KR102277148B1 - Eye surgery apparatus and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따르면, 안구 수술 장치는, 지지 프레임; 상기 지지 프레임의 일단에 연결되는 제 1 슬레이브 장치; 상기 지지 프레임의 타단에 연결되는 제 2 슬레이브 장치; 및 상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 사이에 배치되고, 상기 지지 프레임 상에서 위치 이동 가능한 현미경 모듈을 포함할 수 있다.According to an embodiment, an eye surgery apparatus includes: a support frame; a first slave device connected to one end of the support frame; a second slave device connected to the other end of the support frame; and a microscope module disposed between the first slave device and the second slave device and movable on the support frame.

Description

안구 수술 장치 및 이를 제어하는 방법{EYE SURGERY APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}EYE SURGERY APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME

아래의 설명은 안구 수술 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.The description below relates to an eye surgery device and a method for controlling the same.

마스터 장치 및 슬레이브 장치는 서로 전기적으로 신호를 주고 받는다. 사용자는 마스터 장치를 직접적으로 구동할 수 있고, 마스터 장치의 움직임에 기초하여 슬레이브 장치는 원격으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 마스터-슬레이브 장치는 미세한 작업을 요구하는 수술 현장에 사용된다.The master device and the slave device electrically send and receive signals with each other. A user may directly drive the master device, and based on the movement of the master device, the slave device may be remotely controlled. For example, master-slave devices are used in surgical fields that require fine work.

안구 수술 장치는 안구의 표면을 관통하여 안구 내부에 삽입되는 수술 도구를 포함한다. 수술 도구를 이동시키는 동안, 안구의 표면을 손상시키지 않는 기술이 요구되는 실정이다. 또한, 동공을 통하여 관찰할 수 있는 안구의 내부 영역이 한정되어 있어, 안구 내부 관찰이 어려운 문제가 있었다.An ocular surgical device includes a surgical instrument that penetrates the surface of the eye and is inserted into the eye. While moving the surgical tool, there is a need for a technique that does not damage the surface of the eyeball. In addition, since the inner region of the eyeball that can be observed through the pupil is limited, there is a problem that it is difficult to observe the inside of the eyeball.

일 실시 예의 목적은 안구 수술 장치 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.An object of one embodiment is to provide an eye surgery apparatus and a method for controlling the same.

일 실시 예에 따르면, 안구 수술 장치는, 지지 프레임; 상기 지지 프레임의 일단에 연결되는 제 1 슬레이브 장치; 상기 지지 프레임의 타단에 연결되는 제 2 슬레이브 장치; 및 상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 사이에 배치되고, 상기 지지 프레임 상에서 위치 이동 가능한 현미경 모듈을 포함할 수 있다.According to an embodiment, an eye surgery apparatus includes: a support frame; a first slave device connected to one end of the support frame; a second slave device connected to the other end of the support frame; and a microscope module disposed between the first slave device and the second slave device and movable on the support frame.

상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치는, 각각, 하부 샤프트; 상기 하부 샤프트에 1자유도로 슬라이딩 가능하게 연결되는 상부 샤프트; 상기 하부 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 하부 그리퍼; 상기 상부 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 상부 그리퍼; 상기 하부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 하부 델타 로봇; 상기 상부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 상부 델타 로봇; 및 상기 하부 샤프트의 하단에 구비되고, 안구를 관통 가능한 수술 도구를 포함할 수 있다.The first slave device and the second slave device may each include a lower shaft; an upper shaft slidably connected to the lower shaft by one degree of freedom; a lower gripper rotatably supporting the lower shaft; an upper gripper rotatably supporting the upper shaft; a lower delta robot that movably supports the lower gripper; an upper delta robot that movably supports the upper gripper; and a surgical tool provided at the lower end of the lower shaft and capable of penetrating the eyeball.

상기 하부 델타 로봇 및 상부 델타 로봇은, 각각, 3개의 지지 로드; 상기 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 이동부; 및 상기 이동부와 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 암을 포함할 수 있다.The lower delta robot and the upper delta robot, respectively, include three support rods; three moving parts moving along the longitudinal direction of the support rod; and three arms connecting the moving part and the gripper.

상기 안구 수술 장치는, 상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 각각의 수술 도구의 위치를 감지하고, 상기 수술 도구의 위치에 기초하여 상기 현미경 모듈의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The eye surgery apparatus may further include a controller configured to sense a position of each surgical tool of the first slave device and the second slave device, and control the position of the microscope module based on the position of the surgical tool.

일 실시 예에 따르면, 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 일단에 연결되고 제 1 수술 도구를 구동하는 제 1 슬레이브 장치와, 상기 지지 프레임의 타단에 연결되고 제 2 수술 도구를 구동하는 제 2 슬레이브 장치와, 상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 사이에 배치되는 현미경 모듈을 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법은, 마스터 장치로부터 안구의 회전량 정보를 수신하는 단계; 상기 안구의 표면 상에 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 초기 원격 회전 중심을 설정하는 단계; 상기 안구의 회전량 정보에 기초하여, 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심을 계산하는 단계; 상기 안구의 표면 상에서, 상기 제 1 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키고, 상기 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a support frame, a first slave device connected to one end of the support frame and driving a first surgical tool, and a second slave device connected to the other end of the support frame and driving a second surgical tool And, a method of controlling an eye surgery device including a microscope module disposed between the first slave device and the second slave device, the method comprising: receiving rotation amount information of the eyeball from a master device; establishing an initial remote center of rotation of each of the first and second surgical tools on the surface of the eye; calculating a target remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool based on the rotation amount information of the eyeball; On the surface of the eyeball, moving the remote center of rotation of the first surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation, and moving the remote center of rotation of the second surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation It may include the step of

상기 안구의 회전량 정보는, 상기 안구의 중심을 통과하는 제 1 회전축을 중심으로 한 제 1 회전량 정보; 및 상기 안구의 중심을 통과하고 상기 제 1 회전축과 직교하는 제 2 회전축을 중심으로 한 제 2 회전량 정보를 포함할 수 있다.The eye rotation amount information may include: first rotation amount information about a first rotation axis passing through the center of the eyeball; and second rotation amount information about a second rotation axis passing through the center of the eyeball and orthogonal to the first rotation axis.

상기 안구 수술 장치를 제어하는 방법은, 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 상기 제 1 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 1 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계; 및 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 상기 제 2 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 2 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of controlling the eye surgery apparatus includes maintaining the distance between the remote rotation centers of the first and second surgical tools, respectively, and moving the first surgical tool from an initial remote rotation center to a target remote rotation center. generating a desired first movement speed profile during arrival; and a second movement speed required while the second surgical tool reaches from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation while maintaining the distance between the remote centers of rotation of each of the first and second surgical tools. The method may further include generating a profile.

상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심을 계산하는 단계는, 상기 안구의 중심을 기준으로 구면 좌표계를 설정하는 단계; 상기 구면 좌표계 상에서, 상기 제 1 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계; 및 상기 구면 좌표계 상에서, 상기 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the target remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool may include: setting a spherical coordinate system based on the center of the eyeball; calculating an angular change from an initial remote rotation center of the first surgical tool to a target remote rotation center on the spherical coordinate system; and calculating an angular change from an initial remote rotation center of the second surgical tool to a target remote rotation center on the spherical coordinate system.

상기 안구 수술 장치를 제어하는 방법은, 상기 안구의 회전량 정보에 기초하여, 상기 현미경을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of controlling the eye surgery apparatus may further include moving the microscope based on the rotation amount information of the eyeball.

상기 안구 수술 장치를 제어하는 방법은, 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심에 기초하여, 상기 현미경을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of controlling the eye surgery apparatus may further include moving the microscope based on a target remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool.

일 실시 예에 따른 안구 수술 장치 및 이를 제어하는 방법에 따르면, 2개의 수술 도구가 안구의 표면과 접하는 부분 사이의 안구 표면 상에서의 거리를 유지한 상태로 2개의 수술 도구를 이동시킴으로써, 안구 표면을 손상시키지 않을 수 있다.According to an eye surgery apparatus and a method for controlling the same according to an embodiment, by moving the two surgical tools while maintaining the distance on the eye surface between the two surgical tools and the portion in contact with the surface of the eyeball, the eye surface is may not damage it.

일 실시 예에 따른 안구 수술 장치 및 이를 제어하는 방법에 따르면 안구가 회전하더라도, 안구 동공의 위치 변화에 따라 현미경 위치를 변화하여 안구 내부 관찰을 용이하게 할 수 있다.According to an eye surgery apparatus and a method for controlling the same according to an embodiment, even when the eyeball rotates, the position of the microscope is changed according to a change in the position of the pupil of the eyeball to facilitate observation of the inside of the eyeball.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 안구 수술 시스템을 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치 및 현미경을 도시하는 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 수술 도구를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 하부 샤프트 및 수술 도구를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼에 이동과 그에 따른 하부 샤프트 및 상부 샤프트의 이동의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 가까이 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 멀리 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 블록도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 사시도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12 및 도 13은 제 1 및 제 2 슬레이브 장치의 구동에 따라 안구가 회전하고, 안구의 회전에 따라 현미경이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 안구 수술 장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 15 내지 도 17은 안구 수술 장치에 의해 안구가 회전하는 모습을 도시하는 평면도이다.
도 18은 일 실시 예에 따른 제 1 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 회전 중심을 계산하는 단계를 나타내는 순서도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as limited.
1 is a perspective view illustrating an eye surgery system according to an embodiment.
2 is a perspective view illustrating a slave device and a microscope according to an embodiment.
3 is a perspective view schematically illustrating an internal structure of a slave device according to an exemplary embodiment.
4 is a plan view schematically illustrating a surgical tool according to an embodiment.
5 is a front view schematically illustrating a lower shaft and a surgical tool according to an embodiment.
6 is a diagram illustrating a relationship between movement of the lower gripper and the upper gripper and the movement of the lower shaft and the upper shaft according to an exemplary embodiment;
7 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are positioned relatively close, according to an exemplary embodiment;
8 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are relatively far apart, according to an exemplary embodiment;
9 is a block diagram of a slave device according to an embodiment.
10 is a perspective view of a slave device according to an embodiment.
11 is a flowchart illustrating a method of controlling a slave device according to an embodiment.
12 and 13 are diagrams schematically illustrating a state in which the eyeball rotates according to the driving of the first and second slave devices, and the microscope moves according to the rotation of the eyeball.
14 is a flowchart illustrating a method of controlling an eye surgery apparatus according to an exemplary embodiment.
15 to 17 are plan views illustrating a state in which an eyeball is rotated by an eye surgery apparatus.
18 is a flowchart illustrating a step of calculating a target rotation center of each of the first and second surgical tools according to an embodiment.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the essence, order, or order of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, a description described in one embodiment may be applied to another embodiment, and a detailed description in the overlapping range will be omitted.

도 1은 일 실시 예에 따른 안구 수술 시스템을 도시하는 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an eye surgery system according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 안구 수술 시스템(100)은 사용자(U)가 환자의 안구를 관찰 또는 수술하는데 사용될 수 있다. 안구 수술 시스템(100)은 마스터 장치(1), 슬레이브 장치(2, 2'), 현미경(3), 지지부(6) 및 디스플레이(8)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the eye surgery system 100 may be used by a user U to observe or operate on a patient's eye. The eye surgery system 100 may include a master device 1 , slave devices 2 , 2 ′, a microscope 3 , a support 6 and a display 8 .

마스터 장치(1)는 사용자(U)의 조작에 따라 슬레이브 장치(2, 2')를 이동시키기 위한 신호를 생성할 수 있다.The master device 1 may generate a signal for moving the slave devices 2 and 2' according to the manipulation of the user U.

슬레이브 장치(2, 2')는 환자의 안구의 제 1 부분을 통과하여 안구의 내부를 관찰 또는 수술하는 제 1 슬레이브 장치(2)와, 안구의 제 2 부분을 통과하여 안구의 내부를 관찰 또는 수술하는 제 2 슬레이브 장치(2')를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안구의 제 1 부분 및 제 2 부분은 안구의 동공을 중심으로 서로 반대편에 위치한 부분일 수 있다.The slave devices 2 and 2' pass through the first part of the patient's eyeball to observe or operate on the inside of the eyeball, and the first slave device 2 passes through the second part of the eye to observe or operate the inside of the eyeball. It may include a second slave device (2') to operate. For example, the first portion and the second portion of the eyeball may be portions located opposite to each other with respect to the pupil of the eyeball.

현미경(3)은 안구의 동공을 통해 안구를 관찰할 수 있다.The microscope 3 can observe the eyeball through the pupil of the eyeball.

지지부(6)는 슬레이브 장치(2, 2')와 현미경(3)을 지지할 수 있다.The support 6 can support the slave devices 2 , 2 ′ and the microscope 3 .

디스플레이(8)는 현미경(3)에 의해 관찰되는 이미지를 표시하여, 사용자(U)에게 실시간으로 제공할 수 있다.The display 8 may display the image observed by the microscope 3 and provide it to the user U in real time.

도 2는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치 및 현미경을 도시하는 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a slave device and a microscope according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 지지부(6)의 하부에 연결될 수 있다. 현미경(3)은 지지부(6)의 상부에 연결될 수 있다. 지지부(6)는 제 1 슬레이브 장치(2)를 지지하는 제 1 지지 프레임(61)과, 제 2 슬레이브 장치(2')를 지지하는 제 2 지지 프레임(62)과, 현미경(3)을 지지하는 지지 베이스(63)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 베이스(63)는 상대적으로 회전 가능하게 힌지 연결되고, 직렬로 구비되는 복수 개의 링크 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 2 , the first slave device 2 and the second slave device 2 ′ may be connected to the lower portion of the support 6 . The microscope 3 may be connected to the top of the support 6 . The support part 6 supports the first support frame 61 for supporting the first slave device 2 , the second support frame 62 for supporting the second slave device 2 ′, and the microscope 3 . It may include a support base 63 that is. For example, the support base 63 may be hinge-connected to be relatively rotatable and may have a plurality of link structures provided in series.

제 1 지지 프레임(61) 및 제 2 지지 프레임(62)은 현미경(3)의 하측에 관통 형성되는 홀을 구비할 수 있고, 현미경(3)은 상기 홀을 통해 환자의 안구를 관찰할 수 있다. 현미경(3)은 지지부(6) 상에 이동 가능하게 장착될 수 있다. 예를 들어, 현미경(3)은 렌즈의 각도를 유지한 상태로 제 1 지지 프레임(61) 및 제 2 지지 프레임(62) 상에서 이동 가능하다. 현미경(3)은 평면 상에서 이동 가능하다. 예를 들어, 현미경은 제 1 지지 프레임(61)과 나란한 제 1 경로(P1)와, 제 1 경로(P1)에 수직한 제 2 경로(P2)를 따라 이동 가능하다(도 13 12 및 도 14 13 참조). 예를 들어, 제 1 지지 프레임(61), 제 2 지지 프레임(62) 및 지지 베이스(63) 중 적어도 하나 이상은 현미경(3)을 수용하고, 현미경(3)의 이동 가능한 공간을 마련하기 위한 공간을 구비할 수 있다. 예를 들어, 지지부(6)는 현미경(3)을 제 1 경로를 따라 이동시키기 위한 제 1 선형 액츄에이터(미도시)와, 현미경(3)을 제 2 경로를 따라 이동시키기 위한 제 2 선형 액츄에이터(미도시)를 포함할 수 있다.The first support frame 61 and the second support frame 62 may have a hole formed through the lower side of the microscope 3, and the microscope 3 may observe the eye of the patient through the hole. . The microscope 3 may be movably mounted on the support 6 . For example, the microscope 3 is movable on the first support frame 61 and the second support frame 62 while maintaining the angle of the lens. The microscope 3 is movable on a plane. For example, the microscope is movable along a first path P1 parallel to the first support frame 61 and a second path P2 perpendicular to the first path P1 ( FIGS. 13 12 and 14 ). 13). For example, at least one of the first support frame 61 , the second support frame 62 , and the support base 63 accommodates the microscope 3 , and provides a movable space for the microscope 3 . space can be provided. For example, the support 6 includes a first linear actuator (not shown) for moving the microscope 3 along a first path, and a second linear actuator (not shown) for moving the microscope 3 along a second path. not shown) may be included.

제 1 슬레이브 장치(2)는 제 1 수술 도구(250)를 포함하고, 제 2 슬레이브 장치(2')는 제 2 수술 도구(250')를 포함한다. 제 1 수술 도구(250)는 회전 모듈(251)과, 환자의 안구에 삽입되고 회전 모듈(251)에 의해 회전되는 수술 팁(252)을 포함할 수 있다. 제 2 수술 도구(250')는 회전 모듈(251')과, 환자의 안구에 삽입되고 회전 모듈(251')에 의해 회전되는 수술 팁(252')을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250') 중 어느 하나의 수술 도구만 안구에 삽입되어, 관찰 또는 수술을 수행할 수 있다.The first slave device 2 includes a first surgical tool 250 , and the second slave device 2 ′ includes a second surgical tool 250 ′. The first surgical tool 250 may include a rotation module 251 and a surgical tip 252 inserted into the patient's eye and rotated by the rotation module 251 . The second surgical tool 250' may include a rotation module 251' and a surgical tip 252' inserted into the patient's eye and rotated by the rotation module 251'. For example, only one of the first surgical tool 250 and the second surgical tool 250 ′ is inserted into the eyeball to perform observation or surgery.

도 3은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.3 is a perspective view schematically illustrating an internal structure of a slave device according to an exemplary embodiment.

도 3을 참조하면, 슬레이브 장치는, 하부 델타 로봇(210), 상부 델타 로봇(220), 하부 샤프트(231), 상부 샤프트(232), 하부 그리퍼(241), 상부 그리퍼(242), 수술 도구(250), 하단 프레임(280) 및 상단 프레임(290)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the slave device includes a lower delta robot 210 , an upper delta robot 220 , a lower shaft 231 , an upper shaft 232 , a lower gripper 241 , an upper gripper 242 , and a surgical tool. 250 , a lower frame 280 and an upper frame 290 may be included.

하부 델타 로봇(210)은 하부 그리퍼(241)를 이동 가능하게 지지할 수 있다. 상부 델타 로봇(220)은 상부 그리퍼(242)를 이동 가능하게 지지할 수 있다. 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은, 각각, 3개의 지지 로드(211, 221)와, 지지 로드(211, 221)의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 이동부(212, 222)와, 이동부(212, 222)와 그리퍼(241, 242)를 연결하는 3개의 암(213, 223)과, 3개의 이동부(212, 222)를 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동원(214, 224)를 포함할 수 있다. 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은 리니어 액츄에이터 방식으로 구동되고, 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀 움직임이 가능하다. 3개의 지지 로드(211, 221)은 하단 프레임(280) 및 상단 프레임(290) 사이에 배치될 수 있다.The lower delta robot 210 may movably support the lower gripper 241 . The upper delta robot 220 may movably support the upper gripper 242 . The lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are, respectively, three support rods 211 and 221 and three moving parts 212 and 222 moving along the longitudinal direction of the support rods 211 and 221 , respectively. ), three arms 213 and 223 connecting the moving parts 212 and 222 and the grippers 241 and 242, and a driving source 214 that provides power to move the three moving parts 212 and 222 , 224) may be included. The lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are driven by a linear actuator method, and precise movement with little vibration and backlash is possible. The three support rods 211 and 221 may be disposed between the lower frame 280 and the upper frame 290 .

각각의 암(213, 223)과 대응하는 이동부(212, 222)는 서로에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 연결될 수 있고, 각각의 암(213, 223)과 대응하는 그리퍼(241, 242)는 서로에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.Each of the arms 213 and 223 and the corresponding moving parts 212 and 222 may be rotatably connected to each other, and each of the arms 213 and 223 and the corresponding grippers 241 and 242 are connected to each other. It may be connected rotatably relative to the .

하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)는, 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)와 서로 나란할 수 있다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 각각 어느 하나의 지지 로드의 하부 부분 및 상부 부분일 수 있다. 다시 말하면, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 경계 없이 서로 접합하고 있을 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 3개의 지지 로드만으로 6개의 이동부를 가이드할 수 있으므로, 구조를 간단하게 설계할 수 있다. 한편, 하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)는 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)와 서로 이격될 수도 있다(도 10 참조).The support rod 211 of the lower delta robot 210 may be parallel to the support rod 221 of the upper delta robot 220 . For example, the support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be a lower portion and an upper portion of any one support rod, respectively. In other words, the support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be bonded to each other without boundaries. According to this structure, since only three support rods can guide six moving parts, the structure can be simply designed. Meanwhile, the support rod 211 of the lower delta robot 210 may be spaced apart from the support rod 221 of the upper delta robot 220 (see FIG. 10 ).

하부 샤프트(231)는 하부 델타 로봇(210)에 의해 구동될 수 있다. 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 대해 2자유도 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 2자유도 회전 가능하게 연결되기 위한 조인트, 예를 들어 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다. 하부 샤프트(231)는 조인트가 배치된 지점에서 하부 그리퍼(241)에 고정될 수 있다. 하부 샤프트(231)의 일 지점은 하부 그리퍼(241)에 고정될 수 있다. 이하, 하부 그리퍼(241) 중 하부 샤프트(231)를 고정하는 지점을 하부 그리퍼(241)의 중심점이라고 지칭할 수 있다.The lower shaft 231 may be driven by the lower delta robot 210 . The lower shaft 231 may be rotatably connected to the lower gripper 241 in two degrees of freedom. For example, the lower shaft 231 may include a joint to be rotatably connected to the lower gripper 241 in two degrees of freedom, for example, a ball joint or a universal joint. The lower shaft 231 may be fixed to the lower gripper 241 at a point where the joint is disposed. One point of the lower shaft 231 may be fixed to the lower gripper 241 . Hereinafter, a point of the lower gripper 241 at which the lower shaft 231 is fixed may be referred to as a center point of the lower gripper 241 .

상부 샤프트(232)는 상부 델타 로봇(220)에 의해 구동될 수 있다. 상부 샤프트(232)는 상부 그리퍼(242)에 대해 2자유도 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 샤프트(232)는 상부 그리퍼(242)에 2자유도 회전 가능하게 연결되기 위한 조인트, 예를 들어 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트를 포함할 수 있다. 상부 샤프트(232)는 조인트가 배치된 지점에서 상부 그리퍼(242)에 고정될 수 있다. 상부 샤프트(232)의 일 지점은 상부 그리퍼(242)에 고정될 수 있다. 이하, 상부 그리퍼(242) 중 상부 샤프트(232)를 고정하는 지점을 상부 그리퍼(242)의 중심점이라고 지칭할 수 있다.The upper shaft 232 may be driven by the upper delta robot 220 . The upper shaft 232 may be rotatably connected to the upper gripper 242 in two degrees of freedom. For example, the upper shaft 232 may include a joint for rotatably connected to the upper gripper 242 in two degrees of freedom, for example, a ball joint or a universal joint. The upper shaft 232 may be fixed to the upper gripper 242 at the point where the joint is disposed. One point of the upper shaft 232 may be fixed to the upper gripper 242 . Hereinafter, a point at which the upper shaft 232 is fixed among the upper grippers 242 may be referred to as a center point of the upper gripper 242 .

하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)는 상대적으로 슬라이딩 가능하다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210) 및/또는 상부 델타 로봇(220)이 하부 그리퍼(241) 및/또는 상부 그리퍼(242)의 위치를 변경하도록 구동하는 동안, 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)는 1자유도로 슬라이딩 가능하다. 하부 샤프트(231)는 하부 그리퍼(241)에 대해 2자유도 회전 가능하며, 하부 샤프트(231)의 회전은 하부 샤프트(231)의 축 방향으로의 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리 변화와 무관하다. 이와 같은 구조에 따라, 슬레이브 장치는 하부 샤프트(231)를 고정시킨 상태로 상부 샤프트(232)만을 이동시킬 수 있다.The lower shaft 231 and the upper shaft 232 are relatively slidable. For example, while driving the lower delta robot 210 and/or the upper delta robot 220 to change the position of the lower gripper 241 and/or the upper gripper 242 , the lower shaft 231 and the upper shaft Reference numeral 232 is slidable in one degree of freedom. The lower shaft 231 is rotatable in two degrees of freedom with respect to the lower gripper 241 , and the rotation of the lower shaft 231 is between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 in the axial direction of the lower shaft 231 . irrespective of the change in distance. According to this structure, the slave device can move only the upper shaft 232 while the lower shaft 231 is fixed.

예를 들어, 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232) 중 어느 하나의 샤프트는 중공부를 포함할 수 있고, 다른 하나의 샤프트는 상기 중공부에 삽입된 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이, 하부 샤프트(231)는 상부 샤프트(232)의 적어도 일부를 수용하는 중공부를 포함하고, 상부 샤프트(232)는 하부 샤프트(231)의 중공부에 삽입된 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이더를 포함할 수 있다. 예를 들어 슬라이더는 하부 샤프트(231)의 내벽에 면접촉한 상태로 1자유도로 슬라이딩 가능하다.For example, any one of the lower shaft 231 and the upper shaft 232 may include a hollow part, and the other shaft may include a slider slidable while inserted into the hollow part. For example, as shown in FIG. 3 , the lower shaft 231 includes a hollow portion accommodating at least a portion of the upper shaft 232 , and the upper shaft 232 is inserted into the hollow portion of the lower shaft 231 . It may include a slider slidable with For example, the slider can slide in one degree of freedom while in surface contact with the inner wall of the lower shaft 231 .

하부 그리퍼(241)는 하부 샤프트(231)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 하부 그리퍼(241)는 하부 델타 로봇(210)의 3개의 암(213)에 의해 지지되고, 3개의 이동부(212)의 이동에 기초하여 위치가 변경될 수 있다.The lower gripper 241 may rotatably support the lower shaft 231 . The lower gripper 241 is supported by the three arms 213 of the lower delta robot 210 , and its position may be changed based on the movement of the three moving parts 212 .

상부 그리퍼(242)는 상부 샤프트(232)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 상부 그리퍼(242)는 상부 델타 로봇(220)의 3개의 암(223)에 의해 지지되고, 3개의 이동부(222)의 이동에 기초하여 위치가 변경될 수 있다.The upper gripper 242 may rotatably support the upper shaft 232 . The upper gripper 242 is supported by the three arms 223 of the upper delta robot 220 , and its position may be changed based on the movement of the three moving parts 222 .

하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242)는, 하부 샤프트(231)의 축 방향(길이 방향)으로 수술 도구(250)가 하부 그리퍼(241)의 중심점으로부터 이격된 위치를 유지한 상태로, 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리는 조절될 수 있다. 이 경우, 하부 그리퍼(241)는 고정되며, 상부 그리퍼(242)는 하부 샤프트(231)의 길이 방향과 나란한 경로를 따라 이동한다.The lower gripper 241 and the upper gripper 242 are, in a state where the surgical tool 250 is spaced apart from the center point of the lower gripper 241 in the axial direction (longitudinal direction) of the lower shaft 231 . The distance between the gripper 241 and the upper gripper 242 may be adjusted. In this case, the lower gripper 241 is fixed, and the upper gripper 242 moves along a path parallel to the longitudinal direction of the lower shaft 231 .

수술 도구(250)는 회전 모듈(251) 및 수술 팁(252)을 포함할 수 있다. 수술 팁(252)은 길이 방향 부재일 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232)와 나란할 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)의 중심 축은 하부 샤프트(231) 및 상부 샤프트(232) 각각의 중심축을 통과할 수 있다. 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231)보다 얇은 두께를 가지며, 안구의 표면을 관통하여 안구 내부로 삽입될 수 있다. 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)에 장착되고 수술 팁(252)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 수술 팁(252)은 하부 샤프트(231)의 길이 방향 축과 나란한 또는 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있다.The surgical tool 250 may include a rotation module 251 and a surgical tip 252 . Surgical tip 252 may be a longitudinal member. For example, surgical tip 252 can be side-by-side with lower shaft 231 and upper shaft 232 . For example, the central axis of the surgical tip 252 may pass through the central axis of each of the lower shaft 231 and the upper shaft 232 . The surgical tip 252 has a thinner thickness than the lower shaft 231 , and may penetrate the surface of the eyeball and be inserted into the eyeball. The rotation module 251 is mounted on the lower shaft 231 and can rotate the surgical tip 252 . For example, surgical tip 252 may rotate about an axis parallel or parallel to the longitudinal axis of lower shaft 231 .

도 4는 일 실시 예에 따른 수술 도구를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 하부 샤프트 및 수술 도구를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 4는 도 5에서 간략하게 도시된 회전 모듈(251)의 내부 메커니즘을 도시하는 것이다.4 is a plan view schematically illustrating a surgical tool according to an embodiment, and FIG. 5 is a front view schematically illustrating a lower shaft and a surgical tool according to an embodiment. FIG. 4 shows the internal mechanism of the rotation module 251 schematically illustrated in FIG. 5 .

도 4 및 도 5를 참조하면, 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)의 하단에 설치될 수 있다. 이와 달리, 회전 모듈(251)은 하부 샤프트(231)의 다른 곳에도 설치될 수 있음은 물론이다.4 and 5 , the rotation module 251 may be installed at the lower end of the lower shaft 231 . Alternatively, of course, the rotation module 251 may be installed elsewhere on the lower shaft 231 .

회전 모듈(251)은, 본체(2511), 본체(2511)의 측부에 설치되는 제 1 기어(2512), 제 1 기어(2512)를 회전시키기 위한 기어축(2513), 및 제 1 기어(2512)와 맞물리는 제 2 기어(2514)를 포함할 수 있다. 수술 팁(252)은 제 2 기어(2514)의 회전에 따라 함께 회전될 수 있다. 예를 들어, 제 2 기어(2514)의 회전 축은 하부 샤프트(231)의 중심축과 평행하거나, 일치할 수 있다.The rotation module 251 includes a main body 2511 , a first gear 2512 installed on the side of the main body 2511 , a gear shaft 2513 for rotating the first gear 2512 , and a first gear 2512 . ) may include a second gear 2514 meshing with the. Surgical tip 252 may be rotated along with rotation of second gear 2514 . For example, the rotation axis of the second gear 2514 may be parallel to or coincident with the central axis of the lower shaft 231 .

회전 모듈(251)에 설치되는 구동원은 먼저 기어축(2513)을 회전시키고, 이에 따라 제 1 기어(2512)는 제 2 기어(2514)를 회전시키고, 다음으로 수술 팁(252)이 회전하게 된다. 이를 통해 하부 샤프트(231)의 길이 방향을 기어축으로 하는 요(yaw) 회전이 달성될 수 있다.The driving source installed in the rotation module 251 first rotates the gear shaft 2513, and thus the first gear 2512 rotates the second gear 2514, and then the surgical tip 252 rotates. . Through this, yaw rotation using the longitudinal direction of the lower shaft 231 as the gear axis may be achieved.

도 6은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼에 이동과 그에 따른 하부 샤프트 및 상부 샤프트의 이동의 관계를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a relationship between movement of the lower gripper and the upper gripper and the movement of the lower shaft and the upper shaft according to an exemplary embodiment;

도 6을 참조하여, 슬레이브 장치를 이루는 이중 델타 구조의 역기구학(Inverse Kinematics), 순기구학(Forward Kinematics) 및 자코비안에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이중 델타 로봇은 x축, y축 및 z축 방향으로만 움직이는 2개의 델타 로봇(하부 델타 로봇 및 상부 델타 로봇)을 패시브 조인트로 연결하여 사용한다.With reference to FIG. 6 , inverse kinematics, forward kinematics, and Jacobian of the dual delta structure constituting the slave device will be described in detail. The dual delta robot uses two delta robots (lower delta robot and upper delta robot) that move only in the x-axis, y-axis and z-axis directions by connecting them with a passive joint.

이중 델타 구조의 기구학에서 사용된 변수는 다음과 같이 정의된다.The variables used in the kinematics of the double delta structure are defined as follows.

Figure 112019063983957-pat00001
Figure 112019063983957-pat00001

Figure 112019063983957-pat00002
는 상부 그리퍼의 수심이며, 상부 샤프트를 고정하는 지점을 의미한다. 상부 샤프트는 일 지점이 상부 그리퍼에 고정된 상태로 2자유도로 회전 가능하다. 여기서 상부 그리퍼의 수심이란, 상부 델타 로봇의 3개의 암이 상부 그리퍼에 연결된 지점(HA, HB, HC)의 수심을 의미한다. 본원에서,
Figure 112019063983957-pat00003
는 상부 그리퍼의 중심점이라고도 지칭한다.
Figure 112019063983957-pat00002
is the water depth of the upper gripper, and means the point at which the upper shaft is fixed. The upper shaft is rotatable in two degrees of freedom with one point fixed to the upper gripper. Here, the water depth of the upper gripper means the depth of the points (HA , H B , H C ) where the three arms of the upper delta robot are connected to the upper gripper. here,
Figure 112019063983957-pat00003
is also referred to as the center point of the upper gripper.

Figure 112019063983957-pat00004
는 하부 그리퍼의 수심이며, 하부 샤프트를 고정하는 지점을 의미한다. 하부 샤프트는 일 지점이 하부 그리퍼에 고정된 상태로 2자유도 회전 가능하다. 여기서 하부 그리퍼의 수심이란, 하부 델타 로봇의 3개의 암이 하부 그리퍼에 연결된 지점(LA, LB, LC)의 수심을 의미한다. 하부 샤프트가 하부 그리퍼에 고정된 상태이므로,
Figure 112019063983957-pat00005
로부터 수술 도구까지의 거리는 항상 일정할 수 있다. 본원에서,
Figure 112019063983957-pat00006
는 하부 그리퍼의 중심점이라고도 지칭한다.
Figure 112019063983957-pat00004
is the water depth of the lower gripper, and means the point at which the lower shaft is fixed. The lower shaft is rotatable in two degrees of freedom with one point fixed to the lower gripper. Here, the water depth of the lower gripper means the depth of the points (LA , L B , L C ) where the three arms of the lower delta robot are connected to the lower gripper. Since the lower shaft is fixed to the lower gripper,
Figure 112019063983957-pat00005
The distance from to the surgical tool may always be constant. here,
Figure 112019063983957-pat00006
is also referred to as the center point of the lower gripper.

Figure 112019063983957-pat00007
는 상부 델타 로봇의 암의 길이를 의미하고,
Figure 112019063983957-pat00008
는 하부 델타 로봇의 암의 길이를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00009
Figure 112019063983957-pat00010
는 상부 및 하부 그리퍼 각각이 암과 연결된 포인트를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00011
는 하단 프레임 중 3개의 지지 로드와 연결된 지점을 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00012
상부 및 하부 델타 구조의 이동부의 변위를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00013
는 수술 도구의 끝점으로부터
Figure 112019063983957-pat00014
까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00015
는 수술 도구의 끝점으로부터
Figure 112019063983957-pat00016
까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00017
Figure 112019063983957-pat00018
중 어느 2개 사이의 길이를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00019
는 각각
Figure 112019063983957-pat00020
중 어느 2개의 사이의 길이와,
Figure 112019063983957-pat00021
중 어느 2개의 사이의 길이를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00022
Figure 112019063983957-pat00023
의 수심에서 모서리까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00024
는 각각
Figure 112019063983957-pat00025
중 어느 2개를 연결하는 선으로부터
Figure 112019063983957-pat00026
까지의 거리와, 하부 그리퍼의
Figure 112019063983957-pat00027
중 어느 2개를 연결하는 선으로부터
Figure 112019063983957-pat00028
까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00029
Figure 112019063983957-pat00030
의 수심으로부터
Figure 112019063983957-pat00031
중 어느 하나까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00032
는 각각
Figure 112019063983957-pat00033
로부터
Figure 112019063983957-pat00034
중 어느 하나까지의 거리와,
Figure 112019063983957-pat00035
로부터
Figure 112019063983957-pat00036
중 어느 하나까지의 거리를 의미한다.
Figure 112019063983957-pat00007
means the length of the arm of the upper delta robot,
Figure 112019063983957-pat00008
is the length of the arm of the lower delta robot.
Figure 112019063983957-pat00009
Figure 112019063983957-pat00010
denotes a point where each of the upper and lower grippers is connected to the arm.
Figure 112019063983957-pat00011
means the point connected to the three support rods among the lower frames.
Figure 112019063983957-pat00012
It means the displacement of the moving parts of the upper and lower delta structures.
Figure 112019063983957-pat00013
is from the endpoint of the surgical tool.
Figure 112019063983957-pat00014
means the distance to
Figure 112019063983957-pat00015
is from the endpoint of the surgical tool.
Figure 112019063983957-pat00016
means the distance to
Figure 112019063983957-pat00017
is
Figure 112019063983957-pat00018
It means the length between any two of them.
Figure 112019063983957-pat00019
are each
Figure 112019063983957-pat00020
the length between any two of them,
Figure 112019063983957-pat00021
It means the length between any two of them.
Figure 112019063983957-pat00022
is
Figure 112019063983957-pat00023
is the distance from the water depth to the edge of
Figure 112019063983957-pat00024
are each
Figure 112019063983957-pat00025
from the line connecting any two
Figure 112019063983957-pat00026
distance to and of the lower gripper
Figure 112019063983957-pat00027
from the line connecting any two
Figure 112019063983957-pat00028
means the distance to
Figure 112019063983957-pat00029
is
Figure 112019063983957-pat00030
from the depth of
Figure 112019063983957-pat00031
distance to any one of them.
Figure 112019063983957-pat00032
are each
Figure 112019063983957-pat00033
from
Figure 112019063983957-pat00034
distance to any one of the
Figure 112019063983957-pat00035
from
Figure 112019063983957-pat00036
distance to any one of them.

역기구학inverse kinematics

마스터 장치로부터 수신되는 회전 정보를 기준으로, 구면 좌표계를 통해 하부 및 상부 그리퍼의 위치를 결정하고, 이를 통해 수술 도구의 변위를 구할 수 있다. 지렛대의 기구학과 델타 로봇의 기구학을 각각 계산한 뒤 결합하는 방법으로 전체 역기구학을 계산할 수 있다. 제안하는 구조의 특징인 하드웨어 스케일 조정을 위해 수술 도구의 끝점(수술 팁의 단부)와 상부 그리퍼 사이의 거리를 Len2라는 변수로 나타낸다.Based on the rotation information received from the master device, the position of the lower and upper grippers may be determined through a spherical coordinate system, and the displacement of the surgical tool may be obtained through this. The overall inverse kinematics can be calculated by calculating the kinematics of the lever and the delta robot respectively and then combining them. For hardware scale adjustment, which is a characteristic of the proposed structure, the distance between the end point of the surgical tool (the end of the surgical tip) and the upper gripper is expressed as Len 2 as a variable.

첫번째 단계로, 지렛대의 기구학을 이용해 수술 도구의 끝점 위치로부터 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼의 중심 위치를 구한다. 여기서 수술 도구의 끝점의 위치와 기울기 값은 마스터 장치로부터 주어진다고 가정한다. Len2는 상수로 가정한다. 두번째 단계에서 이중 델타 구조의 기구학을 이용하여 하부 및 상부 그리퍼의 위치를 계산한다.In the first step, using the kinematics of the lever, the center positions of the lower and upper grippers are obtained from the position of the end point of the surgical tool. Here, it is assumed that the position and inclination value of the end point of the surgical tool are given from the master device. Len 2 is assumed to be a constant. In the second step, the position of the lower and upper grippers is calculated using the kinematics of the double delta structure.

지렛대 구조의 기구학은 수술 도구의 끝점

Figure 112019063983957-pat00037
과, 하부 그리퍼의 중심점
Figure 112019063983957-pat00038
과, 상부 그리퍼의 중심점
Figure 112019063983957-pat00039
사이의 관계를 보여준다. Len2는 수술 도구 끝점에서부터 상부 그리퍼의 중심점까지의 거리를 의미하고, 하드웨어 스케일을 조정하는 변수로 활용한다. ?낫? Pitch 축 방위각, Θ는 Roll 축 방위각을 의미한다.The kinematics of the lever structure are the endpoints of the surgical tool.
Figure 112019063983957-pat00037
and the center point of the lower gripper
Figure 112019063983957-pat00038
and the center point of the upper gripper
Figure 112019063983957-pat00039
show the relationship between Len 2 means the distance from the end point of the surgical tool to the center point of the upper gripper, and is used as a variable to adjust the hardware scale. ?sickle? Pitch axis azimuth, Θ means Roll axis azimuth.

구면 좌표계로 표현되는 방위각은 직교 좌표계에 의해 다음과 같은 형태로 표현된다. The azimuth expressed in the spherical coordinate system is expressed in the following form by the Cartesian coordinate system.

Figure 112019063983957-pat00040
Figure 112019063983957-pat00040

지렛대의 원리를 이용하면 수술 도구 끝단의

Figure 112019063983957-pat00041
과 수술 도구 끝단으로부터 하부 그리퍼 사이의 거리인
Figure 112019063983957-pat00042
를 통해 하부 델타 로봇의 중심점을 구할 수 있다.
Figure 112019063983957-pat00043
는 장착된 수술 도구의 길이에 의해 결정되는 거리이기 때문에 변하지 않는 상수 값이다. 같은 방법으로 수술 도구의 끝단으로부터 상부 그리퍼 사이의 길이인
Figure 112019063983957-pat00044
를 통해 상부 그리퍼의 중심점을 구할 수 있다.Using the principle of lever, the tip of the surgical tool is
Figure 112019063983957-pat00041
and the distance between the tip of the surgical tool and the lower gripper.
Figure 112019063983957-pat00042
to find the center point of the lower delta robot.
Figure 112019063983957-pat00043
is a constant value that does not change because it is a distance determined by the length of the mounted surgical tool. In the same way, the length between the tip of the surgical tool and the upper gripper is
Figure 112019063983957-pat00044
to find the center point of the upper gripper.

다음으로, 델타 로봇의 기구학을 통해 상부 및 하부 그리퍼 각각의 중심점과 prismatic joint와의 관계를 구하면 다음과 같다. 앞서 결정된 각 델타의 중심점은 6개의 prismatic joint의 값인

Figure 112019063983957-pat00045
을 결정하게 된다. 상하부 그리퍼의 중심점과 prismatic joint와의 관계식은 아래와 같다.Next, the relationship between the center point of the upper and lower grippers and the prismatic joint through the kinematics of the delta robot is as follows. The previously determined center point of each delta is the value of 6 prismatic joints.
Figure 112019063983957-pat00045
will decide The relation between the center point of the upper and lower grippers and the prismatic joint is as follows.

Figure 112019063983957-pat00046
Figure 112019063983957-pat00046

결과적으로 이중 델타의 prismatic 관절이 가지는 값은 아래와 같다.As a result, the values of the double delta prismatic joint are as follows.

Figure 112019063983957-pat00047
Figure 112019063983957-pat00047

기구학적으로는 각 prismatic 관절은 2개의 해를 가질 수 있어 여러 조합이 발생할 수 있으나, 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치는 구조적 제약을 통해 positive의 해만 가질 수 있도록 설계하였다.Kinematically, each prismatic joint can have two solutions, so various combinations can occur, but the slave device according to an embodiment is designed to have only positive solutions through structural constraints.

순기구학net kinematics

먼저 상부 그리퍼의 중심점인

Figure 112019063983957-pat00048
는 다음과 같이 구한다. 식(7)에서 식(8)을 뺌으로써 아래와 같은 식을 만들어낼 수 있다.First, the center point of the upper gripper
Figure 112019063983957-pat00048
is obtained as follows. By subtracting Equation (8) from Equation (7), the following expression can be obtained.

Figure 112019063983957-pat00049
Figure 112019063983957-pat00049

이를

Figure 112019063983957-pat00050
에 관한 식으로 나타내는 다음과 같다.this
Figure 112019063983957-pat00050
It is expressed in terms of the following.

Figure 112019063983957-pat00051
Figure 112019063983957-pat00051

식(7)에서 식(9)을 뺀 뒤 식(20)을 대입하여 아래와 같은 식을 만든다.After subtracting Equation (9) from Equation (7), substitute Equation (20) to make the following expression.

Figure 112019063983957-pat00052
Figure 112019063983957-pat00052

식(9)를

Figure 112019063983957-pat00053
에 대한 식으로 표현하고 이를 근의 공식을 사용하여 해를 구한다.Equation (9)
Figure 112019063983957-pat00053
Express it as an expression for , and find the solution using the quadratic formula.

Figure 112019063983957-pat00054
Figure 112019063983957-pat00054

식(23)을 식(20) 및 식(21)에 대입하면,Substituting equation (23) into equations (20) and (21),

Figure 112019063983957-pat00055
Figure 112019063983957-pat00055

식 (23)-(25)에 따라 가능한 해는 부호에 따라 2개의 set으로 나타나게 된다. 역기구학에서 단일 해를 구하는 것과 같이 구조적 구속조건을 사용하여 순기구학에서도 양의 해만 가지도록 하였다. 동일한 방법을 하부 그리퍼에도 적용하면

Figure 112019063983957-pat00056
의 값을 구할 수 있다. 상부 그리퍼의 위치 및 하부 그리퍼의 위치를 바탕으로 수술 도구 끝단의 좌표인
Figure 112019063983957-pat00057
를 구하면 다음과 같다.According to Equations (23)-(25), the possible solutions appear as two sets according to the sign. Just like finding a single solution in inverse kinematics, structural constraints are used to have only positive solutions in forward kinematics. If the same method is applied to the lower gripper,
Figure 112019063983957-pat00056
value can be obtained. Based on the position of the upper gripper and the position of the lower gripper, the coordinates of the tip of the surgical tool are
Figure 112019063983957-pat00057
If you find it, you get:

Figure 112019063983957-pat00058
Figure 112019063983957-pat00058

자코비안Jacobian

이중 델타 구조의 자코비안을 구하기 위한 첫번째 단계로 지렛대 구조의 역기구학 관계식의 편미분을 수행한다. 상태 변수는 직교 좌표계를 기준으로 하는 수술 도구의 끝단의 속도 성분인

Figure 112019063983957-pat00059
와 구면 좌표계를 기준으로 하는 속도성분인
Figure 112019063983957-pat00060
을 조합하여 사용한다. 미분된 역기구학 구속 조건을 통해,
Figure 112019063983957-pat00061
(
Figure 112019063983957-pat00062
,
Figure 112019063983957-pat00063
,
Figure 112019063983957-pat00064
),
Figure 112019063983957-pat00065
(
Figure 112019063983957-pat00066
,
Figure 112019063983957-pat00067
,
Figure 112019063983957-pat00068
),
Figure 112019063983957-pat00069
,
Figure 112019063983957-pat00070
,
Figure 112019063983957-pat00071
,
Figure 112019063983957-pat00072
,
Figure 112019063983957-pat00073
Figure 112019063983957-pat00074
과의 관계를 아래와 같이 나타낸다.As the first step to find the Jacobian of the double delta structure, partial differentiation of the inverse kinematics relation of the lever structure is performed. The state variable is the velocity component of the tip of the surgical tool based on the Cartesian coordinate system.
Figure 112019063983957-pat00059
and the velocity component based on the spherical coordinate system
Figure 112019063983957-pat00060
are used in combination. Through the differential inverse kinematic constraint,
Figure 112019063983957-pat00061
(
Figure 112019063983957-pat00062
,
Figure 112019063983957-pat00063
,
Figure 112019063983957-pat00064
),
Figure 112019063983957-pat00065
(
Figure 112019063983957-pat00066
,
Figure 112019063983957-pat00067
,
Figure 112019063983957-pat00068
),
Figure 112019063983957-pat00069
,
Figure 112019063983957-pat00070
,
Figure 112019063983957-pat00071
,
Figure 112019063983957-pat00072
,
Figure 112019063983957-pat00073
and
Figure 112019063983957-pat00074
The relationship with the is shown below.

Figure 112019063983957-pat00075
Figure 112019063983957-pat00075

이 관계를 행렬

Figure 112019063983957-pat00076
로 표기하고 아래와 같이 나타낼 수 있다.matrix this relationship
Figure 112019063983957-pat00076
and can be expressed as follows.

Figure 112019063983957-pat00077
Figure 112019063983957-pat00077

두번째 단계로 델타 구조의 역기구학 관계식의 편미분을 통해 앞서 계산된 상부 그리퍼 및 하부 그리퍼의 직교 좌표계에서의 속도와 prismatic joint들의 속도의 관계를 알 수 있다.

Figure 112019063983957-pat00078
의 구속조건식을 통한
Figure 112019063983957-pat00079
과,
Figure 112019063983957-pat00080
의 관계를 아래와 같이 나타낼 수 있다.In the second step, the relationship between the velocities of the upper and lower grippers calculated above in the Cartesian coordinate system and the velocities of the prismatic joints can be found through partial differentiation of the inverse kinematics relation of the delta structure.
Figure 112019063983957-pat00078
through the constraint expression of
Figure 112019063983957-pat00079
and,
Figure 112019063983957-pat00080
The relationship can be expressed as follows.

Figure 112019063983957-pat00081
Figure 112019063983957-pat00081

위 식에서

Figure 112019063983957-pat00082
,
Figure 112019063983957-pat00083
,
Figure 112019063983957-pat00084
,
Figure 112019063983957-pat00085
을 시간에 대하여 편미분한다.in the above expression
Figure 112019063983957-pat00082
,
Figure 112019063983957-pat00083
,
Figure 112019063983957-pat00084
,
Figure 112019063983957-pat00085
partial differentiation with respect to time.

Figure 112019063983957-pat00086
Figure 112019063983957-pat00086

식(39)를

Figure 112019063983957-pat00087
로 나누면 식(40)을 얻을 수 있다.Equation (39)
Figure 112019063983957-pat00087
Dividing by , we get Equation (40).

Figure 112019063983957-pat00088
Figure 112019063983957-pat00088

남은 prismatic 관절의 속도를 계산하면 행렬

Figure 112019063983957-pat00089
를 다음과 같이 정리할 수 있다.Calculating the velocity of the remaining prismatic joints gives the matrix
Figure 112019063983957-pat00089
can be arranged as follows.

Figure 112019063983957-pat00090
Figure 112019063983957-pat00090

마지막으로,

Figure 112019063983957-pat00091
Figure 112019063983957-pat00092
를 서로 곱하면 수술 도구 끝단과 구동기 관절 사이의 자코비안 행렬을 구할 수 있다.Finally,
Figure 112019063983957-pat00091
Wow
Figure 112019063983957-pat00092
By multiplying with each other, the Jacobian matrix between the tip of the surgical tool and the actuator joint can be obtained.

도 7은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 가까이 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 8은 일 실시 예에 따른 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼가 상대적으로 멀리 위치할 때, 하부 샤프트 및 상부 샤프트가 회전하는 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.7 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are positioned relatively close, according to an exemplary embodiment; 8 is a front view schematically illustrating a state in which a lower shaft and an upper shaft rotate when a lower gripper and an upper gripper are relatively far apart, according to an exemplary embodiment;

도 7 및 도 8을 참조하면, 상대적으로 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리가 가까울 때(도 7), 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 지면에 수직한 초기 상태에서부터, 상부 그리퍼(242)가 우측으로 거리 d만큼 이동할 때, 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 기울어지는 각도를 Θ1이라 하고, 상대적으로 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리가 멀 때(도 8), 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 지면에 수직한 초기 상태에서부터, 상부 그리퍼(242)가 우측으로 거리 d만큼 이동할 때, 하부 및 상부 그리퍼(241, 242)가 기울어지는 각도를 Θ2라 할 때, Θ1은 Θ2보다 클 수 있다. 7 and 8 , when the distance between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 is relatively close ( FIG. 7 ), the lower and upper grippers 241 and 242 are perpendicular to the ground from the initial state. , when the upper gripper 242 moves to the right by a distance d, the angle at which the lower and upper grippers 241 and 242 are inclined is Θ1, and the distance between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 is relatively When the upper gripper 242 moves to the right by a distance d from the initial state in which the lower and upper grippers 241 and 242 are perpendicular to the ground when far (FIG. 8), the lower and upper grippers 241 and 242 are tilted. When the falling angle is Θ2, Θ1 may be greater than Θ2.

사용자는 가동 범위 내에서 하부 그리퍼(241) 및 상부 그리퍼(242) 사이의 거리를 최대한 조절하여, 슬레이브 장치의 정밀도를 높일 수 있다. 아울러, 하부 그리퍼(241)의 중심점(C1) 및 상부 그리퍼(242)의 중심점(C2) 사이의 거리가 조절되는 동안에도, 하부 그리퍼(241)의 중심점(C1)에 대한 수술 도구(250)의 위치는 고정될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 수술 도구(250)가 안구의 일 부분에 대한 수술 작업을 수행하는 동안에도, 수술 도구(250)의 위치를 변경하지 않으면서 정밀도 수준을 조절할 수 있다.The user may maximize the distance between the lower gripper 241 and the upper gripper 242 within the movable range, thereby increasing the precision of the slave device. In addition, even while the distance between the center point C1 of the lower gripper 241 and the center point C2 of the upper gripper 242 is adjusted, the surgical tool 250 with respect to the center point C1 of the lower gripper 241 The position may be fixed. According to this structure, even while the surgical tool 250 performs a surgical operation on a portion of the eyeball, the level of precision can be adjusted without changing the position of the surgical tool 250 .

도 9는 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 블록도이다.9 is a block diagram of a slave device according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 하부 델타 로봇(210), 상부 델타 로봇(220) 및 회전 모듈(251)의 작동은 각각 제어부(270)에 의하여 제어된다. 하부 델타 로봇(210)은 하부 그리퍼(241)의 위치를 제어하고, 상부 델타 로봇(220)은 상부 그리퍼(242)의 위치를 제어한다.Referring to FIG. 9 , the operations of the lower delta robot 210 , the upper delta robot 220 , and the rotation module 251 are controlled by the controller 270 , respectively. The lower delta robot 210 controls the position of the lower gripper 241 , and the upper delta robot 220 controls the position of the upper gripper 242 .

제어부(270)는 하부 델타 로봇(210)의 세 개의 구동원(214)들 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(214)의 작동에 따라 이동부(212)가 이동하고, 이동부(212)에 연결된 암(213)이 이동하면서, 하부 그리퍼(241)를 이동시킨다. 하부 그리퍼(241)는 최종적으로 하부 샤프트를 이동시킨다.The controller 270 may separately control the operation of each of the three driving sources 214 of the lower delta robot 210 . The moving part 212 moves according to the operation of the driving source 214 , and the arm 213 connected to the moving part 212 moves, thereby moving the lower gripper 241 . The lower gripper 241 finally moves the lower shaft.

또한, 제어부(270)는 상부 델타 로봇(220)의 세 개의 구동원(224)들 각각의 작동을 모두 별개로 제어할 수 있다. 구동원(224)의 작동에 따라 이동부(222)가 이동하고, 이동부(222)에 연결된 암(223)이 이동하면서, 상부 그리퍼(242)를 이동시킨다. 상부 그리퍼(242)는 최종적으로 상부 샤프트를 이동시킨다.In addition, the controller 270 may separately control the operation of each of the three driving sources 224 of the upper delta robot 220 . The moving part 222 moves according to the operation of the driving source 224 , and the arm 223 connected to the moving part 222 moves, thereby moving the upper gripper 242 . The upper gripper 242 finally moves the upper shaft.

수술 팁(252)의 이동은 하부 및 상부 샤프트의 이동에 따라 연동되어 진행될 수 있다. 수술 팁(252)은 총 3자유도 회전이 가능하다. 제어부(270)는 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)을 통해 수술 팁(252)의 2자유도 회전을 제어하고, 회전 모듈(251)을 통해 나머지 1자유도 회전을 제어할 수 있다. The movement of the surgical tip 252 may proceed in conjunction with the movement of the lower and upper shafts. The surgical tip 252 can be rotated in a total of three degrees of freedom. The control unit 270 may control the 2-DOF rotation of the surgical tip 252 through the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220, and control the remaining 1-DOF rotation through the rotation module 251. have.

앞서 설명한 실시예에 따르면, 델타 로봇이라는 견고한 구조를 사용함으로 진동 및 백래쉬(backlash)가 적은 정밀 움직임이 가능하며, 델타 로봇을 이중으로 활용함으로써 기존의 델타 로봇이 가지고 있던 작은 동작 가능 범위라는 한계를 넘어설 수 있다.According to the above-described embodiment, precision movement with less vibration and backlash is possible by using a robust structure called a delta robot, and by using a double delta robot, the limitation of the small movable range of the existing delta robot is overcome. can be surpassed

또한, 기존의 산업 전반에 사용되고 있던 정밀한 델타 로봇 구조를 활용하여 정밀도와 동작 가능범위를 필요에 따라 조절 가능하므로, 의료 로봇 뿐만 아니라 필요에 따라 정밀 움직임과 넓은 동작 가능범위를 조절할 필요가 있는 모든 분야에 활용이 가능하다.In addition, by utilizing the precise delta robot structure used throughout the existing industry, the precision and range of motion can be adjusted as needed, so not only the medical robot but also all fields that require precise movement and wide range of motion as needed can be used for

도 10은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치의 사시도이다.10 is a perspective view of a slave device according to an embodiment.

도 10을 참조하면, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)은, 각각, 3개의 지지 로드(211, 221)와, 3개의 이동부(212, 222)와, 3개의 암(213, 223)과, 3개의 구동원(214, 224)과, 3개의 가이드 로드(215, 225)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are, respectively, three support rods 211 and 221 , three moving parts 212 and 222 , and three arms 213 . , 223 ), three driving sources 214 and 224 , and three guide rods 215 and 225 .

지지 로드(211, 221) 및 이동부(212, 222)는, 예를 들어, 볼-스크류 리니어 슬라이딩 구조를 가질 수 있다. 구동원(214, 224)은, 지지 로드(211, 221)를 회전시킴으로써, 이동부(212, 222)가 지지 로드(211, 221)의 길이 방향으로 이동되게 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 보다 정밀한 조작이 가능하고, 외부의 충격에 대하여 강성한 구조를 구현할 수 있다. The support rods 211 and 221 and the moving parts 212 and 222 may have, for example, a ball-screw linear sliding structure. The driving sources 214 and 224 may cause the moving parts 212 and 222 to move in the longitudinal direction of the support rods 211 and 221 by rotating the support rods 211 and 221 . According to such a structure, a more precise operation is possible, and a rigid structure can be implemented with respect to an external impact.

하부 델타 로봇(210)의 지지 로드(211)와 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(221)는 서로 이격되어 있을 수 있다. 예를 들어, 하부 델타 로봇(210)의 어느 하나의 지지 로드(211)는 상부 델타 로봇(220)의 인접한 2개의 지지 로드(221) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(211, 221)가 이격되어 있을 경우, 하부 델타 로봇(210) 및 상부 델타 로봇(220)의 지지 로드(211, 221)가 나란하게 배치된 상태와 비교할 때, 이동부(212, 222)의 가동 범위를 증가시킬 수 있다.The support rod 211 of the lower delta robot 210 and the support rod 221 of the upper delta robot 220 may be spaced apart from each other. For example, any one support rod 211 of the lower delta robot 210 may be disposed between two adjacent support rods 221 of the upper delta robot 220 . As such, when the support rods 211 and 221 of the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are spaced apart, the support rods 211 and 221 of the lower delta robot 210 and the upper delta robot 220 are spaced apart. ) can increase the movable range of the moving parts (212, 222) compared to the side-by-side arrangement.

가이드 로드(215, 225)는 지지 로드(211, 221)와 평행하게 배치되고, 이동부(212, 222)의 이동을 가이드할 수 있다. 이동부(212, 222)는 가이드 로드(215, 225) 및 지지 로드(211, 221)를 따라 이동함으로써, 보다 안정적으로 상하 운동 가능하다. 가이드 로드(215, 225)는 이동부(212, 222)의 위치 제어 정확도를 높여줄 수 있고, 결과적으로 수술 도구(250)의 위치 제어 정확도를 높여줄 수 있다.The guide rods 215 and 225 are disposed parallel to the support rods 211 and 221 , and may guide the movement of the moving parts 212 and 222 . By moving along the guide rods 215 and 225 and the support rods 211 and 221, the moving parts 212 and 222 can move up and down more stably. The guide rods 215 and 225 may increase the position control accuracy of the moving parts 212 and 222 , and as a result, the position control accuracy of the surgical tool 250 may be increased.

이동부(212, 222)는 지지 로드(211, 221) 및 가이드 로드(215, 225)를 따라 이동하여, 수술 팁(252)의 위치를 제어할 수 있다. 회전 모듈(251)은 수술 팁(252)을 수술 팁(252)의 중심축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이동부(212, 222) 및 회전 모듈(251)에 의해, 수술 팁(252)의 롤(roll), 피치(pitch) 및 요 회전이 구현될 수 있다.The moving parts 212 and 222 may move along the support rods 211 and 221 and the guide rods 215 and 225 to control the position of the surgical tip 252 . The rotation module 251 may rotate the surgical tip 252 about a central axis of the surgical tip 252 . By the moving parts 212 and 222 and the rotation module 251, the roll (roll), pitch (pitch) and yaw rotation of the surgical tip 252 can be implemented.

도 11은 일 실시 예에 따른 슬레이브 장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a method of controlling a slave device according to an embodiment.

도 11을 참조하면, 슬레이브 장치를 제어하는 방법은, 수술 도구의 원격 회전 중심을 결정하는 단계(S110)와, 수술 도구의 끝단의 목표 지점을 수신하는 단계(S120)와, 원격 회전 중심과 수술 도구의 끝단의 목표 지점에 기초하여, 수술 도구 끝단을 목표 지점에 위치시키기 위한 하부 그리퍼의 도달 지점을 결정하는 단계(S130)와, 원격 회전 중심과 하부 그리퍼의 도달 지점에 기초하여, 상부 그리퍼의 도달 지점을 결정하는 단계(S140)와, 수술 도구의 끝단이 목표 지점에 도달 가능한지 여부를 판단하는 단계(S150)와, 수술 도구의 끝단이 목표 지점에 도달 불가능한 것으로 판단될 경우, 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼 사이의 거리가 최소인 상태를 기준으로 목표 지점에 가장 근접한 위치를 계산하는 단계(S160)와, 해당 위치에 기초하여 수술 도구 끝단의 목표 지점을 수정하고, 수정된 수술 도구 끝단의 목표 지점에 기초하여 하부 그리퍼의 도달 지점을 수정하는 단계(S170)와, 수술 도구의 적어도 일 지점이 원격 회전 중심을 지나도록 설정한 상태로, 하부 그리퍼를 하부 그리퍼의 도달 지점으로 이동시키고, 상부 그리퍼를 상부 그리퍼의 도달 지점으로 이동시키는 단계(S180)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the method of controlling the slave device includes the steps of determining the remote rotation center of the surgical tool ( S110 ), receiving the target point of the tip of the surgical tool ( S120 ), and the remote rotation center and operation Based on the target point of the tip of the tool, determining the arrival point of the lower gripper for positioning the tip of the surgical tool at the target point (S130), and based on the remote rotation center and the arrival point of the lower gripper, the upper gripper Determining the reaching point (S140), determining whether the tip of the surgical tool can reach the target point (S150), and when it is determined that the tip of the surgical tool cannot reach the target point, the lower gripper and the upper A step of calculating the position closest to the target point based on the state in which the distance between the grippers is minimum (S160), and correcting the target point of the tip of the surgical tool based on the location, and setting the target point of the tip of the modified surgical tool Correcting the reaching point of the lower gripper based on the step (S170), moving the lower gripper to the reaching point of the lower gripper, and moving the upper gripper to the upper gripper with at least one point of the surgical tool set to pass through the remote center of rotation It may include moving the gripper to the reaching point ( S180 ).

단계(S110)에서, 제어부는 수술 도구의 원격 회전 중심을 결정할 수 있다. 먼저, 제어부는 상부 및 하부 델타 로봇 각각의 이동부를 이동시켜, 수술 도구의 끝단이 환자의 안구의 표면에 닿도록 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼의 위치를 변경한다. 수술 도구의 끝단이 안구의 표면이 닿을 경우, 제어부는 해당 위치에서의 수술 도구의 끝단의 위치를 원격 회전 중심으로 결정할 수 있다.In step S110, the control unit may determine the remote rotation center of the surgical tool. First, the controller moves the moving parts of the upper and lower delta robots, respectively, to change the positions of the lower gripper and the upper gripper so that the tip of the surgical tool touches the surface of the patient's eyeball. When the tip of the surgical tool touches the surface of the eyeball, the controller may determine the position of the tip of the surgical tool at the corresponding position as the remote rotation center.

단계(S120)에서, 제어부는 수술 도구의 끝단의 목표 지점을 수신할 수 있다. 수술 도구의 끝단의 목표 지점은 마스터 장치(1, 도 1 참조)로부터 수신될 수 있다. 마스터 장치는 제어부에 동작 신호를 전송할 수 있다. 제어부는 상기 동작 신호에 기초하여 슬레이브 장치를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 목표 지점은 안구 내부에 임의의 위치일 수 있다.In step S120, the control unit may receive a target point of the tip of the surgical tool. The target point of the tip of the surgical tool may be received from the master device 1 (refer to FIG. 1 ). The master device may transmit an operation signal to the control unit. The control unit may operate the slave device based on the operation signal. For example, the target point may be any location inside the eyeball.

단계(S130)에서, 제어부는 원격 회전 중심과 수술 도구의 끝단의 목표 지점에 기초하여, 수술 도구 끝단을 목표 지점에 위치시키기 위한 하부 그리퍼의 도달 지점을 결정할 수 있다. 제어부는 수술 도구의 수술 팁의 적어도 일 부분이 원격 회전 중심을 통과하는 상태를 유지한 상태로, 수술 팁의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수술 팁은 길이 방향 부재이며, 일 지점이 원격 회전 중심을 통과해야 하고, 끝단의 위치(목표 지점)이 결정될 경우, 하부 그리퍼의 도달 지점은 하나의 값으로 결정될 수 있다.In step S130 , the controller may determine the arrival point of the lower gripper for positioning the tip of the surgical tool at the target point based on the remote rotation center and the target point of the tip of the surgical tool. The controller may control the position of the surgical tip while maintaining a state in which at least a portion of the surgical tip of the surgical tool passes through the remote center of rotation. For example, the surgical tip is a longitudinal member, a point must pass through the remote rotation center, and when the position (target point) of the tip is determined, the reaching point of the lower gripper may be determined as a single value.

단계(S140)에서, 제어부는 원격 회전 중심과 하부 그리퍼의 도달 지점에 기초하여, 상부 그리퍼의 도달 지점을 결정할 수 있다. 하부 그리퍼의 도달 지점이 단계(S130)에서 결정되고, 수술 도구의 목표 지점이 단계(S120)에서 결정되므로, 하부 샤프트의 위치 및 각도는 결정되고, 이에 따라 상부 그리퍼의 도달 지점은 하부 그리퍼의 길이 방향과 나란한 경로 중 임의의 지점으로 결정될 수 있다. 다시 말하면, 상부 그리퍼의 도달 지점은 원격 회전 중심과 하부 그리퍼의 도달 지점을 지나는 가상의 연장선 상에서 결정될 수 있다. 수술 도구의 끝단의 목표 지점은, 원격 회전 중심이 결정됨에 따라 어느 하나의 포인트로 결정될 수 있고, 하부 그리퍼의 도달 지점도 마찬가지로 수술 도구의 위치 및 각도가 결정됨에 따라 어느 하나의 위치로 결정될 수 있다. 반면, 상부 그리퍼의 위치는 일정 영역으로 결정될 수 있다. 상기 일정 영역에서, 상부 그리퍼의 도달 지점은, 하부 그리퍼로부터 이격된 거리가 가장 큰 지점으로 결정될 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 슬레이브 장치의 정밀도가 향상될 수 있다(도 8 참조). In step S140 , the controller may determine the arrival point of the upper gripper based on the remote rotation center and the arrival point of the lower gripper. Since the reaching point of the lower gripper is determined in step S130 and the target point of the surgical tool is determined in step S120, the position and angle of the lower shaft are determined, and accordingly, the reaching point of the upper gripper is the length of the lower gripper It can be determined at any point in the path parallel to the direction. In other words, the reaching point of the upper gripper can be determined on an imaginary extension line passing through the remote center of rotation and the reaching point of the lower gripper. The target point of the tip of the surgical tool may be determined as any one point as the remote rotation center is determined, and the reaching point of the lower gripper may also be determined as any one position as the position and angle of the surgical tool are determined. . On the other hand, the position of the upper gripper may be determined as a predetermined area. In the predetermined area, the reaching point of the upper gripper may be determined as a point having the greatest distance from the lower gripper. According to such a structure, the precision of the slave device may be improved (refer to FIG. 8 ).

단계(S150)에서, 제어부는 수술 도구의 끝단이 목표 지점에 도달 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구의 끝단의 목표 지점이 결정되면, 하부 그리퍼의 위치가 어느 하나의 포인트로 결정되는데, 구조적 한계로 인해 하부 그리퍼가 실제로 해당 포인트에 도달할 수 없을 수 있다. 예를 들어, 하부 그리퍼가 도달 지점에 도달할 수 있더라도, 상부 그리퍼가 구조적 한계로 인해 도달 지점에 도달할 수 없을 수 있다. 이와 같이 구조적 한계로 인하여, 하부 그리퍼 및/또는 상부 그리퍼가 도달 지점에 도달할 수 없을 경우, 단계(S160)으로 진행될 수 있다. 하부 그리퍼 및/또는 상부 그리퍼가 도달 지점에 도달할 수 없을 경우, 단계(S180)으로 진행될 수 있다.In step S150 , the controller may determine whether the tip of the surgical tool can reach the target point. For example, when the target point of the tip of the surgical tool is determined, the position of the lower gripper is determined as any one point, and the lower gripper may not actually reach the corresponding point due to structural limitations. For example, although the lower gripper may reach the reach point, the upper gripper may not be able to reach the reach point due to structural limitations. As such, when the lower gripper and/or the upper gripper cannot reach the reaching point due to the structural limitation, the process may proceed to step S160. When the lower gripper and/or the upper gripper cannot reach the reaching point, the process may proceed to step S180.

단계(S150)에서, 제어부는 수술 작업 대상체, 예를 들어, 안구의 크기, 예를 들어 직경에 기초하여 수술 도구의 끝단이 목표 지점에 도달 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 다시 말하면, 슬레이브 장치 상으로는 구현 가능한 위치라 하더라도, 안구의 내부 공간을 벗어날 경우 목표 지점에 도달할 수 없는 것으로 결정하도록 함으로써, 수술 안정성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 안구의 내부 공간의 경계면은, 예를 들어, 사용자로부터 입력받은 값으로 설정하거나, 현미경을 통하여 관측된 이미지의 처리를 통해 안구의 지름을 감지하여 자동으로 결정할 수도 있다. 예를 들어, 안구의 크기가 클 경우, 수술 도구의 끝단이 도달할 수 있는 영역의 크기는 상대적으로 커질 수 있다. In step S150 , the controller may determine whether the tip of the surgical tool can reach the target point based on the size, for example, the diameter of the operation target, for example, the eyeball. In other words, by determining that the target point cannot be reached when it leaves the internal space of the eye even at a position that can be implemented on the slave device, surgical stability can be improved. Here, the boundary surface of the inner space of the eyeball may be set, for example, as a value input by the user, or may be automatically determined by detecting the diameter of the eyeball through processing of an image observed through a microscope. For example, when the size of the eyeball is large, the size of the area reachable by the tip of the surgical tool may be relatively large.

단계(S160)에서, 제어부는 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼 사이의 거리가 최소인 상태를 기준으로 목표 지점에 가장 근접한 위치를 계산할 수 있다. 하부 그리퍼 및 상부 그리퍼 사이의 거리가 최소일 경우, 상부 그리퍼의 구조적 한계로 인한 제약을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구의 초기 위치를 S1이라고 하고, 목표 위치를 S2라고 할 때, 목표 지점에 가장 근접한 위치는, S1 및 S2를 연결하는 가상의 선분 영역에서, S2에 가장 근접한 포인트를 의미할 수 있다.In operation S160 , the controller may calculate a position closest to the target point based on a state in which the distance between the lower gripper and the upper gripper is minimum. When the distance between the lower gripper and the upper gripper is minimal, constraints due to the structural limitations of the upper gripper can be minimized. For example, when the initial position of the surgical tool is S1 and the target position is S2, the position closest to the target point means the point closest to S2 in the imaginary line segment region connecting S1 and S2. can

단계(S170)에서, 제어부는 단계(S160)에서 계산된 위치에 기초하여 수술 도구 끝단의 목표 지점을 수정하고, 수정된 수술 도구 끝단의 목표 지점에 기초하여 하부 그리퍼의 도달 지점을 수정할 수 있다.In step S170 , the controller may correct the target point of the tip of the surgical tool based on the position calculated in step S160 , and may modify the arrival point of the lower gripper based on the target point of the tip of the surgical tool.

단계(S180)에서, 제어부는 수술 도구의 적어도 일 지점이 원격 회전 중심을 지나도록 설정한 상태로, 하부 그리퍼를 하부 그리퍼의 도달 지점으로 이동시키고, 상부 그리퍼를 상부 그리퍼의 도달 지점으로 이동시킬 수 있다. 하부 그리퍼가 초기 위치에서 도달 지점으로 이동되는 동안, 수술 도구의 적어도 일 지점이 원격 회전 중심을 지나는 상태를 유지하도록, 상부 그리퍼가 제어되어 하부 그리퍼의 각도가 조절될 수 있다.In step S180, the controller moves the lower gripper to the reaching point of the lower gripper and the upper gripper to the reaching point of the upper gripper while setting at least one point of the surgical tool to pass through the remote center of rotation. have. The upper gripper may be controlled to adjust the angle of the lower gripper so that at least one point of the surgical tool passes through the remote center of rotation while the lower gripper is moved from the initial position to the arrival point.

슬레이브 장치는 마스터 장치로부터 신호를 실시간으로 수신하여 실시간으로 수술 도구를 제어하는 것이므로, 수술 도구 끝단의 초기 위치와 목표 지점은 실제로 상당히 인접하게 위치할 수 있다. 슬레이브 장치가 마스터 장치로부터 신호를 짧은 시간 간격으로 실시간으로 수신하여 작동하는 경우, 단계(S150)에서 수술 도구의 끝단이 목표 지점에 도달 불가능한 것으로 결정될 경우, 수정된 수술 도구의 끝단의 목표 지점은 수정전 수술 도구의 끝단의 목표 지점과 동일할 수 있고, 수술 도구는 더 이상 이동하지 않을 수 있다.Since the slave device controls the surgical tool in real time by receiving a signal from the master device in real time, the initial position and the target point of the tip of the surgical tool may be located substantially adjacent to each other. When the slave device operates by receiving a signal from the master device in real time at short time intervals, if it is determined in step S150 that the tip of the surgical tool cannot reach the target point, the target point of the tip of the modified surgical tool is set before modification The end of the surgical tool may be the same as the target point, and the surgical tool may not move any further.

도 12 및 도 13은 제 1 및 제 2 슬레이브 장치의 구동에 따라 안구가 회전하고, 안구의 회전에 따라 현미경이 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.12 and 13 are diagrams schematically illustrating a state in which the eyeball rotates according to the driving of the first and second slave devices, and the microscope moves according to the rotation of the eyeball.

도 12 및 도 13을 참조하면, 현미경(3)은 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2') 사이에 배치되고, 지지 프레임(61, 62) 상에서 위치 이동 가능하다. 현미경(3)은 서로 직교하는 2개의 경로(P1, P2)를 따라 이동 가능하다. 2개의 경로(P1, P2)는 현미경(3)의 렌즈의 수직한 임의의 선에 각각 직교하는 제 1 경로(P1)와, 제 2 경로(P2)를 포함한다. 현미경(3)은 제 1 경로(P1) 및 제 2 경로(P2)를 포함하는 평면 상에서 이동 가능하다. 예를 들어, 현미경(3)은 직교하며 구비되는 2개의 리니어 액츄에이터를 포함할 수 있다.12 and 13 , the microscope 3 is disposed between the first slave device 2 and the second slave device 2 ′, and is movable on the support frames 61 and 62 . The microscope 3 is movable along two paths P1 and P2 orthogonal to each other. The two paths P1 and P2 include a first path P1 and a second path P2 each orthogonal to an arbitrary line perpendicular to the lens of the microscope 3 . The microscope 3 is movable on a plane comprising a first path P1 and a second path P2 . For example, the microscope 3 may include two linear actuators that are orthogonal to each other.

제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 각각 안구(E)의 표면을 통과하는 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250')를 포함할 수 있다. 제 1 슬레이브 장치(2) 및 제 2 슬레이브 장치(2')는 제 1 수술 도구(250) 및 제 2 수술 도구(250')의 각도를 변경하여, 안구(E)를 회전시킬 수 있다. 안구(E)는 안구의 중심을 통과하는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하고, 제 1 회전축(A1)에 수직하고 안구의 중심을 통과하는 제 2 회전축(A2, 도 15 참조)를 중심으로 회전 가능하다. 제 1 회전축(A1) 및 제 2 회전축(A2)은 예를 들어 안구(E)의 중심으로부터 동공(P)의 중심을 통과하는 가상의 연장선에 직교할 수 있다.The first slave device 2 and the second slave device 2' may include a first surgical tool 250 and a second surgical tool 250' passing through the surface of the eyeball E, respectively. The first slave device 2 and the second slave device 2 ′ may rotate the eyeball E by changing the angles of the first surgical tool 250 and the second surgical tool 250 ′. The eyeball (E) is rotatable about a first axis of rotation A1 passing through the center of the eyeball, and a second axis of rotation A2 perpendicular to the first axis of rotation A1 and passing through the center of the eyeball (see Fig. 15) can be rotated around the center. The first axis of rotation A1 and the second axis of rotation A2 may be orthogonal to an imaginary extension line passing through the center of the pupil P from the center of the eyeball E, for example.

현미경(3)은 안구(E)의 회전에 기초하여 이동할 수 있다. 현미경(3)은 동공(P)의 위치 변화에 대응하여 이동함으로써, 렌즈를 동공(P)과 나란하게 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 현미경(3)의 이동량은, 동공(P)의 중심 위치를 현미경(3)이 이동 가능한 평면 상으로 투영한 위치의 변화량으로 결정할 수 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 도 12 및 도 13에 나타나는 바와 같이, 안구(E)의 내부에서 관찰할 수 있는 영역을 증대시킬 수 있다.The microscope 3 can move based on the rotation of the eyeball E. By moving the microscope 3 in response to a change in the position of the pupil P, the lens may be positioned in parallel with the pupil P. For example, the movement amount of the microscope 3 can be determined by the amount of change in the position where the central position of the pupil P is projected onto the movable plane of the microscope 3 . According to this method, as shown in FIGS. 12 and 13 , the area that can be observed inside the eyeball E can be increased.

예를 들어, 슬레이브 장치(2, 2')는 도 13에 도시되는 것처럼, 안구(E)에 대한 수술 도구(250, 250')의 상대적인 위치 및 각도가 고정된 상태로 안구(E)를 회전시킬 수 있다. 이와 같은 제어 방법에 따르면, 2개의 수술 도구(250, 250') 사이의 거리가 변화되지 않으므로, 안구(E)를 회전시키는 과정에서 안구(E)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.For example, as shown in FIG. 13 , the slave devices 2 and 2' rotate the eyeball E while the relative positions and angles of the surgical tools 250 and 250' with respect to the eyeball E are fixed. can do it According to such a control method, since the distance between the two surgical tools 250 and 250' does not change, it is possible to prevent the eyeball E from being damaged in the process of rotating the eyeball E.

도 14는 일 실시 예에 따른 안구 수술 장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 15 내지 도 17은 안구 수술 장치에 의해 안구가 회전하는 모습을 도시하는 평면도이고, 도 18은 일 실시 예에 따른 제 1 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 회전 중심을 계산하는 단계를 나타내는 순서도이다. 14 is a flowchart illustrating a method of controlling an eye surgery apparatus according to an embodiment, FIGS. 15 to 17 are plan views illustrating rotation of an eyeball by the eye surgery apparatus, and FIG. 18 is an exemplary embodiment It is a flowchart showing the steps of calculating the target rotation center of each of the first and second surgical tools.

도 14 내지 도 18을 참조하면, 안구 수술 장치를 제어하는 방법은, 마스터 장치로부터 안구의 회전량 정보를 수신하는 단계(S210)와, 안구의 표면 상에 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 초기 원격 회전 중심을 설정하는 단계(S220)와, 안구의 회전량 정보에 기초하여, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심을 계산하는 단계(S230)와, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 제 1 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 1 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계(S240)와, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 제 2 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 2 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계(S250)와, 안구의 표면 상에서, 제 1 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키고, 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키는 단계(S260)와, 현미경을 이동시키는 단계(S270)를 포함할 수 있다.14 to 18 , the method of controlling the eye surgery apparatus includes the steps of receiving information on the amount of rotation of the eyeball from the master apparatus ( S210 ), and the first surgical tool and the second surgical tool on the surface of the eyeball, respectively. Setting the initial remote rotation center of (S220) and, based on the information on the amount of rotation of the eyeball, calculating the target remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool (S230); generating a desired first movement speed profile while the first surgical tool reaches from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation while maintaining a distance between the remote centers of rotation of each of the tool and the second surgical tool; S240) and the second movement required while the second surgical tool reaches from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation while maintaining the distance between the remote centers of rotation of the first and second surgical tools, respectively. generating a velocity profile (S250), moving, on the surface of the eyeball, the remote center of rotation of the first surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation, and shifting the remote center of rotation of the second surgical tool to the initial remote rotation It may include moving from the center to the target remote rotation center (S260), and moving the microscope (S270).

단계(S210)에서, 제어부는 마스터 장치로부터 안구의 회전량 정보를 수신할 수 있다. 안구의 회전량 정보는 안구(E)의 중심을 통과하는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 한 제 1 회전량 정보와, 안구(E)의 중심을 통과하고 제 1 회전축(A1)과 직교하는 제 2 회전축(A2)을 중심으로 한 제 2 회전량 정보를 포함할 수 있다.In step S210, the control unit may receive the eyeball rotation amount information from the master device. The rotation amount information of the eyeball includes the first rotation amount information about the first rotation axis A1 passing through the center of the eyeball E, and the first rotation amount information passing through the center of the eyeball E and orthogonal to the first rotation axis A1. The second rotation amount information about the second rotation axis A2 may be included.

단계(S220)에서, 제어부는, 안구의 표면 상에 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 초기 원격 회전 중심을 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수술 도구의 끝단이 안구(E)의 표면에 닿았을 때, 제어부는 제 1 수술 도구의 끝단의 위치를 초기 원격 회전 중심(RCM1)으로 결정할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 수술 도구의 끝단이 안구(E)의 표면에 닿았을 때, 제어부는 제 2 수술 도구의 끝단의 위치를 초기 원격 회전 중심(RCM1')으로 결정할 수 있다.In step S220, the control unit may set the initial remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool on the surface of the eyeball. For example, when the tip of the first surgical tool touches the surface of the eyeball E, the controller may determine the position of the tip of the first surgical tool as the initial remote rotation center RCM1. Similarly, when the tip of the second surgical tool touches the surface of the eyeball E, the controller may determine the position of the tip of the second surgical tool as the initial remote rotation center RCM1'.

단계(S230)에서, 제어부는 안구의 회전량 정보에 기초하여, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심(RCM3, RCM3')을 계산할 수 있다. 단계(S230)는, 안구의 중심을 기준으로 구면 좌표계를 설정하는 단계(S231)와, 구면 좌표계 상에서, 제 1 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계(S232)와, 구면 좌표계 상에서, 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계(S233)를 포함할 수 있다.In step S230 , the controller may calculate target remote rotation centers RCM3 and RCM3 ′ of each of the first surgical tool and the second surgical tool based on the information on the amount of rotation of the eyeball. Step S230 includes the steps of setting a spherical coordinate system based on the center of the eyeball (S231), and calculating an angle change from the initial remote rotation center of the first surgical tool to the target remote rotation center on the spherical coordinate system ( S232) and, on the spherical coordinate system, calculating an angular change from the initial remote rotation center of the second surgical tool to the target remote rotation center (S233).

단계(S231)에서, 제어부는 안구의 중심을 기준으로 구면 좌표계를 설정할 수 있다. 제어부는 직교 좌표계로 결정된 초기 원격 회전 중심(RCM1, RCM1')을 구면 좌표계로 재설정할 수 있다. 초기 원격 회전 중심(RCM1, RCM1')은 2개의 각도로 표시될 수 있다.In step S231, the controller may set the spherical coordinate system based on the center of the eyeball. The controller may reset the initial remote rotation centers RCM1 and RCM1' determined in the Cartesian coordinate system to the spherical coordinate system. The initial remote center of rotation RCM1, RCM1' may be represented by two angles.

단계(S232)에서, 제어부는 구면 좌표계 상에서, 제 1 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1)으로부터 목표 원격 회전 중심(RCM3)까지의 각도 변화를 계산할 수 있다. 예를 들어, 초기 원격 회전 중심(RCM1)에서 제 1 회전축(A1)을 중심으로 Θ만큼 회전하여, 원격 회전 중심이 RCM2으로 이동할 수 있고, 그 상태에서 제 2 회전축(A2)을 중심으로 Φ만큼 더 회전하여, 원격 회전 중심이 목표 원격 회전 중심(RCM3)으로 이동할 수 있다. 제어부는 Θ 및 Φ를 각각 계산할 수 있다.In step S232 , the controller may calculate an angular change from the initial remote rotation center RCM1 to the target remote rotation center RCM3 of the first surgical tool on the spherical coordinate system. For example, by rotating by Θ about the first rotational axis A1 from the initial remote rotational center RCM1, the remote rotational center can move to RCM2, and in that state, by Φ about the second rotational axis A2. By further rotation, the remote center of rotation may move to the target remote center of rotation RCM3. The controller may calculate Θ and Φ, respectively.

단계(S233)에서, 제어부는 구면 좌표계 상에서, 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1')으로부터 목표 원격 회전 중심(RCM3')까지의 각도 변화를 계산할 수 있다. 제어부는 구면 좌표계 상에서, 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1')으로부터 목표 원격 회전 중심(RCM3')까지의 각도 변화를 계산할 수 있다. 예를 들어, 초기 원격 회전 중심(RCM1')에서 제 1 회전축(A1)을 중심으로 Θ만큼 회전하여, 원격 회전 중심이 RCM2'으로 이동할 수 있고, 그 상태에서 제 2 회전축(A2)을 중심으로 Φ만큼 더 회전하여, 원격 회전 중심이 목표 원격 회전 중심(RCM3')으로 이동할 수 있다. 제어부는 Θ 및 Φ를 각각 계산할 수 있다.In step S233 , the controller may calculate an angular change from the initial remote rotation center RCM1 ′ of the second surgical tool to the target remote rotation center RCM3 ′ on the spherical coordinate system. The controller may calculate an angular change from the initial remote center of rotation RCM1' of the second surgical tool to the target remote center of rotation RCM3' on the spherical coordinate system. For example, by rotating by Θ about the first rotation axis A1 from the initial remote rotation center RCM1', the remote rotation center may move to RCM2', and in that state, the second rotation axis A2 as the center By further rotation by ?, the remote center of rotation can move to the target remote center of rotation RCM3'. The controller may calculate Θ and Φ, respectively.

단계(S240)에서, 제어부는 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 제 1 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 1 이동 속도 프로파일을 생성할 수 있다. 단계(S250)에서, 제어부는 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 제 2 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 2 이동 속도 프로파일을 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이 평면에서 볼 때를 기준으로, 안구(E)가 제 1 회전축(A1)을 중심으로 동공(P)으로부터 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1')을 향한 방향으로 회전한 뒤에, 제 2 회전축(A2)을 중심으로 회전할 경우, 제 1 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1)으로부터 목표 원격 회전 중심(RCM3)까지의 안구(E) 표면 상에서의 거리는, 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심(RCM1')으로부터 목표 원격 회전 중심(RCM3')까지의 안구(E) 표면 상에서의 거리보다 클 수 있다. 이 경우, 제 1 수술 도구의 이동 속도는 제 2 수술 도구의 이동 속도보다 빨라야, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지할 수 있다. 단계(S240)를 통해, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지할 수 있어서, 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심이 변화하는 동안 안구(E)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.In step S240, the control unit maintains the distance between the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool, respectively, while the first surgical tool reaches the target remote rotation center from the initial remote rotation center. It is possible to create a first moving speed profile that is. In step S250, the control unit maintains the distance between the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool, respectively, while the second surgical tool reaches the target remote rotation center from the initial remote rotation center. It is possible to create a second movement speed profile. For example, as shown in FIGS. 15 to 17 , when viewed in a plan view, the eyeball E moves from the pupil P around the first rotation axis A1 to the initial remote rotation center of the second surgical tool. After rotating in the direction toward (RCM1'), when rotating about the second axis of rotation (A2), the eyeball (E) from the initial remote center of rotation (RCM1) of the first surgical tool to the target remote center of rotation (RCM3) ) the distance on the surface may be greater than the distance on the surface of the eyeball E from the initial remote center of rotation RCM1' of the second surgical tool to the target remote center of rotation RCM3'. In this case, the moving speed of the first surgical tool must be faster than the moving speed of the second surgical tool, so that the distance between the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool can be maintained. Through step S240, it is possible to maintain the distance between the remote centers of rotation of the first and second surgical tools, respectively, so that while the remote centers of rotation of the first and second surgical tools change, the eyeball E can be prevented from being damaged.

단계(S260)에서, 제어부는 안구의 표면 상에서, 제 1 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키고, 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시킬 수 있다.In step S260, the control unit moves, on the surface of the eyeball, the remote center of rotation of the first surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation, and sets the remote center of rotation of the second surgical tool from the initial remote center of rotation to the target. It can be moved to a remote center of rotation.

단계(S270)에서, 제어부는 현미경을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 현미경의 위치는 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심이 이동됨에 따라, 제 1 위치(L1)로부터 제 2 위치(L2)로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 안구의 회전량 정보에 기초하여 현미경을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부는 마스터 장치로부터 수신되는 안구의 회전량 정보에 기초하여 현미경의 위치를 제어할 수 있다. 다른 예로 제어부는 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심에 기초하여, 현미경을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심의 변화를 통해 동공(P)의 위치 변화를, 제 1 경로(P1, 도 13 참조) 및 제 2 경로(P2, 도 13 참조)를 포함하는 평면에 평행한 평면에 투영시킨 후, 해당 평면에서의 동공(P)의 위치 변화에 기초하여, 현미경의 위치를 설정할 수 있다.In step S270, the controller may move the microscope. For example, the position of the microscope may be moved from the first position L1 to the second position L2 as the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool are moved. For example, the controller may move the microscope based on the rotation amount information of the eyeball. For example, the controller may control the position of the microscope based on the rotation amount information of the eye received from the master device. As another example, the controller may move the microscope based on the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool. For example, the control unit may change the position of the pupil (P) through a change in the remote rotation centers of the first surgical tool and the second surgical tool, the first path (P1, see FIG. 13) and the second path (P2, FIG. 13), the position of the microscope can be set based on the change in the position of the pupil P in the plane after projecting it on a plane parallel to the plane containing the

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of structures, devices, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components or equivalents are used. Appropriate results can be achieved even if substituted or substituted by

Claims (10)

안구를 수술하기 위한 수술 장치에 있어서,
지지 프레임;
상기 지지 프레임의 일단에 연결되는 제 1 슬레이브 장치;
상기 지지 프레임의 타단에 연결되는 제 2 슬레이브 장치; 및
상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 사이에 배치되고, 상기 지지 프레임 상에서 위치 이동 가능한 현미경 모듈을 포함하고,
상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치는, 각각,
하부 샤프트;
상기 하부 샤프트에 1자유도로 슬라이딩 가능하게 연결되는 상부 샤프트;
상기 하부 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 하부 그리퍼;
상기 상부 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 상부 그리퍼;
상기 하부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 하부 델타 로봇;
상기 상부 그리퍼를 이동 가능하게 지지하는 상부 델타 로봇; 및
상기 하부 샤프트의 하단에 구비되고, 안구를 관통 가능한 수술 도구를 포함하는 안구 수술 장치.
A surgical device for operating an eyeball, comprising:
support frame;
a first slave device connected to one end of the support frame;
a second slave device connected to the other end of the support frame; and
and a microscope module disposed between the first slave device and the second slave device and movable on the support frame,
The first slave device and the second slave device are each,
lower shaft;
an upper shaft slidably connected to the lower shaft by one degree of freedom;
a lower gripper rotatably supporting the lower shaft;
an upper gripper rotatably supporting the upper shaft;
a lower delta robot that movably supports the lower gripper;
an upper delta robot that movably supports the upper gripper; and
An eye surgery apparatus provided at a lower end of the lower shaft and including a surgical tool capable of penetrating the eye.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 하부 델타 로봇 및 상부 델타 로봇은, 각각,
3개의 지지 로드;
상기 지지 로드의 길이 방향을 따라 이동하는 3개의 이동부; 및
상기 이동부와 그리퍼 사이를 연결하는 3개의 암을 포함하는 안구 수술 장치.
The method of claim 1,
The lower delta robot and the upper delta robot, respectively,
3 support rods;
three moving parts moving along the longitudinal direction of the support rod; and
and three arms connecting the moving part and the gripper.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 각각의 수술 도구의 위치를 감지하고, 상기 수술 도구의 위치에 기초하여 상기 현미경 모듈의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 안구 수술 장치.
The method of claim 1,
The eye surgery apparatus further comprising a control unit for detecting the position of each of the first slave device and the second slave device, and controlling the position of the microscope module based on the position of the surgical tool.
지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 일단에 연결되고 제 1 수술 도구를 구동하는 제 1 슬레이브 장치와, 상기 지지 프레임의 타단에 연결되고 제 2 수술 도구를 구동하는 제 2 슬레이브 장치와, 상기 제 1 슬레이브 장치 및 제 2 슬레이브 장치 사이에 배치되는 현미경 모듈을 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법에 있어서,
마스터 장치로부터 안구의 회전량 정보를 수신하는 단계;
상기 안구의 표면 상에 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 초기 원격 회전 중심을 설정하는 단계;
상기 안구의 회전량 정보에 기초하여, 상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심을 계산하는 단계;
상기 안구의 표면 상에서, 상기 제 1 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키고, 상기 제 2 수술 도구의 원격 회전 중심을 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심으로 이동시키는 단계를 포함하고,
상기 안구의 회전량 정보는,
상기 안구의 중심을 통과하는 제 1 회전축을 중심으로 한 제 1 회전량 정보; 및
상기 안구의 중심을 통과하고 상기 제 1 회전축과 직교하는 제 2 회전축을 중심으로 한 제 2 회전량 정보를 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법.
A support frame, a first slave device connected to one end of the support frame for driving a first surgical tool, a second slave device connected to the other end of the support frame for driving a second surgical tool, and the first slave A method of controlling an eye surgery device comprising a microscope module disposed between the device and a second slave device, the method comprising:
Receiving the rotation amount information of the eyeball from the master device;
establishing an initial remote center of rotation of each of the first and second surgical tools on the surface of the eye;
calculating a target remote rotation center of each of the first surgical tool and the second surgical tool based on the rotation amount information of the eyeball;
On the surface of the eyeball, moving the remote center of rotation of the first surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation, and moving the remote center of rotation of the second surgical tool from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation comprising the steps of
Information on the amount of rotation of the eyeball,
first rotation amount information about a first rotation axis passing through the center of the eyeball; and
A method of controlling an eye surgery apparatus including second rotation amount information about a second rotation axis that passes through the center of the eyeball and is orthogonal to the first rotation axis.
삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 상기 제 1 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 1 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계; 및
상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 원격 회전 중심 사이의 거리를 유지한 상태로, 상기 제 2 수술 도구가 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지 도달하는 동안 요구되는 제 2 이동 속도 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법.
6. The method of claim 5,
While maintaining the distance between the remote centers of rotation of each of the first and second surgical tools, the first movement velocity profile required while the first surgical tool reaches from the initial remote center of rotation to the target remote center of rotation. creating a; and
While maintaining the distance between the remote centers of rotation of each of the first and second surgical tools, a desired second movement speed profile while the second surgical tool reaches from an initial remote center of rotation to a target remote center of rotation. A method of controlling an ocular surgical device further comprising generating a.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심을 계산하는 단계는,
상기 안구의 중심을 기준으로 구면 좌표계를 설정하는 단계;
상기 구면 좌표계 상에서, 상기 제 1 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계; 및
상기 구면 좌표계 상에서, 상기 제 2 수술 도구의 초기 원격 회전 중심으로부터 목표 원격 회전 중심까지의 각도 변화를 계산하는 단계를 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법.
6. The method of claim 5,
Calculating the target remote center of rotation of each of the first surgical tool and the second surgical tool comprises:
setting a spherical coordinate system based on the center of the eyeball;
calculating an angular change from an initial remote rotation center of the first surgical tool to a target remote rotation center on the spherical coordinate system; and
and calculating an angular change from an initial remote center of rotation of the second surgical tool to a target remote center of rotation on the spherical coordinate system.
제 5 항에 있어서,
상기 안구의 회전량 정보에 기초하여, 상기 현미경을 이동시키는 단계를 더 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법.
6. The method of claim 5,
Based on the information on the amount of rotation of the eyeball, the method of controlling an eye surgery apparatus further comprising the step of moving the microscope.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 수술 도구 및 제 2 수술 도구 각각의 목표 원격 회전 중심에 기초하여, 상기 현미경을 이동시키는 단계를 더 포함하는 안구 수술 장치를 제어하는 방법.
6. The method of claim 5,
The method of controlling an eye surgery apparatus further comprising the step of moving the microscope based on the target remote rotational centers of each of the first surgical tool and the second surgical tool.
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