KR20140102465A - 수술 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20140102465A
KR20140102465A KR1020130015788A KR20130015788A KR20140102465A KR 20140102465 A KR20140102465 A KR 20140102465A KR 1020130015788 A KR1020130015788 A KR 1020130015788A KR 20130015788 A KR20130015788 A KR 20130015788A KR 20140102465 A KR20140102465 A KR 20140102465A
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곽노산
이희국
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Abstract

슬레이브 장치의 수술도구에 가해지는 외력을 측정하는 수술 로봇 및 그 제어방법이 개시된다.
수술 로봇에 있어서, 슬레이브 장치는 수술 기기에 부착되어 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 힘 센서 및 상기 힘 센서와 연결되어 상기 힘 센서로부터 측정된 외력을 전달받고, 전달받은 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 비전 정보 표시부를 포함하는 외력 측정부, 상기 비전 정보 표시부에 표시된 비전 정보에 대한 이미지를 획득하는 촬영부 및 상기 촬영부로부터 상기 획득한 비전 정보에 대한 이미지를 전달받아 영상처리하여 상기 이미지 내에서 비전 정보를 추출하고, 추출된 상기 비전 정보를 상응하는 외력 정보로 변환하는 제어부를 포함한다.

Description

수술 로봇 및 그 제어방법{Surgical robot and method for controlling the same}
수술 로봇 및 그 제어방법이 개시된다. 더욱 상세하게는, 슬레이브 장치의 수술도구에 가해지는 외력을 측정하는 수술 로봇 및 그 제어방법이 개시된다.
최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다. 최소 침습 수술은 인체의 일부(예: 복부)에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과는 달리, 인체에 0.5㎝∼1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 형성하고, 이 절개공을 통해 내시경과 각종 수술도구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.
이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과는 달리 수술 후 통증이 적고, 장운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점으로 인하여 최소 침습 수술은 담낭 절제술, 전립선암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.
일반적으로 최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 마스터 장치와 슬레이브 장치를 포함한다. 마스터 장치는 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브 장치로 전송하고, 슬레이브 장치는 마스터 장치로부터 제어신호를 수신하여 수술에 필요한 조작을 환자에게 가하게 되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치한 상태에서 수술을 진행하고 있다.
슬레이브 장치는 적어도 하나 이상의 로봇 암을 구비하며, 각 로봇 암의 단부에는 수술 기구(surgical instruments)가 장착되는데, 이때, 수술 기구 말단부에는 수술 도구(surgical tool)가 장착되어 있다.
이와 같은 수술 로봇을 이용한 최소 침습 수술은 슬레이브 장치의 수술 도구(surgical tool) 및 수술 도구가 장착된 수술 기구(surgical instruments)가 환자의 인체 내부로 진입하여 필요한 시술이 행해지게 되는데 이때, 수술 도구 및 수술 기구가 인체 내부로 진입한 이후에는 수술 도구 중 하나인 내시경을 통하여 수집된 이미지로부터 내부 상황을 확인하게 된다.
수술 도구에 가해진 외력을 손실 없이 정확히 측정할 수 있는 수술 로봇 및 그 제어방법을 제공될 수 있다.
수술 로봇의 일 실시 예는 수술 도구가 장착된 수술 기기가 결합되는 로봇 암을 갖는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇에 있어서, 상기 슬레이브 장치는 상기 수술 기기에 부착되어 상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 힘 센서 및 상기 힘 센서와 연결되어 상기 힘 센서로부터 측정된 외력을 전달받고, 전달받은 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 비전 정보 표시부를 포함하는 외력 측정부, 상기 비전 정보 표시부에 표시된 비전 정보에 대한 이미지를 획득하는 촬영부 및 상기 촬영부로부터 상기 획득한 비전 정보에 대한 이미지를 전달받아 영상처리하여 상기 이미지 내에서 비전 정보를 추출하고, 추출된 상기 비전 정보를 상응하는 외력 정보로 변환하는 제어부를 포함한다.
또한, 수술 도구가 장착된 수술 기기가 결합되는 로봇 암을 갖는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법에 있어서, 상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 단계, 측정된 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 단계, 표시된 상기 비전(vision) 정보에 대한 이미지를 획득하는 단계 및 획득한 이미지를 이용하여 상기 비전(vision) 정보에 상응하는 외력 정보를 산출하는 단계를 포함한다.
도 1은 수술 로봇의 전체 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 수술 로봇의 슬레이브 장치에서 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하기 위한 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 도 2의 비전 정보 표시부의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 도 3의 비전 정보 표시부에 대한 구체적인 일 실시 예를 도시한 블럭도이다.
도 5는 도 3의 비전 정보 표시부에 대한 구체적인 다른 실시 예를 도시한 블럭도이다.
도 6은 도 4의 비전 정보 표시부를 적용하여 외력을 시각화하고 인식하는 실시 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 비전 정보 표시부를 적용하여 외력을 시각화하고 인식하는 실시 예를 도시한 도면이다.
도 8은 수술 로봇의 제어 방법에서 슬레이브 장치의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 8의 단계 S830을 보다 구체적인 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 10은 도 8의 단계 S830을 보다 구체적인 다른 예를 도시한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 수술 로봇의 전체 구성을 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 수술 로봇은 수술대에 누워있는 환자에게 수술을 행하는 슬레이브 장치(200)와 조작자(예로써, 의사)의 조작을 통해 슬레이브 장치(200)를 원격 제어하는 마스터 장치(100)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 마스터 장치(100)와 슬레이브 장치(200)는 물리적으로 독립된 별도의 장치로 분리 구성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 하나로 통합된 일체형 장치로 구성되는 것 역시 가능할 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 마스터 장치(100)는 입력부(112) 및 표시부(114)를 포함할 수 있다.
입력부(112)는 수술 로봇의 동작 모드를 선택하는 명령 또는 슬레이브 장치(200)의 동작을 원격으로 제어하기 위한 명령 등을 조작자로부터 입력받을 수 있으며, 본 실시 예에서는 입력부(112)로 햅틱 디바이스, 클러치 페달, 스위치 및 버튼 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 음성 인식 디바이스 등을 사용하는 것도 가능하다.
도 1에서는 입력부(112)로 햅틱 디바이스를 사용한 것을 예로써 도시하고 있으며, 또한, 입력부(112)가 두 개의 핸들을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 핸들을 포함할 수도 있고 또는 세 개 이상의 핸들을 포함하는 것 역시 가능할 것이다.
마스터 장치(100)는 조작자의 핸들 조작에 따라 대응되는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 슬레이브 장치(200)로 전송할 수 있다. 이와 같이 전송된 제어 신호에 따라 슬레이브 장치(200)의 동작이 제어될 수 있다.
마스터 장치(100)의 표시부(114)에는 슬레이브 장치(200)의 내시경(210)을 통해 수집된 영상이 화상 이미지로 표시될 수 있다.
또한, 표시부(114)는 하나 이상의 모니터로 구성될 수 있으며, 각 모니터별로 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 구현할 수 있다. 예를 들어 표시부(114)가 세 개의 모니터로 구성된 경우, 이중 하나의 모니터에는 내시경(210)을 통해 수집된 영상 즉, 환자 인체 내부의 수술 부위 영상이 표시되고, 다른 두 개의 모니터에는 각각 슬레이브 장치(200)의 동작 상태에 관한 정보 및 환자 정보가 표시되도록 구현할 수 있다. 이때, 상기 모니터의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
마스터 장치(100)와 슬레이브 장치(200)는 네트워크를 형성할 수 있다. 이때, 네트워크는 유선 네트워크, 무선 네트워크 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
네트워크를 통해 슬레이브 장치(200)와 연결된 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)로 제어 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, "제어 신호"는 슬레이브 장치(200)의 수술 기구(204)에 결합된 수술 도구(206, 208)의 위치 조정 및 동작을 위한 제어 신호 및 수술 기구(204)에 결합된 내시경(210)의 위치 조정을 위한 제어 신호 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 수술 도구(206, 208) 및 내시경(210)에 대한 각각의 제어 신호들이 동시에 또는 유사한 시점에서 전송될 필요가 있는 경우, 각 제어 신호는 상호 독립적으로 전송될 수 있다.
여기에서, 각 제어 신호가 "독립적으로" 전송된다는 것은 제어 신호 간에 서로 간섭을 주지 않으며, 어느 하나의 제어 신호가 다른 하나의 제어 신호에 영향을 미치지 않음을 의미할 수 있다. 이처럼, 복수의 제어 신호가 서로 독립적으로 전송되도록 하기 위해서는, 각 제어 신호의 생성 단계에서 각 제어 신호마다 헤더 정보를 부가하여 전송시키거나, 각 제어 신호를 그 생성 순서에 따라 전송되도록 하거나, 또는 각 제어 신호의 전송 순서에 대한 우선 순위를 미리 정해놓고 그에 따라 전송되도록 하는 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
또한, 네트워크를 통해 마스터 장치(100)와 연결된 슬레이브 장치(200)는 수술 도구에 가해지는 외력에 대한 정보 및 내시경(210)을 통해 수집된 영상에 대한 정보 등을 마스터 장치(100)로 피드백할 수 있다.
슬레이브 장치(200)는 복수의 로봇 암(202), 로봇 암(202)의 단부에 장착된 수술 기구(surgical instruments, 204), 수술 기구(204) 단부에 장착된 각종 수술 도구들(206, 208) 및 내시경(210)을 포함할 수 있다. 이때, 도 1에 도시하지는 않았으나, 복수의 로봇 암(202)이 결합된 몸체(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 몸체(미도시)는 복수의 로봇 암(202)을 지지할 수 있다.
또한, 도 1에 자세하게 도시하지는 않았으나, 복수의 로봇 암(202)은 각각 복수의 링크 및 복수의 관절을 포함할 수 있으며, 각 관절은 링크와 링크를 연결하며, 1 자유도(Degree Of Freedom;DOF) 이상을 가질 수 있다.
여기에서 상기 "자유도"란 기구학(Kinematics) 또는 역기구학(Inverse Kinematics)에서의 자유도 즉, 기구의 자유도를 의미한다.
상기 "기구의 자유도"란 기구의 독립적인 운동의 수, 또는 각 링크 간의 상대 위치의 독립된 운동을 결정하는 변수의 수를 말하며 예를 들어, x축, y축, z축으로 이루어진 3차원 공간상의 물체는 물체의 공간적인 위치를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와 물체의 공간적인 자세(orientation)를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에 대한 회전 각도) 중에서 하나 이상의 자유도를 갖는다.
구체적으로, 물체가 각각의 축에 따라 이동 가능하고, 각각의 축을 기준으로 회전 가능하다고 한다면 해당 물체는 6 자유도를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 이를 위해, 로봇 암(202)의 각 관절에는 마스터 장치(100)의 제어 신호에 따라 구동되는 구동부(미도시)가 마련될 수 있다.
예를 들어, 조작자의 마스터 장치(100) 입력부(112) 조작에 따라, 마스터 장치(100)로부터 슬레이브 장치(200)로 제어 신호가 전송되면, 슬레이브 장치(200)는 전송된 제어 신호를 이용하여 구동부(미도시)를 동작시켜 로봇 암(202) 각 관절의 움직임을 제어할 수 있다.
한편, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(202) 각 관절은 마스터 장치(100)의 제어 신호에 의해 움직이도록 구현할 수 있으나, 외력에 의해서도 움직이도록 구현할 수 있다. 즉, 수술대 근처에 위치한 보조자에 의해 수동으로 로봇 암(202)의 각 관절을 이동시킬 수 있다.
수술 기구(surgical instruments, 204)는 도 1에 자세하게 도시하지는 않았으나, 일 예로 로봇 암(202)의 단부에 장착되는 하우징 및 하우징으로부터 일정 길이로 연장되는 샤프트를 포함할 수 있다.
하우징에는 구동휠(미도시)이 결합될 수 있고, 구동휠(미도시)은 와이어 등을 통해 수술 도구들(206, 208)에 연결되어 구동휠(미도시)의 회전에 따라 수술 도구들(206, 208)이 원하는 대로 작동할 수 있다. 이를 위해 로봇 암(202)의 단부에는 상기 구동휠(미도시)을 회전시키기 위한 액추에이터가 설치될 수 있다. 다만, 수술 도구들(206, 208)을 동작시키는 메커니즘이 반드시 전술한 것처럼 구성되어야하는 것은 아니며, 로봇 수술을 위해 수술 도구들(206, 208)에 필요한 동작을 구현할 수 있는 다양한 전기적/기계적 메커니즘이 적용될 수 있음은 물론이다.
각종 수술 도구들(206, 208)은 스킨 홀더, 석션(suction) 라인, 메스, 가위, 그래스퍼, 바늘 홀더, 스테이플 어플라이어(staple applier), 절단 블레이드 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 수술에 필요한 공지된 도구라면 어떤 것이든 사용될 수 있을 것이다.
일반적으로 수술 도구(surgical tool)는 크게 주 수술 도구 및 보조 수술 도구로 분류할 수 있다. 여기에서, "주 수술 도구"란 수술 부위에 대해 절개, 봉합 등과 같은 직접적인 수술 동작을 수행하는 도구(예: 메스, 수술용 바늘 등)를 의미할 수 있고, "보조 수술 도구"란 수술 부위에 대해 직접적인 수술 동작을 수행하는 것이 아닌 주 수술 도구의 동작을 보조하기 위한 수술 도구(예: 스킨 홀더 등)를 의미할 수 있다.
내시경(210) 역시 수술 부위에 직접적인 수술 동작을 수행하는 것이 아닌 주 수술 도구의 동작을 보조하기 위해 사용되는 도구이므로 넓은 의미에서 내시경(210)도 보조 수술 도구에 해당하는 것으로 볼 수 있다. 내시경(210)으로는 로봇 수술에서 주로 사용되는 복강경뿐 아니라 흉강경, 관절경 및 비경 등 다양한 수술용 내시경이 사용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시하지는 않았으나, 슬레이브 장치(200)는 내시경(210)을 통해 수집된 환자의 인체 내부의 수술 부위 영상을 표시할 수 있는 모니터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서는 복수의 삽입구(multi-ports), 복수의 로봇 암(multi-robotarm), 복수의 수술 기구(multi-surgical instruments), 복수의 수술 도구(multi-surgical tools)로 구성된 슬레이브 장치(200)를 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 이외에도 하나의 삽입구(single-port), 복수의 로봇 암(multi-robot arm), 복수의 수술 기구(multi-surgical instruments), 복수의 수술 도구(multi-surgical tools)로 구성된 슬레이브 장치, 하나의 삽입구(single-port), 하나의 로봇 암(single-robot arm), 복수의 수술 기구(multi-surgical instruments), 복수의 수술 도구(multi-surgical tools)로 구성된 슬레이브 장치 등 다양한 형태의 슬레이브 장치를 포함하는 수술 로봇에 대해 본 발명은 적용 가능할 것이다.
도 2는 수술 로봇의 슬레이브 장치에서 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하기 위한 구성을 도시한 블럭도이고, 도 3은 도 2의 비전 정보 표시부의 구성을 도시한 블럭도이며, 도 4는 도 3의 비전 정보 표시부에 대한 구체적인 일 실시 예를 도시한 블럭도이고, 도 5는 도 3의 비전 정보 표시부에 대한 구체적인 다른 실시 예를 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 슬레이브 장치(200)에서 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하기 위한 구성으로는 수술 도구가 장착되는 수술 기구(204)의 단부에 부착되어 상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 힘 센서(220) 및 힘 센서(220)와 연결되어 힘 센서(220)로부터 측정된 외력을 전달받고, 전달받은 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 비전(vision) 정보 표시부(230)를 포함하는 외력 측정부(F), 비전 정보 표시부(230)를 통해 표시된 비전 정보에 대한 이미지를 획득하는 촬영부(240) 및 촬영부(240)로부터 획득한 비전 정보에 대한 이미지를 전달받아 영상처리하여 상기 이미지 내에서 비전 정보를 추출하고, 추출된 상기 비전 정보를 상응하는 외력 정보로 변환하는 제어부(250)를 포함할 수 있다.
힘 센서(220)는 힘의 검출에 사용되는 센서로서, 일반적으로 힘을 전기량으로 변환하는 방식 등으로부터 1차 변환 요소로서 탄성체의 변형을 이용하는 것과, 피측정량과 이미 알고 있는 크기의 힘을 평형시키는 것으로 나눌 수 있다. 여기에서, 탄성체의 변형을 이용하는 방식은 변형량 자체를 검출하는 것, 변형으로 인한 물리적 효과를 이용하는 것, 변형으로 인한 진동수 변화를 이용하는 것 등을 포함할 수 있다.
본 실시 예에서는 힘 센서(220)로 스트레인 게이지(strain gauge)를 사용할 수 있으나, 사용될 수 있는 힘 센서가 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 공지된 힘 센서라면 모두 적용 가능할 것이다.
스트레인 게이지(strain gauge)는 물체가 외력으로 인하여 변형이 발생하는 경우, 변형을 측정하기 위한 센서로서, 측정 대상 물체에 부착함으로써 변형 여부 및 변형 정도를 측정할 수 있다. 예로써, 스트레인 게이지(strain gauge)는 얇은 전기절연재인 베이스 상에 격자모양의 저항선 또는 포토 에칭 공정을 통해 저항박을 가공한 후, 상기 저항선 또는 저항박에 인출선을 붙인 것으로, 금속의 길이가 변화함에 따라 저항이 변하는 특징을 이용한 것이다.
구체적으로, 스트레인 게이지(strain gauge)에 장력이 가해지면 스트레인 게이지의 베이스 상에 형성된 저항선의 길이가 길어지게 되고, 이때 저항은 비례하여 증가하게 된다. 반대로 스트레인 게이지에 응력이 가해지면 스트레인 게이지의 베이스 상에 형성된 저항선의 길이가 짧아지게 되고, 이때의 저항은 이와 비례하여 감소하게 되므로, 발생하는 저항을 측정하여 연산하면 대상 물체의 변형 여부 및 가해진 외력의 크기 등을 산출할 수 있는 것이다.
종래의 수술 로봇에서도 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하기 위하여 스트레인 게이지(strain gauge)를 종종 사용하는 경우가 있었다. 그러나, 종래에는 스트레인 게이지(strain gauge)와 연결된 전선이 제어부까지 연결되어야하므로, 배치에 따라 전선의 길이가 길어질 수 있고, 전선의 길이가 길어짐에 따라 노이즈(noise)가 증가함으로써 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 제어부로 전송되는 신호의 손실율이 높아지는 문제가 있었다.
이에, 본 실시 예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 힘 센서(220)와 연결된 전선을 제어부(250)에 직접 연결하는 것이 아닌, 힘 센서(220)에 인접한 비전 정보 표시부(230)에 연결되도록 구현하고 있다. 이하에서는, 구체적으로 힘 센서(220)로서 스트레인 게이지(220)를 사용한 경우를 예를 들어 설명할 것이나, 전술한 바와 같이 사용될 수 있는 힘 센서(220)가 스트레인 게이지로 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 설명하면, 본 실시 예는 스트레인 게이지(strain gauge)(220)와 연결된 전선을 제어부(250)에 연결하여 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항을 제어부(250)로 입력되도록 구현하지 않고, 스트레인 게이지(220)와 인접하여 배치된 비전 정보 표시부(230)와 연결함으로써 수술 도구에 가해지는 외력으로 인해 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 상응하는 비전(vision) 정보로 표시되도록 하는 것이다.
여기에서, 비전 정보 표시부(230)는 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항 즉, 전기신호를 눈에 보이도록 시각화하기 위한 구성으로서, 크게는 도 3에 도시한 바와 같이, 저항을 비전(vision) 정보로 표시하는 비전 정보 표시 수단(233) 및 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항을 비전 정보 표시 수단(233)이 인식 가능한 신호로 변환하고, 변환된 신호를 비전 정보 표시 수단(233)으로 전송하는 신호 처리부(231)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5에 본 실시 예에 따른 비전 정보 표시부(230)의 두 가지 구현 예를 구체적으로 도시하였으나, 이는 단지 실시 예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 도 4 및 도 5에 도시한 각각의 비전 정보 표시부는 서로 다른 도면부호(230A 및 230B)를 부가하여 구분하도록 한다.
우선, 도 4는 비전 정보 표시 수단으로 갈바노미터(Galvanometer)(233A)를 사용한 예를 도시한 도면이다.
도 4를 살펴보면 비전 정보 표시부(230A)는 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a) 및 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)로부터 출력되는 전압을 증폭시키는 신호 증폭기(231b)를 포함하는 신호 처리부(231A)와 신호 처리부(231A)로부터 출력되는 증폭된 전압을 측정하여 비전(vision) 정보로 표시하는 갈바노미터(Galvanometer)(233A)를 포함할 수 있다.
갈바노미터(galvanometer)(233A)는 전기회로의 매우 작은 전류, 전압, 전기량을 측정하는 기구로서, 검류계라고도 하며 간단히 '갈바노'라고 부르기도 한다. 비교적 큰 전류의 크기를 측정할 때에는 전류계를 사용하지만 매우 작은 전류를 측정할 때에는 검류계를 사용하는 것이 일반적이다.
검류계는 크게 직류용과 교류용으로 구분될 수 있다. 여기에서, 직류용 검류계는 강한 자석의 자극 사이에 가동코일을 달아, 코일에 작은 전류가 흐를 때 코일에 힘이 가해짐에 따라 코일이 한쪽으로 치우치는 것으로부터 전류의 유무를 측정한다. 이 때문에 '가동코일형 검류계'라고도 한다. 비교적 간단하게 사용할 수 있는 지침형 검류계가 대표적이며, '지침형 검류계'는 가동코일에 장치한 지침의 움직임으로 전류를 검출할 수 있다.
이에 따라, 본 실시 예에서는 스트레인 게이지(220)에 연결된 전선을 갈바노미터(233A)와 연결하여 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항을 지침의 움직임으로 표시하는 것이다. 여기에서는, 상기 '지침의 움직임'이 비전 정보를 의미할 수 있다.
일반적으로 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항의 미소 변화를 측정하기 위해서는 스트레인 게이지(220)에 전압 구동 소스를 갖는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)가 연결되어야만 한다. 이는, 실제로 처리할 수 있는 신호는 전압이기 때문이다. 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)는 스트레인 게이지(220)와 비교대상인 복수의 저항들을 직렬로 연결하여 스트레인 게이지(220)에서 발생하는 저항이 변화하면 출력되는 전압이 변화하도록 구현한 회로로서, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)로부터 출력된 전압을 결과적으로 스트레인 게이지(220)로부터의 출력 신호로 사용하게 된다.
이때, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)로부터 출력된 전압은 매우 작기 때문에 정확한 측정을 위해 신호 증폭기(231b)를 사용하여 보통 1000∼10000배로 증폭시켜 사용하는 것이 전형적이다. 갈바노미터(233A)는 신호 증폭기(231b)의 출력단과 연결되어 신호 증폭기(231b)로부터 출력되는 증폭된 전압을 측정하고, 측정된 전압의 크기를 지침을 움직여 표시한다. 여기에서, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a), 신호 증폭기(231b) 및 갈바노미터(233A)는 물리적으로 서로 분리되어 구성되거나 또는, 일체화된 기기로 구성될 수도 있다.
또한, 도 5는 비전 정보 표시 수단으로 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED) 디스플레이를 사용한 예를 도시한 도면이다.
도 5를 살펴보면 비전 정보 표시부(230B)는 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231c), 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231c)로부터 출력되는 전압을 증폭시키는 신호 증폭기(231d) 및 신호 증폭기(231d)로부터 증폭된 전압을 전달받고, 전달받은 전압과 상응하는 외력을 산출한 후, 산출된 외력과 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 생성 및 출력하여 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)의 구동을 제어하는 구동 제어부(231e)를 포함하는 신호 처리부(231B)와 신호 처리부(231B)로부터 출력되는 구동 제어 신호에 따라 동작하여 상기 비전 정보를 표시하는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)를 포함할 수 있다.
발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)는 일반적으로 옥외 광고판, 자동차의 후면 사인보드(sign-board), 전철 내의 안내판 등에서 흔히 사용되는 디스플레이 장치로서, 다수의 발광 다이오드가 배열된 발광 다이오드 매트릭스에 전압을 인가하여 빛을 발생시킴으로써, 문자 및 그림과 같은 그래픽 데이터를 표시할 수 있는 장치이다.
발광다이오드(LED)란 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체 소자이며, 아래 위에 전극을 붙인 전도물질에 전류가 통과하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 이루어진다. 이때, 상기 전도물질의 특성에 따라 발산하는 빛의 색깔이 달라질 수 있다.
이와 같이 전류의 흐름에 따라 동작하는 발광다이오드(LED)를 다수 개 배열하고, 각각의 발광다이오드(LED)로 전류를 공급하거나 또는 공급하지 아니함으로써 특정 발광다이오드(LED)만 구동시켜 빛을 발산하도록 하여 원하는 그래픽 데이터를 표시할 수 있다.
도 5에 자세하게 도시하지는 않았으나, 구동 제어부(231e)는 입력된 전압에 상응하는 외력을 산출하기 위한 연산부(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 연산부(미도시)는 기설정된 함수에 상기 전압을 대입함으로써, 상응하는 외력을 산출할 수 있을 것이나, 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐, 외력 산출을 위한 구성 및 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 비전 정보 표시부(230B)는 산출된 외력에 대응되는 비전 정보에 대한 구동 제어 신호가 저장된 저장부(미도시)를 포함할 수 있으며, 구동 제어부(231e)는 외력을 산출한 후, 상기 저장부(미도시)로부터 산출된 외력에 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 읽어와서 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)로 출력하도록 구현할 수 있다.
여기에서, '구동 제어 신호'는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 포함된 각각의 발광다이오드(LED)로의 전류 흐름 여부를 제어하는 신호일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B) 구동을 위한 제어 신호를 모두 포함할 수 있다.
즉, 본 실시 예는 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항 즉, 눈에 보이지 않는 전기신호를 실제로 눈에 보이는 비전(vision) 정보로 표시하는 것이다. 도 4에 도시한 갈바노미터(233A)가 지침의 움직임을 이용하여 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항을 시각화하였다면, 도 5에 도시한 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)는 숫자 및 글자 등을 포함하는 문자 또는 특정 도형 등을 포함하는 그림을 표시하여 시각화할 수 있다.
도 4 및 도 5의 비전 정보 표시부를 적용하여 외력을 시각화하고 인식하는 실시 예를 도 6 및 도 7에 각각 도시하였다. 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6을 살펴보면, 스트레인 게이지(220)의 출력단을 갈바노미터(233A)와 전기적으로 연결함으로써, 갈바노미터(233A)가 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 측정하고, 측정된 저항에 따라 지침을 움직여 측정된 값을 표시한다. 여기에서는, 갈바노미터(233A)가 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a) 및 신호 증폭기(231b)를 포함하는 경우를 도시하고 있으나, 전술한 바와 같이 분리하여 구성하는 것도 가능하다.
또한, 도 7을 살펴보면, 스트레인 게이지(220)의 출력단을 신호 처리부(231)와 연결하고, 신호 처리부(231)의 출력단을 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)와 연결함으로써, 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 신호 처리부(231)에서 전압으로 변환한 후 증폭하고, 증폭된 전압에 상응하는 외력을 산출한 다음, 산출된 외력에 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 출력하여 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 상기 비전 정보를 표시한다.
이와 같이, 갈바노미터(233A) 또는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)를 통해 표시된 비전 정보에 대한 이미지는 도 6 및 도 7과 같이 촬영부(240)를 이용하여 획득할 수 있다. 여기에서, 촬영부(240)는 CCD(Charged Coupled Device)카메라 및 내시경(endoscope) 카메라를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지를 얻을 수 있는 기기라면 어느 것이든 사용 가능할 것이다. 이때, 촬영부(240)로 기존 수술 로봇에 장착된 내시경(endoscope) 카메라를 사용하지 않고, 별도의 카메라를 사용한다면 촬영부(240)가 결합되는 로봇 암(202)을 추가로 더 포함할 수 있다.
촬영부(240)는 갈바노미터(233A) 또는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)를 통해 표시된 비전 정보를 인식한 이미지를 획득한 후, 획득한 이미지를 제어부(250)로 전송하고, 제어부(250)는 촬영부(240)로부터 전송된 이미지에 대하여 공지된 다양한 영상처리 기술을 수행함으로써, 이미지에서 비전 정보를 추출할 수 있으며, 추출된 비전 정보와 대응되는 외력 정보를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(250)는 갈바노미터(233A) 지침의 방향, 지침이 가리키는 눈금의 숫자 등과 같은 비전 정보를 추출하고 이에 대응되는 외력 정보를 산출하거나 또는, 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 표시된 문자, 도형, 그림 등과 같은 비전 정보를 추출하고 이에 대응되는 외력 정보를 산출할 수 있을 것이다.
이때, 상기 '영상처리 기술'은 공지된 기술이라면 어떤 것이든 제한 없이 이용 가능할 것이며 또한, 오류 없이 특징부를 정확하게 추출해내기 위해 공지된 다양한 개선 방법(예: 필터)들이 이용될 수 있음은 자명하다.
또한, 슬레이브 장치(200)는 이미지로부터 추출해낸 비전 정보와 매칭되는 외력 정보가 저장된 저장부(미도시) 및 통신부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(250)는 이미지를 영상처리한 후 추출해낸 비전 정보와 대응되는 외력 정보를 상기 저장부(미도시)로부터 읽어온 다음, 읽어온 외력 정보는 상기 통신부(미도시)를 이용하여 마스터 장치(100)로 전송할 수 있다. 또한, 마스터 장치(100)는 전송받은 상기 외력 정보를 입력부(112)로 피드백하여 조작자가 수술 도구(206, 208)에 가해진 외력을 느끼도록 구현할 수 있다.
한편, 상기에서는 촬영부(240)에 의해 획득된 비전 정보에 대한 이미지가 슬레이브 장치(200)의 제어부(250)로 전송되는 경우에 대하여 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 촬영부(240)에 의해 획득된 비전 정보에 대한 이미지는 네트워크를 통하여 마스터 장치(100)의 제어부(미도시)로 전송되도록 구현하는 것 역시 가능하다. 이때, 마스터 장치(100)의 제어부(미도시)는 촬영부(240)로부터 전송받은 비전 정보에 대한 이미지를 영상처리하여 비전 정보를 추출하고, 추출된 비전 정보를 대응되는 외력 정보로 변환하여 입력부(112)로 피드백할 수 있다.
도 8은 수술 로봇의 제어 방법에서 슬레이브 장치의 동작을 순차적으로 나타내는 순서도이다. 이하, 도 1 내지 도 5에 도시된 구성을 참조하여 수술 로봇의 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
우선, 슬레이브 장치(200)는 마스터 장치(100)로부터 전송된 제어 신호에 따라 수술 도구(206, 208)를 동작시킨다(S810).
여기에서, 상기 '제어 신호'는 조작자(예: 의사)가 마스터 장치(100)의 입력부(112)를 조작함에 따라 생성될 수 있으며, '제어 신호'로는 슬레이브 장치(200)의 수술 기구(204)에 결합된 수술 도구(206, 208)의 위치 조정 및 동작을 위한 제어 신호 및 수술 기구(204)에 결합된 내시경(210)의 위치 조정을 위한 제어 신호 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 수술 도구(206, 208) 및 내시경(210)에 대한 제어 신호들이 동시에 또는 유사한 시점에서 전송될 필요가 있는 경우, 각 제어 신호는 상호 독립적으로 전송될 수 있다.
이때, 각 제어 신호가 "독립적으로" 전송된다는 것은 제어 신호 간에 서로 간섭을 주지 않으며, 어느 하나의 제어 신호가 다른 하나의 제어 신호에 영향을 미치지 않음을 의미할 수 있다. 이처럼, 복수의 제어 신호가 서로 독립적으로 전송되도록 하기 위해서는, 각 제어 신호의 생성 단계에서 각 제어 신호마다 헤더 정보를 부가하여 전송시키거나, 각 제어 신호를 그 생성 순서에 따라 전송되도록 하거나, 또는 각 제어 신호의 전송 순서에 대한 우선 순위를 미리 정해놓고 그에 따라 전송되도록 하는 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
다음, 전송된 제어 신호에 따라 동작중인 수술 도구(206, 208)에 가해지는 외력을 측정한다(S820).
이때, 수술 도구(206, 208)에 가해지는 외력을 측정하는 것은 도 1에 도시한 바와 같이, 수술 도구(206, 208)가 장착된 수술 기구(204)의 단부에 부착된 힘 센서(force sensor)(220)를 이용하여 수행될 수 있다. 본 실시 예에서 힘 센서(220)로는 스트레인 게이지(strain gauge)가 사용될 수 있으나, 사용될 수 있는 힘 센서가 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 공지된 힘 센서라면 모두 적용 가능할 것이다.
스트레인 게이지(strain gauge)는 물체가 외력으로 인하여 변형이 발생하는 경우, 변형을 측정하기 위한 센서로서, 측정 대상 물체에 부착함으로써 변형 여부 및 변형 정도를 측정할 수 있다. 예로써, 스트레인 게이지(strain gauge)는 얇은 전기절연재인 베이스 상에 격자모양의 저항선 또는 포토 에칭 공정을 통해 저항박을 가공한 후, 상기 저항선 또는 저항박에 인출선을 붙인 것으로, 금속의 길이가 변화함에 따라 저항이 변하는 특징을 이용한 것이다.
구체적으로, 스트레인 게이지(strain gauge)에 장력이 가해지면 스트레인 게이지의 베이스 상에 형성된 저항선의 길이가 길어지게 되고, 이때 저항은 비례하여 증가하게 된다. 반대로 스트레인 게이지에 응력이 가해지면 스트레인 게이지의 베이스 상에 형성된 저항선의 길이가 짧아지게 되고, 이때의 저항은 이와 비례하여 감소하게 되므로, 발생하는 저항을 측정하여 연산하면 대상 물체의 변형 여부 및 가해진 외력의 크기 등을 산출할 수 있는 것이다.
이하 단계부터는 힘 센서(220)로 스트레인 게이지(strain gauge)를 사용한 것을 예를 들어 설명할 것이나, 전술한 바와 같이 힘 센서(220)가 스트레인 게이지로 한정되는 것은 아니다.
다음, 측정된 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시한다(S830).
측정된 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 방법으로는 다양한 방법이 존재할 수 있다. 이하, 비전 정보 표시 수단으로 갈바노미터(Galvanometer)(233A)와 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED) 디스플레이(233B)를 사용하는 것을 예를 들어 비전 정보를 표시하는 방법에 대하여 설명할 것이나, 이는 단지 실시 예에 불과할 뿐 사용될 수 있는 비전 정보 표시 수단이 이에 제한되는 것은 아니며, 전기신호를 측정하여 시각적으로 표시할 수 있는 장치라면 어느 것이든 사용 가능할 것이다.
우선, 비전 정보 표시 수단으로 갈바노미터(233A)를 사용하는 경우의 비전 정보 표시 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9에 도시한 바와 같이, 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 측정할 수 있는 전기신호인 전압으로 변환하고(S831), 변환된 전압은 측정이 가능한 정도의 크기로 증폭시킨 다음(S832), 갈바노미터(233A)는 증폭된 전압을 계측하고, 지침을 이동시켜 계측된 전압의 크기를 표시한다(S833).
여기에서, 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)를 이용하여 수행될 수 있다. 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)는 스트레인 게이지(220)와 비교대상인 복수의 저항들을 직렬로 연결하여 스트레인 게이지(220)에서 발생하는 저항이 변화하면 출력되는 전압이 변화하도록 구현한 회로로서, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)로부터 출력된 전압을 결과적으로 힘 센서인 스트레인 게이지(220)로부터의 출력 신호로 사용할 수 있다.
이때, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231a)로부터 출력된 전압은 매우 작기 때문에 정확한 측정을 위해 신호 증폭기(231b)를 사용하여 보통 1000∼10000배로 증폭시켜 사용하는 것이 전형적이다. 갈바노미터(233A)는 신호 증폭기(231b)의 출력단과 연결되어 신호 증폭기(231b)로부터 출력되는 증폭된 전압을 측정하고, 측정된 전압의 크기를 지침을 움직여 표시할 수 있다.
다른 실시 예로서, 도 10에 도시한 바와 같이, 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 측정할 수 있는 전기신호인 전압으로 변환하고(S834), 변환된 전압은 측정이 가능한 정도의 크기로 증폭시킨 다음(S835), 증폭된 전압에 상응하는 외력을 산출한 후(S836), 산출된 외력에 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 출력하면(S837), 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED) 디스플레이(233B)는 출력된 구동 제어 신호에 따라 상기 비전 정보를 표시한다(S838).
여기에서, 스트레인 게이지(220)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계는 전술한 바와 같이, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)(231c)를 이용하여 수행될 수 있고, 변환된 전압을 증폭시키는 단계는 신호 증폭기(231d)를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 신호 증폭기(231d)를 통해 증폭된 전압과 상응하는 외력을 산출하는 단계는 도 5에 도시한 구동 제어부(231e)를 통해 수행될 수 있고, 외력을 산출하는 것은 일 예로 기설정된 함수에 상기 전압을 대입함으로써 수행될 수 있으나, 그 산출방법이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 구동 제어부(231e)는 외력을 산출한 후, 산출된 외력에 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 저장부(미도시)로부터 읽어와서 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)로 출력한다. 여기에서, '구동 제어 신호'는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 포함된 다수 개의 발광다이오드(LED) 각각에 흐르는 전류를 제어하는 신호일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 실시 예는 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항 즉, 눈에 보이지 않는 전기신호를 눈에 보이도록 시각화하여 표시하는 것이다. 예로써, 갈바노미터(233A)가 지침의 움직임을 이용하여 스트레인 게이지(220)로부터 출력되는 저항을 시각화하였다면, 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)는 숫자 및 글자 등을 포함하는 문자 또는 특정 도형 등을 포함하는 그림을 표시하여 시각화할 수 있을 것이다. 이때, 상기 '지침의 움직임', '문자,' '도형', '그림' 등이 '비전 정보'에 해당한다.
다음, 비전 정보 표시 수단인 갈비노미터(233A) 또는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 표시된 비전 정보에 대한 이미지를 획득하고(S840), 획득한 이미지를 이용하여 상기 비전 정보에 상응하는 외력 정보를 산출하고(S850), 산출된 외력 정보를 마스터 장치(100)로 전송한다(S860).
여기에서, 상기 비전 정보에 대한 이미지를 획득하는 단계는 촬영부(240)를 이용하여 수행될 수 있다. 촬영부(240)로는 CCD(Charged Coupled Device)카메라 및 내시경(endoscope) 카메라를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지를 얻을 수 있는 기기라면 어느 것이든 사용 가능할 것이다.
촬영부(240)는 갈바노미터(233A) 또는 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)를 통해 표시된 비전 정보를 인식한 이미지를 획득한 후, 획득한 이미지를 제어부(250)로 전송할 수 있다.
제어부(250)는 촬영부(240)로부터 전송된 이미지에 대하여 공지된 영상처리 기술을 수행함으로써, 이미지에서 비전 정보를 추출할 수 있고, 추출된 비전 정보에 대응되는 외력 정보를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(250)는 갈바노미터(233A) 지침의 방향, 지침이 가리키는 눈금의 숫자 등과 같은 비전 정보를 추출하여 대응되는 외력 정보를 산출하거나 또는, 발광다이오드(LED) 디스플레이(233B)에 표시된 문자, 도형, 그림 등과 같은 비전 정보를 추출하여 대응되는 외력 정보를 산출할 수 있을 것이다.
또한, 제어부(250)는 산출된 외력 정보를 마스터 장치(100)로 전송하는데, 이때 통신부(미도시)를 이용하여 전송할 수 있다. 마스터 장치(100)는 전송받은 외력 정보를 입력부(112)로 피드백하여 조작자가 수술 도구(206, 208)에 가해진 외력을 느끼도록 구현할 수 있다.
한편, 상기에서는 촬영부(240)에 의해 획득된 비전 정보에 대한 이미지가 슬레이브 장치(200)의 제어부(250)로 전송되는 경우에 대하여 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 촬영부(240)에 의해 획득된 비전 정보에 대한 이미지는 네트워크를 통하여 마스터 장치(100)의 제어부(미도시)로 전송되도록 구현하는 것 역시 가능하다. 이때, 마스터 장치(100)의 제어부(미도시)는 촬영부(240)로부터 전송받은 비전 정보에 대한 이미지를 영상처리하여 비전 정보를 추출하고, 추출된 비전 정보를 대응되는 외력 정보로 변환하여 입력부(112)로 피드백할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 마스터 장치
112 : 입력부
114 : 표시부
200 : 슬레이브 장치
202 : 로봇 암
204 : 수술 기기
206, 208 : 수술 도구
210 : 내시경
220 : 힘 센서(force sensor)
230, 230A, 230B : 비전(vision) 정보 표시부
231, 231A, 231B : 신호 처리부
231a, 231c : 휘트스톤 브릿지
231b, 231d : 신호 증폭기
231e : 구동 제어부
233A : 갈바노미터
233B : 발광다이오드(LED) 디스플레이
240 : 촬영부
250 : 제어부

Claims (20)

  1. 수술 도구가 장착된 수술 기기가 결합되는 로봇 암을 갖는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는,
    상기 수술 기기에 부착되어 상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 힘 센서 및 상기 힘 센서와 연결되어 상기 힘 센서로부터 측정된 외력을 전달받고, 전달받은 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 비전 정보 표시부를 포함하는 외력 측정부;
    상기 비전 정보 표시부에 표시된 비전 정보에 대한 이미지를 획득하는 촬영부; 및
    상기 촬영부로부터 상기 획득한 비전 정보에 대한 이미지를 전달받아 영상처리하여 상기 이미지 내에서 비전 정보를 추출하고, 추출된 상기 비전 정보를 상응하는 외력 정보로 변환하는 제어부
    를 포함하는 수술 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 힘 센서는 스트레인 게이지(strain gauge)인 수술 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비전 정보 표시부는,
    상기 비전(vision) 정보를 표시하는 비전 정보 표시 수단; 및
    상기 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 출력된 저항을 상기 비전 정보 표시 수단이 인식 가능한 신호로 변환하고, 변환된 신호를 상기 비전 정보 표시 수단으로 전송하는 신호 처리부
    를 포함하는 수술 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비전 정보 표시 수단은 갈바노미터(galvanometer)인 수술 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스트레인 게이지로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge); 및
    상기 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)로부터 출력된 전압을 증폭시켜 출력하는 신호 증폭기
    를 포함하는 수술 로봇.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 비전 정보 표시 수단은 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED) 디스플레이인 수술 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 스트레인 게이지로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge);
    상기 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)로부터 출력된 전압을 증폭시켜 출력하는 신호 증폭기; 및
    상기 신호 증폭기로부터 출력되는 증폭된 전압을 전달받아 상기 전압과 상응하는 외력을 산출하고, 산출된 외력과 대응되는 비전 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 상기 발광다이오드(LED) 디스플레이로 출력하여 상기 비전 정보를 표시하는 구동 제어부
    를 포함하는 수술 로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는 CCD(Charged Coupled Device)카메라 및 내시경(endoscope) 카메라를 포함하는 수술 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 통신부를 통하여 상기 마스터 장치로 상기 외력 정보를 전송하는 수술 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는 상기 촬영부가 결합된 로봇 암을 더 포함하는 수술 로봇.
  11. 수술 도구가 장착된 수술 기기가 결합되는 로봇 암을 갖는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법에 있어서,
    상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 단계;
    측정된 상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 단계;
    표시된 상기 비전(vision) 정보에 대한 이미지를 획득하는 단계; 및
    획득한 이미지를 이용하여 상기 비전(vision) 정보에 상응하는 외력 정보를 산출하는 단계
    를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수술 도구에 가해지는 외력을 측정하는 단계는 상기 수술 도구가 장착된 수술 기기의 단부에 부착되는 힘 센서를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 힘 센서는 스트레인 게이지(strain gauge)인 수술 로봇의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 단계는,
    상기 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계;
    변환된 상기 전압을 증폭시키는 단계; 및
    증폭된 상기 전압을 계측하여 표시하는 단계
    를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전압을 계측하여 표시하는 단계는 갈바노미터(galvenometer)를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 외력에 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하는 단계는,
    상기 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계;
    변환된 상기 전압을 증폭시키는 단계;
    증폭된 상기 전압에 상응하는 외력을 산출하는 단계;
    산출된 외력과 대응되는 비전(vision) 정보를 표시하기 위한 구동 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    출력된 상기 구동 제어 신호에 따라 상기 비전(vision) 정보를 표시하는 단계
    를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 비전(vision) 정보를 표시하는 단계는 발광다이오드(Light Emitting Diode:LED) 디스플레이를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 출력된 저항을 전압으로 변환하는 단계는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge)를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 표시된 비전(vision) 정보에 대한 영상을 획득하는 단계는 CCD(Charged Coupled Device)카메라 및 내시경(endoscope) 카메라를 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
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