KR102581231B1 - 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법 - Google Patents

로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 제어 장치는 온오프 동작을 트리거하기 위한 온오프 버튼; 전력 공급 전원을 연결하여 로봇 보조 수술 장비의 각 전기 사용 모듈에 전원을 공급하기 위한 시스템 전원 모듈; 온오프 버튼의 셧다운 동작을 검출하고 수동 상호 작용을 통해 셧다운 의도를 획득하기 위한 온오프 제어 모듈; 및 파워온 동작을 검출하여 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 시작하도록 제어하기 위한 온오프 하드웨어 회로를 포함하고, 온오프 하드웨어 회로는 셧다운 동작 및 온오프 제어 모듈에서 전송하는 셧다운 제어 신호의 두 경로 신호를 동시에 검출할 때 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 차단하도록 제어한다. 본 발명은 비용을 거의 증가시키지 않는다는 전제 하에서, 소프트웨어 및 하드웨어 고장 또는 인위적 오조작으로 인한 우발적 셧다운 확률을 낮추고 장비 운행의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법
본 발명은 의료기기 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇 보조 수술 장비의 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
로봇 보조 수술은 현재 수술 분야에서 뜨겁게 떠오르는 방향이다. 첨단 로봇 기술을 집적시킨 수술 장비는 의사의 수술 조작 능력 및 수술 효율을 크게 향상시키고 의사의 작업 강도 및 압박을 줄이므로 많은 관심이 집중되고 있다. 그러나 로봇 보조 수술 장비는 결국 하나의 전기 장비이므로 실효 위험이 있다(의료기기 산업 표준에서 단일 실효에 대한 검출 요건을 충족시켜야 함. 즉, 장비 중 특정 부재가 실효된 경우 검출할 수 있어야 하며, 해당 실효는 사용자 또는 환자에게 위해를 끼치지 않아야 함). 만약 로봇 보조 수술 과정에서 실수로 셧다운 버튼을 터치하거나 다른 요인으로 인해 잘못된 셧다운 신호가 발생하여 작동 중인 로봇 보조 수술 장비가 곧바로 셧다운되면 수술을 부득이하게 중단해야 하며 치료가 지체된다. 심한 경우에는 환자의 생명이 위태로울 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 현재 많은 일반 의료 장비는 순수한 하드웨어 셧다운 회로 방식을 채택하여 셧다운 기능을 구현한다. 즉, 셧다운 버튼을 일단 누르면 상응하는 셧다운 회로 중의 릴레이가 즉시 동작하여 돌이킬 수 없는 셧다운 프로세스가 가동된다. 이러한 방법은 로봇 보조 수술 장비, 특히 중요한 수술 작업을 수행하는 장비에는 확실히 적합하지 않다.
도 2에 도시된 바와 같이, 현재 세계적으로 가장 널리 사용되는 다빈치 수술 로봇(Intuitive Surgical)은 순수한 소프트웨어 제어 방식을 채택하여 셧다운을 구현한다. 즉, 셧다운 버튼은 하드웨어 셧다운 회로를 직접 제어하지 않고 상응하는 제어 칩에 연결된다. 칩은 버튼 상태를 수집하고, 셧다운 버튼이 눌려진 것으로 검출되면 소프트웨어는 셧다운 프로세스를 가동하는 동시에 인간-기계 인터페이스 상에 셧다운 정보를 표시한다. 셧다운 버튼이 10초 이내에 작동하지 않으면 제어 모듈은 시스템의 다른 기능 모듈에 셧다운을 시작하도록 통지하고, 상응하는 셧다운 작업이 완료될 때까지 기다린 후 최종적으로 모듈이 신호를 출력하도록 제어하여 하드웨어 셧다운 회로 동작을 제어하고 시스템 전원 공급을 차단하여 셧다운을 완료한다. 제어 칩이 10초 이내에 셧다운 버튼이 풀렸다가 다시 눌려진 것으로 검출하면 셧다운 프로세스는 강제 중단된다. 이 방법은 셧다운 버튼이 실수로 터치되거나 버튼의 예기치 못한 실효로 인해 시스템의 우발적 셧다운이 발생하는 것을 방지할 수 있으나, 상응하는 소프트웨어 고장으로 인한 우발적 셧다운은 방지할 수 없다(에러를 수정하려면 추가적인 리던던시 하드웨어를 다시 추가해야 함).
따라서 순수 하드웨어 제어 온오프 방식에서 발생할 수 있는 우발적 셧다운 동작을 방지하기 위해, 로봇 보조 수술 장비는 보편적으로 순수 소프트웨어 제어 방식을 채택하여 셧다운을 구현한다. 이러한 방법은 예기치 않은 우발적 셧다운 조작을 방지할 수 있으나, 셧다운 프로세스를 제어하는 소프트웨어 부분 실효로 인해 우발적 셧다운이 발생하는 것을 방지할 수는 없다. 소프트웨어 부분 실효로 인한 잘못된 우발적 셧다운 신호를 방지해야 하는 경우, 리던던시 제어를 구현하려면 칩을 추가해야 하며, 이는 연구개발 및 재료 비용을 크게 증가시킨다.
전술한 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 셧다운 버튼의 우발적 터치 또는 버튼 실효로 인한 우발적 셧다운을 방지하는 동시에 소프트웨어 실효로 인한 우발적 셧다운을 방지할 수 있는 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 구현하기 위해, 본 발명은 하기 기술적 해결책을 채택한다.
제1 측면에 있어서, 본 발명은 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치를 제공하며, 상기 제어 장치는,
온오프 동작을 트리거하기 위한 온오프 버튼;
상기 온오프 버튼의 셧다운 동작을 검출하고 수동 상호 작용을 통해 셧다운 의도를 획득하기 위한 온오프 제어 모듈; 및
파워온 동작을 검출하고 신호를 전송하여 전원 공급을 시작하기 위한 온오프 하드웨어 회로를 포함한다. 상기 온오프 하드웨어 회로는 상기 온오프 버튼의 셧다운 동작 및 온오프 제어 모듈에서 전송하는 셧다운 제어 신호를 동시에 검출하고 신호를 전송하여 전원 공급을 차단한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어 장치는 시스템 전원 모듈을 더 포함한다. 상기 시스템 전원 모듈은 전력 공급 전원을 연결하여 로봇 보조 수술 장비의 각 전기 사용 모듈에 전원을 공급하는 데 사용된다. 상기 시스템 전원 모듈은 전원 공급 스위치 제어 회로를 포함한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 온오프 버튼은 온오프 기능 트리거를 동시에 책임지는 하나의 스위치 버튼을 채택하거나, 상기 온오프 버튼은 2개의 온오프 버튼을 포함하며 각각 파워온 및 셧다운에 사용된다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 온오프 하드웨어 회로는 온오프 버튼 검출 회로, 파워온 동작 회로 및 셧다운 동작 회로를 포함한다. 상기 온오프 버튼 검출 회로의 입력단은 상기 온오프 버튼에 연결되며, 상기 온오프 버튼의 상태를 검출하고 상응하는 제어 신호를 출력하는 데 사용된다. 파워온 버튼 동작은 상기 온오프 버튼 검출 회로가 파워온 제어 신호를 출력하고, 상기 파워온 제어 신호를 상기 파워온 동작 회로에 출력할 수 있도록 트리거할 수 있다. 셧다운 버튼 동작은 상기 온오프 버튼 검출 회로가 하드웨어 셧다운 신호를 출력하고, 상기 하드웨어 셧다운 신호를 상기 셧다운 동작 회로에 출력하도록 트리거할 수 있다. 상기 파워온 동작 회로는 상기 파워온 제어 신호를 수신한 후 상기 시스템 전원 모듈 중 전원 공급 스위치 제어 회로가 온되어 전원 공급을 시작함으로써 파워온을 구현하도록 제어한다. 상기 셧다운 동작 회로는 상기 하드웨어 셧다운 신호를 수신하고 동시에 상기 온오프 제어 모듈에서 전송한 소프트웨어 셧다운 신호를 수신할 때 상기 전원 공급 스위치 제어 회로가 전원 공급을 차단함으로써 셧다운을 구현하도록 제어한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 온오프 제어 모듈은 컨트롤러, 입력 회로 및 출력 회로를 포함한다. 상기 입력 회로는 상기 온오프 버튼 검출 회로로부터의 셧다운 버튼 신호를 수신한다. 상기 컨트롤러가 수동 상호 작용을 통해 조작자가 셧다운 의도가 있음을 알게 되면, 상기 컨트롤러는 상기 출력 회로를 통해 상기 소프트웨어 셧다운 신호를 상기 셧다운 동작 회로에 출력한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 시스템 전원 모듈은 AC/DC 전압 변환 모듈을 포함한다. 상기 AC/DC 전압 변환 모듈은 외부 교류망 전압을 시스템의 각 모듈에 필요한 직류 전압으로 변환하는 데 사용된다. 상기 AC/DC 전압 변환 모듈의 출력단은 상기 온오프 하드웨어 회로에 작업 시 필요한 전압을 제공하는 데 사용된다. 다른 측면에 있어서 출력단은 상기 전원 공급 스위치 제어 회로를 연결한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 AC/DC 변환 모듈의 출력은 하나의 릴레이의 상시 열린 접점(normally open contact) 또는 지연 릴레이의 상시 열린 접점의 일단을 각각 직렬로 연결하며, 타단은 각 시스템 기능 모듈을 연결한다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 온오프 하드웨어 회로는 적어도 제1 내지 제5 릴레이, 지연 릴레이, 전류 누설 다이오드 및 전류 제한 저항을 포함한다. 상이기 제1 릴레이의 제어 코일은 제1 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후 일단이 작동 전압에 연결되고, 타단이 상기 제2 릴레이의 상시 닫힌 접점(normally closed contact)의 일단에 연결된다. 상이기 제2 릴레이의 상시 닫힌 접점의 타단은 상기 제1 릴레이의 상시 열린 접점과 제3 릴레이의 상시 닫힌 접점의 일단을 병렬로 연결한다. 상기 제1 릴레이의 상시 열린 접점과 상기 제3 릴레이의 상시 닫힌 접점의 타단은 병렬로 연결된 후 상기 온오프 버튼의 일단에 연결되고, 상기 온오프 버튼의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 제3 릴레이의 제어 코일, 제2 전류 누설 다이오드, 지연 릴레이의 제어 코일 및 제3 전류 누설 다이오드는 병렬로 연결된 후 일단이 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 제2 릴레이의 상시 닫힌 접점의 일단에 연결된다. 상기 제2 릴레이 상시 닫힌 접점의 타단은 상기 제1 릴레이의 상시 열린 접점 및 제3 릴레이의 상시 열린 접점의 일단과 병렬로 연결되고, 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 제2 릴레이의 제어 코일과 제4 전류 누설 다이오드는 병렬로 연결된 후 일단이 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 제4 릴레이의 상시 열린 접점 일단에 연결된다. 상기 제4 릴레이 상시 열린 접점의 타단은 상기 제1 릴레이의 상시 닫힌 접점과 연결되고, 상기 제1 릴레이 상시 닫힌 접점의 타단은 병렬로 연결되며 상기 제2 릴레이 상시 열린 접점과 제3 릴레이 상시 열린 접점의 일단은 병렬로 연결되고, 타단은 상기 온오프 버튼의 일단에 연결되고, 상기 온오프 버튼의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 제5 릴레이의 제어 코일은 상기 제5 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후 일단이 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 온오프 버튼의 일단에 연결되며, 상기 온오프 버튼의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 전류 제한 저항 일단은 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 제3 릴레이의 상시 열린 접점과 연결된다. 상기 상시 열린 접점의 타단은 상기 온오프 버튼 중 지시등의 양극에 연결되고, 지시등의 음극은 기준 접지에 연결된다.
상기 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 온오프 제어 모듈은 제어 칩을 포함한다. 상기 제4 릴레이의 제어 코일은 하나의 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후 일단이 상기 제어 칩 출력단과 연결되고, 타단은 기준 접지에 연결된다. 상기 제4 릴레이의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압에 연결되고, 제4 릴레이의 상시 열린 접점 타단은 상기 제어 칩의 입력단에 연결된다. 상기 제5 릴레이의 하나의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 제어 칩의 입력단에 연결된다. 상기 제어 칩은 통신 인터페이스를 통해 인간-기계 상호 작용 모듈을 연결하여 통신을 더 구현한다.
제2 측면에 있어서, 본 발명은 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 제어 방법을 더 제공하며, 여기에는 하기 단계가 포함된다.
단계 S1, 파워온 준비:
로봇 보조 수술 장비를 파워온시키기 전에, 시스템 전원 모듈은 외부망 전압을 연결하고, 온오프 하드웨어 회로에 전원을 공급하기 시작한다.
단계 S2, 파워온:
온오프 버튼은 파워온 동작을 트리거하는 데 사용되며, 시스템 각 모듈은 상응하는 작동 전압을 획득하고, 시스템은 파워온 가동 동작을 완료한다.
단계 S3, 셧다운 및 우발적 셧다운 방지:
파워온 동작이 완료된 후, 시스템은 전력 온 상태에 진입하며, 각 모듈은 전력을 획득하여 작업을 시작한다. 이때 만약 온오프 버튼이 다시 눌려지면, 온오프 제어 모듈은 온오프 버튼의 셧다운 동작을 검출하고 수동 상호 작용을 통해 셧다운 의도를 획득한다. 만약 온오프 하드웨어 회로가 동시에 온오프 버튼의 셧다운 동작 및 온오프 제어 모듈에서 전송하는 셧다운 제어 신호를 검출하면 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 차단하도록 제어하며, 시스템은 셧다운 상태에 진입한다. 만약 온오프 하드웨어 회로가 온오프 버튼의 셧다운 동작 및 온오프 제어 모듈에서 전송하는 셧다운 제어 신호를 동시에 검출하지 못하면 이번 조작은 우발적 셧다운 조작인 것으로 간주된다.
본 발명은 상기 기술적 해결책을 채택함으로써 다음과 같은 장점을 갖는다. 즉, 기타 소프트웨어 셧다운 방식이 채택된 로봇 보조 수술 시스템과 비교할 때, 본 발명에서 제공하는 스위치 제어 장치의 로봇 보조 수술 제어 시스템에는 온오프 하드웨어 회로가 설치된다. 온오프 하드웨어 회로는 파워온 동작을 검출하여 상기 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 시작하도록 제어하는 데 사용되며, 온오프 하드웨어 회로가 동시에 셧다운 동작 및 온오프 제어 모듈에서 전송하는 셧다운 제어 신호의 두 경로 신호를 검출하면 상기 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 차단하도록 제어한다. 따라서 거의 비용 증가가 없는 상황에서 시스템 소프트웨어/하드웨어 고장 또는 인위적 오조작으로 인해 예기치 않게 셧다운될 수 있는 확률을 낮출 수 있고, 나아가 장비 운행의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 의료기기 장비에서 순수 하드웨어 온오프 회로 제어 시스템을 채택한 전원 온/오프 개략도이다.
도 2는 다빈치 수술 로봇 시스템에서 소프트웨어 제어 온오프 회로의 방식을 채택한 시스템 전원 온/오프 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 채택한 로봇 보조 수술 장비 온오프 제어 논리 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위치 제어 장치를 채택한 로봇 보조 수술 장비 온오프 원리도이다.
도 5는 본 발명에서 제공하는 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 일 구현 방식이다.
도 6은 본 발명에서 제공하는 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 파워온 제어 흐름도이다.
도 7은 본 발명에서 제공하는 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 셧다운 제어 흐름도이다.
본 발명 실시예의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 본 발명 실시예의 첨부 도면을 참조하여 본 발명 실시예의 기술적 해결책을 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 실시예는 본 발명의 전체 실시예가 아닌 일부 실시예에 불과하다. 본 발명의 실시예를 기반으로 창의적인 작업 없이 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 발명의 보호 범위에 속한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 로봇 보조 수술 장비의 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치는 온오프 버튼, 온오프 하드웨어 회로, 시스템 전원 모듈, 온오프 제어 모듈 및 인간-기계 상호 작용 모듈을 포함한다.
온오프 버튼은 온오프 하드웨어 회로의 온오프 동작을 제어하는 데 사용된다. 온오프 버튼은 온오프 간 회로의 파워온 동작을 직접 트리거할 수 있으나, 직접 트리거하여 온오프 하드웨어 회로의 셧다운 동작을 제어할 수는 없다.
시스템 전원 모듈은 외부 전원 공급 전원을 연결하여 로봇 보조 수술 장비의 각 전기 사용 모듈에 필요한 작동 전압을 제공하는 데 사용된다.
온오프 하드웨어 회로는 시스템 전원 모듈이 전원 공급을 시작하거나 전원 공급을 차단하도록 제어하는 데 사용된다.
온오프 제어 모듈은 온오프 버튼 상태, 셧다운 제어 신호 출력 및 인간-기계 상호 작용 모듈을 통한 조작자와의 정보 알림에 사용된다. 온오프 버튼이 눌려지면, 온오프 제어 모듈은 상응하는 버튼 신호를 검출할 수 있고, 인간-기계 상호 작용 모듈에서 사용자에게 상응하는 정보를 알릴 수 있다. 온오프 제어 모듈의 셧다운 제어 신호는 온오프 하드웨어 회로에 출력된다. 셧다운 제어 신호와 온오프 버튼 하드웨어 신호가 동시에 존재할 때에만, 온오프 하드웨어 회로의 셧다운 동작이 트리거될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 온오프 버튼은 하나의 스위치 버튼을 채택할 수 있으며, 이는 동시에 온오프 기능 트리거를 책임진다. 또는 온오프 버튼은 2개의 스위치 버튼을 채택할 수도 있으며, 하나는 파워온 동작 트리거를 책임지고 다른 하나는 셧다운 동작을 책임진다. 여기에는 제한이 없으므로 실제 필요에 따라 설정할 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 온오프 하드웨어 회로는 온오프 버튼 검출 회로, 파워온 동작 회로 및 셧다운 동작 회로를 포함한다. 온오프 버튼은 회로의 입력단이 온오프 버튼에 연결되었는지 검출하고, 온오프 버튼의 상태를 검출하여 상응하는 제어 신호를 출력하는 데 사용된다. 파워온 버튼 동작은 온오프 버튼 검출 회로가 파워온 제어 신호를 출력하고 파워온 제어 신호를 파워온 동작 회로로 출력하도록 트리거할 수 있다. 파워온 동작 회로는 파워온 제어 신호를 수신한 후 시스템 전원 모듈 중의 전원 공급 스위치 제어 회로가 온되도록 제어하고, 시스템 각 기능 모듈에 전원을 공급하기 시작함으로써 파워온을 구현한다. 셧다운 버튼 동작은 상응하는 하드웨어 셧다운 신호를 트리거할 수 있으며, 하드웨어 셧다운 신호는 셧다운 동작 회로로 전송되나, 신호는 즉시 셧다운 동작 회로가 시스템 전원 모듈 중의 전원 공급 스위치 제어 회로가 전원 공급을 중단하도록 제어하는 것을 트리거할 수 없다. 셧다운 동작 회로가 온오프 제어 모듈로부터 전송된 셧다운 제어 신호를 동시에 수신했을 때 시스템 전원 모듈 중의 전원 공급 스위치 제어 회로가 전원 공급을 중단하도록 제어하는 것을 트리거하여 셧다운을 구현한다. 또한 셧다운 버튼이 눌러지면 온오프 버튼 검출 회로가 온오프 제어 모듈에 상응하는 레벨 신호를 전송하도록 트리거하여, 온오프 제어 모듈이 수동 상호 작용을 통해 사용자의 셧다운 의도를 판단하도록 제공할 수도 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 온오프 제어 모듈은 컨트롤러, 입력 회로 및 출력 회로를 포함한다. 여기에서 입력 회로는 온오프 버튼 검출 회로로부터의 셧다운 버튼 신호를 수신하고, 이를 컨트롤러에 입력한다. 컨트롤러는 출력 회로를 통해 셧다운 제어 신호를 셧다운 동작 회로에 출력하고, 하드웨어 셧다운 제어 신호를 매칭하여 셧다운을 구현한다. 또한 컨트롤러는 통신 인터페이스를 통해 시스템 기타 기능 모듈 및 인간-기계 상호 작용 모듈과 통신을 수행할 수도 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 시스템 전원 모듈은 AC/DC 전압 변환 모듈과 전원 공급 스위치 제어 회로를 포함한다. AC/DC 전압 변환 모듈은 외부 교류망 전압을 시스템의 각 모듈에 필요한 직류 전압으로 변환하는 데 사용된다. AC/DC 전압 변환 모듈은 일측면에서 온오프 하드웨어 회로에 작업 시 필요한 전압을 제공하며, 다른 일측면에서 전원 공급 스위치 제어 회로에 출력되어 온오프 하드웨어 회로의 제어를 받으며 시스템 기타 각 모듈 기능에 전원을 공급한다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 구체적인 구현 과정을 상세하게 설명한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 온오프 버튼은 하나의 온오프 버튼(S1) 및 신호 지시등(LED1)을 채택한다.
본 실시예의 온오프 하드웨어 회로는 4개의 일반 릴레이(K1, K2, K3, K4) 및 1개의 지연 릴레이(KT)를 포함한다. 또한 각 릴레이와 병렬로 연결된 전류 누설 다이오드 및 하나의 전류 제한 저항(R1)을 더 포함한다. 여기에서 릴레이(K1)의 제어 코일은 하나의 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후, 그 일단은 작동 전압(VCC1)에 연결되고, 타단은 K2의 하나의 상시 닫힌 접점에 연결된다. K2의 상기 상시 닫힌 접점의 타단은 K1의 하나의 상시 열린 접점 및 K3의 하나의 상시 닫힌 접점과 연결된다. K1의 상기 상시 열린 접점은 K3의 상기 상시 닫힌 접점과 병렬로 연결되며 그 타단은 온오프 버튼(S1)의 일단에 연결되고 온오프 버튼(S1)의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 회로를 통해 파워온 신호를 검출하고(셧다운 상태에서 S1이 눌려짐), 파워온 동작을 구현할 수 있다(릴레이 K1이 흡인되어 K3 및 KT가 흡인됨으로써 파워온 전원 공급을 구현할 수 있음).
릴레이(K3)의 제어 코일, 릴레이(KT)의 제어 코일 및 상응하는 전류 누설 다이오드는 병렬로 연결된 후, 그 일단이 작동 전압(VCC1)에 연결되고, 타단이 릴레이(K2)의 하나의 상시 닫힌 접점에 연결된다. 릴레이(K2)의 상기 상시 닫힌 접점의 타단은 릴레이(K1)의 하나의 상시 열린 접점 및 릴레이(K3)의 하나의 상시 열린 접점과 연결되고, 릴레이(K1)의 상기 상시 열린 접점은 릴레이(K3)의 상기 상시 열린 접점과 병렬로 연결되며, 그 타단은 기준 접지에 연결된다.
릴레이(K2)의 제어 코일은 하나의 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후, 그 일단은 작동 전압(VCC1)에 연결되고, 타단은 릴레이(K4)의 하나의 상시 열린 접점에 연력된다. 릴레이(K4)의 상기 상시 열린 접점의 타단은 릴레이(K1)의 하나의 상시 닫힌 접점과 연결되고, 릴레이(K1)의 상기 상시 닫힌 접점의 타단은 릴레이(K2) 및 릴레이(K3)의 하나의 상시 열린 접점과 연결된다. 릴레이(K3)의 상기 상시 열린 접점는 병렬로 연결되고, 그 타단은 온오프 버튼(S1)의 일단에 연결되고, 온오프 버튼(S1)의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 회로를 통해 셧다운 동작을 구현할 수 있다(릴레이(K2)가 흡인되어 릴레이(K3) 및 지연 릴레이(KT)를 분리시킴으로써 셧다운 전원을 차단할 수 있으며, S1만 눌러서는 직접 셧다운할 수 없음을 알 수 있음).
릴레이(K5)의 제어 코일은 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후, 그 일안은 작동 전압(VCC1)에 연결되고, 타단은 온오프 버튼(S1)의 일단에 연결되며, 온오프 버튼(S1)의 타단은 기준 접지에 연결된다. 상이기 회로를 통해 온오프 버튼(S1)이 눌러졌는지 검출할 수 있으므로(S1이 눌러지면 릴레이(K5)가 흡인됨), 사용자 셧다운 의도를 판단하도록 온오프 제어 모듈 중의 제어 칩에 피드백할 수 있다.
저항(R1)의 일단은 작동 전압(VCC1)에 연결되고 타단은 릴레이(K3)의 하나의 상시 열린 접점과 연결된다. 상기 상시 열린 접점의 타단은 온오프 버튼 중 지시등(LED1)의 양극에 연결되고, LED1의 음극은 기준 접지에 연결된다. 릴레이(K3)가 흡인되면, 릴레이(K3)의 상시 열린 접점이 폐합되므로 지시등(LED1)이 발광하고 파워온 상태를 나타낼 수 있다.
본 실시예의 시스템 전원 모듈은 하나 또는 복수의 AC/DC 변환 모듈을 포함하며, 이는 VCC1을 출력하여 온오프 하드웨어 회로에 작동 전압을 직접 제공한다. 기타 전압 출력은 먼저 릴레이(K3)의 상시 열린 접점 또는 지연 릴레이(KT)의 상시 열린 접점을 직렬로 연결한 후, 다시 각 시스템 기능 모듈에 연결하여 이에 전원을 공급한다.
본 실시예의 온오프 제어 모듈은 하나의 제어 칩을 포함한다. 릴레이(K4)의 제어 코일은 전류 누설 다이오드와 병렬로 연결된 후, 그 일단은 제어 칩 출력과 연결되고, 타단은 기준 접지에 연결된다. 릴레이(K4)는 제어 칩에 의해 구동되며 소프트웨어 셧다운 신호를 출력한다. 릴레이(K4)의 하나의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압(VCC2)에 연결되고, 타단은 구동 칩 입력에 연결되며, 구동 칩이 릴레이(K4)에 접착 고장이 발생했는지 여부를 검출하는 데 사용될 수 있다. 릴레이(K5)의 하나의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압(VCC2)에 연결되고, 타단은 구동 칩 입력에 연결되며, 구동 칩이 온오프 버튼(S4)이 눌러졌는지 여부를 검출하는 데 사용될 수 있다. 또한 제어 칩은 통신 인터페이스를 통해 인간-기계 상호 작용 모듈 및 시스템 기타 기능 모듈과 통신을 구현한다.
상기 실시예를 기반으로 본 발명의 로봇 보조 수술 장비용 우발적 셧다운 방지 스위치 제어 장치의 사용 과정은 하기와 같다.
1. 파워온 준비 과정:
온오프는 모두 동일한 버튼(S1)에 의해 트리거된다. 로봇 보조 수술 장비를 파워온시키기 전에 시스템 전원 모듈은 외부망 전압을 연결하고 온오프 하드웨어 회로에 VCC1 전원 공급을 수행하기 시작한다. 시스템 기타 모듈에 대한 전원 공급(VCC2, VCC3 등)은 시스템 전원 모듈의 릴레이(K3)가 흡인되지 않아 차단된다.
2. 파워온 과정:
온오프 버튼(S1)을 누르면 릴레이(K1)이 흡인되고, 릴레이(K1)의 모든 접점이 작동되며, 릴레이(K3)이 전기적으로 흡인된다. 릴레이(K3)의 각 상시 열린 접점이 폐합되므로, 시스템 각 모듈이 상응하는 작동 전압을 획득하고, 시스템은 파워온 가동 동작을 완료한다. 온오프 버튼에 삽입된 지시등(LED1)은 릴레이(K3) 상시 열린 접점을 폐합하여 점등된다. 릴레이(K2)는 릴레이(K4)의 상시 열린 접점 및 릴레이(K1)의 상시 닫힌 접점이 차단되어 흡인되지 않는다. 릴레이(K5)가 전기적으로 흡인되므로, 그 접점은 스위치(S1)가 눌러졌는지 피드백할 수 있다. 버튼(S1)을 놓으면 릴레이(K1) 코일이 전력을 잃지만, 릴레이(K3) 코일은 그 자체의 상시 열린 접점이 이미 폐합되어 있기 때문에 K1의 상시 닫힌 접점이 차단되더라도 전력을 잃지 않는다. 릴레이(K5)는 버튼(S1) 차단으로 인해 전력을 잃게 되며 이때 버튼이 해제되었음을 피드백할 수 있다.
3. 셧다운 과정 및 우발적 셧다운 방지:
파워온 동작 완료 후, 시스템은 파워온 상태로 진입하며, 각 모듈은 전력을 얻어 작업을 시작한다. 이때 온오프 버튼(S1)이 다시 눌려지면(의도적이었거나 의도하지 않았더라도, 하드웨어 실효는 스위치(S1) 폐합을 유발함), 릴레이(K5)는 전기적으로 흡인되며, 릴레이(K1)는 릴레이(K3)의 상시 닫힌 접점이 이미 동작이 차단되므로 전력을 얻을 수 없다. 릴레이(K2)는 릴레이(K4)의 상시 열린 접점이 폐합되지 않아도 전력을 얻을 수 없으므로, 시스템은 계속해서 정상적으로 작동한다.
온오프 제어 모듈은 셧다운 버튼이 눌러진 것을 검출한다(릴레이(K5)의 상시 열린 접점이 차단에서 폐합으로 바뀌며, 즉 제어 칩이 상응하는 레벨 신호의 변화를 검출할 수 있음). 버튼이 눌려진 것을 검출한 후, 온오프 제어 모듈은 통신 인터페이스를 통해 인간-기계 상호 작용 모듈을 제어하여 셧다운 알림 정보를 표시하고 사용자가 어떻게 셧다운 프로세스가 트리거되도록 조작하는지를 알린다. 예를 들어 "셧다운 버튼을 눌렀습니다. 셧다운을 확인하면 5초 후에 버튼을 해제한 후 다시 셧다운 버튼을 3초 이상 길게 눌러주세요"라고 알린다(셧다운을 트리거하는 동작 조합은 한 가지에 한정되지 않으며, 다른 동작 조합도 가능함). 온오프 제어 모듈은 (릴레이(K5) 상시 열린 접점의 상태를 판독하여) 온오프 버튼의 상태를 지속적으로 수집함으로써, 규정된 셧다운 트리거 동작이 구현되었는지 여부를 판단한다. 예를 들어 상응하는 셧다운 트리거 동작이 구현되지 않으면, 예를 들어 셧다운 버튼이 처음 눌려진 후 5초 이내에 해제되거나, 해제된 후 다시 누르지 않거나, 다시 누른 후 3초 동안 유지하지 않으며, 온오프 제어 모듈은 이번 셧다운 트리거 동작이 무효인 것으로 판단하고, 계속해서 다음 셧다운 트리거 동작을 기다린다. 전술한 셧다운 트리거 동작이 모두 구현되면, 온오프 제어 모듈은 이번 셧다운 트리거가 성공적인 것으로 판단한다. 일 측면에서 온오프 제어 모듈은 인간-기계 상호 작용 모듈이 "현재 셧다운 중"이라는 정보를 표시하도록 제어하고, 다른 일 측면에서 온오프 제어 모듈은 릴레이(K4)가 흡인되도록 구동한다. 이때 온오프 버튼이 일단 눌러지면 릴레이(K2)가 전기적으로 흡인되므로, 릴레이(K3)가 차단되어 시스템 전원 모듈의 시스템 각 모듈에 대한 전원 공급이 차단된다(온오프 하드웨어 회로의 전원 공급 VCC1은 영향 받지 않으므로 파워온 동작에 필요한 전원을 보장함). 온오프 버튼(LED 1)이 커지고 시스템은 셧다운 상태로 진입한다.
또한 만약 시스템에 일부 중요한 기능 모듈이 있으며 이는 셧다운 전에 일부 중요한 작업을 완료할 시간이 더 필요하다면(예를 들어 셧다운하여 전력을 차단하기 전에 일부 중요한 데이터를 저장해야 함), 추가로 하나의 지연 릴레이(KT)를 사용함으로써 상응하는 전원 차단을 제어하여, 셧다운 동작 후 중요한 작업을 완료하는 데 필요한 충분한 시간을 확보할 수 있다. 또한 무정전 전원 장치(UPS)를 사용하여 중요한 기능 모듈에 전원을 공급할 수도 있다. 중요한 기능 모듈 자체가 작업을 완료한 후 다시 UPS를 끄고 지연된 전원 차단을 구현하여, 중요한 작업 완료가 셧다운으로 인해 중단되지 않도록 보장한다.
상기 명세서의 설명과 시사점에 따르면, 본 발명의 당업자는 상기 실시예에 대한 적절한 변경 및 수정을 수행할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기에서 개시되고 설명된 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 일부 변경 및 수정도 본 발명 청구범위에 속하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 일부 특정 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다.

Claims (16)

  1. 스위치 제어 장치에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는,
    파워온 동작 또는 셧다운 동작을 포함한 온오프 동작을 트리거하기 위한 온오프 버튼 - 상기 셧다운 동작은 하드웨어 셧다운 신호 및 셧다운 버튼 신호를 트리거함 -;
    상기 셧다운 동작이 트리거한 상기 셧다운 버튼 신호를 검출하고 인간-기계 상호 작용을 통해 규정된 셧다운 트리거 동작 알림을 위한 온오프 제어 모듈 - 상기 셧다운 트리거 동작이 구현되면, 상기 온오프 제어 모듈은 셧다운 제어 신호를 출력함 -; 및
    상기 셧다운 제어 신호와 상기 하드웨어 셧다운 신호를 검출하기 위한 온오프 하드웨어 회로를 포함하고,
    상기 셧다운 제어 신호와 상기 하드웨어 셧다운 신호가 모두 검출되면, 상기 온오프 하드웨어 회로는 전원 공급을 차단하기 위한 신호를 전송하고,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 온오프 버튼 검출 회로 및 셧다운 동작 회로를 포함하고,
    상기 온오프 버튼 검출 회로의 입력단은 상기 온오프 버튼에 연결되며, 상기 온오프 버튼의 상태를 검출하고 상응하는 제어 신호를 출력하는 데 사용되고, 상기 온오프 버튼 검출 회로는 상기 셧다운 동작을 기반으로 상기 하드웨어 셧다운 신호 및 상기 셧다운 버튼 신호를 출력하고, 상기 하드웨어 셧다운 신호를 상기 셧다운 동작 회로에 출력하고, 상기 셧다운 버튼 신호를 상기 온오프 제어 모듈에 출력하고,
    상기 셧다운 동작 회로는 수신한 상기 하드웨어 셧다운 신호 및 상기 온오프 제어 모듈에서 전송한 상기 셧다운 제어 신호를 기반으로, 전원 공급 스위치 제어 회로가 전원 공급을 차단하도록 제어하고,
    상기 온오프 제어 모듈은 컨트롤러, 입력 회로 및 출력 회로를 포함하고,
    상기 입력 회로는 상기 온오프 버튼 검출 회로로부터의 상기 셧다운 버튼 신호를 수신하고, 상기 컨트롤러는 상기 셧다운 트리거 동작이 구현됨을 기반으로, 상기 출력 회로를 통해 상기 셧다운 제어 신호를 상기 셧다운 동작 회로로 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어 장치는 시스템 전원 모듈을 더 포함하며, 상기 시스템 전원 모듈은 전원 공급 스위치 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온오프 버튼은 온오프 기능을 트리거하기 위한 스위치 버튼을 포함하거나, 상기 온오프 버튼은 파워온을 위한 파워온 버튼 및 셧다운을 위한 셧다운 버튼을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 파워온 동작 회로를 더 포함하고, 상기 온오프 버튼 검출 회로는 상기 파워온 동작을 기반으로 파워온 제어 신호를 출력하며, 상기 파워온 제어 신호를 상기 파워온 동작 회로로 출력하고, 상기 파워온 동작 회로는 수신한 상기 파워온 제어 신호를 기반으로 상기 전원 공급 스위치 제어 회로가 도통되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 시스템 전원 모듈은 전원 공급 스위치 제어 회로 및 AC/DC 전압 변환 모듈을 포함하고, 상기 AC/DC 전압 변환 모듈은 외부 교류망 전압을 직류 전압으로 변환하는 데 사용되고, 상기 AC/DC 전압 변환 모듈의 제1 출력단은 상기 온오프 하드웨어 회로에 전압을 제공하는 데 사용되고, 상기 AC/DC 전압 변환 모듈의 제2 출력단은 상기 전원 공급 스위치 제어 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 제1 릴레이, 제2 릴레이, 제3 릴레이 및 제4 릴레이를 포함하고;
    상기 제1 릴레이의 제어 코일, 상기 제2 릴레이의 상시 열린 접점, 및 상기 제1 릴레이의 상시 열린 접점과 상기 제3 릴레이의 상시 닫힌 접점의 병렬 연결은 상기 온오프 버튼과 직렬로 연결되고;
    상기 제2 릴레이의 제어 코일, 상기 제1 릴레이의 상시 닫힌 접점, 상기 제4 릴레이의 상시 열린 접점, 및 상기 제2 릴레이의 상시 열린 접점과 상기 제3 릴레이의 상시 열린 접점의 병렬 연결은 상기 온오프 버튼과 직렬로 연결되고; 그리고
    상기 제3 릴레이의 제어 코일, 상기 제2 릴레이의 상시 닫힌 접점, 및 상기 제1 릴레이의 상시 열린 접점과 및 상기 제3 릴레이의 상시 열린 접점의 병렬 연결은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 제5 릴레이를 더 포함하고,
    상기 제5 릴레이의 제어 코일은 상기 온오프 버튼과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 지연 릴레이를 더 포함하고,
    상기 지연 릴레이의 제어 코일은 상기 제3 릴레이의 제어 코일과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 적어도 하나의 전류 누설 다이오드를 더 포함하며, 이는 상기 제1 릴레이, 상기 제2 릴레이, 상기 제3 릴레이, 상기 제4 릴레이, 상기 제5 릴레이 또는 상기 지연 릴레이 중 적어도 하나의 제어 코일과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 온오프 하드웨어 회로는 전류 제한 저항과 지시등을 더 포함하고,
    상기 전류 제한 저항, 상기 지시등, 상기 제3 릴레이의 상시 열린 접점, 상기 온오프 버튼은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 온오프 제어 모듈은 제어 칩을 포함하고, 상기 제4 릴레이의 제어 코일은 전류 누설 다이오드의 병렬로 연결된 일단이 상기 제어 칩의 출력단과 연결되고, 타단은 기준 접지에 연결되고, 상기 제4 릴레이의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압에 연결되고, 제4 릴레이의 상시 열린 접점 타단은 상기 제어 칩의 입력단에 연결되고, 상기 제5 릴레이의 상시 열린 접점 일단은 작동 전압에 연결되고, 타단은 상기 제어 칩의 입력단에 연결되고, 상기 제어 칩은 통신 인터페이스를 통해 인간-기계 상호 작용 모듈에 연결되어 통신을 더 구현하는 것을 특징으로 하는 스위치 제어 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치의 제어 방법에 있어서,
    온오프 하드웨어 회로에서, 하드웨어 셧다운 신호 및 셧다운 버튼 신호를 트리거하는 셧다운 버튼의 셧다운 동작을 검출하는 단계;
    온오프 제어 모듈에서 상기 셧다운 동작이 트리거한 상기 셧다운 버튼 신호를 획득하고 인간-기계 상호 작용을 통해 규정된 셧다운 트리거 동작을 알리는 단계 - 상기 셧다운 트리거 동작이 구현되면, 상기 온오프 제어 모듈은 셧다운 제어 신호를 출력함 -;
    상기 온오프 하드웨어 회로에서 상기 셧다운 동작이 트리거한 상기 하드웨어 셧다운 신호 및 상기 온오프 제어 모듈에서 전송하는 상기 셧다운 제어 신호를 모두 검출함을 기반으로 전원 공급을 차단하기 위한 신호를 전송하는 단계; 또는
    상기 온오프 하드웨어 회로에서 상기 셧다운 동작이 트리거한 상기 하드웨어 셧다운 신호 또는 상기 온오프 제어 모듈에서 전송하는 상기 셧다운 제어 신호의 검출되지 않음을 기반으로 우발적 셧다운 조작을 확정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 로봇 보조 수술 장비에 있어서,
    적어도 하나의 기능 모듈;
    상기 적어도 하나의 기능 모듈에 대한 전원 공급을 제어하기 위한 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 스위치 제어 장치; 및
    상기 스위치 제어 장치와 연결되어 규정된 셧다운 트리거 동작 알림을 위한 인간-기계 상호 작용 모듈을 포함하는 로봇 보조 수술 장비.
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  15. 삭제
  16. 삭제
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