KR20150000269A - Method of added calibration for tool validation of robot for medicine - Google Patents

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KR20150000269A
KR20150000269A KR1020130072506A KR20130072506A KR20150000269A KR 20150000269 A KR20150000269 A KR 20150000269A KR 1020130072506 A KR1020130072506 A KR 1020130072506A KR 20130072506 A KR20130072506 A KR 20130072506A KR 20150000269 A KR20150000269 A KR 20150000269A
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정다운
손승우
박석훈
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현대중공업 주식회사
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1005—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means

Abstract

The present invention relates to an added calibration method for tool validation of a medical robot. The added calibration method for tool validation of a medical robot is to carry out calibration biased toward a tool of the robot once again before an operation by using the existing calibration result value of the robot tool, and to confirm a result value; and has an effect of being capable of confirming accuracy by enhancing the accuracy of a target section as the calibration is additionally conducted with regard to a specific location of the robot tool while the existing calibration regarding the medical robot is conducted. The added calibration method for tool validation of a medical robot of the present invention comprises: a step of designating a location (X_command) of an end of the robot tool; a step of measuring the location (X_command) of the end of the robot tool with an additional external location measuring sensor (X_sensor); etc.

Description

의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법{Method of added calibration for tool validation of robot for medicine}An additional calibration method for tool verification of a medical robot is disclosed.

본 발명은 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 로봇의 툴을 세정하거나 교체한 후 기존 캘리브레이션(calibration) 값을 이용하여, 수술 전 수술 작업영역에 적합한 캘리브레이션을 다시 한번 수행하고 그 결과 값을 확인하여, 수술 전 의료용 로봇의 툴의 정확도를 검증하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an additional calibration method for tool verification of a medical robot. More particularly, the present invention relates to a method of calibrating a tool for cleaning a tool of a robot by using an existing calibration value, And verifying the resultant value and verifying the accuracy of the tool of the medical robot before the operation. The present invention also relates to an additional calibration method for tool verification of a medical robot.

산업용이나 의료용으로 사용하는 로봇은 명령에 의해 언제나 같은 위치로 이동하도록 되어 있지만, 실제 로봇은 제작오차, 공구 설치 오차 등으로 설계치에 대해 완벽하게 오차 없이 만들 수 없으며, 이러한 오차들은 합쳐져 실제 작업 수행 시에 큰 오차를 발생시키므로 이러한 것을 방지하기 위해 비전 센서 등을 이용하여 다수의 점의 위치를 측정하고 측정된 점의 위치정보를 이용하여 로봇 캘리브레이션을 수행한다.Although robots used for industrial or medical use are always moved to the same position by command, actual robots can not be made perfectly without errors in design values due to manufacturing errors and tool installation errors. In order to prevent such an error, a plurality of points are measured using a vision sensor or the like, and the robot calibration is performed using the position information of the measured points.

기존 방법은 로봇에 결합된 비접촉 센서, 예를 들어 레이저 비전 센서(laser vision sensor)를 이용하여 로봇 주위에 배치된 측정지그 상의 다수 점(point)(사전에 위치정보가 알려져 있음)의 위치를 측정하고 측정된 각 점의 위치 정보를 이용하여 로봇 캘리브레이션을 수행한 후에, 로봇에 결합된 공구의 선단(tool center point)의 위치 오차를 최소화하는 방법이 사용되고 있다. 여기서, 캘리브레이션이라 함은 로봇 베이스의 위치 및 방향, 로봇의 기구학식을 지배하는 파라미터(DH파라미터)들, 공구의 설치 위치 및 방향 등을 실제와 동일하도록 예측하기 위한 것이다.Conventional methods use a non-contact sensor coupled to the robot, for example a laser vision sensor, to measure the position of a number of points (known in advance of the positional information) on the measuring jig placed around the robot And the position error of the tool center point of the tool coupled to the robot is minimized after the robot is calibrated using the position information of each of the measured points. Here, the calibration is intended to predict the position and orientation of the robot base, the parameters (DH parameters) that govern the robot's mechanics, and the installation position and orientation of the tool.

그런데 의료용 로봇의 경우, 로봇 베이스 설치 후에는 캘리브레이션이 한번 이루어지면 기구학식 파라미터들의 변화가 전혀 없지만, 상기 로봇의 플랜지에 장착되는 툴은 세정을 하거나 교체한 후에는 미세한 위치의 변화가 생겨 오차가 발생할 수 있다.However, in the case of a medical robot, once the calibration is performed after the installation of the robot base, there is no change in the kinematic parameters, but the tool mounted on the flange of the robot has a slight change in position after cleaning or replacement, .

따라서 의료용 로봇의 툴을 세정하거나 교체하여 사용할 때에는 로봇에 대한 캘리브레이션은 더 이상 필요 없지만, 상기의 이유로 오차가 발생할 수 있는 로봇 툴에 대한 캘리브레이션은 매번 다시 실행할 필요가 있다.Therefore, when the tool of the medical robot is cleaned or replaced, calibration for the robot is no longer necessary, but calibration for the robot tool, which may cause an error for the above reasons, needs to be performed again every time.

한국 등록특허공보 제10-0979304호Korean Patent Registration No. 10-0979304

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로, 의료용 로봇에서 로봇 툴을 세정하거나 교체한 후에 상기 로봇 툴의 위치에 대한 정확도를 검증하기 위해, 세정이나 교체 전의 기존 캘리브레션 값을 이용하여 수술 전 로봇 툴에 편향된 캘리브레이션을 다시 한번 수행하고 결과 값을 확인하도록 한 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and to provide a medical robot that uses an existing calibration value before cleaning or replacement to verify the accuracy of the position of the robot tool after cleaning or replacement of the robot tool. Thereby performing a calibration once again biased on the pre-operative robot tool, and confirming the resultant value. The present invention also provides an additional calibration method for tool verification of a medical robot.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법은, 의료용 로봇의 플랜지에 장착되는 툴의 캘리브레이션 방법에 있어서, 로봇 툴의 기존 캘리브레이션 결과 값을 이용하여 수술 전 로봇 툴에 편향된 캘리브레이션을 다시 한번 수행하고 결과 값을 확인하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of calibrating a tool mounted on a flange of a medical robot, the method comprising the steps of: The robot tool performs the biased calibration again and confirms the resultant value.

또 상기 추가 캘리브레이션 방법은, 명령(X_command)에 의한 로봇의 툴 끝단의 위치를 별도의 외부 위치 측정센서(X_sensor)로 측정하는 단계; 상기 단계들에서 얻어진 로봇의 툴 끝단의 데이터 일부를 러닝, 나머지를 검증(validation)에 사용하되, 상기 러닝을 통해 로봇 베이스와 상기 센서 사이의 좌표변환을 위한 파라미터를 구하고, 상기 파라미터를 통해 기존 캘리브레이션 값으로 행렬의 좌표변환(

Figure pat00001
)을 계산하는 단계; 상기 검증(validation) 데이터에 대해 명령에 의한 로봇의 툴 끝단의 위치와 좌표변환(
Figure pat00002
)을 반영하여 상기 센서에 의해 측정하는 툴 끝단의 위치를 비교함으로써, 지정한 값보다 적은 오차범위 내에 있는 경우 기존 툴 끝단의 위치 값이 정확한 것으로 보고 프로그램을 중지하는 단계; 상기 비교 단계에서 정확하지 않은 경우, 구해진 좌표변환(
Figure pat00003
) 값을 고정하여 이용하여 로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 구하고, 상기 비교 단계를 실시하여 지정한 값보다 적은 오차범위 내에 있는 경우 툴 끝단의 값이 보정된 것으로 보고 프로그램을 중지하는 단계; 및 상기 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 이용한 비교 단계에서 다시 툴 끝단의 위치 값이 정확하지 않은 경우, 로봇 툴 끝단의 데이터를 러닝과 검증에 사용하는 단계로 되돌아가 반복하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.The additional calibration method may further include measuring a position of a tool end of the robot by an instruction X_command with a separate external position sensor X_sensor; A part of data of a tool end of the robot obtained in the steps is used for running and the rest is used for validation. Parameters for coordinate transformation between the robot base and the sensor are obtained through the run, Coordinate transformation of a matrix by value (
Figure pat00001
≪ / RTI > The position of the tool end of the robot and the coordinate transformation
Figure pat00002
And comparing the position of the tool tip measured by the sensor to determine that the position value of the existing tool tip is correct if the error is within an error range smaller than the specified value; If it is not correct in the comparison step, the obtained coordinate transformation (
Figure pat00003
) Values are fixed to obtain parameters X_tip, Y_tip, and Z_tip change values at the end of the robot tool. When the comparison step is performed and the error is within an error range smaller than the specified value, the tool is regarded as being corrected and the program is stopped step; And if the position value of the tool tip is not correct again in the comparing step using the X_tip, Y_tip and Z_tip change values, the step of returning to the step of using the data of the end of the robot tool for learning and verification is repeated .

또 명령에 의해 로봇의 툴 끝단의 위치를 구하는 단계는, 미리 지정된 로봇 툴의 작업영역에서 무작위로 위치를 구하는 것이 바람직하다.It is preferable that the step of obtaining the position of the tool end of the robot by the instruction obtains the position randomly in the work area of the predetermined robot tool.

또 로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 구하는 단계는, 로봇의 툴 끝단의 데이터를 무작위로 나눠 일부를 러닝, 나머지를 검증에 사용하는 것이 바람직하다.Also, in the step of obtaining the parameter X_tip, Y_tip, and Z_tip change values at the end of the robot tool, it is preferable to use a part of the tool at the end of the robot by dividing the data at random and use the rest for verification.

로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 계산하는 단계는, 좌표변환(

Figure pat00004
) 값은 고정한 상태에서 러닝 데이터를 이용하여 계산하는 것이 바람직하다.The step of calculating the parameters X_tip, Y_tip, and Z_tip change values at the end of the robot tool may include coordinate transformation
Figure pat00004
) Value is preferably calculated using the running data in a fixed state.

본 발명의 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법에 의하면, 기존에 의료용 로봇에 대한 캘리브레이션이 수행된 상태에서 상기 로봇 툴의 특정 위치에 대한 캘리브레이션을 추가로 수행하기 때문에 필요한 구간의 정확도를 좀 더 높이면서 정확도의 확인이 가능한 효과가 있다.According to the additional calibration method for tool verification of the medical robot of the present invention, since the calibration for the specific position of the robot tool is further performed while the calibration for the medical robot is already performed, It is possible to confirm the accuracy while increasing.

또 수술 전 의료용 로봇 툴의 정확도 확인과 캘리브레이션 검증을 간단히 짧은 시간 내에 할 수 있는 효과가 있고, 외부 위치 측정센서와 로봇 베이스 사이의 좌표 변환 역시 업데이트 함으로써 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the accuracy of the medical robot tool before surgery and the verification of the calibration can be easily performed in a short time, and the coordinate conversion between the external position sensor and the robot base is also updated, thereby improving the accuracy.

도 1은 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 간략하게 나타낸 입력 및 출력도
도 2는 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 구체적으로 나타낸 순서도Brief Description of the Drawings Fig. 1 is an input and output diagram schematically showing an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention.
FIG. 2 is a flow chart specifically showing an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.

본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 설명하기에 앞서, 본 발명에서 실시하는 로봇 캘리브레이션은 외부 위치 측정센서로 로봇 툴의 끝단의 위치를 측정하여 축 보정 및 툴 보정을 하는 기술이다. 이러한 로봇 캘이브레이션의 한 방법으로 로봇의 모든 축을 움직여 툴의 끝단을 공간 상의 여러 점에 위치시킨 후 이를 위치 측정센서로 측정하여, 로봇의 설계 값으로부터 계산되는 툴 끝 단의 위치와 위치 측정센서의 측정값의 차이를 최소화하는 로봇 기구값(링크 길이, 축각도 등) 보정과 툴 보정값을 계산한다. 이때, 위치 측정센서와 로봇 좌표계 사이의 정확한 좌표 변환 관계식을 알고 있다면 보정 계산량 및 시간을 줄일 수 있고 보정 정확도를 높일 수 있다.Before describing an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention, the robot calibration performed in the present invention is a technique of performing axis correction and tool correction by measuring the position of the end of a robot tool with an external position measuring sensor to be. One of the methods of robot calibration is to move all the axes of the robot to position the end of the tool at various points in space and measure it with the position sensor. The position of the tool tip calculated from the robot design value, (Link length, axis angle, etc.) that minimizes the difference between the measured value of the robot and the tool correction value. At this time, if the exact coordinate transformation relation between the position measurement sensor and the robot coordinate system is known, the correction calculation amount and time can be reduced and the correction accuracy can be increased.

따라서 본 발명은 의료용 로봇에서 로봇의 정확도를 위해 시행하는 것으로 기존 캘리브레이션 결과 값을 이용하여, 수술 전 로봇 툴에 편향된 캘리브레이션을 다시 한번 수행하고 결과 값을 확인하는 기술에 해당한다.Therefore, the present invention is applied to the accuracy of robots in a medical robot, and corresponds to a technique of performing a biased calibration on the pre-operative robot tool once again using the result of the previous calibration and confirming the resultant value.

의료용 로봇의 경우, 기존 캘리브레이션이 수행된 상태이지만 수술 전의 툴 세정이나 교체에 의해 매번 다시 캘리브레이션을 해야 하는 단점이 있다. 기존 축과 툴 캘리브레이션 값을 기본으로 하여, 캘리브레이션을 검증하거나 툴 캘리브레이션의 수행과 측정기와 로봇 좌표계 사이의 좌표변환 관계식을 구한다면, 상대적으로 적은 툴 끝단의 데이터로도 정확도 높고 간단한 캘리브레이션이 가능하다.In the case of a medical robot, there is a disadvantage in that calibration is carried out every time by cleaning or replacing the tool before operation even though the existing calibration is performed. Based on the existing axis and tool calibration values, verifying the calibration or performing the tool calibration and obtaining the coordinate transformation relation between the measuring device and the robot coordinate system enables accurate and simple calibration even with a relatively small amount of tool tip data.

이러한 본 발명의 추가 툴 캘리브레이션을 위한 시스템의 구성으로는 로봇 암, 로봇 구동을 위한 제어기, 로봇의 플랜지에 장착되는 툴, 외부 위치 측정센서, 센서 신호처리 및 계산을 위한 제어부(컴퓨터 등)로 구성된다.The system configuration for the additional tool calibration of the present invention includes a robot arm, a controller for driving the robot, a tool mounted on the flange of the robot, an external position measurement sensor, and a controller (computer, etc.) do.

도 1은 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 간략하게 나타낸 입력 및 출력도Brief Description of the Drawings Fig. 1 is an input and output diagram schematically showing an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법은 간단하게 기존 캘리브레이션 결과 값과 수술시 로봇 툴의 작업영역을 넣는 입력(INPUT) 단계와, 로봇 베이스와 외부 위치 측정센서 사이의 좌표변환 관계를 구하고, 툴의 길이를 보정하는 단계 및, 보정된 툴의 길이를 출력(OUTPUT)하는 단계로 이루어져, 추가 캘리브레이션의 결과 값을 도출하게 된다.As shown in FIG. 1, an additional calibration method for tool verification according to the present invention includes an input step of inputting an existing calibration result value and a working area of a robot tool at the time of surgery, a robot- Calculating a coordinate transformation relationship between the tool and the tool, correcting the length of the tool, and outputting the corrected tool length, thereby deriving the result of the further calibration.

한편 본 발명의 추가 캘리브레이션이 실행되기 이전에 툴 길이를 제외한 기존 로봇의 캘리브레이션 값은 정확하다고 가정하고, 툴 길이 값이 기존 값을 가지고 있다고 가정한다.It is assumed that the calibration value of the existing robot except the tool length is accurate before the additional calibration of the present invention is executed, and that the tool length value has an existing value.

그러면 상기 입력(INPUT) 단계에서는, 별도로 구비된 외부 위치 측정센서(X_sensor)에 의해 로봇 툴의 끝단의 위치를 측정하고, 기존 캘리브레이션 결과 값(X_tip, Y_tip, Z_tip: 툴 끝단의 값, 그 외 로봇 DH 파라미터)을 이용한다.In the input step, the position of the end of the robot tool is measured by a separately provided external position sensor (X_sensor), and the existing calibration result values (X_tip, Y_tip, Z_tip: tool tip value, DH parameter).

또 상기 출력(OUTPUT) 단계에서는 로봇 베이스와 센서 사이 좌표변환을 위한 파라미터(P_x, P_y, P_z, α, β, γ)를 도출하고, 로봇의 플랜지 좌표계에 대한 툴 끝단의 위치 변화 값(△X_tip, △Y_tip, △Z_tip)을 도출한다.In the OUTPUT step, parameters P_x, P_y, P_z, α, β and γ for coordinate transformation between the robot base and the sensor are derived, and the position change value ΔX_tip of the tool tip relative to the flange coordinate system of the robot , DELTA Y_tip, DELTA Z_tip).

다음은 상기한 바와 같은 본 발명의 추가 캘리브레이션에 의한 툴의 보정 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.The following is a detailed description of the tool calibration process according to the additional calibration of the present invention as described above.

도 2는 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법을 구체적으로 나타낸 순서도를 도시한 것이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an additional calibration method for tool verification of a medical robot according to the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 추가 캘리브레이션 방법은 간단히 툴 끝단의 위치를 측정하는 단계, 좌표변환(

Figure pat00005
)을 구하고 툴 파라미터를 보정하는 단계, 비교, 반복으로 이루어진다.As shown in Figure 2, the additional calibration method according to the present invention comprises simply measuring the position of the tool tip,
Figure pat00005
), And correcting the tool parameters.

구체적으로 로봇 툴 끝단의 위치를 측정하는 단계는, 먼저 상기 로봇의 툴 끝단의 위치(X_command)를 미리 지정된 로봇 툴의 작업영역에서 무작위로(예컨대 18점 이상의 좌표) 구하는 단계와, 이후 상기 로봇의 툴 끝단의 위치를 별도의 외부 위치 측정센서(X_sensor)로 측정하는 단계로 구분되어 실시된다.Specifically, the step of measuring the position of the end of the robot tool may include a step of obtaining a position (X_command) of a tool end of the robot at random (for example, 18 points or more) in a work area of a predetermined robot tool, And measuring the position of the tip of the tool with a separate external position sensor (X_sensor).

다음에, 상기 로봇 툴의 끝단의 위치를 측정하는 단계들에서 얻어진 로봇의 툴 끝단의 데이터 일부인 2/3 정도를 러닝(Training이라고도 한다)에 사용하고, 나머지를 캘리브레이션의 검증(validation)에 사용하되, 상기 머신러닝 데이터를 통해 로봇 베이스와 상기 외부 위치 측정센서 사이의 좌표변환을 위한 파라미터(P_x, P_y, P_z, α, β, γ)를 구하고, 상기 파라미터를 통해 기존 캘리브레이션 값으로 로봇 베이스와 상기 센서 사이의 행렬로 나타내는 좌표변환(

Figure pat00006
)을 계산한다.Next, about 2/3 of the data of the tool end of the robot obtained in the steps of measuring the position of the end of the robot tool is used for running (also referred to as Training), and the rest is used for validation of calibration (P_x, P_y, P_z, α, β, γ) for coordinate transformation between the robot base and the external position measuring sensor through the machine learning data, Coordinate transformation represented by a matrix between sensors (
Figure pat00006
).

다음에, 상기 검증(validation) 데이터에 대해 명령(X_command)에 의한 로봇의 툴 끝단의 위치와, 좌표변환(

Figure pat00007
)을 반영하여 상기 센서에 의해 측정하는 툴 끝단의 위치를 비교하는 식 || X_command -
Figure pat00008
X_sensor ||<ε 지정한 값(ε)보다 적은 오차범위 내에 위치 값이 있는 경우, 기존 툴 끝단의 위치 값(X_tip, Y_tip, Z_tip)이 정확한 것으로 보고 프로그램을 중지한다.Next, the position of the tool end of the robot by the command (X_command) with respect to the validation data, the coordinate transformation (
Figure pat00007
) &Lt; / RTI &gt; to compare the position of the tool tip measured by the sensor &lt; RTI ID = 0.0 &gt; X_command -
Figure pat00008
X_sensor || <ε If there is a position value within an error range less than the specified value (ε), stop the program by assuming that the position value (X_tip, Y_tip, Z_tip) of the existing tool end is correct.

하지만 상기 식 || X_command -

Figure pat00009
X_sensor ||<ε 적용하는 비교 단계에서 기존 툴의 위치 값과 비교하여 정확하지 않은 경우, 상기 좌표변환(
Figure pat00010
) 값을 이용하여 로봇 툴 끝단의 X, Y, Z 변화 값(ΔX_tip, ΔY_tip, ΔZ_tip)을 계산하되, 로봇의 툴 끝단의 데이터 일부를 러닝, 나머지를 검증에 사용한다. 이때, 찾아낸 상기 좌표변환(
Figure pat00011
) 값은 고정한다. 이후, 상기 비교 단계의 식 || X_command -
Figure pat00012
X_sensor ||<ε 다시 적용함으로써, 지정한 값(ε)보다 적은 오차범위 내에 위치 값이 있는 경우, 툴 끝단의 위치 값(X_tip+Δ X_tip, Y_tip+Δ Y_tip, Z_tip+Δ Z_tip)이 보정된 것으로 보고 프로그램을 중지한다.However, X_command -
Figure pat00009
If it is not correct to compare with the position value of the existing tool in the comparison step applying X_sensor || <ε, the coordinate transformation
Figure pat00010
) Values are used to calculate the X, Y, Z change values (ΔX_tip, ΔY_tip, ΔZ_tip) at the end of the robot tool, and the data part of the tool end of the robot is run and the rest is used for verification. At this time,
Figure pat00011
) The value is fixed. Then, the equation || X_command -
Figure pat00012
(X_tip + ΔX_tip, Y_tip + ΔY_tip, Z_tip + ΔZ_tip) is corrected if the position value is within an error range smaller than the specified value (ε) by applying X_sensor || <ε again Stop the reporting program.

다음에, 상기 X, Y, Z 변화 값(ΔX_tip, ΔY_tip, ΔZ_tip) 계산에 의한 비교 단계에서, 다시 툴 끝단의 위치 값이 정확하지 않은 경우, 로봇 툴 끝단의 데이터를 러닝과 검증(validation)에 처음으로 사용하는 단계로 되돌아가 같은 방식으로 툴 끝단의 정확한 위치 값을 구하는 추가 캘리브레이션을 반복하게 된다.Next, in the comparison step by calculation of the X, Y, and Z change values (ΔX_tip, ΔY_tip, ΔZ_tip), if the position value of the tool tip is not correct again, data of the robot tool end is subjected to learning and validation Returning to the first used step, you repeat the additional calibration to get the exact position of the tool tip in the same way.

이러한 로봇 툴의 추가 캘리브레이션의 최적화(optimization) 방법은 particle swarm optimization을 사용하며, 이러한 particle swarm optimization은 global minimum을 찾는데 적합하다.An optimization method for further calibration of these robot tools uses particle swarm optimization, which is suitable for finding a global minimum.

이상과 같이 본 발명에 따른 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the additional calibration method for tool verification of the medical robot according to the present invention has been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments and the drawings disclosed herein, It is needless to say that various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of technical thought.

Claims (5)

의료용 로봇의 플랜지에 장착되는 툴의 캘리브레이션 방법에 있어서,
로봇 툴의 기존 캘리브레이션 결과 값을 이용하여 수술 전 로봇 툴에 편향된 캘리브레이션을 다시 한번 수행하고 결과 값을 확인하도록 한 것을 특징으로 하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법.A method of calibrating a tool mounted on a flange of a medical robot,
Wherein the pre-operation robot tool performs the biased calibration once again using the result of the previous calibration of the robot tool, and confirms the resultant value. 제1항에 있어서,
상기 추가 캘리브레이션 방법은,
로봇의 툴 끝단의 위치(X_command)를 지정하는 단계;
상기 로봇의 툴 끝단의 위치를 별도의 외부 위치 측정센서(X_sensor)로 측정하는 단계;
상기 단계들에서 얻어진 로봇의 툴 끝단의 데이터 일부를 러닝, 나머지를 검증(validation)에 사용하되, 상기 러닝 데이터를 통해 기존 캘리브레이션 값을 이용하여 로봇 베이스와 상기 센서 사이의 좌표변환을 위한 파라미터를 구하고, 상기 파라미터를 통해 행렬의 좌표변환(
Figure pat00013
)을 계산하는 단계;
상기 검증(validation) 데이터에 대해 명령에 의한 로봇의 툴 끝단의 위치와 좌표변환(
Figure pat00014
)을 반영하여 상기 센서에 의해 측정하는 툴 끝단의 위치를 비교함으로써, 지정한 값보다 적은 오차범위 내에 있는 경우 기존 툴 끝단의 위치 값이 정확한 것으로 보고 프로그램을 중지하는 단계;
상기 비교 단계에서 정확하지 않은 경우, 고정된 좌표변환() 값을 이용하여 로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 계산하고, 상기 비교 단계를 실시하여 지정한 값보다 적은 오차범위 내에 있는 경우 툴 끝단의 위치 값이 보정된 것으로 보고 프로그램을 중지하는 단계; 및
상기 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값에 의한 비교 단계에서 다시 툴 끝단의 위치 값이 정확하지 않은 경우, 로봇 툴 끝단의 데이터를 러닝과 검증에 사용하는 단계로 되돌아가 반복하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법.The method according to claim 1,
The further calibration method comprises:
Specifying a position (X_command) of a tool end of the robot;
Measuring a position of a tool end of the robot with a separate external position sensor (X_sensor);
A part of data of a tool end of the robot obtained in the above steps is used for running and the rest is used for validation and parameters for coordinate transformation between the robot base and the sensor are obtained using the existing calibration values through the running data , The coordinate transformation of the matrix (
Figure pat00013
&Lt; / RTI &gt;
The position of the tool end of the robot and the coordinate transformation
Figure pat00014
And comparing the position of the tool tip measured by the sensor to determine that the position value of the existing tool tip is correct if the error is within an error range smaller than the specified value;
If it is not correct in the comparison step, the parameter X_tip, Y_tip, and Z_tip change values at the end of the robot tool are calculated using the fixed coordinate transformation value, and if the comparison result is within the error range smaller than the specified value Stopping the program by judging that the position value of the tool end is corrected; And
If the position value of the tool tip is not correct again in the comparison step using the X_tip, Y_tip, and Z_tip change values, returning to the step of using the data at the end of the robot tool for learning and verification;
And a second calibration step of performing a calibration of the medical robot. 제2항에 있어서,
로봇의 툴 끝단의 위치를 지정하는 단계는, 미리 지정된 로봇 툴의 작업영역에서 무작위로 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of designating the position of the tool tip of the robot randomly obtains a position in a work area of a predetermined robot tool. 제2항에 있어서,
로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 계산하는 단계는, 로봇의 툴 끝단의 데이터 일부를 러닝, 나머지를 검증에 사용하는 것에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of calculating the change values of the parameters X_tip, Y_tip, and Z_tip at the end of the robot tool is performed by using a part of the data at the end of the tool of the robot as a run, Calibration method. 제4항에 있어서,
로봇 툴 끝단의 파라미터 X_tip, Y_tip, Z_tip 변화 값을 구하는 단계는, 좌표변환(
Figure pat00015
) 값은 고정한 상태에서 러닝 데이터를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법.5. The method of claim 4,
The step of obtaining the parameters X_tip, Y_tip, and Z_tip change values at the end of the robot tool includes coordinate conversion
Figure pat00015
) Is calculated using running data while the value is fixed. An additional calibration method for tool verification of a medical robot.
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