KR20160013533A - Method and device for controlling/compensating movement of surgical robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a motion control / compensation method and apparatus for a surgical robot.
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 치료하는 행위를 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.Medically, surgery refers to the act of treating a skin, mucous membrane, or other tissue using a medical device, cutting, manipulating, or manipulating the disease. Particularly, due to problems such as hemorrhage, side effects, patient's pain, scarring, etc., the incision is made by cutting the skin of the surgical site and opening, treating, And is attracting attention as an alternative.
수술 로봇 시스템은 일반적으로 마스터 로봇과 슬레이브 로봇으로 구성되며, 마스터 로봇과 슬레이브 로봇은 독립적으로 구현되거나 일체형으로 구현될 수도 있다. The surgical robot system is generally composed of a master robot and a slave robot, and the master robot and the slave robot may be implemented independently or integrally.
수술자가 마스터 로봇에 구비된 조종기(예를 들어 핸들)를 조작하면, 슬레이브 로봇의 로봇 암에 결합되거나 로봇 암이 파지하고 있는 수술도구(즉, 인스트루먼트(instrument))가 조작되어 수술이 수행된다.When the operator manipulates a manipulator (e.g., a handle) provided in the master robot, the surgical tool (i.e., an instrument) coupled to the robot arm of the slave robot or held by the robot arm is operated to perform the operation.
인스트루먼트는 의료용 트로카(trocar)를 통해 인체 내부로 삽입된다. 의료용 트로카는 일반적으로 복강에 접근하기 위해 사용되는 의료 기구로서, 의료용 트로카를 통해 복강경, 내시경 등이 신체 내부로 삽입된다.The instrument is inserted into the human body through a medical trocar. A medical trocar is a medical device commonly used to access the abdominal cavity. A medical trocar is used to insert a laparoscope, an endoscope, etc. into the body.
종래 기술에 따른 수술 로봇 시스템은 인스트루먼트 등이 의료용 트로카를 통해 인체 내부로 삽입되어 수술을 수행하는 도중, 슬레이브 로봇의 위치를 이동시키고자 하는 경우 인스트루먼트 등을 인체로부터 인출하고 슬레이브 로봇의 위치를 이동시킨 후 다시 인스트루먼트 등을 의료용 트로카를 통해 인체 내부로 삽입하여 수술을 재개하도록 구성되어 있었다.In the conventional surgical robot system, when an instrument or the like is inserted into the human body through a medical trocar and the slave robot is moved during the operation, when the instrument or the like is taken out of the human body and the slave robot is moved Then, the instrument was inserted into the human body through a medical trocar to restart the operation.
이는, 인스트루먼트 등이 의료용 트로카를 통해 인체 내부에 삽입된 상태에서 슬레이브 로봇을 이동시키는 경우, 슬레이브 로봇의 이동 궤적에 따라 인스트루먼트 등도 함께 이동되므로 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태인 환자에게 심각한 문제를 야기할 수 있기 때문이다.This is because, when the slave robot is moved while the instrument or the like is inserted into the human body through the medical trocar, the instrument or the like is moved along with the movement locus of the slave robot. Therefore, a serious problem It is because it can cause.
그러나 슬레이브 로봇의 이동을 위해 인스트루먼트 등을 인체로부터 인출하고 슬레이브 로봇의 이동 완료 후 인스트루먼트 등을 인체 내부로 다시 삽입하는 과정에 많은 시간이 소요되고, 이는 결과적으로 수술 시간의 장기화를 초래하며, 고도의 긴장 상태에서 수술을 진행하는 의사에게 심각한 피로감을 유발시키는 문제점이 있다. However, in order to move the slave robot, it takes a lot of time to pull out the instrument from the human body and insert the instrument back into the human body after completing movement of the slave robot. As a result, the operation time is prolonged, There is a problem that the physician who is undergoing the surgery in a tense state causes severe fatigue.
따라서, 수술 진행 중에 자유로운 이동이 가능한 수술용 로봇 시스템의 개발이 요구된다. 이는, 이동부가 구비된 본체(하체부)와 로봇 암들이 장착된 부분(상체부)으로 구성된 수술용 로봇을 도킹(docking)하는 과정에서 수술용 로봇 본체를 약간 이동시키려면, 종래의 수술 로봇 시스템의 경우 로봇 암에 장착된 인스트루먼트들을 모두 제거하여 도킹 해제(undocking)한 후에 수술용 로봇 본체를 이동시키게 되며 이후 다시 인스트루먼트를 꽂는 도킹 과정을 거쳐야 한다. 그러나, 수술용 로봇 본체(즉 하체부)가 움직이더라도 로봇 암이 장착된 상체부가 회전과 이동을 할 수 있다면 도킹 해제 및 재도킹 과정을 단축 또는 생략할 수 있을 것이다.Therefore, it is required to develop a surgical robot system that can move freely while the operation is proceeding. This is because, in order to slightly move the surgical robot main body in the process of docking the surgical robot composed of the body (lower body part) provided with the moving part and the part (upper body part) equipped with the robot arms, It is necessary to remove all the instruments mounted on the robot arm, undock the robot arm, move the surgical robot main body, and then dock the instrument again. However, even if the robot body (i.e., the lower body) of the surgical robot moves, if the upper body equipped with the robot arm can rotate and move, the docking and re-docking process may be shortened or omitted.
또한, 종래의 수술 로봇 시스템의 이동 방법은 수술자 또는 수술 보조자가 수동으로 슬레이브 로봇을 이동시켜야 하는 불편함도 있었다.In addition, in the conventional moving method of the surgical robot system, the operator or the operation assistant has to manually move the slave robot.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
본 발명은, 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태에서 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시킬 수 있는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a motion control / compensation method and apparatus for a surgical robot capable of moving a surgical robot to a proper position while an instrument or the like is inserted into a human body.
또한 본 발명은 환자에 대한 수술 진행 중에 수술용 로봇의 위치를 이동시키고자 하는 경우 수술자의 제어 명령에 따라 적절한 위치로 수술용 로봇이 자유롭게 이동될 수 있도록 하는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a motion control / compensation method for a surgical robot, which allows a surgical robot to freely move to a proper position according to a control command of a surgical operator when moving the position of the surgical robot during a surgical operation on a patient, Device.
또한, 본 발명은 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 수술용 로봇의 이동에 의해 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있는 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
The present invention also provides a motion control / compensation method and apparatus for a surgical robot which can change the relative position of a robot arm to a surgical procedure by moving a surgical robot without docking the robot arm will be.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 변위량 해석부와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a motion compensation apparatus for a surgical robot having a surgical treatment unit to which a surgical instrument is mounted on one side of a main body, An image information generation unit for generating corresponding image information; a recognition point information analysis unit for generating analysis information on a distance and an angle between a recognition point recognized in each of the image information corresponding to the image frames of the designated order and a predetermined reference point A displacement amount analyzing unit that generates displacement amount information on a distance and an angle between two pieces of analysis information in which the order of creation is consecutive; And a control command generation and output unit for generating and outputting a control command for the surgical robot / RTI >
카메라부는 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다.The camera unit may be provided on one side of the surgical treatment unit.
본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있다.A lower portion of the main body may be provided with a moving unit for moving the main body in an arbitrary direction.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커 또는 영상 정보에 포함되도록 촬상된 미리 지정된 특징점이 카메라부에 의해 촬영되어 객체(object)로 인식되도록 영상 프레임에 포함된 객체(object)일 수 있다.The recognition point may be an identification marker formed on one side of the medical trocar or an object included in an image frame such that predetermined feature points captured to be included in the image information are captured by the camera unit and recognized as an object .
수술 처리부와 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 결합부는 제어 명령에 상응하여 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비할 수 있다.One side of the surgical treatment unit and the main body may be coupled to each other via a coupling unit, and the coupling unit may include a motor assembly for rotating and horizontally moving the surgical treatment unit in accordance with a control command.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a surgical robot comprising: a moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction; a communication unit for receiving a position moving command for moving the moving unit; And a movement operation unit for generating a control signal for causing the movement unit to move along a predetermined movement path and outputting the control signal to the movement unit.
수술용 로봇은 위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있고, 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.The surgical robot may further include a storage unit for storing movement information related to a moving direction and a moving distance of the moving unit so as to match the position moving command, and the control signal may cause the moving unit to be operated according to the moving information corresponding to the position moving command Signal.
이동 정보는 미리 설정된 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.The movement information may include information about a movement direction and a movement distance for movement between a plurality of virtual path points included in a preset movement path.
미리 설정된 이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 이동 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.The predetermined movement route is recognized by recognition means provided in the surgical robot and is displayed as a fluorescent paint on the floor or the ceiling of the operating room to be moved following the recognized movement route, Or magnetic rails.
수술용 로봇은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함할 수 있고, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.The surgical robot may further include a sensor for detecting the presence of an object close to the surroundings and outputting a sensing signal. The movement operation unit may include a stop command for stopping the movement of the moving unit when the sensing signal is outputted from the sensor, Or stop generation and output of control signals for the moving operation of the moving part.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 이동부를 이용한 이동 조작을 위해 수술용 로봇에 대해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단하는 외력 검출부와, 외력 검출부의 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 경우, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부와, 외력 검출부의 판단에 의해 외력의 가해짐이 종료된 것으로 판단되면, 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정을 수행하는 경로 재설정부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surgical robot comprising: a moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction; a communication unit for receiving a position moving command for moving the moving unit; An external force detection unit for determining whether a force is externally applied to the surgical robot for manipulation; and an external force detection unit for determining whether or not the external force is applied to the surgical robot, A movement control unit for generating a movement control signal for outputting the motion control signal to the movement unit and for resetting a preset movement path for movement according to the position movement command when it is determined that the external force is finished by the external force detection unit There is provided a surgical robot including a path resetting unit.
이동 조작부는 외력 검출부의 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면, 외력이 가해지지 않는 것으로 판단될 때까지 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.If it is determined that the external force is present due to the determination of the external force detection unit, the movement control unit may stop generating and outputting the movement control signal until it is determined that no external force is applied.
경로 재설정부는 이동 경로의 재설정을 위해, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하도록 생성된 영상 정보를 이용하여 관심 영역의 센터점과 촬영 영역의 센터점이 일치되지 않는 경우 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력할 수 있다.When the center point of the ROI and the center point of the ROI are not coincident with each other using the image information generated so as to correspond to the provided video signal by photographing the surgical site from the camera unit, the path re- And generate a return control signal for a moving operation of the moving part so that the surgical robot is moved to the matching position and output it to the moving part.
경로 재설정부는 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되지 않는 경우, 외력의 가해짐에 의해 촬영 영역의 센터점에서 관심 영역의 센터점이 멀어진 방향의 역방향으로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.When the ROI is not recognized in the imaging area, the path re-setting unit returns to the moving operation of the MOV to move the surgical robot in a direction opposite to the direction in which the center point of the ROI is distant from the center point of the ROI, A control signal can be generated and output.
경로 재설정부는 미리 설정된 복수의 이동 경로들 중 외력의 존재에 의해 이동된 현재 위치에 가장 근접된 이동 경로를 위치 이동 명령에 따른 이동 경로로 재설정할 수 있다.The path re-setting unit may reset the movement path closest to the current position moved by the presence of the external force among the plurality of movement paths set in advance to the movement path according to the position movement command.
수술용 로봇은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함할 수 있고, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.The surgical robot may further include a sensor for detecting the presence of an object close to the surroundings and outputting a sensing signal. The movement operation unit may include a stop command for stopping the movement of the moving unit when the sensing signal is outputted from the sensor, Or stop generation and output of the movement control signal for the moving operation of the moving part.
수술용 로봇은 위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있고, 이동 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.The surgical robot may further include a storage unit for storing movement information related to a moving direction and a moving distance of the moving unit so that the moving robot can operate in accordance with the position moving command, Lt; / RTI >
이동 정보는 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.The movement information may include information about a movement direction and a movement distance for movement between a plurality of virtual path points included in the movement path.
이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 이동 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.The movement path is recognized by recognition means provided in the surgical robot and displayed as a fluorescent paint on the floor or the ceiling of the operating room to be moved following the recognized movement path, Rail.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇의 위치 이동 조작을 수행하는 조작 유닛에 있어서, 천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 디스플레이부와, 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 목적지 위치를 지정하기 위한 입력부와, 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위한 변환 기준 정보가 저장되는 저장부와, 수술용 로봇의 현재 위치, 목적지 위치 및 변환 기준 정보를 이용하여 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하는 이동 정보 생성부와, 위치 이동 정보에 상응하는 위치 이동 명령을 생성하여 수술용 로봇에 제공하는 명령 생성부를 포함하는 조작 유닛이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an operation unit for performing a position shifting operation of a surgical robot, comprising: a display unit for displaying image information photographed by a ceiling camera unit; A storage unit for storing conversion reference information for movement from a current position of the surgical robot to a destination position with reference to image information; a storage unit for storing current position, destination position, A movement information generating unit for generating position movement information for moving the surgical robot to a destination position using the conversion reference information, a command generation unit for generating a position movement command corresponding to the position movement information and providing the position movement command to the surgical robot, An operation unit is provided.
조작 유닛은, 수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 자세정보 생성부를 더 포함하되, 명령 생성부는 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령을 더 생성하여 수술용 로봇에 제공할 수 있다.The operation unit may further include an orientation information generating unit for generating orientation information for allowing the front surface of the surgical robot to be positioned in a direction toward the operating table or in a direction specified by the user, A control command can be further generated and provided to the surgical robot.
변환 기준 정보는 영상 정보를 이용하여 지정되는 현재 위치와 목적지 위치간의 픽셀간 거리 및 각도를 수술용 로봇이 수술실 내에서 이동될 거리 및 각도로 변환하기 위한 정보일 수 있다.The conversion reference information may be information for converting the distance and angle between pixels between the current position and the destination position designated by using the image information into the distance and angle at which the surgical robot moves in the operating room.
수술용 로봇은, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함할 수 있다. The surgical robot includes a moving part for moving the surgical robot in an arbitrary direction, a communication part for receiving a position moving command for moving the moving part, and a moving part moving along a predetermined moving path according to the position moving command. And outputting the generated control signal to the moving unit.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함할 수 있다. 도한, 이동부는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.The moving part may include an omni-directional wheel. Also, the moving part may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
조작 유닛은, 수술용 로봇에 통신망을 통해 결합된 마스터 로봇에 구비되거나, 수술용 로봇에 직접 결합되는 조작 패널 등 중 하나 이상일 수 있다.
The operation unit may be at least one of a master robot coupled to the surgical robot through a communication network, an operation panel directly coupled to the surgical robot, and the like.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 저장부와, 움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 통신부와, 목적 회전각 정보에서 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a surgical robot to which a surgical treatment unit is attached to which a surgical instrument is mounted on one side of a main body, comprising: a moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction; A storage unit for storing target rotation angle information according to a position movement command for the position movement of the surgical robot, a communication unit for receiving rotation angle information according to a surgical site image analysis from the motion compensation apparatus, And a movement operation unit for generating a control signal for operating the movable unit to move along the preset movement path until the remaining rotation angle information obtained by subtracting the respective information becomes 0 do.
저장부에 위치 이동 명령에 부합되도록 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 미리 저장하는 경우, 이동 조작부는 움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하고, 오차범위 내에서 불일치하는 경우 이동부의 이동 조작을 중지할 수 있다. In the case where the movement information related to the movement direction, the movement distance and the rotation angle between the virtual path points constituting the movement path is stored in advance in the storage unit in accordance with the position movement command, the movement operation unit receives the rotation angle information received from the motion compensation apparatus It is possible to determine whether or not the rotation angle included in the movement information coincides with within the error range, and to stop the movement operation of the movement unit if there is a mismatch within the error range.
또한, 이동 조작부는 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신될 때까지 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신한 후 이동부가 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개할 수 있다.Also, the moving operation unit may include an operation control unit for updating the remaining rotation angle information by reflecting the received total rotation angle information until a rotation angle of zero is received from the motion compensation device, and then moving the movement unit along the movement path Can be resumed.
움직임 보상 장치는, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 미리 설정된 기준선에 따른 각도 변화에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 각도에 관한 변위량 정보를 이용하여 회전각 정보를 산출하는 회전각 산출부를 포함할 수 있다.
The motion compensation apparatus includes an image information generation unit that generates image information corresponding to a video signal obtained by photographing a surgical site from a camera unit and a recognition point recognition unit that recognizes recognition points of the image information corresponding to the image frames of the designated order, A recognition point information analyzing unit that generates analysis information on an angle change according to a preset reference line between preset reference points, a rotation calculating unit that calculates rotation angle information using displacement amount information about the angle between two consecutive analysis information And may include each calculation unit.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 처리부를 구비한 수술용 로봇을 포함하는 수술용 로봇 시스템에 있어서, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위해 상기 수술용 로봇에 구비되는 이동부와, 인식 마커의 위치를 인식하여 지정된 목적지 위치로 수술용 로봇을 이동시키기 위해 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량에 관한 정보를 생성하는 트래킹 유닛과, 생성된 정보로부터 결정된 이동방향 및 이동량에 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇 시스템이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a surgical robot system including a surgical robot having a surgical treatment unit on which a surgical instrument is mounted, the surgical robot system comprising: A tracking unit for generating information on a moving direction and a moving amount of the surgical robot for recognizing the position of the recognition marker and moving the surgical robot to a designated destination position, And a movement operation unit for generating and outputting a control signal for causing the movement unit to move in accordance with the movement amount.
트래킹 유닛은 옵티컬 트래커(optical tracker) 및 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The tracking unit may include one or more of an optical tracker and a magnetic tracker.
수술용 로봇 시스템은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서를 더 포함하되, 이동 조작부는 센서로부터 센싱 신호가 출력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지할 수 있다.The surgical robot system further includes a sensor for detecting the presence of an object close to the surroundings and outputting a sensing signal. When a sensing signal is outputted from the sensor, the movement operation unit outputs a stop command for stopping the movement of the moving unit to the moving unit Or stop generating and outputting the control signal for the moving operation of the moving part.
이동부는 옴니휠을 포함할 수 있고, 또는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.
The moving part may include an omni wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 처리부가 결합된 수술용 로봇의 움직임 보상 장치에 있어서, 지정된 인식 차수별로 인식되는 인식 마커의 위치인 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하고, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 트래킹 유닛과, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 제어명령 생성 및 출력부를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a motion compensation apparatus for a surgical robot having a surgical treatment section to which a surgical instrument is mounted on one side of a main body, the motion compensation apparatus comprising a recognition point, which is a position of a recognition marker, A tracking unit which generates analysis information on distances and angles between predetermined reference points and generates displacement amount information on the distance and angle between two consecutive analysis information in the order of generation; And a control command generation and output unit for generating and outputting a control command for adjusting the position of the surgical processing unit to be zero.
트래킹 유닛은 상기 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있으며, 본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있다. The tracking unit may be provided on one side of the surgical treatment unit, and a moving unit for moving the body unit in an arbitrary direction may be provided on a lower portion of the body unit.
인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커가 인식된 위치를 나타내는 지점일 수 있으며, 수술 처리부와 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 결합부는 제어 명령에 상응하여 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비할 수 있다.
The recognition point may be a point indicating a position where the recognition marker formed on one side of the medical trocar is recognized, and one side of the surgical treatment unit and the main body unit are coupled to each other through the coupling unit, And a motor assembly for allowing the motor assembly to be rotated and horizontally moved.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 움직임 보상 장치에서 수행되는 수술용 로봇의 움직임에 대한 보상 방법으로서, 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 단계와, 지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 단계와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 단계와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a compensation method for motion of a surgical robot performed by a motion compensation device, comprising: generating image information corresponding to a video signal obtained by photographing a surgical site from a camera unit; The method comprising the steps of: generating analysis information on a distance and an angle between a recognition point recognized in each of the image information corresponding to the image frames of the image frames and a preset reference point; And generating and outputting a control command for adjusting the position of the surgical processing unit so that the displacement amount of the distance and the angle included in the displacement amount information is zero and outputting the control command. / RTI >
수술용 로봇은 본체부와 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합되어 구성되고, 카메라부는 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다. The surgical robot may be configured such that a surgical treatment unit including a surgical instrument is coupled to one side of the main body and the main body, and the camera unit may be provided on one side of the surgical treatment unit.
본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있다.A lower portion of the main body may be provided with a moving unit for moving the main body in an arbitrary direction.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커 또는 영상 정보에 포함되도록 촬상된 미리 지정된 특징점이 카메라부에 의해 촬영되어 객체(object)로 인식되도록 영상 프레임에 포함된 객체(object)일 수 있다.The recognition point may be an identification marker formed on one side of the medical trocar or an object included in an image frame such that predetermined feature points captured to be included in the image information are captured by the camera unit and recognized as an object .
수술 처리부와 본체부의 일 측은 결합부를 매개로 하여 상호 결합되고, 결합부는 제어 명령에 상응하여 수술 처리부가 회전 및 수평 방향으로 이동 조정되도록 하기 위한 모터 조립체를 구비할 수 있다.
One side of the surgical treatment unit and the main body may be coupled to each other via a coupling unit, and the coupling unit may include a motor assembly for rotating and horizontally moving the surgical treatment unit in accordance with a control command.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of moving a surgical robot having a moving part for moving a surgical robot in an arbitrary direction, the method comprising: receiving a position movement command for moving a moving part; Generating a control signal for moving the moving part along a predetermined moving path according to the position moving command, and outputting the generated control signal to the moving part.
수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법은 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센싱 신호가 입력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계를 더 포함할 수도 있다.The method for locating a surgical robot includes the steps of: determining whether a sensing signal is input from a sensor for sensing a proximity of an object and outputting a sensing signal; stopping a moving operation of the moving unit when a sensing signal is input; Outputting a stop command for the moving unit to the moving unit or stopping the generation and output of the control signal for the moving operation of the moving unit.
미리 설정된 이동 경로가 폐곡선(closed curve) 형상인 경우, 출력하는 단계는, 현재 위치로부터 위치 이동 명령에 따른 위치까지의 이동 거리를 시계방향의 이동 거리와 반시계 방향으로 이동 거리로 각각 산출하는 단계와, 각각 산출된 이동 거리 중 상대적으로 짧은 이동 거리의 이동 방향으로 이동부가 이동 경로를 따라 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.When the predetermined movement path is in the form of a closed curve, the step of outputting includes calculating a movement distance from the current position to a position corresponding to the position movement command as a movement distance in a clockwise direction and a movement distance in a counterclockwise direction, respectively And generating a control signal for causing the moving part to be moved along the moving path in a moving direction of the relatively short moving distance among the calculated moving distances, and outputting the control signal to the moving part.
위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장되고, 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.The movement information on the movement direction and the movement distance of the movement unit may be stored in advance in the storage unit in accordance with the position movement command and the control signal may be a signal that causes the movement unit to be operated according to the movement information corresponding to the position movement command.
이동 정보는 미리 설정된 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.The movement information may include information about a movement direction and a movement distance for movement between a plurality of virtual path points included in a preset movement path.
미리 설정된 이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 이동 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.The predetermined movement route is recognized by recognition means provided in the surgical robot and is displayed as a fluorescent paint on the floor or the ceiling of the operating room to be moved following the recognized movement route, Or magnetic rails.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 상기 수술용 로봇의 이동 경로 결정 방법으로서, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 이동부를 이용한 이동 조작을 위해 수술용 로봇에 대해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단하는 단계와, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 경우 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계와, 판단에 의해 외력이 가해진 후 외력의 가해짐이 종료된 것으로 판단되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 이동 경로 결정 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of determining a movement path of a surgical robot having a movement unit for moving a surgical robot in an arbitrary direction, the method comprising: receiving a position movement command for a movement operation of the movement unit; A step of determining whether a force is externally applied to the surgical robot for a moving operation using the moving part, and a step of moving the moving part along a predetermined moving path according to a position moving command, And outputting the generated movement control signal to the movement unit; and resetting the preset movement path for movement according to the position movement command if it is determined that the external force is finished after the external force is applied There is provided a method of determining a movement route of a surgical robot.
이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계와, 외력의 존재가 유지되는지 여부를 판단하는 단계와, 외력의 가해짐이 종료되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계와, 재설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of resetting the movement path includes a step of stopping the generation and output of the movement control signal when it is determined that an external force exists, a step of determining whether or not the existence of the external force is maintained, Resetting a predetermined movement path for movement according to the position movement command and generating a movement control signal for moving the movement part along the reset movement path and outputting the motion control signal to the movement part.
이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하는 것으로 판단되면 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계와, 외력의 존재가 유지되는지 여부를 판단하는 단계와, 외력의 가해짐이 종료되면 위치 이동 명령에 따른 이동을 위한 미리 설정된 이동 경로의 재설정하는 단계와, 재설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of resetting the movement path includes a step of stopping the generation and output of the movement control signal when it is determined that an external force exists, a step of determining whether or not the existence of the external force is maintained, Resetting a predetermined movement path for movement according to the position movement command and generating a movement control signal for moving the movement part along the reset movement path and outputting the motion control signal to the movement part.
이동 경로를 재설정하는 단계는, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 인식되면 카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하도록 생성된 영상 정보를 이용하여 관심 영역의 센터점과 촬영 영역의 센터점이 일치되는지 판단하는 단계와, 일치되지 않으면 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of re-establishing the movement path may further comprise the steps of capturing a surgical site from the camera unit and recognizing that there is no external force, And generating a return control signal for a moving operation of the moving part so that the surgical robot is moved to a position where the center points coincide if the center points do not coincide with each other and outputting the return control signal to the moving part.
출력하는 단계는, 일치되지 않는 경우, 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되는지 여부를 판단하는 단계와, 관심 영역이 인식되지 않으면, 외력의 가해짐에 의해 촬영 영역의 센터점에서 관심 영역의 센터점이 멀어진 방향의 역방향으로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계와, 각 센터점이 일치되지 않고 촬영 영역 내에서 관심 영역이 인식되면, 각 센터점이 일치하는 위치로 수술용 로봇이 이동되도록 이동부의 이동 조작을 위한 복귀 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of outputting includes the steps of: determining whether the region of interest is recognized in the shooting region if the region of interest is not matched; determining whether the center point of the region of interest is at the center point of the shooting region Generating and outputting a return control signal for a moving operation of the moving part so that the surgical robot is moved in a direction opposite to the moving direction and outputting a return control signal for moving the moving part when the center point coincides with each other, And generating a return control signal for a moving operation of the moving part so that the surgical robot is moved to the moving part.
수술용 로봇의 경로 복귀 조작 방법은 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 단계와, 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 인식되면, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 이동 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for restoring a path of a surgical robot, the method comprising the steps of: receiving a position movement command for a movement operation of a movement part; and, if it is recognized that an external force does not exist, And outputting the generated motion control signal to the movement unit.
수술용 로봇의 경로 복귀 조작 방법은, 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센서로부터 센싱 신호가 입력되면, 이동부의 이동 조작을 위한 이동 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하거나 이동 제어 명령에 따른 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method of restoring a path of a surgical robot includes the steps of: determining whether a sensing signal is input from a sensor that senses the presence of an object close to the surroundings and outputs a sensing signal; Outputting a stop command for stopping the generation and output of the movement control signal for the operation or stopping the movement operation of the movement unit according to the movement control command to the movement unit.
위치 이동 명령에 부합되도록 이동부의 이동 방향 및 이동 거리에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장되고, 이동 제어 신호는 위치 이동 명령에 부합되는 이동 정보에 따라 이동부가 조작되도록 하는 신호일 수 있다.The movement information related to the movement direction and the movement distance of the movement unit may be stored in advance in the storage unit in accordance with the position movement command and the movement control signal may be a signal that causes the movement unit to be operated according to the movement information corresponding to the position movement command.
이동 정보는 이동 경로에 포함된 복수의 가상 경로점간의 이동을 위한 이동 방향 및 이동 거리에 관한 정보를 포함할 수 있다.The movement information may include information about a movement direction and a movement distance for movement between a plurality of virtual path points included in the movement path.
이동 경로는 수술용 로봇이 구비한 인식 수단에 의해 인식하고 인식된 경로를 추종하여 이동되도록 수술실 바닥 또는 천정에 형광 도료로 도시되거나, 수술용 로봇이 유도되어 이동되도록 수술실 바닥 하부에 자석 또는 자기 레일로 형성될 수 있다.The movement route is recognized by recognition means provided in the surgical robot and is displayed as a fluorescent paint on the floor or the ceiling of the operation room so as to be moved following the recognized route. Alternatively, a magnet or a magnetic rail As shown in FIG.
이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하거나, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
The moving part may include an omni-directional wheel, or may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 조작 유닛이 수행하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법에 있어서, 천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 단계와, 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 목적지 위치를 입력받는 단계와, 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위해 미리 저장된 변환 기준 정보와, 수술용 로봇의 현재 위치 및 목적지 위치를 이용하여 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하여 수술용 로봇으로 전송하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.According to yet another embodiment of the present invention, there is provided a method of operating a position of a surgical robot performed by an operation unit, the method comprising: displaying image information photographed by a ceiling camera unit; A step of receiving input of a destination position of the robot and a step of receiving the conversion reference information stored in advance for movement from the current position of the surgical robot to the destination position and the current position and the destination position of the surgical robot, Generating position movement information for allowing the robot to move to a destination position, and transmitting the generated position movement information to the surgical robot.
수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 단계를 더 포함하되, 생성된 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령이 더 생성되어 수술용 로봇으로 전송될 수 있다.Further comprising the step of generating posture information for allowing the front side of the surgical robot to be positioned in the direction toward the operating table or in a direction specified by the user, wherein an attitude control command corresponding to the generated posture information is further generated, The robot can be transmitted to the robot.
변환 기준 정보는 영상 정보를 이용하여 지정되는 현재 위치와 목적지 위치간의 픽셀간 거리 및 각도를 수술용 로봇이 수술실 내에서 이동될 거리 및 각도로 변환하기 위한 정보일 수 있다.The conversion reference information may be information for converting the distance and angle between pixels between the current position and the destination position designated by using the image information into the distance and angle at which the surgical robot moves in the operating room.
수술용 로봇은, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부와, 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부와, 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함할 수 있다.The surgical robot includes a moving part for moving the surgical robot in an arbitrary direction, a communication part for receiving a position moving command for moving the moving part, and a moving part moving along a predetermined moving path according to the position moving command. And outputting the generated control signal to the moving unit.
조작 유닛은, 수술용 로봇에 통신망을 통해 결합된 마스터 로봇에 구비되거나, 수술용 로봇에 직접 결합되는 조작 패널 등 중 하나 이상일 수 있다.
The operation unit may be at least one of a master robot coupled to the surgical robot through a communication network, an operation panel directly coupled to the surgical robot, and the like.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부를 구비하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 단계와, 움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 단계와, 목적 회전각 정보에서 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 이동부로 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for moving a surgical robot, the surgical robot having a moving part for moving the surgical robot in an arbitrary direction, A step of storing rotation angle information, receiving rotation angle information according to an analysis of a surgical site image from the motion compensation device, and calculating a residual rotation angle information obtained by subtracting rotation angle information from the target rotation angle information, Generating a control signal for operating the mobile unit to move along a predetermined movement path until the mobile unit moves to a predetermined position, and outputting the generated control signal to the mobile unit.
위치 이동 명령에 부합되도록 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장된 경우,When the movement information about the movement direction, the movement distance and the rotation angle between the virtual path points constituting the movement path so as to match the position movement command is stored in advance in the storage unit,
움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하는 단계와, 오차범위 내에서 일치하지 않는 경우 이동부의 이동 조작을 중지하는 단계가 더 포함될 수도 있다. Determining whether or not the rotation angle information received from the motion compensation device agrees with the rotation angle included in the movement information within an error range, and stopping the movement operation of the movement unit if the rotation angle information does not match within the error range have.
또한, 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신되는지 여부를 판단하는 단계와, 0의 회전각이 수신된 경우, 이동부의 이동 조작이 중지된 이후부터 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신하는 단계와, 이동부가 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개하는 단계가 더 포함될 수도 있다.
The method may further include the steps of: determining whether a zero rotation angle is received from the motion compensation device; and if the zero rotation angle is received, reflecting the total rotation angle information received after the movement of the moving unit is stopped Updating the remaining rotation angle information, and restarting operation control for moving the moving part along the movement path.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 수술용 로봇 시스템에서 수행되는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법으로서, 인식 마커의 위치를 인식하는 단계와, 인식된 인식 마커의 위치를 참조하여, 지정된 목적지 위치로 수술용 로봇을 이동시키기 위해 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량에 관한 정보를 생성하는 단계와, 생성된 정보로부터 결정된 이동방향 및 이동량에 따라 수술용 로봇에 구비된 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of operating a robot for surgical operation performed in a surgical robot system, comprising the steps of: recognizing a position of a recognition marker; referring to a position of a recognized recognition marker, A step of generating information on a moving direction and a moving amount of the surgical robot to move the surgical robot to a predetermined position and a moving direction of the surgical robot, And outputting the generated position information to the robot.
트래킹 유닛은 옵티컬 트래커(optical tracker) 및 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The tracking unit may include one or more of an optical tracker and a magnetic tracker.
수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법은, 주변에 근접된 물체의 존재를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센서로부터 센싱 신호가 입력되는지 여부를 판단하는 단계와, 센서로부터 센싱 신호가 입력되면 이동부의 이동 조작을 중지하기 위한 중지 명령을 이동부로 출력하거나, 이동부의 이동 조작을 위한 제어 신호의 생성 및 출력을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method of moving a surgical robot, the method comprising the steps of: determining whether a sensing signal is input from a sensor that senses the presence of an object proximate to the sensor and outputs a sensing signal; Outputting a stop command for stopping the movement of the moving part to the moving part or stopping the generation and output of the control signal for the moving operation of the moving part.
이동부는 옴니휠을 포함할 수 있고, 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현될 수도 있다.
The moving part may include an omni wheel, and may be implemented by at least one of a magnetic levitation method and a ball wheel method.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 움직임 보상 장치에서 수행되는 수술용 로봇의 움직임에 대한 보상 방법으로서, 지정된 인식 차수별로 인식되는 인식 마커의 위치인 인식점과 미리 설정된 기준점간의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성하는 단계와, 생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성하는 단계와, 변위량 정보에 포함된 거리 및 각도의 변위량이 0(zero)이 되도록 수술 처리부의 위치 조정을 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 움직임 보상 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of compensating for movement of a surgical robot performed in a motion compensation device, the method comprising the steps of: calculating a distance and an angle between a recognition point, which is a position of a recognition marker recognized by a specified recognition degree, Generating displacement information on a distance and an angle between two consecutive analysis information in the order of generation; calculating a distance and an amount of displacement included in the displacement amount information to 0 (zero) And generating and outputting a control command for adjusting the position of the surgical robot.
수술용 로봇은 본체부와 상기 본체부의 일 측에 수술용 인스트루먼트(instrument)를 포함하는 수술 처리부가 결합되어 구성되고, 트래킹 유닛은 수술 처리부의 일 측에 구비될 수 있다.The surgical robot may include a main body and a surgical treatment unit including a surgical instrument on one side of the main body, and the tracking unit may be provided on one side of the surgical treatment unit.
본체부의 하부에는 본체부가 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부가 구비될 수 있고, 인식점은 의료용 트로카의 일 측에 형성된 인식 마커가 인식된 위치를 나타내는 지점일 수 있다.
A lower portion of the main body may be provided with a moving portion for moving the body portion in an arbitrary direction, and the recognition point may be a point indicating a recognition position of the recognition marker formed on one side of the medical trocar.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 실시예에 따르면, 인스트루먼트 등이 인체 내부에 삽입된 상태에서 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 사전 및 사후 절차를 별도로 요하지 않으며, 따라서 수술 시간의 단축 및 의사의 피로감을 경감시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the surgical robot can be moved to a proper position in a state where an instrument or the like is inserted into the human body, there is no need for a pre- and post-procedure for positional movement of the surgical robot, The time can be shortened and the fatigue of the doctor can be alleviated.
또한 수술용 로봇을 적절한 위치로 이동시키기 위해 수술자 및/또는 수술 보조자가 수동으로 수술용 로봇을 이동시킬 필요 없이 제어 명령의 입력만으로도 수술용 로봇이 적절한 위치로 이동할 수 있도록 하는 효과도 있다.In addition, in order to move the surgical robot to a proper position, there is also an effect that the surgical robot can be moved to a proper position only by inputting a control command without requiring the operator and / or the surgical assistant to manually move the surgical robot.
또한, 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 수술용 로봇의 이동에 의해 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있는 효과도 있다.
Also, the relative position of the robot arm can be changed to be suitable for the surgical procedure by moving the surgical robot without releasing the docking of the robot arm.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동을 위한 다방향 회전휠의 구성을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 트로카의 외부 형상을 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 예시적으로 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 동작 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 경로 복귀 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스터 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 화면 표시의 예시도.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전각 산출 개념을 예시한 도면.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a surgical robot according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a diagram illustrating a configuration of a multi-directional rotation wheel for movement of a surgical robot according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates an outer shape of a medical trocar according to an embodiment of the present invention.
4A is a block diagram of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4B is a diagram illustrating a motion compensation method of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
5A to 5C are conceptual diagrams of operation of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a motion compensation method according to an embodiment of the present invention;
7 is a view schematically showing a configuration of a main body of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
8A is a view illustrating a movement path of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8B illustrates control reference information of a multi-directional rotating wheel according to another embodiment of the present invention; FIG.
9A to 9C are conceptual diagrams of movement of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
11 is a view schematically showing a configuration of a main body of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
12 is a view illustrating a movement path of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
13 is a view illustrating a concept of return path determination of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart illustrating a path return control method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention. FIG.
15 is a view schematically showing a configuration of a master robot according to another embodiment of the present invention.
16 is an exemplary view of a screen display for a movement operation of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
17 is a flowchart showing a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
18 is a block diagram of a motion compensation apparatus according to another embodiment of the present invention.
19 is a conceptual view illustrating a motion compensation method of a motion compensation apparatus according to another embodiment of the present invention.
20 is a diagram illustrating control reference information of a multi-directional rotating wheel according to another embodiment of the present invention;
21 is a diagram illustrating a concept of calculating a rotation angle according to another embodiment of the present invention;
FIG. 22 is a flowchart illustrating a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention. FIG.
23A to 23C are schematic diagrams of movement of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
또한, 명세서에 기재될 수 있는 "…부", "…기", "모듈", "유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the terms "part," "unit," "module," "unit," and the like that may be described in the specification mean units for processing at least one function or operation, Software. ≪ / RTI >
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .
또한, 첨부한 도면들을 참조하여 각 실시예의 특징적 사상을 중심으로 설명하되, 각 실시예가 독립적으로 구현되도록 제한되지는 않으며, 어느 하나의 실시예에 관해 설명되는 하나 이상의 특징적 사상이 타 실시예에 부가되어 구현될 수도 있음은 당연하다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to be illustrative, It should be understood that the present invention may be embodied in other forms.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동을 위한 다방향 회전휠의 구성을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 트로카의 외부 형상을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a surgical robot according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating a configuration of a multi-directional rotating wheel for moving a surgical robot according to an embodiment of the present invention And FIG. 3 is a view showing an outer shape of a medical trocar according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에 도시된 수술용 로봇, 다방향 회전휠 및 의료용 트로카의 형상은 발명의 실시예 설명을 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 각 구성 요소의 형상 등이 이에 제한되지 않음은 당연하다. It should be understood that the shapes of the surgical robot, the multi-directional rotating wheel, and the medical trocar shown in Figs. 1 to 3 are exemplarily shown for explaining the embodiments of the present invention, and the shapes and the like of the respective components are not limited thereto .
도 1을 참조하면, 수술용 로봇은 본체부(100), 다방향 회전휠(120), 결합부(130) 및 수술 처리부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the surgical robot includes a
본체부(100)는 수술 처리부(140) 등과 결합되어 수술대(150) 위의 환자에 대한 수술이 시행되도록 한다. 본체부(100)는 마스터 로봇과 통신망을 통해 연결된 슬레이브 로봇의 본체이거나, 슬레이브 로봇과 마스터 로봇이 일체형으로 통합된 수술용 로봇의 본체일 수 있다. The
다방향 회전휠(120)은 본체부(100)의 하부에 결합되어 외부에서 가해지는 힘에 따라 임의의 방향으로 이동 또는 회전되도록 한다. 다방향 회전휠(120)은 외부에서 가해지는 힘에 따라 정해지는 방향 및 힘의 크기로 본체부(100)가 이동되도록 처리하며, 예를 들어 도 2에 예시된 바와 같이 옴니휠(omni-directional wheel)을 포함하여 구성될 수 있다. The
본 명세서에서는 본체부(100), 즉 수술용 로봇이 직접적으로 이동되도록 조작되는 구성 요소가 다방향 회전휠(120)인 경우를 예시적으로 설명하지만, 다방향 회전휠(120)은 자기부상(magnetic levitation) 방식, 공 모양의 볼휠(ball wheel) 방식 등으로 구현될 수도 있으며, 이 경우 다방향 회전휠(120)은 이동부로 통칭하여 지칭될 수도 있음은 당연하다.The
수술용 로봇은 위치 이동을 위해 외부에서 직접적으로 가해지는 힘이 없더라도 수신되는 제어 명령에 따라 능동적으로 이동 조작될 수 있다. The surgical robot can be actively moved according to a received control command even if there is no force externally applied to move the robot.
즉, 다방향 회전휠(120)은 마스터 로봇(도시되지 않음, 마스터 로봇은 수술용 로봇과 분리되거나 일체형으로 구현될 수 있음)으로부터 수신되는 위치 이동 명령(즉, 현재 위치인 제1 위치에서 목적지 위치인 제2 위치로의 이동 명령)에 의해 미리 설정된 경로(path)상의 제1 위치로부터 제2 위치로 이동되도록 수술용 로봇이 이동되도록 조작될 수 있다. 이를 위해, 본체부(100)는 수신된 위치 이동 명령에 따라 다방향 회전휠(120)이 미리 설정된 경로에 따라 이동 조작되도록 하기 위한 제어 명령을 출력하는 회전휠 조작부(740, 도 7 참조)를 더 포함할 수 있다.In other words, the
물론, 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령이 마스터 로봇으로부터 제공되지 않고, 수술용 로봇 자체에 또는/및 수술용 로봇에 근접한 수술실 내부 위치에 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부가 구비될 수도 있음은 당연하다. Of course, the positional movement command for the movement operation of the surgical robot is not provided from the master robot, and the manipulation part for the movement operation of the surgical robot is provided in the surgical robot itself and / or in the inside of the operating room close to the surgical robot It is natural that it is possible.
이는, 수술대(150)로부터 멀리 떨어져있는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 수술용 로봇이 이동되는 경우보다 수술실 내에서 수술대(150)를 확인하며 수술용 로봇을 이동함이 보다 일반적일 수 있기 때문이다. This is because it is more common to receive the position movement command from the
이와 같이, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 이동 조작 방식은 다양할 수 있으나, 본 명세서에서는 마스터 로봇으로부터 슬레이브 로봇으로 위치 이동 명령을 전송하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 그러나, 이러한 기재가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않음은 당연하다.As described above, the movement operation method for the position movement of the surgical robot may be various, but in this specification, the case of transmitting the position movement command from the master robot to the slave robot will be mainly described. However, it goes without saying that such description does not limit the scope of the present invention.
또한, 수술용 로봇이 위치 이동 명령에 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는 중에 외부에서 직접적으로 가해지는 힘에 의해 미리 설정된 경로를 이탈하는 경우, 회전휠 조작부(740)는 복귀 경로 결정부(1130, 도 11 참조)로부터 제공되는 경로 복귀 명령에 따라 미리 설정된 경로로의 복귀 동작이 이루어지도록 하기 위한 제어 명령을 다방향 회전휠(120)로 출력할 수도 있다. In addition, when the surgical robot moves away from the predetermined path by a force externally applied while the robot moves from the first position to the second position according to the position movement command,
전술한 위치 이동 명령 및/또는 경로 복귀 명령에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 과정은 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The movement operation process of the surgical robot according to the above-described position movement command and / or path return command will be described in detail below with reference to the related drawings.
결합부(130)는 본체부(100)의 일 측과 수술 처리부(140)가 상호 결합되도록 하며, 다방향 회전휠(120)의 회전 및/또는 직선 이동 조작에 따라 본체부(100)가 이동되는 경우 움직임 보상 장치(400, 도 4a 참조)로부터 입력되는 제어명령에 따라 하부에 결합된 수술 처리부(140)가 전/후/좌/우 방향으로의 직선 이동 또는/및 시계/반시계 방향으로의 회전 이동 처리되도록 한다. 이를 통해, 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동 처리되도록 카메라 장치(145)를 통해 입력되는 영상이 본체부(100)의 이동 방향 및 각도에 관계없이 일관되도록 할 수 있으며, 따라서 인체 내부로 삽입된 수술도구도 본체부(100)의 이동에 관계없이 오차 범위 내의 동일 위치에 위치되도록 할 수 있게 된다. The engaging
결합부(130)는 제어명령에 따른 수술 처리부(140)의 이동 조작을 위해 직선 방향 및 회전 방향으로의 이동 처리를 위한 조작 유닛을 포함할 수 있다. 조작 유닛은 예를 들어 직선 방향 및 회전 방향으로의 이동 처리를 위한 모터 조립체로 구현될 수 있다. The
입력된 제어명령에 따라 수술 처리부(140)를 임의의 방향으로 회전 이동 및/또는 직선 이동을 가능하도록 하는 조작 유닛의 구성 방법은 본 명세서의 설명을 통해 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.A method of configuring an operation unit that enables rotational movement and / or linear movement of the
수술 처리부(140)는 로봇 암 및 로봇 암에 결합되거나 파지되는 수술도구(예를 들어, 인스트루먼트, 복강경 등 중 하나 이상)를 포함하여 구성되며, 결합부(130)에 의해 본체부(100)의 일 측에 결합된다. 도시되지는 않았으나, 수술 처리부(140)는 수술도구를 하방향 및/또는 상방향으로 수직 이동하기 위한 수직 이동 유닛을 포함할 수 있다.The
또한, 수술 처리부(140)는 본체부(100)의 이동 조작에 따른 수술 부위(예를 들어, 의료용 트로카를 통해 수술도구가 삽입된 위치 등)의 영상 정보를 생성하여 움직임 보상 장치(400)로 제공하기 위한 카메라 장치(145)를 더 포함한다. 움직임 보상 장치(400)는 이후 설명되는 바와 같이 카메라 장치(145)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 본체부(100)의 움직임 여부를 파악하고, 본체부(100)의 움직임에 관계없이 카메라 장치(145)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록 보상하기 위한(즉, 결합부(130)가 이동 조작되도록 하기 위한) 제어명령을 생성하여 출력할 것이다.The
도 3에는 수술도구가 인체 내부로 삽입되도록 하기 위한 의료용 트로카(300)의 외부 형상이 도시되어 있다. FIG. 3 shows the outer shape of the
도시된 바와 같이, 의료용 트로카(300)는 상부 트로카 하우징(310), 하부 트로카 하우징(320), 캐뉼러(330) 및 하우징 홀(340)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 수술을 시행하는 중 인체 내부에 발생될 수 있는 일산화탄소, 암모니아 등의 발암성 독성 가스를 인체 외부로 배출하기 위한 배기관이 더 포함될 수도 있다. 캐뉼러(330)는 외과용 메스와 같은 절단 기구로 절단된 부위의 피부를 관통하여 인체 내부로 삽입되고, 캐뉼러(330)에 연결된 상부 트로카 하우징(310)과 하부 트로카 하우징(320)에 형성된 하우징 홀(340)을 통해서 수술도구(예를 들어, 인스트루먼트, 복강경 등 중 하나 이상)가 인체 내부로 삽입된다. As shown, the
의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에는 인식 마커(350)가 형성될 수 있다. 인식 마커(350)는 카메라 장치(145)에 의해 촬영되고 움직임 보상 장치(400)의 영상 해석에 의해 인식점으로 인식되어진다. 인식 마커(350)는 움직임 보상 장치(400)의 영상 해석의 용이성을 위해 예를 들어 미리 지정된 색상의 도형으로 형성되거나, 형광 페인트 등으로 도포될 수 있고, 상부 트로카 하우징(310)의 하나 이상의 위치에 복수로 형성될 수도 있다. A
만일, 위치 변동 추적 등의 용도로 카메라 장치(145) 이외에 적외선을 이용하는 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 기술을 이용하는 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 또는 기타 트래킹 장치 등이 이용되는 경우 여기서의 인식 마커(350)는 트래킹 장치를 위한 인식 마커일 수도 있음은 당연하다.If an optical tracker using infrared rays, a magnetic tracker using a magnetic technique, or other tracking device is used in addition to the
도 3의 의료용 트로카(300) 및 인식 마커(350)는 의료용 트로카가 수술용 로봇과는 분리되고 수술도구의 인체 내부로의 삽입 용도로 고정되어 이용되는 경우를 가정한 것이다. 만일, 의료용 트로카(300)가 수술용 로봇과 결합되어 이용되는 경우라면 수술용 로봇과 의료용 트로카(300)가 함께 이동되어 수술용 로봇의 이동에 따른 인식점(도 4b 참조)으로 기능할 수 없게 될 것이다. 이 경우, 수술용 로봇의 위치 이동에도 불구하고 수술 중인 환자를 기준하여 절대적인 위치에 고정된 임의의 특징점(예를 들어, 배꼽, 수술 부위만이 노출되도록 하는 수술용 커버의 내측 모서리 등)이 인식 마커(350)로 대체되어 이용될 수 있음은 당연하다.
The
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 4A is a block diagram of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a diagram illustrating a motion compensation method of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410), 영상 정보 생성부(420), 인식점 정보 해석부(430), 변위량 해석부(440), 제어명령 생성부(450), 출력부(460) 및 제어부(470)를 포함한다. 움직임 보상 장치(400)는 본체부(100) 또는 수술 처리부(140)에 구비될 수 있으며, 수술 처리부(140)를 이동 조작하도록 하기 위한 제어명령을 결합부(130)에 제공한다. 도시되지는 않았으나, 움직임 보상 장치(400)는 후술되는 해석 정보 등을 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수도 있다.4A, the
카메라부(410)는 수술부위(즉, 의료용 트로카(300)를 통해 수술도구가 인체 내부로 삽입되는 위치의 외부 부위)를 촬영하여 생성한 영상 신호를 출력한다. 카메라부(410)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다. The
카메라부(410)는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 카메라 장치(145)와 동일한 구성 요소일 수 있다. 만일, 움직임 보상 장치(400)가 본체부(100)에 구비되는 경우, 수술 처리부(140)에 구비되는 카메라부(410)와 분리되어 구현될 수도 있다.The
영상 정보 생성부(420)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력될 영상 정보를 생성한다. 또한, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 픽셀 정보의 해석이 가능한 영상 포맷으로 생성될 수 있다. 영상 정보 생성부(420)는 예를 들어 렌즈 셰이딩 보상(Lens Shading Compensation), 노이즈 필터링(Noise Filtering), 플리커 검출(Flicker Detection), 오토 화이트 밸런스(Auto White Balance) 등 중 하나 이상의 처리를 수행하는 이미지 시그널 프로세서(ISP, Image Signal Processor)와 이미지 인코딩/디코딩 처리를 수행하는 멀티미디어 프로세서(Multimedia Processor)를 포함하여 구성될 수 있다. 생성된 영상에서 포함된 객체(object) 해석이 가능하도록 하는 영상 포맷은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The image
인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보 내에 포함된 객체의 좌표 정보 및 기준점과의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성한다. The recognition point
인식점 정보 해석부(430)가 해석하는 객체는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에 형성된 인식 마커(350)이거나 환자의 특정 부위(예를 들어, 배꼽), 수술용 커버의 특정 부위 등일 수 있다. 즉, 인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내에서 영상 처리 기법에 따라 인식 마커의 외곽선을 추출하고, 추출된 외곽선의 중심점(즉, 인식점(510, 도 4b 참조))을 인식한 후, 인식점(510)의 좌표 정보를 해석한다. 여기서, 해석된 좌표 정보는 예를 들어 영상의 최좌측 최하단 점을 (0, 0)으로 지정하여 해석되는 상대 좌표일 수 있다.The object analyzed by the recognition point
또한, 기준점은 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내에서 미리 지정된 임의의 점일 수 있다. 본 명세서에서는 해당 영상이 표시되는 표시 화면의 가로 및 세로의 중간점(즉, 표시 화면의 중간점인 화면 센터점(520, 도 4b 참조))이 기준점인 경우를 예로 들어 설명하지만 이에 제한되지 않음은 당연하다. 화면 센터점(520)의 좌표는 미리 지정되어 변동되지 않을 수 있다.In addition, the reference point may be an arbitrary point specified in advance in the image generated by the image
인식점 정보 해석부(430)는 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 거리(L1) 및 각도(a)를 산출한 해석 정보를 생성한다. 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 각도를 산출하기 위한 기준선은 다양하게 설정될 수 있을 것이나, 본 명세서에서는 수평선이 기준선인 경우를 예로 들어 설명한다.The recognition point
인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 순차적인 영상 프레임들 중에서 미리 지정된 차수의 영상 프레임들에 대해 전술한 해석 정보를 각각 생성한다. 예를 들어, 인식점 정보 해석부(430)는 미리 지정된 기준에 따라 순차적으로 생성되는 모든 영상 프레임들에 대해 해석 정보를 생성하거나, 짝수번째(즉, 두 번째, 네 번째 등) 영상 프레임들에 대해서 해석 정보를 생성할 수 있을 것이다.The recognition point
변위량 해석부(440)는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 각 영상 프레임에 대해 생성된 해석 정보들간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성한다. The displacement
도 4b에는 본체부(100)의 이동에 의한 제1 영상 프레임과 제2 영상 프레임에서의 인식점(510, 540)의 위치 변화가 예시되어 있다. FIG. 4B illustrates the positional changes of the recognition points 510 and 540 in the first image frame and the second image frame due to the movement of the
변위량 정보의 생성을 위해 적용되는 인식점의 수량은 하나 이상일 수 있다. 만일 인식점의 이동에 따른 거리 변화 및 회전각 등의 인식을 위해 인식점은 둘 이상이 필요할 수 있다. The number of recognition points applied to generate the displacement amount information may be one or more. Two or more recognition points may be required for recognition of distance variation and rotation angle due to movement of the recognition point.
그러나, 인식점을 하나로 지정하는 경우에도 이후 설명되는 바와 같이 가상의 인식 기준점인 화면 센터점(520)과 하나의 인식점(510, 540)간의 관계를 해석함으로써 거리 변화 및 회전각 등의 인식이 가능할 수 있다. 이 경우, 화면 센터점(520)을 이동되지 않는 불변의 인식 기준점으로 활용함으로써 인식점(510, 540)의 이동에 따른 거리 변화 및 회전각 등의 변위량 정보가 보다 정확해질 수도 있을 것이다. 여기서는, 화면 센터점(520)이 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 내의 인식점(510, 540)의 위치 변동 등에 무관하게 고정된 기준점으로 유효한 경우를 가정하여 설명하지만, 화면 센터점(520)이 인식점(510, 540)의 위치 변동 등의 원인으로 기준점으로 유효하지 않은 경우라면 화면 센터점(520)이 기준점으로 유효하도록 하기 위한 기준점 보정 과정(예를 들어, 화면 센터점을 지정된 기준점에 맞추는 보정 등)이 더 수행될 수 있음은 당연하다. 위치 변화되는 인식점의 이동(회전) 방향 및 이동 거리를 산출하기 위한 기준점 설정 및 보정 처리 과정은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.However, even when the recognition point is designated as one, the recognition of the distance change and the rotation angle is analyzed by analyzing the relationship between the
먼저, 인식점 정보 해석부(430)는 도 4b의 (a)에 예시된 제1 영상 프레임에 대해 제1 인식점(510)과 화면 센터점(520)간의 거리(L1) 및 각도(a)에 대한 해석 정보를 생성한다.First, the recognition point
이후, 인식점 정보 해석부(430)는 도 4b의 (b)에 예시된 제2 영상 프레임에 대해 제2 인식점(540)과 화면 센터점(520)간의 거리(L2) 및 각도(b)에 대한 해석 정보를 생성한다. 이 경우, 화면 센터점(520)은 카메라를 통해 입력되는 피사체 영상이 변경되는 경우일지라도 전체 화면 영역의 중간점을 의미하는 것으로 인식점(510, 540)의 위치 이동에 관계없이 고정된 위치에 존재한다. 또한, 변위량 해석부(440)는 제1 영상 프레임과 제2 영상 프레임에 대해 각각 생성된 해석 정보들을 이용하여 변위량 정보를 생성한다. 변위량 정보는 예를 들어 거리 변위량(L2-L1) 및 각도 변위량(b-a)을 포함할 수 있으며, 해당 변위량의 절대값만큼 본체부(100)가 이동된 것으로 해석될 수 있다. The recognition point
다만, 본체부(100)가 이동하는 만큼 수술 처리부(140)도 상응하도록 이동될 것이고, 수술 처리부(140)에 구비된 카메라 장치(145)도 이에 상응하도록 이동됨이 이해될 수 있을 것이다. 이 경우, 카메라 장치(145)의 이동에 의해 촬영되는 영상은 본체부(100)의 이동 방향과 역방향으로 이동된 것처럼 표시될 것이다. 따라서, 해당 변위량의 (-1)배만큼 본체부(100)가 이동된 것으로 해석될 수 있다.It will be appreciated that as the
제어명령 생성부(450)는 변위량 해석부(440)에 의해 생성된 변위량 정보가 0이 되도록, 즉 제2 인식점(540)이 제1 인식점(510)의 위치가 되도록 수술 처리부(140)가 위치되도록 결합부(130)를 조절하기 위한 제어명령을 생성한다. The control
제어명령은 결합부(130)의 이동 조작에 의해 인식점의 위치가 고정적으로 유지되도록(즉, 수술 처리부(140)의 변위량 정보가 0이 되도록) 하는 방향 및 거리만큼 직선 및/또는 회전 이동되도록 하기 위한 것이며, 제어명령에 따른 결합부(130)의 조작에 의해 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치는 본체부(100)의 이동전의 위치로 유지될 수 있다.The control command is set such that the position of the recognition point is fixedly maintained (that is, the displacement amount information of the
출력부(460)는 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록 하기 위해 제어명령 생성부(450)에 의해 생성된 제어명령을 결합부(130)로 출력한다. 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관됨은 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 하는 수술 처리부(140)의 위치가 일관됨을 의미할 수 있다.The
출력부(460)는 제어명령을 마스터 로봇으로도 전송함으로써 수술 처리부(140)의 위치 유지를 위한 결합부(130)의 조작 상태가 인식되도록 할 수도 있다. 또한, 출력부(460)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보가 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력되도록 하기 위해 마스터 로봇으로 전송할 수 있다. The
제어부(470)는 움직임 보상 장치(400)의 각 구성 요소가 전술한 기능을 수행하도록 제어한다.The
이제까지 하나의 인식점과 하나의 기준점(예를 들어, 화면 센터점)간의 거리 및 각도에 따른 해석 정보의 변위를 이용하여 결합부(130)의 이동 조작을 수행하는 방법을 중심으로 설명하였다.The method of performing the movement operation of the combining
그러나 만일 수술을 위해 복수의 의료용 트로카(300)가 환자의 인체의 피부를 관통하여 인체 내부로 삽입되고, 의료용 트로카(300)는 수술용 로봇과 분리되어 이용되며, 각 의료용 트로카(300)에 인식 마커(350)가 형성된 경우라면 각 인식 마커(350)에 의한 인식점들을 각각 연결하는 가상의 직선들의 중심점이 화면 센터에 위치하도록 하고, 화면 센터에 위치된 중심점인 기준점과 각 인식점간의 거리 및 각도에 관한 해석 정보 및 이에 의한 변위량 정보를 이용하여 수술 처리부(140)의 위치 조절이 이루어질 수도 있음은 당연하다.
However, if a plurality of
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 동작 개념도이다. 5A to 5C are conceptual diagrams of operations of a motion compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
즉, 도 5a 내지 도 5c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 인스트루먼트 등은 도시되지 않았다. 5A to 5C are views showing the relationship between the
본체부(100)가 도 5a에 도시된 제1 위치(즉, 환자의 머리 오른쪽 위치)로부터 도 5b 및 도 5c에 도시된 제2 위치(즉, 환자의 머리 왼쪽 위치)로 이동시켜야 하는 경우, 종래의 수술용 로봇은 도 5b에 도시된 바와 같이 수술 처리부(140)가 원래의 위치와 방향이 아닌 다른 방향을 가리키게 된다. 이러한 경우에서 발생될 수 있는 사고를 방지하기 위해 종래의 수술용 로봇은 모든 로봇 암(arm)의 도킹(docking)을 풀고 이동 이후에 다시 세팅하는 작업이 요구되었다.When the
그러나 본 발명의 실시예에 따른 수술용 로봇은 앞서 설명한 바와 같이, 움직임 보상 장치(400)의 기능 수행에 의해 본체부(100)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치와 방향은 도 5c에 도시된 바와 같이 수술 환자를 기준으로 고정될 수 있게 된다.However, as described above, the surgical robot according to the embodiment of the present invention is not limited to the
이 경우, 움직임 보상 장치(400) 등의 제어에 따른 결합부(130)의 이동 또는/및 회전은 앞서 도 4b를 참조하여 예시적으로 설명한 바와 같이, 영상처리에 따른 기준점(예를 들어, 화면 센터점)을 인식하고, 그 기준점에 대해 인식점(510, 540)이 어떻게 변했는지를 확인하여 변위량을 알아내는 방식 등이 사용될 수 있다.
In this case, the movement and / or the rotation of the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a motion compensation method according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 단계 610에서 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 신호를 이용하여 영상 정보를 생성한다. Referring to FIG. 6, in
단계 620에서 움직임 보상 장치(400)는 영상 정보를 이용하여 인식점과 기준점간의 거리 및 각도에 따른 해석 정보를 생성한다. 여기서, 해석 정보는 후술할 변위량 정보를 생성하기 위해 지정된 차수의 영상 프레임에 대해서만 생성될 수도 있다.In
단계 630에서 움직임 보상 장치(400)는 변위량 정보를 생성하기 위해 지정된 차수의 영상 프레임들의 해석 정보간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성한다.In
단계 640에서 움직임 보상 장치(400)는 변위량 정보의 변위량이 존재하는지(즉, 0(zero)이 아닌지) 여부를 판단한다.In
만일 변위량이 존재하지 않는다면 단계 610으로 다시 진행한다.If there is no displacement, proceed to step 610 again.
그러나 만일 변위량이 존재한다면 단계 650으로 진행하여, 움직임 보상 장치(400)는 변위량을 0으로 하기 위한 제어명령을 생성하여 결합부(130)로 출력한다. 변위량을 0으로 하는 제어명령의 출력에 의해, 결합부(130)는 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 수술 처리부(140)의 위치가 일관되도록(즉, 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관되도록)하는 조작을 수행한다.
However, if there is a displacement amount, the process proceeds to step 650, and the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면이며, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면이다.FIG. 7 is a schematic view of a main body of a surgical robot according to another embodiment of the present invention. FIG. 8A is a view illustrating a movement path of a surgical robot according to another embodiment of the present invention, and FIG. Is a view illustrating control reference information of a multi-directional rotating wheel according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본체부(100)는 통신부(710), 저장부(720), 수술도구 조작부(730), 회전휠 조작부(740) 및 제어부(750)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the
도시되지는 않았으나, 본체부(100)는 후술되는 이동 경로(810)를 따른 이동 과정에서 수술대(150)나 주변의 장애물에 충돌하지 않도록 하기 위해 수술대(150) 등과의 거리 감지를 위한 근접 센서를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 근접 센서는 기계적 접촉에 따른 검출 방식(예를 들어 마이크로 스위치, 리미트 스위치 등)이나 무접촉 방식에 따른 검출 방식(예를 들어 유도전류의 에너지 손실을 이용하는 고주파 발진형 근접센서, 분극현상에 따른 정전용량의 증감을 이용하는 정전용량형 근접센서 등)에 의해 구현될 수 있을 것이다.Although not shown, the
또한, 도 7 등을 참조하여 설명되는 수술용 로봇의 이동 과정에서 앞서 설명한 바와 같이 움직임 보상 장치(400)로부터 입력되는 제어명령에 따라 하부에 결합된 수술 처리부(140)가 전/후/좌/우 방향으로의 직선 이동 또는/및 시계/반시계 방향으로의 회전 이동 처리되어질 수 있다.In addition, as described above, in the movement process of the surgical robot described with reference to FIG. 7 and the like, according to the control command inputted from the
통신부(710)는 마스터 로봇으로부터 임의의 제어 명령(예를 들어, 위치 이동 명령, 수술도구 조작 명령 등)을 수신하거나, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 마스터 로봇으로 전송한다.The
저장부(720)는 본체부(100)의 기능 수행을 위한 운용 프로그램, 마스터 로봇으로부터 수신된 제어 명령 등 중 하나 이상을 저장한다. 또한, 저장부(720)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 상응하여 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어 기준 정보를 더 저장할 수도 있다. The
저장부(720)에 저장되는 제어 기준 정보는 도 8b에 예시된 바와 같이 각 가상 경로점간의 이동을 위한 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보일 수 있으며, 해당 정보는 위치 이동 명령에 포함된 목적지 위치 정보(이는 수술자에 의해 지정될 수 있음)로 위치 이동되도록 다방향 회전휠(120)의 제어를 위해 회전휠 조작부(740)에 의해 이용될 수 있다. 본체부(100)의 이동을 위해 미리 저장되는 제어 기준 정보는 도 8b에 예시된 것으로 제한되지 않으며, 미리 설정된 경로(810)를 따라 본체부(100)가 이동될 수 있도록 다양한 방식으로 설정될 수 있음은 당연하다.The control reference information stored in the
수술도구 조작부(730)는 마스터 로봇으로부터 수신되는 수술도구 조작 명령에 따라 수술 처리부(140)의 수술도구가 조작(예를 들어, 내시경의 위치 변동, 수술부위의 절개 등)되도록 하기 위한 제어 신호를 생성하여 수술 처리부(140)로 출력한다.The surgical
회전휠 조작부(740)는 마스터 로봇으로부터 수신되는 위치 이동 명령에 따라 다방향 회전휠(120)이 상응하는 방향 및 이동량으로 회전 조작되도록 하기 위한 제어신호를 생성하여 다방향 회전휠(120)로 출력한다.The rotation
또한 회전휠 조작부(740)는 이동 경로(810)를 따른 이동 과정에서 전술한 근접 센서로부터 수술대(150)나 주변의 장애물이 근접되어 위치되었음을 나타내는 센싱 신호가 수신되면 다방향 회전휠(120)의 동작을 중지하기 위해 정지 명령을 다방향 회전휠(120)로 출력하거나 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어신호의 생성 및 출력을 중지할 수도 있다.When the sensing signal indicating that the operating table 150 or an obstacle near the operating table 150 is positioned nearby is received from the proximity sensor in the movement process along the
제어부(750)는 본체부(100)에 포함된 각 구성요소의 기능을 제어한다. The
도 8a에는 수술대(150)를 기준하는 수술용 로봇의 이동 경로(810)가 예시되어 있다. 8A shows a
수술용 로봇의 이동 경로(810)는 하나 이상의 가상 경로점(Px, 즉 P1, P2 등)의 연속으로 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점은 연속적으로 배치되거나 각각 이격적으로 배치될 수도 있다. The
수술용 로봇은 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령(이는 목적지 위치 정보 또는 목적지 위치에 해당되는 가상 경로점에 관한 정보를 포함할 수 있음)에 의해 현재 위치로부터 이동 경로상에 배치된 가상 경로점들을 경유하여 목적지 위치로 이동하게 된다.The surgical robot may move the virtual path points disposed on the movement path from the current position by a position movement command received from the master robot (which may include information on the destination position information or the virtual path point corresponding to the destination position) To the destination location.
전술한 이동 경로(810)는 수술대(150)를 기준으로 수술실 바닥이나 천정 등에 수술용 로봇이 인식할 수 있는 형광 도료 등으로 도포되어 도시될 수 있다. The
이 경우, 수술용 로봇은 이동 경로가 도시된 수술실 위치(즉, 바닥, 천정 등)에 부합하는 위치(예를 들어, 다방향 회전휠(120)의 하부 영역, 본체부(100)의 상부 영역 등)에 카메라 장치(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 구비된 카메라 장치는 도시된 이동 경로(810)를 촬영하여 본체부(100)로 제공하고, 본체부(100)는 카메라 장치에 의해 제공되는 영상 정보에서 이동 경로(810)를 영상 해석 기법으로 해석한 후 이동 경로(810)를 따른 이동을 위해 다방향 회전휠(120)의 구동이 제어되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있을 것이다.In this case, the surgical robot is moved to a position corresponding to the operating room position (i.e., floor, ceiling, etc.) (Not shown) may be further provided. The provided camera device photographs the moving
다른 예로서, 전술한 이동 경로(810)는 수술대(150)를 기준으로 수술실 바닥 하부에 매설된 자석 또는/및 자기 레일로 형성될 수 있으며, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)이 수술실 바닥 하부에 매설된 자석 등에 의해 유도되어 지정된 이동 경로(810)를 따라 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있을 것이다. 수술실 바닥 하부에 자석 등을 매설하여 경로 유도되도록 하는 방식은 예를 들어 골프장에서 전동 카트가 리모콘 조작에 의해 지정된 카트 로드(road)를 따라 이동되도록 하는 방식이 유사하게 이용될 수 있을 것이다.Alternatively, the
이외에도, 전술한 이동 경로(810)가 형광 도료로 도시되거나 자기 레일 등의 형태로 구현되지 않는 경우에도 수술용 로봇은 상대적인 위치를 판단하여 이동될 수도 있다. 상대적인 위치를 판단하여 이동되는 경우의 다양한 실시예의 일부는 도 8b, 도 15 등을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.In addition, even if the
수술용 로봇과 수술대(150)와의 상대적 위치를 판단하는 다른 방식으로서 예를 들어 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker), 기타 위치 트래킹을 위한 방식이 사용될 수도 있다. 즉, 옵티컬 트래커 등이 수술실의 특정 위치에 구비되고, 수술용 로봇 및 수술대(150)(또는/및 수술환자)에 인식마커(예를 들어, 옵티컬 마커(optical marker))를 구비한다면 전술한 바와 같이 미리 설정된 이동 경로(810)를 추종하여 수술용 로봇이 이동하는 방식 외에도 수술용 로봇이 수술대(150)나 다른 물체에 충돌하지 않는 경로를 생성하여 지정된 목적지까지 이동할 수도 있을 것이다.Other methods for determining the relative position of the surgical robot and the operating table 150 may be, for example, an optical tracker, a magnetic tracker, or other methods for position tracking. That is, if an optical tracker or the like is provided at a specific position in the operating room and a recognition marker (for example, an optical marker) is provided in the surgical robot and the operating table 150 (and / or the operation patient) In addition to the manner in which the surgical robot moves following the
또한, 수술용 로봇 자체 또는 수술실 천정 등에 카메라를 구비하고, 해당 카메라로부터 제공되는 수술대(150) 및/또는 수술환자가 촬영된 영상을 처리하고 해석함으로써 미리 설정된 이동 경로(810)가 아닌 다른 경로를 통해 목적지로 이동하는 방식 등도 적용될 수 있다. 수술실 천정에 구비된 카메라가 제공하는 영상을 이용하여 목적지로 수술용 로봇이 이동되도록 하는 실시예에 대해 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.In addition, a camera, such as a surgical robot itself or an operation room ceiling, may be provided, and a path other than a
전술한 수술용 로봇의 이동에 관한 각 실시예에서 다방향 회전휠(120)이 이동 방향 및 이동 거리에 따라 적절히 제어될 것이며, 필요에 따라서는 결합부(130)도 동시에 적절히 제어될 것임은 당연하다(도 9a 내지 도 9c 등 참조).In each of the above-described embodiments of the movement of the surgical robot, the
도 8b에는 본체부(100)가 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동될 수 있도록 하기 위한 제어 기준 정보가 예시되어 있다.FIG. 8B illustrates control reference information for allowing the
전술한 바와 같이, 수술용 로봇의 이동 경로(810)는 하나 이상의 가상 경로점(Px, 즉 P1, P2 등)의 연속으로 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점은 연속적으로 배치되거나 각각 이격적으로 배치될 수도 있다.As described above, the
저장부(720)에 미리 저장되는 제어 기준 정보는 각 가상 경로점간의 이동을 위한 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가상 경로점 P3으로부터 가상 경로점 P4까지의 이동을 위해 다방향 회전휠(120)이 미리 설정된 기준방향(예를 들어, 수술실의 가로방향 직선라인)으로부터 15도만큼 기울어진 방향으로 회전휠이 3회전(rotation)시키도록 미리 지정되어 있는 등의 방식으로 각 가상 경로점들간의 이동량에 관한 정보가 미리 저장부(720)에 저장될 수 있다.The control reference information stored in advance in the
이와 같이, 미리 저장된 제어 기준 정보에 따라 본체부(100)가 다방향 회전휠(120)을 조작 제어하는 경우 본체부(100)는 미리 지정된 이동 경로(810)를 따라 이동되어질 수 있게 된다. 다만, 본체부(100)가 이동 방향 및 경로상에 위치하는 각 가상 경로점 순으로 목적지 위치까지 미리 저장된 제어 기준 정보에 따라 다방향 회전휠(120)을 순차적으로 조작 제어하므로 본체부(100)는 이동 개시 위치에서 미리 설정된 이동 경로상에 위치할 필요가 있다. 이를 위해, 수술실 바닥에 이동 경로가 미리 지정되어 도시되어질 수도 있다.
As described above, when the
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도이다.9A to 9C are conceptual diagrams of movement of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
즉, 도 9a 내지 도 9c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 인스트루먼트 등은 도시되지 않았다. 9A to 9C are diagrams showing the relationship between the
도 9a 내지 도 9c에 예시된 바와 같이, 본체부(100)가 환자의 머리 오른쪽으로부터 왼쪽으로 이동하고자 하는 경우, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 본체부(100)가 도 9b 및 도 9c에 도시된 위치로 순차적 이동되어진다. 9A to 9C, when the
이 경우, 도시된 바와 같이 수술 처리부(140)는 환자와의 관계에서 고정된 위치 및 방향에 존재함을 확인할 수 있다. 이를 위해, 본체부(100)의 이동 과정에서 다방향 회전휠(120)의 제어와 함께 수술 처리부(140)가 결합된 결합부(130)도 적절히 제어되어짐을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 수술 처리부(140)와 수술환자의 상대적인 위치가 변경되지 않도록 다방향 회전휠(120)과 결합부(130)가 자동으로 적절히 제어되어질 수 있다. In this case, as shown in the figure, it can be confirmed that the
이러한 복합적인 제어 방식을 이용함으로써, 로봇 암의 도킹을 해제하지 않고서도 로봇 암의 상대적인 위치를 수술 과정에 적합하도록 변경할 수 있으며, 종래의 수술용 로봇의 이동시 로봇 암의 도킹 해제 및 재설정 등의 번거로움을 제거할 수 있는 효과도 있다.By using such a complex control method, it is possible to change the relative position of the robot arm to be suitable for the surgical procedure without releasing the docking of the robot arm. Further, There is also an effect that can be removed.
본 명세서에서 다양한 실시예로 설명되는 바와 같이, 본체부(100)를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 방법은 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 움직이도록 하는 방법, 카메라부를 통해 입력되는 영상을 이용하는 그래픽 인터페이스 방식으로 최종 목적 위치를 지정하여 이동하도록 하는 방법, 마스터 로봇이 제어 명령을 전송하거나 본체부(100)에 구비된 조작기를 이용하여 입력되는 이동 명령에 따라 이동하도록 하는 방법 등이 있을 수 있다. 물론, 본 명세서에서 설명되지 않는 추가적인 방법들이 본체부(100)의 이동을 위해 제한없이 다양하게 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
As described in various embodiments herein, the method of moving the
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 단계 1010에서 본체부(100)는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 저장부(720)에 저장한다. 위치 이동 명령은 적어도 목적지 위치 정보를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10, in
단계 1020에서 본체부(100)는 수술용 로봇의 현재 위치와 위치 이동 명령에 포함된 목적지 위치 정보를 인식한다. 본체부(100)는 예를 들어 이동 경로상에 배치된 가상 경로점 정보를 이용하여 현재 위치와 목적지 위치 정보를 각각 인식할 수 있다. In
본체부(100)는 인식한 현재 위치와 목적지 위치 정보를 이용하여 이동 경로를 따라 이동함에 있어 이동 방향(예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향)이 미리 설정되어 있을 수도 있으나, 실시간으로 이동 방향을 결정할 수도 있다. The
예를 들어, 제1 가상 경로점에서 목적지 위치인 제8 가상 경로점까지 이동함에 있어 어느 방향으로 이동하는 것이 이동 거리가 짧은지를 판단하여 이동 거리가 짧은 방향을 이동 방향으로 결정할 수 있을 것이다. 이때, 이동 경로(810)가 미리 설정되어 있으므로 현재 위치와 목적지 위치 정보를 토대로 어느 방향으로 이동할 경우 이동 거리가 짧은지 여부는 쉽게 판단될 수 있을 것이다.For example, in moving from the first virtual path point to the eighth virtual path point, which is the destination position, it is possible to determine in which direction the movement distance is short, and to determine the direction in which the movement distance is short as the movement direction. At this time, since the
단계 1030에서 본체부(100)는 이동 경로상에 위치하는 후속 가상 경로점까지 이동되도록 다방향 회전휠(120) 제어를 위한 제어 신호를 생성하여 출력한다. In
전술한 바와 같이, 본체부(100)는 제어 신호 생성을 위해, 형광 도료로 도포되어 도시된 이동 경로에 대한 영상 정보를 참조하거나, 수술실 바닥에 매설되어 수술용 로봇의 이동을 유도하는 자석 또는/및 자기 레일을 이용하거나, 저장부(720)에 미리 저장된 제어 기준 정보를 이용할 수 있다. As described above, the
단계 1040에서 본체부(100)는 단계 1030의 다방향 회전휠(120) 제어에 의해 이동된 현재 위치가 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 현재 위치에 따른 가상 경로점이 목적지 위치에 따른 가상 경로점과 일치하는지 여부로서 판단될 수 있다. In
단계 1040의 판단에 의해, 만일 현재 위치가 목적지 위치가 아닌 경우라면 단계 1030으로 다시 진행한다.According to the determination in
그러나 단계 1040의 판단에 의해 만일 현재 위치가 목적지 위치인 경우라면, 본체부(100)는 현재 위치에서 마스터 로봇으로부터 새로운 명령(예를 들어, 수술도구 조작 명령, 위치 이동 명령 등 중 하나 이상)이 수신될 때까지 대기한다.
However, if it is determined at
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 본체부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 경로를 예시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념을 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a view schematically showing a configuration of a main body of a surgical robot according to another embodiment of the present invention, FIG. 12 is a view illustrating a movement path of a surgical robot according to another embodiment of the present invention, FIG. 13 is a diagram illustrating a concept of return path determination of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 본체부(100)는 통신부(710), 저장부(720), 근접 센서부(1110), 외력 검출부(1120), 복귀경로 결정부(1130), 회전휠 조작부(740) 및 제어부(750)를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 본체부(100)가 전술한 수술도구 조작부(730)를 더 포함할 수도 있다. 도시되지는 않았으나, 본체부(100)는 이동 경로(810) 상의 이동 과정에서 장애물 감지시 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람을 수행하기 위한 알람 수행부를 더 포함할 수도 있다.11, the
통신부(710)는 마스터 로봇으로부터 임의의 제어 명령을 수신하거나, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 마스터 로봇으로 전송한다.The
저장부(720)는 본체부(100)의 기능 수행을 위한 운용 프로그램, 마스터 로봇으로부터 수신된 제어 명령, 다방향 회전휠(120)의 조작을 위한 제어 기준 정보 등 중 하나 이상을 저장한다. The
근접 센서부(1110)는 주변에 위치한 물체와의 거리에 대한 감지 신호를 생성하여 출력한다. 근접 센서부(1110)는 근접 센서를 포함할 수 있으며, 근접 센서는 본체부(100)(즉, 수술용 로봇)가 이동 경로(810)를 따라 이동함에 있어 수술대(150) 및/또는 이동 경로(810)상에 배치된 장애물에 충돌하지 않도록 하기 위해 거리 감지 신호를 생성한다. 근접 센서는 예를 들어 기계적 접촉에 따른 검출 방식(예를 들어 마이크로 스위치, 리미트 스위치 등)이나 무접촉 방식에 따른 검출 방식(예를 들어 유도전류의 에너지 손실을 이용하는 고주파 발진형 근접센서, 분극현상에 따른 정전용량의 증감을 이용하는 정전용량형 근접센서 등)에 의해 구현될 수 있을 것이다.The
외력 검출부(1120)는 수술용 로봇의 이동을 위해 외부에서 힘이 가해지는지 여부를 판단한다. 여기서, 외력이란 이동 경로의 변경 등을 위해 수술용 로봇 자체에 수술자 또는 수술 보조자에 의해 직접적으로 가해지는 힘, 수술용 로봇의 이동 조작을 위해 수술용 로봇 자체에 또는/및 수술용 로봇에 근접한 수술실 내부 위치에 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부의 조작에 따른 이동 경로의 변경 등을 위해 가해지는 힘, 앞서 도 9a 내지 도 9c 등을 참조하여 설명한 수술용 로봇의 이동 중에 마스터 로봇으로부터 경로를 변경하기 위해 수신되거나 구비된 조작부를 이용하여 수술자 등이 입력하는 이동 명령에 의해 현재의 이동 경로를 이탈하도록 발생되는 힘 등이 포함될 수 있을 것이다. 다만, 설명 및 이해의 편의를 위해 수술용 로봇 자체에 수술자 또는 수술 보조자에 의해 직접적으로 가해지는 힘이 외력으로 정의되는 경우를 예로 들어 설명한다.The external
예를 들어, 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇이 이동하는 중에 근접 센서부(1110)에 의해 이동 경로상에 장애물이 검출되면, 회전휠 조작부(740)는 수술용 로봇의 이동이 중지(즉, 정지)되도록 다방향 회전휠(120)을 조작 제어한다. 이때, 알람 수행부(도시되지 않음)가 시각적 방식(예를 들어, LED 점멸) 또는/및 청각적 방식(경고음 출력)으로 알람을 수행할 수 있다. For example, when an obstacle is detected on the movement route by the
이와 같이, 수술용 로봇의 이동이 중지된 상태에서, 외력이 가해짐으로써 다방향 회전휠(120)이 회전 조작되는지 여부로서 외력 검출부(1120)는 외력의 존재 여부를 판단할 수 있을 것이다. 이를 위해, 다방향 회전휠(120)의 회전 조작 여부를 감지하기 위한 센서가 더 포함될 수 있으며, 외력 검출부(1120)는 근접 센서부(1110)의 감지 신호에 의해 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단되어, 회전휠 조작부(740)에 의해 다방향 회전휠(120)이 조작 제어되는 도중에도 외력의 존재 여부를 감시할 수 있을 것이다. As described above, in the state where the movement of the surgical robot is stopped, whether the
복귀 경로 결정부(1130)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 의해 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇이 이동하는 중에 외력이 가해짐에 따라 이동이 중지된 후, 외력 검출부(1120)의 판단에 의해 외력이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 수술용 로봇이 이동 경로(810)상으로 복귀하도록 수술용 로봇의 이동 방향 및 이동량을 결정한다. 도 12에는 미리 설정된 이동 경로(810)가 하나만 도시되었으나, 이동 경로는 복수개로 미리 설정될 수도 있음은 당연하다. 복귀 경로 결정부(1130)에 의해 결정된 이동 방향 및 이동량에 따른 경로 복귀 명령에 상응하도록 회전휠 조작부(740)는 다방향 회전휠(120)을 조작 제어할 것이다.The return
물론, 복귀 경로 결정부(1130)는 전술한 바와 같은 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 영상 정보를 이용하여 이동 방향 및 이동량을 결정하는 방법뿐 아니라 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker) 또는 기타 위치 트래킹을 위한 방식을 이용하여 이동 방향 및 이동량을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 수술실의 특정 위치에 임의의 트래커를 설치하고 본체부(100) 또는/및 수술 처리부(140) 등에 인식마커를 위치시킴으로써 수술용 로봇의 위치 인식 및 이동 방향 등의 결정이 가능해질 수 있다.Of course, the return
회전휠 조작부(740)는 마스터 로봇으로부터 수신되는 위치 이동 명령에 따라 다방향 회전휠(120)이 상응하는 방향 및 이동량으로 회전 조작되도록 하기 위한 제어신호를 생성하여 다방향 회전휠(120)로 출력한다. The rotation
또한, 회전휠 조작부(740)는 이동 경로(810)를 따라 수술용 로봇을 이동하는 중에 근접 센서부(1110)에 의해 장애물의 존재가 감지되거나, 이동 경로(810)를 따른 이동 제어 도중 외력 검출부(1120)에 의해 외력의 존재가 검출되는 경우 수술용 로봇의 이동을 중지시키며, 외력 검출부(1120)에 의해 외력이 존재하지 않음이 확인된 경우 복귀 경로 결정부(1130)에 의해 판단된 이동 방향 및 이동량에 따라 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어한다. The rotation
제어부(750)는 본체부(100)에 포함된 각 구성요소의 기능을 제어한다. The
도 12에는 수술용 로봇의 이동 경로가 예시되어 있고, 도 13에는 수술용 로봇의 복귀 경로 결정 개념이 예시되어 있다.FIG. 12 illustrates the movement path of the surgical robot, and FIG. 13 illustrates the concept of return path determination of the surgical robot.
도 12에 도시된 바와 같이, 본체부(100)(즉, 수술용 로봇)가 도시된 화살표 방향으로 이동 경로를 따라 이동하는 중에 장애물이 검출되면 본체부(100)는 가상 경로점 A1에서 이동을 중지한다. 이때, 알람 수행부가 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람을 수행할 수도 있다. 12, when an obstacle is detected while the main body 100 (i.e., the surgical robot) moves along the movement path in the illustrated arrow direction, the
이후, 수술자 등의 관리자가 수술용 로봇이 장애물을 피하여 이동할 수 있도록 외력을 가하여 B1 및 B2의 위치로 이동시킨다. 여기서, 외력은 전술한 바와 같이 수술용 로봇에 직접적 물리적으로 가해지는 힘이거나 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부 조작에 따라 가해지는 힘 등일 수 있다. 물론, 관리자는 수술용 로봇이 이동 경로상에 위치하도록 가상 경로점 A2의 위치로 더 이동시킬 수도 있을 것이다.Then, an operator such as an operator applies an external force to move the robot to the position of B1 and B2 so that the robot can move away from the obstacle. Here, the external force may be a force applied directly to the surgical robot, as described above, or a force applied in accordance with manipulation of the manipulator for moving the surgical robot. Of course, the administrator may further move to the position of the virtual path point A2 so that the surgical robot is located on the movement path.
그러나 만일 관리자가 수술용 로봇을 B2의 위치까지만 이동시킨 후 외력의 가함을 중지시켰을 때, 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)의 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보를 참조하여 수술용 로봇이 이동 경로(810)로부터 어느 방향으로 어느 정도 벗어나 위치되었는지를 판단할 수 있다.However, if the manager stops moving the surgical robot only to the position of B2 and stops applying the external force, the
도 13에 예시된 도면을 참조하면, 복귀 경로 결정부(1130)는 카메라부(410)로부터 제공되는 영상을 참조하여 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)의 어느 위치에 존재하는지 검출한 후, 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점에 위치하도록 하기 위한 경로 복귀 명령을 생성하여 출력할 수 있다. 13, the return
예를 들어, 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점이 일치되는 상태에서 수술용 로봇이 수술대(150)를 기준으로 이동되도록 경로(810)를 미리 설정(예를 들어, 수술대의 중심점을 중심으로 하는 원 궤도)한다면, 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320) 및 촬영 영역(1310)의 각 센터점의 위치 차이만으로도 수술용 로봇이 미리 설정된 경로상에 위치하는지 여부를 쉽게 알 수 있을 것이다. 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)의 존재 및 위치를 영상 인식 기법에 따른 외곽선 추출 등의 방식으로 인식할 수 있을 것이다. 복귀 경로 결정부(1130)가 이동 및 회전 등에 대한 정확한 해석을 위해 둘 이상의 인식점에 관한 해석/비교 정보를 이용할 수도 있음은 당연하다.For example, when the center point of the
경로 복귀 명령은 다방향 회전휠(120)의 회전 방향 및 회전량에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 카메라부(410)로부터 제공되는 영상 정보 내의 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점간의 거리 및 각도 차이에 대해 다방향 회전휠(120)이 실제적으로 회전 조작되기 위한 이동량에 관한 정보는 저장부(720)에 미리 저장될 수 있을 것이다. The path return command may include information on the rotational direction and the amount of rotation of the
또한, 경로 복귀 명령에 포함되는 회전 방향 및 회전량에 대한 정보가 보다 정확해질 수 있도록 외력이 감지되는 동안은 복귀 경로 결정부(1130)가 움직임 보상 장치(400)로 인식점(510, 540)과 화면 센터점(520)을 일치시키는 처리를 중지하도록 하기 위한 명령을 출력할 수도 있다.While the external force is being sensed so that the information on the rotational direction and the amount of rotation included in the path return command may be more accurate, the return
복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310) 내에서 전혀 확인되지 않는 경우라면, 최초로 외력이 가해진 방향(즉, 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)의 센터점에서 이동되던 방향)을 저장부(720)에 저장한 후, 해당 방향의 역방향으로 이동하도록 하는 경로 복귀 명령을 우선 생성하여 출력한 후, 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310)에 보이기 시작하면 전술한 방식에 따른 경로 복귀 명령을 재생성하여 출력할 수 있을 것이다.The return
또한, 복귀 경로 결정부(1130)는 관심 영역(1320)이 촬영 영역(1310) 내에서 일부만 확인되어 관심 영역(1320)의 센터점이 인식되지 않는 경우라면, 관심 영역(1320)의 실질적인 센터점이 인식될 때까지는 현재 보여지는 관심 영역(1320) 일부의 센터점을 관심영역(1320)의 실질적인 센터점인 것으로 간주하여 처리할 수도 있을 것이다.The return
이제까지 도 11 내지 도 13을 참조하여 수술용 로봇이 외력에 의해 하나의 미리 설정된 이동 경로(810)를 이탈하는 경우 외력이 더 이상 존재하지 않음이 인식되면 해당 이동 경로(810)로 복귀하여 위치 이동 명령에 따른 이동을 수행함에 대해 설명하였다.11 to 13, if it is recognized that the surgical robot is deviated from one
그러나, 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 이동 경로는 예를 들어 반지름을 달리하는 복수의 원 형상 등과 같이 복수로 미리 형성될 수 있음은 당연하다. 이 경우, 수술용 로봇이 제1 이동 경로 상을 따라 위치 이동을 진행하던 중 외력의 존재에 의해 제1 이동 경로를 이탈하고 제2 이동 경로 상에 위치된 경우 외력이 더 이상 존재하지 않음이 인식되면 수술용 로봇은 제1 이동 경로로 복귀하지 않고 제2 이동 경로를 따라 위치 이동 명령에 따른 위치 이동을 수행할 수도 있음은 당연하다. However, it goes without saying that the movement path for the movement of the surgical robot may be formed in advance, for example, in a plurality of circular shapes having different radii. In this case, when the surgical robot moves along the first movement path, the robot moves away from the first movement path due to the presence of external force, and when it is positioned on the second movement path, it is recognized that the external force no longer exists It is natural that the surgical robot can perform the position movement according to the position movement command along the second movement route without returning to the first movement route.
예를 들어, 수술용 로봇은 구비한 인식 수단에 의해 수술실 바닥 또는 천정에 도시된 형광 도료가 인식되거나 자기 레일 등이 감지되는 경우 이동 경로 상에 위치함을 인식할 수 있을 것이다. 만일, 형광 도료나 자기 레일 등이 인식되지 않는 경우라면 전술한 바와 같이 외력이 존재한 역방향으로 이동하는 중에 최초로 인식되는 이동 경로상을 따라 이동할 수도 있을 것이다. For example, the surgical robot may recognize that the fluorescent paint shown on the floor of the operating room or the ceiling is recognized by the recognition means, or that the robot is located on the movement path when a magnetic rail or the like is detected. If the fluorescent paint, the magnetic rail, or the like is not recognized, it may move along the movement path that is first recognized while moving in the reverse direction in which the external force exists, as described above.
이와 같이, 수술용 로봇이 기존에 위치하던 이동 경로에서 회피된 경우 본래의 이동 경로와 다른 이동 경로를 따른 위치 이동이 수행되는 경우라면, 전술한 복귀 경로 결정부(1130)는 경로 재설정부로 칭해질 수도 있을 것이다.
When the surgical robot is avoided from the movement path previously located, if the movement is performed along the movement path different from the original movement path, the return
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 경로 복귀 제어 방법을 나타낸 순서도이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating a path return control method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 단계 1410에서 본체부(100)는 마스터 로봇으로부터 위치 이동 명령을 수신하여 저장부(720)에 저장한다. 위치 이동 명령은 적어도 목적지 위치 정보를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 14, in
단계 1420에서 본체부(100)는 근접 센서부(1110)로부터 출력되는 감지 신호를 이용하여 이동 경로(810)상에 장애물이 존재하는지 여부를 판단한다.In
만일 장애물이 존재하지 않는 경우라면 단계 1460으로 진행하고, 만일 장애물이 존재하는 경우라면 단계 1430으로 진행한다.If no obstacle is present, proceed to step 1460, and if an obstacle is present, proceed to step 1430.
단계 1430에서 본체부(100)는 수술용 로봇의 이동이 중지되도록 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어한다. 이때, 알람 수행부가 시각적 방식 또는/및 청각적 방식으로 알람 처리를 위한 동작을 수행할 수도 있다.In
단계 1440에서 본체부(100)는 외력 검출부(1120)의 감지 신호를 이용하여 본체부(100)에 가해지던 외력이 종료되었는지 여부를 판단한다. 여기서, 외력은 전술한 바와 같이 수술용 로봇에 직접적 물리적으로 가해지는 힘이거나 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 조작부 조작에 따라 가해지는 힘 등일 수 있다.In
만일 외력이 지속적으로 가해진다면 단계 1440에서 대기하며, 이 경우 가해지는 외력의 방향 및 크기로 수술용 로봇이 이동될 것이다.If an external force is applied continuously, the process waits at
그러나 만일 가해지던 외력이 종료되었다면, 단계 1450에서 본체부(100)는 관심 영역(1320)의 센터점이 촬영 영역(1310)의 센터점(즉, 화면 센터점)에 위치되도록 하는 경로 복귀 제어 신호를 다방향 회전휠(120)로 출력한다. However, if the applied external force is terminated, in
이후, 미리 설정된 이동 경로(810)에 복귀된 본체부(100)는 단계 1460에서 단계 1410을 통해 수신된 위치 이동 명령에 따른 위치 이동을 위한 제어 신호를 다방향 회전휠(120)로 출력한다.
Then, the
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마스터 로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작을 위한 화면 표시의 예시도이다.FIG. 15 is a view schematically showing a configuration of a master robot according to another embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an exemplary view illustrating a screen display for a movement operation of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
앞서 설명한 바와 같이, 마스터 로봇(1500)은 본체부(100)를 포함하는 수술용 로봇(즉, 슬레이브 로봇)과 일체형으로 통합되어 구현되거나, 통신망을 통해 상호 연결되어 구현될 수 있다.As described above, the
도 15를 참조하면, 마스터 로봇(1500)은 통신부(1510), 디스플레이부(1520), 입력부(1530), 이동정보 생성부(1540), 자세정보 생성부(1550), 명령 생성부(1560) 및 제어부(1570)를 포함할 수 있다.15, the
통신부(1510)는 수술용 로봇의 본체부(100)와 유선 또는 무선 통신망을 통해 결합되어 본체부(100)로 위치 이동 명령, 수술도구 조작 명령 등 중 하나 이상을 전송하고, 본체부(100)로부터 카메라부(410), 인체 내부에 삽입된 내시경 등 중 하나 이상에 의해 촬영된 영상 정보를 수신할 수 있다. The
또한, 통신부(1510)는 마스터 로봇(1500)이 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술실 천정부에 설치된 천정 카메라부(1590)로부터 수술실 상황에 대한 영상 신호를 더 수신할 수도 있다. 천정 카메라부(1590)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다. In addition, the
디스플레이부(1520)는 통신부(1510)를 통해 수신된 카메라부(410) 및/또는 내시경에 의해 촬영된 영상 정보와 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보를 시각(視覺)적 정보로 출력한다. 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보(즉, 수술실 영상 정보)의 표시 예가 도 16에 예시되어 있으며, 수술대(150)의 위치 및 수술용 로봇의 위치 등에 대한 정보가 시각적 정보로서 포함될 수 있다. 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보는 실제의 영상 정보가 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이될 수 있으며, 해당 영상 정보를 해석하여 미리 설정된 아이콘이나 도형으로 대체되어 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이될 수도 있을 것이다.The
디스플레이부(1520)는 수술 환자에 관련된 정보(예를 들어, 심박수, 참조 영상(예를 들어, CT 영상, MRI 영상 등) 등)를 더 디스플레이할 수도 있다. The
디스플레이부(1520)는 예를 들어 하나 이상의 모니터 장치를 포함하여 구현될 수 있으며, 디스플레이부(1520)가 터치스크린으로 구현되는 경우 입력부(1530)의 기능을 더 수행할 수도 있다.The
입력부(1530)는 수술도구 조작 명령 및 위치 이동 명령을 입력하기 위한 수단이다.The
입력부(1530)는 예를 들어 수술도구 조작 명령의 입력을 위해 하나 이상의 조종기를 포함할 수 있다. 조종기는 수술자가 양손에 각각 파지하여 조작함으로써 수술 동작(예를 들어 로봇 암의 위치 이동, 회전, 절단 작업 등)을 수행할 수 있도록 구현된 예를 들어 복수의 핸들일 수 있다. 조종기가 핸들로 구현되는 경우 메인 핸들(main handle)과 서브 핸들(sub handle)을 포함하도록 구성될 수 있다. 수술자는 예를 들어 메인 핸들만으로 슬레이브 로봇 암이나 내시경 등을 조작하거나, 서브 핸들을 조작하여 동시에 복수의 수술 장비가 실시간 조작되도록 할 수도 있다. 메인 핸들 및 서브 핸들은 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 예를 들면, 조이스틱 형태, 키패드, 트랙볼, 터치스크린 등 수술용 로봇의 로봇 암 및/또는 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 입력수단이 사용될 수 있다. 물론, 조종기의 형상은 핸들로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망을 통해 수술용 로봇의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한없이 적용될 수 있다.
또한, 입력부(1530)는 수술용 로봇에 대한 위치 이동 명령을 입력하기 위한 지시 수단을 더 포함할 수 있다. 지시 수단은 터치스크린, 디스플레이부(1520)에 표시된 시각 정보 중 임의의 위치를 지정할 수 있도록 구현된 마우스 장치, 키보드 장치 등일 수 있다. 입력부(1530)를 이용하여 위치 이동 명령이 입력되는 과정은 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. In addition, the
이동정보 생성부(1540)는 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영되어 디스플레이부(1520)를 통해 표시되는 수술실 영상 정보에서 수술자가 입력부(1530)를 이용하여 지정한 위치로 본체부(100)가 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성한다. The movement
이동정보 생성부(1540)는 위치 이동 정보를 생성함에 있어 수술자가 화면상에서 지정한 각 점(point)간의 거리 및 각도가 실제적인 이동을 위한 본체부(100)의 이동 방향 및 이동량으로의 환산 처리를 수행할 수도 있다. 이러한 환산 처리를 위해, 기준방향을 기준한 각도 산출 방식 및 화면상 거리를 실제적인 이동 거리로 환산하는 방식 등에 대한 변환 기준 정보가 미리 저장부(도시되지 않음)에 저장될 수 있음은 당연하다.The movement
자세정보 생성부(1550)는 이동정보 생성부(1540)에 의해 생성된 위치 이동 정보에 따른 본체부(100)의 위치 이동시, 본체부(100)의 특정 부위(예를 들어, 전면(前面) 등)가 수술대(150)를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성한다. 수술용 로봇이 수술 진행에 적합한 형태로 배치되도록 하기 위한 자세 정보는 수술자가 입력부(1530)를 이용하여 고정된 위치에서의 본체부(100) 회전각도 및 회전방향을 지정하거나 수술실 영상 정보에서 본체부(100) 주변의 임의의 지점을 지정하면 지정된 해당 지점이 본체부(100)의 전면을 향하도록 본체부(100)가 회전하도록 하는 정보일 수 있다.The posture
명령 생성부(1560)는 이동정보 생성부(1540)에 의해 생성된 위치 이동 정보에 상응하는 위치 이동 명령과 자세정보 생성부(1550)에 의해 생성된 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령을 생성하고, 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송한다. 또한, 명령 생성부(1560)는 입력부(1530)를 이용하여 수술자가 입력한 수술도구 조작 정보에 상응하는 수술도구 조작 명령을 더 생성하여 본체부(100)로 전송한다. 본체부(100)는 명령 생성부(1560)로부터 제공되는 위치 이동 명령, 자세 제어 명령 및/또는 수술도구 조작 명령에 따라 조작되도록 제어될 것이다. The
제어부(1570)는 마스터 로봇(1500)에 포함된 각 구성 요소의 동작을 제어한다.The
도 16에는 수술용 로봇의 이동 조작을 위해 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영되어 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이되는 수술실 영상 정보가 예시되어 있다.FIG. 16 illustrates operating room image information that is photographed by a
디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이되는 수술실 영상 정보의 각 픽셀은 상대 좌표 또는 절대 좌표로서 각 지점의 위치가 특정되도록 미리 설정될 수 있다. 각 픽셀이 상대 좌표로서 특정되는 경우 도시된 바와 같이 최좌측 최하단 점이 (0, 0)으로 지정될 수 있으며, 이를 기준으로 각 픽셀의 좌표가 지정될 수 있다.Each pixel of the operating room image information displayed through the
도 16을 참조하여 수술용 로봇의 이동을 예시적으로 설명함에 있어, 본체부(100)의 현재 위치가 상대 좌표 (50, 25)인 P0 위치이고, 목적지 위치가 상대 좌표 (48, 115)인 P3 위치이며, P0 위치와 P3 위치는 수술대(150)로 가로막힌 경우를 가정한다.16, when the current position of the
수술자는 디스플레이부(1520)에 디스플레이되는 수술실 영상 정보를 참조하여 본체부(100)를 P0 위치에서 P3위치로 이동하기 위한 경로점으로서 상대 좌표 (10, 20)인 P1 위치와 상대 좌표 (10, 95)인 P2 위치를 순차적으로 지정한다. 물론, P2 위치의 지정 이후 P3의 위치 지정이 이루어질 수 있으며, P1 위치의 지정 이전에 P0의 위치 지정이 이루어질 수도 있다.The operator refers to the operating room image information displayed on the
입력부(1530)를 이용한 수술자의 각 위치 지정이 완료되면, 이동정보 생성부(1540)는 지정된 각 위치간의 상대 좌표를 이용한 거리 및 방향을 인식하고, 이를 저장부에 미리 저장된 변환 기준 정보를 참조하여 다방향 회전휠(120)의 회전 방향(즉, 본체부(100)의 이동 방향)과 회전량(즉, 본체부(100)의 이동거리 또는 이동량)에 관한 정보인 위치 이동 정보를 생성한다. Upon completion of designating each position of the operator using the
예를 들어, P0 위치로부터 P1 위치로 이동하는 경우, 이동정보 생성부(1540)는 상대 좌표 및 삼각 함수를 이용하여 기울어진 각도 및 거리를 연산한 후, 해당 각도(예를 들어 -7도)를 이동 방향으로 하고 해당 거리를 변환 기준 정보에 의해 연산한 이동량(예를 들어, 8회전)을 포함하는 위치 이동 정보를 생성한다. 만일 해당 각도가 미리 설정된 기준방향(예를 들어, 수술실의 가로방향 직선라인)을 기준하여 산출된 것이고, 다방향 회전휠(120)의 회전 방향에 따른 기준 방향도 본체부(100)의 가로방향 직선 라인으로 설정된 경우라면 수술실 영상 정보에서 본체부(100)의 하부 형상을 영상 인식 기법(예를 들어, 에지 검출 등)으로 인식한 후 본체부(100)의 하부 형상에 따른 기준방향을 기준한 회전 방향을 재산출할 수도 있을 것이다.For example, when moving from the position P0 to the position P1, the movement
이와 같이, 수술자가 지정한 각 경로점들 및 목적지 위치에 대해 순차적으로 위치 이동 정보를 생성하고, 상응하는 위치 이동 명령을 본체부(100)로 전송함으로써 수술자가 지정한 방향 및 위치로 수술용 로봇(즉, 본체부(100))이 이동되어질 수 있다.In this manner, the position movement information is sequentially generated for each path point and the destination position designated by the operator, and the corresponding position movement command is transmitted to the
이 경우, 수술용 로봇이 지정된 위치로 이동함에 있어 수술도구 등은 수술대(150)에 눕혀진 환자를 향하도록 위치하여야 한다. 이는 수술도구가 인체 내부로 삽입된 상태에서 수술용 로봇이 이동하는 경우 환자의 안전 등의 목적에서 더욱 그러할 것이다.In this case, when the surgical robot moves to the designated position, the surgical tool or the like should be positioned so as to face the patient lying on the operating table 150. This will be more in the case of the safety of the patient when the surgical robot is moved while the surgical tool is inserted into the human body.
수술자가 본체부(100)의 위치 이동을 위한 위치 선택 이전, 도중 또는 이후에 수술용 로봇의 자세 제어를 위해 수술대(150)를 지정하여 자세 제어 명령이 생성되도록 하면, 수술용 로봇은 도 16에 예시된 바와 같이 수술 처리부(140)가 수술 환자를 향하는 형상으로 다방향 회전휠(120)이 회전 이동되도록 제어될 수 있을 것이다.When a posture control command is generated by designating the operating table 150 for posture control of the surgical robot before, during, or after the position selection for the positional movement of the
이제까지 천정 카메라부(1590)에 의해 촬영된 영상 정보를 이용하여 수술용 로봇의 위치 이동을 제어하는 방법을 중심으로 설명하였다. 그러나, 천정 카메라부(1590)를 사용하지 않더라도, 앞서 설명한 바와 같이 옵티컬 트래커(optical tracker), 마그네틱 트래커(magnetic tracker), 기타 위치 트래킹을 위한 방식을 이용하여 수술용 로봇의 위치 이동이 제어될 수도 있음은 당연하다.The method of controlling the positional movement of the surgical robot using the image information photographed by the
또한, 수술실 천정에 카메라를 설치하지 않더라도 수술용 로봇이 수술대(150)와의 위치 관계만을 인식하면 충분할 수 있으므로 수술대(150)에 인식 마커를 부착하고, 수술용 로봇에 카메라를 장착함으로써 상호간의 위치 관계를 인식하여 위치 이동하도록 하는 방법 등도 적용될 수 있다.
Even if the camera is not installed on the ceiling of the operating room, it may be sufficient if the surgical robot only recognizes the positional relationship with the operating table 150. Therefore, the recognition markers are attached to the operating table 150, A method of recognizing the position and moving the position may be applied.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.17 is a flowchart illustrating a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 단계 1710에서 마스터 로봇(1500)은 천정 카메라부(1590)로부터 제공되는 영상 신호를 처리한 영상 정보(즉, 수술실 영상 정보)를 디스플레이부(1520)를 통해 디스플레이한다.17, in
단계 1720에서 마스터 로봇(1500)은 수술용 로봇의 이동 제어를 위해, 수술자로부터 디스플레이부(1520)에 디스플레이된 수술실 영상 정보를 참조하여 입력부(1530)를 이용하여 입력되는 경로점 위치 정보 및 목적지 위치 정보를 입력받는다. 이때, 전술한 바와 같이, 수술용 로봇의 자세 제어를 위한 자세 정보를 더 입력받을 수 있다.In
단계 1730에서 마스터 로봇(1500)은 단계 1720에서 입력된 경로점 및 목적지의 위치 정보와 저장부에 미리 저장된 변환 기준 정보를 참조하여 수술용 로봇이 각 위치로 순차 이동되도록 하기 위한 위치 이동 명령을 생성하고, 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송한다. 이때, 수술용 로봇의 자세 제어를 위한 자세 제어 명령이 더 생성되어 유선 또는 무선 통신망을 통해 본체부(100)로 전송될 수 있다.In
단계 1730에서 전송된 위치 이동 명령에 의해 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어하여 수술자가 지정한 목적지 위치로 이동되어질 것이다.
The
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 블록 구성도이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다방향 회전휠의 제어 기준 정보를 예시한 도면이고, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전각 산출 개념을 예시한 도면이다.FIG. 18 is a block diagram of a motion compensation apparatus according to another embodiment of the present invention, FIG. 19 is a conceptual view illustrating a motion compensation method of a motion compensation apparatus according to another embodiment of the present invention, FIG. 21 is a diagram illustrating a concept of calculating a rotation angle according to another embodiment of the present invention. FIG. 21 is a diagram illustrating control reference information of a multi-directional rotation wheel according to another embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410), 영상 정보 생성부(420), 인식점 정보 해석부(430), 변위량 해석부(440), 제어명령 생성부(450), 출력부(460), 회전각 산출부(1810), 정지요청 생성부(1820) 및 제어부(470)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 움직임 보상 장치(400)는 본체부(100) 또는 수술 처리부(140)에 구비될 수 있으며, 수술 처리부(140)를 이동 조작하도록 하기 위한 제어명령을 결합부(130)에 제공한다. 18, the
카메라부(410)는 수술부위를 촬영하여 생성한 영상 신호를 출력한다. 카메라부(410)는 예를 들어 이미지 센서(Image Sensor)를 포함할 수 있다. The
영상 정보 생성부(420)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력될 영상 정보를 생성한다. 또한, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 픽셀 정보의 해석이 가능한 영상 포맷으로 생성될 수 있다. The image
인식점 정보 해석부(430)는 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보 내에 포함된 객체(object)의 좌표 정보 및 기준점과의 거리 및 각도에 대한 해석 정보를 생성한다. 인식점 정보 해석부(430)가 해석하는 객체는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 의료용 트로카(300)의 상부 트로카 하우징(310)의 일 측에 형성된 인식 마커(350)이거나 환자의 특정 부위(예를 들어, 배꼽), 수술용 커버의 특정 부위 등일 수 있다. The recognition point
변위량 해석부(440)는 인식점 정보 해석부(430)에 의해 각 영상 프레임에 대해 생성된 해석 정보들간의 거리 및 각도에 대한 변위량 정보를 생성한다. The displacement
제어명령 생성부(450)는 변위량 해석부(440)에 의해 생성된 변위량 정보가 0(zero)이 되도록 결합부(130)가 조절되도록 하는 제어명령을 생성한다. 제어명령은 결합부(130)의 이동 조작에 의해 인식점의 위치가 고정적으로 유지되도록(즉, 수술 처리부(140)의 변위량 정보가 0이 되도록) 하는 방향 및 거리만큼 직선 및/또는 회전 이동되도록 하기 위한 것이며, 제어명령에 따른 결합부(130)의 조작에 의해 본체부(100)가 임의의 방향으로 이동될지라도 수술 처리부(140)의 위치는 본체부(100)의 이동전의 위치로 유지될 수 있다.The control
출력부(460)는 카메라부(410)를 통해 입력되는 영상이 일관(즉, 수술대(150)에 누워있는 환자를 기준으로 하는 수술 처리부(140)의 위치가 오차범위 내에서 일관)되도록 하기 위해 제어명령 생성부(450)에 의해 생성된 제어명령을 결합부(130)로 출력한다. The
출력부(460)는 회전각 산출부(1810)의 회전각 산출에 의해 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식되는 경우 정지요청 생성부(1820)에서 생성되는 정지 요청 정보를 본체부(100)로 출력한다. The
또한, 출력부(460)는 제어명령을 마스터 로봇으로도 전송함으로써 수술 처리부(140)의 위치 유지를 위한 결합부(130)의 조작 상태가 인식되도록 하거나, 영상 정보 생성부(420)에 의해 생성된 영상 정보가 마스터 로봇에 구비되거나 결합된 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 출력되도록 하기 위해 마스터 로봇으로 전송할 수 있다. The
회전각 산출부(1810)는 카메라부(410)로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 생성된 영상 정보 및 저장부(도시되지 않음)에 미리 저장된 제어 기준 정보를 이용하여 수술용 로봇 또는/및 수술대(150)가 중심점을 기준하여 어느 정도 회전하였는지에 대한 회전각 정보를 생성한다. 여기서, 중심점은 예를 들어 수술대(150)의 가로세로 중심점이거나, 수술부위의 중심점일 수 있다.The rotation
회전각 산출부(1810)는 변위량 해석부(440)에 의해 해석된 각도에 대한 변위량 정보를 이용하여 수술대(150)가 회전되는 경우 어느 정도 회전하였는지에 대한 정보를 생성할 수 있으며, 생성된 회전각 정보는 본체부(100)로 제공될 수 있다. 또한, 회전각 산출부(1810)는 마스터 로봇으로부터 수신된 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치 정보까지 이동함에 있어 남아있는 회전각이 어느 정도인지를 인식할 수 있으며, 각 해석 단계에서의 회전각 정보 및/또는 산출된 잔여 회전각 정보를 다방향 회전휠(120)의 제어를 위해 이용되도록 본체부(100)로 전송할 수 있다.The rotation
정지요청 생성부(1820)는 회전각 산출부(1810)의 판단에 의해 잔여 회전각이 0(zero)인 것으로 판단되면 위치 이동 명령에 따른 본체부(100)의 이동을 중지하기 위한 정지 요청 정보를 생성하여 출력부(460)를 통해 본체부(100)로 출력한다. 만일, 본체부(100)에 포함된 임의의 구성요소(예를 들어, 회전휠 조작부(740))가 회전각 산출부(1810)로부터 제공되는 회전각 정보를 이용하여 잔여 회전각이 0인지 여부를 판단하는 경우라면 정지요청 생성부(1820)는 생략될 수도 있다.The
제어부(470)는 움직임 보상 장치(400)의 각 구성 요소가 전술한 기능을 수행하도록 제어한다.The
도 19에는 움직임 보상 장치의 움직임 보상 방법을 개념적으로 도시되어 있고, 도 20에는 다방향 회전휠(120)의 제어 기준 정보가 예시되어 있으며, 도 21에는 회전각 산출 개념이 예시되어 있다.FIG. 19 schematically illustrates a motion compensation method of the motion compensation apparatus, FIG. 20 illustrates control reference information of the
도 19에 도시된 바와 같이, 수술 과정에서 원활한 수술 진행을 위해 수술용 로봇을 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동시킬 수도 있고, 수술대(150)를 회전시킬 수도 있다. 여기서, 이동 경로(810)는 복수의 가상 경로점들에 의해 형성될 수 있으며, 각 가상 경로점들은 연속적으로 배치되거나 각각 이격되어 배치될 수도 있다.As shown in FIG. 19, the surgical robot may be moved along a
만일 수술용 로봇을 현재 위치에서 이동 경로(810)를 따라 이동시키는 경우 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각을 이용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 현재 위치인 P0 위치에서 P5의 위치까지 이동하도록 지시된 경우, 회전각 산출부(1810) 및/또는 본체부(100)는 해당 위치 이동 명령이 중심점을 기준으로 미리 설정된 이동 경로(810)를 따른 170도 회전 이동임을 인식할 수 있다.If the surgical robot is moved along the
위치 이동 명령에 따라 본체부(100)는 도 20에 예시된 제어 기준 정보를 참조하여 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 각 가상 경로점들을 경유하여 목적지 위치까지 이동되도록 할 것이다. 제어 기준 정보에는 각 가상 경로점간의 이동시 중심점을 기준으로 몇도 회전하는지에 대한 정보가 포함되어 본체부(100)는 목적 회전각 정보(즉, 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각 정보)에 부합하는 각도만큼 회전 이동되었는지 인식할 수 있다. The
또한, 회전각 산출부(1810)는 마스터 로봇(1500)으로 전송된 위치 이동 명령 또는 본체부(100)로부터 위치 이동 명령에 상응하는 목적 회전각 정보를 제공받는 경우 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 중심점을 기준으로 몇도 회전 이동하여야 하는지를 인식할 수 있으며, 변위량 해석부(440)로부터 제공되는 각도에 대한 변위량 정보를 참조하여 잔여 회전각 정보(즉, 목적 회전각 정보에서 변위량 정보에 따른 회전각 정보를 연산한 값)가 0(zero)이 되는지 여부도 확인할 수 있다. 본체부(100)가 움직임 보상 장치(400)로부터 정지 요청 정보가 수신될 때까지 이동을 지속하도록 구성되었다면, 회전각 산출부(1810)는 잔여 회전각 정보가 0이 될 때까지 정지 요청 정보가 생성되지 않도록 정지요청 생성부(1820)를 제어할 수도 있다. The rotation
그러나 만일 수술자가 P0 위치인 본체부(100)를 P5 위치로 이동하고자 지정하여 수술용 로봇이 이동되는 중에 수술대(150)의 회전이 추가적으로 이루어진다면 본체부(100)가 어느 위치까지 이동되어야 하는지가 문제될 수 있다. 이는, 처음에 지정한 P5 위치가 수술대(150)에 눕혀진 수술 환자에 대해 후속 수술 절차를 진행하기에 가정 적절한 위치일 것이기 때문이다.However, if the operator designates to move the
따라서 수술대(150)가 임의의 방향으로 임의의 각도만큼 회전되었다면, 최초에 지정된 목적지 위치인 P5 위치는 수술대(150)의 회전에 부합되도록 P1 위치로 변경되어야 할 것이다. 또한, 변경된 목적지 위치를 정확히 판단할 수 있도록 하기 위해 수술대(150)의 회전이 인식되면 수술용 로봇은 수술대(150)의 회전이 종료될 때까지 위치 이동을 정지할 필요가 있다.Therefore, if the operating table 150 is rotated by an arbitrary angle in any direction, the position P5, which is the first designated destination position, should be changed to the position P1 to match the rotation of the operating table 150. When the rotation of the operating table 150 is recognized in order to accurately determine the changed destination position, the surgical robot needs to stop the position movement until the rotation of the operating table 150 is completed.
즉, 본체부(100)는 제어 기준 정보에 따라 각 가상 경로점간을 이동하여 목적지 위치로 이동하는 과정에서 회전각 산출부(1810)로부터 변위량 해석부(440)에 의해 해석된 각도에 대한 변위량 정보를 이용한 회전각 정보를 제공받고, 제공받은 회전각 정보가 제어 기준 정보에 포함된 회전각 정보와 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단한다. 만일 오차범위를 초과하여 불일치하는 경우라면 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식하여 수술용 로봇의 이동을 정지시키기 위해 다방향 회전휠(120)의 조작을 중지한다. 수술용 로봇의 이동 정지 이후, 회전각 산출부(1810)로부터 0(zero)이 아닌 회전각 정보가 수신된다면 이는 수술대(150)의 회전이 유지되는 것이고, 수술용 로봇이 적절한 위치로 이동하기 위해 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에 반영하여야 한다.In other words, the
만일, 수술용 로봇이 도 19에 예시된 화살표 방향으로 지정된 이동 경로(810)를 따라 회전 이동하는 중에 수술대(150)가 도 19에 예시된 화살표 방향(즉, 수술용 로봇의 회전 방향과 반대 방향)으로 회전되는 경우를 가정하면, 영상정보 생성부(420)에 의해 생성되는 영상 정보(도 21의 (a) 참조)는 각 방향으로 회전(도 21의 (b) 및 (c) 참조)되도록 표시될 것이다. 19, while the surgical table 150 rotates in the direction of the arrow shown in Fig. 19 (i.e., in the direction opposite to the rotating direction of the surgical robot) (Refer to FIG. 21 (a)) generated by the image
각 방향으로 회전되도록 표시되는 영상 정보는 변위량 해석부(440) 및 제어명령 생성부(450) 등의 처리에 의해 도 4b 등을 참조하여 설명한 바와 같이, 인식점이 화면 센터점에 위치되도록 제어될 것이며, 이 과정에서 영상 정보가 어느 방향으로 몇 도만큼 회전되는지가 인식될 수 있다. The image information displayed to be rotated in each direction will be controlled such that the recognition point is positioned at the screen center point, as described with reference to Fig. 4B etc. by the processings of the displacement
도 21에 도시된 바와 같이, 수술대(150)의 회전 방향과 수술용 로봇의 회전 이동 방향이 반대인 경우라면 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에서 차감하여 잔여 회전각 정보(즉, 목적지 위치 정보)를 갱신 처리할 수 있다. 그러나 수술대(150)의 회전 방향과 수술용 로봇의 회전 이동 방향이 동일한 경우라면 수술대(150)의 회전각을 잔여 회전각 정보에서 합산하여 목적지 위치 정보를 갱신 처리할 수 있다. 21, if the rotating direction of the operating table 150 is opposite to the rotating direction of the surgical robot, the rotating angle of the operating table 150 is subtracted from the remaining rotating angle information, Destination location information) can be updated. However, if the rotation direction of the surgical table 150 is the same as the rotation direction of the surgical robot, the rotational angle of the operating table 150 may be added to the remaining rotation angle information to update the destination position information.
본체부(100)는 이동을 정지한 상태에서 회전각 산출부(1810)로부터 제공되는 회전각 정보를 수술대(150)의 회전에 의한 회전각 정보로 인식하여 잔여 회전각 정보를 갱신한다. 갱신된 잔여 회전각 정보는 움직임 보상 장치(400)로 다시 제공될 수 있으며, 갱신된 잔여 회전각 정보가 0이 될 때까지 수술용 로봇은 미리 설정된 이동 경로(810)를 따라 이동하게 될 것이다.
The
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 조작 방법을 나타낸 순서도이다.22 is a flowchart illustrating a moving operation method of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
도 22를 참조하면, 단계 2210에서 본체부(100)는 마스터 로봇(1500)으로 전송된 위치 이동 명령 또는/및 목적 회전각 정보(즉, 현재 위치에서 목적지 위치까지의 회전각 정보)를 수신하여 저장한다.22, in
단계 2220에서 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)로부터 카메라부(410)에 의한 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 해석 및 산출하여 제공되는 회전각 정보를 이용하여 수술대(150)가 회전되는지 여부를 판단한다. 본체부(100)는 위치 이동 명령에 따른 수술용 로봇의 회전 이동에 의해 예상되는 회전각(도 20 참조)보다 오차범위 이상 크거나 작은 회전각이 영상 정보 해석에 의해 인식되어 제공되면 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식할 수 있다.In
만일 수술대(150)가 회전되는 것으로 인식되면 단계 2230으로 진행하고, 그렇지 않은 경우라면 단계 2250으로 진행한다.If the operating table 150 is recognized as being rotated, proceed to step 2230, otherwise proceed to step 2250.
단계 2230에서 본체부(100)는 수술대(150)의 회전각을 정확히 산출하고, 목적지 위치의 수정을 위해 다방향 회전휠(120)의 이동 조작을 중지하고, 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 회전각 정보를 참조하여 수술대(150)의 회전각을 산출한다. 움직임 보상 장치(400)는 카메라부(410)에 의한 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 해석하여 수술대(150)의 회전에 따른 회전각을 산출할 수 있으며, 변위량 해석부(440)에 의해 생성되는 해석 정보들간의 각도에 대한 변위량 정보가 이용될 수 있다. 또한, 본체부(100)는 수술대(150)의 회전에 따른 회전각 정보를 반영하여 잔여 회전각 정보를 갱신 처리할 수 있다.In
단계 2240에서 본체부(100)는 움직임 보상 장치(400)로부터 제공되는 회전각 정보를 이용하여 수술대(150)의 회전이 종료되었는지 여부를 판단한다.In
만일 수술대(150)의 회전이 종료되지 않았다면 단계 2230으로 다시 진행하고, 수술대(150)의 회전이 종료되었다면 단계 2250으로 진행한다.If the rotation of the operating table 150 has not been completed, the process returns to step 2230, and if the rotation of the operating table 150 is completed, the process proceeds to step 2250.
단계 2250에서 본체부(100)는 잔여 회전각 정보가 0인지(즉, 수술용 로봇의 현재 위치가 위치 이동 명령에 따른 목적지 위치인지) 여부를 판단한다.In
만일 현재 위치가 목적지 위치가 아니라면 단계 2260으로 진행하여, 본체부(100)는 목적지 위치로의 이동을 재개하고, 단계 2220으로 다시 진행한다.If the current position is not the destination position, the process proceeds to step 2260, where the
그러나 단계 2250의 판단에 의해 만일 현재 위치가 목적지 위치인 경우라면, 단계 2270으로 진행하여 본체부(400)는 후속 명령(예를 들어, 수술도구 조작 명령, 위치 이동 명령)이 수신될 때까지 대기한다.
However, if it is determined at
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수술용 로봇의 이동 개념도이다.23A to 23C are conceptual diagrams of movement of a surgical robot according to another embodiment of the present invention.
즉, 도 23a 내지 도 23c는 본체부(100)가 움직이기 이전과 움직인 이후에서의 본체부(100), 수술 처리부(140), 수술대(150) 및 수술환자와의 관계를 나타낸 도면이다. 도면의 간략화를 위해, 수술 처리부(140)에 포함되는 로봇 암 및 인스트루먼트(2310)는 선으로 도시되어 있다.23A to 23C are diagrams showing the relationship between the
도 23a 내지 도 23c에 예시된 바와 같이, 본체부(100)가 환자의 머리 오른쪽으로부터 왼쪽으로 이동하고자 하는 경우, 본체부(100)는 다방향 회전휠(120)의 동작을 제어함으로써 본체부(100)가 도 23b 및 도 23c에 도시된 위치로 순차적 이동되어진다. As illustrated in FIGS. 23A to 23C, when the
그러나, 도 23b 및 도 23c에 도시된 수술 처리부(140)는 앞서 설명한 바와 달리 환자에 대해 상대적인 위치 및 방향이 고정되지 않도록 제어되어진다. However, the
즉, 수술자가 본체부(100)의 이동 중에 도 23a에 도시된 위치에서 입력되는 영상과 동일하지 않은 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우이거나, 수술 처리부(140)의 위치를 제어함으로 의도적으로 다른 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우에는 결합부(130)를 적절히 제어함으로써 수술 처리부(140)의 위치 및 방향이 제어되도록 할 수 있다. 다만, 이 경우, 본체부(100)는 인체 내부로 삽입된 인스트루먼트 등에 의해 수술환자의 피부, 장기 등이 훼손되지 않도록 삽입 위치에 무리한 힘이 가해지지 않도록 로봇 암 및 인스트루먼트(2310)의 삽입 위치 제어는 필요할 수 있다.That is, when the operator wishes to input and display image information that is not the same as the image input at the position shown in FIG. 23A during movement of the
즉, 사용자가 원하는 화면이 항상 초기 화면과 일치할 필요는 없는 경우라면, 수술대(150)와의 상대적인 위치를 고려하여 수술 처리부(140)의 위치 및/또는 방향과 다방향 회전휠(120)의 동작을 적절히 제어함으로써 사용자가 원하는 영상 정보가 제시될 수 있도록 할 수 있는 것이다. 이를 위한 결합부(130)의 제어 방법은 본 명세서에 기재된 기술적 사상의 이해에 의해 충분히 인식될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. That is, if the user does not need to always match the initial screen, the position and / or orientation of the
물론, 수술자가 본체부(100)의 이동중에도 동일한 영상 정보가 입력되어 디스플레이되기를 원하는 경우라면 앞서 설명한 바와 같이 결합부(130)의 제어를 통해 수술 처리부(140)의 위치 및 방향이 환자를 기준으로 고정되도록 처리할 수도 있음은 당연하다.
If the operator wants to input and display the same image information while the operator is moving, the position and direction of the
상술한 카메라 영상을 이용한 수술용 로봇의 움직임 제어/보상 방법은 디지털 처리 장치에 내장된 소프트웨어 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
It is a matter of course that the motion control / compensation method of the surgical robot using the camera image can be performed by an automated procedure according to a time series sequence by a software program or the like incorporated in the digital processing apparatus. The codes and code segments that make up the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the program is stored in a computer readable medium, readable and executed by a computer, thereby implementing the method. The information storage medium includes a magnetic recording medium, an optical recording medium, and a carrier wave medium.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
100 : 본체부
120 : 다방향 회전휠
130 : 결합부
140 : 수술 처리부
145 : 카메라 장치
300 : 의료용 트로카
400 : 움직임 보상 장치
410 : 카메라부
420 : 영상정보 생성부
430 : 인식점 정보 해석부
440 : 변위량 해석부
450 : 제어명령 생성부
460 : 출력부
470, 750, 1570 : 제어부
710, 1510 : 통신부
720 : 저장부
730 : 수술도구 조작부
740 : 회전휠 조작부
1110 : 근접 센서부
1120 : 외력 검출부
1130 : 복귀경로 결정부
1520 : 디스플레이부
1530 : 입력부
1540 : 이동정보 생성부
1550 : 자세정보 생성부
1560 : 명령 생성부
1810 : 회전각 산출부
1820 : 정지요청 생성부100: main body part 120: multi-directional rotating wheel
130: coupling part 140:
145: camera device 300: medical trocar
400: motion compensation device 410:
420: image information generation unit 430: recognition point information analysis unit
440: displacement amount analysis unit 450: control command generation unit
460:
710, 1510: Communication unit 720:
730: Surgical tool operating part 740: Rotating wheel operating part
1110: proximity sensor unit 1120: external force detection unit
1130: Return path determining unit 1520:
1530: input unit 1540: movement information generating unit
1550: attitude information generating unit 1560:
1810: rotation angle calculating unit 1820: stop request generating unit
Claims (22)
천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;
상기 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 상기 수술용 로봇의 목적지 위치를 지정하기 위한 입력부;
상기 영상 정보를 참조하여 상기 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위한 변환 기준 정보가 저장되는 저장부;
상기 수술용 로봇의 현재 위치, 목적지 위치 및 상기 변환 기준 정보를 이용하여 상기 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하는 이동 정보 생성부; 및
상기 위치 이동 정보에 상응하는 위치 이동 명령을 생성하여 상기 수술용 로봇에 제공하는 명령 생성부를 포함하는 조작 유닛.
An operation unit for performing a position shifting operation of a surgical robot,
A display unit for displaying image information photographed by a ceiling camera unit;
An input unit for designating a destination position of the surgical robot with reference to the displayed image information;
A storage unit for storing transformation reference information for movement from a current position to a destination position of the surgical robot with reference to the image information;
A movement information generating unit for generating position movement information for moving the surgical robot to a destination position using the current position, the destination position, and the conversion reference information of the surgical robot; And
And a command generation unit for generating a position movement command corresponding to the position movement information and providing the position movement command to the surgical robot.
상기 수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 자세정보 생성부를 더 포함하되,
상기 명령 생성부는 상기 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령을 더 생성하여 상기 수술용 로봇에 제공하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
The method according to claim 1,
Further comprising an attitude information generating unit for generating attitude information for allowing a front face of the surgical robot to be positioned in a direction toward the operating table or in a direction specified by a user,
Wherein the command generation unit further generates an attitude control command corresponding to the attitude information and provides the generated attitude control command to the surgical robot.
상기 변환 기준 정보는 상기 영상 정보를 이용하여 지정되는 상기 현재 위치와 상기 목적지 위치간의 픽셀간 거리 및 각도를 상기 수술용 로봇이 수술실 내에서 이동될 거리 및 각도로 변환하기 위한 정보인 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
The method according to claim 1,
Wherein the conversion reference information is information for converting the distance and angle between pixels between the current position and the destination position designated using the image information into a distance and an angle at which the surgical robot moves in the operating room Operation unit.
상기 수술용 로봇은,
상기 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부;
상기 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부; 및
상기 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 상기 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 상기 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
The method according to claim 1,
In the surgical robot,
A moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction;
A communication unit for receiving a position movement command for a movement operation of the movement unit; And
And a movement operation unit for generating a control signal for causing the movement unit to move along a predetermined movement path in accordance with the position movement command and outputting the control signal to the movement unit.
상기 이동부는 옴니휠(Omni-directional wheel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
5. The method of claim 4,
Wherein the moving part includes an omni-directional wheel.
상기 이동부는 자기부상(magnetic levitation) 방식 및 볼휠(ball wheel) 방식 중 하나 이상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
5. The method of claim 4,
Wherein the moving unit is implemented by at least one of a magnetic levitation system and a ball wheel system.
상기 조작 유닛은, 상기 수술용 로봇에 통신망을 통해 결합된 마스터 로봇에 구비되거나, 상기 수술용 로봇에 직접 결합되는 조작 패널인 것을 특징으로 하는 조작 유닛.
The method according to claim 1,
Wherein the operation unit is an operation panel provided on the master robot coupled to the surgical robot through a communication network or directly coupled to the surgical robot.
천정 카메라부에 의해 촬영된 영상 정보를 디스플레이하는 단계;
상기 디스플레이된 영상 정보를 참조하여 상기 수술용 로봇의 목적지 위치를 입력받는 단계; 및
상기 영상 정보를 참조하여 상기 수술용 로봇의 현재 위치로부터 목적지 위치로의 이동을 위해 미리 저장된 변환 기준 정보와, 상기 수술용 로봇의 현재 위치 및 목적지 위치를 이용하여 상기 수술용 로봇이 목적지 위치로 이동되도록 하기 위한 위치 이동 정보를 생성하여 상기 수술용 로봇으로 전송하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
A method for operating a position of a surgical robot performed by an operation unit,
Displaying image information photographed by a ceiling camera unit;
Receiving a destination position of the surgical robot with reference to the displayed image information; And
Referring to the image information, the surgical robot moves to a destination position by using conversion pre-stored information for movement from the current position to the destination position of the surgical robot and the current position and the destination position of the surgical robot And transmitting the generated position movement information to the surgical robot.
상기 수술용 로봇의 전면(前面)이 수술대를 향하는 방향 또는 사용자에 의해 지정된 방향으로 위치하도록 하기 위한 자세 정보를 생성하는 단계를 더 포함하되,
상기 생성된 자세 정보에 상응하는 자세 제어 명령이 더 생성되어 상기 수술용 로봇으로 전송되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of generating posture information for causing the front surface of the surgical robot to be positioned in a direction toward the operating table or in a direction designated by the user,
Wherein a posture control command corresponding to the generated posture information is further generated and transmitted to the surgical robot.
상기 변환 기준 정보는 상기 영상 정보를 이용하여 지정되는 상기 현재 위치와 상기 목적지 위치간의 픽셀간 거리 및 각도를 상기 수술용 로봇이 수술실 내에서 이동될 거리 및 각도로 변환하기 위한 정보인 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the conversion reference information is information for converting the distance and angle between pixels between the current position and the destination position designated using the image information into a distance and an angle at which the surgical robot moves in the operating room A method for locating and moving a surgical robot.
상기 수술용 로봇은,
상기 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부;
상기 이동부의 이동 조작을 위한 위치 이동 명령을 입력받는 통신부; 및
상기 위치 이동 명령에 따라 미리 설정된 이동 경로를 따라 상기 이동부가 이동 조작되도록 하는 제어 신호를 생성하여 상기 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
9. The method of claim 8,
In the surgical robot,
A moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction;
A communication unit for receiving a position movement command for a movement operation of the movement unit; And
And a movement operation unit for generating a control signal for causing the movement unit to move along a predetermined movement path in accordance with the position movement command and outputting the control signal to the movement unit.
상기 조작 유닛은, 상기 수술용 로봇에 통신망을 통해 결합된 마스터 로봇에 구비되거나, 상기 수술용 로봇에 직접 결합되는 조작 패널인 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the operation unit is an operation panel provided on the master robot coupled to the surgical robot through a communication network or directly coupled to the surgical robot.
A program of instructions executable by a digital processing apparatus to perform the method for locating a surgical robot according to any one of claims 8 to 12 is tangibly embodied and readable by a digital processing apparatus A recording medium on which a program is recorded.
상기 수술용 로봇이 임의의 방향으로 이동되도록 하기 위한 이동부;
상기 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 저장부;
움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 통신부; 및
상기 목적 회전각 정보에서 상기 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 상기 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 상기 이동부로 출력하는 이동 조작부를 포함하는 수술용 로봇.
1. A surgical robot to which a surgical treatment section, to which a surgical instrument is mounted, is coupled to one side of a main body,
A moving unit for moving the surgical robot in an arbitrary direction;
A storage unit for storing target rotation angle information according to a position movement command for the movement of the surgical robot;
A communication unit for receiving rotational angle information according to a surgical site image analysis from a motion compensation device; And
And generates a control signal for operating the moving unit to move along the predetermined moving path until the remaining rotation angle information obtained by subtracting the rotation angle information from the target rotation angle information becomes 0 (zero), and outputs the control signal to the moving unit A surgical robot comprising a movable operating portion.
상기 저장부에 상기 위치 이동 명령에 부합되도록 상기 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 미리 저장하는 경우,
상기 이동 조작부는 상기 움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 상기 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하고, 오차범위 내에서 불일치하는 경우 상기 이동부의 이동 조작을 중지하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
15. The method of claim 14,
When the movement information related to the movement direction, the movement distance and the rotation angle between the virtual path points constituting the movement path is stored in advance in the storage unit in accordance with the position movement command,
The moving operation unit determines whether or not the rotation angle information received from the motion compensation device agrees with the rotation angle contained in the movement information within an error range and stops the movement operation of the movement unit when the mismatch occurs within the error range Features a surgical robot.
상기 이동 조작부는 상기 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신될 때까지 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 상기 잔여 회전각 정보를 갱신한 후 상기 이동부가 상기 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
16. The method of claim 15,
The moving operation unit updates the remaining rotation angle information by reflecting the total rotation angle information received until a zero rotation angle is received from the motion compensation device, and then moves the moving unit along the movement route And resumes the operation control for the robot.
상기 움직임 보상 장치는,
카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부;
지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 미리 설정된 기준선에 따른 각도 변화에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부; 및
생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 각도에 관한 변위량 정보를 이용하여 회전각 정보를 산출하는 회전각 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇.
15. The method of claim 14,
Wherein the motion compensation device comprises:
An image information generating unit for photographing a surgical site from a camera unit and generating image information corresponding to a provided image signal;
A recognition point information analysis unit for generating analysis information on an angle change according to a preset reference line between a recognition point recognized in each of the image information corresponding to the image frames of the designated order and a preset reference point; And
And a rotation angle calculation unit for calculating rotation angle information using displacement amount information about an angle between two consecutive pieces of analysis information in the order of generation.
상기 수술용 로봇의 위치 이동을 위한 위치 이동 명령에 따른 목적 회전각 정보를 저장하는 단계;
움직임 보상 장치로부터 수술부위 영상 해석에 따른 회전각 정보를 수신하는 단계; 및
상기 목적 회전각 정보에서 상기 회전각 정보를 차감 처리한 잔여 회전각 정보가 0(zero)이 될 때까지 상기 이동부가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되도록 조작하는 제어 신호를 생성하여 상기 이동부로 출력하는 단계를 포함하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
A method for operating a position of a surgical robot having a moving part for moving a surgical robot in an arbitrary direction,
Storing target rotation angle information according to a position movement command for position movement of the surgical robot;
Receiving rotational angle information from a motion compensation device according to a surgical site image analysis; And
And generates a control signal for operating the moving unit to move along the predetermined moving path until the remaining rotation angle information obtained by subtracting the rotation angle information from the target rotation angle information becomes 0 (zero), and outputs the control signal to the moving unit And a step of moving the surgical robot.
상기 위치 이동 명령에 부합되도록 상기 이동 경로를 구성하는 가상 경로점들간의 이동 방향, 이동 거리 및 회전각에 관한 이동 정보가 저장부에 미리 저장된 경우,
상기 움직임 보상 장치로부터 수신된 회전각 정보가 상기 이동 정보에 포함된 회전각과 오차범위 내에서 일치하는지 여부를 판단하는 단계; 및
오차범위 내에서 일치하지 않는 경우 상기 이동부의 이동 조작을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
19. The method of claim 18,
When the movement information about the movement direction, the movement distance, and the rotation angle between the virtual path points constituting the movement path is stored in advance in the storage unit,
Determining whether the rotation angle information received from the motion compensation device agrees with an angle of rotation included in the movement information within an error range; And
And stopping the moving operation of the moving unit if the moving robot does not coincide within the error range.
상기 움직임 보상 장치로부터 0(zero)의 회전각이 수신되는지 여부를 판단하는 단계;
0의 회전각이 수신된 경우, 상기 이동부의 이동 조작이 중지된 이후부터 수신된 총 회전각 정보를 반영하여 상기 잔여 회전각 정보를 갱신하는 단계; 및
상기 이동부가 상기 이동 경로를 따라 이동되도록 하기 위한 조작 제어를 재개하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
19. The method of claim 18,
Determining whether a zero rotation angle is received from the motion compensation device;
Updating the remaining rotation angle information by reflecting the total rotation angle information received after the movement of the moving unit is stopped, when the rotation angle of 0 is received; And
Further comprising the step of resuming operation control for allowing the moving part to move along the moving path.
상기 움직임 보상 장치는,
카메라부로부터 수술부위를 촬영하여 제공되는 영상 신호에 상응하는 영상 정보를 생성하는 영상 정보 생성부;
지정된 차수의 영상 프레임들에 해당되는 영상 정보들 각각에서 인식된 인식점과 미리 설정된 기준점간의 미리 설정된 기준선에 따른 각도 변화에 대한 해석 정보를 생성하는 인식점 정보 해석부; 및
생성 순서가 연속된 2개의 해석 정보간의 각도에 관한 변위량 정보를 이용하여 회전각 정보를 산출하는 회전각 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇의 위치 이동 조작 방법.
19. The method of claim 18,
Wherein the motion compensation device comprises:
An image information generating unit for photographing a surgical site from a camera unit and generating image information corresponding to a provided image signal;
A recognition point information analysis unit for generating analysis information on an angle change according to a preset reference line between a recognition point recognized in each of the image information corresponding to the image frames of the designated order and a preset reference point; And
And a rotation angle calculation unit for calculating rotation angle information using displacement amount information about an angle between two consecutive analysis information in the order of generation.
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