KR101632034B1

KR101632034B1 - Surgical Robot System and Method for Controlling Surgical Robot System

Info

Publication number: KR101632034B1
Application number: KR1020140153742A
Authority: KR
Inventors: 민형기
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-07-01
Also published as: KR20160054307A

Abstract

응답성과 안정성이 향상된 수술 로봇 시스템 및 제어방법을 제공하기 위해 본 발명은 수술 도구가 장착되는 복수의 로봇 암과, 상기 로봇 암 또는 상기 수술 도구에 구동력을 제공하는 엑튜에이터를 포함하는 슬레이브 로봇과 오퍼레이터의 조작에 따라 상기 엑튜에이터를 제1 상태로 변경하는 명령신호를 생성하는 마스터 콘솔 및 상기 마스터 콘솔로부터 상기 명령신호를 전달받아 상기 엑튜에이터를 구동하고, 하나의 제어주기에서 상기 엑튜에이터의 회전위치에 관한 정보를 가지는 제1 신호와 상기 엑튜에이터의 전류량에 관한 정보를 가지는 제2 신호 및 상기 엑튜에이터의 회전속도에 관한 정보를 가지는 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 수신하는 제어 유닛을 포함하는, 수술 로봇 시스템을 제공한다. In order to provide a surgical robot system and a control method with improved responsiveness and stability, the present invention provides a slave robot including a plurality of robot arms to which a surgical tool is mounted and an actuator for providing a driving force to the robot arm or the surgical tool, A master console for generating a command signal for changing the actuator to a first state according to an operation of the master console, and a controller for receiving the command signal from the master console to drive the actuator, And a control unit for receiving at least one of a first signal having information about the rotational speed of the actuator, a second signal having information about the amount of current of the actuator, and a third signal having information about the rotational speed of the actuator , And a surgical robot system.

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to a surgical robot system and a control method for a surgical robot system,

본 발명은 수술 로봇 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surgical robot system and a control method thereof.

수술 로봇은 외과의사에 의해 시행되던 수술 행위를 대신할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 말한다. 이러한 수술 로봇은 사람에 비하여 정확하고 정밀한 동작을 할 수 있으며 원격 수술이 가능하다는 장점을 가진다.The surgical robot refers to a robot having a function of substituting surgical operation performed by a surgeon. Such a surgical robot has an advantage that it can perform accurate and precise operation compared to a human and can perform a remote operation.

현재 전 세계적으로 개발되고 있는 수술 로봇은 뼈 수술 로봇, 복강경(復腔鏡) 수술 로봇, 정위 수술 로봇 등이 있다. 여기서 복강경 수술 로봇은 복강경과 소형 수술 도구를 이용하여 최소 침습적 수술을 시행하는 로봇이다.Surgical robots currently being developed around the world include bone surgery robots, laparoscopic surgery robots, and stereotactic robots. Here, a laparoscopic surgical robot is a robot that performs minimally invasive surgery using laparoscopic and small surgical instruments.

수술용 로봇은 일반적으로 마스터 콘솔과 슬레이브 로봇으로 구성된다. 수술자가 마스터 콘솔에 구비된 조종 레버(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술 도구가 조작되어 수술이 수행된다. Surgical robots generally consist of a master console and a slave robot. When the operator manipulates a steering lever (e.g., a handle) provided in the master console, the surgical tool held by the robot arm is coupled to the robot arm of the slave robot.

수술 로봇은 수술 시간의 최소화하고 환자의 안전을 보장하기 위해서 마스터 콘솔과 슬레이브 로봇 간의 응답속도를 향상하시키는 연구가 계속되고 있다. 특히 수술 로봇에 사용되는 엑튜에이터의 회전위치, 회전속도, 전류량 및 전압량 등을 제어하여 응답속도를 향상시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 또한, 시스템의 안정성 확보를 위해서 수술 로봇 이상 상태 또는 특이 상황의 발생 등과 같은 이벤트 발생 시에 수술실에 있는 오퍼레이터 혹은 보조 오퍼레이터에 이를 즉각적으로 알릴 수 있도록 이상 상태 또는 특이 상황 발생 시에 작동하는 발광 장치 혹은 소리 발생 장치를 구비하기도 한다.Surgical robots continue to improve the response speed between the master console and the slave robot in order to minimize the operation time and ensure patient safety. Particularly, efforts are being made to improve the response speed by controlling the rotational position, rotational speed, current amount, and voltage amount of an actuator used in a surgical robot. In order to secure the stability of the system, a light emitting device or a light emitting device that operates when an abnormal condition or a specific situation occurs so that an operator or an auxiliary operator in the operating room can immediately inform the operator of the occurrence of an abnormal condition such as a surgical robot abnormality or a specific situation A sound generating device may be provided.

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

본 발명은 엑튜에이터의 응답성 및 안정성을 향상시킨 수술 로봇 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surgical robot system with improved responsiveness and stability of an actuator.

본 발명은 일 측면은, 수술 도구가 장착되는 복수의 로봇 암과, 상기 로봇 암 또는 상기 수술 도구에 구동력을 제공하는 엑튜에이터를 포함하는 슬레이브 로봇과, 오퍼레이터의 조작에 따라 상기 엑튜에이터를 제1 상태로 변경하는 명령신호를 생성하는 마스터 콘솔 및 상기 마스터 콘솔로부터 상기 명령신호를 전달받아 상기 엑튜에이터를 구동하고, 하나의 제어주기에서 상기 엑튜에이터의 회전위치에 관한 정보를 가지는 제1 신호와 상기 엑튜에이터의 전류량에 관한 정보를 가지는 제2 신호 및 상기 엑튜에이터의 회전속도에 관한 정보를 가지는 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 수신하는 제어 유닛을 포함하는 수술 로봇 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a slave robot including a plurality of robot arms to which a surgical tool is mounted, a slave robot including an actuator for providing driving force to the robot arm or the surgical tool, And a controller for receiving the command signal from the master console and driving the actuator, the first signal having information on the rotational position of the actuator in one control cycle, And a control unit for receiving at least one of a second signal having information on the amount of current of the actuator and a third signal having information on the rotational speed of the actuator.

또한, 상기 제어 유닛은 상기 제1 신호 내지 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호와 상기 명령신호를 비교하여 편차에 대응하는 전압에 관한 제4 신호를 송출하는 신호 변환부를 구비할 수 있다.The control unit may further include a signal conversion unit that receives at least one of the first signal to the third signal, compares the received signal with the command signal, and transmits a fourth signal related to the voltage corresponding to the deviation .

또한, 상기 제어 유닛은 상기 엑튜에이터의 회전위치를 측정한 정보와 상기 제1 상태의 회전위치를 비교하여 상기 엑튜에이터의 회전위치 오차를 회전각으로 누적하고, 상기 누적된 회전각에 대응하는 전압에 관한 위치 보정 신호를 생성하는 위치 보정부를 더 구비할 수 있다.The control unit compares the measured rotational position of the actuator with the rotational position of the first state to accumulate the rotational position error of the actuator at a rotational angle and calculates a voltage corresponding to the accumulated rotational angle And a position correction unit for generating a position correction signal relating to the position of the object.

또한, 상기 제어 유닛은 상기 명령신호, 상기 제4 신호와 상기 위치 보정 신호를 조합하여 구동부에 전압을 인가하여 상기 엑튜에이터를 구동할 수 있다.In addition, the control unit may drive the actuator by applying a voltage to the driving unit by combining the command signal, the fourth signal, and the position correction signal.

또한, 상기 슬레이브 로봇은 상기 엑튜에이터의 회전각를 측정하기 위한 제1 센서와 상기 엑튜에이터의 전류량을 측정하기 위한 제2 센서를 구비할 수 있다.In addition, the slave robot may include a first sensor for measuring the rotation angle of the actuator and a second sensor for measuring the amount of current of the actuator.

또한, 상기 슬레이브 로봇은 상기 제1 센서로 측정된 회전각으로부터 상기 엑튜에이터의 회전속도를 계산하는 산출부를 더 구비할 수 있다.In addition, the slave robot may further include a calculator for calculating a rotational speed of the actuator from the rotational angle measured by the first sensor.

또한, 상기 제어 유닛은 상기 마스터 콘솔에서 수신한 상기 명령신호를 선형보간법으로 보정하는 필터부를 더 구비할 수 있다.The control unit may further include a filter unit for correcting the command signal received from the master console by linear interpolation.

본 발명의 다른 측면은, 오퍼레이터가 마스터 콘솔을 조작하여 슬레이브 로봇에 설치된 엑튜에이터를 제1 상태로 변경하는 명령신호를 생성하는 단계와, 제어 유닛의 제1 통신모듈에서 상기 명령신호를 수신하여 상기 엑튜에이터의 구동하는 단계와, 상기 제어 유닛의 신호 변환부에서 하나의 제어주기로 상기 엑튜에이터의 회전위치에 관한 정보를 가지는 제1 신호와 상기 엑튜에이터의 전류량에 관한 정보를 가지는 제2 신호 및 상기 엑튜에이터의 회전속도에 관한 정보를 가지는 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 수신하는 단계와, 상기 신호 변환부에서 수신한 상기 제1 신호 내지 제3 신호 중 적어도 하나의 신호와 상기 명령신호를 비교하여 편차에 대응하는 전압에 관한 제4 신호를 생성하는 단계 및 상기 제어 유닛의 제1 제어부에서 상기 제4 신호와 상기 명령신호를 수신하여 상기 엑튜에이터의 구동부에 전압을 인가하는 단계를 포함하는 수술 로봇 시스템 제어방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a slave robot, comprising the steps of: generating an instruction signal by which an operator operates a master console to change an actuator provided on a slave robot to a first state; A second signal having information about a current amount of the actuator and a first signal having information about a rotational position of the actuator in one control cycle in a signal conversion unit of the control unit; The method comprising the steps of: receiving at least one of a third signal having information about the rotational speed of the actuator; comparing at least one of the first signal to the third signal received by the signal converting unit with the command signal; Generating a fourth signal with respect to a voltage corresponding to the deviation, and generating a fourth signal in the first control portion of the control unit Receiving the command signal and provides a surgical robot system control method comprising the step of applying a voltage to the driving part of the actuator.

또한, 상기 제어 유닛은 상기 제1 통신모듈에서 수신한 명령신호를 선형보간법으로 보정할 수 있다.In addition, the control unit may correct the command signal received by the first communication module by linear interpolation.

또한, 상기 제1 신호는 상기 엑튜에이터의 회전각을 측정하는 제1 센서로부터 생성되고, 상기 제2 신호는 상기 엑튜에이터의 전류량을 측정하는 제2 센서에서 생성될 수 있다.The first signal may be generated from a first sensor that measures an angle of rotation of the actuator, and the second signal may be generated by a second sensor that measures an amount of current of the actuator.

또한, 상기 제3 신호는 상기 제1 센서에서 측정된 회전각으로부터 회전속도가 산출될 수 있다.Further, the third signal can be calculated from the rotational angle measured by the first sensor.

또한, 상기 제어 유닛의 위치 보정부에서 상기 엑튜에이터의 회전위치를 측정한 정보와 상기 제1 상태의 회전위치를 비교하여 상기 엑튜에이터의 회전위치 오차를 회전각으로 누적하고, 상기 누적된 회전각에 대응하는 전압에 관한 위치 보정 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The position correcting unit of the control unit compares the measured rotational position of the actuator with the rotational position of the first state to accumulate the rotational position error of the actuator at the rotational angle, And generating a position correction signal relating to a voltage corresponding to the voltage corresponding to the voltage.

또한, 상기 구동부에서 전압을 인가하는 단계는 상기 명령신호, 상기 제4 신호 및 상기 위치 보정 신호를 조합하여 상기 엑튜에이터에 구동부에 전압을 인가할 수 있다.The step of applying a voltage in the driving unit may apply a voltage to the actuator to the actuator by combining the command signal, the fourth signal, and the position correction signal.

본 발명의 또 다른 실시예는, 오퍼레이터가 마스터 콘솔을 조작하여 슬레이브 로봇의 엑튜에이터에 구동력을 전달하여 상기 슬레이브 로봇이 구동하는 수술 로봇 시스템 제어방법에 있어서, 상기 슬레이브 로봇의 작동상태에 관한 정보를 감지하는 단계와, 감지된 정보로부터 상기 슬레이브 로봇의 작동상태가 이상인지를 판단하는 단계와, 상기 슬레이브 로봇의 작동상태가 이상이면, 상기 오퍼레이터가 상기 슬레이브 로봇의 작동상태를 인지하도록 제어 유닛에서 알람신호를 생성하는 단계 및 상기 오퍼레이터가 상기 알람신호에 대응하여 입력부를 통해서 제1 응답신호를 입력하고 상기 제1 응답신호가 상기 제어 유닛에 전달되면 상기 슬레이브 로봇은 상태를 유지하고,상기 알람신호에 대응하는 상기 제1 입력신호가 상기 제어 유닛에 전달되지 않으면 상기 슬레이브 로봇의 작동이 정지되는 단계를 포함하는 수술 로봇 시스템 제어방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a surgical robot system control method in which an operator operates a master console to transmit driving force to an actuator of a slave robot and the slave robot drives the robot, Determining whether an operation state of the slave robot is abnormal based on the sensed information; and if the operation state of the slave robot is abnormal, Wherein the slave robot maintains a state when the first response signal is transmitted to the control unit and the alarm signal is generated when the operator inputs the first response signal through the input unit in response to the alarm signal, The corresponding first input signal is not transmitted to the control unit If it provides a surgical robot system control method comprising the step that of the slave robot stops operating.

또한, 상기 슬레이브 로봇의 작동이 정지된 이후에 상기 오퍼레이터가 상기 상기 입력부를 통해서 제2 응답신호를 생성하고, 상기 제2 응답신호가 상기 제어 유닛에 입력되면 상기 슬레이브 로봇은 구동되는 단계를 더 포함할 수 있다.The slave robot may further include a step in which the operator generates a second response signal through the input unit after the operation of the slave robot is stopped and the slave robot is driven when the second response signal is input to the control unit can do.

또한, 상기 슬레이브 로봇의 작동상태에 관한 정보는 상기 엑튜에이터의 전류량에 관한 정보, 상기 엑튜에이터의 전압량에 관한 정보, 상기 엑튜에이터의 온도에 관한 정보 및 상기 슬레이브 로봇과 상기 마스터 콘솔 사이의 신호연결이 정상인지 여부에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보로 선택될 수 있다.Further, the information on the operating state of the slave robot may include information on the amount of electric current of the actuator, information on the amount of voltage of the actuator, information on the temperature of the actuator, and a signal between the slave robot and the master console And information on whether the connection is normal or not.

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

수술로봇 시스템 및 제어방법은 하나의 제어주기에서 엑튜에이터를 피드백하여 응답성이 향상될 수 있다. 또한 수술로봇 시스템 및 제어방법은 수술로봇 시스템의 위험 상태를 미리 오퍼레이터가 인식하도록 하여 안정성을 향상될 수 있다. The surgical robot system and the control method can improve the responsiveness by feeding back the actuator in one control cycle. In addition, the surgical robot system and the control method can improve the stability by allowing the operator to recognize the dangerous state of the surgical robot system in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 전체 구조를 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 제어방법을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 수술 로봇 시스템의 일 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다.
도 5는 도 4의 명령신호를 필터링하는 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 6은 도 1의 수술 로봇 시스템의 다른 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다.
도 7은 도 1의 수술 로봇 시스템의 또 다른 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다.1 is a plan view showing an overall structure of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a block diagram schematically showing the surgical robot system of Fig. 1. Fig.
3 is a block diagram schematically showing a control method of the surgical robot system of FIG.
4 is a flowchart showing a control method according to an embodiment of the surgical robot system of FIG.
5 is a flowchart schematically illustrating a process of filtering the command signal of FIG.
6 is a flowchart showing a control method according to another embodiment of the surgical robot system of FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing a control method according to another embodiment of the surgical robot system of FIG. 1; FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. The effects and features of the present invention and methods of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms. In the following embodiments, the terms first, second, and the like are used for the purpose of distinguishing one element from another element, not the limitative meaning. Also, the singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Also, the terms include, including, etc. mean that there is a feature, or element, recited in the specification and does not preclude the possibility that one or more other features or components may be added.

또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 또한, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.Also, in the drawings, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. Also, if an embodiment is otherwise feasible, the particular process sequence may be performed differently than the sequence described. For example, two processes that are described in succession may be performed substantially concurrently, and may be performed in the reverse order of the order described.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 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, wherein like reference numerals refer to like or corresponding components throughout the drawings, and a duplicate description thereof will be omitted .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(1)의 전체 구조를 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 수술 로봇 시스템(1)을 개략적으로 도시하는 블록도이다.Fig. 1 is a plan view showing the entire structure of a surgical robot system 1 according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a block diagram schematically showing the surgical robot system 1 of Fig.

도 1 및 도 2를 참조하면, 수술실 내에는 수술대(10) 위에 누워있는 환자(P)와, 수술 로봇 시스템을 조종하는 오퍼레이터(O)와, 슬레이브 로봇(200) 측에서 로봇 수술을 보조하는 보조 오퍼레이터(A)가 있고, 수술대(10)의 주변으로 수술 로봇용 수술 도구(202)가 놓여진 테이블(20) 및 수술 로봇 시스템(1)이 배치된다. 본 실시예의 수술 로봇 시스템(1)은 오퍼레이터(O)의 제어에 따라 로봇에 의한 최소 침습 수술을 수행하기 위한 것으로, 마스터 콘솔(100), 슬레이브 로봇(200) 및 제어 유닛(300)을 구비한다. 1 and 2, in the operating room, a patient P lying on the operating table 10, an operator O operating the surgical robot system, and an assistant assistant robot operation on the slave robot 200 side There is an operator A and the table 20 and the surgical robot system 1 on which the surgical tool 202 for a surgical robot is placed are arranged around the operating table 10. [ The surgical robot system 1 of the present embodiment is for performing minimally invasive surgery by a robot under the control of an operator O and comprises a master console 100, a slave robot 200 and a control unit 300 .

마스터 콘솔(100)은 오퍼레이터(O)의 조작 행위에 따라 슬레이브 로봇(200)을 제어할 수 있다. 마스터 콘솔(100)은 오퍼레이터(O)가 조작 가능하도록 설치된 조작부(110), 마스터 콘솔(100)을 제어하고 신호를 전달하는 제2 제어부(120), 제어 유닛(300)과 통신하도록 설치되는 제2 통신모듈(130) 및 슬레이브 로봇(200)의 로봇 암(201)에 장착된 내시경의 촬영 영상을 오퍼레이터(O)에게 보여주기 위한 표시부(140)를 구비할 수 있다.The master console 100 can control the slave robot 200 according to an operation of the operator O. [ The master console 100 includes an operating unit 110 installed to operate the operator O, a second controlling unit 120 for controlling the master console 100 and transmitting signals, 2 communication module 130 and a display unit 140 for displaying an image of the endoscope mounted on the robot arm 201 of the slave robot 200 to the operator O. [

조작부(110)는 명령신호를 생성할 수 있는 오퍼레이터(O)의 조작행위가 입력될 수 있다. 조작부(110)는 핸드 콘트롤러(미도시), 풋 페달, 터치 스크린, 버튼 스위치 등을 포함할 수 있다. 오퍼레이터(O)는 조작부(110)를 조작하여 슬레이브 로봇(200)의 위치를 변경할 수 있다. 오퍼레이터(O)가 조작부(110)를 기준 위치에서 제1 위치로 변경하면, 엑튜에이터(210)는 조작부(110)의 이동에 대응하는 제1 상태로 변경될 수 있다. 즉, 오퍼레이터(O)는 조작부(110)를 조작하여 슬레이브 로봇(200)에 포함된 엑튜에이터(210)의 회전위치 또는 전류량를 변경하여 슬레이브 로봇(200)의 위치를 변경할 수 있다. The operation unit 110 may be inputted with an operation of the operator O that can generate a command signal. The operation unit 110 may include a hand controller (not shown), a foot pedal, a touch screen, a button switch, and the like. The operator (O) can change the position of the slave robot (200) by operating the operation unit (110). When the operator O changes the operation unit 110 from the reference position to the first position, the actuator 210 can be changed to the first state corresponding to the movement of the operation unit 110. [ That is, the operator O can change the position of the slave robot 200 by changing the rotational position or the amount of current of the actuator 210 included in the slave robot 200 by operating the operating unit 110.

제2 제어부(120)는 조작부(110)에서 입력된 신호를 명령신호로 변환하여, 이를 수술 로봇 시스템(1)의 제어 유닛(300)으로 전달할 수 있다. 제2 제어부(120)는 조작부(110)의 위치 변경을 감지하여 이에 대응하는 명령신호를 생성할 수 있다. 명령신호는 조작부(110)의 이동거리에 대한 정보를 가지거나, 조작부(110)의 이동속도에 관한 정보를 가질수 있다. 제2 제어부(120)는 명령신호를 제2 통신모듈(130) 통해서 제어 유닛(300)에 송신 할 수 있다. The second control unit 120 may convert the signal input from the operation unit 110 into a command signal and transmit the command signal to the control unit 300 of the surgical robot system 1. [ The second control unit 120 may detect a change in the position of the operation unit 110 and generate a corresponding command signal. The command signal may have information on the movement distance of the operation unit 110 or may have information on the movement speed of the operation unit 110. [ The second control unit 120 may transmit the command signal to the control unit 300 through the second communication module 130. [

제2 제어부(120)는 제어 유닛(300)의 제1 통신모듈(320)을 통해서 슬레이브 로봇(200)의 상태에 관한 신호를 수신할 수 있다. 제2 제어부(120)는 슬레이브 로봇(200)에서 촬영한 영상을 수신하여 이를 표시부(140)로 전달할 수 있다.The second control unit 120 can receive a signal related to the state of the slave robot 200 through the first communication module 320 of the control unit 300. [ The second control unit 120 may receive the image photographed by the slave robot 200 and may transmit the image to the display unit 140. [

제2 통신모듈(130)은 제어 유닛(300)의 제1 통신모듈(320)과 신호를 주고 받을 수 있다. 표시부(140)는 내시경의 촬영영상을 표시하거나, 슬레이브 로봇(200)의 작동상태를 표시할 수 있다. 표시부(140)는 마스터 콘솔(100)에 장착될 수도 있으며, 마스터 콘솔(100)과 분리되어 독립된 별도의 장치로 설치될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 마스터 콘솔(100)에 표시부(140)가 장착된 경우를 중심으로 설명하기로 한다. The second communication module 130 can exchange signals with the first communication module 320 of the control unit 300. The display unit 140 may display a photographed image of the endoscope or display the operating state of the slave robot 200. [ The display unit 140 may be mounted on the master console 100 or separate from the master console 100. [ Hereinafter, the case where the display unit 140 is mounted on the master console 100 will be described for convenience of explanation.

마스터 콘솔(100)은 슬레이브 로봇(200)과 함께 수술실에 배치되는 것이 일반적이나, 반드시 그러한 것은 아니며 마스터 콘솔(100)은 경우에 따라서 수술실의 외부에 배치될 수도 있다. 나아가 마스터 콘솔(100)은 최소 침습 수술이 진행되는 병원 밖에 위치되어 원거리 원격 수술을 진행하는데 이용될 수도 있다. 또한 마스터 콘솔(100)은 수술실 내에 복수 개가 배치될 수도 있다. 이처럼 수술 로봇 시스템이 복수 개의 마스터 콘솔(100)을 구비하는 경우에 각 마스터 콘솔을 제어하는 복수의 오퍼레이터는 역할을 분담하여 로봇 수술을 진행할 수도 있다. The master console 100 is generally, but not necessarily, disposed in the operating room together with the slave robot 200, and the master console 100 may be disposed outside the operating room, as the case may be. Further, the master console 100 may be located outside the hospital where the minimally invasive surgery is performed and may be used to perform remote telesurgery. Also, a plurality of master consoles 100 may be disposed in the operating room. In the case where the surgical robot system includes a plurality of master consoles 100, a plurality of operators controlling each master console may share the role and perform the robot surgery.

슬레이브 로봇(200)은 복수의 로봇 암(robot arm, 201)을 구비하며, 각 로봇 암(201)에는 수술 도구(202) 또는 내시경이 장착된다. 각 로봇 암(201)에 장착된 수술 도구(202) 또는 내시경은 최소 침습 수술을 수행할 수 있도록 수술대(10)에 위치한 환자(P)의 신체 내에 삽입되며, 환자(P)의 체내에 삽입된 수술 도구(202)는 로봇 암(201)에 의해서 동작 및 위치가 제어된다.The slave robot 200 includes a plurality of robot arms 201. Each of the robot arms 201 is equipped with a surgical tool 202 or an endoscope. The surgical tool 202 or the endoscope attached to each robot arm 201 is inserted into the body of the patient P located on the operating table 10 so as to perform minimally invasive surgery and is inserted into the body of the patient P The surgical tool 202 is operated and controlled by the robot arm 201.

각 로봇 암(201)은 엑튜에이터(210)가 제공한 구동력으로 동작할 수 있다. 엑튜에이터(210)는 로봇 암(201)의 링크 사이, 로봇 암(201)과 타워(203) 사이에 설치되어 로봇 암(201)을 이동시킬 수 있다. 엑튜에이터(210)는 수술 도구(202)의 내부공간에 설치되어 수술 도구(202)에 구동력을 전달할 수 있다. Each of the robot arms 201 can operate with the driving force provided by the actuator 210. The actuator 210 is installed between the robot arm 201 and the tower 203 so as to move the robot arm 201 between the links of the robot arm 201. The actuator 210 may be installed in the inner space of the surgical tool 202 to transmit the driving force to the surgical tool 202.

엑튜에이터(210)는 구동부(220)에서 인가된 전압으로 동작할 수 있다. 엑튜에이터(210)의 동작상태는 엑튜에이터(210) 회전축의 회전위치 또는 엑튜에이터(210)에 흐르는 전류량을 측정하여 확인할 수 있다. The actuator 210 may operate with the voltage applied by the driver 220. [ The operating state of the actuator 210 can be determined by measuring the rotational position of the rotational axis of the actuator 210 or the amount of current flowing to the actuator 210. [

제1 센서(230)는 회전 각도를 검출하는 엔코더이다. 제1 센서(230)는 엑튜에이터(210)의 회전축에 접속하여 회전축의 회전각을 검출할 수 있다. 제1 센서(230)는 증분형 인코더(Incremental Encoder), 절대형 인코더(Absolute Encoder), 자기식 인코더(Magnetic Encoder), 퍼텐쇼미터(Potentiometer) 중 어느 하나로 구현 가능하다. 제1 센서(230)는 엑튜에이터(210) 회전축의 회전위치에 관한 정보를 가지는 제1 신호를 생성하여 제어 유닛(300)으로 전달할 수 있다.The first sensor 230 is an encoder for detecting the rotation angle. The first sensor 230 may be connected to the rotation axis of the actuator 210 to detect the rotation angle of the rotation axis. The first sensor 230 may be implemented by any one of an incremental encoder, an absolute encoder, a magnetic encoder, and a potentiometer. The first sensor 230 may generate a first signal having information on the rotational position of the rotational axis of the actuator 210 and may transmit the first signal to the control unit 300.

제2 센서(250)는 엑튜에이터(210)에 흐르는 전류량을 측정할 수 있다. 제2 센서(250)는 엑튜에이터(210)의 전류량에 관한 정보를 가지는 제2 신호를 생성하여 제어 유닛(300)으로 전달할 수 있다.The second sensor 250 can measure the amount of current flowing through the actuator 210. The second sensor 250 may generate a second signal having information on the amount of current of the actuator 210 and may transmit the second signal to the control unit 300.

산출부(240)는 제1 센서(230)로부터 검지된 회전위치로부터 엑튜에이터(210)의 회전속도를 산출할 수 있다. 산출부(240)는 제1 센서(230)에서 검지된 회전각을 미분하여 엑튜에이터(210)의 회전속도를 산출할 수 있다. 산출부(240)에서 회전속도를 산출하기 전에, 검지된 회전위치는 산출부(240)에서 미분가능하도록 부드럽게(smoothly) 필터링 될 수 있다. The calculating unit 240 may calculate the rotational speed of the actuator 210 from the rotational position detected by the first sensor 230. [ The calculating unit 240 may calculate the rotational speed of the actuator 210 by differentiating the rotational angle detected by the first sensor 230. [ Before the rotation speed is calculated by the calculation unit 240, the detected rotation position can be smoothed smoothly so as to be differentiable in the calculation unit 240. [

산출부(240)는 엑튜에이터(210)의 회전속도에 관한 정보를 가지는 제3 신호를 생성하여 제어 유닛(300)으로 전달할 수 있다.The calculating unit 240 may generate a third signal having information on the rotational speed of the actuator 210 and may transmit the third signal to the control unit 300.

제어 유닛(300)은 마스터 콘솔(100)과 슬레이브 로봇(200) 사이에 배치되어, 상호 신호를 전달할 수 있다. 제어 유닛(300)은 마스터 콘솔(100) 및 슬레이브 로봇(200)과 유선 또는 무선으로 연결되어 신호를 전달 할 수 있다. 또한, 제어 유닛(300)은 마스터 콘솔(100)과 슬레이브 로봇(200) 중 어느 하나에 장착될 수 있으며, 독립된 별도의 장치로 설치될 수 있다. 제어 유닛(300)은 제1 제어부(310), 제1 통신모듈(320), 필터부(330), 신호 변환부(340) 및 위치 보정부(350)를 구비할 수 있다.The control unit 300 is disposed between the master console 100 and the slave robot 200 and can transmit mutual signals. The control unit 300 may be connected to the master console 100 and the slave robot 200 by wires or wirelessly to transmit signals. In addition, the control unit 300 may be installed in any one of the master console 100 and the slave robot 200, or may be installed as an independent separate device. The control unit 300 may include a first control unit 310, a first communication module 320, a filter unit 330, a signal conversion unit 340, and a position correction unit 350.

제1 제어부(310)는 제어 유닛(300)의 각 구성요소와 신호를 주고 받을수 있다. 제1 제어부(310)는 제1 통신모듈(320)에서 전달받은 명령신호를 전압에 관한 신호로 변경하여 엑튜에이터(210)의 구동부(220)로 전송할 수 있다. 제1 제어부(310)는 신호 변환부(340)에서 엑튜에이터(210)를 피드백하는 신호를 전달받을 수 있다. 제1 제어부(310)는 위치 보정부(350)에서 엑튜에이터(210)의 누적된 위치 오차를 보정하는 위치 보정 신호를 전달받을 수 있다. 이때, 제1 제어부(310)는 각각의 구성요소에서 전달받은 각 신호를 조합하여 전압에 관한 하나의 신호로 산출하여, 이를 엑튜에이터(210)의 구동부(220)로 전송할 수 있다.The first control unit 310 can exchange signals with the respective components of the control unit 300. The first control unit 310 may convert the command signal received from the first communication module 320 into a signal related to the voltage and transmit the signal to the driving unit 220 of the actuator 210. The first controller 310 may receive a signal for feeding back the actuator 210 from the signal converter 340. The first controller 310 may receive the position correction signal for correcting the accumulated position error of the actuator 210 in the position correcting unit 350. [ At this time, the first controller 310 may combine the signals received from the respective components and calculate the signal as one signal related to the voltage, and may transmit the signal to the driving unit 220 of the actuator 210.

제1 통신모듈(320)은 마스터 콘솔(100)의 제2 통신모듈(130)에서 명령신호를 전달받을 수 있다. 필터부(330)는 제1 통신모듈(320)에서 전송받은 명령신호를 미분가능하도록 부드럽게(smoothly) 보정할 수 있으며, 명령신호의 노이즈를 제거할 수 있다. 오퍼레이터(O)는 마스터 콘솔(100)의 조작부(110)를 조작하여 명령신호를 생성할 수 있다. The first communication module 320 may receive a command signal from the second communication module 130 of the master console 100. The filter unit 330 can smoothly correct the command signal transmitted from the first communication module 320 to be differentiable and can remove the noise of the command signal. The operator O can operate the operation unit 110 of the master console 100 to generate a command signal.

명령신호는 오퍼레이터(O)가 조작부(110)를 기준위치에서 제1 위치로 이동하여 생성되고, 명령신호에 대응하여 엑튜에이터(210)는 제1 상태로 변경될 수 있다. 명령신호는 엑튜에이터(210)의 위치에 관한 데이터나 엑튜에이터(210)의 속도에 관한 데이터를 가지고, 데이터의 파형은 단속적으로 형성된다. 즉, 명령신호의 파형이 계단식(stepwise)형태를 가진다. 명령신호의 파형을 미분하여 정보를 가공하기 위해서 필터부(330)에서 명령신호를 부드럽게 보정할 수 있다. 필터부(330)는 선형보간법을 이용하여 명령신호의 파형을 보정 할 수 있다. 명령신호의 계단식 파형의 꼭지점을 직선으로 연결하고, 이후 연속적으로 전 구간에서 미분가능하도록 파형을 곡선화 할 수 있다.The command signal is generated when the operator O moves the operation unit 110 from the reference position to the first position and the actuator 210 can be changed to the first state in response to the command signal. The command signal has data relating to the position of the actuator 210 and the velocity of the actuator 210, and the waveform of the data is intermittently formed. That is, the waveform of the command signal has a stepwise shape. The command signal can be smoothly corrected by the filter unit 330 to process information by differentiating the waveform of the command signal. The filter unit 330 may correct the waveform of the command signal using linear interpolation. The waveform of the command signal can be curved so that the vertexes of the stepped waveforms are connected in a straight line and then continuously differentiated in all the sections.

보정된 파형으로 부터 명령신호의 정보를 가공할 수 있다. 보정된 파형은 전구간에서 미분가능하도록 보정되므로 명령신호를 미분하여 정보를 가공할 수 있다. 예를들면, 위치에 관한 정보를 가지는 명령신호를 미분하여 속도에 관한 정보를 가질수 있다. 속도에 관한 정보를 가지는 명령신호를 미분화여 가속도에 관한 정보를 가질수 있다. 필터부(330)는 명령신호를 보정하여 수술 로봇 시스템(1)의 응답 속도를 향상시킬수 있다. 필터부(330)는 명령신호의 파형을 곡선형태로 보정하고, 이를 미분하여 정보를 신속하게 가공할 수 있다. The information of the command signal can be processed from the corrected waveform. Since the corrected waveform is corrected to be differentiable in the whole area, the command signal can be differentiated to process the information. For example, the command signal having information about the position can be differentiated to have information about the speed. The command signal having the information about the speed may have information about the acceleration due to the undifferentiation. The filter unit 330 can improve the response speed of the surgical robot system 1 by correcting the command signal. The filter unit 330 corrects the waveform of the command signal in the form of a curve, and differentiates the waveform of the command signal into a curve, thereby quickly processing the information.

신호 변환부(340)는 엑튜에이터(210)의 실제 구동상태와 명령신호를 비교하여 전압을 피드백(feedback) 할 수 있다. 엑튜에이터(210)는 실제 구동상태는 마스터 콘솔(100)로부터 전달받은 명령신호에 따른 구동상태와 차이가 발생할 수 있다. 이러한 오차를 최소화 하기 위해서 전압을 보상해 주는 피드백이 필요하다. The signal converting unit 340 may compare the actual driving state of the actuator 210 with the command signal to feedback the voltage. The actual state of the actuator 210 may differ from the driving state according to the command signal received from the master console 100. [ To minimize this error, feedback is needed to compensate for the voltage.

제1 상태는 오퍼레이터(O)에 의해 설정된 슬레이브 로봇(200)의 동작 상태이다. 엑튜에이터(210)는 명령신호에 따라서 제1 상태로 구동되도록 전압을 인가 받지만, 노이즈 또는 전압 강하 등으로 인해서 실제 구동상태는 제1 상태와 차이가 있다. 엑튜에이터(210)의 실제 구동 상태를 제1 상태로 변경하기 위해서, 엑튜에이터(210) 실제 구동상태와 목표로 하는 제1 상태의 차이를 산출하여 엑튜에이터(210)에 피드백 할 수 있다. The first state is the operating state of the slave robot 200 set by the operator O. The actuator 210 receives a voltage to be driven to the first state according to the command signal, but the actual driving state differs from the first state due to noise, voltage drop, or the like. In order to change the actual driving state of the actuator 210 to the first state, the difference between the actual driving state of the actuator 210 and the target first state may be calculated and fed back to the actuator 210.

신호 변환부(340)는 엑튜에이터(210)의 상태를 나타내는 신호를 입력받고, 수신한 신호와 제1 상태와 비교한 후, 차이에 산출하여 전압에 관한 신호인 제4 신호를 제1 제어부로 송신할 수 있다. 신호 변환부(340)는 엑튜에이터(210)의 회전위치를 나타내는 제1신호, 엑튜에이터(210)의 전류량을 나타내는 제2 신호 및 엑튜에이터(210)의 회전속도를 나타내는 제3 신호중 적어도 하나의 신호를 하나의 제어주기에서 전달 받을수 있다. 명령신호는 제1 상태에서의 엑튜에이터(210)의 회전위치, 전류량 및 회전속도 중 적어도 하나의 정보를 가진다. 따라서, 신호 변환부는 전송받은 제1 내지 제3 신호 중 적어도 하나의 신호와 제1 상태에서의 데이터를 비교하고, 기준상태와 제1 상태의 차이에 해당하는 전압에 관한 제4 신호를 생성할 수 있다. 제4 신호는 엑튜에이터(210)의 실제 상태에 따라 음수, 양수 또는 0으로 생성되고, 제4 신호는 제2 제어부에서 명령신호와 조합될 수 있다.The signal converting unit 340 receives the signal indicating the state of the actuator 210, compares the received signal with the first state, calculates the difference, and outputs a fourth signal, which is a signal relating to the voltage, to the first control unit Can be transmitted. The signal converting unit 340 converts at least one of a first signal indicating the rotational position of the actuator 210, a second signal indicating the amount of current of the actuator 210, and a third signal representing the rotational speed of the actuator 210 The signal can be delivered in one control cycle. The command signal has at least one of a rotational position, an amount of current, and a rotational speed of the actuator 210 in the first state. Therefore, the signal conversion unit may compare at least one of the transmitted first to third signals with data in the first state, and generate a fourth signal related to the voltage corresponding to the difference between the reference state and the first state have. The fourth signal may be generated as a negative, positive, or zero depending on the actual state of the actuator 210, and the fourth signal may be combined with the command signal in the second controller.

신호 변환부(340)는 하나의 제어주기에서 제1 내지 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 전송받을수 있다. 수술 로봇 시스템(1)은 하나의 제어주기에서 엑튜에이터(210)의 구동 상태에 관한 정보를 수신하여, 응답속도를 향상시킬수 있다.The signal converting unit 340 may receive at least one of the first through third signals in one control period. The surgical robot system 1 can receive information on the driving state of the actuator 210 in one control period, thereby improving the response speed.

위치 보정부(350)는 엑튜에이터(210)의 회전위치의 미세한 정도의 오차를 누적하여 엑튜에이터(210)의 회전위치를 보정할 수 있다. 엑튜에이터(210)의 미세한 정도의 오차의 경우에는 전압량을 조절하여 오차를 줄이기 난이하다. The position correcting unit 350 can correct the rotational position of the actuator 210 by accumulating minute errors of the rotational position of the actuator 210. [ In the case of a minute error of the actuator 210, it is difficult to reduce the error by adjusting the amount of the voltage.

제1 센서(230)는 측정된 실제 구동상태에서의 엑튜에이터(210)의 회전각과 제1 상태에서의 엑튜에이터(210)의 회전각을 비교한다. 미세한 정도의 오차인 경우에는 위치 보정부(350)에서 오차를 회전각으로 누적시킨다. 미세한 정도의 오차란 엑튜에이터(210)의 오차를 전압량의 조절로 제거할수 없는 정도의 오차를 의미한다. 누적된 회전각이 전압량을 조절할 수 있는 소정의 범위 전압내에 형성되면, 위치 보정부(350)에서 전압량을 조절하여 회전위치를 조절할 수 있다. 위치 보정부(350)는 누적된 오차를 보정할수 있는 전압에 대응하는 위치 보정 신호를 생성할 수 있다. 위치 보정 신호는 제1 제어부(310)로 전달되어 명령신호 및/또는 제4 신호와 조합될 수 있다.The first sensor 230 compares the rotation angle of the actuator 210 in the measured actual drive state with the rotation angle of the actuator 210 in the first state. In the case of a small error, the position correcting unit 350 accumulates the error at a rotation angle. A minute error means an error of the error of the actuator 210 that can not be removed by adjusting the amount of the voltage. When the cumulative rotation angle is formed within a predetermined range voltage capable of controlling the amount of voltage, the rotational position can be adjusted by adjusting the amount of voltage in the position correcting unit 350. The position correcting unit 350 may generate a position correcting signal corresponding to a voltage capable of correcting the accumulated error. The position correction signal may be transmitted to the first control unit 310 and combined with the command signal and / or the fourth signal.

제1 센서(230)는 측정된 실제 구동 상태에서의 회전위치와 제1 상태에서의 회전위치를 비교하여, 소정의 회전각 오차는 신호 변환부(340)를 통해서 피드백 될 수 있고, 미세한 정도의 회전각 오차는 위치 보정부(350)에서 회전각으로 누적된 후에 피드백 될 수 있다. The first sensor 230 compares the rotational position in the measured actual driving state with the rotational position in the first state so that the predetermined rotational angular error can be fed back through the signal converter 340, The rotational angle error can be fed back after being accumulated at the rotational angle in the position correcting unit 350. [

도 3은 도 1의 수술 로봇 시스템의 제어방법을 개략적으로 도시하는 블록도이고, 도 4는 도 1의 수술 로봇 시스템의 일 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다.FIG. 3 is a block diagram schematically showing a control method of the surgical robot system of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method according to an embodiment of the surgical robot system of FIG.

도 3 및 도 4를 참조하여 수술 로봇 시스템(1)의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.A control method of the surgical robot system 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

먼저, 오퍼레이터(O)가 마스터 콘솔(100)을 조작하여 명령 신호를 생성할 수 있다.(S1) 오퍼레이터(O)는 조작부(110)를 기준 위치에서 제1 위치로 변경하면, 조작부(110)의 위치 변화에 대응한 신호가 제2 제어부(120)에서 생성된다. 생성된 신호는 제2 통신모듈(130)을 통해서 제어 유닛(300)의 제1 통신모듈(320)로 송신된다. First, the operator O can generate a command signal by operating the master console 100. (S1) When the operator O changes the operation unit 110 from the reference position to the first position, The second control unit 120 generates a signal corresponding to the positional change of the second signal. The generated signal is transmitted to the first communication module 320 of the control unit 300 through the second communication module 130.

제어 유닛에서 명령 신호를 수신하여 엑튜에이터를 구동할 수 있다.(S2) 명령신호는 제1 제어부(310)에서 전압에 관한 신호로 변환되고, 변환된 명령신호가 구동부(220)에 전달된다. 구동부(220)에서 전압이 인가되어 엑튜에이터는 제1 상태로 변경되기 위해 구동된다. (S2) The command signal is converted into a signal relating to the voltage in the first control unit 310, and the converted command signal is transmitted to the driving unit 220. [ A voltage is applied from the driving unit 220 and the actuator is driven to change to the first state.

이때, 수술 로봇 시스템(1)의 응답성을 향상을 위해서 명령신호를 보정할 수 있다. 도 5는 도 4의 명령신호를 필터링하는 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다. At this time, the command signal can be corrected to improve the responsiveness of the surgical robot system 1. 5 is a flowchart schematically illustrating a process of filtering the command signal of FIG.

도 5를 참조하면, 제1 통신모듈(320)에서 명령신호를 수신하고(S20), 명령신호를 보정할 수 있다.(S20) 명령신호의 파형은 계단식 형태를 가진다. 명령신호의 파형을 미분하여 정보를 가공하기 위해서 필터부(330)에서 명령신호를 부드럽게 보정할 수 있다. 우선, 필터부(330)는 선형보간법을 이용하여 명령신호의 파형을 보정 할 수 있다. 명령신호의 계단식 파형의 꼭지점을 직선으로 연결하고, 이후 연속적으로 전 구간에서 미분가능하도록 파형을 곡선화 할 수 있다.5, the first communication module 320 receives the command signal (S20) and can correct the command signal (S20). The waveform of the command signal has a stepped form. The command signal can be smoothly corrected by the filter unit 330 to process information by differentiating the waveform of the command signal. First, the filter unit 330 can correct the waveform of the command signal using linear interpolation. The waveform of the command signal can be curved so that the vertexes of the stepped waveforms are connected in a straight line and then continuously differentiated in all the sections.

필터부(330)는 선형보간법으로 보정된 명령신호를 미분하여 명령신호의 정보를 가공할 수 있다.(S23) 보정된 파형은 전구간에서 미분가능하도록 보정되므로 명령신호를 미분하여 정보를 가공할 수 있다. 예를들면, 위치에 관한 정보를 가지는 명령신호를 미분하여 속도에 관한 정보를 가질수 있다. 속도에 관한 정보를 가지는 명령신호를 미분화여 가속도에 관한 정보를 가질수 있다.The filter unit 330 can process information of the command signal by differentiating the command signal corrected by the linear interpolation method. (S23) Since the corrected waveform is corrected to be differentiable in the entire interval, the command signal can be differentiated to process the information have. For example, the command signal having information about the position can be differentiated to have information about the speed. The command signal having the information about the speed may have information about the acceleration due to the undifferentiation.

명령신호는 제1 제어부(310)에서 전압에 관한 신호로 변환되고, 구동부(220)에서 전압을 인가하여 엑튜에이터(210)를 구동할 수 있다.(S24) 필터부(330)에서 전달받은 명령신호는 제1 제어부(310)에서 인가되는 전압량에 관한 신호로 변환된다. 제1 제어부는 변환된 신호를 구동부(220)로 전달하여 엑튜에이터(210)를 구동할 수 있다.The command signal is converted into a signal related to the voltage in the first control unit 310 and the voltage can be applied in the driving unit 220 to drive the actuator 210. (S24) The signal is converted into a signal relating to the amount of voltage applied by the first control unit 310. [ The first control unit may transmit the converted signal to the driving unit 220 to drive the actuator 210.

제1 센서(230)와 제2 센서(250)는 엑튜에이터(210)의 전류량 및 회전위치를 센싱할 수 있다.(S3) 제1 센서(230)에서 측정된 엑튜에이터(210)의 회전축의 회전위치는 산출부(240)에서 미분되어서 엑튜에이터(210)의 회전속도로 산출 될 수 있다. The first sensor 230 and the second sensor 250 may sense the current amount and the rotational position of the actuator 210. (S3) The rotational angle of the rotational axis of the actuator 210 measured by the first sensor 230 The rotational position is differentiated in the calculating unit 240 and can be calculated as the rotational speed of the actuator 210. [

신호 변환부(340)는 엑튜에이터(210)의 구동 상태를 나타내는 신호를 하나의 제어주기에서 전송받을수 있다.(S4) 신호 변환부(340)는 제1 센서(230)에서 회전위치를 나타내는 제1 신호를 전송받을수 있다. 신호 변환부(340)는 제2 센서(250)에서 전류량를 나타내는 제2 신호를 전송받을수 있다. 신호 변환부(340)는 산출부(240)에서 회전속도를 나타내는 제3 신호를 전송받을수 있다. 신호 변환부(340)는 하나의 제어주기로 제1 신호 내지 제3 신호 중 적어도 하나의 신호를 전송받는다.The signal converting unit 340 can receive the signal indicating the driving state of the actuator 210 in one control cycle. (S4) The signal converting unit 340 converts the signal indicating the rotational position of the actuator 210 1 < / RTI > signal. The signal converting unit 340 may receive the second signal indicating the amount of current from the second sensor 250. The signal converting unit 340 may receive the third signal indicating the rotational speed in the calculating unit 240. [ The signal converting unit 340 receives at least one of the first to third signals in one control cycle.

신호 변환부(340)는 수신한 신호와 오퍼레이터(O)의 조작에 의해 생성된 명령신호를 비교하여 제4 신호를 생성할 수 있다.(S5) 명령신호는 제1 제어부(310)를 통해서 수신되고, 제1 상태에서의 엑튜에이터(210)의 회전위치, 회전속도 및 전류량에 관한 정보를 가진다. 신호 변환부(340)는 수신된 신호와 명령신호를 비교하여 실제 구동상태와 제1 상태의 편차를 측정한다. 엑튜에이터(210)에 인가되는 전압을 조절하면, 엑튜에이터(210)의 편차를 제거 할 수 있다. 신호 변환부(340)는 편차를 제거하기 위해서 이에 대응하는 제4 신호를 생성할 수 있다. The signal converter 340 can generate a fourth signal by comparing the received signal with the command signal generated by the operation of the operator O. (S5) The command signal is received through the first controller 310 And has information on the rotational position, rotational speed, and current amount of the actuator 210 in the first state. The signal converting unit 340 compares the received signal with a command signal to measure a deviation between the actual driving state and the first state. By adjusting the voltage applied to the actuator 210, the deviation of the actuator 210 can be eliminated. The signal converting unit 340 may generate a corresponding fourth signal to eliminate the deviation.

제4 신호는 제1 제어부(310)에 전달되어 명령신호 및/또는 위치 보정 신호와 조합될 수 있다.(S6) The fourth signal may be transmitted to the first control unit 310 and combined with the command signal and / or the position correction signal. (S6)

도 6은 도 1의 수술 로봇 시스템(1)의 다른 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다. 6 is a flowchart showing a control method according to another embodiment of the surgical robot system 1 of Fig.

도 6을 참조하면, 제1 센서(S31)에서 엑튜에이터(210)의 회전위치를 검지한다.(S31) 실제 구동 상태와 제1 상태를 비교하면 회전위치에 대한 미세한 정도 오차가 생성될 수 있다. 이러한 미세한 정도의 오차는 전압을 조절하여 제거되기 어려우므로, 위치 보정부(350)는 엑튜에이터(210)의 회전위치 오차를 회전각으로 누적시킨다.(S32) 위치 보정부(350)는 누적된 회전각을 전압에 대응하는 위치 보정 신호를 생성한다.(S33) 위치 보정 신호는 위치 보정부(350)에서 제1 제어부(310)에 전달되어 명령신호 및/또는 위치 보정 신호와 조합될 수 있다.(S34) 6, the rotational position of the actuator 210 is detected in the first sensor S31. (S31) A slight error in the rotational position can be generated by comparing the actual driving state and the first state . The position correcting unit 350 accumulates the rotational position error of the actuator 210 at a rotational angle (S32). The position correcting unit 350 corrects the accumulated position error (S33) The position correction signal is transmitted from the position correcting unit 350 to the first control unit 310 and can be combined with the command signal and / or the position correction signal . (S34)

종래의 수술 로봇 시스템은 엑튜에이터를 피드백 제어하기 위해서 각각 다른 제어 주기에서 전류량, 회전속도 및 회전위치(회전각)를 피드백 하였다. 상세히, 엑튜에이터의 전류량을 제어한 뒤, 회전속도를 제어하고, 그 뒤 회전위치를 제어하였다. 즉, 엑튜에이터는 최종적으로 피드백 되는 요소에 의해서 피드백이 완료된다. The conventional surgical robot system feedbacks the amount of current, rotation speed, and rotation position (rotation angle) in different control periods in order to feedback control the actuator. Specifically, after controlling the amount of current of the actuator, the rotational speed was controlled, and then the rotational position was controlled. That is, the actuator completes the feedback by the element that is finally fed back.

수술 로봇 시스템(1) 및 그 제어방법은 엑튜에이터(210)의 회전위치, 회전속도 및 전류량에 관한 정보를 나타내는 신호를 하나의 제어주기에서 받아 전압량을 피드백 하는바, 엑튜에이터(210)의 응답속도를 향상시킬 수 있다. The surgical robot system 1 and its control method feedback a voltage amount by receiving signals indicating information on the rotational position, rotational speed, and current amount of the actuator 210 in one control cycle, The response speed can be improved.

신호 변환부(340)에서 제1 내지 제3 신호를 동시에 하나의 신호로 수신하여 제4 신호로 송신하는바, 하나의 제어주기에서 엑튜에이터(210)를 피드백 할 수 있다. 또한, 제1 제어부(310)에서 명령신호, 위치 보정 신호 및 제4 신호를 수신하여 하나의 신호를 구동부(220)에 송출하는바, 하나의 제어 주기에서 엑튜에이터(210)를 피드백 할 수 있다.The signal converting unit 340 receives the first to third signals simultaneously as one signal and transmits the fourth signal as the fourth signal so that the actuator 210 can be fed back in one control period. In addition, the first controller 310 receives the command signal, the position correction signal, and the fourth signal and transmits one signal to the driver 220, so that the actuator 210 can be fed back in one control period .

수술 로봇 시스템(1)은 마스터 콘솔(100)에서 전달받은 명령신호의 파형을 곡선형으로 보정하여 엑튜에이터(210)의 응답속도를 향상시킬 수 있다.The surgical robot system 1 can improve the response speed of the actuator 210 by correcting the waveform of the command signal transmitted from the master console 100 in a curved shape.

수술 로봇 시스템(1)은 오차를 누적시키고, 누적된 오차에 대응하여 엑튜에이터(210)에 인가되는 전압을 조절하여 엑튜에이터(210)의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다. The surgical robot system 1 can improve the accuracy and reliability of the actuator 210 by accumulating the errors and adjusting the voltage applied to the actuator 210 in response to the accumulated error.

도 7은 도 1의 수술 로봇 시스템(1)의 또 다른 실시예에 따른 제어방법을 도시하는 순서도이다.7 is a flowchart showing a control method according to another embodiment of the surgical robot system 1 of Fig.

수술 로봇 시스템(1)은 시스템의 작동상태에 따라서 에러 상태, 메시지 상태 및 알람 상태로 구분될 수 있다.The surgical robot system 1 can be classified into an error state, a message state, and an alarm state depending on the operation state of the system.

에러 상태는 수술 로봇 시스템(1)에 치명적인 결함이 발생하여 시스템을 복구가 필요한 상태이다. 엑튜에이터(210)에 과전류, 과전압, 고온 및 저전압 등의 에러가 발생하면 환자의 안전을 위해서 시스템을 중단(stop)해야 한다. 에러 상태가 발생하면 수술 로봇 시스템(1)은 오퍼레이터(O)의 응답과 관계없이 시스템이 중단된다. The error state is a state in which a fatal defect occurs in the surgical robot system 1 and the system needs to be restored. If an error such as overcurrent, overvoltage, high temperature or undervoltage occurs in the actuator 210, the system should be stopped for the safety of the patient. When an error condition occurs, the surgical robot system 1 is interrupted regardless of the response of the operator O.

메시지 상태는 정상적으로 수술 로봇 시스템(1)이 작동되는 상태이다. 메시지 상태는 마스터 콘솔(100)과 슬레이브 로봇(200)사이에서 명령을 잘 주고 받으면서 시스템이 구동되고 있는 상태이다.The message state is a state in which the surgical robot system 1 is normally operated. The message state is a state in which the system is operating while exchanging commands well between the master console 100 and the slave robot 200.

알람 상태는 수술 로봇 시스템(1)의 안정성을 향상을 위해서 위험을 미리 감지하여 시스템을 정지(halt)되는 상태이다. 다만, 오퍼레이터가 알람상태를 인식하면 수술 로봇 시스템의 작동이 유지될 수 있다.The alarm state is a state in which the system is halted by detecting the danger in advance in order to improve the stability of the surgical robot system 1. However, when the operator recognizes the alarm state, the operation of the surgical robot system can be maintained.

도 7을 검토하면, 수술 로봇 시스템(1)의 알람 상태 시의 제어을 통해서 수술 로봇 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.7, stability of the surgical robot system can be improved through control of the surgical robot system 1 in an alarm state.

센서는 슬레이브 로봇(200)의 작동 상태 검지할 수 있다.(S10) 엑튜에이터(210)의 전류량, 전압량, 온도를 측정하거나, 마스터 콘솔(100)과 슬레이브 로봇(200)의 통신 상태를 검지할 수 있다.The sensor can detect the operating state of the slave robot 200. (S10) Measure the current amount, voltage amount and temperature of the actuator 210, or detect the communication state of the master console 100 and the slave robot 200 can do.

제어 유닛(300)은 슬레이브 로봇(200)의 작동 상태의 이상 여부를 판단할 수 있다.(S20) 즉, 슬레이브 로봇(200) 에러 상태, 메시지 상태 및 알람 상태 중 어느 상태에 해당하는지 판단할 수 있다. 에러 상태와 알람 상태를 구별하는 기준 및 메시지 상태와 알람 상태를 구별하는 기준은 오퍼레이터(O)가 설정할 수 있다. 예를들어, 오퍼레이터(O)가 엑튜에이터(210)의 전류량, 전압량 및 온도를 설정할 수 있으며, 마스터 콘솔(100)과 슬레이브 로봇(200) 사이의 응답속도로 설정할 수 있다. 슬레이브 로봇(200)의 작동이 메시지 상태이면 슬레이브 로봇(200)의 작동은 유지된다.(S80)The control unit 300 can determine whether the operation state of the slave robot 200 is abnormal or not (S20). That is, the slave robot 200 can determine whether the slave robot 200 is in an error state, a message state, have. The criterion for distinguishing the error state from the alarm state and the criterion for distinguishing the message state and the alarm state can be set by the operator O. [ For example, the operator O can set the current amount, the voltage amount and the temperature of the actuator 210, and can set the response speed between the master console 100 and the slave robot 200. When the operation of the slave robot 200 is the message state, the operation of the slave robot 200 is maintained (S80)

슬레이브 로봇(200)의 작동이 알람 상태에 해당하면 제어 유닛(300)에서 알람 신호를 생성한다.(S30) 알람 신호는 수술 로봇 시스템(1)의 작동이 정상 범위에 해당하지 않으며, 작동이 계속되면 알람 상태로 진행할 수 있다는 정보를 가진다. 알람 신호는 문자 정보를 가져서 마스터 콘솔(100)의 표시부(140)에서 표시될 수 있다. 또한 알람신호는 음성정보를 가져서 스피커(미도시)를 통해서 방출될 수 있다. 알람신호는 모션정보를 가져서 조작부(110)의 진동등의 모션으로 오퍼레이터(O)가 인식할 수 있다. 알람 신호가 가지는 정보는 상기 서술에 한정되지 않으며, 오퍼레이터(O)가 알람상태를 인식할 수 있는 다양한 정보를 가질 수 있다.If the operation of the slave robot 200 corresponds to the alarm state, the control unit 300 generates an alarm signal. (S30) The alarm signal indicates that the operation of the surgical robot system 1 is not in the normal range, The alarm state can be entered. The alarm signal has character information and can be displayed on the display unit 140 of the master console 100. The alarm signal also has voice information and can be emitted through a speaker (not shown). The alarm signal has motion information and can be recognized by the operator O in motion such as vibration of the operation unit 110. [ The information of the alarm signal is not limited to the above description, and the operator O may have various information capable of recognizing the alarm state.

오퍼레이터(O)가 알람신호에 대응하여 제1 응답신호를 입력하면 슬레이브 로봇(200)은 작동이 유지된다.(S80) 오퍼레이터는 알람상태를 인지하고 있고, 수술 로봇 시스템(1)은 에러상태가 아니므로 작동이 유지된다.When the operator O inputs the first response signal in response to the alarm signal, the operation of the slave robot 200 is maintained (S80). The operator recognizes the alarm state and the surgical robot system 1 is in the error state The operation is maintained because it is not.

오퍼레이터(O)가 제1 응답신호를 입력하지 않으면 슬레이브 로봇(200)의 작동이 정지(halt)된다.(S50) 슬레이브 로봇(200)의 정지 상태는 수술 로봇 시스템(1)이 일시적으로 작동이 멈추는 것이다.If the operator O does not input the first response signal, the operation of the slave robot 200 is halted. (S50) The suspended state of the slave robot 200 is a state in which the surgical robot system 1 is temporarily operated It stops.

슬레이브 로봇(200)의 작동이 정지되더라도 오퍼레이터가 제2 응답신호를 입력하면 슬레이브 로봇(200)의 작동이 유지된다.(S80) 오퍼레이터가 제2 응답신호를 입력하지 않으면 슬레이브 로봇(200)의 작동정지가 유지된다.(S70)Even if the operation of the slave robot 200 is stopped, the operation of the slave robot 200 is maintained when the operator inputs the second response signal. (S80) If the operator does not input the second response signal, the operation of the slave robot 200 The stop is maintained (S70)

수술 로봇 시스템(1) 제어방법은 미리 시스템의 위험을 감지하고 이를 오퍼레이터(O)에게 전달할 수 있어, 수술 로봇 시스템(1)은 안정성을 향상시킬 수 있다.The surgical robot system (1) control method can detect the danger of the system in advance and transmit it to the operator (O), so that the surgical robot system (1) can improve the stability.

수술 로봇 시스템(1) 제어방법은 미리 시스템의 위험을 오퍼레이터(O)가 인식하지 못하면 시스템을 정지하여, 수술 로봇 시스템(1)은 안정성을 향상시킬 수 있다.The control method of the surgical robot system (1) can stop the system if the operator (O) can not recognize the danger of the system in advance, and the surgical robot system (1) can improve the stability.

또한 상기의 실시예에서는 수술 로봇 시스템이 인간에 대한 최소 침습 수술을 수행하는데 사용되는 것으로 설명하였지만 수술 로봇 시스템은 인간 이외에 동물에도 적용될 수 있다. In addition, although the surgical robot system has been described as being used to perform minimally invasive surgery on humans in the above embodiment, the surgical robot system can be applied to animals other than humans.

이외에도 본 발명은 다양한 형태로 구체화될 수 있음은 물론이다. It is needless to say that the present invention can be embodied in various forms.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the limited embodiments, various embodiments are possible within the scope of the present invention. It will also be understood that, although not described, equivalent means are also incorporated into the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the following claims.

1: 수술 로봇 시스템
100: 마스터 콘솔
110: 조작부
120: 제2 제어부
130: 제2 통신모듈
140: 표시부
200: 슬레이브 로봇
210: 엑튜에이터
220: 구동부
230: 제1 센서
240: 산출부
250: 제2 센서
300: 제어 유닛
310: 제1 제어부
320: 제1 통신모듈
330: 필터부
340: 신호 변환부
350: 위치 보정부1: Surgical robot system
100: Master console
110:
120:
130: second communication module
140:
200: Slave robot
210: Actuator
220:
230: first sensor
240:
250: second sensor
300: control unit
310:
320: first communication module
330:
340: Signal conversion section
350:

Claims

A slave robot including a plurality of robot arms to which a surgical tool is mounted, and an actuator for providing driving force to the robot arm or the surgical tool;
A master console for generating a command signal for changing the actuator to a first state according to an operation of an operator; And
A first signal having information on a rotational position of the actuator in one control cycle and a second signal having information on a current amount of the actuator in a control cycle, And a third signal having information about the rotational speed of the actuator,
Wherein the control unit comprises:
A rotation position error of the actuator is accumulated at a rotation angle by comparing the measured rotation position of the actuator with the rotation position of the first state and a position correction signal relating to the voltage corresponding to the accumulated rotation angle And a position correcting unit that generates a position correcting signal.

The method according to claim 1,
Wherein the control unit comprises:
And a signal conversion unit for receiving at least one of the first signal and the third signal and comparing the received signal with the command signal to transmit a fourth signal related to a voltage corresponding to the deviation, Robot system.

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3. The method of claim 2,
Wherein the control unit comprises:
Wherein the actuators are driven by applying a voltage to a driving unit by combining the command signal, the fourth signal, and the position correction signal.

The method according to claim 1,
The slave robot includes:
A first sensor for measuring an angle of rotation of the actuator and a second sensor for measuring an amount of current of the actuator.

6. The method of claim 5,
The slave robot includes:
And a calculation unit for calculating a rotation speed of the actuator from the rotation angle measured by the first sensor.

The method according to claim 1,
Wherein the control unit comprises:
And a filter unit for correcting the command signal received from the master console by linear interpolation.

Transmitting a command signal to the actuator to change the actuator installed in the slave robot to the first state in the control unit to drive the actuator;
A signal converting unit of the control unit converts a first signal having information on a rotational position of the actuator in one control cycle, a second signal having information on a current amount of the actuator, and information on a rotational speed of the actuator Receiving at least one of a third signal having a first signal;
Comparing at least one of the first signal and the third signal received by the signal converting unit with the command signal to generate a fourth signal related to a voltage corresponding to the deviation;
Wherein the position correcting unit of the control unit compares the measured rotational position of the actuator with the rotational position of the first state to accumulate the rotational position error of the actuator at the rotational angle, Generating a position correction signal relating to a voltage to be applied; And
And receiving a fourth signal and the command signal from a first control unit of the control unit, and applying a voltage to a driving unit of the actuator.

9. The method of claim 8,
Wherein the control unit corrects the command signal by linear interpolation.

9. The method of claim 8,
Wherein the first signal is generated from a first sensor that measures the angle of rotation of the actuator and the second signal is generated from a second sensor that measures an amount of current of the actuator.

11. The method of claim 10,
And the third signal is calculated from the rotational angle measured by the first sensor.

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9. The method of claim 8,
Wherein the step of applying a voltage in the driving unit includes:
And a voltage is applied to a driving unit of the actuator by combining the command signal, the fourth signal, and the position correction signal.

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