KR100944410B1 - Surgical robot system and operating force measuring method thereof - Google Patents

Surgical robot system and operating force measuring method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR100944410B1
KR100944410B1 KR1020090079331A KR20090079331A KR100944410B1 KR 100944410 B1 KR100944410 B1 KR 100944410B1 KR 1020090079331 A KR1020090079331 A KR 1020090079331A KR 20090079331 A KR20090079331 A KR 20090079331A KR 100944410 B1 KR100944410 B1 KR 100944410B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
value
operating force
measuring
surgical robot
Prior art date
Application number
KR1020090079331A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이민철
최승욱
Original Assignee
(주)미래컴퍼니
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)미래컴퍼니, 부산대학교 산학협력단 filed Critical (주)미래컴퍼니
Priority to KR1020090079331A priority Critical patent/KR100944410B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100944410B1 publication Critical patent/KR100944410B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B34/37Master-slave robots
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/77Manipulators with motion or force scaling
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B2034/302Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities

Abstract

PURPOSE: A surgical robot system and an operation force measuring method thereof are provided to implement solid sense technology by obtaining the information about the operation force of an instrument. CONSTITUTION: A surgical robot system includes a driving motor(120) and an instrument(130). A current measuring unit(140) measures the driving current of the driving motor. A controller(110) converts the current measurement value from a current measuring unit into one current conversion value among a section average value and a section effective current value. The controller measures the operation force of the instrument using the current conversion value. The driving motor includes a motor. The motor rotates with the number of rotation and/or direction corresponding to a control signal.

Description

수술 로봇 시스템 및 그 작동력 측정 방법{Surgical robot system and operating force measuring method thereof}Surgical robot system and operating force measuring method

본 발명은 수술 로봇 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수술 로봇 및 그 작동력 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surgical robot system, and more particularly to a surgical robot and a method of measuring the operating force thereof.

수술 로봇 시스템은 의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇 시스템을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다.The surgical robot system refers to a robot system having a function that can replace a surgical operation performed by a doctor. Such a surgical robot has the advantage of being capable of accurate and precise operation and remote surgery compared to humans.

수술 로봇 시스템을 이용한 수술시, 일반적으로 의사는 마스터 로봇(master robot)을 작동시켜 환자로부터 떨어진 위치의 수술 장소(예를 들어, 환자가 있는 곳과 다른 방)에서 수술용 인스트루먼트의 움직임을 제어한다. 마스터 로봇은 일반적으로 소형 손목 김벌(handheld wrist gimbal), 조이스틱, 외골격식 글러브(exoskeletal glove), 핸드피스(handpiece) 등과 같은 하나 이상의 수동 입력 장치를 포함한다. 수동 입력 장치를 이용한 의사의 조작에 의해 컨트롤러부에 결합된 구동 모터부의 동작이 제어되고, 이에 의해 인스트루먼트의 위치, 방향 및 동작 형태에 대한 제어가 수행된다. 즉, 구동 모터부는 개방된 수술 부위에 직접 삽입되는 인스트루먼트가 수술 과정상의 다양한 동작 형태(예를 들어, 조직을 절개하거나, 혈관을 움켜잡는 동작 등)를 가지도록 제어한다.In surgery using a surgical robotic system, a surgeon typically operates a master robot to control the movement of the surgical instrument at a surgical location away from the patient (eg, in a different room than where the patient is). . Master robots generally include one or more manual input devices such as handheld wrist gimbal, joysticks, exoskeletal glove, handpieces and the like. The operation of the drive motor unit coupled to the controller unit is controlled by a doctor's operation using a manual input device, whereby control on the position, direction and operation form of the instrument is performed. That is, the driving motor unit controls the instrument to be directly inserted into the open surgical site to have various types of motions (for example, cutting tissue or grabbing blood vessels) in the surgical process.

전술한 바와 같이 수술 로봇 시스템이 일반적으로 원격지에서 이루어지는 의사의 조작에 의해 환자에 대한 수술이 이루어지기 때문에, 인스트루먼트에 의한 작동력에 대한 정보가 의사에게 제공될 필요가 있다.As described above, since the surgical robot system generally operates on a patient by a doctor's operation performed at a remote location, information about the operating force by the instrument needs to be provided to the doctor.

인스트루먼트의 작동력에 대한 정보는 인스트루먼트의 끝부분에 가해진 힘과 토크에 관한 것이라 할 수 있지만, 환자의 신체 내부에 삽입되어 수술을 진행하는 인스트루먼트의 특성상 작동력을 측정하기 위한 센서가 부착될 수 없는 문제점이 있다. The information on the operating force of the instrument is related to the force and torque applied to the end of the instrument, but due to the nature of the instrument that is inserted into the patient's body and undergoing surgery, the sensor cannot be attached. have.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.

본 발명은, 인스트루먼트의 작동력에 대한 정보를 간접적인 방법으로 측정할 수 있도록 하는 수술 로봇 시스템 및 그 작동력 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a surgical robot system and a method for measuring the operating force to enable the indirect method to measure the information on the operating force of the instrument.

또한, 본 발명은 간접적 방법으로 인스트루먼트의 작동력에 대한 정보를 획득하여 제공함으로써 실감 장치 기술을 구현할 수 있도록 하는 수술 로봇 시스템 및 그 작동력 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a surgical robot system and a method for measuring the operating force that can implement the sensory device technology by obtaining and providing information about the operating force of the instrument in an indirect manner.

또한, 본 발명은 실감 장치 기술의 구현을 통해 보다 안전한 수술의 수행이 가능하도록 하는 수술 로봇 시스템 및 그 작동력 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a surgical robot system and a method of measuring the operating force to enable a safer operation through the implementation of sensory device technology.

또한, 본 발명은 인스트루먼트의 작동력 측정을 통한 강도 조절에 의해 수술중 환자의 내부 장기에 대한 파지시 장기의 훼손을 방지할 수 있고 안전한 수술이 가능하도록 하는 수술 로봇 시스템 및 그 반력 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention to provide a surgical robot system and a reaction force measuring method that can prevent the damage of the organs when holding the internal organs of the patient during surgery by the strength control through the measurement of the operating force of the instrument and to enable a safe operation It is for.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 구동 모터부 및 인스트루먼트를 포함하는 수술용 로봇 시스템으로서, 구동 모터부의 구동 전류값을 측정하는 전류 측정부와, 전류 측정부로부터 제공되는 전류 측정값을 이용하여 인스트루먼트의 작동력을 측정하는 컨트롤러부를 포함하는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a surgical robot system comprising a drive motor unit and an instrument, comprising: a current measurement unit for measuring a drive current value of the drive motor unit; There is provided a surgical robot system comprising a controller unit for measuring the actuation force.

전류 측정부는 상기 구동 모터부로 구동 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단에 연결되어 상기 구동 전류값을 측정할 수 있다.The current measuring unit may be connected to an input terminal or an output terminal through which the driving current is input to the driving motor unit, and measure the driving current value.

컨트롤러부는 작동력의 측정을 위해 전류 측정값을 구간 평균값 및 구간 실효전류값 중 하나 이상의 전류 변환값으로 변환할 수 있다.The controller may convert the current measurement value into one or more current conversion values of the section average value and the section effective current value for measuring the operating force.

작동력의 측정을 위해, 작동력과 전류 변환값이 가지는 비례 관계 특성이 이용될 수 있다.For the measurement of the operating force, the proportional relationship characteristic of the operating force and the current conversion value can be used.

구동 모터부는 모터를 포함할 수 있다.The drive motor unit may include a motor.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 구동 모터부 및 인스트루먼트를 포함하는 수술용 로봇 시스템의 이펙터 작동력 측정 방법으로서, 구동 모터부의 구동 전류값을 측정된 전류 측정값을 입력받는 단계와, 입력된 전류 측정값을 구간 평균값 및 구간 실효전류값 중 하나 이상의 전류 변환값으로 변환하는 단계와, 전류 변환값을 이용하여 이펙터의 작동력을 연산하는 단계를 포함하는 이펙터 작동력 측정 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a method for measuring the effector operating force of a surgical robot system including a drive motor unit and an instrument, the method comprising: receiving a measured current measurement value of the drive current value of the drive motor unit; Is converted to at least one current conversion value of the section average value and the section effective current value, and calculating the operating force of the effector using the current conversion value is provided.

전류 측정값은 구동 모터부로 구동 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단에서 측정될 수 있다.The current measurement value may be measured at an input terminal or an output terminal at which a driving current is input to the driving motor unit.

작동력의 연산을 위해, 작동력과 전류 변환값이 가지는 비례 관계 특성이 이용될 수 있다.For the calculation of the operating force, the proportional relationship characteristic of the operating force and the current conversion value can be used.

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

본 발명의 실시예에 따르면, 인스트루먼트의 작동력에 대한 정보를 간접적인 방법으로 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect that can measure the information on the operating force of the instrument in an indirect manner.

또한, 간접적 방법으로 인스트루먼트의 작동력에 대한 정보를 획득하여 제공함으로써 실감 장치 기술을 구현할 수 있도록 하는 효과도 있다.In addition, there is an effect to implement the sensory device technology by obtaining and providing information on the operating force of the instrument in an indirect manner.

또한, 실감 장치 기술의 구현을 통해 보다 안전한 수술의 수행이 가능하도록 하는 효과도 있다.In addition, the implementation of sensory device technology has the effect of enabling a safer operation.

또한, 인스트루먼트의 작동력 측정을 통한 강도 조절에 의해 수술중 환자의 내부 장기에 대한 파지시 장기의 훼손을 방지할 수 있고 안전한 수술이 가능하도록 하는 효과도 있다.In addition, it is possible to prevent damage to the organs when gripping the internal organs of the patient during surgery by measuring the strength of the operation force of the instrument there is an effect to enable a safe operation.

또한, 일반적인 모터의 경우 위치 제어를 하지만, 모터의 구동력을 조절, 제어하기 위해 토크 제어 기법을 적용할 때에는 작동력을 입력신호로 사용하게 되며, 본 실시예에 따라 얻어지는 작동력을 모터의 토크 제어(힘제어)시 입력 신호로 사용할 수 있다는 효과도 있다.In addition, in the case of a general motor, the position control is performed, but when the torque control technique is applied to adjust and control the driving force of the motor, the operating force is used as an input signal. It can also be used as an input signal during control).

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것 으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 구조를 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 인스트루먼트의 작동력 측정을 위한 그래프를 예시한 도면이다.1 is a view conceptually showing the structure of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 is a graph for measuring the operating force of the instrument of the surgical robot according to an embodiment of the present invention The illustrated figure.

도 1을 참조하면, 수술용 로봇 시스템은 컨트롤러부(110), 구동 모터부(120), 인스트루먼트(130) 및 전류 측정부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the surgical robot system includes a controller unit 110, a driving motor unit 120, an instrument 130, and a current measuring unit 140.

컨트롤러부(110)는 마스터 로봇에 구비된 수동 입력 장치를 이용한 의사에 조작에 대한 정보를 제공받아 이에 상응하도록 구동 모터부(120)가 동작되도록 제어한다. 수동 입력 장치는 예를 들어 소형 손목 김벌(handheld wrist gimbal), 조이스틱, 외골격식 글러브(exoskeletal glove), 핸드피스(handpiece) 등일 수 있다.The controller 110 receives the information about the operation from the doctor using the manual input device provided in the master robot and controls the driving motor 120 to operate accordingly. The manual input device may be, for example, a handheld wrist gimbal, a joystick, an exoskeletal glove, a handpiece, or the like.

구동 모터부(120)는 컨트롤러부(110)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상응하는 방향 및/또는 회전수로 회전하는 모터와, 모터의 회전수 및/또는 각속도에 대한 정보를 연산하여 컨트롤러부(110)로 제공하는 엔코더(encoder)를 포함한다. 모터는 예를 들어 서보 모터(servomotor)일 수 있다. The driving motor unit 120 calculates information about a motor rotating in a corresponding direction and / or rotational speed according to a control signal input from the controller unit 110, and the rotational speed and / or angular speed of the motor. An encoder provided to 110). The motor may for example be a servomotor.

구동 모터부(120)는 컨트롤러부(110)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 모터가 상응하는 방향 및/또는 회전수로 회전하도록 하기 위한 모터 구동 회로를 더 포함할 수도 있다.The driving motor unit 120 may further include a motor driving circuit for causing the motor to rotate in a corresponding direction and / or rotation speed according to a control signal input from the controller unit 110.

예를 들어, 구동 모터부(120)는 인스트루먼트(130)에 포함된 풀리(pulley)에 결합되고, 와이어(wire)에 의해 풀리와 연결된 이펙터(effector)가 모터의 회전 방향 및 회전수에 상응하도록 조작되도록 할 수 있다.For example, the drive motor unit 120 is coupled to a pulley included in the instrument 130, so that an effector connected to the pulley by a wire corresponds to the rotation direction and the rotation speed of the motor. Can be manipulated.

전류 측정부(120)는 동작을 위해 구동 모터부(120)에 공급되는 전류의 크기를 측정한 전류 측정값을 생성하여 컨트롤러부(110)로 입력한다. 전류 측정부(120)는 예를 들어 구동 모터부(120)로 전류가 입력되는 입력단 또는 구동 모터부(120)의 출력단에 연결되어 전류를 측정할 수 있다.The current measurement unit 120 generates a current measurement value measuring the magnitude of the current supplied to the driving motor unit 120 for operation and inputs it to the controller unit 110. The current measuring unit 120 may be connected to, for example, an input terminal through which the current is input to the driving motor unit 120 or an output terminal of the driving motor unit 120 to measure the current.

컨트롤러부(110)는 전류 측정부(120)로부터 입력되는 전류 측정값을 이용하여 수술용 로봇 시스템의 인스트루먼트(130)의 작동력을 간접적으로 측정한다. 예를 들어, 컨트롤러부(110)는 입력되는 전류 측정값을 이용하여 평균값 또는/및 실효전류(RMS, Root mean Square) 값을 연산하여 인스트루먼트(130)의 작동력을 측정할 수도 있다. 또한, 컨트롤러부(110)가 전류 측정부(140)로부터 제공되는 전류 측정값을 이용하여 인스트루먼트(130)의 작용력을 간접적으로 측정하기 위한 연산 테이블 또는 변환 테이블이 저장부에 미리 저장되어 유지될 수 있다. 이를 위해, 전류 측정값과 작용력(또는 토크)간의 비례 관계가 이용될 수 있다.The controller 110 indirectly measures the operating force of the instrument 130 of the surgical robot system using the current measured value input from the current measuring unit 120. For example, the controller 110 may measure an operating force of the instrument 130 by calculating an average value and / or root mean square (RMS) value by using an input current measurement value. In addition, a calculation table or a conversion table for indirectly measuring the action force of the instrument 130 by the controller 110 using the current measurement value provided from the current measuring unit 140 may be stored in advance in the storage unit. have. For this purpose, a proportional relationship between the current measurement and the force (or torque) can be used.

이하, 전류 측정값을 이용하여 인스트루먼트(130)의 작동력을 간접적으로 측정하는 방법에 대해 간략히 설명한다.Hereinafter, a method of indirectly measuring the operating force of the instrument 130 using the current measurement value will be briefly described.

인스트루먼트(130)가 대상 물체를 파지하거나 물체에 부딪히게 되면 모터에는 외력에 의한 부하가 가해지게 되어 의도된 결과에 비해 오차가 발생하게 된다. 이러한 부하를 극복하게 위해 제어 출력을 증가시키게 되고, 이로 인해 모터의 소모 전력은 증가된다.When the instrument 130 grips or hits an object, an external load is applied to the motor, which causes an error in comparison with the intended result. To overcome this load, the control output is increased, which increases the power consumption of the motor.

구동 모터부(120) 내의 모터가 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식으로 제어되는 경우, 소모 전력은 고정된 출력 전압에 대한 PWM 펄스폭 조절로 조절된 전류량에 의해 결정된다. 따라서, 전류량이 소모 전력과 구동 토크의 직접적인 조절 변수라 할 수 있으며, 일반적으로 DC 및 동기기형 AC 서보 모터에서는 전류와 토크는 선형적 비례관계를 가진다(수학식 1 및 2 참조). 전술한 모터의 제어는 PWM 제어 방식에 제한되지 않음은 당연하며, 예를 들어 DA converter를 이용한 제어 등 과 같이 다양한 제어 방식이 모터 제어를 위해 적용될 수 있다.When the motor in the driving motor unit 120 is controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) control method, the power consumption is determined by the amount of current adjusted by PWM pulse width adjustment for a fixed output voltage. Therefore, the amount of current is a direct control variable of power consumption and driving torque. In general, in DC and synchronous AC servo motors, current and torque have a linear proportional relationship (see Equations 1 and 2). Naturally, the above-described control of the motor is not limited to the PWM control method. For example, various control methods such as control using a DA converter may be applied for motor control.

Figure 112009052412805-pat00001
Figure 112009052412805-pat00001

T는 토크, P는 소모 전력, K는 효율 상수, Vr은 엔코더에서 제공되는 각속도 정보를 각각 의미한다.T is torque, P is power consumption, K is efficiency constant, and Vr is angular velocity information provided by encoder.

Figure 112009052412805-pat00002
Figure 112009052412805-pat00002

여기서, I는 전류 측정부(140)로부터 입력되는 전류 측정값, V는 모터의 고정된 출력 전압(예를 들어, PWM 구동방식 서보 시스템에서는 일정한 출력 전압을 가짐)을 각각 의미한다. 만일 단순 전압 제어 등의 경우에는 DA 입력 전압값이 이용될 것이다. Here, I denotes a current measurement value input from the current measuring unit 140, and V denotes a fixed output voltage of the motor (for example, having a constant output voltage in a PWM driving servo system). In the case of simple voltage control, the DA input voltage value will be used.

위 수학식들에서 보여지는 바와 같이, 토크(T)는 소모 전력(P)에 비례하고, 소모 전력은 전류 측정값(I)에 비례하므로, 토크와 전류 측정값 역시 비례 관계에 있게 된다.As shown in the above equations, since the torque T is proportional to the power consumption P, and the power consumption is proportional to the current measurement value I, the torque and the current measurement value are also proportional to each other.

도 2와 도 3에는 수술용 로봇의 인스트루먼트의 작동력 측정을 위한 그래프가 예시되어 있다. 2 and 3 illustrate a graph for measuring the operating force of the instrument of the surgical robot.

도 2의 (a)는 컨트롤러부(110)에서 인스트루먼트(130)의 동작을 위해 구동 모터부(120) 측으로 입력하는 제어 신호에 대한 그래프로서, 예를 들어 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호에 대한 것일 수 있다. 도 2의 (b)는 구동 모터부(120)가 입력된 제어 신호에 의해 지정된 동작을 수행하는 과정에서의 전류 소모량을 나타낸 그래프이다. 도 2의 (c)는 이펙터에 부착된 하중 측정 센서(예를 들어, 로드셀)에 의해 강도(이펙터의 작동력)를 측정한 그래프로서, (a)의 제어 신호에 따른 동작이 정상적으로 수행되는지 참조(reference)하기 위해 제시된 것이다. 도 2의 (a)와 (c)를 참조할 때, 컨트롤러부(110)로부터 제공된 제어 신호에 따른 동작이 정상적으로 수행되고 있음을 알 수 있다.2 (a) is a graph of a control signal input from the controller unit 110 to the driving motor unit 120 for the operation of the instrument 130, for example, a control signal for controlling the rotation angle of the motor It may be about. 2B is a graph showing the current consumption in the process of the drive motor 120 performs the operation specified by the input control signal. (C) of FIG. 2 is a graph measuring the strength (actuation force of the effector) by a load measuring sensor (for example, a load cell) attached to the effector. for reference). Referring to FIGS. 2A and 2C, it can be seen that an operation according to a control signal provided from the controller unit 110 is normally performed.

도 3의 120은 도 2의 전류 소모량을 단위 시간에 따른 평균치로 연산하여 간략화한 전류 소모량 변동선이며, 130은 제어 신호에 따른 동작 시점(즉, 도 4의 40msec 지점)을 기준으로 이전과 이후의 전류 소모량에 대한 평균값 또는 실효전류값으로 변환한 전류 소모량 변동선이다.120 of FIG. 3 is a current consumption fluctuation line simplified by calculating the current consumption of FIG. 2 as an average value according to unit time, and 130 is before and after the operation point according to the control signal (ie, 40 msec point in FIG. 4). It is the current consumption fluctuation line converted into the average value of the current consumption or the effective current value.

도 3의 130을 참조할 때 전류 소모량이 도 2의 (c)에서 나타내는 반력과 유사한 형태(즉, 비례 관계의 그래프 형태)를 나타냄을 알 수 있고, 따라서 전류 측정부(140)에 의해 제공되는 전류 측정값을 이용하여 간접적으로 이펙터의 작용력이 측정 가능함을 알 수 있다.Referring to 130 of FIG. 3, it can be seen that the current consumption shows a form similar to the reaction force shown in FIG. 2C (that is, the graph form of the proportional relationship), and thus is provided by the current measuring unit 140. Using the current measurement value it can be seen that the effect of the effector can be measured indirectly.

상술한 이펙터의 작동력 측정 방법은 소프트웨어 프로그램 등으로 구현될 수도 있다. 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.The operation force measuring method of the above-described effector may be implemented by a software program or the like. Codes and code segments constituting a program can be easily inferred by a computer programmer in the art. The program is also stored in a computer readable media, and read and executed by a computer to implement the method. The information storage medium includes a magnetic recording medium, an optical recording medium and a carrier wave medium.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 구조를 개념적으로 나타낸 도면.1 is a view conceptually showing the structure of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 인스트루먼트의 작동력 측정을 위한 그래프를 예시한 도면.2 and 3 illustrate a graph for measuring the operating force of the instrument of the surgical robot according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110: 컨트롤러부110: controller

120: 구동 모터부120: drive motor unit

130: 인스트루먼트130: Instrument

140: 전류 측정부140: current measuring unit

Claims (9)

구동 모터부 및 인스트루먼트를 포함하는 수술용 로봇 시스템으로서,A surgical robot system comprising a drive motor unit and an instrument, 상기 구동 모터부의 구동 전류값을 측정하는 전류 측정부; 및A current measuring unit measuring a driving current value of the driving motor unit; And 상기 전류 측정부로부터 제공되는 전류 측정값을 구간 평균값 및 구간 실효전류값 중 하나 이상의 전류 변환값으로 변환하고, 상기 전류 변환값을 이용하여 상기 인스트루먼트의 작동력을 측정하는 컨트롤러부를 포함하는 수술용 로봇 시스템.A surgical robot system including a controller unit converting a current measurement value provided from the current measuring unit into at least one current conversion value among a section average value and a section effective current value and measuring the operating force of the instrument using the current conversion value . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류 측정부는 상기 구동 모터부로 구동 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단에 연결되어 상기 구동 전류값을 측정하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템.And the current measuring unit is connected to an input terminal or an output terminal to which a driving current is input to the driving motor unit to measure the driving current value. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 작동력의 측정을 위해 상기 작동력과 상기 전류 변환값이 가지는 비례 관계 특성이 이용되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템.Surgical robot system, characterized in that the proportional relationship characteristics of the operating force and the current conversion value is used to measure the operating force. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동 모터부는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 시스템.The driving motor unit is a surgical robot system, characterized in that it comprises a motor. 구동 모터부 및 인스트루먼트를 포함하는 수술용 로봇 시스템의 이펙터 작동력 측정 방법으로서,A method of measuring the effector actuation force of a surgical robot system including a drive motor unit and an instrument, 상기 구동 모터부의 구동 전류값을 측정된 전류 측정값을 입력받는 단계;Receiving a current measured value of a driving current value of the driving motor unit; 상기 입력된 전류 측정값을 구간 평균값 및 구간 실효전류값 중 하나 이상의 전류 변환값으로 변환하는 단계; 및Converting the input current measurement value into at least one current conversion value among a section average value and a section effective current value; And 상기 전류 변환값을 이용하여 상기 이펙터의 작동력을 연산하는 단계를 포함하는 이펙터 작동력 측정 방법.And calculating the operating force of the effector using the current conversion value. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전류 측정값은 상기 구동 모터부로 구동 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단에서 측정되는 것을 특징으로 하는 이펙터 작동력 측정 방법.The current measured value is measured at the input terminal or output terminal, the driving current is input to the drive motor unit, the effector actuation force measuring method. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 작동력의 연산을 위해 상기 작동력과 상기 전류 변환값이 가지는 비례 관계 특성이 이용되는 것을 특징으로 하는 이펙터 작동력 측정 방법.Effector operating force measuring method characterized in that the proportional relationship characteristic of the operating force and the current conversion value is used for the calculation of the operating force. 제6항 내지 제8항 중 어느 하나에 기재된 이펙터 작동력 측정 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.10. A record in which a program of instructions that can be executed by a digital processing apparatus is tangibly implemented to perform the effector actuation force measuring method according to any one of claims 6 to 8, and records a program that can be read by the digital processing apparatus. media.
KR1020090079331A 2009-08-26 2009-08-26 Surgical robot system and operating force measuring method thereof KR100944410B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090079331A KR100944410B1 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Surgical robot system and operating force measuring method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090079331A KR100944410B1 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Surgical robot system and operating force measuring method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100944410B1 true KR100944410B1 (en) 2010-02-25

Family

ID=42083813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090079331A KR100944410B1 (en) 2009-08-26 2009-08-26 Surgical robot system and operating force measuring method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100944410B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101642883B1 (en) 2015-06-05 2016-07-27 (주)미래컴퍼니 Surgical robot system and control method thereof
KR101645969B1 (en) 2016-07-15 2016-08-08 (주)미래컴퍼니 Surgical robot system and control method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070299427A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Yeung Benny H B Surgical manipulator
KR20080061462A (en) * 2006-12-28 2008-07-03 에스케이유티스 (주) Gasket having shading and shock absorption function and method for producing the same
KR20080089582A (en) * 2005-12-30 2008-10-07 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드 Force and torque sensing for surgical instruments
US20090054908A1 (en) 2005-04-15 2009-02-26 Jason Matthew Zand Surgical instruments with sensors for detecting tissue properties, and system using such instruments

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090054908A1 (en) 2005-04-15 2009-02-26 Jason Matthew Zand Surgical instruments with sensors for detecting tissue properties, and system using such instruments
KR20080089582A (en) * 2005-12-30 2008-10-07 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드 Force and torque sensing for surgical instruments
US20070299427A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Yeung Benny H B Surgical manipulator
KR20080061462A (en) * 2006-12-28 2008-07-03 에스케이유티스 (주) Gasket having shading and shock absorption function and method for producing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101642883B1 (en) 2015-06-05 2016-07-27 (주)미래컴퍼니 Surgical robot system and control method thereof
KR101645969B1 (en) 2016-07-15 2016-08-08 (주)미래컴퍼니 Surgical robot system and control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021201169B2 (en) Systems and methods for robotic surgery
AU2018202741B2 (en) A system and method for detecting a disturbance as an energy applicator of a surgical instrument traverses a cutting path
US9132552B2 (en) Robot and friction compensation method therefor
Lee et al. Force control and breakthrough detection of a bone-drilling system
KR102456225B1 (en) Systems and methods for robotic wrist control
JPWO2016152255A1 (en) Medical support arm device
Kasahara et al. Telerobotic‐assisted bone‐drilling system using bilateral control with feed operation scaling and cutting force scaling
KR20130094701A (en) Drive force control in medical instrument providing position measurements
Zhao et al. Estimating tool–tissue forces using a 3-degree-of-freedom robotic surgical tool
JP2016158751A (en) Actuator and medical support arm device
KR100944410B1 (en) Surgical robot system and operating force measuring method thereof
KR101302746B1 (en) Method for measuring external force of robot
US20210122041A1 (en) Robotic joint control
Salimi et al. Gain-scheduling control of a cable-driven MRI-compatible robotic platform for intracardiac interventions
KR100954732B1 (en) Surgical robot system and external force measuring method thereof
KR100944409B1 (en) Surgical robot system and force-feedback measuring method thereof
Wang et al. A novel catheter operating system with force feedback for medical applications
Fasel et al. Tendon force control evaluation for an endoscope with series elastic actuation
CN115005975A (en) Master hand clamping device capable of simultaneously superposing force feedback and tactile vibration feedback and control method thereof
Perreault et al. A 7-DOF haptics-enabled teleoperated robotic system: Kinematic modeling and experimental verification
Li et al. External force estimation of impedance-type driven mechanism for surgical robot with kalman filter
CN114727838A (en) Dithering system and method for maintaining grip strength
WO2023074336A1 (en) Compensation system, compensation device, compensation method, and program
TWI829450B (en) Robotically controlled medical device and tension compensation system and method thereof
Zhang et al. Velocity Control for the da Vinci Research Kit

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130819

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140219

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160202

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180201

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 10