암의 실제 동작 상태를 직접적으로 체감할 수 있게 하는 기술이 요구되고 있다.
Therefore, there is a demand for a technique that can provide information related to the operation state of the robot to the user in a form other than the time information or the auditory information. In particular, there is a need for a technique that enables a user to directly experience the actual operating state of the robot arm by providing various information related to the operation of the robot arm to the user (in particular, the hands of the home designer) in the form of tactile feedback.

본 발명은 이러한 기술적 배경을 바탕으로 발명되었으며, 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.
The present invention has been invented based on such a technical background and has been invented to provide additional technical elements which can not easily be invented by a person having ordinary skill in the art, as well as satisfying the technical requirements of the present invention.

KRKR 10-2011-009552910-2011-0095529 AA

본 발명은, 수술용 로봇 장치의 동작과 관련된 정보를 촉감의 형태로 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치를 제공하는 것을 해결 과제로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surgical robot apparatus capable of providing information related to the operation of a surgical robot apparatus in a tactile form.

또한, 본 발명은 레이저 빔(Laser beam)을 이용하여 촉감을 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide a surgical robot apparatus capable of providing a tactile sensation by using a laser beam.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problems, and various technical problems can be included within the scope of what is well known to a person skilled in the art from the following description.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)을 생성하는 촉감 발생부;를 포함하고, 상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)이며, 상기 펄스 레이저 빔을 기초로 촉감을 발생시키는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a surgical robot apparatus comprising: a tactile generation unit for generating a laser beam for tactile generation; (Pulsed laser beam), and generates tactile sensation based on the pulsed laser beam.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 촉감 발생부가, 수술용 로봇 장치의 동작을 조작하는 조작부에 설치되는 것을 특징으로 한다. In addition, the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention is characterized in that the tactile generation section is provided in an operating section for operating the operation of the surgical robot apparatus.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 로봇 장치의 동작 상태에 따라 상기 촉감 발생부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surgical robot apparatus, comprising: a controller for controlling an operation of the tactile generator according to an operation state of the robot apparatus.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, in the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the controller controls the energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 수술용 로봇 장치의 로봇 암(Arm)에 가해지는 저항력을 고려하여, 상기 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, in the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the control unit controls the unit of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit in consideration of the resistance force applied to the robot arm of the surgical robot apparatus And the energy per pulse is controlled.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 수술용 로봇 장치가 가하게 되는 자극의 세기를 고려하여, 상기 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, in the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the control unit calculates the energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit in consideration of the intensity of the stimulus applied by the surgical robot apparatus And a control unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 로봇 장치 주변의 의료기기들로부터 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신부를 통해 전달받는 환자의 상태 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a communication unit for receiving information from the medical devices in the vicinity of the robot apparatus, and the control unit may transmit status information of the patient, And the operation of the tactile generation unit is controlled based on the tactile information.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 복수의 촉감 발생부가 설치되고, 상기 제어부는, 상기 복수의 촉감 발생부를 시간차를 두고 선택적으로 동작시켜서, 방향성 있는 촉감 패턴을 구현하는 것을 특징으로 한다.Further, the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of tactile generation units, and the control unit is configured to selectively operate the plurality of tactile generation units at different time intervals to implement a directional tactile pattern .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 상기 펄스 레이저 빔의 세기(Power) 또는 펄스 폭(Pulse width)를 조절하여, 상기 단위 펄스당 에너지를 조절하는 것을 특징으로 한다.Further, in the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the control unit adjusts the energy per unit pulse by adjusting the power or the pulse width of the pulsed laser beam .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 상기 펄스 폭을 수십 ms(millisecond) 이하의 범위에서 조절하는 것을 특징으로 한다.In the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the controller adjusts the pulse width in a range of several tens of milliseconds or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 상기 제어부가, 상기 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위에 속하는 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
Further, in the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention, the control unit controls the energy per unit pulse to a value in the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ.

한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치의 촉감 제공 방법은, (a) 수술용 로봇 장치의 상태 정보가 수집되는 단계; 및 (b) 상기 수술용 로봇 장치의 상태 정보를 바탕으로, 촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)이 생성되는 단계;를 포함하고, 상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)이며, 상기 펄스 레이저 빔을 기초로 촉감이 발생 되는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of providing tactile feedback of a surgical robot apparatus, including: (a) collecting status information of a surgical robot apparatus; And (b) generating a laser beam for tactile generation based on the state information of the surgical robot apparatus, wherein the laser beam is a pulsed laser beam, And a tactile sensation is generated based on the pulsed laser beam.

본 발명은, 수술용 로봇 장치의 동작 상태 정보를 촉감의 형태로 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 사용자로 하여금 수술용 로봇 장치가 환부에 가하게 되는 자극이나 환부로부터 수용하게 되는 자극을 직접적으로 체감하면서 로봇을 조작할 수 있게 한다. The present invention can provide the operating state information of the surgical robot apparatus in a tactile form. Therefore, the present invention enables the user to operate the robot while directly sensing the stimulus or the stimulus received from the affected part by the surgical robot apparatus.

또한, 본 발명은 레이저 빔(Laser beam)을 이용하여 수술용 로봇 장치의 동작 상태 정보를 촉감의 형태로 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 레이저 빔(Laser beam)을 이용하여 촉감을 제공하므로, 조작부에 진동을 가하거나 사용자의 인체와 접촉하지 않아도 촉감을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 미세한 컨트롤이 요구되는 조작부 자체에는 영향을 주지 않으면서, 촉감을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide the operating state information of the surgical robot apparatus in a tactile form by using a laser beam. Specifically, the present invention provides a tactile sensation by using a laser beam, so that it is possible to provide a touch without giving a vibration to the operation portion or contacting with the user's body. Therefore, the present invention can provide a touch without affecting the operation portion itself requiring fine control.

또한, 본 발명은 수술용 로봇 장치 주변의 의료 기기들과 연동 된 상태에서도 동작할 수 있고, 상기 의료 기기들이 제공하는 환자의 상태 정보를 촉감으로 구현할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 사용자로 하여금 환자의 상태 정보를 촉감으로 느끼면서 조작 동작을 수행할 수 있게 한다. In addition, the present invention can operate in a state of being interlocked with medical devices around the surgical robot apparatus, and the state information of the patient provided by the medical devices can be realized as tactile feedback. Therefore, the present invention enables a user to perform an operation operation while feeling the patient's state information in a tactile sense.

또한, 본 발명은 펄스 레이저 빔(Pulse laser beam)을 이용하여, 인체의 피부에 '광-기계적 촉감'을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 단위 펄스당 에너지가 0.005 mJ 이상의 값으로 조절되고, 펄스 폭이 ms(millisecond) 이하인 펄스 레이저 빔을 이용하여, 인체에 광-기계적 촉감을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 '광-열적 촉감' 또는 '광-화학적 촉감'이 아닌 '광-기계적 촉감'을 제공하므로, '광-열적 촉감' 또는 '광-화학적 촉감'에 의해 발생 될 수 있는 부작용을 최소화시킬 수 있다. In addition, the present invention can provide 'opto-mechanical touch' to the human skin using a pulsed laser beam. Specifically, the present invention can provide opto-mechanical touch to the human body by using a pulsed laser beam whose energy per unit pulse is adjusted to a value of 0.005 mJ or more and whose pulse width is not more than ms (millisecond). Therefore, the present invention provides' opto-mechanical touch 'rather than' photo-thermal touch 'or' photo-chemical touch ', so that side effects that may be caused by' photo- Can be minimized.

또한, 본 발명은, 인체의 피부에 직접적으로 '광-기계적 촉감'을 제공하는 경우에, 인체의 피부에는 손상을 가하지 않으면서 광-기계적 촉감을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위에서 조절하여, 인체의 피부에는 손상을 가하지 않으면서 광-기계적 촉감을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide opto-mechanical touch without damaging the skin of the human body when providing 'opto-mechanical touch' directly to the skin of the human body. Specifically, the present invention can control the energy per unit pulse in the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ to provide the opto-mechanical touch without damaging the skin of the human body.

또한, 본 발명은 레이저 빔을 이용하여 촉감 제공할 수 있으므로, 인체에 비접촉한 상태에서도 촉감을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 레이저 빔에 의한 촉감을 이용하여, 인체에 비접촉한 상태에서도 수술용 로봇 장치의 여러 방향에 대한 다양하고 세밀한 상태 정보를 제공할 수 있다.
Further, since the present invention can provide a tactile feeling by using a laser beam, it is possible to provide a tactile sensation even in a state of non-contact with a human body. Therefore, the present invention can provide various detailed state information on various directions of the surgical robot apparatus even in a non-contact state with the human body by using the tactile sensation by the laser beam.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects can be included within the range that is obvious to a person skilled in the art from the following description.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치가 포함하는 촉감 발생부의 동작을 보여주는 개념도이다.
도 3은, 펄스 레이저 빔의 파라미터들을 보여주는 개념도이다.
도 4는 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 다른 촉감 발생부가 설치된 예시를 나타내는 예시도이다.
도 8은, 복수의 촉감 발생부를 이용하여 촉감 패턴을 구현하는 예시를 나타내는 예시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치가 발생시키는 광-기계적 촉감을 검증하기 위한 실험 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 10은, 피에조 센서(Piezo sensor)의 출력 신호를 보여주는 그래프이다.
도 11은, 피에조 센서의 출력 신호를 처리하는 과정을 나타내는 블록도이다.
도 12 및 도 13은, 레이저 발생 모듈의 단위 펄스당 에너지와 피에조 센서의 출력 신호 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 레이저 자극에 의한 뇌파 변화와 순수 기계적 자극에 의한 뇌파 변화를 비교 관찰하는 실험을 나타내는 개념도이다.
도 15 내지 도 16은, 도 14에서 살펴본 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a configuration diagram showing a configuration of a surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating an operation of a tactile generation unit included in a surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing the parameters of the pulsed laser beam.
FIG. 4 through FIG. 7 are diagrams illustrating examples in which a tactile generation unit is installed in an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view showing an example of embodying a tactile pattern using a plurality of tactile generators.
9 is a configuration diagram illustrating an experimental system for verifying the opto-mechanical tactile feedback generated by the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing an output signal of a piezo sensor.
11 is a block diagram showing a process of processing the output signal of the piezo sensor.
12 and 13 are graphs showing the relationship between the energy per unit pulse of the laser generation module and the output signal of the piezo sensor.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing an experiment for comparing and observing changes in brain waves caused by laser stimulation and changes in brain waves caused by pure mechanical stimulation.
15 to 16 are graphs showing the results of the experiment shown in FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '레이저 빔을 이용하여 촉감을 제공할 수 있는 수술용 로봇 장치'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, a surgical robot apparatus capable of providing tactile sensation using a laser beam according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical spirit of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. In the meantime, each constituent unit described below is only an example for implementing the present invention. Thus, in other implementations of the present invention, other components may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, each component may be implemented solely by hardware or software configuration, but may be implemented by a combination of various hardware and software configurations performing the same function.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
Also, the expression " comprising " is intended to merely denote that such elements are present as an expression of " open ", and should not be understood to exclude additional elements.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치를 살펴본다.
Hereinafter, a surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치는, 촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)을 생성하는 촉감 발생부(110), 사용자의 조작 정보를 입력받는 조작부(120), 상기 조작부가 생성하는 조작 정보를 바탕으로 실제 수술을 진행하는 로봇 암(Robotic arm, 130), 외부 기기와 정보를 송신 또는 수신하기 위한 통신부(140), 상기 촉감 발생부, 상기 조작부, 상기 로봇 암, 상기 통신부를 포함하는 상기 수술용 로봇 장치의 구성부들의 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다. 1, the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention includes a tactile generation unit 110 for generating a laser beam for tactile generation, an operation unit 120 for receiving user's operation information, A robotic arm 130 for performing an actual operation based on operation information generated by the operation unit, a communication unit 140 for transmitting or receiving information with an external device, a tactile generation unit, A robot arm, and a control unit 150 for controlling operations of the components of the surgical robot apparatus including the communication unit.

또한, 상기 수술용 로봇 장치는, 로봇 장치의 동작 상태 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이부, 로봇 장치의 동작 상태 정보를 청각적으로 안내하기 위한 음성 출력부 등의 구성을 더 포함할 수 있으며, 이러한 구성 이외에도 상기 로봇 장치의 동작과 관련된 다양한 구성부들을 포함할 수 있다.
In addition, the surgical robot apparatus may further include a display unit for displaying operation state information of the robot apparatus, and a voice output unit for audibly guiding the operation state information of the robot apparatus. But may also include various components related to the operation of the robot apparatus.

상기 촉감 발생부(110)는, 수술용 로봇 장치의 동작 상태 정보를 바탕으로 촉감(Tactile sense)을 발생시키는 구성이다. 이러한 상기 촉감 발생부(110)는, 도 2와 같이 레이저 빔(Laser beam)을 생성하고 출력할 수 있으며, 상기 레이저 빔을 이용하여 촉감을 발생시킬 수 있다. The tactile sense generating unit 110 generates a tactile sense based on the operation state information of the surgical robot apparatus. The tactile feedback unit 110 can generate and output a laser beam as shown in FIG. 2, and can generate tactile feedback using the laser beam.

또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 발생 모듈(112), 상기 레이저 빔의 세기(Power)를 조절하는 광 필터 모듈(114), 상기 레이저 빔의 직경(Diameter)를 조절하는 렌즈 모듈(116)을 포함할 수 있으며, 이러한 구성들 이외에도 상기 레이저 빔을 생성하고 조절하기 위한 다양한 구성부들을 포함할 수 있다. The touch generating unit 110 includes a laser generating module 112 for generating a laser beam, an optical filter module 114 for adjusting the intensity of the laser beam, And may include various components for generating and adjusting the laser beam in addition to these components.

한편, 상기 레이저 발생 모듈(112)이 반도체 레이저 다이오드일 경우에는 상기 광 필터 모듈(114)이 구성에서 제외될 수 있다.
If the laser generation module 112 is a semiconductor laser diode, the optical filter module 114 may be omitted from the configuration.

여기서, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 레이저 빔(Pulse laser beam)을 생성하고 출력하는 구성으로서, 레이저 드라이버(Laser driver), 냉각 장치 등을 포함할 수 있다. 여기서 상기 레이저 드라이버는, 레이저 매질(Laser medium), 광 펌핑부(Optical pumping), 광 공진기(Optical resonator) 등의 구성을 포함하는 구성으로서, 상기 펄스 레이저 빔을 구성하는 광신호를 생성한다. 또한, 상기 냉각 장치는, 상기 레이저 드라이버가 광 신호를 생성하는 과정에서 발생 될 수 있는 열을 제거하는 구성으로서, 상기 레이저 드라이버 장치를 보호하는 역할을 하는 구성이다. Here, the laser generation module 112 may include a laser driver, a cooling device, and the like, for generating and outputting a laser beam. The laser driver includes a laser medium, an optical pumping unit, and an optical resonator. The laser driver generates an optical signal constituting the pulse laser beam. The cooling device is configured to remove heat that may be generated in the process of generating the optical signal by the laser driver, and serves to protect the laser driver device.

이러한 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 레이저 빔을 생성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부(110)는, 루비 레이저, 네오디뮴:야그 레이저(Nd:YAG Laser), 네오디뮴:글라스 레이저(Nd:Glass Laser), 레이저 다이오드(Ga, Al, As), 엑시머(Excimer) 레이저, 색소 레이저 등의 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 종류 이외에도 반도체 레이저 다이오드 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. The laser generation module 112 may be formed in various forms capable of generating a laser beam. For example, the laser output unit 110 may be a laser output unit such as a ruby laser, a Nd: YAG laser, a neodymium glass laser, a laser diode Ga, Excimer laser, dye laser, and the like. In addition to these types, semiconductor laser diodes and the like may be used.

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 연속형 레이저(CW laser, Continuous wave laser)가 아닌 펄스 레이저(Pulse laser)를 이용하여 펄스 레이저 빔(Pulse laser beam)을 생성하는 것이 바람직하다. 레이저 자극이 연속적으로 제공되는 경우에는 광-화학적 효과 또는 광-열적 효과가 발생하여 인체에 부작용을 발생시킬 수 있으므로, 이러한 효과들을 최소화한 상태에서 광-기계적 촉감을 얻기 위해 펄스 레이저 빔을 이용하는 것이다. The laser generation module 112 preferably generates a pulsed laser beam by using a pulse laser instead of a continuous wave laser (CW laser). When a laser stimulus is continuously provided, a pulsed laser beam is used to obtain opto-mechanical touch while minimizing these effects since a photo-chemical effect or a photo-thermal effect may occur and cause a side effect to the human body .

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 조절할 수 있으며, 이러한 파라미터의 조절 동작을 통해 광-기계적 촉감을 발생시킬 수 있다. 노출시간과 단위 펄스당 에너지를 특정 범위로 조절하면, 펄스 레이저 빔에 의한 탄성 효과(Laser-induced Elastic Effect)가 유발될 수 있는데, 이러한 현상을 기초로 광-기계적 촉감이 발생 될 수 있기 때문이다. 한편, 상기 단위 펄스당 에너지의 조절은, 펄스 레이저 빔을 구성하는 광신호의 세기(Power, J/s)를 조절하는 동작을 통해 달성되거나, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭(Pulse width)을 조절하는 동작을 통해 달성할 수 있다. (참고로, 도 3을 참조하면, 상기 펄스 레이저 빔의 광신호 세기(Power, J/s), 펄스 폭(Pulse width), 펄스 반복율(Repetition rate) 등을 확인할 수 있다.)In addition, the laser generation module 112 can adjust the energy per unit pulse of the pulsed laser beam, and generate the opto-mechanical touch through the adjustment operation of the parameter. Adjusting the exposure time and the energy per unit pulse to a specific range may cause laser-induced elastic effects due to the pulsed laser beam, which may result in opto-mechanical tactile sensation . The adjustment of the energy per unit pulse may be achieved by adjusting the intensity (Power, J / s) of the optical signal constituting the pulse laser beam, or by adjusting the pulse width of the pulse laser beam Can be achieved. (For reference, referring to FIG. 3, the optical signal intensity (Power, J / s), pulse width, repetition rate, etc. of the pulse laser beam can be confirmed.

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 수십 ms(millisecond) 이하의 펄스 폭(Pulse width) 조건에서 단위 펄스당 에너지를 조절하는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 빔을 이용하는 경우에도, 펄스 폭이 큰 경우에는 레이저 자극의 충분한 노출시간이 확보되어 광-화학적 효과 또는 광-열적 효과가 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 수십 ms(millisecond) 이하의 펄스 폭(Pulse width) 조건에서 단위 펄스당 에너지를 조절하여 이러한 현상을 최소화하는 것이 바람직하다. In addition, the laser generation module 112 preferably controls energy per unit pulse under a pulse width of several tens of milliseconds or less. Even in the case of using a pulsed laser beam, when the pulse width is large, a sufficient exposure time of laser stimulation is ensured, and a photo-chemical effect or a photo-thermal effect may occur. Therefore, it is desirable to minimize this phenomenon by controlling the energy per unit pulse at a pulse width of several tens of milliseconds or less.

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 상기 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 이상의 값으로 조절하는 것이 바람직하다. 뒤에서 살펴보겠지만, 이러한 조건에서 인체의 피부 조직에 광-기계적 촉감을 일으킬 수 있기 때문이다. In addition, it is preferable that the laser generation module 112 adjusts the energy per unit pulse to a value of 0.005 mJ or more. As you will see later, in these conditions it is possible to cause the opto-mechanical touch of the skin tissue of the human body.

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 상기 단위 펄스당 에너지를 9.5 mJ 이하의 값으로 조절하는 것이 바람직하다. 뒤에서 살펴보겠지만, 9.5 mJ를 초과하는 조건에서는 광-기계적 촉감의 정도가 인체의 피부 조직에 손상을 가할 수 있을 정도로 커질 수 있기 때문이다. 따라서, 인체에 광-기계적 촉감을 직접적으로 제공하는 경우의 안전성을 확보하기 위하여 상기 단위 펄스당 에너지를 9.5 mJ 이하의 값으로 조절하는 것이 바람직하다.Also, it is preferable that the laser generation module 112 adjusts the energy per unit pulse to a value of 9.5 mJ or less. As we shall see later, in conditions exceeding 9.5 mJ, the degree of opto-mechanical tactile sensation may become large enough to damage the skin tissue of the human body. Therefore, it is preferable to adjust the energy per unit pulse to a value of 9.5 mJ or less in order to ensure safety in the case of directly providing the human body with the opto-mechanical touch.

또한, 상기 레이저 발생 모듈(112)은, 상기 단위 펄스당 에너지를 조절하여 광-기계적 촉감의 강도도 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저 발생 모듈(112)은 상기 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위에서 증가시키거나 감소시켜서, 광-기계적 촉감의 강도를 변화시킬 수 있다.
In addition, the laser generation module 112 may change the intensity of the opto-mechanical touch by adjusting the energy per unit pulse. Specifically, the laser generation module 112 may increase or decrease the energy per unit pulse in the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ to change the intensity of the opto-mechanical touch.

상기 광 필터 모듈(114)은, 상기 펄스 레이저 빔을 구성하는 광신호의 세기(Power, J/s)를 조절하기 위한 구성으로서, 이러한 세기 조절을 통해 상기 레이저 발생 모듈(112)이 출력하는 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 2차적으로 조절할 수 있는 구성이다. The optical filter module 114 is configured to adjust the intensity (Power, J / s) of the optical signal constituting the pulsed laser beam, And the energy per unit pulse of the beam can be secondarily adjusted.

이러한 상기 광 필터 모듈(114)은, 광신호의 세기를 감쇄시키는 감쇄(Attenuator) 장치를 포함할 수 있는데, 이러한 장치를 이용하여 광신호의 세기(Power, J/s)를 감쇄시킬 수 있다. 따라서, 상기 광 필터 모듈(114)은, 펄스 폭이 동일한 상태에서 광신호의 세기를 감쇄시켜 단위 펄스당 에너지를 감소시키는 동작을 수행할 수 있다. The optical filter module 114 may include an attenuator that attenuates the intensity of an optical signal. The intensity of the optical signal (Power, J / s) can be attenuated using the attenuator. Accordingly, the optical filter module 114 can reduce the energy per unit pulse by attenuating the intensity of the optical signal in the same pulse width.

한편, 상기 광 필터 모듈(114)은, 상기 레이저 발생 모듈(112) 자체가 단위 펄스당 에너지를 조절하는 능력을 갖추고 있는 경우에는 상기 촉감 발생부(110)에 선택적으로 장착될 수 있으며, 상기 단위 펄스당 에너지를 세밀하게 조절하기 위한 보조적인 역할을 수행할 수 있다. 다만, 상기 레이저 발생 모듈(112) 자체가 단위 펄스당 에너지를 조절하는 능력을 갖추고 있지 못하는 경우에는 상기 촉감 발생부(110)에 필수적으로 장착되어서, 상기 단위 펄스당 에너지를 조절하는 주도적인 역할을 수행하게 된다.
The optical filter module 114 may be selectively mounted on the tactile generation unit 110 when the laser generation module 112 itself has an ability to control energy per unit pulse, And can play an auxiliary role for finely adjusting the energy per pulse. However, when the laser generation module 112 itself does not have the capability of controlling energy per unit pulse, the laser generation module 112 is essentially installed in the tactile generation unit 110 and plays a leading role of controlling the energy per unit pulse .

상기 렌즈 모듈(116)은, 상기 펄스 레이저 빔의 직경(Diameter)을 조절하기 위한 구성이다. 이러한 상기 렌즈 모듈(116)은, 상기 펄스 레이저 빔을 집속하기 위한 광집속부(예컨대, 볼록렌즈부 등) 및 상기 펄스레이저 빔을 확산시키기 위한 광확산부(예컨대, 오목 렌즈부 등)를 포함할 수 있으며, 상기 광집속부와 상기 광확산부의 선택적인 동작을 통해 상기 펄스 레이저 빔의 직경을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
The lens module 116 is configured to adjust the diameter of the pulsed laser beam. The lens module 116 includes a light focusing part (e.g., a convex lens part) for focusing the pulsed laser beam and a light diffusing part (e.g., a concave lens part and the like) for diffusing the pulsed laser beam And the diameter of the pulsed laser beam can be increased or decreased through selective operation of the light focusing unit and the light diffusing unit.

이상에서 살핀 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 레이저 발생 모듈(112), 상기 광 필터 모듈(114), 상기 렌즈 모듈(116)의 동작을 기초로 촉감을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 촉감 발생부(110)는, 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)을 생성하되, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 ms 이하의 스케일로 제어하고, 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위로 제어하여 인체에 손상을 가하지 않는 범위에서 광-기계적 촉감을 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 레이저 발생 모듈(112), 상기 광 필터 모듈(114), 상기 렌즈 모듈(116)의 동작을 기초로 촉감의 강도를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 증가시키거나 감소시켜서 구현되는 촉감의 강도도 변화시킬 수 있다.
The tactile feedback generating unit 110 may generate tactile feedback based on the operations of the laser generating module 112, the optical filter module 114, and the lens module 116. Specifically, the tactile feedback unit 110 generates a pulsed laser beam, controls the pulse width of the pulsed laser beam to a scale of ms or less, and calculates the energy per unit pulse of the pulsed laser beam It can be controlled within the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ to generate the opto-mechanical touch within a range that does not cause damage to the human body. The tactile feedback unit 110 may adjust the tactile strength based on the operation of the laser generation module 112, the optical filter module 114, and the lens module 116. For example, the tactile force generating unit 110 may change the intensity of the tactile sensation implemented by increasing or decreasing the energy per unit pulse of the pulse laser beam.

한편, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 로봇 암(130)의 동작 상태와 연동하여 촉감을 발생시킬 수 있다. Meanwhile, the tactile sense generating unit 110 may generate a tactile sensation in conjunction with the operation state of the robot arm 130. [

예를 들어, 상기 촉감 발생부(110)는, 수술 과정에서 상기 로봇 암(130)에 가해지는 저항력 정보를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 로봇 암(130)에 설치된 수술 기구가 환부에 침습하는 과정이나 환부 내에서 이동하는 과정 등에서 받게 되는 저항력 정보를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수 있으며, 저항력과 비례하는 강도의 촉감을 구현할 수 있다. 따라서, 상기 촉감 발생부(110)는, 사용자로 하여금 실제 손으로 집도할 때에 느낄 수 있었던 촉감(예컨대, 환부에 침습하는 과정에서 느끼던 저항력, 환부 내에서 의료 기구들을 이동시키는 과정에서 느끼던 저항력, 특정 종양을 의료 기구로 건드렸을 때에 느끼던 저항력 등)을 로봇 수술 과정에서도 느낄 수 있게 한다. For example, the tactile force generating unit 110 may generate tactile sensation based on resistance force information applied to the robot arm 130 during an operation. Specifically, the tactile force generating unit 110 may generate tactile sensation based on the resistance information received during a process of invasion of the surgical site provided in the robot arm 130 or a process of moving within the affected site, It is possible to realize a feeling of strength that is proportional to the resistance. Accordingly, the tactile feedback unit 110 may be configured to generate a tactile sensation (e.g., a resistance felt during the process of invading the affected part, a resistance felt in the process of moving the medical instruments in the affected part, The resistance felt when touching the tumor with a medical instrument, etc.) can be felt during the robot operation.

또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 수술용 로봇 장치가 환부에 가하게 되는 자극의 세기 정보를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수도 있다. 구체적으로, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 로봇 암(130)이 환부에 가하게 되는 자극의 세기(열 자극, 전기 자극, 초음파 자극, 자기 자극 등) 정보를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수 있으며, 자극의 세기와 비례하는 강도의 촉감을 구현할 수 있다. 따라서, 상기 촉감 발생부(110)는, 자극의 세기에 둔감한 사용자가 과도한 세기의 자극을 가하여 환부에 위해를 가하는 것을 예방할 수 있다. (사용자가 가하는 자극의 세기와 비례하는 강도의 촉감을 제공하여 사용자의 주의를 환기시킬 수 있으므로, 과도한 자극이 제공되는 것을 예방할 수 있음)
In addition, the tactile force generating unit 110 may generate tactile sensation based on intensity information of a stimulus applied to the affected part by the surgical robot apparatus. Specifically, the tactile sense generating unit 110 can generate tactile sensation based on the intensity of a stimulus (thermal stimulus, electric stimulus, ultrasonic stimulus, magnetic stimulation, etc.) applied to the affected part of the robot arm 130 , It is possible to realize a tactile sense of intensity proportional to the intensity of the stimulus. Therefore, the tactile generation unit 110 can prevent the user who is insensitive to the intensity of the stimulus from applying a stimulus of an excessive intensity to damage the affected part. (It is possible to prevent the excessive stimulation from being provided since it provides the touch of the intensity proportional to the strength of the stimulus applied by the user, thereby attracting the attention of the user)

또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 수술용 로봇 장치 주변의 의료 기기들과 연동 된 상태에서도 촉감을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 의료 기기들이 제공하는 '환자의 상태 정보'를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수 있다. In addition, the tactile feedback unit 110 can generate tactile sensation even in a state of being interlocked with medical devices around the surgical robot apparatus. Specifically, the tactile feedback unit 110 may generate a tactile sensation based on 'patient state information' provided by the medical devices.

예를 들어, 상기 촉감 발생부(110)는, 환자의 심박동 수가 특정 수치 이상으로 상승하거나 특정 수치 이상으로 하강할 때 촉감을 발생시키는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 환자의 심박동 수와 비례하는 세기의 촉감을 구현하여, 심박동 수 정보를 실시간으로 제공할 수도 있다. 또한, 상기 촉감 발생부(110)는, 심박동 수 정보 이외에도 혈당량, 뇌파 등의 상태 정보를 바탕으로 촉감을 발생시킬 수 있다.
For example, the tactile generation unit 110 may perform an operation of generating tactile sensation when the heartbeat rate of the patient rises above a specific value or falls to a specific value or higher. In addition, the tactile feedback unit 110 may provide tactile feedback in proportion to the heart rate of the patient, and may provide heart rate information in real time. In addition to the heart rate information, the tactile generation section 110 may generate tactile sensation based on status information such as blood sugar level and brain waves.

한편, 상기 촉감 발생부(110)는, 다양한 위치에 설치될 수 있지만, 바람직하게는 상기 수술용 로봇 장치의 조작부(120) 상에 설치되는 것이 바람직하다. 사용자가 조작 동작을 수행하는 과정에서 촉감 정보를 제공할 수 있어야 하기 때문이다. The tactile sense generating unit 110 may be installed at various positions, but is preferably provided on the operation unit 120 of the surgical robot apparatus. This is because the user must be able to provide tactile information in the course of performing the operation.

예를 들어, 상기 촉감 발생부(110)는, 도 4와 같이 조작 핸들 주변에 함께 설치될 수 있다. 또한, 도 5 또는 도 6과 같이 조작 핸들과 일체로 형성될 수도 있다.
For example, the tactile generators 110 may be installed together around the operation handle as shown in Fig. It may also be formed integrally with the operating handle as shown in Fig. 5 or Fig.

한편, 상기 촉감 발생부(110)는 복수 개가 그룹으로 설치될 수도 있다. 이 경우 상기 복수 개의 촉감 발생부(110)는, 시간차를 두고 선택적으로 동작하여 방향성 있는 촉감 패턴을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 개의 촉감 발생부(110)들은 도 8의 좌측 그림과 같이 우측 방향으로 순차적으로 구동되어서, '우측 방향으로 이동하는 촉감 패턴(촉감 패턴 A)'을 구현하거나, 도 8의 우측 그림과 같이 상측 방향으로 순차적으로 구동되어서, '상측 방향으로 이동하는 촉감 패턴(촉감 패턴 B)'을 구현할 수 있다. A plurality of the tactile generators 110 may be provided in a group. In this case, the plurality of tactile generators 110 may selectively operate with a time difference to implement a directional tactile pattern. For example, the plurality of tactile generators 110 may be sequentially driven in the right direction as shown in the left-hand side of FIG. 8 to implement a 'tactile pattern (tactile pattern A) moving in the right direction' (Tactile sensation pattern B) that moves upward in the upward direction as shown in the right figure.

따라서, 상기 복수 개의 촉감 발생부(110)들은, 이러한 방향성 있는 촉감 패턴을 바탕으로 수술과 관련된 다양한 방향 정보(종양의 위치 방향 안내, 추천 이동 방향 안내 등)를 제공할 수 있다.
Accordingly, the plurality of tactile generators 110 can provide various directional information related to the operation (guidance of the direction of the tumor, recommended movement direction guidance, etc.) based on the directional tactile pattern.

상기 조작부(120)는, 사용자로부터 수술용 로봇 장치를 동작시키기 위한 조작 정보를 입력받는 구성이다. 이러한 상기 조작부(120)는, 일반적으로는 조작 핸들, 다관절 링크 등을 포함하는 형태로 구성되지만, 이러한 형태 이외에도 다양한 형태로 구성될 수 있다. The operation unit 120 receives operation information for operating the surgical robot apparatus from a user. The operation unit 120 is generally configured to include an operation handle, a multi-joint link, and the like. However, the operation unit 120 may be configured in various forms.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 이러한 조작부(120)의 몇 가지 예시들을 살펴볼 수 있다. 1) 먼저, 도 4는 위치 정보를 감지할 수 있는 센서 장치(자이로 센서, 3축 가속도 센서 등)가 내장된 핸들의 형태로 구성된 조작부(120)를 나타낸다. 이러한 도 4의 조작부(120)는, 상기 센서가 인지하는 운동 정보(사용자가 이동시키는 방향 정보 등)를 바탕으로 방향 조작 정보를 생성할 수 있으며, 핸들 몸체에 형성된 다양한 버튼들의 조작 정보를 바탕으로 수술용 로봇의 기능 조작 정보를 생성할 수 있다. 2) 다음으로, 도 5는 조작 핸들과 다관절 링크로 구성된 조작부(120)를 나타낸다. 이러한 도 5의 조작부(120)는 사용자의 조작에 따른 다관절 링크의 운동 정보를 바탕으로 방향 조작 정보를 생성할 수 있다. 3) 다음으로, 도 6은 조이스틱의 형태로 구성된 조작부(120)를 나타낸다. 이러한 도 6의 조작부(120)는 조이스틱 몸체의 운동 정보를 바탕으로 방향 조작 정보를 생성할 수 있으며, 조이스틱 몸체에 구비된 다양한 버튼들의 조작 정보를 바탕으로 수술용 로봇의 기능 조작 정보를 생성할 수 있다. Referring to Figs. 4-6, some examples of such an operating portion 120 can be seen. 1) First, FIG. 4 shows an operation unit 120 configured in the form of a handle having a sensor device (gyro sensor, three-axis acceleration sensor, etc.) capable of detecting position information. The operation unit 120 of FIG. 4 can generate directional operation information based on movement information (direction information that the user moves) recognized by the sensor, and based on operation information of various buttons formed on the handle body It is possible to generate functional operation information of the surgical robot. 2) Next, Fig. 5 shows an operation portion 120 composed of an operation handle and a multi-joint link. The operation unit 120 of FIG. 5 can generate direction operation information based on movement information of the multi-joint link according to a user's operation. 3) Next, Fig. 6 shows the operation unit 120 configured in the form of a joystick. The operation unit 120 of FIG. 6 can generate direction operation information based on movement information of the joystick body, and can generate function operation information of the surgical robot based on operation information of various buttons provided on the joystick body have.

한편, 상기 조작부(120)에는, 위에서도 살펴보았듯이 상기 촉감 발생부(110)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 4와 같이 핸들 주변에 함께 설치되거나, 도 5 내지 도 6과 같이 핸들에 일체형으로 설치될 수 있으며, 이러한 예시 이외에도 다양한 형태로 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이렇게 근접 설치되거나 또는 일체로 설치된 '조작부(120) 및 촉감 발생부(110)'를 이용하여, 사용자의 조작 과정에서 수술용 로봇의 동작과 관련된 정보를 촉감의 형태로 제공할 수 있다.
Meanwhile, in the operation unit 120, the tactile generation unit 110 may be formed as described above. Specifically, as shown in FIG. 4, they may be provided together around the handle, or may be integrally formed with the handle as shown in FIGS. 5 to 6. In addition to these examples, the handle may be installed in various forms. Accordingly, the present invention provides information related to the operation of the surgical robot in a tactile form during the user's operation by using the 'operation unit 120 and the tactile feedback unit 110' .

상기 로봇 암(130)이란, 상기 조작부(120)의 조작 정보를 바탕으로 실질적으로 수술 동작을 수행하게 되는 구성을 의미한다. 이러한 상기 로봇 암(130)은 사용자(집도의의 손) 대신에 환자의 환부와 마주하게 되는 구성이며, 상기 조작부(120)의 조작 정보를 바탕으로 정교하게 수술 동작을 수행한다. 예를 들어, 상기 로봇 암(130)은, 상기 조작부(120)가 생성하는 방향 조작 정보를 바탕으로 이동될 수 있으며, 상기 조작부(120)가 생성하는 기능 조작 정보를 바탕으로 수술에 필요한 동작(침습 동작, 열 자극 동작, 초음파 자극 동작, 드레싱 동작, 환부 절개 동작 등)을 수행할 수 있다. The robot arm 130 is configured to substantially perform a surgical operation on the basis of operation information of the operation unit 120. The robot arm 130 is configured to face the affected part of the patient instead of the user (hands of the guide), and performs a surgical operation on the basis of operation information of the operation part 120. For example, the robot arm 130 may be moved on the basis of direction manipulation information generated by the manipulation unit 120, and based on the function manipulation information generated by the manipulation unit 120, An irritation operation, a thermal stimulation operation, an ultrasonic stimulation operation, a dressing operation, an incisional operation, etc.).

한편, 상기 로봇 암(130)에는, 수술의 종류에 따라 다양한 의료 기구들이 설치될 수 있으며, 상기 로봇 암(130)의 구성 자체도 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.
Various types of medical instruments may be installed in the robot arm 130 depending on the type of operation. The configuration of the robot arm 130 may be variously modified within a range that is obvious to a person skilled in the art.

상기 통신부(140)는, 수술용 로봇 장치의 외부 기기들과 정보를 송수신하기 위한 구성이다. 이러한 상기 통신부(140)는, 유선 통신 모듈 또는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 다양한 통신 규격에 따라 데이터를 송수신할 수 있다. 또한, 상기 통신부(140)는 단순한 유선 케이블이 연결된 형태로 구현될 수도 있다. The communication unit 140 is configured to transmit and receive information to and from external devices of the surgical robot apparatus. The communication unit 140 may include a wired communication module or a wireless communication module, and may transmit and receive data according to various communication standards. In addition, the communication unit 140 may be realized by connecting a simple wired cable.

한편, 상기 통신부(140)는, 바람직하게는 수술용 로봇 장치의 주변에 존재하는 의료 기기들로부터 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신부(140)는, 심박동 장치, 혈당 측정 장치, 뇌파 측정 장치 등의 다양한 의료 기기들로부터 환자의 다양한 상태 정보를 수신할 수 있다. (위에서 살펴 보았듯이, 상기 통신부(140)를 통해 수신되는 이러한 정보들은 상기 촉감 발생부(110)의 동작 과정에서 활용될 수 있다.)
Meanwhile, the communication unit 140 may preferably receive information from medical devices existing in the vicinity of the surgical robot apparatus. For example, the communication unit 140 may receive various status information of a patient from various medical devices such as a heartbeat device, a blood sugar measuring device, and an EEG device. (As described above, such information received through the communication unit 140 may be utilized in the operation of the tactile generation unit 110.)

상기 제어부(150)는, 상기 촉감 발생부(110), 상기 조작부(120), 상기 로봇 암(130), 상기 통신부(140), 상기 디스플레이부, 상기 음성 출력부를 포함하는 상기 로봇용 수술 장치의 다양한 구성들의 동작을 제어하는 구성이다. The control unit 150 controls the operation of the robot surgery apparatus including the tactile sense generating unit 110, the operation unit 120, the robot arm 130, the communication unit 140, the display unit, And controls the operation of various configurations.

이러한 상기 제어부(150)는, 적어도 하나의 연산 수단과 저장 수단을 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 수단은 범용적인 중앙연산장치(CPU)일 수 있으나, 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA)나 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다. 또한, 상기 저장 수단은 휘발성 메모리 소자이거나 비휘발성 메모리 또는 비휘발성 전자기적 저장 소자이거나 연산 수단 내부의 메모리일 수 있다.
The control unit 150 may include at least one computing unit and a storage unit, which may be a general-purpose central processing unit (CPU), but may be a programmable device element CPLD, FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC) or microcontroller chip. Also, the storage means may be a volatile memory element, a non-volatile memory or a non-volatile electromagnetic storage element, or a memory within the computing means.

특히, 상기 제어부(150)는, 상기 촉감 발생부(110)가 포함하는 상기 레이저 발생 모듈(112) 및 상기 광 필터 모듈(114)의 동작을 제어하여 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 총괄적으로 조절할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부(150)는, 상기 레이저 발생 모듈(112) 및 상기 광 필터 모듈(114)의 동작을 제어하여, 펄스 폭(Pulse width) 및 광신호의 세기(Power, J/s)를 조절할 수 있으며, 이러한 파라미터들의 조절동작을 통해 단위 펄스당 에너지를 조절할 수 있다. Particularly, the control unit 150 controls the operation of the laser generation module 112 and the optical filter module 114 included in the tactile feedback unit 110 to collect the energy per unit pulse of the pulsed laser beam as an overall . More specifically, the controller 150 controls operations of the laser generation module 112 and the optical filter module 114 to adjust the pulse width and the intensity (Power, J / s) of the optical signal And the energy per unit pulse can be adjusted through the adjustment operation of these parameters.

또한, 상기 제어부(150)는, 상기 촉감 발생부(110)가 포함하는 상기 렌즈 모듈(116)의 동작을 제어하여 상기 펄스 레이저 빔의 추가적인 파라미터도 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 렌즈 모듈(116)의 동작을 통해 상기 펄스 레이저 빔의 직경을 추가적으로 조절할 수 있다. The control unit 150 may control the operation of the lens module 116 included in the tactile feedback unit 110 to adjust additional parameters of the pulsed laser beam. Specifically, the control unit 150 may further adjust the diameter of the pulsed laser beam through the operation of the lens module 116.

또한, 상기 제어부(150)는, 수술용 로봇 장치의 동작 상태에 따라 광-기계적 촉감을 증가시키거나 감소시키는 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 증가시키는 제어 동작을 수행하여 광-기계적 촉감을 증가시키거나, 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 감소시키는 제어 동작을 수행하여 광-기계적 촉감을 감소시킬 수 있다.
In addition, the controller 150 may perform a control operation to increase or decrease the opto-mechanical touch according to the operation state of the surgical robot apparatus. Specifically, the control unit 150 may perform a control operation for increasing the energy per unit pulse of the pulsed laser beam to increase the opto-mechanical tactile sense, or to reduce the energy per unit pulse of the pulsed laser beam May be performed to reduce the opto-mechanical touch.

또한, 상기 제어부(150)는, 도 7과 같이 상기 로봇 암(130)의 동작 상태와 연동하여 상기 촉감 발생부(110)의 동작을 제어할 수 있다. 7, the control unit 150 can control the operation of the tactile generation unit 110 in conjunction with the operation state of the robot arm 130. As shown in FIG.

예를 들어, 상기 제어부(150)는, 수술 과정에서 상기 로봇 암(130)에 가해지는 저항력 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 촉감 발생부(110)는, 상기 로봇 암(130)에 설치된 수술 기구가 환부에 침습하는 과정이나 환부 내에서 이동하는 과정 등에서 받게 되는 저항력 정보를 분석한 뒤에, 분석된 저항력 정보와 비례하는 강도의 촉감이 구현되도록 상기 촉감 발생부(110)를 제어(촉감 발생부(110)가 생성하는 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어)할 수 있다.For example, the control unit 150 may control the tactile feedback unit 110 based on resistance force information applied to the robot arm 130 during an operation. Specifically, the tactile feedback unit 110 analyzes the resistance information received by the surgical instrument provided on the robot arm 130 in the process of invasion of the affected part or in the process of moving within the affected part, and then, (The energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit 110 is controlled) so that tactile sense of proportional intensity is realized.

또한, 상기 제어부(150)는, 수술용 로봇 장치가 환부에 가하게 되는 자극의 세기 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수도 있다. 구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 로봇 암(130)이 환부에 가하게 되는 자극의 세기(열 자극, 전기 자극, 초음파 자극, 자기 자극 등) 정보를 고려하여, 자극의 세기와 비례하는 강도의 촉감이 구현되도록 상기 촉감 발생부(110)를 제어(촉감 발생부(110)가 생성하는 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어)할 수 있다.
In addition, the control unit 150 may control the tactile generation unit 110 based on intensity information of a stimulus applied to the affected part by the surgical robot apparatus. Specifically, the control unit 150 determines the intensity of the stimulus (thermal stimulus, electric stimulus, ultrasonic stimulus, magnetic stimulation, etc.) to be applied to the affected part of the robot arm 130, (The energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit 110 is controlled) so that the tactile feedback of the tactile feedback unit 110 can be realized.

또한, 상기 제어부(150)는, 수술용 로봇 장치 주변의 의료 기기들로부터 전달받는 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수도 있다. 구체적으로, 상기 제어부(150)는, 상기 통신부(140)를 통해 로봇 장치 주변의 의료 기기들로부터 '환자의 상태 정보'를 전달받을 수 있으며, 전달받은 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수 있다. Also, the controller 150 may control the tactile generation unit 110 based on information received from the medical devices around the surgical robot apparatus. Specifically, the controller 150 can receive 'patient status information' from the medical devices in the vicinity of the robot apparatus through the communication unit 140, and based on the received information, Can be controlled.

예를 들어, 상기 제어부(150)는, 환자의 심박동 수가 특정 수치 이상으로 상승하거나 특정 수치 이상으로 하강할 때 상기 촉감 발생부(110)로 하여금 촉감을 발생시키도록 할 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는, 환자의 심박동 수 정보를 분석하여, 분석된 심박동 수와 비례하는 강도의 촉감이 구현되도록 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수도 있다. 또한, 상기 제어부(150)는, 심박동 수 정보 이외에도 혈당량, 뇌파 등의 다양한 상태 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부(110)를 제어할 수도 있다.
For example, the control unit 150 may cause the tactile feedback unit 110 to generate tactile sensation when the heartbeat rate of the patient rises above a specific value or falls below a specific value. Also, the controller 150 may analyze the heart rate information of the patient and may control the tactile generation unit 110 so that tactile sense of strength proportional to the analyzed heart rate is realized. In addition to the heart rate information, the control unit 150 may control the tactile generation unit 110 based on various status information such as blood sugar level and brain waves.

한편, 상기 제어부(150)는, 상기 촉감 발생부(110)가 복수 개로 형성되는 경우, 상기 복수 개의 촉감 발생부(110)를 시간차를 두고 선택적으로 동작시켜 방향성 있는 촉감 패턴을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(150)는, 상기 복수 개의 촉감 발생부(110)들을 도 8의 좌측 그림과 같이 우측 방향으로 순차적으로 구동시켜서, '우측 방향으로 이동하는 촉감 패턴(촉감 패턴 A)'을 구현하거나, 도 8의 우측 그림과 같이 상측 방향으로 순차적으로 구동시켜서, '상측 방향으로 이동하는 촉감 패턴(촉감 패턴 B)'을 구현할 수 있다.
Meanwhile, when the plurality of tactile generators 110 are formed, the controller 150 can selectively operate the plurality of tactile generators 110 with a time difference to implement a directional tactile pattern. For example, the controller 150 sequentially drives the plurality of tactile generators 110 in the right direction as shown in the left-hand side of FIG. 8 to generate a tactile pattern (tactile pattern A) Or a touch pattern (touch pattern B) that moves upward in the upward direction as shown in the right picture of FIG. 8, can be implemented.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치의 촉감 제공 방법을 살펴본다.
Hereinafter, a method of providing tactile feedback of a surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 장치의 촉감 제공 방법은, 수술용 로봇 장치의 상태 정보가 수집되는 단계(a 단계)를 포함할 수 있다.
The tactile feedback method of the surgical robot apparatus according to an embodiment of the present invention may include a step (a) of collecting status information of the surgical robot apparatus.

또한, 상기 수술용 로봇의 촉감 제공 방법은, 상기 a 단계 이후에, 상기 수술용 로봇 장치의 상태 정보를 바탕으로, 촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)이 생성되는 단계(b 단계)를 더 포함할 수 있다. Further, the method for providing tactile feedback of the surgical robot may further include a step (b) of generating a laser beam for tactile generation based on state information of the surgical robot apparatus after step a .

여기서 상기 복수의 레이저 빔은, 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)인 것이 바람직하다.
The plurality of laser beams are preferably pulsed laser beams.

이상에서 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 촉감 제공 방법은, 카테고리는 상이하지만, 본 발명의 일 실시예에 수술용 로봇 장치와 실질적으로 동일한 특징을 포함할 수 있다. 따라서, 중복서술을 방지하기 위하여 자세히 기재하지는 않았지만, 상기 수술용 로봇 장치와 관련하여 상술한 특징들은 상기 수술용 로봇의 촉감 제공 방법 발명에도 당연히 유추 적용될 수 있다.
The method of providing the tactile feedback of the surgical robot according to an embodiment of the present invention may include substantially the same features as those of the surgical robot apparatus in one embodiment of the present invention although the categories are different. Therefore, although not described in detail in order to prevent redundancy, the above-described features relating to the surgical robot apparatus can be analogously applied to the invention of the tactile feedback method of the surgical robot.

[실험예 1]
[Experimental Example 1]

이하, 도 9 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 발생부(110)가 생성하는 '펄스 레이저 빔'에 의해, '광-기계적 촉감'이 유발되는 것을 실험적으로 검증해본다.
Hereinafter, with reference to FIG. 9 to FIG. 16, it is experimentally verified that 'opto-mechanical touch' is caused by the 'pulse laser beam' generated by the tactile generation unit 110 according to an embodiment of the present invention see.

도 9는 상기 촉감 발생부(110)에 의해 생성되는 레이저 빔의 광-기계적 효과를 확인하기 위한 실험 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 9 is a diagram showing the configuration of an experimental system for confirming the opto-mechanical effect of the laser beam generated by the tactile generation unit 110. As shown in FIG.

이러한 상기 실험 시스템에는, 펄스 레이저 빔을 생성하는 촉감 발생부(110), 콜라겐 필름, 피에조 센서, 3축 위치 미세 조정 장치, 컴퓨터 등의 구성이 포함될 수 있다.
Such an experimental system may include a touch generating unit 110 for generating a pulsed laser beam, a collagen film, a piezo sensor, a three-axis position fine adjustment unit, and a computer.

상기 촉감 발생부(110)는, 위에서 살펴본 본 발명에 따른 수술용 로봇 장치에 포함되는 구성으로서, 펄스 레이저 빔을 생성하고 출력하는 구성이다. The tactile feedback unit 110 is a constitution included in the surgical robot apparatus according to the present invention and generates and outputs a pulsed laser beam.

본 실험에서는 상기 촉감 발생부(110)가 생성하는 펄스 레이저 빔의 일 실시예로서, 532 nm의 파장(Wavelength), 5ns의 펄스 폭(Pulse width), 10 Hz의 펄스 반복률(Repetition rate), 0.48mm의 빔 직경(콜라겐 필름에 조사되는 직경)을 가지는 펄스 레이저 빔이 사용되었다.
In this experiment, the pulse laser beam generated by the tactile feedback unit 110 is a pulse wave having a wavelength of 532 nm, a pulse width of 5 ns, a repetition rate of 10 Hz, a frequency of 0.48 A pulse laser beam having a beam diameter (diameter irradiated to the collagen film) of mm was used.

상기 콜라겐 필름은, 임상 치료용 대체피부(Ficilitates epidermal healing & substitue) 용도로 사용되는 타입 I 콜라겐 필름(Neskin®-F, Medira, 300㎛ 내지 500㎛의 두께)으로서, 인체의 피부 조직을 모델링한 구성이다. 생체 조직의 90% 이상이 타입 I 콜라겐으로 구성되어 있으므로, 이러한 콜라겐 필름을 이용하여 생체 피부 조직에서 발생 될 효과를 간접적으로 실험할 수 있다. The collagen film is a type I collagen film (Neskin®-F, Medira, thickness of 300 to 500 μm) used for the purpose of Ficilitates epidermal healing & substitue, . Since more than 90% of the living tissue is composed of type I collagen, this collagen film can be used to indirectly test the effect that will occur in the biological skin tissue.

다만, 인체의 피부 두께(표피)는 개인별, 성별, 인종별에 따라 차이가 있으므로, 본 실험에서는 1차적으로 5장의 콜라겐 필름을 대상으로 실험을 진행하고, 2차적으로 10장의 콜라겐 필름을 대상으로 실험을 진행하였다. 개인별, 성별, 인종별에 따라 인체의 피부 두께가 콜라겐 필름 5장 내지 10장의 범위에서 변화할 수 있기 때문이다. 표 1을 참조하면, 5장의 콜라겐 필름과 10장의 콜라겐 필름의 무게와 두께를 확인할 수 있다.
However, since the skin thickness (epidermis) of a human body differs depending on individual, sex, and race, in this experiment, five collagen films were firstly subjected to an experiment, and 10 collagen films were secondarily The experiment was carried out. This is because the skin thickness of the human body may vary in the range of 5 to 10 collagen films depending on individual, sex, and race. Referring to Table 1, the weight and thickness of five collagen films and ten collagen films can be confirmed.

콜라겐 필름의 개수Number of collagen films 무게[g]Weight [g] 두께[mm]Thickness [mm] 5장Chapter 5 0.120.12 0.150.15 10장Chapter 10 0.230.23 0.310.31

한편, 상기 콜라겐 필름은 상기 피에조 센서에 부착된 형태로 사용되었다.
On the other hand, the collagen film was used in the form attached to the piezo sensor.

상기 피에조 센서(Piezo sensor)는, 외부에서 가해지는 기계적인 자극을 전기적인 출력신호로 표현하는 소자이다. 따라서, 본 실험에서는 이러한 피에조 센서를 이용하여 상기 콜라겐 필름에서 유발되는 기계적인 변화를 관측하였다. The piezo sensor is a device that expresses a mechanical stimulus externally expressed by an electrical output signal. Therefore, in this experiment, mechanical changes induced in the collagen film were observed using such a piezo sensor.

한편, 본 실험에서는 표면이 코팅된 피에조 센서(LFT1-028K, Measurement specialties)를 사용하였는데, 이는 상기 콜라겐 필름의 부착 시 센서 표면이 받을 수 있는 영향을 최소화하기 위함이다.
Meanwhile, in this experiment, a surface-coated piezo sensor (LFT1-028K, measurement specialties) was used to minimize the influence of the sensor surface on the adhesion of the collagen film.

상기 3축 위치 미세 조정 장치는, 상기 피에조 센서의 위치를 미세하게 컨트롤하기 위한 장치이다. 또한, 상기 컴퓨터는 상기 피에조 센서가 출력하는 신호를 수신하고, 수신한 신호를 분석하며, 분석한 결과를 디스플레이하는 장치이다.
The three-axis position fine adjustment device is a device for finely controlling the position of the piezo sensor. In addition, the computer is a device for receiving a signal output from the piezo sensor, analyzing the received signal, and displaying the analyzed result.

이상에서 살핀 실험 시스템을 이용하여 다음과 같은 실험을 진행하였다.The following experiment was conducted using the experimental system.

1) 단위 펄스당 에너지가 0.05 mJ인 펄스 레이저 빔을 5장으로 구성된 콜라겐 필름에 조사하는 실험을 진행하였다.1) An experiment was conducted to irradiate a pulsed laser beam having energy of 0.05 mJ per unit pulse onto a collagen film composed of five sheets.

2) 펄스 레이저 빔은 10 Hz의 빈도로 조사되었으며, 구체적으로 0.05[s] 직전, 0.15[s] 직전, 0.25[s] 직전, 0.35[s] 직전 등의 순간에 조사되었다. 2) The pulsed laser beam was irradiated at a frequency of 10 Hz, specifically, just before 0.05 [s], just before 0.15 [s], just before 0.25 [s] and just before 0.35 [s].

3) 이러한 실험 과정에서 출력되는 피에조 센서의 신호를 분석하였다.
3) We analyzed the signal of the piezo sensor output in this experiment.

도 10은 이러한 실험의 결과를 보여주는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 조사된 레이저 빔의 펄스 반복율과 대응되는 10 Hz의 빈도로 피에조 센서의 출력신호가 생성되는 것을 알 수 있다. 또한, 피에조 센서에서 출력신호가 생성되는 시점도 상기 펄스 레이저 빔이 조사된 시점(0.05[s] 직전, 0.15[s] 직전, 0.25[s] 직전, 0.35[s] 등)과 일치하는 것을 확인할 수 있다. Figure 10 is a graph showing the results of such experiments. Referring to FIG. 10, it can be seen that the output signal of the piezo sensor is generated at a frequency of 10 Hz corresponding to the pulse repetition rate of the irradiated laser beam. It is also confirmed that the time at which the output signal is generated from the piezo sensor coincides with the point of time when the pulsed laser beam is irradiated (just before 0.05 [s], just before 0.15 [s], immediately before 0.25 [s], 0.35 [s] .

따라서, 이러한 실험 결과를 통해, 상기 펄스 레이저 빔이 광-기계적 자극을 유발하는 것을 확인할 수 있다.
Thus, through these experimental results, it can be confirmed that the pulsed laser beam causes opto-mechanical stimulation.

또한, 이상에서 살핀 실험 시스템을 이용하여 다음과 같은 실험도 진행하였다.
In addition, the following experiment was conducted using the experimental system described above.

1) 먼저, 상기 촉감 발생부(110)를 이용하여 5장으로 구성된 콜라겐 필름에 펄스 레이저 빔을 조사하면서, 피에조 센서의 출력신호를 관찰하였다. 특히, 상기 촉감 발생부(110)가 조사하는 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 순차적으로 변화시키면서 실험을 진행하였다. 1) First, the output signal of the piezo sensor was observed while irradiating a pulse laser beam to a collagen film composed of five sheets by using the tactile generation section 110. Particularly, the experiment was performed while sequentially changing the energy per unit pulse of the pulsed laser beam irradiated by the tactile generation unit 110.

2) 다음으로, 상기 촉감 발생부(110)를 이용하여 10장으로 구성된 콜라겐 필름에 펄스 레이저를 조사하면서, 피에조 센서의 출력신호를 관찰하였다. 이 경우도 마찬가지로, 상기 촉감 발생부(110)가 조사하는 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 순차적으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
2) Next, the output signal of the piezo sensor was observed while irradiating the ten-sheet collagen film with the pulsed laser using the tactile generation section 110. In this case as well, the experiment was conducted while sequentially changing the energy per unit pulse of the pulsed laser beam irradiated by the tactile generation unit 110.

한편, 본 실험에서는 ms(millisecond) 이하의 범위를 만족하는 5ns의 펄스 폭으로 실험을 진행하였으므로, 펄스 레이저 빔을 구성하는 광신호의 세기(Power, J/s)를 변화시켜 단위 펄스당 에너지를 변화시켰다. In this experiment, the experiment was performed with a pulse width of 5 ns, which satisfies the range of ms (millisecond) or less. Therefore, by changing the intensity (Power, J / s) of the optical signal constituting the pulsed laser beam, Change.

또한, 상기 피에조 센서가 출력하는 신호는, 도 11과 같이 i) 전처리 필터링, ii) 저주파 성분 제거, iii) 최대값 검출 등의 과정을 통해 분석되었다. 즉, 상기 피에조 센서의 출력 신호는, 전처리 필터링을 하여 1차적으로 노이즈를 제거하고, 2차적으로 저주파 성분을 제거하며, 신호의 최대값을 검출하는 과정을 통해 분석되었다. 또한, 검출된 최대값의 평균치를 이용하여 결과를 표현하였다.
Also, the signal output from the piezo sensor is analyzed through processes such as i) pre-filtering, ii) removal of low-frequency components, and iii) maximum value detection as shown in Fig. That is, the output signal of the piezo sensor is analyzed through a process of preliminary filtering to remove noise first, secondarily to remove a low-frequency component, and to detect a maximum value of a signal. In addition, the results are expressed using the average of the detected maximum values.

도 12 및 도 13은 이러한 실험의 결과를 보여주는 그래프이다.
Figures 12 and 13 are graphs showing the results of such experiments.

도 12는 단위 펄스당 에너지의 변화에 따른 피에조 센서의 출력 신호의 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서 가로축은 단위 펄스당 에너지로 설정하여 분석하였으며, 세로축은 피에조 센서의 출력신호를 단위 두께로 나눈 신호(단위 두께당 센서 출력신호)로 설정하여 분석하였다. 12 is a graph showing a change in the output signal of the piezo sensor according to a change in energy per unit pulse. The axis of abscissa was analyzed by setting the energy per unit pulse and the axis of ordinates was set as a signal (sensor output signal per unit thickness) obtained by dividing the output signal of the piezo sensor by the unit thickness.

또한, 도 13은 도 12의 그래프의 일부 영역을 확대한 그래프이다. 구체적으로, 도 12에서 점선으로 둘러싸인 영역을 확대한 그래프이다.
13 is an enlarged graph of a portion of the graph of Fig. Specifically, FIG. 12 is an enlarged graph of a region surrounded by a dotted line.

도 12 및 도 13을 참조하면, 1) 5장으로 구성된 콜라겐 필름에 대해서는, 0.00398 mJ 이상의 단위 펄스당 에너지가 가해지는 경우에 광-기계적 촉감이 유발되는 것을 확인할 수 있고, 2) 10장으로 구성된 콜라겐 필름에 대해서는, 0.005 mJ 이상의 단위 펄스당 에너지가 가해지는 경우에 광-기계적 촉감이 유발되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 5장 내지 10장의 범위 내에서 구성되는 콜라겐 필름의 광-기계적 촉감 유발을 위한 역치 에너지가 0.00398 mJ 내지 0.005 mJ 범위에 위치함을 확인할 수 있다. 12 and 13, it can be confirmed that 1) a collagen film composed of 5 sheets is caused to exhibit opto-mechanical touch when energy per unit pulse of 0.00398 mJ or more is applied, and 2) For the collagen film, it can be confirmed that opto-mechanical touch is caused when energy per unit pulse of 0.005 mJ or more is applied. Therefore, it can be confirmed that the threshold energy for inducing opto-mechanical tactility of the collagen film formed within the range of 5 to 10 sheets is in the range of 0.00398 mJ to 0.005 mJ.

한편, 앞에서 살펴본 것과 같이 일반적인 사람들의 피부 두께는 콜라겐 필름 5장 내지 10장의 범위 내에 있다. 따라서, 적어도 0.005 mJ 이상의 단위 펄스당 에너지를 갖는 펄스 레이저 빔을 인체에 가한다면, 개인별 피부 두께의 차이에 관계없이 광-기계적 촉감을 유발시킬 수 있다.
On the other hand, as described above, skin thickness of common people is in the range of 5 to 10 collagen films. Therefore, if a pulsed laser beam having an energy per unit pulse of at least 0.005 mJ or more is applied to the human body, it is possible to cause the opto-mechanical touch regardless of the individual skin thickness difference.

또한, 도 12 및 도 13을 참조하면, 단위 펄스당 에너지를 증가시키는 상한을 약 9.5 mJ로 설정한 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 단위 펄스당 에너지를 9.5 mJ 이상으로 설정한 실험에서 콜라겐 필름이 손상되는 현상이 관찰되었기 때문이다. 따라서, 인체의 피부에 조사되는 경우의 안전성 확보를 위하여, 상기 단위 펄스당 에너지는 9.5 mJ 이하의 범위로 제한함이 바람직하다.
12 and 13, it can be seen that the upper limit for increasing energy per unit pulse is set to about 9.5 mJ. This is because collagen film damage was observed in the experiment in which the energy per unit pulse was set to 9.5 mJ or more. Therefore, in order to secure safety when irradiated to human skin, the energy per unit pulse is preferably limited to a range of 9.5 mJ or less.

또한, 도 12 및 도 13을 참조하면, 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위에서 단위 펄스당 에너지를 증가시키거나 감소시키는 경우, 광-기계적 촉감의 강도가 변화되는 것을 확인할 수 있다.
12 and 13, it can be seen that the intensity of the opto-mechanical tactile sensation is changed when the energy per unit pulse is increased or decreased in the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ.

[실험예 2]
[Experimental Example 2]

이하, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉감 발생부(110)가 생성하는 '펄스 레이저 빔'에 의해, '광-기계적 촉감'이 유발되는 것을 실험적으로 검증해본다.
Hereinafter, with reference to FIG. 14 to FIG. 16, it is experimentally verified that 'opto-mechanical touch' is caused by the 'pulse laser beam' generated by the tactile generation unit 110 according to an embodiment of the present invention see.

'펄스 레이저 빔'에 의해 '광-기계적 촉감'이 유발되는 것을 검증하기 위하여 아래와 같은 실험을 진행하였다.
The following experiment was conducted to verify that the 'pulsed laser beam' induces 'opto-mechanical touch'.

1) 먼저, 상기 촉감 발생부가 생성하는 펄스 레이저 빔을 오른쪽 손에 조사하면서 EEG(Electro EncephaloGraphy) 장치를 이용하여 뇌파 변화를 관찰하였다. (도 14 A - 실험군) 1) First, the EEG (Electroencephalographic) device was used to observe the EEG changes while irradiating the right hand with the pulsed laser beam generated by the tactile generation unit. (Fig. 14A - experimental group)

2) 또한, 막대를 이용하여 마찬가지로 오른쪽 손에 기계적 자극 가하면서 EEG 장치를 이용하여 뇌파 변화를 관찰하였다. (도 14 B - 대조군)
2) In addition, the EEG device was used to observe EEG changes while the right hand was mechanically stimulated. (Figure 14B-control)

실험에는 532 nm의 파장(Wavelength), 5ns의 펄스 폭(Pulse width), 1.9 mJ의 단위 펄스당 에너지, 0.48mm의 빔 직경(Diameter)의 파라미터를 가지는 펄스 레이저 빔을 사용하였으며, 상기 펄스 레이저 빔과 동일한 직경(Diameter)를 가지를 막대를 사용하여 기계적 자극을 가하였다. 또한, 상기 EEG 장치를 이용한 뇌파의 관찰은, 뇌의 전체 영역 중 체 감각 피질 영역인 C3 영역 및 C4 영역에서 이루어졌다.
In the experiment, a pulse laser beam having a wavelength of 532 nm, a pulse width of 5 ns, an energy per unit pulse of 1.9 mJ, and a beam diameter of 0.48 mm was used, And mechanical stimulation was applied using a rod with the same diameter (Diameter). In addition, observation of EEG using the EEG device was performed in the C3 region and C4 region of the sensory cortex in the entire region of the brain.

도 15 내지 도 16은 이러한 실험의 결과 데이터를 나타내는 도면들이다. Figs. 15 to 16 are diagrams showing the resultant data of this experiment.

도 15 내지 도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실험군(펄스 레이저 빔을 가한 상태에서의 뇌파 반응 관찰)과 대조군(막대를 이용한 기계적 자극을 가한 상태에서의 뇌파 반응 관찰)의 뇌파 반응이 동일한 뇌파의 주파수 영역에서 뇌파의 평균 크기가 유의하게 증가하는 것으로 관찰되었다. 비록, 상기 '펄스 레이저 빔'을 가한 실험에서는 뇌파 반응이 일정 시간 지연(Delay) 되기는 하였지만, 상기 '펄스 레이저 빔'에 의해서도 체 감각 피질 영역(C3, C4)이 활성화되는 현상 자체는 명확하게 확인될 수 있었다. 또한, 상기 '펄스 레이저 빔'이 가해질 때의 뇌파 반응 그래프의 형태도, 반응이 지연되는 영역을 제외하고는 '막대 자극(순수 기계적 자극)'이 가해지는 경우와 유사하게 동일한 뇌파의 주파수 영역에서 뇌파의 평균 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from Figs. 15 to 16, the EEG responses of the experimental group (observing the EEG response with the pulsed laser beam applied) and the control group (observation of the EEG response with the mechanical stimulus applied with the rod) And the average size of EEG in the area was significantly increased. Although the EEG response is delayed for a certain time in the experiment using the 'pulsed laser beam', the phenomenon that the spermic sensory cortical regions C3 and C4 are activated by the 'pulsed laser beam' . Also, the shape of the EEG response graph when the 'pulse laser beam' is applied is similar to the case where the 'bar stimulus (pure mechanical stimulus)' is applied except for the region where the response is delayed, The average size of brain waves was increased.

따라서, 이러한 실험을 통해, 상기 '펄스 레이저 빔'에 의해 '광-기계적 촉감'이 유발되는 것을 검증할 수 있다.
Therefore, through such experiment, it can be verified that the 'optical-mechanical touch' is caused by the 'pulse laser beam'.

위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
The embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

110 : 촉감 발생부 112 : 레이저 발생 모듈
114 : 광 필터 모듈 116 : 렌즈 모듈
120 : 조작부 130 : 로봇 암
140 : 통신부 150 : 제어부
110: tactile generation unit 112: laser generation module
114: optical filter module 116: lens module
120: Operation part 130: Robot arm
140: communication unit 150:

Claims (12)

수술용 로봇 장치에 있어서,
촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)을 생성하는 촉감 발생부;
를 포함하고,
상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)이며, 상기 펄스 레이저 빔은 피부조직을 자극하여 촉감을 발생시키고,
상기 촉감 발생부는, 수술용 로봇 장치의 동작을 조작하는 조작부에 설치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
In a surgical robot apparatus,
A tactile generation unit for generating a laser beam for tactile generation;
Lt; / RTI >
Wherein the laser beam is a pulsed laser beam, the pulsed laser beam stimulates skin tissue to generate tactile sensation,
Wherein the tactile feedback unit is provided on an operation unit for operating the operation of the surgical robot apparatus.
삭제delete 수술용 로봇 장치에 있어서,
촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)을 생성하는 촉감 발생부; 및
로봇 장치의 동작 상태에 따라 상기 촉감 발생부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)이며, 상기 펄스 레이저 빔은 피부조직을 자극하여 촉감을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇장치.
In a surgical robot apparatus,
A tactile generation unit for generating a laser beam for tactile generation; And
A control unit for controlling the operation of the tactile generation unit according to an operation state of the robot apparatus;
Lt; / RTI >
Wherein the laser beam is a pulsed laser beam, and the pulsed laser beam stimulates skin tissue to generate tactile sensation.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit controls energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 수술용 로봇 장치의 로봇 암(Arm)에 가해지는 저항력을 고려하여, 상기 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit controls the energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit in consideration of the resistance force applied to the robot arm of the surgical robot apparatus.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 수술용 로봇 장치가 가하게 되는 자극의 세기를 고려하여, 상기 촉감 발생부가 생성하는 상기 펄스 레이저 빔의 단위 펄스당 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit controls energy per unit pulse of the pulse laser beam generated by the tactile generation unit in consideration of the strength of a stimulus applied by the surgical robot apparatus.
제 3 항에 있어서,
로봇 장치 주변의 의료기기들로부터 정보를 수신하는 통신부;
를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 통신부를 통해 전달받는 환자의 상태 정보를 바탕으로 상기 촉감 발생부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하되,
상기 로봇 장치 주변의 의료기기들은 상기 통신부와 연동되고, 환자 상태 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
A communication unit for receiving information from medical devices in the vicinity of the robot apparatus;
Further comprising:
Wherein the control unit controls the operation of the tactile generation unit based on state information of a patient received through the communication unit,
Wherein the medical devices in the vicinity of the robot apparatus are interlocked with the communication unit and obtain patient state information.
제 3 항에 있어서,
복수의 촉감 발생부가 설치되고,
상기 제어부는, 상기 복수의 촉감 발생부를 시간차를 두고 선택적으로 동작시켜서, 방향성 있는 촉감 패턴을 구현하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
A plurality of tactile generation units are provided,
Wherein the control unit selectively operates the plurality of tactile generators with a time lag to realize a directional tactile sensation pattern.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 펄스 레이저 빔의 세기(Power) 또는 펄스 폭(Pulse width)를 조절하여, 단위 펄스당 에너지를 조절하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit adjusts the energy per unit pulse by adjusting a pulse or a pulse width of the pulsed laser beam.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 펄스 폭을 100 ms(millisecond) 미만의 범위에서 조절하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the controller adjusts the pulse width within a range of less than 100 milliseconds.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는, 단위 펄스당 에너지를 0.005 mJ 내지 9.5 mJ의 범위에 속하는 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit controls the energy per unit pulse to a value in the range of 0.005 mJ to 9.5 mJ.
(a) 수술용 로봇 장치의 동작 상태 정보가 수집되는 단계; 및
(b) 상기 수술용 로봇 장치의 동작 상태 정보를 바탕으로, 촉감 발생을 위한 레이저 빔(Laser beam)이 생성되는 단계;
를 포함하고,
상기 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(Pulsed laser beam)이며, 상기 펄스 레이저 빔은 피부조직을 자극하여 촉감을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치의 촉감 제공 방법.
(a) collecting operation state information of a surgical robot apparatus; And
(b) generating a laser beam for tactile generation based on operation state information of the surgical robot apparatus;
Lt; / RTI >
Wherein the laser beam is a pulsed laser beam, and the pulsed laser beam stimulates skin tissue to generate tactile sensation.
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