KR102379623B1 - 동적 가상 충돌 객체를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

동적 가상 충돌 객체를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

동적 가상 충돌 객체의 시스템 및 방법은 의료 디바이스를 위한 제어 유닛을 포함한다. 의료 디바이스용 제어 유닛은 하나 이상의 프로세서 및 상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있다. 상기 제어 유닛은 상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트로서, 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유하는 공간체적이 하나 이상의 제1 가상 충돌 객체(virtual collision object; VCO)에 의해 근사화되는 바의 상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치를 결정하고; 상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 하나 이상의 속성을 조정하고; 상기 위치 및 상기 속성에 기초하여 상기 제1 VCO의 제1 기하구조를 결정하고; 제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 제2 기하구조를 수신하고; 상기 제1 VCO와 상기 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고; 상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 조정하도록 구성되어 있다.

Description

동적 가상 충돌 객체를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DYNAMIC VIRTUAL COLLISION OBJECTS}
본 발명은 디바이스들 간의 협조 동작(coordinated motion)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 동적 가상 충돌 객체에 관한 것이다.
점점 더 많은 디바이스들이 자율 및 반자율 전자 디바이스로 대체되고 있다. 이는 특히 수술실, 중재실, 집중 치료실, 응급실에서 발견되는 대형 어레이의 자율 및 반자율 전자 디바이스를 갖는 오늘날의 병원에서 그러하다. 예를 들어, 유리 및 수은 온도계는 전자 온도계로 대체되고 있고, 정맥 드립 라인(intravenous drip line)은 이제 전자 모니터 및 유량 조정기를 포함하고, 전통적인 핸드헬드 수술 기구는 컴퓨터 보조 의료 디바이스로 대체되고 있다.
이러한 전자 디바이스들은 그것들을 조작하는 요원에게 장점과 도전의 양자 모두를 제공한다. 이러한 전자 디바이스들 중의 다수는 하나 이상의 관절형 암 및/또는 엔드 이펙터의 자율 또는 반자율 동작이 가능할 수 있다. 이러한 전자 디바이스들은 자동적으로 및/또는 오퍼레이터의 명령으로 작업 공간을 중심으로 관절형 암 및/또는 엔드 이펙터를 이동시키기 때문에, 일반적으로 관절형 암, 엔드 이펙터 및/또는 작업 공간 내의 다른 객체 간의 충돌을 회피하려 한다. 충돌이 종종 전자 디바이스, 관절형 암, 엔드 이펙터 및/또는 작업 공간 내의 다른 객체에 손상을 초래할 수 있기 때문에, 충돌을 회피하는 것이 중요하다. 충돌은 또한 작업 공간 및/또는 환자의 근방에 있는 요원의 부상의 위험을 증가시킬 수 있다.
충돌 회피 문제에 대한 한 가지 해법은 전자 디바이스의 오퍼레이터(예를 들어, 의료인)가 적절한 이격 거리를 유지시키면서 전자 디바이스들을 모니터링 및 조작하게 하고 그리고/또는 서로 간섭하지 않고 그리고/또는 서로 충돌할 수 없게 하는 방식으로 디바이스들을 조작하게 하는 것이다. 예를 들어, 수술실 중에 수술실에 역시 존재하는 촬영 시스템과 간섭하거나 충돌하지 않는 영역에만 컴퓨터 보조 수술 디바이스가 허용될 수 있다. 이러한 제한 조건은 컴퓨터 보조 수술 디바이스와 촬영 시스템 모두의 기능을 제한할 수 있다.
다른 접근법은 각각의 디바이스가 다른 전자 디바이스에 의해 점유되는 영역 바깥에 머물 수 있도록 전자 디바이스들이 그들의 현재 위치, 기하구조 및/또는 계획 동작에 관한 정보를 교환하게 만드는 것을 포함한다. 경우에 따라, 이는 또한 센서 불확실성, 제어 알고리즘 부정확성 등을 처리하기 위한 안전 여유(safety margin)를 유지시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 접근은 일반적으로 안전 마진에 대한 정적 접근법(static approach)을 취하고, 전자 디바이스의 동적 거동 및/또는 동작 목표에 있어서의 변화에 기초하여 안전 마진을 조정하기 위한 지원은 거의 제공하지 않는다.
따라서, 이동 세그먼트(moving segment)들을 가지고서 디바이스들 간의 충돌 회피 및/또는 협조 동작을 지원하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
일부 실시예에 부합하여, 의료 디바이스용 제어 유닛은 하나 이상의 프로세서 및 상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있다. 상기 제어 유닛은 상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트로서, 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유하는 공간체적이 하나 이상의 제1 가상 충돌 객체(virtual collision object; VCO)에 의해 근사화되는 바의 상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치를 결정하고; 상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 하나 이상의 속성을 조정하고; 상기 위치 및 상기 속성에 기초하여 상기 제1 VCO의 제1 기하구조를 결정하고; 제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 제2 기하구조를 수신하고; 상기 제1 VCO와 상기 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고; 상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 조정하도록 구성되어 있다.
일부 실시예에 부합하여, 의료 디바이스의 동작을 제어하는 방법은 인터페이스에 의해 상기 의료 디바이스에 연결되어 있는 제어 유닛에 의해 상기 의료 디바이스의 제1 세그먼트의 위치를 결정하는 과정; 상기 의료 디바이스의 위치 및 동작 목표에 기초하여, 상기 제1 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제1 가상 충돌 객체(VCO)의 하나 이상의 속성을 조정하는 과정; 상기 위치 및 상기 속성에 기초하여 상기 제1 VCO의 제1 기하구조를 결정하는 과정; 제2 디바이스와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 제2 기하구조를 수신하는 과정; 상기 제1 VCO와 상기 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하는 과정; 및 상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 조정하는 과정을 포함한다.
일부 실시예에 부합하여, 협조 동작 시스템은 제1 인터페이스를 통해 제1 의료 디바이스에 연결되는 제1 제어 유닛 및 제2 인터페이스를 통해 제2 의료 디바이스에 연결되는 제2 제어 유닛을 포함하고 있다. 상기 제1 제어 유닛은 상기 제1 의료 디바이스의 제1 세그먼트의 제1 위치를 결정하고; 상기 제1 위치 및 상기 제1 의료 디바이스의 제1 동작 목표에 기초하여 상기 제1 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제1 가상 충돌 객체(VCO)의 하나 이상의 제1 속성을 조정하고; 상기 제1 위치 및 상기 제1 속성에 기초하여 상기 제1 VCO의 제1 기하구조를 결정하고; 상기 제1 VCO의 제1 기하구조를 상기 제2 제어 유닛에 전송하고; 상기 제2 제어 유닛으로부터 상기 제2 의료 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 제2 기하구조를 수신하고; 상기 제1 VCO와 상기 제2 VCO 사이의 제1 관계성을 결정하고; 상기 제1 관계성에 기초하여 상기 제1 의료 디바이스에 대한 제1 동작 계획을 조정하도록 구성되어 있다. 상기 제2 제어 유닛은 상기 제2 세그먼트의 제2 위치를 결정하고; 상기 제2 위치 및 상기 제2 의료 디바이스의 제2 동작 목표에 기초하여 상기 제2 VCO의 하나 이상의 제2 속성을 조정하고; 상기 제2 위치 및 상기 제2 속성에 기초하여 상기 제2 VCO의 제2 기하구조를 결정하고; 상기 제2 기하구조를 상기 제1 제어 유닛에 전송하고; 상기 제1 제어 유닛으로부터 상기 제1 기하구조를 수신하고; 상기 제1 VCO와 상기 제2 VCO 사이의 제2 관계성을 결정하고; 상기 제2 관계성에 기초하여 상기 제2 의료 디바이스에 대한 제2 동작 계획을 조정하도록 구성되어 있다. 상기 제1 동작 계획 및 상기 제2 동작 계획은 상기 제1 의료 디바이스와 상기 제2 의료 디바이스 간의 협조 동작을 포함한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 협조 동작 시스템의 개략도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 작업 공간 내에서의 가상 충돌 객체의 이용을 도시한 개략도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 충돌 회피의 방법의 개략도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 탄성 가상 충돌 객체들 간의 상호작용의 개략도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 협조 동작의 방법의 개략도이다.
도면에서, 동일한 부호를 가진 요소는 동일하거나 유사한 기능을 가진다.
이하의 설명에서, 특정 세부 사항들이 본 발명에 부합하는 일부 실시예를 설명하면서 기술된다. 하지만, 일부 실시예는 이러한 특정 세부 사항들 중의 일부 또는 전부가 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 여기에 개시되는 특정 실시예는 예시를 위한 것일 뿐 제한하려는 의도가 아니다. 당업자는 여기에 상세하게 설명되지 않지만, 본 발명의 범위 및 기술사상 내에 있는 다른 요소를 실현할 수 있을 것이다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해, 하나의 실시예와 관련하여 도시되고 설명된 하나 이상의 피처는, 특별히 달리 설명되지 않거나 그 하나 이상의 피처가 실시예를 불능으로 만들지 않는다면, 다른 실시예에 편입될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 협조 동작 시스템(coordinated motion system)(100)의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 협조 동작 시스템(100)은 하나 이상의 이동가능 암 및/또는 하나 이상의 엔드 이펙터를 갖는 디바이스(110)를 포함한다. 일부 예에 있어서, 디바이스(110)는 컴퓨터 보조 수술 디바이스와 일치할 수 있다. 디바이스(110)는 수술 기구를 지지하기 위한 하나 이상의 이동가능 세그먼트 또는 관절형 암(115), 촬영 디바이스 등을 포함할 수 있다. 디바이스(110)는 또한 디바이스(110) 및/또는 하나 이상의 관절형 암(115)을 조작하기 위한 하나 이상의 마스터 컨트롤을 포함할 수 있는 오퍼레이터 워크스테이션(미도시)에 연결될 수 있다. 일부 예에 있어서, 디바이스(110) 및 오퍼레이터 워크스테이션은 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 제조되는 da Vinci® 수술 시스템에 대응될 수 있다. 일부 예에 있어서, 다른 구성, 더 적거나 더 많은 관절형 암 등을 갖는 컴퓨터 보조 수술 디바이스가 협조 동작 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.
디바이스(110) 인터페이스를 통해 제어 유닛(120)에 연결된다. 제어 유닛(120)은 메모리(124)에 연결된 프로세서(122)를 포함한다. 제어 유닛(120)의 작동은 프로세서(122)에 의해 제어된다. 그리고, 제어 유닛(120)이 단지 하나의 프로세서(122)만을 가진 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(122)는 제어 유닛(120) 내의 하나 이상의 중앙 처리 장치, 멀티 코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 등을 대표할 수 있을 것으로 이해된다. 제어 유닛(120)은 컴퓨팅 디바이스에 부가되는 독립형 서브시스템(subsystem) 및/또는 보드(board)로서 또는 가상 머신으로서 실행될 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 오퍼레이터 워크스테이션의 일부로서 포함될 수 있고 그리고/또는 오퍼레이터 워크스테이션과 별개로 하지만 그것과 협력하여 작동될 수 있다.
메모리(124)는 제어 유닛(120) 및/또는 제어 유닛(120)의 작동 중에 사용되는 하나 이상의 데이터 구조에 의해 실행되는 소프트웨어를 저장하도록 사용될 수 있다. 메모리(124)는 하나 이상의 유형의 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능 매체의 몇 가지 일반적인 형태는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 되어 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 메모리(124)는 디바이스(110)의 자율 및/또는 반자율 제어를 지원하기 위해 사용될 수 있는 동작 제어 애플리케이션(126)을 포함한다. 동작 제어 애플리케이션(126)은 디바이스(110)로부터 위치 및/또는 동작 정보를 수신하고, 다른 디바이스와 관련한 다른 제어 유닛과 위치, 동작 및/또는 충돌 회피 정보를 교환하고, 그리고/또는 디바이스(110), 디바이스(110)의 관절형 암(115) 및/또는 엔드 이펙터를 위한 동작의 계획에 있어 계획하고 그리고/또는 보조하기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 그리고, 동작 제어 애플리케이션(126)이 소프트웨어 애플리케이션으로서 도시되어 있지만, 동작 제어 애플리케이션(126)은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 이용하여 실행될 수 있다.
협조 동작 시스템(100)은 또한 디바이스(110)와 다른 구성의 하나 이상의 이동가능 암 및/또는 하나 이상의 엔드 이펙터를 갖는 디바이스(130)를 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 디바이스(130)는 협조 동작 시스템(100)의 작업 공간 내에 배치되는 환자 및/또는 다른 객체의 하나 이상의 영상을 촬영하는 데 사용될 수 있는 촬영 서브시스템(135)을 포함하는 촬영 디바이스와 일치할 수 있다. 디바이스(130) 및 촬영 서브시스템(135)은 소정의 하나 이상의 영상을 촬영하기 위해 촬영 서브시스템(135)을 위치 결정시키는 데 사용되는 하나 이상의 이동가능 요소를 포함할 수 있다. 도 1의 디바이스(130)는 C자형 암으로서 특징지워지는 촬영 서브시스템(135)으로 도시되어 있지만, 협조 동작 시스템(100) 내에 촬영 디바이스의 다른 유형의 촬영 디바이스가 가능하다. 일부 예에 있어서, 촬영 서브시스템(135)은 MR-보어와 같은 도넛 형상 보어, 프로브를 가진 관절형 암, 하나 이상의 관절형 암 등을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 디바이스(130)도 디바이스(110)에 사용되는 오퍼레이터 워크스테이션과 동일하거나 다른 오퍼레이터 워크스테이션일 수 있는 오퍼레이터 워크스테이션(미도시)에 연결될 수 있다.
디바이스(110)와 유사하게, 디바이스(130)는 인터페이스를 통해 제어 유닛(140)에 연결된다. 제어 유닛(140)은 메모리(144)에 연결된 프로세서(142)를 포함한다. 제어 유닛(140)의 작동은 프로세서(142)에 의해 제어된다. 그리고, 제어 유닛(140)이 단지 하나의 프로세서(142)를 가진 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(142)는 제어 유닛(140) 내의 하나 이상의 중앙 처리 장치, 멀티 코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 등을 대표할 수 있을 것으로 이해된다. 제어 유닛(140)은 컴퓨팅 디바이스에 부가되는 독립형 서브시스템 및/또는 보드로서 또는 가상 머신으로서 실행될 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 오퍼레이터 워크스테이션의 일부로서 포함될 수 있고 그리고/또는 오퍼레이터 워크스테이션과 별개로 하지만 그것과 협력하여 작동될 수 있다.
메모리(144)는 제어 유닛(140) 및/또는 제어 유닛(140)의 작동 중에 사용되는 하나 이상의 데이터 구조에 의해 실행되는 소프트웨어를 저장하도록 사용될 수 있다. 메모리(144)는 하나 이상의 유형의 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능 매체의 몇 가지 일반적인 형태는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 되어 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 메모리(144)는 디바이스(130)의 자율 및/또는 반자율 제어를 지원하기 위해 사용될 수 있는 동작 제어 애플리케이션(146)을 포함한다. 동작 제어 애플리케이션(146)은 디바이스(130)로부터 위치 및/또는 동작 정보를 수신하고, 다른 디바이스(예컨대, 디바이스(11))와 관련한 다른 제어 유닛(예컨대, 제어 유닛(120))과 위치, 동작 및/또는 충돌 회피 정보를 교환하고, 그리고/또는 디바이스(130) 및/또는 촬영 서브시스템(135)을 위한 동작의 계획에 있어 계획하고 그리고/또는 보조하기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 그리고, 동작 제어 애플리케이션(146)이 소프트웨어 애플리케이션으로서 도시되어 있지만, 동작 제어 애플리케이션(146)은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 이용하여 실행될 수 있다.
제어 유닛(120, 140)은 네트워크(150)를 사용하여 서로 연결될 수 있다. 네트워크(150)는 하나 이상의 커넥터 및/또는 케이블, 이더넷(Ethernet)과 같은 하나 이상의 근거리 통신망(LAN), 및/또는 인터넷과 같은 하나 이상의 광역 통신망(WAN)을 포함하는 임의의 타입의 네트워크일 수 있다. 일부 예에 있어서, 네트워크(150)는 제어 유닛(120, 140) 간의 위치, 동작 및/또는 충돌 회피 정보의 교환을 지원하는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스는 모든 목적을 위해 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 2013년 8월 16일자로 아지지안 마흐디(Mahdi Azizian), 조르거 조너선(Jonathan Sorger) 및 디마이오 시몬(Simon DiMaio)에 의해 출원된 "이종 디바이스들 간의 협조 동작을 위한 시스템 및 방법(System and Method for Coordinated Motion Among Heterogeneous Devices)"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제61/866,949호에 개시된 공유 인터페이스(shared interface)와 같은 공유 인터페이스를 지원할 수 있다.
일부 예에 있어서, 협조 동작 시스템(100)은 수술실 및/또는 중재실에서 발견될 수 있다. 그리고, 협조 동작 시스템(100)이 단지 2개의 디바이스(110, 130)만을 보여 주고 있지만, 당업자는 협조 동작 시스템(100)이 디바이스(110, 130)와 유사하거나 상이한 디자인의 이동가능 암 및/또는 엔드 이펙터를 갖는 임의의 개수의 디바이스를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예에 있어서, 디바이스들의 각각은 더 적거나 더 많은 이동가능 암 및/또는 엔드 이펙터를 가질 수 있다.
일부 예에 있어서, 다른 배열 및/또는 구성이 협조 동작 시스템(100)에 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나의 제어 유닛이 2개 이상의 디바이스의 동작을 제어하는 것을 책임질 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛들은 제어 유닛들 중의 하나가 하나 이상의 다른 제어 유닛에 의해 제공되는 동작 계획 및/또는 동작 제어를 지시하게 되는 마스터-슬레이브 계층 구조(master-slave hierarchy)를 형성할 수 있다.
수많은 기술 및 접근법이 하나 이상의 관절형 암 및/또는 엔드 이펙터와 같은 하나 이상의 이동가능 요소를 가진 하나 이상의 디바이스를 갖는 시스템에서의 충돌 회피를 지원하기 위해 수년에 걸쳐 사용되어 왔다. 이러한 하나의 접근법은 각각의 디바이스 및/또는 객체에 의해 점유되는 공간체적(volume)을 근사화하는 데 사용될 수 있는 가상 충돌 객체(virtual collision object; VCO)의 사용이다. 많은 적용예에 있어서, VCO는 디바이스 또는 객체의 일부 또는 전부를 에워싸는 가상 형태일 수 있다. 각각의 VCO는 디바이스 또는 객체의 일부분에 센터링(centering)될 수 있고, 용이하게 파라미터화될 수 있는 형상에 기초할 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,578,757호는 독립적으로 이동가능한 바디를 따라 간격을 두고 배치되는 구형 형상 VCO의 사용을 설명하고 있다. 구형 형상 VCO들은 이동가능 바디들에 의해 점유되는 서브-공간체적(sub-volume)들이 구형 형상 VCO들에 의해 점유되는 서브-공간체적들 내에 완전히 포함되도록 위치 결정되고 크기 결정된다. 서브-공간체적들 간의 이러한 포함 관계성 때문에, 각각의 이동가능 바디들의 VCO들에 의해 점유되는 서브-공간체적들이 중첩되지 않는 한, 이동가능 바디들 간에 어떠한 충돌도 없다. VCO들에 대한 구형의 사용은 또한 2개의 구형 VCO 간의 중첩이 2개의 VCO의 중심점들 사이의 거리를 2개의 VCO의 반경들의 합과 비교함으로써 결정될 수 있기 때문에 충돌 연산을 단순화할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 작업 공간(200) 내에서의 가상 충돌 객체들의 이용을 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 디바이스는 세그먼트(220)에 연결된 세그먼트(210)를 포함한다. 도시되진 않았지만, 세그먼트(210, 220)는 회전 조인트를 통하는 등에 의해 서로에 대해 이동가능할 수 있고 그리고/또는 작업 공간(200)에 대해 이동가능할 수 있다. 도 2는 또한 세그먼트(230)를 포함하는 제2 디바이스를 도시하고 있다. 세그먼트(230)는 또한 세그먼트(210, 220)에 대해 그리고 그들에 대해 독립적으로 이동가능할 수 있다. 일부 예에 있어서, 세그먼트(210, 220)는 디바이스(110)의 일부일 수 있고, 세그먼트(230)는 디바이스(130)의 일부일 수 있다. 일부 예에 있어서, 세그먼트(210-230) 중의 하나 이상은 고정형일 수 있고, 작업 공간 내의 하나의 객체 및/또는 하나의 디바이스의 일부 또는 전부를 나타낼 수 있다.
직사각형 바디들로서 단순하게 도시되어 있는 세그먼트(210-230)의 다소 복잡한 기하구조 때문에, 하나 이상의 VCO를 이용하는 세그먼트(210-230)의 모델링을 향상시키는 것이 바람직할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세그먼트(210, 220)는 9개의 관련된 VCO(241-249)를 가지고서 도시되어 있다. VCO(241-249)의 각각은 세그먼트(210, 220)의 일부분에 센터링된 구형 형상으로서 특징지워진다. 집합적으로, VCO(241-249)에 의해 점유되는 서브-공간체적들은 세그먼트(210, 220)에 의해 점유되는 서브-공간체적들을 에워싼다. 세그먼트(210, 220)에 의해 점유되는 서브-공간체적을 미세하게 모델링하는 VCO(241-249)의 성능은 VCO(241-249)의 개수를 변경시키고 그리고/또는 세그먼트(210, 220)의 크기에 대해 VCO(241-249)의 크기를 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 일부 예에 있어서, 연산 비용을 감소시키기 위해 더 적은 개수의 VCO(241-249)가 사용될 수 있지만, 그에 대응하여 세그먼트(210, 220)의 더 미흡한 모델링을 갖게 되고, VCO(241-249)가 전반적으로 세그먼트(210, 220) 주위의 더 큰 서브-공간체적을 점유하고, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 세그먼트(230)는 세그먼트(230)의 좌측 단부에 구형 VCO(251)를 그리고 세그먼트(230)의 길이를 따라 원통형 VCO(252)를 포함하는 다른 패턴을 가지고서 도시되어 있다. 원통형 VCO(252)와 같은 비구형 VCO의 사용은 하나의 세그먼트 또는 세그먼트들의 그룹에 대한 모델링 복잡성과 더 적은 VCO의 사용 사이의 절충으로서 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO의 기하구조를 구, 원통, 직육면체, 타원체, 캡슐(반구형 단부들을 갖는 원통) 등과 같은 용이하게 모델링되거나 파리미터화되는 형상으로 제한하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO(241-249, 251, 252)는 세그먼트(210-230) 사이의 충돌 회피를 지원하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO(241-249, 251, 252)의 더 단순한 기하구조가 세그먼트(210-230) 간에 충돌 및/또는 임박한 충돌이 있을 수 있는지를 결정하기 위한 사전 테스트로서 이용될 수 있다. VCO(241-249)와 VCO(251, 252)에 의해 점유되는 서브-공간체적들 사이에 중첩이 없는 한, 세그먼트(210, 220)와 세그먼트(230) 간의 충돌은 있을 수 없다. 일부 예에 있어서, VCO(241-249)와 VCO(251, 252) 사이의 최근접 거리(260)가 충돌의 가능성의 지표를 제공할 수 있다. 거리(260)의 크기는 세그먼트(210, 220)가 세그먼트(230)에 얼마나 근접했는지의 대략적인 추정치를 제공할 수 있다. 일부 예에 있어서, 거리의 크기(260)가 감소될 때, 이것이 또한 더 높은 임박한 충돌의 가능성을 지시할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛(120 및/또는 140)과 같은 제어 유닛들이 그들 자체의 충돌 회피 연산을 지원하기 위해 그리고/또는 VCO(241-249, 251, 252)에 의해 점유되는 서브-공간체적들을 그들 자체의 각각의 동작 계획을 위한 비행금지/진입금지 구역(no-fly/stay away zone)들로서 사용하기 위해 VCO(241-249 및/또는 251, 252)의 위치 및 크기에 관한 정보를 교환할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO(241-249 및/또는 251, 252)는 다른 동작 관련 작업에 대한 지원을 제공할 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO(241-249 및/또는 251, 252)는 세그먼트(210-230)의 위치를 결정할 때 안전 또는 오차 여유(safety or error margin)를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 센서 불확실성, 제어 알고리즘의 부정확성 등으로 인해, 세그먼트(210-230)의 정밀 위치가 알려질 수 없을 때, VCO(241-249 및/또는 251, 252)의 이용이 세그먼트(210-230) 주위에 충돌 및/또는 다른 원치 않는 결과를 회피하기 위한 충분한 공간을 확보할 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO(241-249) 중의 하나 이상이 VCO(251, 252) 중의 하나 이상과 중첩될 만큼 세그먼트(210, 220)가 세그먼트(230)에 충분히 근접하게 될 때, 이는 세그먼트(210-230)의 더 미세하고 그리고/또는 더 세밀한 제어를 제공하는 하나 이상의 다른 동작 제어 알고리즘의 사용을 촉발시킬 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 충돌 회피의 방법(300)의 개략도이다. 방법(300)의 프로세스(310-350) 중의 하나 이상은 하나 이상의 프로세서(예컨대, 제어 유닛(120 및/또는 140) 내의 각각의 프로세서(122 및/또는 142))에 의해 작동될 때 하나 이상의 프로세서가 프로세스(310-350) 중의 하나 이상을 실행시키게 만들 수 있는 비일시적인 유형의 기계 판독 가능 매체(non-transient, tangible, machine readable media)에 저장된 실행가능 코드의 형태로 적어도 부분적으로 실행될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 방법(300)은 동작 제어 애플리케이션(126 및/또는 146)과 같은 애플리케이션에 의해 실행될 수 있다.
프로세스(310)에서, 하나 이상의 세그먼트 위치가 결정된다. 제어 유닛이 그것이 제어하고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛(120)은 디바이스(110)의 하나 이상의 관절형 암(115) 및/또는 엔드 이펙터와 관련된 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛(140)은 디바이스(130)의 촬영 서브시스템(135)과 관련된 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정할 수 있다. 제어 유닛은 제어되고 있는 디바이스 내의 세그먼트들 사이의 여러 조인트들의 상대 위치 및/또는 회전을 결정하기 위해 하나 이상의 조인트 센서를 사용할 수 있다. 일부 예에 있어서, 조인트 센서는 포텐쇼미터, 광 엔코더 등을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 조인트 센서들로부터의 정보는 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정하기 위해 디바이스 및 그것의 세그먼트의 하나 이상의 기구학적 모델과 조합될 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 제어되고 있는 세그먼트 및/또는 디바이스를 촬영한 하나 이상의 영상으로부터 획득된 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 세그먼트 위치는 국소 좌표계에서 결정될 수 있고 그리고/또는 전역 좌표계로 변환될 수 있다.
프로세스(320)에서, 하나 이상의 VCO의 기하구조가 교환된다. 프로세스(310) 중에 결정된 하나 이상의 세그먼트 위치를 사용하여, 제어 유닛은 그 하나 이상의 세그먼트와 관련된 하나 이상의 VCO의 기하구조(예컨대, 위치 및/또는 배향)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛이 세그먼트(210, 220)를 포함하는 디바이스를 제어하고 있을 때, 세그먼트(210, 220)의 위치들이 VCO(241-249)의 기하구조들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제어 유닛이 세그먼트(230)를 포함하는 디바이스를 제어하고 있을 때, 세그먼트(230)의 위치가 VCO(251, 252)의 기하구조들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 제어 유닛은 다음으로 이동가능 세그먼트를 갖는 다른 디바이스를 제어할 책임이 있는 다른 제어 유닛과 이들 VCO의 기하구조들을 공유할 수 있다. 제어 유닛도 다른 디바이스의 이동가능 세그먼트의 기하구조에 관한 정보를 수신할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 공유 인터페이스를 통해 네트워크(150)와 같은 네트워크 등을 사용하여 하나 이상의 메시지를 교환함으로써 VCO들의 기하구조들을 교환할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, VCO들의 기하구조들의 교환은 과거, 현재 및/또는 계획된 동작에 대응하는 시계열의 기하구조들을 교환하는 것을 포함할 수 있다.
프로세스(330)에서, 하나 이상의 근접 지점이 검출된다. 프로세서(320) 중에 결정되고 그리고/또는 교환된 VCO들의 기하구조들을 사용하여, 제어 유닛은 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트와 VCO 기하구조 정보가 알려진 다른 디바이스의 세그먼트 간의 하나 이상의 근접 지점을 검출할 수 있다. 하나 이상의 근접 지점은 잠재적 충돌의 영역, 동작 계획 중에 회피해야 하는 영역, 보다 상세한 기하구조 모델링이 바람직한 영역 등을 지시할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 근접 지점은 거리(260)를 포함할 수 있다.
프로세스(340)에서, 무충돌 경로가 계획된다. 프로세스(320) 중에 결정되고 그리고/또는 교환된 VCO들의 기하구조들 및/또는 프로세스(330) 중에 검출된 하나 이상의 근접 지점을 사용하여, 제어 유닛은 그것이 제어하고 있는 디바이스의 세그먼트를 위한 무충돌 경로를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 무충돌 경로는 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트의 하나 이상의 기구학적 모델을 사용할 수 있다. 일부 예에 있어서, 경로 또는 동작 계획은 프로세서(320) 중에 수신된 VCO들의 기하구조들을 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트의 VCO들이 중첩하지 않을 수 있는 비행금지/진입금지 구역들로서 사용할 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO들의 기하구조들 사이의 거리는 계획된 경로를 사용하여 최소 임계값을 초과하도록 유지될 수 있고 그리고/또는 충돌의 가능성을 더 감소시키도록 최대화될 수 있다. 일부 예에 있어서, 경로의 종료 위치는 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 엔드 이펙터의 소정의 위치 및/또는 배향에 대응될 수 있다.
프로세스(350)에서, 동작이 실행된다. 프로세스(340) 중에 계획된 경로를 사용하여, 제어 유닛은 제어되고 있는 디바이스의 액추에이터에 하나 이상의 이동 명령을 지시할 수 있다. 다음으로 하나 이상의 액추에이터가 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트를 계획된 경로에 일치되게 이동시킬 수 있다. 일부 예에 있어서, 이는 액추에이터에 공급되는 하나 이상의 전류 및/또는 전압을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
동작 계획이 프로세스(350) 중에 실행되고 있을 때, 이는 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트의 위치의 변화를 발생시킬 수 있다. 따라서, 방법(300)은 실행되고 있는 동작이 제어되고 있는 다바이스의 이동과 관련되는 여러 디바이스들의 세그먼트들의 각각의 위치, 배향 및/또는 이동의 변화를 반영하기 위해 지속적으로 업데이트되도록 주기적으로 반복될 수 있다.
방법(300)의 충돌 회피는 여러 세그먼트들과 관련된 VCO들을 위한 대체로 정적인 모델(static model)을 사용한다. 이는 2개 이상의 디바이스의 세그먼트들 간의 충돌 회피가 세그먼트 기하구조의 정적 비행금지/진입금지 모델을 이용하여 효과적으로 성취될 수 있기 때문이다. 상이한 디바이스들 및 세그먼트들의 VCO들의 기하구조들 사이의 관계성들이 대체로 VCO들 간의 중첩을 찾아냄으로써 충돌 검출에 대한 양호한 테스트를 제공하고, 에워싼 공간체적들을 생성함으로써 세그먼트 주위에 유용한 안전 여유를 지원하고 그리고/또는 근접 지점 및 근접 지점 거리의 동향을 조사함으로써 임박한 충돌 예측에 대한 지원을 제공한다. 하지만, 이러한 VCO들의 정적 모델은 그들의 유용성을 제한할 수 있다.
세그먼트를 모델링하는 데 사용되는 VCO들의 하나 이상의 특성에 동적 조정을 행함으로써, 추가적이고 그리고/또는 더 강력한 충돌 회피 및 협조 동작 알고리즘이 지원될 수 있다. 하나 이상의 특성은 VCO들의 크기, 형상, 개수, 탄성 등을 포함할 수 있다. 이러한 특성들 중의 하나 이상을 동적으로 조정함으로써, VCO들은 동작 목표의 변화를 모델링하고, 동작 특성의 변화에 적응하고, 다른 이웃한 디바이스 및 세그먼트의 동작 거동의 변화를 유발하고, 디바이스 오퍼레이터에 피드백을 제공하는 등을 행할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO의 크기를 동적으로 변경시키는 것이 동작 목표 및/또는 동작 특성의 변화에 적응하는 데 있어서의 다른 동작 알고리즘을 도울 수 있다. 일부 예에 있어서, 디바이스 내의 세그먼트의 운동량은 세그먼트가 이동하고 있는 속도와 함께 증가한다. 디바이스의 운동량이 높을수록, 액추에이터가 일단 임박한 충돌이 검출되었을 때 충돌을 방지하는 등을 위해 세그먼트의 속도를 변경시키는 것이 더 어렵게 된다. 이러한 운동량의 증가를 반영시키기 위해 세그먼트와 관련된 VCO의 크기를 증가시킴으로써, 충돌이 발생하기 전에 조기 경고를 제공하도록 빠른 이동 세그먼트에 대한 추가적은 안전 여유를 효과적으로 도입하는 것이 가능하다. 이는 더 큰 VCO일수록 작은 VCO보다 조기에 다른 세그먼트의 VCO와 중첩하기가 더 쉽기 때문이다. 일부 예에 있어서, 이러한 크기의 변경은 또한 세그먼트와 관련된 VCO의 개수의 감소에 의해 성취될 수를 수도 있다. 일부 예에 있어서, 세그먼트와 관련된 VCO들의 크기를 감소시키는 것은 미세 동작 및/또는 다른 디바이스 내의 세그먼트와의 근접 작업의 보다 우수한 이용을 허용할 수 있다. VCO들의 크기가 관련된 세그먼트의 공간체적과 보다 근접하게 맞추어지도록 감소될 때, 미세 동작 및/또는 근접 작업 동안의 VCO들과 관련된 전반적으로 더 효과적인 충돌 회피 테스트를 이용하는 것이 가능하다. 이는 세그먼트 및 대응하는 디바이스의 미세 동작 및/또는 근접 작업과 관련된 연산 효율을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO들의 크기의 감소는 또한 세그먼트 및/또는 VCO들의 형상과 관련된 VCO들의 개수의 증가를 낳을 수 있어, VCO들이 세그먼트의 기하구조와 보다 근접하게 맞추어질 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO들의 크기를 동적으로 변경시키는 것은 하나의 디바이스가 다른 디바이스의 동작 거동의 변화를 유발하는 것을 가능하게 해줄 수 있다. 일부 예에 있어서, 더 높은 속도의 동작 중의 VCO 크기의 증가는 다른 디바이스에 토기 충돌 경고와 관련된 조기 경고를 제공할 수 있다. 일부 예에 있어서, 세그먼트와 관련된 하나 이상의 VCO의 크기를 급속하게 증가시키는 것은 비상 정지 및/또는 또다른 디바이스에 있어서의 비상 후퇴를 유발할 수 있다. VCO의 크기가 급속하게 증가함에 따라, 이는 다른 디바이스들이 충돌을 회피하고 그리고/또는 매우 큰 VCO들로부터 효과적으로 벗어나는 것이 불가능한 것으로 인지할 때 다른 디바이스들에 하나 이상의 충돌 경고를 촉발시킬 수 있다. VCO들이 충분히 커지게 되면(예컨대, 작업 공간의 크기만큼), VCO들은 작업 공간 내의 다른 디바이스들에 비상 정지를 유발하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나의 세그먼트와 관련된 하나 이상의 VCO가 다른 VCO와 접촉하도록 확대될 수 있다. 이런 접근법으로, 각각의 VCO는 또다른 디바이스 내의 하나의 세그먼트의 최근방 VCO와 중첩되기 직전의 지점까지 급속히 확대될 수 있다. 이런 식으로, 최대 크기의 조작 공간이 세그먼트 주위에 확보될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO(243 및 251) 사이의 거리(260)와 같은 2개의 VCO 사이의 근접 지점 거리가 VCO의 반경에 근접 지점 거리를 더하는 등에 의해 접촉하도록 확대되는 VCO의 소정의 확대 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 하나의 세그먼트와 관련된 VCO들의 크기, 형상 및/또는 개수를 동적으로 변경시키는 것은 세그먼트들의 형상의 변화 및/또는 동일한 디바이스 내의 세그먼트들의 조인트 각도, 위치 결정 및/또는 상대 배향의 변화의 더 나은 모델링에 유용할 수 있다. 일부 예에 있어서, 이러한 크기, 형상 및/또는 개수의 변경은 각각의 세그먼트의 기하구조를 보다 효과적으로 근사화하는 VCO의 성능을 갖는 VCO의 사용과 관련된 연산 효율성을 활용하는 데 유용할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO는 작업 공간 중의 하나 이상의 공간체적을 보호하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 VCO는 하나의 디바이스 내의 하나 이상의 세그먼트의 작동 공간체적(operational volume)을 확보하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 VCO는 작업 공간 내에서 고정되거나 이동가능할 수 있고, 다른 디바이스 내의 다른 세그먼트가 진입하는 것이 막히거나 그리고/또는 방지되는 작동 공간체적을 제공할 수 있다. 이러한 하나 이상의 VCO는 하나 이상의 세그먼트와 함께 이동할 수 있거나, 하나 이상의 세그먼트에 독립적으로 이동할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 동적 VCO는 작업 공간 내의 다른 객체에 대한 통행금지, 비행금지 및/또는 보호 영역을 발생시킬 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 동적 VCO는 작업 공간 내의 환자의 해부학적 구조 및/또는 객체의 일부분을 보호할 수 있다. 일부 예에 있어서, 보호되는 해부학적 구조는 종양, 하나 이상의 기관 등의 주위에 여유를 생성할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 동적 VCO는 환자의 해부학적 구조를 촬영한 하나 이상의 영상에 기초하여 모델링될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 동적 VCO는 환자가 이동하고 그리고/또는 박동하는 심방 및/또는 호흡하는 폐 주변의 팽창과 수축과 같은 다른 대사 과정이 발생함에 따라 변경될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, VCO는 또한 충돌과 유사한 활동과 관련하여 동작에 미치는 영향을 넘어서 동작에 보다 복잡한 영향을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO를 탄성을 갖는 변형가능 객체로서 모델링함으로써, 하나의 세그먼트의 VCO들이 다른 세그먼트들의 VCO들에 가상 변위력을 부여하는 것이 가능하다. 일부 예에 있어서, 이 가상 변위력은 다른 세그먼트들을 밀어내어 그러한 다른 세그먼트들 내에 충돌 회피 거동을 유발하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 이 가상 변위력은 오퍼레이터가 바람직하지 않은 동작을 계속하는 거을 막도록 오퍼레이터에게 촉각 및/또는 다른 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 가상 변위력은 또한 그것이 임계값을 초과할 때 비상 정지 거동을 촉발시킬 수 있다. 일부 예에 있어서, 가상 변위력은 동작 목표가 그 가상 변위력을 소정의 값으로 유지시키기 위한 것일 수 있는 곳에서 순응 동작을 유발하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO의 탄성은 상이한 상황하에서 상이한 레벨의 가상 변위력을 제공하도록 동적으로 변경될 수 있다. 일부 예에 있어서, 탄성은 위치상 우선순위가 주어지고 다른 디바이스들의 세그먼트들만큼 소정의 위치 및/또는 동작으로부터 쉽게 변위되지 않아야 하는 세그먼트들과 곤련된 VCO들에서 증가될 수 있다. 일부 예에 있어서, 탄성은 다른 디바이스들 내의 이웃한 세그먼트에서의 피드백 및/또는 동작 저항성을 증가시키도록 충돌 또는 충돌 임박 상황에서 증가될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 탄성 가상 충돌 객체 간의 상호작용의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 반경(R1) 및 탄성 계수(k1)를 갖는 제1 탄성 VCO(410)는 반경(R2) 및 탄성 계수(k2)를 갖는 제2 탄성 VCO(420)와 상호작용한다. 탄성 VCO(410, 420)는 탄성 VCO(410)의 중심(415)과 탄성 VCO(420)의 중심(425) 사이의 거리(d)가 R1+R2보다 작아 탄성 VCO(410, 420)와 관련된 비압축 서브-공간체적들 사이에 중첩이 존재하기 때문에 상호작용하고 있다. 여러 모델들 중의 어느 하나가 탄성 VCO(410, 420)에 의해 서로에 적용되는 가상 변위력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 방정식 1은 가상 변위력이 3가지 구역으로 모델링된 하나의 그와 같은 모델을 나타낸다.
Figure 112016083279606-pct00001
(1)
탄성 VCO(410, 420)와 관련된 비압축 서브-공간체적들에 중첩이 없는(즉, d가 R1+R2보다 크거나 같은) 제1 구역에서는, 가상 변위력은 없다. 중첩이 시작되는 제2 구역에서는, 가상 변위력이 거리(d)에 대해 반비례하여 증가한다. 일부 예에 있어서는, 보다 효과적인 연산을 위해 거리의 제곱이 사용될 수 있다. 비례 상수(K)는 가상 변위력의 크기를 제어하기 위해 설정될 수 있다. dmin의 값은 최소 근접 지점을 설정하기 위해 고정값인 임의의 임계값으로서 설정될 수 있고 그리고/또는 R1+R2의 10, 20, 50 또는 다른 퍼센트와 같이 R1+R2의 퍼센티지로서 설정될 수 있다. 일부 예에 있어서, dmin은 VCO(410, 420)에 의해 근사화되고 있는 각각의 세그먼트의 크기에 기초하여 설정될 수 있다. δ의 값은 수학식에서 0에 의한 나누기 오류를 방지하기 위해 명목상의 작은 값으로 설정될 수 있다. 그리고, 제3 구역에서는, d가 dmin 아래로 떨어져 기본 세그먼트들 사이의 매우 근접함을 반영할 때, 가상 변위력이 비상 정지 상황으로서 해석되는 최대 크기에 도달한다. VCO 모델링의 다른 양태들과 마찬가지로, dmin,δ, k1, K2, 및 K의 값들은 동적으로 설정될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, F에 대한 수식은 다른 탄성 VCO에 의해 적용되는 가상 변위력만을 처리하기 위해 제1 구역에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 탄성 VCO(410) 상에 탄성 VCO(420)에 의해 적용되는 가상 변위력은 방정식에서 k2를 포함하고, k1은 방정식 2에 나타낸 것과 같이 제외될 것이다.
Figure 112016083279606-pct00002
(2)
방정식 1 및 2의 예는 대표예일 뿐이며, 다른 모델링 접근법들이 가상 변위력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 가상 변위력에 대한 방정식들은 특히 원통, 타원체, 캡슐, 직육면체 등의 구형 탄성 VCO들에 맞추어질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 탄성 VCO의 탄성 계수는 비등방 및/또는 비균일일 수 있다. 일부 예에 있어서, 탄성 계수는 축선을 따른 탄성 계수보다 반경을 따른 탄성 계수가 더 높은 것과 같이, VCO의 기하구조에 따라 변화할 수 있다. 일부 예에 있어서, 탄성 계수는 관련된 세그먼트의 이동 방향으로 더 높을 수 있어, 이동 방향을 따라 더 높은 가상 변위력을 제공하여, 그 방향이 더 높은 임박한 충돌의 가능성을 가질 수 있다. 일부 예에 있어서, 탄성 계수는 탄성 VCO의 공간체적에 적용되는 벡터 및/또는 텐서(tensor) 필드로서 모델링될 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 마치 VCO가 가스 및/또는 겔로 충전된 것처럼, 기체 및/또는 유체 역학 모델이 가상 변위력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, VCO들은 강성이거나 변형가능할 수 있는 펠릿(pellet) 및/또는 다른 작은 물체로 충전된 공간체적으로서 모델링될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 유한 요소 모델이 가상 변위력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 탄성 계수는 소정의 위치 및/또는 자세가 되도록 하나 이상의 세그먼트의 이동을 조장하는 가상 인력을 발생시키도록 음의 값이 될 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 협조 동작의 방법(500)의 개략도이다. 방법(500)의 프로세스(510-570) 중의 하나 이상은 하나 이상의 프로세서(예컨대, 제어 유닛(120 및/또는 140) 내의 각각의 프로세서(122 및/또는 142))에 의해 작동될 때 하나 이상의 프로세서가 프로세스(510-570) 중의 하나 이상을 실행시키게 만들 수 있는 비일시적인 유형의 기계 판독 가능 매체에 저장된 실행가능 코드의 형태로 적어도 부분적으로 실행될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 방법(500)은 동작 제어 애플리케이션(126 및/또는 146)과 같은 애플리케이션에 의해 실행될 수 있다.
프로세스(510)에서, 하나 이상의 세그먼트의 위치 및/또는 동작이 결정된다. 제어 유닛이 그것이 제어하고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트 위치 및/또는 동작을 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛(120)은 디바이스(110)의 하나 이상의 관절형 암(115) 및/또는 엔드 이펙터와 관련된 하나 이상의 세그먼트 위치 및/또는 동작을 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛(140)은 디바이스(130)의 촬영 서브시스템(135)과 관련된 하나 이상의 세그먼트 위치 및/또는 동작을 결정할 수 있다. 제어 유닛은 제어되고 있는 디바이스 내의 세그먼트들 사이의 여러 조인트들의 상대 위치 및/또는 회전을 결정하기 위해 하나 이상의 조인트 센서를 사용할 수 있다. 일부 예에 있어서, 조인트 센서는 포텐쇼미터, 광 엔코더 등을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 조인트 센서들로부터의 정보는 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정하기 위해 디바이스 및 그것의 세그먼트의 하나 이상의 기구학적 모델과 조합될 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 제어되고 있는 세그먼트 및/또는 디바이스를 촬영한 하나 이상의 영상으로부터 획득된 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 세그먼트 위치를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 세그먼트 위치는 국소 좌표계에서 결정될 수 있고 그리고/또는 전역 좌표계로 변환될 수 있다. 일부 예에 있어서, 조인트 속도가 하나 이상의 기구학적 모델과 함께 하나 이상의 세그먼트의 상대 동작을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 수치 미분법이 시간 경과에 따라 기록된 하나 이상의 세그먼트의 하나 이상의 위치에 기초하여 하나 이상의 세그먼트의 동작을 결정하는 데 사용될 수 있다.
프로세스(520)에서, 동작 목표 및/또는 특성의 변화가 결정될 수 있다. 제어되고 있는 디바이스 내의 하나 이상의 세그먼트의 소정의 동작 목표에 기초하여, 그 하나 이상의 세그먼트와 관련된 하나 이상의 VCO의 속성을 변경시키는 것이 적합할 수 있다. 일부 예에 있어서, 프로세스(510) 중에 결정된 동작은 하나 이상의 안전 여유를 조정하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 세그먼트의 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 프로세스(510) 중에 결정된 동작은 하나 이상의 안전 여유를 조정하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 세그먼트의 운동량을 결정하기 위해 하나 이상의 세그먼트의 질량 모델과 조합될 수 있다. 일부 예에 있어서, 미세 동작 및/또는 근접 작업으로의 전환이 하나 이상의 세그먼트와 관련된 VCO의 크기, 형상 및/또는 개수를 조정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 세그먼트의 상대 배향의 변화가 하나 이상의 세그먼트와 관련된 VCO의 크기, 형상 및/또는 개수를 조정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 비상 정지 실행에 대한 요구 및/또는 접촉을 위한 확대가 제어 전략의 일부로서 행해질 수 있다. 일부 예에 있어서, 동작 목표 및/또는 특성에 대한 변화는 제어되고 있는 디바이스를 이용하는 오퍼레이터 및/또는 애플리케이션에 의해 제공될 수 있다.
프로세스(530)에서, 하나 이상의 가상 충돌 객체 속성이 조정된다. 프로세스(520) 중에 결정된 동작 목표 및/또는 동작 특성의 변화에 기초하여, 하나 이상의 가상 충돌 객체 속성이 조정된다. 이는 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트와 관련된 임의의 VCO의 크기, 형상, 개수 및/또는 탄성을 변경시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 VCO의 크기는 비상 정지를 실행시키기 위해 그리고/또는 접촉을 위한 확대를 실행시키도록, 결정된 속도 및/또는 운동량에 기초하여 크기 조정될 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO의 크기, 형상 및/또는 개수는 하나 이상의 세그먼트 사이의 관계성의 변화를 지원하고, 미세 동작 또는 근접 작업에 대한 전환을 실행시키고 그리고/또는 VCO의 다른 속성의 변경에 적응하도록 변경될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 VCO의 탄성은 대응하는 세그먼트를 다른 디바이스 내의 세그먼트의 VCO로부터 수신된 동작 신호에 덜 민감하거나 더 민감하게 만들도록 조정될 수 있다.
프로세스(540)에서, 하나 이상의 VCO의 기하구조 및 속성이 교환된다. 프로세스(510) 중에 결정된 하나 이상의 세그먼트 위치 및 VCO의 모든 변경된 속성과 변경되지 않은 속성을 사용하여, 제어 유닛은 그 하나 이상의 세그먼트와 관련된 하나 이상의 VCO의 기하구조(예컨대, 위치 및/또는 배향)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛이 세그먼트(210, 220)를 포함하는 디바이스를 제어하고 있을 때, 세그먼트(210, 220)의 위치들 및/또는 VCO(241-249)의 속성들이 VCO(241-249)의 기하구조들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제어 유닛이 세그먼트(230)를 포함하는 디바이스를 제어하고 있을 때, 세그먼트(230)의 위치 및/또는 VCO(251, 252)의 속성들이 VCO(251, 252)의 기하구조들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 제어 유닛은 다음으로 이동가능 세그먼트를 갖는 다른 디바이스를 제어할 책임이 있는 다른 제어 유닛과 이들 VCO의 기하구조들 및 속성들을 공유할 수 있다. 제어 유닛도 다른 디바이스의 이동가능 세그먼트의 기하구조 및 속성에 관한 정보를 수신할 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 공유 인터페이스를 통해 네트워크(150)와 같은 네트워크 등을 사용하여 하나 이상의 메시지를 교환함으로써 VCO들의 기하구조들 및 속성들을 교환할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, VCO들의 기하구조들 및 속성들의 교환은 과거, 현재 및/또는 계획된 동작에 대응하는 시계열의 기하구조들 및/또는 속성들을 교환하는 것을 포함할 수 있다.
프로세스(550)에서, 하나 이상의 가상 충돌 객체 사이의 관계성이 결정된다. 프로세스(540) 중에 교환된 하나 이상의 VCO의 기하구조 및/또는 속성은 충돌 회피, 동작 계획 등의 관심사항일 수 있는 VCO들 사이의 어떠한 관계성이 있는지를 결정하기 위해 조사된다. 일부 예에 있어서, 그러한 관계성은 중첩 및/또는 임계값 미만의 근접도가 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 VCO와 다른 디바이스의 VCO 사이에 존재하는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 임계값은 시스템 구성에 기초하여 미리 결정될 수 있고 그리고/또는 오퍼레이터 및/또는 다양한 위치, 속도, 기하구조 및/또는 동작 목표에 의해 동적으로 설정될 수 있다. VCO들의 근접도 및/또는 중첩은 회피되어야 할 임박한 충돌을 지지하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 중첩은 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트의 위치 결정 및/또는 장래 동작을 변경시킬 수 있는 하나 이상의 가상 변위력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 관계성은 비상 정지 상황을 지시할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 하나의 세그먼트와 관련된 2개 이상의 VCO가 하나 이상의 다른 세그먼트 또는 디바이스의 VCO와 상관 관계성들에 지배되고 있을 때, 그 관계성들의 누적 효과들이 복수의 소스로부터의 입력의 효과들을 조합하기 위한 중첩법(superposition) 및/또는 다른 기술들을 이용하여 모델링될 수 있다. 일부 예에 있어서, 관계성의 영향이 하나의 세그먼트로부터 또다른 세그먼트로 적어도 부분적으로 전달될 수 있다. 이는 예컨대 하나의 세그먼트에 적용되는 가상 변위력이 세그먼트 조인트를 통해 인접한 세그먼트로 전달될 때 발생할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 역기구학적 모델이 세그먼트들 사이의 관계성의 영향을 전달하는 데 사용될 수 있다.
프로세스(560)에서, 동작 계획이 조정되고 그리고/또는 피드백이 관계성에 기초하여 제공된다. 프로세스(550) 중에 탐지된 관계성에 기초하여, 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트에 대한 동작 계획이 조정될 수 있고 그리고/또는 피드백이 제공될 수 있다. 일부 예에 있어서, 프로세스(510) 중에 결정된 위치 및/또는 동작은 또한 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트에 대한 동작 계획을 준비하기 위해 하나 이상의 기구학적 모델과 함께 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 제어 유닛은 그것이 제어하고 있는 디바이스의 하나 이상의 세그먼트에 대한 충돌 회피 경로를 결정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 동작 계획은 프로세스(540) 중에 수신된 VCO들의 기하구조들 및/또는 속성들을 제어 유닛이 제어하고 있는 디바이스의 세그먼트들의 VCO들이 중첩되지 않을 수 있는 비행금지/진입금지 구역으로서 사용할 수 있다. 일부 예에 있어서, VCO들의 기하구조들 사이의 거리들은 최소 임계값을 초과하여 유지될 수 있고 그리고/또는 계획된 경로를 사용하여 충돌의 가능성을 더욱 감소시키기 위해 최대화될 수 있다. 일부 예에 있어서, 거리는 다른 디바이스들과 관련된 VCO들과 함께 소정의 크기의 변위력을 유지시키도록 제어될 수 있다. 일부 예에 있어서, 소정의 크기의 가상 변위력은 충돌 회피를 실행하기 위해 0일 수 있고 그리고/또는 협조 동작을 실행하기 위해 0가 아닐 수 있다. 일부 예에 있어서, 동작 계획의 종료 위치는 제어되고 있는 디바이스의 하나 이상의 엔드 이펙터의 소정의 위치 및/또는 배향에 대응될 수 있다. 일부 예에 있어서, 프로세스(550) 중에 결정된 가상 변위력이 제어되고 있는 디바이스의 오퍼레이터에 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에 있어서, 피드백은 촉각 제어를 통해 그리고/또는 시각적 및/또는 청각적 신호를 통해 제공될 수 있다. 일부 예에 있어서, 피드백은 제어되고 있는 디바이스의 조인트에 피드백 힘 또는 토크를 유발함으로써 다시 역으로 제어되고 있는 디바이스의 엔드 이펙터 및/또는 세그먼트로 매핑(mapping)될 수 있다. 일부 예에 있어서, 유발된 피드백 힘 또는 토크는 다른 동작 계획 및/또는 오퍼레이터 명령 이동으로부터 결정된 대응되는 조인트 힘 또는 토크를 수정할 수 있다. 일부 예에 있어서, 자코비안 전치(Jacobian transpose) 또는 유사한 방법이 유발된 피드백 힘 또는 토크에 피드백을 매핑하는 데 사용될 수 있다.
프로세스(570)에서, 동작이 실행된다. 프로세스(560) 중에 조정된 동작 계획을 사용하여, 제어 유닛은 제어되고 있는 디바이스의 액추에이터에 하나 이상의 이동 명령을 지시할 수 있다. 다음으로 하나 이상의 액추에이터가 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트를 동작 계획에 일치되게 이동시킬 수 있다. 일부 예에 있어서, 이는 액추에이터에 공급되는 하나 이상의 전류 및/또는 전압을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
동작 계획이 프로세스(570) 중에 실행되고 있을 때, 이는 제어되고 있는 디바이스의 세그먼트의 위치 및/또는 동작의 변화를 발생시킬 수 있다. 따라서, 방법(500)은 실행되고 있는 동작이 제어되고 있는 다바이스의 이동과 관련되는 여러 디바이스들의 세그먼트들의 각각의 위치, 배향 및/또는 이동의 변화를 반영하기 위해 지속적으로 업데이트되도록 주기적으로 반복될 수 있다.
상술되고 또한 여기서 더 강조되는 바와 같이, 도 5는 단지 청구항의 범위를 부당하게 제한해서는 안되는 예일 뿐이다. 당업자는 수많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 일부 실시예에 따라, 방법(500)의 협조 동작은 또한 하나 이상의 보호가능 영역을 발생시키고 그리고/또는 작업 공간 내에 하나 이상의 작동 공간체적을 확보하기 위한 하나 이상의 VCO를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 보호가능 영역은 작업 공간 내의 환자의 해부학적 구조 및/또는 다른 객체와 관련될 수 있다. 일부 예에 있어서, 하나 이상의 보호가능 영역은 동적인 기하구조를 포함할 수 있다.
제어 유닛(120 및/또는 140)과 같은 제어 유닛의 일부 예는 하나 이상의 프로세서(예컨대, 프로세서(122 및/또는 142))에 의해 작동될 때 하나 이상의 프로세서가 방법(300 및/또는 500)의 프로세스들을 실행시키게 만들 수 있는 실행가능 코드를 포함하는 비일시적인 유형의 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 방법(300 및/또는 500)의 프로세스들을 포함할 수 있는 기계 판독 가능 매체의 몇 가지 일반적인 형태는 예컨대, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 여타 자기 매체, CD-ROM, 여타 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 홀 패턴을 갖는 여타 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 여타 메모리 칩 또는 카트리지 및/또는 프로세서나 컴퓨터가 판독하도록 되어 있는 여타 매체이다.
예시적인 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 광범위한 수정, 변경 및 대체가 전술한 설명에 고려되고, 경우에 따라, 실시예들의 몇몇 특징들은 다른 특징들의 대응하는 사용없이 채용될 수 있다. 당업자는 수많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 한정되어야 하며, 청구범위는 광의적으로 또한 여기에 개시된 실시예들의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적합하다.

Claims (62)

  1. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고, 상기 속성은 상기 하나 이상의 제1 VCO의 크기, 상기 하나 이상의 제1 VCO의 형상, 상기 하나 이상의 제1 VCO의 개수 및 상기 하나 이상의 제1 VCO의 탄성 계수로 이루어지는 그룹으로부터 선택되고;
    상기 위치 및 속성에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 속성은 상기 하나 이상의 제1 VCO의 탄성 계수를 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 상기 속성에 기초하여 상기 관계성을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성 계수는 상기 하나 이상의 제1 VCO 중의 적어도 하나의 VCO의 공간체적 전반에 걸쳐 불균일하거나;
    상기 탄성 계수는 상기 적어도 하나의 VCO의 대응하는 제1 기하구조에 따라 변화하거나;
    상기 탄성 계수는 상기 적어도 하나의 VCO의 동작의 방향에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  4. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하고;
    상기 제1 이동가능 세그먼트의 속도 또는 운동량에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO 중의 적어도 하나의 크기를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  5. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하고;
    상기 제1 이동가능 세그먼트의 속도 또는 운동량에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 개수를 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  6. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하고;
    상기 제1 이동가능 세그먼트와 상기 의료 디바이스의 제3 세그먼트 사이의 배향의 변화에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 속성을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 제2 디바이스에 비상 정지를 유발하거나 상기 제2 디바이스에 후퇴를 유발하도록 상기 하나 이상의 제1 VCO 중의 하나의 제1 VCO의 크기를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 의료 디바이스의 작동 공간체적과 관련된 하나 이상의 제3 VCO를 생성하도록 구성되고, 상기 제어 유닛은 또한:
    상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제3 VCO 사이의 추가적인 관계성을 결정하고;
    또한 상기 추가적인 관계성에 기초하여 상기 동작 계획을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관계성을 결정하는 과정은:
    상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이에 중첩이 존재하는지를 결정하는 과정; 또는
    하나의 제1 VCO가 하나의 제2 VCO로부터 임계값 거리보다 적게 떨어져 있는지를 결정하는 과정; 또는
    상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 거리를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  10. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하고;
    상기 관계성을 결정하는 과정은 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 가상력을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가상력은 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 거리에 기초하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 동작 계획을 결정하는 과정은; 상기 가상력이 임계값을 초과할 때 상기 의료 디바이스의 이동을 정지시키는 것을 포함하는 동작 계획을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 가상력을 결정하는 과정은 상기 하나 이상의 제1 VCO 및 상기 하나 이상의 제2 VCO의 각각의 탄성 계수로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 탄성 계수를 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 탄성 계수는 가상 변위력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 각각의 탄성 계수 중의 적어도 하나는 가상 인력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 가상력을 소정의 레벨로 유지시키는 것에 의해 상기 동작 계획을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 가상력에 기초하여 오퍼레이터에게 피드백을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  18. 의료 디바이스용 제어 유닛에 있어서,
    상기 제어 유닛은:
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 의료 디바이스에 상기 제어 유닛을 연결시키는 인터페이스를 포함하고 있고,
    상기 제어 유닛은:
    상기 의료 디바이스의 제1 이동가능 세그먼트의 위치 및 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)에 의해 근사화되는 상기 제1 이동가능 세그먼트에 의해 점유되는 공간체적을 결정하고;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여 상기 제1 VCO의 속성을 결정하고;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하고;
    제2 디바이스의 제2 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하고;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하고;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하고;
    상기 하나 이상의 제1 VCO의 탄성 계수는 적어도 상기 제1 이동가능 세그먼트의 질량, 상기 제1 이동가능 세그먼트의 운동량 및 상기 제1 이동가능 세그먼트의 위치상 우선순위로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 상기 제1 이동가능 세그먼트의 적어도 하나의 특성에 기초하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  19. 실행가능 코드를 저장하는 기계 판독 가능 매체로서, 상기 실행가능 코드는 제어 유닛의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 의료 디바이스의 동작을 제어하는 방법을 수행하도록 하는, 기계 판독 가능 매체에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 의료 디바이스의 제1 세그먼트의 위치를 결정하는 과정;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여, 상기 제1 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)의 속성을 결정하는 과정으로서, 상기 속성은 상기 하나 이상의 제1 VCO의 크기, 상기 하나 이상의 제1 VCO의 형상, 상기 하나 이상의 제1 VCO의 개수 및 상기 하나 이상의 제1 VCO의 탄성 계수로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 과정;
    상기 위치 및 속성에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하는 과정;
    제2 디바이스와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하는 과정;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하는 과정; 및
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 판독 가능 매체.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 속성은 상기 하나 이상의 제1 VCO의 탄성 계수를 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 상기 속성에 기초하여 상기 관계성을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기계 판독 가능 매체.
  21. 실행가능 코드를 저장하는 기계 판독 가능 매체로서, 상기 실행가능 코드는 제어 유닛의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 의료 디바이스의 동작을 제어하는 방법을 수행하도록 하는, 기계 판독 가능 매체에 있어서,
    상기 방법은:
    제어 유닛에 의해, 상기 의료 디바이스의 제1 세그먼트의 위치를 결정하는 과정;
    상기 의료 디바이스에 대한 위치 및 동작 목표에 기초하여, 상기 제1 세그먼트와 관련된 하나 이상의 제1 VCO(가상 충돌 객체)의 속성을 결정하는 과정;
    상기 위치에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO의 하나 이상의 제1 기하구조를 결정하는 과정;
    제2 디바이스와 관련된 하나 이상의 제2 VCO의 하나 이상의 제2 기하구조를 수신하는 과정;
    상기 하나 이상의 제1 기하구조 및 상기 하나 이상의 제2 기하구조에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 관계성을 결정하는 과정;
    상기 관계성에 기초하여 상기 의료 디바이스에 대한 동작 계획을 결정하는 과정;
    상기 제1 세그먼트의 속도 또는 운동량을 결정하는 과정; 및
    상기 제1 세그먼트의 속도 또는 운동량에 기초하여 상기 하나 이상의 제1 VCO 중의 적어도 하나의 크기 또는 개수를 조정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 판독 가능 매체.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 방법은 상기 제2 디바이스에 비상 정지를 유발하거나 상기 제2 디바이스에 후퇴를 유발하도록 상기 제1 VCO 중의 하나의 크기를 증가시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 판독 가능 매체.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관계성을 결정하는 과정은 상기 하나 이상의 제1 VCO와 상기 하나 이상의 제2 VCO 사이의 가상력을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 판독 가능 매체.
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