KR102371054B1 - 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법 - Google Patents

정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치는 정형외과 수술 시, 수동모드에서 6축 로봇암의 말단에 위치한 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 제공하는 툴 구동 감지부, 상기 툴 구동 감지부와 연결되어, 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 작업을 제어하는 인지제어부, 상기 인지제어부와 연결되어, 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보로부터 제1조인트 내지 제6조인트 각도값를 산출하는 역기구학 산출부 및 상기 역기구학 산출부에서 산출된 정보에서 제5조인트의 각도값 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 싱귤러 포인트 판단부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법{The surgical robot arm singular point cognitive apparatus and method}
본 발명은 정형외과 수술 로봇암에 관한 기술로, 더 상세하게는 정형외과 수술자가 수동모드로 6축으로 구성된 로봇암을 구동하는 경우, 중앙에서 단부로 연결된 제4조인트와 제6조인트가 일직선 상에 위치하는 싱귤러 포인트가 발생하는 상황을 인지하여 즉각적으로 대응할 수 있는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법에 관한 기술이다.
최근 의학 기술의 발달로 로봇과 컴퓨터 시스템을 이용한 네비게이션 수술이 활발히 도입되고 있으며, 인공 관절 수술 분야에서도 이러한 수술이 적용되고 있다.
무릎 관절의 경우, 외상이나 여러 가지 감염, 질환에 의한 통증 및 행동 장애가 오면 정형외과적 수술을 통해 관절 전체나 부분에 치환술을 사용하여 치료를 하며, 이중 약 10~30%의 환자들은 무릎 내측 조인트의 마모가 오게 되어 무릎관절 부분치환수술을 시행한다.
이러한 정형외과 수술 로봇은 대한민국 등록특허 공보 제10-1413920호(2014. 06. 24)에 기재된 바와 같이, 일측이 로봇 베이스에 장착되고, 타측 방향으로 관절과 링크가 순차적으로 연결된 로봇암으로 형성되고, 말단장치(end effector)에 수술 툴이 형성된다. 이러한 로봇암이 주어진 작업을 수행하기 위해서는 수술 툴의 위치를 알아야 하는 동시에 수술 툴을 원하는 곳으로 위치시킬 수 있어야 한다.
종래 정형외과 수술 로봇암은 일측부터 타측까지 총 6개의 축(제1조인트 내지 제6조인트)으로 연결되며, 각 축은 링크 연결되어 각 링크 연결부위를 기점으로 회전운동을 하게 되며, 수동모드 시에는 사용자가 로봇암을 파지한 후, 말단에 위치한 수술 툴을 이동시켜 수술 동작을 수행하고, 수술 툴의 위치에 따라 로봇암의 관절 각도는 가변된다.
이러한 수동모드에 따른 로봇암 구동 시, 제4조인트 및 제6조인트가 일직선에 놓일 경우, 제4조인트 및 제6조인트가 무한 회전하여, 수술 작업이 불가능해지는 문제가 발생한다.
대한민국 등록특허 공보 10-1413920B, 2014. 06. 24, 8쪽 내지 10쪽.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 방법의 목적은 로봇암의 싱귤러 포인트가 발생하는 상황을 사전에 인지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치는 정형외과 수술 시, 수동모드에서 6축 로봇암의 말단에 위치한 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 제공하는 툴 구동 감지부, 상기 툴 구동 감지부와 연결되어, 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 작업을 제어하는 인지제어부, 상기 인지제어부와 연결되어, 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보로부터 제1조인트 내지 제6조인트 각도값를 산출하는 역기구학 산출부 및 상기 역기구학 산출부에서 산출된 정보에서 제5조인트의 각도값 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 싱귤러 포인트 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법은 (a) 툴 구동 감지부를 이용하여 툴 위치 및 방향을 감지하는 단계, (b) 역기구학 산출부를 이용하여, 제1조인트 내지 제6조인트 각도 값을 산출하는 단계 및 (c) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 제5조인트의 각도값 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법은 로봇암의 싱귤러 포인트가 발생하는 상황을 인지하여 싱귤러 포인트 발생을 회피하는 구동 동작을 유도할 수 있으며, 싱귤러 포인트 상황 인지 시, 로봇암의 구동을 제한하여 싱귤러 포인트 발생에 즉각적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 일실시예를 나타내는 사시도.
도 2 및 도 3는 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 제1조인트 내지 제6조인트의 회전 방향 및 좌표계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치의 전체 구성을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치에 있어서, 역기구학 산출부의 상세 구성을 나타내는 구성도.
도 6는 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 개념을 설명하는 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법의 제1전체 흐름을 나타내는 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법에 있어서, S20 단계의 상세 흐름도.
도 9는 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법의 제2전체 흐름을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 일실시예를 나타내는 사시도로, 로봇 베이스에서 말단부까지 총 6개의 조인트로 회전축을 형성하며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 로봇암의 제1조인트(J1) 내지 제6조인트(J6)의 회전 방향 및 좌표계를 나타내는 도면이며, 본 발명에 있어서, 제5조인트(J5)는 제4조인트(J4) 내지 제6조인트(J6)의 회전축이 일치하는 지점으로 손목지점(wrist)이라 한다.
도 4는 본 발명에 따른 싱귤러 포인트 발생 인지 장치(10)의 상세 구성을 나타내는 구성도로, 툴 구동 감지부(11), 인지제어부(12), 역기구학 산출부(13), 싱귤러 포인트 판단부(14), 로봇암 구동 제한부(15), 경보발생부(16) 및 디스플레이부(17)를 포함한다.
상기 툴 구동 감지부(11)는 정형외과 수술 시, 수동모드에서 6축 로봇암의 말단에 위치한 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 제공하며, 본 발명에 따른 실시예에서 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보는 X, Y, Z, Rx, Ry, Rz로 제공된다.
상기 인지제어부(12)는 상기 툴 구동 감지부(11)와 연결되어, 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 전달받아, 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 작업을 제어한다.
상기 역기구학 산출부(13)는 상기 인지제어부(12)와 연결되어, 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보로부터 제1조인트 내지 제6조인트 각도값를 산출하며, 본 발명에 따른 상기 역기구학 산출부(13)는 도 5에 도시된 바와 같이, 손목위치 산출부(131), 전단각도 산출부(132), 말단각도 산출부(133) 및 싱귤러 포인트 판단부(134)를 포함한다.
본 발명에 따른 역기구학(IK-Inverse Kinematics)는 관절에 의해 연결된 링크들의 조합으로 구성된 로봇암 말단의 툴 장치의 직교좌표상의 위치와 방향이 주어졌을 때 관절각을 구하는 방식을 말하며, 일련의 관절각이 주어졌을 때 말단 툴 장치의 위치와 자세를 구하는 정기구학(FK-Forward Kinematic)과 반대되는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 역기구학 산출은 툴의 위치 및 방향 정보(X, Y, Z, Rx, Ry, Rz)에서 제1조인트(J1) 내지 제6조인트(J6)의 관절각을 산출하는 것으로 다음과 같은 변환행렬식을 적용한다.
[수학식 1]
Tool To = Tool T6· 6T5 (θ6) · 5T4 (θ5)· 4T3 (θ4) · 3T2 (θ3)·2T1 (θ2)· 1T0 (θ1)
여기서, i+1 Ti는 변환행렬(Transformation Matrix)이며, i번 좌표계와 i+1 번 좌표계의 관계식을 나타내며, Tool To는 툴 위치 및 방향에서 계산하는 값이며, Tool T6는 툴 설계값에서 계산할 수 있다.
상기 손목위치 산출부(131)는 로봇암 툴의 위치 및 방향 정보(X, Y, Z, Rx, Ry, Rz)에서 손목위치인 제5조인트 위치 정보(Xwrist, Ywrist, Zwrist)를 산출하며, 상기 전단각도 산출부(132)는 상기 손목위치 산출부(131)에서 산출된 손목 위치에서 다음 수학식 2로 제1조인트 내지 제3조인트 각도값(θ1, θ2, θ3)을 산출한다.
[수학식 2]
3T2 2T1 1T0=
Figure 112015058026731-pat00001
말단각도 산출부(133)은 상기 제1조인트 내지 제3조인트 각도값(θ1, θ2, θ3)을 적용하여, 다음 수학식 3으로 제4조인트 내지 제6조인트 각도값(θ4, θ5, θ6)을 산출한다.
[수학식 3]
(3T2 2T1 1T0)-1 Tool To (Tool T6)-1=6T5 5T4 4T3
상기 싱귤러 포인트 판단부(14)는 상기 역기구학 산출부(13)에서 산출된 정보에서 제5조인트의 각도값(θ5)을 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하며, 본 발명에 따른 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제4조인트(J4)와 제6조인트(J6)가 일직선 상에 위치하는 상태를 싱귤러 포인트로 인지한다.
본 발명에 따른 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)는 제5조인트(J5)의 각도값에 관하여, 제1임계치를 설정하며, 상기 제5조인트(J5)의 각도값이 제1임계치 이하일 경우, 싱귤러 포인트 발생으로 판단한다.
또한 본 발명에 따른 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)는 추가적으로 상기 제1임계치 보다 큰 각도의 범위인 제2임계치를 설정하여, 상기 제1임계치를 싱귤러 포인트 발생 각도로 판단하고, 상기 제2임계치를 싱귤러 포인트 위험 각도로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)는 매니퓰러빌러티를 산출하여, 싱귤러 포인트의 발생 여부를 인지할 수 있다.
즉, 로봇이 싱귤러 포인트에 가까울수록 매니퓰러빌러티 값이 작아지고 싱귤러 포인트에서 매니퓰러빌러티 값이 0이 되므로 현재 로봇의 위치에서 매니퓰러빌러티를 계산하여 싱귤러 포인트 발생 여부를 인지할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 상기 매니퓰러빌러티(w)는 다음 수학식 4로 산출된다.
[수학식 4]
Figure 112015058026731-pat00002
이때 자코비언(Jacobian) J는 다음 수학식 5로 계산되며, X, Y, Z, α, β, γ는 툴의 위치 및 방향을 나타낸다.
[수학식 5]
Figure 112015058026731-pat00003
본 발명에 있어서, 싱귤러 포인트 판단부(14)는 산출된 상기 매니퓰러빌러티 값이 제1임계치 이하일 경우, 싱귤러 포인트 발생으로 판단하며, 상기 제1임계치 보다 큰 값의 제2임계치를 설정하여, 상기 제2임계치를 싱귤러 포인트가 발생할 위험 매니퓰러빌러티 값으로 판단한다.
상기 로봇암 구동 제한부(15)는 상기 인지제어부(12)와 연결되어, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)의 판단 결과에 따라 로봇암 구동을 중지시키며, 본 발명에 따른 상기 상기 로봇암 구동 제한부(15)는 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)의 판단 결과에 따라 로봇암의 제5조인트(J5)의 이동을 제한하거나 로봇암의 제1조인트(J1) 내지 제6조인트(J6)의 이동을 제한하도록 한다.
상기 경보발생부(16)는 상기 인지제어부(12)와 연결되어, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)에서 싱귤러 포인트 발생 상황으로 판단한 경우, 상기 디스플레이부(17) 상에 싱귤러 포인트 발생 경고 메시지를 표시하거나 또는 경보음을 발생시킨다.
이러한 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치를 이용한 싱귤러 포인트 발생 인지 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법에 관한 제1전체 흐름도로, 상기 툴 구동 감지부(11)를 이용하여 툴 위치 및 방향을 감지하는 단계(S10)를 수행하고, 상기 역기구학 산출부(13)를 이용하여, 제1조인트(J1) 내지 제6조인트(J6) 각도 값을 산출하는 단계(S20)를 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 S20 단계는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 손목위치 산출부(131)를 이용하여, 로봇암 툴의 위치 및 방향 정보에서 제5조인트 위치 정보를 산출하는 단계(S21), 상기 전단각도 산출부(132)를 이용하여, 산출된 손목 위치에서 제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 산출하는 단계(S23) 및 상기 말단각도 산출부(133)를 이용하여, 제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 적용하여, 제4조인트 내지 제6조인트 각도값을 산출하는 단계(S25)를 포함한다.
다음으로, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)를 이용하여, 제5조인트(J5)의 각도값(θ5)을 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 단계(S30)를 수행한다.
본 발명에 따른 상기 S30 단계는 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)를 이용하여, 제5조인트(J5)의 각도값(θ5)이 제2임계치 이하인지 확인하는 단계(S31)를 수행하고, 상기 S31 단계에서 제5조인트(J5)의 각도값(θ5)이 제2임계치 이하인 경우, 경보발생부(16)를 이용하여, 싱귤러 포인트 발생 상황의 경고 메시지, 경보음 중 적어도 어느 하나를 제공하는 단계(S32)를 수행한다.
또한, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)를 이용하여, 제5조인트(J5)의 각도값(θ5)이 제1임계치 이하인지 확인하는 단계(S33)를 수행하고, 상기 S35 단계에서 제5조인트(J5)의 각도값(θ5)이 제1임계치 이하인 경우, 상기 로봇암 구동 제한부(15)를 로봇암의 제5조인트(J5) 또는 전체 조인트의 이동을 제한하는 단계(S34)를 수행한다.
본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법에 있어서, 상기 S30 단계는 도 9에 도시된 바와 같이, 매니퓰러빌러티를 산출하여 싱귤러 포인트 발생에 대응할 수도 있다.
즉, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)를 이용하여, 매니퓰러빌러티(w)를 산출하는 단계(S35)를 수행하고, 산출된 매니퓰러빌러티(w) 값이 제2임계치 이하인지 확인하는 단계(S36)를 수행하고, 상기 S36 단계에서 매니퓰러빌러티(w) 값이 제2임계치 이하인 경우, 경보발생부(16)를 이용하여, 싱귤러 포인트 발생 상황의 경고 메시지, 경보음 중 적어도 어느 하나를 제공하는 단계(S37)를 수행한다.
또한, 상기 싱귤러 포인트 판단부(14)를 이용하여, 매니퓰러빌러티(w) 값이 제1임계치 이하인지 확인하는 단계(S38)를 수행하고, 상기 S38 단계에서 매니퓰러빌러티(w) 값이 제1임계치 이하인 경우, 상기 로봇암 구동 제한부(15)를 로봇암의 제5조인트(J5) 또는 전체 조인트의 이동을 제한하는 단계(S39)를 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법을 적용 시, 로봇암의 싱귤러 포인트가 발생하는 상황을 인지함으로써, 사용자로 하여금 싱귤러 포인트 발생을 회피하는 구동 동작을 유도할 수 있으며, 싱귤러 포인트 상황 인지 시, 로봇암의 구동을 제한하여 싱귤러 포인트 발생에 즉각적으로 대응할 수 있는 효과를 누릴 수 있는 것이다.
이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 본 발명에 따른 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치 및 그 방법으로 구현할 수 있다.
1 : 로봇암 T : 툴
J1 : 제1조인트 J2 : 제2조인트
J3 : 제3조인트 J4 : 제4조인트
J5 : 제5조인트 J6 : 제6조인트
10 : 싱귤러 포인트 발생 인지 장치
11 : 툴 구동 감지부 12 : 인지제어부
13 : 역기구학 산출부 14 : 싱귤러 포인트 판단부
15 : 로봇암 구동 제한부 16 : 경보발생부
17 : 디스플레이부 131 : 손목위치 산출부
132 : 전단각도 산출부 133 : 말단각도 산출부

Claims (15)

  1. 정형외과 수술 시, 수동모드에서 6축 로봇암의 말단에 위치한 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 제공하는 툴 구동 감지부;
    상기 툴 구동 감지부와 연결되어, 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 작업을 제어하는 인지제어부;
    상기 인지제어부와 연결되어, 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보로부터 제1조인트 내지 제6조인트 각도값를 산출하는 역기구학 산출부 및
    상기 역기구학 산출부에서 산출된 정보에서 제5조인트의 각도값 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 싱귤러 포인트 판단부를 포함하며,
    상기 싱귤러 포인트 판단부는, 제4조인트와 제6조인트가 일직선 상에 위치하는 상태를 싱귤러 포인트로 인지하고, 제5조인트의 각도값의 제1임계치 이하일 경우, 싱귤러 포인트 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역기구학 산출부는,
    로봇암 툴의 위치 및 방향 정보에서 제5조인트 위치 정보를 산출하는 손목위치 산출부;
    상기 손목위치 산출부에서 산출된 손목 위치에서 제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 산출하는 전단각도 산출부 및
    제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 적용하여, 제4조인트 내지 제6조인트 각도값을 산출하는 말단각도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 싱귤러 포인트 판단부는,
    상기 제1임계치 보다 큰 각도의 범위인 제2임계치를 설정하여, 상기 제1임계치를 싱귤러 포인트 발생 각도로 판단하고, 상기 제2임계치를 싱귤러 포인트 위험 각도로 판단하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  5. 정형외과 수술 시, 수동모드에서 6축 로봇암의 말단에 위치한 툴의 구동 위치 및 방향 정보를 제공하는 툴 구동 감지부;
    상기 툴 구동 감지부와 연결되어, 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 작업을 제어하는 인지제어부;
    상기 인지제어부와 연결되어, 상기 툴의 구동 위치 및 방향 정보로부터 제1조인트 내지 제6조인트 각도값를 산출하는 역기구학 산출부 및
    상기 역기구학 산출부에서 산출된 정보에서 제5조인트의 각도값 또는 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 싱귤러 포인트 판단부를 포함하고,
    상기 싱귤러 포인트 판단부는, 산출된 제1조인트 내지 제6조인트 각도값으로 매니퓰러빌러티 값을 산출하고, 상기 매니퓰러빌러티 값이 제1임계치 이하일 경우, 싱귤러 포인트 발생으로 판단하며, 상기 제1임계치 보다 큰 값의 제2임계치를 설정하여, 상기 제1임계치를 싱귤러 포인트가 발생하는 매니퓰러빌러티 값으로 판단하고, 상기 제2임계치를 싱귤러 포인트가 발생할 위험 매니퓰러빌러티 값으로 판단하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 인지제어부와 연결되어, 상기 싱귤러 포인트 판단부의 판단 결과에 따라 로봇암 구동을 중지시키는 로봇암 구동 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로봇암 구동 제한부는,
    상기 싱귤러 포인트 판단부의 판단 결과에 따라 로봇암의 제5조인트의 이동을 제한하거나 로봇암의 제1조인트 내지 제6조인트의 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 인지제어부와 연결되어, 상기 싱귤러 포인트 판단부에서 싱귤러 포인트 발생 상황으로 판단한 경우, 외부에 싱귤러 포인트 발생 경고 메시지를 표시하거나 또는 경보음을 발생시키는 경보발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 장치.
  10. (a) 툴 구동 감지부를 이용하여 툴 위치 및 방향을 감지하는 단계;
    (b) 역기구학 산출부를 이용하여, 제1조인트 내지 제6조인트 각도 값을 산출하는 단계;
    (c) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 제5조인트의 각도값 또는 각도값 매니퓰러빌러티(Manipulability)를 기준으로 싱귤러 포인트 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 손목위치 산출부를 이용하여, 로봇암 툴의 위치 및 방향 정보에서 제5조인트 위치 정보를 산출하는 단계; (b-2) 전단각도 산출부를 이용하여, 산출된 손목 위치에서 제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 산출하는 단계 및 (b-3) 말단각도 산출부를 이용하여, 제1조인트 내지 제3조인트 각도값을 적용하여, 제4조인트 내지 제6조인트 각도값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 제5조인트 각도 값이 제1임계치 이하인지 확인하는 단계 및
    (c-2) 상기 (c-1) 단계에서 제5조인트 각도 값이 제1임계치 이하인 경우, 로봇암 구동 제한부를 로봇암의 제5조인트 또는 전체 조인트의 이동을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c-1) 단계 이전에,
    (c-3) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 제5조인트 각도 값이 제2임계치 이하인지 확인하는 단계 및
    (c-4) 상기 (c-3) 단계에서 제5조인트 각도 값이 제2임계치 이하인 경우, 경보발생부를 이용하여, 싱귤러 포인트 발생 상황의 경고 메시지, 경보음 중 적어도 어느 하나를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-5) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 매니퓰러빌러티 값을 산출하는 단계;
    (c-6) 산출된 매니퓰러빌러티 값이 제1임계치 이하인지 확인하는 단계 및
    (c-7) 상기 (c-6) 단계에서 산출된 매니퓰러빌러티 값이 제1임계치 이하인 경우, 로봇암 구동 제한부를 로봇암의 제5조인트 또는 전체 조인트의 이동을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (c-6) 단계 이전에,
    (c-8) 싱귤러 포인트 판단부를 이용하여, 매니퓰러빌러티 값이 제2임계치 이하인지 확인하는 단계를 수행하고,
    (c-9) 상기 (c-8) 단계에서 매니퓰러빌러티 값이 제2임계치 이하인 경우, 경보발생부를 이용하여, 싱귤러 포인트 발생 상황의 경고 메시지, 경보음 중 적어도 어느 하나를 제공하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 정형외과 수술 로봇암의 싱귤러 포인트 발생 인지 방법.
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