KR101802464B1 - Master arm structure of surgical robot and control method of surgical master robot - Google Patents

Master arm structure of surgical robot and control method of surgical master robot Download PDF

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Abstract

수술용 로봇의 마스터 암 구조 및 수술용 마스터 로봇의 제어방법이 개시된다. 수술용 마스터 로봇에 구비되는 마스터 암(master arm) 구조로서, 사용자에 의해 조작되는 핸들과, 마스터 로봇과 핸들을 연결하고, 복수의 암부재가 관절에 의해 연결되는 구조로 이루어지며, 핸들에 대한 사용자 조작으로 인하여 암부재가 관절에 대해 회전하여, 핸들의 포지셔닝(positioning)이 가능하도록 작동되는 암(arm)부와, 관절에 설치되며, 그 작동에 의해 암부재의 회전을 구속하는 브레이크와, 핸들이 조작된 상태 및 암부가 작동된 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 획득하는 감지부와, 감지부로부터 획득된 정보를 이용하여 브레이크의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조는, 마스터 암의 작동상태를 감지한 후 각 관절에 설치된 브레이크를 작동시켜 암의 작동을 구속함으로써, 사용자가 마스터 암의 조작 과정에서 햅틱 피드백을 느끼면서도 마스터 암의 구조를 간단히 하고 전체적인 부피를 줄일 수 있게 된다.A master arm structure of a surgical robot and a control method of a surgical master robot are disclosed. A master arm structure provided in a surgical master robot, comprising: a handle operated by a user; a handle connected to the master robot and having a plurality of arm members connected by joints; An arm portion that is operated to allow the arm member to rotate with respect to the joint due to a user operation so as to enable positioning of the handle and a brake that is provided at the joint and restrains rotation of the arm member by the operation, A master arm structure of a surgical robot including a sensing unit for acquiring information on at least one of a state in which the handle is operated and a state in which the arm is operated and a control unit for controlling the operation of the brake using the information obtained from the sensing unit Detects the operating state of the master arm, and then operates the brakes provided on the respective joints to constrain the operation of the arm. Thus, when the user operates the master arm Simply tick comments yet feel the structure of the master arm and is able to reduce the overall volume.

Description

수술용 로봇의 마스터 암 구조 및 수술용 마스터 로봇의 제어방법{Master arm structure of surgical robot and control method of surgical master robot}Technical Field [0001] The present invention relates to a master arm structure for a surgical robot and a control method for a surgical master robot,

본 발명은 수술용 로봇의 마스터 암 구조 및 수술용 마스터 로봇의 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a master arm structure of a surgical robot and a control method of a surgical master robot.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.Medically, surgery refers to the repair of a skin, mucous membrane, or other tissue that is cut, torn or manipulated using a medical device. Particularly, due to problems such as hemorrhage, side effects, patient's pain, scarring, etc., the incision is made by cutting the skin of the surgical site and opening, treating, And is attracting attention as an alternative.

이러한 수술용 로봇은 의사의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master) 로봇과, 조작부로부터 신호를 받아 직접 환자에 수술에 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave) 로봇으로 구분될 수 있는데, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇은 하나의 수술용 로봇의 각 부분으로서 구분되거나, 별도의 장치로 구성되어 수술실에 각각 배치될 수도 있다.Such a surgical robot may be classified into a master robot for generating and transmitting signals required by a physician's operation and a slave robot for receiving signals from the operation unit and applying operations necessary for the operation directly to the patient. The robot and the slave robot may be divided into parts of one surgical robot, or may be separately arranged in the operating room.

수술용 마스터 로봇에는 의사의 조작을 위한 디바이스가 설치되는데, 로봇 수술의 경우 집도의는 수술에 필요한 인스트루먼트를 직접 조작하는 것이 아니라, 전술한 디바이스를 조작하여 로봇에 장착된 각종 인스트루먼트가 수술에 필요한 동작을 수행하도록 한다.The master robot for surgery is provided with a device for physician's manipulation. In the case of robotic surgery, the master does not manipulate the instruments necessary for the surgery, but operates the above-described devices so that various instruments mounted on the robot perform operations necessary for surgery .

통상 마스터 로봇에 설치되는 마스터 디바이스는 의사가 손으로 잡고 움직이는 핸들과, 핸들과 로봇 본체를 매개하는 마스터 암으로 이루어지는데, 마스터 암은 의사가 핸들을 잡고 이동, 회전 등의 조작행위를 할 때 핸들의 움직임을 서포트할 수 있도록 로봇 본체와 핸들을 연결하는 다관절 링크 형태의 암(arm)으로 구성된다.Usually, a master device installed in a master robot is composed of a handle that a physician holds by hand and a master arm which mediates between the handle and the robot body. And an arm of a multi-joint link type connecting the robot main body and the handle so as to support the movement of the robot.

한편, 로봇 수술 과정에서는 인스트루먼트가 수술이 수행되는 부위로부터 밖으로 벗어나도록 작동되는 등의 의료 사고를 미연에 방지하기 위해, 인스트루먼트가 작동되는 영역을 제한하는 경우가 많으며, 이를 위해 마스터 디바이스의 조작 범위를 미리 제한해 놓고 의사가 그 제한된 범위를 넘어가는 조작을 할 경우 마스터 디바이스의 움직임을 구속하는 방식이 적용되었다.On the other hand, in the robotic surgery process, in order to prevent a medical accident such as an operation that the instrument is moved out of the region where surgery is performed, the area where the instrument is operated is often limited. When the doctor moves beyond the limited range, the motion of the master device is restrained.

종래에는 마스터 암의 조작 범위를 제한하기 위해, 마스터 암의 각 관절 부위에 모터를 설치하고 사용자가 제한된 범위를 벗어나는 조작을 하여 암이 작동될 경우, 관절에 설치된 모터를 역방향으로 구동시켜 사용자가 햅틱 반력을 느끼도록 함으로써 마스터 암의 움직임을 구속하였다.Conventionally, in order to limit the operation range of the master arm, when a motor is installed at each joint portion of the master arm and the arm is operated by a user operating out of a limited range, the motor installed in the joint is driven in the reverse direction, By restricting the reaction force, the motion of the master arm was restrained.

그러나, 종래의 마스터 암 구속 방식은, 각 관절마다 모터를 설치해야 하고, 암의 작동 상태가 제한 영역을 벗어났는지 여부를 감지하기 위해 각 모터마다 인코더를 부가해야 하며, 모터 및 인코더에 전원을 공급하고 신호를 전달하기 위해 암부재 내에 다량의 케이블을 매설해야 하므로, 마스터 암의 구조가 복잡해지고 전체 부피가 커진다는 문제가 있었다.However, in the conventional master arm restraint system, it is necessary to install a motor for each joint, and an encoder must be added to each motor to detect whether the operation state of the arm is out of the restriction area, and power is supplied to the motor and the encoder And a large amount of cables must be buried in the arm member to transmit the signal, so that the structure of the master arm becomes complicated and the total volume becomes large.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

한편, 미국 공개특허공보 US2007/0265731호에는 조인트 부분에 브레이크가 설치된 다관절 로봇에 관한 기술이 개시되어 있다.On the other hand, US Publication No. US2007 / 0265731 discloses a technique related to a articulated robot in which a brake is provided on a joint portion.

특허문헌 1 : 미국 공개특허공보 US2007/0265731호Patent Document 1: US Patent Publication No. US2007 / 0265731

본 발명은, 수술용 로봇의 마스터 암에 햅틱 피드백 기능을 부여하면서도 그 구조를 간단하게 하고 전체적인 부피를 줄일 수 있는 수술용 로봇의 마스터 암 구조 및 수술용 마스터 로봇의 제어방법을 제공하는 것이다.
The present invention provides a master arm structure of a surgical robot and a control method of a surgical master robot that can simplify the structure and reduce the overall volume while imparting a haptic feedback function to the master arm of the surgical robot.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수술용 마스터 로봇에 구비되는 마스터 암(master arm) 구조로서, 사용자에 의해 조작되는 핸들과, 마스터 로봇과 핸들을 연결하고, 복수의 암부재가 관절에 의해 연결되는 구조로 이루어지며, 핸들에 대한 사용자 조작으로 인하여 암부재가 관절에 대해 회전하여, 핸들의 포지셔닝(positioning)이 가능하도록 작동되는 암(arm)부와, 관절에 설치되며, 그 작동에 의해 암부재의 회전을 구속하는 브레이크와, 핸들이 조작된 상태 및 암부가 작동된 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 획득하는 감지부와, 감지부로부터 획득된 정보를 이용하여 브레이크의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a master arm structure provided in a surgical master robot, comprising: a handle operated by a user; a handle connected to the master robot and a handle, And an arm portion that is operated to allow the arm member to rotate with respect to the joint due to a user's operation with respect to the handle so as to enable positioning of the handle, And a control unit for controlling the operation of the brake by using the information obtained from the sensing unit, wherein the sensing unit is configured to acquire information on at least one of a state in which the handle is operated and a state in which the arm is operated, A master arm structure of the surgical robot is provided.

관절에는, 암부재의 회전에 연동하여 회전함으로써 암부재의 회전 정도에 관한 정보를 출력하는, 접촉식 센서가 설치될 수 있으며, 이 경우 감지부는 접촉식 센서를 포함하며, 접촉식 센서는 인코더(encoder), 포텐셔미터(potentiometer) 등을 포함할 수 있다.The joint may be provided with a contact type sensor that outputs information about the degree of rotation of the arm member by rotating in conjunction with the rotation of the arm member. In this case, the sensing unit includes a contact type sensor, an encoder, a potentiometer, and the like.

감지부는 핸들 및 암부 중 하나 이상의 작동 상태에 관한 정보를 출력하는 비접촉식 센서를 포함할 수 있으며, 이 경우, 핸들 및 암부 중 하나 이상에는 마커(marker)가 표시되고, 감지부는, 마커에 관한 영상(映像)로부터 마커의 이동 및 회전 중 하나 이상에 관한 정보를 출력하는 옵티컬 트래커(optical tracker), 또는 자기장을 이용하여 핸들이나 암부의 위치에 관한 정보를 출력하는 마그네틱 트래커(magnetic tracker)를 포함할 수 있다.The sensing unit may include a non-contact sensor for outputting information regarding at least one of the handle and the arm. In this case, a marker is displayed on at least one of the handle and the arm, and the sensing unit displays an image An optical tracker that outputs information about one or more of the movement and rotation of the marker from the image (or image), or a magnetic tracker that outputs information about the position of the handle or arm using a magnetic field have.

제어부는, 핸들이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우 브레이크가 작동되도록 제어하여, 핸들을 조작하는 사용자에게 햅틱 피드백이 제공되도록 할 수 있다. 제어부는, 핸들의 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 브레이크의 작동을 제어할 수 있다. 브레이크는 그 구속력의 크기가 조절가능하도록 작동되며, 제어부는 핸들이 경계에 근접할수록 브레이크의 구속력이 커지도록 브레이크의 작동을 제어할 수 있다. 핸들의 경계에 대한 근접 정도와 브레이크의 구속력의 크기는 서로 선형 또는 비선형 관계를 이룰 수 있다.The control unit may control the brake to be operated when the handle is manipulated so as to move beyond a predetermined predetermined reference area, so that the haptic feedback is provided to the user operating the handle. The control section can control the operation of the brake in correspondence with the degree to which the operated state of the handle is close to the boundary of the reference region. The brake is operated so that the magnitude of the restraint force is adjustable, and the control section can control the operation of the brake so that the closer the handle is to the boundary, the greater the restraining force of the brake. The proximity of the handle to the boundary and the magnitude of the restraining force of the brake can be linear or nonlinear with each other.

제어부는, 핸들이 기준 영역 이내로 들어오도록 조작될 경우 브레이크의 작동이 해제되도록 제어할 수 있다. 또한, 사용자가 별도로 구비된 클러치를 조작할 경우 브레이크의 작동이 해제되도록 제어할 수도 있다.The control unit can control to release the operation of the brake when the handle is operated to come within the reference area. In addition, when the user operates the clutch provided separately, the brake operation may be controlled to be released.

마스터 로봇에는 슬레이브 로봇이 연결되고, 슬레이브 로봇에는 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암이 구비되며, 제어부는, 미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라 핸들의 조작 정도와 로봇 암의 작동 정도 간의 비율을 조정하고, 감지부로부터 획득된 정보에 상응하여 모션 스케일 팩터 값을 재설정할 수 있다.A slave robot is connected to the master robot, and a slave robot is provided with a robot arm which is operated in accordance with a user's operation with respect to the handle, and the control unit controls the degree of manipulation of the steering wheel according to a preset motion scaling factor value It is possible to adjust the ratio between the degree of operation of the robot arm and reset the motion scale factor value corresponding to the information obtained from the sensing unit.

이 경우, 제어부는, 핸들이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우 핸들에 대한 조작 정도에 비해 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 모션 스케일 팩터 값을 재설정하거나, 또는, 핸들의 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 모션 스케일 팩터 값을 증감시킬 수 있다.In this case, the control unit resets the motion scale factor value so that the degree of operation of the robot arm is reduced compared to the degree of manipulation with respect to the handle when the handle is manipulated so as to exceed a predetermined reference range set in advance, The motion scale factor value can be increased or decreased corresponding to the degree of proximity to the boundary of the reference area.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본체와, 사용자에 의해 조작되는 핸들과, 본체와 핸들을 연결하고 복수의 암부재가 관절에 의해 연결되는 구조로 이루어지는 마스터 암과, 관절에 설치되며 그 작동에 의해 암부재의 회전을 구속하는 브레이크를 포함하는 수술용 마스터 로봇을 제어하는 방법으로서, (a) 핸들이 조작된 상태 및 마스터 암이 작동된 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 획득하는 단계, (b) 핸들의 조작된 상태가 미리 설정된 소정의 기준 영역을 벗어났는지 여부를 판단하는 단계, 및 (c) 단계 (b)의 결과에 따라, 브레이크의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 수술용 마스터 로봇의 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a master arm comprising: a main body; a handle operated by a user; a master arm having a structure in which a main body and a handle are connected to each other and a plurality of arm members are connected by joints; (A) obtaining information about at least one of a state in which the handle is operated and a state in which the master arm is operated, and (b) b) determining whether the manipulated state of the handle is out of a preset predetermined reference area, and c) controlling operation of the brake in accordance with the result of step (b). Is provided.

단계 (b)는 핸들의 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 근접한 정도를 파악하는 단계를 포함하고, 단계 (c)는 근접 정도에 상응하여 브레이크의 구속력의 크기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.Step (b) includes the step of grasping the extent to which the manipulated state of the handle is proximate to the boundary of the reference region, and step (c) may comprise adjusting the magnitude of the constraining force of the brake in correspondence with the proximity .

마스터 로봇에는 슬레이브 로봇이 연결되고, 슬레이브 로봇에는 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암이 구비되며, 핸들의 조작 정도와 로봇 암의 작동 정도 간의 비율은 미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라 조정되고, 단계 (c)는, 단계 (b)의 결과에 따라 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.A slave robot is connected to the master robot, and a slave robot is provided with a robot arm which is operated in accordance with a user's operation on the handle. The ratio between the degree of operation of the handle and the degree of operation of the robot arm is determined by a motion scaling factor value, and step (c) may comprise resetting the motion scale factor value according to the result of step (b).

단계 (c)는, 핸들이 기준 영역을 벗어나도록 조작될 경우, 핸들에 대한 조작 정도에 비해 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.Step (c) may include resetting the motion scale factor value such that the degree of operation of the robot arm is reduced compared to the degree of manipulation with respect to the handle when the handle is manipulated to move beyond the reference area.

단계 (b)는 핸들의 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 근접한 정도를 파악하는 단계를 포함하고, 단계 (c)는 근접 정도에 상응하여 모션 스케일 팩터 값을 증감시키는 단계를 포함할 수 있다.Step (b) includes determining an extent to which the manipulated state of the handle is proximate to the boundary of the reference region, and step (c) may comprise increasing or decreasing the motion scale factor value in accordance with the proximity.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스터 로봇과, 마스터 로봇에 구비되며 사용자에 의해 조작되는 핸들과, 마스터 로봇에 연결되는 슬레이브 로봇과, 슬레이브 로봇에 구비되며, 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암과, 미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라, 핸들의 조작 정도와 로봇 암의 작동 정도 간의 비율을 조정하는 제어부와, 핸들이 조작된 상태에 관한 정보를 획득하는 감지부를 포함하되, 제어부는, 감지부로부터 획득된 정보에 상응하여 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a robot control system including a master robot, a handle provided in the master robot and operated by a user, a slave robot connected to the master robot, and a slave robot, A control unit for adjusting a ratio between an operation degree of the handle and an operation degree of the robot arm according to a predetermined motion scale factor value; Wherein the control unit resets the motion scale factor value corresponding to the information obtained from the sensing unit.

제어부는, 핸들이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우, 핸들에 대한 조작 정도에 비해 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 모션 스케일 팩터 값을 재설정할 수 있다. 또한, 제어부는, 핸들의 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 모션 스케일 팩터 값을 증감시킬 수 있다.The control unit may reset the motion scale factor value so that the degree of operation of the robot arm is reduced in comparison with the degree of manipulation with respect to the handle when the handle is manipulated so as to move beyond a predetermined predetermined reference area. In addition, the control unit may increase or decrease the motion scale factor value in accordance with the degree to which the operated state of the handle is close to the boundary of the reference area.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and the detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마스터 암의 작동상태를 감지한 후 각 관절에 설치된 브레이크를 작동시켜 암의 작동을 구속함으로써, 사용자가 마스터 암의 조작 과정에서 햅틱 피드백을 느끼면서도 마스터 암의 구조를 간단히 하고 전체적인 부피를 줄일 수 있게 된다.
According to a preferred embodiment of the present invention, after the operation state of the master arm is sensed, the brake applied to each joint is actuated to constrain the operation of the arm, so that the user can feel the haptic feedback during the operation of the master arm, And the overall volume can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 암 구조를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 옵티컬 트래커 방식의 감지부를 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도.
1 is a conceptual view showing a master arm structure according to an embodiment of the present invention;
2 is a conceptual diagram illustrating an optical tracker type sensing unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing a control method of a master robot according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 암 구조를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 옵티컬 트래커 방식의 감지부를 나타낸 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본체(1), 핸들(3), 암부(10), 암부재(12), 관절(14), 브레이크(16), 감지부(20), 마커(22), 옵티컬 트래커(24), 제어부(30)가 도시되어 있다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a master arm structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an optical tracker-type sensing unit according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, the body 1, the handle 3, the arm 10, the arm 12, the joint 14, the brake 16, the sensing unit 20, the marker 22, An optical tracker 24, and a control unit 30 are shown.

본 실시예는, 사용자가 수술용 로봇의 핸들을 조작한 결과에 따른 마스터 암의 작동된 정도는 옵티컬 트래커(optical tracker)와 같은 별도의 센싱 시스템을 이용하여 감지하고, 감지 결과 미리 설정된 기준 영역을 넘어가도록 마스터 암이 작동되는 경우에는 관절에 설치된 브레이크를 작동시켜 마스터 암이 더 이상 움직이지 않도록 제한하는 마스터 암 구조를 특징으로 한다.In the present embodiment, the degree of operation of the master arm according to the result of operating the handle of the surgical robot by the user is detected using a separate sensing system such as an optical tracker, And when the master arm is operated so that the master arm is operated so that the master arm is prevented from moving further by operating the brakes provided on the joints.

이에 따라, 마스터 암의 작동을 제한하기 위해 종래에 설치되었던 모터, 인코더, 케이블 등의 복잡한 구성물들을 생략할 수 있어, 마스터 암을 간단하고 슬림한 구조로 제작할 수 있게 된다.Accordingly, complicated components such as a motor, an encoder, and a cable, which are conventionally installed, can be omitted in order to restrict the operation of the master arm, so that the master arm can be manufactured in a simple and slim structure.

본 실시예에 따른 마스터 암(master arm) 구조는, 사용자로부터 수술에 필요한 조작 행위를 입력받기 위해 수술용 로봇(특히, 마스터 로봇)에 구비되는 구조물로서, 핸들(3), 암(arm)부, 브레이크(16), 감지부(20) 및 제어부(30)로 구성될 수 있다.The master arm structure according to the present embodiment is a structure provided to a surgical robot (particularly, a master robot) to receive an operation required for a surgery from a user, and includes a handle 3, A brake 16, a sensing unit 20, and a control unit 30.

핸들(3)은 사용자가 잡고 조작하는 부분으로서, 사용자의 의도에 따라 3차원 공간상에서 소정의 위치 및 방향으로 조작된다. 본 실시예에서는, 이와 같이 핸들(3)을 3차원 공간상에서 특정 위치나 방향으로 움직여(이동 및/또는 회전시켜) 그 상태(위치 및 방향)를 규정하는 것을 '포지셔닝(positioning)'이라 명명한다. 즉, 사용자가 핸들(3)을 움직여 포지셔닝함에 따라 핸들(3)은 그 상태가 변경된다. 핸들(3)을 움직인다는 것은 핸들(3)을 어느 방향으로 이동시키거나, 회전시키거나, 이동 및 회전시키는 것을 의미한다.The handle 3 is a part to be held and operated by the user, and is operated in a predetermined position and direction on the three-dimensional space according to the intention of the user. In this embodiment, the positioning of the handle 3 in the three-dimensional space in such a manner as to move (move and / or rotate) a specific position or direction and define its state (position and direction) is called "positioning" . That is, as the user moves and positions the handle 3, the state of the handle 3 is changed. Moving the handle 3 means moving, rotating, moving and rotating the handle 3 in either direction.

암부(10)는 핸들(3)과 로봇 본체(1)를 연결하는 구성요소로서, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 복수의 암부재(12)가 관절(14)에 의해 연결된 이른바 '다관절(articulated) 암' 형태로 구성될 수 있다. 암부(10)를 구성하는 구체적인 기구적(機構的) 구성으로는 스카라 링크(SCARA link), 패러랠 링크(parallel link) 등 다양한 링크 기구가 적용될 수 있다.The arm portion 10 is a component for connecting the handle 3 and the robot main body 1 and includes a plurality of arm members 12 as shown in Figures 1 and 2, quot; articulated arm ". Various link mechanisms such as a SCARA link and a parallel link may be applied to the specific mechanical structure constituting the arm portion 10.

암부(10)는 그 일단부가 핸들(3)에 연결되어 있고 그 타단부는 로봇 본체(1)에 연결되어 있으므로, 사용자가 핸들(3)을 잡고 움직이면 그로 인하여 암부재(12)가 관절(14)에 대해 회전하면서 그 상태가 변경되게 된다. 거꾸로 말하면, 암부(10)가 작동되어 그 상태가 변경됨으로써 사용자에 의해 조작된 핸들(3)이 포지셔닝될 수 있는 것이다.The arm portion 10 has one end connected to the handle 3 and the other end connected to the robot main body 1 so that when the user grips the handle 3 and thereby moves the arm member 12 to the joint 14 The state is changed while being rotated with respect to the rotation direction. In other words, the arm portion 10 is operated and its state is changed so that the handle 3 operated by the user can be positioned.

여기서, '암부가 작동된다'는 것은 전술한 것처럼 각 암부재가 각 관절에 대해 회전하여 암부의 전체적인 상태가 변경되는 것을 의미하며, '암부의 작동 상태'는 암부가 작동된 결과에 따른 최종적인 상태를 의미한다. 즉, 사용자가 핸들(3)을 잡고 조작하면 그로 인하여 암부(10)가 작동되고, 핸들(3)이 포지셔닝되면 암부(10)는 소정의 작동 상태로 변형된다.Here, 'the arm part is activated' means that the overall state of the arm part is changed by rotating each arm member with respect to each joint as described above, and the 'operation state of the arm part' State. That is, when the user holds the handle 3, the arm portion 10 is operated, and when the handle 3 is positioned, the arm portion 10 is deformed to a predetermined operating state.

본 실시예에 따른 마스터 암 구조는 암부(10), 특히 관절(14)에 브레이크(16)가 설치되는 것을 특징으로 한다. 관절(14)에 설치된 브레이크(16)가 작동되면 암부재(12)는 관절(14)에 대해 회전하지 못하게 되어, 그 움직임(회전)이 구속되며, 결과적으로 암부(10)가 전체적으로 작동하지 못하여 암부(10)가 소정의 작동 상태로 유지되게 된다.The master arm structure according to the present embodiment is characterized in that the arm 16, particularly the joint 14, is provided with a brake 16. When the brake 16 installed on the joint 14 is actuated, the arm member 12 is prevented from rotating relative to the joint 14 and its movement (rotation) is restrained. As a result, the arm portion 10 does not operate as a whole The arm portion 10 is maintained in a predetermined operating state.

브레이크(16)는 그 작동 방식에 따라 전자식, 유압식, 공압식 등 다양한 방식으로 구성할 수 있으며, 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The brake 16 can be configured in various ways such as an electronic type, a hydraulic type, and a pneumatic type according to its operation mode, and a detailed description thereof will be omitted here.

감지부(20)는 사용자 조작에 따라 핸들(3)이 조작된 상태(핸들(3)의 포지셔닝 상태) 및/또는 핸들(3)의 움직임으로 인하여 암부(10)가 작동된 상태에 관한 정보를 획득한다.The sensing unit 20 may acquire information on the operation state of the arm unit 10 due to the state where the handle 3 is operated (the positioning state of the handle 3) and / or the movement of the handle 3 .

종래의 마스터 암 구조에는 사용자의 조작에 대한 햅틱 피드백(haptic feedback)을 구현하기 위해, 각 관절에 모터 및 모터에 연결된 인코더를 설치하고 필요한 경우 암부재를 회전시켜 반력을 생성, 제공하였으며, 인코더로부터 출력되는 정보를 이용하여 사용자 조작에 의해 암부재가 얼마나 회전하였는지도 파악할 수 있었다.In the conventional master arm structure, an encoder connected to a motor and a motor is installed in each joint to generate haptic feedback for user's operation, and a reaction force is generated and provided by rotating the arm member if necessary. By using the output information, it was possible to grasp how much the arm member rotated by the user operation.

본 실시예에서도 감지부(20)로서 인코더(encoder)나 포텐셔미터(potentiometer)를 활용할 수 있는데, 암부(10)의 각 관절(14)에 모터를 설치하여 사용자가 핸들(3)을 조작하여 암부재(12)가 (관절(14)을 중심으로) 회전하면 그에 연동하여 모터가 회전하도록 하고, 이와 병행하여 또는 이와는 별도로 인코더나 포텐셔미터 등을 설치하여 암부재(12)가 얼마만큼 회전하였는지에 관한 정보가 출력되도록 할 수 있다.An encoder or a potentiometer may be used as the sensing unit 20 in the present embodiment. A motor may be installed in each joint 14 of the arm unit 10 to allow the user to manipulate the handle 3, When the motor 12 is rotated (centered on the joint 14), the motor is rotated in association with the rotation of the motor 12, and information on how much the arm member 12 is rotated by an encoder or a potentiometer Output.

즉, 암부재(12)의 회전에 연동하여 회전함으로써 암부재(12)의 회전 정도에 관한 정보를 출력하는 접촉식 센서(인코더, 포텐셔미터 등)를 관절(14)에 설치하고 관절(14)에 설치된 인코더 등으로부터 암부재(12)의 회전 정도에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 이러한 점에서 인코더 등은 본 실시예에 따른 감지부(20)에 해당할 수 있다.A contact type sensor (encoder, potentiometer, etc.) for outputting information on the degree of rotation of the arm member 12 is provided on the joint 14 and rotates in conjunction with the rotation of the arm member 12, Information on the degree of rotation of the arm member 12 can be obtained from an installed encoder or the like. In this respect, the encoder or the like may correspond to the sensing unit 20 according to the present embodiment.

한편, 여기에서 모터의 역할은 능동적으로 반력을 만들어 내기 위한 것이고, 인코더/포텐셔미터의 역할은 관절의 회전 정도를 파악하기 위함이므로, 브레이크를 이용하여 저항감을 느끼게 하는 본 실시예의 경우 모터는 생략될 수 있다.In this case, the role of the motor is to actively generate the reaction force, and the role of the encoder / potentiometer is to grasp the degree of rotation of the joint. Therefore, in the present embodiment in which the brake is used to feel resistance, the motor can be omitted have.

또는, 도 2에 도시된 것처럼, 옵티컬 트래킹(optical tracking) 기법을 적용하여 마스터 암의 움직임을 감지할 수도 있다. 즉, 핸들(3)이나 암부(10)에 옵티컬 마커(optical marker)(22)를 표시하고, 로봇 외부에 배치된 옵티컬 트래커(optical tracker)(24)에서 마커(22)를 인식하도록 감지부(20)를 구성할 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 2, an optical tracking technique may be applied to detect movement of the master arm. An optical marker 22 is displayed on the handle 3 or the arm 10 and an optical tracker 24 disposed on the outside of the robot displays the marker 22 20).

사용자가 핸들(3)을 조작하여 핸들(3) 및 암부(10)가 움직이면 그에 따라 마커(22) 또한 움직이게 되며, 옵티컬 트래커(24)는 마커(22)에 대하여 촬영된 영상을 분석하여 마커(22)가 얼마만큼 움직였는지, 즉 마커(22)의 이동 및/또는 회전에 관한 정보를 알아낼 수 있다.When the user manipulates the handle 3 and the handle 3 and the arm 10 move, the markers 22 are moved accordingly. The optical tracker 24 analyzes the captured image with respect to the markers 22, 22 of the marker 22, that is, the movement and / or rotation of the marker 22 can be obtained.

옵티컬 트래커(24)가 출력하는 마커(22)의 움직임에 관한 정보로부터, 결과적으로 마스터 암의 움직임에 대한 정보를 도출할 수 있으며, 이에 따라 사용자 조작에 의해 핸들(3)이 얼마나 움직였는지, 핸들(3)의 조작에 의해 암부(10)가 얼마나 작동되었는지를 알아낼 수 있다.It is possible to derive information on the motion of the master arm as a result from the information about the motion of the marker 22 outputted by the optical tracker 24. Accordingly, It is possible to find out how much the arm portion 10 has been operated by the operation of the arm 3.

여기서, 옵티컬 트래킹 기법은 핸들(3) 및/또는 암부(10)의 작동 상태에 관한 정보를 출력하는 비접촉식 센싱 방법의 일례를 설명한 것으로, 옵티컬 트래커(24) 외에도 다른 방식의 비접촉식 센싱 방법(예를 들면, 자기장(磁氣場)을 이용하여 핸들(3) 및/또는 암부(10)의 위치에 관한 정보를 출력하는 마그네틱 트래킹(magnetic tracking) 기법 등)도 적용될 수 있음은 물론이다.Here, the optical tracking technique describes an example of a non-contact type sensing method for outputting information on the operating state of the handle 3 and / or the arm portion 10. In addition to the optical tracker 24, another type of non-contact sensing method A magnetic tracking technique for outputting information on the position of the handle 3 and / or the arm 10 using a magnetic field may also be applied.

예를 들어, 옵티컬 트래커의 경우 마커는 빛을 반사하는 물질로 되어 있고 옵티컬 트래커에 포함되어 있는 적외선 카메라 등의 센싱 장치가 마커로부터 반사된 빛을 감지하여 핸들이나 암부의 위치를 추적하는 방식으로 작동될 수 있고, 마그네틱 트래커의 경우 외부에 자기장을 발생시키는 별도의 장치가 구비되고 핸들이나 암부에 자기장 센서가 부착되어 있어 센서로부터 핸들이나 암부의 위치에 관한 정보가 출력되도록 하는 방식으로 작동될 수 있다.For example, in the case of an optical tracker, the marker is a light-reflecting material, and a sensing device such as an infrared camera included in the optical tracker senses light reflected from the marker and tracks the position of the handle or arm In the case of the magnetic tracker, a separate device for generating a magnetic field outside may be provided, and a magnetic field sensor may be attached to the handle or the arm so that information about the position of the handle or the arm is output from the sensor. .

제어부(30)는 인코더나 옵티컬 트래커(24)와 같은 감지부(20)로부터 마스터 암이 움직인 정도에 관한 정보를 수신하고, 이에 대응하여 브레이크(16)의 작동을 제어하는 역할을 한다. 본 실시예에 따른 기능만을 수행하기 위해 별도로 구비되는 프로세서의 형태로 구현되거나, 수술용 로봇을 제어하는 메인 컨트롤러의 일 모듈로서 구현되거나, 메인 컨트롤러의 일 기능으로서 구현되는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.The control unit 30 receives information on the degree of movement of the master arm from the sensing unit 20 such as the encoder or the optical tracker 24 and controls the operation of the brake 16 in response to the information. It may be implemented in the form of a processor separately provided to perform only the function according to the present embodiment or as a module of the main controller for controlling the surgical robot or as a function of the main controller have.

본 실시예에 따른 제어부(30)는 감지부(20)로부터 마스터 암의 작동 상태에 관한 정보를 이용하여 사용자가 핸들(3)을 조작할 때 핸들(3)이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어서 조작되는 것을 제한하는 역할을 한다.The control unit 30 according to the present embodiment uses the information about the operating state of the master arm from the sensing unit 20 so that when the user operates the steering wheel 3, It limits the operation.

수술용 로봇에 장착되며 환자의 체내에 삽입되는 수술용 인스트루먼트는 마스터 로봇에서 의사가 핸들을 잡고 움직이는 대로 따라 움직이게 되는데, 예를 들어 환자의 위(胃; stomach)를 수술한다고 할 때 인스트루먼트가 위 주변의 일정 경계까지만 움직이고 그 경계를 넘어서는 (설령 의사가 경계를 넘어서도록 핸들을 조작하더라도) 움직이지 않도록 제한할 수 있다. 이에 따라, 의사의 실수나 오조작을 로봇이 필터링하여 보다 안전한 수술이 가능하도록 할 수 있다.A surgical instrument inserted in a surgical robot and inserted into a patient's body is moved in accordance with the movement of the doctor in the master robot. For example, when the patient's stomach is operated, (Even if the doctor manipulates the handle to move beyond the boundaries) beyond its boundaries. Accordingly, the robot can filter the mistake or erroneous operation of the doctor, thereby making it possible to perform safer operation.

기준 영역은 수술 상황에 따라 달라질 수 있으며, 수술의 종류에 따라 미리 지정되거나 사용자가 수술을 수행하기에 앞서 지정하는 등, 다양한 방식으로 설정될 수 있다.The reference area may vary depending on the surgical situation, and may be set in various ways, such as predetermined according to the type of surgery or designated before the user performs surgery.

이처럼, 사용자가 핸들(3)을 조작할 수 있는 기준 영역이 미리 설정된 상태에서, 본 실시예에 따른 감지부(20)는 핸들(3)(및/또는 암부(10))의 상태가 기준 영역에 접근하였는지, 기준 영역에 닿았는지, 기준 영역을 넘어가는지 등을 파악할 수 있으며, 제어부(30)는 감지부(20)에 의해 파악된 결과에 따라 브레이크(16)의 작동을 제어하여, 사용자가 기준 영역을 넘어가도록 핸들(3)을 조작할 경우에는 마스터 암이 움직이지 않도록 구속함으로써, 마치 마스터 암에 반력이 작용하는 것처럼 햅틱 피드백을 구현하여, 사용자가 '핸들이 기준 영역을 넘어가도록 조작됨'을 알 수 있도록 한다.As described above, the sensing unit 20 according to the present embodiment is configured such that the state of the handle 3 (and / or the arm 10) The control unit 30 controls the operation of the brake 16 in accordance with the result of the detection by the sensing unit 20 so that the user can recognize whether the user has reached the reference area or not, By restricting the master arm from moving when the handle 3 is manipulated so as to move beyond the reference area, haptic feedback is implemented as if a reaction force acts on the master arm so that the user can manipulate the handle such that the handle goes beyond the reference area '.

여기서, '기준 영역을 넘어가도록'은, 반드시 기준 영역의 경계를 넘었는지 아닌지만을 의미하는 것은 아니며, 기준 영역의 경계 근처에서 경계를 넘어가는 방향으로 조작되는 경우도 의미한다. 이는, 사용자가 핸들(3)을 조작함에 있어서, 기준 영역을 넘어갈 것으로 예상되는 경우에도 미리 구속감을 줘서, 보다 실제에 가까운 햅틱 피드백을 구현하기 위함이다.Here, " beyond the reference area " does not necessarily indicate whether or not the area exceeds the boundary of the reference area, but also means that the area is manipulated in the direction crossing the boundary near the boundary of the reference area. This is because, when the user manipulates the handle 3, the user preliminarily feels constrained even when it is expected to go beyond the reference area, thereby realizing more realistic haptic feedback.

이에 따라, 본 실시예에 따른 제어부(30)는 핸들(3)이 기준 영역의 경계를 넘어갔는지 아닌지에 따라서 브레이크(16)를 ON/OFF 시키는 제어만이 아니라, 핸들(3)이 조작된 상태가 기준 영역의 경계에 어느 정도 근접하였는지, 즉 근접 정도에 따라 브레이크(16)를 작동시키는 제어도 수행할 수 있다.Accordingly, the control unit 30 according to the present embodiment can control not only the ON / OFF control of the brake 16 according to whether or not the handle 3 crosses the boundary of the reference area, The control of operating the brake 16 in accordance with the degree of proximity to the boundary of the reference area, i.e., the proximity degree can be performed.

이를 위해, 본 실시예에 따른 브레이크(16)는 그 작동 방식이 ON/OFF 방식에 한정되는 것이 아니라, 브레이크(16)가 암부재(12)의 회전을 구속하는 힘(구속력)이 조절되는 방식도 적용될 수 있다. 예를 들어, 전자식, 공압식, 유압식 브레이크를 사용한다면 브레이크(16)를 작동시키기 위해 공급되는 전류를 조절하는 등의 방법으로 브레이크(16)의 구속력을 조절할 수 있다.For this purpose, the operation of the brake 16 according to the present embodiment is not limited to the ON / OFF method, but the brake 16 may be controlled by a method in which the force (restraining force) Can also be applied. For example, if an electronic, pneumatic, or hydraulic brake is used, the restraining force of the brake 16 can be adjusted by adjusting the current supplied to operate the brake 16, or the like.

이에 따라, 본 실시예에 따른 제어부(30)는 핸들(3)이 기준 영역의 경계를 넘어가는 정도에 따라 브레이크(16)의 구속력이 조절되도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 핸들(3)이 경계에 근접할수록 브레이크(16)의 구속력이 커지도록 함으로써, 사용자는 핸들(3)이 기준 영역을 넘어가도록 조작되는 과정에서 서서히 증가하는 구속감을 느끼게 되며, 이에 따라 의사는 보다 실제에 가까운(마치, 의사가 손으로 인스트루먼트를 잡고 직접 수술을 수행하는 것과 같은) 햅틱 피드백을 경험할 수 있다.Accordingly, the controller 30 according to the present embodiment can control the restraining force of the brake 16 to be adjusted according to the degree of the handle 3 passing over the boundary of the reference area. For example, as the handle 3 is closer to the boundary, the binding force of the brake 16 is increased, so that the user feels a sense of restraint that gradually increases in the process of operating the handle 3 beyond the reference area, The physician may experience haptic feedback that is closer to reality (such as a physician holding the instrument by hand and performing the surgery directly).

즉, 본 실시예에서 관절(14) 부분에 설치되는 브레이크(16)는 단순히 암부재(12)의 회전을 구속하거나 해제(ON/OFF)하기 위한 목적만이 아니라, 핸들(3)이 조작된 정도에 따라 브레이크(16)가 마스터 암을 구속하는 정도(구속력)를 조절함으로써 마스터 암의 작동에 대한 저항력이 조절되도록 하고, 나아가 사용자에게 실제와 비슷한 저항감이 느껴지도록 하기 위한 목적도 있다.That is, in the present embodiment, the brake 16 provided at the joint 14 is not limited to merely restricting or releasing (turning on / off) the rotation of the arm member 12, (Restraining force) of the brake 16 depending on the degree of restraint of the master arm, so that the resistance against the operation of the master arm can be adjusted.

본 실시예에 따른 햅틱 피드백 기술은 종래의 마스터 암에서처럼 모터를 구동시켜 반력을 생성하는 대신, 브레이크(16)를 사용하여 마치 반력이 작용하는 것과 같은 느낌을 제공한다는 점에서 특징이 있다.The haptic feedback technique according to the present embodiment is characterized in that, instead of generating a reaction force by driving the motor as in the conventional master arm, using the brake 16 provides a feeling as if a reaction force acts.

종래의 마스터 암에서는 햅틱 반력을 생성하기 위한 모터를 설치하고, 사용자가 핸들을 조작하는 과정에서 핸들이 기준 영역의 경계를 넘어가는 등 반력이 필요한 위치에 도달하면, 모터에서 사람이 힘을 주는 방향과 반대 방향으로 구동력을 생성함으로써, 사용자가 이 반력을 느끼도록 하는 방식이 적용되었다.In a conventional master arm, a motor for generating a haptic reaction force is installed. When a user reaches a position where a reaction force is required such that a handle passes over a boundary of a reference area in a process of operating a handle, So that the user can feel the reaction force.

이 경우, 사용자가 모터에서 제공되는 반력을 이겨낼 정도의 힘으로 핸들을 조작하면 핸들은 사용자의 조작에 따라 움직이는데(핸들이 기준 영역의 경계 밖으로 밀려남), 사용자가 힘을 주지 않으면 모터의 반력에 의해 핸들은 다시 기준 영역 이내로 들어오게 된다.In this case, when the user manipulates the handle with a force enough to overcome the reaction force provided by the motor, the handle moves according to the user's manipulation (the handle is pushed out of the boundary of the reference area) The handle is again within the reference area.

이러한 종래의 방식을 편의상 '액티브(active) 햅틱 피드백' 방식이라 칭한다.This conventional scheme is referred to as an 'active haptic feedback' scheme for the sake of convenience.

본 실시예에서는, 모터와 같이 구동력을 '생성'하는 구성요소 대신, 브레이크(16)를 사용하여 마스터 암이 작동되지 않도록, 또는 힘들게 작동되도록 한 방식으로서, 사용자가 핸들(3)을 조작하는 과정에서 핸들(3)이 기준 영역의 경계를 넘어가는 등 반작용이 필요한 위치에 도달하면, 브레이크(16)를 작동시켜 사람이 조작하는 힘에 대해 단순히 저항력이 생기게 하고, 이 저항력을 햅틱 반력처럼 느끼도록 한 것이다.In this embodiment, instead of a component that generates a driving force such as a motor, a brake arm 16 is used to prevent the master arm from being operated, When the handle 3 reaches a position at which a reaction is required, such as passing over the boundary of the reference area, the brake 16 is actuated so as to simply generate a resistance force against a force operated by a person and to make the resistance force feel like a haptic reaction force It is.

브레이크(16)를 작동시키는 방식으로는, 전술한 것처럼 핸들(3)이 경계에 도달하는 순간 브레이크(16)가 갑자기 작동되도록 할 수도 있고, 핸들(3)이 경계 부근에서 경계를 넘어가는 방향으로 조작될수록 브레이크(16)의 구속력을 증가시켜 사용자로 하여금 보다 실제 상황과 비슷한 반발감을 느끼도록 할 수도 있다.In the manner of operating the brake 16, the brake 16 may be suddenly activated as soon as the handle 3 reaches the boundary, as described above, and the handle 3 may be moved in the direction The more the operation is performed, the greater the restraining force of the brake 16, so that the user can feel a feeling of repulsion similar to the actual situation.

이러한 본 실시예에 따른 햅틱 피드백 구현 기법은 종래의 액티브 햅틱 피드백과는 다른 수단(감지부(20), 브레이크(16))으로 다른 결과(사용자가 받는 느낌)를 도출한 것으로서, 종래 방식과 차별될 수 있도록 '패시브(passive) 햅틱 피드백이라 칭할 수 있다.The haptic feedback technique according to this embodiment is a result derived from another result (feeling received by a user) by means other than the conventional active haptic feedback (the sensing unit 20 and the brake 16) Quot; passive " haptic feedback. ≪ / RTI >

본 실시예에 따른 패시브 햅틱 피드백 기법에서는, 핸들(3)이 기준 영역의 경계에 근접함에 따라 브레이크(16)의 구속력을 어떻게 증가시킬 것인가에 따라 사용자가 받는 반발감의 느낌이 달라지게 된다.In the passive haptic feedback technique according to the present embodiment, as the handle 3 approaches the boundary of the reference area, how to increase the binding force of the brake 16 changes the feeling of repulsion felt by the user.

따라서, 본 실시예에 따른 제어부(30)에서 처리되는 핸들(3)의 경계에 대한 근접 정도(입력값)와 브레이크(16)의 구속력의 크기(출력값)는 서로 선형 또는 비선형 관계를 이룰 수 있다. 즉, 핸들(3)의 근접 정도가 크면(핸들(3)이 경계에 가깝게 위치하면) 브레이크(16)의 구속력을 증가시키고, 핸들(3)의 근접 정도가 작으면(핸들(3)이 경계로부터 멀게 위치하면) 브레이크(16)의 구속력을 감소시키도록 제어할 수 있다.Therefore, the proximity (input value) of the handle 3 to the boundary processed by the control unit 30 according to the present embodiment and the magnitude (output value) of the binding force of the brake 16 can have a linear or nonlinear relationship with each other . That is, if the proximity of the handle 3 is large (the handle 3 is positioned close to the boundary), the binding force of the brake 16 is increased and if the degree of proximity of the handle 3 is small It is possible to control to reduce the restraining force of the brake 16.

예를 들어, 브레이크(16)의 구속력이 증가되는 정도는 핸들(3)과 경계 간의 거리값에 반비례하도록(선형 관계) 하거나, 핸들(3)과 경계 간의 거리값의 제곱에 반비례하도록(비선형 관계) 할 수 있다.For example, the degree to which the restraining force of the brake 16 is increased may be set to be inversely proportional to the distance value between the handle 3 and the boundary (linear relationship) or inversely proportional to the square of the distance value between the handle 3 and the boundary ) can do.

전술한 것처럼, 사용자 조작에 의해 핸들(3)이 기준 영역의 경계에 가까워지거나 기준 영역의 경계를 넘어가는 순간 브레이크(16)를 작동시켜 핸들(3)이 더 이상 움직이지 못하도록 할 수 있음은 물론, 핸들(3)이 기준 영역에 가까워짐에 따라 마스터 핸들(3)과 로봇의 움직임 간의 모션 스케일 팩터(motion scaling factor)를 조정하여 구속감을 주는 방식도 가능하다.As described above, it is of course possible to prevent the handle 3 from moving further by actuating the brake 16 at the moment when the handle 3 approaches the boundary of the reference area or exceeds the boundary of the reference area, It is possible to adjust the motion scaling factor between the master handle 3 and the motion of the robot as the handle 3 approaches the reference area to give a sense of restraint.

예를 들어, 평상시에는 핸들(3)의 움직임과 로봇의 움직임 간의 스케일 팩터가 3:1, 즉 핸들(3)을 3만큼 움직이면 로봇 암 및/또는 인스트루먼트가 1만큼 움직이도록 설정되어 있다고 할 때, 사용자가 핸들(3)을 조작하다가 핸들(3)이 기준 영역을 넘게 되면, 그 순간 스케일 팩터를 10:1로 변경하여 핸들(3)을 많이(예를 들면, 10만큼) 움직이더라도 로봇 암이나 인스트루먼트는 조금(예를 들면, 1만큼) 움직이도록 할 수도 있다.For example, when the scale factor between the movement of the handle 3 and the motion of the robot is 3: 1, that is, when the handle 3 is moved by 3, the robot arm and / or the instrument are set to move by 1, If the user manipulates the handle 3 and the handle 3 is moved beyond the reference area, the scale factor is changed to 10: 1 at that moment so that even if the handle 3 is moved a lot (for example, by 10) The instrument may be moved a bit (for example, by 1).

또한, 핸들(3)의 기준 영역에 대한 근접 여부에 따라 스케일 팩터를 조정하는 것과 병행하여 전술한 브레이크(16)를 작동시키는 것도 가능한데, 이 경우 핸들(3)이 기준 영역을 넘게 되면 브레이크(16)가 작동되어 핸들(3)을 움직이는 것이 뻑뻑해지게 됨과 동시에 핸들(3)을 많이 움직이더라도 로봇 암이나 인스트루먼트는 조금 움직이게 된다.It is also possible to operate the brake 16 described above in parallel with the adjustment of the scale factor depending on the proximity of the handle 3 to the reference area. In this case, when the handle 3 is moved beyond the reference area, So that the robot arm or the instrument moves a little even if the handle 3 is moved a lot.

즉, 브레이크(16)를 이용하여 저항감을 주면서 스케일 팩터도 같이 변하게 할 수 있으며, 핸들(3)이 기준영역의 경계면을 넘는 경우 또는 그 부근에서 스케일 팩터를 변화시킴으로써 수술시 안전성을 높일 수 있다.In other words, the scale factor can be varied with the resistance of the brake 16, and safety can be improved by changing the scale factor when the steering wheel 3 exceeds the boundary surface of the reference area.

한편, 본 실시예에 따른 패시브 햅틱 피드백 방식에서는, 종래의 액티브 방식과는 달리, 사용자가 브레이크(16)의 구속력을 이겨낼 정도의 힘으로 핸들(3)을 조작했다가 힘을 빼면 핸들(3)이 다시 기준 영역 이내로 들어오지 않고 그 힘을 뺀 지점에 서 있게 된다.In the passive haptic feedback method according to the present embodiment, unlike the conventional active method, when the user operates the handle 3 with a force enough to overcome the binding force of the brake 16 and then releases the force, Does not come within the reference range again but stands at the point subtracting the force.

이에, 본 실시예에 따른 제어부(30)는, 사용자가 핸들(3)을 조작하여 핸들(3)이 기준 영역 이내로 들어오도록 할 경우, 브레이크(16)의 작동이 해제되도록 함으로써 핸들(3)이 브레이크(16)에 의한 저항력 없이 기준 영역 이내로 원활하게 들어오도록 할 수 있다. 또는, 핸들(3)을 조작하는 것 외에도, 클러치 등의 별도 조작장치를 조작하면 브레이크(16)의 작동이 해제되도록 하여, 브레이크(16)에 의한 저항력이 제거된 상태에서 핸들(3)이 기준 영역 이내로 원활하게 들어오도록 할 수도 있다.The control unit 30 according to the present embodiment allows the operation of the brake 16 to be released when the user operates the handle 3 to bring the handle 3 within the reference range, So that it can smoothly enter the reference region without any resistance by the brake 16. [ Alternatively, in addition to operating the handle 3, the operation of the brake 16 may be released by operating a separate operating device such as a clutch, so that the handle 3 is operated in the state where the resistance of the brake 16 is removed, It is possible to smoothly enter the area.

즉, 기준 영역을 넘는 순간 브레이크(16)가 작동하여 마스터 핸들(3)이 뻑뻑해진 상태를 해제하는 방법으로서, 전술한 것처럼 기준 영역의 경계 이내로 들어오도록 핸들(3)을 움직이려고 할 때에 브레이크(16)가 풀리도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 클러치(미도시)를 설치하여 사용자가 클러치를 밟아야만 브레이크(16)가 풀리도록 할 수 있다. 다시 말하면, 마스터 핸들(3)에 브레이크가 걸린 상태에서 사용자가 클러치를 밟고 마스터 핸들(3)의 위치를 재조정하면, 브레이크(16)가 풀려 핸들(3)을 다시 정상적으로 작동시킬 수 있는 상태가 되도록 할 수도 있다.
That is, when the brake 16 is actuated at the instant of exceeding the reference area to release the master steering wheel 3 from becoming stiff, as described above, when the handle 3 is to be moved so as to come within the boundary of the reference area, (Not shown) so that the brake 16 can be released only when the user depresses the clutch. In other words, when the user depresses the clutch and resets the position of the master handle 3 in a state where the brake is applied to the master handle 3, the brake 16 is released so that the handle 3 can be operated normally again You may.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 로봇의 제어방법을 나타낸 순서도이다. 본 실시예는 전술한 마스터 암 구조가 구비된 수술용 마스터 로봇을 제어하여 사용자에게 '패시브 햅틱 피드백'을 제공하는 것이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling a master robot according to an embodiment of the present invention. The present embodiment controls passive haptic feedback to the user by controlling the master robot for surgery provided with the master arm structure.

본 실시예에 따라 마스터 로봇을 제어하기 위해서는, 먼저, 사용자에 의한 핸들(3)의 조작 상태 및/또는 핸들(3)의 움직임에 따른 마스터 암의 작동 상태를 파악한다(S10). 핸들(3)이나 암의 상태를 파악하기 위해 인코더, 포텐셔미터, 옵티컬 트래커(24) 등의 감지부(20)를 설치할 수 있음은 전술한 바와 같다.In order to control the master robot according to the present embodiment, first, the operation state of the handle 3 by the user and / or the operation state of the master arm in accordance with the movement of the handle 3 is determined (S10). The sensing unit 20 such as an encoder, a potentiometer, and an optical tracker 24 may be provided to detect the state of the handle 3 or the arm.

다음으로, 파악된 결과로부터 사용자에 의해 조작된 핸들(3)이 미리 설정된 기준 영역 내에 있는지, 기준 영역을 벗어나도록 조작되는지 여부를 판단한다(S20). 이 단계에서는, 전술한 바와 같이, 기준 영역의 경계에 대해 핸들(3)의 벗어남 여부만을 판단하는 것이 아니라, 핸들(3)이 경계에 대해 어느 정도 근접하였는지도 판단할 수 있다(S22).Next, it is judged whether or not the handle 3 manipulated by the user is within the predetermined reference area or is manipulated so as to deviate from the reference area (S20) from the grasped result. In this step, as described above, it is possible to judge how close the handle 3 is to the boundary than to determine whether or not the handle 3 is deviated from the boundary of the reference area (S22).

마지막으로, 핸들(3)이 기준 영역의 경계를 넘어가는 등 반작용이 필요한 위치인 것으로 판단되면, 마스터 암의 관절(14)에 설치된 브레이크(16)를 작동시켜 마스터 암이 움직이지 않도록 구속한다(S30). 이 단계에서도, 전술한 바와 같이, 브레이크(16)를 ON/OFF 시키는 제어만이 아니라, 핸들(3)이 경계에 근접한 정도에 비례하도록 브레이크(16)의 구속력 크기를 조절하는(S32) 제어를 통해, 사용자에게 실제에 가까운 햅틱 피드백이 제공되도록 할 수 있다.Finally, when it is determined that the handle 3 is located at a position requiring a reaction such as passing over the boundary of the reference area, the brake 16 provided on the joint 14 of the master arm is operated to restrain the master arm from moving S30). At this stage, not only the control for turning on / off the brake 16 but also the control for adjusting the magnitude of the restraining force of the brake 16 so that the handle 3 is in proximity to the boundary (S32) , It is possible to provide the user with near-realistic haptic feedback.

또한, 브레이크(16)의 구속력의 크기를 핸들(3)의 근접 정도에 대해 선형적(비례)으로 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 비선형적으로도 조절할 수 있음은 전술한 바와 같다.It is also described above that the magnitude of the restraining force of the brake 16 can be adjusted not only linearly (proportional) to the proximity of the handle 3 but also nonlinearly.

한편, 전술한 바와 같이, 핸들(3)의 기준 영역에 대한 근접 여부에 따라 브레이크(16)를 작동시키는 것과 별도로 또는 이와 병행하여 모션 스케일 팩터를 재설정(S40)할 수도 있는데, 이 경우 핸들(3)이 기준 영역을 넘게 되면 브레이크(16)가 작동되어 핸들(3)을 움직이는 것이 뻑뻑해지게 됨과 동시에, 핸들(3)에 대한 조작 정도에 비해 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록, 즉 핸들(3)을 많이 움직이더라도 로봇 암이나 인스트루먼트는 조금 움직이도록 모션 스케일 팩터 값을 재설정할 수 있다(S42).On the other hand, as described above, the motion scale factor may be reset (S40) separately from or in parallel with the operation of the brake 16 depending on whether the handle 3 is close to the reference area, The brake 16 is actuated to move the handle 3 so that it becomes more stiff and at the same time the degree of operation of the robot arm is reduced compared to the degree of operation of the handle 3, The motion scale factor value can be reset so that the robot arm or the instrument moves a little (S42).

아울러, 전술한 바와 같이, 기준 영역의 경계에 대해 핸들(3)의 벗어남 여부만을 판단하는 것이 아니라, 핸들(3)이 경계에 대해 어느 정도 근접하였는지도 판단할 수 있으며, 핸들(3)이 경계에 근접한 정도에 비례하도록 모션 스케일 팩터 값을 증가 또는 감소시켜(S44), 핸들이 경계에 가까워질수록 핸들을 많이 움직이더라도 로봇 암이나 인스트루먼트는 덜 움직이도록 제어할 수 있다.
It is also possible to judge how close the handle 3 is to the boundary than to determine whether the handle 3 is deviated from the boundary of the reference area as described above, , The motion scale factor value is increased or decreased (S44) so that the robot arm or the instrument can be controlled to move less as the handle approaches the boundary, even if the handle is moved a lot.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1 : 본체 3 : 핸들
10 : 암부 12 : 암부재
14 : 관절 16 : 브레이크
20 : 감지부 22 : 마커
24 : 옵티컬 트래커 30 : 제어부
1: Body 3: Handle
10: arm portion 12: arm member
14: joint 16: brake
20: sensing part 22: marker
24: optical tracker 30:

Claims (23)

수술용 마스터 로봇에 구비되는 마스터 암(master arm) 구조로서,
사용자에 의해 조작되는 핸들과;
상기 마스터 로봇과 상기 핸들을 연결하고, 복수의 암부재가 관절에 의해 연결되는 구조로 이루어지며, 상기 핸들에 대한 사용자 조작으로 인하여 상기 암부재가 상기 관절에 대해 회전하여, 상기 핸들의 포지셔닝(positioning)이 가능하도록 작동되는 암(arm)부와;
상기 관절에 설치되며, 그 작동에 의해 상기 암부재의 회전을 구속하는 브레이크와;
상기 핸들이 조작된 상태 및 상기 암부가 작동된 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 획득하는 감지부와;
상기 감지부로부터 획득된 정보를 이용하여 상기 브레이크의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 핸들의 미리 설정된 소정의 기준 영역으로 근접 정도에 상응하여 상기 브레이크의 구속력의 크기를 조절하는, 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
A master arm structure provided in a surgical master robot,
A handle operated by a user;
And a plurality of arm members connected to each other by joints, wherein the arm member is rotated with respect to the joint due to a user's operation with respect to the handle, An arm portion that is operated to enable the operation;
A brake installed on the joint and restricting the rotation of the arm member by its operation;
A sensing unit for acquiring information on at least one of a state in which the handle is operated and a state in which the arm is operated;
And a control unit for controlling the operation of the brake using the information obtained from the sensing unit,
Wherein the control unit adjusts the magnitude of the binding force of the brake in accordance with proximity to a predetermined predetermined reference area of the handle.
제1항에 있어서,
상기 관절에는, 상기 암부재의 회전에 연동하여 회전함으로써 상기 암부재의 회전 정도에 관한 정보를 출력하는, 접촉식 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
The method according to claim 1,
Wherein a contact type sensor is provided in the joint so as to output information on the degree of rotation of the arm member by rotating in conjunction with rotation of the arm member.
제2항에 있어서,
상기 감지부는 상기 접촉식 센서를 포함하며, 상기 접촉식 센서는 인코더(encoder) 또는 포텐셔미터(potentiometer) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
3. The method of claim 2,
Wherein the sensing unit comprises the contact-type sensor, and the contact-type sensor comprises at least one of an encoder or a potentiometer.
제1항에 있어서,
상기 감지부는 상기 핸들 및 상기 암부 중 하나 이상의 작동 상태에 관한 정보를 출력하는 비접촉식 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing unit includes a non-contact type sensor for outputting information on at least one of an operating state of the handle and the arm.
제4항에 있어서,
상기 핸들 및 상기 암부 중 하나 이상에는 마커(marker)가 표시되고,
상기 감지부는, 상기 마커에 관한 영상 정보로부터 상기 마커의 이동 및 회전 중 하나 이상에 관한 정보를 출력하는 옵티컬 트래커(optical tracker)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
5. The method of claim 4,
A marker is displayed on at least one of the handle and the arm,
Wherein the sensing unit includes an optical tracker for outputting information on at least one of movement and rotation of the marker from the image information about the marker.
제4항에 있어서,
상기 감지부는, 자기장을 이용하여 상기 핸들 및 상기 암부 중 하나 이상의 위치에 관한 정보를 출력하는 마그네틱 트래커(magnetic tracker)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
5. The method of claim 4,
Wherein the sensing unit includes a magnetic tracker for outputting information about a position of at least one of the handle and the arm using a magnetic field.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들이 상기 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우 상기 브레이크가 작동되도록 제어하여, 상기 핸들을 조작하는 사용자에게 햅틱 피드백이 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the controller controls the brake to be operated when the handle is manipulated so as to move beyond the reference area so that the user operating the handle is provided with the haptic feedback.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들의 조작된 상태가 상기 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 상기 브레이크의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
8. The method of claim 7,
Wherein the control unit controls the operation of the brake in accordance with an extent to which the operated state of the handle is close to the boundary of the reference area.
제8항에 있어서,
상기 브레이크는 그 구속력의 크기가 조절가능하도록 작동되며,
상기 제어부는 상기 핸들이 상기 경계에 근접할수록 상기 브레이크의 구속력이 커지도록 상기 브레이크의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
9. The method of claim 8,
The brake is operated so that the magnitude of the restraining force is adjustable,
Wherein the control unit controls the operation of the brake so that the binding force of the brake increases as the handle approaches the boundary.
제9항에 있어서,
상기 핸들의 상기 경계에 대한 근접 정도와 상기 브레이크의 구속력의 크기는 서로 선형 또는 비선형 관계를 이루는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
10. The method of claim 9,
Wherein the proximity of the handle to the boundary and the magnitude of the restraining force of the brake have a linear or non-linear relationship with each other.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들이 상기 기준 영역 이내로 들어오도록 조작될 경우 상기 브레이크의 작동이 해제되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
8. The method of claim 7,
Wherein the controller controls the operation of the brake to be released when the handle is operated to come within the reference area.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 사용자가 별도로 구비된 클러치를 조작할 경우 상기 브레이크의 작동이 해제되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
8. The method of claim 7,
Wherein the controller controls the operation of the brake to be released when the user operates the clutch provided separately.
제1항에 있어서,
상기 마스터 로봇에는 슬레이브 로봇이 연결되고, 상기 슬레이브 로봇에는 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암이 구비되며,
상기 제어부는, 미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라 상기 핸들의 조작 정도와 상기 로봇 암의 작동 정도 간의 비율을 조정하고, 상기 감지부로부터 획득된 정보에 상응하여 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
The method according to claim 1,
A slave robot is connected to the master robot, and the slave robot is provided with a robot arm which is operated in accordance with a user's operation with respect to the handle,
Wherein the controller adjusts a ratio between the degree of manipulation of the steering wheel and the degree of motion of the robot arm according to a predetermined motion scaling factor value and adjusts the ratio of the motion scale factor value And the master arm structure of the surgical robot is reset.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우, 상기 핸들에 대한 조작 정도에 비해 상기 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
14. The method of claim 13,
Wherein the control unit resets the motion scale factor value so that the degree of operation of the robot arm is reduced as compared with the degree of manipulation with respect to the handle when the handle is manipulated so as to move beyond a preset predetermined reference area Robot 's master arm structure.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들의 조작된 상태가 미리 설정된 소정의 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 상기 모션 스케일 팩터 값을 증감시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 마스터 암 구조.
14. The method of claim 13,
Wherein the control unit increases or decreases the motion scale factor value in accordance with an extent to which the manipulated state of the handle is close to a boundary of a predetermined reference region set in advance.
본체와, 사용자에 의해 조작되는 핸들과, 상기 본체와 상기 핸들을 연결하고 복수의 암부재가 관절에 의해 연결되는 구조로 이루어지는 마스터 암과, 상기 관절에 설치되며 그 작동에 의해 상기 암부재의 회전을 구속하는 브레이크를 포함하는 수술용 마스터 로봇을 제어하는 방법으로서,
(a) 상기 핸들이 조작된 상태 및 상기 마스터 암이 작동된 상태 중 하나 이상에 관한 정보를 획득하는 단계;
(b) 상기 핸들의 조작된 상태가 미리 설정된 소정의 기준 영역을 벗어났는지 여부를 판단하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)의 결과에 따라, 상기 브레이크의 작동을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c)는 상기 핸들의 상기 기준 영역으로 근접 정도에 상응하여 상기 브레이크의 구속력의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수술용 마스터 로봇의 제어방법.
A master arm having a body, a handle operated by a user, a master arm connecting the main body and the handle and having a plurality of arm members connected to each other by joints, A method for controlling a surgical master robot,
(a) obtaining information about at least one of a state in which the handle is operated and a state in which the master arm is operated;
(b) determining whether the manipulated state of the handle is out of a preset predetermined reference area; And
(c) controlling the operation of the brake in accordance with the result of step (b)
Wherein the step (c) comprises adjusting the magnitude of the binding force of the brake in correspondence with a proximity of the handle to the reference area.
제16항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 핸들의 조작된 상태가 상기 기준 영역의 경계에 근접한 정도를 파악하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 마스터 로봇의 제어방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the step (b) includes the step of determining an extent to which the operated state of the handle is close to the boundary of the reference region.
제16항에 있어서,
상기 마스터 로봇에는 슬레이브 로봇이 연결되고, 상기 슬레이브 로봇에는 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암이 구비되며, 상기 핸들의 조작 정도와 상기 로봇 암의 작동 정도 간의 비율은 미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라 조정되고,
상기 단계 (c)는, 상기 단계 (b)의 결과에 따라 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 마스터 로봇의 제어방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the master robot is connected to a slave robot and the slave robot is provided with a robot arm which is operated in accordance with a user's operation on the handle and a ratio between the degree of operation of the handle and the degree of operation of the robot arm is set in advance by a motion scale Adjusted according to a motion scaling factor value,
Wherein the step (c) comprises the step of resetting the motion scale factor value according to the result of the step (b).
제18항에 있어서,
상기 단계 (c)는, 상기 핸들이 상기 기준 영역을 벗어나도록 조작될 경우, 상기 핸들에 대한 조작 정도에 비해 상기 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 마스터 로봇의 제어방법.
19. The method of claim 18,
Wherein said step (c) comprises the step of resetting said motion scale factor value such that the degree of operation of said robot arm is reduced relative to the degree of manipulation with respect to said handle when said handle is manipulated to deviate from said reference area Wherein said control means controls said master robot.
제18항에 있어서,
상기 단계 (b)는 상기 핸들의 조작된 상태가 상기 기준 영역의 경계에 근접한 정도를 파악하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c)는 상기 근접 정도에 상응하여 상기 모션 스케일 팩터 값을 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 마스터 로봇의 제어방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the step (b) includes the step of determining an extent to which the operated state of the handle is close to the boundary of the reference area,
Wherein the step (c) comprises increasing or decreasing the motion scale factor value corresponding to the proximity degree.
마스터 로봇과;
상기 마스터 로봇에 구비되며 사용자에 의해 조작되는 핸들과;
상기 마스터 로봇에 연결되는 슬레이브 로봇과;
상기 슬레이브 로봇에 구비되며, 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 상응하여 작동되는 로봇 암과;
미리 설정된 모션 스케일 팩터(motion scaling factor) 값에 따라, 상기 핸들의 조작 정도와 상기 로봇 암의 작동 정도 간의 비율을 조정하는 제어부와;
상기 핸들이 조작된 상태에 관한 정보를 획득하는 감지부를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 획득된 정보에 상응하여 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하며,
상기 핸들의 조작된 상태가 미리 설정된 소정의 기준 영역의 경계에 근접한 정도에 상응하여, 상기 모션 스케일 팩터 값을 증감시키는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
A master robot;
A handle provided on the master robot and operated by a user;
A slave robot connected to the master robot;
A robot arm provided in the slave robot, the robot arm being operated in accordance with a user operation with respect to the handle;
A controller for adjusting a ratio between an operation degree of the handle and an operation degree of the robot arm according to a predetermined motion scaling factor value;
And a sensing unit for acquiring information on a state in which the handle is operated,
Wherein,
Resetting the motion scale factor value according to information obtained from the sensing unit,
And increases or decreases the motion scale factor value in accordance with an extent to which the operated state of the handle is close to a boundary of a predetermined reference region set in advance.
제21항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 핸들이 미리 설정된 소정의 기준 영역을 넘어가도록 조작될 경우, 상기 핸들에 대한 조작 정도에 비해 상기 로봇 암의 작동 정도가 감소하도록 상기 모션 스케일 팩터 값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
22. The method of claim 21,
Wherein the control unit resets the motion scale factor value so that the degree of operation of the robot arm is reduced as compared with the degree of manipulation with respect to the handle when the handle is manipulated so as to move beyond a preset predetermined reference area Robot.
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