KR102541266B1

KR102541266B1 - 툴 포즈를 유지하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102541266B1
Application number: KR1020227015585A
Authority: KR
Inventors: 브랜던 디. 익코비츠; 니티쉬 스와럽; 폴 쥐. 그리피쓰; 고란 린치
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2023-06-13
Also published as: JP6961646B2; EP3119342A4; US20210353378A1; CN106132345B; JP6660302B2; US20230310105A1; KR20160132849A; KR102334980B1; US10610316B2; US10575910B2; US20180344417A1; US20200146764A1; CN106102645B; US20170172670A1; KR102470468B1; CN110251233A; US11707337B2; JP2023107953A; JP2017514542A; JP2022001313A

Abstract

하나 이상의 제1 조인트 및 하나 이상의 제2 조인트를 포함하는 관절식 암, 상기 하나 이상의 제1 조인트 및 하나 이상의 제2 조인트의 말단에 있는 툴, 및 상기 제1 조인트 및 제2 조인트에 결합된 제어 유닛을 구비한 컴퓨터 지원 의료 장치를 위한 툴 포즈를 유지하기 위한 시스템 및 방법. 상기 제어 유닛은, 상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트가 이동되고 있는 동안 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하는 단계, 상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 상기 차이에 기초하여 상기 제2 조인트를 구동함으로써 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계에 의해 상기 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 동안 상기 툴의 포즈를 유지한다.

Description

툴 포즈를 유지하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MAINTAINING A TOOL POSE}

본 발명은 일반적으로 관절식 암을 갖는 장치의 동작에 관한 것이고 보다 구체적으로 툴 포즈를 유지하는 것에 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 반자율 운동이 가능하다. 이러한 하나 이상의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터 각각은 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 운동을 지원하는 링크 및 관절식 조인트의 조합을 포함하고 있다. 많은 경우에, 관절식 조인트는 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 링크 및 관절식 조인트의 말단부에 위치된 상응하는 툴의 희망의 위치 및/또는 방향(집합적으로, 희망의 포즈)을 얻도록 조작된다. 툴에 근접한 관절식 조인트의 각각은 상응하는 툴의 방향 및/또는 방향을 조작하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 자유도를 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터에 제공한다. 많은 경우에, 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터는 상응하는 툴의 롤, 피치, 및 요 방향은 물론 상응하는 툴의 x, y, 및 z 위치를 제어하는 것을 허용하는 적어도 6개의 자유도를 포함할 수 있다. 상응하는 툴의 포즈의 제어에 있어 보다 큰 유연성을 제공하기 위해, 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터는 자주, 여분의 자유도를 포함하도록 설계되어 있다. 여분의 자유도가 제공될 때, 관절식 조인트의 위치 및/또는 방향의 다수의 상이한 조합이 상응하는 툴의 동일한 포즈를 얻기 위해 사용되는 것이 가능하다. 이로 인해, 관절식 조인트가 이동하고 있어도, 상응하는 툴의 포즈가 이동하지 않는 널(null) 공간이 생성된다.

관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 각각이 조작되고 있을 때, 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터는 의도하든 의도하지 않든 움직이기 쉬워서, 하나 이상의 관절식 조인트가 이동할 수 있다. 이러한 움직임이 하나 이상의 관절식 조인트의 위치 및/또는 방향을 변경하기 때문에, 이러한 변경으로 인해 관절식 암에 의해 조작되는 툴의 포즈가 바람직하지 않게 변경될 수 있다. 이러한 포즈에 대한 변경으로 인해, 환자의 부상, 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터에 근접한 직원의 부상, 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 손상, 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터에 근접한 다른 장치의 손상, 살균 영역의 침해, 및/또는 다른 바람직하지 않은 결과가 나타날 수 있다.

US 2011/0276059 A1

이에 따라, 툴 근방에 위치된 관절식 조인트의 교란이 존재해도 툴의 포즈를 유지하는 것이 바람직하다.

일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 의료 장치는 하나 이상의 제1 조인트 및 하나 이상의 제2 조인트를 포함하는 관절식 암, 상기 하나 이상의 제1 조인트 및 하나 이상의 제2 조인트의 말단에 있는 툴, 및 상기 제1 조인트 및 제2 조인트에 결합된 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은, 상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환(transform)을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트가 이동되고 있는 동안 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하는 단계, 상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 상기 차이에 기초하여 상기 제2 조인트를 구동함으로써 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계에 의해 상기 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 동안 상기 툴의 포즈를 유지한다.

일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 의료 장치의 관절식 암의 운동을 보상하는 방법은 상기 컴퓨터 지원 의료 장치의 툴의 포즈를 결정하는 단계, 및 상기 툴에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 툴에 근접한 관절식 암의 하나 이상의 제1 조인트의 이동 동안 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계를 포함한다. 상기 포즈는 상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트가 이동되고 있는 동안에 상기 기준 좌표측에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하는 단계, 상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 상기 차이에 기초하여 상기 제2 조인트를 구동함으로써 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계에 의해 유지된다. 상기 포즈는 위치 및 방향을 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 포함한다. 상기 방법은 상기 의료 장치의 툴의 포즈를 결정하는 단계, 및 상기 툴에 근접한 하나 이상의 제2 조인트를 사용하여 상기 툴에 근접한 관절식 암의 하나 이상의 제1 조인트의 이동 동안 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계를 포함한다. 상기 포즈는 상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환을 결정하는 단계, 상기 하나 이상의 제1 조인트가 이동되고 있는 동안에 상기 기준 좌표측에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하는 단계, 상기 기준 변환과 상기 실제 변환 사이의 차이를 결정하는 단계, 및 상기 차이에 기초하여 상기 제2 조인트를 구동함으로써 상기 툴의 포즈를 유지하는 단계에 의해 유지된다. 상기 포즈는 위치 및 방향을 포함한다.

도 1은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템의 단순도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템을 도시하는 단순도이다.
도 3는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 의료 시스템의 운동학 모델을 도시하는 단순도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 툴에 근접한 하나 이상의 조인트를 이동시키는 동안 툴의 포즈를 유지하는 방법의 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.

컴퓨터 지원 시스템(100)은 수술 테이블(170)을 더 포함한다. 하나 이상의 관절식 암(120)과 같이, 수술 테이블(170)은 수술 테이블(170)의 베이스와 상대적인 테이블 상부(180)의 관절식 이동을 지원할 수 있다. 일부 예에서, 테이블 상부(180)의 관절식 이동은 테이블 상부(180)의 높이, 틸트, 슬라이드, 트렌델렌부르크 방향등을 변경하기 위한 서포트를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 수술 테이블(170)은 테이블 상부(180)의 위치 및/또는 방향을 제어하기 위한 제어 펜던트와 같은 하나 이상의 제어 입력부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 테이블(170)은 독일의 Trumpf Medical Systems GmbH에 의해 판매되는 동작 테이블의 하나 이상에 상응할 수 있다.

수술 테이블(170)은 또한 상응하는 인터페이스를 통해 제어 유닛(130)에 결합될 수 있다. 이러한 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 커넥터, 및/또는 버스를 포함할 수 있고, 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 라우팅 장치를 갖는 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 테이블(170)은 제어 유닛(130)과 상이한 제어 유닛에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)와 연관된 위치, 모션, 및/또는 다른 센서 정보를 수신하기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 수술 테이블(170) 및/또는 수술 상부(180)에 대한 모션을 계획하고 및/또는 계획하는 것을 도울 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 제어 펜던트를 사용함으로써 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)의 이동을 방지하는 것과 같이 하여 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)의 모션을 방지할 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 레지스터 장치(110)와 수술 테이블(170) 사이의 기하학적 관계를 알도록 수술 테이블(170)과 함께 레지스터 장치(110)를 도울 수 있다. 일부 예에서, 기하학적 관계는 레지스터 장치(110) 및 수술 테이블(170)에 대해 유지되는 좌표 프레임들 사이에 병진 및/또는 하나 이상의 회전을 포함할 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템(200)을 도시하는 단순도이다. 예를 들어, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 컴퓨터 지원 시스템(100)과 일치할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 하나 이상의 관절식 암을 갖는 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)을 포함하고 있다. 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)은 하나 이상의 인터페이스 및 하나 이상의 제어 유닛을 사용하여 함께 결합될 수 있어서, 적어도 수술 테이블(280)에 대한 운동학 정보가 컴퓨터 지원 장치(210)의 관절식 암의 모션을 실행하는데 사용되는 모션 제어 애플리케이션에 알려질 수 있다.

컴퓨터 지원 장치(210)는 다양한 링크 및 조인트를 포함하고 있다. 도 2의 실시예에서, 컴퓨터 지원 장치는 일반적으로 3개의 상이한 세트의 링크 및 조인트로 분리된다. 먼저 모바일 또는 환자측 카트(215)의 인접 단부에 셋업 구조부(220)가 있다. 이러한 셋업 구조부의 말단부에는 일단의 셋업 조인트(240)가 결합되어 있다. 그리고 이러한 셋업 조인트(240)의 말단부에는 유니버셜 수술 매니퓰레이터와 같은 매니퓰레이터(260)가 결합되어 있다. 일부 예에서, 일련의 셋업 조인트(240) 및 매니퓰레이터(260)는 관절식 암(120)중 하나에 대응할 수 있다. 그리고 컴퓨터 지원 장치가 오직 하나의 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 당업자는 컴퓨터 지원 장치가 하나 보다 많은 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 포함할 수 있어서 컴퓨터 지원 장치는 다수의 관절식 암을 장착할 수 있음을 이해할 것이다.

도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(210)는 이동 카트(215)에 장착되어 있다. 이러한 이동 카트(215)에 의해 컴퓨터 지원 장치(210)는 컴퓨터 지원 장치를 수술 테이블(180)에 근접하여 보다 더 잘 위치지정하도록 수술실 사이에서 또는 수술실 안에서와 같이 위치 이동될 수 있다. 셋업 구조부(220)는 이동 카트(215)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(215), 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 리미트에 의해, 배향 플랫폼(227)의 위치는 2-파트 컬럼을 사용하여 이동 카트(215) 위로 수직으로 조정될 수 있다. 배향 플랫폼(227)의 위치 역시 각각 2-파트 붐 및 쇼울더 조인트(223)를 사용하여 이동 카트(215)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 장착점으로서 사용될 수 있다. 이동 카트(215)에 대해 배향 플랫폼(227)의 높이, 수평 위치, 및 방향을 조정하는 기능은 이동 카트(215) 근방에 위치된, 환자와 같은, 작업 공간에 대해 하나 이상의 관절식 암을 위치지정하고 배향하기 위한 유연한 셋업 구조부를 제공한다. 도 2는 제1 셋업 또는 플렉스 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.

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, 제1 셋업 조인트(242)와 링크(246) 사이의 방사형 또는 수평 거리를 조정하고, 축(254)을 따라 배향 플랫폼에 상대적으로 링크(246)의 말단부에서 매니퓰레이터 마운트(262)의 높이를 조정하고, 매니퓰레이터 마운트(262)를 축(254)에 대해 회전시키는 기능을 포함하고 있다. 일부 예에서, 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.

매니퓰레이터(260)는 매니퓰레이터 마운트(262)를 통해 셋업 조인트(240)의 말단부에 결합되어 있다. 매니퓰레이터(260)는 매니퓰레이터(260)의 말단부에 장착된 기기 캐리지(268)와 함께 추가 조인트(264) 및 링크(266)를 포함하고 있다. 기기 또는 매니퓰레이터 툴(270)이 기기 캐리지(268)에 장착되어 있다. 이러한 툴(270)은 삽입축을 따라 정렬된 샤프트(272)를 포함하고 있다. 샤프트(272)는 보통 매니퓰레이터(260)와 연관된 원격 센터(274)를 통해 통과되도록 정렬되어 있다. 원격 센터(274)의 위치는 보통 매니퓰레이터 마운트(262)에 대해 고정 병진 관계로 유지되어서 매니퓰레이터(260)의 조인트(264)의 동작에 의해 원격 센터(274)에 대해 샤프트(272)가 회전한다. 이러한 실시예에 따라, 매니퓰레이터 마운트(262)에 대한 원격 센터(274)의 고정 병진 관계는 매니퓰레이터(262)의 조인트(264) 및 링크(266)의 물리적 제약을 사용하여, 조인트(264)에 대해 허용된 운동에 대한 소프트웨어 제약을 사용하여, 및/또는 이 둘의 조합에 의해 유지된다. 일부 예에서, 원격 센서(274)는 매니퓰레이터(260)가 환자(278)와 도킹된 후에 환자(274)의 수술 포트 또는 절개 부위의 위치에 상응할 수 있다. 원격 센서(274)가 수술 포트에 상응하기 때문에, 툴(270)이 사용될 때에, 원격 센터(274)는 환자(278)에 대해 고정된 상태가 되어 원격 센터(274)에서 환자(278)의 인체에 대한 스트레스를 제한한다. 일부 예에서, 샤프트(272)는 수술 포트에 위치된 캐뉼라(도시되지 않음)를 통과할 수 있다.

샤프트(272)의 말단부에 툴 또는 툴 팁(276)이 있다. 조인트(264) 및 링크(266)으로 인한 매니퓰레이터(260)의 자유도에 의해 적어도 매니퓰레이터 마운트(262)에 대해 샤프트(272) 및/또는 툴 팁(276)의 롤, 피치, 및 요를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터(260)의 자유도는 기기 캐리지(268)를 사용하여 샤프트(272)를 전진 및/또는 후퇴시키는 기능을 더 포함하여 툴 팁(276)은 삽입축을 따라 그리고 원격 센터(274)에 상대적으로 진행 및 후퇴될 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, 툴(270)은 내시경과 같은 이미징 장치, 그립퍼, 소작 또는 메스와 같은 수술 도구 등일 수 있다. 일부 예에서, 툴 팁(276)은 샤프트(272)에 대해 툴 팁(276)의 일부의 추가 국부적인 조작을 가능하게 하는 롤, 피치, 요소, 그립 등과 같은 추가 자유도를 포함할 수 있다.

수술 또는 다른 의료 방법 동안, 환자(278)는 보통 수술 테이블(280) 위에 위치되어 있다. 수술 테이블(280)은 테이블 베이스(282)가 이동 카트(215)에 근접하여 위치된 상태로 테이블 베이스(282) 및 테이블 상부(284)를 포함하여 기기(270) 및/또는 툴 팁(276)은 환자(278)에 도킹되어 있는 동안 컴퓨터 지원 장치(210)에 의해 조작될 수 있다. 수술 테이블(280)은 테이블 베이스(282)와 테이블 상부(284) 사이에 하나 이상의 조인트 또는 링크를 포함하는 관절식 구조부(290)를 더 포함하여, 테이블 베이스(280)에 대한, 테이블 상부(284), 그래서 환자(278)의 상대 위치가 제어될 수 있다. 일부 예에서, 관절식 구조부(290)는 테이블 상부(284) 위의 포인트에 위치될 수 있는 가상 규정된 이소(iso) 센터(286)에 상대적으로 테이블 상부(284)가 제어되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 이소 센터(286)는 환자(278)의 내부에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 이소 센터(286)는 원격 센서(274)에 상응하는 포트 사이트와 같은, 포트 사이트중 하나에 또는 근방에 환자의 인체 벽과 연어될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 관절식 구조부(290)는 테이블 상부(824)가 테이블 베이스(282)에 상대적으로 상승 및/또는 하강될 수 있도록 높이 조정 조인트(292)를 포함하고 있다. 관절식 구조부(290)는 이소 센터(286)에 대해 테이블 상부(284)의 틸트(296) 및 트렌델렌부르크(296) 방향 모두를 변경하기 위해 조인트 및 링크를 더 포함하고 있다. 이러한 틸트(294)에 의해 테이블 상부(284)가 좌우로 기울어질 수 있어서 환자(278)의 좌측 또는 우측이 환자(278)의 타측에 대해 상방으로 (즉, 테이블 상부(284)의 종방향으로 또는 상하축에 대해) 회전될 수 있다. 트렌델렌부르크(296)에 의해 테이블 상부(284)는 회전되어 환자(278)의 발이 상승되거나(트렌델렌부르크) 환자(278)의 머리가 상승된다(역 트렌델렌부르크). 일부 예에서, 틸트(294) 및/또는 트렌델렌부르크(296) 회전은 이소 센터(286)에 대한 회전을 발생시키도록 조정될 수 있다. 관절식 구조부(290)는 도 2에 도시된 바와 같이 대략 좌측 및/또는 우측 운동으로 테이블 상부(284)가 테이블 베이스(282)에 대해 전후로 미끄러지도록 추가 링크 및 조인트(298)를 더 포함하고 있다.

도 3은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 의료 시스템의 운동학 모델(300)의 단순도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 운동학 모델(300)은 많은 소스 및/또는 장치와 연관된 운동학 정보를 포함할 수 있다. 이러한 운동학 정보는 컴퓨터 지원 의료 장치 및 수술 테이블의 링크 및 조인트에 대한 공지된 운동학 모델에 기초할 수 있다. 이러한 운동학 정보는 또한 컴퓨터 지원 의료 장치 및 수술 테이블의 조인트의 위치 및/또는 방향과 연관된 정보에 기초할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 조인트의 위치 및/또는 방향과 연관된 정보는 프리즘 조인트의 선형 위치 및 회전 조인트의 회전 위치를 측정하는, 인코더와 같은, 하나 이상의 센서로부터 유도될 수 있다.

이러한 운동학 모델(300)은 다수의 좌표 프레임 또는 좌표계 및, 좌표 프레임의 하나로부터 좌표 프레임의 다른 것으로 위치 및/또는 방향을 변환하기 위한 동종 변환과 같은 변환을 포함하고 있다. 일부 예에서, 운동학 모델(300)은 도 3에 포함된 변환 링크에 의해 표시된 순방향 및/또는 반전/역방향 변환을 구성함으로써 좌표 프레임중 임의의 다른 것에서 좌표 프레임중 하나의 위치 및/또는 방향의 순방향 및/또는 역방향 맵핑을 허용하도록 사용될 수 있다. 일부 예에서, 변환이 행렬 형태로 동종 변환으로서 모델화될 때, 이러한 구성은 행렬 승산을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 운동학 모델(300)은 도 2의 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)의 운동학 관계를 모델화하는데 사용될 수 있다.

운동학 모델(300)은 수술 테이블(170) 및/또는 수술 테이블(280)과 같은, 수술 테이블의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 테이블 베이스 좌표 프레임(305)을 포함하고 있다. 일부 예에서, 이러한 테이블 베이스 좌표 프레임(305)은 수술 테이블과 연관된 기준점 및/또는 방향에 대한 수술 테이블의 다른 점을 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기준점 및/또는 방향은 테이블 베이스(282)와 같은, 수술 테이블의 테이블 베이스와 연관될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 베이스 좌표 프레임(305)은 컴퓨터 지원 시스템을 위한 글로벌 좌표 프레임으로서 사용되기에 적합할 수 있다.

운동학 모델(300)은 테이블 상부(284)와 같은, 수술 테이블의 테이블 상부를 나타내는 좌표 프레임에서의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 테이블 상부 좌표 프레임(310)을 더 포함하고 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)은 회전 센터 또는 이소 센터(286)와 같은, 테이블 상부의 이소 센터에 센터링될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 z축은 수술 테이블이 놓인 표면 또는 플로어에 대해 수직으로 및/또는 테이블 상부의 표면에 직교하는 방향을 가질 수 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 x축과 y축은 테이블 상부의 종방향(상하) 및 측방향(좌우) 주축을 포착하도록 배향될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 테이블 베이스 좌표 프레임(305) 상의 위치 및/또는 방향을 맵핑하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 관절식 구조부(290)와 같은, 수술 테이블의 관절식 구조부의 하나 이상의 운동학 모델은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 도 2의 실시예와 일치하여, 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)이 수술 테이블과 연관된 높이, 틸트, 트렌델렌부르크, 및/또는 슬라이드 세팅의 합성 효과를 모델화할 수 있다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치(110) 및/또는 컴퓨터 지원 장치(210)와 같은 컴퓨터 지원 장치의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 장치 베이스 좌표 프레임을 더 포함하고 있다. 일부 예에서, 장치 베이스 좌표 프레임(320)은 컴퓨터 지원 장치와 연관된 기준점 및/또는 방향에 대해 컴퓨터 지원 장치의 다른 포인트를 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기준점 및/또는 방향은 이동 카트(215)와 같은, 컴퓨터 지원 장치의 장치 베이스와 연관될 수 있다. 일부 예에서, 장치 베이스 좌표 프레임(320)은 컴퓨터 지원 시스템에 대한 글로벌 좌표 프레임으로서 사용되기에 적합할 수 있다.

수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이의 위치 및/또는 방향 관계를 추적하기 위해, 수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이에 등록을 실행하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 등록은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이에서 등록 변환(325)을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 등록 변환(325)은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 일부 또는 전체 변환일 수 있다. 일부 예에서, 테이블 베이스 및 장치 베이스가 보통 동일한 레벨의 플로어 표면에 위치되기 때문에, 등록 변환(325)은 테이블 베이스 좌표 프레임(305)의 z축에 대한 장치 베이스-테이블 베이스의 회전 관계 만을 모델화할 수 있다(예를 들어, θ_z 등록). 일부 예에서, 등록 변환(325)은 또한 테이블 베이스 좌표 프레임(305)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 수평 오프셋을 모델화할 수 있다(예를 들어, XY 등록). 이것은 컴퓨터 지원 장치 및 수술 테이블 모두 동일한 수평 기준 평면(플로어)에 위치되어 있고 수직 위치로 동작되기 때문에 가능하다. 이러한 동작 관계에서, 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)의 높이 조정은 장치 베이스 좌표 프레임(320)의 수직 조정과 유사한데, 그 이유는 테이블 베이스 좌표 프레임(305) 및 장치 베이스 좌표 프레임(320)의 수직축이 동일하거나 거의 동일하여서 테이블 베이스 좌표 프레임(305)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 높이차가 서로 적절한 허용오차내에 있기 때문이다. 일부 예에서, 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)에서의 틸트 및 트렌델렌부르크 조정은 테이블 상부 (또는 그 이소 센터)의 높이 및 θ_z 및/또는 XY 등록을 앎으로써 장치 베이스 좌표 프레임(320)에 맵핑될 수 있다. 일부 예에서, 등록 변환(325) 및 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)은 컴퓨터 지원 수술 장치가 테이블 상부에 부착된 것처럼 컴퓨터 지원 장치를 모델화하는데 사용될 수 있다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치의 관절식 암의 가장 인접한 포인트와 연관된 공유 좌표 프레임에 대한 적절한 모델로서 사용될 수 있는 암 갠트리 좌표 프레임(330)을 더 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 암 갠트리 좌표 프레임(330)은 배향 플랫폼(227)과 같은, 암 갠트리 상의 종래의 가까운 포인트와 연관되고 그에 대해 배향될 수 있다. 일부 예에서, 암 갠트리 좌표 프레임(330)의 중심점은 z축이 축(236)과 정렬된 상태에서 축(236)에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 장치 베이스-암 갠트리 좌표 프레임(335)은 장치 베이스 좌표 프레임(320)과 암 갠트리 좌표 프레임(330) 사이의 위치 및/또는 방향을 맵핑하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 셋업 구조부(220)와 같은, 장치 베이스와 암 갠트리 사이의 컴퓨터 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께 장치 베이스-암 갠트리 좌표 프레임(335)을 결정하는데 사용될 수 있다. 도 2의 실시예와 일치하는 일부 예에서, 장치 베이스-암 갠트리 좌표 프레임(335)은 컴퓨터 지원 장치의 2-파트 컬럼, 쇼울더 조인트, 2-파트 붐, 및 팔목 조인트의 합성 효과를 모델화할 수 있다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치의 관절식 암의 각각과 연관된 일련의 좌표 프레임 및 변환을 더 포함하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 운동학 모델(300)은 3개의 관절식 암에 대한 좌표 프레임 및 변환을 포함하고 있지만, 당업자는 상이한 컴퓨터 지원 장치가 보다 적은 및/또는 보다 많은 관절식 암을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 2의 컴퓨터 지원 장치(210)의 링크 및 조인트의 구성과 일치하여, 관절식 암의 각각은 관절식 암의 말단부에 장착된 기기의 타입에 따라, 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임, 원격 센터 좌표 프레임, 및 툴 또는 카메라 좌표 프레임을 사용하여 모델화될 수 있다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암중 첫번째 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341), 원격 센터 좌표 프레임(342), 툴 좌표 프레임(343), 갠트리-마운트 변환(344), 마운트-원격 센터 변환(345), 및 원격 센터-툴 변환(346)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 갠트리-마운트 변환(344)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 갠트리와 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초한다.

원격 센터 좌표 프레임(342)은 보통 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 원격 센터(274)와 같은, 관절식 암에 장착된 매니퓰레이터의 원격 센터와 연관되어 있다. 그다음, 마운트-원격 센터 변환(345)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 센터 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 센터가 도 2의 실시예와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 마운트-원격 센터 변환(345)은 본질적으로 정적 병진 요소 및 동적 회전 요소를 포함할 수 있다.

툴 좌표 프레임(343)은 보통 상응하는 툴(270) 및/또는 툴 팁(276)과 같은, 관절식 암에 장착된 기기 상의 툴 및/또는 툴 팁과 연관되어 있다. 그다음, 원격 센터-툴 변환(346)은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 툴 및 상응하는 원격 센터를 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 센터-툴 변환(346)은 상응하는 샤프트(272)와 같은 샤프트가 원격 센터를 통과하는 방향 및 이러한 샤프트가 원격 센터에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 센터-툴 변환(346)은 툴의 샤프트의 삽입 축이 원격 센터를 통과하는 것을 반영하도록 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 축에 대해 샤프트 및 툴 팁의 회전을 처리할 수 있다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암의 제2 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351), 원격 센터 좌표 프레임(352), 툴 좌표 프레임(353), 갠트리-마운트 변환(354), 마운트-원격 센터 변환(355), 및 원격 센터-툴 변환(356)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 갠트리-마운트 변환(354)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 갠트리와 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다.

원격 센터 좌표 프레임(352)은 보통 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 원격 센터(274)와 같은, 관절식 암에 장착된 매니퓨레이터의 원격 센터와 연관되어 있다. 그다음, 마운트-원격 센터 변환(355)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 센터 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 센터가 도 2의 실시예에서와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 대해 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 마운트-원격 센터 변환(355)은 본질적으로 정적 병진 요소 및 동적 회전 요소를 포함할 수 있다.

툴 좌표 프레임(353)은 보통 상응하는 툴(270) 및/또는 툴 팁(276)과 같은, 관절식 암에 장착된 기기 위의 툴 및/또는 툴 팁과 연관되어 있다. 그다음, 원격 센터-툴 변환(356)은 과거 및/또는 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 툴 및 상응하는 원격 센터를 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 센터-툴 변환(356)은 상응하는 샤프트(272)와 같은, 샤프트가 원격 센터를 통과하는 방향 및, 샤프트가 원격 센터에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 센터-툴 변환(356)은 툴의 샤프트의 삽입축이 원격 센터를 통과하는 것을 반영하기 위해 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 삽입축에 대한 샤프트 및 툴 팁의 회전을 처리할 수 있다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암의 제3 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361), 원격 센터 좌표 프레임(362), 툴 좌표 프레임(363), 갠트리-마운트 변환(364), 마운트-원격 센터 변환(365), 및 원격 센터-툴 변환(366)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 갠트리-마운트 변환(364)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 갠트리와 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다.

원격 센터 좌표 프레임(362)은 보통 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 원격 센터(274)와 같은, 관절식 암에 장착된 매니퓨레이터의 원격 센터와 연관되어 있다. 그다음, 마운트-원격 센터 변환(365)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 센터 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 센터가 도 2의 실시예에서와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 대해 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 마운트-원격 센터 변환(365)은 본질적으로 정적 병진 요소 및 동적 회전 요소를 포함할 수 있다.

카메라 좌표 프레임(363)은 보통 관절식 암에 장착된, 내시경과 같은 이미징 장치와 연관되어 있다. 그다음, 원격 센터-카메라 변환(366)은 과거 및/또는 조인트 센서 판독값과 함께, 이미징 장치 및 상응하는 원격 센터를 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 센터-카메라 변환(366)은 상응하는 샤프트(272)와 같은, 샤프트가 원격 센터를 통과하는 방향 및, 샤프트가 원격 센터에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 센터-카메라 변환(366)은 이미징 장치의 샤프트의 삽입축이 원격 센터를 통과하는 것을 반영하기 위해 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 축에 대한 이미징 장치의 회전을 처리할 수 있다.

상술되고 여기에 더 강조된 바와 같이, 도 3은 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 수정, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이의 등록은 대안의 등록 변환을 사용하여 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이에서 결정될 수 있다. 대안의 등록 변환이 사용될 때, 등록 변환(325)은 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)의 반전/역방향으로 대안의 등록 변환을 구성함으로써 결정될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 장치를 모델화하는데 사용된 좌표 프레임 및/또는 변환은 컴퓨터 지원 장치, 그 관절식 암, 그 엔드 이펙터, 그 매니퓰레이터, 및/또는 그 기기의 링크 및 조인트의 특정 구성에 따라 상이하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 운동학 모델(300)의 좌표 프레임 및 변환은 하나 이상의 가상 툴 및/또는 가상 카메라와 연관된 좌표 프레임 및 변환을 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 가상 툴 및/또는 카메라는 이전에 저장되고 및/또는 래치된 툴 위치, 운동으로 인한 툴 및/또는 카메라의 투사, 의사 및/또는 다른 직원에 의해 규정된 기준점 등과 연관될 수 있다.

이전에 설명된 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(110 및/또는 210)과 같은 컴퓨터 지원 시스템이 동작되고 있기 때문에 수술 테이블(170 및/또는 280)과 같은 수술 테이블의 운동이 허용되는 동안 툴 및/또는 툴 팁의 연속 제어를 허용하는 것이 바람직할 것이다. 일부 예에서, 이로 인해, 수술 테이블 운동이 환자로부터 매니퓰레이터를 언도킹할 필요없이 가능하기 때문에, 보다 적은 시간이 걸리는 절차가 가능할 수 있다. 일부 예에서, 이로 인해, 수술 테이블 운동이 일어나고 있는 동안 의사 및/또는 다른 의료진이 장기의 움직임을 감시할 수 있어서 보다 최적의 수술 테이블 포즈를 얻을 수 있다. 일부 예에서, 또한 이로 인해, 수술 테이블 운동 동안 수술 절차의 능동적인 지속성이 가능할 수 있다.

컴퓨터 지원 시스템(110 및/또는 200)과 같은 컴퓨터 지원 시스템이 동작되고 있으므로, 본 목표의 하나는 툴 및/또는 툴 팁의 각각에 대한 적절한 포즈를 유지하는 것이다. 컴퓨터 지원 시스템에 대한 하나의 동작 모드에서, 수술 테이블의 조인트 및 매니퓰레이터의 각각에 근접한 조인트는 이러한 조인트의 운동이 제한되고 및/또는 완전히 금지되도록 서보 컨트롤 및/또는 브레이크를 사용하여 정위치에 잠금되고 및/또는 유지된다. 이로 인해 매니퓰레이터의 조인트는 이러한 다른 조인트의 움직임으로부터의 간섭 없이 희망의 절차를 달성하도록 툴의 포즈를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터는 이러한 절차 동안 환자와 도킹될 수 있다. 일부 예에서, 툴 및/또는 툴 팁의 포즈는 운전자 콘솔에서 의사에 의해 원격 조정을 통해 제어될 수 있다. 그러나, 툴이 환자에 도킹되어 있는 동안 관절식 암의 이동을 허용하는 컴퓨터 지원 시스템의 다른 동작 모드를 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 동작 모드는 툴이 환자에 도킹되지 않을 때 동작 모드에 존재하지 않는 리스크를 도입할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 리스크는 툴 및/또는 툴 팁이 환자에 대해 이동될 수 있을 때 환자의 부상, 살균 영역의 침해, 관절식 암 사이의 충돌 등을 포함할 수 있다.

일반적인 경우에, 이러한 다른 동작 모드는 툴에 근접한 하나 이상의 조인트가 하나 이상의 조인트의 위치 및/또는 방향의 변화(즉, 이동)를 유발하는 교란이 발생할 때 환자에 대해, 도킹된 매니퓰레이터에 부착된 툴의 포즈를 유지하는 목표에 의해 특징지어질 수 있다. 툴에 근접한 하나 이상의 제1 또는 교란된 조인트의 교란은 툴 및 그 툴 팁의 포즈를 변경시키기 때문에, 교란 조인트의 이동에 의해 유발된 툴의 포즈의 변화를 보상하는 하나 이상의 제2 또는 보상 조인트의 이동을 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 교란의 정도 및 보상양을 결정하는 것은 교란이 수술 테이블 또는 환자의 이동과 연관되어 있는지 여부, 또는 교란이 툴을 조작하는데 사용된 관절식 암에 국한되어 있는지 여부와 같은, 교란의 타입 및 속성에 의존한다.

툴의 포즈를 유지하는 이러한 다른 동작 모드와 연관된 교란은 2개의 일반적인 카테고리로 분류될 수 있다. 제1 카테고리에서, 매니퓰레이터가 도킹되는 환자는 움직이지 않고 있어서 툴 및/또는 툴 팁의 포즈는 감시될 수 있고 임의의 적절한 글로벌 좌표 프레임에서 유지될 수 있다. 제1 카테고리는 관절식 암의 제어된 운동과 연관된 교란을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 관절식 암의 제어된 운동은 절차를 수행하기 전에 관절식 암 및/또는 매니퓰레이터를 설정하는데 사용되는 하나 이상의 조인트의 운동을 포함할 수 있다. 이것의 하나의 예는 배향 플랫폼(227)이 병진되고 정렬되어 셋업 조인트(240)가 절차 동안 매니퓰레이터(260)의 양호한 범위의 운동을 제공하도록 이동될 수 있도록 하는 도 2의 실시예와 일치하는 컴퓨터 지원 장치의 셋업 구조부의 하나 이상의 조인트의 이동을 포함한다. 이러한 타입의 운동의 예는 2014년 7월 15일에 출원된 "System and Method for Aligning with a Reference Target" 표제의 미국 특허 가출원 번호 62/024,887 및 2014년 3월 17일에 출원된 "System and Method for Aligning with a Reference Target" 표제의 미국 특허 가출원 번호 61/954,261에 보다 상세하게 설명되어 있고, 이들 모두는 여기에 언급되어 통합되어 있다. 이것의 다른 예는 다른 관절식 암 및/또는 관절식 암의 근접한 공지된 장애물과의 충돌을 피하기 위한 하나 이상의 조인트의 이동을 포함한다. 제1 카테고리는 다른 운동의 시작 전에 브레이크 및/또는 다른 조인트 록의 해제와 연관된 교란을 더 포함할 수 있다. 일부 예에서, 환자의 인체벽에 의해 매니퓰레이터의 원격 센터에 가해진 힘 및 토크등으로 인한 툴의 샤프트에 대한 외부력 및/또는 토크에 의해, 이러한 브레이크 및/또는 록이 해제되고 힘 및/또는 토크가 이러한 해제된 조인트에 의해 흡수될 때 툴 및/또는 툴 팁의 바람직하지 않은 운동이 나타날 수 있다. 제1 카테고리는 관절식 암과 장애물 사이의 충돌로 인해 및/또는 운전자에 의해 관절식 암의 수동 재위치지정 동안 발생할 수도 있는 것과 같은 클러치 및/또는 부동 상태에서 관절식 암의 동작에 의해 유발된 교란을 더 포함할 수 있다. 이러한 타입의 운동의 예는 여기에 언급되어 통합되고 2014년 3월 17일에 출원된, "System and Method for Breakaway Clutching in an Articulated Arm" 표제의 미국 특허 가출원 번호 61/954,120에 보다 상세하게 기술되어 있다.

제2 카테고리에서, 매니퓰레이터가 도킹되는 환자는 툴 및/또는 툴 팁의 포즈가 로컬 좌표 프레임에서 감시될 수 있도록 이동한다. 제2 카테고리는 수술 테이블의 관절식 구조부의 운동 (즉, 테이블 이동) 또는 수술 테이블에 대한 환자의 이동을 허용함으로써 유발된 교란을 포함할 수 있다. 제2 카테고리에서, 일반적으로 환자에 대한 툴의 포즈가 변하지 않도록 관절식 암 및 툴이 환자와 함께 이동하도록 하는 것이 바람직하다. 일부 예에서, 이것은 관절식 암의 하나 이상의 조인트의 해제 및/또는 언로킹 및 포트에서 환자의 인체벽이 환자가 이동함에 따라 원격 센터 및 툴을 끌 수 있도록 하는 것을 포함할 수 있는 포트 끌기를 사용하여 달성될 수 있다. 일부 예에서, 원격 센터가 이동함에 따라, 원격 센터에 대한 툴의 방향이 변하기 시작하여 환자에 대한 툴의 포즈 사이에 변화가 생길 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 툴에 근접한 하나 이상의 조인트의 이동 동안 툴의 포즈를 유지하는 방법(400)의 단순도이다. 방법(400)의 프로세스(410-460)중 하나 이상은 적어도, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 제어 유닛(130)의 프로세서(140))에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 프로세서(410-460)중 하나 이상을 실행하도록 할 수 있는 비임시, 유형, 기계 판독가능 매체에 저장된 실행가능한 코드의 형태로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 하나 이상의 보상 조인트에 보상 운동을 도입함으로써 하나 이상의 교란된 조인트의 운동으로 인한 툴의 포즈의 변화를 보상하도록 사용될 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 교란된 조인트의 운동이 제어된 운동, 클러치된 운동, 브레이크 또는 잠금해제, 환자 운동등에 기인할 때 사용될 수 있다. 도 2의 실시예에 일치하는 일부 예에서, 하나 이상의 교란된 조인트 및/또는 하나 이상의 보상 조인트가 셋업 구조부(220)의 조인트중 하나, 셋업 조인트(240), 및/또는 툴에 근접한 매니퓰레이터(260)의 임의의 조인트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)의 사용은 관절식 암, 엔드 이펙터, 및/또는 매니퓰레이터를 위한 원격 센터가 규정될 수 있도록 기기, 캐뉼라 등이 상응하는 관절식 암, 엔드 이펙터, 및/또는 매니퓰레이터의 말단부에 결합되어 있을 때 동작이 제한될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(400)은 적어도 일부 유지되는 툴의 포즈가 컴퓨터 지원 장치의 운전자에 의해 및/또는 환자 포트로부터의 저항을 사용하여 유지되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 실시예에 따라, 방법(400)은 하나 이상의 교란 조인트의 이동 동안 툴의 포즈를 유지하지 않는 방법에 대한 하나 이상의 유용한 향상을 지원할 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 툴 및/또는 이러한 툴이 장착된 관절식 암의 다른 링크 및 조인트와, 컴퓨터 지원 장치에 알려진 위치 및 방향을 갖는 다른 관절식 암, 엔드 이펙터, 매니퓰레이터, 및/또는 툴 사이의 충돌의 가능성을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 하나 이상의 노출된 수술자의 영역(예를 들어, 수술자의 얼굴) 및 그에 따른 살균 영역의 침해와 같은, 하나 이상의 살균 드레이프를 스위핑하고 및/또는 이동시켜 하나 이상의 비살균 장애물과 접촉하는 것을 더 회피하도록, 툴이 장착된 관절식 암에 부착된 하나 이상의 살균 드레이프의 이동을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 방법(400)은 툴 및/또는 툴 팁에 의한 환자의 부상의 가능성을 줄이도록 환자의 인체 안에서의 툴 및/또는 툴 팁의 이동 및/또는 스위핑의 가능성을 줄일 수 있다.

프로세스(410)에서, 툴에 대한 기준 좌표 프레임이 결정된다. 이러한 기준 툴에 대한 기준 좌표 프레임의 결정은 동작 모드에 의존한다. 일부 예에서, 이러한 기준 좌표 프레임의 결정은 또한 툴이 장착된 관절식 암에 대해 예상되는 교란의 타입 및/또는 이러한 교란의 결과로서 이동할 수 있는 하나 이상의 조인트(즉, 교란된 조인트)에 의존할 수 있다. 이러한 교란의 소스가 환자가 이동하지 않고 관절식 암에 장착된 매니퓰레이터에 대한 원격 센터가 병진되지 않는, 관절식 암의 제어된 운동, 관절식 암의 수동 재위치지정, 관절식 암의 충돌에 의해 유발된 운동등과 연관되어 있을 때, 글로벌 좌표 프레임에 대해 고정된 임의의 좌표 프레임이 사용될 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에 일치하여, 장치 베이스 좌표 프레임(320), 암 갠트리 좌표 프레임(330), 및/또는 원격 센터 좌표 프레임(342, 352, 362)중 하나가 기준 좌표 프레임으로서 사용될 수 있다. 교란의 소스가 하나 이상의 교란된 조인트의 제동 및/또는 잠금해제와 연관되어 있을 때, 글로벌 좌표 프레임에 대해 고정된 임의의 좌표 프레임이 사용될 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에 일치하여, 장치 베이스 좌표 프레임(320) 및/또는 암 갠트리 좌표 프레임(330)중 하나가 기준 좌표 프레임으로서 사용될 수 있지만, 원격 센터 좌표 프레임(342, 352, 362)은 어떤 것도 기준 좌표 프레임으로서 사용될 수 없다. 교란의 소스가 환자 운동 및/또는 수술 테이블의 이동과 연관되어 있을 때, 환자와 함께 이동하는 로컬 좌표 프레임이 사용될 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에 일치하여, 관절식 암 및/또는 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 연관된 원격 센터 좌표 프레임(342, 352, 362)이 기준 좌표 프레임으로서 사용될 수 있다.

프로세스(420)에서, 기준 좌표 프레임에서의 툴의 기준 변환이 결정된다. 하나 이상의 교란된 조인트의 이동의 시작 전에, 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 운동학 모델이 프로세스(410) 동안 결정된 기준 좌표 프레임에서 툴에 대한 기준 변환을 결정하는데 사용된다. 일부 예에서, 이러한 하나 이상의 운동학 모델은 관절식 암의 링크 및 조인트, 매니퓰레이터, 툴, 셋업 구조부등에 대한 하나 이상의 운동학 모델을 포함할 수 있다. 예로서 도 2 및 도 3의 실시예를 사용하여, 기준 좌표 프레임이 원격 센터 좌표 프레임(342, 352, 362)일 때, 교란이 시작하기 전에 래치되거나 기록된 각각의 원격 센터-툴/카메라 변환(346, 356, 또는 366)이 툴의 기준 변환이 된다. 기준 좌표 프레임이 암 갠트리 좌표 프레임(330)일 때, 교란이 시작하기 전에 래치되거나 기록된 상응하는 갠트리-마운트 변환(344, 354, 또는 364), 상응하는 마운트-원격 센터 변환(345, 355, 또는 365), 및 상응하는 원격 센터-툴/카메라 변환(346, 356, 또는 366)이 툴의 기준 변환이 된다. 일부 예에서, 툴이 관절식 암, 엔드 이펙터, 및/또는 매니퓰레이터에 장착되지 않을 때, 캐뉼라 및/또는 기기의 가상 샤프트의 삽입 방향에 기초하여 기준 변환을 결정하기 위해 캐뉼라 및/또는 가상 툴이 사용될 수 있다.

프로세서(430)에서, 기준 좌표 프레임에서의 툴의 실제 변환이 결정된다. 하나 이상의 교란된 조인트가 교란으로 인해 이동하기 시작할 때, 툴의 포즈가 변하기 시작하는데 그 이유는 이러한 툴이 하나 이상의 교란된 조인트에 말단에 있기 때문이다. 이러한 하나 이상의 교란된 조인트의 이동은 감시되고 프로세스(420)에 사용된 동일한 하나 이상의 운동학 모델이 현재의 조인트 위치 및/또는 방향을 사용하여 적용되어 기준 좌표 프레임에서의 툴의 실제 변환이 결정된다. 이러한 실제 변환은 하나 이상의 교란된 조인트가 유지되는 포즈로부터 어떻게 툴을 이동시키는 경향이 있는지를 나타낸다.

프로세스(440)에서, 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이가 결정된다. 이러한 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이는 교란에 의해 툴의 포즈에 도입되고 있는 오차를 나타낸다. 이러한 툴의 포즈의 오차가 관절식 암의 하나 이상의 보상 조인트를 사용한 이동에 의해 보상되지 않으면, 툴의 포즈는 바람직하지 않게 변할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 차이는 실제와 기준 변환을 나타내는 상응하는 행렬 및/또는 벡터를 감산함으로써 결정될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 차이는 실제 변환과 함께 기준 변환의 반전/역전을 구성함으로써 결정된 오차 변환으로서 표현될 수 있다.

프로세스(450)에서, 보상 조인트 변화는 이러한 차이에 기초하여 결정된다. 프로세스(440) 동안 결정된 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이를 사용하여, 하나 이상의 보상 조인트의 변화가 결정된다. 실제 변환과 기준 변환 사이의 차이는 실제 변환과 기준 변환 사이의 기준 좌표계로부터 보상 조인트의 각각과 연관된 하나 이상의 로컬 좌표계로 맵핑된다. 실제, 이것은 기준 좌표계로부터의 툴의 포즈의 오차를 보상 조인트에 대한 포즈의 오차로 변환한다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델이 이러한 차이를 로컬 좌표계로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 상응하는 조인트는 교란된 조인트중 하나가 아닌 관절식 암 및/또는 매니퓰레이터의 조인트중 하나를 포함할 수 있다. 일단 포즈에서 상대 오차가 결정되면, 이들은 보상 조인트의 각각에 대한 이동을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 상대 오차를 보상 조인트의 보상 이동으로 맵핑하는데 역 자코비안이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 보상 조인트의 이동이 보상 조인트에 적용된 조인트 속도로서 적용될 수 있다.

프로세스(460)에서, 보상 조인트가 구동된다. 프로세스(450) 동안 결정된 보상 조인트의 이동에 기초하여 하나 이상의 명령이 보상 조인트의 하나 이상의 액추에이터에 전송된다. 이러한 보상 조인트에 전송된 명령은 하나 이상의 교란된 조인트의 이동에 의해 도입된 툴의 포즈의 오차를 보정하여 기준 좌표계의 툴의 포즈가 최소 오차로 유지된다. 하나 이상의 보상 조인트가 툴의 포즈에 보정 변화를 계속 주는 한, 프로세스(430-460)는 툴의 포즈에 도입된 임의의 오차를 보상하기 위해 반복된다.

일부 실시예에 따라, 프로세스(460)는 실제 제한될 수 있다. 일부 예에서, 툴의 포즈의 오차를 보상하는 하나 이상의 보상 조인트의 기능은 하나 이상의 보상 조인트의 가동범위(ROM) 한계값에 의해 제한될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 보상 조인트에 대한 ROM 한계값에 도달하고 및/또는 막 도달하려고 할 때, 방법(400) 및/또는 프로세스(460)는 정지될 수 있고, 하나 이상의 가시 및/또는 가청 오차 큐를 사용하여 수술자에게 오차가 표시될 수 있다. 일부 예에서, 방법(400) 및/또는 프로세스(460)의 정지 동작 이외에, 프로세스(460)는 교란에 의해 유발된 이동 모두가 보상되지 않고 있는 피드백이 수술자에게 제공되고 있는 동안 제어가능한 오차를 최소화하기 위해 툴의 포즈의 오차를 일부 보상하기 위해 수정된 형태로 동작할 수 있다. 일부 예에서, 피드백은 하나 이상의 보상 조인트에 대한 저항의 적용 및/또는 보상이 제한된 것을 나타내는 하나 이상의 시각 및/또는 청각 큐를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 저항은 하나 이상의 보상 조인트와 연관된 하나 이상의 제동을 일부 적용하는 단계 및/또는 하나 이상의 보상 조인트와 연관된 하나 이상의 액추에이터에서 운동 내성 전압 및/또는 신호를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

상술되고 여기에서 더 강조된 바와 같이, 도 4는 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 수정, 대안, 및 변경을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 방법(400)은 컴퓨터 지원 장치에 의해 조작되는 툴의 각각에 대해 독립적으로 적용될 수 있다. 일부 예에서, 툴은 환자에 도킹되는 툴중 하나를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 보상 조인트가 컴퓨터 지원 장치의, 배향 플롯폼(227)과 같은, 암 갠트리의 말단에 위치될 수 있어서, 툴의 각각의 포즈를 유지하는 보상이 툴의 각각에 별개로 적용된다.

일부 실시예에서, 교란 및 보상 조인트는 관절식 암 및/또는 매니퓰레이터의 조인트의 각각을 포함하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 보상 조인트는 매니퓰레이터의 롤, 피치 및 요 조인트만을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 관절식 암 및/또는 매니퓰레이터의 다른 조인트는 방법(400) 동안 상대 운동을 방지하기 위해 잠금될 수 있다. 일부 예에서, 관절식 암 및/또는 매니퓰레이터의 하나 이상의 비관절식 조인트는 방법(400) 동안 잠금해제되고 및/또는 클러치 및/또는 부동 상태에 놓일 수 있어서, 툴의 포즈의 오차는 잠금해제 조인트의 변화에 의해 적어도 일부 감소될 수 있다. 일부 예에서, 잠금해제 조인트의 변화는 보상 조인트가 구동되는 양을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 툴의 포즈는 컴퓨터 지원 장치의 운전자에 의해 및/또는 환자 포트로부터의 저항을 사용하여 적어도 일부 유지될 수 있다.

일부 실시예에서, 프로세스(430-460)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, 깜박이는 빛, 가청 톤, 음성 어구등과 같은 임의의 시각 및/또는 청각 표시를 포함할 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 실시예이 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.

Claims

컴퓨터 지원 장치로서,
관절식 구조부의 근접단부와 상기 관절식 구조부의 말단부 사이에 복수의 조인트를 포함하는 상기 관절식 구조부로서, 상기 관절식 구조부는 툴을 지지하도록 구성된, 상기 관절식 구조부; 및
상기 관절식 구조부에 결합된 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 복수의 조인트 중 제1 조인트의 이동에 의해 상기 툴의 위치 및 방향에 도입된 오차를 결정하고,
상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하기 위해 상기 오차에 기초하여 상기 복수의 조인트 중 적어도 제2 조인트를 구동하며,
상기 제2 조인트가 가동범위 한계값에 있다는 결정에 응답하여 상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하는 것을 정지하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 복수의 조인트 중 제3 조인트를 잠금해제하도록 더 구성되고, 상기 제3 조인트를 잠금해제하는 것은 상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하기 위해 상기 제2 조인트가 구동되는 양을 줄이는, 컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 제2 조인트가 상기 가동범위 한계값에 있을 때 하나 이상의 가시 또는 청각 오차 큐를 출력하도록 더 구성되는, 컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 제2 조인트가 상기 가동범위 한계값에 있다는 결정에 응답하여,
상기 오차를 최소화하여 상기 오차를 부분적으로 보상하고; 및
상기 오차의 모두가 보상되지는 않는다는 피드백을 제공하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 장치.
제4항에 있어서, 상기 피드백은,
시각 큐;
청각 큐;
상기 제2 조인트에 부분적으로 제동을 적용하는 것; 및
상기 제2 조인트와 연관된 액추에이터에 운동 내성 신호를 인가하는 것으로 구성되는 군으로부터 선택된 피드백 유형을 포함하는, 컴퓨터 지원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오차를 결정하기 위해, 상기 제어 유닛은,
상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하고;
상기 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환을 결정하고;
상기 제1 조인트가 이동되고 있는 동안 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하고; 및
상기 툴의 상기 실제 변환과 상기 툴의 상기 기준 변환 사이의 차이에 기초하여 상기 오차를 결정하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 장치.
제6항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 제1 조인트의 이동의 원인에 기초하여 상기 툴에 대한 상기 기준 좌표 프레임을 결정하는, 컴퓨터 지원 장치.
제6항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 복수의 조인트의 조인트 위치 및 상기 컴퓨터 지원 장치의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하여 상기 기준 변환 및 상기 실제 변환을 결정하는, 컴퓨터 지원 장치.
제6항에 있어서, 상기 실제 변환과 상기 기준 변환 사이의 차이를 결정하기 위해, 상기 제어 유닛은 상기 실제 변환과 함께 상기 기준 변환의 역을 구성하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 장치.
비일시적 기계 판독 매체로서,
컴퓨터 지원 장치에 연관된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금 일 방법을 수행하게 하도록 되어 있는 복수의 기계 판독 가능 명령어를 포함하고, 상기 방법은,
관절식 구조부의 복수의 조인트 중 제1 조인트의 이동에 의해 상기 컴퓨터 지원 장치의 상기 관절식 구조부에 의해 지지되는 툴의 위치 및 방향에 도입된 오차를 결정하는 단계;
상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하기 위해 상기 오차에 기초하여 상기 복수의 조인트 중 적어도 제2 조인트를 구동하는 단계; 및
상기 제2 조인트가 가동범위 한계값에 있다는 결정에 응답하여 상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하는 것을 정지하는 단계를 포함하는 비일시적 기계 판독 매체.
제10항에 있어서, 상기 방법은 상기 복수의 조인트 중 제3 조인트를 잠금해제하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 조인트를 잠금해제하는 것은 상기 툴의 상기 위치 및 상기 방향을 유지하기 위해 상기 제2 조인트가 구동되는 양을 줄이는, 비일시적 기계 판독 매체.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 제2 조인트가 상기 가동범위 한계값에 있다는 결정에 응답하여,
상기 오차를 최소화하여 상기 오차를 부분적으로 보상하는 단계; 및
상기 오차의 모두가 보상되지는 않는다는 피드백을 제공하는 단계를 포함하는, 비일시적 기계 판독 매체.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 오차를 결정하는 단계는
상기 툴에 대한 기준 좌표 프레임을 결정하는 단계;
상기 제1 조인트의 이동 전에 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 기준 변환을 결정하는 단계;
상기 제1 조인트가 이동되고 있는 동안 상기 기준 좌표 프레임에서 상기 툴의 실제 변환을 결정하는 단계; 및
상기 툴의 상기 실제 변환과 상기 툴의 상기 기준 변환 사이의 차이에 기초하여 상기 오차를 결정하는 단계를 포함하는, 비일시적 기계 판독 매체.
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