KR102334980B1

KR102334980B1 - 기준 타겟과의 정렬을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102334980B1
Application number: KR1020167027598A
Authority: KR
Inventors: 니티쉬 스와럽; 폴 쥐. 그리피쓰; 브랜던 디. 익코비츠; 마이클 하누쉬크; 토마스 알. 닉슨
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2021-12-06
Also published as: KR102397402B1; US12004833B2; US20180338808A1; CN106132345B; EP3119333A1; CN106102645B; JP6537523B2; CN110192919B; US20230310105A1; JP6961646B2; US20170181806A1; EP3119342B1; US20240277434A1; KR20210151244A; JP2017514542A; CN106132345A; EP3119342A4; CN110251233A; JP2023107953A; JP2022001313A

Abstract

기준 타겟에 정렬하는 시스템 및 방법이 컴퓨터 지원 의료 장치를 포함한다. 상기 컴퓨터 지원 의료 장치는 배향 플랫폼; 상기 배향 플랫폼에 근접한 하나 이상의 제1 조인트; 상기 배향 플랫폼의 말단에 있는 하나 이상의 제2 조인트; 상기 배향 플랫폼의 말단에 있는 하나 이상의 링크; 상기 제2 조인트 및 링크에 의해 상기 배향 플랫폼에 결합된 기준 기기; 및 상기 제1 조인트 및 제2 조인트에 결합된 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은, 기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 기준 기기의 포즈를 결정한다. 상기 제어 유닛은 또한, 상기 제1 조인트를 사용하여, 상기 기준 포인트에 대해 상기 배향 플랫폼의 위치를 정하고, 상기 배향 플랫폼을 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플랫폼을 회전시키고, 상기 제2 조인트를 사용하여 상기 기준 기기의 포즈를 유지한다.

Description

기준 타겟과의 정렬을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALIGNING WITH A REFERENCE TARGET}

본 발명은 일반적으로 관절식 암을 갖는 장치의 동작에 관한 것이고 보다 구체적으로 기준 타겟과의 정렬에 관한 것이다.

점점 보다 많은 장치가 자율 및 반자율 전자 장치로 대체되고 있다. 이것은 특히 수술실, 중재실, 중환자실, 응급실등에서 발견되는 큰 어레이의 자율 및 반자율 전자 장치를 갖는 병원에 적용된다. 예를 들어, 유리 및 수은 기온계는 전자 온도계로 대체되고 있고, 정맥 주사기는 이제 전자 모니터 및 유량 조절기를 포함하고 있고, 전통 휴대형 수술 기기는 컴퓨터 지원 의료 장치로 대체되고 있다.

이러한 전자 장치는 이들을 조작하는 직원에게 장점과 문제를 제공한다. 이들 전자 장치의 다수는 하나 이상의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 자율 또는 비자율 운동이 가능하다. 이러한 관절식 암 및 이들의 엔드 이펙터가 사용되기 전에, 이들은 보통 희망의 작업 위치 및 방향으로 또는 근방으로 이동된다. 이러한 이동은 하나 이상의 사용자 입력 컨트롤을 사용하여 원격 조정에 의해 실행될 수 있다. 이들의 전자 장치의 복잡도가 증가하고 관절식 암이 상당수의 자유도를 포함하고 있기 때문에, 원격 조정에 의한 희망의 작업 위치 및 방향으로의 이동은 복잡하고 및/또는 시간이 많이 걸릴 수 있다. 또한, 이들의 전자 장치의 운전자는 이들의 관절식 암에 결합된, 의료 기기와 같은, 하나 이상의 관절식 암 또는 엔드 이펙터의 운동의 한계를 모를 수 있다. 그 결과, 운전자는 설정 후에 운동의 최상의 범위를 제공하는 관절식 암의 최상의 초기 작업 위치를 항상 제공할 수는 없다.

(특허문헌 1) US 2013/0096576 A1 (2013.04.18)
(특허문헌 2) EP 0571827 A1 (1993.12.01)
(특허문헌 3) US 2003/0021107 A1 (2003.01.30)
(특허문헌 4) US 2014/0031983 A1 (2014.01.30)
(특허문헌 5) US 2010/0204713 A1 (2010.08.12)

이에 따라, 관절식 암 및 이들의 엔드 이펙터의 초기 위치지정을 위한 향상된 방법 및 시스템이 필요하다.

일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 의료 장치는 배향 플랫폼; 상기 배향 플랫폼에 근접한 하나 이상의 제1 조인트; 상기 배향 플랫폼의 말단에 있는 하나 이상의 제2 조인트; 상기 배향 플랫폼의 말단에 있는 하나 이상의 링크; 상기 제2 조인트 및 링크에 의해 상기 배향 플랫폼에 결합된 기준 기기; 및 상기 제1 조인트 및 제2 조인트에 결합된 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은, 기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 기준 기기의 포즈를 결정한다. 상기 제어 유닛은 또한, 상기 제1 조인트를 사용하여, 상기 기준 포인트에 대해 상기 배향 플랫폼의 위치를 정하고, 상기 배향 플랫폼을 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플랫폼을 회전시키고, 상기 제2 조인트를 사용하여 상기 기준 기기의 포즈를 유지한다.

일부 실시예에 따라, 의료 장치의 운동을 제어하는 방법은 기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 의료 장치의 기준 기기의 포즈를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 의료 장치의 배향 플랫폼에 근접한 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플래폼의 위치를 상기 기준 포인트 위에 정하는 단계, 상기 배향 플랫폼을 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플랫폼을 회전시키는 단계, 및 상기 배향 플랫폼의 말단에 있고 상기 기준 기기에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 기준 기기의 포즈를 유지하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에 따라, 비임시 기계 판독가능 매체가 의료 장치와 연관된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서가 방법을 실행하도록 구성된 복수의 기계 판독가능 명령어를 포함하고 있다. 상기 방법은 기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 의료 장치의 기준 기기의 포즈를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 의료 장치의 배향 플랫폼에 근접한 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플래폼의 위치를 상기 기준 포인트 위에 정하는 단계; 상기 배향 플랫폼을 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 제1 조인트를 사용하여 상기 배향 플랫폼을 회전시키는 단계; 및 상기 배향 플랫폼의 말단에 있고 상기 기준 기기에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 기준 기기의 포즈를 유지하는 단계를 포함한다.

도 1은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템의 단순도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 장치를 도시하는 단순도이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른 타겟팅 동작 전과 후의 도 2의 배향 플랫폼의 포즈의 상부를 도시하는 단순도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 기준 타겟과의 정렬 방법의 단순도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 배향 플랫폼의 이동 동안 기준 기기의 포즈를 유지하는 프로세스의 단순도이다.
도면에서, 동일한 표시를 갖는 부재는 동일하거나 유사한 기능을 갖고 있다.

다음의 설명에서, 본 발명과 일치하는 일부 실시예를 기술하는 특정 세부사항이 제시되어 있다. 그러나, 일부 실시예는 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 모두 없이 실시될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 여기에 개시된 특정 실시예는 설명을 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니다. 당업자는 다른 요소가 여기에 구체적으로 기술되지 않았지만, 본 발명의 범위 및 정신 안에 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해, 하나의 실시예와 연관되어 도시되고 기술된 하나 이상의 특징은 달리 특정되지 않거나 하나 이상의 특징이 실시예를 비기능적으로 한다면 다른 실시예에 통합될 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템(100)의 단순도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 하나 이상의 가동 또는 관절식 암(120)을 구비한 장치(110)를 포함하고 있다. 이러한 하나 이상의 관절식 암(120)의 각각은 하나 이상의 엔드 이펙터를 지원할 수 있다. 일부 예에서, 장치(110)는 컴퓨터 지원 수술 장치와 일치할 수 있다. 이러한 하나 이상의 관절식 암(120)은 각각 관절식 암(120)의 적어도 하나의 말단부에 장착되는 하나 이상의 툴, 수술 기기, 이미징 장치 및/또는 그밖에 유사한 것에 대한 지지를 제공할 수 있다. 장치(110)는 장치(110), 하나 이상의 관절식 암(120), 및/또는 엔드 이펙터를 동작시키기 위한 하나 이상의 마스터 컨트롤을 포함할 수 있는 오퍼레이터 워크스테이션(도시되지 않음)에 더 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(110) 및 오퍼레이터 워크스테이션은 캘리포니아, 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 의해 판매되는 da Vinci^®Surgical System에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 구성, 보다 적거나 많은 관절식 암, 및/또는 그밖의 유사한 것을 구비한 컴퓨터 지원 수술 장치가 컴퓨터 지원 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.

장치(110)는 인터페이스를 통해 제어 유닛(130)에 결합되어 있다. 이러한 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 커넥터, 및/또는 버스를 포함할 수 있고 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 라우팅 장치를 구비한 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛(130)은 메모리(150)에 결합된 프로세서(140)를 포함하고 있다. 제어 유닛(130)의 동작은 프로세서(140)에 의해 제어된다. 제어 유닛(130)이 오직 하나의 프로세서(140)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(140)는 제어 유닛(130) 내의 하나 이상의 중앙 처리 유닛, 멀티코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 전계 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 그밖의 것을 나타낼 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제어 유닛(130)은 컴퓨팅 장치에 더해진 독립형 서브시스템 및/또는 보드 또는 가상 머신으로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛은 오퍼레이터 워크스테이션의 일부로서 포함되고 및/또는 오퍼레이터 워크스테이션으로부터 떨어져 동작되지만 함께 동작될 수도 있다.

메모리(150)는 제어 유닛(130)에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 제어 유닛(130)의 동작 동안 사용되는 하나 이상의 데이터 구조를 저장하는데 사용될 수 있다. 메모리(150)는 하나 이상 타입의 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 일부 공통 형태의 기계 판독가능 매체는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 구성된 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 메모리(150)는 장치(110)의 자율 및/또는 반자율 제어를 지원하는데 사용될 수 있는 모션 제어 애플리케이션(160)을 포함하고 있다. 모션 제어 애플리케이션(160)은 장치(110)로부터 위치, 모션, 및/또는 센서 정보를 수신하고, 수술 테이블 및/또는 이미징 장치와 같은 다른 장치에 대해 다른 제어 유닛과 위치, 모션, 및/또는 충돌 회피 정보를 교환하고, 및/또는 장치(110), 관절식 암(120), 및/또는 장치(110)의 엔드 이펙터에 대한 모션을 계획하고 및/또는 모션의 계획을 돕기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 그리고 모션 제어 애플리케이션(160)이 소프트웨어 애플리케이션으로서 도시되어 있지만, 모션 제어 애플리케이션(160)은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.

일부 실시예에서, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 동작실 및/또는 조정실에서 발견될 수 있다. 그리고 컴퓨터 지원 시스템(100)이 2개의 관절식 암(120)을 갖는 오직 하나의 장치(110)를 포함하고 있지만, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 장치(110)와 유사하고 및/또는 상이한 설계의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터를 갖는 임의의 수의 장치를 포함할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 일부 예에서, 이러한 장치의 각각은 보다 적거나 보다 많은 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 장치(200)를 도시하는 단순도이다. 예를 들어, 컴퓨터 지원 장치(200)는 컴퓨터 지원 장치(110)와 일치할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(200)는 다양한 링크 및 조인트를 포함하고 있다. 컴퓨터 지원 장치는 일반적으로 3개의 상이한 세트의 링크 및 조인트를 갖고 있다. 셋업 구조부(220)가 모바일 카트(210)와의 근접 단부에서 시작한다. 이러한 셋업 구조부의 말단부에는 일련의 셋업 조인트(240)가 결합되어 있다. 그리고 셋업 조인트(240)의 말단부에는 유니버셜 수술 매니퓰레이터와 같은 매니퓰레이터(260)가 결합되어 있다. 일부 예에서, 이러한 일련의 셋업 조인트(240) 및 매니퓰레이터(260)는 관절식 암(120)중 하나에 상응할 수 있다. 컴퓨터 지원 장치(200)가 오직 하나의 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 당업자는 컴퓨터 지원 장치(200)가 하나 보다 많은 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 포함하여 컴퓨터 지원 장치(200)가 다수의 관절식 암을 구비할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(200)는 이동 카트(210)에 장착되어 있다. 이러한 이동 카트(210)에 의해 컴퓨터 지원 장치(200)는 컴퓨터 지원 장치(200)를 환자 테이블 근방에 보다 더 잘 위치지정하도록 수술실 사이에서 또는 수술실 안에서와 같이 위치 이동될 수 있다. 셋업 구조부(220)는 이동 카트(210)에 장착되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셋업 구조부(220)는 컬럼 링크(221, 222)를 포함하는 2파트 컬럼을 포함하고 있다. 컬럼 링크(222)의 상단부 또는 말단부에는 쇼울더 조인트(223)가 결합되어 있다. 쇼울더 조인트(223)에는 붐 링크(224, 225)를 포함하는 2-파트 붐이 결합되어 있다. 붐 링크(225)의 말단부에는 팔목 조인트(226)가 있고, 팔목 조인트(226)에는 배향 플랫폼(227)이 결합되어 있다.

셋업 구조부(220)의 링크 및 조인트는 배향 플랫폼(227)의 위치 및 방향(즉, 포즈)을 변경하기 위한 다양한 자유도를 포함하고 있다. 예를 들어, 2-파트 컬럼이 축(232)을 따라 쇼울더 조인트(223)를 이동시킴으로써 배향 플랫폼(227)의 높이를 조정하는데 사용될 수 있다. 이러한 배향 플랫폼(227)은 쇼울더 조인트(223)를 사용하여 이동 카트(210), 2-파트 컬럼, 및 축(232)에 대해 추가로 회전될 수 있다. 배향 플랫폼(227)의 수평 위치 역시 2-파트 붐을 사용하여 축(234)을 따라 조정될 수 있다. 그리고 배향 플랫폼(227)의 방향 역시 팔목 조인트(226)를 사용하여 축(236)에 대해 회전함으로써 조정될 수 있다. 따라서, 셋업 구조부(220)의 링크 및 조인트의 모션 한계값에 의해, 배향 플랫폼(227)의 위치는 2-파트 컬럼을 사용하여 이동 카트(210) 위로 수직으로 조정될 수 있다. 배향 플랫폼(227)의 위치 역시 각각 2-파트 붐 및 쇼울더 조인트(223)를 사용하여 이동 카트(210)에 대해 방사형으로 그리고 각지게 조정될 수 있다. 그리고 배향 플랫폼(227)의 각도 방향 역시 팔목 조인트(226)를 사용하여 변경될 수 있다.

배향 플랫폼(227)은 하나 이상의 관절식 암을 위한 장착점(또는 장착 구조)으로서 사용될 수 있다. 이동 카트(210)에 대해 배향 플랫폼(227)의 높이, 수평 위치, 및 방향을 조정하는 기능은 이동 카트(210) 근방에 위치된, 환자와 같은, 작업 공간에 대해 하나 이상의 관절식 암을 위치지정하고 배향하기 위한 유연한 셋업 구조부를 제공한다. 도 2는 제1 셋업 조인트(242)를 사용하여 배향 플랫폼에 결합된 단일 관절식 암을 도시하고 있다. 그리고, 오직 하나의 관절식 암이 도시되어 있지만, 당업자는 다수의 관절식 암이 추가 제1 셋업 조인트를 사용하여 배향 플랫폼(227)에 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 이것의 예가 도 3a 및 도 3b를 참조하여 보다 상세하게 설명되어 있다.

제1 셋업 조인트(242)는 관절식 암의 셋업 조인트(240) 섹션의 최근접부를 형성한다. 셋업 조인트(240)는 일련의 조인트 및 링크를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셋업 조인트(240)는 적어도, (뚜렷이 도시되지 않은) 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 링크(244, 246)를 포함하고 있다. 셋업 조인트(240)의 조인트 및 링크는 제1 셋업 조인트(242)를 사용하여 축(252)에 대해 배향 플랫폼(227)에 상대적으로 셋업 조인트(240)를 회전시키고, 축(254)을 따라 배향 플랫폼에 비교되는 링크(246)의 높이를 조정하고, 적어도 링크(246)의 말단부에서 축(256)에 대해 매니퓰레이터를 회전시키는 기능을 포함하고 있다. 셋업 조인트(240)는 배향 플랫폼(227)에 상대적으로 매니퓰레이터 마운트(262)의 포즈를 변경하기 위한 추가 자유도를 허용하는 추가적인 조인트, 링크 및 축을 더 포함할 수 있다.

이러한 매니퓰레이터(260)는 셋업 조인트(240)의 말단부에 결합되어 있고 매니퓰레이터(260)의 말단부에 장착된 엔드 이펙터 또는 기기(262)의 포즈에 대한 제어를 허용하는 추가 링크 및 조인트를 포함하고 있다. 매니퓰레이터(260)의 자유도에 의해 적어도, 셋업 조인트(240)의 말단부에 대한 기기(262)의 롤, 피치, 및 요를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터(260)의 자유도는 기기(262)의 장축에 대해 기기(262)를 전진 및/또는 후퇴시키는 기능을 더 포함할 수 있다. 일부 예에서, 셋업 조인트(240) 및 매니퓰레이터(260)의 자유도는 기기(262) 상의 포인트에 대해 원격 센터(270)를 유지시키도록 더 제어될 수 있다. 일부 예에서, 원격 센터(270)는 환자의 수술 카트에 상응하여, 기기(262)가 사용될 때, 원격 센터(270)는 원격 센터(270)에서 환자의 장기에 대한 스트레스를 제한하기 위해 고정된 상태로 남을 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터(260)는 캘리포니아, 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 판매되는 da Vinci^®Surgical System와 함께 사용하기 위한 유니버셜 수술 매니퓰레이터와 일치할 수 있다. 일부 예에서,기기(262)는 내시경과 같은 이미징 장치, 그립퍼, 소작 또는 메스와 같은 수술 도구 등일 수 있다.

셋업 구조부(220), 셋업 조인트(240), 및 매니퓰레이터(260)에 상당수의 자유도가 주어진다고 할 때, 매니퓰레이터(260)의 포즈, 그리고 보다 중요하게는 기기(262)의 포즈가 원하는 대로 유지되도록 각각의 조인트의 최상 위치를 결정하는 것이 항상 쉬운 일은 아니다. 또한, 매니퓰레이터(260) 및 기기(262)의 희망의 포즈가 컴퓨터 지원 장치의 동작 동안 조정되기 때문에, 셋업 조인트(240) 또는 매니퓰레이터(260)의 조인트의 어느 하나에 대한 모션 한계값의 범위에 도달하지 않고 희망의 포즈를 얻을 수 있도록 모션 및 배향에서 적절한 유연성이 있어야 한다. 이것을 달성하기 위해, 셋업 구조부(220) 및 배향 플랫폼의 포즈는 보통 셋업 단계 또는 타겟팅 동작 동안 선택되어 셋업 조인트(240) 및 매니퓰레이터(260)의 조인트는 이들의 각각의 모션 범위의 중심 근방에 위치되는 것과 동시에 기기(262)의 희망의 포즈 및/또는 원격 센터(270)의 위치를 달성하거나 유지한다. 도 2의 컴퓨터 지원 장치(200)에 있어서, 이것은 일반적으로 배향 플랫폼(227), 셋업 조인트(240), 및 매니퓰레이터(260)에 대한 포즈에 상응할 수 있어서 배향 플랫폼(227)의 근사 회전 중심점(예를 들어, 팔목 조인트(226)가 회전하는 축(236))이 원격 센터(270) 위에 수직으로 위치되고 배향 플랫폼(227)은 제1 셋업 조인트(242)가 대략 그 운동의 중심에 있도록 회전된다. 일부 예에서, 배향 플랫폼(227)의 높이는 적절한 작업 높이로 원격 센터(270)에 대해 더 조정될 수 있다.

도 3a 및 도3b는 일부 실시예에 따른 타겟팅 동작 전과 후의 도 2의 배향 플랫폼(227)의 포즈의 상부를 도시하는 단순도이다. 도 3a는 타겟팅 동작 전의, 컴퓨터 지원 장치(200)와 같은 컴퓨터 지원 장치의 일부(300)의 포즈를 도시하고 있다. 도 3a에 도시된 컴퓨터 지원 장치의 일부(300)는 배향 플랫폼(227)에서 시작하는 컴퓨터 지원 장치의 일부 및 배향 플랫폼(227)의 말단부의 링크 및 조인트에 상응한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 4개의 관절식 암(310-340)이 배향 플랫폼(227)에 결합되어 있지만, 당업자는 임의의 다른 수의 관절식 암이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 4개의 관절식 암(310-340)의 각각은 상이한 셋업 조인트, 매니퓰레이터, 및/또는 기기를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 4개의 관절식 암은 2개의 외부 암(310, 340) 사이에 위치된 2개의 내부 암(320, 330)을 포함하고 있다. 관절식 암(310-340)중 하나, 보통, 내부 암(320 또는 330)중 하나 위의 기기가 타겟팅 동작을 위한 기준 타겟으로서 선택된다. 다른 관절식 암 위의 기기중 하나 역시 기준 타겟으로서 선택될 수 있지만, 설명을 쉽게 하기 위해, 관절식 암(320) 위의 기기(262)가 기준 타겟으로서 선택되고 있다.

타겟팅 동작이 시작하기 전에, 기기(262) 및 원격 센터(270)는 보통 작업 공간의 관심의 영역을 특정하는 것을 돕기 위해 작업 공간 안에 위치되고 배향된다. 일부 예에서, 기기(262) 및 원격 센터(270)는 환자의 장기에 상대적으로 위치되고 및/또는 배향될 수 있다. 일부 예에서, 기기(262)는 원격 센터(270)가 환자 위의 수술 포트에 위치되어 있는 상태에서 이러한 수술 포트를 통해 삽입될 수 있다. 일부 예에서, 의사 및/또는 다른 의료진이 관절식 암(320)의 클러칭 특징을 사용하여 기기(262) 및 원격 센터(270)를 수동으로 위치지정하고 배향시킬 수 있다. 일부 예에서, 기기(262)는 내시경에 상응할 수 있고, 이러한 내시경은 환자의 장기의 타겟부쪽으로 위치지정되고 및/또는 배향될 수 있다. 일단 기기(262)가 위치지정되고 배향되면, 환자의 임의의 부상 및/또는 기기(262)의 손상의 가능성을 줄이기 위해 타겟팅 동작 동안 이러한 위치 및 방향을 유지하는 것이 중요하다. 일부 예에서, 타겟팅 동작의 목적을 위해, 방향축(360)은 기기(262)의 샤프트와 정렬된 상태로 원격 센터(270)는 기기(262)의 위치에 상응할 수 있고 방향축(360)은 기기(262)의 방향에 상응할 수 있다. 일부 예에서, 일단 기기(262)가 위치지정되고 배향되면, 의사 및/또는 다른 의료진은 관절식 암(320) 위에 및/또는 오퍼레이터 콘솔에 위치된 컨트롤을 사용하여 타겟팅 동작을 시작할 수 있다.

일부 예에서, 이러한 타겟팅 동작의 목표중 하나는 팔목 조인트(226)의 회전 중심과 같은, 배향 플랫폼(227)의 회전 중심(350)을 원격 센터(270) 위에 수직으로 있도록 정렬하는 것일 수 있다. 이러한 타겟팅 동작의 다른 목표는 배향 플랫폼의 전면이 방향축(360)의 수평 성분과 정렬되도록 배향 플랫폼(227)을 회전시키는 것일 수 있다. 일부 예에서, 방향축(360)이 수직일 때, 이러한 배향 목표는 생략될 수 있다. 일부 예에서, 전면의 배향은 전면 방향 벡터(370)에 상응할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 회전은 관절식 암(310-340)의 각각의 제1 셋업 조인트의 모션의 범위의 중심 근방에 관절식 암(310-340)을 배향시킬 수 있다. 일부 예에서, 타겟팅 동작의 추가적인 목표는 관절식 암(320)의 수직 조정 조인트를 이들의 각각의 이동 범위의 중심 근방에 배치하도록 원격 센터(270)에 대해 배향 플랫폼(227)의 높이를 조정하는 것, 배향 플랫폼(227)과의 충돌 없이 관절식 암(320)을 조작하기 위한 충분한 공간을 허용하기 위해 배향 플랫폼(227)과 원격 센터(270) 사이에 적절한 작업 거리를 제공하는 것, 원격 센터(270) 둘레에 살균 영역을 유지하기 위해 배향 플랫폼(227)과 원격 센터(270) 사이에 적절한 간격을 제공하는 것, 운전자에 의해 결정되는 대로 배향 플랫폼(227)과 원격 센터(270) 사이에 사전결정된 거리를 유지하는 것일 수 있다.

도 3b는 타겟팅 동작의 결과로서 컴퓨터 지원 장치의 일부(300)의 위치 및 방향의 변화를 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 배향 플랫폼(227)의 회전 중심(350)이 이동되어 원격 센터(270)와 수직으로 정렬한다. 또한, 배향 플랫폼(227)이 회전되어 전면 방향 벡터(370)는 방향축(360)의 수평 성분과 정렬된다. 도 3b는 또한, 관절식 암(320)의 매니퓰레이터 및 셋업 조인트의 다양한 조인트의 위치가 변경되어 배향 플랫폼(227)에 대한 기기(262)의 상대 위치 및 방향의 변화를 보상하는 것을 보여준다.

이러한 목표를 달성하기 위해, 원격 센터(270)의 위치 및 방향축(360)의 방향은 컴퓨터 지원 장치의 조인트의 위치를 감시하기 위한 센서 및 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 운동학 모델을 사용하여 결정된다. 배향 플랫폼(227)에 근접한 셋업 구조부의 조인트는 회전 중심(350)을 원격 센터(270) 위로 이동시키도록 조정되고 배향 플랫폼(227)은 전면 방향 벡터(370)를 방향축(360)의 수평 성분과 정렬하도록 회전된다. 일부 예에서, 셋업 구조부의 조인트는 배향 플랫폼(227)의 높이를 변경하도록 조정될 수 있다. 일부 예에서, 셋업 구조부가 도 2의 셋업 구조부(220)에 상응할 때, 회전 중심(350) 역시 2-파트 붐의 길이를 변경하고 쇼율더 조인트(223)를 회전시킴으로써 정렬될 수 있고, 배향 플랫폼(227)은 팔목 조인트(226)를 사용하여 회전될 수 있고, 배향 플랫폼(227)의 높이는 2-파트 칼럼을 사용하여 조정될 수 있다. 셋업 구조부가 이동되고 있는 동안, 셋업 조인트의 조인트 및 관절식 암(320)의 매니퓰레이터는 배향 플랫폼(227)의 이동 및 재배향을 보상하도록 조정된다. 이것은 배향 플랫폼(227)에 대한 기기(262)의 상대 위치 및 방향이 변하고 있을지라도 원격 센터(270)의 고정 위치 및 방향축(360)의 고정 방향을 유지하기 위해 행한다. 일부 예에서, 조인트 센서 및 하나 이상의 운동학 모델, 및/또는 역 자코비안 전치가 셋업 조인트 및 매니퓰레이터의 조인트 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 원격 센터(270)의 위치 및 방향축(360)의 방향은 또한 환자 포트로부터의 저항을 사용하여 및/또는 의사 및/또는 다른 의료진에 의해 유지될 수 있다. 또한, 다른 관절식 암(310, 330, 및/또는 340)은 배향 플랫폼(227)을 따라 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 충돌 회피 알고리즘 역시 관절식 암(310-340) 사이에 그리고 배향 플랫폼(227)에 근접한 셋업 구조부와 관절식 암(310-340) 사이의 충돌을 방지하는데 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 관절식 암(310-340)의 조인트의 하나 이상은 배향 플랫폼(227)이 움직이는 동안 부동(浮動) 상태에 있을 수 있다. 부동 상태에서 조인트의 각각의 자유로운 및/또는 거의 자유로운 이동이 허용된다. 일부 예에서, 부동 상태에 놓인 조인트는 각각의 관절식 암(310-340)의 조인트의 부분집합일 수 있다. 일부 예에서, 이로 인해 이러한 조인트는 각각의 관절식 암(310-340)에 적용된 외부 자극의 효과를 줄이고 및/또는 완화할 수 있다. 일부 예에서, 비작동 조인트인, 부동 상태에서의 조인트의 각각에 대한 제동은 해제되어 비작동 조인트의 각각의 모션을 허용한다. 일부 예에서, 작동 조인트인, 부동 상태에서의 조인트의 각각은 관절식 조인트 및/또는 관절식 암(310-340)과 연관된 하나 이상의 센서로부터의 값 및/또는 하나 이상의 운동학 모델에 기초하여 이러한 각각의 조인트에 대해 결정된 실제 위치 및/또는 실제 속도로 이동하도록 명령될 수 있다. 일부 예에서, 작동 조인트의 피드백 제어기의 명령 위치를 실제 위치로 세팅하고 및/또는 피드백 제어기의 명령 속도를 실제 조인트 속도로 세팅함으로써 작동 조인트가 자유롭게 이동하고 있다는 인상을 주고, 중력 보상 역시 적용되고 있을 때, 명백한 무중력 상태의 인상 역시 준다.

일부 실시예에서, 이러한 부동 상태에서의 조인트의 이동은 완충될 수 있다. 부동 상태에 있는 동안 관절식 암의 비제한 및/또는 거친 이동을 줄이고 및/또는 방지하기 위해, 부동 상태에 배치된 하나 이상의 조인트는 임의의 형태의 완충 모션을 받을 수 있다. 예를 들어, 강한 충돌과 같은 강한 외부 자극을 받는 관절식 암(310-340)중 하나가 제한 없이 이러한 강한 자극으로부터 멀리 이동하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 관절식 암(310-340)의 부동 상태 이동을 제한하면 고속 이동 관절식 암에 의해 유발된 부상 및/또는 손상의 위험을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 완충 모션은 비관절식 조인트의 이동을 제동하도록 브레이크를 일부 해제함으로써 비관절식 조인트에 실현될 수 있다. 일부 예에서, 브레이크는 브레이크를 제어하는데 사용되는 신호의 하나 이상의 전압, 전류, 듀티 사이클 등을 제어함으로써 일부 해제될 수 있다. 일부 예에서, 완충 운동은 작동 조인트를 모션의 방향에 기초하여 실제 위치 뒤로 일부 거리 이동시키도록 명령함으로써, 그 안정도 마진에 상당한 영향을 주지 않고 피드백 제어기에서 미분 상수(derivative constant)를 증가시킴으로써, 및/또는 저항 힘 및/또는 토크를 모방하도록 작동 조인트의 액추에이터에 역방향 전류 및/또는 전압을 도입함으로써 작동 조인트에 구현될 수 있다. 일부 예에서, 완충 운동은 작동 조인트의 속도를 상응하는 센서 값에 기초하여 결정된 조인트 속도 아래의 값으로 명령함으로써 작동 조인트에 구현될 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 기준 타겟과의 정렬 방법(400)의 단순도이다. 방법(400)의 프로세스(410-450)의 하나 이상은 적어도 일부, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 제어 유닛(130)의 프로세서)에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 프로세스(410-450)중 하나 이상을 실행하도록 할 수 있는 비임시, 접촉식, 기계 판독가능 매체에 저장된 실행가능한 코드의 형태로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 모션 제어 애플리케이션(160)과 같은 애플리케이션에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 기준 기기의 포즈(위치 및 방향)을 유지하는 동안 컴퓨터 지원 장치의 셋업 구조부, 셋업 조인트, 및/또는 매니퓰레이터 조인트의 다양한 조인트 및 링크의 위치 및/또는 방향을 조정하는데 사용될 수 있다.

프로세스(410)에서, 기준 기기의 포즈가 결정된다. 방법(400)의 정렬 또는 타겟팅 동작을 위한 기준 타겟은 기준 기기의 포즈(위치 및 방향)에 기초하고 있다. 기준 기기는 보통 컴퓨터 지원 장치의 관절식 암의 말단부에 위치되어 있다. 일부 예에서, 관절식 암 및 컴퓨터 지원 장치의 조인트 및 링크와 연관된 하나 이상의 센서 및 관절식 암 및 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 운동학 모델이 기준 기기의 위치 및 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 기준 기기의 포즈는 기준 기기 위의 기준점 및 기준 기기의 기준 방향에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 기준 기기는 컴퓨터 지원 장치의 운전자에 의해, 수동으로 또는 컴퓨터 도움으로 미리 포즈되어 있을 수 있다. 일부 예에서, 운전자는 하나 이상의 제어 입력을 사용하여 기준 기기의 포즈의 결정을 시작할 수 있다. 일부 예에서, 관절식 암이 관절식 암(320)일 수 있고 기준 기기는 기기(262)일 수 있고, 기준 기기의 포즈는 원격 센서(270) 및 방향축(360)에 의해 결정될 수 있다.

프로세스(420)에서, 배향 플랫폼이 기준 기기의 기준점 위에 위치지정될 수 있다. 컴퓨터 지원 장치를 위한 희망의 작업공간 위에 배향 플랫폼을 보다 더 잘 위치지정하기 위해, 배향 플랫폼에 근접한 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 조인트가 컴퓨터 지원 장치의 배향 플랫폼을 이동시키도록 명령되어 배향 플랫폼은 프로세스(410) 동안 결정된 기준점 위에 위치지정된다. 일부 예에서, 배향 플랫폼은 기준점 위에 수직으로 배향 플랫폼에 또는 근방에 사전결정된 포인트를 위치지정하도록 이동될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 사전결정된 포인트는 배향 플랫폼 및/또는 이러한 배향 플랫폼이 회전될 수 있는 축 위의 중심 및/또는 다른 중심점과 연관될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼의 위치지정은 컴퓨터 지원 장치의 중앙 컬럼에 대해 배향 플랫폼의 수평 거리 및/또는 각도 위치를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델 및/또는 모션 플래닝 알고리즘이 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 액추에이터에 전송되는 하나 이상의 이동 및/또는 위치지정 명령을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치가 컴퓨터 지원 장치(200)일 때, 셋업 구조부(220)의 하나 이상의 조인트가 배향 플랫폼(227)을 원격 센터에 위에서 수평으로 위치지정하도록 명령될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(420)는 회전 센터(350)를 원격 센터(270) 위에 위치지정하는 단계를 포함할 수 있다.

프로세스(430)에서, 배향 플랫폼은 기준 기기의 방향에 배향 플랫폼을 정렬하도록 회전된다. 기준 기기의 운동 범위를 향상시키기 위해, 배향 플랫폼은 배향 플랫폼을 프로세스(410) 동안 결정된 기준 기기의 방향에 정렬하도록 회전될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼은 배향 플랫폼의 사전결정된 방향 벡터를 기준 기기의 방향에 정렬하도록 회전될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼은 그 회전축에 대해 회전되어, 기준 기기가 부착된 관절식 암의 제1 셋업 조인트가 그 회전 운동 범위에 있거나 근방에 있을 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼은 배향 플랫폼에 근접하여 위치, 팔목 조인트와 같은 하나 이상의 회전 조인트를 사용하여 회전될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델 및/또는 모션 플래닝 알고리즘이 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 액추에이터에 전송되는 하나 이상의 이동 및/또는 위치지정 명령을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(430)는 프로세스(420)와 동시에 실행될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(430)는 기준 기기의 방향이 수평 성분을 포함하지 않을 때 생략될 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치가 컴퓨터 지원 장치(200)일 때, 배향 플랫폼(227)은 전면 방향 벡터(370)를 방향축(360)의 수평 성분에 정렬하도록 팔목 조인트(226)를 사용하여 축(236) 및 회전 중심(350)에 대해 회전될 수 있다.

옵션의 프로세스(440)에서, 배향 플랫폼과 기준 기기 사이의 거리가 조정될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼 위의 사전결정된 포인트와 기준 기기의 기준 포인트 사이의 거리가 조정될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼의 거리는 관절식 암의 조인트를 이들의 각각의 운동 범위의 중심 근방에 배치하기 위해, 컴퓨터 지원 장치의 셋업 구조부와 관절식 암 및/또는 기준 기기 사이의 충돌의 가능성을 낮추기 위해, 기준 기기 주변의 살균 영역을 유지하도록 돕기 위해, 및/또는 운전자에 의해 결정된 사전결정된 거리를 유지하기 위해 조정될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 거리는 프로세스(410) 동안에 결정된 기준 포인트와 프로세스(420) 동안 정렬된 사전결정된 포인트 사이의 수직 거리일 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼과 기준 기기 사이의 거리는 배향 플랫폼에 근접하여 위치된 하나 이상의 조인트를 사용하여 조정될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델 및/또는 모션 플래닝 알고리즘이 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 액추에이터에 전송되는 하나 이상의 이동 및/또는 위치지정 명령을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(440)는 프로세스(420 및/또는 430)와 동시에 실행될 수 있다.

프로세스(450)에서, 기준 기기의 포즈는 배향 플랫폼의 이동 동안 유지된다. 이러한 배향 플랫폼이 프로세스(420, 430 및/또는 440) 동안 이동되고 있는 동안에, 컴퓨터 지원 장치에 대한 작업공간에 비교되는 기준 기기의 포즈가 유지된다. 이러한 포즈는 배향 플랫폼에 비교되는 기준 기기의 위치 및/방향이 변하고 있을지라도 유지된다. 이것은 프로세스(420, 430 및/또는 440) 동안 명령되고 있는 배향 플랫폼에 근접한 하나 이상의 조인트의 이동에 응답하여 배향 플랫폼의 말단의 관절식 암의 하나 이상의 조인트를 조정함으로써 달성될 수 있다.

상술되고 여기에서 더 강조되는 바와 같이, 도 4는 청구범위을 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 프로세스(420-450)의 하나 이상은 동시에 실행될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 추가 상태에 의해, 운전자로의 컴퓨터 지원 장치의 컨트롤의 리턴에 의해 및/또는 컴퓨터 지원 장치의 운전의 정지등에 의해 방법(400)이 조기 종료될 수 있다. 일부 예에서, 추가 상태는 보상된 이동의 완료 불능, 운전자 워크스테이션 및/또는 관절식 암에 대한 하나 이상의 컨트롤을 사용한 운전자로부터의 수동 간섭 및/또는 오버라이드, 하나 이상의 안전 인터록을 사용한 운전자 워크스테이션으로부터의 운전자 이탈의 검출, 컴퓨터 지원 장치의 위치 트래킹 오차, 시스템 고장등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치의 링크 및/또는 조인트 사이의 임박한 충돌의 검출, 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 조인트의 가동범위 한계값, 환자의 움직임으로 인한 툴의 포즈 유지 불능등으로 바람직한 이동이 가능하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)의 조기 종료에 의해 운전자에게 전송되는 오차가 통지될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 오차 통지는 문자 메시지, 청각 표시, 음성 어구등을 포함할 수 있다.

도 5는 일부 실시예에 따른 배향 플랫폼의 이동 동안 기준 기기의 포즈를 유지하는 프로세스(450)의 단순도이다. 배향 플랫폼이 프로세스(420, 430 및/또는 440) 동안 위치지정되고 배향되고 있기 때문에, 배향 플랫폼의 이동은 기준 기기를 포함하는, 배향 플랫폼 말단의 관절식 암의 링크 및 조인트의 각각에 영향을 준다. 이러한 이동은 기준 기기의 포즈를 변화시키기 때문에, 프로세스(510-550)는 기준 기기의 포즈가 유지되도록 이러한 변화를 보상한다.

프로세스(510)에서, 기준 기기의 기준 변환이 결정된다. 프로세스(420, 430, 및/또는 440) 동안 이동의 시작 전에, 기준 기기에 대한 기준 변환을 결정하기 위해 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 운동학 모델이 사용된다. 일부 예에서, 이러한 하나 이상의 운동학 모델은 배향 플랫폼에 근접한 셋업 구조부, 배향 플랫폼 말단의 셋업 조인트, 및/또는 기준 기기가 부착된 매니퓰레이터에 대한 하나 이상의 운동학 모델을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기준 변환은 기준 기기가 일부인 작업공간 및/또는 컴퓨터 지원 장치에 대한 월드 좌표계에서 기준 기기의 포즈를 모델화할 수 있다.

프로세스(520)에서, 기준 기기의 실제 변환이 결정된다. 배향 플랫폼에 근접한 조인트가 프로세스(420, 430, 및/또는 440) 동안 명령됨에 따라, 기준 기기의 포즈는 기준 기기가 배향 플랫폼 말단에 있기 때문에 변하기 시작한다. 배향 플랫폼에 근접한 조인트의 조인트 위치 및/또는 각도의 명령된 변화는 감시되고 하나 이상의 운동삭 모델이 다시 적용되어 기준 기기의 실제 변환이 결정된다. 이러한 실제 변환은 프로세스(420, 430, 및/또는 440)의 이동이 어떻게 기준 기기를 그 희망의 포즈로부터 멀리 이동시키는 경향이 있는지를 나타낸다.

프로세스(530)에서, 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이가 결정된다. 이러한 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이는 배향 플랫폼의 말단의 조인트의 조인트 위치 및/또는 각도의 변화에 의해 보상되지 않으면 기준 기기의 포즈에 도입되는 오차를 나타낸다. 일부 예에서, 이러한 차이는 실제와 기준 변환을 나타내는 상응하는 행렬 및/또는 벡터를 감산함으로써 결정될 수 있다.

프로세스(540)에서, 보상 조인트 변화는 이러한 차이에 기초하여 결정된다. 프로세스(530) 동안 결정된 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이를 사용하여, 하나 이상의 보상 조인트의 변화가 결정된다. 보상 조인트가 배향 플랫폼의 말단에 위치되어 있기 때문에, 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이는 실제 변환과 기준 변환의 월드 좌표계로부터 보상 조인트에 기초한 로컬 좌표계로 맵핑된다. 실제, 이것은 월드 좌표계로부터의 기준 기기의 절대 포즈의 오차를 보상 조인트 최근접부와 기준 기기 사이의 포즈의 상대 오차로 변환한다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델은 이러한 차이를 로컬 좌표계로 변환하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 보상 조인트를 하나 이상의 매니퓰레이터 조인트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 보상 조인트는 배향 플랫폼과 매니퓰레이터 사이에 하나 이상의 셋업 조인트를 더 포함할 수 있다. 일단 포즈에서 상대 오차가 결정되면, 이들은 보상 조인트 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 상대 오차를 보상 조인트 변화에 맵핑하는데 역 자코비안이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 보상 조인트 변화는 보상 조인트에 대한 조인트 속도를 포함할 수 있다.

프로세스(550)에서, 보상 조인트가 구동된다. 프로세스(540) 동안 결정된 보상 조인트의 변화에 기초하여 하나 이상의 명령이 보상 조인트의 하나 이상의 액추에이터에 전송된다. 이러한 보상 조인트에 전송된 명령은 배향 플랫폼에 근접한 조인트의 이동에 의해 도입된 기준 기기의 포즈의 오차를 보정하여 월드 좌표계에서의 기준 기기의 포즈는 최소 오차로 유지된다. 프로세스(420, 430, 및/또는 440)가 배향 플랫폼의 위치 및/또는 방향을 계속 변화시키는 한, 프로세스(520-550)는 기준 기기의 포즈에 도입된 임의의 오차를 보상하도록 반복된다.

상술되고 여기에 더 강조된 바와 같이, 도 5는 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 보상 조인트는 매니퓰레이터 및/또는 셋업 조인트의 조인트의 부분집합을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 보상 조인트는 매니퓰레이터의 롤, 피치, 및 요 조인트만을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 셋업 조인트 및/또는 매니퓰레이터의 다른 조인트는 프로세스(510-550) 동안의 상대 이동을 방지하기 위해 잠금될 수 있다. 일부 예에서, 배향 플랫폼 말단의 매니퓰레이터 및/또는 셋업 조인트의 하나 이상의 비작동 조인트는 프로세스(510-550) 동안 잠금해제되고 및/또는 부동 상태에 있을 수 있어서, 기준 기기의 포즈의 오차는 잠금해제된 조인트의 변화에 의해 적어도 일부 감소될수 있다. 일부 예에서, 잠금해제된 조인트의 변화는 보상 조인트가 구동될 양을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 기준 기기의 포즈는 컴퓨터 지원 장치의 운영자에 의해 및/또는 환자 포트로부터의 저항을 사용하여 적어도 일부 유지될 수 있다.

제어 유닛(130)과 같은 제어 유닛의 일부 예는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(140))에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 방법(400)의 프로세스를 실행하도록 하는 실행가능한 코드를 포함하는 비임시, 접촉식, 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 방법(400)의 프로세스를 포함할 수 있는 일부 공통 형태의 기계 판독가능 매체는 예를 들어, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 구성된 임의의 다른 매체이다.

실시예가 도시되고 설명되어 있지만, 광범위한 수정, 변경 및 대안이 본원에 가능하고 일부 예에서, 이러한 실시예의 일부 특징은 다른 특징의 상응하는 사용 없이 채용될 수 있다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 제한되어야 하고, 청구범위는 넓게 그리고 여기에 개시된 실시예의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.

Claims

컴퓨터 지원 의료 장치에 있어서,
장착 구조;
상기 장착 구조에 대해 근접 위치에 위치한 하나 이상의 제1 조인트;
상기 장착 구조에 연결된 관절식 암으로서, 상기 관절식 암은 상기 장착 구조에 대해 말단 위치에 위치하고 상기 장착 구조에 기준 기기를 연결하도록 구성된 하나 이상의 제2 조인트를 포함하는, 상기 관절식 암; 및
제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 기준 기기의 포즈를 결정하고;
상기 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여, 상기 기준 포인트 위에 상기 장착 구조의 위치를 정하고;
상기 장착 구조를 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 장착 구조를 방향조절하고;
상기 장착 구조를 방향조절하는 동안 상기 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 장착 구조와 상기 기준 포인트 사이의 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제2항에 있어서, 상기 장착 구조는 배향 플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제2항에 있어서, 상기 거리는 상기 기준 포인트 위로 상기 장착 구조의 작업 높이를 유지하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준 포인트는 상기 기준 기기의 원격 센터인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준 기기는 내시경인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항에 있어서, 상기 기준 포인트는 환자 위의 수술 포트와 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 제2 조인트의 하나 이상을 잠그거나, 비작동 조인트인 상기 하나 이상의 제2 조인트 중 하나 이상을 잠금 해제하거나, 잠금 해제된 상기 하나 이상의 제2 조인트 중 하나 이상과 관련된 하나 이상의 브레이크를 해제하거나, 또는 잠금 해제된 상기 하나 이상의 제2 조인트 중 하나 이상과 관련된 하나 이상의 브레이크를 부분적으로 해제하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 기준 포인트 위로 수직으로 상기 장착 구조의 중심 또는 회전 중심의 위치를 정하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하기 위해 상기 하나 이상의 제2 조인트에 결합된 하나 이상의 제1 액추에이터에 하나 이상의 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한,
상기 장착 구조를 위치지정하거나 방향조절하기 전에 제1 좌표계에서의 상기 기준 기기의 기준 변환을 결정하고;
상기 장착 구조가 위치지정되고 방향조절되는 동안에 상기 제1 좌표계에서의 상기 기준 기기의 실제 변환을 결정하고;
상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하고;
상기 차이에 기초하여 상기 하나 이상의 제2 조인트를 구동함으로써 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 장착 구조의 전면 방향 벡터를 상기 기준 기기의 수평 성분과 정렬하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장착 구조의 말단에 하나 이상의 추가 관절식 암을 더 포함하고, 상기 추가 관절식 암 각각은 하나 이상의 제3 조인트를 포함하며, 상기 제어 유닛은 또한 상기 하나 이상의 제3 조인트의 하나 이상을 잠그는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장착 구조의 말단에 하나 이상의 추가 관절식 암을 더 포함하고, 상기 추가 관절식 암 각각은 하나 이상의 제3 조인트를 포함하며, 상기 제어 유닛은 또한 상기 하나 이상의 제3 조인트의 하나 이상과 관련된 하나 이상의 브레이크를 해제 또는 부분적으로 해제함으로써 또는 각각의 실제 위치 또는 속도에 기초하여 상기 하나 이상의 제3 조인트의 하나 이상에 명령함으로써 상기 하나 이상의 제3 조인트 중 하나 이상을 부동 상태에 놓는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 지원 의료 장치.
의료 장치의 운동을 제어하는 방법에 있어서,
상기 의료 장치의 제어 유닛이 기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 의료 장치의 기준 기기의 포즈를 결정하는 단계;
상기 제어 유닛이 상기 의료 장치의 장착 구조에 근접한 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 기준 포인트 위에 상기 장착 구조의 위치를 정하는 단계;
상기 제어 유닛이 상기 장착 구조를 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 장착 구조를 방향조절하는 단계; 및
상기 제어 유닛이 상기 장착 구조의 말단에 있고 상기 기준 기기에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 장착 구조가 방향조절되는 동안 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 제어 유닛이 상기 장착 구조와 상기 기준 포인트 사이의 거리를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
제15항에 있어서, 상기 기준 포인트는 상기 기준 기기의 원격 센터인 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛이 비작동 조인트인 상기 하나 이상의 제2 조인트 중 하나 이상을 잠금해제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛이 상기 장착 구조를 위치지정하거나 방향조절하기 전에 제1 좌표계에서의 상기 기준 기기의 기준 변환을 결정하는 단계;
상기 제어 유닛이, 상기 장착 구조가 위치지정되고 방향조절되는 동안에 상기 제1 좌표계에서의 상기 기준 기기의 실제 변환을 결정하는 단계;
상기 제어 유닛이 상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하는 단계;
상기 제어 유닛이 상기 차이에 기초하여 상기 하나 이상의 제2 조인트를 구동함으로써 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛이 상기 장착 구조의 전면 방향 벡터를 상기 기준 기기의 수평 성분과 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 장치의 운동 제어 방법.
비임시 기계 판독가능 매체에 있어서,
의료 장치와 연관된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서가,
기준 포인트 및 기준 방향을 포함하는 상기 의료 장치의 기준 기기의 포즈를 결정하는 단계;
상기 의료 장치의 장착 구조에 근접한 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 기준 포인트 위에 상기 장착 구조의 위치를 정하는 단계;
상기 장착 구조를 상기 기준 방향과 정렬하도록 상기 하나 이상의 제1 조인트를 사용하여 상기 장착 구조를 방향조절하는 단계; 및
상기 장착 구조의 말단에 있고 상기 기준 기기에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여, 상기 장착 구조가 방향조절되는 동안 상기 기준 기기의 상기 포즈를 유지하는 단계를 포함하는 방법을 실행하도록 구성된 복수의 기계 판독가능 명령어를 포함하는 것을 특징으로 하는 비임시 기계 판독가능 매체.
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