KR20200034944A - 사용자 설치가능 부품 설치 탐지 기술 - Google Patents

사용자 설치가능 부품 설치 탐지 기술 Download PDF

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KR20200034944A
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니콜라 디올라이티
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Abstract

엔드 이펙터, 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 머니퓰레이션 시스템에 정확하게 설치되어 있는지 부정확하게 설치되어 있는지를 시험하기 위한 기술을 개시한다. 하나의 예에서, 머니퓰레이션 시스템은 제1 가동 조를 가진 엔드 이펙터를 수용할 수 있게 구성된 머니퓰레이터 아암, 엔드 이펙터가 움직일 때 엔드 이펙터의 제1 작용력 정보를 제공할 수 있게 구성된 변환기, 그리고 제1 가동 조의 제1 시험 움직임을 실행시키는 명령 신호를 제공하고, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공할 수 있게 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

사용자 설치가능 부품 설치 탐지 기술
본 출원은 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 2017년 8월 22일자로 출원된 미국 가출원 제62/548,878호에 대한 우선권 주장 출원이다.
로봇 기술은 사용자가 로봇 시스템에 개입하는 것을 통하여 대상물을 조작할 수 있게 해준다. 일부 사용예에서는, 조작 장소가 위험할 수 있거나, 조작 행위가, 예를 들면, 외과의사와 같은, 특별한 전문가에 의해서만 이루어질 수 있거나, 로봇 기술이 작은 조작 환경을 가상으로 보다 큰 환경으로 바꾸고 변환시킬 수 있게 해줄 수 있으므로 사용자에게 조작 축의 보다 선명한 모습과 보다 높은 수준의 해상도를 제공할 수 있다. 몇몇 조작 환경이나 절차에서는, 제대로 설치되지 않았거나 부정확하게 설치된 도구가 부정확한 조작의 가능성을 높일 수 있거나, 조작 부위 내의 대상물에 손상을 가할 수 있거나, 또는 절차를 지연시키거나 방해할 수 있다.
엔드 이펙터, 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 머니퓰레이션 시스템에 정확하게 설치되어 있는지 부정확하게 설치되어 있는지를 시험하기 위한 기술을 개시한다. 하나의 예에서, 머니퓰레이션 시스템은 제1 가동 조를 가진 엔드 이펙터를 수용할 수 있게 구성된 머니퓰레이터 아암, 엔드 이펙터가 움직일 때 엔드 이펙터의 제1 작용력 정보를 제공할 수 있게 구성된 변환기, 그리고 제1 가동 조의 제1 시험 움직임을 실행시키는 명령 신호를 제공하고, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공할 수 있게 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
이 개요는 본 특허 출원의 주제의 개관을 제공하기 위한 것이다. 이 개요는 본 발명의 한정적이거나 완전한 설명을 제공하기 위한 것은 아니다. 본 특허 출원에 관한 더 많은 정보를 제공하기 위해서 상세한 설명이 포함되어 있다.
반드시 일정한 비율로 도시되어 있지는 않은 도면에서, 유사한 참고번호는 다른 도면에서 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 상이한 접미 문자를 가진 유사한 참고번호는 유사한 구성요소들의 상이한 예를 나타낼 수 있다. 이 도면은, 본 명세서에 개시된 다양한 실시례를, 비제한적인 하나의 예로서, 대체적으로 나타내고 있다.
도 1a는 예시적인 머니퓰레이션 시스템의 조감도를 대체적으로 나타내고 있다.
도 1b는 예시적인 머니퓰레이션 시스템을 개략적으로 나타내고 있다.
도 2는 예시적인 사용자 콘솔의 사시도이다.
도 3은 예시적인 전자장치 카트의 사시도이다.
도 4는 복수의 머니퓰레이터 아암을 가진 예시적인 로봇 아암 조립체를 대체적으로 나타내고 있고, 각각의 머니퓰레이터 아암은 머니퓰레이터 아암의 원위 부분에 도구를 지지하고 있다.
도 5a 내지 도 5e는 상이한 엔드 이펙터를 가지고 있는 상이한 종류의 다양한 대체 형태의 로봇 도구를 나타내고 있다.
도 6은 사용자에 의해 사용자 머니퓰레이터의 움직임에 의해 명령받은 대로, 로봇 아암 조립체의 슬레이브 머니퓰레이터의 움직임을 제어하고, 그 결과 부착된 도구의 위치와 배치방향을 제어하기 위한 예시적인 마스터/슬레이브 제어 시스템의 블록도를 대체적으로 나타내고 있다.
도 7은 엔드 이펙터나 엔드 이펙터의 구성요소의 설치 상태를 탐지하기 위한 예시적인 방법을 대체적으로 나타내고 있다.
도 8a와 도 8b는 머니퓰레이션 시스템의 축에 설치되어 있는 엔드 이펙터의 개방 시험 움직임 동안 수집된 예시적인 작용력 정보를 그래프로 나타내고 있다.
도 9는 머니퓰레이션 시스템의 축에 제대로 설치되어 있지 않은 엔드 이펙터의 개방 시험 움직임 동안 수집된 예시적인 작용력 정보를 그래프로 나타내고 있다.
도 10은 머니퓰레이션 시스템에 설치되어 있는 엔드 이펙터의 "개방" 시험 움직임 동안 수집된 작용력 정보와 "폐쇄" 시험 움직임 동안 수집된 작용력 정보의 예를 그래프로 나타내고 있다.
도 11은 머니퓰레이션 시스템에 제대로 설치되어 있지 않은 엔드 이펙터의 예시적인 시험 사이클 동안 수집된 예시적인 작용력 정보를 그래프로 나타내고 있다.
고정밀 환경과 접속하는 동안 사용자의 솜씨(dexterity)를 높이기 위해서 또한 사용자로 하여 상기 환경에 인접한 장소로부터 또는 원격지로부터 상기 환경을 조작할 수 있게 해주기 위해서 로봇 아암 조립체를 포함하는 머니퓰레이션 시스템이 개발되고 있다. 몇몇 머니퓰레이션 시스템에서는, 사용자에게 원격지의 조작 환경(manipulation environment)의 영상이 제공된다. 통상적으로 적절한 뷰어 또는 디스플레이로 조작 환경의 3차원 영상을 관찰하면서, 사용자는 도구나 도구를 쥐고 있는 머니퓰레이터를 조작함으로써, 또는 로봇 기구("로봇 도구"라고도 칭한다)의 동작을 제어하는 마스터 제어 입력 장치와 상호작용함으로써 조작 절차를 수행한다.
사용자가 손으로 직접 엔드 이펙터 기구를 쥐고 움직이는 것이 아니고 엔드 이펙터 기구를 조작하기 위해서, 사용자가 일종의 원격 제어기, 예를 들면, 서보 메카니즘, 또는 그 밖에 유사한 것을 이용하는 시스템에 대해서 원격 조작은 일반적인 용어이다.
작업 공간에서 기구의 동작을 제어하기 위해서 로봇 아암 조립체가 작동될 수 있다. 예를 들어, 이러한 로봇 머니퓰레이터는 비-의료적인 조치와 의료적인 조치를 수행하기 위해서 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, 원격조종식 수술용 머니퓰레이터가 최소 침습 의료 기법을 수행하기 위해서 사용될 수 있다.
원격 로봇 조작 또는 원격 조작의 한 형태인 원격 수술 또는 원격 의료에 있어서, 환자 내부의 수술 부위에 있는 조직을 치료하기 위해서, 조직 검사를 위한 영상 또는 조직을 얻기 위해서, 기타 유사한 목적을 위해서 로봇 기구가 최소 침습 수술용 작은 구멍 또는 자연 개구부(natural orifice)를 통하여 삽입될 수 있다. 이러한 로봇 시스템은, 종종 상기 최소 침습 수술용 구멍에서 상기 로봇 기구의 샤프트를 피벗운동시키거나, 상기 로봇 기구의 샤프트를 상기 구멍을 통하여 축방향으로 미끄럼이동시키거나, 상기 로봇 기구의 샤프트를 상기 구멍 내에서 회전시키거나, 및/또는 이와 유사한 동작을 수행하는 것에 의해서, 상당히 복잡한 작업을 수행하기에 충분한 솜씨로 상기 로봇 기구의 작업 단부를 움직일 수 있다.
비록 본 명세서에 개시된 예들 중의 일부는 종종 의료적인 조치 및 의료 기구와 관련 있는 것이지만, 개시된 기술은 비-의료적인 조치와 비-의료 기구에도 적용된다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 기구, 시스템 및 방법은 산업적인 이용, 일반적인 로봇 이용, 및/또는 비-조직 소재(non-tissue work pieces)의 탐지나 조작을 포함하여 비-의료적인 용도로 사용될 수 있다. 다른 예시적인 사용예는 사람이나 동물의 신체구조를 영상화하는 것, 사람이나 동물의 신체구조로부터 데이터를 수집하는 것, 시스템을 설치하거나 분해하는 것, 의료진 또는 비-의료진을 훈련시키는 것, 및/또는 사람, 동물, 또는 무생물체(inanimate objects)에 대한 외관적인 개량을 포함한다. 다른 예시적인 사용예는 사람이나 동물의 신체구조로부터 제거된(사람이나 동물의 신체구조로 복귀하지 않는) 조직에 대한 조치를 위한 사용, 또는 사람이나 동물 사체에 대한 조치를 위한 사용을 포함한다. 게다가, 이러한 기술은 수술적인 측면을 포함하거나, 포함하지 않는 의료 처치 또는 진단 조치를 위해서 사용될 수도 있다.
마찬가지로, 비록 본 명세서에 개시된 예들 중의 일부는 원격조종 시스템 또는 절차와 관련 있는 것이지만, 개시된 기술은 비-원격조종 시스템과 절차에도 적용된다.
조작 환경에서 로봇 기구를 지지하기 위해서 다양한 구조적인 배치가 이용될 수 있다. 피구동 링크 장치 또는 "슬레이브(slave)"는 종종 로봇 머니퓰레이터로 불리며, 예를 들어, 최소 침습 로봇 수술 동안, 로봇 머니퓰레이터로 사용하기 위한 예시적인 링크 장치 배치형태가 미국 특허 제6,758,843호; 제6,246,200호; 그리고 제5,800,423호에 개시되어 있고, 상기 문헌들의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 상기 특허 문헌에 개시된 링크 장치들은 샤프트를 가진 기구를 잡기 위해서 종종 평행사변형 배치를 이용한다. 이러한 머니퓰레이터 구조는 기구 샤프트가 강성인 샤프트의 길이를 따라서 공간에 배치된 원격 구면 회전 중심(remote center of spherical rotation)에 대하여 피벗운동하도록 기구의 움직임을 제한할 수 있다. 몇 가지 대체 형태의 머니퓰레이터 구조는, 예를 들면, 미국 특허 제6,702,805호; 제6,676,669호; 제5,855,583호; 제5,808,665호; 제5,445,166호; 그리고 제5,184,601호에 개시되어 있고, 상기 문헌들의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다.
의료와 관련하여, 상기 회전 중심을 내부 수술 부위에 대한 절개 지점과 정렬시키면 수술의 성과를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 중심을 최소 침습 수술 동안 복벽(abdominal wall)에 있는 투관침 또는 캐뉼라 또는 기구의 일부분과 정렬시키면, 복벽이나 기구 샤프트에 과도한 힘을 가하지 않고 기구의 엔드 이펙터가 배치될 수 있다.
일부 형태에서는, 상기 로봇 기구가, 비제한적인 예로서, 클램프, 그래스퍼(grasper), 가위, 스테이플러, 흡인 장치, 세척 장치, 후크, 전기 소작 기구 또는 RF 기반의 기구(RF based instrument)와 같은 에너지 기구, 영상 장치, 드릴, 톱, 바늘, 그리고 파침기(needle holder)와 같은 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔드 이펙터가 용이하게 제거되고 다른 엔드 이펙터와 교체될 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔드 이펙터가, 예를 들어, 슬리브를 포함하여, 물리적으로 보호하는 커버와 같은, 용이하게 제거되고 교체될 수 있는 구성요소를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 탈착가능한 구성요소를 제대로 설치하면 사용자가 머니퓰레이션 시스템을 보다 효율적이고 성공적으로 사용하는데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 발명자들은 머니퓰레이션 시스템의 엔드 이펙터, 또는 머니퓰레이션 시스템의 엔드 이펙터의 탈착가능한 구성요소나 조정가능한 구성요소의 제대로 된 설치를 보장하기 위한 개선된 기술을 인지하였다. 상기 기술은 하나의 조치(procedure) 동안에 복수의 도구("기구"라고도 함)가 대응하는 복수의 로봇 머니퓰레이터에 장착되어 상기 복수의 로봇 머니퓰레이터에 의해서 움직이게 될 로봇 시스템에 사용하는데 유리할 수 있다. 상기 로봇 시스템은, 몇몇 실시례에서는, 마스터-슬레이브 제어장치로 구성된 프로세서를 포함하는 원격 로봇 시스템, 원격 조작 시스템, 및/또는 텔레프레즌스 시스템을 포함한다. 비교적 많은 수의 자유도를 가지고 있는 관절식 링크 장치를 가진 머니퓰레이터 조립체를 움직이게 하도록 적절하게 구성된 프로세서를 이용하는 로봇 시스템을 제공함으로써, 상기 링크 장치의 동작이 조작 부위에서의 작업에 맞추어질 수 있다. 많은 수의 자유도는 시스템 오퍼레이터, 또는 보조자로 하여, 선택적으로 하나의 조치의 준비로 또는 하나의 조치 동안 다른 사용이 엔드 이펙터를 기동시키는 동안 원하는 엔드 이펙터 상태를 유지하면서 머니퓰레이터 조립체를 재구성하게 할 수 있다.
본 명세서에 개시된 로봇 머니퓰레이터 조립체는 종종 로봇 머니퓰레이터와 로봇 머니퓰레이터에 장착된 도구(수술 버전에서는 상기 도구가 종종 수술 기구를 포함한다)를 포함한다. 하지만, "로봇 머니퓰레이터 조립체" 또는 "머니퓰레이터 조립체"라는 용어는 장착된 도구가 없는 머니퓰레이터도 포함한다. "도구"라는 용어는 범용 또는 산업용 로봇 도구와 전문적인 로봇 수술 기구를 모두 포함하고, 후자의 구조는 종종 조직의 조작, 조직의 치료, 조직의 영상화 등에 적합한 엔드 이펙터를 포함한다. 도구/머니퓰레이터 접속기는 종종, 도구의 신속한 제거와 대체 도구와의 신속한 교체를 가능하게 하는, 급속 분리형 도구 홀더(quick disconnect tool 홀더) 또는 커플링이다. 상기 머니퓰레이터 조립체는 종종 로봇 조치(robotic procedure)의 적어도 일부분 동안 공간에 고정되어 있는 베이스를 가지며, 상기 머니퓰레이터 조립체는 상기 베이스와 도구의 엔드 이펙터 사이의 다수의 자유도를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터의 작동(예를 들면, 파지 장치의 조(jaw)의 개폐, 전기수술 패들(electrosurgical paddle)에 전압을 가하는 것 등)은 종종 이러한 머니퓰레이터 조립체 자유도와 분리되거나 이러한 머니퓰레이터 조립체 자유도에 부가된다.
엔드 이펙터는 통상적으로 2 자유도 내지 6 자유도로 작업 공간에서 움직인다. 본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, "자세"라는 용어는 위치와 배치방향 양자 모두를 포함한다. 따라서, 엔드 이펙터의 자세의 변화는 (예를 들어) 제1 위치에서 제2 위치로의 엔드 이펙터의 병진이동, 제1 배치방향에서 제2 배치방향으로의 엔드 이펙터의 회전, 또는 이들 양자의 결합 형태를 포함할 수 있다.
최소 침습 로봇 수술 또는 다른 의료적인 용도 또는 비-의료적인 용도로 사용된 경우에, 상기 도구 또는 기구의 샤프트 또는 중간 부분이 접근 부위(access site) 또는 다른 구멍을 통하여 제한된 양의 운동으로 제한되도록 머니퓰레이터 조립체의 움직임은 상기 시스템의 프로세서에 의해서 제어될 수 있다. 이러한 운동은, 예를 들어, 구멍 부위를 통하여 작업 공간 속으로의 샤프트의 축방향으로의 삽입, 샤프트의 자신의 축에 대한 회전, 그리고 접근 부위에 인접한 피벗 포인트에 대한 샤프트의 피벗 운동을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 예시적인 머니퓰레이터 조립체들 중의 많은 머니퓰레이터 조립체가 엔드 이펙터를 수술 부위 내에서 위치시키고 배향시키고 움직이게 하는데 필요한 자유도보다 더 많은 자유도를 가지고 있다. 예를 들어, 최소 침습 구멍을 통하여 내부 수술 부위에서 6 자유도로 위치되고 배향될 수 있는 수술용 엔드 이펙터가 몇몇 실시례에서는 9 자유도(6 엔드 이펙터 자유도―위치에 대한 3 자유도와 배치방향에 대한 3 자유도―이에 더하여 접근 부위 제한사항(access site constraint)에 따르는 3 자유도)를 가지고 있지만, 10 이상의 자유도를 가질 수 있다. 주어진 엔드 이펙터 위치에 대해 필요한 자유도보다 더 많은 자유도를 가진 여유 자유도 머니퓰레이터 조립체는 작업 공간 내에서의 하나의 엔드 이펙터 위치에 대하여 다양한 조인트 상태를 가능하게 하기에 충분한 자유도를 가지고 있거나 제공하는 것으로 기술될 수 있다. 예를 들어, 주어진 엔드 이펙터 위치에 대해, 상기 여유 자유도 머니퓰레이터 조립체는 머니퓰레이터 링크 장치의 다양한 대체 위치들 중의 임의의 위치를 차지할 수 있다(그리고 상기 다양한 대체 위치들 사이에서 구동될 수 있다). 마찬가지로, 주어진 엔드 이펙터 속도 벡터에 대해, 상기 여유 자유도 머니퓰레이터 조립체는 야코비안(Jacobian)의 영공간(null-space) 내에서 상기 여유 자유도 머니퓰레이터 조립체의 다양한 조인트에 대해 다양한 상이한 조인트 운동 속도를 가질 수 있다.
조인트 등의 "상태(state)"라는 용어는 본 명세서에서 종종 조인트와 관련된 제어 변수를 지칭한다. 예를 들어, 앵귤러 조인트(angular joint)의 상태는 상기 앵귤러 조인트의 운동 범위 내에서 상기 앵귤러 조인트에 의해서 한정된 각도, 및/또는 상기 앵귤러 조인트의 각속도를 지칭할 수 있다. 마찬가지로, 액시얼 조인트(axial joint) 또는 프리즈매틱 조인트(prismatic joint)의 상태는 상기 조인트의 축방향의 위치, 및/또는 상기 조인트의 축방향의 속도를 지칭할 수 있다. 본 명세서에 개시된 많은 제어장치가 속도 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 또한 종종 몇 가지 위치 제어 양상(aspect)을 가지고 있다. 대체 실시례는 주로 또는 전적으로 위치 제어장치, 가속도 제어장치 등에 의존할 수 있다. 이러한 장치에 사용될 수 있는 제어 시스템의 많은 양상이 미국 특허 제6,699,177호에 보다 충분히 개시되어 있고, 상기 특허 문헌의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다. 따라서, 기술된 움직임이 관련된 계산값에 기초하기만 하면, 본 명세서에 개시된 조인트의 움직임과 엔드 이펙터의 움직임의 계산값은 위치 제어 알고리즘, 속도 제어 알고리즘, 상기 양자의 결합, 및/또는 이와 유사한 것을 이용함으로써 얻을 수 있다.
일부 실시례에서는, 예시적인 머니퓰레이터 아암의 도구가 구멍에 인접한 피벗 포인트에 대하여 피벗운동한다. 상기 시스템은, 미국 특허 제6,786,896호에 기술된 키네메틱스(kinematics)의 원격 중심과 같은, 하드웨어 원격 중심(hardware remote center)을 활용할 수 있고, 상기 특허 문헌의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다. 이러한 시스템은 머니퓰레이터에 의해서 지지된 기구의 샤프트가 원격 중심점에 대하여 피벗운동하도록 링크 장치의 움직임을 제한하는 이중 평행사변형 링크 장치를 활용할 수 있다. 대체 형태의 기계적으로 제한된 원격 중심 링크 장치 시스템은 알려져 있거나 및/또는 미래에 개발될 수 있다. 놀랍게도, 본 발명과 관련된 연구는 원격 중심 링크 장치 시스템이 고도로 구성가능한 기구학적 구조(highly configurable kinematic architectures)로부터 이익을 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 특히 수술 로봇 시스템이 최소 침습 수술 접근 부위나 그 근처와 교차하는 2개의 축에 대하여 피벗 운동을 가능하게 하는 링크 장치를 가질 때, 구면 피벗 운동이 환자 내부에서의 원하는 운동 범위의 전체 범위를 포함할 수 있지만, 피할 수 있는 결점(예를 들면, 불완전하게 조절되는 것, 환자 외측에서의 아암 대 아암 또는 아암 대 환자 접촉이 쉽게 발생할 수 있는 것, 및/또는 이와 유사한 것)에서 여전히 벗어나지 못할 수 있다. 무엇보다도, 기계적으로 제한되어 있는 하나 이상의 추가 자유도를 상기 최소 침습 수술 접근 부위나 그 근처에서의 피벗 운동에 추가하는 것이 운동 범위에 있어서 약간의 개선을 제공하는 것으로 보일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 조인트는, 전체 시스템을 충돌 방지 자세(collision-inhibiting pose)로 구성될 수 있게 하거나 충돌 방지 자세쪽으로 구동될 수 있게 하는 것에 의해서, 다른 수술을 위해 운동 범위를 더욱 확대시키는 것 등에 의해서 상당한 장점을 제공할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 미국 특허 제8,004,229호에 개시된 것과 같은 원격 중심을 달성하기 위해서 소프트웨어를 활용할 수 있고, 상기 특허 문헌의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다. 소프트웨어 원격 중심(software remote center)을 가진 시스템에서는, 기계적인 제한이 아니라, 결정된 피벗 포인트에 대하여 기구 샤프트의 중간 부분을 피벗운동시키기 위해서 프로세서가 조인트의 움직임을 계산한다. 소프트웨어 피벗 포인트를 계산하는 능력을 가짐으로써, 시스템의 컴플라이언스(compliance) 또는 스티프니스(stiffness)를 특징으로 하는 상이한 모드가 선택적으로 실행될 수 있다. 보다 구체적으로는, 다양한 피벗 포인트/중심(예를 들면, 이동가능한 피벗 포인트, 수동적 피벗 포인트, 고정된/강성의 피벗 포인트, 연성의 피벗 포인트)에 대하여 상이한 시스템 모드가 원하는 대로 실행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 몇몇 엔드 이펙터는 용이하게 교체가능하게 될 수 있거나 조정가능한 구성요소 또는 탈착가능한 구성요소를 포함할 수 있다. 본 주제는 사용자에게 엔드 이펙터를 작동하는 것이 허용되기 전에 교체가능한, 조정가능한 또는 탈착가능한 구성요소가 제대로 설치되어 있는 것을 자체 점검하는 기술을 원격 조작 시스템에 제공한다. 원격 수술의 예에서, 상기 기술은, 상기 자체 점검이 완료될 때까지 최근에 교체되었거나, 조정되었거나 제거된 엔드 이펙터, 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 수술 환경으로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 일부 예에서는, 본 기술이 보조자 또는 의사의 보조자와 같은 자격을 갖춘 사용자로 하여 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소의 제대로 된 교체 또는 조정 또는 제거를 신속하고 용이하게 확인할 수 있게 해준다.
도 1a는 예시적인 원격 머니퓰레이션 시스템, 보다 구체적으로는 수술대(14)에 누워 있는 환자(12)에 대해 최소 침습 진단이나 수술을 시행하는데 사용되는 예시적인 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)의 조감도를 개략적으로 나타내고 있다. 비록 본 주제는 수술 시스템(10)에 관하여 논의되지만, 본 주제가 수술 시스템(10)으로 제한되는 것은 아니며; 본 주제는 수술을 수반하지 않는 의료 시스템과, 산업용 로봇 시스템이나 일반적인 로봇 시스템와 같은 비-의료 시스템에 적용될 수도 있다. 상기 시스템(10)은 수술하는 동안 외과의사(18)(또는 다른 오퍼레이터)에 의해 사용되는 사용자 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 보조자(20)가 수술에 참여할 수도 있다. 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)은 로봇 머니퓰레이터 조립체와 보조 지지 시스템을 더 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 예에서는, 상기 로봇 머니퓰레이터 조립체가 환자-측에서 사용되는 카트로 구성되어 있으므로, 사이드 카트(22)라고 칭하며; 한편, 상기 보조 지지 시스템도 카트로 구성되어 있고 편의상 전자장치 카트(24)라고 칭한다. 사이드 카트(22)는 환자(12)의 신체의 최소 침습 절개부를 통하여 적어도 하나의 탈착가능하게 결합된 도구 조립체(26)(이하에서는 단순히 "도구"라고 칭한다)를 조작할 수 있고 사용자 즉 외과의사(18)는 상기 콘솔(16)을 통하여 수술 부위를 관찰한다. 수술 부위의 영상은 단안식 내시경 또는 입체 내시경과 같은, 영상 장치(28)에 의해 얻을 수 있고, 영상 장치(28)는 영상 장치(28)를 배향시키기 위해서 사이드 카트(22)에 의해서 조작될 수 있다. 전자장치 카트(24)는 사용자 콘솔(16)을 통하여 외과의사(18)에게 나중에 보여주기 위해서 수술 부위의 영상을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 한 번에 사용되는 도구(26)의 갯수는 다른 요인들 중에서도 진단이나 수술 그리고 수술실 내의 공간 제한사항에 의해 대체로 결정된다. 수술 도중에 사용 중인 도구(26)들 중의 하나 이상을 바꿀 필요가 있으면, 보조자(20)가 도구(26)를 사이드 카트(22)에서 제거하고, 이것을 수술실 내의 트레이(30)에 있는 다른 도구(26)와 교체할 수 있다.
도 1b는 예시적인 머니퓰레이션 시스템(50)(예를 들면, 도 1a의 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10))을 개략적으로 나타내고 있다. 상기한 바와 같이 도 1a의 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)에 적용된 경우, 사용자 콘솔(16)은 최소 침습 수술 동안 사이드 카트(22)를 제어하기 위해서 사용자 즉 외과의사에 의해서 사용될 수 있다. 수술 부위의 영상을 포착하고 포착된 영상을 전자장치 카트(24)로 출력하기 위해서, 사이드 카트(22)는 입체 내시경과 같은 영상 장치를 이용할 수 있다. 전자장치 카트(24)는 포착된 영상을 나중에 보여주기 전에 다양한 방식으로 처리할 수 있다. 예를 들면, 전자장치 카트(24)는 사용자 콘솔(16)을 통하여 사용자 즉 외과의사에게 결합된 영상을 보여주기 전에 포착된 영상을 가상 제어 인터페이스(virtual control intreface)와 오버레이할 수 있다. 사이드 카트(22)는 포착된 영상을 전자장치 카트(24)의 외부에서 처리하기 위해 포착된 영상을 출력할 수 있다. 예를 들어, 사이드 카트(22)는 포착된 영상을 처리하기 위해 사용될 수 있는 프로세서(58)로 포착된 영상을 출력할 수 있다. 상기 포착된 영상은, 포착된 영상을 공동으로, 연속적으로, 및/또는 상기 방식의 결합 형태로 처리하기 위해서 함께 결합될 수 있는 전자장치 카트(24)와 프로세서(58)의 결합체에 의해서 처리될 수도 있다. 수술 부위의 영상, 또는 다른 관련 영상과 같은, 여러 영상의 로컬(local) 및/또는 원격 화면표시를 위해서 하나 이상의 별개의 디스플레이(60)가 프로세서(58) 및/또는 전자장치 카트(24)와 결합될 수도 있다.
도 2는 예시적인 사용자 콘솔(16)의 사시도이다. 사용자 콘솔(16)은 깊이 지각(depth perception)을 가능하게 하는 조작 부위의 조정된 입체 모습(coordinated stereo view)을 사용자에게 제공하기 위해서 왼쪽 눈 디스플레이(32)와 오른쪽 눈 디스플레이(34)를 포함할 수 있다. 사용자 콘솔(16)은 상기 사이드 카트로 하여 하나 이상의 도구를 움직이게 할 수 있는 하나 이상의 입력 제어 장치(36)("입력 장치(36)"라고도 한다)를 더 포함할 수 있다. 입력 제어 장치(36)는, 사용자 즉 외과의사에게, 텔레프레즌스, 또는 사용자가 도구를 직접 제어하는 느낌을 가지도록 입력 제어 장치(36)가 도구와 일체로 되어 있다는 인식을 제공하기 위해서, 입력 제어 장치(36)에 결합된 도구와 동일한 자유도를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 입력 제어 장치(36)를 통하여 위치, 힘, 그리고 촉각을 상기 도구로부터 사용자의 손으로 전달하기 위해서 위치, 힘, 그리고 촉각 피드백 센서(도시되어 있지 않음)가 사용될 수 있다.
일부 상황에서는, 사용자가 조치를 직접 모니터링할 수 있고, 필요하면 실제로 배석하여, 전화기나 다른 통신 매체를 통하지 않고 직접 보조자에게 말을 할 수 있도록 사용자 콘솔(16)이 조작 환경과 동일한 방에 배치될 수 있다. 하지만, 다른 상황에서는, 사용자가 원격 조치를 가능하게 하는 조작 환경과는 다른 방, 완전히 다른 건물, 또는 다른 원격지에 배치될 수 있다.
도 3은 예시적인 전자장치 카트(24)의 사시도이다. 전자장치 카트(24)는 영상 장치(28)와 결합될 수 있고 사용자 콘솔이나 근거리 및/또는 원격지에 배치된 다른 적절한 디스플레이로 예를 들면 외과의사에게 나중에 보여주기 위해서 포착된 영상을 처리하기 위해 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입체 내시경이 사용되는 경우, 전자장치 카트(24)는 외과의사에게 수술 부위의 조정된 입체 영상(coordinated stereo image)을 제공하기 위해서 포착된 영상을 처리할 수 있다. 이러한 조정은 양쪽 영상(opposing images)의 얼라인먼트를 포함할 수 있고 입체 내시경의 입체 작동 거리(stereo working distance)를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 영상 처리가, 광학 수차와 같은, 영상 포착 장치의 영상 오차를 보상하기 위해서 사전에 결정된 카메라 보정 파라미터(camera calibration parameter)의 사용을 포함할 수 있다.
도 4는 복수의 머니퓰레이터 아암(100)을 가진 예시적인 사이드 카트(22)를 대체적으로 나타내고 있고, 상기 복수의 머니퓰레이터 아암(100)은 각각 머니퓰레이터 아암(100)의 원위 단부에 있는 수술 기구 또는 도구(26)를 지지하고 있다. 도시된 사이드 카트(22)는 수술 도구(26)나 수술 부위의 영상 포착을 위해서 사용된 입체 내시경과 같은 영상 장치(28)를 지지하기 위해서 사용될 수 있는 4개의 머니퓰레이터 아암(100), 또는 머니퓰레이터 축을 포함하고 있다. 다수의 로봇 조인트를 가진 로봇 머니퓰레이터 아암(100)에 의해서 조작이 제공된다. 외과적인 사용예에 대해서, 수술 기구 또는 도구(26)의 원위 단부가 영상 장치(28)의 시야 내에 위치되어 있을 때 수술 부위의 영상은 수술 기구 또는 도구(26)의 원위 단부의 영상을 포함할 수 있다.
도구(26)에 관하여, 머니퓰레이터들 중의 적어도 몇 개의 머니퓰레이터의 기구가 수술 도중에 제거되고 교체되기 때문에, 상이한 종류의 다양한 대체 형태의 로봇 도구 또는 기구와 상이한 엔드 이펙터가 사용될 수 있고. 드베이키 겸자(DeBakey Forceps), 미소 겸자(microforceps), 포츠 가위(Potts scissors), 그리고 클립 어플라이어(clip applier)를 포함하는, 이러한 엔드 이펙터들 중의 몇 개는 한 개의 엔드 이펙터 조(jaw) 또는 한 쌍의 엔드 이펙터 조를 형성하기 위해서 피벗운동하는 하나 이상의 엔드 이펙터 요소를 포함한다. 메스 그리고 전기 소작 프로브를 포함하는, 다른 엔드 이펙터는 피벗운동할 수 있거나 피벗운동하지 않을 수 있는 단일의 엔드 이펙터 요소를 가지고 있다. 엔드 이펙터 조를 가진 기구에 있어서, 상기 조는 손잡이의 그립 부재(grip member)를 꽉 쥐는 것에 의해서 폐쇄될 수 있고, 꽉 쥔 그립 부재에 가한 힘을 풀어주는 것에 의해서 개방될 수 있거나, 또는 이와 반대로 작동될 수 있다. 단일의 엔드 이펙터 기구도 그립 부재를 쥐는 것에 의해서 작동될 수 있다. 몇몇 예에서는, 그립 부재들 중의 하나를 쥐는 것에 의해서 엔드 이펙터의 요소에 전기적으로나 열적으로 에너지를 공급할 수 있다. 이러한 예는, 비제한적인 예로서, 전기 소작 프로브 또는 전력을 공급받을 수 있거나, 가열될 수 있거나, 냉각될 수 있거나 또는 이들의 결합형태로 에너지를 공급받을 수 있는 다른 프로브를 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 겸자, 그래스퍼, 또는 플라이어(561)(도 5a), 가위 또는 커터(562)(도 5b) 등과 같은 상이한 엔드 이펙터를 가진 상이한 종류의 다양한 대체 형태의 로봇 도구를 나타내고 있다. 겸자, 그래스퍼, 또는 플라이어(561), 가위 또는 커터(562), 드베이키 겸자(DeBakey Forceps), 미소 겸자, 포츠 가위(Potts scissors), 그리고 클립 어플라이어를 포함하는 여러 종류의 엔드 이펙터가 한 쌍의 엔드 이펙터 조를 형성하기 위해서 서로에 대해서 피벗운동할 수 있는 제1 엔드 이펙터 조와 제2 엔드 이펙터 조(565, 566, 567, 568)를 포함하고 있다. 몇몇 구현예에서는, 한 쌍의 엔드 이펙터 조 중의 하나만이 상기 기구의 샤프트에 대하여 움직일 수 있고, 한 쌍의 엔드 이펙터 조 중의 다른 하나는 상기 기구의 샤프트에 대하여 움직이지 않는다. 몇몇 구현예에서는, 한 쌍의 엔드 이펙터 조의 양쪽 모두가 상기 기구의 샤프트에 대하여 움직일 수 있다. 메스(563)(도 5c) 그리고 전기 소작 프로브(564)(도 5d)를 포함하는 다른 엔드 이펙터는 단 하나의 엔드 이펙터 조 요소를 가질 수 있다. 몇몇 엔드 이펙터는 예를 들면, 엔드 이펙터의 적어도 일부분을 조작 부위의 주위 환경으로부터 격리시키는 커버 또는 슬리브와 같은 추가적인 구성요소를 포함할 수 있다. 외과적인 사용예에 대해서, 도 5e는 커버(570)를 포함할 수 있는 예시적인 전기 소작 가위(569)를 대체적으로 나타내고 있다. 몇몇 예에서, 전기 소작 가위(569)는 전기적으로 또는 열적으로 에너지를 공급받을 수 있고 커버(570)는 전기 소작 가위(569)의 주위 수술 환경에 대한 노출을 감소시킬 수 있다.
많은 실시례에서, 도구 또는 도구의 엔드 이펙터 종류는 도구에 장착된 메모리에 저장된 데이터의 일부 또는 전부를 판독함으로써 상기 시스템이 알아낼 수 있다. 도구가 머니퓰레이터 아암의 도구 홀더에 장착되어 있을 때 상기 메모리로부터 얻은 정보는 많은 기능을 수행하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리는 도구가 로봇 시스템과 양립가능하다는 것을 확인해 주는 신호를 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 도구 메모리는, 로봇 시스템이 도구의 특수한 능력을 충분히 이용하기 위해서 자신의 프로그래밍을 재구성할 수 있도록 로봇 시스템이 도구 종류를 식별할 수 있게 하는 데이터를 저장할 수 있다. 상기 도구 메모리는 또한, 현재의(또는 몇몇 실시례에서는, 이전의) 조치 동안 특정 도구의 보정(calibration)이 이미 수행되었는지 여부 등을 결정하기 위해, 도구 수명과 신뢰성을 조절하는데 사용하기 위해서 특정 도구에 대한 특정의 또는 특유의 식별자(identifier)를 저장할 수도 있다. 도구와 로봇 시스템 프로세서 사이의 데이터 전송에 관한 예시적인 수술용 로봇 도구/머니퓰레이터 인터페이스 구조 및 세부사항은, 발명의 명칭이 "로봇 수술용 소프트웨어 업그레이드에 기초한 도구 메모리(Tool Memory Based Software Upgrades for Robotic Surgery)"인 미국 특허 출원 제10/839,727호 및 미국 특허 제6,331,181호에 보다 완전하게 개시되어 있고, 상기 특허 문헌의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다.
도 6은 사용자에 의한 입력 장치(36)의 움직임에 의해 명령을 받는대로, 로봇 머니퓰레이션 시스템의 슬레이브 머니퓰레이터의 움직임과 결과적으로 부착된 도구의 위치 및 배치방향을 제어하는 예시적인 마스터/슬레이브 제어 시스템(600)("제어 로직(600)" 이라고도 함)의 블록도를 대체적으로 나타내고 있다. 마스터 머니퓰레이터와 슬레이브 머니퓰레이터의 양자 모두는 복수의 자유도 움직임을 가능하게 하기 위해서 조인트에 의해서 다수의 링크 장치를 포함하고 있다. 사용자가 머니퓰레이션 조치(manipulation procedure)를 수행하는 과정 동안 입력 장치(36)를 한 위치에서 다른 위치로 이동시킴에 따라, 마스터 머니퓰레이터 조인트와 결합된 센서는 마스터 조인트 공간에서의 이러한 명령 움직임을 나타내는 정보를 제공하고, 슬레이브 머니퓰레이터 조인트와 결합된 센서는 슬레이브 머니퓰레이터 움직임, 결과적으로 피드백 목적으로 슬레이브 조인트 공간에서의 머니퓰레이터 아암(100)에 장착된 도구(26) 움직임을 나타내는 정보를 제공한다.
마스터 입력 처리 유닛(601)은 마스터 머니퓰레이터(108)의 마스터 조인트 센서로부터, 제어 시스템 처리율(예를 들면, 본 예에서는 1300 Hz)로 샘플링되는 마스터 조인트 위치의 정보를 수신하고, 감지된 조인트 위치로부터 조인트 속도를 계산한다. 마스터 정 키네메틱스 처리 유닛(master forward kinematics processing unit)(602)은 마스터 입력 처리 유닛(601)으로부터 마스터 조인트 위치와 속도를 수신하고, 마스터 조인트 공간으로부터의 마스터 조인트 위치와 속도를, 예를 들면, 블록 603에서 별도로 결정되고 제공된 눈 관련 정보와 야코비안 행렬(Jacobian matrix)을 이용하여, 눈 기준틀(다시 말해서, 사용자의 눈의 위치와 관련된 기준틀)에 대하여 카테시안 공간(Cartesian space)에서의 마스터 프레임(다시 말해서, 마스터 머니퓰레이터(108)와 관련된 프레임)의 상응하는 위치와 속도로 변환시킨다.
크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(604)은 마스터 정 키네메틱스 처리 유닛(602)으로부터 카테시안 위치 및 속도 명령을 수신하고, 조치를 실행하기 위해서 선택된 크기 조정 계수(scale factor)에 따라 명령받은 움직임을 크기 조정하고, 그리고 원하는 슬레이브 도구 프레임(다시 말해서, 머니퓰레이터 아암(100)의 도구(26)와 관련된 프레임) 위치 및 속도를 생성하기 위해서 오프셋을 계산에 넣는다. 복잡한 조작 부위에서 슬레이브 도구(56x)의 보다 정밀한 움직임을 가능하게 하기 위해서 입력 장치(36)의 큰 움직임에 대하여 로봇 아암 조립체의 슬레이브 머니퓰레이터 아암(100)의 작은 움직임이 요망되므로, 상기 크기 조정은 크기 조정 운동(scaling 운동)에 유용하다. 오프셋은, 예를 들어, 눈 기준틀에서의 마스터 프레임의 위치 및 배치방향에 대하여 카메라 기준틀(다시 말해서, 내시경(140)의 원위 끝부분과 관련된 기준틀)에서의 엔드 이펙터 프레임(예를 들면, 슬레이브 도구(56x)의 엔드 이펙터와 관련된 프레임)의 상응하는 위치 및/또는 배치방향을 결정한다.
모의 슬레이브 처리 유닛(simulated slave processing unit)(608)은 크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(604)으로부터 원하는 슬레이브 도구 프레임 위치 및 속도 명령을 수신하고, 예를 들면, 슬레이브 도구(56x)를 슬레이브 도구(56x)의 능란한 작업 공간 내에 유지시킴으로써 슬레이브 도구(56x)의 정확하고 직관적인 작업을 실행하기 위해서 원하는 슬레이브 도구 프레임 위치, 배치방향 및 속도를 지정된 카테시안 한계값(Cartesian Limits)으로 제한한다. 모의 슬레이브 처리 유닛(608)은, 슬레이브 키네메틱스(slave kinematics)에 대한 기구학적 특이점(kinematic singularities)의 근처에서도 생성된 슬레이브 조인트 위치 및 속도가 실제 슬레이브 조인트의 운동 범위 및 최대 속도(다시 말해서, 조인트 한계값)를 초과하지 않게 하면서, 제한된 슬레이브 도구 프레임 위치 및 속도에 상응하는 모의 슬레이브 조인트 위치 및 속도를 생성한다.
역 크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(inverse scale and offset processing unit)(606)은 모의 슬레이브 처리 유닛(608)으로부터 모의 조인트 위치 및 속도 명령을 수신하고, 이 모의 조인트 위치 및 속도 명령에 대해 크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(604)의 기능에 대한 역기능(inverse function)을 실행한다. 카테시안 제어장치(Cartesian controller)(607)가 제1 입력으로, 크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(604)에 대한 입력을 수신하고 제2 입력으로, 역 크기 조정 및 오프셋 처리 유닛(606)의 출력을 수신한다. 그 다음에 카테시안 제어장치(607)는 제1 입력과 제2 입력의 차이로 오류 신호를 발생시키고, 상기 오류 신호로부터 카테시안 힘(Cartesian force)을 발생시킨다. 배치방향 오류에 대해서, 카테시안 공간에서의 상응하는 토크가 결정된다.
마스터 전치 키네메틱스 처리 유닛(master transpose kinematics processing unit)(615)은 합산 노드(summation node)(614)를 통하여 카테시안 힘(FCART)을 수신하고, 예를 들면, 입력 장치(36)와 관련된 기구학적 관계와 야코비안 전치 행렬(Jacobian transpose matrix)을 이용하여, 조인트 공간에서의 상응하는 토크를 생성한다. 마스터 출력 처리 유닛(616)은 마스터 전치 키네메틱스 처리 유닛(615)으로부터 마스터 토크 신호를 수신하고, 이 마스터 토크 신호에 상응하는 전류를 발생시키고, 이 전류를 마스터 머니퓰레이터(108)의 상응하는 마스터 조인트 모터에 공급한다.
마스터 입력 처리 유닛(601)이 입력 장치(36)의 센서로부터 마스터 조인트 위치를 수신하고 있을 때, 슬레이브 입력 처리 유닛(309)도 슬레이브 머니퓰레이터의 위치 센서로부터 제어 시스템 처리율로 슬레이브 조인트 위치를 수신하고 있다. 조인트 제어 유닛(620)은 슬레이브 입력 처리 유닛(609)으로부터 슬레이브 조인트 위치와 모의 슬레이브 처리 유닛(608)으로부터 제공된 모의 조인트 위치 명령을 수신하고, 슬레이브 조인트 모터에 대한 슬레이브 토크 명령 신호와 마스터 조인트 모터에 대한 마스터 토크 피드백 명령 신호를 발생시킨다.
상기 슬레이브 토크 명령 신호는 조인트 제어 유닛(620)에서 계산된 피드백 오류가 0이 될 때까지 슬레이브 머니퓰레이터의 조인트를 구동시키기 위해서 조인트 제어 유닛(620)에 의해서 발생된다. 슬레이브 출력 처리 유닛(610)은 조인트 제어 유닛(620)으로부터 슬레이브 토크 명령 신호를 수신하고, 이 슬레이브 토크 명령 신호를 적절한 전류로 전환시키고, 이 전류를, 슬레이브 머니퓰레이터의 조인트 모터를 적절히 구동시키기 위해서 슬레이브 머니퓰레이터의 조인트 모터에 공급한다.
마스터 토크 피드백 명령 신호는, 상기 도구(56x) 또는 상기 도구(56x)의 슬레이브 머니퓰레이터에 대해 작용되고 있는 힘을 사용자가 느낄 수 있도록 입력 장치(36)에 반영하기 위해서 슬레이브 조인트 위치 및 속도 트래킹 에러의 함수로서 조인트 제어 유닛(620)에 의해서 생성된다. 기구학적 매핑 유닛(kinematic mapping unit)(611)은 조인트 제어 유닛(620)으로부터 마스터 토크 피드백 명령 신호를 수신하고, 슬레이브 기구학적 구성과 블록 612에서 제공된 사전에 계산된 슬레이브 지렛목(예를 들면, 피벗 포인트) 위치 정보를 이용하여 내시경(140)의 카메라 프레임에 대하여 상기 도구(56x)의 끝부분에서 상응하는 카테시안 힘을 발생시킨다.
사용자에게 적절한 힘 감각을 제공하면서 시스템 안정성을 보장하기 위해서 게인(613)이 카테시안 힘의 크기를 조절한다. 게인에 의해 조절된 카테시안 힘은 합산 노드(614)를 통과하고, 카테시안 제어장치(607)에 의해서 제공된 카테시안 힘의 처리에 관하여 위에 기술되어 있는 것과 같이 마스터 전치 키네메킥스 처리 유닛(615)과 마스터 출력 처리 유닛(616)을 통하여 카테시안 제어장치(607)에 의해서 제공된 카테시안 힘과 함께 처리된다.
본 명세서에서 언급된 다양한 기준틀과, 잘 알려진 수학에 기초하고 있는, 블록 603에서 제공된 사용자 눈과 관련된 정보와 블록 612에서 제공된 슬레이브 지렛목 정보의 계산과 같은, 마스터/슬레이브 제어 시스템(600)의 종래의 양상에 관한 추가적인 세부사항은, 예를 들면, 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있는, 발명의 명칭이 "최소 침습 수술 장치에서의 카메라 기준 제어(Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus)"인 미국 특허 제6,424,885호에 개시되어 있다.
조인트 제어 유닛(620)은 마스터/슬레이브 제어 시스템(600)에 의해서 제어되는 로봇 아암 조립체의 슬레이브 머니퓰레이터 아암(100)의 각각의 능동 조인트에 대해 조인트 제어장치를 포함하고 있다. 특히, 슬레이브 머니퓰레이터 아암(100)이 요잉운동 조인트(yaw joint), 피칭운동 조인트(pitch joint), 그리고 삽입축 기어(insertion axis gear)를 포함하고 있는 경우, 툴 리스트(tool wrist)와 엔드 이펙터 기구용 구동가능한 기계 요소의 각각과 마찬가지로, 이들 조인트 또는 기어의 각각은 자체의 제어장치를 가질 것이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 6과 관련하여 알 수 있는 것과 같이, 프로세서(58)는, 제어 로직(600)을 구현하는 소프트웨어를 이용함으로써 입력 장치(36)의 움직임에 대응하여 로봇 머니퓰레이터 아암(100)에 장착된 수술 기구(26)의 상응하는 움직임을 실행시키도록 구성될 수 있다. 제어 로직(600)은 기구 샤프트를 한 점에 대하여 피벗운동시킴으로써 조작 부위 또는 내부 수술 부위 내에서 엔드 이펙터의 움직임을 실행시킬 수 있다. 프로세서(58)에 의해서 이용된 제어 로직(600)은 입력 장치(36) 움직임에 대응하여 모터 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 모터 구동 신호는 로봇 아암으로 전달되어, 입력 장치(36)의 움직임에 대응하는 엔드 이펙터의 움직임을 일으킨다. 로봇 아암에 현재 장착된 도구 종류에 관한 정보를 프로세서(58)가 이용할 수 있으면 프로세서(58)의 제어 로직(600)은 다양한 상이한 도구(예를 들면, 도 5a 내지 도 5g에 도시된 도구)의 매우 다양한 상이한 도구 키네메틱스를 조정할 수 있다.
로봇 도구의 움직임에 대한 정밀한 제어를 유지하면 성능을 향상시킨다. 특히 복수의 엔드 이펙터 요소 및/또는 자유도가 로봇 아암의 원위 단부에 제공되는 경우에, 머니퓰레이션 아암과 다양한 엔드 이펙터 그리고 엔드 이펙터 조립체의 결합체는 상당히 정교하고 복잡한 기계 조립체일 수 있다. 일부 예에서는, 머니퓰레이션 아암(100)과 엔드 이펙터가 케이블, 풀리, 로드(rod), 기어 등을 포함하는 구동 시스템을 포함할 수 있고, 이러한 기계적인 구성요소는 도구의 수명 동안 제작 공차와 마모의 대상이다. 추가적으로, 도구가 장착되는 머니퓰레이터 또는 로봇 아암은 로봇 시스템의 프로세서로부터 구동 신호를 수신하고 로봇 시스템의 프로세서로 피드백 신호를 전송하기 위한 위치 센서와 모터를 가지는 것과 함께, 도구에 운동을 전달하고 도구 홀더를 공간에서 이동시키기 위한 구동 시스템을 가질 수 있다. 이러한 구성요소들 중의 많은 구성요소도 새 것이었을 때의 초기 해상도 또는 공차를 가지는 것과 함께, 마모로 인해 열화된다. 마지막으로, 엔드 이펙터를 기구의 잔여 부분에 결합시키거나 로봇 머니퓰레이터에 직접 결합시키기 위해서는, 엔드 이펙터와 기구의 잔여 부분이나 로봇 머니퓰레이터의 사이의 구조적인 결합과 함께, 로봇 아암의 구동 시스템과 모터로부터 엔드 이펙터로 기계적인 운동을 전달하기 위해서 종종 기계적인 결합을 포함할 것이다. 따라서, 엔드 이펙터들 사이의 오정렬이나 제대로 되지 않은 설치는 많은 원인을 가지고 있을 수 있고, 상이한 엔드 이펙터에 대해서 상당히 다를 수 있고, 상이한 결과를 초래할 수 있다.
엔드 이펙터 요소(예를 들면, 한 쌍의 조)와 기구의 잔여 부분(예를 들면, 기구 샤프트) 또는 엔드 이펙터를 지지하는 머니퓰레이터 아암 사이의 상당한 오정렬 또는 설치 오류는 특히 문제가 될 수 있다. 몇몇 상황에서는, 엔드 이펙터, 또는 이 엔드 이펙터의 구성요소의 오정렬 또는 오설치(부정확한 설치)는 작동 불능 또는 오작동 엔드 이펙터를 초래할 수 있다. 몇몇 상황에서는, 이러한 오정렬 또는 오설치는 엔드 이펙터에 대한 운동 범위 또는 운동 편차를 보다 작게 만들 수 있고, 엔드 이펙터가 조작 환경으로부터 철수되어 정확하게 설치될 수 있을 때까지 일정 기간 동안 아마도 엔드 이펙터를 무용지물로 만들 수 있다. 몇몇 상황에서는, 오정렬되거나 오설치된 엔드 이펙터나, 커버 또는 슬리브와 같은, 엔드 이펙터의 구성요소를 사용하면 상기 엔드 이펙터나 엔드 이펙터의 구성요소를 기구의 잔여 부분이나 머니퓰레이터 아암으로부터 분리시킬 수 있다. 몇몇 사용예에서는, 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 정확하게 설치될 때까지, 또는 분리된 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 배치되거나 조작 부위로부터 제거될 때까지 머니퓰레이션 시스템의 일부 작동이 방해를 받거나 완전히 작동 불능 상태로 될 수 있다. 몇몇 사용예에서는, 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소의 손실이 조작 부위 내의 물체에 손상을 일으킬 가능성을 가질 수 있다. 따라서, 일부 예에서는, 아래에 개시된 기술이, 예를 들면, 엔드 이펙터가 조작 부위로 들어가기 전이나 엔드 이펙터에 의한 일정 작업(예를 들면, 운동 범위 한계 근처에서 큰 힘이나 운동을 수반하는 작업)이 허용되기 전에 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소의 정확한 설치를 확인하는 것을 도와줄 수 있고; 제대로 설치되지 않았거나 부정확하게 설치된 엔드 이펙터의 이상(anomaly) 또는 표시가 결정되면, 엔드 이펙터가 조작 부위로 들어가는 것이 허용되거나 특정의 작업을 수행하는 것이 허용되기 전에 검사와 교정이 완료될 수 있다.
일부 예에서는, 상기 시스템이, 제어 논리 회로(control logic circuitry)에 의해서 실행될 때 제어 논리 회로의 적어도 일부분 및 관련된 작동 요소 및 감지 요소를 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소가 제대로 설치되는지 또는 조정되는지를 탐지하는 진단 도구로 만드는 명령어를 포함할 수 있다. 도 7은 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소의 설치 상태를 탐지하는 예시적인 방법(700)을 대체적으로 나타내고 있다. 701 단계에서는, 제어 논리 회로가, 예를 들면, 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이션 아암 또는 로봇 아암과 결합된 도구 메모리 메카니즘을 모니터링하는 거서에 의해서 도구/엔드 이펙터의 설치를 탐지할 수 있다. 703 단계에서는, 제어 논리 회로가 엔드 이펙터의 시험 움직임(test move)을 개시시킬 수 있다. 일부 예에서는, "개방" 시험 움직임(open test move)을 실행시키는 것이 제어장치가 엔드 이펙터의 조를 개방-조 위치로 이동시키는 명령 신호를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서는, "개방" 시험 움직임의 명령받은 최종 위치가 엔드 이펙터의 하나의 조 또는 한 쌍의 조의 하드 오픈 리미트(hard open limit), 또는 실제 하드 리미트(hard limit)의 위치가 "개방" 시험 움직임 동안 수집된 작용력 정보(effort information)에서 관찰될 수 있도록 심지어 상기 하드 오픈 리미트를 약간 넘어서는 위치로 될 수 있다. 705 단계에서는, 제어 논리 회로가, 비제한적인 예로서, 엔드 이펙터 액추에이터에 의해서 가해진 토크, 엔드 이펙터 액추에이터에 의해서 사용된 전류, 엔드 이펙터 액추에이터의 위치, 엔드 이펙터의 위치, 하나 이상의 엔드 이펙터 힘 센서에 의해서 감지된 힘 또는 토크 또는 휨(deflection) 중의 어느 하나 또는 이들의 임의의 조합과 같은 작용력 정보를 수집할 수 있다. 작용력 정보(예를 들면, 일정 시간 내에 별개의 여러 지점 또는 엔드 이펙터 위치에서 수집된 작용력 정보 샘플)가 수집됨에 따라, 또는 시험 움직임에 대한 작용력 정보의 전부가 수집된 후, 상기 작용력 정보가 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터의 구성요소의 설치 상태를 탐지하기 위해서 분석될 수 있다.
707 단계에서는, 상기 제어 논리 회로가 제대로 설치된 엔드 이펙터 또는 이 엔드 이펙터의 구성요소, 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터 또는 이 엔드 이펙터의 구성요소, 또는 이들의 결합형태(예를 들면, 제대로 설치되지 않은 커버를 가진 제대로 설치된 엔드 이펙터)와 관련된 하나 이상의 종류의 샘플을 포함하는 하나 이상의 작용력 프로파일(effort profile)을 수신할 수 있다. 상기 작용력 프로파일은 임의의 적절한 형태로 수신될 수 있다. 몇 가지 예로서, 상기 작용력 프로파일은 위치에 대해 작용력을 나타내는 복수의 데이터 포인트, 위치에 대해 작용력을 모델링하는 하나 이상의 방정식, 별개의 패턴(예를 들면, 무릎 부분(knee) 또는 다른 패턴)과 관련된 예상 위치를 나타내는 복수의 파라미터 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 엔드 이펙터가 설치되면, 상기 제어 논리 회로가, 상기한 바와 같이, 엔드 이펙터 또는 도구의 종류를 식별할 수 있고, 예를 들면, 도구 메모리를 이용하는 것에 의해서 하나 이상의 작용력 프로파일과 같은 추가 정보를 수신할 수 있다. 709 단계에서는, 상기 제어 논리 회로가 수집된 작용력 정보를 작용력 프로파일과 비교하여 설치 상태에 대한 값을 정할 수 있다. 일부 예에서는, 초기의 시험 움직임이 엔드 이펙터를 개방시킬 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 제어 논리 회로가 작용력 프로파일을 수신하지 않고(또는 수신된 작용력 프로파일을 이용하지 않고) 수집된 작용력 정보를 분석할 수 있고, 하나 이상의 무릎 부분(knee)이 수집된 작용력 정보에서 탐지되지 않으면, 불량 정보 상태(failed information status), 또는 설치 상태를 선택적으로 제공할 수 있다. 아래의 설명을 위해서, 엔드 이펙터의 개방 움직임이 엔드 이펙터의 개방 또는 폐쇄를 제어하는 액추에이터와 관련된 양의 토크 또는 전류를 포함하는 작용력 정보와 부합하는 것으로 가정하지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 다양한 예에서, 엔드 이펙터 힘 또는 토크를 탐지하도록 구성된 센서로부터 나오는 신호를 포함하여, 다른 유형의 작용력 정보가 이용될 수 있다. 따라서, 아래의 기술은 이러한 다른 유형의 작용력 정보와 함께 사용될 수도 있다.
상기 제어 로직은 특정의 예상된 엔드 이펙터 위치에서, 또는 특정의 엔드 이펙터 장소 영역(다시 말해서, 엔드 이펙터 위치의 범위) 내에서 토크 또는 전류의 상당한 양성(positive) 추세(또는 다른 상당한 변화)에 대한 초기의 시험 움직임의 작용력 정보(예를 들면, 토크 또는 전류) 샘플을 분석할 수 있다. 몇몇 예에서는, 엔드 이펙터 위치가 액추에이터 위치의 함수이고, 토크 또는 전류가 액추에이터 위치에서, 또는 특정의 액추에이터 장소 영역(다시 말해서, 액추에이터 위치의 범위) 내에서 비교될 수 있다. 따라서, 아래의 설명을 위해서, 논의는 액추에이터 위치 또는 액추에이터 장소 영역과 대체로 관련되어 있다. 하지만, 아래의 기술은 엔드 이펙터 위치를 나타내는 다른 유형의 정보와 함께 사용될 수도 있다.
일부 예에서, 상기와 같은 상당한 변화에 대한 예상된 액추에이터 위치 또는 장소 영역은 작용력 프로파일을 이용하여 결정될 수 있다. 일부 예에서는, 개방형 움직임(opening-type motion) 동안 예상 장소 영역 내에서 토크 또는 전류의 이러한 상당한 변화는 엔드 이펙터가 제대로 설치되어 있으며 완전히 개방된 위치에 도달하였다는 상태를 나타낼 수 있다. 커버를 포함할 수 있는 엔드 이펙터에 대하여, 액추에이터 장소 영역 및 상기 장소 영역 내에서 상당한 양성 추세(positive trend)가 시작되었는지 완료되었는지는 상기 커버가 제대로 위치되어 설치되어 있는지 제대로 위치되어 있지 않은지, 또는 전혀 설치되어 있지 않은지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 커버가 엔드 이펙터의 원위 단부쪽으로 너무 멀리 배치되어 있음으로 인해 제대로 위치되어 있지 않으면, 상승 추세의 토크 또는 전류의 시작이 예상된 액추에이터 위치 또는 장소 영역과 관련된 것보다 덜 개방되어 있는 엔드 이펙터와 관련된 액추에이터 위치에서 발생할 수 있다. 몇몇 시험 움직임에서는, 이 상승 추세의 토크 또는 전류가 시험 움직임 동안 예상된 액추에이터 위치 또는 장소 영역에 시간이 지남에 따라 앞설 것이다. 상기 커버가 엔드 이펙터에 대하여 너무 가까이 설치되거나, 상기 커버가 끝부분이 절단된 커버(truncated cover)이거나, 또는 상기 커버가 전혀 설치되지 않으면, 상승 추세의 토크 또는 전류의 시작이 예상된 액추에이터 위치 또는 장소 영역보다 더 많이 개방된 엔드 이펙터와 관련된 액추에이터 위치에서 발생할 수 있다. 몇몇 시험 움직임에서는, 상기 액추에이터가 시험 움직임 동안 예상된 액추에이터 위치 또는 장소 영역을 통과한 후 이 상승 추세의 토크 또는 전류는 시간이 지남에 따라 떨어질 것이다.
일부 예에서는, 상기 방법이 엔드 이펙터 개방 시험 움직임과 엔드 이펙터 폐쇄 시험 움직임의 양자 모두를 포함할 수 있다. 이러한 시험은 보다 많은 설치 특징을 탐지하는 능력뿐만 아니라 특정 설치 특징의 보다 양호한 분석을 제공할 수 있다. 설치 특징은 시험 움직임 동안 토크 또는 작용력에 있어서의 예상된 변화일 수 있거나 토크 또는 작용력에 있어서의 예상하지 못한 변화일 수 있다. 일부 예에서, 무릎 부분(knee)은 조가 폐쇄될 때의 하드 리미트, 또는 조 움직임의 운동 범위 내에 설계된 멈춤쇠와 같은 팬형 하드웨어 간섭(panned hardware interference)과 관련될 수 있다. 도 8a와 도 8b는 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터 아암에 설치되어 있는 엔드 이펙터의 개방 시험 움직임 동안 수집된 예시적인 작용력 정보(801)를 그래프로 나타내고 있다. 도 8a와 도 8b는 엔드 이펙터의 액추에이터의 위치나 엔드 이펙터의 위치에 대하여 엔드 이펙터의 액추에이터의 토크 출력을 그래프로 나타내고 있다. 화살표 802는 이 특정 예에서의 작용력 정보 샘플의 시간의 경과에 따른 수집 정보를 나타내고 있다. 상기 그래프가 엔드 이펙터(또는 엔드 이펙터의 구성요소, 예를 들면, 커버)의 제대로 된 설치를 나타내는지 여부는 엔드 이펙터의 종류와 제대로 설치된 엔드 이펙터(또는 엔드 이펙터의 커버)의 하나 이상의 작용력 프로파일, 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터(또는 엔드 이펙터의 구성요소, 예를 들면, 커버) 하나 이상의 작용력 프로파일, 또는 이들의 결합 형태(예를 들면, 제대로 설치된 엔드 이펙터와 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터에 대한 작용력 프로파일을 포함하는 복수의 작용력 프로파일)에 의해 결정될 수 있다. 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터의 작용력 프로파일은 제대로 설치된 구성요소와 제대로 설치되지 않은 구성요소의 결합 형태를 가진 작용력 프로파일을 포함할 수 있다; 예를 들어, 커버를 가진 엔드 이펙터의 작용력 프로파일은 제대로 설치된 조 구성요소를 가지고 있지만 제대로 설치되지 않은 커버를 가진 엔드 이펙터의 작용력 프로파일일 수 있다.
도 8a에 도시된 예에서, 작용력 정보(801)는, 액추에이터 위치가 0.6 라디안으로부터 0.8 라디안으로 이동함에 따라, 토크가 증가하여, 본 명세서에서 "무릎 부분(knee)"(803)이라고 칭하는, 독특한 패턴의 특유의 토크 변화, 또는 전이를 일으키는 것을 나타내고 있다. 무릎 부분(803)의 형상과 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터 액추에이터의 위치에 대한 무릎 부분(803)의 장소가 제대로 설치된 엔드 이펙터 또는 커버를 가진 엔드 이펙터의 작용력 프로파일의 형상 또는 상응하는 장소 영역과 부합하면, 상기 제어 로직이 제대로 설치된 엔드 이펙터, 또는 제대로 설치된 커버를 가진 제대로 설치된 엔드 이펙터를 반영하는 설치 상태, 또는 설치 통과 상태(installation pass state)를 제공하고 보여줄 수 있다. 일부 예에서는, 상기 상태가, 수술 환경 또는 환자 주위와 환자 내부의 환경과 같은, 제한된 접근 조작 환경으로 엔드 이펙터가 이동하는 것이 허용되도록 머니퓰레이션 시스템의 하드웨어 영향력(hold) 또는 소프트웨어 영향력을 해제할 수 있다.
도 8b는 커버를 가진 엔드 이펙터의 작용력 정보를 그래프로 나타내고 있다. 도 8a와 대비하여, 도 8b의 작용력 정보는 개방 움직임이 진행함에 따라 두 개의 "무릎 부분"(803, 813)을 나타내고 있다. 그래프에서 가장 오른쪽에 있는 제1 무릎 부분(803)은 엔드 이펙터의 조가 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 조의 개방 위치의 하드 트래블 리미트(hard travel limit)와 부딪치는 것과 관련될 수 있다. 제2 무릎 부분(813)은 엔드 이펙터의 조가 개방될 때 엔드 이펙터의 조가 커버의 개방과 부딪치거나 접촉하는 것을 나타낼 수 있다. 제1 무릎 부분(803)과 제2 무릎 부분(813)의 대체적인 장소가 예상된 작용력 프로파일에 합치되면, 상기 제어 로직은 제대로 설치된 커버를 가진 제대로 설치된 엔드 이펙터를 반영하는 설치 상태, 또는 설치 통과 상태를 제공하고 보여줄 수 있다. 제1 무릎 부분(803)이나 제2 무릎 부분(813)이 누락되거나 예상된 장소에 있지 않으면, 상기 제어 로직은 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터 또는 제대로 설치되지 않은 커버를 가진 제대로 설치된 엔드 이펙터를 반영하는 설치 상태를 제공하고 보여줄 수 있다. 비록 도 8a와 도 8b가 "개방" 시험 움직임과 관련된 작용력 정보를 나타내고 있지만, 동일한 기술이 본 주제의 범위를 벗어나지 않으면서 "폐쇄" 시험 움직임으로부터 수집된 작용력 정보, 또는 "개방" 시험" 움직임과 "폐쇄" 시험 움직임의 양자로부터 수집된 작용력 정보의 조합에 이용될 수 있다고 생각된다.
도 9는 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터의 개방 시험 움직임 동안 수집된 예시적인 작용력 정보(901)를 그래프로 나나태고 있다. 도 9는 엔드 이펙터의 액추에이터의 위치나 엔드 이펙터의 위치에 대하여 엔드 이펙터의 액추에이터의 토크 출력을 그래프로 나타내고 있다. 화살표 902는 이 특정 시험 움직임 동안의 작용력 정보 샘플의 시간의 경과에 따른 수집 정보를 나타내고 있다. 이 특정의 예에 대해서, 제대로 설치된 엔드 이펙터는 작용력 샘플을 도 8에 도시된 것과 같은 무릎 부분의 형상으로 나타낼 수 있다. 하지만, 도 9의 작용력 샘플은 크기가 비교적 일정하고(비교적 "균일하고"), 무릎 부분(803)과 같은 독특한 패턴의 특유의 토크 변화를 나타내지 않는다. 이에 대응하여, 상기 제어 로직은 이 도시된 시험 움직임의 마지막 또는 그 근처에 이르러 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터(또는 제대로 설치되지 않은 커버를 가진 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터)를 반영하는 설치 상태를 제공하고 보여줄 수 있다. 일부 예에서는, 상기 상태가, 수술 환경 또는 환자 주위와 환자 내부의 환경과 같은, 제한된 접근 조작 환경으로 엔드 이펙터가 이동하는 것이 허용되지 않도록 머니퓰레이션 시스템의 하드웨어 영향력 또는 소프트웨어 영향력을 개시시키거나 유지시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 일부 예에서는, 설치 검증 시험이 하나의 시험 움직임보다 많은 시험 움직임을 포함할 수 있다. 도 10은 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 설치되어 있는 엔드 이펙터의 "개방" 시험 움직임 동안 수집된 작용력 정보(1001)와 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 설치되어 있는 엔드 이펙터의 "폐쇄" 시험 움직임 동안 수집된 작용력 정보(1004)의 예를 그래프로 나타내고 있다. 도 10은 엔드 이펙터의 액추에이터의 위치에 대하여 엔드 이펙터의 액추에이터의 토크 출력을 그래프로 나타내고 있다. 화살표 1002와 화살표 1005는 이러한 특정 시험 움직임 동안의 작용력 정보 샘플의 시간의 경과에 따른 수집 정보를 나타내고 있다. 이 특정의 예에 대해서, 제대로 설치된 엔드 이펙터는 제대로 설치된 엔드 이펙터의 이동 한계 또는 그 근처에서 "무릎 부분"(1003, 1003A, 1003B, 1006, 1006A, 1006B)이라고 칭하는 독특한 패턴의 특유의 토크 변화를 형성하는 작용력 정보 샘플을 만들어낼 수 있다. 도 8과 관련하여 기술되어 있는 것과 같이 상기 무릎 부분(803)과 유사한 제1 무릎 부분(1003, 1003A, 1003B)은 엔드 이펙터가 "개방" 시험 움직임 동안 완전 개방 상태로 이동하였거나, "폐쇄" 시험 움직임 동안 완전 개방 상태로부터 떠났을 때 발생하였다. 이 제1 무릎 부분(1003, 1003A, 1003B)은 "개방" 시험 움직임(무릎 부분(1003A)과 관련되어 있음)의 작용력 정보, 또는 "폐쇄" 시험 움직임(무릎 부분(1003B)과 관련되어 있음) 동안 수집된 작용력 정보를 이용하여 결정될 수 있다. 제1 무릎 부분(무릎 부분(1003)과 관련되어 있음)은 "개방" 시험 움직임의 작용력 정보와 "폐쇄" 시험 움직임의 작용력 정보의 조합으로부터 나온 작용력 정보를 이용하여 결정될 수도 있다. 예를 들면, 상기 두 가지 시험 움직임 사이의 작용력 정보(1001, 1004)의 샘플의 평균(1007)이 이용될 수 있다. 다른 예로서, 무릎 부분(1003)이 무릎 부분(1003A)과 무릎 부분(1003B)의 평균으로 산출될 수 있다.
유사한 방식으로, 제2 무릎 부분(1006, 1006A, 1006B)은 엔드 이펙터가 "폐쇄" 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 조의 완전 폐쇄 상태로 이동하였을 때 수집된 작용력 정보로부터, 또는 "개방" 시험 움직임 동안 완전 폐쇄 상태로부터 떠났을 때 수집된 작용력 정보로부터, 또는 이들의 결합 형태로부터 결정될 수 있다. 이 제2 무릎 부분(1006, 1006A, 1006B)은 "개방" 시험 움직임(이것도 무릎 부분(1006A)과 관련되어 있음)의 작용력 정보, 또는 "폐쇄" 시험 움직임(무릎 부분(1006B)과 관련되어 있음) 동안 수집된 작용력 정보를 이용하여 결정될 수 있다. 제2 무릎 부분(무릎 부분(1006)과 관련되어 있음)은 "개방" 시험 움직임의 작용력 정보와 "폐쇄" 시험 움직임의 작용력 정보의 조합으로부터 나온 작용력 정보를 이용하여 결정될 수도 있다. 예를 들면, 상기 두 가지 시험 움직임 사이의 작용력 정보(1001, 1004)의 샘플의 평균이 이용될 수 있다. 다른 예로서, 제2 무릎 부분(1006)이 무릎 부분(1006A)과 무릎 부분(1006B)의 평균으로 산출될 수 있다.
일부 예에서는, 하나의 시험 움직임보다 많은 시험 움직임을 이용하는 작용력 정보가, 엔드 이펙터의 조가 엔드 이펙터의 커버와 물리적으로 접촉하는 것과 관련된 무릎 부분을 생기게 할 수도 있고, 상기 커버와 관련된 무릎 부분과 "커버" 무릎 부분의 장소를 식별하기 위해서 무릎 부분(1003, 1003A, 1003B, 1006, 1006A, 1006B)과 관련하여 상기한 것과 유사한 방법이 이용될 수 있다.
몇몇 실시례에서 엔드 이펙터의 초기의 설치시에, 완전 "개방" 시험 움직임 또는 완전 "폐쇄" 시험 움직임은 한 번의 연속적인 움직임으로 가능하지 않을 수 있다고 생각된다; 예를 들어, 엔드 이펙터의 초기의 시작 위치가 엔드 이펙터의 조의 이동 범위의 중간에 있을 수 있다. 몇몇 예에서는, 초기의 시험 움직임이 엔드 이펙터의 조를 폐쇄시키고 "폐쇄" 하드 리미트에 대한 "제로" 위치를 찾아내기 위해서 이루어질 수 있다. "폐쇄" 하드 리미트를 찾아내고 "제로" 위치, 또는 엔드 이펙터의 기준 위치를 정한 후, 엔드 이펙터의 설치 상태를 탐지하기 위해서 "개방" 시험 움직임이 개시될 수 있다. 초기의 시험 움직임 동안 "폐쇄" 하드 리미트가 탐지되지 않으면, 상기 제어 로직이 불량 설치 상태 또는 설치 상태를 제공하고 보여줄 수 있다.
제1 무릎 부분(1003)과 제2 무릎 부분(1006)이 수집된 작용력 정보에 존재하는 것을 결정하고, 상기 무릎 부분(1003, 1006) 각각의 장소를 결정하고, 수집된 작용력 정보의 다른 특징들을 결정한 후, 상기 제어 로직이 상기 결정들과 작용력 프로파일을 비교할 수 있고 설치 상태를 판단할 수 있다. 그 다음에, 상기 제어 로직이 제대로 또는 정확하게 설치된 엔드 이펙터, 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터, 제대로 설치된 커버, 제대로 설치되지 않은 커버, 또는 이들의 결합 형태를 반영하는 설치 상태, 또는 설치 통과 상태를 제공 및 디스플레이할 수 있다. 이러한 제공 및 디스플레이는 하나 이상의 시험 움직임의 마지막 또는 그 근처에서 행해질 수 있다. 일부 예에서는, 제대로 설치된 엔드 이펙터, 또는 제대로 설치된 엔드 이펙터와 제대로 설치된 커버를 나타내는 설치 상태가 머니퓰레이션 시스템의 하드웨어 영향력 또는 소프트웨어 영향력을 해제할 수 있고; 이러한 영향력의 해제로 인해 엔드 이펙터가 수술 환경과 같은, 제한된 접근 조작 환경으로 이동하는 것이 허용된다. 일부 예에서는, 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터, 또는 제대로 설치되지 않은 커버를 나타내는 설치 상태가 머니퓰레이션 시스템의 하드웨어 영향력 또는 소프트웨어 영향력을 개시시키거나 유지시킬 수 있고; 이러한 영향력의 개시 또는 유지는 엔드 이펙터가 제한된 접근 조작 환경 또는 수술 환경으로 이동하는 것이 허용되지 않는다는 것을 의미할 수 있다.
도 11은 머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터의 시험 사이클 동안 수집된 예시적인 작용력 정보(1101, 1104)를 그래프로 나타내고 있다. 도 11은 엔드 이펙터의 액추에이터의 위치에 대하여 엔드 이펙터의 액추에이터의 토크 출력을 그래프로 나타내고 있다. 화살표 1102와 화살표 1105는 상기 시험 사이클의 특정 시험 움직임 동안의 작용력 정보 샘플의 시간의 경과에 따른 수집 정보를 나타내고 있다. 이 특정 예에 대해서, 제대로 설치된 엔드 이펙터는, 그래프로 그렸을 때, 도 10에 도시된 것과 같이 두 개의 무릎 부분(1003, 1003A, 1003B, 1006, 1006A, 1006B)을 나타내는 작용력 정보 샘플을 나타낼 수 있다. 하지만, 도 11의 작용력 정보 샘플은 크기가 비교적 일정하고(비교적 "균일하고"), 무릎 부분(1003) 또는 무릎 부분(1006)의 패턴 특징을 나타내지 않는다. 이에 대응하여, 상기 제어 로직은 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터, 또는 제대로 설치되지 않은 커버를 가진 제대로 설치되지 않은 엔드 이펙터를 반영하는 설치 상태를 제공 및 디스플레이할 수 있다. 이러한 제공 및 디스플레이는 도시된 시험 움직임의 마지막 또는 그 근처에서 행해질 수 있다.
일부 예에서는, 상기 상태가 머니퓰레이션 시스템의 하드웨어 영향력 또는 소프트웨어 영향력을 개시시키거나 유지시킬 수 있고; 상기 영향력은, 수술 환경 또는 환자 주위와 환자 내부의 환경과 같은, 제한된 접근 조작 환경으로 엔드 이펙터가 이동하는 것을 방지할 수 있다.
다양한 특징 및 예
예 1은 머니퓰레이션 시스템으로서, 제1 가동 조를 가진 엔드 이펙터를 수용하도록 구성된 머니퓰레이터 아암; 상기 엔드 이펙터의 작용력 정보를 제공하도록 구성된 변환기; 그리고 제1 가동 조의 운동을 포함하는 제1 시험 움직임을 실행시키는 명령 신호를 제공하고, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 제1 작용력 정보는 제1 시험 움직임을 통하여 제1 가동 조를 이동시키는 작용력을 나타내는, 상기 머니퓰레이션 시스템이다.
예 2에서는, 예 1의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않으면 상기 프로세서가 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하도록 구성되어 있다.
예 3에서는, 예 2의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분을 탐지하지 않으면 상기 프로세서가 상기 설치 상태의 제2 실패 상태를 제공하도록 구성되어 있다.
예 4에서는, 예 1 내지 예 3 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 정확하게 설치된 엔드 이펙터의 작용력 프로파일을 수신하고, 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하여 상기 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있다.
예 5에서는, 예 4의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 전이 장소를 결정하고, 상기 전이 장소와 상기 작용력 프로파일의 상응하는 장소 영역의 비교를 실행하고, 상기 비교의 결과를 이용하여 상기 설치 상태를 정하도록 구성되어 있다.
예 6에서는, 예 5의 주제에 있어서, 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소가 상기 상응하는 장소 영역의 밖에 있으면 상기 설치 상태가 제2 실패 상태로 정해진다.
예 7에서는, 예 5 내지 예 6 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소가 상기 상응하는 장소 영역 내에 있으면 상기 설치 상태가 제1 통과 상태로 정해진다.
예 8에서는, 예 5 내지 예 7 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하고, 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻고, 제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 이용하여 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소를 결정하도록 구성되어 있다.
예 9에서는, 예 5 내지 예 8 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내의 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소를 결정하고, 제2 전이 장소와 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역의 제2 비교를 실행하고, 제2 비교의 결과를 이용하여 상기 설치 상태를 정하도록 구성되어 있다.
예 10에서는, 예 9의 주제에 있어서, 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소가 상응하는 제2 장소 영역의 밖에 있으면 상기 설치 상태가 제3 실패 상태로 정해진다.
예 11에서는, 예 9 내지 예 10 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소가 상응하는 제2 장소 영역 내에 있으면 상기 설치 상태가 제1 통과 상태로 정해진다.
예 12에서는, 예 4 내지 예 11 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 작용력 프로파일의 상기 하나 이상의 부분이 상응하는 제1 무릎 부분을 포함하고, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제대로 설치된 엔드 이펙터를 나타낸다.
예 13에서는, 예 12의 주제에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방 운동을 포함하고, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 가동 조를 개방시키는 것에 대한 이동 하드 리미트에 해당한다.
예 14에서는, 예 12 내지 예 13 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조와 제대로 설치된 커버의 결합에 해당한다.
예 15에서는, 예 12 내지 예 14 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 상기 엔드 이펙터의 일부분을 주위 환경으로부터 전기적으로 또는 열적으로 격리시키도록 구성된 커버를 포함하고, 상기 작용력 프로파일의 상기 하나 이상의 부분이 상응하는 제2 무릎 부분을 포함하고, 상응하는 제2 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조와 상기 커버의 결합에 해당한다.
예 16에서는, 예 15의 주제에 있어서, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 가동 조의 제1 개방량에 해당하고 상응하는 제2 무릎 부분이 제1 가동 조의 제2 개방량에 해당하고, 제2 개방량이 제1 개방량보다 작다.
예 17에서는, 예 15 내지 예 16 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 엔드 이펙터와 상기 커버를 포함한다.
예 18에서는, 예 17의 주제에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 전압을 전달하도록 구성되어 있다.
예 19에서는, 예 4 내지 예 18 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 부정확하게 설치된 엔드 이펙터의 제2 작용력 프로파일을 수신하고, 제2 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하여 상기 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있다.
예 20에서는, 예 1 내지 예 19 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 머니퓰레이터 아암에 의해서 지지된 도구를 더 포함하고, 상기 도구가 상기 엔드 이펙터를 포함한다.
예 21에서는, 예 1 내지 예 20 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 상기 엔드 이펙터의 일부분을 주위 환경으로부터 격리시키도록 구성된 커버를 포함하고; 그리고 상기 설치 상태가 상기 커버의 설치 상태를 포함한다.
예 22에서는, 예 1 내지 예 21 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 프로세서가 또한 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하고, 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있다.
예 23에서는, 예 22의 주제에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방을 포함하고, 제2 시험 움직임이 제1 가동 조의 폐쇄를 포함하고, 상기 프로세서가 제2 작용력 정보를 이용하여 제1 가동 조의 폐쇄 위치를 정한다.
예 24에서는, 예 1 내지 예 23 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 제2 가동 조를 포함하고, 제1 작용력 정보가 또한 제2 가동 조를 이동시키는 작용력을 나타낸다.
예 25는 제1 시험 움직임 동안 원격-머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 결합된 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 단계; 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제1 작용력 정보를 변환기로부터 수신하는 단계; 그리고 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계를 포함하는 방법이다.
예 26에서는, 예 25의 주제에 있어서, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계가, 제1 작용력 정보가 제1 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하는 단계; 및 제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하는 단계를 포함한다.
예 27에서는, 예 26의 주제에 있어서, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계가, 제1 작용력 정보가 제2 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하는 단계; 및 제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제2 실패 상태를 제공하는 단계를 더 포함한다.
예 28에서는, 예 25 내지 예 27 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가, 제대로 설치된 엔드 이펙터에 대한 작용력 프로파일을 수신하는 단계; 및 상기 설치 상태를 결정하기 위하여 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하는 단계를 포함한다.
예 29에서는, 예 28의 주제에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가, 부정확하게 설치된 엔드 이펙터의 제2 작용력 프로파일을 수신하는 단계; 및 상기 설치 상태를 제공하기 위하여 제2 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하는 단계를 더 포함한다.
예 30에서는, 예 25 내지 예 29 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가, 제대로 설치된 엔드 이펙터의 작용력 프로파일을 수신하는 단계; 제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하는 단계; 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조의 장소에 대하여 제1 무릎 부분을 결정하는 단계; 상기 장소를 상기 작용력 프로파일의 장소 영역과 비교하는 단계; 및 상기 장소를 상기 작용력 프로파일의 장소 영역과 비교하는 것에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 표시하는 단계를 포함한다.
예 31에서는, 예 30의 주제에 있어서, 상기 장소 영역이 제1 가동 조가 상기 엔드 이펙터의 커버와 접촉하는 것과 관련된 예상된 무릎 부분에 해당한다.
예 32에서는, 예 30 내지 예 31 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 장소 영역이 상기 엔드 이펙터에서의 하드웨어 간섭과 관련된 예상된 무릎 부분에 해당한다.
예 33에서는, 예 30 내지 예 32 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 장소 영역이 하드 리미트와 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하고, 상기 하드 리미트가 폐쇄 위치에서의 제1 가동 조와 관련되어 있다.
예 34에서는, 예 30 내지 예 33 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 장소 영역이 하드 리미트와 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하고, 상기 하드 리미트가 개방 위치에서의 제1 가동 조와 관련되어 있다.
예 35에서는, 예 30 내지 예 34 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 단계; 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 단계; 및 제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 이용하여 상기 장소를 결정하는 단계를 더 포함한다.
예 36에서는, 예 30 내지 예 35 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가, 제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소를 결정하는 단계; 제2 전이 장소를 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역과 비교하는 단계; 및 제2 전이 장소를 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역과 비교하는 것에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 표시하는 단계를 더 포함한다.
예 37에서는, 예 25 내지 예 36 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 단계; 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 단계; 및 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계를 더 포함한다.
예 38에서는, 예 37의 주제에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방을 포함하고, 제2 시험 움직임이 제1 가동 조의 폐쇄를 포함하고, 상기 방법이 제2 작용력 정보를 이용하여 제1 가동 조의 폐쇄 위치를 정하는 단계를 더 포함한다.
예 39는 비-일시적 기계-판독가능 매체로서, 기계에 의해서 실행될 때, 상기 기계로 하여, 제1 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 작업; 제1 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제1 작용력 정보를 변환기로부터 수신하는 작업; 및 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는, 명령어를 포함하는 비-일시적 기계-판독가능 매체이다.
예 40에서는, 예 39의 주제에 있어서, 상기 기계로 하여 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는 명령어가, 상기 기계로 하여, 제1 작용력 정보가 제1 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하게 하는 명령어; 및 제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하게 하는 명령어를 포함한다.
예 41에서는, 예 39 내지 예 40 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 기계로 하여 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는 명령어가, 상기 기계로 하여, 제대로 설치된 엔드 이펙터에 대한 작용력 프로파일을 수신하게 하는 명령어; 및 상기 설치 상태를 결정하기 위해서 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하게 하는 명령어를 포함한다.
예 42에서는, 예 39 내지 예 41 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 기계로 하여, 제2 시험 움직임 동안 상기 가동 조를 이동시키는 작업; 제2 시험 움직임 동안 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제2 작용력 정보를 수신하는 작업; 제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 구하여 평균 작용력 정보를 제공하는 작업; 및 상기 평균 작용력 정보를 이용하여 제1 시험 움직임 동안 상기 엔드 이펙터의 위치에 대하여 제1 무릎 부분의 장소를 결정하는 작업을 실행하게 하는, 명령어를 포함한다.
예 43에서는, 예 39 내지 예 42 중의 어느 하나의 주제에 있어서, 상기 기계로 하여, 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 작업; 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 작업; 및 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는, 명령어를 더 포함한다.
예 44는 적어도 하나의 기계-판독가능 매체로서, 처리 회로에 의해서 실행될 때, 상기 처리 회로로 하여 예 1 내지 예 43 중의 어느 하나를 실시하는 작업을 실행하게 하는 명령어를 포함하는 적어도 하나의 기계-판독가능 매체이다.
예 45는 예 1 내지 예 43 중의 어느 하나를 실시하는 수단을 포함하는 장치이다.
예 46은 예 1 내지 예 43 중의 어느 하나를 실시하는 시스템이다.
예 47은 예 1 내지 예 43 중의 어느 하나를 실시하는 방법이다.
이러한 비제한적인 예들의 각각은 독립적으로 실시될 수 있거나 다른 예들 중의 하나 이상과 다양한 순열 또는 조합으로 결합될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 상세한 설명의 일부분을 형성하는 첨부 도면에 대한 참고를 포함한다. 첨부 도면은, 실례로서, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시례를 나타내고 있다. 이러한 실시례를 본 명세서에서 "예"라고도 한다. 이러한 예는 도시되거나 기술된 것 이외에 여러 요소를 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명의 발명자들은 도시되거나 기술된 요소만 제공되어 있는 예도 고려하고 있다. 게다가, 본 발명의 발명자들은 특정 예(또는 이 예의 하나 이상의 실시형태)에 대하여, 또는 본 명세서에 도시되거나 개시된 다른 예(또는 이 예의 하나 이상의 실시형태)에 대하여, 도시되거나 기술된 요소들의 임의의 조합 또는 순열 형태를 이용하는 예(또는 이 예의 하나 이상의 실시형태)도 고려하고 있다.
본 명세서와 인용에 의해서 본 명세서에 포함된 임의의 문헌 사이의 언어 용법이 일치하지 않는 경우에는, 본 명세서의 언어 용법을 따른다.
본 명세서에서, "하나" 또는 "한 개" 라는 표현은, 임의의 다른 예 또는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상" 이라는 표현의 어법과는 별도로, 특허 문헌에서 흔히 사용되는 것과 같이, 하나 또는 하나보다 더 많은 것을 포함하는 것으로 사용되고 있다. 본 명세서에서, "또는" 이라는 표현은 비배타적인 의미로 사용되므로, "A 또는 B" 라는 표현은, 별도의 표시가 없으면, "A는 포함되지만 B는 포함되지 않는 경우", "B는 포함되지만 A는 포함되지 않는 경우," 그리고 "A와 B를 모두 포함하는 경우" 포함한다. 본 명세서에서, "...을 포함하는" 이라는 표현과 "... 에서" 라는 표현은 각각 "... 로 구성되는" 이라는 표현과 "... 에 있어서" 라는 표현의 동등한 표현으로 사용된다. 또한, 아래의 청구범위에서, "...을 포함하는" 이라는 표현과 "...로 구성되는" 이라는 표현은 개방형 표현이다. 다시 말해서, 청구항에서 이러한 표현 다음에 열거된 것들 이외에 여러 요소를 포함하는 시스템, 장치, 물건, 조성물, 제제(formulation), 또는 프로세스는 여전히 청구범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 게다가, 아래의 청구범위에서, "제1," "제2," 그리고 "제3" 등의 용어는 단지 표시로서 사용되는 것이고, 그 대상물에 수와 관련된 요건을 부과하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 방법 예는 적어도 부분적으로 기계 또는 컴퓨터로 실시될 수 있다. 몇 가지 예는 상기 예에 기술되어 있는 것과 같이 방법을 수행하기 위해서 전자 장치를 구성하도록 작동되는 명령어로 암호화된 컴퓨터-판독가능 매체 또는 기계-판독가능 매체를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 구현은 마이크로코드, 어셈블리 언어 코드, 고급 언어 코드 등과 같은 코드를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 포함할 수 있다. 상기 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부분을 형성할 수 있다. 게다가, 하나의 예에서, 상기 코드는, 예를 들면, 실행 도중이나 평소에, 하나 이상의 휘발성 유형적 컴퓨터 판독가능 매체, 비-일시적 유형적 컴퓨터 판독가능 매체, 또는 비-휘발성 유형적 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로 저장될 수 있다. 이러한 유형적 컴퓨터 판독가능 매체의 예는, 비제한적인 예로서, 하드 디스크, 탈착가능한 자기 디스크, 탈착가능한 광디스크(예를 들면, 콤팩트 디스크와 디지털 비디오 디스크), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM) 등을 포함할 수 있다.
상기 설명은 예시적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 예를 들어, 상기한 여러 예들(또는 이 예들의 하나 이상의 실시형태)은 서로 결합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 상기 설명을 검토함으로써 다른 실시례가 사용될 수 있다. 판독자가 기술적 개시내용의 본질을 신속하게 알아낼 수 있게 하기 위해서 요약서가 제공되어 있다. 상기 요약서는 청구범위 또는 청구범위의 의미를 해석하거나 제한하기 위해서 사용되지 않을 것이라는 조건으로 제출되어 있다. 또한, 상기한 상세한 설명에서, 발명의 개시를 간소화하기 위해서 다양한 특징들이 함께 분류될 수 있다. 이것은 청구항에 기재하지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 본질적인 것이라고 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 발명의 주제는 특정의 개시된 실시례의 모든 특징보다 적은 수의 특징에 있을 수 있다. 따라서, 아래의 청구범위는 예 또는 실시례로 상세한 설명에 포함되어 있고, 각각의 청구항은 별개의 실시례로서 독립되어 있고, 그리고 상기 실시례들은 다양한 조합 또는 순열 형태로 서로 결합될 수 있다고 생각된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위와 함께, 상기 청구범위가 누릴 자격이 있는 균등물의 전체 범위를 참고하여 결정되어야 한다.

Claims (43)

  1. 머니퓰레이션 시스템으로서,
    제1 가동 조를 가진 엔드 이펙터를 수용하도록 구성된 머니퓰레이터 아암;
    상기 엔드 이펙터의 작용력 정보를 제공하도록 구성된 변환기; 그리고
    제1 가동 조의 운동을 포함하는 제1 시험 움직임을 실행시키는 명령 신호를 제공하고, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하도록 구성된 프로세서;
    를 포함하고,
    상기 제1 작용력 정보는 제1 시험 움직임을 통하여 제1 가동 조를 이동시키는 작용력을 나타내는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않으면 상기 프로세서가 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분을 탐지하지 않으면 상기 프로세서가 상기 설치 상태의 제2 실패 상태를 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로세서가 정확하게 설치된 엔드 이펙터의 작용력 프로파일을 수신하고, 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하여 상기 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 전이 장소를 결정하고, 상기 전이 장소와 상기 작용력 프로파일의 상응하는 장소 영역의 비교를 실행하고, 상기 비교의 결과를 이용하여 상기 설치 상태를 정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소가 상기 상응하는 장소 영역의 밖에 있으면 상기 설치 상태가 제2 실패 상태로 정해지는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 제1 작용력 정보 내의 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소가 상기 상응하는 장소 영역 내에 있으면 상기 설치 상태가 제1 통과 상태로 정해지는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 프로세서가 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하고, 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻고, 제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 이용하여 제1 무릎 부분과 관련된 상기 전이 장소를 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 프로세서가 제1 작용력 정보 내의 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소를 결정하고, 제2 전이 장소와 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역의 제2 비교를 실행하고, 제2 비교의 결과를 이용하여 상기 설치 상태를 정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소가 상응하는 제2 장소 영역의 밖에 있으면 상기 설치 상태가 제3 실패 상태로 정해지는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소가 상응하는 제2 장소 영역 내에 있으면 상기 설치 상태가 제1 통과 상태로 정해지는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  12. 제4항에 있어서, 상기 작용력 프로파일의 상기 하나 이상의 부분이 상응하는 제1 무릎 부분을 포함하고, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제대로 설치된 엔드 이펙터를 나타내는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방 운동을 포함하고, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 가동 조를 개방시키는 것에 대한 이동 하드 리미트에 해당하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조와 제대로 설치된 커버의 결합에 해당하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 상기 엔드 이펙터의 일부분을 주위 환경으로부터 전기적으로 또는 열적으로 격리시키도록 구성된 커버를 포함하고, 상기 작용력 프로파일의 상기 하나 이상의 부분이 상응하는 제2 무릎 부분을 포함하고, 상응하는 제2 무릎 부분이 제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조와 상기 커버의 결합에 해당하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상응하는 제1 무릎 부분이 제1 가동 조의 제1 개방량에 해당하고 상응하는 제2 무릎 부분이 제1 가동 조의 제2 개방량에 해당하고, 제2 개방량이 제1 개방량보다 작은 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 엔드 이펙터와 상기 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 전압을 전달하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  19. 제4항에 있어서, 상기 프로세서가 부정확하게 설치된 엔드 이펙터의 제2 작용력 프로파일을 수신하고, 제2 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하여 상기 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  20. 제1항, 또는 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 머니퓰레이터 아암에 의해서 지지된 도구를 더 포함하고, 상기 도구가 상기 엔드 이펙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  21. 제1항, 또는 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 상기 엔드 이펙터의 일부분을 주위 환경으로부터 격리시키도록 구성된 커버를 포함하고; 그리고
    상기 설치 상태가 상기 커버의 설치 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  22. 제1항, 또는 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서가 또한 제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하고, 제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방을 포함하고, 제2 시험 움직임이 제1 가동 조의 폐쇄를 포함하고, 상기 프로세서가 제2 작용력 정보를 이용하여 제1 가동 조의 폐쇄 위치를 정하는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  24. 제1항, 또는 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터가 제2 가동 조를 포함하고, 제1 작용력 정보가 또한 제2 가동 조를 이동시키는 작용력을 나타내는 것을 특징으로 하는 머니퓰레이션 시스템.
  25. 제1 시험 움직임 동안 원격-머니퓰레이션 시스템의 머니퓰레이터에 결합된 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 단계;
    제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제1 작용력 정보를 변환기로부터 수신하는 단계; 그리고
    제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계가
    제1 작용력 정보가 제1 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하는 단계; 및
    제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계가
    제1 작용력 정보가 제2 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하는 단계; 및
    제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제2 실패 상태를 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가
    제대로 설치된 엔드 이펙터에 대한 작용력 프로파일을 수신하는 단계; 및
    상기 설치 상태를 결정하기 위하여 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가
    부정확하게 설치된 엔드 이펙터의 제2 작용력 프로파일을 수신하는 단계; 및
    상기 설치 상태를 제공하기 위하여 제2 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제25항에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가
    제대로 설치된 엔드 이펙터의 작용력 프로파일을 수신하는 단계;
    제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하는 단계;
    제1 시험 움직임 동안 제1 가동 조의 장소에 대하여 제1 무릎 부분을 결정하는 단계;
    상기 장소를 상기 작용력 프로파일의 장소 영역과 비교하는 단계; 및
    상기 장소를 상기 작용력 프로파일의 장소 영역과 비교하는 것에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 표시하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 장소 영역이 제1 가동 조가 상기 엔드 이펙터의 커버와 접촉하는 것과 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 장소 영역이 상기 엔드 이펙터에서의 하드웨어 간섭과 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 장소 영역이 하드 리미트와 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하고, 상기 하드 리미트가 폐쇄 위치에서의 제1 가동 조와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 상기 장소 영역이 하드 리미트와 관련된 예상된 무릎 부분에 해당하고, 상기 하드 리미트가 개방 위치에서의 제1 가동 조와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제30항에 있어서,
    제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 단계;
    제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 단계; 및
    제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 이용하여 상기 장소를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제30항에 있어서, 상기 설치 상태를 제공하는 단계가
    제1 작용력 정보 내에서 제2 무릎 부분과 관련된 제2 전이 장소를 결정하는 단계;
    제2 전이 장소를 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역과 비교하는 단계; 및
    제2 전이 장소를 상기 작용력 프로파일의 상응하는 제2 장소 영역과 비교하는 것에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 표시하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제25항, 또는 제27항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 단계;
    제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 단계; 및
    제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 제1 시험 움직임이 제1 가동 조의 개방을 포함하고, 제2 시험 움직임이 제1 가동 조의 폐쇄를 포함하고, 상기 방법이
    제2 작용력 정보를 이용하여 제1 가동 조의 폐쇄 위치를 정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 비-일시적 기계-판독가능 매체로서, 기계에 의해서 실행될 때, 상기 기계로 하여
    제1 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 작업;
    제1 시험 움직임 동안 엔드 이펙터의 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제1 작용력 정보를 변환기로부터 수신하는 작업; 및
    제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업;
    을 실행하게 하는, 명령어를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 기계-판독가능 매체.
  40. 제39항에 있어서, 상기 기계로 하여 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는 명령어가
    상기 기계로 하여
    제1 작용력 정보가 제1 무릎 부분을 포함하는지 여부를 탐지하게 하는 명령어; 및
    제1 작용력 정보 내에서 제1 무릎 부분을 탐지하지 않는 것에 대응하여 상기 설치 상태의 제1 실패 상태를 제공하게 하는 명령어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 기계-판독가능 매체.
  41. 제39항에 있어서, 상기 기계로 하여 제1 시험 움직임의 제1 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업을 실행하게 하는 명령어가
    상기 기계로 하여
    제대로 설치된 엔드 이펙터에 대한 작용력 프로파일을 수신하게 하는 명령어; 및
    상기 설치 상태를 결정하기 위해서 상기 작용력 프로파일의 하나 이상의 부분을 제1 작용력 정보의 하나 이상의 부분과 비교하게 하는 명령어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 기계-판독가능 매체.
  42. 제39항에 있어서, 상기 기계로 하여
    제2 시험 움직임 동안 상기 가동 조를 이동시키는 작업;
    제2 시험 움직임 동안 제1 가동 조를 이동시키는 것과 관련된 제2 작용력 정보를 수신하는 작업;
    제1 작용력 정보와 제2 작용력 정보의 평균을 구하여 평균 작용력 정보를 제공하는 작업; 및
    상기 평균 작용력 정보를 이용하여 제1 시험 움직임 동안 상기 엔드 이펙터의 위치에 대하여 제1 무릎 부분의 장소를 결정하는 작업;
    을 실행하게 하는, 명령어를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 기계-판독가능 매체.
  43. 제39항, 또는 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계로 하여
    제1 가동 조의 제2 운동을 포함하는 제2 시험 움직임을 실행시키는 제2 명령 신호를 제공하는 작업;
    제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 얻는 작업; 및
    제2 시험 움직임의 제2 작용력 정보를 이용하여 상기 엔드 이펙터의 설치 상태를 제공하는 작업;
    을 실행하게 하는, 명령어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 기계-판독가능 매체.
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