KR101598773B1

KR101598773B1 - 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101598773B1
Application number: KR1020100102917A
Authority: KR
Inventors: 최승욱; 이민규; 민동명
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2016-03-15
Also published as: CN105943162A; CN102451040A; CN104287833B; CN102451040B; KR20120041455A; US20120101508A1; CN104287833A

Abstract

수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치가 개시된다. 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 변위량 해석부와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성부 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 의하여, 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태에서 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 사전 및 사후 절차를 별도로 요하지 않으며, 따라서 수술 시간의 단축 및 의사의 피로감을 경감시킬 수 있다.

Description

수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치{Method and device for controlling/compensating movement of surgical robot}

본 발명은 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 치료하는 행위를 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술 로봇 시스템은 일반적으로 마스터 로봇과 슬레이브 로봇으로 구성되며, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇은 독립적으로 구현되거나 일체형으로 구현될 수도 있다.

수술자가 마스터 로봇에 구비된 조종기(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술도구(즉, 인스트루먼트(instrument))가 조작되어 수술이 수행된다.

인스트루먼트는 의료용 트로카(trocar)를 통해 인체 내부로 삽입된다. 의료용 트로카는 일반적으로 복강에 접근하기 위해 사용되는 의료 기구로서, 의료용 트로카를 통해 복강경, 내시경 등이 신체 내부로 삽입된다.

종래 기술에 따른 수술 로봇 시스템은 인스트루먼트 등이 의료용 트로카를 통해 인체 내부로 삽입되어 수술을 수행하는 도중, 슬레이브 로봇의 위치를 이동시키고자 하는 경우 인스트루먼트 등을 인체로부터 인출하고 슬레이브 로봇의 위치를 이동시킨 후 다시 인스트루먼트 등을 의료용 트로카를 통해 인체 내부로 삽입하여 수술을 재개하도록 구성되어 있었다.

이는, 인스트루먼트 등이 의료용 트로카를 통해 인체 내부에 삽입된 상태에서 슬레이브 로봇을 이동시키는 경우, 슬레이브 로봇의 이동 궤적에 따라 인스트루먼트 등도 함께 이동되므로 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태인 환자에게 심각한 문제를 야기할 수 있기 때문이다.

그러나 슬레이브 로봇의 이동을 위해 인스트루먼트 등을 인체로부터 인출하고 슬레이브 로봇의 이동 완료 후 인스트루먼트 등을 인체 내부로 다시 삽입하는 과정에 많은 시간이 소요되고, 이는 결과적으로 수술 시간의 장기화를 초래하며, 고도의 긴장 상태에서 수술을 진행하는 의사에게 심각한 피로감을 유발시키는 문제점이 있다.

따라서, 수술 진행 중에 자유로운 이동이 가능한 수술용 로봇 시스템의 개발이 요구된다. 이는, 이동부가 구비된 본체(하체부)와 로봇 암들이 장착된 부분(상체부)으로 구성된 수술용 로봇을 도킹(docking)하는 과정에서 수술용 로봇 본체를 약간 이동시키려면, 종래의 수술 로봇 시스템의 경우 로봇 암에 장착된 인스트루먼트들을 모두 제거하여 도킹 해제(undocking)한 후에 수술용 로봇 본체를 이동시키게 되며 이후 다시 인스트루먼트를 꽂는 도킹 과정을 거쳐야 한다. 그러나, 수술용 로봇 본체(즉 하체부)가 움직이더라도 로봇 암이 장착된 상체부가 회전과 이동을 할 수 있다면 도킹 해제 및 재도킹 과정을 단축 또는 생략할 수 있을 것이다.

또한, 종래의 수술 로봇 시스템의 이동 방법은 수술자 또는 수술 보조자가 수동으로 슬레이브 로봇을 이동시켜야 하는 불편함도 있었다.

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.

본 발명은, 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태에서 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시킬 수 있는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 환자에 대한 수술 진행 중에 수술용 로봇의 위치를 이동시키고자 하는 경우 수술자의 제어 명령에 따라 적절한 위치로 수술용 로봇이 자유롭게 이동될 수 있도록 하는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 수술용 로봇의 이동에 의해 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 변위량 해석부와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성부 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치가 제공된다.

카메라부는 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다.

본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있다.

이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.

인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커 또는 영상 정보에 포함되도록 촬상된 미리 지정된 특징점이 카메라부에 의해 촬영되어 객체(object)로 인식되도록 영상 프레임에 포함된 객체(object)일 수 있다.

수술 처리부와 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 결합부는 제어 명령에 상응하여 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.

수술용 로봇은 위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있고, 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.

이동 정보는 미리 설정된 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.

미리 설정된 이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 이동 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.

수술용 로봇은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함할 수 있고, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 이동부를 이용한 이동 조작을 위해 수술용 로봇에 대해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단하는 외력 검출부와, 외력 검출부의 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 경우, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부와, 외력 검출부의 판단에 의해 외력의 가해짐이 종료된 것으로 판단되면, 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정을 수행하는 경로 재설정부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.

이동 조작부는 외력 검출부의 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면, 외력이 가해지지 않는 것으로 판단될 때까지 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.

경로 재설정부는 이동 경로의 재설정을 위해, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하도록 생성된 영상 정보를 이용하여 관심 영역의 센터점과 촬영 영역의 센터점이 일치되지 않는 경우 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력할 수 있다.

경로 재설정부는 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되지 않는 경우, 외력의 가해짐에 의해 촬영 영역의 센터점에서 관심 영역의 센터점이 멀어진 방향의 역방향으로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.

경로 재설정부는 미리 설정된 복수의 이동 경로들 중 외력의 존재에 의해 이동된 현재 위치에 가장 근접된 이동 경로를 위치 이동 명령에 따른 이동 경로로 재설정할 수 있다.

수술용 로봇은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함할 수 있고, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.

수술용 로봇은 위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있고, 이동 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.

이동 정보는 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.

이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 이동 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇의 위치 이동 조작을 수행하는 조작 유닛에 있어서, 천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 디스플레이부와, 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 목적지 위치를 지정하기 위한 입력부와, 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위한 변환 기준 정보가 저장되는 저장부와, 수술용 로봇의 현재 위치, 목적지 위치 및 변환 기준 정보를 이용하여 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하는 이동 정보 생성부와, 위치 이동 정보에 상응하는 위치 이동 명령을 생성하여 수술용 로봇에 제공하는 명령 생성부를 포함하는 조작 유닛이 제공된다.

조작 유닛은, 수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 자세정보 생성부를 더 포함하되, 명령 생성부는 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령을 더 생성하여 수술용 로봇에 제공할 수 있다.

변환 기준 정보는 영상 정보를 이용하여 지정되는 현재 위치와 목적지 위치간의 픽셀간 거리 및 각도를 수술용 로봇이 수술실 내에서 이동될 거리 및 각도로 변환하기 위한 정보일 수 있다.

수술용 로봇은, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함할 수 있다.

이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함할 수 있다. 도한, 이동부는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.

조작 유닛은, 수술용 로봇에 통신망을 통해 결합된 마스터 로봇에 구비되거나, 수술용 로봇에 직접 결합되는 조작 패널 등 중 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 저장부와, 움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 통신부와, 목적 회전각 정보에서 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.

저장부에 위치 이동 명령에 부합되도록 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 미리 저장하는 경우, 이동 조작부는 움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하고, 오차범위 내에서 불일치하는 경우 이동부의 이동 조작을 중지할 수 있다.

또한, 이동 조작부는 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신될 때까지 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신한 후 이동부가 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개할 수 있다.

움직임 보상 장치는, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 미리 설정된 기준선에 따른 각도 변화에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 각도에 관한 변위량 정보를 이용하여 회전각 정보를 산출하는 회전각 산출부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 처리부를 구비한 수술용 로봇을 포함하는 수술용 로봇 시스템에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위해 상기 수술용 로봇에 구비되는 이동부와, 인식 마커의 위치를 인식하여 지정된 목적지 위치로 수술용 로봇을 이동시키기 위해 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량에 관한 정보를 생성하는 트래킹 유닛과, 생성된 정보로부터 결정된 이동방향 및 이동량에 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.

트래킹 유닛은 옵티컬 트래커(optical tracker) 및 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

수술용 로봇 시스템은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함하되, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.

이동부는 옴니휠을 포함할 수 있고, 또는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서, 지정된 인식 차수별로 인식되는 인식 마커의 위치인 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하고, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 트래킹 유닛과, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성부 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치가 제공된다.

트래킹 유닛은 상기 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있으며, 본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있다.

인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커가 인식된 위치를 나타내는 지점일 수 있으며, 수술 처리부와 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 결합부는 제어 명령에 상응하여 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 움직임 보상 장치에서 수행되는 수술용 로봇의 움직임에 대한 보상 방법으로서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 단계와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 단계와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 단계와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법이 제공된다.

수술용 로봇은 본체부와 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합되어 구성되고, 카메라부는 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.

수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센싱 신호가 입력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

미리 설정된 이동 경로가 폐곡선(closed curve) 형상인 경우, 출력하는 단계는, 현재 위치로부터 위치 이동 명령에 따른 위치까지의 이동 거리를 시계방향의 이동 거리와 반시계 방향으로 이동 거리로 각각 산출하는 단계와, 각각 산출된 이동 거리 중 상대적으로 짧은 이동 거리의 이동 방향으로 이동부가 이동 경로를 따라 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장되고, 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 상기 수술용 로봇의 이동 경로 결정 방법으로서, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 이동부를 이용한 이동 조작을 위해 수술용 로봇에 대해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단하는 단계와, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 경우 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계와, 판단에 의해 외력이 가해진 후 외력의 가해짐이 종료된 것으로 판단되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 이동 경로 결정 방법이 제공된다.

이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계와, 외력의 존재가 유지되는지 여부를 판단하는 단계와, 외력의 가해짐이 종료되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계와, 재설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계와, 외력의 존재가 유지되는지 여부를 판단하는 단계와, 외력의 가해짐이 종료되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계와, 재설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 인식되면 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하도록 생성된 영상 정보를 이용하여 관심 영역의 센터점과 촬영 영역의 센터점이 일치되는지 판단하는 단계와, 일치되지 않으면 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

출력하는 단계는, 일치되지 않는 경우, 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되는지 여부를 판단하는 단계와, 관심 영역이 인식되지 않으면, 외력의 가해짐에 의해 촬영 영역의 센터점에서 관심 영역의 센터점이 멀어진 방향의 역방향으로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계와, 각 센터점이 일치되지 않고 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되면, 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

수술용 로봇의 경로 복귀 조작 방법은 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 인식되면, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

수술용 로봇의 경로 복귀 조작 방법은, 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센서로부터 센싱 신호가 입력되면, 이동부의 이동 조작을 위한 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하거나 이동 제어 명령에 따른 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장되고, 이동 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.

이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 조작 유닛이 수행하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법에 있어서, 천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 단계와, 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 목적지 위치를 입력받는 단계와, 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위해 미리 저장된 변환 기준 정보와, 수술용 로봇의 현재 위치 및 목적지 위치를 이용하여 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하여 수술용 로봇으로 전송하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.

수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 단계를 더 포함하되, 생성된 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령이 더 생성되어 수술용 로봇으로 전송될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 단계와, 움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 단계와, 목적 회전각 정보에서 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.

위치 이동 명령에 부합되도록 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장된 경우,

움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하는 단계와, 오차범위 내에서 일치하지 않는 경우 이동부의 이동 조작을 중지하는 단계가 더 포함될 수도 있다.

또한, 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신되는지 여부를 판단하는 단계와, 0의 회전각이 수신된 경우, 이동부의 이동 조작이 중지된 이후부터 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신하는 단계와, 이동부가 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개하는 단계가 더 포함될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇 시스템에서 수행되는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 인식 마커의 위치를 인식하는 단계와, 인식된 인식 마커의 위치를 참조하여, 지정된 목적지 위치로 수술용 로봇을 이동시키기 위해 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량에 관한 정보를 생성하는 단계와, 생성된 정보로부터 결정된 이동방향 및 이동량에 따라 수술용 로봇에 구비된 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.

수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법은, 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센서로부터 센싱 신호가 입력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이동부는 옴니휠을 포함할 수 있고, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 움직임 보상 장치에서 수행되는 수술용 로봇의 움직임에 대한 보상 방법으로서, 지정된 인식 차수별로 인식되는 인식 마커의 위치인 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 단계와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 단계와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법이 제공된다.

수술용 로봇은 본체부와 상기 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합되어 구성되고, 트래킹 유닛은 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다.

본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있고, 인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커가 인식된 위치를 나타내는 지점일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태에서 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 사전 및 사후 절차를 별도로 요하지 않으며, 따라서 수술 시간의 단축 및 의사의 피로감을 경감시킬 수 있다.

또한 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시키기 위해 수술자 및/또는 수술 보조자가 수동으로 수술용 로봇을 이동시킬 필요 없이 제어 명령의 입력만으로도 수술용 로봇이 적절한 위치로 이동할 수 있도록 하는 효과도 있다.

또한, 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 수술용 로봇의 이동에 의해 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동을 위한 다방향 회전휠의 구성을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 트로카의 외부 형상을 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 예시적으로 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 동작 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 경로 복귀 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스터 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 화면 표시의 예시도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전각 산출 개념을 예시한 도면.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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.

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.

또한, 명세서에 기재될 수 있는 "…부", "…기", "모듈", "유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 첨부한 도면들을 참조하여 각 실시예의 특징적 사상을 중심으로 설명하되, 각 실시예가 독립적으로 구현되도록 제한되지는 않으며, 어느 하나의 실시예에 관해 설명되는 하나 이상의 특징적 사상이 타 실시예에 부가되어 구현될 수도 있음은 당연하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동을 위한 다방향 회전휠의 구성을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 트로카의 외부 형상을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 수술용 로봇, 다방향 회전휠 및 의료용 트로카의 형상은 발명의 실시예 설명을 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 각 구성 요소의 형상 등이 이에 제한되지 않음은 당연하다.

도 1을 참조하면, 수술용 로봇은 본체부(100), 다방향 회전휠(120), 결합부(130) 및 수술 처리부(140)를 포함한다.

본체부(100)는 수술 처리부(140) 등과 결합되어 수술대(150) 위의 환자에 대한 수술이 시행되도록 한다. 본체부(100)는 마스터 로봇과 통신망을 통해 연결된 슬레이브 로봇의 본체이거나, 슬레이브 로봇과 마스터 로봇이 일체형으로 통합된 수술용 로봇의 본체일 수 있다.

다방향 회전휠(120)은 본체부(100)의 하부에 결합되어 외부에서 가해지는 힘에 따라 임의의 방향으로 이동 또는 회전되도록 한다. 다방향 회전휠(120)은 외부에서 가해지는 힘에 따라 정해지는 방향 및 힘의 크기로 본체부(100)가 이동되도록 처리하며, 예를 들어 도 2에 예시된 바와 같이 옴니휠(omni-directional wheel)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 명세서에서는 본체부(100), 즉 수술용 로봇이 직접적으로 이동되도록 조작되는 구성 요소가 다방향 회전휠(120)인 경우를 예시적으로 설명하지만, 다방향 회전휠(120)은 자기부상(magnetic levitation) 방식, 공 모양의 볼휠(ball wheel) 방식 등으로 구현될 수도 있으며, 이 경우 다방향 회전휠(120)은 이동부로 통칭하여 지칭될 수도 있음은 당연하다.

수술용 로봇은 위치 이동을 위해 외부에서 직접적으로 가해지는 힘이 없더라도 수신되는 제어 명령에 따라 능동적으로 이동 조작될 수 있다.

즉, 다방향 회전휠(120)은 마스터 로봇(도시되지 않음, 마스터 로봇은 수술용 로봇과 분리되거나 일체형으로 구현될 수 있음)으로부터 수신되는 위치 이동 명령(즉, 현재 위치인 제1 위치에서 목적지 위치인 제2 위치로의 이동 명령)에 의해 미리 설정된 경로(path)상의 제1 위치로부터 제2 위치로 이동되도록 수술용 로봇이 이동되도록 조작될 수 있다. 이를 위해, 본체부(100)는 수신된 위치 이동 명령에 따라 다방향 회전휠(120)이 미리 설정된 경로에 따라 이동 조작되도록 하기 위한 제어 명령을 출력하는 회전휠 조작부(740, 도 7 참조)를 더 포함할 수 있다.

물론, 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령이 마스터 로봇으로부터 제공되지 않고, 수술용 로봇 자체에 또는/및 수술용 로봇에 근접한 수술실 내부 위치에 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부가 구비될 수도 있음은 당연하다.

이는, 수술대(150)로부터 멀리 떨어져있는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 수술용 로봇이 이동되는 경우보다 수술실 내에서 수술대(150)를 확인하며 수술용 로봇을 이동함이 보다 일반적일 수 있기 때문이다.

이와 같이, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 이동 조작 방식은 다양할 수 있으나, 본 명세서에서는 마스터 로봇으로부터 슬레이브 로봇으로 위치 이동 명령을 전송하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 그러나, 이러한 기재가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않음은 당연하다.

또한, 수술용 로봇이 위치 이동 명령에 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는 중에 외부에서 직접적으로 가해지는 힘에 의해 미리 설정된 경로를 이탈하는 경우, 회전휠 조작부(740)는 복귀 경로 결정부(1130, 도 11 참조)로부터 제공되는 경로 복귀 명령에 따라 미리 설정된 경로로의 복귀 동작이 이루어지도록 하기 위한 제어 명령을 다방향 회전휠(120)로 출력할 수도 있다.

전술한 위치 이동 명령 및/또는 경로 복귀 명령에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 과정은 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

결합부(130)는 본체부(100)의 일 측과 수술 처리부(140)가 상호 결합되도록 하며, 다방향 회전휠(120)의 회전 및/또는 직선 이동 조작에 따라 본체부(100)가 이동되는 경우 움직임 보상 장치(400, 도 4a 참조)로부터 입력되는 제어명령에 따라 하부에 결합된 수술 처리부(140)가 전/후/좌/우 방향으로의 직선 이동 또는/및 시계/반시계 방향으로의 회전 이동 처리되도록 한다. 이를 통해, 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동 처리되도록 카메라 장치(145)를 통해 입력되는 영상이 본체부(100)의 이동 방향 및 각도에 관계없이 일관되도록 할 수 있으며, 따라서 인체 내부로 삽입된 수술도구도 본체부(100)의 이동에 관계없이 오차 범위 내의 동일 위치에 위치되도록 할 수 있게 된다.

결합부(130)는 제어명령에 따른 수술 처리부(140)의 이동 조작을 위해 직선 방향 및 회전 방향으로의 이동 처리를 위한 조작 유닛을 포함할 수 있다. 조작 유닛은 예를 들어 직선 방향 및 회전 방향으로의 이동 처리를 위한 모터 조립체로 구현될 수 있다.

입력된 제어명령에 따라 수술 처리부(140)를 임의의 방향으로 회전 이동 및/또는 직선 이동을 가능하도록 하는 조작 유닛의 구성 방법은 본 명세서의 설명을 통해 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

수술 처리부(140)는 로봇 암 및 로봇 암에 결합되거나 파지되는 수술도구(예를 들어, 인스트루먼트, 복강경 등 중 하나 이상)를 포함하여 구성되며, 결합부(130)에 의해 본체부(100)의 일 측에 결합된다. 도시되지는 않았으나, 수술 처리부(140)는 수술도구를 하방향 및/또는 상방향으로 수직 이동하기 위한 수직 이동 유닛을 포함할 수 있다.

또한, 수술 처리부(140)는 본체부(100)의 이동 조작에 따른 수술 부위(예를 들어, 의료용 트로카를 통해 수술도구가 삽입된 위치 등)의 영상 정보를 생성하여 움직임 보상 장치(400)로 제공하기 위한 카메라 장치(145)를 더 포함한다. 움직임 보상 장치(400)는 이후 설명되는 바와 같이 카메라 장치(145)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 본체부(100)의 움직임 여부를 파악하고, 본체부(100)의 움직임에 관계없이 카메라 장치(145)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록 보상하기 위한(즉, 결합부(130)가 이동 조작되도록 하기 위한) 제어명령을 생성하여 출력할 것이다.

도 3에는 수술도구가 인체 내부로 삽입되도록 하기 위한 의료용 트로카(300)의 외부 형상이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 의료용 트로카(300)는 상부 트로카 하우징(310), 하부 트로카 하우징(320), 캐뉼러(330) 및 하우징 홀(340)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 수술을 시행하는 중 인체 내부에 발생될 수 있는 일산화탄소, 암모니아 등의 발암성 독성 가스를 인체 외부로 배출하기 위한 배기관이 더 포함될 수도 있다. 캐뉼러(330)는 외과용 메스와 같은 절단 기구로 절단된 부위의 피부를 관통하여 인체 내부로 삽입되고, 캐뉼러(330)에 연결된 상부 트로카 하우징(310)과 하부 트로카 하우징(320)에 형성된 하우징 홀(340)을 통해서 수술도구(예를 들어, 인스트루먼트, 복강경 등 중 하나 이상)가 인체 내부로 삽입된다.

의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에는 인식 마커(350)가 형성될 수 있다. 인식 마커(350)는 카메라 장치(145)에 의해 촬영되고 움직임 보상 장치(400)의 영상 해석에 의해 인식점으로 인식되어진다. 인식 마커(350)는 움직임 보상 장치(400)의 영상 해석의 용이성을 위해 예를 들어 미리 지정된 색상의 도형으로 형성되거나, 형광 페인트 등으로 도포될 수 있고, 상부 트로카 하우징(310)의 하나 이상의 위치에 복수로 형성될 수도 있다.

만일, 위치 변동 추적 등의 용도로 카메라 장치(145) 이외에 적외선을 이용하는 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 기술을 이용하는 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 또는 기타 트래킹 장치 등이 이용되는 경우 여기서의 인식 마커(350)는 트래킹 장치를 위한 인식 마커일 수도 있음은 당연하다.

도 3의 의료용 트로카(300) 및 인식 마커(350)는 의료용 트로카가 수술용 로봇과는 분리되고 수술도구의 인체 내부로의 삽입 용도로 고정되어 이용되는 경우를 가정한 것이다. 만일, 의료용 트로카(300)가 수술용 로봇과 결합되어 이용되는 경우라면 수술용 로봇과 의료용 트로카(300)가 함께 이동되어 수술용 로봇의 이동에 따른 인식점(도 4b 참조)으로 기능할 수 없게 될 것이다. 이 경우, 수술용 로봇의 위치 이동에도 불구하고 수술 중인 환자를 기준하여 절대적인 위치에 고정된 임의의 특징점(예를 들어, 배꼽, 수술 부위만이 노출되도록 하는 수술용 커버의 내측 모서리 등)이 인식 마커(350)로 대체되어 이용될 수 있음은 당연하다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 4a를 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410), 영상 정보 생성부(420), 인식점 정보 해석부(430), 변위량 해석부(440), 제어명령 생성부(450), 출력부(460) 및 제어부(470)를 포함한다. 움직임 보상 장치(400)는 본체부(100) 또는 수술 처리부(140)에 구비될 수 있으며, 수술 처리부(140)를 이동 조작하도록 하기 위한 제어명령을 결합부(130)에 제공한다. 도시되지는 않았으나, 움직임 보상 장치(400)는 후술되는 해석 정보 등을 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수도 있다.

카메라부(410)는 수술부위(즉, 의료용 트로카(300)를 통해 수술도구가 인체 내부로 삽입되는 위치의 외부 부위)를 촬영하여 생성한 영상 신호를 출력한다. 카메라부(410)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다.

카메라부(410)는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 카메라 장치(145)와 동일한 구성 요소일 수 있다. 만일, 움직임 보상 장치(400)가 본체부(100)에 구비되는 경우, 수술 처리부(140)에 구비되는 카메라부(410)와 분리되어 구현될 수도 있다.

영상 정보 생성부(420)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력될 영상 정보를 생성한다. 또한, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 픽셀 정보의 해석이 가능한 영상 포맷으로 생성될 수 있다. 영상 정보 생성부(420)는 예를 들어 렌즈 셰이딩 보상(Lens Shading Compensation), 노이즈 필터링(Noise Filtering), 플리커 검출(Flicker Detection), 오토 화이트 밸런스(Auto White Balance) 등 중 하나 이상의 처리를 수행하는 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor)와 이미지 인코딩/디코딩 처리를 수행하는 멀티미디어 프로세서(Multimedia Processor)를 포함하여 구성될 수 있다. 생성된 영상에서 포함된 객체(object) 해석이 가능하도록 하는 영상 포맷은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보 내에 포함된 객체의 좌표 정보 및 기준점과의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성한다.

인식점 정보 해석부(430)가 해석하는 객체는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에 형성된 인식 마커(350)이거나 환자의 특정 부위(예를 들어, 배꼽), 수술용 커버의 특정 부위 등일 수 있다. 즉, 인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내에서 영상 처리 기법에 따라 인식 마커의 외곽선을 추출하고, 추출된 외곽선의 중심점(즉, 인식점(510, 도 4b 참조))을 인식한 후, 인식점(510)의 좌표 정보를 해석한다. 여기서, 해석된 좌표 정보는 예를 들어 영상의 최좌측 최하단 점을 (0, 0)으로 지정하여 해석되는 상대 좌표일 수 있다.

또한, 기준점은 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내에서 미리 지정된 임의의 점일 수 있다. 본 명세서에서는 해당 영상이 표시되는 표시 화면의 가로 및 세로의 중간점(즉, 표시 화면의 중간점인 화면 센터점(520, 도 4b 참조))이 기준점인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 제한되지 않음은 당연하다. 화면 센터점(520)의 좌표는 미리 지정되어 변동되지 않을 수 있다.

인식점 정보 해석부(430)는 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 거리(L1) 및 각도(a)를 산출한 해석 정보를 생성한다. 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 각도를 산출하기 위한 기준선은 다양하게 설정될 수 있을 것이나, 본 명세서에서는 수평선이 기준선인 경우를 예로 들어 설명한다.

인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 순차적인 영상 프레임들 중에서 미리 지정된 차수의 영상 프레임들에 대해 전술한 해석 정보를 각각 생성한다. 예를 들어, 인식점 정보 해석부(430)는 미리 지정된 기준에 따라 순차적으로 생성되는 모든 영상 프레임들에 대해 해석 정보를 생성하거나, 짝수번째(즉, 두 번째, 네 번째 등) 영상 프레임들에 대해서 해석 정보를 생성할 수 있을 것이다.

변위량 해석부(440)는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 각 영상 프레임에 대해 생성된 해석 정보들간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성한다.

도 4b에는 본체부(100)의 이동에 의한 제1 영상 프레임과 제2 영상 프레임에서의 인식점(510, 540)의 위치 변화가 예시되어 있다.

변위량 정보의 생성을 위해 적용되는 인식점의 수량은 하나 이상일 수 있다. 만일 인식점의 이동에 따른 거리 변화 및 회전각 등의 인식을 위해 인식점은 둘 이상이 필요할 수 있다.

그러나, 인식점을 하나로 지정하는 경우에도 이후 설명되는 바와 같이 가상의 인식 기준점인 화면 센터점(520)과 하나의 인식점(510, 540)간의 관계를 해석함으로써 거리 변화 및 회전각 등의 인식이 가능할 수 있다. 이 경우, 화면 센터점(520)을 이동되지 않는 불변의 인식 기준점으로 활용함으로써 인식점(510, 540)의 이동에 따른 거리 변화 및 회전각 등의 변위량 정보가 보다 정확해질 수도 있을 것이다. 여기서는, 화면 센터점(520)이 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내의 인식점(510, 540)의 위치 변동 등에 무관하게 고정된 기준점으로 유효한 경우를 가정하여 설명하지만, 화면 센터점(520)이 인식점(510, 540)의 위치 변동 등의 원인으로 기준점으로 유효하지 않은 경우라면 화면 센터점(520)이 기준점으로 유효하도록 하기 위한 기준점 보정 과정(예를 들어, 화면 센터점을 지정된 기준점에 맞추는 보정 등)이 더 수행될 수 있음은 당연하다. 위치 변화되는 인식점의 이동(회전) 방향 및 이동 거리를 산출하기 위한 기준점 설정 및 보정 처리 과정은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 인식점 정보 해석부(430)는 도 4b의 (a)에 예시된 제1 영상 프레임에 대해 제1 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 거리(L1) 및 각도(a)에 대한 해석 정보를 생성한다.

이후, 인식점 정보 해석부(430)는 도 4b의 (b)에 예시된 제2 영상 프레임에 대해 제2 인식점(540)과 화면 센터점(520)간의 거리(L2) 및 각도(b)에 대한 해석 정보를 생성한다. 이 경우, 화면 센터점(520)은 카메라를 통해 입력되는 피사체 영상이 변경되는 경우일지라도 전체 화면 영역의 중간점을 의미하는 것으로 인식점(510, 540)의 위치 이동에 관계없이 고정된 위치에 존재한다. 또한, 변위량 해석부(440)는 제1 영상 프레임과 제2 영상 프레임에 대해 각각 생성된 해석 정보들을 이용하여 변위량 정보를 생성한다. 변위량 정보는 예를 들어 거리 변위량(L2-L1) 및 각도 변위량(b-a)을 포함할 수 있으며, 해당 변위량의 절대값만큼 본체부(100)가 이동된 것으로 해석될 수 있다.

다만, 본체부(100)가 이동하는 만큼 수술 처리부(140)도 상응하도록 이동될 것이고, 수술 처리부(140)에 구비된 카메라 장치(145)도 이에 상응하도록 이동됨이 이해될 수 있을 것이다. 이 경우, 카메라 장치(145)의 이동에 의해 촬영되는 영상은 본체부(100)의 이동 방향과 역방향으로 이동된 것처럼 표시될 것이다. 따라서, 해당 변위량의 (-1)배만큼 본체부(100)가 이동된 것으로 해석될 수 있다.

제어명령 생성부(450)는 변위량 해석부(440)에 의해 생성된 변위량 정보가 0이 되도록, 즉 제2 인식점(540)이 제1 인식점(510)의 위치가 되도록 수술 처리부(140)가 위치되도록 결합부(130)를 조절하기 위한 제어명령을 생성한다.

제어명령은 결합부(130)의 이동 조작에 의해 인식점의 위치가 고정적으로 유지되도록(즉, 수술 처리부(140)의 변위량 정보가 0이 되도록) 하는 방향 및 거리만큼 직선 및/또는 회전 이동되도록 하기 위한 것이며, 제어명령에 따른 결합부(130)의 조작에 의해 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치는 본체부(100)의 이동전의 위치로 유지될 수 있다.

출력부(460)는 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록 하기 위해 제어명령 생성부(450)에 의해 생성된 제어명령을 결합부(130)로 출력한다. 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관됨은 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 하는 수술 처리부(140)의 위치가 일관됨을 의미할 수 있다.

출력부(460)는 제어명령을 마스터 로봇으로도 전송함으로써 수술 처리부(140)의 위치 유지를 위한 결합부(130)의 조작 상태가 인식되도록 할 수도 있다. 또한, 출력부(460)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보가 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력되도록 하기 위해 마스터 로봇으로 전송할 수 있다.

제어부(470)는 움직임 보상 장치(400)의 각 구성 요소가 전술한 기능을 수행하도록 제어한다.

이제까지 하나의 인식점과 하나의 기준점(예를 들어, 화면 센터점)간의 거리 및 각도에 따른 해석 정보의 변위를 이용하여 결합부(130)의 이동 조작을 수행하는 방법을 중심으로 설명하였다.

그러나 만일 수술을 위해 복수의 의료용 트로카(300)가 환자의 인체의 피부를 관통하여 인체 내부로 삽입되고, 의료용 트로카(300)는 수술용 로봇과 분리되어 이용되며, 각 의료용 트로카(300)에 인식 마커(350)가 형성된 경우라면 각 인식 마커(350)에 의한 인식점들을 각각 연결하는 가상의 직선들의 중심점이 화면 센터에 위치하도록 하고, 화면 센터에 위치된 중심점인 기준점과 각 인식점간의 거리 및 각도에 관한 해석 정보 및 이에 의한 변위량 정보를 이용하여 수술 처리부(140)의 위치 조절이 이루어질 수도 있음은 당연하다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 동작 개념도이다.

즉, 도 5a 내지 도 5c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 인스트루먼트 등은 도시되지 않았다.

본체부(100)가 도 5a에 도시된 제1 위치(즉, 환자의 머리 오른쪽 위치)로부터 도 5b 및 도 5c에 도시된 제2 위치(즉, 환자의 머리 왼쪽 위치)로 이동시켜야 하는 경우, 종래의 수술용 로봇은 도 5b에 도시된 바와 같이 수술 처리부(140)가 원래의 위치와 방향이 아닌 다른 방향을 가리키게 된다. 이러한 경우에서 발생될 수 있는 사고를 방지하기 위해 종래의 수술용 로봇은 모든 로봇 암(arm)의 도킹(docking)을 풀고 이동 이후에 다시 세팅하는 작업이 요구되었다.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇은 앞서 설명한 바와 같이, 움직임 보상 장치(400)의 기능 수행에 의해 본체부(100)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치와 방향은 도 5c에 도시된 바와 같이 수술 환자를 기준으로 고정될 수 있게 된다.

이 경우, 움직임 보상 장치(400) 등의 제어에 따른 결합부(130)의 이동 또는/및 회전은 앞서 도 4b를 참조하여 예시적으로 설명한 바와 같이, 영상처리에 따른 기준점(예를 들어, 화면 센터점)을 인식하고, 그 기준점에 대해 인식점(510, 540)이 어떻게 변했는지를 확인하여 변위량을 알아내는 방식 등이 사용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 단계 610에서 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 신호를 이용하여 영상 정보를 생성한다.

단계 620에서 움직임 보상 장치(400)는 영상 정보를 이용하여 인식점과 기준점간의 거리 및 각도에 따른 해석 정보를 생성한다. 여기서, 해석 정보는 후술할 변위량 정보를 생성하기 위해 지정된 차수의 영상 프레임에 대해서만 생성될 수도 있다.

단계 630에서 움직임 보상 장치(400)는 변위량 정보를 생성하기 위해 지정된 차수의 영상 프레임들의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성한다.

단계 640에서 움직임 보상 장치(400)는 변위량 정보의 변위량이 존재하는지(즉, 0(zero)이 아닌지) 여부를 판단한다.

만일 변위량이 존재하지 않는다면 단계 610으로 다시 진행한다.

그러나 만일 변위량이 존재한다면 단계 650으로 진행하여, 움직임 보상 장치(400)는 변위량을 0으로 하기 위한 제어명령을 생성하여 결합부(130)로 출력한다. 변위량을 0으로 하는 제어명령의 출력에 의해, 결합부(130)는 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 수술 처리부(140)의 위치가 일관되도록(즉, 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록)하는 조작을 수행한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면이며, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본체부(100)는 통신부(710), 저장부(720), 수술도구 조작부(730), 회전휠 조작부(740) 및 제어부(750)를 포함한다.

도시되지는 않았으나, 본체부(100)는 후술되는 이동 경로(810)를 따른 이동 과정에서 수술대(150)나 주변의 장애물에 충돌하지 않도록 하기 위해 수술대(150) 등과의 거리 감지를 위한 근접 센서를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 근접 센서는 기계적 접촉에 따른 검출 방식(예를 들어 마이크로 스위치, 리미트 스위치 등)이나 무접촉 방식에 따른 검출 방식(예를 들어 유도전류의 에너지 손실을 이용하는 고주파 발진형 근접센서, 분극현상에 따른 정전용량의 증감을 이용하는 정전용량형 근접센서 등)에 의해 구현될 수 있을 것이다.

또한, 도 7 등을 참조하여 설명되는 수술용 로봇의 이동 과정에서 앞서 설명한 바와 같이 움직임 보상 장치(400)로부터 입력되는 제어명령에 따라 하부에 결합된 수술 처리부(140)가 전/후/좌/우 방향으로의 직선 이동 또는/및 시계/반시계 방향으로의 회전 이동 처리되어질 수 있다.

통신부(710)는 마스터 로봇으로부터 임의의 제어 명령(예를 들어, 위치 이동 명령, 수술도구 조작 명령 등)을 수신하거나, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 마스터 로봇으로 전송한다.

저장부(720)는 본체부(100)의 기능 수행을 위한 운용 프로그램, 마스터 로봇으로부터 수신된 제어 명령 등 중 하나 이상을 저장한다. 또한, 저장부(720)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 상응하여 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어 기준 정보를 더 저장할 수도 있다.

저장부(720)에 저장되는 제어 기준 정보는 도 8b에 예시된 바와 같이 각 가상 경로점간의 이동을 위한 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보일 수 있으며, 해당 정보는 위치 이동 명령에 포함된 목적지 위치 정보(이는 수술자에 의해 지정될 수 있음)로 위치 이동되도록 다방향 회전휠(120)의 제어를 위해 회전휠 조작부(740)에 의해 이용될 수 있다. 본체부(100)의 이동을 위해 미리 저장되는 제어 기준 정보는 도 8b에 예시된 것으로 제한되지 않으며, 미리 설정된 경로(810)를 따라 본체부(100)가 이동될 수 있도록 다양한 방식으로 설정될 수 있음은 당연하다.

수술도구 조작부(730)는 마스터 로봇으로부터 수신되는 수술도구 조작 명령에 따라 수술 처리부(140)의 수술도구가 조작(예를 들어, 내시경의 위치 변동, 수술부위의 절개 등)되도록 하기 위한 제어 신호를 생성하여 수술 처리부(140)로 출력한다.

회전휠 조작부(740)는 마스터 로봇으로부터 수신되는 위치 이동 명령에 따라 다방향 회전휠(120)이 상응하는 방향 및 이동량으로 회전 조작되도록 하기 위한 제어신호를 생성하여 다방향 회전휠(120)로 출력한다.

또한 회전휠 조작부(740)는 이동 경로(810)를 따른 이동 과정에서 전술한 근접 센서로부터 수술대(150)나 주변의 장애물이 근접되어 위치되었음을 나타내는 센싱 신호가 수신되면 다방향 회전휠(120)의 동작을 중지하기 위해 정지 명령을 다방향 회전휠(120)로 출력하거나 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어신호의 생성 및 출력을 중지할 수도 있다.

제어부(750)는 본체부(100)에 포함된 각 구성요소의 기능을 제어한다.

도 8a에는 수술대(150)를 기준하는 수술용 로봇의 이동 경로(810)가 예시되어 있다.

수술용 로봇의 이동 경로(810)는 하나 이상의 가상 경로점(Px, 즉 P1, P2 등)의 연속으로 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점은 연속적으로 배치되거나 각각 이격적으로 배치될 수도 있다.

수술용 로봇은 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령(이는 목적지 위치 정보 또는 목적지 위치에 해당되는 가상 경로점에 관한 정보를 포함할 수 있음)에 의해 현재 위치로부터 이동 경로상에 배치된 가상 경로점들을 경유하여 목적지 위치로 이동하게 된다.

전술한 이동 경로(810)는 수술대(150)를 기준으로 수술실 바닥이나 천정 등에 수술용 로봇이 인식할 수 있는 형광 도료 등으로 도포되어 도시될 수 있다.

이 경우, 수술용 로봇은 이동 경로가 도시된 수술실 위치(즉, 바닥, 천정 등)에 부합하는 위치(예를 들어, 다방향 회전휠(120)의 하부 영역, 본체부(100)의 상부 영역 등)에 카메라 장치(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 구비된 카메라 장치는 도시된 이동 경로(810)를 촬영하여 본체부(100)로 제공하고, 본체부(100)는 카메라 장치에 의해 제공되는 영상 정보에서 이동 경로(810)를 영상 해석 기법으로 해석한 후 이동 경로(810)를 따른 이동을 위해 다방향 회전휠(120)의 구동이 제어되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있을 것이다.

다른 예로서, 전술한 이동 경로(810)는 수술대(150)를 기준으로 수술실 바닥 하부에 매설된 자석 또는/및 자기 레일로 형성될 수 있으며, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)이 수술실 바닥 하부에 매설된 자석 등에 의해 유도되어 지정된 이동 경로(810)를 따라 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있을 것이다. 수술실 바닥 하부에 자석 등을 매설하여 경로 유도되도록 하는 방식은 예를 들어 골프장에서 전동 카트가 리모콘 조작에 의해 지정된 카트 로드(road)를 따라 이동되도록 하는 방식이 유사하게 이용될 수 있을 것이다.

이외에도, 전술한 이동 경로(810)가 형광 도료로 도시되거나 자기 레일 등의 형태로 구현되지 않는 경우에도 수술용 로봇은 상대적인 위치를 판단하여 이동될 수도 있다. 상대적인 위치를 판단하여 이동되는 경우의 다양한 실시예의 일부는 도 8b, 도 15 등을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

수술용 로봇과 수술대(150)와의 상대적 위치를 판단하는 다른 방식으로서 예를 들어 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker), 기타 위치 트래킹을 위한 방식이 사용될 수도 있다. 즉, 옵티컬 트래커 등이 수술실의 특정 위치에 구비되고, 수술용 로봇 및 수술대(150)(또는/및 수술환자)에 인식마커(예를 들어, 옵티컬 마커(optical marker))를 구비한다면 전술한 바와 같이 미리 설정된 이동 경로(810)를 추종하여 수술용 로봇이 이동하는 방식 외에도 수술용 로봇이 수술대(150)나 다른 물체에 충돌하지 않는 경로를 생성하여 지정된 목적지까지 이동할 수도 있을 것이다.

또한, 수술용 로봇 자체 또는 수술실 천정 등에 카메라를 구비하고, 해당 카메라로부터 제공되는 수술대(150) 및/또는 수술환자가 촬영된 영상을 처리하고 해석함으로써 미리 설정된 이동 경로(810)가 아닌 다른 경로를 통해 목적지로 이동하는 방식 등도 적용될 수 있다. 수술실 천정에 구비된 카메라가 제공하는 영상을 이용하여 목적지로 수술용 로봇이 이동되도록 하는 실시예에 대해 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

전술한 수술용 로봇의 이동에 관한 각 실시예에서 다방향 회전휠(120)이 이동 방향 및 이동 거리에 따라 적절히 제어될 것이며, 필요에 따라서는 결합부(130)도 동시에 적절히 제어될 것임은 당연하다(도 9a 내지 도 9c 등 참조).

도 8b에는 본체부(100)가 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동될 수 있도록 하기 위한 제어 기준 정보가 예시되어 있다.

전술한 바와 같이, 수술용 로봇의 이동 경로(810)는 하나 이상의 가상 경로점(Px, 즉 P1, P2 등)의 연속으로 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점은 연속적으로 배치되거나 각각 이격적으로 배치될 수도 있다.

저장부(720)에 미리 저장되는 제어 기준 정보는 각 가상 경로점간의 이동을 위한 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가상 경로점 P3으로부터 가상 경로점 P4까지의 이동을 위해 다방향 회전휠(120)이 미리 설정된 기준방향(예를 들어, 수술실의 가로방향 직선라인)으로부터 15도만큼 기울어진 방향으로 회전휠이 3회전(rotation)시키도록 미리 지정되어 있는 등의 방식으로 각 가상 경로점들간의 이동량에 관한 정보가 미리 저장부(720)에 저장될 수 있다.

이와 같이, 미리 저장된 제어 기준 정보에 따라 본체부(100)가 다방향 회전휠(120)을 조작 제어하는 경우 본체부(100)는 미리 지정된 이동 경로(810)를 따라 이동되어질 수 있게 된다. 다만, 본체부(100)가 이동 방향 및 경로상에 위치하는 각 가상 경로점 순으로 목적지 위치까지 미리 저장된 제어 기준 정보에 따라 다방향 회전휠(120)을 순차적으로 조작 제어하므로 본체부(100)는 이동 개시 위치에서 미리 설정된 이동 경로상에 위치할 필요가 있다. 이를 위해, 수술실 바닥에 이동 경로가 미리 지정되어 도시되어질 수도 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도이다.

즉, 도 9a 내지 도 9c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 인스트루먼트 등은 도시되지 않았다.

도 9a 내지 도 9c에 예시된 바와 같이, 본체부(100)가 환자의 머리 오른쪽으로부터 왼쪽으로 이동하고자 하는 경우, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 본체부(100)가 도 9b 및 도 9c에 도시된 위치로 순차적 이동되어진다.

이 경우, 도시된 바와 같이 수술 처리부(140)는 환자와의 관계에서 고정된 위치 및 방향에 존재함을 확인할 수 있다. 이를 위해, 본체부(100)의 이동 과정에서 다방향 회전휠(120)의 제어와 함께 수술 처리부(140)가 결합된 결합부(130)도 적절히 제어되어짐을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 수술 처리부(140)와 수술환자의 상대적인 위치가 변경되지 않도록 다방향 회전휠(120)과 결합부(130)가 자동으로 적절히 제어되어질 수 있다.

이러한 복합적인 제어 방식을 이용함으로써, 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있으며, 종래의 수술용 로봇의 이동시 로봇 암의 도킹 해제 및 재설정 등의 번거로움을 제거할 수 있는 효과도 있다.

본 명세서에서 다양한 실시예로 설명되는 바와 같이, 본체부(100)를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 방법은 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 움직이도록 하는 방법, 카메라부를 통해 입력되는 영상을 이용하는 그래픽 인터페이스 방식으로 최종 목적 위치를 지정하여 이동하도록 하는 방법, 마스터 로봇이 제어 명령을 전송하거나 본체부(100)에 구비된 조작기를 이용하여 입력되는 이동 명령에 따라 이동하도록 하는 방법 등이 있을 수 있다. 물론, 본 명세서에서 설명되지 않는 추가적인 방법들이 본체부(100)의 이동을 위해 제한없이 다양하게 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서 본체부(100)는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 저장부(720)에 저장한다. 위치 이동 명령은 적어도 목적지 위치 정보를 포함할 수 있다.

단계 1020에서 본체부(100)는 수술용 로봇의 현재 위치와 위치 이동 명령에 포함된 목적지 위치 정보를 인식한다. 본체부(100)는 예를 들어 이동 경로상에 배치된 가상 경로점 정보를 이용하여 현재 위치와 목적지 위치 정보를 각각 인식할 수 있다.

본체부(100)는 인식한 현재 위치와 목적지 위치 정보를 이용하여 이동 경로를 따라 이동함에 있어 이동 방향(예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향)이 미리 설정되어 있을 수도 있으나, 실시간으로 이동 방향을 결정할 수도 있다.

예를 들어, 제1 가상 경로점에서 목적지 위치인 제8 가상 경로점까지 이동함에 있어 어느 방향으로 이동하는 것이 이동 거리가 짧은지를 판단하여 이동 거리가 짧은 방향을 이동 방향으로 결정할 수 있을 것이다. 이때, 이동 경로(810)가 미리 설정되어 있으므로 현재 위치와 목적지 위치 정보를 토대로 어느 방향으로 이동할 경우 이동 거리가 짧은지 여부는 쉽게 판단될 수 있을 것이다.

단계 1030에서 본체부(100)는 이동 경로상에 위치하는 후속 가상 경로점까지 이동되도록 다방향 회전휠(120) 제어를 위한 제어 신호를 생성하여 출력한다.

전술한 바와 같이, 본체부(100)는 제어 신호 생성을 위해, 형광 도료로 도포되어 도시된 이동 경로에 대한 영상 정보를 참조하거나, 수술실 바닥에 매설되어 수술용 로봇의 이동을 유도하는 자석 또는/및 자기 레일을 이용하거나, 저장부(720)에 미리 저장된 제어 기준 정보를 이용할 수 있다.

단계 1040에서 본체부(100)는 단계 1030의 다방향 회전휠(120) 제어에 의해 이동된 현재 위치가 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 현재 위치에 따른 가상 경로점이 목적지 위치에 따른 가상 경로점과 일치하는지 여부로서 판단될 수 있다.

단계 1040의 판단에 의해, 만일 현재 위치가 목적지 위치가 아닌 경우라면 단계 1030으로 다시 진행한다.

그러나 단계 1040의 판단에 의해 만일 현재 위치가 목적지 위치인 경우라면, 본체부(100)는 현재 위치에서 마스터 로봇으로부터 새로운 명령(예를 들어, 수술도구 조작 명령, 위치 이동 명령 등 중 하나 이상)이 수신될 때까지 대기한다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념을 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 본체부(100)는 통신부(710), 저장부(720), 근접 센서부(1110), 외력 검출부(1120), 복귀경로 결정부(1130), 회전휠 조작부(740) 및 제어부(750)를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 본체부(100)가 전술한 수술도구 조작부(730)를 더 포함할 수도 있다. 도시되지는 않았으나, 본체부(100)는 이동 경로(810) 상의 이동 과정에서 장애물 감지시 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람을 수행하기 위한 알람 수행부를 더 포함할 수도 있다.

통신부(710)는 마스터 로봇으로부터 임의의 제어 명령을 수신하거나, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 마스터 로봇으로 전송한다.

저장부(720)는 본체부(100)의 기능 수행을 위한 운용 프로그램, 마스터 로봇으로부터 수신된 제어 명령, 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어 기준 정보 등 중 하나 이상을 저장한다.

근접 센서부(1110)는 주변에 위치한 물체와의 거리에 대한 감지 신호를 생성하여 출력한다. 근접 센서부(1110)는 근접 센서를 포함할 수 있으며, 근접 센서는 본체부(100)(즉, 수술용 로봇)가 이동 경로(810)를 따라 이동함에 있어 수술대(150) 및/또는 이동 경로(810)상에 배치된 장애물에 충돌하지 않도록 하기 위해 거리 감지 신호를 생성한다. 근접 센서는 예를 들어 기계적 접촉에 따른 검출 방식(예를 들어 마이크로 스위치, 리미트 스위치 등)이나 무접촉 방식에 따른 검출 방식(예를 들어 유도전류의 에너지 손실을 이용하는 고주파 발진형 근접센서, 분극현상에 따른 정전용량의 증감을 이용하는 정전용량형 근접센서 등)에 의해 구현될 수 있을 것이다.

외력 검출부(1120)는 수술용 로봇의 이동을 위해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단한다. 여기서, 외력이란 이동 경로의 변경 등을 위해 수술용 로봇 자체에 수술자 또는 수술 보조자에 의해 직접적으로 가해지는 힘, 수술용 로봇의 이동 조작을 위해 수술용 로봇 자체에 또는/및 수술용 로봇에 근접한 수술실 내부 위치에 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부의 조작에 따른 이동 경로의 변경 등을 위해 가해지는 힘, 앞서 도 9a 내지 도 9c 등을 참조하여 설명한 수술용 로봇의 이동 중에 마스터 로봇으로부터 경로를 변경하기 위해 수신되거나 구비된 조작부를 이용하여 수술자 등이 입력하는 이동 명령에 의해 현재의 이동 경로를 이탈하도록 발생되는 힘 등이 포함될 수 있을 것이다. 다만, 설명 및 이해의 편의를 위해 수술용 로봇 자체에 수술자 또는 수술 보조자에 의해 직접적으로 가해지는 힘이 외력으로 정의되는 경우를 예로 들어 설명한다.

예를 들어, 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇이 이동하는 중에 근접 센서부(1110)에 의해 이동 경로상에 장애물이 검출되면, 회전휠 조작부(740)는 수술용 로봇의 이동이 중지(즉, 정지)되도록 다방향 회전휠(120)을 조작 제어한다. 이때, 알람 수행부(도시되지 않음)가 시각적 방식(예를 들어, LED 점멸) 또는/및 청각적 방식(경고음 출력)으로 알람을 수행할 수 있다.

이와 같이, 수술용 로봇의 이동이 중지된 상태에서, 외력이 가해짐으로써 다방향 회전휠(120)이 회전 조작되는지 여부로서 외력 검출부(1120)는 외력의 존재 여부를 판단할 수 있을 것이다. 이를 위해, 다방향 회전휠(120)의 회전 조작 여부를 감지하기 위한 센서가 더 포함될 수 있으며, 외력 검출부(1120)는 근접 센서부(1110)의 감지 신호에 의해 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단되어, 회전휠 조작부(740)에 의해 다방향 회전휠(120)이 조작 제어되는 도중에도 외력의 존재 여부를 감시할 수 있을 것이다.

복귀 경로 결정부(1130)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 의해 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇이 이동하는 중에 외력이 가해짐에 따라 이동이 중지된 후, 외력 검출부(1120)의 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 수술용 로봇이 이동 경로(810)상으로 복귀하도록 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량을 결정한다. 도 12에는 미리 설정된 이동 경로(810)가 하나만 도시되었으나, 이동 경로는 복수개로 미리 설정될 수도 있음은 당연하다. 복귀 경로 결정부(1130)에 의해 결정된 이동 방향 및 이동량에 따른 경로 복귀 명령에 상응하도록 회전휠 조작부(740)는 다방향 회전휠(120)을 조작 제어할 것이다.

물론, 복귀 경로 결정부(1130)는 전술한 바와 같은 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 이동 방향 및 이동량을 결정하는 방법뿐 아니라 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 또는 기타 위치 트래킹을 위한 방식을 이용하여 이동 방향 및 이동량을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 수술실의 특정 위치에 임의의 트래커를 설치하고 본체부(100) 또는/및 수술 처리부(140) 등에 인식마커를 위치시킴으로써 수술용 로봇의 위치 인식 및 이동 방향 등의 결정이 가능해질 수 있다.

또한, 회전휠 조작부(740)는 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇을 이동하는 중에 근접 센서부(1110)에 의해 장애물의 존재가 감지되거나, 이동 경로(810)를 따른 이동 제어 도중 외력 검출부(1120)에 의해 외력의 존재가 검출되는 경우 수술용 로봇의 이동을 중지시키며, 외력 검출부(1120)에 의해 외력이 존재하지 않음이 확인된 경우 복귀 경로 결정부(1130)에 의해 판단된 이동 방향 및 이동량에 따라 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어한다.

도 12에는 수술용 로봇의 이동 경로가 예시되어 있고, 도 13에는 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념이 예시되어 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본체부(100)(즉, 수술용 로봇)가 도시된 화살표 방향으로 이동 경로를 따라 이동하는 중에 장애물이 검출되면 본체부(100)는 가상 경로점 A1에서 이동을 중지한다. 이때, 알람 수행부가 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람을 수행할 수도 있다.

이후, 수술자 등의 관리자가 수술용 로봇이 장애물을 피하여 이동할 수 있도록 외력을 가하여 B1 및 B2의 위치로 이동시킨다. 여기서, 외력은 전술한 바와 같이 수술용 로봇에 직접적 물리적으로 가해지는 힘이거나 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부 조작에 따라 가해지는 힘 등일 수 있다. 물론, 관리자는 수술용 로봇이 이동 경로상에 위치하도록 가상 경로점 A2의 위치로 더 이동시킬 수도 있을 것이다.

그러나 만일 관리자가 수술용 로봇을 B2의 위치까지만 이동시킨 후 외력의 가함을 중지시켰을 때, 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)의 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇이 이동 경로(810)로부터 어느 방향으로 어느 정도 벗어나 위치되었는지를 판단할 수 있다.

도 13에 예시된 도면을 참조하면, 복귀 경로 결정부(1130)는 카메라부(410)로부터 제공되는 영상을 참조하여 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)의 어느 위치에 존재하는지 검출한 후, 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점에 위치하도록 하기 위한 경로 복귀 명령을 생성하여 출력할 수 있다.

예를 들어, 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점이 일치되는 상태에서 수술용 로봇이 수술대(150)를 기준으로 이동되도록 경로(810)를 미리 설정(예를 들어, 수술대의 중심점을 중심으로 하는 원 궤도)한다면, 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320) 및 촬영 영역(1310)의 각 센터점의 위치 차이만으로도 수술용 로봇이 미리 설정된 경로상에 위치하는지 여부를 쉽게 알 수 있을 것이다. 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)의 존재 및 위치를 영상 인식 기법에 따른 외곽선 추출 등의 방식으로 인식할 수 있을 것이다. 복귀 경로 결정부(1130)가 이동 및 회전 등에 대한 정확한 해석을 위해 둘 이상의 인식점에 관한 해석/비교 정보를 이용할 수도 있음은 당연하다.

경로 복귀 명령은 다방향 회전휠(120)의 회전 방향 및 회전량에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보 내의 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점간의 거리 및 각도 차이에 대해 다방향 회전휠(120)이 실제적으로 회전 조작되기 위한 이동량에 관한 정보는 저장부(720)에 미리 저장될 수 있을 것이다.

또한, 경로 복귀 명령에 포함되는 회전 방향 및 회전량에 대한 정보가 보다 정확해질 수 있도록 외력이 감지되는 동안은 복귀 경로 결정부(1130)가 움직임 보상 장치(400)로 인식점(510, 540)과 화면 센터점(520)을 일치시키는 처리를 중지하도록 하기 위한 명령을 출력할 수도 있다.

복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310) 내에서 전혀 확인되지 않는 경우라면, 최초로 외력이 가해진 방향(즉, 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)의 센터점에서 이동되던 방향)을 저장부(720)에 저장한 후, 해당 방향의 역방향으로 이동하도록 하는 경로 복귀 명령을 우선 생성하여 출력한 후, 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)에 보이기 시작하면 전술한 방식에 따른 경로 복귀 명령을 재생성하여 출력할 수 있을 것이다.

또한, 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310) 내에서 일부만 확인되어 관심 영역(1320)의 센터점이 인식되지 않는 경우라면, 관심 영역(1320)의 실질적인 센터점이 인식될 때까지는 현재 보여지는 관심 영역(1320) 일부의 센터점을 관심영역(1320)의 실질적인 센터점인 것으로 간주하여 처리할 수도 있을 것이다.

이제까지 도 11 내지 도 13을 참조하여 수술용 로봇이 외력에 의해 하나의 미리 설정된 이동 경로(810)를 이탈하는 경우 외력이 더 이상 존재하지 않음이 인식되면 해당 이동 경로(810)로 복귀하여 위치 이동 명령에 따른 이동을 수행함에 대해 설명하였다.

그러나, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 이동 경로는 예를 들어 반지름을 달리하는 복수의 원 형상 등과 같이 복수로 미리 형성될 수 있음은 당연하다. 이 경우, 수술용 로봇이 제1 이동 경로 상을 따라 위치 이동을 진행하던 중 외력의 존재에 의해 제1 이동 경로를 이탈하고 제2 이동 경로 상에 위치된 경우 외력이 더 이상 존재하지 않음이 인식되면 수술용 로봇은 제1 이동 경로로 복귀하지 않고 제2 이동 경로를 따라 위치 이동 명령에 따른 위치 이동을 수행할 수도 있음은 당연하다.

예를 들어, 수술용 로봇은 구비한 인식 수단에 의해 수술실 바닥 또는 천정에 도시된 형광 도료가 인식되거나 자기 레일 등이 감지되는 경우 이동 경로 상에 위치함을 인식할 수 있을 것이다. 만일, 형광 도료나 자기 레일 등이 인식되지 않는 경우라면 전술한 바와 같이 외력이 존재한 역방향으로 이동하는 중에 최초로 인식되는 이동 경로상을 따라 이동할 수도 있을 것이다.

이와 같이, 수술용 로봇이 기존에 위치하던 이동 경로에서 회피된 경우 본래의 이동 경로와 다른 이동 경로를 따른 위치 이동이 수행되는 경우라면, 전술한 복귀 경로 결정부(1130)는 경로 재설정부로 칭해질 수도 있을 것이다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 경로 복귀 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

도 14를 참조하면, 단계 1410에서 본체부(100)는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 저장부(720)에 저장한다. 위치 이동 명령은 적어도 목적지 위치 정보를 포함할 수 있다.

단계 1420에서 본체부(100)는 근접 센서부(1110)로부터 출력되는 감지 신호를 이용하여 이동 경로(810)상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단한다.

만일 장애물이 존재하지 않는 경우라면 단계 1460으로 진행하고, 만일 장애물이 존재하는 경우라면 단계 1430으로 진행한다.

단계 1430에서 본체부(100)는 수술용 로봇의 이동이 중지되도록 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어한다. 이때, 알람 수행부가 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람 처리를 위한 동작을 수행할 수도 있다.

단계 1440에서 본체부(100)는 외력 검출부(1120)의 감지 신호를 이용하여 본체부(100)에 가해지던 외력이 종료되었는지 여부를 판단한다. 여기서, 외력은 전술한 바와 같이 수술용 로봇에 직접적 물리적으로 가해지는 힘이거나 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부 조작에 따라 가해지는 힘 등일 수 있다.

만일 외력이 지속적으로 가해진다면 단계 1440에서 대기하며, 이 경우 가해지는 외력의 방향 및 크기로 수술용 로봇이 이동될 것이다.

그러나 만일 가해지던 외력이 종료되었다면, 단계 1450에서 본체부(100)는 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점(즉, 화면 센터점)에 위치되도록 하는 경로 복귀 제어 신호를 다방향 회전휠(120)로 출력한다.

이후, 미리 설정된 이동 경로(810)에 복귀된 본체부(100)는 단계 1460에서 단계 1410을 통해 수신된 위치 이동 명령에 따른 위치 이동을 위한 제어 신호를 다방향 회전휠(120)로 출력한다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스터 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 화면 표시의 예시도이다.

앞서 설명한 바와 같이, 마스터 로봇(1500)은 본체부(100)를 포함하는 수술용 로봇(즉, 슬레이브 로봇)과 일체형으로 통합되어 구현되거나, 통신망을 통해 상호 연결되어 구현될 수 있다.

도 15를 참조하면, 마스터 로봇(1500)은 통신부(1510), 디스플레이부(1520), 입력부(1530), 이동정보 생성부(1540), 자세정보 생성부(1550), 명령 생성부(1560) 및 제어부(1570)를 포함할 수 있다.

통신부(1510)는 수술용 로봇의 본체부(100)와 유선 또는 무선 통신망을 통해 결합되어 본체부(100)로 위치 이동 명령, 수술도구 조작 명령 등 중 하나 이상을 전송하고, 본체부(100)로부터 카메라부(410), 인체 내부에 삽입된 내시경 등 중 하나 이상에 의해 촬영된 영상 정보를 수신할 수 있다.

또한, 통신부(1510)는 마스터 로봇(1500)이 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술실 천정부에 설치된 천정 카메라부(1590)로부터 수술실 상황에 대한 영상 신호를 더 수신할 수도 있다. 천정 카메라부(1590)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다.

디스플레이부(1520)는 통신부(1510)를 통해 수신된 카메라부(410) 및/또는 내시경에 의해 촬영된 영상 정보와 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보를 시각(視覺)적 정보로 출력한다. 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보(즉, 수술실 영상 정보)의 표시 예가 도 16에 예시되어 있으며, 수술대(150)의 위치 및 수술용 로봇의 위치 등에 대한 정보가 시각적 정보로서 포함될 수 있다. 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보는 실제의 영상 정보가 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이될 수 있으며, 해당 영상 정보를 해석하여 미리 설정된 아이콘이나 도형으로 대체되어 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이될 수도 있을 것이다.

디스플레이부(1520)는 수술 환자에 관련된 정보(예를 들어, 심박수, 참조 영상(예를 들어, CT 영상, MRI 영상 등) 등)를 더 디스플레이할 수도 있다.

디스플레이부(1520)는 예를 들어 하나 이상의 모니터 장치를 포함하여 구현될 수 있으며, 디스플레이부(1520)가 터치스크린으로 구현되는 경우 입력부(1530)의 기능을 더 수행할 수도 있다.

입력부(1530)는 수술도구 조작 명령 및 위치 이동 명령을 입력하기 위한 수단이다.

입력부(1530)는 예를 들어 수술도구 조작 명령의 입력을 위해 하나 이상의 조종기를 포함할 수 있다. 조종기는 수술자가 양손에 각각 파지하여 조작함으로써 수술 동작(예를 들어 로봇 암의 위치 이동, 회전, 절단 작업 등)을 수행할 수 있도록 구현된 예를 들어 복수의 핸들일 수 있다. 조종기가 핸들로 구현되는 경우 메인 핸들(main handle)과 서브 핸들(sub handle)을 포함하도록 구성될 수 있다. 수술자는 예를 들어 메인 핸들만으로 슬레이브 로봇 암이나 내시경 등을 조작하거나, 서브 핸들을 조작하여 동시에 복수의 수술 장비가 실시간 조작되도록 할 수도 있다. 메인 핸들 및 서브 핸들은 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 예를 들면, 조이스틱 형태, 키패드, 트랙볼, 터치스크린 등 수술용 로봇의 로봇 암 및/또는 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 입력수단이 사용될 수 있다. 물론, 조종기의 형상은 핸들로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술용 로봇의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한없이 적용될 수 있다.

또한, 입력부(1530)는 수술용 로봇에 대한 위치 이동 명령을 입력하기 위한 지시 수단을 더 포함할 수 있다. 지시 수단은 터치스크린, 디스플레이부(1520)에 표시된 시각 정보 중 임의의 위치를 지정할 수 있도록 구현된 마우스 장치, 키보드 장치 등일 수 있다. 입력부(1530)를 이용하여 위치 이동 명령이 입력되는 과정은 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이동정보 생성부(1540)는 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영되어 디스플레이부(1520)를 통해 표시되는 수술실 영상 정보에서 수술자가 입력부(1530)를 이용하여 지정한 위치로 본체부(100)가 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성한다.

이동정보 생성부(1540)는 위치 이동 정보를 생성함에 있어 수술자가 화면상에서 지정한 각 점(point)간의 거리 및 각도가 실제적인 이동을 위한 본체부(100)의 이동 방향 및 이동량으로의 환산 처리를 수행할 수도 있다. 이러한 환산 처리를 위해, 기준방향을 기준한 각도 산출 방식 및 화면상 거리를 실제적인 이동 거리로 환산하는 방식 등에 대한 변환 기준 정보가 미리 저장부(도시되지 않음)에 저장될 수 있음은 당연하다.

자세정보 생성부(1550)는 이동정보 생성부(1540)에 의해 생성된 위치 이동 정보에 따른 본체부(100)의 위치 이동시, 본체부(100)의 특정 부위(예를 들어, 전면(前面) 등)가 수술대(150)를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성한다. 수술용 로봇이 수술 진행에 적합한 형태로 배치되도록 하기 위한 자세 정보는 수술자가 입력부(1530)를 이용하여 고정된 위치에서의 본체부(100) 회전각도 및 회전방향을 지정하거나 수술실 영상 정보에서 본체부(100) 주변의 임의의 지점을 지정하면 지정된 해당 지점이 본체부(100)의 전면을 향하도록 본체부(100)가 회전하도록 하는 정보일 수 있다.

명령 생성부(1560)는 이동정보 생성부(1540)에 의해 생성된 위치 이동 정보에 상응하는 위치 이동 명령과 자세정보 생성부(1550)에 의해 생성된 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령을 생성하고, 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송한다. 또한, 명령 생성부(1560)는 입력부(1530)를 이용하여 수술자가 입력한 수술도구 조작 정보에 상응하는 수술도구 조작 명령을 더 생성하여 본체부(100)로 전송한다. 본체부(100)는 명령 생성부(1560)로부터 제공되는 위치 이동 명령, 자세 제어 명령 및/또는 수술도구 조작 명령에 따라 조작되도록 제어될 것이다.

제어부(1570)는 마스터 로봇(1500)에 포함된 각 구성 요소의 동작을 제어한다.

도 16에는 수술용 로봇의 이동 조작을 위해 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영되어 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이되는 수술실 영상 정보가 예시되어 있다.

디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이되는 수술실 영상 정보의 각 픽셀은 상대 좌표 또는 절대 좌표로서 각 지점의 위치가 특정되도록 미리 설정될 수 있다. 각 픽셀이 상대 좌표로서 특정되는 경우 도시된 바와 같이 최좌측 최하단 점이 (0, 0)으로 지정될 수 있으며, 이를 기준으로 각 픽셀의 좌표가 지정될 수 있다.

도 16을 참조하여 수술용 로봇의 이동을 예시적으로 설명함에 있어, 본체부(100)의 현재 위치가 상대 좌표 (50, 25)인 P0 위치이고, 목적지 위치가 상대 좌표 (48, 115)인 P3 위치이며, P0 위치와 P3 위치는 수술대(150)로 가로막힌 경우를 가정한다.

수술자는 디스플레이부(1520)에 디스플레이되는 수술실 영상 정보를 참조하여 본체부(100)를 P0 위치에서 P3위치로 이동하기 위한 경로점으로서 상대 좌표 (10, 20)인 P1 위치와 상대 좌표 (10, 95)인 P2 위치를 순차적으로 지정한다. 물론, P2 위치의 지정 이후 P3의 위치 지정이 이루어질 수 있으며, P1 위치의 지정 이전에 P0의 위치 지정이 이루어질 수도 있다.

입력부(1530)를 이용한 수술자의 각 위치 지정이 완료되면, 이동정보 생성부(1540)는 지정된 각 위치간의 상대 좌표를 이용한 거리 및 방향을 인식하고, 이를 저장부에 미리 저장된 변환 기준 정보를 참조하여 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보인 위치 이동 정보를 생성한다.

예를 들어, P0 위치로부터 P1 위치로 이동하는 경우, 이동정보 생성부(1540)는 상대 좌표 및 삼각 함수를 이용하여 기울어진 각도 및 거리를 연산한 후, 해당 각도(예를 들어 -7도)를 이동 방향으로 하고 해당 거리를 변환 기준 정보에 의해 연산한 이동량(예를 들어, 8회전)을 포함하는 위치 이동 정보를 생성한다. 만일 해당 각도가 미리 설정된 기준방향(예를 들어, 수술실의 가로방향 직선라인)을 기준하여 산출된 것이고, 다방향 회전휠(120)의 회전 방향에 따른 기준 방향도 본체부(100)의 가로방향 직선 라인으로 설정된 경우라면 수술실 영상 정보에서 본체부(100)의 하부 형상을 영상 인식 기법(예를 들어, 에지 검출 등)으로 인식한 후 본체부(100)의 하부 형상에 따른 기준방향을 기준한 회전 방향을 재산출할 수도 있을 것이다.

이와 같이, 수술자가 지정한 각 경로점들 및 목적지 위치에 대해 순차적으로 위치 이동 정보를 생성하고, 상응하는 위치 이동 명령을 본체부(100)로 전송함으로써 수술자가 지정한 방향 및 위치로 수술용 로봇(즉, 본체부(100))이 이동되어질 수 있다.

이 경우, 수술용 로봇이 지정된 위치로 이동함에 있어 수술도구 등은 수술대(150)에 눕혀진 환자를 향하도록 위치하여야 한다. 이는 수술도구가 인체 내부로 삽입된 상태에서 수술용 로봇이 이동하는 경우 환자의 안전 등의 목적에서 더욱 그러할 것이다.

수술자가 본체부(100)의 위치 이동을 위한 위치 선택 이전, 도중 또는 이후에 수술용 로봇의 자세 제어를 위해 수술대(150)를 지정하여 자세 제어 명령이 생성되도록 하면, 수술용 로봇은 도 16에 예시된 바와 같이 수술 처리부(140)가 수술 환자를 향하는 형상으로 다방향 회전휠(120)이 회전 이동되도록 제어될 수 있을 것이다.

이제까지 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보를 이용하여 수술용 로봇의 위치 이동을 제어하는 방법을 중심으로 설명하였다. 그러나, 천정 카메라부(1590)를 사용하지 않더라도, 앞서 설명한 바와 같이 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker), 기타 위치 트래킹을 위한 방식을 이용하여 수술용 로봇의 위치 이동이 제어될 수도 있음은 당연하다.

또한, 수술실 천정에 카메라를 설치하지 않더라도 수술용 로봇이 수술대(150)와의 위치 관계만을 인식하면 충분할 수 있으므로 수술대(150)에 인식 마커를 부착하고, 수술용 로봇에 카메라를 장착함으로써 상호간의 위치 관계를 인식하여 위치 이동하도록 하는 방법 등도 적용될 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.

도 17을 참조하면, 단계 1710에서 마스터 로봇(1500)은 천정 카메라부(1590)로부터 제공되는 영상 신호를 처리한 영상 정보(즉, 수술실 영상 정보)를 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이한다.

단계 1720에서 마스터 로봇(1500)은 수술용 로봇의 이동 제어를 위해, 수술자로부터 디스플레이부(1520)에 디스플레이된 수술실 영상 정보를 참조하여 입력부(1530)를 이용하여 입력되는 경로점 위치 정보 및 목적지 위치 정보를 입력받는다. 이때, 전술한 바와 같이, 수술용 로봇의 자세 제어를 위한 자세 정보를 더 입력받을 수 있다.

단계 1730에서 마스터 로봇(1500)은 단계 1720에서 입력된 경로점 및 목적지의 위치 정보와 저장부에 미리 저장된 변환 기준 정보를 참조하여 수술용 로봇이 각 위치로 순차 이동되도록 하기 위한 위치 이동 명령을 생성하고, 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송한다. 이때, 수술용 로봇의 자세 제어를 위한 자세 제어 명령이 더 생성되어 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송될 수 있다.

단계 1730에서 전송된 위치 이동 명령에 의해 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어하여 수술자가 지정한 목적지 위치로 이동되어질 것이다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면이고, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전각 산출 개념을 예시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410), 영상 정보 생성부(420), 인식점 정보 해석부(430), 변위량 해석부(440), 제어명령 생성부(450), 출력부(460), 회전각 산출부(1810), 정지요청 생성부(1820) 및 제어부(470)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 움직임 보상 장치(400)는 본체부(100) 또는 수술 처리부(140)에 구비될 수 있으며, 수술 처리부(140)를 이동 조작하도록 하기 위한 제어명령을 결합부(130)에 제공한다.

카메라부(410)는 수술부위를 촬영하여 생성한 영상 신호를 출력한다. 카메라부(410)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다.

영상 정보 생성부(420)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력될 영상 정보를 생성한다. 또한, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 픽셀 정보의 해석이 가능한 영상 포맷으로 생성될 수 있다.

인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보 내에 포함된 객체(object)의 좌표 정보 및 기준점과의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성한다. 인식점 정보 해석부(430)가 해석하는 객체는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에 형성된 인식 마커(350)이거나 환자의 특정 부위(예를 들어, 배꼽), 수술용 커버의 특정 부위 등일 수 있다.

제어명령 생성부(450)는 변위량 해석부(440)에 의해 생성된 변위량 정보가 0(zero)이 되도록 결합부(130)가 조절되도록 하는 제어명령을 생성한다. 제어명령은 결합부(130)의 이동 조작에 의해 인식점의 위치가 고정적으로 유지되도록(즉, 수술 처리부(140)의 변위량 정보가 0이 되도록) 하는 방향 및 거리만큼 직선 및/또는 회전 이동되도록 하기 위한 것이며, 제어명령에 따른 결합부(130)의 조작에 의해 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치는 본체부(100)의 이동전의 위치로 유지될 수 있다.

출력부(460)는 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관(즉, 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 하는 수술 처리부(140)의 위치가 오차범위 내에서 일관)되도록 하기 위해 제어명령 생성부(450)에 의해 생성된 제어명령을 결합부(130)로 출력한다.

출력부(460)는 회전각 산출부(1810)의 회전각 산출에 의해 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식되는 경우 정지요청 생성부(1820)에서 생성되는 정지 요청 정보를 본체부(100)로 출력한다.

또한, 출력부(460)는 제어명령을 마스터 로봇으로도 전송함으로써 수술 처리부(140)의 위치 유지를 위한 결합부(130)의 조작 상태가 인식되도록 하거나, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보가 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력되도록 하기 위해 마스터 로봇으로 전송할 수 있다.

회전각 산출부(1810)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 생성된 영상 정보 및 저장부(도시되지 않음)에 미리 저장된 제어 기준 정보를 이용하여 수술용 로봇 또는/및 수술대(150)가 중심점을 기준하여 어느 정도 회전하였는지에 대한 회전각 정보를 생성한다. 여기서, 중심점은 예를 들어 수술대(150)의 가로세로 중심점이거나, 수술부위의 중심점일 수 있다.

회전각 산출부(1810)는 변위량 해석부(440)에 의해 해석된 각도에 대한 변위량 정보를 이용하여 수술대(150)가 회전되는 경우 어느 정도 회전하였는지에 대한 정보를 생성할 수 있으며, 생성된 회전각 정보는 본체부(100)로 제공될 수 있다. 또한, 회전각 산출부(1810)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치 정보까지 이동함에 있어 남아있는 회전각이 어느 정도인지를 인식할 수 있으며, 각 해석 단계에서의 회전각 정보 및/또는 산출된 잔여 회전각 정보를 다방향 회전휠(120)의 제어를 위해 이용되도록 본체부(100)로 전송할 수 있다.

정지요청 생성부(1820)는 회전각 산출부(1810)의 판단에 의해 잔여 회전각이 0(zero)인 것으로 판단되면 위치 이동 명령에 따른 본체부(100)의 이동을 중지하기 위한 정지 요청 정보를 생성하여 출력부(460)를 통해 본체부(100)로 출력한다. 만일, 본체부(100)에 포함된 임의의 구성요소(예를 들어, 회전휠 조작부(740))가 회전각 산출부(1810)로부터 제공되는 회전각 정보를 이용하여 잔여 회전각이 0인지 여부를 판단하는 경우라면 정지요청 생성부(1820)는 생략될 수도 있다.

도 19에는 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 도시되어 있고, 도 20에는 다방향 회전휠(120)의 제어 기준 정보가 예시되어 있으며, 도 21에는 회전각 산출 개념이 예시되어 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 수술 과정에서 원활한 수술 진행을 위해 수술용 로봇을 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동시킬 수도 있고, 수술대(150)를 회전시킬 수도 있다. 여기서, 이동 경로(810)는 복수의 가상 경로점들에 의해 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점들은 연속적으로 배치되거나 각각 이격되어 배치될 수도 있다.

만일 수술용 로봇을 현재 위치에서 이동 경로(810)를 따라 이동시키는 경우 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각을 이용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 현재 위치인 P0 위치에서 P5의 위치까지 이동하도록 지시된 경우, 회전각 산출부(1810) 및/또는 본체부(100)는 해당 위치 이동 명령이 중심점을 기준으로 미리 설정된 이동 경로(810)를 따른 170도 회전 이동임을 인식할 수 있다.

위치 이동 명령에 따라 본체부(100)는 도 20에 예시된 제어 기준 정보를 참조하여 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 각 가상 경로점들을 경유하여 목적지 위치까지 이동되도록 할 것이다. 제어 기준 정보에는 각 가상 경로점간의 이동시 중심점을 기준으로 몇도 회전하는지에 대한 정보가 포함되어 본체부(100)는 목적 회전각 정보(즉, 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각 정보)에 부합하는 각도만큼 회전 이동되었는지 인식할 수 있다.

또한, 회전각 산출부(1810)는 마스터 로봇(1500)으로 전송된 위치 이동 명령 또는 본체부(100)로부터 위치 이동 명령에 상응하는 목적 회전각 정보를 제공받는 경우 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 중심점을 기준으로 몇도 회전 이동하여야 하는지를 인식할 수 있으며, 변위량 해석부(440)로부터 제공되는 각도에 대한 변위량 정보를 참조하여 잔여 회전각 정보(즉, 목적 회전각 정보에서 변위량 정보에 따른 회전각 정보를 연산한 값)가 0(zero)이 되는지 여부도 확인할 수 있다. 본체부(100)가 움직임 보상 장치(400)로부터 정지 요청 정보가 수신될 때까지 이동을 지속하도록 구성되었다면, 회전각 산출부(1810)는 잔여 회전각 정보가 0이 될 때까지 정지 요청 정보가 생성되지 않도록 정지요청 생성부(1820)를 제어할 수도 있다.

그러나 만일 수술자가 P0 위치인 본체부(100)를 P5 위치로 이동하고자 지정하여 수술용 로봇이 이동되는 중에 수술대(150)의 회전이 추가적으로 이루어진다면 본체부(100)가 어느 위치까지 이동되어야 하는지가 문제될 수 있다. 이는, 처음에 지정한 P5 위치가 수술대(150)에 눕혀진 수술 환자에 대해 후속 수술 절차를 진행하기에 가정 적절한 위치일 것이기 때문이다.

따라서 수술대(150)가 임의의 방향으로 임의의 각도만큼 회전되었다면, 최초에 지정된 목적지 위치인 P5 위치는 수술대(150)의 회전에 부합되도록 P1 위치로 변경되어야 할 것이다. 또한, 변경된 목적지 위치를 정확히 판단할 수 있도록 하기 위해 수술대(150)의 회전이 인식되면 수술용 로봇은 수술대(150)의 회전이 종료될 때까지 위치 이동을 정지할 필요가 있다.

즉, 본체부(100)는 제어 기준 정보에 따라 각 가상 경로점간을 이동하여 목적지 위치로 이동하는 과정에서 회전각 산출부(1810)로부터 변위량 해석부(440)에 의해 해석된 각도에 대한 변위량 정보를 이용한 회전각 정보를 제공받고, 제공받은 회전각 정보가 제어 기준 정보에 포함된 회전각 정보와 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단한다. 만일 오차범위를 초과하여 불일치하는 경우라면 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식하여 수술용 로봇의 이동을 정지시키기 위해 다방향 회전휠(120)의 조작을 중지한다. 수술용 로봇의 이동 정지 이후, 회전각 산출부(1810)로부터 0(zero)이 아닌 회전각 정보가 수신된다면 이는 수술대(150)의 회전이 유지되는 것이고, 수술용 로봇이 적절한 위치로 이동하기 위해 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에 반영하여야 한다.

만일, 수술용 로봇이 도 19에 예시된 화살표 방향으로 지정된 이동 경로(810)를 따라 회전 이동하는 중에 수술대(150)가 도 19에 예시된 화살표 방향(즉, 수술용 로봇의 회전 방향과 반대 방향)으로 회전되는 경우를 가정하면, 영상정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보(도 21의 (a) 참조)는 각 방향으로 회전(도 21의 (b) 및 (c) 참조)되도록 표시될 것이다.

각 방향으로 회전되도록 표시되는 영상 정보는 변위량 해석부(440) 및 제어명령 생성부(450) 등의 처리에 의해 도 4b 등을 참조하여 설명한 바와 같이, 인식점이 화면 센터점에 위치되도록 제어될 것이며, 이 과정에서 영상 정보가 어느 방향으로 몇 도만큼 회전되는지가 인식될 수 있다.

도 21에 도시된 바와 같이, 수술대(150)의 회전 방향과 수술용 로봇의 회전 이동 방향이 반대인 경우라면 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에서 차감하여 잔여 회전각 정보(즉, 목적지 위치 정보)를 갱신 처리할 수 있다. 그러나 수술대(150)의 회전 방향과 수술용 로봇의 회전 이동 방향이 동일한 경우라면 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에서 합산하여 목적지 위치 정보를 갱신 처리할 수 있다.

본체부(100)는 이동을 정지한 상태에서 회전각 산출부(1810)로부터 제공되는 회전각 정보를 수술대(150)의 회전에 의한 회전각 정보로 인식하여 잔여 회전각 정보를 갱신한다. 갱신된 잔여 회전각 정보는 움직임 보상 장치(400)로 다시 제공될 수 있으며, 갱신된 잔여 회전각 정보가 0이 될 때까지 수술용 로봇은 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동하게 될 것이다.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.

도 22를 참조하면, 단계 2210에서 본체부(100)는 마스터 로봇(1500)으로 전송된 위치 이동 명령 또는/및 목적 회전각 정보(즉, 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각 정보)를 수신하여 저장한다.

단계 2220에서 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)로부터 카메라부(410)에 의한 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 해석 및 산출하여 제공되는 회전각 정보를 이용하여 수술대(150)가 회전되는지 여부를 판단한다. 본체부(100)는 위치 이동 명령에 따른 수술용 로봇의 회전 이동에 의해 예상되는 회전각(도 20 참조)보다 오차범위 이상 크거나 작은 회전각이 영상 정보 해석에 의해 인식되어 제공되면 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식할 수 있다.

만일 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식되면 단계 2230으로 진행하고, 그렇지 않은 경우라면 단계 2250으로 진행한다.

단계 2230에서 본체부(100)는 수술대(150)의 회전각을 정확히 산출하고, 목적지 위치의 수정을 위해 다방향 회전휠(120)의 이동 조작을 중지하고, 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 회전각 정보를 참조하여 수술대(150)의 회전각을 산출한다. 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410)에 의한 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 해석하여 수술대(150)의 회전에 따른 회전각을 산출할 수 있으며, 변위량 해석부(440)에 의해 생성되는 해석 정보들간의 각도에 대한 변위량 정보가 이용될 수 있다. 또한, 본체부(100)는 수술대(150)의 회전에 따른 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신 처리할 수 있다.

단계 2240에서 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 회전각 정보를 이용하여 수술대(150)의 회전이 종료되었는지 여부를 판단한다.

만일 수술대(150)의 회전이 종료되지 않았다면 단계 2230으로 다시 진행하고, 수술대(150)의 회전이 종료되었다면 단계 2250으로 진행한다.

단계 2250에서 본체부(100)는 잔여 회전각 정보가 0인지(즉, 수술용 로봇의 현재 위치가 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치인지) 여부를 판단한다.

만일 현재 위치가 목적지 위치가 아니라면 단계 2260으로 진행하여, 본체부(100)는 목적지 위치로의 이동을 재개하고, 단계 2220으로 다시 진행한다.

그러나 단계 2250의 판단에 의해 만일 현재 위치가 목적지 위치인 경우라면, 단계 2270으로 진행하여 본체부(400)는 후속 명령(예를 들어, 수술도구 조작 명령, 위치 이동 명령)이 수신될 때까지 대기한다.

도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도이다.

즉, 도 23a 내지 도 23c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 로봇 암 및 인스트루먼트(2310)는 선으로 도시되어 있다.

도 23a 내지 도 23c에 예시된 바와 같이, 본체부(100)가 환자의 머리 오른쪽으로부터 왼쪽으로 이동하고자 하는 경우, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 본체부(100)가 도 23b 및 도 23c에 도시된 위치로 순차적 이동되어진다.

그러나, 도 23b 및 도 23c에 도시된 수술 처리부(140)는 앞서 설명한 바와 달리 환자에 대해 상대적인 위치 및 방향이 고정되지 않도록 제어되어진다.

즉, 수술자가 본체부(100)의 이동 중에 도 23a에 도시된 위치에서 입력되는 영상과 동일하지 않은 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우이거나, 수술 처리부(140)의 위치를 제어함으로 의도적으로 다른 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우에는 결합부(130)를 적절히 제어함으로써 수술 처리부(140)의 위치 및 방향이 제어되도록 할 수 있다. 다만, 이 경우, 본체부(100)는 인체 내부로 삽입된 인스트루먼트 등에 의해 수술환자의 피부, 장기 등이 훼손되지 않도록 삽입 위치에 무리한 힘이 가해지지 않도록 로봇 암 및 인스트루먼트(2310)의 삽입 위치 제어는 필요할 수 있다.

즉, 사용자가 원하는 화면이 항상 초기 화면과 일치할 필요는 없는 경우라면, 수술대(150)와의 상대적인 위치를 고려하여 수술 처리부(140)의 위치 및/또는 방향과 다방향 회전휠(120)의 동작을 적절히 제어함으로써 사용자가 원하는 영상 정보가 제시될 수 있도록 할 수 있는 것이다. 이를 위한 결합부(130)의 제어 방법은 본 명세서에 기재된 기술적 사상의 이해에 의해 충분히 인식될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

물론, 수술자가 본체부(100)의 이동중에도 동일한 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우라면 앞서 설명한 바와 같이 결합부(130)의 제어를 통해 수술 처리부(140)의 위치 및 방향이 환자를 기준으로 고정되도록 처리할 수도 있음은 당연하다.

상술한 카메라 영상을 이용한 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법은 디지털 처리 장치에 내장된 소프트웨어 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 본체부 120 : 다방향 회전휠
130 : 결합부 140 : 수술 처리부
145 : 카메라 장치 300 : 의료용 트로카
400 : 움직임 보상 장치 410 : 카메라부
420 : 영상정보 생성부 430 : 인식점 정보 해석부
440 : 변위량 해석부 450 : 제어명령 생성부
460 : 출력부 470, 750, 1570 : 제어부
710, 1510 : 통신부 720 : 저장부
730 : 수술도구 조작부 740 : 회전휠 조작부
1110 : 근접 센서부 1120 : 외력 검출부
1130 : 복귀경로 결정부 1520 : 디스플레이부
1530 : 입력부 1540 : 이동정보 생성부
1550 : 자세정보 생성부 1560 : 명령 생성부
1810 : 회전각 산출부 1820 : 정지요청 생성부

Claims

본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서,
카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부;
지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부;
생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 변위량 해석부; 및
상기 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 상기 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성부 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라부는 상기 수술 처리부의 일 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 본체부의 하부에는 상기 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 이동부는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커 또는 상기 영상 정보에 포함되도록 촬상된 미리 지정된 특징점이 상기 카메라부에 의해 촬영되어 객체(object)로 인식되도록 상기 영상 프레임에 포함된 객체(object)인 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 수술 처리부와 상기 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 상기 결합부는 상기 제어 명령에 상응하여 상기 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치.
영상 정보 생성부, 인식점 정보 해석부, 변위량 해석부, 제어명령 생성부 및 출력부를 포함하는 움직임 보상 장치에서 수행되는 수술용 로봇의 움직임에 대한 보상 방법으로서,
상기 수술용 로봇의 본체부의 일 측에는 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합되며,
상기 영상 정보 생성부에서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 단계;
상기 인식점 정보 해석부에서, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 단계;
상기 변위량 해석부에서, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 단계; 및
상기 제어명령 생성부 및 출력부에서, 상기 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 상기 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제8항에 있어서,
상기 수술용 로봇은 본체부와 상기 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합되어 구성되고,
상기 카메라부는 상기 수술 처리부의 일 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제9항에 있어서,
상기 본체부의 하부에는 상기 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제10항에 있어서,
상기 이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제10항에 있어서,
상기 이동부는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제8항에 있어서,
상기 인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커 또는 상기 영상 정보에 포함되도록 촬상된 미리 지정된 특징점이 상기 카메라부에 의해 촬영되어 객체(object)로 인식되도록 상기 영상 프레임에 포함된 객체(object)인 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제9항에 있어서,
상기 수술 처리부와 상기 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 상기 결합부는 상기 제어 명령에 상응하여 상기 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법.
제8항 내지 제14항 중 어느 하나에 기재된 수술용 로봇의 움직임 보상 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.
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