KR102164186B1 - 오퍼레이터 작용을 구별하는 방식을 이용하는 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택 - Google Patents

오퍼레이터 작용을 구별하는 방식을 이용하는 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택 Download PDF

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Abstract

본 발명의 로봇 시스템은 복수의 사용자 선택가능 작동 모드를 가지고 있다. 상기 작동 모드 중의 하나를 선택하기 위해서, 사용자는 복수의 사용자 선택가능 작동 모드 중에서 원하는 작동 모드를 특유의 방법으로 식별하는 구별 작용을 수행한다. 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 방법은 상기 구별 작용을 식별하고 로봇 시스템을 사용자 선택 작동 모드에 둔다.

Description

오퍼레이터 작용을 구별하는 방식을 이용하는 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택{USER SELECTION OF ROBOTIC SYSTEM OPERATING MODES USING MODE DISTINGUISHING OPERATOR ACTIONS}
본 발명은 대체로 로봇 시스템에 관한 것이며 특히 오퍼레이터 작용을 구별하는 방식을 이용하는 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택에 관한 것이다.
로봇 시스템은 수 개의 사용자 선택가능 작동 모드를 가질 수 있다. 사용자가 작동 모드를 선택할 수 있는 한 가지 방법은 메뉴 방식의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통하는 것이다. 이러한 방식의 모드 선택은 매우 융통성이 있고 다수의 사용자 선택가능 작동 모드를 수용할 수 있지만, 사용자가 상기 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 상호작용을 하는데 시간이 많이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손이 입력 장치들을 조작하느라 바쁜 경우, 상기 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 상호작용하기 위해서 입력 장치들 중의 하나에서 손을 떼서 컴퓨터 마우스 또는 터치패드와 같은, 다른 입력 장치에 옮기는 것이 불편할 수 있다.
사용자가 수 개의 사용자 선택가능 작동 모드 중에서 한 가지 작동 모드를 선택할 수 있는 다른 방법은 음성 인식 시스템이 인식할 수 있는 음성 명령을 내리는 것이다. 이러한 방식은 비교적 신속하고 사용자의 손이 당시에 사용되고 있는 입력 장치에서 떨어질 필요가 없다는 점에서 여러가지 장점을 가진다. 그러나, 상기 방식은 음성 인식 시스템의 부가적인 비용을 지불해야 하고 사용자의 음성 명령을 잘못 인식하는 음성 인식 시스템으로부터 발생되는 가능한 에러를 감수해야 한다.
사용자가 수 개의 사용자 선택가능 작동 모드 중에서 한 가지 작동 모드를 선택할 수 있는 또 다른 방법은 푸트 페달을 작동시키는 것이다. 이 방식은 사용자가 당시에 사용되고 있는 입력 장치에서 손을 뗄 필요가 없다는 점에서 장점을 가진다. 그러나, 단지 몇 개가 아니라 그 보다 더 많은 수의 사용자 선택가능 작동 모드가 있는 경우에는, 작동 모드를 선택하는데 필요한 푸트 페달의 수가 실행 및 유용성의 관점에서 엄두도 못낼 정도로 많게 될 수 있다. 예를 들면, 네 개의 사용자 선택가능 작동 모드가 있고 각각의 푸트 페달이 상기 네 개의 사용자 선택가능 작동 모드 중의 단 하나와 연관되어 있는 경우에는, 네 개의 푸트 페달이 필요하다. 이러한 푸트 페달은 쉽게 닿을 수 있어야 하지만, 우발적인 페달밟기를 피하기 위해서 충분히 이격되어 있어야 하는 요건으로 인해, 이 방식은 실제로는 단 두 개 또는 세 개의 페달만이 사용될 수 있을 정도로 사용이 제한된다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시형태의 한 가지 목적은 사용자가 당시에 사용되고 있는 입력 장치로부터 손을 치우지 않고 작동 모드의 사용자 선택을 용이하게 하는 로봇 시스템 및 이 로봇 시스템으로 실행되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태의 다른 목적은 신뢰할 수 있는 방식으로 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택을 용이하게 하는 로봇 시스템 및 이 로봇 시스템으로 실행되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태의 다른 목적은 시기적절한 방식으로 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택을 용이하게 하는 로봇 시스템 및 이 로봇 시스템으로 실행되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태의 다른 목적은 비용 효율적인 방식으로 로봇 시스템 작동 모드의 사용자 선택을 용이하게 하는 로봇 시스템 및 이 로봇 시스템으로 실행되는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태의 또 다른 목적은 작동 모드를 선택하는데 사용되는 장치의 갯수와 로봇 시스템의 이용가능한 사용자 선택가능 작동 모드의 갯수 사이에 일대일 대응을 필요로 하지 않는 로봇 시스템 및 이 로봇 시스템으로 실행되는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적 및 부가적인 목적은 본 발명의 다양한 실시형태에 의해 달성되는데, 간단히 말하면, 한 실시형태는 복수의 작동 모드로 작동될 수 있는 로봇 시스템이다. 상기 로봇 시스템은 복수의 작동 모드의 각각에 사용되는 하나 이상의 입력 장치; 그리고 선택된 작동 모드를 구별하는 방식으로 하나 이상의 입력 장치가 조작되도록 결정하는 것에 의해서 복수의 작동 모드 중에서 한 가지 작동 모드를 선택하도록 구성된 프로세서를 포함하고 있다.
다른 실시형태는 로봇 시스템의 복수의 작동 모드 중의 하나를 선택하는 방법이다. 상기 방법은 선택된 작동 모드를 구별하는 방식으로 복수의 작동 모드의 각각에 사용되는 하나 이상의 입력 장치가 조작되도록 결정하는 것에 의해서 복수의 작동 모드 중에서 하나의 작동 모드를 선택하는 것을 포함하고 있다.
본 발명의 다양한 실시형태의 부가적인 목적, 특징 및 장점은 바람직한 실시례의 아래의 설명으로부터 명확하게 될 수 있고, 상기 설명은 첨부된 도면과 함께 고려되어야 한다.
도 1은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템을 사용하는 수술실의 평면도를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 있어서 엔트리 가이드로부터 뻗어 나온 관절연결식 기구를 가진 엔트리 가이드의 원위 단부(distal end)의 사시도를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 엔트리 가이드의 단면도를 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 있어서 로봇 암 조립체에 결합된 플랫폼에 장착된 관절연결식 기구 조립체의 사시도를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 사용될 수 있는 콘솔의 정면도를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 있어서 장치 매니퓰레이터를 제어하고 장치 매니퓰레이터를 한 쌍의 입력 장치에 선택적으로 결합시키는 구성요소들의 블록도를 나타내고 있다.
도 7은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 사용된, 왼쪽 입력 장치와 오른쪽 입력 장치용 기준 프레임 및 상기 왼쪽 입력 장치와 오른쪽 입력 장치의 사이에 정의된 설정점(set-point)을 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 사용된 원격 중심 기준 프레임 및 네 개의 자유도 운동과 함께 엔트리 가이드의 사시도를 나타내고 있다.
도 9는 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 로봇 시스템의 복수의 작동 모드 중의 하나를 선택하는 방법의 흐름도를 나타내고 있다.
도 10은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 로봇 시스템의 복수의 작동 모드 중의 하나를 선택하는 대체 방법의 흐름도를 나타내고 있다.
도 11은 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 로봇 시스템에 있어서 카메라 작동 모드를 위한 모드 구별 작용을 나타내는 디스플레이 스크린에 표시될 그래픽 표시를 나타내고 있다.
도 12는 본 발명의 여러 실시형태를 이용하는 로봇 시스템에 있어서 콤보 컨트롤 작동 모드를 위한 모드 구별 작용을 나타내는 디스플레이 스크린에 표시될 그래픽 표시를 나타내고 있다.
비록 본 명세서에는 로봇 시스템의 한 가지 예로서 의료용 로봇 시스템이 기술되어 있지만, 본 명세서에서 청구하는 본 발명의 다양한 실시형태는 상기와 같은 유형의 로봇 시스템으로 제한되는 것은 아니라는 점을 알아야 한다.
도 1은 환자("P")에 대해 의료 시술을 수행하기 위해 외과의사("S")가 의료용 로봇 시스템(100)을 사용하고 있는 수술실의 평면도를 나타내고 있다. 본 경의 의료용 로봇 시스템은 환자가 수술대(52)에 있는 동안 한 명 이상의 보조자("A")로부터 도움을 받아서 환자에 대해 최소 침습 진단 또는 최소 침습 수술을 수행하는 동안 외과의사가 사용하는 콘솔(51)을 포함하는 최소 침습 로봇 수술(MIRS:Minimally Invasive Robotic Surgical) 시스템이다.
복수의 관절연결식 기구가 엔트리 가이드(EG)(200)에 의해 한 개의 진입 구멍(61)을 통하여 환자 내부의 수술 부위로 삽입되어 있다. 상기 구멍(61)은 최소 침습 절개부 또는 신체 구멍(natural body orifice)일 수 있다. 엔트리 가이드(200)는 로봇 암 조립체(2514)(본 명세서에서 단순히 "로봇 암" 이라고도 칭함)에 의해 유지되고 조작되는 원통형 구조이다. 로봇 암(2514)은 셋업 암(setup arm)과 엔트리 가이드 매니퓰레이터를 포함하고 있다. 상기 셋업 암은 피벗점이 상기 구멍(61)에 있도록 엔트리 가이드(200)를 상기 구멍(61)에 위치시키는데 사용된다. 로봇 암(2514)의 원위 단부(distal end)에 플랫폼(2512)이 부착되어 있으며, 이 플랫폼에 각각의 기구가 엔트리 가이드(200)를 통하여 뻗을 수 있도록 기구 조립체(2516)가 장착되어 있다. 각각의 기구 조립체는 관절연결식 기구 및 관절연결식 기구의 기구 매니퓰레이터를 포함하고 있다.
도 2는, 한 가지 예로서, 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 나온 관절연결식 수술 공구 기구(231, 241)(본 명세서에서 단순히 "공구" 라고도 칭함) 및 관절연결식 스테레오 카메라 기구(211)(본 명세서에서 단순히 "카메라" 라고도 칭함)와 같은, 관절연결식 기구를 가진 엔트리 가이드(200)의 사시도를 나타내고 있다. 상기 카메라 기구(211)는 카메라 기구의 끝부분에 수용된 한 쌍의 입체 영상 포착 장치(311, 312) 및 광섬유 케이블(313)(광섬유 케이블의 근위 단부에서 광원에 결합되어 있음)를 가지고 있다. 상기 수술 공구(231, 241)는 엔드 이펙터(331, 341)를 가지고 있다. 비록 단 두 개의 수술 공구(231, 241)만 도시되어 있지만, 엔트리 가이드(200)는 환자의 수술 부위에서의 의료 시술을 수행하기 위해 필요한 만큼의 추가적인 공구를 가이드할 수 있다. 예를 들면, 도 3에서의 엔트리 가이드(200)의 단면도에 도시되어 있는 것과 같이, 통로(351)는 엔트리 가이드(200)를 통하여 그리고 엔트리 가이드의 원위 단부를 통하여 다른 관절연결식 수술 공구를 뻗어 나오게 하는데 이용할 수 있다. 통로(431)와 통로(441)는 각각 관절연결식 수술 공구 기구(231, 241)에 의해 사용되고, 통로(321)는 관절연결식 카메라 기구(211)용으로 사용된다.
각각의 관절연결식 기구는 복수의 작동가능한 조인트 및 이 조인트에 결합된 복수의 링크를 포함하고 있다. 한 가지 예로서, 제2 관절연결식 기구(241)는 제1 링크(322), 제2 링크(324) 및 제3 링크(326), 제1 조인트(323) 및 제2 조인트(325), 그리고 손목 조인트(327)를 포함하고 있다. 제1 링크(322)와 제3 링크(326)가 서로 평행하게 유지되어 있는 동안 제2 링크(324)가 제1 조인트(323)에 피칭운동(292)과 요잉운동(293)으로 피벗운동할 수 있도록 제1 조인트(323)는 제1 링크(322)와 제2 링크(324)를 결합시키고 제2 조인트(325)는 제2 링크(324)와 제3 링크(326)를 결합시킨다. 다른 공구 및 카메라 기구(231, 251, 211)가 유사하게 구성되고 작동될 수 있다.
도 4는, 한 가지 예로서, 로봇 암(2514)의 원위 단부에 있는 플랫폼(2512)에 장착된 관절연결식 기구 조립체(2516)를 나타내고 있다. 엔트리 가이드(200)가 (플랫폼(2512)과 함께) 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 의해 조작될 수 있도록 엔트리 가이드(200)가 플랫폼(2512)에 부착되어 있다. 각각의 관절연결식 기구 조립체는 관절연결식 기구 및 이 관절연결식 기구의 기구 매니퓰레이터를 포함하고 있다. 예를 들면, 예시적인 관절연결식 기구(2502a)가 이 관절연결식 기구의 조인트를 작동시키는 복수의 액추에이터를 포함하는 액추에이터 조립체(2504)에 장착되어 있다. 상기 관절연결식 기구(2502a)는 자신의 액추에이터 조립체(2504)를 지나서 뻗어 있으며 엔트리 가이드(200)로 들어가는 경통(2506)을 가지고 있다. 액추에이터 조립체(2504)는 경통(2506)의 엔트리 가이드(200)로의 삽입 및 엔트리 가이드(200)로부터의 후퇴를 제어하는 리니어 액추에이터(2510)(예를 들면, 서보 기구에 의해 제어되는 리드 스크루와 너트 또는 볼 스크루와 너트 조립체)에 장착되어 있다. 이 경우에 기구 매니퓰레이터(2520)는 액추에이터 조립체(2504) 및 리니어 액추에이터(2510)를 포함하고 있다. 상기 관절연결식 기구(2502a)가 관절연결식 수술 공구 기구(241)인 경우에, 경통(2506)의 원위 단부는 도 2에 도시된 제1 링크(322)이다. 제2 기구(2502b)는 도시된 것과 같이 유사한 메카니즘으로 장착되어 있다. 또한, 관절연결식 카메라 기구가 유사하게 장착될 수 있다.
도 5는, 한 가지 예로서, 콘솔(51)의 정면도를 나타내고 있다. 콘솔(51)은, 엔트리 가이드 및 관절연결식 기구와 같은, 관련 장치를 복수의 자유도("DOF")로 조작하기 위해서 사용자가 자신의 왼손과 오른손으로 각각 쥘 수 있는 왼쪽 입력 장치 및 오른쪽 입력 장치(41, 42)를 가지고 있다. 발끝 제어부(toe control) 및 발뒤꿈치 제어부(heel control)를 가진 푸트 페달(44, 48)이 콘솔(51)에 설치되어 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같은 제어 및 다른 목적을 위해서 프로세서(43)가 콘솔(51)에 제공되어 있다. 입체 카메라 기구(211)에 의해 포착되고 프로세서(43)에 의해 처리된 영상으로부터 얻어지는 표시된 입체 영상을 위해서 왼쪽 접안레즈(46)와 오른쪽 접안렌즈(47)를 가진 입체 영상 디스플레이(45)도 제공되어 있다. 입체 영상 디스플레이(45)에 표시되는 입체 화면은 카메라 기구(211)에 의해 포착된 영상과 일치하거나, 외과의사의 선호도를 수용하기 위한 목적 및/또는 외과의사에게 원격현장감(telepresence)을 제공을 하기 위한 목적을 위해서 디지털방식으로 변형된 화면으로 될 수 있다.
프로세서(43)는 상기 의료용 로봇 시스템으로 다양한 기능을 수행한다. 상기 프로세서가 수행하는 한 가지 중요한 기능은 외과의사가 상기 공구 기구(231, 241), 카메라 기구(211) 및 엔트리 가이드(200)와 같은, 장치를 효과적으로 조작할 수 있도록 각각의 조인트를 작동시키기 위해 각각의 해당 매니퓰레이터에 명령을 내리도록 입력 장치(41, 42)의 기계적인 운동을 버스(110)에 대한 제어 신호를 통하여 변형시키고 전달하는 것이다. 다른 기능은 다양한 방법을 수행하고 다양한 컨트롤러 및 본 명세서에 기술된 교차 결합형 제어 논리(cross-coupled control logic)를 실행하는 것이다.
비록 프로세서로 기재되어 있지만, 상기 프로세서(43)는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합 형태에 의해 실행될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 본 명세서에 기재되어 있는 것과 같은 프로세서의 기능은 한 개의 유닛에 의해 수행되거나 또는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합 형태에 의해 각각 실행될 수 있는 상이한 구성요소들 중에서 분할된 것에 의해수행될 수 있다. 또한, 비록 프로세서(43)가 콘솔(51)의 일부분인 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(43)는 상기 시스템의 전체에 분포된 다수의 하부 장치(subunit)를 포함할 수도 있다.
본 명세서에 참고문헌으로 포함되어 있는, 발명의 명칭이 "최소 침습 수술 시스템(Minimally Invasive Surgical System)"인 미국 특허출원 공개공보 제US 2008/0065108 Al호는, 상기 의료용 로봇 시스템(100)과 같은, 의료용 로봇 시스템에 관한 추가적인 상세한 내용을 제공한다.
상기 의료용 로봇 시스템(100)과 같은, 로봇 시스템은 복수의 작동 모드로 작동될 수 있다. 의료용 로봇 시스템(100)에 대한 수 개의 이러한 작동 모드는 도 6 내지 도 8과 관련하여 아래와 같이 기술되어 있고 로봇 시스템의 복수의 작동 모드 중에서 한 개의 작동 모드를 선택하는 방법의 예들이 도 9 내지 도 12와 관련하여 아래와 같이 기술되어 있다.
도 6은, 한 가지 예로서, 다양한 작동 모드에서 장치 매니퓰레이터(그리고 이 장치 매니퓰레이터의 각각의 장치)를 제어하고 입력 장치(41, 42)에 선택적으로 결합시키는 구성요소들의 블록도를 나타내고 있다. 환자 내부의 수술 부위에서 의료 시술을 수행하기 위해서 그래스퍼(grasper), 절단기(cutter) 및 바늘(needle)과 같은 수술 공구가 사용될 수 있다. 본 예에서는, 의료 시술을 로봇으로 수행하기 위해서 두 개의 수술 공구(231, 241)가 사용되고 상기 의료 시술을 관찰하기 위해서 카메라(211)가 사용된다. 수술 공구(231, 241) 및 카메라(211)는 엔트리 가이드(200)의 통로를 통하여 삽입된다. 도 1과 관련하여 기술되어 있는 것과 같이, 엔트리 가이드(200)는 로봇 암 조립체(2514)의 셋업부(setup portion)를 이용하여 진입 구멍(61)을 통하여 의료 시술이 수행될 수술 부위쪽으로 환자 내부로 삽입되고 로봇 암 조립체(2514)의 엔트리 가이드 매니퓰레이터(EGM)(202)에 의해 조작될 수 있다. 상기 장치(231, 241, 211, 200)는 각각 자신의 매니퓰레이터에 의해 조작된다. 특히, 카메라(211)는 카메라 매니퓰레이터(ECM)(212)에 의해 조작되고, 제1 수술 공구(231)는 제1 기구 매니퓰레이터(PSM1)(232)에 의해 조작되고, 제2 수술 공구(241)는 제2 기구 매니퓰레이터(PSM2)(242)에 의해 조작되고, 그리고 엔트리 가이드(200)는 엔트리 가이드 매니퓰레이터(EGM)(202)에 의해 조작된다.
상기 기구 매니퓰레이터(232, 242, 212)의 각각은 액추에이터를 가지고 있으며 움직임을 상기 기구 매니퓰레이터의 각각의 관절연결식 기구로 전달하는 기계적인 살균 인터페이스(mechanical, sterile interface)를 제공하는 기계적인 조립체이다. 각각의 상기 기구(231, 241, 211)의 각각은 자신의 매니퓰레이터로부터 움직임을 받아서, 유선 전송(cable transmission)에 의해, 이 움직임을 원위 관절부(distal articulation)(예를 들면, 조인트)로 전달하는 기계적인 조립체이다. 상기 조인트는 직진형(prismatic)(예를 들면, 선운동(linear motion)) 또는 회전형(예를 들면, 조인트가 기계적인 축에 대해 피벗운동하는 형태)으로 될 수 있다. 더욱이, 상기 기구는 복수의 조인트를 소정의 방식으로 함께 이동하게 하는 내부적인 기계적 제한(예를 들면, 케이블, 기어장치(gearing), 캠과 벨트, 등)을 가질 수 있다. 기계적으로 제한된 조인트의 각각의 세트는 운동의 특정 축(specific axis)을 제공하고, 회전형 조인트(예를 들면, 조글 조인트(joggle joint))들을 짝을 이루도록 하기 위해 제한이 마련될 수 있다. 이런 식으로 상기 기구가 이용가능한 액추에이터보다 많은 조인트를 가질 수 있다는 것도 주의해야 한다.
상기 입력 장치(41, 42)의 각각은 결합된 장치가 자신의 컨트롤러 및 매니퓰레이터를 통하여 상기 입력 장치에 의해 제어될 수 있도록 상기 장치(211, 231, 241, 200) 중의 하나와 선택적으로 결합될 수 있다. 오퍼레이터는 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같은 푸트 페달(44, 48) 중의 한 개 또는 두 개 그리고 본 명세서에 기술된 다른 구성요소 및 방법을 이용하여 이러한 선택을 수행할 수 있다. 각각의 이러한 선택을 위해서, 선택 입력이 생성되어 멀티플렉서(MUX)(280)로 제공되고, 상기 멀티플렉서는 바람직하게는 프로세서(43)에 의해 실행된다. 상기 선택 입력에 의해 제공된 값(다시 말해서, l과 0의 조합)에 따라, 상이한 조합의 크로스 스위칭(cross-switching)이 선택가능하다.
제1 예로서, MUX(280)로의 선택 입력에 대한 제1 값은 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42)를 "공구 추종(tool following)" 작동 모드에 배속시키고, 이 공구 추종 작동 모드에서는 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42)가 각각 제1 수술 공구(241)와 제2 수술 공구(231)와 결합되어 있다. 따라서, 이 작동 모드에서는, 엔트리 가이드(200)가 자신의 컨트롤러(203)에 의해 제자리에 약하게 고정되어(soft-locked) 있는 동안 환자의 수술 부위의 해부 구조에 대해 의료 시술을 수행하기 위해 입력 장치(41, 42)를 조작하는 외과의사에 의해 상기 수술 공구(231, 241)가 각각의 컨트롤러(243, 233) 및 매니퓰레이터(242, 232)를 통하여 원격로봇식으로(telerobotically) 제어된다. 카메라(211)도 자신의 컨트롤러(213)에 의해 제자리에 약하게 고정될 수 있거나, 대체 형태로서, 엔드 이펙터가 카메라(211)의 시야에서 벗어나지 않도록 카메라(211)가 수술 공구(231, 241)의 엔드 이펙터(331, 341)의 움직임을 자동적으로 추적하도록 이동할 수 있다. 이러한 구성에서는, MUX(280)가 입력 장치(41)의 출력 및 입력(251, 252)을 공구 컨트롤러(243)의 입력 및 출력(260, 261)에 각각 연결시키고; 그리고 입력 장치(42)의 출력 및 입력(253, 254)을 공구 컨트롤러(233)의 입력 및 출력(268, 269)에 각각 연결시키도록 크로스 스위칭한다. 이런 식으로, 상기 입력 장치(41, 42)가 공구(241, 231)의 움직임을 명령하고 각각의 공구 컨트롤러(243, 233)로부터 촉각 피드백을 수용할 수 있다.
카메라(211) 또는 엔트리 가이드(200)가 외과의사에 의해 위치가 옮겨져야 할 경우, 외과의사가 카메라(211) 또는 엔트리 가이드(200)를 각각의 컨트롤러(213 또는 203) 및 매니퓰레이터(212 또는 202)를 통하여 이동시킬 수 있도록 왼쪽 입력 장치와 오른쪽 입력 장치(41, 42) 중의 한 쪽 또는 양 쪽 모두가 카메라(211) 또는 엔트리 가이드(200)와 결합될 수 있다. 이 경우에, 수술 공구(231, 241) 중에서 분리된 것은 자신의 컨트롤러에 의해 엔트리 가이드(200)에 대해 제자리에 고정된다.
제2 예로서, MUX(280)로의 선택 입력에 대한 제2 값은 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42) 중의 하나를 한 손형(single-handed) 카메라 컨트롤 모드(본 명세서에서는 단순히 "카메라" 작동 모드라고 한다)에 배속시키고, 이 한 손형 카메라 컨트롤 모드에서는 상기 입력 장치가 카메라(211)와 결합되어 있다. 따라서, 이 모드에서는, 수술 공구(231, 241) 및 엔트리 가이드(200)가 자신들의 각각의 컨트롤러(233, 243, 203)에 의해 제자리에 약하게 고정되어 있는 동안 카메라(211)를 적절히 배치시키기 위해서 해당 입력 장치를 조작하는 외과의사에 의해 카메라 기구(211)가 자신의 컨트롤러(213) 및 매니퓰레이터(212)를 통하여 원격로봇식으로 제어된다. 이러한 구성에서는, 입력 장치(41)가 카메라(211)와 결합될 것으로 가정하면, MUX(280)가 입력 장치(41)의 출력 및 입력(251, 252)을 카메라 컨트롤러(213)의 입력 및 출력(262, 263)에 각각 연결시키도록 크로스 스위칭한다. 이런 식으로, 상기 입력 장치(41)가 관절연결식 카메라 기구(211)의 움직임을 명령하고 관절연결식 카메라 기구의 컨트롤러(213)로부터 촉각 피드백을 수용할 수 있다. 그 때 다른 입력 장치(42)가 다른 장치와 결합되거나 어떠한 다른 장치와도 결합되지 않을 수 있다. 후자의 경우에는, 입력 장치(42)가 사용되지 않고 바람직하게는 제자리에 고정될 수 있거나 또는 대체 형태로서 컴퓨터 마우스와 같이 특정 기능을 수행하기 위해서 사용될 수 있다.
제3 예로서, MUX(280)로의 선택 입력에 대한 제3 값은 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42)를 "양 손형(two-handed) 엔트리 가이드 위치결정 모드"(본 명세서에서는 단순히 "엔트리 가이드" 작동 모드라고 한다)에 배속시키고, 이 양 손형 엔트리 가이드 위치결정 모드에서는 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42)가 한 쌍의 입력 장치로서 엔트리 가이드(200)와 결합되어 있다. 따라서, 이 모드에서는, 수술 공구(231, 241) 및 카메라(211)가 자신들의 각각의 컨트롤러(233, 243, 213)에 의해 엔트리 가이드(200)에 대해 제자리에 약하게 고정되어 있는 동안 엔트리 가이드(200)를 적절히 배치시키기 위해서(다시 말해서, 위치 및 방향을 정하기 위해서) 상기 입력 장치(41, 42)를 조작하는 외과의사에 의해 엔트리 가이드(200)가 자신의 컨트롤러(203) 및 매니퓰레이터(202)를 통하여 원격로봇식으로 제어된다. 이 경우에, 상기 입력 장치(41, 42)는 엔트리 가이드(200)를 제어하기 위해서, 상기 입력 장치(41, 42)의 피벗점들 사이의 중간 지점이 카메라 기구(211)의 움직임을 제어하기 위해서 사용되는 "가상 핸들바(virtual handlebar)" 영상 참고식 제어 기술(image referenced control technique)과 같은 기술을 이용하여, 탠덤방식으로(in tandem) 사용될 수 있다. 이러한 구성에서는, MUX(280)가 입력 장치(41)의 출력 및 입력(251, 252)을 엔트리 가이드 컨트롤러(203)의 입력 및 출력(265, 266)에 각각 연결시키고; 그리고 입력 장치(42)의 출력 및 입력(253, 254)을 엔트리 가이드 컨트롤러(203)의 입력 및 출력(265, 266)에 각각 연결시키도록 크로스 스위칭한다. 엔트리 가이드 컨트롤러(203)는 아래에서 도 7 내지 도 8과 관련하여 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이 "엔트리 가이드" 작동 모드를 수행하기 위해서 상기 입력 장치(41, 42)로부터의 각각의 입력(251, 253)을 결합하는 논리회로(logic)를 포함하고 있다.
도 7은, 한 가지 예로서, 상기 입력 장치(41, 42)에 대한 이동가능한 기준 프레임을 나타내고 있다. 특히, 왼쪽-손 입력 장치(41)의 끝부분에 원점(702)을 가지는 직교좌표계(XLM, YLM, ZLM)는 왼쪽-손 입력 장치(41)와 관련된 제1 이동가능한 기준 프레임을 한정하고 오른쪽-손 입력 장치(42)의 끝부분에 원점(712)을 가지는 직각좌표계(XRM, YRM, ZRM)는 오른쪽-손 입력 장치(42)와 관련된 제2 이동가능한 기준 프레임을 한정한다. 이 경우에 있어서 각각의 입력 장치는 사용자가 손으로 쥐는 그리퍼(gripper)를 가지고 있다. 특히, 왼쪽-손 입력 장치(41)는 그리퍼(701)를 가지고 있고 오른쪽-손 입력 장치(42)는 그리퍼(710)를 가지고 있다. 상기한 바와 같이 "공구 추종" 작동 모드 및 "카메라" 작동 모드와 같은 단일 장치 작동에서는, 상기 그리퍼의 이동이 고정된 기준 프레임에 대해 상기 입력 장치의 끝부분 기준 프레임의 이동을 초래하고 그리고 엔트리 가이드(200)의 피벗점에 대해 관련된 장치의 상응하는 이동을 초래한다. 이 경우에 있어서 고정된 기준 프레임은 x축과 y축은 입체 영상의 평면에 있고 z 축은 상기 입체 영상의 깊이에 대응하는 상태로 콘솔(51)의 입체 영상 디스플레이(45)에 있도록 한정된다.
도 8은 단순화된(일정한 비율은 아님) 엔트리 가이드(200)의 사시도를 나타내고 있다. 엔트리 가이드(200)는 형상이 대체로 원통형이며 그 길이를 따라 중심으로 뻗은 길이방향의 축 X'을 가지고 있다. 엔트리 가이드(200)의 원격 중심(RC)이라고도 하는 피벗점은, 도시된 바와 같이 X축, Y축 및 Z축을 가지는 고정된 기준 프레임과 도시된 바와 같이 X'축, Y'축 및 Z'축을 가지는 엔트리 가이드 기준 프레임의 양자에 대해 원점으로서의 역할을 한다. 상기한 바와 같이, 로봇 암(2514)의 셋업 암은 엔트리 가이드(200)의 원격 중심이 환자의 진입 구멍(61)에 있도록 엔트리 가이드(200)를 유지하고 위치시킨다.
상기 의료용 로봇 시스템(100)이 "엔트리 가이드" 작동 모드에 있을 때, 상기 입력 장치(41, 42)는 엔트리 가이드(200)의 움직임을 명령하기 위해 외과의사에 의해 지정된 방식으로 이동되게 된다. 특히, 엔트리 가이드(200)(및 그 당시에 엔트리 가이드 내에 배치된 관절연결식 기구)가 원격 중심(RC)에서 Z축(이 축은 공간에서 고정된 상태로 유지된다)에 대해서 요잉운동(yaw) 방향 ψ으로 피벗운동될 필요가 있을 때, 외과의사는 양 입력 장치(41, 42)의 양 그리퍼를 동일한 방향으로 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동시키는데, 상기 방향에 따라 엔트리 가이드(200)가 회전하게 된다(예를 들어, 왼쪽으로 이동되면 시계방향으로 오른쪽으로 이동되면 반시계방향으로 회전하게 된다). 엔트리 가이드(200)(및 그 당시에 엔트리 가이드 내에 배치된 관절연결식 기구)가 Y'축(이 축은 엔트리 가이드(200)의 길이방향의 축 X'에 대해 수직이다)에 대해서 피칭운동(pitch) 방향 θ으로 피벗운동될 필요가 있을 때, 외과의사는 양 그리퍼(701, 710)가 위쪽으로 이동될 때 엔트리 가이드의 원위 단부(200)가 아래쪽으로 피칭운동하고 양 그리퍼(701, 710)가 아래쪽으로 이동될 때 엔트리 가이드의 원위 단부(200)가 위쪽으로 피칭운동하도록 양 입력 장치(41, 42)의 그리퍼를 동일한 방향으로 위쪽 또는 아래쪽으로 이동시킨다. 엔트리 가이드(200)(및 그 당시에 엔트리 가이드 내에 배치된 관절연결식 기구)가 자신의 길이방향의 축 X'에 대해서 롤링운동(roll) 방향 Φ으로 피벗운동될 필요가 있을 때, 외과의사는 한 입력 장치의 그리퍼는 위쪽으로 이동시키고 다른 입력 장치의 그리퍼는 아래쪽으로 이동시켜서 상기 그리퍼들이 상기 입력 장치(41, 42)의 이동가능한 기준 프레임의 원점(702)과 원점(712) 사이의 중간에 있는 피벗점(720)에 대해서 피벗운동한다. 마지막으로, 엔트리 가이드(200)가 자신의 길이방향의 축 X'을 따라서 삽입/후퇴 방향 또는 인/아웃 "I/O" 방향으로 직선으로 이동될 필요가 있을 때, 외과의사는 양 그리퍼가 전방으로 이동할 때 엔트리 가이드(200)가 삽입 방향으로 전방으로 이동하고 양 그리퍼가 후방으로 이동할 때 엔트리 가이드(200)가 후퇴 방향으로 후방으로 이동하도록 양 입력 장치(41, 42)의 그리퍼를 동일한 방향으로 전방 또는 후방으로 이동시킨다.
상기한 세 개의 작동 모드에 부가하여, MUX(280)로의 선택 입력에 대한 제4 값은 왼쪽 입력 장치(41)와 오른쪽 입력 장치(42)를 제4 작동 모드(본 명세서에서는 "콤보 컨트롤" 작동 모드라고 한다)에 배속시키고, 이 제4 작동 모드에서는 엔트리 가이드(200)가 "엔트리 가이드" 작동 모드와 관련하여 상기한 바와 같이 탠덤방식으로(in tandem) 이동하는 상기 입력 장치(41, 42)에 의해서 이동된다. 그러나, 이 모드에서는, 상기 기구(231, 241)의 엔드 이펙터(331, 341)는 각각의 컨트롤러(233, 243)에 의해 제자리에 고정되어 있다(다시 말해서, 지구 기준 프레임(world reference frame)에서 동일한 위치와 방향에 유지되어 있다). 이를 위해서, 기구 컨트롤러(233, 243)는 자신의 각각의 기구 매니퓰레이터(232, 242)에 명령하여 각각의 관절 조인트(예를 들면, 상기 기구(241)의 관절 조인트(323, 325, 327))를 적절한 방식으로 작동시켜서 엔트리 가이드(200)가 이동할 때 상기와 같이 엔드 이펙터(331, 341)를 제자리에 고정시키는 것에 협조한다. "엔트리 가이드" 작동 모드에서와 같이, 카메라 컨트롤러(213)는 엔트리 가이드(200)가 새로운 방향으로 향할 때 카메라(211)의 영상 포착 단부가 새로운 방향으로 향할 수 있도록 카메라 매니퓰레이터(212)에 명령하여 카메라(211)의 작동가능한 조인트를 제자리에 약하게 고정시킨다. 이러한 구성에서는, MUX(280)가 입력 장치(41)의 출력 및 입력(251, 252)을 엔트리 가이드 컨트롤러(203)의 입력 및 출력(265, 266)에 각각 연결시키고; 그리고 입력 장치(42)의 출력 및 입력(253, 254)을 엔트리 가이드 컨트롤러(203)의 입력 및 출력(265, 266)에 각각 연결시키도록 크로스 스위칭한다. 엔트리 가이드 컨트롤러(203)는 "엔트리 가이드" 작동 모드를 수행하기 위해서 상기 입력 장치(41, 42)로부터의 각각의 입력(251, 253)을 결합하는 논리회로(logic)를 포함하고 있다. 엔트리 가이드 컨트롤러(203)와 기구 컨트롤러(243, 233)의 사이에 결합된 제어 논리회로는 기구 컨트롤러(243, 233)에 명령하여 기구 컨트롤러(243, 233)의 각각의 기구 매니퓰레이터(232, 242)가 각각의 관절 조인트를 적절한 방식으로 작동시키도록 명령하여 엔트리 가이드(200)가 이동할 때 엔드 이펙터(331, 341)를 제자리에 고정시키는 것에 협조한다.
본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "결합된 컨트롤 모드를 가진 의료용 로봇 시스템(Medical Robotic System with Coupled Control Modes)" 인 미국 특허출원공개공보 제2010/0274087 Al호는, 상기 의료용 로봇 시스템(100)과 같은 의료용 로봇 시스템에 있어서 결합된 컨트롤 모드에 대한 부가적인 상세한 내용을 제공한다.
도 9는 로봇 시스템의 작동 모드를 선택하기 위한, 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 방법의 흐름도를 나타내고 있다. 블록 801에서는, 로봇 시스템이 현재의 작동 모드에 있다. 한 가지 예로서, 이 현재의 작동 모드는 환자의 해부 구조에 대해 의료 시술을 수행하기 위해서 사용된 "공구 추종" 작동 모드와 같은, 로봇 시스템의 통상적인 작동 모드가 될 수 있다.
블록 802에서, 상기 방법은 콘솔(51)의 오른쪽 푸트 페달(44)과 같은 모드 스위치(mode switch)가 활성화 상태로 되었는지 여부를 결정하는데, 이 경우에는, 외과의사가 발로 상기 푸트 페달을 밟을 때 모드 스위치가 활성화 상태로 된다. 모드 스위치의 다른 예는 상기 입력 장치(41, 42)에 대한 누를수 있는 버튼, 및 음성 인식 시스템에 대한 음성 명령을 포함한다. 블록 802에서의 결정이 NO이면, 상기 방법은 블록 801로 되돌아가고 로봇 시스템을 현재의 작동 모드에 유지시킨다. 한편, 블록 802에서의 결정이 YES이면, 블록 803에서, 상기 방법은 로봇 시스템을, "콤보 컨트롤" 작동 모드와 같은, 제1 작동 모드(본 명세서에서는 디폴트 작동 모드라고 한다)로 배속시킨다. 디폴트 작동 모드(default operating mode)는 바람직하게는 당시에 선택할 수 있는 사용자 선택가능 작동 모드 중에서 가장 흔하게 선택되는 작동 모드이다. 이 작동 모드를 디폴트 작동 모드로 만드는 것에 의해서, 대개 상기 로봇 시스템은 더 이상의 프로세싱 지연(processing delay)없이 원하는 작동 모드로 작동된다.
블록 804에서, 상기 방법은 콘솔(51)의 손으로 조작할 수 있는(hand-manipulatable) 입력 장치(41, 42)와 같은 하나 이상의 입력 장치를 조작하는 상기 시스템 사용자에 의해 취해진 몇 가지 작용을 검출할 때까지 기다린다. 어떤 작용이 취해진 것을 검출하는 즉시, 상기 방법은 상기 작용이 "카메라" 작동 모드와 같은 제2 작동 모드의 구별 작용인지 여부를 결정한다. 이 "구별 작용" 이라는 용어는 당시에 다른 여러 작동 모드(이것은 로봇 시스템이 현재 작동 중인 작동 모드를 포함한다)가 고려중인 것이 아니라 유일하게 그 작동 모드를 식별하는 작용을 의미한다. 특히, 이 구별 작용은, 선택되는 작동 모드에서는 사용되지만, 그 당시에 선택할 수 있는 다른 작동 모드 중의 어떠한 작동 모드에서도 사용되지 않는 상기 입력 장치(41, 42)의 하나 또는 양자 모두에 대해 상기 시스템 사용자에 의해 수행된 조작 작용이다. "카메라" 작동 모드와 "콤보 컨트롤" 작동 모드만이 당시에 선택할 수 있는 작동 모드인 경우에, "카메라" 작동 모드와 "콤보 컨트롤" 작동 모드에 대한 구별 작용의 예가 도 11 및 도 12에 각각 도시되어 있다. 블록 804에서의 결정이 YES인 경우, 블록 805에서, 상기 방법은 로봇 시스템을 제2 작동 모드에 배속시킨다. 한편, 블록 804에서의 결정이 NO인 경우에는, 상기 방법은 블록 802로 되돌아간다.
제2 작동 모드에서 작동하고 있는 동안, 블록 806에서, 상기 방법은 모드 스위치가 여전히 활성화 상태에 있는지 여부를 결정한다. 블록 806에서의 결정이 NO이면, 상기 방법은 블록 802로 되돌아간다. 한편, 블록 806에서의 결정이 YES이면, 블록 807에서, 상기 방법은 콘솔(51)의 손으로 조작할 수 있는 입력 장치(41, 42)와 같은 하나 이상의 입력 장치를 조작하는 상기 시스템 사용자에 의해 취해진 몇 가지 작용을 검출할 때까지 기다린다. 어떤 작용이 취해진 것을 검출하는 즉시, 상기 방법은 상기 작용이 제3 작동 모드의 구별 작용인지 여부를 결정한다. 블록 807에서의 결정이 YES이면, 상기 방법은 로봇 시스템을 제3 작동 모드에 배속시킨다. 한편, 블록 807에서의 결정이 NO이면, 상기 방법은 로봇 시스템을 제2 작동 모드에 유지시키기 위해 블록 805로 되돌아 간다. 제3 작동 모드에서 작동하고 있는 동안, 블록 809에서, 상기 방법은 모드 스위치가 여전히 활성화 상태에 있는지 여부를 결정한다. 블록 809에서의 결정이 NO이면, 상기 방법은 블록 802로 되돌아간다. 한편, 블록 809에서의 결정이 YES이면, 상기 방법은 로봇 시스템을 제3 작동 모드에 유지시키기 위해 블록 808로 되돌아 간다.
상기한 방법에서, 이전의 작동 모드로 되돌아가기 위해서는, 원하는 작동 모드로 진행하기 전에 상기 방법이 블록 802로 완전히 되돌아갈 수 있도록 모드 스위치가 누름해제되거나 비활성화되어야 한다는 것을 유의해야 한다. 예를 들면, 로봇 시스템이 제3 작동 모드에서 작동하고 있고 상기 시스템 사용자는 제2 작동 모드로 되돌아가기를 원하는 경우, 상기 방법이 블록 802로 되돌아가도록 상기 시스템 사용자는 먼저 모드 스위치를 누름해제하여야 한다. 그 다음에 상기 시스템 사용자는 모드 스위치를 다시 활성화 상태로 만들고 블록 804와 관련하여 기술한 것과 같이 제2 작동 모드를 구별하는 작용을 수행하여야 한다.
도 10은, 한 가지 예로서, 로봇 시스템의 작동 모드를 선택하기 위한, 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 대체 방법의 흐름도를 나타내고 있다. 이 대체 방법은 도 9의 방법을 변형시켜서 블록 802로 완전히 되돌아갈 필요없이 이전의 작동 모드로 되돌아가는 것을 용이하게 한다. 이 방법에서는, 아래의 내용을 제외하면 블록 801 내지 블록 809은 도 9와 관련하여 기술된 것과 대체로 동일한 방식으로 수행된다.
첫 번째 예외로서, 블록 807에서의 결정이 NO이면, 블록 805로 직접 되돌아가는 대신에, 블록 911에서, 상기 방법은 콘솔(51)의 손으로 조작할 수 있는 입력 장치(41, 42)와 같은 하나 이상의 입력 장치를 조작하는 상기 시스템 사용자에 의해 취해진 몇 가지 작용을 검출할 때까지 기다린다. 어떤 작용이 취해진 것을 검출하는 즉시, 상기 방법은 상기 작용이 제1 작동 모드의 구별 작용인지 여부를 결정한다. 블록 911에서의 결정이 YES이면, 상기 방법은 블록 803으로 되돌아가고 로봇 시스템을 제1 작동 모드에 배속시킨다. 한편, 블록 911에서의 결정이 NO이면, 로봇 시스템을 제2 작동 모드에 유지시키기 위해서 상기 방법은 블록 805로 되돌아간다.
두 번째 예외로서, 블록 809에서의 결정이 YES이면, 블록 808로 직접 되돌아가는 대신에, 블록 912에서, 상기 방법은 콘솔(51)의 손으로 조작할 수 있는 입력 장치(41, 42)와 같은 하나 이상의 입력 장치를 조작하는 상기 시스템 사용자에 의해 취해진 몇 가지 작용을 검출할 때까지 기다린다. 어떤 작용이 취해진 것을 검출하는 즉시, 상기 방법은 상기 작용이 제2 작동 모드의 구별 작용인지 여부를 결정한다. 블록 912에서의 결정이 YES이면, 상기 방법은 블록 805로 되돌아가고 로봇 시스템을 제2 작동 모드에 배속시킨다. 한편, 블록 912에서의 결정이 NO이면, 상기 방법은 블록 914로 진행한다. 블록 914에서, 상기 방법은 상기 작용이 제1 작동 모드의 구별 작용인지 여부를 결정한다. 블록 914에서의 결정이 YES이면, 상기 방법은 블록 803으로 되돌아가고 로봇 시스템을 제1 작동 모드에 배속시킨다. 한편, 블록 914에서의 결정이 NO이면, 로봇 시스템을 제3 작동 모드에 유지시키기 위해서 상기 방법은 블록 808로 되돌아간다.
도 9와 관련하여 기술된 방법의 경우에서와 같이, 언제라도 모드 스위치가 비활성화되었다는 것(다시 말해서, 모드 스위치가 더 이상 활성화 상태에 있지 않는 것)이 결정되면, 상기 방법은 블록 802로 되돌아간다. 블록 802, 블록 806, 그리고 블록 809에서 행해진 결정에 대한 대안으로서, 모드 스위치의 누름해제 또는 비활성화는 상기 방법의 처리를 도 9 및 도 10에서의 블록 801에 대응하는 처리 단계(processing point)로 자동적으로 되돌려주는 시스템 인터럽트(system interrupt)로서 작용할 수 있다.
"콤보 컨트롤" 작동 모드나 "카메라" 작동 모드가 상기한 방법에서 디폴트 작동 모드일 때, 이들 양 작동 모드에 있어서 수술 공구(231, 241)의 엔드 이펙터(331, 341)가 자신의 각각의 컨트롤러에 의해 제자리에 유지되어 있기 때문에, 상기 시스템 사용자에 의한 하나 이상의 입력 장치의 의도하지 않은 움직임이 수술 공구(231, 241)의 엔드 이펙터(331, 341)의 예기치않은 이동을 초래하지 않을 것이라는 점을 지적하는 것은 주목할만 하다. 따라서, 수술 부위에 있는 대상과 부딪치는 엔드 이펙터(331, 341)의 의도하지 않은 움직임은 이들 두 작동 모드에서는 관심 사항이 아니다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시례의 설명에서는, 상기 시스템 사용자가 어떤 사용자 선택가능 작동 모드를 선택할 수 있는지와 이용가능한 사용자 선택가능 작동 모드의 각각에 대해 적어도 하나의 구별 작용을 알고 있는 것으로 가정하였다. 그러나, 실제로는, 모든 상기 시스템 사용자가 이러한 지식을 가지고 있지 않을 수 있다. 심지어 경험이 많은 사용자들도 그들의 집중력이 로봇 시스템을 이용하여 수술을 시행하는데 초점이 맞추어져 있는 동안 이러한 정보를 쉽게 기억해내지 못할 수 있다. 따라서, 상기 프로세서(43)는 바람직하게는 도 9 및 도 10과 관련하여 기술된 상기 방법과 함께 로봇 시스템에 대한 작동 모드를 선택하는데 있어서 상기 시스템 사용자를 도와주기 위해서 디스플레이(45)에 상기와 같은 정보의 그래픽 표시를 제공하도록 구성되어 있다.
도 9 및 도 10과 관련하여 기술된 상기 방법은 바람직하게는 작동 모드의 의도하지 않은 선택을 초래하는 상기 시스템 사용자에 의한 하나 이상의 입력 장치의 의도하지 않은 움직임을 방지하기 위해서 블록 804, 블록 807, 블록 911, 블록 912 및 블록 914에서 수행된 각각의 결정에 종래의 임계 레벨(threshold level) 및/또는 로우패스필터를 이용한다. 상기 블록에서 행해진 결정에 임계 레벨이 포함되면, 상기 방법은 바람직하게는, 사용자가 구별 작용을 수행하기 위해서 하나 이상의 입력 장치를 이동시킬 때, 상기 블록에서 취해진 작용의 일부로서, 감각 피드백을 사용자에게 제공한다. 이런 식으로, 사용자는 자신이 임계 레벨에 얼마나 근접해 있는지를 안다. 상기 감각 피드백은 콘솔(51)의 스테레오 디스플레이(45)에 대한 시각 피드백, 콘솔(51)의 스테레오 스피커(411, 412)에 대한 청각 피드백, 그리고 콘솔(51)의 상기 입력 장치(41, 42)에 대한 촉각 피드백 중의 어느 하나 또는 이들의 조합 형태를 취할 수 있다. 한 가지 예로서, 상기 입력 장치(41, 42)에 대해 촉각 피드백이 제공되는 경우, 상기 피드백은 하나 이상의 입력 장치(41, 42)의 조작이 임계 레벨에 접근함에 따라 세기(intensity)를 증가시킬 수 있다. 다른 예로서, 스테레오 스피커(411, 412)에 대해 청각 피드백이 제공되는 경우, 하나 이상의 입력 장치(41, 42)의 조작이 임계 레벨에 접근함에 따라 스테레오 음향(stereo sound)이 사용자에게 가까워지는 것처럼 또는 단순히 커지는 것처럼 제공될 수 있다.
도 11 및 도 12는, 본 명세서에 기술된 방법과 함께 상기 시스템 사용자가 작동 모드를 선택하는 것을 도와주기 위해서, 의료용 로봇 시스템(100)의 입체 영상 디스플레이(45)와 같은, 로봇 시스템의 디스플레이 스크린에 제공될 수 있는 그래픽 정보의 예를 나타내고 있다. 비록 별개의 그림으로 도시되어 있지만, 어떤 작동 모드를 사용자가 선택할 수 있는지를 사용자가 알도록 사용자가 선택할 수 있는 모든 작동 모드가 입체 영상 디스플레이(45)에 함께 나타내어지는 것이 바람직하다.
특히, 도 11은 오른쪽 입력 장치(42)의 오른쪽 그리퍼(710)의 그림(710')과 사용자 선택가능 작동 모드가 "카메라" 작동 모드와 "콤보 컨트롤" 작동 모드로 이루어지는 경우 "카메라" 작동 모드에 대한 구별 작용을 수행하기 위해서 오른쪽 그리퍼(710)가 어떻게 이동될 수 있는지를 나타내는 그래픽 표시(1300)를 나타내고 있다. 이 예에서, "카메라" 작동 모드에 대한 구별 작용은 오른쪽 그리퍼(710)의 축(XRM)에 대한 회전이고, 이것은 "콤보 컨트롤" 작동 모드에서는 수행되지 않는 작용이므로, "카메라" 작동 모드를 "콤보 컨트롤" 모드와 구별되게 한다.
비록 도 11에는 오른쪽 그리퍼가 도시되어 있지만, 상기 시스템 사용자는 실제로 왼쪽 그리퍼나 오른쪽 그리퍼에 대해 구별 작용을 실행할 수 있다. 한 가지 실시례에서는, 오른쪽 그리퍼(710)의 회전에 의해 오른쪽 입력 장치(42)가 카메라 움직임의 제어와 관련되고, 왼쪽 그리퍼(701)의 회전에 의해 왼쪽 입력 장치(41)가 카메라 움직임의 제어와 관련된다. 다른 실시례에서는, 오른쪽 그리퍼나 왼쪽 그리퍼의 회전에 의해 사전 선택된 입력 장치가 카메라 움직임의 제어와 관련된다. 이 경우에 있어서 사전 선택은, 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface) 또는 본 명세서에 기술되어 있거나 로봇 시스템에 통상적으로 사용되는 임의의 다른 사용자/시스템 상호작용 수단과 상호작용하는 상기 시스템 사용자에 의해 수행될 수 있다.
도 12는 왼쪽 입력 장치 및 오른쪽 입력 장치(41, 42)의 그리퍼(701, 710)의 그림(701', 710')과 사용자 선택가능 작동 모드가 "카메라" 작동 모드와 "콤보 컨트롤" 작동 모드로 이루어지는 경우 "콤보 컨트롤" 작동 모드에 대한 구별 작용을 수행하기 위해서 상기 입력 장치(41, 42)의 그리퍼(701, 710)가 어떻게 이동될 수 있는지를 나타내는 그래픽 표시(1400, 1500)를 나타내고 있다. 이 예에서, "콤보 컨트롤" 작동 모드에 대한 구별 작용은 양 그리퍼(701, 710)의 위쪽 방향으로의 이동이고, 이것은, 예를 들면, "카메라" 작동 모드에서는 수행되지 않는 작용이므로, "콤보 컨트롤" 작동 모드를 "카메라" 작동 모드와 구별되게 한다.
도 11의 그래픽 표시(1300)는 임계값을 나타내는 표적(1302) 및 사용자의 하나 이상의 입력 장치의 조작이 상기 임계값으로부터 얼마나 근접하거나 가까운지를 나타내는 화살표(1301)를 포함하고 있다. 마찬가지로, 도 12의 그래픽 표시(1400, 1500)는 임계값을 나타내는 표적(1402, 1502) 및 사용자의 하나 이상의 입력 장치의 조작이 상기 임계값으로부터 얼마나 근접해 있는지를 나타내는 화살표(1401, 1501)를 포함하고 있다. 상기 도면에 표시된 화살표는 임계값에 도달된 것을 나타내고 있지만, 이 화살표들은 특징적인 작용을 나타내는 움직임이 맨 먼저 결정되는 시점 및 이러한 움직임이 도 9 및 도 10의 블록 804, 블록 807, 블록 911, 블록 912, 및 블록 914에서의 각각의 작동 모드에 대해 결정된 것과 같은 임계값에 도달하는 시점으로부터 점차적으로 길어진다는 것을 알아야 한다.
도 11 및 도 12에 도시된 구별 작용은 표시된 작동 모드로 들어가기 위해서 상기 시스템 사용자가 취할 수 있는 제안된 작용을 나타내거나 표시된 작동 모드로 들어가기 위해서 상기 시스템 사용자가 취할 수 있는 유일한 작용을 나타낼 수 있다. 전자의 경우에는, 상기 시스템이 표시된 작동 모드로 들어가기 위해 (당시에 선택할 수 있는 모든 사용자 선택가능 작동 모드에 대해) 임의의 구별 작용에 대해 응답하도록 프로그램되어 있다. 이러한 선택은 사용자가 선택할 수 있는 작동 모드에 대한 적절한 구별 작용에 대해 잘 아는 경험이 많은 상기 시스템 사용자에게 적합할 수 있다. 후자의 경우에는, 상기 시스템이 표시된 작동 모드로 들어가는 당시에 입체 영상 디스플레이(45)에 표시된 구별 작용에 대해서만 응답하도록 프로그램되어 있다. 이러한 선택은 어떤 작용이 이용가능한 작동 모드에 대한 구별 작용으로 고려될 수 있는지에 대한 지식이 없는 경험이 부족한 시스템 사용자에게 적합할 수 있고 따라서 예기치 않게 의도하지 않은 작동 모드로 들어가는 것에 놀랄 수 있다.
작동 모드를 선택하기 위한 구별 작용은 이용가능한 작동 모드의 상이한 조합에 대해서 상이하게 될 수 있다는 것을 주의해야 한다. 도 11 및 도 12의 예에서는, 이용가능한 작동 모드가 "카메라" 작동 모드와 "콤보 컨트롤" 작동 모드이다. 하지만, 상기 이용가능한 작동 모드가 "공구 추종(tool following)" 작동 모드와 "카메라" 작동 모드만을 포함하였다면, "카메라" 작동 모드에 대해 표시된 작용이 "공구 추종" 작동 모드에서 취해질 수 있는 작용과 구별되지 않을 수 있다. 이 경우에, "공구" 추종 작동 모드가 도 9 및 도 10의 블록 801에 표시된 현재의 작동 모드로서 최초로 설정될 수 있고, "카메라" 작동 모드에 대한 스위치가 도 9 및 도 10과 관련하여 기술되어 있는 것과 같은 모드 스위치를 필요로 할 수 있다. 대체 형태로서, "카메라" 작동 모드가 도 9 및 도 10의 블록 803에서의 디폴트 작동 모드로 되도록 선택되었다면, "공구 추종" 모드에 대한 구별 작용은 입력 장치(41, 42)의 그리퍼(701, 710)를 쥐는 것이 될 수 있고, 이것은 "카메라" 작동 모드, "콤보 컨트롤" 작동 모드, 또는 "엔트리 가이드" 작동 모드에서 취해지지 않는 작용이다
본 발명의 다양한 실시형태가 바람직한 실시례에 대해서 기술되어 있지만, 본 발명은 첨부된 청구항의 전체 범위 내에서 완전한 보호를 받을 수 있다는 것을 알게 될 것이다.

Claims (15)

  1. 로봇 시스템으로서,
    적어도 하나의 입력 장치;
    엔트리 가이드에 결합될 수 있는 엔트리 가이드 매니퓰레이터;
    관절연결식 카메라 기구에 결합될 수 있고, 상기 관절연결식 카메라 기구의 근위부가 상기 엔트리 가이드 내에 배치되어 있을 때 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부가 상기 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 나올 수 있는, 카메라 매니퓰레이터;
    제1 관절연결식 공구 기구에 결합될 수 있고, 제1 관절연결식 공구 기구의 근위부가 상기 엔트리 가이드 내에 배치되어 있을 때 제1 관절연결식 공구 기구의 작용 단부가 상기 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 나올 수 있는, 제1 공구 매니퓰레이터; 그리고
    제1 관절연결식 공구 기구의 관절을 자동적으로 조정함으로써 제1 관절연결식 공구 기구의 작용 단부의 자세를 고정된 기준 프레임에 대해 유지시키면서, 상기 엔트리 가이드의 원위 단부와 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부의 방향을 바꾸기 위해서 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여 상기 엔트리 가이드를 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 피벗점에 대하여 피벗운동시키는 제어 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단이
    상기 적어도 하나의 입력 장치 및 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 작동가능하게 결합될 수 있고, 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여 상기 엔트리 가이드를 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 이동시키는 엔트리 가이드 컨트롤러;
    제1 공구 컨트롤러로서, 제1 공구 매니퓰레이터에 명령하여 제1 관절연결식 공구 기구의 조인트를 제1 공구 컨트롤러로의 입력에 대응하여 이동시키는 제1 공구 컨트롤러; 그리고
    상기 엔트리 가이드를 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키도록 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터가 명령을 받고 있는 동안 제1 관절연결식 공구 기구의 관절을 조정하기 위해서 제1 관절연결식 공구 기구의 조인트를 이동시킴으로써 상기 고정된 기준 프레임에 대해 제1 관절연결식 공구 기구의 작용 단부의 자세를 자동적으로 유지시키기 위해서 제1 공구 컨트롤러에 입력을 제공하는 제1 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 관절연결식 공구 기구에 결합될 수 있고, 제2 관절연결식 공구 기구의 근위부가 상기 엔트리 가이드 내에 배치되어 있을 때 제2 관절연결식 공구 기구의 작용 단부가 상기 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 나올 수 있는, 제2 공구 매니퓰레이터를 더 포함하고 있고,
    상기 제어 수단이
    제2 공구 컨트롤러로서, 제2 공구 매니퓰레이터에 명령하여 제2 관절연결식 공구 기구의 조인트를 제2 공구 컨트롤러로의 입력에 대응하여 이동시키는 제2 공구 컨트롤러; 그리고
    상기 엔트리 가이드를 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키도록 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터가 명령을 받고 있는 동안 제2 관절연결식 공구 기구의 관절을 조정하기 위해서 제2 관절연결식 공구 기구의 조인트를 이동시킴으로써 상기 고정된 기준 프레임에 대해 제2 관절연결식 공구 기구의 작용 단부의 자세를 자동적으로 유지시키기 위해서 제2 공구 컨트롤러에 입력을 제공하는 제2 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단이
    카메라 기구 컨트롤러로서, 상기 카메라 매니퓰레이터에 명령하여 상기 관절연결식 카메라 기구의 조인트를 카메라 기구 컨트롤러로의 입력에 대응하여 이동시키는 카메라 기구 컨트롤러; 그리고
    상기 엔트리 가이드의 원위 단부와 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부의 방향을 바꾸기 위해서 상기 엔트리 가이드를 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키도록 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터가 명령을 받고 있는 동안 상기 관절연결식 카메라 기구의 조인트를 제자리에 자동적으로 고정시키기 위해서 상기 카메라 기구 컨트롤러에 입력을 제공하는 제3 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 입력 장치가 한 쌍의 입력 장치를 포함하고;
    상기 엔트리 가이드가 상기 엔트리 가이드의 길이를 따라서 뻗어 있는 중심축, 상기 중심축과 직교하는 제1 축, 그리고 상기 중심축과 직교하고 또한 제1 축과 직교하는 제2 축을 가지고 있고;
    제1 축, 제2 축, 그리고 상기 중심축이 상기 피벗점에서 교차하고; 그리고
    상기 제어 수단이 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 앞쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 뒤쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 제1 축에 대하여 피벗운동시키고,
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 오른쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 왼쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 제2 축에 대하여 피벗운동시키고, 그리고
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 위쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 아래쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 상기 중심축에 대하여 피벗운동시킴으로써,
    상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    오퍼레이터가 미리 정한 방식으로 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나는 조작하지만, 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나는 조작하지 않는 것에 대응하여 상기 로봇 시스템의 작동 모드를 현재 모드에서 다른 모드로 스위칭하는 모드 스위칭 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    디스플레이; 그리고
    상기 로봇 시스템의 작동 모드를 스위칭하기 위해서 오퍼레이터가 미리 정한 방식으로 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나는 조작해야 하지만, 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나는 조작하지 않아야 하는 방법을 오퍼레이터에게 보여 주는 그래픽 표시를 상기 디스플레이에 나타내는 그래픽 표시 수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 입력 장치가 제1 입력 장치와 제2 입력 장치 중의 적어도 하나를 포함하고 있고;
    제1 입력 장치가 오퍼레이터의 제1 손에 의해서 움직일 수 있고 제2 입력 장치가 오퍼레이터의 제2 손에 의해서 움직일 수 있어서, 제1 입력장치와 제2 입력 장치가 오퍼레이터에 의해서 결합된 복수의 자유도로 움직일 수 있고;
    상기 엔트리 가이드가 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 의해서 제1 복수의 자유도로 움직일 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 부분을 이용함으로써 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 의해서 제1 복수의 자유도로 상기 엔트리 가이드의 움직임을 명령하는 제1 작동 모드에서 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터는 상기 적어도 하나의 입력 장치에 작동가능하게 결합되어 있고, 제1 입력장치와 제2 입력 장치의 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 비사용 자유도는 제1 부분에 포함되지 않고;
    제1 관절연결식 공구 기구가 제1 공구 매니퓰레이터에 의해서 제2 복수의 자유도로 움직일 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제2 부분을 이용함으로써 제1 공구 매니퓰레이터에 의해서 제2 복수의 자유도로 제1 관절연결식 공구 기구의 움직임을 명령하는 제2 작동 모드에서 제1 공구 매니퓰레이터는 제1 입력 장치에만 작동가능하게 결합될 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 비사용 자유도는 제2 부분에 포함되고; 그리고
    상기 로봇 시스템이, 상기 적어도 하나의 입력 장치가 제1 비사용 자유도를 이용하여 오퍼레이터에 의해서 움직였다는 것을 결정하는 즉시, 상기 적어도 하나의 입력 장치를 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터로부터 작동가능하게 분리시키고 제1 입력 장치를 제1 공구 매니퓰레이터에 작동가능하게 결합시킴으로써 상기 로봇 시스템의 작동 모드를 제1 작동 모드에서 제2 작동 모드로 스위칭하는 모드 스위칭 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스플레이; 그리고
    상기 엔트리 가이드가 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 상기 제어 수단에 의해서 상기 피벗점에 대하여 피벗운동하고 있는 동안 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부에 의해서 포착된 영상을 상기 디스플레이에 나타내는 영상 표시 수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  10. 로봇 시스템으로 구현되는 방법으로서,
    관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부와 제1 관절연결식 공구 기구의 작용 단부가 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 있는 동안, 상기 엔트리 가이드의 원위 단부와 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부의 방향을 바꾸기 위해서, 엔트리 가이드 컨트롤러가 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여 상기 엔트리 가이드를 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 피벗점에 대하여 피벗운동시키는 과정; 그리고
    상기 엔트리 가이드 컨트롤러가 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키도록 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하는 동안, 제1 공구 컨트롤러가 제1 공구 매니퓰레이터에 명령하여 제1 관절연결식 공구 기구의 관절을 자동적으로 조정함으로써 제1 관절연결식 공구 기구의 작용 단부의 자세를 고정된 기준 프레임에 대해 유지시키는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제2 관절연결식 공구 기구의 작용 단부가 상기 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 뻗어 나오고 있고 상기 엔트리 가이드 컨트롤러가 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에 대하여 피벗운동시키도록 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하는 동안, 제2 공구 컨트롤러가 제2 공구 매니퓰레이터에 명령하여 제2 관절연결식 공구 기구의 관절을 자동적으로 조정함으로써 제2 관절연결식 공구 기구의 작용 단부의 자세를 상기 고정된 기준 프레임에 대해 유지시키는 과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 엔트리 가이드가 상기 적어도 하나의 입력 장치의 움직임에 대응하여 상기 피벗점에 대하여 피벗운동하고 있는 동안, 상기 관절연결식 카메라 기구의 영상 포착 단부가 상기 엔트리 가이드의 원위 단부와 함께 방향이 바뀌도록 카메라 기구 컨트롤러가 카메라 기구 매니퓰레이터에 명령하여 상기 관절연결식 카메라 기구의 조인트를 제자리에 고정시키는 과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 입력 장치가 한 쌍의 입력 장치를 포함하고;
    상기 엔트리 가이드가 상기 엔트리 가이드의 길이를 따라서 뻗어 있는 중심축, 상기 중심축과 직교하는 제1 축, 그리고 상기 중심축과 직교하고 또한 제1 축과 직교하는 제2 축을 가지고 있고;
    제1 축, 제2 축, 그리고 상기 중심축이 상기 피벗점에서 교차하고; 그리고
    상기 엔트리 가이드 컨트롤러가 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 명령하여
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 앞쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 뒤쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 제1 축에 대하여 피벗운동시키고,
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 오른쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 왼쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 제2 축에 대하여 피벗운동시키고, 그리고
    오퍼레이터가 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나를 위쪽 방향으로 이동시키고 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나를 아래쪽 방향으로 이동시키는 것에 대응하여 상기 엔트리 가이드를 상기 피벗점에서 상기 중심축에 대하여 피벗운동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    오퍼레이터가 미리 정한 방식으로 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 하나는 조작하지만, 상기 한 쌍의 입력 장치 중의 다른 하나는 조작하지 않는 것에 대응하여 프로세서가 로봇 시스템의 작동 모드를 현재 모드에서 다른 모드로 스위칭하는 과정을 더 포함하고, 상기 로봇 시스템은 적어도 상기 엔트리 가이드 컨트롤러, 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터, 제1 공구 컨트롤러, 그리고 제1 공구 매니퓰레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 로봇 시스템이 적어도 상기 엔트리 가이드 컨트롤러, 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터, 제1 공구 컨트롤러, 그리고 제1 공구 매니퓰레이터를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 입력 장치가 제1 입력 장치와 제2 입력 장치 중의 적어도 하나를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 입력 장치가 제1 입력 장치와 제2 입력 장치 중의 적어도 하나를 포함하고 있고;
    제1 입력 장치가 오퍼레이터의 제1 손에 의해서 움직일 수 있고 제2 입력 장치가 오퍼레이터의 제2 손에 의해서 움직일 수 있어서, 제1 입력장치와 제2 입력 장치가 오퍼레이터에 의해서 결합된 복수의 자유도로 움직일 수 있고;
    상기 엔트리 가이드가 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 의해서 제1 복수의 자유도로 움직일 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 부분을 이용함으로써 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터에 의해서 제1 복수의 자유도로 상기 엔트리 가이드의 움직임을 명령하는 상기 로봇 시스템의 제1 작동 모드에서 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터는 상기 적어도 하나의 입력 장치에 작동가능하게 결합되어 있고, 제1 입력장치와 제2 입력 장치의 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 비사용 자유도는 제1 부분에 포함되지 않고;
    제1 관절연결식 공구 기구가 제1 공구 매니퓰레이터에 의해서 제2 복수의 자유도로 움직일 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제2 부분을 이용함으로써 제1 공구 매니퓰레이터에 의해서 제2 복수의 자유도로 제1 관절연결식 공구 기구의 움직임을 명령하는 상기 로봇 시스템의 제2 작동 모드에서 제1 공구 매니퓰레이터는 제1 입력 장치에만 작동가능하게 결합될 수 있고, 상기 결합된 복수의 자유도 중의 제1 비사용 자유도는 제2 부분에 포함되고; 그리고
    상기 방법이, 상기 적어도 하나의 입력 장치가 제1 비사용 자유도를 이용하여 오퍼레이터에 의해서 움직였다는 것을 결정하는 즉시, 상기 적어도 하나의 입력 장치를 상기 엔트리 가이드 매니퓰레이터로부터 작동가능하게 분리시키고 제1 입력 장치를 제1 공구 매니퓰레이터에 작동가능하게 결합시킴으로써 프로세서가 상기 로봇 시스템의 작동 모드를 제1 작동 모드에서 제2 작동 모드로 스위칭하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템으로 구현되는 방법.

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