KR20160136393A

KR20160136393A - 햅틱 장치를 통한 가상 피드백을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160136393A
Application number: KR1020167029381A
Authority: KR
Inventors: 마흐디 아지지안
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-11-29
Also published as: US10729506B2; KR102334764B1; US20170172681A1; WO2015148293A1; EP3123284A4; CN106462243B; EP3123284A1; US10251719B2; US20190151039A1; EP3123284B1; CN106462243A

Abstract

컴퓨터 보조 의료 장치에 햅틱 장치를 사용한 가상 피드백의 시스템 및 방법은 입력 장치를 위한 기준점을 결정하고, 가상 피드백 모델(VFM)의 다수의 VFM 구성 파라미터 중에서 입력 제어를 위한 VFM을 선택하고, 입력 장치와 관련된 하나 이상의 센서로부터의 정보에 기반하여 입력 장치의 위치를 결정하고, 기준점, 위치 및 VFM에 기반하여 입력 장치의 피드백 레벨을 결정하고, 및 하나 이상의 피드백 명령을 피드백 레벨에 기반하여 입력 장치와 관련된 하나 이상의 액추에이터에 전송되도록 구성된 제어 유닛에 결합된 하나 이상의 프로세서 및 입력 장치를 포함한다. 일부 실시 예에서, VFM은 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 비대칭, 대칭, 등방성, 비등방성, 히스테리시스에서 선택된 하나 이상의 특징을 가진 전송 함수를 포함한다.

Description

햅틱 장치를 통한 가상 피드백을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR VIRTUAL FEEDBACK WITH HAPTIC DEVICES}

(관련 출원의 상호 참조)

본 발명은 본원에 참조로서 여기에 통합되어 있는 2014.3.24자 미국 가출원 번호 61/969,686인 "햅틱 장치를 통한 가상 피드백을 위한 시스템 및 방법"의 우선권을 향유한다.

본 발명은 컴퓨팅 시스템을 위한 햅틱 장치 및 특히 햅틱 장치를 통한 가상 피드백을 사용과 일반적으로 관련이 있다.

점점 더 많은 장치가 더 복잡한 전자 및 전기 기계로 대체되고 있다. 이것은 수술실, 중환자실, 응급실 등에서 발견되는 자율적 및 반자율적인 장치의 배열을 가진 오늘날 병원에서는 특히 사실이다. 예를 들어, 유리 및 수은 체온계는 전자 체온계로 대체되었고, 정맥 내 점적 주입선도 지금은 전자 모니터와 유량 조절기를 포함하고 전통적인 휴대용 외과용 기구는 컴퓨터 보조 의료 장치로 대체되었다.

이들 장치의 많은 부분에서 공통적인 개선은 주로 기계 장치 제어를 반자동 제어 유닛 기능을 제공하는 하이브리드 전기 기계 제어로의 교체이다. 결합 장치, 피벗, 스프링 등을 포함하는 기계 부품의 배치에 의존하기보다는 오히려 이들 하이브리드 전자 기계 제어는 작업자에게 명령을 받는 다이얼, 조이스틱, 스위치, 관절형 암 등과 같은 입력 장치를 감시한다. 입력 장치에서 변경은 처리를 위해 제어 시스템에 전달될 입력 전기 신호로 변환된다. 처리된 입력 전기 신호는 하나 이상에 일치하는 액추에이터를 위한 제어 신호가 되는 출력 전기 신호를 결정하는 데 사용된다. 이런 식으로, 작업자는 제어 시스템에 의해 실행되는 처리를 통해 간접적으로 전기 기계 장치의 동작을 제어한다.

이 방법은 전기 기계 장치를 작동시키는 방법에 추가적인 유연성을 허용한다. 전기 기계 장치의 동작을 변경하도록 조정할 수 있는 제어 시스템의 파라미터 및/또는 알고리즘뿐만 아니라 잠재적으로 복잡한 결합 장치, 피벗 및 스프링의 의존이 덜할수록 단순한 기계적 디자인, 장치의 소형화 등을 도입할 수 있다. 또한, 전기 기계 제어의 사용은 작업자가 전기 기계 장치의 해당 동작을 얻기 위해 발휘하는 힘의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 햅틱 입력 장치의 사용은 제어 시스템이 액추에이터를 위한 제어 신호에 따라 작업자가 힘 피드백을 추가적으로 제공하는 것을 허용한다.

따라서, 햅틱 입력 장치를 통해 피드백을 작업자에게 제공하는 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

일부 실시 예와 같이, 컴퓨터 보조 의료 장치의 제어는 하나 이상의 프로세서와 제어 유닛을 제1 입력 장치에 결합한 인터페이스를 포함한다. 제어 유닛은 제1 입력 장치를 위한 기준점을 결정하고, 제1 입력 장치를 위한 다수의 VFM에서 제1 입력 장치를 위한 제1 가상 피드백 모델(VFM)을 선택하고, 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터를 구성하고, 제1 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제1 센서로부터의 정보에 기반하여 제1 입력 장치의 제1 위치를 결정하고, 기준점, 제1 위치 및 제1 VFM에 기반하여 제1 입력 장치를 위한 제1 피드백 레벨을 결정하고, 제1 피드백 레벨에 기반하여 제1 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제1 액추에이터에 하나 이상의 제1 피드백 명령을 전송하는 것으로 구성된다.

일부 실시 예와 같이, 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 피드백을 제공하는 방법은 입력 장치의 기준점을 결정하고, 입력 장치를 위한 다수의 VFM 중 입력 장치를 위한 제1 VFM을 선택하고, 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터를 구성하고, 입력 장치와 연관된 하나 이상의 센서로부터 정보에 기반하여 입력 장치의 위치를 결정하고, 기준점, 위치 및 제1 VFM에 기반하여 입력 장치를 위한 피드백 레벨을 결정하고, 피드백 레벨에 기반하여 입력 장치와 연관된 하나 이상의 액추에이터에 하나 이상의 피드백 명령을 전송하는 것을 포함한다.

일부 실시 예와 같이, 컴퓨터 보조 의료 장치와 함께 사용하기 위한 햅틱 입력 장치는 입력 제어, 입력 제어의 위치와 연관된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 센서, 입력 제어 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 액추에이터, 입력 제어와 가상적으로 결합된 가상 피드백 장치 및 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 하나 이상의 프로세서 및 제어 유닛과 입력 제어를 결합한 인터페이스를 포함한다. 제어 유닛은 입력 제어의 기준점을 정하고, 가상 피드백 장치를 위한 제1 VFM을 선택 및 구성하고, 하나 이상의 센서로부터 수신된 정보에 기반하여 입력 제어의 위치를 결정하고, 기준점, 위치 및 제1 VFM에 기반하여 입력 제어를 위한 피드백 레벨을 결정하고, 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 액추에이터에 하나 이상의 피드백 명령을 전송하는 것으로 구성된다.

일부 실시 예와 같이, 컴퓨터 보조 의료 장치와 함께 사용하는 유연 운동 시스템은 제1 장치, 제1 장치의 위치와 연관된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 제1 센서, 제1 장치의 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 제1 액추에이터, 제2 장치의 위치와 연관된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 제2 센서, 제2 장치의 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 제2 액추에이터, 제1 장치와 제2 장치를 가상적으로 결합한 가상 피드백 장치 및 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 하나 이상의 프로세서와 제어 유닛에 제1 장치 및 제2 장치를 결합한 인터페이스를 포함한다. 제어 유닛은 가상 피드백 장치를 위한 다수의 VFM 중에서 가상 피드백 장치를 위한 제1 VFM을 선택하고, 제1 VFM을 설정하고, 하나 이상의 제1 센서 및 하나 이상의 제2 센서로부터 수신된 정보에 기반하여 제1 장치와 제2 장치 간 상대적인 위치를 결정하고, 상대적인 위치 및 제1 VFM에 기반하여 피드백 레벨을 결정하고, 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 제1 액추에이터에 하나 이상의 제1 피드백 명령을 전송하고, 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 제2 액추에이터에 하나 이상의 제2 피드백 명령을 전송하는 것으로 구성된다.

일부 실시 예와 같이, 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동하는 방법은 햅틱 제어 입력을 위해 제1 가상 피드백 모델(VFM)에 따라 결정된 피드백을 전송하고, 햅틱 입력 제어를 위한 제2 VFM에 따른 햅틱 입력 제어를 구성하기 위한 명령을 수신하고, 그리고 제2 VFM에 따라 결정된 피드백을 햅틱 제어 입력에 전송하는 것을 포함한다. 제1 및 제2 VFM에 따라 결정된 피드백은 햅틱 제어 입력에 전송된다.

도 1a 및 1b는 힘 피드백을 갖는 기계 입력 장치를 위한 단순화된 다이어그램이다.
도 2는 일부 실시 예에 따른 관절형 입력 제어를 단순화한 다이어그램이다.
도 3은 일부 실시 예에 따른 가상 피드백 구조를 가진 입력 장치의 단순화한 다이어그램이다.
도 4는 일부 실시 예에 따른 여러 예시적 가상 피드백 모델의 단순화한 다이어그램이다.
도 5는 일부 실시 예에 따른 여러 예시적 가상 피드백 기계 구조 구성을 단순화한 다이어그램이다.
도 6은 일부 실시 예에 따른 입력 제어 피드백을 생성하는 방법의 단순화한 다이어그램이다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 제어 시스템의 단순화한 다이어그램이다.
도면에서, 동일한 명칭을 갖는 구성 요소는 동일하거나 유사한 기능을 가진다.

다음 설명에서, 특정 세부 사항은 본 발명과 일치하는 일부 실시 예에서 설명으로 제시된다. 그러나 당업자에게는 일부 실시 예가 일부 또는 전체 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시된 특정 실시 예는 예시적이지만 제한적이지 않을 것을 의미한다. 당업자는 본 명세서에 특별히 기술되지 않았지만, 다른 구성요소들이 본 발명의 범위 및 목적 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해서, 하나의 실시 예에서 보여지고 설명되는 하나 이상의 특징은 구체적으로 설명되거나 하나 이상의 특징이 실시 예를 비기능적으로 만들지 않는 한 다른 실시 예에 통합될 수 있다.

도 1a 및 1b는 각각 기계 입력 장치(100)의 측면 및 평면의 단순화한 다이어그램이다. 예를 들어, 기계 입력 장치(100)는 조이스틱과 일치할 수도 있다. 기계 입력 장치(100)는 다른 장치 또는 시스템을 제어하는데 사용될 수 있는 기계 부품의 배치를 포함한다. 기계 입력 장치(100)는 샤프트(110) 및 피벗 기구(120)를 포함한다. 도 1a에 나타난 바와 같이, 기계 입력 장치(100)의 작업자는 샤프트(110)의 상단부를 조작할 것이다. 작업자가 샤프트(110)의 상단부를 조작하면, 움직임이 피벗 기구(120)에 대해 샤프트(110)를 회전시킨다. 샤프트(110)의 하단부에서, 하나 이상의 스프링(130)은 샤프트(110)와 각각의 앵커 포인트(140) 사이에서 결합된다. 횡력이 화살표(150)(즉, x 방향)의 방향에서 샤프트(110)의 상단부에 인가될 때, 샤프트(110)의 상단부는 샤프트(110)가 피벗 구조(120)에 대해 회전하도록 좌우로 변위된다. 이러한 회전은 화살표(160)의 방향으로 스프링(130)의 스트레칭 및/또는 압축을 일으키는 샤프트(110)의 하단부의 대응하는 횡적 변위를 초래한다. 예를 들어, 샤프트(110) 상단부의 횡적 변위가 도 1a에서 나타낸 바와 같이 왼쪽 방향인 경우, 샤프트(110) 하단부의 횡적 변위는 왼쪽 스프링(130)이 스트레칭하고 오른쪽 스프링(130)이 압축되도록 오른쪽 방향이다. 왼쪽 스프링(130)이 스트레칭할 때, 샤프트(110)의 하단부를 왼쪽으로 당기는 힘을 생성할 수도 있고 오른쪽 스프링(130)이 압축될 때, 샤프트(110)의 하단부를 왼쪽으로 미는 힘이 발생할 수도 있다. 샤프트(110)의 상단부의 횡적 변위가 오른쪽일 때는, 반대의 경우가 발생할 수도 있다. 그래서, 왼쪽 및 오른쪽 스프링(130) 모두 샤프트(110)를 평형 위치 또는 기준점으로 밀도록 동작할 수 있다. 일부 예에서, 평형 상태로 복귀하려는 이런 경향은 샤프트(110)의 상단부의 횡적 변위에 저항하고, 힘 및/또는 햅틱 피드백을 작업자에게 제공하고 및/또는 작업자로부터 횡력의 부재 시 기계 입력 장치(100)를 평형 위치/기준점으로 복귀시키는 데드맨(dead-man) 구조를 제공하기 위해 사용할 수도 있다.

도 1b의 평면도는 추가적인 스프링(130) 및 앵커포인트(140)가 여러 방향에서 힘의 균형으로의 복귀를 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 1b의 4개의 스프링(130)은 임의의 횡축 방향에 있는 샤프트(110)의 변위로 기계 입력 장치(100)의 작업자에게 저항 및/또는 피드백 힘을 제공하도록 사용될 수 있다. 도 1b에서 좌우 스프링(130)은 x 방향 변위로 피드백 힘을 제공하고 도 1b에서 상하 스프링(130)은 y 방향 변위로 피드백 힘을 제공할 수 있다. 조합하여, x 방향 및 y 방향 피드백 힘은 피드백 힘을 x 및 y 방향의 임의의 조합의 변위로 제공하고 x 및 y 방향에서 샤프트(110)를 위한 평형 위치/기준점을 생성하는 것을 도와준다.

도 1에서 보여지지 않지만, 기계 입력 장치(100)는 기계 및/또는 전기 기계 제어 시스템에 명령을 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 샤프트(110)는 작업자의 횡적 변위에 대응하여 하나 이상의 스위치를 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 피벗 구조(120)는 자신의 평형 또는 기준 방향으로부터의 샤프트(120)의 각(angular) 변위를 판정하기 위해 하나 이상의 위치 센서를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 회전 센서는 전위차계, 광학 인코더, 홀 효과 센서, 등을 사용해서 구현될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 스프링(130)은 각각의 스프링(130)이 스트레칭 및/또는 압축되고 있는 크기를 결정하기 위한 변위 및/또는 힘 센서에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 힘 센서는 스트레인 게이지 등을 포함할 수 있다.

기계 입력 장치(100)는 기계 입력 시스템 한계의 일부를 보여준다. 일부 실시 예에서, 물리적으로 기계 입력 장치(100)를 변경하지 않고 힘 피드백 특성 또는 기준점 중 하나를 변경할 수 없을지도 모른다. 일부 예에서, 힘 피드백 특성을 변경하는 것은 하나 이상의 스프링(130)을 다른 강도 또는 스프링 상수를 가진 스프링으로 변경 및/또는 샤프트(110)의 상단부 및 하단부 사이의 피벗 기구(120) 위치의 조정을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 기준점을 변경하는 것은 더 길거나 더 짧은 스프링(130)을 사용하고, 샤프트(110)에 대한 앵커 포인트(140)의 위치를 변경하는 등을 포함할 수 있다.

일부 실시 예에서, 상이한 유형의 힘 피드백을 작업자에게 쉽게 제공하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 설계한 바와 같이, 기계 입력 장치(100)는 운용자가 샤프트(100)의 상단부에 횡적 변위를 도입할 때 작업자에게 저항하는 힘을 제공한다. 일부 예에서, z 방향의 이동 및/또는 종축에 대해 샤프트(110)의 회전에 반대하거나 저항하기 위해 기계 입력 장치(100)를 쉽게 조정하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 일부 실시 예에서, 좀 더 복잡한 스프링 및/또는 다른 기계적 댐퍼가 기계 입력 장치(100)에 추가될 때, 복잡성 및 기계적 입력 장치(100)에 의해 점유되는 공간의 크기는 비실용적 및/또는 받아들일 수 없게 될 수 있다.

도 2는 일부 실시 예에 따른 관절형 입력 제어(200)의 단순화한 다이어그램이다. 도 2의 관절형 입력 제어(200)는 기계 입력 장치(100)의 자유도 2 이상을 가지는 입력 장치와 관련하여 기계 피드백 요소의 한계를 추가로 보여준다. 도 2에서 나타난 바와 같이, 관절형 입력 제어(200)는 자신의 말단에 위치한 핸들(230)을 가진 관절형 암을 형성하는 일련의 링크(210) 및 조인트(220)를 포함한다. 일부 예에서, 핸들(230)은 관절형 입력 제어(200)의 사용 동안 핸들(230)의 위치 및 방향 모두를 변경할 수 있는 작업자에 의해 조정될 수 있도록 설계된다. 일부 예에서, 관절형 입력 제어(200)의 링크(210) 및 조인트(220)는 조인트(220)에 대한 동작 제한 범위에 의해 부과된 한도와 링크(210)의 모양 및 크기 내에서 자유도 6(예를 들어, x, y 및 z 위치뿐만 아니라 롤, 피치 및 요 방향)을 통한 핸들(230)의 조작을 허용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 관절형 입력 제어(200)는 캘리포니아 서니베일의 인튜이티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc)에 의해 상품화된 다 빈치(da Vinci®) 수술 시스템에서 발견된 마스터 입력 제어에 대응할 수 있다.

핸들(230)에 대한 힘 피드백 및/또는 기준점 동작으로의 회귀를 제공하는 것에 있어서 문제점의 일부를 도시하기 위해서, 피드백 구조(240)는 핸들(230) 및 앵커 포인트(250) 사이의 연결을 보여준다. 링크(210) 및 조인트(220)에 기인한 핸들(230)의 동작의 큰 유연성 때문에, 물리적 구성요소로서 피드백 구조(240) 및 앵커 포인트(250)의 구현은 피드백 구조(240) 및/또는 앵커 포인트(250)가 링크(210) 및 조인트(220)의 동작 범위를 방해하는 것을 야기할 것이다. 이것은 핸들(230)에 대한 기준점이 핸들(230)에 대해 상대적인 좌표계가 아닌 현실 좌표계에서 정의될 때 특히 그러하다. 피드백 힘이 추가적인 자유도를 위해 필요할 때, 물리적 피드백 구조 및/또는 앵커 포인트 수의 증가는 간섭 문제를 악화시킬 것이다. 게다가, 추가적인 물리적 피드백 구조 및/또는 앵커 포인트가 추가적인 자유도를 위해 추가될 때, 결과적인 시스템의 기계적 복잡성은 매우 높아질 것이다. 새로운 문제로서, 상이한 변위들을 위한 기준점의 위치 및/또는 피드백 힘 크기의 변경을 허용하는 물리적 피드백 구조 및/또는 앵커 포인트를 설계하는 것은 쉽지도 및/또는 실용적이지도 않다.

결과적으로, 이동 가능한 기준점 및/또는 조정 가능한 피드백 힘을 활용하려는 입력 장치를 가진 시스템에서는, 물리적 피드백 구조는 일반적으로 권장되지 않는다. 이것은 관절형 입력 제어(200)처럼 큰 자유도를 가진 입력 장치에는 특히 그러하다. 기준점의 위치 및 피드백 힘 레벨에 유연성을 제공하기 위해서, 한 가지 해결책은 햅틱 입력 장치를 가진 가상 피드백 구조를 사용하는 것이다. 예를 들어, 도 2의 관절형 입력 제어(200)에서, 피드백 구조(240)는 가상 피드백 구조로 구현될 수 있고, 앵커 포인트(250)는 가상 앵커 포인트로 구현될 수 있다.

도 3은 일부 실시 예에 따른 가상 피드백 구조를 가진 입력 장치(300)의 단순화한 다이어그램이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 입력 장치(300)는 입력 제어(310)를 포함한다. 입력 제어(310)가 도 3에서 도시된 바와 같이 적어도 왼쪽 또는 오른쪽으로 움직일 수 있도록 슬라이더 또는 유사한 입력 제어와 일치하는 적어도 수평방향으로 입력 제어(310)가 작업자에 의해 이동될 수 있다.

도 3에 완전히 보여지지 않지만, 입력 장치(300) 및/또는 입력 제어(310)는 입력 제어(310)의 위치 및/또는 위치 변화를 감지할 수 있는 하나 이상의 센서에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 센서 각각은 전위차계, 광학 인코더, 홀 효과 센서 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 센서는 입력 제어(310)의 위치 및/또는 입력 제어(310)의 이동 표시를 부호화한 전기 신호를 생성한 다음 하나 이상의 출력(340)상에 하나 이상의 전기 신호로서 이들 값을 출력할 수 있다. 일부 실시 예에서, 입력 제어(310)는 하나 이상의 액추에이터 또는 입력 제어(310)에 피드백을 적용할 수 있는 다른 구조를 포함하는 햅틱 제어일 수 있다. 입력 제어(310)에 적용되는 피드백의 크기가 결정되면, 하나 이상의 입력(350)상의 하나 이상의 전기 신호를 사용해서 입력 제어(310)에 전달될 수 있다. 하나 이상의 출력(340) 및/또는 하나 이상의 입력(350)상의 전기 신호는 아날로그 전압 또는 전류, 하나 이상의 펄스 또는 펄스 패턴, 펄스 폭 변조, 하나 이상의 명령 비트 또는 바이트, 네트워크 패킷 등을 포함하는 임의의 적절한 신호 패턴 또는 기술을 사용할 수 있다.

스프링(130) 중 하나와 같은 기계 피드백 구조를 가진 제약(constrain) 입력 제어(310)보다는, 입력 제어(310)는 가상 앵커 포인트(330)에 고정될 수 있는 가상 피드백 구조(320)에 가상적으로 결합된다. 일부 예에서, 입력 제어(310)는 핸들(230)과 호환할 수 있고, 가상 피드백 구조(320)는 피드백 구조(240)에 호환할 수 있고, 가상 앵커 포인트(330)는 앵커 포인트(250)와 호환할 것이다. 입력 제어(310)가 움직임에 따라, 입력 제어(310)의 위치 및/또는 위치 변화는 가상 피드백 구조(320)와 연관된 가상 피드백 모델에 적용된다. 가상 피드백 모델은, 존재한다면, 하나 이상의 햅틱 액추에이터를 통해 입력 제어(310)에 적용될 수 있는 피드백의 크기를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시 예에서, 가상 피드백 구조(320)의 가상 피드백 모델은 가상 스프링의 것과 일치할 것이다. 입력 제어(310)가 왼쪽 및 오른쪽으로 움직임에 따라, 움직임은 입력 제어(310)와 연관된 기준점(360)으로부터의 변위로 해석될 수 있다. 변위가 증가 및/또는 감소에 따라, 이것은 가상 스프링의 스트레칭 및/또는 압축으로 해석할 수 있다. 가상 스프링에 가상 스프링 상수를 할당함으로써, 변위는 하나 이상의 햅틱 액추에이터에 다시 전달될 수 있는 하나 이상의 힘 또는 다른 값으로 변환될 것이다.

가상 피드백 구조(320)는 가상이기 때문에, 입력 제어(310)에 대한 피드백을 생성하는 데 있어서 사용은 가상 피드백 구조(320)를 가지고 사용된 가상 피드백 모델 및 하나 이상의 햅틱 액추에이터의 기능적 제한에 따라 매우 유연하다. 입력 제어(310)의 위치, 변위, 위치에서 변화 및/또는 변위에서의 변화가 가상 피드백 모델에 이용 가능하게 되는 한, 임의의 매핑은 위치, 변위, 위치에서 변화 및/또는 변위 변화를 대응되는 피드백으로 변환하는 데 사용될 수 있다. 이러한 접근법의 이점은 쉽게 가상 피드백 모델에서 사용된 매핑의 규모 및/또는 프로파일을 변경하고 및/또는 기준점(360)에 대응하는 입력 제어(310)의 위치를 변경할 수 있는 능력을 포함한다.

일부 실시 예에서, 가상 피드백 구조(320)의 가상 피드백 모델은 임의의 바라는 피드백 행동을 모델화하기 위해서 구성될 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 구조(320)는 입력 제어(310) 주위의 공간이 그러한 기계 피드백 장치를 지원할 수 없는 경우에도 기계 피드백 장치를 모방할 수 있다. 일부 예에서, 모방된 기계 피드백 장치는 기계 스프링, 댐퍼, 대시 포트, 완충기, 가스 스프링 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 구조(320) 및 가상 피드백 모델은 기계 피드백 장치를 사용한 구현이 실용적 및/또는 가능하지 않더라도 피드백을 모방할 수 있다. 예를 들어, 이것은 기준점에 대한 임의의 변위에 반대되는 제로 크기의 가상 스프링을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 물리적 크기는 가상 피드백 구조(320)에 무관하기 때문에, 가상 앵커 포인트(330)의 위치는 기준점(360)에 일치할 것이다. 일부 예에서, 가상 앵커 포인트(330) 및 기준점(360) 사이의 상대적인 위치는 가상 피드백 모델에 의존할 것이다.

도 4는 일부 실시 예에 따른 여러 예시적 가상 피드백 모델의 단순화한 다이어그램이다. 도 4에서 가상 피드백 모델의 각각은 도 3에서 입력 제어(310)에 대해 설명한 수평 이동과 일치하는 방식으로 단일 축을 따라 변위 및/또는 이동될 수 있는 입력 제어를 가지고 사용될 수 있는 잠재적 피드백 모델을 나타낸다. 가상 피드백 모델의 각각은 기준점으로부터 움직임의 단일 축에 대해 변위될 수 있는 입력 제어에 또한 기반한다. 도 4의 가상 피드백 모델은 기준점을 나타내는 수직축의 교차점을 가진 수평축에 의해 표시되는 변위의 크기와 수직축에 의해 표시되는 피드백 크기 사이의 관계를 설명하는 전송 함수(transfer function)의 형태로 나타난다. 일부 예에서, 피드백의 크기는 하나 이상의 햅틱 피드백 액추에이터에 의한 입력 제어에 적용될 수 있는 힘의 크기에 대응 또는 비례할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 가상 피드백 모델의 임의의 다양한 파라미터는 작업자 및/또는 다른 제어 시스템이 입력 제어에 적용된 피드백의 패턴 및/또는 크기를 변경할 수 있도록 하면서 언제든지 변경될 수 있다. 일부 예에서, 이것은 변위가 결정된 기준점을(예를 들어, 기준점을 가상 앵커 포인트로부터 분리 및/또는 가상 앵커 포인트를 이동하여) 동적으로 변경 및/또는 대응하는 입력 제어를 가지고 사용된 경사, 셋포인트, 또는 가상 피드백 모델조차도 동적으로 변경하는 것을 포함한다.

하나의 예시로서, 도 4는 단방향 선형 피드백 모델(410)을 보여준다. 도시된 바와 같이, 단방향 피드백 모델(410)은 기준점으로부터의 입력 제어의 양의 변위에 비례해서 피드백을 생성하고 음의 변위에 대해서는 어떤 피드백도 생성하지 않는다. 피드백의 양은 k의 큰 값은 주어진 변위에 대해 높은 힘 피드백을 제공하고 k의 작은 값은 주어진 변위에 대해 낮은 힘 피드백을 제공하는 기울기 k에 의해 제어된다. 일부 예에서, 양 및 음의 변위의 역할은 양의 변위가 아닌 음의 변위에 대해 발생된 피드백을 가지고 반전될 수 있다. 일부 예에서, 단방향 피드백 모델(410)은 장력 하에서만 힘 피드백을 제공하는 가상 스프링에 의해 적용될 수 있는 힘 피드백의 적절한 근사치를 제공할 수 있다.

도 4는 또한 양방향 선형 피드백 모델(420)을 도시한다. 단방향 피드백 모델(410)과 같이, 양방향 선형 피드백 모델(420)은 크기 조정이 기울기 k에 의해 제어되는 변위의 크기에 비례한 피드백 크기를 제공한다. 양방향 선형 피드백 모델(420)은, 그러나 양 및 음 변위에 모두 적용된다. 그래서, 양방향 피드백 모델(420)은 기준점 쪽의 방향에서 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 양방향 피드백 모델(420)은 장력 및 압축 동안 힘 피드백을 제공하는 가상 스프링에 의해 적용될 수 있는 힘 피드백의 적절한 근사치를 제공할 수 있다.

가상 피드백 모델은 비선형 피드백 모델(430)에서 나타난 바와 같이, 또한 비선형일 수 있다. 비선형 피드백 모델(430)은 일반적인 피드백 동작의 세 가지 영역을 포함한다. 시작 영역(432)에서, 변위가 시작 임계값을 초과할 때까지 피드백은 거의 또는 전혀 적용되지 않는다. 일부 예에서, 시작 영역(432)은 적용된 피드백에 기인하여 입력 제어에서 바람직하지 않은 진동을 감소시키고 및/또는 피드백 없이 시작 영역을 제공할 수 있다. 주요 동작 영역(434)에서, 피드백의 크기는 거의 변위의 크기에 비례할 수 있다. 그리고 포화 영역(436)에서, 제공된 피드백의 크기는 사전 할당된 최대값에 도달할 수 있다. 일부 예에서, 사전 할당된 최대값은 하나 이상의 햅틱 액추에이터, 사용자의 물리적 힘 등에 의해 제공될 수 있는 피드백의 최대 크기에 기반할 수 있다.

가상 피드백 모델은 히스테리시스 피드백 모델(440)에서 보여지는 것과 같은 히스테리시스 및/또는 히스테리시스 같은 효과를 또한 포함할 수 있다. 비선형 피드백 모델(430)처럼, 히스테리시스 피드백 모델(440)은 시작 영역(442), 램프 업 동작 영역(444) 및 포화 영역(446)을 포함한다. 히스테리시스 피드백 모델(440)은 램프 업 동작 영역(444)과 다른 하강 램프 동작 영역(448)을 더 포함한다. 일부 예에서, 히스테리스 피드백 모델(440)은 비선형 피드백 모델(430)의 이점을 제공하지만, 또한 입력 제어가 기준점에 리턴되는 점에 적용될 때 피드백이 기준점 특성에 더 나은 리턴을 제공할 수 있다.

도 4에 보여지지 않지만, 가상 피드백 모델에서 다른 변형이 가능하다. 일부 실시 예에 따라, 가상 피드백 모델은 다른 물리적 구성 요소를 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 수평축은 변위보다는 위치 및/또는 속도를 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 수직축은 힘, 마찰력 등을 나타낼 수 있다. 일부 실시 예에서, 좀 더 복잡한 가상 피드백 모델이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 구분적 선형 동작에 근사할 수 있다. 일부 예에서, 다른 비선형 모델이 사용될 수 있다.

일부 예에서, 가상 피드백 모델은 대응하는 복수 변위 축을 가진 2,3, 또는 그 이상 입력 차원 및/또는 대응하는 2,3, 또는 그 이상 차원 피드백 축에 각각에 대한 가상 피드백 표면을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 입력 차원 및/또는 축의 각각은 위치 자유도, 회전 자유도, 물리적 방향, 시간 등에 대응할 수 있다. 일부 실시 예에서, 다차원 피드백 모델은 등방성 및/또는 비 등방성일 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 다른 방향에서 다른 계수를 가진 비 등방성 가상 스프링을 모방할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 한 방향에서 높은 강도 및 다른 방향에서 낮은 강도를 모방할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 한 방향에서 선형 동작 및 다른 방향에서 비선형 동작을 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 단일 방향에서 선형 동작 및 다른 방향에서는 비선형 동작을 보여줄 것이다. 일반적으로, 일련의 스프링, 댐퍼 등과 같은 물리적 피드백 구조를 사용해서 피드백에서 이러한 유연성을 구현하는 것은 일반적으로 가능하지 않다.

일부 실시 예에 따라, 가상 피드백 모델은 비대칭일 수 있다. 일부 예에서, 서로 다른 기울기, 비선형 패턴, 히스테리시스 등은 양 및 음 변위에 적용될 수 있다. 예를 들어, 음 변위를 위한 양방향 선형 피드백 모델(420)은 양 변위를 위한 히스테리시스 피드백 모델(440)과 결합될 수 있다. 일부 실시 예에 따라, 가상 피드백 모델은 해당 입력 제어와 연관된 다른 동작에 대응하는 피드백 값을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델(430)은, 입력 제어의 작은 변위가 제어 알고리즘에 제로 입력을 야기하고 입력 제어의 큰 변위는 제어 알고리즘에 포화 최대 입력을 제공하도록 제어 알고리즘 또는 모델을 위한 입력 제어의 변위를 해석하는데 사용되는 제어 모델과 같은 형태에 거의 근사할 수 있다.

일부 실시 예에서, 가상 피드백 구조(320)는 위치상의 및/또는 회전 변위를 포함하는 움직임에서 임의의 자유도에 따라 변위 및/또는 움직임을 처리하도록 쉽게 맞출 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어(310)의 임의의 측정된 변위는 임의의 자유도에 따라 구성요소로 변환될 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어(310)가 수평 및 수직 방향의 양쪽으로 변위될 때, 수평 및 수직 방향에서의 구성요소가 결정되고 하나 이상의 가상 피드백 모델이 수평 및 수직 구성요소에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 이것은 수평 및 수직 방향에서 입력 제어(310)에 상이한 모델의 피드백을 결정하고 적용하는 것이 가능하도록 별도의 수직 및 수평 가상 피드백 모델을 포함할 수 있다.

도 5는 일부 실시 예에 따른 다수의 예시적 여러 가상 피드백 구조 구성의 단순화한 다이어그램이다. 도 5에서 구성의 각각은 하나 이상의 입력 제어를 가진 하나 이상의 가상 피드백 구조의 가능한 구성을 나타내며, 하나 이상의 가상 피드백 구조가 하나 이상의 입력 제어에 피드백을 제공할 수 있는 방법을 보여준다. 도 3의 구성에 따라, 도 4의 가상 피드백 모델 같은 임의의 가상 피드백 모델이 도 5에서 보여지는 가상 피드백 구조에 사용될 수 있다.

하나의 구성(510)은 두 개 이상의 가상 피드백 구조가 입력 제어(520)와 함께 사용할 수 있는 방법을 보여준다. 도시된 바와 같이, 입력 제어(520)는 가상 앵커 포인트(534)에 고정된 가상 피드백 구조(532) 및 가상 앵커 포인트(538)에 고정된 가상 피드백 구조(536)에 가상적으로 결합된다. 일부 예에서, 가상 앵커 포인트(534 및 538)는 다른 위치 및/또는 기준점에 대응할 수 있다. 일부 예에서, 가상 앵커 포인트(534 및/또는 538)는 입력 제어(520)의 중심 위치 가까이에 위치한 기준점(525)에 대응할 수 있다. 일부 실시 예에서, 구성(510)은 도 1a 및 1b에서 도시되는 것과 유사한 조이스틱 유형의 입력 제어와 일치하고 및/또는 관절형 입력 제어(200)와 일치할 수 있다.

두 가상 피드백 구조(532 및 536)의 사용은 입력 제어(520)를 위한 피드백 모델링을 단순화할 수 있다. 일부 예에서, 개별 가상 피드백 구조(532 및 536)를 사용하여, 가상 피드백 구조(532 및 536)의 각각이 더 단순한 일차원 가상 피드백 모델을 포함할 수 있다. 가상 피드백 구조(532)를 위한 가상 피드백 모델은 입력 제어(520)의 수평적 변위에 기반하여 피드백을 제공할 수 있고 가상 피드백 구조(536)를 위한 가상 피드백 모델은 입력 제어(520)의 수직적 변위에 기반하여 피드백을 제공할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 구조(532)로부터 피드백은 수평적 이동에 적용하는 입력 제어(520)의 하나 이상의 햅틱 액추에이터를 위한 피드백 레벨을 생성하는 데 사용될 수 있고 피드백 구조(536)로부터 피드백은 수직적 이동에 적용하는 입력 제어(520)의 하나 이상의 햅틱 액추에이터를 위한 피드백 레벨을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 중첩 또는 일부 다른 조합 계획이 두 가상 피드백 구조(532 및 536)의 가상 피드백 모델로부터 합성 피드백 크기를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 복수의 가상 피드백 구조가 핸들(230)에 가상적으로 결합될 때, 피드백 레벨 및/또는 합성 피드백이 조인트(220)와 연관된 액추에이터를 통해 핸들(230)에 피드백 힘을 적용하기 위해 사용될 수 있다.

하나의 구성(540)은 입력 제어(550) 및 입력 제어(555) 사이의 유연 운동을 유도하기 위한 가상 피드백 구조(560)의 사용을 보여준다. 입력 제어(550 및 555) 간의 상대 변위를 이용하여, 예를 들어, 피드백 크기는 입력 제어(550 및 555)가 서로 추적할 수 있도록 작업을 촉진하기 위해 생성될 수 있다. 일부 예에서, 이것은 각각 입력 제어(550 및 555)를 작동시키는 두 개의 개별 작업자 사이에서 조정을 지원할 수 있다.

하나의 구성(570)은 회전 입력 제어(580)와 함께 사용한 비틀림 형 가상 피드백 구조의 예를 설명한다. 가상 비틀림 피드백 구조(592)는 회전 입력 제어(580) 및 가상 앵커 포인트(594)에 가상적으로 결합할 수 있다. 가상 비틀림 피드백 구조(592)의 가상 피드백 모델은 비틀림 스프링의 동작을 모방할 수 있다. 그래서, 회전 입력 제어(580)는 회전되고 각(angular) 변위를 발생시킴에 따라, 각 변위는 회전 입력 제어(580)에 비틀림 피드백을 유도하기 위해서 사용될 수 있다. 일부 예에서, 가상 비틀림 피드백 구조(592)는 관절형 입력 제어(200)와 같은 관절형 입력 제어에서 롤, 피치 및/또는 요 방향에서 비틀림 피드백을 제공하는 것과 같이 회전 피드백을 입력 제어에 제공하기 위해서 사용될 수 있다.

도 5에서 표시되지 않지만, 가상 피드백 구조의 다른 구성도 가능하다. 일부 실시 예에 따라, 두 개 이상의 가상 피드백 구조가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 제 3 가상 피드백 구조는 두 수평 및 수직에 직교하는 상하 방향에서 변위를 처리하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 일련의 가상 피드백 구조는 입력 제어(520)를 중심에 위치한 기준점에 보다 균일하게 향하도록 하기 위해 입력 제어(520)에 방사상으로 연결될 것이다. 일부 실시 예에 따라, 조합은 혼합 및 일치될 수 있다. 일부 예에서, 추가적인 가상 피드백 구조는 추가적인 입력 제어 및/또는 가상 앵커 포인트를 입력 제어(550) 및/또는 입력 제어(555)중 어느 하나에 가상적으로 결합시킬 수 있다. 그래서, 가상적으로 결합된 입력 제어의 그물망을 만들 수 있다. 일부 실시 예에 따라, 다른 유형의 가상 피드백 구조가 조합될 수 있다. 일부 예에서, 조이스틱 유형 입력 제어는 구성(510) 및 구성(570)에서의 가상 비틀림 피드백 구조(592)와 같은 비틀림 가상 피드백 구조에서 도시된 것과 같이, 수평 및 수직 가상 피드백 구조에 가상적으로 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 피드백은 수평 및 수직 변위뿐만 아니라 회전 변위까지 지원할 수 있는 조이스틱 유형 입력 제어에 적용할 수 있다. 일부 예에서, 관절형 입력 제어(200)와 같은 관절형 입력 제어는 기준점 쪽으로 핸들(230)을 밀기 위한 피드백을 제공하는 하나 이상의 피드백 구조 및 롤, 피치 및/또는 요 구성 요소를 가진 기준 방향 쪽으로 핸들(230)을 밀기 위한 하나 이상의 가상 비틀림 피드백 구조에 가상적으로 결합될 수 있다.

도 6에서는 일부 실시 예에 따른 입력 제어에서 피드백을 생성하는 방법(600)의 단순화한 다이어그램이다. 방법(600)에서 프로세스(610-670) 중 하나 이상은 하나 이상의 프로세스에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 프로세스(610-670) 중 하나 이상을 수행하도록 할 수 있는 일시적이 아닌, 가시적, 기계 판독 가능한 미디어에 저장된 실행 코드의 형태로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 입력 제어는 입력 제어(200, 310, 520, 550, 555 및/또는 580) 중 어느 것일 수 있다. 일부 실시 예에서, 방법(600)은 데드맨 스위치(dead-man switch)와 동등한 것을 구현하는데 사용될 수 있다.

프로세스(610)에서, 입력 제어를 위한 기준점이 결정된다. 피드백이 입력 제어에 적용되기 전에, 기준점이 일반적으로 입력 제어를 위해 결정된다. 대부분의 경우, 기준점은 변위 및/또는 이동이 그에 관해 결정되고, 제로 피드백이 전형적으로 입력 제어에 적용되는 점에서 종종 있을 수 있는 기준점이 된다. 일부 예에서, 기준점은 입력 제어의 물리적 구조에 기반하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 기준점은 일단 또는 입력 제어 동작의 범위의 한쪽 끝 또는 다른 쪽 끝에 있고 및/또는 중심점처럼 동작의 범위를 따라서 있는 임의의 지점에 있을 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어가 관절형 입력 제어일 때, 기준점은 콘솔 작업공간 내의 지점에 대응할 수 있다. 일부 예에서, 중단 없는 회전 입력 제어처럼 입력 제어가 제한 없는 동작을 가지면, 기준점은 회전 입력 제어의 임의의 회전 각도에 있을 수 있다. 일부 예에서, 기준점은 다른 입력 장치 및/또는 작업자로부터 수신된 명령에 기반하여 선택될 수 있다. 일부 예에서, 기준점은 명령이 수신될 때 입력 제어의 위치에 기반하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어의 위치는 입력 제어에 결합된 하나 이상의 입력/출력(I/O)선, 버스 및/또는 네트워크 링크를 사용하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어는 입력 제어(200, 310, 520, 550, 555 및/또는 580) 중 어느 것일 수 있다.

프로세스(620)에서, 입력 제어를 위한 가상 피드백 모델이 선택되고 구성된다. 입력 제어를 위해 바람직한 피드백 동작에 따라, 가상 피드백 모델은 선택되고 구성될 수 있다. 일부 예에서, 이것은 도 4에서 설명한 가상 피드백 모델 또는 일부 다른 적절한 가상 피드백 모델 중 임의의 것을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 단방향 및 양방항 모델, 선형 및 비선형 모델, 등방성 및/또는 비등방성 모델 및/또는 히스테리시스를 가지거나 또는 없는 모델 사이에서 선택하는 것을 포함할 수 있다. 가상 피드백 모델은 적절한 기울기, 중단 점, 시작 임계값, 포화값 등을 가지고 구성될 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 하나 이상의 파라미터로 나타낸 가상 피드백 모델 목록을 사용하여 작업자에 의해 선택 및/또는 구성될 수 있다.

프로세스(630)에서, 입력 제어의 위치 및/또는 동작이 감지된다. 입력 제어를 위한 위치 및/또는 동작 정보는 입력 제어로부터 수신될 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어의 위치 및/또는 동작은 입력 제어에 연결된 하나 이상의 I/O 선, 버스 및/또는 네트워크 링크를 사용하여 결정될 수 있다. 일부 예에서, 위치 및/또는 동작은 하나 이상의 메시지, 하나 이상의 네트워크 패킷 등에서 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 값, 하나 이상의 펄스 카운트 또는 펄스 폭으로 수신될 수 있다. 일부 예에서, 위치 및/또는 입력 제어는 하나 이상의 조인트 각도, 하나 이상의 조인트 위치 및/또는 입력 제어와 연관된 관절형 암의 하나 이상의 운동학적 모델로부터 결정될 수 있다. 일부 예에서, 운동학적 모델은 조인트 각도 및/또는 위치에 기반하여 콘솔 작업공간에서 핸들 및 사용자의 잡기(grasp) 지점의 위치 및/또는 방향을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 위치 및/또는 동작은 프로세스(610) 동안 결정된 기준점으로부터의 변위로 변환될 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어가 엔드 이펙터를 제어하기 위해 사용될 때 원격으로 및/또는 원격 조작을 통해서, 변위는 엔드 이펙터의 기준점에 대한 엔드 이펙터의 위치 및/또는 방향에 대응할 수 있다.

프로세스(640)에서, 위치 및/또는 동작이 보고된다. 입력 제어는 동작 제어 및/또는 동작 계획 알고리즘에 대한 명령 및/또는 다른 입력을 제공할 수 있기 때문에, 수신된 위치 및/또는 동작이 동작 제어 및/또는 동작 계획 알고리즘에 제공된다. 일부 예에서, 위치 및/또는 동작은 동작 제어 및/또는 동작 계획 알고리즘에 알려지기 전에 신호 조정, 스케일링, 쉬프팅 등의 대상이 될 것이다. 일부 예에서, 동작 제어 및/또는 동작 계획 알고리즘은 입력 제어의 위치 및/또는 방향에서 변화에 응답하여 엔드 이펙터를 조작하는 것을 담당한다.

프로세스(650)에서, 입력 제어를 위한 피드백 레벨이 결정된다. 프로세스(630) 동안 감지된 위치 및/또는 동작 및 프로세스(620) 동안 선택되고 구성된 가상 피드백 모델을 사용해서, 입력 제어를 위한 피드백 레벨 또는 크기가 결정된다. 일부 예에서, 위치 및/또는 동작에 기반하여 결정된 변위는 도 4에 대하여 설명된 것처럼 가상 피드백 모델을 사용하여 피드백 힘으로 변환된다.

프로세스(660)에서, 햅틱 피드백은 피드백 레벨에 기반하여 적용된다. 프로세스(650) 동안 결정된 피드백 레벨을 사용하여, 하나 이상의 출력 신호 및/또는 명령이 생성되고 입력 제어에 결합된 I/O선, 버스 및/또는 네트워크 링크를 사용하여 입력 제어의 하나 이상의 액추에이터에 전송된다. 일부 예에서, 하나 이상의 신호 또는 명령은 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 값, 하나 이상의 펄스 카운트 또는 펄스 폭, 하나 이상의 메시지, 하나 이상의 네트워크 패킷 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 입력 제어가 관절형 입력 제어일 때, 피드백 레벨은 관절 입력 제어와 관련된 관절형 암을 위한 하나 이상의 역 운동학적 모델 및/또는 야코비안을 사용하여 조인트 힘 및/또는 토크로 변환될 수 있다.

부가적인 프로세스(670)에서, 입력 제어는 기준점을 향해 강제된다. 적절한 가상 피드백 모델이 입력 제어에 적용될 때, 프로세스(660) 동안 적용된 햅틱 피드백은 기준점을 향해 다시 입력 제어를 지향시키는 힘을 적용할 수 있다. 일부 예에서, 가상 피드백 모델은 작업자 또는 다른 입력이 적용되지 않을 때 기준점에 다시 입력 제어를 푸쉬할 수 있다.

프로세스(630-670)는 입력 제어의 더 많은 위치 및/또는 동작이 감지되고, 보고되고, 그 후 하나 이상의 햅틱 액추에이터를 사용하여 적절한 피드백을 결정하고 생성하는 데 사용하기 위해 반복된다.

본 명세서에서 상술되고 강조된 바와 같이, 도 6은 과도하게 청구 범위를 제한해서 안 된다는 예에 지나지 않는다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 일부 실시 예에 따라, 상기 입력 제어는 하나 이상의 가상 피드백 구조로부터 피드백을 받을 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(630) 동안 감지된 위치 및/또는 동작은 적용할 햅틱 피드백의 크기를 결정하기 위해 사용되는 복수의 가상 피드백 모델로부터 피드백 레벨을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 중첩 또는 다른 조합 알고리즘은 입력 제어를 위한 복합 피드백을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시 예에 따라, 프로세스(610 및/또는 620)는 방법(600)의 실행 동안 주기적으로 실행될 수 있다. 일부 예에서, 입력은 사용되는 가상 피드백 모델의 선택 및/또는 구성을 변경할 수 있는 작업자 및/또는 다른 시스템으로부터 수신될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(610)는 입력 제어를 위한 기준점을 변경하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스(620)는 감지된 위치 및/또는 동작에 적용될 피드백 모델을 변경하는 데 사용될 수 있다.

도 7은 일부 실시 예에 따른 제어 시스템(700)의 단순화한 다이어그램이다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 제어 시스템(700)은 제어 유닛(710)을 기반으로 한다. 제어 유닛(710)은 사용자 제어로부터 입력을 수신하고, 이들 입력을 처리하고, 이들 입력에 기반하여 하나 이상의 제어 알고리즘을 구현할 수 있는 더 큰 컴퓨터 및/또는 전자 시스템(도시되지 않은)의 일부일 수 있다. 일부 실시 예에 따라, 제어 시스템(700)은 캘리포니아 서니베일의 인튜이티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc)에 의해 상품화된 다 빈치(da Vinci®) 수술 시스템에 대응하는 컴퓨터 보조 수술 장치 및/또는 컴퓨터 보조 영상 장치를 위한 운용자 워크스테이션의 부분으로서 및/또는 그와 함께 사용될 수 있다. 하나 이상의 제어 알고리즘은 컴퓨터 보조 수술 장치 및/또는 컴퓨터 보조 영상 장치의 위치 및 동작의 제어를 도울 수 있는 운용자 워크스테이션에 다양한 입력 제어로부터 수신된 입력을 사용할 수 있다. 일부 예에서, 이들 하나 이상의 제어 알고리즘은 운동학적 모델을 설명하고, 충돌 회피 및/또는 조정 동작 등을 지원할 수 있다.

제어 유닛(710)은 메모리(730)에 결합된 프로세서(720)를 포함한다. 제어 유닛(710)의 동작은 프로세서(720)에 의해 제어된다. 제어 유닛(710)은 오직 하나의 프로세서(720)로 표시되지만, 프로세서(720)는 제어 유닛(710) 안의 하나 이상의 중앙 처리 장치, 멀티 코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASCIs) 등의 대표적인 예로 이해된다. 제어 유닛(710)은 독립 서브시스템 및/또는 컴퓨팅 장치에 추가된 보드 또는 가상 머신으로 구현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제어 유닛은 운용자 워크스테이션의 부분으로서 및/또는 개별적으로 작동하지만 운용자 워크스테이션의 협력으로도 포함될 수 있다.

메모리(730)는 제어 유닛(710)에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 제어 유닛(710)의 동작 동안 사용된 하나 이상의 데이터 구조를 저장하는 데 사용될 수 있다. 메모리(730)는 하나 이상의 유형의 기계 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능한 매체의 일부 공통 형태는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 자기 매체, CD-ROM, 임의의 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀 패턴을 가진 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하기 적합한 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 메모리(730)는 제어 유닛(710)에 결합된 다양한 입력 제어에서의 피드백의 생성을 지원하기 위해 사용될 수 있는 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)을 포함한다. 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)은 하나 이상의 입력 장치로부터 입력 제어 위치, 변위 및/또는 이동을 수신하기 위한 하나 이상의 프로세스를 포함하는 방법(600)을 구현하고 대응하는 피드백 값을 결정하고, 및 하나 이상의 햅틱 피드백 액추에이터에 대한 출력 신호를 생성하기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(APIs)를 포함할 수 있다. 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)이 소프트웨어 애플리케이션으로 도시되었지만, 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.

입력 제어 피드백 애플리케이션(740)을 지원하기 위해서, 제어 유닛(710)은 하나 이상의 I/O 포트를 가진 인터페이스(750)를 추가적으로 포함한다. 인터페이스(750)는 전용 I/O 선, 네트워크 링크, 상호 집적 회로(I²C) 버스, 직렬 주변 인터페이스(SPI) 버스, 병렬 포트, 아날로그 I/O선, 등과 같은 임의의 적합한 유형일 수 있다. 인터페이스(750)는 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)이 입력 제어에서 피드백을 제어할 수 있도록 입력 제어의 하나 이상의 햅틱 액추에이터에 제어 유닛(710)을 결합하기 위한 하나 이상의 출력선, 버스 및/또는 네트워크 링크(760)를 포함할 수 있다. 인터페이스(750)는 입력 제어 피드백 애플리케이션(740)이 입력 제어의 위치, 변위 및/또는 동작 정보를 수신할 수 있도록 입력 제어의 하나 이상의 센서에 제어 유닛(710)을 결합하기 위한 하나 이상의 입력선 및/또는 버스(770)를 또한 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 출력선(760)은 입력 제어(310)의 입력(350)에 결합될 수 있고, 하나 이상의 입력 선, 버스 및/또는 네트워크 링크(770)는 입력 제어(310)의 출력(340)에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 출력 선(760) 및 하나 이상의 입력 선(770)은 같은 양방향 선, 같은 버스 및/또는 같은 네트워크 링크로 조합될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 인터페이스(750)와 연관된 인터페이스 회로는 하나 이상의 버스 컨트롤러, I/O 컨트롤러, 네트워크 인터페이스, 아날로그-디지털 컨버터, 디지털-아날로그 컨버터, 데이터 수집 시스템, 등을 포함할 수 있다.

제어 유닛(700)과 같은 제어 유닛의 일부 예는, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(710))에 의해 실행될 때 하나 이상의 프로세서가 방법(600)의 프로세스를 실행하도록 하는 실행 코드를 포함한 일시적이 아닌, 가시적, 기계 판독 가능한 미디어를 포함할 수 있다. 방법(600)의 프로세스를 포함할 수 있는 기계 판독 가능한 매체의 일부 공통 형태는 예를 들면 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 기타 자기 매체, CD-ROM, 임의의 기타 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀 패턴을 가진 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하기 적합한 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.

도 3-7에 설명된 예시적인 실시 예는 햅틱 입력 제어와 같은 입력 제어에 관한 것이지만, 당업자는 가상 피드백 구조가 더 넓은 적용성을 가지는 것을 이해할 것이다. 일부 실시 예에 따라, 임의의 입력 제어는 제어되는 시스템 내의 임의의 가상 또는 물리적 구성요소로 대체될 수 있다. 그래서, 구성(540)의 예에서, 가상 피드백 구조(560)의 가상 피드백 모델은 두 엔드 이펙터 간의 상대적인 거리에 대한 피드백 크기에 기반하여 두 엔드 이펙터 사이에서 원하는 물리적 관계를 촉진하기 위해 사용될 수 있는 관절형 암을 가진 두 장치의 엔드 이펙터 간에 순응성 동작을 제공하도록 구성될 수 있다.

도시적인 실시 예에서 보여지고 설명했지만, 수정, 변환 및 치환의 넓은 범위는 앞선 명세서 및 일부 예에서 고려되고, 실시 예의 일부 특징은 다른 특징의 대응되는 사용 없이 사용될 수 있다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 그래서, 발명의 범위는 다음 청구 범위에 제한되고, 청구 범위는 광범위하고 본 명세서에서 기술한 실시 예의 범위와 일치하는 방식으로 이해되는 것이 적절하다.

Claims

컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛으로서:
하나 이상의 프로세서; 및
상기 제어 유닛을 제1 입력 장치에 결합하는 인터페이스;
를 포함하고,
상기 제어 유닛은:
상기 제1 입력 장치를 위한 기준점을 결정하고;
상기 제1 입력 장치를 위한 다수의 가상 피드백 모델(VFM) 중에서 상기 제1 입력 장치를 위한 제1 VFM을 선택하고;
상기 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터를 구성하고;
상기 제1 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제1 센서로부터의 정보에 기반하여 상기 제1 입력 장치의 제1 위치를 결정하고;
상기 기준점, 제1 위치 및 제1 VFM에 기반하여 상기 제1 입력 장치를 위한 제1 피드백 레벨을 결정하고; 및
상기 제1 피드백 레벨에 기반하여 상기 제1 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제1 액추에이터에 하나 이상의 제1 피드백 명령을 전송;
하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 기준점은 상기 제1 입력 장치의 최초 위치에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 기준점은 운용자로부터 수신된 명령에 응답하여 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 기준점은 상기 제1 입력 장치의 물리적 구조에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 VFM은 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 비대칭, 대칭, 등방성, 비등방성 및 히스테리시스로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 특징을 가진 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 VFM은 상기 기준점 주위 제로 피드백 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 VFM은 포화 영역을 포함한 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 VFM은 기계적 스프링, 댐퍼, 대시포트, 충격 흡수장치, 비틀림 스프링, 가스 스프링으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 피드백 장치를 모방하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치는 상기 기준점으로부터의 선형 또는 각(angular) 변위인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제9항에 있어서,
상기 제1 피드백 레벨은 상기 변위에 기반하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력 장치는 햅틱 장치인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력 장치는 운용자 제어인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력 장치는 관절형 장치의 엔드 이펙터인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 제 피드백 명령이 상기 제1 입력 장치를 상기 기준점 쪽으로 향해 지향시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력 장치에 적용되는 외부 힘의 부재 시에 하나 이상의 상기 제1 피드백 명령이 상기 제1 입력 장치를 사용하여 데드맨 스위치(dead-man switch)를 구현하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛이 상기 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터 중 하나 이상을 변경하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제16항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 상기 제1 VFM과 연관된 전송 함수의 하나 이상의 기울기, 중단 점, 시작 임계값, 포화값에 대응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 제1 VFM을, 상기 제1 VFM과는 다르고 상기 제1 입력 장치를 위한 복수의 VFM 중에서 선택된 제2 VFM으로 대체하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 기준점을 변경하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치는 상기 제1 입력 장치의 감지된 동작에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 제1 입력 장치를 위한 상기 복수의 VFM 중에서 상기 제1 입력 장치를 위한 제2 VFM을 선택하고;
상기 제2 VFM을 구성하고; 및
상기 제2 VFM에 더 기반하여 상기 제1 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
.
제21항에 있어서,
상기 제1 VFM 및 상기 제2 VFM은 서로 다른 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제21항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 제1 위치 및 상기 제1 VFM에 기반하여 제2 피드백 레벨을 결정하고;
상기 제2 위치 및 상기 제2 VFM에 기반하여, 제3 피드백 레벨을 결정하고; 및
상기 제2 피드백 레벨 및 상기 제3 피드백 레벨의 중첩에 기반하여 상기 제1 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 인터페이스는 상기 제어 유닛을 제2 입력 장치에 더 결합하고; 및
상기 제어 유닛은:
상기 제2 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제2 센서를 사용하여 상기 제2 입력 장치의 제2 위치를 결정하고;
상기 제2 위치에 더 기반하여 상기 제1 피드백 레벨을 결정하고; 및
하나 이상의 제2 피드백 명령을 상기 제2 입력 장치와 연관된 하나 이상의 제2 액추에이터에 전송;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제25항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 피드백 명령 및 상기 하나 이상의 제2 피드백 명령은 상기 제1 입력 장치 및 제2 입력 장치 사이에 유연 운동(compliant motion)을 유도하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제25항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 간의 변위를 결정하고; 및
상기 변위에 더 기반하여 상기 제1 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 기준점에 기반하여 상기 제1 입력 디바이스에 의해 제어되는 엔드 이펙터를 위한 기준 위치를 결정하고;
상기 엔드 이펙터의 제2 위치를 결정하고;및
상기 기준점 및 상기 제2 위치에 더 기반하여 상기 제1 입력 장치를 위한 상기 제1 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 위한 제어 유닛.
컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
상기 입력 장치에 대한 기준점을 결정하는 단계;
상기 입력 장치에 대한 다수의 가상 피드백 모델(VFM) 중에서 상기 입력 장치를 위한 제1 VFM을 선택하는 단계;
상기 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터를 구성하는 단계;
상기 입력 장치와 연관된 하나 이상의 센서로부터의 정보에 기반하여 상기 입력 장치의 위치를 결정하는 단계;
상기 기준점, 위치 및 제1 VFM에 기반하여 상기 입력 장치에 대한 피드백 레벨을 결정하는 단계; 및
상기 피드백 레벨에 기반하여 상기 입력 장치와 연관된 하나 이상의 액추에이터에 하나 이상의 피드백 명령을 전송하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM은 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 비대칭, 대칭, 등방성, 비등방성 및 히스테리시스로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 특징을 가지는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM은 상기 기준점 주위에 제로 피드백 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM은 포화 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM은 기계적 스프링, 댐퍼, 대시포트, 완충기, 비틀림 스프링 및 가스 스프링으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 피드백 장치를 모방하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 피드백 명령을 사용해서 상기 입력 장치를 상기 기준점 쪽으로 향하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM의 하나 이상의 파라미터 중 하나 이상을 변경하는 단계를 더 포함하고, 상기 파라미터는 상기 제1 VFM과 연관된 전송 함수의 하나 이상의 기울기, 중단 점, 시작 임계값, 포화값에 대응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 제1 VFM을 상기 제1 VFM과 다른 제2 VFM으로 대체하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 VFM은 상기 입력 장치에 대한 복수의 VFM 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법.
제29항에 있어서,
상기 기준점을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치의 입력 장치에 대한 피드백을 제공하기 위한 방법
컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치로서:
입력 제어;
상기 입력 제어의 위치와 관련된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 센서;
상기 입력 제어에 대한 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 액추에이터;
상기 입력 제어에 가상적으로 결합된 가상 피드백 장치; 및
제어 유닛;
을 포함하고,
상기 제어 유닛은:
하나 이상의 프로세서; 및
상기 제어 유닛을 상기 입력 제어에 결합하는 인터페이스;
를 포함하고,
상기 제어 유닛은:
상기 입력 제어를 위한 기준점을 결정하고;
상기 가상 피드백 장치를 위한 다수의 가상 피드백 모델(VFM) 중에서 상기 가상 피드백 장치를 위한 제1 VFM을 선택하고;
상기 제1 VFM을 구성하고;
상기 하나 이상의 센서로부터 수신된 정보에 기반하여 상기 입력 제어의 위치를 결정하고;
상기 기준점, 위치, 제1 VFM에 기반하여 상기 입력 제어를 위한 피드백 레벨을 결정하고; 및
상기 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 피드백 명령을 상기 하나 이상의 액추에이터에게 전송;
하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 가상 피드백 장치에 가상적으로 결합되는 가상 앵커 포인트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 제1 VFM는 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 비대칭, 대칭, 등방성, 비등방성 및 히스테리시스로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 특징을 가지는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 제1 VFM은 상기 기준점 주위에 제로 피드백 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 제1 VFM은 포화영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 제1 VFM은 기계적 스프링, 댐퍼, 대시 포트, 충격 완충기, 비틀림 스프링, 가스 스프링으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 피드백 장치를 모방하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 햅틱 입력 장치는 데드맨 스위치(dead-man switch)인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 가상 피드백 장치를 위한 상기 복수의 VFM 중에서 상기 가상 피드백 장치를 위한 제2 VFM을 선택하고;
상기 제2 VFM을 구성하고; 및
상기 제2 VFM에 더 기반하여 상기 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
제38항에 있어서,
상기 입력 제어는 관절형 장치의 엔드 이펙터인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 햅틱 입력 장치.
컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
제1 장치;
상기 제1 장치의 위치와 연관된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 제1 센서;
상기 제1 장치에 대한 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 제1 액추에이터;
제2 장치의 위치와 연관된 정보를 감지하기 위한 하나 이상의 제2 센서;
상기 제2 장치에 대한 피드백을 유도하기 위한 하나 이상의 제2 액추에이터;
상기 제1 장치 및 상기 제2 장치 사이에 가상적으로 결합된 가상 피드백 장치; 및
제어 유닛;
을 포함하고,
상기 제어 유닛은:
하나 이상의 프로세서; 및
상기 제어 유닛을 상기 제1 장치 및 상기 제2 장치에 결합하는 인터페이스;
를 포함하고,
상기 제어 유닛은:
상기 가상 피드백 장치를 위한 복수의 가상 피드백 모델(VFM) 중에서 상기 가상 피드백 장치를 위한 제1 VFM을 선택하고;
상기 제1 VFM을 구성하고;
상기 하나 이상의 제1 센서 및 상기 하나 이상의 제2 센서로부터 수신된 정보에 기반하여 상기 제1 장치 및 제2 장치간에 상대적인 위치를 결정하고;
상기 상대적인 위치 및 상기 제1 VFM에 기반하여 피드백 레벨을 결정하고;
상기 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 제1 피드백 명령을 상기 하나 이상의 제1 액추에이터에 전송하고; 및
상기 피드백 레벨에 기반하여 하나 이상의 제2 피드백 명령을 상기 하나 이상의 제2 액추에이터에 전송;
하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템.
제47항에 있어서,
상기 제1 VFM은 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 비대칭, 대칭, 등방성, 비등방성 및 히스테리시스로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 특징을 가진 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템.
제47항에 있어서,
상기 하나 이상의 제1 피드백 명령 및 하나 이상의 제2 피드백 명령은 상기 제1 장치 및 제2 장치 사이에 유연 동작을 유도하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템.
제47항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 간의 변위를 결정하고; 및
상기 변위에 더 기반하여 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템.
제47항에 있어서,
상기 제어 유닛은:
상기 가상 피드백 장치를 위한 상기 복수의 VFM 중에서 상기 가상 피드백 장치를 위한 제2 VFM을 선택하고;
상기 제2 VFM을 구성하고; 및
상기 제2 VFM에 기반하여 상기 피드백 레벨을 결정;
하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치에 사용된 유연 운동 시스템.
컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
햅틱 제어 입력을 위한 제1 가상 피드백 모델(VFM)에 따라 결정된 피드백을 상기 컴퓨터 보조 의료 장치의 햅틱 제어 입력에 전송하는 단계;
상기 햅틱 제어 입력을 위한 제2 VFM에 따라 상기 햅틱 제어 입력을 구성하기 위한 명령을 수신하는 단계; 및
상기 제2 VFM에 따라 결정된 피드백을 상기 햅틱 제어 입력에 전송하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM은 단방향, 양방향, 선형, 비선형, 대칭, 비대칭, 등방성, 비등방성 및 히스테리시스을 구성하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 특징을 가진 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM은 기준점 주위에 제로 피드백 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM은 포화 영역을 포함하는 전송 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM은 기계적 스프링, 댐퍼, 대시포트, 충격 완충기, 비틀림 스프링 및 가스 스프링으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 피드백 장치를 모방하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 피드백을 사용해서 기준점 쪽으로 상기 햅틱 제어 입력을 지향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM의 상기 하나 이상의 파라미터 중 하나 이상을 변경하는 단계를 더 포함하고,
상기 파라미터는 상기 제1 VFM과 연관된 전송 함수의 하나 이상의 기울기, 중단 점, 시작 임계 값, 포화 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.
제52항에 있어서,
상기 제1 VFM의 기준점을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 의료 장치를 작동시키는 방법.