KR102218243B1 - 소프트웨어 구성가능한 매니퓰레이터 자유도 - Google Patents

Abstract

로봇 시스템의 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 방법, 장치 및 시스템. 방법에 따라, 제1 복수의 센서 신호가 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 제1 맵핑을 통해 복수의 커넥터 입력 엘리먼트로부터 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신된다. 이러한 커넥터 입력 엘리먼트는 한 번에 오직 하나의 매니퓰레이터 어셈블리에 결합하도록 동작가능하다. 그다음, 수신된 제1 센서 신호는 조인트 제어기에 의해 처리되어 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어한다. 제2 복수의 센서 신호가 제1 맵핑과 상이한 제2 맵핑을 통해 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 커넥터 입력 엘리먼트로부터 수신된다. 그다음, 수신된 제2 센선 신호는 조인트 제어기에 의해 처리되어 제1 매니퓰레이터 어셈블리와 상이한 제2 매니퓰레이터 어셈블리를 제어한다.

Description

소프트웨어 구성가능한 매니퓰레이터 자유도{SOFTWARE CONFIGURABLE MANIPULATOR DEGREES OF FREEDOM}

본 발명은 일반적으로 향상된 수술 및/또는 로봇 장치, 시스템 및 방법을 제공한다.

최소 침습 의료 기술은 진단 또는 수술 절차 동안 손상되는 외부 조직의 양을 줄여서 환자 회복 시간, 불편, 및 해로운 부작용을 줄이는 것을 목표로 한다. 수백만의 수술이 미국에서 매년 시행된다. 이러한 수술의 다수는 잠재적으로 최소 침습 방식으로 수행될 수 있다. 그러나, 현재, 최소 침습 수술 도구 및 기술 및 이들을 마스터하는데 필요한 추가 수술 훈련의 제약으로 인해 비교적 적은 양의 수술만이 이러한 기술을 사용하고 있다.

수술에 사용되기 위한 최소 침습 원격수술 시스템은 원격 위치로부터 환자에게 수술을 행할 수 있는 것은 물론 의사의 기술을 증가시키도록 개발되고 있다. 원격수술은 손에 의해 도구를 직접 잡고 이동시키지 않고 수술 도구 이동을 조작하기 위해 임의의 원격 제어, 예를 들어, 서보메커니즘등의 형태를 의사가 사용하는 수술 시스템의 일반적인 용어이다. 이러한 원격수술 시스템에서, 의사에게는 원격 위치에서 수술 부위의 이미지가 제공된다. 보통 적절한 뷰어 또는 디스플레이에서 수술 부위의 3차원 이미지를 볼 때, 의사는 로봇 도구의 운동을 제어하는 마스터 제어 입력 장치를 조작함으로써 환자에게 시술을 행한다. 로봇 수술 도구는 작고, 최소 침습 수술 개구를 통해 삽입되어 환자 내의 수술 부위에서 조직을 처리할 수 있는데, 이러한 개구는 보통 개복술과 연관된 트라우마를 유발한다. 이러한 로봇 시스템은 자주, 예를 들어, 최소 침습 개구에서 도구의 샤프트를 회전시키고, 이러한 개구를 통해 축방향으로 샤프트를 미끄럼운동시키고, 상기 개구 안에서 샤프트를 회전시킴으로써 신속한 복잡한 수술 업무를 수행하도록 충분한 기술에 의해 수술 도구의 작업 단부를 이동시킬 수 있다.

원격수술에 사용되는 서보메커니즘은 자주 2개의 마스터 제어기(의사의 손의 각각에 대한 하나씩)로부터 입력을 받을 것이고 2개 이상의 로봇 암 또는 매니퓰레이터를 포함할 수 있다. 촬상 장치에 의해 표시되는 로봇 도구의 이미지로 손 이동을 맵핑함으로써 각각의 손과 연관된 도구에 대한 정확한 제어를 의사에게 제공하도록 도울 수 있다. 많은 수술 로봇 시스템에서, 하나 이상의 추가 로봇 매니퓰레이터 암이 내시경 또는 다른 촬상 장치, 추가 수술 도구등을 이동시키기 위해 포함되어 있다.

다양한 구조적 배치가 로봇 수술 동안 수술 부위에서 수술 도구를 지지하도록 사용될 수 있다. 작동된 링크 또는 "슬레이브"는 자주 로봇 수술 매니퓰레이터로 부르고, 최소 침습 로봇 수술 동안 로봇 수술 매니퓰레이터로서 사용되기 위한 링크 배치의 예가 여기에 언급되어 전체가 통합된 "Commanded Reconfiguration of a Surgical Manipulator Using the Null Space" 표제의 2012년 6월 1일 출원된 미국 가출원 번호 61/654,764, 및 미국 특허 번호 6,758,843; 6,246,200; 및 5,800,423에 기술되어 있다. 이러한 링크는 자주, 샤프트를 갖는 도구를 잡도록 평행사변형 배치를 사용한다. 이러한 매니퓰레이터 구조는 도구의 이동을 제한할 수 있어서 도구 샤프트는 강성 샤프트의 길이를 따라 공간 위치된 구형 회전의 원격 중심에 대해 회전한다. (예를 들어, 복강경 수술 동안 복벽에서 투관침 또는 캐뉼라에 의해) 이러한 회전의 중심을 내부 수술 부위로의 절개점과 정렬시킴으로써, 수술 도구의 엔드 이펙터(end effector)는 복벽에 대한 위험한 힘을 주지 않고 매니퓰레이터 링크를 사용하여 샤프트의 인접 단부를 이동시킴으로써 안전히 위치결정될 수 있다. 대안의 매니퓰레이터 구조가 예를 들어, 여기에 언급되어 전체가 통합된, 미국 특허 번호 7,594,912, 6,702,805; 6,676,669; 5,855,583; 5,808,665; 5,445,166; 및 5,184,601에 기술되어 있다.

새로운 로봇 수술 시스템 및 장치가 매우 효율적이고 유익한 것으로 증명되었지만, 아직 추가 향상이 필요하다. 일부 경우에, 매니퓰레이터(예를 들어, 로봇 암)에 접속된 도구(예를 들어, 수술 도구)를 포함할 수 있는 매니퓰레이터 어셈블리의 일부 또는 모두를 변경하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 예를 들어, 원격 중심에 대한 이동을 제한하기 위해 소프트웨어 제어를 사용하는 대안의 매니퓰레이터 구조로 원격 중심에 대한 이동을 구조적으로 제한하는 평행사변형 배치로부터 로봇 암을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어, 클램핑 조를 구비한 것으로부터 내시경을 구비한 것으로 매니퓰레이터에 접속된 도구를 변경시키는 바람직할 수 있다.

임의의 경우에, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리는 자주 상이한 수의 자유도, 상이한 타입의 자유도등과 같은 상이한 특성을 가질 것이다. 이에 따라, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 동일한 제어기는 사용될 수 없고, 예를 들어, 각각의 특정 도구 및/또는 매니퓰레이터에 맞추어진, 조인트 공간에서 계산을 수행하는 상이한 제어기가 사용되어야 한다. 상이한 제어기를 사용하면, 복잡도의 레이어가 추가되어 시스템이 에러에 보다 더 취약해지고, 새로운 매니퓰레이터 및/또는 도구를 기존의 시스템과 함께 사용하는 것이 상당히 제한될 수 있다. 새로운 도구와의 시스템 호환성을 제공하는 일부 기술이 여기에 언급되어 전체가 통합된, "Tool Memory-Based Software Upgrades for Robotic Surgery" 표제의, 2008년 5월 2일 출원된 미국 출원 번호 12/114,082 (미국 특허 번호 7,983,793)에 설명된 바와 같이 개시되어 있지만, 추가 향상이 여전히 요구된다.

이러한 이유 및 다른 이유로 인해, 수술, 로봇 수루 및 다른 로봇 적용을 위한 향상된 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이 유리하다. 특히, 이러한 향상된 기술이 시스템 복잡도 및 비용을 낮게 유지하면서 에러가 없는 방식으로 상이한 타입의 매니퓰레이터 및/또는 도구 사이에서 용이하게 전환하는 기능을 제공한다면 유익할 것이다.

본 발명은 일반적으로 향상된 로봇 및/또는 수술 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 로봇 시스템의 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 제1 복수의 센서 신호를 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신하는 단계로서, 상기 제1 복수의 센서 신호는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 상태를 나타내고, 상기 제1 복수의 센서 신호는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 제1 맵핑을 통해 복수의 커넥터 입력 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 복수의 커넥터 입력 엘리먼트는 한 번에 오직 하나의 매니퓰레이터 어셈블리에 결합하도록 동작가능한 단계를 포함하는 다양한 동작을 포함하고 있다. 상기 방법은 또한 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 상기 수신된 제1 복수의 센서 신호를 조인트 제어기에 의해 처리하는 단계; 및 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 상태를 나타내는 제2 복수의 센서 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 복수의 센서 신호는 상기 제1 맵핑과 상이한, 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 제2 맵핑을 통해 상기 커넥터 입력 엘리먼트로부터 수신되는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 상기 수신된 제2 복수의 센서 신호를 상기 조인트 제어기에 의해 처리하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에 따라, 로봇 시스템의 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 다른 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 제1 조인트 공간 출력 신호를 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신하는 단계로서, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 적어도 하나의 자유도에 상응하고, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 제1 맵핑을 통해 수신되는 단계를 포함하는 다양한 동작을 포함하고 있다. 상기 방법은 또한 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위해 상기 수신된 제1 조인트 공간 출력 신호를 작업 공간 제어기에 의해 처리하는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법은 또한 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 제2 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 제1 조절기 어셈블리와 상이한 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 적어도 하나의 자유도에 상응하고, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 제1 맵핑과 상이한, 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 제2 맵핑을 통해 수신되는 단계를 더 포함하고 있다. 상기 방법은 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위해 상기 수신된 제2 조인트 공간 출력 신호를 상기 작업 공간 제어기에 의해 처리하는 단계를 더 포함하고 있다.

다른 실시예에 따라, 환자에게 수술을 행하는 원격수술 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 지지 구조부의 커넥터에서, 복수의 자유도를 각각 갖는 복수의 상이한 매니퓰레이터를 수용하기 위한 지지 구조부를 포함하고 있다. 상기 시스템은 또한, 상기 지지 구조부에 결합되어 있고 복수의 맵을 포함하는 제어기로서, 각각의 맵은 상기 매니퓰레이터중 하나로부터 조인트 공간 레이어 및 작업 공간 레이어의 적어도 하나로 신호를 맵핑하도록 구성되어 있고, 상기 복수의 맵은 서로 상이한 제어기를 포함하고 있다.

다른 실시예에 따라, 환자의 개구를 통해 수술을 행하기 위한 원격수술 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 복수의 수술 도구의 상태를 제어하기 위한 제어기와 같은 다양한 요소를 포함하고 있다. 상기 시스템은 또한, 상기 제어기에 결합된 복수의 매니퓰레이터를 포함하고, 각각의 매니퓰레이터는 기계 인터페이스 및 전기 인터페이스를 포함하고, 상기 기계 인터페이스는 상기 매니퓰레이터를 수술 도구에 기계적으로 결합시키도록 동작가능하고, 상기 전기 인터페이스는 상기 제어기와, 상기 매니퓰레이터에 접속된 수술 도구 사이에서 정보를 전송하도록 동작가능하다. 각각의 매니퓰레이터는 상기 기계 인터페이스를 통해 복수의 상이한 수술 도구에 결합하도록 동작가능하고, 상기 전기 인터페이스는 각각의 수술 도구에 대해 상이할 수 있다.

본 발명의 특성 및 장점을 보다 더 잘 이해하기 위해 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명을 통해 이해될 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템의 오버헤드 도면이다.
도 1b는 도 1a의 로봇 수술 시스템을 도표로 도시하고 있다.
도 2는 도 1a의 수술 콘솔의 사시도이다.
도 3은 도 1a의 전자장치 카트의 사시도이다.
도 4는 각각 수술 기구를 지지하는 복수의 매니퓰레이터 암을 갖는 환자측 카트의 사시도이다.
도 5는 실시예에 따른 매니퓰레이터 암의 사시도이다.
도 6a는 실시예에 따른 대향 클램핑 조(jaw)를 갖는 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 수술 도구의 사시도이다.
도 6b는 실시예에 따른 팔목 내시경을 도시하고 있다.
도 6c는 실시예에 따른 흡입 포트를 구비한 오버튜브의 말단부의 사시도이다.
도 6d는 실시예에 따른 논-팔목 내시경을 도시하고 있다.
도 7a는 실시예에 따른 마스터 제어 입력 장치의 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 입력 장치의 짐벌 또는 팔목의 사시도이다.
도 7c는 도 7a의 입력 장치의 관절식 암의 사시도이다.
도 8a는 제1 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리 및 지지 구조부를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다.
도 8b는 제2 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리 및 지지 구조부를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다.
도 8c는 제3 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리 및 지지 구조부를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다.
도 9a는 제1 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트 및 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 9b는 제2 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트 및 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 9c는 실시예에 따른 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 11a는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도의 제1 세트의 그룹핑을 도시하는 도면이다.
도 11b는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도의 제2 세트의 그룹핑을 도시하는 도면이다.
도 12a는 실시예에 따른 커넥터/조인트 공간 맵을 도시하는 도면이다.
도 12b는 실시예에 따른 조인트 공간/작업 공간 맵을 도시하는 도면이다.
도 13a는 제1 매니퓰레이터 암에 결합된 이미징 장치 및 제2 매니퓰레이터 암에 결합된 수술 도구를 포함하는 환자측 카트를 도시하는 도면이다.
도 13b는 제2 매니퓰레이터 암에 결합된 이미징 장치 및 제1 매니퓰레이터 암에 결합된 수술 도구를 포함하는 환자측 카트를 도시하는 도면이다.
도 14는 동일한 매니퓰레이터 암에 접속된 다수의 가능한 도구로부터의 하나를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작을 도시하는 도면이다.
도 14a는 시스템 사용자에 의해 조작되는 입력 장치와 시스템 사용자에게 표시되는 촬상 장치에 의해 이미지화되는 수술 도구의 이동 사이의 상응관계를 유지하도록 이미징 장치가 제1 매니퓰레이터 암으로부터 제거되고 제2 매니퓰레이터 암에 결합될 때 사용될 수 있는 일련의 동작을 도시하는 도면이다.
도 14b 및 도 14c는 도구 스와프 이전과 이후의 도구 팁을 도시하고, 연관된 변화를 수술 기구를 제어하기 위해 카메라 기준 좌표계에 개략적으로 표시하는 도면이다.
도 15는 실시예에 따른 도구를 위한 맵핑을 얻기 위한 일련의 동작을 도시하는 도면이다.
도 16a는 하나의 실시예에 따라 획득 맵핑을 사용하여 도구를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작을 도시하는 도면이다.
도 16b는 다른 실시예에 따라 획득 맵핑을 사용하여 도구를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작을 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 향상된 기술을 제공한다. 일부 실시예는 복수의 수술 도구 또는 기구가 시술 동안 연관된 복수의 로봇 매니퓰레이터에 의해 장착되고 이동되는 수술 로봇 시스템과 함께 사용할 때 특히 유익하다. 이러한 로봇 시스템은 자주, 마스터-슬레이브 제어기로서 구성된 프로세서를 포함하는 원격 로봇, 원격 수술, 및/또는 텔레프레전스 시스템을 포함할 것이다. 상이한 로봇 암 및/또는 수술 도구와 같은 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 적절히 구성된 프로세스를 채용하는 로봇 시스템을 제공함으로써, 시술을 실행하는데 있어 로봇 시스템의 융통성이 상당히 증가될 수 있다.

여기에 기술된 로봇 매니퓰레이터 어셈블리는 자주, 로봇 매니퓰레이터 및 그 위에 장착된 도구를 포함할 것이지만(도구는 자주 수술 버전으로 수술 기구를 포함하고 있다), 용어 "로봇 어셈블리"는 또한 도구가 위에 장착되지 않은 매니퓰레이터를 포함할 것이다. 용어 "도구"는 범용 또는 산업용 로봇 도구 및 전문가용 로봇 수술 기구 모두를 포함하는데, 이러한 후자측 구조부는 자주, 조직, 조직의 처리, 조직의 영상화등에 적절한 엔드 이펙터를 포함하고 있다. 이러한 도구/매니퓰레이터 인터페이스는 자주, 도구의 신속한 제거 및 대안의 도구에 의한 신속한 대체를 가능하게 하는 신속 분리 도구 홀더 또는 커플링일 것이다. 매니퓰레이터 어셈블리는 자주 로봇 시술의 적어도 일부 동안 공간에 고정된 베이스를 가질 것이고, 매니퓰레이터 어셈블리는 이러한 베이스와 도구의 엔드 이펙터 사이의 다수의 자유도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 매니퓰레이터 어셈블리는 매니퓰레이터에 접속된 도구의 운동 자유도는 물론 매니퓰레이터의 운동 자유도를 포함할 수 있다. 이러한 것들의 조합은 여기에서 "매니퓰레이터 자유도"로서 부를 수 있고, 보통 조인트 공간에서 정의된다. (그립 장치의 조의 개방 또는 닫음, 전자수술 패드의 동력화, 진공을 위한 기압의 작동등과 같은) 엔드 이펙터의 작동은 이러한 매니퓰레이터 어셈블리 자유도로부터 분리되어 추가될 것이다. 이런 것들은 여기에서 "작동 자유도"로 부른다.

이러한 엔드 이펙터(또는, 보다 일반적으로, 하술된 바와 같이, 제어 프레임)는 보통 2개와 6개 사이의 자유도를 갖는 작업 공간에서 이동할 것이지만, 2개 보다 적거나 6개 보다 많은 자유도를 갖는 작업 공간에서 이동할 수 있다. 엔드 이펙터의 자유도(또는 보다 일반적으로, 제어 프레임의 자유도)는 여기에서 "엔드 이펙터 자유도"로 부를 수 있고, 보통 (하술되는 바와 같은) 카테시안 작업 공간에서 정의된다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "포지션"은 위치(예를 들어, x,y,z 좌표) 및 배향(예를 들어, 피치, 요(yaw), 롤(roll)) 모두를 포함하고 있다. 그래서, 엔드 이펙터(예를 들어)의 포지션의 변화는 엔드 이펙터의 제1 위치로부터 제2 위치로의 병진(translation), 엔드 이펙터의 제1 배향으로부터 제2 배향으로의 회전, 또는 양측의 조합을 포함할 수 있다. 최소침습 로봇 수술에 사용될 때, 매니퓰레이터 어셈블리의 이동은 시스템의 하나 이상의 프로세서에 의해 제어되어 도구 또는 기구의 샤프트 또는 중간부는 최소침습 수술 접근 사이트 또는 다른 개구를 통해 안전 운동으로 제한된다. 이러한 운동은 예를 들어, 개구를 통한 수술 작업 공간으로의 샤프트의 축방향 삽입, 그 축에 대한 샤프트의 회전, 및 개구 사이트에서의 피봇 포인트에 대한 샤프트의 피봇 운동을 포함할 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, 매니퓰레이터 어셈블리의 운동 자유도는 제어기의 프로세서에 의해 계산되는 조정된 조인트 운동에 따라 작동되는 하나 이상의 조인트를 시스템의 모터를 사용하여 제어기를 통해 작동시킴으로써 제어될 수 있다. 수학적으로, 제어기는 일부가 조인트의 구성 또는 속도에 상응하는 요소를 가질 수 있는, 행렬 및/또는 벡터를 사용하여 조인트 명령의 계산의 적어도 일부를 실행할 수 있다. 프로세서에 유용한 대안의 조인트 구성의 범위는 조인트 공간으로서 개념화될 수 있다. 이러한 조인트 공간은 예를 들어, 매니퓰레이터 어셈블리가 자유도를 가지는 만큼 많은 차원을 가질 수 있고, 일부 실시예에서, 조인트 공간은 매니퓰레이터 어셈블리와 연관된 엔드 이펙터의 포지션을 완전히 정의하는데 필요한 적어도 하나의 자유도가 부족할 수 있어서 매니퓰레이터 어셈블리가 자유도를 갖는 것 보다 많은 차원을 가질 수 있다. 또한, 매니퓰레이터 어셈블리의 특정 구성은 조인트 공간에서 특정 포인트를 나타낼 수 있는데, 각각의 좌표는 매니퓰레이터의 연관된 조인트가 존재하는 매니퓰레이터 어셈블리의 연관된 조인트의 조인트 상태에 상응한다.

실시예에서, 시스템은 여기에서 카테시안 공간으로 표시되는, 작업 공간 내의 특징부의 명령된 포지션 및 속도가 입력되는 제어기를 포함하고 있다. 이러한 특징부는 제어 입력을 사용하여 관절로 이어지도록 제어 프레임으로서 사용될 수 있는 매니퓰레이터 어셈블리 위에 또는 벗어난 임의의 특징부일 수 있다. 여기에 기술된 많은 예에서 사용된, 매니퓰레이터 어셈블리 상의 특징부의 예는 도구-팁이다. 매니퓰레이터 어셈블리 상의 특징부의 다른 예는 핀 또는 페인트 패턴과 같이, 도구-팁에 있지 않지만 매니퓰레이터 어셈블리의 일부인 물리적 특징부가 될 것이다. 이러한 매니퓰레이터 어셈블리의 특징부의 예는 도구-팁으로부터 정확히 특정 거리 및 각도 벗어난 빈 공간의 레퍼런스 포인트가 될 것이다. 매니퓰레이터 어셈블리로부터 벗어난 특징부의 다른 예는 안정될 수 있는 매니퓰레이터 어셈블리에 대한 위치를 갖는 타겟 조직이 될 것이다. 이러한 모든 경우에서, 엔드 이펙터는 제어 입력을 사용하여 관절로 이어질 가상의 제어 프레임과 연관되어 있다. 그러나, 다음에서, "엔드 이펙터" 및 "도구 팁"은 같은 뜻으로 사용되어 있다. 일반적으로 희망의 직교 공간 엔드 이펙터 위치를 등가의 조인트 공간 위치로 맵핑하는 닫힌 폐형 관계가 존재하지 않을지라도, 일반적으로 직교 공간 엔드 이펙터와 조인트 공간 속도 사이에 폐형 관계가 존재한다. 운동학 야코비안은 조인트 공간 위치 요소에 대한 엔드 이펙터의 직교 공간 위치 요소의 편도 함수의 행렬이다. 이러한 방식으로, 운동학 야코비안은 엔드 이펙터와 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 운동학 관계를 포착한다. 즉, 운동학 야코비안은 엔드 이펙터 상의 조인트 운동의 효과를 포착한다.

여기에 기술된 매니퓰레이터 어셈블리의 대부분(전부가 아니다)은 (엔드 이펙터의 완전한 제어가 3개의 독립적인 병진 및 3개의 독립적인 배향을 포함하는 엔드 이펙터 자유도를 필요로 하는) 작업 공간에서 엔드 이펙터의 위치지정에 대한 완전한 제어와 보통 연관되어 있는 것 보다 적은 수의 사용가능한 자유도를 갖고 있다. 즉, 매니퓰레이터 어셈블리는 6개의 엔드 이펙터 자유도를 독립적으로 제어하기에는 불충분한 수 또는 타입의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 관절식 팔목이 없는 강성 내시경 팁은 팔목에서 2개의 자유도가 부족할 수 있다. 따라서, 내시경은 6개가 아닌 오직 4개의, 엔드 이펙터를 위치결정하기 위한 자유도를 가져서 잠재적으로 내시경의 운동을 제한할 수 있다.

그러나, 여기에 기술된 매니퓰레이터 어셈블리의 일부는 (엔드 이펙터의 완전한 제어가 3개의 독립적인 병진 및 3개의 독립적인 배향을 포함하는 엔드 이펙터 자유도를 필요로 하는) 엔드 이펙터의 위치결정을 완전히 제어하는데 필요한 것 보다 큰 수의 자유도를 갖고 있지만, 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트의 타입 또는 배치로 인해, 매니퓰레이터 어셈블리는 여전히 엔드 이펙터의 위치결정을 완전히 제어할 수 없다. 예를 들어, 매니퓰레이터 어셈블리는 7개의 매니퓰레이터 자유도를 가질 수 있지만, 이중 3개는 예비일 수 있다. 그 결과, 엔드 이펙터는 5개의 자유도를 갖게 된다. 일부 실시예에서, 매니퓰레이터 어셈블리는 엔드 이펙터의 위치결정을 완전히 제어하기에 충분한 자유도를 가질 수 있다.

엔드 이펙터의 위치를 제어하도록 사용가능한 자유도의 수에 관계없이, 여기에 기술된 매니퓰레이터 어셈블리는 또한 도구를 작동시키기 위한 추가 자유도(즉, 작동 자유도)가 가능하다. 예를 들어, 매니퓰레이터 어셈블리는 예를 들어, 활성시에 선택 조직을 가열하도록 동작가능한 전기소작기 프로브를 갖는 도구를 장착시키도록 구성가능할 수 있는데, 여기에서, 열의 활성화/불활성화는 자유도이다. 다른 예로서, 매니퓰레이터 어셈블리는 예를 들어, 활성시에 선택 조직 부변에 흡입력을 가하도록 동작가능한 진공기를 갖는 도구를 설치하도록 구성될 수 있는데, 여기에서, 흡입력의 작동은 자유도이다. 또 다른 예로서, 매니퓰레이터 어셈블리는 그립을 갖는 도구를 장착하도록 구성될 수 있는데, 여기에서, 그립의 작동은 자유도이다. 또 다른 예로서, 매니퓰레이터 어셈블리는 그립과 커터를 갖는 도구를 장착하도록 구성될 수 있는데, 여기에서, 그립의 작동이 자유도이고 커터의 작동이 자유도이다. 이러한 경우에서, 이러한 추가 자유도는 엔드 이펙터의 위치(즉, 위치 및 배향)에 영향을 주지 않기 때문에 운동학적인 것이 아니다. 따라서, 이러한 추가 자유도는 '논-운동학' 또는 '작동" 자유도로서 부를 수 있다. 이것은 운동학 자유도(예를 들어, 여기에 기술된 매니퓰레이터 자유도)에 대조되는데, 그 이유는 운동학적 자유도가 엔드 이펙터의 위치에 영향을 주기 때문이다.

조인트등의 "상태" 용어는 여기에서 자주 조인트과 연관된 제어 변수를 가리킬 것이다. 예를 들어, 이러한 각도 조인트의 상태는 운동위 범위에서 조인트에 의해 규정되는 각도 및/또는 조인트의 각속도를 가리킬 수 있다. 마찬가지로, 축방향 또는 각기둥 조인트의 상태는 조인트의 축방향 위치, 및/또는 그 축방향 속도를 가리킬 수 있다. 여기에 기술된 많은 제어기가 속도 제어기를 포함하지만, 또한 자주 일부 위치 제어 특징을 갖고 있다. 대안의 실시예는 주로 또는 전적으로 위치 제어기, 가속도 제어기등에 의존한다. 이러한 장치에서 사용될 수 있는 제어 시스템의 많은 특징은 여기에 언급되어 전체가 통합된 미국 특허 번호 6,699,177에 보다 상세히 기술되어 있다. 그래서, 기술된 이동이 연관된 계산에 기초하는 한, 여기에 기술된 조인트의 이동 및 엔드 이펙터의 이동의 계산은 위치 제어 알고리즘, 속도 제어 알고리즘, 양측 조합등을 사용하여 실행될 수 있다.

많은 실시예에서, 실시예의 매니퓰레이터의 도구는 최소 침습 개구 근방의 피봇 포인트에 대해 회전한다. 일부 실시예에서, 이러한 시스템은 여기에 언급되어 전체 내용이 통합되어 있는 미국 특허 6,786,896에 개시된 원격 중심 운동학과 같은 하드웨어 원격 중심을 사용할 수 있다. 이러한 시스템은 매니퓰레이터에 의해 지지되는 도구의 샤프트가 원격 중심 점에 대해 회전하도록 링크의 이동을 제한하는 더블 평행사변형 링크를 사용할 수 있다. 대안의 기계적으로 제한된 원격 센터 링크 시스템이 공지되어 있고 및/또는 미래에 개발될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 여기에 언급되어 전체가 통합된, 미국 특허 8,004,229에 기술된 바와 같은 원격 중심을 얻는 소프트웨어를 사용할 수 있다. 소프트웨어 원격 중심을 갖는 시스템에서, 프로세서는 조인트의 이동을 계산하여, 기계적 제한과는 대조적으로, 희망의 피봇 포인트에 대해 도구 샤프트의 중간 부분을 회전시킨다. 소프트웨어 피봇 포인트를 계산하는 능력을 가짐으로써 시스템의 유연성 또는 강성에 의해 특징지어지는 상이한 모드가 선택적으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 피봇 포인트/센터의 범위에 대한 상이한 시스템 모드(예를 들어, 소프트웨어 규정 피봇 포인트가 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동될 수 있는 가동 피봇 포인트; '센터'를 통해 지나는 제한을 시행하도록 환자의 신체벽이 의지하는 수동 피봇 포인트; 고정된/강성 피봇 포인트; 소프트 피봇 포인트등)가 원하는 대로 구현될 수 있다.

많은 구성에서, 로봇 수술 시스템은 원격으로 제어되는 로봇 매니퓰레이터 암 및/또는 도구가 갖는 자유도의 수 보다 적거나 많거나 동일한 자유도의 수를 갖는 마스터 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 야코비안 기반 또는 로봇 매니퓰레이터 암 및/또는 도구를 제어하는데 사용되는 다른 제어기는 보통 완전한 기계 솔루션 및 만족스러운 제어를 제공한다. 예를 들어, 강성 본체의 포지션(즉, 위치 및 배향)를 완전히 제어하는 것은 병진을 위한 3개의 자유도 및 회전을 위한 3개의 자유도를 포함하는, 6개의 독립적으로 제어가능한 강성 본체의 자유도를 채용할 수 있다. 이것은 자체로 6xN 야코비안 행렬이 사용되는 야코비안 기반 제어 알고리즘에 큰 도움이 된다.

엔드 이펙터의 위치를 완전히 제어하기 위한 6개 보다 적거나 많거나 동일한 자유도를 갖는 어셈블리를 포함하는, 다양한 자유도를 갖는 매니퓰레이터 어셈블리가 여기에 개시되어 있지만, 이러한 어셈블리의 많은 실시예는 엔드 이펙터의 위치를 완전히 제어하기에는 적어도 하나의 자유도가 부족하다. 매니퓰레이터 어셈블리가 이러한 자유도중 하나가 부족할 수 있지만, 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하는 입력 장치(예를 들어, 마스터 제어 입력 장치)가 이러한 부족한 자유도를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 매니퓰레이터 어셈블리에서 부족한 자유도를 제어하는 입력에 응답하여, 매니퓰레이터 어셈블리에서 유용한 다른 자유도가 운동을 제공하여 놓친 자유도의 제어를 시뮬레이팅할 수 있다. 이것은 놓친 매니퓰레이터 자유도를 위한 계산을 포함하고 실행하는 매니퓰레이터 어셈블리의 운동학 모델을 사용함으로써 행해질 수 있다. 이러한 계산을 수행함으로써, 매니퓰레이터 어셈블리의 나머지 자유도는 엔드 이펙터가 요청된 자유도를 따라 이동하는 것으로 나타나도록 보다 효과적으로 제어될 수 있다. 또한, 이러한 운동학 모델의 사용은 상이한 수의 자유도를 갖는 도구의 위치결정 및/또는 작동을 돕는 복잡성을 감소시키는 장점을 가질 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리는 로봇 수술 시스템의 동일한 베이스 또는 지지 구조부에 접속되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상이한 로봇 암은 동일한 지지 구조부에 접속하도록 구성될 수 있고, 및/또는 상이한 수술 도구가 동일한 로봇 암에 접속하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 상이한 로봇 암 위의 동일한 커넥터 엘리먼트는 로봇 암의 상이한 특징을 제어할 수 있다. 예를 들어, 하나의 로봇 암 위의 최상위 커넥터 엘리먼트는 로봇 암의 요(yaw)를 제어할 수 있는 반면, 다른 로봇 암 위의 최상위 커넥터 엘리먼트는 로봇 암의 롤(roll)을 제어할 수 있다.

로봇 암으로부터 지지 구조부 내의 제어기에 의해 수신되는 신호의 적절한 이해를 위해, 로봇 암으로부터 수신된 신호를 조인트 공간 제어기와 같은 제어기의 특정 입력에 맵핑하는 맵핑 유닛이 제공될 수 있다. 예를 들어, 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 사용될 수 있는 공통 조인트 공간 제어기가 고정된 세트의 입력 엘리먼트를 가질 수 있다. 그다음, 특정 로봇 암을 위한 맵핑 유닛이 이러한 로봇 암으로부터 수신된 신호를 조인트 공간 제어기의 적절한 입력 엘리먼트에 맵핑할 수 있다. 예를 들어, 이러한 맵핑 유닛은 로봇 암의 "롤" 커넥터 엘리먼트로부터 수신된 신호를 조인트 공간 제어기의 일반적인 입력 엘리먼트로 맵핑할 수 있다. 상이한 로봇 암에 대해, 이러한 맵핑 유닛은 (제1 로봇 암을 위한 것과 다른 커넥터 엘리먼트일 수 있는) 로봇 암의 '롤' 커넥터 엘리먼트로부터 수신된 신호를 조인트 공간 제어기의 동일한 일반적인 입력 엘리먼트에 맵핑할 수 있다. 이러한 방식으로, 동일한 조인트 공간 제어기는 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 대한 조인트 공간 계산을 수행하도록 사용될 수 있다.

마찬가지로, 매니퓰레이터 어셈블리 특정 맵핑이 상이한 타입의 공간에서 계산을 수행하는 제어기들 사이에서 신호를 맵핑하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 지지 구조부는, 조인트 공간 제어기에 더해, 예를 들어, 3차원 작업 공간에서 계산을 수행하도록 동작가능한 카트 공간 제어기와 같은 작업 공간 제어기를 포함할 수 있다. 따라서, 조인트 공간 제어기로부터 출력된 신호를 작업 공간 제어기의 입력 엘리먼트로 맵핑하도록 맵핑 유닛이 제공될 수 있다.

다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예가 설명될 것이다. 설명을 위해, 특정 구성 및 세부사항이 실시예의 완전한 이해를 위해 제시되어 있다. 그러나, 본 발명이 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 주지된 특징부는 기술된 실시예를 흐리게 하지 않도록 생략되거나 단순화될 수 있다.

다수의 도면에서 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내는 도면에서, 도 1a는 수술 테이블(14)에 누워있는 환자(12)에게 최소 침습 진단 또는 시술을 행하는데 사용되는, 많은 실시예에 따른 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)의 오버헤드 도면이다. 시스템은 시술 동안 의사(18)에 의해 사용되는 의사의 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 조수(20)가 또한 시술에 참가할 수 있다. MIRS 시스템(10)은 환자측 카트(22)(수술 로봇) 및 전자장치 카트(24)를 더 포함할 수 있다. 환자측 카트(22)는 의사(18)가 콘솔(16)을 통해 수술 사이트를 보는 동안 환자(12)의 신체에 최소 침습 절개르 통해 적어도 하나의 제거가능하게 결합된 도구 어셈블리(26)(이후로 단순히 "도구"로 부른다)를 각각 조작할 수 있는 다수의 로봇 암을 포함할 수 있다. 수술 사이트의 이미지는 이미징 장치(28)의 방향을 정하도록 환자측 카트(22)에 의해 조작될 수 있는, 입체 내시경과 같은, 이미징 장치(28)에 의해 취득될 수 있다. 전자장치 카트(24)는 의사의 콘솔(16)을 통해 의사(18)에 연속 표시되기 위한 수술 사이트의 이미지를 처리하는데 사용될 수 있다. 한번 사용되는 수술 도구(26)의 수는 일반적으로 다른 요인들 중에 진단 또는 수술 절차 및 수술실 내의 공간 제약에 의존할 것이다. 시술 동안 사용되는 도구(26)의 하나 이상을 변경하는 것이 필요하다면, 조수(20)는 환자측 카트(22)로부터 도구(26)를 제거할 수 있고, 이것을 수술실 내의 트레이(30)로부터 다른 도구(26)로 대체할 수 있다. 또한, 환자측 카트(22)에 부착된 특정 로봇 암 역시 진단 또는 수술 절차에 의존할 수 있고, 도구(26)와 같이 또한 절차 전에, 동안, 또는 후에 변경될 수 있다.

MIRS 시스템(10)은 특정 실시예에서 의사의 콘솔(16), 전자장치 카트(24), 및 환자측 카트(22)와 같은 다양한 구성요소를 포함하는 환자에게 최소 침습 진단 또는 수술 절차를 실행하기 위한 시스템이다. 그러나, 시스템은 도 1a에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 구성요소를 가짐으로써 동일하게 동작할 수도 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, MIRS 시스템(10)의 하나의 특정 요소에 의해 실행되는 여기에 기술된 계산 연산 또는 기능은 MIRS 시스템(10)의 다른 요소에 의해 실행될 수 있거나, 일부 실시예에서, MIRS 시스템(10)의 2개 이상의 요소에 분배될 수 있다. 예를 들어, 전자장치 카트(24)에 의해 실행되는 여기에 기술된 기능은 일부 실시예에서, 콘솔(16) 및/또는 환자측 카트(22)에 의해 실행될 수 있다. 또한, 동일하거나 유사한 기능을 제공하는 다수의 요소가 MIRS 시스템(10)에서 구현될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, MIRS 시스템(10)은 하나, 둘, 또는 보다 많은 환자측 카트(22)와 독립적으로 또는 결합하여 제어/상호작용하는 2개 이상의 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 하나 보다 많은 전자장치 카트(24)가 제공되거나(예를 들어, 각각의 콘솔(16)에 대해 하나씩), 일부 실시예에서, 아무런 카트(24)가 제공되어 카트(24)와 연관된 여기에 기술된 기능이 하나 이상의 콘솔(16), 카트(22), 및/또는 MIRS 시스템(10)의 다른 요소에 분배될 수 있다. 따라서, 도 1a의 시스템(10)의 표시는 예시를 위한 것이고 본원의 범위를 제한하는 것은 아니다.

도 1b는 (도 1a의 MIRS 시스템(10)과 같은) 로봇 수술 시스템(50)을 도표로 도시하고 있다. 상술된 바와 같이, (도 1a의 의사의 콘솔(16)과 같은) 의사의 콘솔(52)은 최소 침습 시술 동안 (도 1a의 환자측 카트(22)와 같은) 환자측 카트(수술 로봇)(54)를 제어하기 위해 의사에 의해 사용될 수 있다. 환자측 카트(54)는 시술 사이트의 이미지를 촬상하고 이러한 촬상된 이미지를 (도 1a의 전자장치 카트(24)와 같은) 전자장치 카트(56)에 출력하도록 입체 내시경과 같은 이미징 장치를 사용할 수 있다. 상술된 바와 같이, 전자장치 카트(56)는 임의의 후속 표시 이전에 다양한 방식으로 촬상 이미지를 처리할 수 있다. 예를 들어, 전자장치 카트(56)는 의사의 콘솔(52)을 통해 의사에게 결합 이미지를 표시하기 전에 가상 제어 인터페이스로 촬상 이미지를 겹치게 할 수 있다. 환자측 카트(54)는 전자장치 카트(56) 외부에서 처리하기 위해 촬상 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 환자측 카트(54)는 촬상 이미지를 처리하는데 사용될 수 있는 프로세서(58)에 촬상 이미지를 출력할 수 있다. 이러한 이미지는 또한 결합되어, 순서대로, 및/또는 결합과 순서의 결합으로 촬상 이미지를 처리하도록 함께 결합될 수 있는, 전자장치 카트(56) 및 프로세서(58)의 결합에 의해 처리될 수 있다. 하나 이상의 별개의 디스플레이(60)가 또한 시술 사이트의 이미지와 같은 이미지, 또는 다른 관련된 이미지의 국부 및/또는 원격 표시를 위해 프로세서(58) 및/또는 전자장치 카트(56)와 결합될 수 있다.

MIRS 시스템(50)은 특정 실시예에서, 의사의 콘솔(52), 전자장치 카트(56), 및 환자측 카트(54)와 같은 다양한 구성요소를 포함하는 환자에게 최소 침습 진단 또는 수술 시술을 실행하기 위한 시스템이다. 그러나, 이러한 시스템이 도 1b에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 구성요소에 의해 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 1b의 시스템(50)의 표시는 예시이고 본원의 범위를 제한하는 것은 아니다.

도 2는 의사의 콘솔(16)의 사시도이다. 의사의 콘솔(16)은 깊이 인식이 가능하게 하는 수술 사이트의 코디네이티드 입체 뷰를 의사(18)에게 제공하기 위한 좌안 디스플레이(32) 및 우안 디스플레이(34)를 포함하고 있다. 이러한 콘솔(16)은 환자측 카트(22)(도 1a에 도시되어 있다)가 하나 이상의 도구를 조작하도록 하나 이상의 입력 제어 장치(36)를 더 포함하고 있다. 입력 제어 장치(36)는 의사가 도구(26)를 직접 제어하는 강한 느낌을 갖도록 입력 제어 장치(36)가 도구(26)와 일체화되는 인식 또는 텔레프레전스를 의사에게 제공하도록 (도 1a에 도시된) 연관된 도구(26)와 동일한 자유도, 또는 보다 많은 자유도를 제공할 수 있다. 이를 위해, 포지션, 힘, 및 촉감 피드백 센서(도시되지 않음)가 입력 제어 장치(26)를 통해 도구(26)로부터 의사의 손으로 다시 포지션, 힘, 촉각을 전달하기 위해 채용될 수 있다.

의사의 콘솔(16)은 보통 의사가 시술을 직접 감시하고, 필요하다면 물리적으로 존재하고, 전화 또는 통신 매체를 통하는 것 보다 직접 조수에게 말하도록 환자와 동일한 방에 위치되어 있다. 그러나, 의사는 상이한 방, 완전히 상이한 빌딩, 또는 원격 시술을 가능하게 하는 환자로부터 떨어진 다른 위치에 위치될 수 있다.

의사의 콘솔(16)은 특정 실시예에서, 의사에게 수술 사이트에 관한 정보를 제공하고 의사로부터 입력 정보를 수신하기 위한 장치이고, 아이(eye) 디스플레이 및 입력 제어 장치와 같은 다양한 구성요소를 포함하고 있다. 그러나, 의사의 콘솔은 도 2에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 구성요소를 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 2의 의사의 콘솔(16)의 묘사는 예시이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 3은 전자장치 카트(24)의 사시도이다. 전자장치 카트(24)는 이미징 장치(28)와 결합될 수 있고, 의사의 콘솔에게, 또는 근처에 및/또는 원격으로 위치된 다른 적절한 디스플레이등에 후속 표시되기 위해 촬상 이미지를 처리하도록 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입체 내시경이 사용되는 경우에, 전자장치 카트(24)는 수술 사이트의 코디네이트드 입체 이미지를 의사에게 제공하기 위해 촤살 이미지를 처리할 수 있다. 이러한 코디네이션은 반대 이미지 사이의 정렬을 포함할 수 있고 입체 내시경의 입체 작업 거리를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 이미지 처리는 광수차와 같은, 촬상 장치의 이미징 에러를 보상하도록 이전에 결정된 카메라 교정 파라미터의 사용을 포함할 수 있다.

전자장치 카트(24)는 특정 실시예에서 수술 팀에게 의사에 관한 정보를 제공하기 위한 장치이고 디스플레이, 프로세서, 저장 요소등의 다양한 구성요소를 포함하고 있다. 그러나, 전자장치 카트는 도 3에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 구성요소를 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 3의 전자장치 카트(24)의 묘사는 예이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 4는 각각의 암이 매니퓰레이터 암의 말단부에서 수술 기구 또는 도구(26)를 지지하는, 지지 구조부(110)에 장착된 복수의 매니퓰레이터 암(100)을 갖는 환자측 카트(22)를 도시하고 있다. 도시된 환자측 카트(22)는 시술의 사이트의 이미지의 포착을 위해 사용되는 입체 내시경과 같은 이미징 장치(28) 또는 수술 도구(26)를 지지하는데 사용될 수 있는 4개의 매니퓰레이터 암(100)을 포함하고 있다. 이러한 지지 구조부(110)는 휠, 베이스, 레그, 스파인등과 같은, 매니퓰레이터 암(100)을 지지하기에 적절한 하나 이상의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 구조부(110)는 프로세서, 저장 엘리먼트등과 같은 전자 부품을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 실시예에서, 매니퓰레이터 암(100)을 지지 구조부(110)에 기계적으로 결합하고 매니퓰레이터 암(100) 및/또는 도구(26)의 부품(예를 들어, 모터 또는 다른 작동기)을 지지 구조부(110)의 부품(예를 들어, 프로세서, 저장 엘리먼트등)에 전기 결합하기 위한 커넥터를 포함하고 있다.

도구(26)의 조작은 각각 매니퓰레이터 자유도를 제공하는 다수의 로봇 조인트를 갖는 로봇 매니퓰레이터 암(100)에 의해 제공된다. 각각의 조인트의 각도는 모터 또는 모터 어셈블리와 같은 작동기에 의해 제어될 수 있고, 일부 실시예에서, 각각의 조인트의 각도는 각각의 조인트에 근방에 배치된 하나 이상의 센서(예를 들어, 인코더 또는 전위계등)을 사용하여 측정될 수 있다. 이미징 장치(28) 및 수술 도구(26)는 환자의 절개부를 통해 위치되고 조작되어 절개부의 크기를 최소화하도록 운동 원격 중심이 절개부에서 유지될 수 있다. 수술 사이트의 이미지는 수술 기구 또는 도구(26)가 이미징 장치(28)의 시야 안에 위치되어 있을 때, 수술 기구 또는 도구(26)의 말단부의 이미지를 포함할 수 있다.

수술 도구(26)에 있어서, 다양한 대안의 상이한 타입의 로봇 수술 도구 또는 기구 및 상이한 엔드 이펙터가 사용될 수 있는데, 매니퓰레이터의 적어도 일부의 기구는 시술 동안 제거되고 대체될 수 있다. 디베이키 겸자, 마이크로 겸자, 포츠 시저(Potts scissor), 및 클립 어 플라이어(clip a plier)를 포함하는 이러한 엔드 이펙터의 다수는 한 쌍의 엔드 이펙터 조를 규정하도록 서로 회전하는 제1 및 제2 엔드 이펙터 엘리먼트를 포함하고 있다. 매스 및 전기 소작기 프로브를 포함하는 다른 엔드 이펙터는 단일 엔드 이펙터 엘리먼트를 갖고 있다. 엔드 이펙터 조를 갖는 기구에 대해, 이러한 조는 자주 핸들의 그립 엘리먼트를 죄어 작동될 것이다. 단일 엔드 이펙터 기구는 또한 예를 들어, 전기 소작기 프로브에 급전하도록 그립 엘리먼트를 쥠으로써 작동될 수 있다.

기구(26)의 긴 샤프트에 의해 엔드 이펙터 및 샤프트의 말단부는 최소 침습 개구를 통해, 자주, 복부 벽등을 통해 수술 작업부위로 말단으로 삽입될 수 있다. 이러한 수술 작업부위는 주입될 수 있고, 환자 내의 엔드 이펙터의 운동은 자주 적어도 일부, 최소 침습 개구를 통해 샤프트가 통과하는 위치에 대해 기구를 회전시킴으로써 실행될 것이다. 즉, 매니퓰레이터(100)는 엔드 이펙터의 소망의 이동을 제공하는 것을 돕도록 샤프트가 최소 침습 개구 위치를 통해 뻗기 위해 환자 외측의 기구의 인접 하우징을 이동시킬 것이다. 그래서, 매니퓰레이터(100)는 자주, 시술 동안 환자(12) 외측의 상당한 이동을 거칠 것이다.

특정 실시예에서 환자측 카트(22)는 환자에 대한 시술을 돕기 위한 수술 도구를 제공하기 위한 장치이고, 지지 구조부(110), 매니퓰레이터 암(100) 및 도구(26)와 같은 다양한 부품을 포함할 수 있다. 그러나, 환자측 카트는 도 4에 도시된 것보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 4의 환자측 카트(22)는 예시이고, 본원의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 일부 실시예에 따른 매니퓰레이터 암의 예는 도 5를 참조하여 이해될 수 있다. 상술된 바와 같이, 매니퓰레이터 암은 일반적으로 말단 기구 또는 수술 도구를 지지하고 베이스에 대해 이러한 기구를 이동시킨다. 상이한 엔드 이펙터를 갖는 다수의 상이한 기구가 (보통 수술 조수의 도움으로) 시술 동안 각각의 매니퓰레이터에 순차 장착될 때, 말단 기구 홀더에 의해, 장착된 기구 또는 도구의 신속한 제거 및 대체가 가능한 것이 바람직하다. 도 4에서 이해되는 바와 같이, 매니퓰레이터는 환자측 카트의 베이스에 인접하여 장착되어 있다. 보통, 매니퓰레이터는 베이스와 말단 기구 홀더 사이에 뻗은 복수의 링키지 및 연관된 조인트를 포함하고 있다. 하나의 특징에서, 매니퓰레이터의 예는 예비 또는 비예비 자유도를 갖는 복수의 조인트를 포함하지만, 엔드 이펙터의 포지션(즉, 위치 및 배향)를 완전히 기술하는데 필요한 적어도 하나의 자유도가 부족하다.

도 5에 도시된 것과 같은 많은 실시예에서, 매니퓰레이터 암의 예는 조인트축에 대해 조인트의 말단의 매니퓰레이터 암을 회전시키도록 제1 조인트축에 대해 회전하는 인접 회전 조인트 J1을 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 회전 조인트 J1은 베이스에 직접 장착되어 있고, 다른 실시예에서, 조인트 J1은 하나 이상의 가동 링키지 또는 조인트에 장착될 수 있다. 매니퓰레이터 암의 조인트는 여기에 결합된 도구의 위치 및/또는 배향을 제어하도록 조작될 수 있다. 일부 실시예에서, 매니퓰레이터의 조인트는 매니퓰레이터 암의 조인트가 주어진 엔드 이펙터 위치에 대해 상이한 구성의 범위로 작동될 수 있도록 예비 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가, 예비 자유도가 도 5의 매니퓰레이터 암에 추가된다면, 최종 매니퓰레이터 암은 상이한 구성으로 조작될 수 있고 기구 홀더(510) 내에서 지지된 말단 기구 또는 도구(511)는 엔드 이펙터의 주어진 위치 또는 속도를 포함할 수 있는 특정 상태를 유지할 수 있다. 매니퓰레이터 암이 예비 자유도를 포함하는 것에 관계없이, 일부 실시예에서, 매니퓰레이터의 조인트는 도구(511)의 위치를 완전히 규정하는 6개의 엔드 이펙터 자유도중 적어도 하나를 독립적으로 제어하도록 동작가능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 매니퓰레이터는 도구(511)가 하나 이상의 방향으로 롤링, 피치, 요 및/또는 병진하도록 동작가능하지 않을 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 링크를 접속하는 관철의 회전축을 따른 도 5의 매니퓰레이터 암(500)의 개별적인 링크를 기술할 때, 제1 링크(504)는 조인트축에 대해 회전하고 조인트축에 대해 회전하는 회전 조인트 J1에 결합된 피봇 조인트 J2로부터 말단방향으로 뻗어 있다. 다수의 나머지 조인트는 도 5에 도시된 바와 같이, 연관 회전축에 의해 식별될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(504)의 말단부는 피봇축에 대해 회전하는 피봇 조인트 J3에서 제2 링크(506)의 인접단부에 결합되어 있고, 제3 링크(508)의 인접 단부는 도시된 바와 같이, 축에 대해 회전에 하는 피봇 조인트 J4에서 제2 링크(506)의 말단부에 결합되어 있다. 제3 링크(508)의 말단부는 피봇 조인트 J5에서 기구 홀더(510)에 결합되어 있다. 보통, 조인트 J2, J3, J4, J5의 각각의 피봇축은 실질상 평행하고 그 연결은 서로 다음에 위치될 때 "스택"되어 나타나서, 매니퓰레이터 어셈블리의 조작 동안 매니퓰레이터 암의 감소된 폭을 제공하고 환자 클리어런스를 향상시킨다. 많은 실시예에서, 기구 홀더(510)는 또한 최소 침습 개구를 통한 기구(510)의 축방향 이동을 돕고 기구(511)가 미끄러짐가능하게 삽입되는 캐뉼라에 기구 홀더(510)가 부착되는 것을 돕는 프리즘 조인트 J6와 같은 추가 조인트를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 기구 홀더(510)의 자유도를 매니퓰레이터 암(500)의 자유도의 나머지와 결합시킬 때도, 최종 자유도는 도구(511)의 위치를 완전히 규정하는데 필요한 6개의 자유도중 적어도 하나를 제공하기에 여전히 불충분하다.

기구(511)는 기구 홀더(510)의 말단의 추가 자유도를 포함할 수 있다. 기구의 자유도의 작동은 자주 매니퓰레이터의 모터에 의해 작동될 것이고, 대안의 실시예는 신속히 분리가능한 기구 홀더/기구 인터페이스에서 지지 매니퓰레이터 구조부로부터 기구를 분리시킬 수 있어서 기구에 있는 것으로 여기에 도시된 하나 이상의 조인트는 대신 인터페이스에 있거나 그 반대가 된다. 일부 실시예에서, 기구(511)는 대략 최소 침습 개구의 사이트에 배치된, 피봇 포인트 PP 또는 도구 팁의 삽입 포인트의 근방 또는 인접하여 회전 조인트 J7(도시되지 않음)을 포함하고 있다. 기구의 말단 팔목에 의해 기구 팔목에서 하나 이상의 조인트의 기구 조인트축에 대해 수술 도구(511)의 엔드 이펙터의 회전 운동이 가능하다. 엔드 이펙터 조 엘리먼트 상의 각도는 엔드 이펙터 위치 및 배향에 관계없이 제어될 수 있다. 매니퓰레이터 자유도의 일부로 생각될 수 있는, 수술 도구(511)에 의해 제공된 이러한 추가 운동 자유도에도 불구하고, 일부 실시예에서, 수술 도구(511)의 운동 자유도를 (예를 들어, 기구 홀더(510)의 것을 포함하는) 매니퓰레이터 암(500)의 것과 결합해도, 최종 운동 자유도는 도구(511)의 팁의 위치를 완전히 제어하는데 여전히 불충분하다.

다수의 실시예에서, 매니퓰레이터 암(500)은 기계적으로 그리고, 일부 실시예에서, 전기적으로 지지 구조부 및 도구에 결합하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 매니퓰레이터 암(500)은 지지 구조부 상의 상응하는 커넥터와 맞물리도록 형상화된 지지 구조부 커넥터(512)를 포함할 수 있다. 지지 구조부 커넥터(512)는 지지 구조부의 엘리먼트(예를 들어, 하나 이상의 프로세서)와 매니퓰레이터 암(500)의 엘리먼트(예를 들어, 모터 및/또는 센서) 사이에서 정보를 전송하기 위한 하나 이상의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조부 커넥터(512)는 모터, 센서 및/또는 매니퓰레이터 암(500)의 다른 엘리먼트에 결합된 전기 및/또는 광학 부품을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 매니퓰레이터 암(500)은 도구 상의 상응하는 커넥터와 맞물리도록 형상화된 도구 커넥터(514)를 포함할 수 있다. 도구 커넥터(512)는 도구의 엘리먼트(예를 들어, 모터 또는 다른 작동기, 센서등)와 매니퓰레이터 암(500)의 엘리먼트(예를 들어, 지지 구조부 커넥터(512)의 링크, 전기 및/또는 광학 부품 내의 전기 및/또는 광학 도체) 사이에서 정보를 전송하기 위한 하나 이상의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 매니퓰레이터 암(500)은 지지 구조부 커넥터(512)와 도구 커넥터(512)의 하나 이상의 부품에 결합되고 그 사이에 배치된 도체(예를 들어, 전선 또는 광섬유)를 포함할 수 있다. 그다음, 도구 커넥터(512)는 부착된 도구와 정보를 전송하기 위한 전기 및/또는 광학 부품을 포함할 수 있어서, 정보가 지지 구조부 및 접속된 도구 사이에 전송되도록 돕는다. 일부 실시예에서, 도구 커넥터(514)는 도구의 상응하는 입력 커플러와 기계적으로 맞물릴 수 있는 하나 이상의 출력 커플러(도시되지 않음)를 포함할 수 있는데, 이러한 출력 커플러의 운동(예를 들어, 회전, 병진등)으로 인해 기계 맞물림을 통해 입력 커플러가 상응하여 운동할 수 있다.

매니퓰레이터 암(500)은 특정 실시예에서 도구를 유지하고 제어하기 위한 기계적 바디이고, 다수의 링크 및 조인트를 포함할 수 있다. 그러나, 매니퓰레이터 암은 도 5에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 5의 매니퓰레이터 암(500)의 묘사는 예이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 6a는 인접 새시(602), 기구 샤프트(604) 및 환자 조직을 잡도록 관절로 이어질 수 있는 조(608)를 갖는 말단 엔드 이펙터(606)를 포함하는 수술 도구(600)를 도시하고 있다. 인접 새시(602)는 프레임(612) 및, 일부 실시예에서, 매니퓰레이터 암의 말단부와 맞물리도록 형상화된(예를 들어, 도 5에서 설명된 도구 커넥터(514)에 연결되도록 형상화된) 스프링 어셈블리(610)를 포함하고 있다. 인접 새시(602)는 또한 인터페이스하도록 구성된 입력 커플러를 포함하고 매니퓰레이터 암의 출력 커플러에 의해 작동될 수 있다. 입력 커플러는 스프링 어셈블리(610)의 입력 링크와 작동 결합되어 있다. 스프링 어셈블리(610)는 인접 새시(602)의 프레임(612)에 장착되어 있고, 기구 샤프트(604) 내에 배치된 작동축과 작동 결합된 출력 링크를 포함하고 있다. 이러한 작동축은 조(608)와 작동 결합되어 있다. 일부 실시예에서, 인접 새시(602)는 또한 매니퓰레이터 암의 상응하는 엘리먼트(예를 들어, 도구 커넥터(514)의 상응하는 엘리먼트)에 전기적으로 및/또는 광학적으로 결합하기 위한 전기 및/또는 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 정보는 도구(600)의 엘리먼트(예를 들어, 모터, 작동기, 센서등)와 매니퓰레이터 암의 엘리먼트 사이에 전송될 수 있다.

도 6a에 도시된 일부 실시예에 따라, 수술 도구(600)는 엔드 이펙터(606)의 위치를 변경하기 위한 임의의 자유도를 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 수술 도구(600)는 엔드 이펙터(606)의 위치를 변경하기 위한 자유도를 추가하기 우한 하나 이상의 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기구 샤프트(604)는 엔드 이펙터(606)의 피치 및/또는 요를 변경하기 위한 조인트를 포함할 수 있다. 또한, 도 6a에 도시된 일부 실시예에서, 수술 도구(600)는 엔드 이펙터(606)를 작동하기 위한 하나 이상의 자유도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스프링 어셈블리(610)는 조(608)를 작동하도록 동작가능할 수 있다. 다른 수술 도구는 물론 수술 도구(600)의 추가 특징은 여기에 언급되어 통합된 "Method for Passively Decoupling Torque Applied By a Remote Actuator Into an Independently Rotating Member" 표제의, 2011년 11월 15일에 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 번호 13/297,158에 기술되어 있다.

도 6b는 일부 실시예에서, 로봇 최소 침습 수술에서 사용될 수 있는 팔목 내시경(620)을 도시하고 있다. 내시경(620)은 긴 샤프트(622) 및 샤프트(622)의 작업 단부에 위치된 유연한 팔목(624)을 포함하고 있다. 하우징(626)에 의해, 수술 기구(620)는 샤프트(624)의 반대 단부에 위치된 매니퓰레이터에 해제가능하게 결합될 수 있다. 내시경 카메라 렌즈는 유연한 팔목(624)의 말단부에 구현되어 있다. 루멘(도시되지 않음) 유연한 팔목(624)의 말단부를 하우징(626)에 연결하는 샤프트(622)의 길이를 따라 뻗어 있다. "광섬유" 실시예에서, 전하 결합 소자(CCD)와 같은 내시경(620)의 이미징 센서가 연결된 광섬유가 샤프트(622)의 길이를 따라 루멘 내측에 뻗고 유연한 팔목(624)의 거의 말단부에서 종료하는 상태로 하우징(626) 내측에 장착될 수 있다. 대안의 "칩-온-어-스틱(chip-on-a-stick)" 실시예에서, 내시경(620)의 이미징 센서는 유연한 팔목(624)의 말단부에 장착될 수 있다. 이미징 센서는 2차원 또는 3차원일 수 있다.

일부 실시예에서, 유연한 팔목(624)는 내시경(620)이 희망의 목적지(예를 들어, 심외막 또는 심근 조직)에 도달하도록 내부 신체 조직, 장기등 주변에서 용이하게 관절로 이어지고 조작될 수 있도록 적어도 하나의 자유도를 가질 수 있다. 하우징(626)은 유연한 팔목(624)의 말단부를 관절로 이어주기 위한 작동 메커니즘을 수용할 수 있다. 이러한 작동 메커니즘은 유연한 팔목(624)을 그 자유도를 따라 작동시키기에 적절한 케이블-작동, 기어-작동, 벨트 작동 또는 다른 타입의 작동 메커니즘일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 유연한 팔목(624)은 2개의 병진 자유도를 가질 수 있고 샤프트(622)는 샤프트(622)의 길이를 따라 축 둘레로 회전하도록 동작가능할 수 있다. 일부 의료 시술에서, 관절식 내시경(620)은 내부 장기, 조직등 주변에 조작되고 관절로 이어져 보기 어렵고 및/또는 도달하기 어려운 장소의 시각 이미지를 얻을 수 있다. 다른 수술 도구는 물론, 내시경(6200의 추가 특징은 여기에 언급되어 전체가 통합된 "Articulate and Swapable Endoscope for a Surgical Robot" 표제의, 2005년 12월 27일 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 11/319,011에 기술되어 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 하우징(626)은 매니퓰레이터 암의 말단부와 맞물리는 형상(예를 들어, 도 5에서 도구 커넥터(514)에 연결되는 형상)을 가질 수 있다. 또한, 하우징(626)은 매니퓰레이터 암의 상응하는 주배에 전기 및/또는 광학적으로 결합하기 위한 전기 및/또는 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 정보는 도구(620)의 엘리먼트(예를 들어, 모터, 작동기, 센서등)과 매니퓰레이터 암의 엘리먼트 사이에 전송될 수 있다. 도 6c는 흡입 포트를 갖는 오버튜브의 말단부의 사시도이다. 오버튜브(630)는 기구의 통과를 허용하도록 오버튜브(630)를 통해 뻗은 기구 루멘(632)을 규정한다. 이러한 오버튜브(630)는 진공 소스에 결합된 하나 이상의 흡입 통로(634)를 더 포함하고 있다. 오버튜브(630)는 다양한 실시예에서, 수술에 적절한 다양한 재료중 하나로부터 형성될 수 있고 다양한 강성중 하나가 제공될 수 있다. 예를 들어, 오버튜브(630)는 거의 강성인 재료를 포함하거나, 유연한 재료를 포함하건, 구부러짐가능한 구조를 제공하기 위해 하나 이상의 거의 강성인 부분 및 하나 이상의 유연한 부분의 조합을 포함할 수 있다. 오버튜브(630)의 단면 형상 역시 변할 수 있다. 도시된 실시예에서, 오버튜브(630)는 거의 원형인 단면 형상을 갖고 있고 폴리우레탄으로 제조되었다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 적용에 따라, 타원형, 직사각형, 삼각형등과 같은 다른 단면 형상이 사용될 수 있다.

도시된 실시예에서, 흡입 통로(634)는 각각의 진공 루멘이 진공 소스(도시되지 않음)에 결합된 상태로, 오버튜브(630)의 벽 안에 복수의 진공 루멘을 포함하고 있다. 이러한 진공 소스는 각각의 흡입 통로(634)에서 진공 압력을 생성하도록 동작될 수 있어서, 흡입 통로(634)가 접촉하는 조직 표면으로의 흡입력을 생성한다. 이러한 흡입력의 결과로서, 오버튜브(630)가 조직 표면에 부착될 것이다. 진공 압력이 끊어지면, 조직 표면은 해제될 것이고 오버튜브(630)는 더 이상에 조직에 붙어 있지 않을 것이다. 따라서, 흡입 통로(634)를 통해 흡입력을 제어가능하게 제공함으로써, 오버튜브(630)는 환자의 조직 표면에 해제가능하게 부착될 수 있다. 관개 도구, 절단 도구등과 같은 수술 기구가 기구 루멘(200)을 통해 삽입될 수 있어서 기구 루멘(632) 내에 배치된 조직을 처리할 수 있다.

일부 실시예에 따라, 오버튜브(630)는 거의 강성인 재료로 만들어질 수 있고 오버튜브(630)의 위치를 변경하기 위한 자유도를 포함하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 오버튜브(630)는 오버튜브(630)의 말단부의 위치를 변경하기 위한 자유도를 추가하는 하나 이상의 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오버튜브(630)는 오버튜브(630)의 말단부의 피치 및/또는 요를 변경하기 위한 조인트를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 오버튜브(630)는 오버튜브(630)의 기능을 작동시키기 위한 하나 이상의 자유도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 소스(도시되지 않음)는 하나 이상의 흡입 통로(634)에서 진공 압력을 생성하거나 제거하도록 동작가능할 수 있다. 다른 수술 도구는 물론, 오버튜브(630)의 추가 특징은 여기에 전체가 언급되어 통합된 "Vacuum Stabilized Overtube for Endoscopic Surgery" 표제의 2006년 12월 29일 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 번호 11/618,374에 기술되어 있다.

또한, 적어도 하나의 실시예에서, 오버튜브(630)는 매니퓰레이터 암의 말단부와 맞물리는 형상(예를 들어, 도 5에서 도구 커넥터(514)에 연결되는 형상)을 가질 수 있는 하우징(도시되지 않음)에 제공되거나 결합될 수 있다. 또한, 이러한 하우징은 매니퓰레이터 암의 상응하는 엘리먼트에 전기 및/또는 광학적으로 결합하기 위한 전기 및/또는 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 오버튜브(630)의 엘리먼트(예를 들어, 모터, 작동기, 센서등)와 매니퓰레이터 암의 엘리먼트 사이에 정보가 전송될 수 있다.

도 6d는 일부 실시예에서 로봇 최소 침습 수술에 사용될 수 있는 논-팔목 내시경(640)을 도시하고 있다. 논-팔목 내시경(640)은 도 6b에서 도시되고 설명된 팔목 내시경(620)과 유사하여서 마찬가지로 하우징(646) 및 샤프트(622)를 포함하고 있다. 차이는 논-팔목 내시경(640)이 유연한 팔목을 포함하고 있지 않다는 것이다. 논-팔목 내시경은 팔목 내시경과 비교하여 감소된 수의 자유도를 갖고 있고, 이러한 특정 실시예에서, 논-팔목 내시경(640)은 팔목 피치 또는 팔목 요를 갖고 있지 않다.

수술 도구(600), 내시경(620) 및 오버튜브(30)는 다양한 부품을 포함하는 다양한 도구이다. 그러나, 이러한 도구는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 그리핑 장치, 전기수술 패들, 진공, 관개기, 스테이플러, 가위, 나이프등과 같은 다른 도구 역시 또는 대안으로 사용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 6a 내지 도 6c의 수술 도구의 설명은 예이고 본원의 범위를 제한하는 것은 아니다.

도 7a는 실시예에 따른 의사의 콘솔(16)(도 1a)의 일부일 수 있는 마스터 제어 입력 장치(700)의 사시도이다. 마스터 제어 입력 장치(700)는 관절식 암(740)에 동작식 결합된 팔목(720) 또는 짐벌을 포함하고 있다.

마스터 제어 입력 장치(700)는 다수의 자유도를 갖고 있고, 매니퓰레이터 어셈블리(예를 들어, 도 5의 매니퓰레이터 암(500))를 제어하도록 동작가능하다. 입력 장치(700)의 자유도는 매니퓰레이터 암(500)의 운동학을 제어하도록 사용되는, 입력 장치(700)의 조인트에 의해 규정된 운동 자유도를 포함하고 있고, 매니퓰레이터 암(500)에 연결된 도구(예를 들어, 기구(511))를 작동하는데 사용되는 작동 자유도를 포함할 수 있다. 입력 장치(700)는 또한, 매니퓰레이터 암(500)의 도구와 같이, 자체 다수의 운동 자유도를 갖고 있는, 연관된 엔드 이펙터(또는 보다 일반적으로, 제어 프레임)를 갖는 것으로 생각할 수 있다.

일부 실시예에서, 입력 장치(700)는 엔드 이펙터의 위치를 완전히 제어하기 위해 충분한 수의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 이력 장치(700)는 기구(511)의 엔드 이펙터의 3개의 병진 및 3개의 배향 자유도를 독립적으로 제어할 수 있는 6개의 자유도를 가질 수 있다. 일부 경우에, 입력 장치(700)가 이러한 충분한 수의 자유도를 가지고 있어도, 매니퓰레이터 어셈블리(예를 들어, 매니퓰레이터 암(500))는 엔드 이펙터의 3개의 병진 및 3개의 배향 자유도를 독립적으로 제어하기에 불충분한 다수의 자유도를 갖고 있다. 예를 들어, 매니퓰레이터 암(500)은 오직 5개의 자유도를 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 입력 장치(700)는 엔드 이펙터의 위치를 제어하도록 동작가능한 자유도(예를 들어, 예비 자유도)일 수 있고 및/또는 기구(26)를 작동하도록 동작가능한 자유도(예를 들어, 흡입 또는 관개의 턴온 또는 턴오프, 클램프의 작동, 스테이플의 조직과의 맞물림등)일 수 있는 추가 자유도를 가질 수 있다. 추가 자유도를 갖는 입력 장치는 여기에 전체가 언급되어 통합된, "Master Having Redundant Degrees of Freedom" 표제의 2002년 4월 11일 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 번호 10/121,283에 기술되어 있다. 또한, 적어도 하나의 실시예에서, 기구(511)는 단독으로 또는 매니퓰레이터 암(500)과 결합되어 매니퓰레이터 암(500)의 자유도에 추가되는 추가 운동 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 기구(511)는 엔드 이펙터의 위치를 제어하기 위한 조인트를 가질 수 있다. 일부 경우에, 매니퓰레이터 암(500)의 운동 자유도를 기구의 운동 자유도와 결합해도, 엔드 이펙터의 위치는 완전히 제어될 수 없다. 이것은 예를 들어, 기구(511)의 조인트가 매니퓰레이터 암(500)에 의해 이미 제공된 것과 중복되는 운동 자유도만을 추가하기 때문일 수 있다. 일부 실시예에서, 기구(511)는 기구(511)를 작동시키기 위한 추가 작동 자유도를 가질 수 있다(예를 들어, 흡입 또는 관개의 턴온 또는 턴오프, 클램프의 작동, 스테이플의 조직과의 맞물림등).

기구(511)의 제어를 돕기 위해, 마스터 제어 입력 장치(700)는 하나 이상의 작동기 또는 모터를 포함할 수 있고, 일부 실시예에서, 마스터 제어 입력 장치(700)의 복수의 조인트의 각각에 대한 센서를 포함할 수 있다. 입력 장치(700)의 모터 및 센서는 예를 들어, 의사의 콘솔(16), 전자장치 카트(24), 및/또는 환자 카트(22), 및/또는 MIRS 시스템(10)(도 1)의 임의의 다른 엘리먼트에 배치된 제어 시스템을 통해 매니퓰레이터 암(예를 들어, 도 5의 암(500)) 및 그 위에 장착된 수술 기구(예를 들어, 도 5의 기구(511))와 연관된 모터 및 센서에 동작식 연결될 수 있다. 제어 시스템은 마스터 제어 장치 입력 및 응답 로봇 암과 수술 기구 출력 사이의 제어, 그리고 예를 들어, 힘 피드백의 경우에 로봇 암 및 수술 기구 입력과 응답 마스터 제어 출력 사이의 제어를 위한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

도 7b는 실시예에 따른 짐벌 또는 팔목(720)의 사시도이다. 이러한 실시예에 따라, 짐벌 또는 팔목(720)에 의해 3개의 축, 축 1, 축 2, 축 3에 대해 작동가능 핸들(722)이 회전할 수 있다. 보다 구체적으로, 핸들(722)은 제1 피봇 조인트(726)에 의해 제1 엔보우 형상 링크(724)에 결합되어 있다. 제1 링크(724)는 제2 피봇 조인트(730)에 의해 제2 엘보우 형상 링크(728)에 결합되어 있다. 제2 링크(728)은 제3 피봇 조인트(724)에 의해 제3 엘보우 형상 링크(732)에 회전가능하게 결합되어 있다. 짐벌 또는 팔목(720)은 짐벌 또는 팔목(720)이 축 4에 대해 각도 변경될 수 있도록 축 4에서 (도 7a에 도시된 바와 같이) 관절식 암(740)에 장착될 수 있다. 이러한 링크 조인트에 의해, 짐벌 또는 팔목(720)은 제어 입력 장치(700)를 위한 다수의 운동 자유도를 제공할 수 있고 하나 이상의 엔드 이펙터 자유도를 제어하기 위해 동작가능하다.

일부 실시예에서, 핸들(722)은 도구 또는 엔드 이펙터를 작동하기 위한 한 쌍의 그립 엘리먼트(723)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그립 엘리먼트(723)를 열거나 닫음으로써, 엔드 이펙터(606)(도 6)의 조(608)는 마찬가지로 열리거나 닫힐 수 있다. 다른 실시예에서, 핸들(722) 및/또는 의사의 콘솔(16)의 다른 엘리먼트의 하나 이상의 입력 엘리먼트는 기구(26)의 위치를 제어하기 위한 자유도 이외의 기구(511)의 하나 이상의 자유도를 작동하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 의사의 콘솔(16)은 진공 압력을 작동하고 정지시키기 위해 제어 시스템에 결합된 풋 페달을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 짐벌 또는 팔목(720)의 조인트는 예를 들어, 힘 피드백, 중력 보상등을 제공하기 위해 작동기, 예를 들어, 전기 모터등에 동작식 연결될 수 있다. 또한, 인코더, 전위계등과 같은 센서가 짐벌 또는 팔목(720)의 각각의 조인트에 또는 인접하여 위치되어 짐벌 또는 팔목(720)의 조인트 위치가 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다.

도 7c는 실시예에 따른 관절식 암(740)의 사시도이다. 이러한 실시예에 따라, 관절식 암(740)에 의해 3개의 축, 축 A, 축 B, 축 C에 대해 짐벌 또는 팔목(720)(도 7b)이 회전할 수 있다. 보다 구체적으로, 짐벌 또는 팔목(720)은 도 7b에 대해 이전에 기술된 바와 같이 암(740)에 장착될 수 있다. 짐벌 또는 팔목(720)은 제1 피봇 조인트(746)에 의해 제2 링크(744)에 회전식 결합되는 제1 링크(742)에 결합되어 있다. 제2 링크(744)는 제2 피봇 조인트(750)에 의해 제3 링크(748)에 회전식 결합되어 있다. 제3 링크(748)는 제3 피봇 조인트(752)에 의해 의사의 콘솔(16, 도 1)에 회전식 결합될 수 있다. 이러한 링크 및 조인트에 의해, 관절식 암(740)은 제어 입력 장치(700)에 대한 다수의 운동 자유도를 제공할 수 있고 매니퓰레이터 어셈블리의 하나 이상의 운동 자유도를 제어하도록 동작가능하여 기구(예를 들어, 도 5의 기구(511)의 위치를 제어할 수 있다.

일부 실시예에서, 관절식 암(740)의 조인트는 작동기, 예를 들어, 모터등에 동작식 연결될 수 있어서, 힘 피드백, 중력 보상등을 제공할 수 있다. 또한, 인코더, 전위계등과 같은 센서가 관절식 암(740)의 각각의 조인트에 또는 인접하여 위치되어, 관절식 암(740)의 조인트 위치가 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다.

특정 실시예에서 입력 장치(700)는 의사 또는 다른 조작자로부터 입력을 수신하기 위한 장치이고 짐벌 또는 팔목(720) 및 관절식 암(740)과 같은 다양한 부품을 포함하고 있다. 그러나, 입력 장치가 도 7a 내지 도 7c에 도시된 것 보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 도 7a 내지 도 7c의 입력 장치(700)는 예시이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 8a는 제1 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 짖 구조부(850)를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다. 매니퓰레이터 어셈블리(810)는 매니퓰레이터(820) 및 도구(840)를 포함하는데, 매니퓰레이터(820)는 지지 구조부(850)와 도구(840)의 각각 사이에 배치되어 연결되어 있다.

매니퓰레이터(820)는 조인트(824)에 의해 함께 결합된 복수의 링크(822)를 포함하고 있다. 매니퓰레이터(820)는 또한 모터와 같은 다수의 작동기(826), 및 전위계와 같은 다수의 센서(828)를 포함할 수 있는데, 각각의 조인트는 작동기 및/또는 센서와 연관될 수 있다. 이러한 작동기는 하나 이상의 조인트가 회전하고 병진하도록 제어하는 것과 같이 하여 매니퓰레이터의 자유도를 제어하도록 동작가능할 수 있다. 또한, 센서는 상응하는 조인트의 각각의 위치 또는 상태를 측정하도록 동작가능할 수 있다.

매니퓰레이터(820)는 지지 구조부(850)의 상응하는 커넥터에 맞물리는 형상을 갖는 인접 단부에서 커넥터(830)를 포함하고 있는데, 이러한 커넥터(830)는 매니퓰레이터 암(820)을 지지 구조부에 기계적으로 결합하도록 동작가능한 기계 인터페이스를 형성한다. 커넥터(830)는 전기 및/또는 광학 콘텍트(832)가 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 엘리먼트와 지지 구조부(850)의 엘리먼트 사이에서 정보를 전송하도록 동작가능한 전기 인터페이스를 형성하도록, 지지 구조부(850)의 상응하는 콘택트와 맞물리도록 하는 위치, 크기 및 형상을 갖는 전기 및/또는 광학 콘택트(832) 역시 포함할 수 있다. 콘텍트(832)는 작동기(826) 및/또는 센서(828)와 같은 매니퓰레이터(820)의 엘리먼트에 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다(예를 들어, 전기, 광학적으로 결합될 수 있다). 하나의 실시예에서, 각각의 콘택트(832)는 작동기(826) 또는 센서(828)에 결합되어 있다. 따라서, 정보는 매니퓰레이터(820)의 엘리먼트(예를 들어, 작동기 및 센서(828))와 지지 구조부(850)의 엘리먼트 사이에 전송될 수 있다. 예를 들어, 명령어는 지지 구조부로부터 모터(826)에 전송되어 모터가 매니퓰레이터 암(820)의 상응하는 자유도를 제어할 수 있고, 위치/상태 정보가 센서(828)로부터 지지 구조부(850)의 엘리먼트로 전송될 수 있다.

일부 실시예에서, 매니퓰레이터(820)는 또한, 도구(840)의 상응하는 커넥터와 맞물리는 형상을 갖는 말단부에서 커넥터(834)를 포함할 수 있는데, 커넥터(834)는 매니퓰레이터 암(820)을 도구(840)에 기계적으로 결합하도록 동작가능한 기계 인터페이스를 형성한다. 커넥터(834)는 또한, 도구(840)에 포함된 상응하는 기계 엘리먼트(842)와 맞물리는 크기 및 형상을 가질 수 있는 하나 이상의 기계 엘리먼트(836)를 포함할 수 있다. 기계 엘리먼트(836)는 작동기(826)에 의해 작동되거나 제어되어 도구(840)가 매니퓰레이터(820)와 맞물릴 때, 기계 엘리먼트(836)의 작동으로 도구(840) 내의 상응하는 기계 엘리먼트(842)가 작동할 수 있다. 도구(840) 내의 상응하는 기계 엘리먼트(840)는 도구(840)의 자유도를 조작하도록 동작가능할 수 있다(예를 들어, 도구(840)의 엔드 이펙터(844)의 작동). 일부 실시예에서, 매니퓰레이터(820)에 포함되거나 배치된 하나 이상의 센서(828)는 도구(840)의 위치 및/또는 상태를 감지하도록 동작가능할 수 있다.

지지 구조부(850)는 매니퓰레이터(820)의 상응하는 커넥터(예를 들어, 커넥터(830))에 맞물리는 형상을 갖는 커넥터(852)를 포함하고 있다. 이러한 커넥터(852)는 또한, 전기 및/또는 광학 콘텍트(854)가 매니퓰레이터 암(820)의 엘리먼트와 도구(840)의 엘리먼트 사이에서 정보를 전송하도록 동작가능한 전기 인터페이스를 형성하도록, 매니퓰레이터(820)의 상응하는 콘택트(예를 들어, 콘택트(832))에 맞물리는 위치, 크기 및 형상을 갖는 전기 및/또는 광학 콘택트(854)를 포함할 수 있다. 콘택트(854)는 하드웨어 맵핑 유닛(856), 조인트 공간 제어기(858), 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860), 및/또는 작업 공간 제어기(862)와 같은 지지 구조부(850)의 엘리먼트에 직접 또는 간접으로 결합될 수 있다(예를 들어, 전기, 광학적으로 결합될 수 있다).

하나의 실시예에서, 하드웨어 맵핑 유닛(856)이 매니퓰레이터 어셈블리(810) 사이의 신호(예를 들어, 전기/광학 콘택트(854)를 통한 매니퓰레이터 어셈블리의 작동기, 센서등으로/로부터의 신호)를 맵핑하도록 동작가능하다. 하드웨어 맵핑 유닛(856)은 매니퓰레이터 암(820) 및/또는 상이한 도구(840)와 같은 복수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리의 각각에 대한 특정 맵을 포함할 수 있다(및/또는 얻을 수 있다). 일부 실시예에서, 하드웨어 맵핑 유닛(856)은 입력 맵 및 출력 맵을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 입력 맵 및 출력 맵은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 작동기(826) 및 센서(828)는 단일 콘택트(854)를 통해 지지 구조부(850)와 각각 통신할 수 있다. 따라서, 입력 맵은 센서(828)에 상응하는 콘택트(854)로부터 조인트 공간 제어기(858)로 신호를 맵핑할 수 있고, 출력 맵은 조인트 공간 제어기(858)로부터 작동기(826)에 상응하는 콘택트(854)로 신호를 맵핑할 수 있다. 다른 실시예에서, 입력 맵 및 출력 맵은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 작동기(826) 및 센서(828)는 모두 단일 콘택트(854)를 통해 지지 구조부(850)와 전송할 수 있다. 따라서, 입력 맵 및 출력 맵은 조인트 공간 제어기(858)의 입출력 인터페이스 엘리먼트를 동일한 콘택트(854)에 맵핑할 수 있으므로 동일할 수 있다.

조인트 공간 제어기(858)는 계산을 수행하고 조인트 공간의 다수의 알고리즘을 실행하도록 동작가능한 프로세서일 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)는 조인트 운동 알고리즘, 각 조인트 상의 예비 센서의 비교, 모터 상태 알고리즘 등을 실행하도록 동작가능할 수 있다.

조인트 공간 제어기(858)는 다수의 상이한 소스로부터 입력 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)는 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)을 통해 작업 공간 제어기(862)로부터 출력을 수신할 수 있다. 다른 예로서, 조인트 공간 제어기(858)는 하드웨어 맵핑 유닛(856)을 통해 매니퓰레이터(820)로부터 입력(예를 들어, 센서(826)로부터의 센서 신호)를 수신할 수 있다. 또 다른 예로서, 조인트 공간 제어기(858)는 마스터 제어 입력 장치(도 7a 내지 도 7c)와 같은 입력 장치로부터 입력을 수신할 수 있다. 또한, 조인트 공간 제어기(858)는 다수의 상이한 목적지로 출력 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)는 정보(예를 들어, 제어 정보)를 하드웨어 맵핑 유닛(856)를 통해 매니퓰레이터(820)(예를 들어, 작동기(826))로 출력할 수 있다. 다른 예로서, 조인트 공간 제어기(858)는 추가 처리를 위해 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)을 통해 작업 공간 제어기(865)에 출력을 제공할 수 있다. 또 다른 예로서, 조인트 공간 제어기(858)는 마스터 제어 입력 장치(도 7a 내지 도 7c)와 같은 입력 장치에 출력을 제공할 수 있다.

조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)은 조인트 공간 제어기(858)와 작업 공간 제어기(862) 사이의 신호(예를 들어, 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 희망 또는 실제 위치 또는 자유도의 상태를 나태는 신호)를 맵핑하도록 동작가능하다. 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)은 상이한 매니퓰레이터 암(820) 및/또는 상이한 도구(840)와 같은 복수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리의 각각에 대한 특정 맵을 포함할 수 있다. 따라서, 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)은 지지 구조부(850)에 연결된 특정 매니퓰레이터 어셈블리(810)에 기초하여 조인트 공간 제어기(858)의 입출력 인터페이스 엘리먼트를 작업 공간 제어기(862)의 입출력 인터페이스 엘리먼트에 맵핑하도록 동작가능할 수 있다.

작업 공간 제어기(862)는 계산을 수행하고 다차원(예를 들어, 3차원) 작업 공간에서 다수의 알고리즘을 실행하도록 동작가능한 프로세서일 수 있다. 이것은 예를 들어, 극좌표, 직각 좌표, 또는 다른 타입의 좌표계에 기초하는 작업 공간일 수 있다. 이러한 작업 공간 제어기(862)는 다양한 알고리즘을 실행하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 작업 공간 제어기(856)는 순방향, 역방향 운동학을 실행하고 희망과 실제의 위치/배향등 사이의 작업 공간 에러를 알아내도록 동작가능할 수 있다.

작업 공간 제어기(862)는 다수의 상이한 소스로부터 입력 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 작업 공간 제어기(862)는 조인트 공간 작업 맵핑 유닛(860)을 통해 조인트 공간 제어기(858)로부터 출력을 수신할 수 있다. 다른 예로서, 작업 공간 제어기(862)는 마스터 제어 입력 장치(도 7a 내지 도 7c)와 같은 입력 장치로부터 입력을 수신할 수 있다. 또한, 작업 공간 제어기(862)는 다수의 상이한 목적지로 출력 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 작업 공간 제어기(862)는 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)을 통해 조인트 공간 제어기(858)로 정보(예를 들어, 제어 정보)를 출력할 수 있다. 또 다른 예로서, 작업 공간 제어기(862)는 마스터 제어 입력 장치(도 7a 내지 도 7c)와 같은 입력 장치로 출력을 제공할 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 동일하거나 상이한 수의 자유도를 갖는 복수의 상이한 도구가 제공될 수 있다. 이러한 도구는 모두 모두 동일한 매니퓰레이터 암에 부착되고 일부 경우에 시술 동안 교환될 수 있도록 동일한 기계 인터페이스를 가질 수 있다. 또한, 동일하거나 상이한 자유도를 갖는 복수의 상이한 매니퓰레이터 암이 제공될 수 있다. 이러한 매니퓰레이터는 또한 모두 동일한 지지 구조부 및 동일한 도구에 부착되고, 일부 경우에 시술 동안 또는 사이에 교환될 수 있도록 동일한 기계 인터페이스를 가질 수 있다.

하나의 실시예에서, 여기에 기술된 제어기 및/또는 맵핑 유닛은 개별적이거나 공통의 정보 저장 엘리먼트에 결합된 개별적인 프로세서일 수 있다. 다른 실시예에서, 여기에 기술된 제어기 및/또는 맵핑 유닛은 접촉식 비임시 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 소프트웨어 코드로서 구현될 수 있다. 이러한 엘리먼트가 지지 구조부(850)의 일부로서 기술되어 있지만, 일부 실시예에서 이러한 엘리먼트의 일부 또는 모두가 예를 들어, 매니퓰레이터(820)에 배치된 제어 시스템, 의사의 콘솔(16), 전자장치 카트(24) 및/또는 환자 카트(22)와 같은 로봇 시스템의 다른 부분에 및/또는 MIRS 시스템(10)(도 1)의 임의의 다른 엘리먼트에 포함될 수 있다.

도 8b는 제2 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다. 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)는 이러한 실시예에서 도 8a에서 설명된 것과 유사하여서 도 8a에 대해 설명된 구조 및 기능이 이러한 실시예에 동일하게 적용가능하다.

그러나, 이러한 실시예에 따라, 도구(840)는 도구(840)의 내부 엘리먼트(848)에 결합되어 정보를 전송하도록 동작가능한 전기/광학 콘택트(846)를 포함하고 있다. 엘리먼트(848)는 예를 들어, 작동기(826)와 같은 작동기 및/또는 센서(828)와 같은 센서일 수 있다. 이러한 작동기는 도구(840)의 자유도를 제어하도록 동작가능할 수 있고, 센서(828)는 자유도의 위치 및/또는 상태를 감지하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 작동기는 도구(840)의 조인트를 제어하도록 동작가능할 수 있고, 센서는 조인트의 위치를 감지하도록 동작가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 도구는 도구(840)의 다수의 자유도를 제어하기 위한 다수의 작동기 및/또는 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 각각의 도구(840)의 동일한 전기/광학 콘택트(846), 즉, 콘택트(837)에 결합된 콘택트가 상이한 도구에서 상이한 자유도를 제어하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 콘택트(837, 846)는 제1 도구의 롤을 제어하도록 동작가능하지만, 콘택트(837, 846)는 제2 도구의 피치를 제어하도록 동작가능할 수 있다.

또한, 매니퓰레이터 암(820)의 커넥터(834)는 또한, 도구(840)와 매니퓰레이터 암(820) 사이의 전송을 돕도록 도구(840)의 콘택트(846)를 전기적으로/광학적으로 맞물리도록 하기 위한 전기/광학 콘택트(837)를 포함할 수 있다. 매니퓰레이터 암(820)의 작동기(826) 및 센서(828)와 마찬가지로, 콘택트(837)는 정보가 도구(840)와 지지 구조부(850) 사이에서 전송될 수 있도록 매니퓰레이터 암(820)의 인접 단부에서 커넥터(830)의 하나 이상의 콘택트(832)에 결합될 수 있다.

도 8c는 제3 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)를 포함하는 로봇 시스템의 일부이다. 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)는 이러한 실시예에서 도 8a에서 설명된 것과 유사하기 때문에 도 8a에 대해 설명된 구조 및 기능이 이러한 실시예에서 동일하게 적용가능하다.

이러한 실시예에서, 도구(840)는 도구 식별 유닛(845)을 포함하고 있다. 도구 식별 유닛(845)은 도구의 하나 이상의 특성을 식별하는 도구 식별기를 저장할 수 있다. 예를 들어, 이러한 식별기는 도구의 타입(예를 들어, 내시경, 조, 진공기, 전기수술 패들등), 도구의 자유도의 수(예를 들어, 3 자유도, 4 자유도, 5 자유도등), 자유도의 타입(예를 들어, 롤, 병진등과 같은 운동 자유도, 진공기 또는 전극등을 활성화시키는 것과 같은 작동 자유도)등을 식별할 수 있다. 도구 식별 유닛(845)은 지지 구조부의 엘리먼트와 같은, 로봇 시스템의 다른 엘리먼트에 도구 식별기를 전송하도록 동작가능할 수 있다. 그다음, 이러한 도구 식별기는 하드웨어 맵핑 유닛(845) 및/또는 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)을 구성하는 것과 같은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다.

도구 식별 유닛(845)은 하나 이상의 다양한 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 도구 식별 유닛(845)은 도구(840)의 콘택트(예를 들어, 콘택트(846))에 결합되어서 하나의 전선을 통해 도구 식별기를 전송하도록 동작가능할 수 있다. 다른 예로서, 도구 식별 유닛(845)은 도구 식별기를 무선 전송하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 도구 식별 유닛(845)은 도구(840)의 하나 이상의 특성과 연관된 식별자를 갖는 무선 주파수 식별(RFID) 칩일 수 있다. 따라서, 매니퓰레이터 암(820)은 도구(840)가 매니퓰레이터 암(820)의 범위 안에 있을 때 도구 식별자를 판독하기 위한 RFID 판독기(839)를 포함할 수 있다. RFID 판독기(839)는 도구 식별자를 지지 구조부(850)의 엘리먼트와 같은 로봇 시스템의 다른 엘리먼트에 전송하도록 동작가능할 수 있도록 커넥터(830)의 하나 이상의 콘택트(832)에 결합될 수 있다.

다른 실시예에서, 다른 무선 기술이 도구 식별자를 도구(840)로부터 로봇 시스템의 다른 엘리먼트로 전송하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템의 도구(840) 및 다른 엘리먼트(예를 들어, 매니퓰레이터(820), 지지구조부(850), 또는 다른 엘리먼트)는 Bluetooth™ 회로, IEEE 802.11 규격, IrDA 규격, 또는 다른 무선 통신 규격에 따라 전송하기 위한 무선 통신 회로를 포함할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 매니퓰레이터 암(820)은 매니퓰레이터 및/또는 연결된 도구의 하나 이상의 특성을 식별하는 매니퓰레이터 식별기를 저장할 수 있는 매니퓰레이터 식별 유닛(도시되지 않음)을 추가로 또는 대안으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 매니퓰레이터 식별기는 매니퓰레이터의 타입(예를 들어, 평행 사변형), 매니퓰레이터 및/또는 연결된 도구의 자유도의 수(예를 들어, 3 자유도, 4 자유도, 5 자유도등), 매니퓰레이터 및/또는 연결된 도구의 자유도의 타입(예를 들어, 롤, 병진등과 같은 운동 자유도, 진공기 또는 전극을 작동하느 것과 같은 작동 자유도등)등을 식별할 수 있다. 이러한 매니퓰레이터 식별 유닛은 지지 구조부의 엘리먼트와 같은, 로봇 시스템의 다른 엘리먼트에 매니퓰레이터 식별자를 전송하도록 동작가능할 수 있다. 그다음, 매니퓰레이터 식별자는 하드웨어 맵핑 유닛(845) 및/또는 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)을 구성하는 것과 같은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 도구 식별 유닛(845)과 같이, 매니퓰레이터 식별 유닛은 유선 수단(예를 들어, 콘택트(832)) 또는 무선 수단(예를 들어, 매니퓰레이터 암(820)에 결합된 RFID 태그 및 지지 구조부(850)에 결합된 RFID 판독기)를 통해 로봇 시스템의 다른 엘리먼트에 매니퓰레이터 식별자를 전송하도록 동작가능할 수 있다.

매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)는 특정 실시예에서 작동기, 센서, 조인트, 도구, 커넥터, 맵핑 유닛 및 제어기와 같은 다양한 부품을 포함하고 있다. 그러나, 입력 장치가 도 8a 내지 도 8c에 도시된 것보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 도 8a 내지 도 8c의 각각에 대해 설명된 엘리먼트는 서로 동시에 또는 분리되어 사용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예를 들어, 도 8c에 대해 기술된 식별 시스템은 도 8b에 대해 설명된 시스템과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 도 8a 내지 도 8c의 매니퓰레이터 어셈블리(810) 및 지지 구조부(850)는 예시이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 9a는 제1 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트와 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하고 있다. 도시된 바와 같은 맵핑은 커넥터 입력 엘리먼트(910), 커넥터 출력 엘리먼트(920)와 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930) 사이의 제1 맵핑으로서 도시되어 있다.

커넥터 입력 엘리먼트(910)는 일부 실시예서 매니퓰레이터 어셈블리의 센서 신호를 수신하기 위한 엘리먼트와 같은, 하드웨어 장치의 레이어의 일부이다. 예를 들어, 커넥터 입력 엘리먼트(910)는 매니퓰레이터 어셈블리에 위치된 센서 장치(예를 들어, 센서(828))와 같은 장치로부터 정보를 수신하도록 지정된 전기 및/또는 광학 콘택트(예를 들어, 콘택트(854))에 상응할 수 있다. 따라서, 각각의 콘택트는 매니퓰레이터 어셈블리의 엘리먼트로부터 정보를 수신하도록 동작가능할 수 있다.

하나의 실시예에서, 하나 이상의 커넥터 입력 엘리먼트(910)가 센서 신호(912)를 수신한다. 센서 신호(912)는 연결된 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 센서 신호(192)는 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 자유도의 상태 또는 위치를 측정하는 센서(828)로부터 수신된 정보일 수 있다. 이러한 자유도는 매니퓰레이터 암(820)의 자유도, 또는 일부 실시예에서, 연결된 도구(840)의 자유동 상응할 수 있다.

도 9a에 도시된 예에서, 센서 신호(912)는 매니퓰레이터 암의 외부 요(A1)의 상태 또는 위치를 나타낸다. 센서 신호(914)와 같은 다른 센서 신호는 연결된 매니퓰레이터 어셈블리의 상이한 조인트의 상태 또는 위치를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 센서 신호(914)는 이러한 예에서 매니퓰레이터 암의 다른 피치(A2)의 상태 또는 위치를 나타낸다. 또 다른 센서 신호는 외부 롤(A3), 삽입 조인트(A4), 및 기구 롤(A5)와 같은, 연결된 매니퓰레이터 어셈블리의 훨씬 더 많은 조인트의 상태 또는 위치를 나타낼 수 있다. 커넥터 입력 엘리먼트(910)에서 수신된 센서 신호에 의해 표시된 특정 조인트가 많은 실시예에서 매니퓰레이터 어셈블리(810)에 의해 결정된다는 것을 인식해야 한다. 즉, 커넥터 입력 엘리먼트(910)에서 수신된 센서 신호는 부착된 매니퓰레이터 어셈블리 상의 상응하는 콘택트(예를 들어, 전기 및/또는 광학 콘택트(832))에서 제공된 센서 신호에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 매니퓰레이터 어셈블리의 상이한 조인트 또는 자유도는 매니퓰레이터 어셈블리의 도구를 변경함으로써 얻을 수 있다.

그다음, 커넥터 입력 엘리먼트(910)에서 제공된 센서 신호는 제1 맵핑(940)을 통해 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)로 전송된다. 제1 맵핑(940)은 예를 들어, 하드웨어 맵핑 유닛(856)에 의해 생성될 수 있고, 수신된 센서 신호를 특정 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)에 맵핑하도록 동작가능할 수 있다.

조인트 공간 인터에피스 엘리먼트(930)는 고정되거나 사전규정된 특성을 갖는 하나 이상의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)는 하나 이상의 매니퓰레이터 어셈블리(즉, 매니퓰레이터 암 및/또는 도구)의 특정 자유도에 각각 상응하도록 규정될 수 있다. 도 9a에 도시된 예에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)는 예를 들어, 제2 외부 요(J1), 외부 요(J2), 외부 피치(J3), 외부 롤(J4), 삽입 조인트(J5), 기구 롤(J6), 및 추가 조인트(J7 내지 J10)에 상응하도록 사전규정되어 있다.

일부 실시예에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)는 프로세서에 의해 또는, 일부 실시예에서 조인트 공간 제어기(858)와 같은 제어기로 실행되는 알고리즘의 입출력 엘리먼트로서 동작할 수 있다. 따라서, 조인트 공간 제어기(858)는 예를들어, 개별 조인트에 루핑하는 하나 이상의 알고리즘을 실행함으로써, 조인트 공간에서 센서 신호를 처리하도록 동작가능할 수 있다.

그다음, 조인트 공간 제어기(858)는 동일하거나 상이한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)를 통해 결과를 출력하도록 동작가능할 수 있다. 도 9a에 도시된 예에서, 조인트 공간 제어기(858)는 동일한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)를 사용하여 결과를 출력한다. 출력된 신호는 예를 들어, 작동기(826)와 같은 매니퓰레이터 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트를 제어하기 위한 제어 신호일 수 있다. 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)는 제2 맵핑(950)을 통해 하나 이상의 커넥터 출력 엘리먼트(920)에 맵핑될 수 있다. 제2 맵핑(950)은 예를 들어, 하드웨어 맵핑 유닛(856)에 의해 생성될 수 있고, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)의 출력을 커넥터 출력 엘리먼트(920)에 맵핑하도록 동작할 수 있다.

커넥터 출력 엘리먼트(920)는 일부 실시예에서, 제어 신호를 매니퓰레이터 어셈블리에 전송하기 위한 엘리먼트와 같은 하드웨어 장치의 레이어의 일부이다. 예를 들어, 커넥터 출력 엘리먼트(920)는 매니퓰레이터 어셈블리에 위치된 작동기(예를 들어, 작동기(826))와 같은 장치에 정보를 전송하도록 지정된 전기 및/또는 광학 콘택트(예를 들어, 콘택트(854))에 상응할 수 있다. 따라서, 각각의 콘택트는 정보를 매니퓰레이터 어셈블리의 엘리먼트에 전송하도록 동작가능할 수 있다. 도 9a에 도시된 예에서, 제어 신호(922)는 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 외부 요를 제어하기 위한 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 작동기에 출력되지만, 제어 신호(924)는 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 외부 피치를 제어하기 위한 매니퓰레이터 어셈블리(810)의 작동기에 출력된다.

일부 실시예에서, 커넥터 입력 엘리먼트(910) 및 커넥터 출력 엘리먼트(920)는 서로 분리되어 있지만, 다른 실시예에서, 커넥터 입력 엘리먼트(910)와 커넥터 출력 엘리먼트(920)는 서로 동일할 수 있다. 도 9a에 도시된 예에서, 커넥터 출력 엘리먼트(920)는 커넥터 입력 엘리먼트(910)와 상이한데, 이것은 일부 콘택트(832)가 센서(828)로부터 센서 신호를 수신하기 위해 사용되지만 다른 콘택트(832)가 작동기(826)에 제어 신호를 전송하는데 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 다른 실시예에서, 커넥터 출력 엘리먼트(920)는 커넥터 입력 엘리먼트(910)와 동일할 수 있는데, 이것은 일부 콘택트(832)가 센서 신호를 센서(828)로부터 수신하고 제어 신호를 작동기(826)로 전송하는데 사용될 수 있다는 것을 나타낸다.

제1 맵핑(940)과 제2 맵핑(950)으로 돌아가서, 이러한 맵핑이 적절한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로 그리고 이러한 엘리먼트로부터 커넥터 입출력 엘리먼트에 수신된/전송된 신호를 맵핑하도록 동작한다는 것을 알 수 있다. 많은 실시예에서, 이러한 맵핑은 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 대해 상이하다. 예를 들어, 도 9a에 도시된 실시예에서, 제1 커넥터 입력 엘리먼트(910a)는 매니퓰레이터 어셈블리로부터 임의의 신호를 수신하지 않지만, 제2 커넥터 입력 엘리먼트(910b)는 매니퓰레이터 어셈블리의 외부 요의 위치 또는 상태를 나타내는 센서 신호를 수신할 수 있다. 그다음, 제1 맵핑(940)은 특정 매니퓰레이터 어셈블리에 주문맞추어지고, 조인트 공간 제어기(858)가 외부 요 자유도로서 가정하고 처리하는 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930b)(예를 들어, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930))에 제2 커넥터 입력 부재(910b)를 맵핑하도록 동작한다. 제1 맵핑(940)은 임의의 신호를 제1 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930a)에 맵핑하지 않는데, 그 이유는 매니퓰레이터 어셈블리가 제2 외부 요 조인트에 상응하는 자유도를 전형 갖고 있지 않기 때문이다.

도 9b에서, 도 9b는 제2 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트와 조인트 공간 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하고 있다. 이러한 실시예는 이러한 경우에서, 지지 구조부(850)가 상이한 매니퓰레이터 어셈블리(820)에 결합되어(매니퓰레이터 어셈블리가 어셈블리의 도구를 변경시킨 결과로서 상이할 수 있다) 센서 신호(912)가 제2 커넥터 입력 엘리먼트(910b)에서 수신되지 않고 제3 커넥터 입력 엘리먼트(910c)에서 수신된다는 점을 제외하면 도 9a에 대해 설명된 것과 유사하다. 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)가 상이한 매니퓰레이터 어셈블리와 함께 변하지 않기 때문에, 제1 맵핑(940)은 커넥터 입력 엘리먼트(910)에서 수신된 센서가 적절한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)에 맵핑되도록 변해야 한다. 도 9b의 예에서, 새로운 매니퓰레이터 어셈블리에 상응하는 제1 맵핑은 도 9a의 예와 같이 제3 조인트 공간 인터페있 엘리먼트(930c)가 아닌 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930b)에 제3 커넥터 입력 엘리먼트(910c)를 맵핑한다. 마찬가지로, 도 9b의 예는 도 9a의 예에서 사용된 것과 상이한 제2 맵핑(951)을 사용할 수 있다. 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 대한 상이한 맵핑을 사용함으로써, 동일한 조인트 공간 제어기(858)가 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 사용될 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

도 9c는 실시예에 다른 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하고 있다. 이러한 실시예에서 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)가 작업 공간 맵핑(80)을 통해 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)에 맵핑되어 있다. 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)는 도 9a 및 도 9b에 대해 설명된 것과 유사할 수 있지만, 이러한 실시예에서, 조인트 공간 제어기(858)와 작업 공간 제어기(862) 사이에서 정보를 전송하도록 동작가능할 수 있다.

일부 실시예에서, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(70)는 일부 실시예에서, 작업 공간 제어기(862)와 같은 제어기로 프로세서에 의해 실행되는 알고리즘의 입출력 엘리먼트로서 동작할 수 있다. 따라서, 작업 공간 제어기(862)는 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(70)를 통해 이러한 신호들을 수신함으로써 작업 공간에서 조인트 공간 제어기(858)에 의해 출력된 신호를 처리하도록 동작가능할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 작업 공간 제어기(862)는 기계적 링크 또는 작업 공간 자유도의 레이어에 상응한다. 예를 들어, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(70)의 각각은 매니퓰레이터 어셈블리의 특정 링크에 상응할 수 있다. 작업 공간 제어기(862)는 직각좌표계, 극좌표계등과 같은 하나 이상의 좌표계에서 임의의 적절한 수의 차원(예를 들어, 1차원, 2차원, 3차원, 3보다 큰 차원등)으로 조인트 공간 제어기(858)로부터의 출력에 계산을 실행하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 이러한 작업 공간 제어기에 의해 실행된 계산은 순방향 운동학, 역방향 운동학, 및 다른 카트-공간과 널-공간 알고리즘을 포함할 수 있다.

조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)은 도 9a 및 도 9b에 대해 설명된 맵핑과 마찬가지로, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 대해 상이할 수 있다. 조인트 공간 작업 공간 맵핑(80)은 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)를 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)로 맵핑하도록 동작한다. 예를 들어, 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)은 조인트 공간 제어기(858)로부터 적절한 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)로 출력 신호를 맵핑할 수 있고, 마찬가지로, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)로부터 적절한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)로 출력 신호를 맵핑할 수 있다. 일부 실시예에서, 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)은 예를 들어, 조인트 공간 작업 공간 맵핑 유닛(860)에 의해 생성될 수 있다.

일부 실시예에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트는 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에 전혀 맵핑되지 않아, 프레임 변환이 고정된다. 예를 들어, 제1 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960a)는 임의의 작업 공간 인터에피스 엘리먼트(970)에 맵핑죄지 않고, 제1 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970a)는 임의의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)에 맵핑되지 않는다. 이것은 부착된 매니퓰레이터 어셈블리가 제1 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960a)(예를 들어, 제2 외부 요 조인트)의 자유도에 상응하는 자유도를 갖지 않는 경우일 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 단일 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트는 단일 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에 맵핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b)는 제2 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970b)에 맵핑될 수 있다. 이것은 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b)의 자유도(예를 들어, 외부 요 자유도)에 상응하는 자유도 및, 단일 링크의 운동에 상응하는 자유도를 갖는 경우일 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 단일 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트는 다수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에 맵핑될 수 있다. 예를 들어, 제3 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960c)는 제3 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970c), 제4 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970d), 및 제5 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970e)에 맵핑될 수 있다. 이것은 매니퓰레이터의 일부가 평행 메커니즘인 경우일 수 있다. 평행 메커니즘은 다수의 물리적 조인트가 단일 독립 자유동 기초하여 동시에 운동하는 경우이다. 물리적 조인트의 하나가 독립적으로 제어될 수 있지만, 다른 물리적 조인트의 운동은 독립적으로 제어되는 조인트의 운동에 의존한다. 평행 메커니즘의 예는 (단일 축을 따른 회전 대신에 곡선을 따라 도구 팁을 이동시키는) 스네이크 도구, 평행 축등을 포함한다.

도 10은 실시예에 따른 커넥터 입출력 엘리먼트, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 도시하고 있다. 다양한 장치, 인터페이스 엘리먼트, 신호, 및 맵핑은 도 9a 및 도 9c에 대해 설명된 것과 유사하지만, 이러한 경우에 매니퓰레이터 어셈블리에 대해 전송된 신호를 작업 공간 제어기에 의해 궁극적으로 처리되는 신호로 맵핑하기 위한 단일 상호접속된 시스템으로서 도시되어 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도를 제어하기 위한 수신되고 전송된 실제 신호를 처리하는 것에 더해, 시스템은 또한 시뮬레이트 또는 팬텀 자유도에 대한 처리를 실행하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 매니퓰레이터 어셈블리는 하나 이상의 자유도를 놓칠 수 있는데, 예를 들어, 롤링하도록 동작하지 않을 수 있다. 그러나, 조인트 공간 제어기(858) 및/또는 작업 공간 제어기(862)와 같은 제어기에 의해 수행되는 계산은 이러한 자유도가 실제 매니퓰레이터 어셈블리에 존재한다는 가정하에 수행될 수 있다.

예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)는 매니퓰레이터 어셈블리의 특정 롤 및 피치와 같은 자유도에 상응할 수 있는, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g, 930h)에서 입력 신호를 수신하지 않고 조인트 공간 제어기(858)가 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g, 930h)에서 출력을 제공하지 않는다 할지라도, 조인트 공간 제어기(858)는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g, 940h)에 상응하는 자유도가 제어되고 있다는 전제하에 알고리즘을 실행할 수 있다.

따라서, 일부 실시예에서, 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)은 이러한 팬텀 자유도와 연관된 신호를 처리하기 위한 맵핑을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)은 예를 들어, 팬텀 피치에 상응하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g)를 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970i)에 맵핑할 수 있고, 예를 들어, 팬텀 요에 상응하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930h)를 공간 인터페이스 엘리먼트(970j)로 맵핑할 수 있다. 그다음, 작업 공간 제어기(862)는 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970i, 970j)에 상응하는 링크가 실제로 제어되고 있지 않고 심지어 연결된 매니퓰레이터 어셈블리에 존재하지도 않지만, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970i, 970j)에 상응하는 링크가 존재하고 제어되고 있다는 전제하에, 조인트 공간 제어기(858)와 마찬가지로, 계산을 수행할 수 있다.

커넥터 입력 엘리먼트(910), 커넥터 출력 엘리먼트(920), 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930), 및 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)의 수는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 임의의 적절한 수일 수 있다. 하나의 실시예에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 수는 커넥터 (입출력) 엘리먼트의 수보다 크다. 이러한 배치는 동일한 조인트 공간 제어기에 의해 제어될 수 있는 다수의 상이한 자유도를 갖는 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리 모두가 동일한 조인트 공간 제어기에 의해 제어될 수 있는 장점이 있을 수 있다. 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 수가 커넥터 엘리먼트의 수 보다 많은 경우에, 커넥터 엘리먼트는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 서브세트에 맵핑될 수 있다. 또한, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리가 동일한 수의 자유도를 갖지만 적어도 하나의 상이한 자유도를 갖는 경우에(예를 들어, 하나의 매니퓰레이터가 외부 피치 자유도를 포함하는 반면, 다른 매니퓰레이터는 외부 피치 자유도를 포함하지 않고 추가 도구 자유도를 포함하는 경우에), 매니퓰레이터의 각각에 대한 커넥터 엘리먼트는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 상이한 서브세트에 맵핑될 수 있다. 다른 실시예에서, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리에 의해 사용된 커넥터 엘리먼트의 수 역시 상이할 수 있다.

일부 실시예에서, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트의 수는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 수 보다 크다. 이러한 배치에 의해 하나의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트가 하나 보다 많은 카트 공간 인터페이스 엘리먼트에 맵핑될 수 있어, 주어진 매니퓰레이터 어셈블리 자유도에 대한 다양한 기계적 링크의 제어를 도울 수 있어 유리할 수 있다.

도 11a 및 도 11b에서, 도 11a는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)에 이해 제어되는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도의 제1 세트의 그룹핑(1100)을 도시하고 있고, 도 11b는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)에 의해 제어되는 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도의 제2 세트의 그룹핑(1150)을 도시하고 있다. 여기에서, 제2 매니퓰레이터 어셈블리는 제1 매니퓰레이터 어셈블리와 상이하여서, 이러한 그룹핑 역시 상이할 수 있다.

일부 실시예에서, 예를 들어, 조인트 공간 제어기에 의해 실행되는 알고리즘은 유용한 입력의 서브세트에만 동작할 수 있다. 예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)에 의해 실행되는 알고리즘은 인터페이스 엘리먼트(930)의 서브세트에만 동작할 수 있다(예를 들어, 입력을 획득하고, 처리하고 출력을 전송할 수 있다). 이러한 상이한 알고리즘은 상이한 세트의 입력을 수신하고 동작시키는 동안, 서로 동시에 실행될 수 있다. 상이한 매니퓰레이터(및, 일부 실시예에서, 상이한 도구)가 지지 구조부의 동일한 커넥터에 순차 접속된 상황에서(즉, 하나의 매니퓰레이터가 다른 매니퓰레이터에 대해 교환되는 상황에서, 인터페이스 엘리먼트(930)에 의해 제어되는 매니퓰레이터의 조인트가 변할 수 있다. 그 결과, 알고리즘이 동작하는 특정 인터페이스 엘리먼트(930)가 마찬가지로 변할 수 있다.

이러한 변화를 고려할 때, 조인트 그룹 규정이 특정 조인트 그룹핑을 규정하는 상이한 조인트 그룹핑이 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각 특정 인터페이스 그룹핑을 설명하는 도 11a 및 도 11b에서, 인터페이스 엘리먼트(930b 내지 930e)는 제1 매니퓰레이터(도 11a)의 외부 조인트에 상응하는 반면, 인터페이스 엘리먼트(930a 내지 930e)는 제2 매니퓰레이터(도 11b)의 외부 조인트에 상응할 수 있다. 하나 이상의 알고리즘이 매니퓰레이터의 외부 조인트에만 동작하고 제1 매니퓰레이터(도 11a)가 접속될 때, 알고리즘은 이러한 매니퓰레이터에 대한 조인트 그룹핑 규정을 판독하고 외부 조인트가 인터페이스 엘리먼트(930b 내지 930c)를 사용하여 완전히 규정된다고 판정할 수 있다. 따라서, 알고리즘은 이러한 인터페이스 엘리먼트에만 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 알고리즘은 인터페이스 엘리먼트(930b 내지 930e)의 "외부(outer)" 그룹을 사용하여 동작할 수 있고, 제2 알고리즘은 인터페이스 엘리먼트(930f 내지 930i)의 "도구(tool)" 그룹을 사용하여 (동시에 또는 순차적으로) 동작할 수 있다. 그에 반해서, 제2 매니퓰레이터(도 11b)가 접속될 때, 알고리즘이 해당 매니퓰레이터에 대한 조인트 그룹핑 규정을 판독할 수 있고, 이러한 외부 조인트가 인터페이스 엘리먼트(930a 내지 930e)를 사용하여 완전히 규정된다고 판정할 수 있다. 따라서, 알고리즘은 이러한 인터페이스 엘리먼트(즉, 인터페이스 엘리먼트(930a)를 포함한다)에 동작할 수 있다. 예를 들어, 제3 알고리즘은 인터페이스 엘리먼트(930a 내지 930e)의 "외부" 그룹을 사용하여 동작할 수 있고, 제4 알고리즘은 인터페이스 엘리먼트(930f 내지930i)의 "도구" 그룹을 사용하여 동작할 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 알고리즘의 각각은 서로 상이할 수 있고 인터페이스 엘리먼트의 특정 그룹에서 실행되는데 최적화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 알고리즘이 매니퓰레이터 어셈블리의 외부 조인트과 연관된 입력 엘리먼트의 그룹에 실행되도록 최적화될 수 있는 반면, 다른 알고리즘은 도구의 자유도와 연관된 입력 엘리먼트의 그룹에 실행되도록 최적화될 수 있다.

조인트 그룹 규정은 특정 매니퓰레이터에 대한 제어기에서 알고리즘에 의해 사용되는 조인트 그룹 모두를 규정할 수 있다. 예를 들어, 도 11a에서, 조인트 그룹핑 규정은 도 11a에 도시된 바와 같이 제1 매니퓰레이터에 대해, "조인트", "도구", "조(jaw)" 등에 대한 그룹핑을 규정할 수 있다. 도 11b에서, 상이한 조인트 그룹핑 규정은 도 11b에서 도시된 바와 같이 제2 매니퓰레이터에 대해, "조인트", "도구", "조"등에 대한 (일부 경우에, 상이한) 그룹핑을 규정할 수 있다. 상이한 매니퓰레이터에 대한 조인트 그룹핑 규정은 (예를 들어, 지지 구조부(850) 내의) 제어기에 저장되거나, 매니퓰레이터가 사용을 위해 접속되지 전 또는 후에 적절한 소스로부터 (예를 들어, 매니퓰레이터, 원격 저장 장치등으로부터) 얻을 수 있다.

도 11a 및 도 11b에 도시된 특정 실시예에서, 도 11a에 도시된 그룹핑의 적어도 일부는 도 11b에 도시된 것과 동일한데, 그 이유는 도 11a의 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 매니퓰레이터 어셈블리가 도 11b의 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 매니퓰레이터 어셈블리의 것과 동일한 자유도의 적어도 일부를 갖고 있기 때문이다. 예를 들어, 양측 세트의 그룹핑은 8번째 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930h) 및 9번째 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930i)를, 도구의 조를 제어하도록 동작하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트를 나타내는 "조" 그룹핑으로 그룹화한다. 또한, 양측 세트의 그룹핑은 6번째 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930f), 7번째 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g), 및 8번째 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930h)를, 도구의 팔목을 제어하도록 동작하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트를 나타내는 "팔목(wrist)" 그룹핑으로 그룹화한다.

또한, 도 11a에 도시된 그룹핑의 적어도 일부는 도 11b에 도시된 것과 상이한데, 그 이유는 도 11a의 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 매니퓰레이터 어셈블리가 외부 요 조인트를 포함하지 않는 반면에, 도 11b의 인터페이스 엘리먼트에 의해 제어되는 매니퓰레이터 어셈블리는 제2 외부 요 조인트를 포함하기 때문이다. 따라서, 매니퓰레이터 암을 제어하도록 동작하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트를 식별하는 "외부"로서 규정된 그룹핑은 제2, 제3, 제4 및 제5 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930b 내지 930e)를 포함하도록 제 세트의 그룹핑(1100)에 대해 규정되어 있다. 이에 반하여, "외부"로부터 규정된 그룹핑은 제2 외부 요 조인트가 접속된 도구 보다는 매니퓰레이터 암의 자유도에 상응하기 때문에, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930a 내지 930e)를 포함하도록 제2 세트의 그룹핑(1100)에 대해 규정된다.

기술된 바와 같이, 조인트 공간 제어기에 의해 실행되는 알고리즘은 이러한 알고리즘에 대해 수신된 입력 데이터에 기초하여 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)로부터 사용될 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 센서, 작동기, 및/또는 작업 공간 제어기로부터의 입력 데이터는 어느 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트가 예를 들어, 도구 자유도에 상응하는지를 알고리즘에 나타낼 수 있어서, 조인트 공간 제어기는 적절한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신된 신호를 사용할 수 있다(그리고 처리된 신호를 이러한 엘리먼트로 전송할 수 있다). 다른 실시예에서, 신호는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도 사이의 사전결정된 상응도에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정 매니퓰레이터 어셈블리의 접속시, 특정 매니퓰레이터 어셈블리에 상응하는 상이한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 그룹핑을 나타내는 그룹핑 정보가 로딩될 수 있다. 따라서, 조인트 공간 제어기는 특정 그룹핑에 의해 규정된 적절한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신된 신호를 사용할 수 있다(그리고 처리된 신호를 이러한 엘리먼트로 전송할 수 있다).

이제 도 12a 및 도 12b에서, 도 12a는 실시예에 따른 커넥터/조인트 공간 맵(1200)을 도시하고 있고, 도 12b는 실시예에 따른 조인트 공간/작업 공간 맵(1250)을 도기하고 있다. 이러한 맵은 지지 구조부(850) 내의 저장 엘리먼트와 같은, 로봇 시스템의 임의의 적절한 엘리먼트에 저장될 수 있다. 커넥터/결합 공간 맵(1200)은 커넥터 엘리먼트(1210)(예를 들어, 콘택트(854))를 결합 공간 인터페이스 엘리먼트(1220)(예를 들어, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930))에 맵핑(예를 들어, 제1 맵핑(940) 및/또는 제2 맵핑(950))하기 위한 맵이다. 커넥터/조인트 공간 맵(1200)은 A1 내지 Ai(i는 임의의 정수)와 같은 임의의 적절한 수의 커넥터 엘리먼트, 및 J1 내지 Jk(k는 임의의 정수)와 같은 임의의 적절한 수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트를 포함할 수 있다. 맵핑 지표(1230)는 특정 커텍터 엘리먼트와 특정 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 특정 맵핑을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 9a에서, 커넥터 엘리먼트 "A2"는 제2 커넥터 입력 엘리먼트(910b)에 상응할 수 있고, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 "J2"는 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b)에 상응할 수 있다. 따라서, 맵핑 지표(1230)는 제2 커넥터 입력 엘리먼트(910b)와 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b) 사이의 신호를 맵핑하도록 동작가능할 수 있다.

조인트 공간/작업 공간 맵(1250)은 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(1260)(예를 들어, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930))를 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(1220)(예를 들어, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970))에 맵핑하기 위한 맵이다. 조인트 공간/작업 공간 맵(1250)은 J1 내지 Jk(k는 임의의 정수)와 같은 임의의 적절한 수의 조인트 공간 엘리먼트, 및 W1 내지 Wm(m은 임의의 정수)와 같은 임의의 적절한 수의 작업 공간 인터페이스를 포함할 수 있다. 맵핑 지표(1280)는 특정 관정 공간 엘리먼트와 특정 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 특정 맵핑을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 9c에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 "J2"는 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b)에 상응할 수 있고, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 "W1"은 제2 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970b)에 상응할 수 있다. 따라서, 맵핑 지표(1280)는 제2 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960b)와 제2 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970b) 사이에서 신호를 맵핑하도록 동작가능할 수 있다.

또한, 맵은 하나의 엘리먼트를 하나 보다 많은 엘리먼트에 맵핑하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 9c에서, 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 "J3"는 제3 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960c)에 상응할 수 있고, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 "W2", "W3" 및 "W4"는 제2, 제3, 및 제4 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970c 내지 970e)에 각각 상응할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 맵핑 지표(1282, 1284, 1286)는 제3 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960c)와 제2, 제3 및 제4 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970c 내지 970e)의 각각 사이에서 신호를 맵핑하도록 동작가능할 수 있다.

이러한 지지 구조부는 특정 실시예에서, 커넥터 엘리먼트, 인터페이스 엘리먼트, 맵핑, 조인트 공간 제어기, 작업 공간 제어기등과 같은 다양한 인터페이스 엘리먼트와 제어기를 포함하고 있다. 그러나, 이러한 입력 장치가 도 9a 내지 도 12b에 도시된 것보다 적거나 많은 수의 부품을 가짐으로써 동일하게 동작할 수도 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 도 9a 내지 도 12b의 각각에 대해 설명된 엘리먼트는 이러한 실시예에 따라 도시되고 설명된 특정 맵핑도 특정 자유도도 필요로 하지 않는다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예를 들어, 자유도의 일부는 연결된 매니퓰레이터 암의 운동에 상응할 수 있는 반면, 다른 자유도는 연결된 도구의 운동에 상응할 수 있고, 또 다른 자유도는 도구 또는 매니퓰레이터 암의 작동에 상응할 수 있다. 따라서, 도 9a 내지 도 12b의 다양한 엘리먼트의 묘사는 예시이고 본원의 범위를 제한하지 않는다.

도 13a는 도 4에서 도시되고 설명된 환자측 카트(22)와 유사한 환자측 카트(1300)를 도시하고 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 매니퓰레이터 암은 개별적으로 식별되고 제1 매니퓰레이터 암(100A), 제 매니퓰레이터 암(100B), 제 매니퓰레이터 암(100C), 및 제4 매니퓰레이터 암(100D)를 포함하고 있다. 제1 매니퓰레이터 암(100A)은 이미징 장치(28)에 결합되어 있는 반면, 제2, 제3 및 제4 매니퓰레이터 암(100B, 100C, 100D)는 각각 각각의 수술 도구(26)에 결합되어 있다.

도 13b는 환자측 카트(1300)와 유사한 환자측 카트(1350)를 도시하고 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 제1 매니퓰레이터 암(100A)은 수술 도구(26)에 결합되어 있는 반면, 제2 매니퓰레이터 암(100B)은 이미징 장치(28)에 결합되어 있다. 즉, 이미징 장치는 수술 도구의 하나와 교환되어 있다.

많은 실시예에서, 이미징 장치(28)는 환자측 카트(1350) 또는 MIRS 시스템(10)(도 1)의 다른 엘리먼트에 실행되는 소프트웨어를 턴오프 또는 리부팅하지 않고 환자에 대한 시술 동안을 포함하는 임의의 적절한 시간에 수술 도구(26)와 교환될 수 있다. 이미징 장치(28)를 수술 도구(26)와 교환함으로써 이미징 장치(28)의 시야를 변경하는 것을 도울 수 있고, 교환된 수술 도구에 유용한 접근가능 작업 공간을 변경하는 것을 도울 수 있다.

적어도 하나의 실시예에서, 수술 도구팁의 레퍼런스의 프레임은 하나의 매니퓰레이터로부터 다른 매니퓰레이터로 이미징 장치(28)(예를 들어, 카메라)를 이동시킨 결과로서 변경된다. 예를 들어, 수술을 시행할 때, 일반적으로, 카메라 팁에 대한 수술 도구팁의 레퍼런스의 프레임이 의사에 의해 보이는 이미지 디스플레이에 대해 수술 도구를 제어하기 위해 의사에 의해 사용된 입력 장치의 레퍼런스의 프레임에 매치하도록 공간 재배치하는 것이 바람직하다. 수술 도구가 제1 조작 암에 결합되고 이미징 장치가 제2 매니퓰레이터 암에 결합될 때, 의사는 (예를 들어, 입력 장치를 통해) 제1 매니퓰레이터를 통해 수술 도구를 작동할 것이다. 따라서, 이미징 장치 프레임에 대한 수술 도구 티 프레임은 원격 조정을 위해 사용된다. 그러나, 수술 도구 및 이미징 장치는 서로 교환되고, 의사는 이미징 장치의 작동을 종료한다. 그 결과, 시스템(예를 들어, 조인트 공간 제어기 및/또는 작업 공간 제어기에 의해 실행된 하나 이상의 알고리즘)은 임의의 레퍼런스 프레임(즉, 월드 프레임)을 규정하여 월드 프레임에 대한 이미징 장치 프레임이 원격 조정을 위해 사용된다.

당업자는 여기에 개시된 다양한 기술이 이미징 장치와 수술 도구의 교환을 돕도록 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 제1 매니퓰레이터 암(100A) 및 제2 매니퓰레이터 암(100B)은 각각 매니퓰레이터(820, 도 8a 내지 도 8c)와 유사할 수 있고, 이미징 장치(28) 및 수술 도구(26)의 각각은 도구(840)와 유사할 수 있다. 따라서, 제1 매니퓰레이터 암(100a)과 제2 매니퓰레이터 암(100b)의 각각은 이미징 장치(28)와 수술 도구(26)의 상응하는 커넥터와 맞물리는 형상을 갖는 커넥터(예를 들어, 커넥터(834))를 포함할 수 있다.

이미징 장치 및 수술 도구의 핫 스와핑을 돕기 위해 예를 들어, 지지 구조부(850)에 의해 실행될 수 있는 다양한 처리가 도 14 내지 도 16b를 참조하여 더 설명된다. 당업자는 실시예가 이미징 장치의 수술 도구와의 교환에 제한되지 않고, 다른 수술 도구와의 수술 도구의 교환, 다른 타입의 이미징 장치와의 이미징 장치의 교환등을 포함한다는 것을 인식할 것이다.

도 14는 동일한 매니퓰레이터 암에 접속된 다수의 가능한 도구로부터 하나를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작을 도시하고 있다. 또는, 보다 일반적으로, 매니퓰레이터 어셈블리가 매니퓰레이터 암 및 도구 모두를 포함하는, 다수의 상이한 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하는데 사용될 수 있다. 이러한 동작은 지지 구조부(850)(도 8a 내지 도 8c)에 대해 여기에 설명된 것중 하나와 같은, 임의의 적절한 제어기에 의해 제어될 수 있다.

동작(1410)에서, 도구가 매니퓰레이터에 접속되어 있는지 여부가 판정된다. 예를 들어, 조인트 공간 제어기(858)(또는 상이한 제어기)가 도구(840)가 매니퓰레이터 암(820)에 접속되어 있는지를 판정할 수 있다. 도구가 매니퓰레이터 암에 접속되어 있지 않다고 판정될 때, 시스템은 도구가 접속되어 있는지 여부를 판정하기 위해 매니퓰레이터 암을 계속 감시할 수 있다. 그렇지 않고 접속되어 있다고 판정되면, 처리는 동작(1420)으로 진행할 수 있다.

동작(1420)에서, 접속된 도구에 대한 맵핑이 얻어진다. 이러한 맵핑은 도 8a 내지 도 12b에 대해 설명된 것과 같은 하나 이상의 맵핑을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 맵핑은 커넥터/조인트 공간 맵(1200)(도 12a), 조인트 공간/작업 공간 맵(1250)(도 12b), 또는 접속된 도구와 연관된 임의의 적절한 맵을 포함할 수 있다. 이러한 맵은 일부가 도 15에 대해 설명되어 있는 다수의 기술중 임의의 하나 이상을 사용하여 얻을 수 있다.

도구에 대한 맵핑이 얻어지면, 처리는 동작(1430)으로 진행한다. 동작(1430)에서, 접속된 도구는 얻어진 맵핑을 사용하여 제어된다. 예를 들어, 도구는 커넥터/조인트 공간 맵 및 조인트 공간/작업 공간 맵을 사용하여 조인트 공간 제어기(858) 및 작업 공간 제어기(862)를 사용하여 제어될 수 있다. 도구를 제어하기 위해 하나 이상의 맵을 사용하기 위한 다양한 기술이 도 8a 내지 도 12b에 대해 설명되어 있다. 이러한 기술의 임의의 하나 이상이 접속 도구를 제어하는데 적용가능하다. 접속된 도구를 제어하기 위한 추가 기술이 도 16a 내지 도 16b를 참조하여 설명되어 있다.

동작(1440)에서, 도구가 매니퓰레이터로부터 제거되어 있는지 여부를 판정한다. 예를 들어, 제어기는 도구(840)가 매니퓰레이터 암(820)으로부터 제거되어 있는지 여부를 판정한다. 도구가 매니퓰레이터 암으로부터 제거되지 않았다고 판정하면, 도구는 얻어진 맵핑을 사용하여 계속 제어될 수 있다. 그렇지 않으면, 처리는 동작(1450)으로 진행한다.

동작(1450)에서, 새로운 도구가 매니퓰레이터에 접속되어 있는지 여부를 판정한다. 이러한 동작은 동작 1410과 유사하다. 새로운 도구가 접속된 것으로 판정되면, 새로운 도구에 대한 맵핑이 동작 1420에서 얻어질 수 있고, 새로운 도구가 단계 1430에서 새로운 맵핑을 사용하여 제어될 수 있다. 그렇지 않으면, 시스템은 새로운 도구의 접속을 계속 감시한다.

이러한 맵핑의 결과로서, 동일한 소프트웨어 커널이 동일한 매니퓰레이터 암에 접속된 상이한 도구를 제어하는 프로세서(예를 들어, 조인트 공간 제어기(858) 및/또는 작업 공간 제어기(862))에 의해 사용될 수 있다. 이러한 소프트웨어 커널은 이미지를 이미징 장치로부터 얻는 것, 겸자를 작동시키는 것등과 같은, 매니퓰레이터 암에 접속될 수 있는 모든 상이한 타입의 도구의 기능을 포함할 수 있다. 그다음, 소프트웨어 커널은 모든 도구의 임의의 기능을 작동시키는 능력을 갖고 있고, 도구 맵핑은 적절한 신호 라우팅을 제공하여, 상이한 자유도를 갖는 상이한 도구가 동일한 매니퓰레이터 암에 접속될 때 효과적으로 제어될 수 있다.

이제 도 14a에서, 하나의 도구에 대한 맵핑을 얻기 위한 일련의 동작 1421의 예가 적절할 때 레퍼런스의 프레임에 대한 변화를 돕기 위해, 예를 들어, 환자측 카트의 매니퓰레이터에 장착된 도구가 촬상 장치 또는 수술 기구일 때 사용될 수 있다. 이러한 일련의 동작의 예는 맵핑을 얻을 때 도 14의 동작 1420에 포함될 수 있고, (예를 들어, 입력 장치의 핸들을 이동시킴으로써) 시스템 사용자에 의해 입력된 이동 명령과 (매니퓰레이터에 새롭게 장착된 촬상 장치를 포함하는) 촬상 장치에 의해 이미지화되고 시스템 사용자에게 표시되는 수술 도구의 팁의 상응하는 이동 사이의 상관관계를 유지하는 것을 도울 수 있다. 이동 도구의 입력과 표시 사이의 상관관계에 대한 추가 세부사항은 예를 들어, 여기에 언급되어 전체가 통합된, "Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus" 표제의 미국 특허 번호 6,424,885를 참조하여 이해할 수 있다.

동작 1423에서, 카메라 또는 다른 촬상 장치가 매니퓰레이터에 접속되어 있는지 여부를 판정한다. 카메라의 매니퓰레이터로의 장착은 카메라와 매니퓰레이터 사이에 전송된 신호에 의해, 또는 시스템 사용자로부터의 입력에 의해 판정될 수 있다. 동작 1425에서, 매니퓰레이터에 장착된 카메라 또는 다른 촬상 장치가 레퍼런스 카메라인지를 판정한다. 오직 하나의 카메라가 매니퓰레이터 시스템에 장착되는 경우 및/또는 장착된 카메라가 매니퓰레이터 시스템에 장착될 첫번째 카메라인 경우에 시스템은 이에 응답하여, 장착된 카메라를 레퍼런스 카메라로서 지정한다. 옵션으로, 레퍼런스 카메라는 시스템 사용자에 의한 입력, 카메라의 타입등에 응답하여 지정될 수 있다. 아무런 카메라가 장착되지 않았거나 장착 카메라가 레퍼런스 카메라가 아니라면 시스템은 레퍼런스 카메라의 장착을 위해 계속 감시할 수 있다.

동작 1427에서, 레퍼런스 카메라가 매니퓰레이터 시스템에 장착되었을 때, 시스템은 카메라 맵핑의 맵핑을 얻는다. 예를 들어, 도 14b에서, 카메라 교환 동작 전에, 카메라(28)는 (조인트 상태 센서와 연관된 시스템의 운동학과 같은) 로봇 암의 공지된 속성과 함께, (도 13a에 도시된 제1 매니퓰레이터(100A)를 포함하는) 로봇 암의 조인트 및 셋업 조인트 또는 다른 카메라를 지지하는 구조부의 각각과 연관된 전위계 또는 다른 조인트 상태 센서로부터의 신호를 사용하여 시스템 제어기에 의해 (옵션으로 세계 좌표 레퍼런스 시스템에 대해) 식별될 수 있는 레퍼런스 R_cam의 카메라 레퍼런스 좌표 프레임을 가질 수 있다. 수술 도구(26a, 26b, 26c) 및 이들의 연관된 매니퓰레이터(100B), 100C, 100D)의 카메라의 시야 내의 도구 팁의 각각의 R_cam으로의 유사한 맵핑이 운동 명령 벡터와 최종 도구 팁 모션 사이의 상관관계를 유지하도록 돕기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다. 도 14c에서, 도구 교환 동작 후에, 카메라(28)는 매니퓰레이터(100B) 또는 다른 매니퓰레이터에 장착될 수 있다. 동작 1427은 새로운 카메라 레퍼런스 프레임 R_cam을 유도하기 위해 매니퓰레이터(100B)의 조인트 상태 신호를 사용하여 새롭게 장착된 카메라(28)의 새로운 맵핑을 얻는다. 그다음, 새로운 카메라 레퍼런스 프레임이 (이전에 카메라(28)를 지지한) 매니퓰레이터(100A)에 장착된 수술 도구(26d)를 포함하는, 다른 매니퓰레이터에 장착된 모든 수술 도구의 이동 및/또는 카메라의 이동을 위한 조인트 명령을 결정하는데 사용될 수 있다. 도구(26d)는 옵션으로 도구 교환 이전에 매니퓰레이터(100B)로부터 제거된 동일한 도구(26d)일 수 있거나, 상이한 도구일 수 있다. 마찬가지로, 카메라(28)는 도구 교환 이전에 매니퓰레이터(100A)에 의해 지지된 동일한 카메라일 수 있거나, 상이한 카메라일 수 있다.

동작 1429에서, 입력 장치와 수술 도구 사이의 디폴트 마스터-슬레이브 연관성이 설정될 수 있다. 이러한 연관성은 예를 들어, 카메라 레퍼런스 프레임에 대한 수술 도구의 도구 팁과 사용자 디스플레이에 대한 입력 장치의 상대 위치에 응답하여 결정될 수 있다. 그래서, 좌우 입력 장치가 작업공간의 좌측과 우측에 각각 있도록 디스플레이에 나타나는 수술 도구와 연관되어 있다. 사용자는 원할 때 연관성을 수동으로 설정할 수 있고, 도구의 배치가 (좌우 도구가 다소 임의인 도 13b의 배치에서와 같이) 자동 또는 디폴트 연관으로 보정가능하지 않을 때 시스템은 적절한 마스터-슬레이브 연관성에 대한 사용자 입력을 프롬프팅하고 및/또는 기다릴 수 있다. 여기에 언급되어 통합된 "Cooperative Minimally Invasive Telesurgical System" 표제의 미국 특허 번호 8,666,544에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 다수의 동시 사용자를 갖는 보다 복잡한 시스템에서의 마스터-슬레이브 연관성에 의해 사용자는 이러한 연관성에 대해 통제할 수 있다.

동작 1431에서, 마스터 입력 장치는 연관된 슬레이브 도구 팁에 매치도록 (배향 및/또는 위치에 있어서) 이동될 수 있다. 마스터의 이동은 예를 들어, 여기에 언급되어 전체가 통합된 "Alignment of Master and Slave in a Minimally Invasive Surgical Apparatus" 표제의 미국 특허 번호 6,364,888에 기술된 바와 같이 마스터의 모터를 작동시킴으로써 실행될 수 있다. 일단 마스터가 이동되면, 시스템은 다음의 텔레프레전스 또는 다음을 준비하여 다른 희망의 동작을 위해 준비할 수 있다.

이제 도 15에서, 도 15는 실시예에 따른 도구를 위한 맵핑을 얻기 위한 일련의 동작을 도시하고 있다. 동작 1422에서, 도구에 맵핑이 저장되어 있는지 여부를 판정한다. 예를 들어, 이러한 맵핑은 도구의 저장 매체에 저장될 수 있다.

도구에 맵핑이 저장되어 있지 않다고 판정될 때, 처리는 동작 1428로 진행할 수 있다. 동작 1428에서, 맵핑은 도구 이외의 소스로부터 수신된다. 예를 들어, 하드웨어 맵핑 유닛(856) 및/또는 조인트 공간/작업 공간 맵핑 유닛(860)이 도구 이외의 소르로부터 맵핑을 수신할 수 있다. 이러한 소스는 맵핑이 저장된 도구 이외의 임의의 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 소스는 원격 서버, 근방 하드 드라이브등일 수 있다. 이러한 소스로부터 수신된 맵핑은 이어서 도구를 제어하는데 사용될 수 있다.

도구에 맵핑이 저장되어 있다고 판정될 때, 처리는 동작 1424로 진행할 수 있다. 동작 1424에서, 이러한 맵핑은 도구로부터 수신된다. 예를 들어, 하드웨어 맵핑 유닛(856) 및/또는 조인트 공간/작업 공간 맵핑 유닛(860)은 도구의 저장 엘리먼트로부터 이러한 맵핑을 수신할 수 있다. 이것은 임의의 적절한 통신 프로토콜을 사용하는 유선 또는 무선 통신일 수 있다. 일단 이러한 맵핑이 도구로부터 수신되면, 처리는 동작 1426으로 진행할 수 있다.

동작 1426d서 이러한 도구로부터 수신된 맵핑이 유효한지 여부를 판정한다. 예를 들어, 하드웨어 맵핑 유닛(856), 작업 공간 제어기(862) 또는 다른 적절한 제어기와 같은 제어기가 수신 맵핑이 유효한지 여부를 판정할 수 있다. 이것은 이러한 맵핑이 유효기간이 지났는지, 손상되었는지, 잘못된 도구를 위한 것인지등을 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 맵핑이 무효하다고 판정하면 처리는 이전에 기술된 바와 같이 동작 1428로 진행할 수 있다. 무효하지 않으면, 이러한 도구로부터 수신된 맵핑은 도구를 제어하는데 사용될 수 있다.

도구에 맵핑을 얻기 위한 기술이 도 15에 대해 기술된 것에 제한되지 않는다는 것을 인식해야 한다. 오히려, 실시예는 맵핑을 얻기 위한 다른 기술 역시 포함하고 있다. 예를 들어, 제어기는 단순히 도구 또는 이러한 도구 이외의 소스에 의해 제공된 맵핑을 다운로드하고 사용할 수 있다. 다른 예로서, 제어기는 각각의 도구에 대한 맵핑을 근방에 저장할 수 있다. 당업자는 다른 변형을 인식할 것이고 이러한 변형은 본원의 범위에 포함되어 있다.

이제 도 16a 및 도 16b에서, 도 16a는 하나의 실시예에 따른 획득 맵핑을 사용하여 도구를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작 1430을 도시하고 있다. 동작 1602에서, 복수의 센서 신호가 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신된다. 예를 들어, 도 9a에서, 센서 신호(912, 914)등은 제1 맵핑(940)을 통해 커넥터 입력 엘리먼트(910)로부터 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)에서 수신될 수 있다.

동작 1604에서, 수신된 센서 신호는 조인트 공간 제어기에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 이러한 센서 신호는 조인트 공간 제어기(858)에 의해 처리될 수 있다. 하나의 실시예에서, 조인트 공간 제어기는 조인트 공간에서 수신 신호에 알고리즘을 실행할 수 있고 그다음, 출력 신호를 제공하여 접속 매니퓰레이터 어셈블리를 제어할 수 있다. 도 16b에 대해 설명된 것과 같은 다른 실시예에서, 조인트 공간 제어기는 조인트 공간에서 수신 신호에 대해 알고리즘을 실행한 다음 출력 신호를 추가 처리를 위해 작업 공간 제어기(862)와 같은 다른 제어기에 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 추가 신호가 수신 센서 신호에 더해 처리될 수 있다. 예를 들어, 도 10에서 설명된 바와 같이, 시스템은 시뮬레이트 또는 팬텀 자유도를 처리하는 단계를 실행하도록 동작가능할 수 있다. 따라서, 조인트 공간 제어기(858)는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930g) 및또는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(30h)에서 팬텀 입력과 같은 추가 신호를 처리하도록 동작가능할 수 있다.

동작 1606에서, 처리된 신호는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트를 통해 작동기에 출력된다. 예를 들어, 처리된 신호는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(930)로부터 출력되고 제2 맵핑(950)을 통해 커넥터 출력 엘리먼트(920)에 전소오딜 수 있는데, 처리된 신호는 접속된 매니퓰레이터 어셈블리의 하나 이상의 자유도를 제어하도록 동작한다.

매니퓰레이터 어셈블리가 교환되는 실시예에서(예를 들어, 매니퓰레이터 암의 교환 및/또는 도구의 교환), 동일한 동작이 새로운 매니퓰레이터 어셈블리에 대해 실행될 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치가 먼저 매니퓰레이터 암에 접속되는 경우에, 복수의 센서 신호가 해당 이미징 장치에 유일한 획득된 맵핑을 통해 수신될 수 있다. 그다음, 이미징 장치가 수술 도구로 교환되면, 새로운 복수의 센서 신호가 수술 도구에 유일한 획득된 맵핑을 통해 동일한 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신된다. 이러한 방식으로, 상이한 매니퓰레이터 어셈블리가 단일 소프트웨어 커널을 사용하여 제어될 수 있다.

이제 도 16b에서, 도 16b는 다른 실시예에 따른 획득 맵핑을 사용하여 도구를 제어하는데 사용될 수 있는 일련의 동작 1430을 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 동작은 도 14의 단계 1430으로서 실행될 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 동작은 동작 1604(도 16a)의 일부로서 실행될 수 있다.

동작 1652에서, 조인트 레이어 출력 신호는 획득된 맵핑을 통해 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신된다. 예를 들어, 도 9c에서, 조인트 공간 제어기(858)로부터 출력된 신호는 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)을 통해 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)로부터 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)에서 수신될 수 있다. 이러한 조인트 레이어 출력 신호는 제1 매니퓰레이터 어셈블리로부터 수신된 이러한 처리된 신호에 상응할 수 있어서, 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도에 상응할 수 있다.

하나의 실시예에서, 단일 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(예를 들어, 970b)는 단일 상응하는 조인트 레이어 인터페이스 엘리먼트(예를 들어, 960b)로부터 출력 신호를 수신할 수 있는데, 다른 실시예에서, 다수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(예를 들어, 970c, 970d 및 970e)가 단일 조인트 레이어 인터페이스 엘리먼트(예를 들어, 960c)로부터 동일한 출력 신호를 수신할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 실시예에서, 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(예를 들어, 970i)는 매니퓰레이터 어셈블리(예를 들어, 930g)의 시뮬레이팅된 자유도에 상응하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 출력 신호를 수신할 수 있다.

동작 1654에서, 조인트 레이어 출력 신호는 작업 공간 제어기에 의해 처리된다. 예를 들어, 이러한 출력 신호는 작업 공간 제어기(865)에 의해 처리될 수 있다. 하나의 실시예에서, 작업 공간 제어기는 작업 공간에서 수신 신호에 대해 알고리즘을 실행한 다음, 이러한 출력 신호를 다시 조인트 공간 제어기로 제공하여 접속 매니퓰레이터 어셈블리를 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 작업 공간 제어기는 마스터 입력 장치와 같은, 제어 시스템의 다른 엘리먼트에 처리 신호를 전송할 수 있다.

동작 1656에서, 처리된 신호는 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 출력된다. 예를 들어, 처리된 신호는 조인트 공간 작업 공간 맵핑(980)을 통해 작업 공간 인터페이스 엘리먼트(970)로부터 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트(960)로 출력될 수 있는데, 이러한 신호는 조인트 공간 제어기(858)에 의해 추가 처리될 수 있고, 일부 실시예에서, 나중에 사용되어 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어할 수 있다.

도 14 내지 도 16b에 도시된 특정 동작은 본 발명의 특정 실시예에 따른 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하는 특정 방법을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 다른 일련의 동작 역시 대안의 실시예에 따라 실행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 대안의 실시예는 상이한 순서로 상술된 동작을 실행할 수 있다. 더욱이, 도 14 내지 도 16b에 도시된 개별적인 동작은 개별적인 동작에 적절한 대로 다양한 순차로 실행될 수 있는 다수의 서브-동작을 포함할 수 있다. 또한, 특정 적용에 따라 추가 동작이 추가되거나 기존 동작이 제거될 수 있다. 당업자중 하나는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식하고 이해할 것이다.

또한, 용어 도구, 기구, 수술 도구, 수술 기구등은 자주 상호교환되어 사용되어 있고 일부 실시예에서 이들은 동일한 의미를 갖지 않을 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 수술 기구 및 수술 도구는 겸자, 클램프, 커터, 흡입관, 바늘, 드릴등과 같은, 환자를 능동적으로 조작하는데 사용되는 기구 또는 도구를 가리킬 수 있다. 이에 반하여, 논-수술 기구 또는 도구는 이미징 장치와 같은, 환자를 능동적으로 조작하는데 사용되지 않는 것들을 가리킬 수 있다. 도구 또는 기구의 일반적인 용어는 수술 및 논-수술 기구 또는 도구 모두를 넓게 포함할 수 있다.

본원에 기술된 동작은 예를 들어, 종래 또는 객체 지향 기술을 사용하는 예를 들어, 바자, C++ 또는 Perl과 같은 임의의 적절한 컴퓨터 언어를 사용하는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 코드로서 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어 코드는 램(RAM), 롬(ROM), 하드드라이브 또는 플로피 디스크와 같은 자기 매체, 또는 CD-ROM과 같은 광학 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 일련의 명령어 또는 명령으로서 저장될 수 있다. 이러한 임의의 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 단일 계산 장치에 존재할 수 있고, 시스템 또는 네트작업 내의 상이한 계산 장치에 존재할 수 있다.

본 발명은 소프트웨어 또는 하드웨어 또는 그 조합으로 제어 로직의 형태로 구현될 수 있다. 이러한 제어 로직은 본 발명의 실시예에 개시된 단계들의 세트를 정보 처리 장치가 실행하도록 명령하도록 구성된 복수의 명령어로서 정보 저장 매체에 저장될 수 있다. 여기에 제공된 개시 및 가르침에 기초하여, 당업자는 본 발명을 구현하는 다른 방식 및/또는 방법을 이해할 것이다.

단수 형태는 달리 지정하지 않으면 복수의 형태 역시 포함하고 있다. 용어 "포함하는", "갖는"은 달리 언급하지 않으면 개방 용어(즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미한다)로서 되어 있다. 용어 "접속된"은 개입된 것이 없을 지라도 안에 일부 또는 전체가 수용되고, 함께 부착되거나 결합되는 것으로 해석되어야 한다. 여기의 값의 범위는 달리 언급하지 않으면, 이러한 범위 내에 있는 각각의 별개의 값을 개별적으로 가리키는 약칭 방법으로서 언급되어 있고, 각각의 별개의 값은 여기에 개별적으로 언급된 것처럼 본 명세서에 통합되어 있다. 여기에 기술된 모든 방법은 여기에 언급되지 않거나 문맥상 분명히 부정되지 않으면 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다. 여기에 제공된 예 또는 예시 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 실시예를 보다 잘 이해하기 위한 것이고, 달리 언급되지 않으면 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서의 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 요소가 적어도 하나의 실시예의 실시에 필수인 것으로 이해되어서는 안된다.

본 발명자에게 공지된 최상 모드를 포함하는 바람직한 실시예가 여기에 기술되어 있다. 이러한 바람직한 실시예의 변경은 상기 설명을 통해 당업자가 알 수 있다. 본 발명자는 기술자가 필요한 대로 이러한 변형을 채용할 것으로 예상하고 있고, 본 발명자는 실시예가 여기에 특정 기술된 것과 달리 구성되도록 의도하였다. 따라서, 적절한 실시예는 적용가능한 법에 의해 허용되는 여기에 첨부된 청구범위에 언급된 것의 모든 수정 및 동등물을 포함하고 있다. 또한, 모든 가능한 변형의 상술된 요소의 임의의 조합은 달리 언급되지 않으면 일부 적절한 실시예에 통합될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해 결정되지 않고 청구범위 및 그 동등물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (38)

1. 로봇 시스템의 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하는 방법에 있어서,
   제1 복수의 센서 신호를 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신하는 단계로서, 상기 제1 복수의 센서 신호는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트의 조인트 상태를 나타내고, 상기 제1 복수의 센서 신호는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 제1 맵핑을 통해 복수의 커넥터 입력 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 복수의 커넥터 입력 엘리먼트는 한 번에 오직 하나의 매니퓰레이터 어셈블리에 결합하도록 동작가능한 단계;
   상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 수신된 상기 제1 복수의 센서 신호를 조인트 제어기에 의해 처리하는 단계;
   제2 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트의 조인트 상태를 나타내는 제2 복수의 센서 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 복수의 센서 신호는 상기 제1 맵핑과 상이한, 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트 사이의 제2 맵핑을 통해 상기 커넥터 입력 엘리먼트로부터 수신되는 단계; 및
   상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 수신된 상기 제2 복수의 센서 신호를 상기 조인트 제어기에 의해 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리 및 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리는 동일한 매니퓰레이터이지만 상이한 도구를 포함하거나, 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트의 적어도 하나는 상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 조인트와 상이한 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   조인트 공간 출력 신호를 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신하는 단계로서, 상기 조인트 공간 출력 신호는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 조인트 공간 출력 신호는 매니퓰레이터 어셈블리의 적어도 하나의 자유도에 상응하고, 상기 조인트 공간 출력 신호는 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 통해 수신되는 단계;
   상기 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하도록 동작가능한 작업 공간 출력 신호를 생성하도록 상기 수신된 조인트 공간 출력 신호를 작업 공간 제어기에 의해 처리하는 단계; 및
   상기 작업 공간 출력 신호를 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
4. 로봇 시스템의 복수의 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위한 방법으로서,
   제1 조인트 공간 출력 신호를 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 수신하는 단계로서, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 복수의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 적어도 하나의 자유도에 상응하고, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호는 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 제1 맵핑을 통해 수신되는 단계;
   상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위해 수신된 상기 제1 조인트 공간 출력 신호를 작업 공간 제어기에 의해 처리하는 단계;
   상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서 제2 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계로서, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트로부터 수신되고, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리와 상이한 제2 매니퓰레이터 어셈블리의 적어도 하나의 자유도에 상응하고, 상기 제2 조인트 공간 출력 신호는 상기 제1 맵핑과 상이한, 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 제2 맵핑을 통해 수신되는 단계; 및
   상기 제2 매니퓰레이터 어셈블리를 제어하기 위해 수신된 상기 제2 조인트 공간 출력 신호를 상기 작업 공간 제어기에 의해 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 작업 공간 인터페이스 엘리먼트의 적어도 하나는 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트중 하나에 맵핑되지 않는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계는 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에서, 단일 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 의해 제공된 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
   상기 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트는 매니퓰레이터 어셈블리의 복수의 링크를 제어하도록 동작가능하고, 상기 복수의 링크중 하나의 링크의 운동은 상기 조인트 공간 출력 신호에 의해 독립적으로 제어되고, 상기 복수의 링크 중 적어도 하나의 다른 링크의 이동은 상기 독립적으로 제어되는 링크에 의존하는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계는 상기 제1 매니퓰레이터 어셈블리의 시뮬레이팅된 자유도에 상응하는 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트에 의해 제공된 조인트 공간 출력 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 매니퓰레이터 어셈블리 제어 방법.
8. 환자에게 수술을 행하는 로봇 시스템에 있어서,
   지지 구조부의 커넥터에서, 복수의 자유도를 각각 갖는 복수의 상이한 매니퓰레이터의 어느 매니퓰레이터를 수용하기 위한 지지 구조부; 및
   상기 지지 구조부에 결합되어 있고 복수의 맵을 포함하는 제어기로서, 각각의 맵은 상기 복수의 매니퓰레이터중 하나로부터 조인트 공간 레이어 및 작업 공간 레이어의 적어도 하나로 신호를 맵핑하도록 구성되어 있고, 상기 복수의 맵은 서로 상이한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
9. 제8항에 있어서, 각각의 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터에 기계적으로 결합된 기구를 포함하는 매니퓰레이터 어셈블리를 형성하도록 구성되고, 상기 매니퓰레이터 및 기구의 각각은 상기 매니퓰레이터 어셈블리의 자유도의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
10. 제8항에 있어서, 각각의 매니퓰레이터는 상기 매니퓰레이터의 자유도를 제어하기 위한 복수의 센서 및 복수의 모터를 포함하고, 상기 매니퓰레이터에 상응하는 맵은 상기 센서와 상기 조인트 공간 레이어 사이에 그리고 상기 모터와 상기 조인트 공간 레이어 사이에 신호를 맵핑하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
11. 제8항 내지 제10중 어느 한 항에 있어서, 각각의 맵은 상기 커넥터의 입력 엘리먼트와 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
12. 제11항에 있어서, 각각의 맵은 상기 커넥터의 입력 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 서브세트 사이의 맵핑을 포함하고, 상기 커넥터의 입력 엘리먼트와 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 서브세트 사이의 맵핑은 복수의 매니퓰레이터 중 상이한 매니퓰레이터에 대해 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 서브세트의 크기는 상이한 매니퓰레이터에 대해 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
14. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 맵은 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 포함하고, 하나의 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트는 복수의 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
15. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 맵은 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트와 작업 공간 인터페이스 엘리먼트 사이의 맵핑을 포함하고, 상기 조인트 공간 인터페이스 엘리먼트의 적어도 하나는 매니퓰레이터 내의 시뮬레이팅된 조인트에 상응하고 작업 공간 인터페이스 엘리먼트에 맵핑되는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
16. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 매니퓰레이터 중의 각각의 매니퓰레이터에 대해,
    상기 매니퓰레이터는 기계 인터페이스 및 전기 인터페이스를 포함하고, 상기 기계 인터페이스는 상기 매니퓰레이터를 도구에 기계적으로 결합시키도록 동작가능하고, 상기 전기 인터페이스는 상기 제어기와, 상기 매니퓰레이터에 접속된 상기 도구 사이에서 정보를 전송하도록 동작가능하고, 상기 매니퓰레이터는 상기 기계 인터페이스를 통해 복수의 상이한 도구에 결합하도록 동작가능하고, 상기 전기 인터페이스는 상기 복수의 상이한 도구 중 각각의 도구에 대해 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제

Images