KR101960839B1 - 힘 센싱 장치 및 힘 센싱 장치의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
힘 센싱 장치 및 힘 센싱 장치의 동작 방법이 제공된다. 힘 센싱 장치는 물체에 전달되는 힘에 관한 정보를 획득하여 제공 함으로써, 물체를 조작하는 힘을 제어할 수 있게 한다.
Description
아래의 실시예들은 물체에 전달되는 힘에 관한 정보를 획득하여 제공하는 기술에 관한 것이다.
수술 로봇을 이용한 수술 방법이 확산되고 있다. 수술 로봇은 의사의 손놀림에 따라, 환자에게 힘을 전달하는 수술기구를 제어 함으로써, 수술을 가능하게 한다.
수술 로봇은 수술기구를 제어하여 활용 함으로써, 의사의 손이 접촉하지 못하는 부위를 수술하는 데에 적합할 수 있다. 또한, 수술 로봇은 의사의 손 떨림을 중간에 차단하여, 미세하고 정확한 조종이 필요한 수술(예컨대, 전립선암)에도 이용될 수 있다.
일실시예에 따르면, n(n은 자연수)개의 지지 프레임(supporting frame)과, 상기 n개의 지지 프레임 각각에 고정되고, 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제1 그룹의 n개의 센싱부와, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 프로세서를 포함하는 힘 센싱 장치(force sensing apparatus)가 제공될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형 및 인장변형에 관한 센싱 데이터를 이용하여, 상기 물체에 가해지는 상기 힘의 방향 및 상기 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임은 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임은 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 프로세서는 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되거나, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 프로세서는 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 힘 센싱 장치는, 상기 n개의 지지 프레임의 하부에 위치하는 바텀(bottom) 프레임을 더 포함하고, 상기 바텀 프레임은 상기 n개의 지지 프레임과 수직으로 위치하는 바텀 홀(hole)과, 상기 n개의 지지 프레임에 대응하여, 상기 바텀 홀에 형성되는 홈(groove)을 포함할 수 있다.
상기 힘 센싱 장치는 제1 그래스퍼(grasper) 및 제2 그래스퍼와, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼에 대한 피봇 각도(pivot angle)를 조정하는 조정부를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 이용하여, 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 힘 센싱 장치는 제2 그룹의 2개의 센싱부를 더 포함하고, 상기 제2 그룹의 2개의 센싱부는 상기 제1 그래스퍼에 고정되고, 상기 제1 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제1 센싱부와, 상기 제2 그래스퍼에 고정되고, 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제2 센싱부를 포함할 수 있다.
상기 제2 그룹의 센싱부에 의해, 상기 제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 프로세서는 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단할 수 있다.
상기 제1 그룹의 센싱부 및 상기 제2 그룹의 센싱부 중 적어도 하나는 광섬유 브래그 격자(Optical Fiber Bragg Grating)를 포함할 수 있다.
힘 센싱 장치는 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 포함하는 제1 측면 프레임과, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임을 포함하는 제2 측면 프레임에 걸쳐 있고, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼와 연결되는 구동축을 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, n개의 지지 프레임 각각에 고정된 제1 그룹의 n개의 센싱부를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 단계와, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계를 포함하는 힘 센싱 장치의 동작 방법이 제공될 수 있다.
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형 및 인장변형에 관한 상기 센싱 데이터를 이용하여, 상기 물체에 가해지는 상기 힘의 방향 및 상기 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임은 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임은 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되거나, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
힘 센싱 장치의 동작 방법은, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼 각각에 고정된 제2 그룹의 센싱부를 이용하여, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 그래스퍼의 변형을 센싱하는 단계는, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 이용하여, 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
힘 센싱 장치의 동작 방법은, 상기 제2 그룹의 센싱부에 의해, 상기 제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치를 이용한 의료 장비의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 바디 프레임의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 바디 프레임의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치를 이용한 의료 장비의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 의료 장비(100)는 수술 장치(101) 및 조정 장치(111)를 포함할 수 있다.
수술 장치(101)는 예컨대, 슬레이브 로봇일 수 있으며, 수술기구로서 포함되는 힘 센싱 장치(103)를 이용하여, 물체(예컨대, 인체 조직, 장기)에 힘을 전달할 수 있다. 이때, 수술 장치(101)는 조정 장치(111)에서 발생하는 물체의 그립(grip)과 연관된 그립 신호 또는 물체의 변형과 연관된 변형 신호를, 예컨대, 와이어(wire)를 통해 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 힘 센싱 장치(103)를 동작시킴으로써, 물체를 그립하거나, 또는 물체에 힘을 가할 수 있다.
또한, 수술 장치(101)는 힘 센싱 장치(103)를 통해 물체에 전달되는 힘에 관한 정보(예컨대, 물체에 가해지는 힘에 관한 정보, 물체를 그립하는 힘에 관한 정보 등)를 획득하여, 조정 장치(111)로 피드백 함으로써, 물체에 실제로 전달되는 힘을 조정 장치(111)에서 파악할 수 있게 한다. 여기서, 힘 센싱 장치(103)는 적어도 하나의 방향으로 변형되는 바디 프레임에 포함된 제1 그룹의 n개의 센싱부 및 바디 프레임 상부에 위치하여, 물체와 접촉하는 제1 및 제2 그래스퍼에 포함된 제2 그룹의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 물체에 전달되는 힘에 관한 정보를 용이하게 획득할 수 있다.
조정 장치(111)는 예컨대, 마스터 컨트롤러일 수 있으며, 힘 제어 장치(113)를 이용하여, 사용자(예컨대, 의사) 손가락으로부터 입력된 힘에 따라, 물체의 그립(grip)과 연관된 그립 신호 또는 물체의 변형과 연관된 변형 신호를 발생시키고, 발생된 신호를 예컨대, 와이어를 통해 수술 장치(101)로 제공할 수 있다.
또한, 조정 장치(111)는 수술 장치(101)로부터 피드백되는 상기 힘에 관한 정보를 디스플레이부(115)를 통해 디스플레이 함으로써, 물체에 실제로 전달되는 힘을 용이하게 파악하도록 하여, 상기 파악된 힘에 기초하여, 사용자 손가락에서 조작하는 힘을 정교하게 제어할 수 있도록 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 힘 센싱 장치(200)는 그래스퍼(201), 구동축(203), 조정부(205), 바디 프레임(207) 및 프로세서(209)를 포함할 수 있다.
그래스퍼(grasper)(201)는 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)를 포함하고, 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2) 간 피봇 각도(pivot angle)의 조정에 따라, 물체를 그립(grip)할 수 있다. 여기서, 피봇 각도는 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-1)가 교차하는 지점(예컨대, 제1 및 제2 그래스퍼를 연결하는 구동축)을 기준으로, 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)가 벌어지는 정도를 의미할 수 있다.
제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)는 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)의 변형을 센싱하는 제2 그룹의 센싱부(second group of sensing units)를 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 그래스퍼(201-1)는 제2 그룹의 센싱부 중 제1 센싱부를 포함하고, 제2 그래스퍼(201-2)는 제2 그룹의 센싱부 중 제2 센싱부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2) 각각에 포함되는 제2 그룹의 센싱부는 예컨대, 광섬유 브래그 격자(Optical FBG(Fiber Bragg Grating)) 또는 광섬유 스트레인 게이지(Optical Strain Gauge)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)의 인장변형(tensile strain) 또는 압축변형(compressive strain)을 센싱하는 역할을 할 수 있다.
구동축(203)은 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2) 각각의 제1 및 제2 고정홀을 관통 함으로써, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)를 연결할 수 있다. 여기서, 구동축(203)은 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)가 교차하는 지점에 위치하는 제1 및 제2 고정홀을 관통하여, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)를 연결하되, 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)의 회전을 가능하게 하여, 피봇 각도가 변화될 수 있게 한다.
또한, 구동축(203)은 바디 프레임(207) 내 제1 측면 프레임(제1 측면 프레임은, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 포함)과, 제2 측면 프레임(제2 측면 프레임은, n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임을 포함)에 걸쳐 있고, 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-2)와 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2) 내 제1 및 제2 고정홀을 관통한 구동축(203)은, 바디 프레임(207)의 제1 및 제2 측면 프레임 내 제1 및 제2 연결홀에 삽입 됨으로써, 바디 프레임(207)과 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)를 연결시킬 수 있다.
조정부(205)는 물체의 그립과 연관된 그립 신호에 기초하여, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)에 대한 피봇 각도를 조정할 수 있다. 조정부(205)는 예컨대, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2) 각각에 형성된 제1 및 제2 조정홀에 삽입되어, 상기 그립 신호에 따라 제1 및 제2 조정홀 내 삽입 위치를 조절 함으로써, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)에 대한 피봇 각도를 조정하는 조정 샤프트(shaft)를 포함할 수 있다.
또한, 조정부(205)는 예컨대, 구동축(203)을 중심으로 회전하되, 상기 그립 신호에 따라 회전 방향 또는 회전 량을 제어함으로써, 제1 및 제2 그래스퍼에 대한 피봇 각도를 조정하는 도르래(pulley)를 포함할 수 있다.
바디 프레임(207, body frame)은 상기 물체의 변형과 연관된 변형 신호에 기초하여, 적어도 하나의 방향으로 변형될 수 있으며, n(n은 자연수)개의 지지 프레임을 포함할 수 있다. 예컨대, 바디 프레임(207)은 2개의 지지 프레임(supporting frames)을 각각 포함하는 2개의 제1 및 제2 측면 프레임을 포함하여, 4개의 지지 프레임을 포함할 수 있다.
상기 n개의 지지 프레임 각각에 고정(예컨대, 삽입, 부착)되는 제1 그룹의 n개의 센싱부(first group of n sensing units)는 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱할 수 있다. 여기서, 제1 그룹의 n개의 센싱부는 제2 그룹의 센싱부와 마찬가지로, 예컨대, 광섬유 브래그 격자 또는 광섬유 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
또한, 바디 프레임(body frame)(207)이 2개의 지지 프레임으로 각각 구성되는 제1 및 제2 측면 프레임(side frame)을 포함할 경우, 구동축(203)의 일측은, 제1 측면 프레임 내 제1 연결홀에 삽입되고, 구동축(203)의 다른 일측은, 제2 측면 프레임 내 제2 연결홀에 삽입 됨으로써, 바디 프레임(207)은 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)와 연결될 수 있다.
프로세서(209)는 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 프로세서(209)는 제1 그룹의 n개의 센싱부가 삽입된 제1 및 제2 측면 프레임 내 n개의 지지 프레임의 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain), 인장변형(tensile strain), 및/또는 길이 변화를 이용하여, 제1 및 제2 그래스퍼(201-1, 201-2)를 통해, 상기 물체에 가해지는 힘의 방향 및 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
일례로, 제1 그룹의 n개의 센싱부는, n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임(예컨대, 제1 측면 프레임 내 지지 프레임)이 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임(예컨대, 상기 제1 측면 프레임과 쌍을 이루는 제2 측면 프레임 내 지지 프레임)이 인장변형되는 것으로 센싱할 수 있다. 이 경우, 프로세서(209)는 상기 물체에 가해지는 수평 방향(예컨대, X축 또는 Y축 방향)에 관한 힘의 방향(예컨대, 제2 측면 프레임으로부터 제1 측면 프레임으로의 힘의 방향) 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
다른 일례로, 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, n개의 지지 프레임 모두(예컨대, 제1 및 제2 측면 프레임 내 모든 지지 프레임)가 인장변형되거나 또는 압축변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서(209)는, 수직 방향(예컨대, Z축 방향)에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서(209)는 수직 아래 방향(-Z축 방향)으로 힘이 작용하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서(209)는 수직 위 방향(+Z축 방향)으로 힘이 작용하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 프로세서(209)는 제1 및 제2 그래스퍼에 고정된 제2 그룹의 센싱부에 의해, 상기 물체를 그립하는 힘에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 제2 그룹의 2개의 센싱부에 의해, 제1 그래스퍼(201-1) 및 제2 그래스퍼(201-1)가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서(209)는, 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단할 수 있다.
프로세서(209)는 제1 및 제2 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 물체에 전달되는 힘에 관한 정보(예컨대, 물체에 가해지는 힘에 관한 정보, 물체를 그립하는 힘에 관한 정보)를 디스플레이부(도시하지 않음)로 출력하여, 물체에 전달하는 힘에 관한 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 디스플레이부는 힘 센싱 장치(200)에 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 그립 신호 또는 상기 변형 신호를 발생하는 조정 장치에 포함될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 힘 센싱 장치(300)는 그래스퍼(301), 구동축(311), 조정부(도시하지 않음) 및 바디 프레임(309)을 포함할 수 있다.
그래스퍼(301)는 예컨대, 집게 형태일 수 있으며, 제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2)를 포함하고, 제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2) 간 피봇 각도(305)의 조정에 따라, 물체를 그립(grip)할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)는 서로 마주보는 표면에, 물체의 그립시 미끄럼을 방지할 수 있는 돌기부가 형성될 수 있다.
제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2) 각각은 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)의 변형을 각각 센싱하는 제2 그룹의 센싱부(303)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 그래스퍼(301-1)에 고정되는 제1 센싱부는 제1 그래스퍼(301-1)의 압축변형 및 인장변형을 센싱할 수 있고, 상기 제2 그래스퍼(301-2)에 고정되는 제2 센싱부는 제2 그래스퍼(301-2)의 압축변형 및 인장변형을 센싱할 수 있다.
제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2) 각각에 포함되는 제2 그룹의 센싱부(303)는 예컨대, 광섬유 브래그 격자(Optical FBG) 또는 광섬유 스트레인 게이지(Optical Strain Gauge)를 포함할 수 있다. 여기서, 광섬유 브래그 격자는 온도에 의한 신호의 간섭을 보상하는 온도 측정용 광섬유 브래그 격자일 수도 있다.
구동축(311)은 제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2)가 교차하는 지점에 위치하는 제1 및 제2 고정홀을 관통하여, 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)를 연결하되, 제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2)의 회전을 가능하여, 피봇 각도가 변화될 수 있게 한다.
또한, 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2) 내 제1 및 제2 고정홀을 관통한 구동축(311)은 바디 프레임(309)의 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2) 내 제1 및 제2 연결홀에 삽입 됨으로써, 바디 프레임(309)과 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)를 연결시킬 수 있다.
조정부는 물체의 그립과 연관된 그립 신호에 기초하여, 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)에 대한 피봇 각도(305)를 조정할 수 있다.
바디 프레임(309)은 상기 물체의 변형과 연관된 변형 신호에 기초하여, 적어도 하나의 방향으로 변형될 수 있다. 여기서, 바디 프레임(309)은 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2), 제1 그룹의 n개의 센싱부(313), 바텀 프레임(315, bottom frame) 및 튜브 프레임(317, tube frame)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)은 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 각각 포함할 수 있다. 이때, 측면 프레임(311-1, 311-2)은 제1 홀(hole)과 상기 제1 홀에 의해 형성되는 m(m은 자연수)개의 지지 프레임을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)은 제1 홀과 상기 제1 홀에 의해 양측으로 형성되는 2개의 지지 프레임을 각각 포함할 수 있다. 여기서, 제1 홀을 포함하는 측면 프레임은, 제1 홀을 포함하지 않는 측면 프레임에 비해, 낮은 강성으로 자체 변형을 유연하게 함에 따라, 제1 그룹의 n개의 센싱부를 통한 지지 프레임의 변형을 미세하게 센싱할 수 있게 한다.
제1 그룹의 n개의 센싱부(313)는 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2) 내 n개의 지지 프레임에 고정되어, 상기 n개의 지지 프레임의 변형을 각각 센싱 할 수 있다. 예컨대, 제1 그룹의 n개의 센싱부(313)는, 예를 들어, 제1 측면 프레임(311-1)에 양측단에 형성된 2개의 지지 프레임 각각으로 2개가 삽입되고, 또한 제1 측면 프레임(311-1)에 대응하는 제2 측면 프레임(311-2)에도 동일한 형태로 2개가 삽입되어 총 4개로 형성될 수 있다. 이들 제1 그룹의 4개의 센싱부(313)는, 4개의 지지 프레임의 인장변형 또는 압축변형을 각각 센싱할 수 있다. 여기서, 제1 그룹의 n개의 센싱부(313)는 광섬유 브래그 격자 또는 광섬유 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
제1 그룹의 n개의 센싱부(313)는 바디 프레임(309)의 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)에 삽입 됨으로써, 튜브 프레임(317)에 삽입될 경우, 힘 센싱 장치(300)를 지지하는 트로카(trocar)와의 마찰력으로 인해 발생할 수 있는 센싱 성능의 저하를 방지할 수 있다.
바텀 프레임(315)은 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)의 하부(예컨대, n개의 지지 프레임의 하부)에 위치할 수 있다. 구체적으로, 바텀 프레임(315)은 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)과 튜브 프레임(317) 사이에 위치하여, 제1 및 제2 측면 프레임(311-1, 311-2)과 튜브 프레임(317)을 연결할 수 있다. 여기서, 바텀 프레임(315)은 n개의 지지 프레임과 수직으로 위치하는 바텀 홀(hole) 및 n개의 지지 프레임에 대응하여, 바텀 홀에 형성되는 홈(groove)을 포함할 수 있다.
튜브 프레임(317)은 바텀 프레임(315)의 하부에 위치할 수 있다. 튜브 프레임(317)은 조정 장치(도시하지 않음)에서 발생하는 상기 그립 신호 또는 상기 변형 신호를, 바텀 프레임(315) 내 바텀 홀을 통해 조정부 및 바디 프레임(309)으로 각각 전달할 수 있는 와이어(wire)를 위치시킬 수 있다.
힘 센싱 장치(300)는 프로세서(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 프로세서를 이용하여, 물체에 전달되는 힘에 관한 정보(예컨대, 물체에 가해지는 힘에 관한 정보, 물체를 그립하는 힘에 관한 정보)를 획득하여 디스플레이부에 제공할 수 있다.
여기서, 프로세서는 제1 그룹의 n개의 센싱부(313)가 삽입된 측면 프레임 내 지지 프레임의 변형을 이용하여, 제1 및 제2 그래스퍼(311-1, 311-2)를 통해, 상기 물체에 가해지는 힘의 방향 및 힘의 세기를 획득할 수 있다. 구체적으로, 제1 그룹의 n개의 센싱부(313)에 의해, 제1 측면 프레임 내 지지 프레임이 압축변형되고, 상기 제1 측면 프레임과 쌍을 이루는 제2 측면 프레임 내 지지 프레임이 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서는 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
또한, 프로세서는 제2 그룹의 센싱부(303)를 포함하는 제1 그래스퍼(301-1)의 변형 및 제2 그래스퍼(301-2)의 변형을 이용하여, 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 구체적으로, 제2 그룹의 센싱부(303)에 의해, 제1 그래스퍼(301-1) 및 제2 그래스퍼(301-2)가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 프로세서는 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단할 수 있다. 이는, 물체를 그립하도록 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)에 대한 피봇 각도(305)가 조정될 경우, 서로 마주하게 하는 힘(319)에 대한 반작용으로, 제1 및 제2 그래스퍼(301-1, 301-2)가 외측 방향으로 각각 인장변형되는 것에 기인할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 힘 센싱 장치는 물체의 그립(grip)과 연관된 그립 신호에 기초하여, 제1 및 제2 그래스퍼(grasper)에 대한 피봇 각도를 조정할 수 있는 조정부를 포함할 수 있다.
조정부는 예컨대, (a)에 도시된 바와 같이, 'T 형태'의 조정 샤프트(401)일 수 있으며, 조정 샤프트(401)의 양측 돌기부(403)가 제1 및 제2 그래스퍼(405-1, 405-2) 각각에 형성된 제1 및 제2 조정홀(407-1, 407-2)에 삽입되어 위치할 수 있다. 이때, 조정 샤프트(401)는 상기 그립 신호에 따라 설정된 방향으로 이동하여, 제1 및 제2 조정홀(407-1, 407-2) 중 돌기부(403)의 삽입 위치를 조절 함으로써, 제1 및 제2 그래스퍼(405-1, 405-2)에 대한 피봇 각도(409)를 조정할 수 있다.
힘 센싱 장치는 상기 그립 신호에 따라, 조정 샤프트(401)를 제1 방향(도 4(b)의 411)으로 최대한 이동시켜, 조정 샤프트(401)의 돌기부(403)가 제1 및 제2 조정홀(407-1, 407-2)의 좌측에 삽입되도록 함으로써, (b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 그래스퍼(405-1, 405-2)에 대한 피봇 각도(409)를 최대로 조정할 수 있다.
또한, 힘 센싱 장치는 상기 그립 신호에 따라, 조정 샤프트(401)를 제2 방향(도 4(c)의 413)으로 최대한 이동시켜, 조정 샤프트(401)의 돌기부(403)가 제1 및 제2 조정홀(407-1, 407-2)의 우측에 삽입되도록 함으로써, (c)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 그래스퍼(405-1, 405-2)에 대한 피봇 각도(409)를 최소로 조정하여, 물체를 그립할 수 있게 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 조정부의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 힘 센싱 장치는 물체의 그립(grip)과 연관된 그립 신호에 기초하여, 제1 그래스퍼(501-1) 및 제2 그래스퍼(501-2)에 대한 피봇 각도(503)를 조정할 수 있는 조정부를 포함할 수 있다.
조정부는 예컨대, 도르래(505)일 수 있으며, 구동축(507)을 중심으로 회전하되, 상기 그립 신호에 따라 회전 방향 또는 회전 량을 제어 함으로써, 제1 및 제2 그래스퍼(501-1, 501-2)에 대한 피봇 각도(503)를 조정할 수 있다. 여기서, 구동축(507)은 제1 및 제2 그래스퍼(501-1, 501-2)와 바디 프레임(509)을 연결할 수 있다.
힘 센싱 장치는 상기 그립 신호에 따라, 도르래(505)를 제1 방향(도 5(a)의 511)으로 최대한 회전시켜, (a)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 그래스퍼(501-1, 501-2)에 대한 피봇 각도를 최대로 조정할 수 있다. 또한, 힘 센싱 장치는 상기 그립 신호에 따라, 도르래(505)를 제2 방향(도 5(b)의 513)으로 최대한 회전시켜, (b)에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 그래스퍼(501-1, 501-2)에 대한 피봇 각도(503)를 최소로 조정하여, 물체를 그립할 수 있게 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치 내 바디 프레임의 일례를 도시한 도면이다. 여기서, (a)는 바디 프레임의 사시도이고, (b)는 바디 프레임 내 바텀 프레임의 상면도이다. (c)는 바디 프레임에 대한 제1 방향에서의 측면도이고, (d)는 바디 프레임에 대한 제2 방향에서의 측면도이다.
도 6을 참조하면, 힘 센싱 장치는 물체를 그립할 수 있는 제1 및 제2 그래스퍼 하부에 위치하고, 물체의 변형과 연관된 변형 신호에 기초하여, 적어도 하나의 방향으로 변형되는 바디 프레임을 포함할 수 있다.
바디 프레임(600)은 예컨대, 2개의 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609), 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2) 및 바텀 프레임(617)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 측면 프레임(601)은 제1 홀(605)과 제1 홀(605)에 의해 양측으로 형성되는 2개의 지지 프레임(607-1, 607-2)을 포함하고, 제2 측면 프레임(609)은 제1 홀(613)과 제1 홀(613)에 의해 양측으로 형성되는 2개의 지지 프레임(615-1, 615-2)을 포함할 할 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609)은 구동축(625)이 삽입되는 제1 및 제2 연결홀(623-1, 623-2)을 각각 포함할 수 있다. 구동축(625)은 힘 센싱 장치 내 제1 및 제2 그래스퍼의 제1 및 제2 고정홀을 관통하고, 일측 및 다른 일측이 각각 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 제1 및 제2 연결홀(623-1, 623-2)에 삽입 됨으로써, 바디 프레임(600)과 제1 및 제2 그래스퍼를 연결시킬 수 있다.
제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2)는 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 2개의 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)에 각각 고정되어, 전체 4개의 지지 프레임의 변형(예컨대, 지지 프레임의 인장변형 또는 압축변형)을 각각 센싱할 수 있다. 여기서, 제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2)는 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)에 위치하되, 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)이 바텀 프레임(617) 내 바텀 홀(619)의 일부에 형성되는 홈(621)에 대응하여 위치 함에 따라, 지지 프레임의 단면적이 좁아져, 지지 프레임의 강성이 낮아짐으로써, 지지 프레임의 변형을 미세하게 센싱할 수 있다.
바텀 프레임(617)은 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609)의 하부에 위치하고, 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 제1 홀(605, 613)과 수직으로 위치하는 바텀 홀(619)과, 측면 프레임(601, 609) 내 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)에 대응하여, 바텀 홀(619)의 일부에 형성되는 홈(621)을 포함할 수 있다.
홈(621)에 대응하여 위치하는 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)은 단면적이 홈(621)의 면적 만큼 작아 짐에 따라, 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)의 강성이 낮아져 변형이 유연하게 됨으로써, 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)에 고정된 제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2)가 지지 프레임의 변형을 미세하게 센싱할 수 있게 한다.
힘 센싱 장치는 제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2)로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 힘 센싱 장치는 제1 그룹의 4개의 센싱부(603-1, 603-2, 611-1, 611-2)가 삽입된 제1 및 제2 측면 프레임 내 지지 프레임의 변형을 이용하여, 힘 센싱 장치 내 제1 및 제2 그래스퍼를 통해, 상기 물체에 가해지는 힘의 방향 및 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
구체적으로, 제1 그룹의 센싱부_#1(603-1) 및 제1 그룹의 센싱부_#2(603-2)에 의해, 제1 측면 프레임(601) 내 지지 프레임_#1(607-1) 및 지지 프레임_#2(607-2)가 각각 압축변형되고, 제1 그룹의 센싱부_#3(611-1) 및 제1 그룹의 센싱부_#4(611-2)에 의해, 제2 측면 프레임(609) 내 지지 프레임_#3(615-1) 및 지지 프레임_#4(615-2)가 각각 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 물체에 가해지는 수평 방향 예컨대, '-X축'에 관한 힘의 방향 및 압축변형(또는, 인장변형)에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있다.
반면, 지지 프레임_#1(607-1) 및 지지 프레임_#2(607-2)가 각각 인장변형되고, 지지 프레임_#3(615-1) 및 지지 프레임_#4(615-2)가 각각 압축변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 물체에 가해지는 수평 방향 예컨대, '+X축'에 관한 힘의 방향 및 압축변형(또는, 인장변형)에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있다.
제1 그룹의 센싱부_#2(603-2) 및 제1 그룹의 센싱부_#3(611-1)에 의해, 제1 측면 프레임(601) 내 지지 프레임_#2(607-2) 및 제2 측면 프레임(609) 내 지지 프레임_#3(615-1)이 각각 압축변형되고, 제1 그룹의 센싱부_#1(603-1) 및 제1 그룹의 센싱부_#4(611-2)에 의해, 제1 측면 프레임(601) 내 지지 프레임_#1(607-1) 및 제2 측면 프레임(609) 내 지지 프레임_#4(615-2)가 각각 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 물체에 가해지는 수평 방향 예컨대, '-Y축'에 관한 힘의 방향 및 압축변형(또는 인장변형)에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있다.
반면, 지지 프레임_#2(607-2) 및 지지 프레임_#3(615-1)이 각각 인장변형되고, 지지 프레임_#1(607-1) 및 지지 프레임_#4(615-2)이 각각 압축변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 물체에 가해지는 수평 방향 예컨대, '+Y축'에 관한 힘의 방향 및 압축변형(또는 인장변형)에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있다.
또한, 힘 센싱 장치는 예컨대, 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 모든 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)이 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 물체에 가해지는 수직 방향, 예컨대 '+Z축'에 관한 힘의 방향 및 인장변형에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있고, 제1 및 제2 측면 프레임(601, 609) 내 모든 지지 프레임(607-1, 607-2, 615-1, 615-2)이 압축변형되는 것으로 센싱되는 경우, 물체에 가해지는 수직 방향, 예컨대 '-Z축'에 관한 힘의 방향 및 압축변형에 비례하는 상기 힘의 세기를 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 힘 센싱 장치의 동작 방법을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 단계(701)에서, 힘 센싱 장치는 물체의 그립(grip)과 연관된 그립 신호를 입력 받고, 입력된 그립 신호에 기초하여, 제1 및 제2 그래스퍼(grasper)에 대한 피봇 각도를 조정할 수 있다.
단계(703)에서, 힘 센싱 장치는 물체의 변형과 연관된 변형 신호를 입력 받고, 입력된 변형 신호에 기초하여, 적어도 하나의 방향으로 바디 프레임을 변형시킬 수 있다. 여기서, 바디 프레임은 예컨대, 제1 측면 프레임(n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 포함) 및 제2 측면 프레임(n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임을 포함)을 포함할 수 있다.
단계(705)에서, 힘 센싱 장치는 상기 제1 및 제2 그래스퍼 또는 바디 프레임 내 지지 프레임 중 적어도 하나의 변형(예컨대, 인장변형 또는 압축변형)을 센싱할 수 있다.
힘 센싱 장치는 제1 및 제2 그래스퍼에 각각 포함되는 제2 그룹의 2개의 센싱부(예컨대, 광섬유 브래그 격자 또는 광섬유 스트레인 게이지)를 이용하여, 제1 및 제2 그래스퍼의 변형(예컨대, 압축변형, 인장변형)을 각각 센싱할 수 있다.
또한, 힘 센싱 장치는 제1 및 제2 측면 프레임 내 지지 프레임에 각각 위치하는 제1 그룹의 n개의 센싱부(예컨대, 광섬유 브래그 격자 또는 광섬유 스트레인 게이지)를 이용하여, n개의 지지 프레임 각각의 변형(예컨대, 압축변형, 인장변형)을 센싱할 수 있다.
단계(707)에서, 힘 센싱 장치는 센싱 결과(예컨대, 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터)를 이용하여, n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 전달되는 힘에 관한 정보(예컨대, 물체에 가해지는 힘에 관한 정보, 물체를 그립하는 힘에 관한 정보)를 획득하고, 획득한 정보를 디스플레이부를 통해 출력할 수 있다.
구체적으로, 힘 센싱 장치는 1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형 및 인장변형에 관한 상기 센싱 데이터를 이용하여, 상기 물체에 가해지는 상기 힘의 방향 및 상기 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
예컨대, 상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임(예컨대, 제1 측면 프레임 내 지지 프레임)은 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임(예컨대, 제2 측면 프레임 내 지지 프레임)은 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
또한, 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되거나, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
또한, 힘 센싱 장치는 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼 각각에 고정된 제2 그룹의 센싱부를 이용하여, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형 및 인장변형을 센싱하고, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형 및 인장변형을 이용하여 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 예컨대, 제2 그룹의 센싱부에 의해, 상기 제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 힘 센싱 장치는 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
200: 힘 센싱 장치
201: 그래스퍼
203: 구동축
205: 조정부
207: 바디 프레임
209: 프로세서
201: 그래스퍼
203: 구동축
205: 조정부
207: 바디 프레임
209: 프로세서
Claims (18)
- n(n은 자연수)개의 지지 프레임(supporting frame);
상기 n개의 지지 프레임 각각에 고정되고, 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제1 그룹의 n개의 센싱부;
제1 그래스퍼(grasper);
제2 그래스퍼;
상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼에 대한 피봇 각도(pivot angle)를 조정하는 조정부;
상기 제1 그래스퍼에 고정되고, 상기 제1 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제2 그룹의 제1 센싱부;
상기 제2 그래스퍼에 고정되고, 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 제2 그룹의 제2 센싱부; 및
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하고, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 이용하여, 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 프로세서
를 포함하고,
상기 제2 그룹의 제1 센싱부와 상기 제2 그룹의 제2 센싱부에 의해, 상기 제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 프로세서는 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단하는 힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형 및 인장변형에 관한 센싱 데이터를 이용하여, 상기 물체에 가해지는 상기 힘의 방향 및 상기 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임은 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임은 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우,
상기 프로세서는,
상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되거나, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우,
상기 프로세서는,
상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 n개의 지지 프레임의 하부에 위치하는 바텀(bottom) 프레임
을 더 포함하고,
상기 바텀 프레임은,
바텀 홀(hole); 및
홈(groove)을 포함하고,
상기 바텀 홀의 반경 방향은 상기 n개의 지지 프레임과 수직이고,
상기 홈은 상기 n개의 지지 프레임 각각에 대응하여, 상기 바텀 홀의 내측에 형성되는
힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 그룹의 센싱부는,
광섬유 브래그 격자(Optical Fiber Bragg Grating)
를 포함하는 힘 센싱 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 그룹의 제1 센싱부와 상기 제2 그룹의 제2 센싱부는,
광섬유 브래그 격자
를 포함하는 힘 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임을 포함하는 제1 측면 프레임과, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임을 포함하는 제2 측면 프레임에 걸쳐 있고, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼와 연결되는 구동축
을 더 포함하는 힘 센싱 장치. - n개의 지지 프레임 각각에 고정된 제1 그룹의 n개의 센싱부를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 단계;
제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 각각에 고정된 제2 그룹의 센싱부를 이용하여, 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 센싱하는 단계;
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 센싱 데이터를 이용하여, 상기 n개의 지지 프레임과 연관된 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계; 및
상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼의 압축변형(compressive strain) 및 인장변형(tensile strain)을 이용하여, 상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계
를 포함하고,
상기 n개의 지지 프레임은 상기 제1 그래스퍼 및 상기 제2 그래스퍼를 지지하도록 구성되고,
상기 물체의 그립 여부 및 상기 물체를 그립하는 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계는,
상기 제2 그룹의 센싱부에 의해, 상기 제1 그래스퍼 및 제2 그래스퍼 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 인장변형에 비례하는 힘의 세기로 상기 물체를 그립하는 상태로 판단하는 단계
를 포함하는 힘 센싱 장치의 동작 방법. - 제12항에 있어서,
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부로부터의 상기 n개의 지지 프레임 각각의 압축변형 및 인장변형에 관한 상기 센싱 데이터를 이용하여, 상기 물체에 가해지는 상기 힘의 방향 및 상기 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계
를 포함하는 힘 센싱 장치의 동작 방법. - 제12항에 있어서,
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 중 일부의 지지 프레임은 압축변형되고, 상기 일부의 지지 프레임을 제외한 나머지 지지 프레임은 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수평 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계
를 포함하는 힘 센싱 장치의 동작 방법. - 제12항에 있어서,
상기 물체에 가해지는 힘에 관한 정보를 획득하는 단계는,
상기 제1 그룹의 n개의 센싱부에 의해, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 압축변형되거나, 상기 n개의 지지 프레임 모두가 인장변형되는 것으로 센싱되는 경우, 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 방향 및 상기 물체에 가해지는 수직 방향에 관한 힘의 세기 중 적어도 하나를 획득하는 단계
를 포함하는 힘 센싱 장치의 동작 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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