KR20230148194A - 기구 샤프트 인장 시스템 및 방법 - Google Patents

기구 샤프트 인장 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20230148194A
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elongated shaft
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shaft
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지아이 린
차운시 에프. 그래첼
존 영
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 평가 및/또는 제거하기 위한 시스템, 장치, 및 방법이 본 명세서에서 논의된다. 예를 들어, 기구 공급기 장치는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 용이하게 하기 위해 세장형 샤프트와 맞물리도록 구성될 수 있다. 기구 공급기 장치와 의료 기구의 기구 손잡이 사이에서의 슬랙의 양이 결정될 수 있다. 또한, 세장형 샤프트에서의 슬랙은 세장형 샤프트를 삽입하기 위해 기구 공급기 장치로부터 멀어지는 방향으로 기구 손잡이를 이동시키고 그리고/또는 기구 공급기 장치를 제어함으로써 제거될 수 있다.

Description

기구 샤프트 인장 시스템 및 방법
관련 출원(들)
본 출원은, 그 개시가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2021년 2월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 기구 샤프트 인장 시스템 및 방법(INSTRUMENT SHAFT TENSIONING SYSTEM AND METHOD)인 미국 가출원 제63/150,533호, 및 2021년 2월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 기구 공급기 장치의 맞물림 제어(ENGAGEMENT CONTROL OF INSTRUMENT FEEDER DEVICES)인 미국 가출원 제63/150,527호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시는 의료 절차 및 장치의 분야에 관한 것이다.
다양한 의료 절차는 환자 내의 표적 해부학적 부위에 접근하기 위한 하나 이상의 의료 장치의 사용을 수반한다. 일부 경우에, 절차와 관련하여 부위에 접근할 때 소정 장치의 부적절한 사용은 환자의 건강, 의료 장치(들)의 무결성, 및/또는 절차의 효능에 악영향을 줄 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 의료 기구의 세장형 샤프트(elongate shaft)에 결합하도록 구성되는 제1 로봇 아암(robotic arm), 의료 기구의 기구 기부(instrument base)에 결합하도록 구성되는 제2 로봇 아암, 및 제어 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 제1 로봇 아암은 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성되는 구동 출력부를 포함한다. 제어 회로는, 구동 출력부 또는 제2 로봇 아암 중 적어도 하나가 작동하게 하고, 작동에 적어도 부분적으로 기초하여, 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙(slack)의 양을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 구동 출력부와 연관된 제1 힘 또는 제2 로봇 아암과 연관된 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하고, 제1 힘 또는 제2 힘 중 적어도 하나가 임계치 초과인 것으로 결정하도록 추가로 구성된다. 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양은 제1 힘 또는 제2 힘 중 적어도 하나가 임계치 초과라는 결정에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다. 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양은 사전결정된 양 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성된다. 제2 로봇 아암의 작동은 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 임계량 미만으로 작동할 수 있게 하면서 구동 출력부가 작동하게 하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 세장형 샤프트를 삽입할 것을 나타내는 입력 신호를 수신하도록 추가로 구성된다. 제어 회로는 입력 신호를 수신한 것에 응답하여 구동 출력부가 작동하게 하도록 구성될 수 있다. 구동 출력부의 작동은 세장형 샤프트의 삽입을 유발할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 로봇 아암은 기구 공급기 장치(instrument feeder device)에 결합하도록 구성된다. 기구 공급기 장치는 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트와 맞물리는 맞물린 상태 및 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되는 맞물림해제된 상태를 구현하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환할 것을 결정하도록 추가로 구성된다. 제어 회로는 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하라는 결정에 응답하여 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성될 수 있다. 제2 로봇 아암의 작동은 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만이라는 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 구동 출력부 및 제2 로봇 아암이 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 협력적 방식으로 작동하게 하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 제1 로봇 아암은 기구 공급기 장치에 결합하도록 구성된다. 제어 회로는 기구 공급기 장치가 기구 공급기 장치 내에 위치되는 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하도록 추가로 구성될 수 있다. 제어 회로는 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성될 수 있다. 제2 로봇 아암의 작동은 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는, 제어 회로에 의해, 제1 로봇 아암의 구동 출력부 또는 제2 로봇 아암 중 적어도 하나가 작동하게 하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 제1 로봇 아암은 의료 기구의 세장형 샤프트에 결합되고, 제2 로봇 아암은 의료 기구의 기구 기부에 결합된다. 구동 출력부는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성된다. 방법은, 작동에 적어도 부분적으로 기초하여, 제어 회로에 의해, 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하는 단계는 제1 힘 또는 제2 힘 중 적어도 하나에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 작동하게 하는 단계는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 작동하게 하는 단계는 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하는 것을 방지하면서 구동 출력부가 작동하게 하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 세장형 샤프트를 삽입할 것을 나타내는 입력 신호를 수신하는 단계를 추가로 포함한다. 작동하게 하는 단계는 입력 신호를 수신한 것에 응답하여 구동 출력부가 작동하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 구동 출력부의 작동은 세장형 샤프트의 삽입을 유발할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 세장형 샤프트와 맞물리도록 구성되는 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하도록 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 작동하게 하는 단계는 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하도록 결정한 것에 응답하여 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하는 단계, 및 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만이라고 결정한 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 구동 출력부 및 제2 로봇 아암이 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 협력적 방식으로 작동하게 하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 환자로부터의 세장형 샤프트의 후퇴를 방지하기 위해 세장형 샤프트에 힘을 인가하는 단계를 추가로 포함한다. 작동하게 하는 단계는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성되는 기구 공급기 장치 및 제어 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 의료 기구는 기구 손잡이를 포함한다. 제어 회로는, 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하고, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양에 적어도 부분적으로 기초하여, 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하도록 추가로 구성된다. 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양은 제1 힘 또는 제2 힘 중 적어도 하나에 기초하는 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것, 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하는 것, 또는 세장형 샤프트와의 맞물림을 유지하게 하는 것 중 적어도 하나에 의해 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치에 인가되는 제1 힘, 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘, 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 또는 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 위치 센서 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성된다. 제2 로봇 아암은 기구 손잡이에 결합될 수 있다. 슬랙의 양은 제2 로봇 아암의 작동에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치를 제어하지 않고서 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동한 것 또는 작업공간 경계로 작동한 것 중 적어도 하나인 것으로 결정하고, 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동한 것 또는 작업공간 경계로 작동한 것 중 적어도 하나라는 것을 나타내는 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만이라는 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 기구 공급기 장치가 삽입 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 기구 손잡이가 기구 공급기 장치로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하는 것 중 적어도 하나를 유발하고, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고, 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만이라는 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 기구 공급기 장치가 후퇴 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 기구 손잡이가 기구 공급기 장치를 향한 방향으로 이동하게 하는 것 중 적어도 하나를 유발하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 기구 공급기 장치가 기구 공급기 장치 내에 위치되는 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하고, 기구 손잡이가 기구 공급기 장치로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하도록 추가로 구성된다. 슬랙의 양은 기구 손잡이를 이동시킬 때 결정될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 기구 공급기 장치 및 제어 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 기구 공급기 장치는 제1 로봇 아암에 결합하도록 구성되고, 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된다. 의료 기구는 기구 손잡이를 포함한다. 제어 회로는, 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이에서 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없는 것으로 결정하고, 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이에서 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성된다. 제2 로봇 아암은 기구 손잡이에 결합될 수 있다. 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 결정은 제2 로봇 아암의 작동에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 손잡이가 이동하는 것을 방지하면서 제1 로봇 아암의 구동 출력부가 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 작동하게 하도록 추가로 구성된다. 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 결정은 구동 출력부의 작동에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 기구 손잡이에 결합되는 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하도록 추가로 구성된다. 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 결정은 제1 힘 또는 제2 힘 중 적어도 하나에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치가 삽입 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하는 것 중 적어도 하나에 의해 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치에 인가되는 제1 힘, 기구 손잡이에 결합된 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘, 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 또는 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 위치 센서 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없는 것으로 결정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 제어 회로는, 기구 공급기 장치가 기구 공급기 장치 내에 위치되는 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하고, 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성된다. 제2 로봇 아암은 기구 손잡이에 결합될 수 있다. 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 결정은 제2 로봇 아암의 작동에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
본 개시를 요약하기 위해, 소정 태양, 이점 및 특징이 기술된다. 모든 그러한 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 개시된 실시예는 반드시 본 명세서에 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
다양한 실시예가 예시적인 목적으로 첨부 도면에 도시되어 있고, 어떠한 방식으로도 본 개시의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 상이한 개시된 실시예의 다양한 특징이 조합되어 본 개시의 일부인 추가 실시예를 형성할 수 있다. 도면 전체에 걸쳐, 도면 부호는 참조 요소들 사이의 대응을 나타내기 위해 재사용될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 요관경술 절차를 위해 배열된 예시적인 로봇 의료 시스템을 예시한 도면.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차를 위해 배열된 도 1의 예시적인 로봇 의료 시스템을 예시한 도면.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 절차를 수행하도록 구성된 테이블-기반 로봇 시스템을 예시한 도면.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, 본 명세서에서 논의되는 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는 의료 시스템 컴포넌트를 예시한 도면.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 본 명세서에서 논의되는 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는, 스코프(scope) 조립체/시스템 및 기구 공급기 조립체를 포함하는, 의료 시스템 컴포넌트를 예시한 도면.
도 6a는 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 기구 공급기 장치의 사시도를 예시한 도면.
도 6b는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 다양한 특징부를 보여주기 위해 하우징의 일부분이 제거된 기구 공급기 장치를 예시한 도면.
도 6c는 하나 이상의 실시예에 따른, 하우징의 그러한 부분 및 유지 특징부(들)가 제거된 기구 공급기 장치를 예시한 도면.
도 6d는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치 내에 구현될 수 있는 예시적인 액추에이터(actuator)/롤러 조립체의 사시도를 예시한 도면.
도 6e는 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 기어 조립체를 예시하기 위해 롤러 및 캐리어 플레이트(carrier plate)의 일부분이 제거된 롤러 조립체의 사시도를 예시한 도면.
도 6f는 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 기어 조립체의 평면도를 예시한 도면.
도 6g는 하나 이상의 실시예에 따른, 롤러 조립체의 저면도를 예시한 도면.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 아암과 연관된 예시적인 기구 장치 조작기 조립체(instrument device manipulator assembly)의 분해도를 예시한 도면.
도 8-1 및 도 8-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 롤러가 맞물리고 커버가 폐쇄된 상태를 예시한 도면.
도 9-1 및 도 9-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 롤러가 기구 샤프트와 맞물리고 커버가 폐쇄된 상태를 예시한 도면.
도 10-1 및 도 10-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 롤러가 맞물림해제되고 커버가 폐쇄된 상태를 예시한 도면.
도 11-1 및 도 11-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 롤러가 맞물림해제되고 커버가 개방된 상태를 예시한 도면.
도 12는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 샤프트가 맞물림 조립체 내에 배치/로딩되지 않을 때 맞물림 조립체의 예시적인 상태를 예시한 도면.
도 13은 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 샤프트가 맞물림 조립체 내에 배치/로딩될 때 맞물림 조립체의 예시적인 상태를 예시한 도면.
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 맞물림 조립체의 상태를 결정하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 세장형 샤프트가 기구 공급기 장치 내로 로딩되는지/적절하게 로딩되는지 여부를 결정하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
도 16-1 내지 도 16-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따른, 세장형 샤프트를 삽입하는 상황에서 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
도 18-1 및 도 18-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 어드미턴스 제어 모드(admittance control mode)를 인에이블하고/하거나 세장형 샤프트를 롤링시키는(rolling) 상황에서 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
소정의 실시예 및 예가 아래에 개시되지만, 발명 요지는 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 사용으로 그리고 그의 변형 및 등가물로 확장된다. 따라서, 본 개시의 범주는 후술되는 특정 예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 방법 또는 프로세스의 동작 또는 작동은 임의의 적합한 시퀀스로 수행될 수 있고, 반드시 임의의 특정한 개시된 시퀀스로 제한되지는 않는다. 소정 실시예를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 방식으로 다양한 동작이 다수의 개별 동작으로서 차례로 기술될 수 있지만; 설명의 순서는 이들 동작이 순서에 의존함을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 추가적으로, 본 명세서에 기술된 구조물, 시스템, 및/또는 장치는 통합된 컴포넌트로서 또는 별개의 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예를 비교하기 위해, 이들 실시예의 소정 태양 및 이점이 기술된다. 모든 그러한 태양 또는 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 다양한 실시예는 반드시 본 명세서에 또한 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 태양 또는 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
소정의 공간적으로 상대적인 용어, 예컨대 "외부", "내부", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평", "상단부", "저부", 및 유사한 용어는 다른 장치/요소 또는 해부학적 구조물에 대한 하나의 장치/요소 또는 해부학적 구조물의 공간 관계를 기술하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 이들 용어는 도면에 예시된 바와 같이, 요소(들)/구조물(들) 사이의 위치 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에 사용된다는 것이 이해되어야 한다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여, 사용 또는 동작 중인 요소(들)/구조물(들)의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다른 요소/구조물 "위"에 있는 것으로 기술된 요소/구조물이 대상 환자 또는 요소/구조물의 대안적인 배향과 관련하여 그러한 다른 요소/구조물 아래에 또는 옆에 있는 위치를 표현할 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 위에서 열거된 것을 포함하는 공간적으로 상대적인 용어는 참조된 도면의 각각의 예시된 배향에 대해 이해될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
소정 도면 부호는 하나 이상의 측면에서 유사한 특징을 갖는 장치, 컴포넌트, 시스템, 특징부, 및/또는 모듈에 대해 편의상 본 개시의 도면 세트의 상이한 도면에 걸쳐 재사용된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 임의의 것과 관련하여, 도면에서 공통 도면 부호의 재사용은 반드시 그러한 특징부, 장치, 컴포넌트, 또는 모듈이 동일하거나 유사하다는 것을 나타내지는 않는다. 오히려, 당업자는 공통 도면 부호의 사용이 참조된 발명 요지 사이의 유사성을 암시할 수 있는 정도에 대해 문맥에 의해 알 수 있다. 특정 도면의 설명과 관련하여 특정 도면 부호의 사용은 그러한 특정 도면에서 식별된 장치, 컴포넌트, 태양, 특징부, 모듈, 또는 시스템에 관련되고, 다른 도면에서 동일한 도면 부호에 의해 식별된 임의의 장치, 컴포넌트, 태양, 특징부, 모듈, 또는 시스템에 반드시 관련되지는 않는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 공통 도면 부호로 식별된 별개의 도면의 태양은 특성을 공유하거나 서로 완전히 독립적인 것으로 해석될 수 있다.
본 개시의 소정 태양이 신장, 비뇨기과학, 및/또는 신장학 절차, 예컨대 신장 결석 제거/치료 절차의 상황에서 본 명세서에 상세히 기술되지만, 그러한 상황은 편의상 제공되고, 본 명세서에 개시된 개념은 임의의 적합한 의료 절차, 예컨대 기관지경술에 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 신장/비뇨기 해부학적 구조 및 연관된 의학적 문제 및 절차의 설명은 본 명세서에 개시된 개념의 설명을 보조하기 위해 아래에 제시된다.
요로 결석증으로도 알려진 신장 결석 질환은 "신장 결석", "요로 결석", "신결석", "신장 결석증", 또는 "신석증"으로 지칭되는, 물질의 고체 조각의 요로 내의 형성을 수반하는 의학적 질환이다. 요로 결석은 신장, 요관, 및 방광("방광 결석"으로 지칭됨)에서 형성되고/되거나 발견될 수 있다. 그러한 요로 결석은 요액 중의 무기질 농도의 결과로서 형성될 수 있고, 일단 그러한 결석이 요관 또는 요도를 통한 소변 흐름을 방해하기에 충분한 크기에 도달하면 상당한 복부 통증을 야기할 수 있다. 요로 결석은 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인, 및/또는 다른 화합물 또는 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다.
관찰, 의학적 치료(예컨대, 배출 요법), 비-침습 치료(예컨대, 체외 충격파 쇄석술(extracorporeal shock wave lithotripsy, ESWL)), 최소-침습 또는 수술 치료(예컨대, 요관경술 및 경피 신절석술(percutaneous nephrolithotomy, "PCNL")) 등을 포함하는 몇몇 방법이 신장 결석이 있는 환자를 치료하는 데 사용될 수 있다. 일부 접근법(예컨대, 요관경술 및 PCNL)에서, 의사는 결석에 대한 접근을 달성하고, 결석은 더 작은 조각 또는 파편으로 부서지고, 비교적 작은 결석 파편/미립자는 바스켓팅 장치(basketing device) 및/또는 흡인을 사용하여 신장으로부터 추출된다.
요관경술 절차에서, 의사는 방광 및 요관으로부터 요로 결석을 제거하기 위해 요관경을 요도를 통해 요로 내로 삽입할 수 있다. 전형적으로, 요관경은 그의 원위 단부에서 요로의 시각화를 가능하게 하도록 구성된 이미징 장치를 포함한다. 요관경은 또한 요로 결석을 포획하거나 부수기 위한 쇄석술 장치를 포함할 수 있다. 요관경술 절차 동안, 한 명의 의사/전문가가 요관경의 위치를 제어할 수 있고, 한편 다른 한 명의 의사/전문가가 쇄석술 장치(들)를 제어할 수 있다.
비교적 큰 결석을 제거하는 데 사용될 수 있는 PCNL 절차에서, 의사는 결석(들)을 부수고 그리고/또는 제거하기 위해 치료 부위에 대한 접근을 제공하도록 피부(즉, 경피적으로) 및 개재 조직을 통해 신장경을 삽입할 수 있다. PCNL 절차 동안, 치료 부위 및/또는 시야로부터 결석 분진, 작은 파편, 및/또는 혈전을 제거하게 하기 위해 유체가 적용될 수 있다. 일부 경우에, 비교적 직선형인 그리고/또는 강성인 신장경이 사용되고, 여기서 의사는 환자의 신체에 대해 장치를 밀어/레버리징하여(leveraging) 신장(예컨대, 신배(calyx)) 내의 적절한 위치에 신장경의 팁(tip)을 위치시킨다. 이러한 이동은 환자에게 유해할 수 있다(예컨대, 조직 손상을 야기함).
본 명세서에서 논의되는 일부 절차에서, 로봇 도구는 의사가 표적 해부학적 부위에 대한 접근을 획득하고/하거나 그러한 부위를 치료할 수 있게 하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 스코프 또는 다른 의료 기구와 같은, 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구와 맞물리도록 구성될 수 있다. 의료 시스템은 절차를 수행하기 위해, 예컨대 환자로부터 신장 결석을 제거하고/하거나 달리 표적 부위를 치료하기 위해 의료 기구를 제어하도록 구성될 수 있다. 의료 시스템은 의료 기구의 기구 기부/손잡이에 결합하도록 그리고/또는 의료 기구의 세장형 샤프트에 결합하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 의료 시스템은 소정 기능을 수행하는 것을 보조하기 위해 기구 공급기 장치를 구현한다. 기구 공급기 장치는 선택적으로 의료 기구의 세장형 샤프트와 맞물리고, 세장형 샤프트의 이동을 제어하고, 그리고/또는 달리 세장형 샤프트를 지지할 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 장치는 세장형 샤프트의 축방향 운동(예컨대, 샤프트의 삽입/후퇴)을 용이하게 하고, 샤프트의 롤 동안 샤프트를 유지하고, 로봇 아암의 수동 이동 동안 샤프트를 유지하는 등을 할 수 있다. 예시하기 위해, 기구 공급기 장치는 의료 기구의 구동 동안 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 세장형 샤프트와 맞물리도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 또한, 기구 공급기 장치는, 예컨대 기구 공급기 장치 내에서 세장형 샤프트를 롤링시키고, 기구 공급기 장치를 통해 세장형 샤프트를 활주시키는 등을 위해, 세장형 샤프트의 일부 이동 자유를 여전히 제공하면서 세장형 샤프트를 유지하기 위한 유지 특징부를 포함할 수 있다. 많은 경우에, 기구 공급기 장치는, 예컨대 세장형 샤프트를 삽입하거나 후퇴시키기 위해, 세장형 샤프트의 이동을 효과적으로/신속하게 제어하고/하거나 세장형 샤프트를 위한 좌굴-방지 지지부를 제공할 수 있다.
기구 공급기 장치는 일반적으로 하나의 로봇 아암/컴포넌트에 결합될 수 있는 반면, 의료 기구의 기구 기부는 일반적으로 다른 로봇 아암/컴포넌트에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 기구 공급기 장치는 기구 손잡이의 이동과 상관된 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 샤프트를 삽입하기 위해, 기구 공급기 장치는 삽입 방향으로의 샤프트의 축방향 운동을 유발할 수 있는 반면, 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암은 축방향 운동의 속도와 상관된 방식으로 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암에 더 가깝게 이동한다. 유사하게, 샤프트를 후퇴시키기 위해, 기구 공급기 장치는 후퇴 방향으로의 세장형 샤프트의 축방향 운동을 유발할 수 있는 반면, 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암은 축방향 운동의 속도와 상관된 방식으로 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암으로부터 더 멀리 이동한다.
본 개시는 특히 지능적으로 의료 기구와 맞물리고 그리고/또는 의료 기구를 제어하도록 기구 공급기 장치를 제어하기 위한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 이는 의사가 상이한 방식/시나리오로 기구 공급기 장치 및/또는 의료 기구를 사용하는 것을 보조할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은, 예컨대 기구 공급기 장치 내에 의료 기구를 로딩하고, 의료 기구의 세장형 샤프트의 이동을 제어하고, 의료 시스템의 장치/컴포넌트가 조절될 수 있게 하는 등을 위해, 의료 기구를 사용하기 위한 다양한 구성/상태를 구현하기 위해 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 기구 공급기 장치가 적절한 시간에 개방되게/맞물림해제되게 할 수 있고, 따라서 의사가 세장형 샤프트를 기구 공급기 장치 내로 로딩할 수 있다. 또한, 의료 시스템은 기구 공급기 장치가 적절한 시간에 세장형 샤프트와 맞물리게 할 수 있고, 따라서 의료 시스템은 예컨대 세장형 샤프트를 삽입하거나 후퇴시킴으로써 의료 기구를 구동/내비게이팅할 수 있다. 또한, 의료 시스템은 기구 공급기 장치가 소정 동작을 용이하게 하기 위해, 예컨대 세장형 샤프트를 롤링시키고, 기구 공급기 장치와의 세장형 샤프트의 맞물림으로 인한 저항을 겪지 않고서 로봇 아암을 자유롭게 이동시키는 등을 위해, 적절한 시간에 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되고 세장형 샤프트를 유지하게 할 수 있다.
또한, 본 개시는 기구 공급기 장치 및/또는 기구 공급기 장치에 대해 의료 기구의 상태를 결정하기 위한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 로봇 아암은 의료 기구의 세장형 샤프트와의 맞물림을 제어하기 위해 기구 공급기 장치에 결합하고 그에 출력을 제공하도록 구성된 구동 출력부를 포함할 수 있다. 의료 시스템은 구동 출력부에 의해 인가되는 힘, 구동 출력부의 위치, 기구 공급기 장치 상의 센서에 기초하여, 그리고/또는 다른 방식으로, 세장형 샤프트와의 기구 공급기 장치의 맞물림 상태 및/또는 의료 기구의 상태를 결정할 수 있다. 기구 공급기 장치/의료 기구의 상태는 의료 기구가 기구 공급기 장치 내로 로딩되는지/적절하게 로딩되는지, 기구 공급기 장치가 의료 기구와 맞물리는지, 기구 공급기 장치가 의료 기구를 유지하고 의료 기구의 이동 자유를 허용하도록 구성되는지 등을 나타낼 수 있다. 이는 기구 공급기 장치가 적절한 구성/상태로 구현되는 것 및/또는 의료 기구가 적절한 시간에 로딩되는/적절하게 로딩되는 것을 의료 시스템이 확인/결정하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구가 기구 공급기 장치 내로 적절하게 로딩되는 것으로 결정되는 경우, 의료 시스템은 의료 기구를 구동/내비게이팅하는 것으로 진행할 수 있다. 또한, 의료 기구가 로딩되지 않거나 적절하게 로딩되지 않은 것으로 결정되는 경우(예컨대, 샤프트의 구동을 용이하게 하기 위한 적절한 위치 내에 배치되지 않음), 의료 시스템은 사용자/컴포넌트에게 그러한 상태를 알리고 그리고/또는 의료 기구가 적절하게 로딩될 때까지 의료 기구를 구동하는 것을 기다리도록 하는 알림/신호를 제공할 수 있다.
이와 같이, 예에서, 본 명세서에 논의되는 의료 시스템은 의료 기구와 지능적으로 맞물리고 그리고/또는 의료 기구를 제어하기 위해 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 기구 공급기 장치를 적절한 시간에 적절한 상태로 배치하고/하거나 기구 공급기 장치/의료 기구의 상태를 확인할 수 있다. 이는, 예컨대 의료 기구를 로딩/언로딩하기 위한, 의료 기구를 삽입/후퇴시키기 위한, 로봇 아암 또는 의료 시스템의 다른 컴포넌트의 위치를 조절하기 위한, 의료 기구를 롤링시키기 위한 등의 매끄러운 작업흐름 전환을 가능하게 함으로써, 의사가 기구 공급기 장치 및/또는 의료 기구를 상이한 방식/시나리오로 사용하는 것을 보조할 수 있다. 예에서, 기구 공급기 장치는 기구 공급기 장치/의료 기구의 상태에 관한 확인을 사용자로부터 수신하지 않고서 제어될 수 있다. 또한, 기구 공급기 장치/의료 기구의 상태를 제어하고/하거나 확인함으로써, 의료 시스템은 의료 기구를 부적절하게 로딩하는 것과 연관된 문제를 회피/해결할 수 있다(예컨대, 유지 특징부/커버가 세장형 샤프트를 핀칭(pinching)하는 것(이는 세장형 샤프트를 손상시킬 수 있음)을 회피하고, 세장형 샤프트가 부적절하게 로딩된 상태에서 세장형 샤프트를 구동하는 것(이는 또한 세장형 샤프트를 손상시킬 수 있음)을 회피하는 등).
또한, 본 개시는 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 평가하고/하거나 제거하기 위한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 기구 공급기 장치는 의료 기구의 세장형 샤프트를 제어하도록 구현될 수 있다. 기구 공급기 장치는 일반적으로 하나의 로봇 아암/컴포넌트에 결합될 수 있는 반면, 의료 기구의 기구 기부는 일반적으로 다른 로봇 아암/컴포넌트에 결합된다. 일부 경우에, 세장형 샤프트는 기구 기부와 기구 공급기 장치 사이에 슬랙을 포함할 수 있고, 이는 의료 기구의 로딩, 기구 공급기 장치/로봇 아암/손잡이/등의 하나 이상의 컴포넌트에서의 백래시/유극(backlash/play), 실제 백래시와 소프트웨어 구성 백래시 사이의 불일치, 세장형 샤프트 상에서의 기구 공급기 장치의 미끄러짐 등으로 인해 발생할 수 있다. 그러한 슬랙은 바람직하지 않은 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 샤프트가 삽입될 때 세장형 샤프트에 슬랙이 있는 경우, 기구 손잡이가 기구 공급기 장치에 더 가깝게 이동함에 따라 슬랙의 곡률이 증가할 수 있고, 이는 잠재적으로 세장형 샤프트를 손상시키고 그리고/또는 다른 문제를 야기할 수 있다. 또한, 기구 공급기 장치가 (예컨대, 세장형 샤프트의 롤을 개시하기 위해, 로봇 아암의 수동 이동을 가능하게 하기 위해, 그리고/또는 다른 이유로) 세장형 샤프트로부터 맞물림해제될 때 세장형 샤프트에 슬랙이 있는 경우, 세장형 샤프트는 샤프트 내의 에너지가 해제됨에 따라 삽입 방향으로 이동할 수 있다. 이는 (예컨대, 비교적 높은 힘으로 조직과 접촉하는 세장형 샤프트의 팁으로 인해) 환자에 대한 손상을 야기할 수 있다. 그러한 문제를 방지하기 위해, 의료 시스템은 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이의 세장형 샤프트에 슬랙이 있는지를 결정하고, 일부 경우에, 있을 경우, 세장형 샤프트에서의 슬랙을 제거/감소시킬 수 있다.
의료 시스템은 다양한 방식으로 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 의료 기구의 기구 기부에 결합된 로봇 아암에 의해 인가되는 아암 힘의 양을 결정하고/하거나 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암의 구동 출력부(들)에 의해 인가되는 구동 출력부 힘의 양을 결정할 수 있다. 구동 출력부(들)는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성될 수 있다. 아암 힘 및/또는 구동 출력부 힘의 양은 세장형 샤프트에 슬랙 또는 장력이 있는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 의료 시스템은 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 위치 센서 데이터, 그리고/또는 다른 데이터에 기초하여 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정할 수 있다.
예에서, 의료 시스템은 세장형 샤프트에서의 슬랙을 제거/감소시킬 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암이 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 할 수 있다. 이는 기구 공급기 장치를 사용하여 세장형 샤프트를 능동적으로 작동시키지 않고서 발생할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 의료 시스템은 기구 공급기 장치가 기구 손잡이로부터 멀어지는 삽입 방향으로 세장형 샤프트를 이동시키게 할 수 있다. 이는 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암을 능동적으로 작동시키지 않고서 발생할 수 있다. 일부 경우에, 의료 시스템은 소정 기능을 수행하기 전에 그리고/또는 수행하는 것의 일부로서, 예컨대 세장형 샤프트로부터 기구 공급기 장치를 맞물림해제시키기 전에, 세장형 샤프트를 롤링시키기 전에, 세장형 샤프트를 삽입하는 것의 일부로서, 그리고/또는 다른 상황에서, 세장형 샤프트에서의 슬랙을 식별하고/하거나 그러한 슬랙을 제거할 수 있다.
이와 같이, 예에서, 본 명세서에 논의되는 의료 시스템은 지능적으로 의료 기구에서의 슬랙을 평가하고/하거나 그러한 슬랙을 제거하도록 구성될 수 있다. 이는 세장형 샤프트가, 환자에 대한 손상을 야기할 수 있는, (예컨대, 기구 공급기 장치가 샤프트로부터 맞물림해제될 때) 삽입 방향으로 의도하지 않게 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 세장형 샤프트에서의 슬랙을 평가하고/하거나 제거하는 것은 (예컨대, 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이에 너무 많은 슬랙이 도입될 때 세장형 샤프트를 과도하게 구부리는 것으로 인해) 의료 기구를 손상시키는 것을 회피할 수 있다. 또한, 절차를 수행함에 있어서의 중단이 회피될 수 있다(예컨대, 사용자가 의료 기구에서의 슬랙에 대해 검사하고, 의료 기구를 재로딩해야 하는 것 등을 회피함). 예를 들어, 의료 시스템은 절차 전, 그 동안, 또는 그 후의 소정 시간에 세장형 샤프트에서의 슬랙을 자동으로 평가하고/하거나 제거할 수 있다. 일부 경우에, 기법은 세장형 샤프트로 슬랙을 도입하는 미지의 원인을 고려할 수 있다.
다양한 기법이 의료 기구에 결합하는 2개의 로봇 아암을 구현하는 상황에서 논의되지만, 기법은 단일 로봇 아암 상에 포함되는 다수의 컴포넌트로 구현될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 기구 공급기 장치에 결합하는 제1 결합 요소/로봇 컴포넌트 및 기구 손잡이에 결합하는 제2 결합 요소/로봇 컴포넌트를 포함할 수 있고, 여기서 공급기 장치와 손잡이는, 예컨대 레일 또는 다른 특징부를 따라, 서로에 대해 이동될 수 있다.
또한, 일부 기법이 로봇-보조식 의료 절차의 상황에서 논의되지만, 기법은 로봇 도구를 구현하지 않거나 비교적 적은 동작(예컨대, 임계 수 미만)에 대해 로봇 도구를 구현하는 절차와 같은, 다른 유형의 의료 절차에 적용가능할 수 있다. 예를 들어, 기법은 수동 동작식 의료 기구, 예컨대 의사에 의해 완전하게 제어되는 수동 카테터(manual catheter) 및/또는 스코프가 구현되는 절차에 적용가능할 수 있다.
본 개시의 소정 태양은 신장, 비뇨기과학, 및/또는 신장학 절차, 예컨대 신장 결석 제거/치료 절차의 상황에서 본 명세서에 기술된다. 그러나, 그러한 상황은 편의상 제공되고, 본 명세서에 개시된 개념은 임의의 적합한 의료 절차에 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 하기 설명은 또한, 예를 들어 담낭 결석 제거, 폐(폐/경흉부) 종양 생검, 백내장 제거 등과 같은, 경피 및/또는 내시경 접근을 통해 치료 부위 또는 환자 공동(예컨대, 식도, 요관, 장, 눈 등)으로부터 제거될 수 있는 임의의 물체를 포함하는, 환자로부터의 물체의 제거와 관련된 다른 수술/의료 동작 또는 의료 절차에 적용가능하다. 그러나, 언급된 바와 같이, 신장/비뇨기 해부학적 구조 및 연관된 의학적 문제 및 절차의 설명은 본 명세서에 개시된 개념의 설명을 보조하기 위해 아래에 제시된다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 요관경술 절차를 위해 배열된 예시적인 로봇 의료 시스템(100)을 예시한다. 의료 시스템(100)은 환자(120)에게 절차를 수행하기 위해 하나 상의 의료 기구/장치와 맞물리고 그리고/또는 그들을 제어하도록 구성된 로봇 시스템(110)을 포함한다. 도 1의 예에서, 로봇 시스템(110)은 스코프(130) 및 전자기(electromagnetic, EM) 필드 발생기(field generator)(140)에 결합한다. 그러나, 로봇 시스템(110)은 임의의 유형의 장치/기구에 결합할 수 있다. 의료 시스템(100)은 또한, 로봇 시스템(110) 및/또는 의사(160)와 인터페이싱하고, 절차에 관한 정보를 제공하고, 그리고/또는 다양한 다른 동작을 수행하도록 구성된 제어 시스템(150)을 포함한다. 예를 들어, 제어 시스템(150)은 소정 정보를 제시하도록 구성된 디스플레이(들)(152) 및/또는 예컨대 로봇 시스템(110)을 제어하기 위해 의사(160)로부터 입력을 수신하도록 구성된 입력/출력(I/O) 장치(154)(이러한 예에서, 제어기)를 포함할 수 있다. 의료 시스템(100)은 환자(120)를 유지시키기 위한 테이블(170)(예컨대, 베드)을 포함할 수 있다. 다양한 동작이 의사(160)에 의해 수행되는 것으로 본 명세서에 기술된다. 이들 동작은 직접 의사(160)에 의해, 의사(160)의 지시를 받는 사용자, 다른 사용자(예컨대, 전문가), 이들의 조합, 및/또는 임의의 다른 사용자에 의해 수행될 수 있다. 의료 시스템(100)의 장치/컴포넌트는 절차의 유형, 절차의 단계, 사용자 선호도 등에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
제어 시스템(150)은 일반적으로 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템(110)과 협력하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(150)은, 로봇 시스템(110)에 연결된 기구/장치를 제어하고, 의료 기구에 의해 캡처된 이미지(들)를 수신하는 등을 위해 무선 또는 유선 접속을 통해 로봇 시스템(110)과 통신할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(150)은 의사(160)가 스코프(130) 및/또는 다른 기구를 환자(120) 내에서 내비게이팅하는 것을 보조하기 위해 스코프(130)(예컨대, 스코프(130)와 연관된 이미징 장치)로부터 이미지 데이터를 수신하고 이미지 데이터(및/또는 그로부터 생성된 표현)를 다스플레이(들)(152)를 통해 디스플레이할 수 있다. 의사(160)는 I/O 장치(154) 또는 다른 I/O 장치를 통해 입력을 제공할 수 있고, 제어 시스템(150)은 로봇 시스템(110)에 연결된 스코프(130)의 이동을 제어하기 위해 로봇 시스템(110)에 제어 신호를 송신할 수 있다. 스코프(130)(및/또는 다른 의료 기구)는 관절운동하고, 롤링하는 등과 같이, 다양한 방식으로 이동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 시스템(150)은 하나 이상의 전기 접속부를 통해 로봇 시스템(110)에 전력을 제공하고, 하나 이상의 광섬유 또는 다른 컴포넌트를 통해 로봇 시스템(110)에 광학계를 제공하는 등을 할 수 있다. 예에서, 제어 시스템(150)은 (로봇 시스템(110)을 통해 그리고/또는 의료 기구로부터 직접) 센서 데이터를 수신하기 위해 의료 기구와 통신할 수 있다. 센서 데이터는 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타내거나 그들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 예에서, 제어 시스템(150)은 테이블(170)과 통신하여 테이블(170)을 배향하거나 달리 테이블(170)을 제어할 수 있다. 또한, 예에서, 제어 시스템(150)은 EM 필드 발생기(140)와 통신하여 환자(120) 주위의 EM 필드의 발생을 제어할 수 있다.
로봇 시스템(110)은 의료 기구(들)/장치와 맞물리고 그리고/또는 그들을 제어하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암(112)을 포함할 수 있다. 각각의 로봇 아암(112)은 조인트(joint)에 결합된 다수의 아암 세그먼트(arm segment)를 포함할 수 있고, 이는 다중 이동도(degree of movement)를 제공할 수 있다. 로봇 아암(112)의 원위 단부(예컨대, 엔드 이펙터(end effector))가 기구/장치에 결합하도록 구성될 수 있다. 도 1의 예에서, 로봇 아암(112(A))은 EM 필드 발생기(140)에 결합된다. 제2 로봇 아암(112(B))은 기구 공급기 장치(180)에 결합되고, 이는 스코프(130)의 로봇 제어/전진을 용이하게 할 수 있다. 또한, 제3 로봇 아암(112(C))은 스코프(130)의 손잡이(132)에 결합되고, 이는 스코프(130) 및/또는 스코프(130)를 통해 전개될 수 있는 의료 기구, 예컨대 스코프(130)의 작업 채널(working channel)을 통해 전개되는 기구의 전진 및/또는 동작을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 제2 로봇 아암(112(B)) 및/또는 제3 로봇 아암(112(C))은 스코프(130)의 이동(예컨대, 관절운동, 롤 등)을 제어할 수 있다. 도 1에서 3개의 로봇 아암이 특정 기구/장치에 연결되지만, 로봇 시스템(110)은 임의의 유형의 의료 기구/장치에 연결하도록 구성된 임의의 수의 로봇 아암을 포함할 수 있다.
로봇 시스템(110)은 의료 시스템(100)의 임의의 컴포넌트에 통신가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(110)은 동작을 수행하기 위해, 예컨대 특정 방식으로 로봇 아암(112)을 제어하고, 기구/장치를 조작하는 등을 위해 제어 시스템(150)으로부터 제어 신호를 수신하도록 제어 시스템(150)에 통신가능하게 결합될 수 있다. 또한, 로봇 시스템(110)은 환자(120)의 내부 해부학적 구조를 묘사하는 이미지(이미지 데이터로도 지칭됨)를 스코프(130)로부터 수신하고/하거나 이미지를 제어 시스템(150)에 송신하도록 - 이는 이어서 디스플레이(들)(152) 상에 디스플레이될 수 있음 - 구성될 수 있다. 또한, 로봇 시스템(110)은 제어 시스템(150) 및/또는 유체 관리 시스템과 같은 의료 시스템(100)의 컴포넌트에, 그로부터 유체, 광학계, 전력 등이 수신되도록 허용하는 방식으로 결합될 수 있다.
의료 기구는 스코프(때때로 "내시경"으로 지칭됨), 카테터, 니들(needle), 가이드와이어(guidewire), 쇄석기(lithotripter), 바스켓 회수 장치(basket retrieval device), 겸자, 진공장치, 니들, 메스(scalpel), 이미징 프로브(imaging probe), 이미징 장치, 조오(jaw), 가위, 파지기, 니들 홀더, 미세 절개기, 스테이플 어플라이어(staple applier), 택커(tacker), 흡입/관주 도구, 클립 어플라이어(clip applier) 등과 같은 다양한 유형의 기구를 포함할 수 있다. 의료 기구는 직접 진입 기구, 경피 진입 기구, 및/또는 다른 유형의 기구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 의료 기구가 조향가능 장치인 반면, 다른 실시예에서 의료 기구가 비-조향가능 장치이다. 일부 실시예에서, 수술 도구는 니들, 메스, 가이드와이어 등과 같은, 인간 해부학적 구조를 통해 천공하거나 삽입되도록 구성된 장치를 지칭한다. 그러나, 수술 도구는 다른 유형의 의료 기구를 지칭할 수 있다.
용어 "스코프" 또는 "내시경"은, 이미지 생성, 관찰, 및/또는 캡처링 기능을 갖고(또는 작업 채널을 통해 전개되는 이미징 장치로 그러한 기능을 제공하도록 구성됨) 임의의 유형의 장기, 공동, 내강, 챔버, 및/또는 신체의 공간 내로 도입되도록 구성된 임의의 유형의 세장형 의료 기구를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 스코프(130)와 같은 스코프 또는 내시경은 (예컨대, 요로에 접근하기 위한) 요관경, 복강경, (예컨대, 신장에 접근하기 위한) 신장경, (예컨대, 기관지와 같은 기도에 접근하기 위한) 기관지경, (예컨대, 결장에 접근하기 위한) 결장경, (예컨대, 관절에 접근하기 위한) 관절경, (예컨대, 방광에 접근하기 위한) 방광경, 보어스코프(borescope) 등을 지칭할 수 있다. 스코프/내시경은, 일부 경우에, 강성 또는 가요성 튜브를 포함할 수 있고/있거나, 외부 시스(sheath), 카테터, 안내도관(introducer), 또는 다른 루멘-유형 장치 내에서 통과되도록 치수설정될 수 있거나, 그러한 장치 없이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 쇄석기, 바스켓팅 장치, 겸자, 레이저 장치, 이미징 장치 등과 같은 추가 도구/의료 기구가 그것을 통해 치료 부위 내로 도입될 수 있는 하나 이상의 작업 채널을 포함한다.
용어 "직접 진입" 또는 "직접 접근"은 환자의 신체 내의 자연 또는 인공 개구를 통한 기구류(instrumentation)의 임의의 진입을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 스코프(130)는 직접 접근 기구로 지칭될 수 있는데, 이는 스코프(130)가 요도를 통해 환자의 요로 내로 진입하기 때문이다.
용어 "경피 진입" 또는 "경피 접근"은 절차와 연관된 표적 해부학적 위치(예컨대, 신장의 신배 네트워크)에 도달하는 데 필요한 환자의 피부 및 임의의 다른 신체 층을 통한 기구류의, 예컨대 천공 및/또는 작은 절개에 의한 진입을 지칭할 수 있다. 이와 같이, 경피 접근 기구는 니들, 메스, 가이드와이어, 시스, 샤프트, 스코프, 카테터 등과 같은, 피부 및/또는 다른 조직/해부학적 구조를 통해 천공하거나 삽입되도록 구성된 의료 기구, 장치, 또는 조립체를 지칭할 수 있다. 그러나, 경피 접근 기구는 본 개시와 관련하여 다른 유형의 의료 기구를 지칭할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예에서, 경피 접근 기구는 환자의 피부를 통한 천공 및/또는 작은 절개를 용이하게 하는 장치로 삽입되거나 구현되는 기구/장치를 지칭한다. 예를 들어, 카테터는 카테터가 환자의 피부 내로 삽입된 시스/샤프트를 통해 삽입될 때 경피 접근 기구로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 의료 기구는 센서 데이터를 생성하도록 구성된 센서("위치 센서"로도 지칭됨)를 포함한다. 예에서, 센서 데이터는 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있고/있거나 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 데이터는 스코프의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있고, 이는 스코프의 원위 단부의 롤을 나타낼 수 있다. 의료 기구의 위치 및 배향은 의료 기구의 자세로 지칭될 수 있다. 센서는 의료 기구의 원위 단부 및/또는 임의의 다른 위치 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 의료 기구의 위치/배향을 결정/추적하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법(localization technique)을 수행하도록 센서 데이터를 제어 시스템(150), 로봇 시스템(110), 및/또는 다른 시스템/장치에 제공할 수 있다.
일부 구현예에서, 센서는 전도성 재료의 코일을 가진 전자기(EM) 센서를 포함할 수 있다. 여기서, EM 필드 발생기가 의료 기구 상의 EM 센서에 의해 검출되는 EM 필드를 제공할 수 있다. 자기장은 EM 센서의 코일 내에 소전류(small current)를 유도할 수 있고, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및/또는 각도/배향을 결정하기 위해 분석될 수 있다. 또한, 센서는 카메라, 거리 센서(예컨대, 깊이 센서), 레이더 장치, 형상 감지 섬유, 가속도계, 자이로스코프, 가속도계, 위성-기반 위치확인 센서(예컨대, GPS(global positioning system)), 무선-주파수 송수신기 등과 같은, 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 의료 시스템(100)은 또한, C-아암에 통합되고/되거나 형광투시법-유형 절차를 위한 것과 같은 절차 동안 이미징을 제공하도록 구성될 수 있는 이미징 장치(도 1에 예시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이미징 장치는 하나 이상의 x-선 또는 CT 이미지와 같은, 절차 동안 환자(120)의 하나 이상의 이미지를 캡처/생성하도록 구성될 수 있다. 예에서, 이미징 장치로부터의 이미지는 의사(160)가 절차를 수행하는 것을 보조하기 위해 환자(120) 내의 의료 기구 및/또는 해부학적 구조를 관찰하도록 실시간으로 제공될 수 있다. 이미징 장치는 (예컨대, 환자(120) 내의 조영제에 의한) 형광투시법 또는 다른 유형의 이미징 기법을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 의료 시스템(100)은 또한, 예컨대 카테터, 스코프(130), 카테터/스코프와 연관된 기구/장치(예컨대, 하나 이상의 접근 시스), 및/또는 다른 기구/장치를 통해, 표적 부위에 대한 흡인 및/또는 관주를 제어/제공하도록 구성된 유체 관리 시스템(때때로 "흡인 시스템" 또는 "관주 시스템"으로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 유체 관리 시스템은 하나 이상의 유체 백(bag)/용기를 보유하고/하거나 그에 대한/그로부터의 유체 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예에서, 유체 관리 시스템은 디스플레이, 유동 제어 메커닉(flow control mechanics), 및/또는 제어 회로와 같은 소정의 전자 컴포넌트를 포함한다. 유체 관리 시스템은 독립형 타워/카트(stand-alone tower/cart)를 포함할 수 있다. 유체 관리 시스템는 흡인 유체가 카테터/스코프에 결합된 흡인 채널/튜브를 통해 수집 용기/카트리지 내로 당겨지게 할 수 있는 펌프를 포함할 수 있다.
의료 시스템(100)의 다양한 컴포넌트는 무선 및/또는 유선 네트워크를 포함할 수 있는 네트워크를 통해 서로 통신가능하게 결합될 수 있다. 예시적인 네트워크는 하나 이상의 개인 영역 네트워크(PAN), 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 인터넷 영역 네트워크(IAN), 인체 영역 네트워크(BAN), 셀룰러 네트워크, 인터넷 등을 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 의료 시스템(100)의 컴포넌트는 하나 이상의 지원 케이블, 튜브 등을 통해 데이터 통신, 유체/기체 교환, 전력 교환 등을 위해 연결된다.
일부 예에서, 의료 시스템(100)은 신장 결석을 치료하기 위한 것과 같이, 신장 해부학적 구조에 관련된 의료 절차를 수행하도록 구현된다. 예를 들어, 로봇-보조식 경피 절차가 구현될 수 있고, 여기서 로봇 도구(예컨대, 의료 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트)는 의사/비뇨기과 의사가 내시경(예컨대, 요관경술) 표적 접근뿐만 아니라 경피 접근/치료를 수행할 수 있게 할 수 있다. 그러나, 본 개시는 신장 결석 제거 및/또는 로봇-보조식 절차로 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 로봇 의료 해결책은 엄밀히 수동인 절차에 비해 소정 기구와 관련하여 상대적으로 더 높은 정밀도, 우수한 제어, 및/또는 우수한 손-눈 협응(hand-eye coordination)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 절차에 따른 신장에 대한 로봇-보조식 경피 접근은 비뇨기과 의사가 직접-진입 내시경 신장 접근 및 경피 신장 접근 둘 모두를 수행할 수 있게 할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예가 카테터, 신장경, 요관경, 및/또는 인간 신장의 해부학적 구조와 관련하여 제시되지만, 본 명세서에 개시된 원리는 임의의 유형의 내시경술/경피 절차 또는 다른 유형의 절차에서 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
하나의 예시적이고 비제한적인 절차에서, 의료 시스템(100)은 신장(190)에서 내비게이팅하고/하거나 신장 결석(191)을 제거하는 데 사용될 수 있다. 절차를 위한 설정 동안, 의사(160)는 로봇 시스템(110)의 로봇 아암(112)을 원하는 구성으로 위치시키고 그리고/또는 적절한 의료 기구를 부착할 수 있다. 예를 들어, 의사(160)는 제1 로봇 아암(112(A))을 치료 부위 부근에 위치시키고 EM 필드 발생기(140)를 부착할 수 있으며, 이는 절차 동안 스코프(130) 및/또는 다른 기구/장치의 위치를 추적하는 것을 보조할 수 있다. 또한, 의사(160)는 제2 로봇 아암(112(B))을 환자(120)의 다리들 사이에 위치시키고 기구 공급기 장치(180)를 부착할 수 있으며, 이는 스코프(130)의 로봇 제어/전진을 용이하게 할 수 있다. 일부 경우에, 의사(160)는 시스/접근 기구(134)를 환자(120)의 요도(192) 내로, 방광(193)을 통해, 그리고/또는 위로 요관(194)으로 삽입할 수 있다. 의사(160)는 시스/접근 기구(134)를 기구 공급기 장치(180)에 연결할 수 있다. 시스/접근 기구(134)는 스코프(130)를 수용하도록 구성된 루멘-유형 장치를 포함하여, 스코프(130)를 환자(120)의 해부학적 구조 내로 삽입하는 것을 보조할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 시스/접근 기구(134)는 사용되지 않는다(예컨대, 스코프(130)는 요도(192) 내로 직접 삽입됨). 의사(160)는 이어서 스코프(130)를 시스/접근 기구(134) 내로 수동으로, 로봇으로, 또는 이들의 조합으로 삽입할 수 있다. 의사(160)는 스코프(130)의 손잡이(132)를 제3 로봇 아암(112(C))에 부착할 수 있으며, 이는 손잡이(132)의 이동, 스코프(130)를 통해 전개되는 바스켓팅 장치/레이저 장치/다른 의료 기구의 동작을 용이하게 하고/하거나 다른 기능을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
의사(160)는 로봇 시스템(110)이 스코프(130)를 신장(190) 내로 전진하게 그리고/또는 내비게이팅하게 하도록 제어 시스템(150)과 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 의사(160)는 신장 결석(191)의 위치를 찾아내기 위해 제어기(154) 또는 다른 I/O 장치를 사용하여 스코프(130)를 내비게이팅할 수 있다. 제어 시스템(150)은 예컨대 이미지 표현(예컨대, 스코프(130)에 의해 캡처된 실시간 이미지(들))을 관찰하기 위해 의사(160)가 스코프(130)를 내비게이팅하는 것을 보조하도록 스코프(130)에 관한 정보를 디스플레이(들)(152)를 통해 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(150)은 스코프(130)의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있고, 이는 디스플레이(들)(152)를 통해 의사(160)에 의해 관찰될 수 있다. 또한, 의사(160)가 스코프(130)를 제어하는 것을 보조하기 위해, 환자(120)의 내부 해부학적 구조의 x-선 이미지 또는 다른 이미지와 같은 다른 유형의 정보가 또한 디스플레이(들)(152)를 통해 제시될 수 있다.
일단 신장 결석(191)의 부위에(예컨대, 신장(190)의 신배 내에) 있게 되면, 스코프(130)는 신장(190)에 경피적으로 접근하는 카테터를 위한 표적 위치를 지정/태깅하는(tag) 데 사용될 수 있다. 신장(190) 및/또는 주변 해부학적 구조에 대한 손상을 최소화하기 위해, 의사(160)는 경피적으로 신장(190)에 진입하기 위한 표적 위치로서 유두(papilla)를 지정할 수 있다. 그러나, 다른 표적 위치가 지정되거나 결정될 수 있다. 유두를 지정하는 일부 실시예에서, 의사(160)는 유두와 접촉하도록 스코프(130)를 내비게이팅할 수 있고, 제어 시스템(150)은 스코프(130)의 위치(예컨대, 스코프(130)의 원위 단부의 위치)를 결정하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있으며, 제어 시스템(150)은 스코프(130)의 위치를 표적 위치와 연관시킬 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 의사(160)는 스코프(130)를 유두에 대해 특정 거리 내에 있도록 내비게이팅하고(예컨대, 유두의 전방에 파킹함(park)), 표적 위치가 스코프(130)의 시야 내에 있음을 나타내는 입력을 제공할 수 있다. 제어 시스템(150)은 표적 위치의 위치를 결정하기 위해 이미지 분석 및/또는 다른 위치결정 기법을 수행할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 스코프(130)는 유두를 표적 위치로서 마킹하기(mark) 위한 기준점을 전달할 수 있다.
표적 위치가 지정될 때, 카테터 또는 다른 기구는 표적 부위에 도달하기 위해(예컨대, 스코프(130)와 랑데부함(rendezvous)) 경피 접근 경로를 통해 환자(120) 내로 삽입될 수 있다. 예를 들어, EM 필드 발생기(140)는 제거될 수 있고, 카테터(도시되지 않음)가 제1 로봇 아암(112(A))에 연결될 수 있다. 의사(160)는 로봇 시스템(110)이 카테터를 전진하게 그리고/또는 내비게이팅하게 하도록 제어 시스템(150)과 상호작용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 카테터는, 예컨대 카테터가 수동-제어가능 카테터로서 구현될 때, 수동으로 삽입되고/되거나 제어될 수 있다. 제어 시스템(150)은 의사(160)가 카테터를 내비게이팅하는 것을 보조하기 위해 카테터에 관한 정보를 디스플레이(들)(152)를 통해 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(들)(152)는 스코프(130)의 시점으로부터 이미지 데이터를 제공할 수 있고, 여기서 이미지 데이터는 (예컨대, 스코프(130)의 이미징 장치의 시야 내에 있을 때) 카테터를 묘사할 수 있다. 일부 실시예에서, 니들 또는 다른 의료 기구가 환자(120) 내로 삽입되어, 카테터가 진입하기 위한 경피 접근 경로를 생성한다. 또한, 일부 실시예에서, 경피-접근 장치/조립체(예컨대, 하나 이상의 시스 및/또는 샤프트)가 니들 또는 다른 기구에 의해 생성된 경로 내로 삽입되어, 카테터가 표적 위치에 도달하기 위한 접근 경로를 제공한다. 여기서, 카테터는 경피-접근 장치 내로 삽입될 수 있다. 경피-접근 장치는 표적 해부학적 구조에 관주를 제공할 수 있는 반면, 카테터는 (예컨대, 카테터 내의 루멘을 통해) 흡인을 제공할 수 있다.
스코프(130) 및/또는 카테터가 표적 위치에 위치되면, 의사(160)는 스코프(130)를 사용하여 신장 결석(191)을 부수고 그리고/또는 카테터를 사용하여 환자(120)로부터 신장 결석(191)의 조각을 추출할 수 있다. 예를 들어, 스코프(130)는 신장 결석(191)을 조각으로 파편화하기 위해 작업 채널을 통해 도구(예컨대, 레이저, 절단 기구 등)를 전개할 수 있고, 카테터는 경피 접근 경로를 통해 신장(190)으로부터 조각을 흡입할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스코프(130)가 도구(예컨대, 레이저)를 사용하여 신장 결석(191)을 파편화하는 동안, 카테터는 카테터의 원위 단부에 그리고/또는 비교적 고정된 위치에 신장 결석(191)을 유지/보유하기 위한 흡인을 제공할 수 있다. 유체 관리 시스템은 카테터와 연관된 경피-접근 장치/조립체를 통해 표적 부위에 관주를 제공하고/하거나 카테터(예컨대, 카테터(140) 내의 루멘)를 통해 표적 부위에 흡인을 제공할 수 있다.
다양한 예가 카테터 및/또는 경피-접근 장치/조립체를 통해 관주/흡인을 제공하는 상황에서 논의되지만, 관주 유체 및/또는 흡인은, 일부 경우에, 스코프(130)와 같은 다른 장치를 통해 치료 부위(예컨대, 신장)에 제공될 수 있다. 또한, 관주 및 흡인은 동일한 기구(들)를 통해 제공될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 기구들 중 하나 이상이 관주 및/또는 흡인 기능을 제공하는 경우, 기구들 중 하나 이상의 다른 것이 제거될 물체를 부수는 것과 같은 다른 기능에 사용될 수 있다.
또한, 다양한 예시적인 절차가 로봇 제어식 카테터를 구현하는 상황에서 논의되지만, 절차는 수동 제어가능 카테터로 구현될 수 있다. 예를 들어, 카테터는 의사(160)에 의해 보유/조작되도록 구성된 수동 제어가능 손잡이를 포함할 수 있다. 의사(160)는 손잡이를 이동시키고 그리고/또는 수동 액추에이터를 조작함으로써 카테터를 내비게이팅할 수 있고, 이는 카테터의 원위 부분의 관절운동을 유발할 수 있다.
의료 시스템(100)(및/또는 본 명세서에서 논의되는 다른 의료 시스템)은 의사가 절차를 수행하는 것을 보조하기 위한 안내를 제공하는 것(예컨대, 기구 추적, 기구 내비게이션, 기구 교정 등), 의사가 다루기 어려운 아암 운동 및/또는 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행할 수 있게 하는 것, 한 명의 의사가 하나 이상의 의료 기구로 절차를 수행할 수 있게 하는 것, (예컨대, 형광투시법 기법과 연관된) 방사선 노출을 회피하는 것, 절차가 단일-수술 설정으로 수행될 수 있게 하는 것, (예컨대, 신장 결석을 제거하기 위해) 물체를 더욱 효율적으로 제거하기 위한 연속적인 흡인/관주를 제공하는 것 등과 같은, 다양한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)은 의사가 해부학적 구조(예컨대, 주요 장기, 혈관 등)에 대한 출혈 및/또는 손상을 최소화하면서 표적 해부학적 특징부에 접근하기 위해 다양한 의료 기구를 사용하는 것을 보조하기 위한 안내 정보를 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 방사선에 대한 의사 및 환자 노출을 감소시키고 그리고/또는 수술실 내의 장비의 양을 감소시키기 위해 비-방사선-기반 내비게이션 및/또는 위치결정 기법을 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 독립적으로 이동가능할 수 있는, 적어도 제어 시스템(150)과 로봇 시스템(110) 사이에 분배되는 기능을 제공할 수 있다. 그러한 기능의 분배 및/또는 이동성은 제어 시스템(150) 및/또는 로봇 시스템(110)이 특정 의료 절차에 최적인 위치에 배치되는 것을 가능하게 할 수 있고, 이는 환자 주위의 작업 영역을 최대화하고/하거나 의사가 절차를 수행하기 위한 최적화된 위치를 제공할 수 있다.
다양한 기법/시스템이 로봇-보조식 절차(예컨대, 의료 시스템(100)을 적어도 부분적으로 사용하는 절차)로서 구현되는 것으로 논의되지만, 기법/시스템은 다른 절차에서, 예컨대 완전-로봇 의료 절차, 인간-전용 절차(예컨대, 로봇 시스템이 없음) 등에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)은 의사가 의료 기구를 보유/조작하지 않고서 그리고 의사가 로봇 시스템/아암의 이동을 제어하지 않고서 절차를 수행하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 절차를 지시하기 위해 상대적으로 적은 입력에 의존하는 완전-로봇 절차). 즉, 절차 동안 사용되는 의료 기구는 의료 시스템(100)의 컴포넌트, 예컨대 로봇 시스템(110)의 로봇 아암(112)에 의해 각각 보유/제어될 수 있다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차를 위해 배열된 예시적인 로봇 의료 시스템(100)을 예시한다. 기관지경술 동안, 로봇 시스템(110)의 아암(들)(112)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(210)("기관지경(210)"으로도 지칭됨)과 같은 의료 기구를, 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(natural orifice access point)(즉, 본 예에서 테이블(170) 상에 위치된 환자(120)의 입)으로 전달하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(110)(예컨대, 카트)은 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(112)은 접근 지점에 대해 기관지경(210)을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 2의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다.
일단 로봇 시스템(110)이 적절하게 위치되면, 로봇 아암(112)은 조향가능 내시경(210)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 조향가능 내시경(210)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스 부분을 포함할 수 있고, 이때 각각의 부분은 기구 드라이버들의 세트로부터의 별개의 기구 드라이버에 결합되고/되거나 각각의 기구 드라이버는 각각의 로봇 아암(112)의 원위 단부에 결합된다. 기구 드라이버의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(112)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일(virtual rail)"(220)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일/경로는, 일반적으로 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지는 않는 파선을 사용하여 도면에 도시된다. 가상 레일(220)을 따른 기구 드라이버들 중 하나 이상의 병진은 환자(120)로부터 내시경(210)을 전진 또는 후퇴시킬 수 있다.
내시경(210)은 표적 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템(110)으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 별개의 기구 드라이버의 사용은 내시경/조립체(210)의 별개의 부분의 독립적인 구동을 허용할 수 있다. 예를 들어, 내시경(210)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 니들을 전달하도록 지향될 수 있다. 니들은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경(210)의 길이를 따라 연장되는 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가 도구가 추가 생검을 위해 내시경(210)의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 예를 들어, 결절이 악성인 것으로 식별될 때, 내시경(210)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(210)은 또한 표적 결절의 위치를 "마킹"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
도 2의 시스템(100)의 배열에서, 환자 안내도관(230)이 포트(도시되지 않음; 예컨대, 수술 튜브)를 통해 환자(120)에게 부착된다. 환자 안내도관(230)은 (예컨대, 안내도관(230)을 지지하고 테이블(170) 또는 다른 구조물과 관련하여 환자 안내도관(230)의 위치를 고정하도록 구성된 환자 안내도관 홀더를 통해) 테이블(170)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 안내도관(230)은 근위 단부, 원위 단부, 및 그들 사이의 안내도관 튜브를 포함할 수 있다. 환자 안내도관(230)의 근위 단부는 기구(210)(예컨대, 기관지경)를 수용하도록 구성될 수 있는 개구/구멍을 제공할 수 있고, 환자 안내도관(230)의 원위 단부는 기구(210)를 환자-접근 포트 내로 안내하도록 구성될 수 있는 제2 개구를 제공할 수 있다. 안내도관(230)의 곡선형 튜브 컴포넌트는 그의 근위 단부와 원위 단부를 연결하고 안내도관(230)을 통해 기구(210)를 안내할 수 있다.
안내도관(230)의 곡률은 로봇 시스템(110)이 환자-접근 포트와 직접 축방향 정렬되지 않은 위치로부터 기구(210)를 조작할 수 있게 하여, 수술실 내의 로봇 시스템(110)의 배치에서 더 큰 유연성을 허용할 수 있다. 또한, 안내도관(230)의 곡률은 로봇 시스템(110)의 로봇 아암(112)이 환자 안내도관(230)과 실질적으로 수평으로 정렬되도록 허용할 수 있고, 이는 필요할 경우 로봇 아암(들)(112)의 수동 이동을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 명세서에서 논의되는 기구 공급기 장치들 중 하나 이상은 도 2에 예시된 것과 같이, 기관지경술 절차에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 장치는 내시경(210)의 이동을 적어도 부분적으로 제어하기 위해 내시경(210)과 협력하여 구현될 수 있다.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 절차를 수행하도록 구성된 테이블-기반 로봇 시스템(300)을 예시한다. 여기서, 로봇 의료 시스템(100)의 로봇 컴포넌트들 중 하나 이상이 테이블(302)에 통합될 수 있고, 이는 카트-기반 로봇 시스템과 비교하여 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키고 그리고/또는 환자(120)에 대한 더 우수한 접근을 허용할 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)은 제어 시스템(150) 및/또는 로봇 시스템(110)의 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 테이블(302)은 의료 기구(들)/장치와 맞물리고 그리고/또는 그들을 제어하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암(304)을 포함/통합할 수 있다. 각각의 로봇 아암(304)은 조인트에 결합된 다수의 아암 세그먼트를 포함할 수 있고, 이는 다중 이동도를 제공할 수 있다. 로봇 아암(304)의 원위 단부(즉, 엔드 이펙터)가 카테터, 니들, 스코프 등과 같은, 본 명세서에서 논의되는 의료 기구들/장치들 중 임의의 것을 포함할 수 있는 기구/장치에 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(304(B))은 기구 공급기 장치(180)에 결합될 수 있고/있거나 로봇 아암(304(C))은 스코프(130)의 손잡이(132)에 결합될 수 있다. 각각의 로봇 아암(304)은 도 1 및 도 2의 시스템(100)의 로봇 아암(112)과 유사하거나 상이할 수 있다. 또한, 각각의 엔드 이펙터는 로봇 시스템(110)의 엔드 이펙터와 유사하거나 상이할 수 있다.
도시된 바와 같이, 로봇식 테이블 시스템(robotic-enabled table system)(300)은, 하나 이상의 로봇 아암(304)이 그것으로부터 나오는 하나 이상의 캐리지(carriage)(312)(예컨대, 링(ring)-형상의 이동가능 구조물)에 결합된 칼럼(column)(310)을 포함할 수 있다. 캐리지(들)(312)는, 로봇 아암(304)이 그것으로부터 환자(120)에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(310)의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(312)는 일부 실시예에서 로봇 아암(304)이 테이블(302)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해 칼럼(310) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(310)을 중심으로 회전할 수 있다. 캐리지(들)(312)의 회전 및/또는 병진은 시스템(300)이 내시경 및/또는 카테터와 같은 의료 기구를 환자(120) 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용할 수 있다. 수직 조절을 제공함으로써, 로봇 아암(304)은 테이블 시스템(300)의 플랫폼 아래에 콤팩트하게 적재되고 후속하여 절차 동안 상승되도록 구성될 수 있다. 로봇 아암(304)은, 로봇 아암(304)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함할 수 있는 하나 이상의 아암 마운트(arm mount)(314)를 통해 캐리지(들)(312) 상에 장착될 수 있다. 칼럼(310)은 구조적으로 테이블 플랫폼에 대한 지지 및 캐리지(들)(312)의 수직 병진을 위한 경로를 제공한다. 칼럼(310)은 또한 캐리지(들)(312) 및/또는 그 상에 장착된 로봇 아암(304)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.
일부 실시예에서, 테이블-기반 로봇 시스템(300)은 제어 시스템(150)과 유사한 제어 시스템을 포함하거나 그와 연관되어, 의사와 인터페이싱하고/하거나 의료 절차에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 의사가 하나 이상의 로봇 아암(304) 및/또는 하나 이상의 로봇 아암(304)에 부착된 의료 기구를 제어할 수 있게 하기 위한 입력 컴포넌트(들)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 입력 컴포넌트(들)는 마치 의사가 의료 기구를 물리적으로 보유/조작하는 것과 유사한 방식으로 의사가 의료 기구를 제어하기 위한 입력을 제공할 수 있게 한다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1 내지 도 3의 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는 의료 시스템 컴포넌트를 예시한다. 도 4에 소정 컴포넌트가 있지만, 도시되지 않은 추가 컴포넌트가 본 개시에 따른 실시예에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 예시된 컴포넌트들 중 임의의 것이 생략되고, 상호교환되고, 그리고/또는 다른 장치/시스템, 예컨대 테이블(170), 의료 기구 등에 통합될 수 있다.
제어 시스템(150)은 하기 컴포넌트, 장치, 모듈, 및/또는 유닛(본 명세서에서 "컴포넌트"로 지칭됨) 중 하나 이상을 별개로/개별적으로 그리고/또는 조합으로/집합적으로 포함할 수 있다: 제어 회로(401), 하나 이상의 통신 인터페이스(402), 하나 이상의 전력 공급 유닛(403), 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404), 하나 이상의 가동화 컴포넌트(405)(예컨대, 캐스터(caster) 또는 다른 유형의 휠(wheel)), 및/또는 메모리/데이터 저장소(406). 일부 실시예에서, 제어 시스템(150)은 제어 시스템(150)의 컴포넌트들 중 하나 이상의 적어도 일부를 수용하거나 포함하도록 구성되고/되거나 치수설정된 하우징/인클로저를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 제어 시스템(150)은 하나 이상의 가동화 컴포넌트(405)로 이동가능한 카트-기반 시스템으로 예시되어 있다. 일부 경우에, 적절한 위치에 도달한 후에, 하나 이상의 가동화 컴포넌트(405)는 제어 시스템(150)을 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 고정화될 수 있다. 그러나, 제어 시스템(150)은 고정형 시스템으로서 구현되고, 다른 시스템/장치에 통합되고, 기타 등등일 수 있다.
제어 시스템(150)의 다양한 컴포넌트는 제어 회로의 일부일 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 소정의 접속 회로/장치/특징부를 사용하여 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 접속 특징부(들)는 제어 시스템(150)의 다양한 컴포넌트/회로 중 적어도 일부의 장착 및/또는 상호접속을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(150)의 컴포넌트들 중 2개 이상은 서로 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다.
하나 이상의 통신 인터페이스(402)는 하나 이상의 장치/센서/시스템과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통신 인터페이스(402)는 네트워크를 통해 무선 및/또는 유선 방식으로 데이터를 송신/수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 통신 인터페이스(402)는 블루투스, Wi-Fi, 근접 무선 통신(NFC) 등과 같은 무선 기술을 구현할 수 있다.
하나 이상의 전력 공급 유닛(403)은 제어 시스템(150)(및/또는 일부 경우에, 로봇 시스템(110))을 위한 전력을 관리하고/하거나 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(403)은 리튬-기반 배터리, 납-산 배터리, 알칼리 배터리, 및/또는 다른 유형의 배터리와 같은 하나 이상의 배터리를 포함한다. 즉, 하나 이상의 전력 공급 유닛(403)은 전원을 제공하고/하거나 전력 관리 기능을 제공하도록 구성된 하나 이상의 장치 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(403)은 교류(AC) 또는 직류(DC) 주 전원에 결합하도록 구성된 주 전력 커넥터를 포함한다.
하나 이상의 I/O 컴포넌트/장치(404)는 예컨대 의료 절차를 수행하는 것을 보조하도록 사용자와 인터페이싱하기 위해 입력을 수신하고/하거나 출력을 제공하기 위한 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 터치, 음성, 제스처, 또는 임의의 다른 유형의 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 예컨대 로봇 시스템(110)을 제어하고, 스코프/카테터 또는 로봇 시스템(110)에 부착된 그리고/또는 스코프를 통해 전개된 다른 의료 기구를 내비게이팅하고, 테이블(170)을 제어하고, 형광투시법 장치를 제어하는 등을 위해 장치/시스템의 제어에 관한 입력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 의사(예시되지 않음)가 I/O 컴포넌트(들)(404)를 통해 입력을 제공할 수 있고, 이에 응답하여, 제어 시스템(150)은 의료 기구를 조작하도록 로봇 시스템(110)에 제어 신호를 송신할 수 있다. 예에서, 의사는 동일한 I/O 장치를 사용하여 다수의 의료 기구를 제어할 수 있다(예컨대, 기구들 사이에서 제어를 전환함).
도시된 바와 같이, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이(152)(때때로 "하나 이상의 디스플레이 장치(152)"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 디스플레이(152)는 하나 이상의 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 LED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전자 종이 디스플레이, 및/또는 임의의 다른 유형(들)의 기술을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 디스플레이(152)는 입력을 수신하고/하거나 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 터치스크린을 포함한다. 또한, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 제어기(154)(예컨대, 핸드-헬드 제어기, 비디오-게임-유형 제어기, 손가락-유사 이동을 가능하게 하는 손가락-기반 제어부 등), 터치 패드, 마우스, 키보드, 웨어러블 장치(예컨대, 광학 머리-장착식 디스플레이), 가상 또는 증강 현실 장치(예컨대, 머리-장착식 디스플레이), 풋 패널(예컨대, 사용자의 발에 있는 버튼) 등을 포함할 수 있는 하나 이상의 I/O 장치/제어부(407)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 오디오 신호에 기초하여 소리를 출력하도록 구성된 하나 이상의 스피커 및/또는 소리를 수신하고 오디오 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 마이크를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 콘솔(console)을 포함하거나 콘솔로서 구현된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(404)는 절차에 관련된 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(150)은 스코프에 의해 캡처된 실시간 이미지를 수신하고, 디스플레이(들)(152)를 통해 실시간 이미지 및/또는 실시간 이미지의 시각적/이미지 표현을 디스플레이할 수 있다. 디스플레이(들)(152)는 스코프 및/또는 다른 의료 기구로부터의 이미지 데이터를 포함할 수 있는 인터페이스(들)를 제시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 시스템(150)은 환자와 연관된 의료용 모니터 및/또는 센서로부터 신호(예컨대, 아날로그, 디지털, 전기, 음향/음파, 공압, 촉각, 수압 등)를 수신할 수 있고, 디스플레이(들)(152)는 환자의 건강 또는 환경에 관한 정보를 제시할 수 있다. 그러한 정보는, 예를 들어 심박수(예컨대, ECG, HRV 등), 혈압/혈류량, 근육 생체-신호(예컨대, EMG), 체온, 혈중 산소 포화도(예컨대, SpO2), CO2, 뇌파(예컨대, EEG), 환경 및/또는 국소 또는 심부 체온 등을 포함하는, 의료용 모니터를 통해 디스플레이되는 정보를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 시스템(150)은 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 로봇 시스템(110), 테이블(170) 또는 다른 테이블, 및/또는 의료 기구에 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 시스템(150)으로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 구현예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력이 단일 전력 케이블을 통해 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.
로봇 시스템(110)은 일반적으로 세장형 지지 구조물(410)("칼럼"으로도 지칭됨), 로봇 시스템 기부(411), 및 칼럼(410)의 상부에 있는 콘솔(412)을 포함한다. 칼럼(410)은 하나 이상의 로봇 아암(112)의 전개를 지원하기 위한 하나 이상의 캐리지(413)("아암 지지부(413)"로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 캐리지(413)는 환자에 대한 위치설정을 위해 로봇 아암(112)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(413)는 또한 캐리지(413)가 칼럼(410)을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(414)를 포함한다. 캐리지 인터페이스(414)는 캐리지(413)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(410)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(415)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(410)에 연결될 수 있다. 슬롯(415)은 캐리지(413)를 기부(411)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 그리고/또는 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함할 수 있다. 캐리지(413)의 수직 병진은 로봇 시스템(110)이 로봇 아암(112)의 도달범위를 조절하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 의사 선호도 등을 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(413) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(112)의 로봇 아암 기부(416)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다. 칼럼(410)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 I/O 장치(들)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(413)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및/또는 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.
기부(411)는 바닥과 같은 표면 위에서 칼럼(410), 캐리지(413), 및/또는 로봇 아암(112)의 중량의 균형을 잡을 수 있다. 따라서, 기부(411)는 하나 이상의 전자장치, 모터, 전력 공급부 등과 같은 더 무거운 컴포넌트뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 로봇 시스템(110)을 고정화하는 컴포넌트를 수용할 수 있다. 예를 들어, 기부(411)는 로봇 시스템(110)이 절차를 위해 수술실을 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(417)("캐스터(417)" 또는 "가동화 컴포넌트(417)"로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(417)는 절차 동안 로봇 시스템(110)을 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크를 사용하여 고정화될 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(110)은 또한 로봇 시스템(110)을 조종하고/하거나 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(418)를 포함한다. 이러한 예에서, 로봇 시스템(110)은 이동가능한 카트-기반 시스템으로 예시되어 있다. 그러나, 로봇 시스템(110)은 고정형 시스템으로서 구현되고, 테이블에 통합되고, 기타 등등일 수 있다.
로봇 아암(112)은 일반적으로, 일련의 조인트(421)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(420)("아암 세그먼트(420)"로도 지칭됨)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(416) 및 엔드 이펙터(419)를 포함할 수 있다. 각각의 조인트(421)는 독립적인 액추에이터를 포함할 수 있고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함할 수 있다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트(421)는 로봇 아암(112)이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 예를 들어, 아암들(112) 각각은 7개의 조인트를 갖고, 따라서 7 자유도를 제공할 수 있다. 그러나, 임의의 수의 조인트가 임의의 자유도로 구현될 수 있다. 예에서, 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여유(redundant)" 자유도를 허용할 수 있다. 여유 자유도는 로봇 아암(112)이 상이한 링크장치 위치 및/또는 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및/또는 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(419)를 위치시키도록 허용한다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터(419)는 의료 기구, 장치, 물체 등과 맞물리고 그리고/또는 그들을 제어하도록 구성될 수 있다. 아암(112)의 이동 자유는 로봇 시스템(110)이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고 그리고/또는 지향시키도록 허용하고/하거나 의사가 아암 충돌을 회피하면서 접근을 생성하기 위해 아암(112)을 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용할 수 있다.
로봇 아암들(112) 각각의 엔드 이펙터(419)는 기구 장치 조작기(IDM)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 IDM은 제거되고 상이한 유형의 IDM으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 IDM이 내시경을 조작할 수 있고, 제2 유형의 IDM이 카테터를 조작할 수 있으며, 제3 유형의 IDM이 EM 필드 발생기를 유지할 수 있는 등이다. 그러나, 동일한 IDM이 사용될 수 있다. 일부 경우에, IDM이 로봇 아암(112)으로/으로부터 공압, 전력, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 전달하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. IDM은 의료 기구를, 예를 들어 직접 구동, 하모닉 구동(harmonic drive), 기어식 구동, 벨트/풀리, 자기 구동 등을 포함하는 기법을 사용하여 조작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, IDM은 로봇 아암들(112) 중 각각의 아암에 부착될 수 있고, 여기서 로봇 아암(112)은 각각의 결합된 의료 기구를 치료 부위 내로 또는 그 외부로 삽입 또는 후퇴시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 로봇 아암(112)은 그에 부착된 의료 기구의 위치, 배향, 및/또는 관절운동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(112)은 세장형 이동 부재를 사용하여 스코프/카테터를 조작하도록 구성될/구성가능할 수 있다. 세장형 이동 부재는 하나 이상의 당김 와이어, 케이블, 섬유, 및/또는 가요성 샤프트를 포함할 수 있다. 예시하기 위해, 로봇 아암(112)은 스코프/카테터의 팁을 편향시키기 위해 스코프/카테터의 다수의 당김 와이어를 작동시키도록 구성될 수 있다. 당김 와이어는 임의의 적합한 또는 바람직한 재료, 예컨대 스테인리스 강, 케블라(Kevlar), 텅스텐, 탄소 섬유 등과 같은 금속 및/또는 비-금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프/카테터는 세장형 이동 부재에 의해 인가되는 힘에 응답하여 비선형 거동을 나타내도록 구성된다. 비선형 거동은 스코프/카테터의 강직성 및/또는 압축성뿐만 아니라, 상이한 세장형 이동 부재들 사이의 슬랙 또는 강직성의 변동에 기초할 수 있다.
도시된 바와 같이, 콘솔(412)은 로봇 시스템(110)의 칼럼(410)의 상부 단부에 위치된다. 콘솔(412)은, 예컨대 의사/사용자에게 수술전 데이터, 수술중 데이터, 로봇 시스템(110)을 구성하기 위한 정보 등을 제공하기 위해, 사용자 입력을 수신하고/하거나 출력을 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 디스플레이(들)(예컨대, 터치스크린과 같은 이중-목적 장치)를 포함할 수 있다. 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터, 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및/또는 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(412)은 의사가 아암 기부(416) 반대편에 있는 칼럼(410)의 측부로부터 콘솔(412)에 접근하도록 허용하기 위해 위치되고 틸팅될(tilted) 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 로봇 시스템(110) 뒤로부터 콘솔(412)을 동작시키면서 콘솔(412), 로봇 아암(112), 및 환자를 관찰할 수 있다.
로봇 시스템(110)은 또한 제어 회로(422), 하나 이상의 통신 인터페이스(423), 하나 이상의 전력 공급 유닛(424), 하나 이상의 입력/출력 컴포넌트(425), 하나 이상의 액추에이터/하드웨어(426), 및/또는 메모리/데이터 저장소(427)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 통신 인터페이스(423)는 하나 이상의 장치/센서/시스템과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통신 인터페이스(423)는 네트워크를 통해 무선 및/또는 유선 방식으로 데이터를 송신/수신할 수 있다.
하나 이상의 전력 공급 유닛(424)은 로봇 시스템(110)을 위한 전력을 관리하고/하거나 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(424)은 리튬-기반 배터리, 납-산 배터리, 알칼리 배터리, 및/또는 다른 유형의 배터리와 같은 하나 이상의 배터리를 포함한다. 즉, 하나 이상의 전력 공급 유닛(424)은 전원을 제공하고/하거나 전력 관리 기능을 제공하도록 구성된 하나 이상의 장치 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(424)은 교류(AC) 또는 직류(DC) 주 전원에 결합하도록 구성된 주 전력 커넥터를 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(424)은 제어 시스템(150)으로부터 전력을 수신하기 위해 제어 시스템(150)에 결합하도록 구성된 커넥터를 포함한다.
하나 이상의 I/O 컴포넌트/장치(425)는 예컨대 사용자와 인터페이싱하기 위해 입력을 수신하고/하거나 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 터치, 음성, 제스처, 또는 임의의 다른 유형의 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 예컨대 로봇 시스템(110)을 제어/구성하기 위해 장치/시스템의 제어에 관한 입력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 디스플레이는 하나 이상의 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 LED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전자 종이 디스플레이, 및/또는 임의의 다른 유형(들)의 기술을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 디스플레이는 입력을 수신하고/하거나 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 터치스크린을 포함한다. 또한, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 터치 패드, 제어기, 마우스, 키보드, 웨어러블 장치(예컨대, 광학 머리-장착식 디스플레이), 가상 또는 증강 현실 장치(예컨대, 머리-장착식 디스플레이) 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 오디오 신호에 기초하여 소리를 출력하도록 구성된 하나 이상의 스피커 및/또는 소리를 수신하고 오디오 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 마이크를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 콘솔(412)을 포함하거나 콘솔로서 구현된다. 또한, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(425)는 (로봇 아암(112)의 수동 조작/이동을 위한 로봇 아암(112)의 어드미턴스 제어 모드를 인에이블/디스에이블할 수 있는) 로봇 아암(112)의 원위 단부 상의 버튼과 같은, 물리적으로 눌릴 수 있는 하나 이상의 버튼을 포함할 수 있다.
하나 이상의 액추에이터/하드웨어(426)는 로봇 아암(112)의 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 각각의 액추에이터(426)는, 조인트 및/또는 연결된 아암 세그먼트/링크장치의 이동을 용이하게 하기 위해 조인트 또는 로봇 아암(112) 내의 다른 곳에 구현될 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자가 전자 사용자 제어부를 사용함이 없이 로봇 아암(112)을 수동으로 조작할 수 있다. 예를 들어, 수술실에서의 또는 절차 동안의 임의의 지점에서의 설정 동안, 사용자가 로봇 아암(112)의 원위 단부 상의 버튼을 선택하여 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하고, 이어서 로봇 아암(112)을 특정 배향/위치로 수동으로 이동시킬 수 있다.
로봇 시스템(110)의 다양한 컴포넌트는 제어 회로(422)의 일부일 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 소정의 접속 회로/장치/특징부를 사용하여 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 접속 특징부(들)는 로봇 시스템(110)의 다양한 컴포넌트/회로 중 적어도 일부의 장착 및/또는 상호접속을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(110)의 컴포넌트들 중 2개 이상은 서로 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다.
위에서 참조된 바와 같이, 시스템(150, 110)은 본 명세서에 기술된 소정 기능을 수행하도록 구성된 각각의 제어 회로(401, 422)를 포함할 수 있다. 용어 "제어 회로"는 하나 이상의 프로세서, 처리 회로, 처리 모듈/유닛, 칩, 다이(예컨대, 하나 이상의 능동 및/또는 수동 소자 및/또는 접속 회로를 포함하는 반도체 다이), 마이크로프로세서, 마이크로-제어기, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 그래픽 처리 유닛, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 주문형 집적 회로, 프로그램가능 로직 장치, 상태 기계(예컨대, 하드웨어 상태 기계), 로직 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 회로 및/또는 동작 명령어의 하드 코딩에 기초하여 신호(아날로그 및/또는 디지털)를 조작하는 임의의 장치의 임의의 집합을 지칭할 수 있다. 제어 회로는 단일 메모리 장치, 복수의 메모리 장치, 및/또는 장치의 내장 회로로 구현될 수 있는 하나 이상의 저장 장치를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 데이터 저장소는 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 데이터 저장 레지스터, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 제어 회로가 하드웨어 상태 기계(및/또는 소프트웨어 상태 기계로 구현됨), 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 실시예에서, 임의의 연관된 동작 명령어를 저장하는 데이터 저장 장치(들)/레지스터(들)는 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 회로에 내장되거나 회로 외부에 있을 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
제어 회로가 제어 시스템(150)/로봇 시스템(110)의 다른 컴포넌트와는 별개의 컴포넌트로 예시되어 있지만, 제어 시스템(150)/로봇 시스템(110)의 다른 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부가 제어 회로 내에 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 다양한 소자(능동 및/또는 수동), 반도체 재료 및/또는 면적, 층, 영역, 및/또는 그의 부분, 도체, 리드, 비아, 접속부 등을 포함할 수 있고, 여기서 제어 시스템(150)/로봇 시스템(110) 및/또는 그의 부분(들)의 다른 컴포넌트들 중 하나 이상은 그러한 회로 컴포넌트/장치 내에/그에 의해 적어도 부분적으로 형성되고/되거나 구현될 수 있다.
또한, 메모리/데이터 저장소(406/427)는 데이터/명령어를 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장소/메모리(406/427)는 소정 기능/동작을 수행하기 위해 제어 회로에 의해 실행가능한 명령어를 저장할 수 있다. 용어 "메모리"는 임의의 적합한 또는 바람직한 유형의 컴퓨터-판독가능 매체를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체는 임의의 적합한 또는 바람직한 컴퓨터-판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 다른 유형의 데이터를 포함하는, 임의의 기술, 레이아웃, 및/또는 데이터 구조(들)/프로토콜을 사용하여 구현되는 하나 이상의 휘발성 데이터 저장 장치, 비-휘발성 데이터 저장 장치, 제거가능 데이터 저장 장치, 및/또는 제거불가능 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따라 구현될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체는 상변화 메모리, 정적 랜덤-액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤-액세스 메모리(DRAM), 다른 유형의 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 다른 광학 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 컴퓨팅 장치에 의한 액세스를 위해 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 비-일시적 매체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 소정의 상황에서 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체는 일반적으로 변조된 데이터 신호 및 반송파와 같은 통신 매체를 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 매체는 일반적으로 비-일시적 매체를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
일부 경우에, 제어 시스템(150) 및/또는 로봇 시스템(110)은 물체/의료 기구의 배향/위치를 결정/추적하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 위치결정 기법은 의료 기구에 대한 위치/배향 데이터를 생성하기 위해 입력 데이터를 처리할 수 있다. 물체/의료 기구의 위치/배향 데이터는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 물체/의료 기구의 위치/배향을 나타낼 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조, 알려진 물체(예컨대, EM 필드 발생기, 시스템 등), 좌표계/좌표 공간 등에 대한 기준 프레임일 수 있다. 일부 구현예에서, 위치/배향 데이터는 의료 기구의 원위 단부(및/또는 일부 경우에, 근위 단부)의 위치/배향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스코프에 대한 위치/배향 데이터는 스코프의 원위 단부의 롤의 양을 포함하는, 스코프의 원위 단부의 위치 및 배향을 나타낼 수 있다. 물체의 위치 및 배향은 물체의 자세로 지칭될 수 있다.
물체/의료 기구에 대한 위치/배향 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 입력 데이터는 의료 기구와 연관된 센서로부터의 센서 데이터(예컨대, EM 필드 센서 데이터, 의료 기구 상의 이미징 장치/깊이 센서/레이더 장치에 의해 캡처된 비전(vision)/이미지 데이터, 의료 기구 상의 가속도계로부터의 가속도계 데이터, 의료 기구 상의 자이로스코프로부터의 자이로스코프 데이터, 위성-기반 센서(예를 들어, GPS(global positioning system))로부터의 위성-기반 위치확인 데이터 등); 로봇 아암/컴포넌트로부터의 피드백 데이터("운동학 데이터"로도 지칭됨)(예컨대, 로봇 아암/컴포넌트가 이동/작동되는 방법을 나타내는 데이터); 로봇 아암/컴포넌트에 대한 로봇 명령 데이터(예컨대, 로봇 아암(112)/의료 기구의 이동을 제어하기 위해 로봇 시스템(110)/로봇 아암(112)에 송신되는 제어 신호); 형상 감지 섬유로부터의 형상 감지 데이터(이는 의료 기구의 위치/형상에 관한 정보를 제공할 수 있음); 환자의 해부학적 구조에 관한 모델 데이터(예컨대, 환자의 해부학적 구조의 내부/외부 부분의 모델); 환자의 위치 데이터(예컨대, 환자가 테이블 상에 위치되는 방법을 나타내는 데이터); 수술전 데이터 등을 포함할 수 있다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 본 명세서에서 논의되는 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는, 스코프 조립체/시스템(502) 및 기구 공급기 조립체(504)를 포함하는, 의료 시스템 컴포넌트를 예시한다. 스코프 시스템(502) 및/또는 공급기 조립체(504)는 다양한 하드웨어 및 제어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예에서, 스코프 시스템(502)은 본 명세서에서 논의되는 스코프(130) 및/또는 다른 스코프를 대표할/포함할 수 있다. 또한, 기구 공급기 조립체(504)는 본 명세서에서 논의되는 기구 공급기 장치(180) 및/또는 임의의 다른 기구 공급기 장치를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스코프 시스템(502)은 세장형 샤프트(508)에 결합된 손잡이/기구 기부(506)를 포함한다. 손잡이(506)는 로봇으로 조작되도록 로봇 아암에 결합하게 구성될 수 있고/있거나 (일부 경우에) 사용자에 의해 보유되고 수동으로 조작되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 손잡이(506)는 세장형 샤프트(508)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 세장형 샤프트(508)는 강성 또는 가요성 튜브 또는 다른 요소를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 스코프 시스템(502)의 세장형 샤프트(508) 및/또는 다른 컴포넌트는 외부 시스, 카테터, 안내도관, 또는 다른 루멘-유형 장치 내에서 통과되도록 치수설정된다.
도시된 바와 같이, 스코프 시스템(502)은 세장형 샤프트(508)의 원위 단부에 적어도 부분적으로 배치된 하나 이상의 발광체(510)를 포함하여 원위 단부에서 광을 제공할 수 있다. 예에서, 스코프 시스템(502)은 근위에 위치된 광원, 예컨대 발광 다이오드로부터, 세장형 샤프트(508)의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용하도록 구성될 수 있다. 세장형 샤프트(508)의 원위 단부는 해부학적 공간을 조명하도록 광원을 위한 포트를 포함할 수 있고, 이는 이미징 장치(들)/카메라(들)(512)를 사용할 때 유용할 수 있다. 스코프 시스템(502)은 임의의 수의 광원으로 구현될 수 있다.
스코프 시스템(502)은 또한 환자의 내부 해부학적 구조를 표현하는 이미지 데이터와 같은 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 카메라/이미징 장치(들)(512)를 포함할 수 있다. 예에서, 이미징 장치(512)는 광섬유, 섬유 어레이, 및/또는 렌즈를 포함할 수 있다. 이미징 장치(512)의 하나 이상의 광학 컴포넌트는 스코프 시스템(502)의 팁과 함께 이동할 수 있어서, 팁의 이동은 이미징 장치(512)에 의해 캡처되는 이미지에 대한 변화를 생성한다. 이와 같이, 이미징 장치(512)는 세장형 샤프트(508)의 원위 단부로부터 데이터를 캡처할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 스코프 시스템(502)의 원위 단부 및 광학 조립체로/로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다.
스코프 시스템(502)은 또한 기구(들)/도구(들)(516)를 전개하기 위한 그리고/또는 다른 기능을 위한 작업 채널(들)(514)을 포함할 수 있다. 예시적인 기구(516)는 레이저를 제공하도록 구성된 레이저 장치, 물체(예컨대, 신장 결석의 파편)를 포획/회수하도록 구성된 바스켓팅 장치, 물체를 파지/보유하도록 구성된 겸자, 물체를 절단하도록 구성된 메스, 쇄석기, 표적 부위에 관주/흡인을 제공하도록 구성된 관주/흡인 장치 등을 포함한다. 도 5의 예에서, 바스켓팅 장치가 작업 채널(들)(514)을 통해 전개된다. 작업 채널(들)(514)은 근위 단부로부터 원위 단부까지 스코프 시스템(502)을 통해 길이방향으로 연장될 수 있다. 예에서, 작업 채널(들)(514)은, 도 5에 예시된 것과 같이, 세장형 샤프트(508)의 일 측부로 오프셋된다(예컨대, 길이방향 축으로부터 오프셋됨). 다른 예에서, 작업 채널(들)(514)은 스코프 시스템(502)의 중심에 또는 다른 위치에 위치된다. 이미징 장치(들)(512)가 스코프 시스템(502)의 원위 단부에 부착된 것으로 도시되어 있지만(예를 들어, 스코프 시스템(502)과 일체), 일부 경우에 이미징 장치(들)(512)는 작업 채널(들)(514)을 통해 전개되는 별개의 장치이다. 또한, 단일 작업 채널(514)이 도시되어 있지만, 임의의 수의 작업 채널이 구현될 수 있다.
일부 경우에, 스코프 시스템(502)은 전력 인터페이스(518)를 통해 전력을 공급받고/받거나 제어 인터페이스(520)를 통해 제어될 수 있고, 이들 각각 또는 둘 모두는 로봇 시스템(110)의 로봇 아암/컴포넌트와 인터페이싱할 수 있다.
일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 센서 데이터를 생성하고/하거나 그것을 다른 장치에 송신하도록 구성된 센서(들)(522)(때때로 "위치 센서"로 지칭됨)를 포함한다. 센서 데이터는 스코프 시스템(502)(예컨대, 그의 원위 단부)의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있고/있거나 스코프 시스템(502)의 위치/배향을 결정/추정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(522)는 센서 데이터를 제어 시스템에 제공할 수 있고, 이는 이어서 스코프 시스템(502)의 위치 및/또는 배향을 결정하는 데 사용된다. 센서(522)는 스코프 시스템(502)의 원위 단부 및/또는 다른 위치 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(522)는 전도성 재료의 코일, 또는 안테나의 다른 형태/실시예를 가진 전자기(EM) 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 스코프 시스템(502)은 형상 감지 섬유, 가속도계(들), 자이로스코프(들), 위성-기반 위치확인 센서(들)(예컨대, GPS(global positioning system) 센서), 무선-주파수 송수신기(들) 등과 같은 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다.
스코프 시스템(502)은 예컨대 스코프의 적어도 원위 부분과 관련하여 관절운동가능할 수 있고, 따라서 스코프 시스템(502)은 인간 해부학적 구조 내에서 조향될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 예를 들어, XYZ 좌표 이동뿐만 아니라 피치(pitch) 및 요(yaw)를 포함하는 5 자유도(DOF)로 관절운동되도록 구성된다. 또한, 일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 XYZ 좌표 이동뿐만 아니라 피치, 요, 및 롤을 포함하는 6 DOF로 관절운동가능하다. 다른 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 다른 DOF로 관절운동가능하다. 스코프 시스템(502)에 위치 센서가 장착된 실시예에서, 위치 센서는 위치 정보, 예컨대 5-DOF 위치 정보(예컨대, x, y, 및 z 좌표 및 피치 및 요 각도), 6-DOF 위치 정보(예컨대, x, y, 및 z 좌표 및 피치, 요, 및 롤 각도) 등을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 삽통 부품, 예컨대 내부 리더 부분 및 외부 시스 부분을 포함할 수 있고, 이는 스코프 시스템(502)을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다.
스코프 시스템(502)은 스코프 시스템(502)의 원위 단부와 같은, 세장형 샤프트(508)의 이동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 세장형 이동 부재(예시되지 않음)를 포함할 수 있다. 세장형 이동 부재는 하나 이상의 와이어(예컨대, 당김 또는 밀어냄 와이어), 케이블, 섬유, 및/또는 가요성 샤프트를 포함할 수 있다. 당김 와이어는 임의의 적합한 또는 바람직한 재료, 예컨대 스테인리스 강, 케블라, 텅스텐, 탄소 섬유 등과 같은 금속 및 비-금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 시스템(502)은 세장형 이동 부재에 의해 인가되는 힘에 응답하여 비선형 거동을 나타내도록 구성된다. 비선형 거동은 스코프 시스템(502)의 강직성 및/또는 압축성뿐만 아니라, 상이한 세장형 이동 부재들 사이의 슬랙 또는 강직성의 변동에 기초할 수 있다. 로봇 구현예의 경우, 로봇 아암이 세장형 샤프트(508)의 팁을 편향시키기 위해 스코프 시스템(502)에 결합된 하나 이상의 당김 와이어를 작동시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 사용자 핸드-헬드 구현예의 경우, 사용자가 세장형 샤프트(508)의 팁을 편향시키기 위해 스코프 시스템(502)의 하나 이상의 당김 와이어를 작동시키도록 액추에이터를 통해 수동 입력을 제공할 수 있다.
도 5는 기구 공급기 장치(530)(때때로 "기구 공급기(530)"로 지칭됨) 및 기구 공급기 장치(530)에 물리적으로 결합될 수 있는 접근 시스 조립체(560)를 포함하는 기구 공급기 조립체(504)를 추가로 예시한다.
기구 공급기 장치(530)는 스코프(130) 등과 같은 샤프트-유형 기구의 적어도 일부분과 맞물리고 그리고/또는 그것을 제어하도록 구성된 맞물림 조립체(532)를 포함할 수 있다. 맞물림 조립체(532)는 샤프트-유형 기구의 적어도 일부분의 그 내부의 배치를 위해 치수설정되고/되거나 구성된 채널(534)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스코프 등을, 기구 공급기 장치(530)가 그러한 기구를 축방향으로 구동하도록 허용하기 위해 배치할 때, 기구는 채널(534) 내에 적어도 부분적으로 네스팅될(nested) 수 있다. 맞물림 조립체(532)는 또한 채널(534) 내에서 기구를 유지하기 위한 유지 특징부(들)(536)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지 특징부(들)(536)는 채널(534)이 선택적으로 개방되거나 폐쇄되도록 허용하는 로봇-작동식 커버를 포함할 수 있다. 또한, 맞물림 조립체(532)는 샤프트/기구를, 예컨대 채널(534)에 로딩될 때, 축방향으로 이동시키기 위한 액추에이터 수단/메커니즘(들)(538)을 포함할 수 있다. 다양한 컴포넌트가 맞물림 조립체(532) 내에 포함되는 것으로 예시되어 있지만, 맞물림 조립체(532)는 더 적거나 더 많은 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 경우에 기구 공급기 장치(530)에는 기구 공급기 장치(530)의 상태를 검출하기 위한 센서와 같은 센서(들)가 없는 반면, 다른 경우에 기구 공급기 장치(530)는 그러한 센서(들)를 포함한다.
액추에이터(538)는 샤프트-유형 기구가 기구의 축과 관련하여 이동되도록 그와 맞물림 상태로 배치되게 하도록 구성될 수 있다. 예에서, 액추에이터(들)(538)는 하나 이상의 샤프트-맞물림 휠/롤러, 컨베이어 벨트, 기어, 트랙, 손가락-유사/니들 특징부, 또는 다른 액추에이터(들)를 포함한다. 액추에이터(들)(538)는 하나 이상의 구동 입력부(540)와의 맞물림을 통해 제어될 수 있고, 이는 액추에이터 수단/메커니즘(538)을 작동시키는 기구 공급기 장치(530)의 기계적 컴포넌트와의 물리적 맞물림을 허용할 수 있고/있거나 액추에이터 수단/메커니즘(538)을 직접 작동시킬 수 있다. 하나의 예시에서, 액추에이터(들)(538)는 하나 이상의 공급 롤러(feed roller)를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "공급 롤러"는 그와 맞물린 샤프트의 축방향 이동을 달성하도록 구성된 임의의 수의 롤러(들)/휠(들)을 포함할 수 있다. "공급 롤러"는 직접적으로 또는 간접적으로 롤러(들)/휠(들)의 이동을 유발하는 기구 공급기 장치(530)와 연관된 입력 또는 출력 구동부를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 롤러(538)는 롤러(538)와 세장형 샤프트(508) 사이의 파지, 마찰, 견인, 및/또는 압력을 제공하는 변형가능 재료를 포함하거나 구비할 수 있다. 변형가능 재료는 실리콘 고무 또는 다른 재료를 포함할 수 있다.
기구 공급기 장치(530)는 접근 시스 조립체(560)의 적어도 일부분을 제위치에 고정하거나 유지하도록 구성될 수 있는 시스 결합 부재/클립(542)을 추가로 포함한다. 예를 들어, 시스 클립(542)은 도시된 바와 같이 접근 시스 조립체(560)의 깔때기 포트 구조물(562)의 적어도 일부분 상에 또는 그 위에 클램핑하도록 구성될 수 있다. 클립(542)은 하나 이상의 클립 지지 아암(544)에 의해 지지될 수 있다. 시스 클립(542)은 기구 공급기 장치(530)의 원위 단부에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 공급기 조립체(504)는 시료 수집기 구조물(546)을 포함하거나 그와 연관되고, 이는 기구 공급기 조립체(504)의 하나 이상의 컴포넌트에 적어도 부분적으로 고정될 수 있다. 시료 수집기(546)는, 예컨대 기구 샤프트를 통해 전개된 바스켓팅 도구를 사용함으로써, 접근 시스 조립체(560)를 통해 후퇴된 신장 결석 또는 다른 시료 또는 잔해물의 그 내부의 배치 또는 낙하를 허용하도록 구성된 컵형 또는 다른 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시료 수집기(546)는 채널(534)의 원위 개구와 깔때기 포트 구조물(562) 사이에 배치되고, 여기서 결석/시료가 시료 수집기(546) 내에 낙하되거나 배치될 수 있도록 기구(예컨대, 바스켓팅 장치)가 시료 수집기 위의 위치로 후퇴될 수 있다.
도시된 바와 같이, 접근 시스 조립체(560)는 접근 시스 튜브 또는 도관(564)을 포함할 수 있고, 이는 그의 근위 단부에서 깔때기 포트 구조물(562)에 물리적으로 결합될 수 있다. 깔때기 포트 구조물(562)은 접근 시스(564) 내로의 적어도 부분적으로 원추형인 안내도관 개구를 제공할 수 있고, 여기서 포트(562)의 근위 개구가 접근 시스(564)의 단면적 또는 직경보다 큰 면적 또는 직경을 갖는다. 일부 실시예에서, 접근 시스(564)는 기구 공급기 장치(530)에 도킹되지 않고, 오히려 로봇 아암, 스탠드, 또는 다른 구조물에 결합된다. 접근 시스(564)는 세장형 샤프트(508)가 그것을 통해 삽입될 수 있는 튜브 또는 다른 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스(564)는 해부학적 내강 내로 삽입되도록 구성된 세장형 및 가요성 접근 시스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스가 사용되지 않고, 스코프 조립체(502)의 세장형 샤프트(508)는 (예를 들어, 자연 환자 구멍 또는 다른 수술 접근 포트 또는 절개부를 통해) 환자 내로 직접 삽입될 수 있다. 본 명세서에 기술된 소정 예가 포트/안내도관 구조물 및 시스 컴포넌트를 포함하는 접근 시스 조립체를 언급하지만, 본 개시의 실시예는 통합된 포트 및 시스 컴포넌트를 갖는 접근 시스를 구현할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, "접근 시스" 또는 간단히 "시스"에 대한 본 명세서의 언급은 접근 시스/조립체의 시스 부분, 포트 부분, 또는 둘 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 접근 시스 조립체는 별개의 컴포넌트의 조립체보다는 일체형 장치, 형태, 또는 구조물일 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치(530)의 예시적인 상세 사항을 예시한다. 특히, 도 6a는 기구 공급기 장치(530)의 사시도를 예시하고, 도 6b는 기구 공급기 장치(530)의 다양한 특징부를 보여주기 위해 하우징의 일부분이 제거된 기구 공급기 장치(530)를 예시하며, 도 6c는 하우징의 그러한 부분 및 유지 특징부(들)(536)가 제거된 기구 공급기 장치(530)를 예시하고, 도 6d 내지 도 6g는 롤러(538)의 이동을 용이하게 하도록 구현될 수 있는 예시적인 특징부/기어를 예시한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 기구 공급기 장치(530)는 기구 공급기 장치(530)의 다양한 내부 컴포넌트를 (부분적으로 또는 전체적으로) 둘러싸도록/에워싸도록 구성된 하우징(602)을 포함할 수 있다. 하우징(602)은 상부 부분(604) 및 하부 부분(606)을 포함할 수 있고, 여기서 하부 부분(606)은 로봇 아암, 멸균 어댑터, 및/또는 다른 특징부/컴포넌트에 부착하도록 구성될 수 있다. 상부 부분(604)은, 그 내부에 형성되고 기구 샤프트를 수용하도록 구성된 채널(534)을 포함할 수 있다. 그러한 구성은 기구 샤프트가 상부로부터 그리고/또는 측방향으로 기구 공급기 장치(530) 내로 로딩되도록 허용할 수 있다. 채널(534)은 기구 샤프트를 수용하도록 치수설정될 수 있어서, 채널(534)은 일반적으로 기구 샤프트의 외경보다 큰 폭을 갖는다. C-형상의 클립 지지 아암(544)은 하우징(602)의 일부이거나 별개의 컴포넌트일 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 공급기 장치(504)는 기구 샤프트를 채널(534) 내에 고정하도록 구성된 하나 이상의 클립/유지 특징부(608)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 클립(608(A))이 채널(534)의 근위 단부에 위치될 수 있고, 제2 클립(608(B))이 채널(534)의 원위 단부에 위치될 수 있다. 클립은 채널(534)을 통한 샤프트의 축방향 운동을 실질적으로 제한함이 없이 기구 샤프트를 고정하도록 구성될 수 있다. 클립(608)의 유지 부분의 내경이 일반적으로 기구 샤프트의 외경보다 클 수 있다. 일부 경우에, 클립(608)은, 예컨대 클립(608)의 진입 부분을 통해 스냅체결함으로써, 기구 샤프트가 채널(534) 내로 적절하게 로딩되었음을 사용자에게 나타내는 촉각 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 기구 샤프트는 기구 샤프트가 액추에이터와 접촉하는 지점을 중심으로 일정량의 피봇팅(pivoting)/틸팅 운동을 나타낼 수 있는데, 이는 접촉 지점이 비교적 작을 수 있기 때문이다. 이와 같이, 기구 공급기 장치(504)의 채널(534), 클립(608), 및/또는 다른 특징부는 기구 샤프트를 기구 공급기 장치(530) 내에서 적절한 배향으로 유지하는 것을 보조할 수 있다. 일부 경우에, 채널(534)은 기구 샤프트의 오정렬을 제한/방지하기에 충분한 길이를 가질 수 있다.
예시된 예에서, 채널(534)은 채널(534)의 근위 단부에 위치될 수 있는 벌어진 또는 테이퍼진 부분(610)을 포함한다. 일부 경우에, (비교적 가요성일 수 있는) 기구 샤프트는 기구 공급기 장치(530)와 기구 샤프트와 연관된 기구 기부/손잡이에 결합되어 위치된 추가 로봇 아암 사이에 서비스 루프(service loop) 또는 다른 과잉 슬랙을 형성할 수 있다. 테이퍼진 부분(610)은 기구 샤프트에서의 급격한 굽힘을 회피하면서, 비스듬히 그리고/또는 서비스 루프를 갖고서 기구 공급기 장치(530) 내로의 기구 샤프트의 공급을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 테이퍼진 부분(610)은 세장형 샤프트가 다양한 각도에서 채널(534)의 근위 단부 내로 공급되는 공간을 제공할 수 있는 한편, 테이퍼진 부분(610)의 측벽은 기구 샤프트가 기구 공급기 장치(530)에 진입하는 영역에서 기구 샤프트를 위한 확대된 굽힘 반경 또는 매끄럽게 된 진입 지점을 제공할 수 있다. 테이퍼진 부분(610)은 또한 기구 공급기 장치(530)와 기구 샤프트와 연관된 기구 기부/손잡이 사이의 일정 정도의 오정렬을 수용할 수 있다. 또한, 테이퍼진 부분(610)은 세장형 샤프트가 축방향으로 구동됨에 따라 기구 공급기 장치(530)를 통해 샤프트를 공급하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 기구 공급기 장치(530)는 기구 샤프트의 축방향 운동을 구동하도록 구성된 액추에이터(538)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 액추에이터(538)는 공급 롤러로서 구현되지만; 다른 유형의 액추에이터가 구현될 수 있다. 롤러(538)는 채널(534)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치될 수 있어서, 기구 샤프트가 기구 공급기 장치(530) 내로 로딩될 때 롤러(538)는 기구 샤프트의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치된다. 이와 같이, 롤러(538)는 대향하는 롤러들로 지칭될 수 있다. 롤러는 일반적으로 맞물린 상태와 연관되는 제1 위치, 일반적으로 맞물림해제된 상태와 연관되는 제2 위치, 및/또는 다른 위치 사이에서 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 위치에서, 롤러(538)는 기구 샤프트의 서로 반대편에 있는/맞은편에 있는 측부들 상으로 그리고/또는 서로 가압하거나 달리 맞물릴 수 있다. 예에서, 롤러(538)가 제1 위치에 위치될 때, 롤러(538)는 기구 샤프트의 삽입/후퇴를 구동하도록 회전될 수 있다. 또한, 예에서, 롤러(538)가 제2 위치에 위치될 때, 롤러(538)는 기구 샤프트 및/또는 채널(534)로부터 이격될 수 있다. 제2 위치는 기구 샤프트를 로딩하는 것, 샤프트를 롤링시키는 것 등과 연관될 수 있다. 맞물림 조립체(532)의 롤러(538) 및/또는 다른 특징부의 예시적인 상태/위치는 아래에서 더 상세히 논의된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 기구 공급기 장치(530)는 유지 특징부(들)(536)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 유지 특징부(536)는 커버로서 구현되지만; 다른 유지 특징부가 구현될 수 있다. 여기서, 커버(536)는 롤러(538(A))와 같은, 기구 공급기 장치의 하나 이상의 다른 특징부에 결합/기계적으로 링크된다. 예에서, 롤러(538(A))가 다양한 위치들/상태들(예컨대, 맞물린 또는 맞물림해제된 상태) 사이에서 이동함에 따라, 커버(536)는 자동으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 도시된 바와 같이, 커버(536)는 롤러(538(A)) 위에 위치된 플레이트를 포함할 수 있다. 커버(536)는 롤러(538(A))로부터 연장될 수 있는 캠/샤프트(618)를 수용/그와 맞물리기 위한 슬롯(616) 또는 다른 개구를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 롤러(538(A))가 이동함에 따라, 캠(618)은 슬롯(616)과 맞물려 커버(536)의 대응하는 이동, 예컨대 롤러(538(A))의 이동과 함께 커버(536)의 개방/폐쇄를 유발한다. 다양한 예가 유지 특징부(536)가 커버로서 구현되는 상황에서 논의되지만, 다른 특징부가 구현될 수 있다. 예를 들어, 클립(608)은 채널(534)의 개방 또는 폐쇄를 용이하게 하기 위해 일부 경우에 선택적으로 개방되거나 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예가 활주 또는 병진 커버를 개방/폐쇄하기 위해 캠 메커니즘을 이용하지만, 다른 메커니즘이 구동 입력부와 커버(536) 사이의 동작 결합을 형성하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 커버(536)는 피봇팅 커버일 수 있거나, 다른 이동으로 개방되거나 폐쇄되도록 작동될 수 있다.
일부 실시예에서, 커버(536)의 위치가 (예시된 예에서와 같이) 롤러(538)의 위치에 기계적으로 링크되는 경우, 커버(536)는 롤러(538)가 먼저 기구 샤프트로부터 맞물림해제될 때에도 그것이 채널(534)을 계속 폐쇄하기에 충분히 길 수 있다. 이어서, 롤러(538)가 샤프트로부터 멀어지게 계속 이동함에 따라, 커버(536)는 계속 이동하여, 채널(534)을 노출시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 커버(536)의 위치는 상이한 방법에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 커버(536)는 롤러(538(A))에 기계적으로 결합될 필요가 없다. 일부 경우에, 커버(536)는 독립적으로 제어되고/되거나 롤러(538(A))에 기계적으로 링크되지 않고, 이 경우 커버(536)의 완전 개방, 폐쇄, 또는 임의의 다른 중간 위치는 다른 구동 입력부에 의해 그리고/또는 다른 방식으로 제어될 수 있다. 즉, 일부 경우에, 커버(536)는 그 자신의 구동 입력부에 결합된다.
기구 공급기 장치(530)는 롤러(538)에 힘을 인가하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 스프링(612)을 추가로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 스프링(612)은 롤러(538)를 특정 위치, 예컨대 롤러(538)가 맞물린(예컨대, 폐쇄된/맞물린 상태) 제1 위치를 향해 편향시킬 수 있다. 여기서, 롤러(538)를, 롤러(538)가 맞물림해제된 제2 위치로 이동시키기 위해, 구동 출력부가 스프링(612)의 힘을 극복하기 위한 힘을 제공/인가할 수 있다. 예에서, 롤러(538)를 맞물린 위치를 향해 편향시키는 것에 더하여, 스프링(612)은 또한 롤러(538)가 기구 샤프트와 맞물리게 하기 위한 압력 또는 마찰력을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스프링력은 롤러(538)가 규정된 부하에서 기구 샤프트 상에서 미끄러지기 시작하도록 선택될 수 있다. 이러한 구동/스프링력을 조정함으로써, 시스템은 환자에게 허용가능하거나 안전한 것으로 간주되거나 한정되는 인가된 힘의 수준을 유지할 수 있다. 스프링(612)이 롤러(538)를, 롤러가 맞물리는 제1 위치를 향해 편향시키는 상황에서 다양한 예가 논의되지만, 스프링(612)은 롤러(538)를, 롤러(538)가 맞물림해제되는 제2 위치를 향해 편향시키도록 그리고/또는 롤러(538)를 다른 위치로 편향시키도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 하나 이상의 스프링(612)은 맞물림 조립체(532)의 일부이다.
예에서, 하나 이상의 스프링(612)은 토션 스프링과 같은 기계적 스프링을 포함한다. 그러나, 코일 스프링 또는 다른 유형의 스프링과 같은, 다른 유형의 스프링이 구현될 수 있다. 기계적 스프링의 경우에, 스프링(612)의 힘은 스프링(612)의 크기 및/또는 스프링(612)이 제조되는 재료를 조절함으로써 (전술된 안전성 특징을 제공하도록) 조절될 수 있다. 추가적으로, 기구 공급기 장치(530)의 다양한 다른 파라미터가 고려될 수 있다. 예를 들어, 롤러(538)의 접촉 영역의 재료는 기구 샤프트와 롤러(538) 사이에 상이한 마찰 계수를 제공하거나 상향시키도록 조절될 수 있다. 유사하게, 기구 샤프트의 마찰 계수가 조절될 수 있다. 이러한 파라미터들 중 하나 이상은 롤러(538)가 기구 샤프트에 대해 미끄러져 샤프트가 환자의 해부학적 구조에 너무 많은 힘을 부여하는 것을 감소시키거나 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링(612)은 생략될 수 있고, 기구 공급기 장치(530)는 기구 샤프트에 대해 힘을 인가하도록 구동 샤프트 또는 구동 출력부의 동작을 통해 제어되는 가상 스프링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스프링(612)을 포함하는 대신에 또는 그에 더하여, 구동 입력부(540)는 기계적 스프링의 기능과 유사한 기능을 제공하는 방식으로 동작되어, 기구 샤프트에 대해 파지할 수 있는 가상 스프링을 제공할 수 있다.
예에서, 롤러(538)는 롤러(538)의 회전을 용이하게 하도록 구동 샤프트(614)에 결합된다. 예를 들어, 구동 샤프트(614)는 롤러(538)의 회전을 제어하기 위해 로봇 아암의 구동 출력부로부터 입력을 수신하기 위해 기구 공급기 장치(530)의 구동 입력부(540)에 결합될 수 있다. 구동 샤프트(614)는 롤러(538)에서 대응하는 회전을 제공하도록 회전될 수 있다. 하나의 예시에서, (도 7에 예시된 바와 같이) 구동 샤프트(614(A))는 구동 입력부(540(A))에 결합될 수 있고/있거나 구동 샤프트(614(B))는 구동 입력부(540(B))에 결합될 수 있다. 예에서, 롤러들(538) 각각은 독립적으로 구동될 수 있다. 롤러(538)는 직접 연결을 통해 그리고/또는 기어 조립체, 벨트 구동 시스템, 및/또는 다른 수단/메커니즘을 통해 구동 입력부(540) 및/또는 구동 샤프트(614)에 연결될 수 있다. 이러한 예에서 2개의 롤러(538) 및 2개의 구동 샤프트(614)가 예시되어 있지만, 임의의 수의 롤러 및/또는 구동 샤프트가 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 롤러를 구동하기 위해 단일 구동 샤프트가 구현될 수 있다.
예에서, 롤러(538)는 롤러(538)가 상관된 방식으로 서로 더 가깝게 또는 서로로부터 더 멀어지게 이동하도록 협력적 관계로 동작한다. 예를 들어, 아래의 도 6d 내지 도 6g의 예에서 논의되는 바와 같이, 롤러들(538) 각각은 캐리어/지지 플레이트에 결합될 수 있고, 여기서 2개의 캐리어 플레이트는 함께 기어링되거나(geared) 달리 결합되어, 하나의 캐리어 플레이트의 회전이 다른 캐리어 플레이트의 반대 및 대응하는 회전을 유발한다. 이러한 방식으로, 둘 모두의 캐리어 플레이트의 회전은 (도 7 및 다른 곳에 예시된 바와 같이) 구동 입력부(540(C))와 같은, 단일 개방/폐쇄 구동 입력부에 의해 구동될 수 있다. 이와 같이, 일부 경우에, 단일 구동 입력부가 기구 공급기 장치(530)의 맞물림 조립체(532)를 제어할 수 있다.
도 6d는 롤러(538)의 이동을 용이하게 하도록 기구 공급기 장치(530) 내에 구현될 수 있는 예시적인 액추에이터/롤러 조립체(620)의 사시도를 예시한다. 이는 많은 예시적인 구현예들 중 하나를 보여준다. 예시된 예에서, 롤러 조립체(620)는 우측 및 좌측 조립체를 포함한다. 우측 및 좌측 조립체들 각각은 캐리어 플레이트(622)를 포함할 수 있다. 용어 플레이트는 일반적으로 지지 구조물을 지칭할 수 있고, 캐리어 플레이트(622)는 반드시 평평하거나 평면형인 것으로 고려될 필요가 없다. 오히려, 캐리어 플레이트(622)는 롤러 조립체(620)의 다양한 컴포넌트를 지지하도록 구성된 다양한 형상 및/또는 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 캐리어 플레이트(622)는 또한 링크장치 또는 다른 지지 구조물로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 캐리어 플레이트(622)는 롤러 조립체(620)의 다양한 다른 특징부 또는 구조물을 지지하거나 그에 연결된다. 예를 들어, 각각의 캐리어 플레이트(622)는 롤러들(538) 중 하나 및 롤러 구동 샤프트들(614) 중 하나를 지지하거나 그에 연결될 수 있다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 각각의 롤러(538)는 롤러 축(626)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 각각의 롤러 구동 샤프트(614)는 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 롤러 축(626)과 구동 입력부 축(628)은 동축일 필요가 없다. 일부 예에서, 롤러 축(626)과 구동 입력부 축(628)은 (예를 들어, 예시된 바와 같이) 평행하다. 캐리어 플레이트(622)는 또한 롤러 구동 입력부(540(A), 540(B))의 회전이 롤러(538)의 회전을 유발할 수 있도록 롤러 구동 샤프트(614)를 롤러(538)에 연결하는, 도 6e 및 도 6f를 참조하여 후술될 바와 같은 기어 조립체(630)를 지지하거나 그에 연결될 수 있다.
예시된 예에서, 캐리어 플레이트(622)는 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 구동 입력부 축(628)을 중심으로 한 캐리어 플레이트(622)의 회전은 다양한 위치들 사이에서 롤러(538)를 이동시킬 수 있다. 도 6g에 도시된 바와 같이, 기구 공급기 장치(530)는 롤러(538)가 다양한 위치들 사이에서 이동하게 하도록 구성되는 구동 입력부(540(C))("개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))"로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))는 도 6d에 도시된 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)에 연결될 수 있다. 개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))의 회전은 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)의 회전을 유발할 수 있다. 개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))와 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)는 개방/폐쇄 구동 축(634)을 중심으로 회전할 수 있다. 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)는 축외 돌출부(636)에 추가로 연결될 수 있다. 따라서, 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)가 회전함에 따라, 축외 돌출부(636)는 또한 개방/폐쇄 구동 축(634)을 중심으로 회전한다. 그러나, 축외 돌출부(636)는 개방/폐쇄 축(634)에 대해 대칭이 아닐 수 있다. 따라서, 축외 돌출부(636)는 개방/폐쇄 축(634)을 중심으로 호형(arc)으로 이동할 수 있는 편심 부재를 제공할 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 캐리어 플레이트(622)는 포켓/공동(638)을 각각 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 축외 돌출부(636)는 캐리어 플레이트들(622) 중 하나의 포켓(638) 내에 적어도 부분적으로 위치된다. 축외 돌출부(636)가 개방/폐쇄 축(634)을 중심으로 회전함에 따라, 축외 돌출부(636)는 포켓(638)의 벽과 접촉할 수 있고, 이는 캐리어 플레이트(622)가 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전하게 할 수 있다. 축외 돌출부(636)는 또한 그것이 포켓(638)의 벽과 접촉하지 않는 위치로 회전될 수 있다. 이러한 위치에서, 축외 돌출부(636)가 포켓(638)과 접촉하지 않으면, 의료 기구의 샤프트 상에 롤러(538)에 의해 인가되는 힘은, 원하는 힘을 제공하도록 조정될 수 있는 스프링(612)에 의해 전체적으로 결정될 수 있다. 이러한 위치에서, 캐리어 플레이트(622)는 롤러(538)가 특정 위치(예컨대, 폐쇄된 위치)에 있는 위치로 회전하도록 스프링(612)에 의해 편향될 수 있다. 축외 돌출부(636)를, 그것이 포켓(638)의 측벽과 접촉하고 그에 대해 가압하도록 회전시키는 것은 캐리어 플레이트(622)가 회전하여, 스프링(612)의 스프링력을 극복하게 할 수 있다. 일부 예에서, 축외 돌출부(636)는 개방/폐쇄 구동 축(634)과 동축이 아닌 축을 중심으로 회전하도록 구성된 롤러를 포함한다. 그러한 롤러는 축외 돌출부(636)와 포켓(638) 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다.
도 6d의 예에서, 롤러 조립체(620)는 하나의 개방/폐쇄 구동 샤프트(632) 및 하나의 축외 돌출부(636)를 포함한다. 이러한 예와 같은(그리고 도 6e 내지 도 6g에서 보이는 바와 같은) 일부 경우에, 2개의 캐리어 플레이트(622)는 함께 기어링될 수 있어서, 하나의 캐리어 플레이트(622)의 회전이 다른 캐리어 플레이트(622)의 반대 및 대응하는 회전을 유발한다. 이러한 방식으로, 둘 모두의 캐리어 플레이트(622)의 회전은 단일 개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))에 의해 구동될 수 있다. 이는 또한 롤러(538)가 기구 공급기 장치(530)의 채널(534) 주위에 대칭으로 위치되도록 허용할 수 있다. 예시된 예에서, 하나의 축외 돌출부(636)가 포함되지만, 둘 모두의 캐리어 플레이트(622)는 포켓(638)을 포함할 수 있고, 포켓들(638) 중 하나는 비어 있을 수 있다. 빈 포켓의 포함은 동일하거나 유사한 주형이 각각의 캐리어 플레이트(622)를 위해 사용될 수 있으므로 제조를 용이하게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 개방 폐쇄 축외 돌출부 또는 다른 구동 부재가 다른 캐리어 플레이트를 독립적으로 회전시키는 데 사용될 수 있고, 이 경우 2개의 캐리어 플레이트는 함께 기어링될 필요가 없다. 또한, 캐리어 플레이트들(622) 중 하나는 포켓을 포함하지 않을 수 있다.
도 6e 및 도 6f는, 그의 예시적인 기어 조립체(630)를 예시하기 위해 롤러(538) 및 캐리어 플레이트(622)의 일부분이 제거된 롤러 조립체(620)의 등각도 및 평면도를 예시한다. 기어 조립체(630)는 구동 입력부(540(A), 540(B))와 롤러(538) 사이에서 회전 운동을 전달할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기어 조립체(630)는 (각각의 캐리어 플레이트(622)에 대해) 제1 기어(640)(예컨대, 선 기어(sun gear)) 및 제2 기어(642)(예컨대, 오비탈 기어(orbital gear))를 포함할 수 있다. 예시된 예에서, 각각의 제1 기어(640)는 롤러 구동 샤프트(614)/롤러 구동 입력부(540(A), 540(B))의 회전이 제1 기어(640)의 회전을 유발하도록 롤러 구동 샤프트(614)/롤러 구동 입력부(540(A), 540(B))에 연결될 수 있다. 제1 기어(640)는 제1 기어(640)가 캐리어 플레이트(622)에 대해 회전할 수 있도록 캐리어 플레이트(622) 상에 장착될 수 있다. 각각의 제1 기어(640)는 (도 6d에 도시된) 각각의 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전할 수 있다.
각각의 제1 기어(640)는 제1 기어(640)의 회전이 제2 기어(642)의 회전을 유발하도록 연관된 제2 기어(642)와 맞물릴 수 있다. 제2 기어(642)는 제2 기어(642)가 캐리어 플레이트(622)에 대해 회전할 수 있도록 캐리어 플레이트(622) 상에 장착될 수 있다. 제2 기어(642)는 (도 6d에 도시된) 각각의 롤러 축(626)을 중심으로 회전할 수 있다. 제2 기어(642)는 또한 제2 기어(642)의 회전이 롤러(538)의 회전을 유발하도록 롤러(538)에 부착될 수 있다(또는 달리 그것과 맞물림). 따라서, 롤러 구동 입력부(540(A), 540(B))의 회전은 제1 기어(640)와 제2 기어(642)에 의한 전달을 통해 롤러(538)의 회전을 유발할 수 있다.
전술된 바와 같이, 캐리어 플레이트(622)는 다양한 위치들(예컨대, 폐쇄된 위치 및 개방된 위치) 사이에서 롤러(538)를 이동시키기 위해 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전할 수 있다. 예시된 예에서, 제2 기어(642)는 구동 입력부 축(628)으로부터 이격된 위치에서 캐리어 플레이트(622) 상에 장착되고, 따라서 구동 입력부 축(628)을 중심으로 (캐리어 플레이트(622)와 함께) 회전한다. 제2/오비탈 기어(642)가 구동 입력부 축(628)을 중심으로 캐리어 플레이트(622)와 함께 회전함에 따라, 그것은 또한 제1/선 기어(640)를 중심으로 회전한다.
제1/선 기어(640)를 중심으로 회전하는 제2/오비탈 기어(642)의 이러한 배열은 도 6f의 평면도에서 보일 수 있다. 도시된 바와 같이, 축외 돌출부(636)는 그것이 캐리어 플레이트(622)의 포켓(638)과 접촉하여 도 6f에서 화살표에 의해 표시된 방향으로 캐리어 플레이트(622)의 회전을 구동하도록 회전될 수 있다. 특히, 도면에 도시된 배향에 대해, 캐리어 플레이트(622)의 저부는 내향으로, 페이지의 중심을 향해 회전될 수 있고, 캐리어 플레이트(622)의 상부는 외향으로, 페이지의 외부 에지를 향해 회전될 수 있다. 플레이트들(622) 사이의 기어링(644)은 다른 플레이트(622)가 이동/회전함에 따라 하나의 캐리어 플레이트(622)의 대응하는 및 반대 회전을 유발할 수 있다. 캐리어 플레이트들(622) 각각은 대응하는 구동 입력부 축(628)을 중심으로 회전할 수 있다. 캐리어 플레이트(622)가 회전됨에 따라, 제2/오비탈 기어(642)는 외향으로 구동되어, 선 기어(640)를 중심으로 회전한다. 이러한 배열은 롤러(538)(도 6f에 도시되지 않지만, 제2/오비탈 기어(642)에 연결됨)가 캐리어 플레이트(622)의 회전 위치에 관계없이 구동되도록 허용할 수 있다. 이는 예를 들어 상이한 직경을 갖는 기구의 샤프트를 수용할 수 있다.
도 6g는 예에 따른, 롤러 조립체(620)의 롤러 구동 입력부(540(A), 540(B))와 개방/폐쇄 구동 입력부(540(C))의 관계를 예시한 롤러 조립체(620)의 저면도를 예시한다.
도 6d 내지 도 6g는 기구 공급기 장치(530) 내에 구현될 수 있는 하나의 예시적인 액추에이터/롤러 조립체(620)를 예시한다. 다양한 특징부가 특정 배열로 도시되지만, 특징부는 다른 방식으로 구현될 수 있고/있거나 다른 특징부가 롤러(538)의 이동을 용이하게 하도록 구현될 수 있다.
기구 공급기 조립체의 예시적인 특징부는, 그의 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 2020년 8월 14일자로 출원되고 발명의 명칭이 "로봇 의료 시스템을 위한 축방향 운동 구동 장치, 시스템, 및 방법(Axial Motion Drive Devices, System, and Methods for a Robotic Medical System)"인 출원 제16/994,504호에 논의되어 있다.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 아암(112)과 연관된 예시적인 기구 장치 조작기 조립체(702)의 분해도를 예시한다. 기구 장치 조작기 조립체(702)는 로봇 아암(112)의 원위 단부와 연관된 엔드 이펙터(704)를 포함한다. 기구 조작기 조립체(702)는 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504)를 추가로 포함한다. 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504)는 스코프(502) 또는 다른 샤프트-유형 기구와 같은 기구(706)를 작동시키기 위한 전기-기계적 수단을 통합할 수 있다. 예에서, 기구 조작기 조립체(702)는 또한 엔드 이펙터(704)와 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504) 사이에 드라이버 인터페이스를 제공하도록 구성된 어댑터(708)를 포함할 수 있다. 상향-대면 및 하향-대면 표면, 플레이트, 면, 컴포넌트, 및/또는 다른 특징부 또는 구조물의 본 명세서의 설명은 도 7에 도시된 기구 장치 조작기 조립체(702)의 특정 배향을 참조하여 이해될 수 있다. 즉, 엔드 이펙터(704)가 일반적으로 다양한 방향 및 배향으로 대면하고/하거나 배향되도록 구성가능할 수 있지만, 편의상, 본 명세서의 그러한 컴포넌트의 설명은 엔드 이펙터(704)의 대체로 수직인 대면 배향과 관련될 수 있다.
도시된 바와 같이, 로봇 아암(112)의 엔드 이펙터(704)는 어댑터(708), 기구 공급기 조립체(504), 접근 시스 조립체(560), 및/또는 기구(706)의 컴포넌트에 연결되고/되거나 그들과 정렬되도록 구성된 다양한 컴포넌트/요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터(704)는 의료 기구를 제어/작동시키기 위한 구동 출력부(710)(예컨대, 맞물림 특징부를 가진 구동 스플라인, 기어, 또는 회전가능 디스크), 의료 기구로부터의 데이터를 판독하기 위한 판독기(712)(예컨대, 의료 기구로부터의 일련 번호를 판독하기 위한 무선-주파수 식별(RFID) 판독기), 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504) 및/또는 어댑터(708)에 부착하기 위한 하나 이상의 체결구(714), 환자에게 수동으로 부착되는 기구(예컨대, 접근 시스(564))와 정렬되는 그리고/또는 장치 조작기 조립체(702)의 전방 표면을 한정하는 마커(716)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터(704) 및/또는 로봇 아암(112)은 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 버튼(718)을 포함하고, 여기서 로봇 아암(112)은 수동으로 이동될 수 있다.
이러한 예에서, 기구 장치 조작기 조립체(702)는 엔드 이펙터(704)와 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504) 사이에 드라이버 인터페이스를 제공하도록 구성된 어댑터 컴포넌트(708)를 포함한다. 어댑터(708) 및/또는 기구 공급기(530)는 로봇 아암(112)으로부터 제거가능하거나 탈착가능할 수 있고, 일부 실시예에서, 모터와 같은 임의의 전기-기계적 컴포넌트가 없을 수 있다. 이러한 이분법은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성 및 그들의 복잡한 기계 조립체 및 민감한 전자장치로 인해 고가의 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없기 때문에 발생할 수 있다. 따라서, 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504) 및/또는 어댑터(708)는 개별 멸균 또는 폐기를 위해 엔드 이펙터(704)(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 상호교환되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 조립체(504)는 제거되고 상이한 유형의 기구로 대체될 수 있다. 대안적으로, 엔드 이펙터(704)는 일부 경우에 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 (예컨대, 드레이프(drape)(711)를 사용하여) 드레이핑될 수 있다. 어댑터(708)는 로봇 아암(112) 및/또는 엔드 이펙터(704)로부터 기구 공급기(530)/기구 공급기 조립체(504)로 공압, 전력, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 전달하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. 예에서, 어댑터(708)는 엔드 이펙터(704)의 구동 출력부(710)를 기구 공급기 조립체(504)의 구동 입력부(540)에 결합하도록 구성된 커플러(들)/구동 특징부(들)(720)를 포함한다. 또한, 일부 경우에, 어댑터(708)는 어댑터(708)를 엔드 이펙터(704)에 결합하도록 구성된 체결구(들)(722)를 포함할 수 있다.
일부 구성에서, 로봇 아암(112)과 기구 공급기 조립체(504) 사이의 멸균 장벽을 제공하기 위해, 플라스틱 시트 등과 같은 멸균 드레이프(711)가 엔드 이펙터(704)와 어댑터(708) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 드레이프(711)는 엔드 이펙터(704)로부터 어댑터(708)로의 기계적 토크의 전달을 허용하도록 하는 방식으로 어댑터(708)에 결합될 수 있다. 어댑터(708)는 일반적으로 그의 작동 컴포넌트 주위에서 밀봉을 유지하도록 구성될 수 있어서, 어댑터(708)가 멸균 장벽 자체를 제공한다. 어댑터(708) 및/또는 장치 조작기 조립체(702)의 더 많은 다른 컴포넌트(들)에 결합된 드레이프(711)의 사용은 로봇 아암(112)과 수술 영역 사이에 멸균 장벽을 제공하여, 멸균 수술 영역에서 아암(112)과 연관된 로봇 카트의 사용을 허용할 수 있다. 엔드 이펙터(704)는 로봇 아암(112)의 엔드 이펙터(704) 상에 로딩되고/되거나 그로부터 제거될 수 있는 다양한 유형의 멸균 어댑터에 결합되도록 구성될 수 있다. 아암(112)이 플라스틱으로 드레이핑되면, 의사 및/또는 다른 전문가(들)는 절차 동안 아암(112) 및/또는 로봇 카트의 다른 컴포넌트(예컨대, 스크린)와 상호작용할 수 있다. 드레이핑은 추가로 장비 생물학적 유해 오염에 대해 보호하고/하거나 절차 후의 정화(clean-up)를 최소화할 수 있다.
이러한 예에서, 기구 공급기(530)는 복수의 구동 입력부(540)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 기구 공급기(530)는 3개의 구동 입력부(540)를 포함하지만, 다른 수의 구동 입력부가 포함될 수 있다. 구동 입력부(540)는 기구 공급기(530)의 하부 정합 표면(724)을 따라 이격된 고정된 위치에 있을 수 있고, 이는 구동 입력부(540)를 (예컨대, 멸균 어댑터(708) 및/또는 엔드 이펙터(704) 상의) 대응하는 구동 출력부에 결합하는 것을 용이하게 한다. 구동 입력부(540)는 모듈식 사용 및 다양한 다른 기구에 대한 부착을 위해 설계된 대응하는 정합 표면을 따라 이격된 고정된 위치에 있을 수 있다. 다양한 예가 고정된 위치에서 구현된 구동 입력부(540)를 논의하지만, 일부 경우에 구동 입력부(540)는 하부 표면(724) 내에서 이동할 수 있다. 예를 들어, 구동 입력부(540(A), 540(B))는 하부 표면(724) 내에서 재위치되어 대향하는 롤러들(538)이 서로 그리고/또는 기구 샤프트와 맞물리고 그리고/또는 맞물림해제되게 할 수 있다.
기구 공급기(530) 내의 기계적 조립체는 구동 입력부(540)가 기구 샤프트의 축방향 운동을 위해 액추에이터(들)(538)의 회전(예컨대, 대향하는 롤러들의 구동 회전)을 구동하는 데 사용되도록 그리고/또는 기구 샤프트와의 맞물림 조립체(532)의 맞물림 상태의 변경을 용이하게 하는 데 사용되도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 구동 입력부(540(A), 540(B))는 채널(534) 내에 배치된 샤프트를 축방향으로 구동하도록 액추에이터(들)(538)를 제어하기 위한 입력을 수신할 수 있다. 구동 입력부(540(A) 및/또는 540(B))는 구동 출력부에 의해 인가되는 토크/힘을 수용할 수 있고, 이는 공급 롤러 또는 다른 액추에이터가 샤프트-유사 기구를 축방향으로 구동하게 한다. 또한, 구동 입력부(540(C))("개방/폐쇄 구동 입력부"로도 지칭됨)는, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 기구 샤프트와 맞물리고/맞물림해제되고, (예컨대, 유지 특징부(들)(536)를 사용하여) 채널(534)을 개방/폐쇄하고, 다른 상태를 구현하도록 맞물림 조립체(532)를 제어하기 위해 구동 출력부로부터 입력을 수신할 수 있다. 맞물림 조립체(532)의 다양한 상태는 기구 샤프트의 로딩 또는 언로딩, 기구 샤프트와의 맞물림, 기구 샤프트의 구동, 또는 다른 기능을 용이하게 할 수 있다. 예시된 예에서, 3개의 구동 입력부(540)가 도시되어 있지만; 임의의 수의 구동 입력부가 구현될 수 있다. 구동 입력부들(540) 각각은 로봇 아암(112) 및/또는 멸균 어댑터(708) 상의 대응하는 구동 출력부와 맞물리도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 구동 입력부(540)는 스플라인으로서 구성되는 구동 출력부와 정합하도록 구성된 리셉터클을 포함할 수 있다. 구동 입력부와 구동 출력부는 그들 사이에서 운동을 전달하기 위해 맞물리도록 구성될 수 있다. 따라서, 구동 출력부가 기구 공급기(530)의 다양한 기능을 제어하기 위해 구동 입력부(540)의 대응하는 회전을 유발하도록 회전될 수 있다.
"기구 장치 조작기 조립체", "기구 조작기 조립체", "조작기", "조작기 조립체"뿐만 아니라 이들의 다른 변형에 대한 본 명세서의 언급은 로봇 아암, 로봇 아암의 엔드 이펙터, 로봇 엔드 이펙터에 결합되도록 구성된 어댑터, 엔드 이펙터 및/또는 어댑터에 결합되도록 구성된 기구 공급기, 기구 공급기의 액추에이터(예컨대, 공급 롤러(들), 샤프트 채널, 유지 특징부, 및/또는 다른 컴포넌트(들)), 및/또는 기구 공급기와 연관된 수단/메커니즘을 포함하는, 도 702에 도시된 조립체(702)의 컴포넌트들의 임의의 서브세트를 지칭할 수 있다. 또한, "액추에이터"에 대한 본 명세서의 언급은, 직접적으로 또는 간접적으로, 기구 공급기와 맞물리거나, 그에 결합되거나, 달리 그에 의해 작동가능한 기구의 이동에 영향을 주거나 이동을 유발하는, 조립체(702)의 임의의 컴포넌트를 지칭할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 실시예에 따르면, "액추에이터"가 하기 장치들 또는 컴포넌트들의 임의의 세트 또는 서브세트를 포함할 수 있다: 공급 롤러(들), 샤프트-작동 휠(들)/롤러(들), 공급 롤러 채널(들), 기구 공급기 구동 입력부(들), 어댑터 구동 출력부(들), 어댑터 구동 입력부(들), 및/또는 엔드 이펙터 구동 출력부(들).
도 8 내지 도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치(530)의 맞물림 조립체(532)의 예시적인 상태/위치를 예시한다. 일반적으로, 구동 출력부는 맞물림 조립체(532)의 하나 이상의 컴포넌트를 작동시키기 위해 기구 공급기 장치(530)의 하나 이상의 구동 입력부(540)(도시되지 않음)와 맞물려, 맞물림 조립체(532)/기구 공급기 장치(530)가 소정 상태/위치에 진입하게 할 수 있다. 이러한 예에서, 맞물림 조립체(532)는 대향하는 공급 롤러들(538), 채널(534) 및/또는 커버(536)로 구현된다. 그러나, 공급 롤러(538)는 다른 유형의 액추에이터로서 구현될 수 있고/있거나 커버(536)는 다른 유형의 유지 특징부로서 구현될 수 있다. 또한, 맞물림 조립체(532)의 예시된 컴포넌트들 중 하나 이상은 제거되고/되거나 다른 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 커버(536)는 일부 경우에 구현되지 않을 수 있다.
도 8-1 및 도 8-2는 롤러(538)가 맞물리고 커버(536)가 폐쇄된 상태를 예시한다. 예에서, 롤러(538)는 맞물린 때 서로 그리고/또는 하드-스톱 특징부(예시되지 않음)에 일정량의 힘을 인가할 수 있는데, 이는 하나 이상의 스프링(612)(예시되지 않음)의 편향력, 구동 출력부에 의해 인가되는 힘, 및/또는 롤러(538)를 서로를 향해 작동시키기 위해 인가되는 다른 힘에 기인할 수 있다. 예에서, 롤러(538)는 서로 접촉할 수 있다. 그러나, 롤러(538)는 서로 접촉하지 않을 수 있고, 서로의 임계 거리 내에 있을 수 있다(이는 하드-스톱 특징부에 의해 용이하게 될 수 있음).
이러한 예에서, 커버(536)는 물체가 채널(534)에 진입/이탈하는 것을 방지하기 위해 폐쇄된다. 위에서 언급된 바와 같이, 일부 경우에, 커버(536)는 롤러(538)의 이동이 커버(536)가 개방되거나 폐쇄되게 하도록 롤러들(538) 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 그러나, 커버(536)는 독립적으로 작동될 수 있다. 커버(536)는 다양한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 이러한 예에서, 커버(536)는 채널(534) 위에 위치될 때 채널(534)을 실질적으로 폐쇄/덮기 위한 치수를 포함한다.
일부 경우에, 롤러(538(A)/538(B))의 외부 에지 부분(538(A)(1)/538(B)(1))은 롤러(538)의 내부 부분(538(A)(2)/538(B)(2))과 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부/원주방향 부분(538(A)(1)/538(B)(1))은 세장형 샤프트를 축방향으로 구동하고/하거나 세장형 샤프트에 대한 손상을 회피하기 위해 기구 샤프트를 파지/접촉하도록 구성된 변형가능 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 외부 에지 부분(538(A)(1)/538(B)(1))과 내부 부분(538(A)(2)/538(B)(2))은 동일한 재료로 형성될 수 있다.
도 9-1 및 도 9-2는 롤러(538)가 기구 샤프트(902)와 맞물리고 커버(536)가 폐쇄된 상태를 예시한다. 도시된 바와 같이, 롤러(538)는 채널(534) 내에서 롤러들(538) 사이에 위치되는 세장형 샤프트(902)의 서로 반대편에 있는 또는 맞은편에 있는 측부들과 맞물리거나 달리 접촉할 수 있다. 예시된 바와 같이, 세장형 샤프트(902)는 채널(534) 내로 로딩되고 접근 시스 조립체(560) 내로 삽입된다. 롤러(538)는 세장형 샤프트(902)로 가압되거나 달리 맞물린다. 예에서, 롤러(538)는 세장형 샤프트(902)와 맞물리도록 일정량의 힘을 인가할 수 있는데, 이는 하나 이상의 스프링(612)(예시되지 않음)의 편향력, 구동 출력부에 의해 인가되는 힘, 및/또는 롤러(538)를 서로를 향해 작동시키기 위해 인가되는 다른 힘에 기인할 수 있다.
이러한 위치/상태에서, 롤러(538)는 기구 샤프트(902)의 축방향 운동을 구동하도록(예컨대, 샤프트(902)를 삽입/후퇴시킴) 회전할 수 있다. 예를 들어, 롤러(538)를 제1 방향으로 회전시키는 것은 (예컨대, 환자를 향한 원위 방향으로의) 샤프트(902)의 삽입을 유발할 수 있고, 롤러(538)를 제2 반대 방향으로 회전시키는 것은 (예컨대, 환자로부터 멀어지는 근위 방향으로의) 샤프트(902)의 후퇴를 유발할 수 있다. 여기서, 롤러(538)의 방향은 롤러(538)의 일부분의 운동 방향을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 샤프트(902)의 삽입을 위한 제1 방향으로의 회전은 원위 방향으로의 롤러(538)의 맞물림 부분의 회전을 지칭할 수 있고, 후퇴를 위한 회전은 근위 방향으로의 롤러(538)의 맞물림 부분의 회전을 지칭할 수 있다. 도 9-2의 롤러(538)의 도면과 관련하여, 좌측 롤러(538(B))는 반시계 방향으로 회전할 수 있는 반면 우측 롤러(538(A))는 시계 방향으로 회전하여 (예컨대, 샤프트(902)를 삽입하기 위해) 롤러(538)를 원위 방향으로 회전시키고, 반대의 경우에 (예컨대, 샤프트(902)를 후퇴시키기 위해) 롤러(538)를 근위 방향으로 회전시킨다.
이러한 예에서, 커버(536)는 예컨대 롤러(538)가 샤프트(902)를 상향으로 그리고/또는 후속하여 채널(534) 외부로 방출시키는 것을 방지하기 위해 기구 샤프트(902)를 채널(534) 내에 유지하는 것을 돕도록 적어도 부분적으로 폐쇄된다. 다시 말해서, 커버(536)는 기구 샤프트(902)가 위치되는 채널(534)의 적어도 일부분을 에워싸서 샤프트(902)가 채널(534)을 이탈하는 것을 방지한다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 커버(536)는 일부 경우에 제거될 수 있다.
도 10-1 및 도 10-2는 롤러(538)가 맞물림해제되고 커버(536)가 폐쇄된 상태를 예시한다. 그러한 상태/위치는 폐쇄된/맞물린 상태와 개방된/로딩 상태 사이의 중간 상태일 수 있다. 도시된 바와 같이, 롤러(538)는 세장형 샤프트(902)와 맞물림해제되거나 달리 세장형 샤프트(902)와 접촉하는 것으로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 또한, 커버(536)는 기구 샤프트(902)가 여전히 채널(534) 내에 유지되도록 채널(534)의 적어도 일부분 위에서 폐쇄될 수 있다. 이러한 상태/위치에서, 롤러(538)는 기구 샤프트(902)로부터 맞물림해제되어, 샤프트(902)가 채널(534) 내에서 자유롭게 활주 또는 롤링하도록 허용할 수 있다.
예에서, 이러한 위치/상태는 기구 샤프트의 유지가 요구되지만 기구 공급기 장치(530)에 대한 샤프트의 더 많은 이동 자유가 요구될 때 절차 동안 다양한 경우를 위해 사용된다. 예를 들어, 이러한 상태/위치는 기구 샤프트(902)가 그의 길이방향 축을 중심으로 롤링하도록 허용하고, 기구 공급기 장치(530)에 결합된 로봇 아암이 (샤프트(902)의 삽입/후퇴를 회피하면서) 재위치되도록 허용하고, 샤프트(902)의 손잡이/기구 기부에 결합된 로봇 아암이 재위치되도록 허용하고(그리고 샤프트(902)가 채널(534) 내에서 자유롭게 활주하도록 허용하고), 그리고/또는 샤프트(902)와 맞물리지 않고서 다른 기능을 허용하도록 사용될 수 있다. 일부 경우에, 로봇 아암은 어드미턴스/수동 모드에서 동작하는 동안 이동될 수 있다. 그러나, 로봇 아암은 제어 신호 또는 다른 입력에 기초하여 이동하도록 제어될 수 있다.
하나의 예시에서, 기구 공급기 장치(530)에 결합된 로봇 아암은 로봇 아암에 결합된 접근 시스의 위치/배치를 조절하기 위해 절차 동안(또는 다른 시간에) 이동될 수 있다. 접근 시스는 환자 내에 적어도 부분적으로 배치되어 의료 기구를 환자 내로 삽입하도록 사용될 수 있다. 기구 공급기 장치(530) 내에 유지하기 위해, 기구 공급기 장치(530)는 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암이 재위치되는 동안 세장형 샤프트(610)가 기구 공급기 장치(530) 내에서 자유롭게 이동하도록 허용하기 위해 이러한 중간 상태를 구현할 수 있다. 예에서, 로봇 아암은 어드미턴스 제어 모드를 사용하여 이동되지만; 로봇 아암은 다른 방식으로 이동될 수 있다.
도 11-1 및 도 11-2는 롤러(538)가 맞물림해제되고 커버(536)가 개방된 상태를 예시한다. 그러한 상태/위치는 완전히 개방된/맞물림해제된 또는 로딩 상태로 지칭될 수 있다. 도시된 바와 같이, 롤러(538)는 세장형 샤프트(902)와 맞물림해제되거나 달리 세장형 샤프트(902)와 접촉하는 것으로부터 멀어지게 이동될 수 있고, 커버(536)는 채널(534)에 대한 접근을 허용하기 위해 완전히 개방된다. 롤러(538)가 도 10-1 및 도 10-2의 중간 상태에서보다 서로로부터 더 멀리 떨어져 위치된 것으로 예시되어 있지만, 롤러(538)는 도 10-1 및 도 10-2와 동일한 위치에 그리고/또는 다른 맞물림해제된 위치에 위치될 수 있다. 커버(536)는 (예컨대, 위로부터의) 채널(534)에 대한 접근을 제공하도록 개방되거나 달리 재위치될 수 있다. 도시된 예에서, 커버(536)는 완전하게 상부 하우징(604) 아래에 위치된다. 그러나, 커버(536)는 적어도 부분적으로 채널(534) 내에 있을 수 있는 다른 위치에 위치될 수 있지만, 기구 샤프트(902)가 채널(534)로부터 로딩 또는 언로딩되도록 달리 허용할 수 있다.
예에서, 개방된/완전히 맞물림해제된 상태는 기구 공급기 장치(530) 내로의 기구 샤프트(902)의 로딩 또는 언로딩을 용이하게 할 수 있고, 이는 장치의 사용을 단순화하고/하거나 수술 시간을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 개방된 채널은 의료 절차 전에, 그 동안에, 또는 그 후에 기구 샤프트(902)의 로딩 및/또는 언로딩을 용이하게 할 수 있다. 하나의 예시에서, 완전히 개방된/맞물림해제된 상태는, 환자 내에서 샤프트(902)를 완전히 후퇴시킬 필요 없이, 사용자가 샤프트(902) 및/또는 연관된 의료 기구를 수동으로 조절하도록 허용할 수 있다.
도 12 및 도 13은 하나 이상의 실시예에 따른, 맞물림 조립체(532)의 예시적인 상태 및 맞물림 조립체(532)의 상태에 대한 예시적인 구동 출력부(1202)에 관한 다양한 상세 사항을 예시한다. 특히, 도 12는 기구 샤프트가 그 내부에 배치/로딩되지 않은 (블록(1206) 내의) 맞물림 조립체(532)의 상태(1204)를 예시하는 반면, 도 13은 기구 샤프트가 그 내부에 배치/로딩된 맞물림 조립체(532)의 상태(1204)를 예시한다. 이들 도면은 본 명세서에서 논의되는 맞물림 조립체(532)의 많은 예시적인 상태들 중 일부를 예시한다. 다양한 상태가 예시되어 있지만, 예컨대 도시된 상태들 사이에서 전환하기 위해 그리고/또는 명시적으로 도시되지 않은 다른 상태를 구현하기 위해 임의의 수의 상태가 구현될 수 있다.
도 12 및 도 13에서, 블록(1208) 내의 이미지는 로봇 아암의 엔드 이펙터(1210)와 연관된 구동 출력부(1202)의 예시적인 위치(예컨대, 회전 각도)를 예시한다. 여기서, 엔드 이펙터(1210)는 기구 공급기 장치(530)에 결합되고, 이는 예시적인 목적을 위해 엔드 이펙터(1210)로부터 분리된 것으로 도시되어 있다. 이들 예에서, 구동 출력부(1202)는 맞물림 조립체(532)의 다양한 상태(1204)를 구현하도록 회전한다. 예시의 용이함을 위해, 구동 출력부(1202)는 기어(이는 기어의 회전 위치를 보여주기 위한 마킹을 포함함)로서 도시되어 있지만; 구동 출력부(1202)는 다른 방식으로 구현될 수 있다. 구동 출력부(1202)의 예시된 위치는 서로에 대한 상대 위치를 나타내고, 맞물림 조립체(532)의 특정 상태를 용이하게 하기 위한 구동 출력부(1202)의 실제 회전량을 나타내지 않을 수 있다. 예를 들어, 구동 출력부(1202)는 특정 위치를 용이하게 하기 위해 임의의 횟수로 회전될 수 있다.
일부 예에서, 구동 출력부(1202)는 상이한 상태(1204)를 용이하게 하기 위해 맞물림 조립체(532)의 구동 입력부(540)에 상이한 양의 힘을 인가하도록 구성된다. 도 12 및 도 13의 그래프(1212, 1312)는 각각 구동 출력부(1202)의 위치에 대해 구동 출력부(1202)에 의해 인가될/겪을 수 있는 예시적인 힘을 예시한다. 인가된 힘은 선형(예컨대, 실선) 또는 비-선형(예컨대, 점선)일 수 있다. 이들 그래프 내의 선은 예시된 목적을 위해 제공되고, 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 실제 힘의 양을 반영하지 않을 수 있다. 맞물림 조립체(532)의 상태를 제어하기 위해 이러한 예에서 상이한 힘이 인가되지만, 다른 예에서 맞물림 조립체(532)는 다른 방식으로 제어될 수 있다.
이들 예에서, 맞물림 조립체(532)는 일반적으로 맞물린/폐쇄된 상태를 향해 편향되도록 구성될 수 있다. 그러한 편향은, 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 스프링(612)(도시되지 않음) 및/또는 다른 수단/메커니즘을 통해 용이하게 될 수 있다. 하나 이상의 스프링(612)의 표현(1214)이 하나 이상의 스프링(612) 및/또는 기구 공급기 장치(530)의 다른 컴포넌트에 의해 가해지는 압축 및/또는 힘의 양을 나타내도록 블록(1206) 내에 제공된다. 이러한 표현(1214)은 단지 예시적인 목적을 위해 제공되고, (하나 이상의 스프링(612)을 포함하는) 기구 공급기 장치(530)의 특징부를 제한하는 데 사용되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 예에서, 맞물림 조립체(532)는 기구 공급기 장치(530)가 로봇 아암에 부착되지 않고, 임계량 미만의 힘이 구동 입력부(540)에 인가될 때 등에 맞물린 상태에 위치될 수 있다. 이와 같이, 구동 출력부(1202)는 일반적으로 맞물림 조립체(532)를 개방된/맞물림해제된 상태를 향해 작동시키기 위해 구동 입력부(540)에 힘(예컨대, 토크)을 인가하도록 구성될 수 있다.
일부 예가 맞물린 상태를 향해 편향되도록 구성된 바와 같은 기구 공급기 장치(530)를 논의하지만, 기구 공급기 장치(530)는 다른 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 맞물림 조립체(532)는 상이한 구성에서 스프링을 사용하고/하거나 다른 특징부를 구현함으로써 맞물림해제된/개방된 상태를 향해 편향되도록 구성될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 맞물림 조립체(532)는 임의의 상태를 향해 편향되도록 구성되지 않을 수 있다. 여기서, 맞물림 조립체(532)는, 기구 공급기 장치(530)가 로봇 아암으로부터 분리될 때에도, 임의의 상태로 유지되도록 구성될 수 있다.
도 12는 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내에 배치/로딩되지 않을 때 맞물림 조립체(532)의 예시적인 상태(1204)를 예시한다. 1218에 도시된 바와 같이, 1204(1)로부터 1204(3)까지의 상태는 일반적으로 롤러(538)가 맞물림해제되는 맞물림해제된 상태와 연관되는 반면, 상태(1204(3) 내지 1204(5))는 일반적으로 롤러(538)가 맞물리는 맞물린 상태와 연관된다. 맞물린 상태는 롤러(538)가 서로 접촉하는 것, (롤러(538)가 서로 접촉하지 않게 하는 기구 공급기 장치(530) 상의 하드-스톱 특징부에 의해 용이하게 될 수 있는) 하드-스톱 위치에 배치되는 것, 서로에 대해 사전결정된 거리 내에 배치되는 것, 축/영역에 대해 사전결정된 거리 내에 배치되는 것 등을 지칭할 수 있다. 대조적으로, 맞물림해제된 상태는 롤러(538)가 서로 접촉하지 않는 것, 기구 샤프트와 접촉하지 않는 것, 하드-스톱 위치에 배치되지 않는 것, 서로로부터 사전결정된 거리를 초과하여 위치되는 것, 축/영역에 대해 사전결정된 거리를 초과하여 위치되는 것 등을 지칭할 수 있다. 또한, 커버(538)는 개방된 또는 폐쇄된 상태를 용이하게 하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 커버(538)는 1204(1)로부터 1204(2)까지 개방된/부분적으로 개방된 상태에 그리고 1204(2) 내지 1204(5)에서 폐쇄된 상태에 있을 수 있다. 블록(1218)은 예시적인 목적을 위해 제공되고, 이들 요소의 상태는 도시된 것과 상이할 수 있다. 예를 들어, 상이한 상태들(예컨대, 맞물린에서 맞물림해제된 그리고/또는 커버 개방된에서 커버 폐쇄된) 사이의 전환은 도시된 것 이외의 상이한 지점에서 발생할 수 있다.
도 12에서, 상태(1204(1) 내지 1204(5))는 각각 회전 위치(1202(A) 내지 1202(E)) 및 인가된 힘(1216(A) 내지 1216(E))과 연관된다. 예를 들어, 상태(1204(2))는 구동 출력부(1202)가 회전 위치(1202(B))에 위치되고/되거나 힘의 양(1216(B))을 인가할 때 구현될 수 있다. 일부 경우에, 위치(1202(A) 및/또는 1202(E))는 기구 공급기 장치(530) 상의 하드-스톱 특징부에 의해 용이하게 되는 하드-스톱 위치와 연관된다. 하드-스톱 위치는 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 힘의 변화(예컨대, 인가되는 힘의 급증)에 기초하여 검출될 수 있다. 일부 경우에, 위치(1202(A) 및/또는 1202(E))는 기준 위치로서 사용된다.
예시적인 상태(1204)는 맞물림 조립체(532)가 구동 출력부(1202)의 다양한 회전 위치(예컨대, 위치(1202(C) 내지 1202(E)))를 위해 맞물린 상태로 유지되는 자유-부동 구역(free-floating zone)으로 도시되어 있다. 이는 기구 공급기 장치(530)의 컴포넌트들 사이에 일정량의 유극/백래시를 제공하도록 구현될 수 있고, 이는 기구 공급기 장치(530) 내의 하드-스톱 특징부 및/또는 다른 특징부에 의해 용이하게 될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 자유-부동 구역은 구현되지 않고/않거나 더 적은 맞물린 상태가 구현된다.
도 12의 예에서, 맞물림 조립체(532)를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하기 위해, 구동 출력부(1202)는 회전하고/하거나 특정 양의 힘을 인가할 수 있다. 예를 들어, 구동 출력부(1202)가 위치(1202(D))로부터 시계 방향 방식으로 회전하여 회전 위치(1202(C))에 도달함에 따라, 기구 공급기 장치(530)의 하나 이상의 스프링(612)은 구동 출력부(1202)에 다시 힘을 가하기 시작할 수 있어서, 맞물림 조립체(532)가 맞물림해제된 상태로 전환하게 하기 위해 (그래프(1212)에 도시된 바와 같이) 임계량 초과의 힘(1220)이 요구된다. 위치(1202(C))에서의 이러한 힘의 변화는 (예컨대, 힘 급증으로서) 검출될 수 있다. 일부 경우에, 위치(1202(C))는 기준 위치로서 사용된다. 기구 샤프트가 로딩되지 않은 이러한 예에서, 상태(1204(3))는 일반적으로 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로의 전환과 연관된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 구동 출력부(1202)는 시계 방향 방식으로 계속 회전하고/하거나 추가 힘을 인가하여 맞물림 조립체(532)가 상태(1204(2))에 도달하게 할 수 있다. 예를 들어, 구동 출력부(1202)가 시계 방향 방식으로 회전함에 따라, 롤러들(538) 사이의 거리는 증가하고/하거나 커버(536)는 이동/개방되기 시작한다. 하나 이상의 스프링(610)은 구동 출력부(1202)가 상태(1204(2))에 도달하기 위해 인가되는 힘(예컨대, 토크)의 양을 증가시키도록 요구하기 위해 압축될 수 있다. 상태(1204(2))에서, 롤러(538)는 맞물림해제되고(예컨대, 서로로부터 특정 거리로 분리됨), 커버(536)가 개방되기 시작할 수 있더라도, 커버(536)는 채널(534) 위에서 폐쇄되어 유지된다. 상태(1204(2))는 폐쇄된/맞물린 상태와 완전히 개방된/로딩 상태 사이의 중간 상태로 지칭될 수 있다. 또한, 구동 출력부(1202)는 상태(1204(1))에 도달하기 위해 시계 방향 방식으로 계속 회전할 수 있고, 여기서 롤러(538)는 맞물림해제되고(예컨대, 서로로부터 훨씬 더 분리됨), 커버(536)는 완전히 개방된다.
이러한 예에서, (그래프(1212)에 도시된 바와 같이) 맞물림 조립체(532)를 상태(1204(3))로부터 상태(1204(1))로 전환하기 위해 증가하는 양의 힘(예컨대, 토크)이 필요하지만, 그러한 전환은 다른 방식으로, 예컨대 감소하는 양의 힘, 일정한 양의 힘을 인가함으로써 그리고 단지 구동 출력부(1202)의 회전 위치를 변경함으로써 등에 의해 구현될 수 있다. 또한, 이러한 예가 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하기 위해 시계 방향 방식으로의 회전을 논의하지만, 구동 출력부(1202)는 반시계 방향 또는 다른 방식으로 회전할 수 있다.
도 13은 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내에 배치/로딩될 때 맞물림 조립체(532)의 예시적인 상태(1204)를 예시한다. 여기서, 맞물림 조립체(532)는 구동 출력부(1202)의 상이한 회전 위치에서 상태들(1204) 중 적어도 일부 사이에서 전환할 수 있다. 특히, 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 로딩되기 때문에, 하나 이상의 스프링(612)이 구동 출력부(1202)에 힘을 가하기 시작하는 지점은 (예컨대, 이러한 도면에서 좌측으로) 이동된다. 도시된 바와 같이, 맞물림 조립체(532)는 이제 구동 출력부(1202)가 위치(1202(C)(1))로 회전될 때 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환한다. 맞물림 조립체(532)는, 그래프(1312)에 도시된 바와 같이, 구동 출력부(1202)가 임계량 초과의 힘(1318)을 인가할 때 맞물린 상태(1204(3)(A))로부터 전환하기 시작할 수 있다. 또한, 이러한 예에서, 자유-부동 구역은 구역의 단부가 구동 출력부(1202)에 대한 회전 위치(1202(E)(1)) 및 맞물린 상태(1204(5)(A))와 연관되도록 이동되었다. 이는 일부 경우에 하드-스톱 위치를 용이하게 하는 맞물림 조립체(532)의 컴포넌트의 회전 변위 또는 이동으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 회전 위치(1202(E)(1))는 기구 공급기 장치(530)의 하드-스톱 특징부와 관련될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 자유-부동 구역은 구동 출력부(1202)가 이전 회전 위치(1202(E))에 도달할 수 있게 하기 위해 더 멀리 연장될 수 있다. 또한, 자유-부동 구역은 구동 출력부(1202)에 대한 다른 회전 위치를 포함하도록 연장되고/되거나 다른 방식으로 구현될 수 있다.
다양한 예가 구동 출력부에 의해 인가되는 힘 및/또는 구동 출력부의 위치에 기초하여 기구 공급기 장치의 상태를 결정하는 상황에서 논의되지만, 기구 공급기 장치의 상태는 추가적으로 또는 대안적으로 다른 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 장치는 근접도, 압력, 및/또는 다른 특성을 검출하도록 구성된 롤러, 커버, 채널, 및/또는 다른 컴포넌트를 위한/그 상의 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 서로 그리고/또는 기구 샤프트에 대한 롤러의 근접도를 결정하기 위해 롤러 및/또는 롤러 주위의 다른 컴포넌트 상에 센서가 구현될 수 있다. 또한, 기구 공급기 장치의 구동 입력부는 구동 입력부의 회전 위치를 검출하기 위한 센서/특징부를 포함할 수 있고, 이는 기구 공급기 장치의 상태를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 커버가 개방되거나 부분적으로 개방되거나 폐쇄될 때를 검출하기 위해 커버 상에 센서가 구현될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 의료 기구의 세장형 샤프트는 맞물림 조립체의 롤러에 의해 인가되는 압력과 같은 압력/근접도를 검출하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기구 공급기 장치는 롤러를 특정 상태로 편향시키기 위해(예컨대, 기구 샤프트 상에서 아래로 클램핑함) 스프링(들)을 구현하지 않을 수 있다. 여기서, 기구 공급기 장치의 상태는 구동 출력부의 위치 및/또는 구동 출력부에 의해 인가되는 힘에 기초할 수 있다(이는 기구 샤프트와의 접촉으로 인한 힘의 급증에 기초하여 완전히 맞물린 상태를 검출하는 것을 포함할 수 있음). 스프링(들)이 구현되지 않는 일부 경우에, 구동 출력부는 기구 샤프트를 완전히 맞물리게 하기/클램핑하기 위해 일정량의 힘을 인가할 수 있다.
일부 예에서, 기구 공급기 장치는 롤러의 맞물림(예컨대, 롤러들 사이의 거리)을 제어하도록 구성된 제1 구동 입력부 및 커버의 작동을 제어하도록(예컨대, 커버를 개방하거나 폐쇄하도록) 구성된 제2 구동 입력부로 구현될 수 있다. 이와 같이, 별개의 구동 출력부가 맞물림 조립체의 상이한 상태를 제어하도록 구현될 수 있고, 여기서 롤러의 상태는 커버의 상태와는 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 제1 컴포넌트(예컨대, 롤러 또는 커버)의 상태는 수동으로 제어되고 센서(들)에 의해 검출될 수 있고, 여기서 그러한 검출된 상태는 제2 컴포넌트(예컨대, 커버 또는 롤러)가 맞물림 조립체에 대한 특정 상태를 용이하게 하도록 제어되게 할 수 있다.
도 14 내지 도 18은 본 명세서에서 논의되는 다양한 기법을 수행하기 위한 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 1800)의 예시적인 흐름도를 각각 예시한다. 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 1800)와 연관된 다양한 작동/동작은 제어 시스템(150), 로봇 시스템(110), 테이블(170), 의료 기구, 기구 공급기 장치, 및/또는 다른 장치와 같은, 본 명세서에서 논의되는 장치들/시스템들 중 임의의 것 또는 이들의 조합에서 구현되는 제어 회로에 의해 수행될 수 있다. 다양한 블록이 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 및/또는 1800)의 일부인 것으로 예시되어 있지만, 그러한 블록들 중 임의의 것이 제거될 수 있다. 또한, 추가 블록이 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 및/또는 1800)의 일부로서 구현될 수 있다. 블록이 예시되는 순서는 단지 예시적인 목적으로 제공되고, 블록은 임의의 순서로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 및/또는 1800)의 블록들 중 하나 이상은, 제어 회로에 의해 실행될 때, 제어 회로로 하여금 논의되는 기능/동작을 수행하게 하는 실행가능 명령어로서 구현된다. 그러나, 프로세스(1400, 1500, 1600, 1700, 및/또는 1800)의 블록들 중 하나 이상은 예컨대 다른 장치/시스템, 사용자(들) 등에 의해 다른 방식으로 구현될 수 있다.
도 14는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 공급기 장치의 맞물림 조립체의 상태를 결정하기 위한 예시적인 프로세스(1400)를 예시한다.
블록(1402)에서, 프로세스(1400)는 하나 이상의 이벤트를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 절차를 수행하도록 구성된 의료 시스템의 기구 공급기 장치, 의료 기구, 로봇 시스템, 및/또는 다른 장치/컴포넌트와 연관된 하나 이상의 이벤트를 검출할 수 있다. 예시하기 위해, 제어 회로는 (예컨대, 로봇 아암/기구 공급기 장치로부터의 센서 데이터에 기초하여) 로봇 시스템의 로봇 아암에 대한 기구 공급기 장치의 결합, (예컨대, 로봇 아암/의료 기구 기부로부터의 센서 데이터에 기초하여) 로봇 아암에 대한 의료 기구의 기구 기부의 결합/분리, 로봇 아암에 대한 기구 기부의 결합의 사전결정된 기간의 경과, (예컨대, 사용자 입력, 시스템 결정 등에 기초하여) 세장형 샤프트의 롤에 대한 요청/명령어, 로봇 아암의 수동 이동을 가능하게/불가능하게 하기 위한 요청/명령어(예컨대, 어드미턴스 제어 모드가 인에이블되는 등)를 검출할 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 의료 시스템은 의료 기구, 기구 공급기 장치, 및/또는 다른 장치/컴포넌트에 결합하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암을 갖는 로봇 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템은 (의료 기구의 세장형 샤프트와 맞물릴 수 있는) 기구 공급기 장치에 결합하도록 구성된 엔드 이펙터를 갖는 제1 로봇 아암 및 의료 기구의 기구 기부에 결합하도록 구성된 제2 로봇 아암을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암은 기구 공급기 장치의 하나 이상의 구동 입력부에 결합하고/하거나 그것을 작동시키도록 구성된 하나 이상의 구동 출력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 출력부가 의료 기구의 세장형 샤프트와의 기구 공급기의 맞물림을 제어하기 위해 기구 공급기 장치의 제1 구동 입력부를 작동시키도록 구성될 수 있는 반면, 제2 구동 출력부가 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 기구 공급기 장치의 제2 구동 입력부를 작동시키도록 구성될 수 있다.
또한, 기구 공급기 장치는 의료 기구의 세장형 샤프트를 수용하고/하거나 그것과 맞물리도록 구성된 맞물림 조립체를 포함할 수 있다. 맞물림 조립체는 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된 액추에이터, 세장형 샤프트를 수용하도록 구성된 채널, 및/또는 채널을 선택적으로 개방하거나 폐쇄하도록 구성된 유지 특징부를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 기구 공급기 장치는 액추에이터를 맞물린 상태 또는 맞물림해제된 상태로 편향시키도록 구성된다.
블록(1404)에서, 프로세스(1400)는 제1 구동 출력부가 기구 공급기 장치의 맞물림 조립체를 작동시키게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 로봇 아암의 제1 구동 출력부가 작동하게 하여, 기구 공급기 장치의 맞물림 조립체와 연관된 제1 구동 입력부의 작동을 유발할 수 있다. 제1 구동 입력부는 맞물림 조립체의 맞물림 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 제어 회로는 블록(1402)에서 하나 이상의 이벤트를 검출하는 것에 기초하여 제1 구동 출력부가 작동하게 한다. 이는, 예컨대 맞물림 조립체와의 사용자 상호작용 없이, 맞물림 조립체를 지능적으로/자동으로 제어할 수 있다. 일부 경우에, 제어 회로는, 예컨대 절차를 위한 설정 동안, 연관된 기구 공급기 장치가 로봇 아암 상으로 로딩된/그에 결합된 것을 검출할 때 맞물림 조립체를 맞물린 상태로부터 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 작동시키도록 제어할 수 있다. 이는 사용자가 의료 기구의 샤프트를 맞물림 조립체 내로 로딩하도록 허용할 수 있다.
또한, 일부 경우에, 제어 회로는 의료 기구의 기구 기부가 로봇 아암에 결합된 것을 검출할 때 그리고/또는 로봇 아암에 대한 기구 기부의 결합을 검출한 것으로부터 사전결정된 기간이 경과한 후에 맞물림 조립체를 맞물림해제된 상태(예컨대, 완전히 개방된 상태)로부터 맞물린 상태를 향해/맞물린 상태로 작동시키도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 먼저 기구 샤프트를 제1 로봇 아암에 결합된 기구 공급기 장치 내로 로딩하고, 이어서 기구 기부를 제2 로봇 아암에 결합할 수 있다. 그러나, 사용자는 의료 기구의 컴포넌트를 임의의 순서로 결합/로딩할 수 있다. 여기서, 제2 로봇 아암에 대한 기구 기부의 결합을 검출한 후에 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로 전환함으로써, 제어 회로는 의료 기구를 구동하기 시작하도록 의료 기구와 맞물릴 수 있다.
또한, 일부 경우에, 제어 회로는 의료 기구의 세장형 샤프트를 롤링시키도록 결정할 때 그리고/또는 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하도록 결정할 때 맞물림 조립체를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된/중간 상태로 작동시키도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 샤프트를 롤링시키거나 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암 및/또는 기구 기부에 결합된 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 입력을 제공할 수 있다. 어드미턴스 제어 모드는 다양한 목적을 위해 로봇 아암의 위치를 조절하는 데 사용될 수 있다. 롤/어드미턴스 제어 검출에 응답하여, 제어 회로는 맞물림 조립체가 맞물린 상태로부터 중간 상태로 전환하게 할 수 있고, 여기서 커버는 실질적으로 폐쇄되고 롤러는 샤프트로부터 맞물림해제된다. 이는 샤프트의 이동을 제한함이 없이 맞물림 조립체가 샤프트를 유지하도록 허용할 수 있다. 롤이 완료되고/되거나 어드미턴스 제어 모드가 디스에이블될 때, 제어 회로는 맞물림 조립체가 맞물린 상태로 복귀하게 할 수 있다.
또한, 일부 경우에, 제어 회로는 로봇 아암으로부터의 기구 기부의 분리를 결정할 때 맞물림 조립체를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 작동시키도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 절차의 완료 시에 그리고/또는 의료 기구의 수동 구동을 용이하게 하도록 로봇 아암으로부터 기구 기부를 분리할 수 있다. 여기서, 제어 회로는 기구 기부가 로봇 아암으로부터 제거된 것을 검출하고 맞물림 조립체를 완전히 개방된 상태로 작동시키도록 제어할 수 있고, 여기서 샤프트는 맞물림 조립체로부터 제거될 수 있다.
다양한 예시가 제공되지만, 제어 회로는 제1 구동 출력부가 다른 시나리오에서 작동하게, 예컨대 맞물림 조립체를 임의의 상태 사이에서 전환하게, 상태를 변경함이 없이 맞물림 조립체를 소정 상태를 향해 전환하게, (예컨대, 기구 공급기 장치를 로봇 아암에 결합할 때) 맞물림 조립체를 하드-스톱 위치로 전환하게, 기타 등등을 할 수 있다. 이와 같이, 제어 회로는 제1 구동 출력부가 다양한 목적을 위해 작동하게 할 수 있다.
예에서, 제어 회로는 엔드 이펙터, 기구 공급기 장치, 의료 기구 기부, 기구 샤프트 등의 센서(들)로부터의 데이터에 기초하여 기구/장치가 로봇 아암에 결합된/그로부터 분리된 것을 검출할 수 있다. 그러한 센서(들)는 근접 센서(들), 자기 센서(들) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 장치/기구 기부는 자석, 무선-주파수 식별(RFID) 태그, QR(Quick Response)/바코드, 및/또는 다른 요소를 포함할 수 있고, 로봇 아암의 엔드 이펙터는, 예컨대 기구 공급기 장치/기구 기부가 엔드 이펙터에 근접하게 배치될 때, 그러한 요소를 검출하도록 구성된 센서/장치를 포함할 수 있다.
블록(1406)에서, 프로세스(1400)는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양 및/또는 제1 구동 출력부의 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 하나 이상의 센서(예컨대, 제1 구동 출력부를 위한 힘/토크 센서)로부터의 판독치/데이터, 제1 구동 출력부를 제어하도록 생성된/송신된 하나 이상의 신호 등에 기초하여 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양 및/또는 제1 구동 출력부의 위치를 결정할 수 있다. 일부 경우에, 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양은 제1 구동 출력부를 구동하는 모터/메커니즘에 의해 인가되는 힘(예컨대, 토크)의 양 및/또는 (예컨대, 맞물림 조립체를 편향시키는 하나 이상의 스프링으로 인한 것일 수 있는) 기구 공급기 장치의 구동 입력부에 의해 인가되는 피드백 힘의 양을 고려하는 알짜 합력(net resultant force)을 나타낸다. 또한, 일부 경우에, 제1 구동 출력부의 위치는 제1 구동 출력부의 회전 위치를 포함할 수 있고, 이는 제1 구동 출력부의 임의의 수의 회전/선회를 포함할/나타낼 수 있다.
블록(1408)에서, 프로세스(1400)는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양 및/또는 제1 구동 출력부의 위치에 기초하여 맞물림 조립체의 상태를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양이 하나 이상의 임계치 초과인지/미만인지, 사전결정된 힘의 범위 내에 있는지 등의 여부를 결정할 수 있다. 이와 같이, 일부 경우에, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양을 하나 이상의 임계치와 비교할 수 있다. 또한, 제어 회로는 제1 구동 출력부의 위치를 하나 이상의 사전결정된/기준 위치, 위치의 범위 등과 비교할 수 있다. 맞물림 조립체의 상태는 맞물림 조립체가 맞물리는지/맞물림해제되는지 여부, 맞물림 조립체의 유지 특징부가 개방되는지/폐쇄되는지 여부(또는 부분적으로 개방되는지/폐쇄되는지 여부), 의료 기구의 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 수용되는지/적절하게 수용되는지 여부 등을 나타낼 수 있다.
하나의 예시에서, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양이 제1 임계치 미만일 때 맞물림 조립체가 맞물린 상태(예컨대, 완전히 맞물린 상태)와 연관되는 것으로 결정할 수 있다. 예시적인 맞물린 상태가 도 8-1 및 도 8-2와 도 9-1 및 도 9-2에 예시되어 있다. 또한, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양이 제1 임계치 초과이고 제2 임계치 미만일 때 맞물림 조립체가 제1 맞물림해제된 상태(예컨대, 중간 상태)와 연관되는 것으로 결정할 수 있다. 제1 맞물림해제된 상태는, 도 10-1 및 도 10-2에 예시된 맞물림 상태와 같이, 맞물림 조립체의 액추에이터가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되고 맞물림 조립체의 유지 특징부가 세장형 샤프트를 유지하도록 실질적으로 폐쇄된 상태일 수 있다. 또한, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양이 제2 임계치 초과일 때 맞물림 조립체가 제2 맞물림해제된 상태(예컨대, 완전히 개방된 상태)와 연관되는 것으로 결정할 수 있다. 그러한 맞물림해제된 상태의 예가 도 11-1 및 도 11-2에 예시되어 있다.
다른 예시에서, 제어 회로는 임계량 초과의 힘 변화(예컨대, 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 급증)와 연관된 기준 위치(들)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 기구 공급기 장치가 먼저 로봇 아암에 결합될 때 제1 구동 출력부를 하드-스톱 위치로 작동시키고 그리고/또는 하드-스톱 위치를 향한 방향으로 작동시킬 수 있다. 제어 회로는 그러한 작동 동안 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 급증(들)을 검출하고 그러한 힘의 급증에서의 제1 구동 출력부의 위치를 기준 위치(예컨대, 맞물린 상태와 맞물림해제된 상태 사이의 전환 위치, 맞물림 조립체에 대한 하드-스톱 위치, 또는 다른 위치/상태)로서 지정할 수 있다. 그 후에, 제어 회로는 기준 위치에 대한 제1 구동 출력부의 현재 위치의 근접도(예컨대, 기준 회전 위치에 대한 현재 회전 위치의 근접도)에 기초하여 맞물림 조립체의 상태를 결정할 수 있다.
또 다른 예시에서, 제어 회로는 제1 구동 출력부에 의해 인가되는 힘 및/또는 제1 구동 출력부의 위치에 기초하여 다른 방식으로 맞물림 조립체의 상태를 결정할 수 있다.
블록(1410)에서, 프로세스(1400)는 제2 구동 출력부가 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 작동하게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 맞물림 조립체가 맞물린 상태(예컨대, 구동할 준비가 됨)에 위치될 때, 제어 회로는 맞물림 조립체의 제2 구동 입력부의 작동을 유발하도록 로봇 아암의 제2 구동 출력부를 제어할 수 있고, 여기서 제2 구동 입력부는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제2 구동 출력부는 세장형 샤프트가 축방향으로 이동하게(예컨대, 삽입 또는 후퇴하게) 할 수 있다. 예에서, 제2 구동 출력부는 세장형 샤프트를 삽입/후퇴시키기 위한 I/O 장치로부터의 신호, (예컨대, 사용자 입력을 수신함이 없이) 세장형 샤프트를 삽입/후퇴시키기 위한 시스템 결정 등에 기초하여 제어될 수 있다.
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 세장형 샤프트가 기구 공급기 장치 내로 로딩되는지/적절하게 로딩되는지 여부를 결정하기 위한 예시적인 프로세스(1500)를 예시한다.
블록(1502)에서, 프로세스(1500)는 구동 출력부가 맞물림 조립체를, 액추에이터가 맞물리는 맞물린 상태로부터 액추에이터가 맞물림해제되는 맞물림해제된 상태로 작동시키게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 로봇 아암에 결합된 기구 공급기 장치의 맞물림 조립체의 연관된 구동 입력부가 작동하게(예컨대, 회전하게) 하도록 로봇 아암의 구동 출력부가 작동하게(예컨대, 회전하게) 할 수 있다. 구동 입력부의 작동은 맞물림 조립체가 (기구 공급기 장치에 대한 디폴트 상태일 수 있는) 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 변화하게 할 수 있다. 일부 예에서, 맞물림 조립체는, 도 11-1 및 도 11-2에 예시된 것과 같이, 완전히 맞물림해제된/개방된 상태로 전환할 수 있다. 완전히 맞물림해제된/개방된 상태는 기구 샤프트가 맞물림 조립체 내로 로딩되도록 허용할 수 있다.
블록(1504)에서, 프로세스(1500)는 맞물림 조립체를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 이동시키는 동안 발생한 구동 출력부에 의해 인가되는 힘(예컨대, 토크)의 제1 변화와 연관된 구동 출력부의 제1 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 맞물림 조립체를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하는 동안, 제어 회로는 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양을 모니터링할 수 있다. 구동 출력부가 특정 양만큼 구동 출력부를 이동시키기 위해 임계량 초과의 힘의 변화를 겪을/인가할 때(예컨대, 사전결정된 회전량에 대한 힘의 임계 증가/감소), 제어 회로는 그 지점에서의 구동 출력부의 위치를 식별할 수 있다("힘 변화의 초기 위치" 또는 "기준 위치"로도 지칭됨). 하나의 예시에서, 도 12의 상황에서, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)를 맞물린 상태(1204(4))로부터 맞물림해제된 상태(1204(1))로 전환하고, 위치(1202(C))에서 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 힘의 변화를 검출할 수 있고, 여기서 그러한 변화는 임계치 초과이다.
블록(1506)에서, 프로세스(1500)는 구동 출력부가 맞물림 조립체를 맞물림해제된 상태로부터 맞물린 상태를 향해 작동시키게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 구동 출력부가 맞물림 조립체를 완전히 맞물림해제된/개방된 상태로부터 맞물린 상태를 향해 작동시키게 할 수 있다. 일부 예에서, 이는 동작(1502/1504)을 수행한 것으로부터 사전결정된 기간이 경과한 후, 의료 기구의 기구 기부가 로봇 아암(예컨대, 제2 로봇 아암)에 결합된 것을 검출한 때, 기구 기부를 로봇 아암에 결합한 것으로부터 사전결정된 기간이 경과한 후(이는 결합이 발생할 때 타이머를 시작하는 것에 기초할 수 있음), 그리고/또는 다른 이벤트가 검출된 때 발생할 수 있다. 하나의 예시에서, 동작(1506)은, 예컨대 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내로 로딩되었음을 결정/추정할 때, 맞물림 조립체를 의료 기구의 세장형 샤프트와 맞물리게 하려는 시도로 수행될 수 있다.
블록(1508)에서, 프로세스(1500)는 힘의 제2 변화와 연관된 구동 출력부의 제2 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일례에서, 맞물림 조립체는 완전히 맞물림해제된/개방된 상태로부터 맞물린 상태로 전환할 수 있다(예컨대, 블록(1506)). 일단 맞물림이 완료되면, 맞물림 조립체는 맞물림해제된 상태를 향한 방향으로 다시 이동할 수 있고, 제어 회로는 구동 출력부에 의해 인가되는 힘의 양을 모니터링할 수 있다. 이는 맞물림해제 방향으로 비교적 적은 양만큼(예컨대, 특정 양 미만) 이동하는 것을 포함할 수 있다. 구동 출력부가 특정 양만큼 구동 출력부를 이동시키기 위해 임계량 초과의 힘의 변화를 겪을/인가할 때(예컨대, 사전결정된 회전량에 대한 힘의 임계 증가/감소), 제어 회로는 그 지점에서의 구동 출력부의 위치를 식별할 수 있다("힘 변화의 2차 위치"로도 지칭됨). 힘 변화의 임계량은 블록(1504)에 대해 위에서 언급된 임계치 및/또는 다른 임계치 초과일 수 있다. 이와 같이, 힘 변화의 2차 위치는 맞물림해제 방향으로의 힘(접촉력)의 변화를 검출함으로써 식별될 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 힘 변화의 2차 위치는, 예컨대 맞물림 방향으로의 힘(접촉력)의 변화를 검출함으로써(예컨대, 맞물린 상태로 전환하는 동안 접촉의 손실), 다른 방식으로 검출될 수 있다. 일부 경우에, 일단 힘 변화의 2차 위치가 식별되면, 맞물림 조립체는 자유-부동 구역에 진입할 수 있다.
블록(1510)에서, 프로세스(1500)는 유지 특징부가 개방되기 시작하는 상태와 연관된 구동 출력부의 제3 위치를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 맞물림 조립체의 커버가 폐쇄되고(그러나 개방되기 시작함) 롤러가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되는 중간 상태와 연관된 구동 출력부의 위치를 식별할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 위치는, 완전히 맞물림해제된/개방된 상태와 연관된 위치, 맞물린 상태와 연관된 위치, 기준 위치, 및/또는 다른 위치와 같은, 구동 출력부의 다른 위치와 관련하여 한정/참조되는 사전결정된 위치일 수 있다. 하나의 예시에서, 도 12의 상황에서, 제어 회로는 위치(1202(B))가 위치(1202(A)/1202(C)) 및/또는 다른 위치(예컨대, 힘의 변화에 기초하여 검출될 수 있는 임의의 기준 위치)로부터 사전결정된 회전 정도에 있음을 아는 것에 기초하여 위치(1202(B))(여기서 커버(536)는 폐쇄된 상태와 개방된 상태 사이에서 전환함)를 식별할 수 있다.
블록(1512)에서, 프로세스(1500)는 의료 기구의 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 수용되는지 그리고/또는 적절하게 수용되는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트가 맞물림 조립체의 채널 내로 로딩되는지 그리고/또는 세장형 샤프트가 채널 내에 적절하게 로딩되는지를 결정할 수 있다. 그러한 결정은 제1 위치 및 제3 위치에 대한 제2 위치(즉, 힘 변화의 2차 위치)(예컨대, 제1 위치와 제3 위치 사이의 힘 변화의 2차 위치)의 위치에 기초할 수 있다
하나의 예시에서, 도 12의 상황에서, 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 로딩되지 않는 것으로 가정한다. 예를 들어, 맞물림 조립체(532)는 (블록(1502)에서) 맞물림 조립체(532) 내로의 기구 샤프트의 로딩을 용이하게 하도록 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 전환할 수 있지만, 기구 샤프트는 로딩되지 않는다. 제어 회로는 (블록(1504)에서) 힘 변화의 초기 위치로서 위치(1202(C))를 검출할 수 있다. 여기서, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)를 (블록(1506)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태(1204(1))로부터 맞물린 상태(1204(3))를 향해 전환하고, (블록(1508)에서) 위치(1202(C))(즉, 힘 변화의 2차 위치)에서 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 힘의 변화를 검출할 수 있다. 블록(1512)에서, 제어 회로는 힘 변화의 2차 위치(1202(C))가 힘 변화의 초기 위치(1202(C))와 동일한 것에 기초하여 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 로딩되지 않은 것으로 결정할 수 있다. 여기서, 제어 회로는 힘 변화의 둘 모두의 경우에 대해 동일한 위치를 결정하였다. 유사한 방식으로, 제어 회로는 힘 변화의 2차 위치가 위치(1202(E))에 훨씬 더 가까울 때(예컨대, 힘 변화의 2차 위치가 위치(1202(C))와 위치(1202(E)) 사이에 있음) 기구 샤프트가 로딩되지 않은 것으로 결정할 수 있다.
다른 예시에서, 도 13의 상황에서, 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 적절하게 로딩된 것으로 가정한다. 예를 들어, 맞물림 조립체(532)는 (블록(1502)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 전환할 수 있고, 기구 샤프트는 사용자에 의해 로딩된다. 제어 회로는 (블록(1504)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 전환할 때 힘 변화의 초기 위치로서 위치(1202(C))를 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)를 (블록(1506)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태(1204(1))로부터 맞물린 상태(1204(3))를 향해 전환할 수 있고, (블록(1508)에서) 위치(1202(C)(1))(즉, 힘 변화의 2차 위치)에서 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 힘의 변화를 검출할 수 있다. 제어 회로는 (블록(1510)에서) 제3 위치(즉, 중간 위치)로서 위치(1202(B))를 식별할 수 있다. 블록(1512)에서, 제어 회로는 힘 변화의 2차 위치(1202(C)(1))가 (회전과 관련하여) 힘 변화의 초기 위치(1202(C))와 중간 위치(1202(B)) 사이에 있는 것에 기초하여 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 적절하게 로딩된 것으로 결정할 수 있다.
추가 예시에서, 예컨대 커버(536)가 완전히 폐쇄되는 것을 방지하는 방식으로 기구 샤프트를 채널(534)에 부분적으로 위치시킴으로써, 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 부적절하게 로딩된 것으로 가정한다. 예를 들어, 맞물림 조립체(532)는 (블록(1502)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 전환할 수 있고, 기구 샤프트는 채널(534)의 상부 부분에 위치된다. 제어 회로는 (블록(1504)에서) 힘 변화의 초기 위치로서 위치(1202(C))를 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)를 (블록(1506)에서) 완전히 개방된/맞물림해제된 상태(1204(1))로부터 맞물린 상태(1204(3))를 향해 전환하고, (블록(1508)에서) 기구 샤프트의 부적절한 로딩으로 인해 발생할 수 있는, 위치(1202(B)) 전의 소정 위치(즉, 힘 변화의 2차 위치)에서 구동 출력부(1202)에 의해 인가되는 힘의 변화를 검출할 수 있다. 제어 회로는 (블록(1510)에서) 제3 위치(즉, 중간 위치)로서 위치(1202(B))를 식별할 수 있다. 블록(1512)에서, 제어 회로는 힘 변화의 2차 위치가 중간 위치(1202(B)) 전에 위치된 것에 기초하여 기구 샤프트가 맞물림 조립체(532) 내로 부적절하게 로딩된 것으로 결정할 수 있다.
또 다른 추가 예시에서, 힘 변화의 제2 위치가 힘 변화의 초기 위치 후인/초기 위치를 지난 때 기구 샤프트가 부적절하게 로딩된 것으로 결정될 수 있다.
어느 경우에서도, 1512에서 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 수용된/적절하게 수용된 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1500)는 블록(1514)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 수용되지 않은/적절하게 수용되지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1500)는 블록(1516)(즉, 아니오 분기)으로 진행할 수 있다.
블록(1514)에서, 프로세스(1500)는 구동 출력부가 맞물림 조립체를 맞물린 상태를 향해/맞물린 상태로 작동시키게 하는 것 및/또는 세장형 샤프트를 구동하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 구동 출력부가 맞물림 조립체를 맞물린 상태로 작동시키게 할 수 있고, 여기서 제어 회로는 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 적절하게 로딩된 상태에서 세장형 샤프트/의료 기구를 구동할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 13의 상황에서, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)가 상태(1204(4))로 전환하게 하고, 이어서 의료 기구를 구동/제어할 수 있다(예컨대, 삽입/후퇴시키기 위해 사용자로부터 입력을 수신하고 세장형 샤프트를 삽입/후퇴하도록 제어함).
블록(1516)에서, 프로세스(1500)는 구동 출력부가 맞물림 조립체를 맞물림해제된 상태로 작동시키게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 세장형 샤프트의 로딩/재로딩을 용이하게 하도록 구동 출력부가 맞물림 조립체를 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 작동시키게 할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 12의 상황에서, 제어 회로는 맞물림 조립체(532)가 상태(1204(1))로 전환하게 할 수 있다.
블록(1518)에서, 프로세스(1500)는 세장형 샤프트가 채널 내에 수용되지 않은/적절하게 수용되지 않은 것을 나타내는 신호를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트가 맞물림 조립체 내에 로딩되지 않은/적절하게 로딩되지 않은 것을 나타내는 신호(결함/오류 신호)를 생성하고/하거나 추가 처리를 용이하게 하도록 그러한 신호를 다른 컴포넌트/장치에 송신할 수 있다. 일부 경우에, 신호는 사용자 인터페이스를 통해 알림이 제공되게 할 수 있고, 여기서 그러한 알림은 의료 기구의 세장형 샤프트를 로딩/재로딩하도록 사용자에게 통지할 수 있다.
블록(1520)에서, 프로세스(1500)는 신호가 어드레싱되었는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 (i) 세장형 샤프트가 이제 로딩되었음/적절하게 로딩되었음을 나타내는 사용자 입력이 수신되었는지, (ii) 결함/오류 알림을 제공한 것으로부터 일정 기간이 경과하였는지, (iii) 기구 공급기 장치/맞물림 조립체 상의 센서(예컨대, 광 장벽 센서, 힘 센서 등)로부터의 데이터가 세장형 샤프트가 로딩됨/적절하게 로딩됨을 나타내는지, (iv) (예를 들어, 세장형 샤프트 내의 형상 센서로부터의 데이터에 기초하여) 세장형 샤프트가 기구 공급기 장치/맞물림 조립체에 대해 적절하게 위치되는지, 그리고/또는 다른 결정을 결정할 수 있다.
신호가 어드레싱된 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1500)는 블록(1506)(즉, 예 분기)으로 복귀할 수 있다. 대안적으로, 신호가 어드레싱되지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1500)는 블록(1520)(즉, 아니오 분기)으로 복귀하고 (예를 들어, 일정 기간이 경과한 후에) 동작(1520)을 다시 수행할 수 있다.
도 16-1 및 도 16-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스(1600)를 예시한다.
도 16-1에서, 블록(1602)에서, 프로세스(1600)는 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대해 검사하도록 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구는 세장형 샤프트 및 기구 손잡이를 포함할 수 있고, 여기서 세장형 샤프트는 제1 로봇 아암/컴포넌트에 결합된 기구 공급기 장치에 결합할/그와 맞물릴 수 있고, 기구 손잡이는 제2 로봇 아암/컴포넌트에 결합될 수 있다. 일부 경우에, 제어 회로는 기구 손잡이와 기구 공급기 장치 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 평가하도록 결정할 수 있다. 그러한 평가는, 세장형 샤프트를 삽입하기(또는, 일부 경우에, 후퇴시키기) 위한, 기구 샤프트를 롤링시키기 위한, 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한, 절차가 완료된다는, 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대한 최종 검사로부터 일정 기간이 경과하였다는, 의료 기구가 최근에 로봇 아암(들)에 결합되었다는(예컨대, 기구 손잡이/세장형 샤프트가 의료 기구를 구동하는 것을 시작하기 위해 로딩되었다는), 절차가 막 시작하려고 한다는 등의 결정이 이루어질 때 개시될 수 있다. 일부 경우에, 결정은 사용자 입력을 수신하는 것, 시스템 처리(예컨대, 시스템이 이벤트가 발생한 것으로 결정함) 등에 기초한다.
하나의 예시에서, 세장형 샤프트를 삽입하기 위한 사용자 입력이 수신되거나 달리 세장형 샤프트를 삽입하도록 결정될 때 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대한 검사가 개시될 수 있다. 의료 기구의 세장형 샤프트를 삽입하기 위해, 로봇 아암은 협력적 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암이 기구 공급기 장치에 결합될 수 있는 반면, 제2 로봇 아암이 기구 손잡이에 결합될 수 있다. 기구 공급기 장치는 삽입 방향으로의 세장형 샤프트의 축방향 운동을 유발할 수 있는 반면, 제2 로봇 아암은 샤프트의 축방향 운동의 속도와 상관된 방식으로 제1 로봇 아암에 더 가깝게 이동한다. 샤프트가 삽입될 때 세장형 샤프트에 슬랙(예컨대, 서비스 루프)이 있는 경우, 슬랙의 곡률이 증가할 수 있고, 이는 잠재적으로 (예컨대, 샤프트를 임계량보다 많이 구부림으로써) 세장형 샤프트를 손상시키고 그리고/또는 의료 기구를 재로딩/교체하기 위한 절차의 지연을 야기할 수 있다. 이와 같이, 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대한 검사가 그러한 바람직하지 않은 문제를 방지하기 위해 개시될 수 있다.
다른 예시에서, 기구 샤프트의 롤이 지시되고, 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드가 인에이블/요청되고, 그리고/또는 기구 공급기 장치에 대한 중간/맞물림해제된 상태를 구현하는 것과 연관된 다른 이벤트가 발생할 때 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대한 검사가 개시될 수 있다. 예를 들어, 절차/절차의 설정 동안, 의사는 기구 공급기 장치에 결합된 로봇 아암을 수동으로 이동시키도록 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 사용자 입력을 제공하고/하거나 기구 샤프트를 롤링시키기 위한 사용자 입력을 제공할 수 있다. 그러한 사용자 입력에 응답하여, 제어 회로는 샤프트를 삽입하기/어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 신호를 생성/수신할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 어드미턴스 제어 모드는 의사가 로봇 아암 및/또는 로봇 아암에 결합된 접근 시스를 수동으로 조절하도록 허용할 수 있다. 로봇 아암/접근 시스의 이동 및/또는 세장형 샤프트의 롤을 용이하게 하기 위해, 기구 공급기 장치는, 도 10-1 및 도 10-2에 예시된 상태와 같이, 기구 샤프트의 이동을 허용하는 방식으로 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되고 세장형 샤프트가 기구 공급기 장치 내에 유지되는 중간 상태로 전환될 수 있다. 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제될 때(예컨대, 롤러가 샤프트로부터 분리됨) 세장형 샤프트에 슬랙(예컨대, 서비스 루프)이 있는 경우, 세장형 샤프트는 에너지/서비스 루프가 해제됨에 따라 삽입 방향으로 이동할 수 있고, 이는 세장형 샤프트의 바람직하지 않은 삽입을 야기할 수 있다. 이는 (예컨대, 비교적 높은 힘으로 환자의 조직과 접촉하는 세장형 샤프트의 팁으로 인해) 환자에 대한 손상을 야기할 수 있다. 이와 같이, 세장형 샤프트에서의 슬랙에 대한 검사가 그러한 바람직하지 않은 문제를 방지하기 위해 개시될 수 있다.
또 다른 예시에서, 절차가 완료되었다는 결정이 이루어질 때 슬랙에 대한 검사가 개시될 수 있다. 예를 들어, 절차를 완료할 때, 의사는 하나 이상의 로봇 아암으로부터 의료 기구를 분리하기를(예컨대, 기구 공급기 장치로부터 세장형 샤프트를 제거하기를) 원할 수 있다. 이는 기구 공급기 장치를 완전히 개방된/맞물림해제된 상태로 전환하는 것을 수반할 수 있다. 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제될 때 세장형 샤프트에 슬랙이 있는 경우, 세장형 샤프트는 삽입 방향으로 이동할 수 있다. 이와 같이, 슬랙에 대한 검사가 그러한 문제를 방지하기 위해 개시될 수 있다.
추가 예시에서, 로봇 아암이 유휴 상태이고(예컨대, 일정 기간 동안 이동되지 않았음), 의료 기구가 로봇 아암에 결합되고, 그리고/또는 다양한 다른 유형들의 이벤트/결정의 발생 시에 슬랙에 대한 검사가 주기적으로 개시될 수 있다.
도 16-1의 블록(1603)에 도시된 예에서, 의료 기구는 (제1 로봇 아암(112(B))에 결합된) 기구 공급기 장치(530) 및 제2 로봇 아암(112(C))에 결합된 기구 손잡이(506)에 결합된/그와 맞물린 세장형 샤프트(508)를 포함할 수 있다. 세장형 샤프트(508)는 예시적인 목적을 위해 일정량의 슬랙이 있는 것으로 도시되어 있다.
블록(1604)에서, 프로세스(1600)는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 방지하기 위해 의료 기구의 세장형 샤프트에 힘을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 기구 공급기 장치 내에 위치된 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 이동을 방지하도록(예컨대, 세장형 샤프트를 핀칭하도록) 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하기 위해 (기구 공급기 장치에 결합된) 제1 로봇 아암의 하나 이상의 구동 출력부를 작동시키도록 제어할 수 있다. 이러한 힘은, 아래에서 논의되는 바와 같이, 프로세스(1600) 또는 다른 프로세스의 다른 양태가 수행되는 동안 환자로부터의 세장형 샤프트(508)의 후퇴(또는, 일부 경우에, 삽입)를 방지하기 위해 인가될 수 있다.
도 16-1의 블록(1605(A) 내지 1605(C))에 도시된 예에서, 롤러(538)는, 예컨대 세장형 샤프트(508)를 특정 양의 힘(예컨대, 롤러(538)를 서로를 향해 편향시키는 스프링력 초과)으로 롤러들(538) 사이에서 핀칭하기 위해, 세장형 샤프트(508)에 힘을 인가하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 기구 공급기 장치(530)는 포켓(638) 내의 축외 돌출부(636)의 위치에 기초하여 회전되는 캐리어 플레이트(622)를 포함할 수 있다. 캐리어 플레이트(622)의 회전/이동은 롤러(538)를 서로 더 가깝게 또는 더 멀어지게 이동하게 하여, 롤러(538)를 위치시키고 그리고/또는 세장형 샤프트(508)에 인가되는 힘의 양을 조절할 수 있다.
예시하기 위해, 개방/폐쇄 구동 샤프트(632)는 (예시되지 않은 구동 입력부에 의해) 도 16-1의 이미지에 대해 시계 방향으로 회전되어, (개방/폐쇄 구동 샤프트(632)에 결합된) 축외 돌출부(636)가, 블록(1605(B))에서 더 짙은 선으로 예시된, 포켓(638) 내의 제1 표면/에지와 접촉하게 할 수 있다. 힘은 캐리어 플레이트(622)가 축(628)을 중심으로 회전하게 하도록 축외 돌출부(636)에 의해 제1 표면에 인가되어, 롤러(538)가 서로로부터 멀어지는 방향으로(예컨대, 맞물림해제/개방된 상태) 이동하게 할 수 있다. 대조적으로, 개방/폐쇄 샤프트(632)는 반시계 방향으로 회전되어, 축외 돌출부(636)가, 블록(1605(C))에서 더 짙은 선으로 예시된, 제2 표면을 향해 이동하고 그와 접촉하게 할 수 있다. 축외 돌출부(636)는 제2 표면에 힘을 인가하여, 캐리어 플레이트(622)가 반대 방향으로 회전하게 하고 롤러(538)가 세장형 샤프트(508)에 추가 힘을 인가하게 할 수 있다. 예시된 것과 같은 일부 경우에, 축외 돌출부(636)는 포켓(638)의 제1 표면과 제2 표면 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다(예컨대, 각각의 표면에 어떠한 힘도 인가하지 않음). 여기서, 스프링력은 롤러(538)가 세장형 샤프트(508)에 힘을 인가하게 할 수 있다.
도 16-1의 예에서, 세장형 샤프트(508)는 세장형 샤프트(508)의 구동을 용이하게 하도록 롤러들(538) 사이에 위치될 수 있다. 블록(1604)에서, 롤러(538)는, 블록(1605(C))에 도시된 바와 같이, 세장형 샤프트(508)에 힘을 인가하도록 제어될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 이는 로봇 아암(112(C))이 로봇 아암(112(B))으로부터 멀어지게 이동되는 것과 같은, 다른 동작이 수행될 때 세장형 샤프트(508)가 롤러들(538) 사이에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 이는 명령되지 않은/지시되지 않은 환자로부터의 세장형 샤프트(508)의 후퇴를 방지할 수 있다. 세장형 샤프트(508)에 힘을 인가하는 이러한 프로세스는 "능동 핀치"로 지칭될 수 있다
도 16-2의 블록(1606)에서, 프로세스(1600)는 제1 로봇 아암의 구동 출력부(들)가 작동하게 그리고/또는 제2 로봇 아암이 작동하게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기구 공급기 장치는, 예컨대 샤프트를 삽입 또는 후퇴시키기 위해, 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 구동 입력부를 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 구동 입력부는 제1 로봇 아암의 하나 이상의 구동 출력부에 결합하도록 구성될 수 있다. 예에서, 제어 회로는 제1 로봇 아암의 하나 이상의 구동 출력부가 세장형 샤프트의 축방향 운동을 유발하도록 작동하게(예컨대, 회전하게) 할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 회로는 기구 손잡이에 결합된 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 할 수 있다. 제어 회로는, 일부 경우에, 하나 이상의 구동 출력부 및/또는 제2 로봇 아암이 특정 양만큼 작동하게 할 수 있다. 예에서, 제2 로봇 아암은 제1 로봇 아암으로부터 멀어지게 이동되고(반대의 경우도 마찬가지임) 그리고/또는 기구 공급기 장치는 세장형 샤프트를 삽입 방향으로, 슬랙(있을 경우)이 제거/감소되고 그리고/또는 장력이 세장형 샤프트에 인가되는 정도로 이동시킨다. 그러한 장력은, 아래에서 논의되는 바와 같이, 제어 회로에 의해 검출될 수 있다.
도 16-2의 블록(1607(A))에 도시된 예에서, 로봇 아암(112(C))은 로봇 아암(112(B))으로부터 멀어지는 방향으로(예컨대, 후퇴 방향으로) 이동된다. 이는 롤러(538)의 회전을 용이하게 하도록 기구 공급기 장치(530)에 결합되는 로봇 아암(112(B))의 구동 출력부를 작동시키지 않고서 그리고/또는 로봇 아암(112(B))이 비교적 정지 상태로 유지되는 동안 발생할 수 있다. 일부 경우에, 로봇 아암(112(C))은 로봇 아암(112(B))으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 반면, 롤러(538)는 세장형 샤프트(508)를 능동적으로 핀칭/그에 힘을 인가한다. 다시 말해서, 블록(1604)은 로봇 아암(112(C))이 로봇 아암(112(C))으로부터 멀어지게 이동되는 경우에 수행될 수 있다. 이는 환자로부터의 세장형 샤프트(508)의 바람직하지 않은 후퇴(예컨대, 명령되지 않은/지시되지 않은 후퇴)를 방지할 수 있다.
또한, 도 16-2의 블록(1607(B))에 도시된 예에서, 롤러(538)는 세장형 샤프트(508)를 삽입 방향으로 이동시키도록 작동된다. 이는 로봇 아암(112(C))이 비교적 정지 상태로 유지되는 동안(예컨대, 로봇 아암(112(C))이 이동하게 함이 없이) 발생할 수 있다.
블록(1608)에서, 프로세스(1600)는 구동 출력부에 의해/그에 인가되는(또는 그에 의해 검출되는) 제1 힘, 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘, 세장형 샤프트의 형상, 및/또는 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하기 위해 제1 로봇 아암의 구동 출력부(들)에 의해 기구 공급기 장치에 인가되는 제1 힘(예컨대, 토크)을 검출할 수 있다. 블록(1607(B))의 예에서, 제어 회로는 롤러(538)가 유휴 상태이거나 이동하고 있을 때 로봇 아암(112(B))의 구동 출력부에 의해/그에 인가되는 힘(예컨대, 롤러(538)의 회전 위치를 유지하거나 변경하기 위한 힘)을 결정/검출할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 회로는 (예컨대, 제2 로봇 아암의 위치를 제어하기 위해) 제2 로봇 아암이 유휴 상태이거나 이동하고 있을 때 제2 로봇 아암에 의해/그에 인가되는 제2 힘을 검출할 수 있다. 이러한 힘은, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 세장형 샤프트 상에 장력이 없을 때 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 초기 기준력을 고려할 수 있다. 블록(1607(A))의 예에서, 제어 회로는 로봇 아암(112(C))의 위치를 유지하기(또는 이동시키기) 위해 로봇 아암(112(C))에 의해 인가되는 힘을 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 (예컨대 응력 감지 섬유로부터의, 인장 응력을 나타내는 데이터를 포함할 수 있는) 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치(예컨대, 세장형 샤프트의 팁 또는 센서와 연관된 세장형 샤프트의 다른 부분의 위치)를 나타내는 위치 센서 데이터, 제1/제2 로봇 아암의 위치를 나타내는 위치 데이터, 및/또는 다른 데이터를 수신/생성할 수 있다.
도 16-3에서, 블록(1610)에서, 프로세스(1600)는 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하기 위해 구동 출력부에 의해/그에 인가되는(또는 그에 의해 검출되는) 제1 힘의 양, 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘의 양, 형상 감지 데이터에 의해 지시되는 형상, 및/또는 세장형 샤프트/로봇 아암에 대한 위치 데이터에 의해 지시되는 위치에 기초하여 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정할 수 있다. 일부 경우에, 제어 회로는 제1 힘(구동 출력부 힘)이 제1 임계량 초과이고, 제2 힘(로봇 아암 힘)이 (제1 임계치와 동일하거나 상이할 수 있는) 제2 임계량 초과이고, 형상 감지 데이터가 세장형 샤프트가 비교적 직선임을 나타내고, 그리고/또는 세장형 샤프트/로봇 아암에 대한 위치 데이터가 세장형 샤프트가 비교적 직선임을 나타낼 때 세장형 샤프트가 비교적 직선인 것으로 결정할 수 있다.
하나의 예시에서, 제어 회로는 세장형 샤프트의 팁의 위치를 결정하기 위해 세장형 샤프트에 대한 위치 데이터를 사용할 수 있다. 제어 회로는 또한 로봇 아암의 위치(예컨대, 로봇 아암들 사이의 거리)를 결정하고/하거나 세장형 샤프트의 치수(예컨대, 샤프트의 알려진/사전결정된 길이)를 식별할 수 있다. 그러한 정보에 기초하여, 제어 회로는 로봇 아암들 사이에 있는 세장형 샤프트의 길이를 계산할 수 있다. 로봇 아암들 사이에 있는 세장형 샤프트의 길이가 로봇 아암들 사이의 거리보다 큰 경우, 제어 회로는 세장형 샤프트에 슬랙이 있는 것으로 결정할 수 있다. 예에서, 제어 회로는 로봇 아암들 사이의 슬랙의 양을 계산하기 위해 위에서 논의된 정보를 사용할 수 있다.
블록(1612)에서, 프로세스(1600)는 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 비교적 작은지(예컨대, 샤프트 내의 슬랙이 0인지/없는지, 슬랙의 양이 임계량 미만인지 등)를 결정할 수 있다
세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 이상인 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1600)는 도 16-2의 블록(1606)(즉, 아니오 분기)으로 복귀하여, 제1 로봇 아암의 구동 출력부 및/또는 제2 로봇 아암이 예컨대 특정 양만큼 다시 작동하게 할 수 있다. 이는 세장형 샤프트에서의 임의의 슬랙을 제거하고/하거나 세장형 샤프트에 장력을 인가하기 위해 임의의 횟수로 반복될 수 있다. 도 16-3의 블록(1611)에 도시된 예에서, 세장형 샤프트(508)는 일정량의 슬랙을 포함한다. 이와 같이, 블록(1611)은 블록(1606)으로 복귀하는 것과 연관된다.
세장형 샤프트에서의 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정되는 경우(예컨대, 세장형 샤프트에 실질적으로 슬랙이 없음), 프로세스(1600)는 블록(1614)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 도 16-3의 블록(1613)에 도시된 예에서, 세장형 샤프트(508)에는 슬랙이 없다. 이와 같이, 블록(1613)은 블록(1614)으로 진행하는 것과 연관된다.
블록(1614)에서, 프로세스(1600)는 기구 공급기 장치 및/또는 제2 로봇 아암을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는, 예컨대 지시되고 아직 완료되지 않은 임의의 잔여 삽입량에 대해, 세장형 샤프트를 삽입하기 위해 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 기구 공급기 장치를 그리고/또는 협력적 방식으로 이동하도록 제2 로봇 아암을 제어할 수 있다. 특히, 기구 공급기 장치는 (예컨대, 롤러를 사용하여) 삽입 방향으로의 세장형 샤프트의 축방향 운동을 유발할 수 있는 반면, 제2 로봇 아암은 세장형 샤프트의 축방향 운동의 속도(예컨대, 롤러의 회전 속도)와 상관된 방식으로 제1 로봇 아암에 더 가깝게 이동한다. 그러한 이동은 세장형 샤프트가 결정된/지시된 양으로 삽입될 때까지 계속될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 회로는 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 할 수 있고, 이는 (기구 공급기 장치에 대한 중간 상태를 구현함으로써) 세장형 샤프트의 롤, (기구 공급기 장치에 대한 중간 상태를 구현함으로써) 어드미턴스 제어 모드에서의 로봇 아암의 이동, 및/또는 (완전히 개방된/맞물림해제된 상태를 구현함으로써) 세장형 샤프트의 제거 등을 용이하게 할 수 있다.
일부 경우에, 제어 회로는, 예컨대 블록(1614)의 동작을 수행하기 전에, 세장형 샤프트 내의 장력(예컨대, 과도한 장력)을 느슨하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제1 로봇 아암의 구동 출력부가 비교적 작은 양만큼 후퇴 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 그리고/또는 제2 로봇 아암이 비교적 작은 양만큼 제1 로봇 아암을 향한 방향으로 작동하게 할 수 있다. 그러한 이동은 프로세스(1600)를 수행하는 동안 인가되었을 수 있는 세장형 샤프트 상의 장력을 느슨하게 할 수 있다.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따른, 세장형 샤프트를 삽입하는 상황에서 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스(1700)를 예시한다. 일부 경우에, 프로세스(1700)는 샤프트를 삽입하기 위한 사용자 입력을 수신할 때, 시스템 결정 등과 같은, 세장형 샤프트를 삽입하는 것으로 결정될 때 개시될 수 있다.
블록(1702)에서, 프로세스(1700)는 의료 기구의 기구 기부에 결합된 제1 로봇 아암의 초기 힘을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트 상에 장력이 없을 때 기구 기부에 결합된 제1 로봇 아암에 의해 인가되는 초기/기준력을 결정할 수 있다. 그러한 힘은 세장형 샤프트가 삽입되기 전에 결정될 수 있다.
블록(1704)에서, 프로세스(1700)는 의료 기구의 세장형 샤프트를 삽입할지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트가 삽입되는 것을 요청하는 사용자 입력/입력 신호가 수신되는지, 세장형 샤프트를 삽입하기 위한 결정이 이루어지는지 등의 여부를 결정할 수 있다.
세장형 샤프트를 삽입하기 위한 결정이 이루어진 경우, 프로세스(1700)는 블록(1706)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 세장형 샤프트를 삽입하지 않는 결정이 이루어진 경우, 프로세스(1700)는 블록(1704)(즉, 아니오 분기)으로 복귀할 수 있다. 이와 같이, 제어 회로는 삽입 명령어가 수신/결정되는 것을 기다릴 수 있다.
블록(1706)에서, 프로세스(1700)는 구동 출력부와 연관된 구동 출력부 힘 및/또는 로봇 아암과 연관된 로봇 아암 힘을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 샤프트의 삽입/후퇴를 용이하게 하도록 기구 공급기 장치에 결합된 구동 출력부(들)에 의해 인가되는 구동부 힘(예컨대, 토크)을 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 기구 기부에 결합된 로봇 아암에 의해 인가되는 로봇 아암 힘을 결정할 수 있다. 일부 경우에, 로봇 아암 힘은 로봇 아암의 위치를 제어하도록 인가/구현되는 현재 힘("외력, 알짜 기구 힘, 또는 합력"으로도 지칭됨) 및/또는 (블록(1702)에서 결정된) 로봇 아암에 의해 인가되는 초기/기준력을 고려할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암 힘은 외력으로부터 초기/기준력을 감산함으로써 계산될 수 있다(즉, 로봇 아암 힘 = 외력 - 기준력). 로봇 아암 힘은 중력이 배제된 (예컨대, 로봇 아암에 의해 감지되는) 외력을 지칭할 수 있다. 그러나, 로봇 아암 힘은 다른 방식으로 계산될 수 있다.
블록(1708)에서, 프로세스(1700)는 구동 출력부 힘이 제1 임계치 초과인지 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 초과인지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 제2 임계치는 제1 임계치와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 블록(1706)에서 결정된 구동 출력부 힘 및/또는 블록(1706)에서 결정된 로봇 아암 힘이 그들 각각의 임계치 초과인지 여부를 결정할 수 있고, 이는 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트 상에 장력이 존재함을 나타낼 수 있다. 이러한 예에서 2개의 임계치가 사용되지만, 기법은 단일 임계치로 구현될 수 있고, 여기서 구동 출력부 힘 및 로봇 아암 힘은 조합되고 단일 임계치와 비교될 수 있다.
구동 출력부 힘이 제1 임계치 초과이고 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 초과인 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1700)는 블록(1712)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 구동 출력부 힘이 제1 임계치 이하이고 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 이하인 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1700)는 블록(1710)(즉, 아니오 분기)으로 진행할 수 있다.
블록(1710)에서, 프로세스(1700)는 기구 기부에 결합된 제1 로봇 아암을 작동시키지 않고서 세장형 샤프트를 삽입하도록 기구 공급기 장치를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는, 기구 기부에 결합된 제1 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하는 것을 방지하면서(예컨대, 제1 로봇 아암이 임계량 미만으로 이동할 수 있게 함), 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트를 삽입하게 하도록 구동 출력부를 제어할 수 있다. 즉, 제어 회로는, 예를 들어 세장형 샤프트에 인가되는 장력으로 인해 일정량의 힘이 제1 로봇 아암에 가해지는 경우, 능동적으로 제1 로봇 아암이 이동하게 하지 않지만, 제1 로봇 아암이 비교적 직은 양(예컨대, 임계량 미만)으로 이동하도록 허용할 수 있다. 어느 경우에서도, 제어 회로는 세장형 샤프트가 특정 양만큼 삽입되게 할 수 있고, 이는 사용자 입력/처리에 의해 한정된 삽입 한계 내에 있는 증분 양일 수 있다. 동작(1710)은 세장형 샤프트 상의 장력이 (블록(1708)에서 결정된 바와 같은) 임계치 초과에 도달할 때까지 그리고/또는 삽입 한계에 도달할 때까지 임의의 횟수로 반복될 수 있다. 이와 같이, 세장형 샤프트는 일반적으로 사용자 입력 및/또는 시스템에 의해 요청된 양을 초과하여 삽입되지 않을 수 있다.
블록(1712)에서, 프로세스(1700)는 기구 공급기 장치 및 기구 기부에 결합된 제1 로봇 아암을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는, 예컨대 지시되고 아직 완료되지 않은 임의의 잔여 삽입량에 대해, 세장형 샤프트를 삽입/계속 삽입하기 위해 삽입 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 기구 공급기 장치를 그리고 삽입 방향으로 이동하도록 (기구 기부에 결합된) 제1 로봇 아암을 제어할 수 있다. 기구 공급기 장치 및 제1 로봇 아암은 세장형 샤프트를 삽입하기 위해 협력적 방식으로 작동할 수 있다.
일부 경우에, 제어 회로는, 예컨대 블록(1712)의 동작을 수행하기 전에, 세장형 샤프트 내의 장력(예컨대, 과도한 장력)을 느슨하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제2 로봇 아암의 구동 출력부가 비교적 작은 양만큼 후퇴 방향으로 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 기구 공급기 장치를 제어하게 그리고/또는 기구 손잡이에 결합된 제1 로봇 아암이 비교적 작은 양만큼 제2 로봇 아암을 향한 방향으로 작동하게 할 수 있다. 그러한 이동은 프로세스(1700)를 수행하는 동안 인가되었을 수 있는 세장형 샤프트 상의 장력을 느슨하게 할 수 있다. 예에서, 장력은, 예컨대 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트를 제1 속도로 삽입하게 하고 기구 손잡이에 결합된 제1 로봇 아암이 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 제2 로봇 아암을 향해 이동하게 함으로써, 삽입 동안 느슨해질 수 있다.
예에서, 프로세스(1700)는 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 임의의 슬랙을 제거하기 위해 수행될 수 있다. 그 후에, 삽입/후퇴 명령이 수신될 때, 제어 회로는 세장형 샤프트를 삽입/후퇴시키기 위해 협력적 방식으로 이동하도록 기구 공급기 장치 및 기구 기부에 결합된 로봇 아암을 제어할 수 있다.
도 18-1 및 도 18-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하고/하거나 세장형 샤프트를 롤링시키는 상황에서 의료 기구의 세장형 샤프트에서의 슬랙을 결정하고/하거나 제거하기 위한 예시적인 프로세스(1800)를 예시한다. 일부 경우에, 프로세스(1800)는, 예컨대 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 입력을 수신하고, 세장형 샤프트를 롤링시키기 위한 입력을 수신할 때 등에, 기구 공급기 장치를 세장형 샤프트로부터 맞물림해제하는 것(예컨대, 중간 상태, 완전히 개방된/맞물림해제된 상태 등으로 전환하는 것)으로 결정될 때 개시될 수 있다. 그러나, 프로세스(1800)는 다른 시간에 그리고/또는 세장형 샤프트가 슬랙을 포함할 수 있는 다른 상황에 대해 개시될 수 있다.
도 18-1에서, 블록(1802)에서, 프로세스(1800)는 의료 기구를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구는 (기구 공급기 장치를 통해) 제1 로봇 아암에 결합된 세장형 샤프트 및/또는 제2 로봇 아암에 결합된 손잡이/기부를 포함할 수 있다. 제어 회로는, 예컨대 의료 기구의 세장형 샤프트 및/또는 손잡이를 조작하기 위해, 의료 기구의 정상 구동 동안 제1 로봇 아암, 제2 로봇 아암, 및/또는 다른 컴포넌트를 제어할 수 있다.
블록(1804)에서, 프로세스(1800)는 어드미턴스 제어 신호 및/또는 롤 신호가 수신되는지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 (예컨대, 기구 공급기 장치에 결합된) 로봇 아암에 대한 어드미턴스 제어 모드를 인에이블하기 위한 신호 및/또는 의료 기구의 세장형 샤프트를 롤링시키기 위한 신호를 수신할 수 있다. 그러한 신호에 기초하여, 제어 회로는 기구 공급기 장치를 맞물림해제된 상태(예컨대, 중간 상태, 완전히 개방된/맞물림해제된 상태 등)로 전환하도록 결정할 수 있다.
어드미턴스 제어 신호 및/또는 롤 신호가 수신되는 경우, 프로세스는 블록(1806)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 어드미턴스 제어 신호 및/또는 롤 신호가 수신되지 않는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1802)(즉, 아니오 분기)으로 복귀하고 의료 기구의 정상 제어/구동으로 진행할 수 있다.
블록(1806)에서, 프로세스(1800)는 초기/기준 로봇 아암 힘을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 세장형 샤프트 상에 장력이 없을 때 기구 기부에 결합된 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 초기/기준력을 결정할 수 있다. 그러한 힘은 어드미턴스 제어 모드가 인에이블되고/되거나 롤이 발생하기 전에 결정될 수 있다.
블록(1808)에서, 프로세스(1800)는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 기구 손잡이에 결합된 제2 로봇 아암이 기구 공급기 장치에 결합된 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 후퇴 방향으로 이동하게 할 수 있다. 일부 경우에, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 특정 양만큼 작동하게 할 수 있다. 예에서, 제2 로봇 아암은 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성된 제1 로봇 아암의 구동 출력부를 작동시키지 않고서(예컨대, 제2 로봇 아암이 이동함에 따라 일부 작동이 자연적으로 발생할 수 있기 때문에, 구동 출력부를 능동적으로 작동시키지 않고서) 이동될 수 있다. 이와 같이, 일부 경우에, 제어 회로는 구동 출력부가 임계량 미만으로 작동/회전하도록 허용할 수 있는 반면, 제2 로봇 아암은 제1 로봇 아암으로부터 멀어지게 이동된다.
블록(1810)에서, 프로세스(1800)는 구동 출력부와 연관된 구동 출력부 힘 및/또는 로봇 아암과 연관된 로봇 아암 힘을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 샤프트의 삽입/후퇴를 용이하게 하도록 기구 공급기 장치에 결합된 구동 출력부(들)에 의해 인가되는 구동부 힘(예컨대, 토크)을 결정할 수 있다. 또한, 제어 회로는 기구 기부에 결합된 로봇 아암(예컨대, 제2 로봇 아암)에 의해 인가되는 로봇 아암 힘을 결정할 수 있다. 일부 경우에, 로봇 아암 힘은 로봇 아암의 위치를 제어하도록 인가/구현되는 현재 힘("외력, 알짜 기구 힘, 또는 합력"으로도 지칭됨) 및/또는 (블록(1806)에서 결정된) 로봇 아암에 의해 인가되는 초기/기준력을 고려할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암 힘은 외력으로부터 초기/기준력을 감산함으로써 계산될 수 있다(즉, 로봇 아암 힘 = 외력 - 기준력). 그러나, 로봇 아암 힘은 다른 방식으로 계산될 수 있다.
블록(1812)에서, 프로세스(1800)는 (기구 손잡이에 결합된) 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하였는지 그리고/또는 작업공간 경계에 도달하였는지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 (기구 손잡이에 결합된) 제2 로봇 아암이 (기구 공급기 장치에 결합된) 제1 로봇 아암으로부터 이동한 거리를 모니터링/검출하고 그리고/또는 제2 로봇 아암의 위치를 검출할 수 있고, 이는 제2 로봇 아암이 거리 한계에 도달하였는지 그리고/또는 작업공간 경계에 도달하였는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. 거리 한계 및/또는 작업공간 경계는 환경에서 물체/환자와의 충돌을 회피하기 위해 설정/한정될 수 있다. 예를 들어, 작업공간 경계는 가상 경계일 수 있다.
제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동한 것으로 그리고/또는 작업공간 경계에 도달한 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1814)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 제2 로봇 아암이 임계치 초과로 작동되지 않고 그리고/또는 작업공간 경계에 도달하지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1816)(즉, 아니오 분기)으로 진행할 수 있다.
블록(1814)에서, 프로세스(1800)는 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하였고 그리고/또는 작업공간 경계에 도달하였다는 것을 나타내는 신호를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하였고 그리고/또는 작업공간 경계에 도달하였다는 블록(1812)에서의 결정에 기초하여 신호를 생성/송신할 수 있다. 신호는, 예컨대 기구 손잡이를 제거하고 제2 로봇 아암에 재부착하고, 슬랙을 수동으로 제거하도록 제2 로봇 아암을 이동시키는 등에 의해, 의료 기구를 재로딩하고/하거나 제2 로봇 아암을 조절하도록 사용자에게 지시하기 위한 알림이 제공되게 할 수 있다. 일부 경우에, 신호는, 시스템에 의해 제거될 수 있는 임계량 초과와 같은, 세장형 샤프트에 너무 많은 슬랙이 있는 경우에 생성/송신될 수 있다.
블록(1812, 1814)이 도 18-1의 예에 예시되어 있지만, 일부 경우에 그러한 블록(및/또는 프로세스(1800)의 다른 블록)은 제거될 수 있다.
블록(1816)에서, 프로세스(1800)는 구동 출력부 힘이 제1 임계치 초과인지 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 초과인지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 제2 임계치는 제1 임계치와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 블록(1810)에서 결정된 구동 출력부 힘 및/또는 블록(1810)에서 결정된 로봇 아암 힘이 그들 각각의 임계치 초과인지 여부를 결정할 수 있고, 이는 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 세장형 샤프트 상에 장력이 존재함을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 블록(1816)에서, 제어 회로는 세장형 샤프트에 사전결정된 양 미만의 슬랙이 있는지(예컨대, 슬랙이 없음/0임)를 결정할 수 있다.
이러한 예에서 2개의 임계치가 사용되지만, 기법은 단일 임계치로 구현될 수 있고, 여기서 구동 출력부 힘 및 로봇 아암 힘은 조합되고 단일 임계치와 비교될 수 있다.
구동 출력부 힘이 제1 임계치 초과이고 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 초과인 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 도 18-2의 블록(1818)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 구동 출력부 힘이 제1 임계치 이하이고 그리고/또는 로봇 아암 힘이 제2 임계치 이하인 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1808)(예컨대, 아니오 분기)으로 복귀할 수 있다. 제어 회로는 필요할 경우 세장형 샤프트에서의 슬랙을 제거하기 위해 블록(1808, 1810, 1812)을 통해 임의의 횟수로 반복할 수 있다.
도 18-2에서, 블록(1818)에서, 프로세스(1800)는 세장형 샤프트 상의 장력을 느슨하게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 기구 손잡이에 결합된 제2 로봇 아암이 삽입 방향으로 제1 로봇 아암에 더 가깝게 이동하게 하고/하거나 기구 공급기 장치가 세장형 샤프트를 후퇴 방향으로 이동시키게 할 수 있다. 일부 경우에, 블록(1808)에서 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 제2 로봇 아암을 이동시키는 것은 세장형 샤프트가 과도하게 인장되게 할 수 있다. 이와 같이, 블록(1818)의 동작은 그러한 장력을 (예컨대, 약간) 느슨하게 하기 위해 수행될 수 있다.
블록(1820)에서, 프로세스(1800)는 제2 로봇 아암이 제1 사전결정된 거리로 이동하였는지 그리고/또는 세장형 샤프트가 제2 사전결정된 거리로 후퇴하였는지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제2 로봇 아암이 (블록(1818)에서) 적어도 제1 사전결정된 양만큼 삽입 방향으로 이동하였는지(예컨대, 특정 양만큼 제1 로봇 아암에 더 가깝게 이동하였는지) 여부 및/또는 세장형 샤프트가 (블록(1818)에서) 적어도 제2 사전결정된 거리만큼 기구 공급기 장치에 의해 이동되었는지 여부를 결정할 수 있다. 제2 사전결정된 거리는 제1 사전결정된 거리와 동일하거나 상이할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 블록(1820)에서, 제어 회로는 기구 공급기 장치/맞물림 조립체/롤러를 제어하는 데 사용되는 구동 출력부에 의해/그에 인가되는 힘의 양 및/또는 제1/제2 로봇 아암에 의해 구현되는/인가되는 힘의 양이 임계량만큼 변화하였는지 또는 임계치 미만인지(예컨대, 장력이 느슨해진 것을 나타냄)를 결정할 수 있다.
제2 로봇 아암이 제1 사전결정된 거리를 이동한 것으로 그리고/또는 세장형 샤프트가 제2 사전결정된 거리로 후퇴한 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1822)(즉, 예 분기)으로 진행할 수 있다. 대안적으로, 제2 로봇 아암이 제1 사전결정된 거리로 이동하지 않았고 그리고/또는 세장형 샤프트가 제2 사전결정된 거리로 후퇴하지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세스(1800)는 블록(1818)(즉, 아니오 분기)으로 복귀할 수 있다. 블록(1818)에서의 동작은 하나 이상의 기준이 만족될 때까지 세장형 샤프트 상의 장력을 증분식으로 느슨하게 하기 위해 임의의 횟수로 수행될 수 있다(예컨대, 블록(1818)에서 각각의 시간에 특정 양만큼 제2 로봇 아암을 작동시키고 그리고/또는 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시킴).
블록(1818, 1820)이 예시적인 프로세스(1800)에 예시되어 있지만, 일부 경우에 그러한 블록은 제거될 수 있다. 하나의 예시에서, 블록(1818)은 단일 인스턴스로 수행된다(예컨대, 블록(1820)이 제거됨).
블록(1822)에서, 프로세스(1800)는 세장형 샤프트와 맞물림해제시키고 그리고/또는 세장형 샤프트가 롤링할 수 있게 하도록 기구 공급기 장치를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 기구 공급기 장치가 맞물림해제된 상태(예컨대, 세장형 샤프트가 유지되는 중간 상태, 완전히 개방된/맞물림해제된 상태, 또는 다른 맞물림해제된 상태)로 전환하게 할 수 있다. 하나의 예시에서, 기구 공급기 장치는 롤러/액추에이터가 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되고 커버/유지 특징부가 폐쇄되는 중간 상태로 전환할 수 있다. 이는 (예컨대, 기구 공급기 장치에 결합된 제1 로봇 아암의 수동 조절을 위해) 어드미턴스 제어 모드가 인에이블되도록 그리고/또는 세장형 샤프트가 롤링되도록(예컨대, 기구 공급기 장치 내에 유지되는 동안 채널 내에서 자유롭게 이동하도록) 허용할 수 있다.
추가 실시예
실시예에 따라, 본 명세서에 기술된 프로세스들 또는 알고리즘들 중 임의의 것의 소정의 동작, 이벤트, 또는 기능은 상이한 시퀀스로 수행될 수 있고, 추가되거나, 병합되거나, 완전히 생략될 수 있다. 따라서, 소정 실시예에서, 프로세스의 실행을 위해 모든 기술된 동작 또는 이벤트가 필요하지는 않다.
구체적으로 달리 언급되지 않는 한 또는 사용된 바와 같은 문맥에서 달리 이해되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 조건부 언어, 예컨대, 그 중에서도, "할 수 있다", "할 수 있을 것이다", "할 수도 있을 것이다", "할 수도 있다", "예컨대" 등은 그의 통상적인 의미로 의도되고 일반적으로, 소정 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하는 반면, 다른 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않음을 전달하도록 의도된다. 따라서, 그러한 조건부 언어는 일반적으로, 특징부, 요소 및/또는 단계가 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될 것인지 여부를, 입안자 입력 또는 촉구를 가지고 또는 이를 가짐이 없이, 결정하기 위한 로직을 하나 이상의 실시예가 필연적으로 포함한다는 것, 또는 이들 특징부, 요소, 및/또는 단계가 하나 이상의 실시예에 대해 요구되는 임의의 방식으로 있다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 용어 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등은 동의어이고, 그들의 통상적인 의미로 사용되고, 포괄적으로 개방형 방식으로 사용되며, 추가의 요소, 특징부, 동작, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 그의 포괄적인 의미로 사용되어(그리고 그의 배타적인 의미로 사용되지 않음), 예를 들어 요소의 목록을 연결하기 위해 사용될 때, 용어 "또는"이 목록 내의 요소들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미하도록 한다. 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 어구 "X, Y, 및 Z 중 적어도 하나"와 같은 접속 언어는, 항목, 용어, 요소 등이 X, Y, 또는 Z일 수 있음을 전달하는 데 일반적으로 사용되는 바와 같은 문맥으로 이해된다. 따라서, 그러한 접속 언어는 일반적으로, 소정 실시예가 각각 존재하기 위해 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, 및 Z 중 적어도 하나를 필요로 한다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다.
실시예의 위의 설명에서, 다양한 특징부가 때때로 본 개시를 간소화하고 다양한 태양들 중 하나 이상의 이해를 돕기 위해 단일 실시예, 도면, 또는 그의 설명에서 함께 그룹화된다는 것이 인식되어야 한다. 그러나, 본 개시의 이러한 방법은 임의의 청구항이 그러한 청구항에서 명백하게 인용되는 것보다 많은 특징부를 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서의 특정 실시예에서 예시되고/되거나 기술된 임의의 컴포넌트, 특징부, 또는 단계는 임의의 다른 실시예(들)에 적용되거나 그와 함께 사용될 수 있다. 또한, 컴포넌트, 특징부, 단계, 또는 컴포넌트, 특징부, 또는 단계의 그룹이 각각의 실시예에 필요하거나 필수적이지는 않다. 따라서, 본 명세서의 개시의 범주는 전술된 특정 실시예에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 하기의 청구범위의 타당한 판독에 의해서만 결정되어야 하는 것으로 의도된다.
소정의 서수 용어(예컨대, "제1" 또는 "제2")는 참조의 용이함을 위해 제공될 수 있고 반드시 물리적 특성 또는 순서를 의미하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 구조물, 컴포넌트, 동작 등과 같은 요소를 변형시키는 데 사용되는 서수 용어(예컨대, "제1", "제2", "제3" 등)는 반드시 임의의 다른 요소에 대한 그러한 요소의 우선 순위 또는 순서를 나타내는 것이 아니라, 오히려 일반적으로 유사하거나 동일한 명칭을 갖는(그러나 서수 용어의 사용을 위한) 다른 요소로부터 그러한 요소를 구별할 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 부정 관사("a" 및 "an")는 "하나"보다는 "하나 이상"을 나타낼 수 있다. 또한, 조건 또는 이벤트에 "기초하여" 수행되는 동작은 또한 명시적으로 언급되지 않은 하나 이상의 다른 조건 또는 이벤트에 기초하여 수행될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 예시적인 실시예가 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어가 관련 기술의 상황에서의 그들의 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명확히 그렇게 정의되지 않는 한 이상화된 또는 과도하게 공식적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 또한 이해되어야 한다.
공간적으로 상대적인 용어 "외부", "내부", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평" 및 유사한 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 요소 또는 컴포넌트와 다른 요소 또는 컴포넌트 사이의 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 시에 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집힌 경우, 다른 장치 "아래" 또는 "밑"에 위치된 장치는 다른 장치 "위"에 배치될 수 있다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 하부 및 상부 위치 둘 모두를 포함할 수 있다. 장치는 또한 다른 방향으로 배향될 수 있고, 따라서 공간적으로 상대적인 용어는 배향에 따라 상이하게 해석될 수 있다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "더 적은", "더 많은", "더 큰" 등과 같은 비교적인 및/또는 정량적인 용어는 균등의 개념을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "더 적은"은 가장 엄격한 수학적 의미에서 "더 적은"뿐만 아니라, "더 적거나 같은"을 의미할 수 있다.

Claims (34)

  1. 시스템으로서,
    의료 기구의 세장형 샤프트(elongate shaft)에 결합하도록 구성되고, 상기 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성되는 구동 출력부를 포함하는 제1 로봇 아암(robotic arm);
    상기 의료 기구의 기구 기부(instrument base)에 결합하도록 구성되는 제2 로봇 아암; 및
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 구동 출력부 또는 상기 제2 로봇 아암 중 적어도 하나가 작동하게 하고;
    상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제1 로봇 아암과 상기 제2 로봇 아암 사이의 상기 세장형 샤프트에서의 슬랙(slack)의 양을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 구동 출력부와 연관된 제1 힘 또는 상기 제2 로봇 아암과 연관된 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하고;
    상기 제1 힘 또는 상기 제2 힘 중 적어도 하나가 임계치 초과인 것으로 결정하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양은 상기 제1 힘 또는 상기 제2 힘 중 적어도 하나가 상기 임계치 초과라는 상기 결정에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되고, 상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양은 사전결정된 양 미만인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성되고, 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동은 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 제2 로봇 아암이 임계량 미만으로 작동할 수 있게 하면서 상기 구동 출력부가 작동하게 하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트를 삽입할 것을 나타내는 입력 신호를 수신하도록 추가로 구성되고;
    상기 제어 회로는 상기 입력 신호를 수신한 것에 응답하여 상기 구동 출력부가 작동하게 하도록 구성되고, 상기 구동 출력부의 상기 작동은 상기 세장형 샤프트의 삽입을 유발하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 기구 공급기 장치(instrument feeder device)에 결합하도록 구성되고, 상기 기구 공급기 장치는 상기 기구 공급기 장치가 상기 세장형 샤프트와 맞물리는 맞물린 상태 및 상기 기구 공급기 장치가 상기 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되는 맞물림해제된 상태를 구현하도록 구성되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치를 상기 맞물린 상태로부터 상기 맞물림해제된 상태로 전환할 것을 결정하도록 추가로 구성되고;
    상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치를 상기 맞물린 상태로부터 상기 맞물림해제된 상태로 전환하라는 상기 결정에 응답하여 상기 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성되고, 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동은 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 상기 사전결정된 양 미만이라는 상기 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구동 출력부 및 상기 제2 로봇 아암이 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 협력적 방식으로 작동하게 하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 기구 공급기 장치에 결합하도록 구성되고, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치가 상기 기구 공급기 장치 내에 위치되는 상기 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 상기 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 제어 회로는 상기 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성되고, 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동은 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는, 시스템.
  10. 방법으로서,
    제어 회로에 의해, 제1 로봇 아암의 구동 출력부 또는 제2 로봇 아암 중 적어도 하나가 작동하게 하는 단계로서, 상기 제1 로봇은 의료 기구의 세장형 샤프트에 결합되고, 상기 제2 로봇 아암은 상기 의료 기구의 기구 기부에 결합되고, 상기 구동 출력부는 상기 세장형 샤프트의 축방향 운동을 제어하도록 구성되는, 상기 제1 로봇 아암의 상기 구동 출력부 또는 상기 제2 로봇 아암 중 적어도 하나가 작동하게 하는 단계; 및
    상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제어 회로에 의해, 상기 제1 로봇 아암과 상기 제2 로봇 아암 사이의 상기 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방법은 상기 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 상기 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양을 결정하는 단계는 상기 제1 힘 또는 상기 제2 힘 중 적어도 하나에 기초하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 작동하게 하는 단계는 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 작동하게 하는 단계는 상기 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동하는 것을 방지하면서 상기 구동 출력부가 작동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 상기 세장형 샤프트를 삽입할 것을 나타내는 입력 신호를 수신하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 작동하게 하는 단계는 상기 입력 신호를 수신한 것에 응답하여 상기 구동 출력부가 작동하게 하는 단계를 포함하고, 상기 구동 출력부의 상기 작동은 상기 세장형 샤프트의 삽입을 유발하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 방법은 상기 세장형 샤프트와 맞물리도록 구성되는 기구 공급기 장치를 맞물린 상태로부터 맞물림해제된 상태로 전환하도록 결정하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 작동하게 하는 단계는 상기 기구 공급기 장치를 상기 맞물린 상태로부터 상기 맞물림해제된 상태로 전환하도록 결정한 것에 응답하여 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 상기 사전결정된 양 미만이라고 결정한 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구동 출력부 및 상기 제2 로봇 아암이 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키기 위해 협력적 방식으로 작동하게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 방법은 환자로부터의 상기 세장형 샤프트의 후퇴를 방지하기 위해 상기 세장형 샤프트에 힘을 인가하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 작동하게 하는 단계는 상기 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 시스템으로서,
    기구 손잡이를 포함하는 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성되는 기구 공급기 장치; 및
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 손잡이와 상기 기구 공급기 장치 사이의 상기 세장형 샤프트에서의 슬랙의 양을 결정하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양은 상기 제1 힘 또는 상기 제2 힘 중 적어도 하나에 기초하는 결정되는, 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치가 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것, 상기 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하는 것, 또는 상기 세장형 샤프트와의 맞물림을 유지하게 하는 것 중 적어도 하나에 의해 상기 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  21. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치에 인가되는 제1 힘, 상기 기구 손잡이에 결합된 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘, 상기 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 또는 상기 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 위치 센서 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 손잡이에 결합되는 제2 로봇 아암이 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 슬랙의 양은 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되는, 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치를 제어하지 않고서 상기 제2 로봇 아암이 작동하게 하도록 구성되는, 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 제2 로봇 아암이 임계량 초과로 작동한 것 또는 작업공간 경계로 작동한 것 중 적어도 하나인 것으로 결정하고;
    상기 제2 로봇 아암이 상기 임계량 초과로 작동한 것 또는 상기 작업공간 경계로 작동한 것 중 적어도 하나라는 것을 나타내는 신호를 생성하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  25. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 상기 사전결정된 양 미만이라는 상기 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 기구 공급기 장치가 상기 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  26. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치가 삽입 방향으로 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 상기 기구 손잡이가 상기 기구 공급기 장치로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하는 것 중 적어도 하나를 유발하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 사전결정된 양 미만인 것으로 결정하고;
    상기 세장형 샤프트에서의 상기 슬랙의 양이 상기 사전결정된 양 미만이라는 상기 결정에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 기구 공급기 장치가 후퇴 방향으로 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 상기 기구 손잡이가 상기 기구 공급기 장치를 향한 방향으로 이동하게 하는 것 중 적어도 하나를 유발하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  27. 제18항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치가 상기 기구 공급기 장치 내에 위치되는 상기 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 상기 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하고;
    상기 기구 손잡이가 상기 기구 공급기 장치로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 슬랙의 양은 상기 기구 손잡이를 이동시킬 때 결정되는, 시스템.
  28. 시스템으로서,
    제1 로봇 아암에 결합하도록 구성되고, 기구 손잡이를 포함하는 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성되는 기구 공급기 장치; 및
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 손잡이와 상기 기구 공급기 장치 사이에서 상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없는 것으로 결정하고;
    상기 기구 손잡이와 상기 기구 공급기 장치 사이에서 상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 손잡이에 결합되는 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 상기 결정은 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하는, 시스템.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 손잡이가 이동하는 것을 방지하면서 상기 제1 로봇 아암의 구동 출력부가 상기 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 작동하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 상기 결정은 상기 구동 출력부의 상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하는, 시스템.
  31. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치를 제어하기 위해 구동 출력부에 의해 인가되는 제1 힘 또는 상기 기구 손잡이에 결합되는 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘 중 적어도 하나를 결정하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 상기 결정은 상기 제1 힘 또는 상기 제2 힘 중 적어도 하나에 기초하는, 시스템.
  32. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치가 삽입 방향으로 상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키게 하는 것 또는 상기 세장형 샤프트로부터 맞물림해제되게 하는 것 중 적어도 하나에 의해 상기 기구 공급기 장치를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  33. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 기구 공급기 장치에 인가되는 제1 힘, 상기 기구 손잡이에 결합된 제2 로봇 아암에 의해 인가되는 제2 힘, 상기 세장형 샤프트의 형상을 나타내는 형상 감지 데이터, 또는 상기 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 위치 센서 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없는 것으로 결정하도록 구성되는, 시스템.
  34. 제28항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 기구 공급기 장치가 상기 기구 공급기 장치 내에 위치되는 상기 세장형 샤프트의 일부분의 축방향 운동을 방지하기 위해 상기 세장형 샤프트에 힘을 인가하게 하고;
    상기 기구 손잡이에 결합되는 제2 로봇 아암이 상기 제1 로봇 아암으로부터 멀어지는 방향으로 작동하게 하도록 추가로 구성되고;
    상기 세장형 샤프트에 슬랙이 실질적으로 없다는 상기 결정은 상기 제2 로봇 아암의 상기 작동에 적어도 부분적으로 기초하는, 시스템.
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