KR20220012273A - 수술 로봇 시스템의 터치-프리 제어를 위한 센서 - Google Patents

수술 로봇 시스템의 터치-프리 제어를 위한 센서 Download PDF

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KR20220012273A
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surgical
surgical robot
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베르크 고넨츠
신 리우
버나드 에이. 퓌르스트
호세 루이스 코르도바
파블로 이. 가르시아 킬로이
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버브 서지컬 인크.
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Abstract

근접 감지에 기초한 수술 로봇들을 위한 제어 시스템으로서, 제어 시스템은, 수술 로봇의 컴포넌트에 결합된 근접 센서 - 수술 로봇 컴포넌트는 테이블, 테이블에 결합된 로봇 아암들, 및 로봇 아암들 상에 장착된 수술 도구들을 포함하고, 근접 센서는 하나 이상의 자유도로 인근 제어 물체의 이동을 감지하도록 구성됨 -; 및 제어 물체의 이동을 따르기 위해 수술 로봇의 컴포넌트를 구동하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

Description

수술 로봇 시스템의 터치-프리 제어를 위한 센서
로봇 시스템들과 관련된 실시예들이 개시된다. 보다 구체적으로, 수술 로봇 시스템들 및 수술 로봇 시스템 컴포넌트들의 터치-프리 제어를 위한 대응하는 방법들과 관련된 실시예들이 개시된다.
내시경 수술은 환자의 신체 내부를 보고 내시경 및 다른 수술 도구를 사용하여 신체 내부에서 수술을 수행하는 것을 수반한다. 예를 들어, 복강경 수술은 복강에 접근하고 이를 보기 위해 복강경을 사용할 수 있다. 내시경 수술은 수동 도구들 및/또는 로봇-보조 도구들을 갖는 수술 로봇 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 수술 도구들을 포함하는 수술 로봇 조작기들이 수술 테이블에 장착될 수 있다. 수술 절차를 수행하기 전에, 수술 로봇 조작기 및/또는 수술 테이블은 원하는 절차를 위해 적절한 위치로 이동되어야 한다. 또한, 일부 경우에, 수술 로봇 조작기 및/또는 수술 테이블은 절차 동안 이동될 필요가 있을 수 있다. 전형적으로, 이들 유형의 수술 로봇 시스템 컴포넌트는 사용자가 컴포넌트에 직접 힘을 가함으로써 수동으로 이동된다. 그러나, 수술 로봇 조작기 및/또는 수술 테이블의 초기 위치로 인해(예를 들어, 수술 로봇 조작기는 수술 테이블 아래로 접힐 수 있음), 사용자(예를 들어, 외과 의사 또는 보조자)가 이들 컴포넌트를 수술 아레나(operating arena) 내에서 매끄럽게 수동으로 이동시키고, 여전히 원하는 안전 및 무균 조건을 유지하는 것은 어려울 수 있다.
수술 로봇 시스템은 수술 로봇 시스템 컴포넌트, 예를 들어 조인트들에 의해 서로 연결되는 다수의 링크를 포함하는 수술 로봇 조작기(예를 들어, 수술 로봇 아암)를 포함할 수 있다. 수술 로봇 아암 및 연관된 조인트들은 유동적인 운동이 가능하고 용이하게 제어될 수 있어야 한다. 예를 들어, 수술 테이블에 연결된 로봇 아암과 같은 수술 로봇 조작기의 경우, 수술 로봇 아암의 적어도 일부분은 수술 테이블 아래에서 접혀 있거나(collapsed) 집어넣어질(stowed) 수 있다. 수술 절차를 시작하기 전에, 수술 로봇 아암은 집어넣어진 위치로부터 동작 위치로 수동으로 재구성될 수 있다. 그러나, 수술 로봇 조작기들이 수술 테이블 아래에 접혀 있을 때, 아암을 전개하고 그것을 수술 테이블 위에 위치시키려고 하면서 사용자가 조작기에 도달하고 이를 강하게 파지하는 것은 어려울 수 있다. 또한, 수술 로봇 조작기와 같은 수술 로봇 시스템 컴포넌트들은 종종 무균을 유지하기 위해 드레이프로 덮인다. 그러나, 수술 로봇 조작기들을 드레이프 위에서 잡고 이들을 이리저리 수동으로 당기고/미는 것은 드레이프가 링크들 사이에 끼어서 그것이 찢어지게 할 수 있으며, 이는 무균을 깨뜨린다. 또한, 수술 로봇 조작기를 물리적으로 터치하거나 파지하고 이를 이동시키는 것은 부상을 야기할 수 있는데, 예를 들어, 사용자는 링크들 사이에 손가락이 집힐 수 있다. 또한, 실제적으로, 수동 힘에 의해 로봇을 원하는 포즈로 드래그하는 것은 쉽지 않으며, 조작기의 불연속되거나 들쭉날쭉한 이동으로 이어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 사용자가 수술 로봇 조작기를 물리적으로 터치하거나, 또는 수술 로봇 조작기에 직접적인 힘을 가할 필요 없이 수술 로봇 조작기가 이동되거나 재구성될 수 있는 시스템을 제안한다.
대표적으로, 일 태양에서, 본 발명은 수술 로봇 시스템 컴포넌트에 결합되고 사용자의 손/손가락 제스처들의 터치-프리 또는 비-접촉 감지를 허용하는 다수의 용량성 호버 감지 패드(capacitive hover sensing pad)로 구성되는 센서 조립체에 관한 것이다. 예를 들어, 용량성 호버 감지 패드들은 다양한 방향으로 운동을 감지하기 위해 여러 상이한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일 태양에서, 다수의 호버 감지 패드는 그리드 패턴을 형성하기 위해 다수의 수평 전도성 패드 라인들 및 수평 전도성 패드 라인들과 교차하는 수직 전도성 패드 라인들로 구성된 그리드 유사 패턴일 수 있다. 예를 들어, 사용자 손 제스처들(예컨대, 센서 조립체에 대해 좌측 및 우측, 또는 위 및 아래로 이동하는 것)에 의해 야기된 바와 같은, 각각의 선형 전도성 패드 라인 상의 커패시턴스의 변화가 검출될 수 있다. 다른 실시예에서, 용량성 호버 감지 패드들은 용량성 호버 감지 패드들 위의 3차원 공간에서의 사용자의 손의 병진(선형 운동)뿐만 아니라 회전 사용자 제스처들(각도 운동)을 검출하도록 구성되는 파이-형상 패턴으로 배열될 수 있다. 이어서, 센서 조립체에 의해 검출된 제스처들 및/또는 손 이동들은, 신호를 처리하고 수술 로봇 조작기가 평행하게 이동하게 하는 제어 시스템 또는 프로세싱 컴포넌트에 신호로서 출력될 수 있다.
일 태양에서, 센서 조립체는 수술 로봇 시스템 컴포넌트, 예를 들어, 수술 로봇 아암 링크에 내장되어, 링크가 그 주변의 감각을 갖도록 한다. 수술 로봇 아암의 링크에 가깝게 손을 유지함으로써, 사용자는 수술 로봇 시스템을 물리적으로 터치하거나 링크에 어떠한 힘도 가할 필요 없이 수술 로봇 아암의 이동을 제어할 수 있다. 또한, 제스처들은 더 정교한 로봇 작업들을 수행하고 또한 쉽고/안전한 사용자-로봇 상호작용을 용이하게 하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터에 더 가까운 수술 로봇 아암 링크는 손 제스처를 감지하도록, 그리고 수술 로봇 아암을 미리 정의된 포즈들 사이에서 전환하기 위해 안내하도록 프로그래밍될 수 있다.
수술 로봇 시스템 컴포넌트에 대한 이러한 유형의 터치-프리 제어는 여러 이점을 제공한다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 제어는, 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 전체 포즈에 대해 걱정할 필요 없이 그리고 로봇의 고유 관성(질량, 조인트 마찰)으로 인해 상당한 물리적 노력을 소비할 필요 없이, 어디에서 수술 로봇 시스템 컴포넌트를 세우고 취급할지의 관점에서 조작자에게 더 양호한 유연성을 제공함으로써 인체공학을 개선한다. 또한, 수술 로봇 아암과 같은 수술 로봇 시스템 컴포넌트를 원하는 궤적을 따라 한 위치로부터 다른 위치로 가져오기 위해, 수술 로봇 아암을 단순히 드래그하는 것에 의한 수술 로봇 아암 링크장치(linkage)의 연속적인 이동은 이방성(로봇 조인트의 변화하는 마찰 및 관성)으로 인해 달성하기가 어렵다. 또한, 매끄러운 궤적을 따르기 위해, 하나 초과의 아암 조인트가 다양한 속도로 동시에 활성화될 필요가 있을 수 있다. 그 결과, 수술 로봇 아암을 물리적으로 터치하고 미는/당기는 것은 전형적으로 각각의 조인트에서의 들러붙음(stick)/미끄러짐(slip) 작용으로 인해 들쭉날쭉하고 불연속된 아암 운동을 초래한다. 또한, 일부 구성에서, 원하는 방향으로 운동을 제공하기 위해 단일 조인트가 올바른 배향으로 정렬되지 않음으로써, 아암이 밀릴/당겨질 때 원하는 궤적으로부터 벗어나 이동하기 시작하는 것이 발생할 수 있다. 따라서, 사용자는 통상적으로 모든 조인트의 자유도에 대해 생각하고 링크 길이/조인트 한계를 고려하여, 로봇을 목표 포즈로 가져오기 위한 실행가능한 계획을 생각해낼 필요가 있다.
본 발명은 수술 로봇 시스템 컴포넌트 내에 근접 센서(예컨대, 용량성 호버 감지 조립체)를 포함함으로써 이들 문제를 해결하며, 이는 사용자가 복잡한 운동학에 대해 생각할 필요 없이 컴포넌트의 터치-프리 이동을 허용한다. 센서 조립체는 사용자가 수술 로봇 시스템 컴포넌트, 예를 들어 엔드 이펙터를 갖는 수술 로봇 아암을 원하는 포즈로 이동시키는 것을 허용하는 한편, 이러한 명령에 대한 필요한 조인트 이동(들)은 로봇 시스템에 의해 자동으로 계산된다. 따라서, 생성된 운동은 매끄럽고 연속적이다. 대표적으로, 일 태양에서, 용량성 호버 감지 조립체로부터 획득된 정보는 수술 로봇 시스템 컴포넌트를 원하는 포즈로 이동시키기 위해 위치 제어 루프에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 태양에서, 센서로부터의 미리 설정된 원하는 거리/위치/포즈와 사용자의 손의 순간적인 측정된 거리/위치/포즈 사이의 차이는 명령 입력으로서 수술 로봇 시스템 컴포넌트에 피드백된다. 이어서, 명령 입력은 단일 자유도(DOF) 또는 다수의 DOF를 갖는 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 이동을 제어하는 데 사용된다. 예를 들어, 컴포넌트에 결합된 센서 조립체 근처에서 손가락을 전후로 이동시키고, 감지된 손가락 위치로부터 고정된 오프셋을 보존하도록 시스템에 명령함으로써, 조작자는 어떠한 터치도 없이 공간 내에서 손가락(들)을 이동시킴으로써, 컴포넌트를 손가락에 평행하게, 예를 들어, 위 및 아래로, 또는 좌측 및 우측으로 이동시킬 수 있다. 동일한 개념은 다수의 자유도(예컨대, 위/아래, 우측/좌측, 전방/후방, 요, 피치 또는 롤)에 따라, 수술 로봇 아암 또는 수술 테이블과 같은 다중-DOF 수술 로봇 시스템 컴포넌트를 이동시키도록 확장될 수 있다.
대표적으로, 일 태양에서, 본 발명은 수술 로봇의 컴포넌트에 결합된 근접 센서 - 수술 로봇 컴포넌트는 테이블, 테이블에 결합된 로봇 아암들, 및 로봇 아암들 상에 장착된 수술 도구들을 포함하고, 근접 센서는 하나 이상의 자유도로 인근 제어 물체(nearby controlling object)의 이동을 감지하도록 구성됨 -; 및 제어 물체의 이동을 따르기 위해 수술 로봇의 컴포넌트를 구동하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 근접 감지에 기초한 수술 로봇들을 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 일부 태양에서, 적어도 하나 이상의 자유도는 z-축, x-축 및 y-축을 따른 선형 이동, 및 근접 센서에 평행한 x-y 평면 내에서의 각도 이동을 포함한다. 근접 센서는 적어도 5 자유도에 따라 인근 제어 물체의 이동을 감지하도록 동작가능할 수 있다. 수술 로봇은 로봇 아암들을 포함할 수 있고, 지지 부재는 수술 테이블로부터 멀어지는 쪽을 향하는 로봇 아암들 중 적어도 하나의 로봇 아암의 미용 패널이다. 일부 경우에, 근접 센서는 로봇 아암의 미용 패널 상에 인쇄된 전도성 영역들을 포함한다. 또 다른 태양에서, 수술 로봇 컴포넌트는 테이블이고, 근접 센서는 테이블의 수평으로 배향된 환자 지지 표면에 연결되는 테이블의 수직으로 배향된 측면 패널을 형성하는 지지 부재를 포함한다. 근접 센서는 지지 부재 상에 그리드 패턴으로 인쇄된 제1 세트의 용량성 라인들 및 제2 세트의 용량성 라인들을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 세트의 용량성 라인들 및 제2 세트의 용량성 라인들은 물체의 선형 이동을 검출하도록 동작가능하다. 근접 센서는 원형 형상으로 배열된 복수의 용량성 패드를 포함할 수 있고, 복수의 용량성 패드는 원형 형상 주위에서의 제어 물체의 각도 이동을 검출하도록 구성된다.
또 다른 태양에서, 수술 로봇 시스템이 개시되며, 다수의 자유도를 갖는 수술 로봇 컴포넌트; 수술 로봇 컴포넌트에 결합된 근접 센서 - 근접 센서는 수술 로봇 컴포넌트와의 접촉 전에 인근 제어 물체의 선형 이동 및 각도 이동을 검출하도록 동작가능한 복수의 감지 패드를 포함함 -; 및 제어 물체의 이동을 따르기 위해 수술 로봇 컴포넌트를 구동하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 선형 이동은 z-축, x-축 또는 y-축에 평행한 방향으로의 이동을 포함할 수 있고, 각도 이동은 z-축, x-축 또는 y-축을 중심으로 하는 회전 운동을 포함한다. 복수의 감지 패드는 수술 로봇 컴포넌트의 표면 상에 인쇄된 용량성 감지 패드들일 수 있다. 수술 로봇 컴포넌트는 로봇 아암을 포함할 수 있고, 프로세서는 제어 물체의 검출된 이동에 평행한 적어도 4 자유도에 따라 로봇 아암의 이동을 제어하고 제어 물체로부터 동일한 거리를 유지하도록 동작가능하다. 로봇 아암은 복수의 조인트에 의해 서로 결합된 복수의 링크를 포함할 수 있고, 프로세서는 로봇 아암을 제어 물체에 평행하게 이동시키기 위해 복수의 조인트 중 적어도 2개의 조인트의 이동을 야기하도록 동작가능하다. 수술 로봇 컴포넌트는 수술 테이블을 포함할 수 있고, 프로세서는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 테이블의 이동을 구동하도록 동작가능하다. 프로세서는, 수술 로봇 컴포넌트와 제어 물체 사이의 실제 거리를 측정하고 실제 거리를 미리 결정된 거리와 비교하고, 실제 거리가 미리 결정된 거리와 상이할 때, 로봇 명령 신호를 수술 로봇 컴포넌트에 전송하여, 실제 거리가 미리 결정된 거리와 동일할 때까지 수술 로봇 컴포넌트가 제어 물체와 동일한 방향으로 이동하게 함으로써, 수술 로봇 컴포넌트가 제어 물체로부터 동일한 거리를 유지하게 하도록 동작가능할 수 있다.
추가의 태양에서, 근접 감지에 기초한 수술 로봇 컴포넌트의 터치-프리 제어를 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 수술 로봇 컴포넌트에 결합된 근접 센서를 사용하여 사용자와 수술 로봇 컴포넌트 사이의 거리를 결정하는 단계; 사용자의 결정된 거리를 미리 결정된 목표 거리와 비교하는 단계 - 미리 결정된 목표 거리는 사용자와 수술 로봇 컴포넌트 사이에서 유지될 원하는 거리임 -; 및 사용자가 수술 로봇 컴포넌트와 접촉하기 전에 결정된 거리가 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 비교에 기초하여 수술 로봇 컴포넌트를 자동으로 이동하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 근접 센서는 사용자의 선형 이동 또는 사용자의 각도 이동을 검출하도록 동작가능할 수 있고, 수술 로봇 컴포넌트는 선형 이동 또는 각도 이동에 평행하게 이동하게 된다. 근접 센서는 복수의 용량성 패드를 포함할 수 있고, 선형 이동 및 각도 이동은 복수의 용량성 패드 중 하나 이상에서의 커패시턴스의 변화에 기초하여 검출된다. 수술 로봇 컴포넌트는 로봇 아암일 수 있고, 로봇 아암은 결정된 거리가 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 다수의 자유도에 따라 이동하게 된다. 수술 로봇 컴포넌트는 결정된 거리가 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 사용자와 동일한 방향으로 이동하게 될 수 있다.
상기 요약은 본 발명의 모든 태양의 총망라한 목록을 포함하지 않는다. 본 발명은 상기에 요약된 다양한 태양뿐만 아니라, 하기의 상세한 설명에서 개시되고 특히 출원과 함께 제출된 청구범위에서 지적된 것들의 모든 적합한 조합으로부터 실시될 수 있는 모든 시스템 및 방법을 포함하는 것으로 고려된다. 그러한 조합은 상기 요약에서 구체적으로 언급되지 않은 특정 이점을 갖는다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면의 도면들에서 제한으로서가 아니라 예로서 도시되며, 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 본 개시내용에서 본 발명의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 언급은 반드시 동일한 실시예에 대한 것은 아니며, 이들은 적어도 하나를 의미한다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 간결함을 위해 그리고 도면들의 총 개수를 줄이기 위해, 주어진 도면은 본 발명의 하나 초과의 실시예의 특징부들을 예시하는 데 사용될 수 있으며, 도면에서의 모든 요소들이 주어진 실시예에 대해 요구되지는 않을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 수술 아레나에서의 예시적인 수술 로봇 시스템의 그림 뷰(pictorial view)이다.
도 2는 일 실시예에 따른 용량성 호버 감지 조립체의 그림 뷰이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 용량성 호버 감지 조립체의 그림 뷰이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 용량성 호버 감지 조립체를 사용하여 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 이동을 야기하기 위한 예시적인 프로세스의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 용량성 호버 감지 조립체를 사용하여 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 이동을 야기하기 위한 예시적인 프로세스의 그림 뷰이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 용량성 호버 감지 조립체를 사용하여 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 이동을 야기하기 위한 예시적인 프로세스의 그림 뷰이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 용량성 호버 감지 조립체를 사용하여 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 이동을 야기하기 위한 예시적인 프로세스의 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 용량성 호버 감지 조립체를 포함하는 예시적인 수술 로봇 시스템의 그림 뷰이다.
다양한 실시예들에서, 도면들을 참조하여 설명이 이루어진다. 그러나, 소정 실시예들은 이들 특정 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법들 및 구성들과 조합하여 실시될 수 있다. 하기의 설명에서, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 구성들, 치수들, 및 프로세스들과 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 제시된다. 다른 경우에, 잘 알려진 프로세스들 및 제조 기법들은 설명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 특별히 상세히 기술되지 않았다. 본 명세서 전반에 걸친 "일 실시예", "실시예" 등에 대한 언급은 기술된 특정 특징부, 구조, 구성, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 어구 "일 실시예에서", "실시예에서" 등의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징부, 구조, 구성, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 태양들을 설명하기 위한 것이며, 방법을 한정하려는 것으로 의도되지 않는다. 공간적으로 상대적인 용어들, 예컨대 "밑", "아래", "하부", "위", "상부" 등은 도면에 예시된 바와 같이 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 하나의 요소의 또는 특징부의 관계를 설명하기 위해 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 중인 상이한 배향들을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징부에 대해 "아래" 또는 "밑"에 있는 것으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징부에 대해 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 배향 둘 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 달리 배향될 수 있고(예컨대, 90도 또는 다른 배향들로 회전됨), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어들은 그에 따라 해석된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 부정 관사 및 정관사("a," "an," 및 "the")는 문맥이 달리 나타내지 않는 한 복수 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 또한, "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어들은 언급된 특징부, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 그들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어들 "또는" 및 "및/또는"은 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함하거나 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C"는 "A; B; C; A 및 B; A 및 C; B 및 C; A, B 및 C 중 임의의 것"을 의미한다. 이러한 정의에 대한 예외는 요소, 기능, 단계 또는 작용의 조합이 어떤 식으로 본질적으로 상호 배타적일 때에만 발생할 것이다.
또한, 본 설명 전반에 걸친 상대적인 용어들의 사용은 상대 위치 또는 방향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "원위"는 기준점으로부터 멀어지는, 예컨대 사용자로부터 멀어지는 제1 방향을 나타낼 수 있다. 유사하게, "근위"는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의, 예컨대 사용자를 향하는 위치를 나타낼 수 있다. 그러나, 그러한 용어들은 상대적인 기준 프레임들을 확립하기 위해 제공되며, 임의의 특정 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 사용 또는 배향을 아래의 다양한 실시예들에 기술된 특정 구성으로 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1을 참조하면, 이는 수술 아레나에서의 예시적인 수술 로봇 시스템(100)의 그림 뷰이다. 수술 로봇 시스템(100)은 사용자 콘솔(102), 제어 타워(103), 및 수술 로봇 플랫폼(105), 예컨대 테이블, 침대 등에 있는 하나 이상의 수술 로봇 아암(104)을 포함한다. 시스템(100)은 환자(106)에게 수술을 수행하는 데 사용되는 임의의 수의 디바이스, 도구, 또는 액세서리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 수술을 수행하기 위해 사용되는 하나 이상의 수술 도구(107)를 포함할 수 있다. 수술 도구(107)는, 예를 들어 수술 절차를 실행하기 위한, 수술 아암(104)의 원위 단부에 부착되는 엔드 이펙터일 수 있다.
각각의 수술 도구(107)는 수술 동안 수동으로, 로봇식으로, 또는 둘 모두로 조작될 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(107)는 환자(106)의 내부 해부학적 구조물에 들어가거나, 보거나, 조작하는 데 사용되는 도구일 수 있다. 일 실시예에서, 수술 도구(107)는 환자의 조직을 파지할 수 있는 파지기(grasper)이다. 수술 도구(107)는 침대옆 조작자(108)에 의해 수동으로 제어될 수 있거나; 또는 그것은 그것이 부착되는 수술 로봇 아암(104)의 작동된 이동을 통해 로봇식으로 제어될 수 있다. 로봇 아암들(104)은 테이블-장착형 시스템으로서 도시되어 있지만, 다른 구성들에서, 아암들(104)은 카트, 천장 또는 측벽에, 또는 다른 적합한 구조적 지지체에 장착될 수 있다.
대체적으로, 외과 의사 또는 다른 조작자와 같은 원격 조작자(109)는 사용자 콘솔(102)을 사용하여 아암들(104) 및/또는 부착된 수술 도구들(107)을 원격으로 조작할 수 있다(예컨대, 원격조종). 사용자 콘솔(102)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)의 나머지 부분과 동일한 수술실에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 환경에서, 사용자 콘솔(102)은 인접한 또는 가까운 방에 위치될 수 있거나, 또는 그것은 원격 위치에, 예컨대 상이한 건물, 도시, 또는 국가에 있을 수 있다. 사용자 콘솔(102)은 좌석(110), 발로-동작되는 제어부들(113), 하나 이상의 핸드헬드 사용자 입력 디바이스(UID)(114), 및, 예를 들어, 환자(106) 내부의 수술 부위의 뷰를 디스플레이하도록 구성되는 적어도 하나의 사용자 디스플레이(115)를 포함할 수 있다. 예시적인 사용자 콘솔(102)에서, 원격 조작자(109)는 아암들(104) 및 수술 도구들(107)(아암들(104)의 원위 단부들 상에 장착됨)을 원격으로 제어하기 위해 발로-동작되는 제어부(113) 및 핸드헬드 UID(114)를 조작하면서 좌석(110)에 앉아서 사용자 디스플레이(115)를 보고 있다.
일부 변형예에서, 침대옆 조작자(108)는 또한 "침대 위" 모드에서 시스템(100)을 동작시킬 수 있는데, 여기서, 침대옆 조작자(108)(사용자)는 이제 환자(106)의 옆에 있고, 예를 들어 핸드헬드 UID(114)를 한 손에 든 채로 로봇-구동식 도구(아암(104)에 부착된 바와 같은 엔드 이펙터) 및 수동 복강경 도구를 동시에 조작하고 있다. 예를 들어, 침대옆 조작자의 왼손은 로봇 컴포넌트를 제어하기 위해 핸드헬드 UID를 조작하고 있을 수 있는 한편, 침대옆 조작자의 오른손은 수동 복강경 도구를 조작하고 있을 수 있다. 따라서, 이들 변형예에서, 침대옆 조작자(108)는 환자(106)에 대해 로봇-보조 최소 침습 수술 및 수동 복강경 수술 둘 모두를 수행할 수 있다.
예시적인 절차(수술) 동안, 환자(106)는 마취를 달성하기 위해 무균 방식으로 수술 준비되고 드레이핑(draping)된다. 수술 부위에 대한 초기 접근은, 수술 부위에 대한 접근을 용이하게 하기 위해 로봇 시스템(100)의 아암들이 집어넣어진 구성 또는 후퇴된 구성에 있는 동안, 수동으로 수행될 수 있다. 일단 접근이 완료되면, 그것의 아암들(104)을 포함하는 로봇 시스템(100)의 초기 위치설정 또는 준비가 수행될 수 있다. 다음으로, 수술은, 사용자 콘솔(102)에 있는 원격 조작자(109)가, 수술을 수행하기 위하여 다양한 엔드 이펙터들 및 아마도 이미징 시스템을 조작하기 위해 발로-동작되는 제어부들(113) 및 UID들(114)을 이용하는 것으로 진행된다. 수동 지원은 또한, 멸균 가운을 입은 침대옆 직원, 예컨대, 조직을 후퇴시키는 것, 수동 재배치를 수행하는 것, 및 로봇 아암들(104) 중 하나 이상에 대한 도구 교환과 작업들을 수행할 수 있는 침대옆 조작자(108)에 의해 수술 침대 또는 테이블에서 제공될 수 있다. 사용자 콘솔(102)에서 원격 조작자(109)를 돕기 위해 비-멸균 직원이 또한 존재할 수 있다. 절차 또는 수술이 완료될 때, 시스템(100) 및 사용자 콘솔(102)은 세정 또는 멸균, 및 사용자 콘솔(102)을 통한 건강관리 기록 입력 또는 인쇄와 같은 수술후 절차를 용이하게 하는 상태로 구성되거나 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 원격 조작자(109)는 로봇 시스템(100) 내의 로봇 아암 액추에이터(117)를 이동시키기 위한 입력 명령을 제공하기 위해 UID(114)를 잡고 이를 이동시킨다. UID(114)는, 예를 들어 콘솔 컴퓨터 시스템(116)을 통해, 로봇 시스템(100)의 나머지 부분에 통신가능하게 결합될 수 있다. UID(114)는 UID(114)의 이동, 예컨대 UID의 핸드헬드 하우징의 위치 및 배향에 대응하는 공간 상태 신호들을 생성할 수 있고, 공간 상태 신호들은 로봇 아암 액추에이터(117)의 운동을 제어하기 위한 입력 신호들일 수 있다. 로봇 시스템(100)은 액추에이터(117)의 비례 운동을 제어하기 위해 공간 상태 신호들로부터 유도된 제어 신호들을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 콘솔 컴퓨터 시스템(116)의 콘솔 프로세서는 공간 상태 신호들을 수신하고, 대응하는 제어 신호들을 생성한다. 아암(104)의 세그먼트 또는 링크를 이동시키기 위해 액추에이터(117)가 어떻게 동력공급되는지를 제어하는 이들 제어 신호에 기초하여, 아암에 부착되는 대응하는 수술 도구의 이동은 UID(114)의 이동을 모방할 수 있다. 유사하게, 원격 조작자(109)와 UID(114) 사이의 상호작용은 예를 들어 수술 도구(107)의 파지기의 조오(jaw)가 환자(106)의 조직을 닫고 그립(grip)하게 하는 그립 제어 신호를 생성할 수 있다.
수술 로봇 시스템(100)은 여러 개의 UID(114)를 포함할 수 있으며, 여기서 각자의 제어 신호들은 각자의 아암(104)의 액추에이터들 및 수술 도구(엔드 이펙터)를 제어하는 각각의 UID에 대해 생성된다. 예를 들어, 원격 조작자(109)는 좌측 로봇 아암에 있는 액추에이터(117)의 운동을 제어하기 위해 제1 UID(114)를 이동시킬 수 있으며, 여기서 액추에이터는 그 아암(104) 내의 링크장치, 기어 등을 이동시킴으로써 응답한다. 유사하게, 원격 조작자(109)에 의한 제2 UID(114)의 이동은 다른 액추에이터(117)의 운동을 제어하며, 이는 이어서 로봇 시스템(100)의 다른 링크장치, 기어 등을 이동시킨다. 로봇 시스템(100)은 환자의 우측에서 침대 또는 테이블에 고정되는 우측 아암(104), 및 환자의 좌측에 있는 좌측 아암(104)을 포함할 수 있다. 액추에이터(117)는 하나 이상의 모터를 포함할 수 있으며, 이는, 아암(104)의 조인트의 회전을 구동하여, 예를 들어 환자에 대해, 그 아암에 부착되는 수술 도구(107)의 내시경 또는 파지기의 배향을 변화시키도록 제어된다. 동일한 아암(104) 내의 여러 액추에이터(117)의 운동은 특정 UID(114)로부터 생성된 공간 상태 신호들에 의해 제어될 수 있다. UID들(114)은 또한 각자의 수술 도구 파지기들의 운동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 각각의 UID(114)는 환자(106) 내의 조직을 그립하기 위해 수술 도구(107)의 원위 단부에서 파지기의 조오들을 열거나 닫는 액추에이터, 예컨대 선형 액추에이터의 운동을 제어하기 위해 각자의 그립 신호를 생성할 수 있다.
일부 태양에서, 플랫폼(105)과 사용자 콘솔(102) 사이의 통신은 제어 타워(103)를 통할 수 있으며, 이는 사용자 콘솔(102)로부터(그리고 더 구체적으로는 콘솔 컴퓨터 시스템(116)으로부터) 수신되는 사용자 명령들을, 로봇 플랫폼(105) 상의 아암들(104)에 송신되는 로봇 제어 명령들로 변환할 수 있다. 제어 타워(103)는 또한 플랫폼(105)으로부터 다시 사용자 콘솔(102)로 상태 및 피드백을 송신할 수 있다. 로봇 플랫폼(105), 사용자 콘솔(102) 및 제어 타워(103) 사이의 통신 연결들은 다양한 데이터 통신 프로토콜 중 임의의 적합한 것들을 사용하여, 유선 및/또는 무선 링크들을 통해 이루어질 수 있다. 선택적으로 임의의 유선 연결부가 수술실의 바닥 및/또는 벽 또는 천장에 내장될 수 있다. 로봇 시스템(100)은 수술실 내의 디스플레이뿐만 아니라 인터넷 또는 다른 네트워크를 통해 액세스 가능한 원격 디스플레이를 포함한 하나 이상의 디스플레이에 비디오 출력을 제공할 수 있다. 비디오 출력 또는 피드는 또한 프라이버시를 보장하기 위해 암호화될 수 있고, 비디오 출력의 전부 또는 부분들이 서버 또는 전자 건강관리 기록 시스템에 저장될 수 있다.
도 2는 수술 로봇 시스템(100)의 하나 이상의 수술 로봇 시스템 컴포넌트에 통합될 수 있는 감지 조립체의 그림 뷰이다. 감지 조립체(200)는 제어 물체의 이동을 검출하기에 적합한 임의의 유형의 감지 조립체, 예를 들어 근접 센서, 용량성 호버 센서 등일 수 있다. 대표적으로, 감지 조립체(200)는 하나 이상의 용량성 부재들(204, 206)을 갖는 지지 부재(202)를 포함하는 용량성 호버 감지 조립체일 수 있다. 용량성 부재들(204, 206)은 물체의 어떠한 부분도 센서를 물리적으로 터치하지 않으면서(즉, 압력의 부재 하에) 센서 근처의 물체의 용량성 감지를 허용하는 임의의 종류의 전도성 재료로 제조될 수 있다. 용량성 부재들(204, 206)은 지지 부재에 대한 그들의 특정 크기, 형상 및/또는 구성에 따라, 용량성 패드들, 용량성 영역들, 용량성 라인들 등으로 본 명세서에서 지칭될 수 있다. 대표적으로, 용량성 부재들(204, 206) 각각은 절연 재료(예컨대, 플라스틱, 세라믹 등)로 제조된 임의의 구조체일 수 있는 지지 부재(202) 상에, 그 내에, 또는 달리 그에 결합된 구리 재료로 제조될 수 있다. 도 4를 참조하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 전체 조립체(200), 지지 부재(202) 및/또는 용량성 부재들(204, 206)은 수술 로봇 시스템의 컴포넌트 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 용량성 부재들(204, 206)은 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 표면(즉, 지지 부재) 상에 직접 인쇄되는 전도성 재료로 제조될 수 있는데, 예를 들어, 이들은 수술 로봇 아암의 미용 패널 또는 외측 쉘 상에 인쇄될 수 있다. 일부 태양에서, 지지 부재(202)는 수술 로봇 컴포넌트의 미용 패널 또는 외측 쉘을 형성한다. 따라서, 감지 조립체(200)는 평평한 평면, 또는 임의의 다른 형상/크기로 제한되도록 의도되지 않으며, 오히려 임의의 수술 로봇 시스템 컴포넌트와 함께 사용하기에 적합한 임의의 크기 및 형상을 갖도록 형성되거나 제조될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
용량성 부재들(204, 206)에 전압을 인가하는 것은 용량성 부재들(204, 206) 각각에서의 정전기장의 형성을 야기한다. 전도성이거나 공기와는 상이한 유전 상수를 갖는 물체(208), 예를 들어 사용자의 손의 임의의 부분이 용량성 부재들(204, 206)의 검출 범위 내에 가져와질 때, 그것은 국소 전기장을 변화시키고, 이어서 부재들(204, 206) 각각에서의 커패시턴스를 변화시킨다. 용량성 부재들(204, 206) 각각에서의 커패시턴스의 이러한 변화는 조립체(200)에 의해 감지될 수 있고, 조립체(200), 및 조립체(200)가 결합되는 임의의 수술 로봇 시스템 컴포넌트에 대한 물체(208)의 근접성, 위치, 포지션, 변위, 이동 등을 결정/측정하기 위해 수술 로봇 시스템(100)의 제어기/프로세서에 센서 신호로서 출력될 수 있다. 제어기/프로세서는, 이어서, 조립체(200)에 의해 검출된 정보에 기초하여 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 원하는 근접성, 위치, 포지션, 변위, 이동 등을 결정할 수 있고, 물체(208)와 컴포넌트 사이의 직접 접촉 없이, 수술 로봇 시스템 컴포넌트를 물체(208)에 평행하게 이동시킬 수 있다. 수술 로봇 시스템 컴포넌트 이동을 기술하기 위한 용어 "평행"은, 수술 로봇 시스템 컴포넌트가 검출된 물체 이동과 동일한 방향으로 이동하고, 또한, 물체와 컴포넌트 사이의 미리 결정된 원하는 간격이 이동 전체에 걸쳐 유지된다는 것을 의미하도록 의도된다는 것을 이해해야 한다. 물체에 평행하게 이동하는 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 대표적인 예들이 도 4 내지 도 6을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2에서, 용량성 부재들(204, 206)은 그리드 유사 패턴으로 배열된 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 용량성 부재들(204, 206)은 제1 방향으로 지지 부재(202)를 따라 연장되는 제1 세트의 용량성 부재들(204), 및 제2 방향, 예를 들어 제1 세트의 용량성 부재들(204)에 수직인 방향으로 지지 부재(202)를 따라 연장되는 제2 세트의 용량성 부재들(206)을 포함할 수 있다. 제1 세트의 용량성 부재들(204)은, 예를 들어, 수직으로, 또는 y-축을 따라 또는 그에 평행하게 이어지는 것으로 기술될 수 있다. 제2 세트의 용량성 부재들(206)은, 예를 들어, 수평으로, 또는 x-축을 따라 또는 그에 평행하게 이어지는 것으로 기술될 수 있다. 용량성 부재들의 각각의 세트가 5개의 용량성 라인들을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 감지 조립체(200)의 원하는 감도 및/또는 밀도에 따라 임의의 수의 부재가 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 감지 조립체(200)가 비교적 작은 물체(예를 들어, 손가락 끝보다 작음) 또는 더 불연속적이거나 또는 더 작은 이동들을 검출하는 것이 바람직한 경우, 용량성 부재들의 수는 검출 영역들 사이의 면적이 감소되도록(예컨대, 비-검출 영역들의 크기가 감소됨) 증가될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 용량성 부재들(204, 206)을 배열하는 것은 감지 조립체(200) 위로 호버링하는 물체의 검출을 허용할 수 있고, 또한 3차원 내에서의 조립체(200) 위의 물체(208)의 근접성 및 운동이 결정되게 허용할 수 있다. 대표적으로, 물체(208)가 용량성 호버 감지 조립체(200) 위의 일정 거리에 위치될 때, 물체 근접성(예컨대, 감지 조립체까지의 거리)이 검출될 수 있고, 물체가 z-축을 따라(예컨대, 감지 조립체를 향해 또는 그로부터 멀어지게) 이동하는 경우, 그러한 선형 이동은 추가로 검출되고 감지 조립체(200)에 대한 물체의 위치, 배향, 포지션, 및/또는 이동을 결정하는 데 사용될 수 있다. x-축을 따른 물체(208)의 추가 이동은 용량성 부재들(204)에 의해 검출될 수 있는데, 그 이유는 물체가 하나로부터 다음으로 지나갈 때 용량성 부재들(204) 각각에서 커패시턴스 변화를 야기할 것이기 때문이다. 유사하게, y-축을 따른 물체(208)의 이동은 용량성 부재들(206)에 의해 검출될 수 있는데, 그 이유는 물체가 하나로부터 다음으로 지나갈 때 용량성 부재들(206) 각각에서 커패시턴스 변화를 야기할 것이기 때문이다. 이러한 태양에서, 감지 조립체(200)는 적어도 3 자유도(예컨대, 전방/후방, 좌측/우측 및 위/아래)에 따라 물체(208)의 선형 이동을 검출할 수 있다. 또한, 용량성 부재들(206)에 대한 용량성 부재들(204) 각각의 위치뿐만 아니라 지지 부재(202) 상의 그들의 위치가 알려져 있기 때문에, x-y 평면 내에서의 임의의 선형 이동(예컨대, 지지 부재(202)에 평행한 x-y 평면 내에서의 임의의 이동)은 용량성 호버 감지 조립체(200)에 의해 검출될 수 있고 물체의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 다른 자유도에 따른 이동이 감지 조립체에 의해 검출될 수 있음이 고려된다. 예를 들어, 감지 조립체(200)는 물체가 이동하고 있을 때 용량성 부재들(204, 206) 중 하나 이상에서의 커패시턴스를 비교함으로써 x-축 또는 y-축을 따른 물체(208)의 로킹(roking) 또는 롤링(rolling)을 검출할 수 있다. 감지 조립체(200)에 의해 출력된 대응하는 신호는, 이어서, 조립체(200)가 결합되는 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 평행 이동(예컨대, 전방/후방, 좌측/우측, 위/아래, 록, 롤 등)을 야기하기 위해 사용될 수 있다.
도 3은 수술 로봇 시스템(100)의 하나 이상의 수술 로봇 시스템 컴포넌트들에 통합될 수 있는 용량성 호버 감지 조립체의 다른 실시예의 그림 뷰이다. 도 2에 기술된 용량성 호버 감지 조립체와 유사하게, 용량성 호버 감지 조립체(300)는 지지 부재(302) 및 용량성 부재들(304)의 배열을 포함한다. 그러나, 이 실시예에서, 용량성 부재들(304)은 물체 근접성 및 이전에 논의된 이동들 중 임의의 것(예컨대, 화살표(306)에 의해 예시된 바와 같은 선형 이동)의 검출을 허용하지만, 화살표(310)에 의해 예시된 바와 같은 물체(308)의 각도 이동의 검출도 또한 허용하는 원형의 파이 형상 패턴으로 배열된다. 대표적으로, 용량성 부재들(304)은 원형 용량성 호버 감지 영역을 함께 구성하는 실질적으로 삼각형 형상의 조각들로서 각각 형성되는 용량성 부재들(304A, 304B, 304C)을 포함할 수 있다. 3개의 부재(304A 내지 304C)가 예시되어 있지만, 원하는 대로 더 많거나 더 적은 부재들이 원으로 배열될 수 있음이 고려된다. 용량성 부재들(304A 내지 304C) 각각은 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 이는 이전에 논의된 바와 같이, 전압의 인가 시 용량성 부재들(304A 내지 304C) 각각에서 정전기장을 형성할 수 있다. 물체(308)가 용량성 부재들(304A 내지 304C)에 근접하게 또는 그렇지 않으면 검출 범위 내에 가져와질 때, 그것은 국소 전기장을 변화시키고, 이어서, 부재들(304A 내지 304C) 각각에서의 커패시턴스를 변화시킨다. 용량성 부재들(304A 내지 304C) 각각에서의 커패시턴스의 이러한 변화는 이전에 논의된 바와 같은 선형 이동(308), 및/또는 물체(308)의 각도 운동(310)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 정보는 이어서, 물체(308)가 컴포넌트에 물리적으로 터치하지 않고서 관련 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 평행 이동을 야기하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 각도 이동(310)은 용량성 부재들(304A, 304C) 위의 물체(308)의 초기 호버링 또는 존재, 및 뒤이은 용량성 부재들(304A, 304B) 위의 물체(308)의 호버링으로서 검출될 수 있다. 이는, 예를 들어, 초기에 사용자의 손바닥이 용량성 부재(304A) 위에 위치되고 손가락들이 용량성 부재(304C) 위에 위치된 다음에, 사용자가 (x-y 평면에서) 화살표(310)에 의해 도시된 바와 같이 그들의 손을 우측으로 회전시켜, 손바닥이 용량성 부재(304A) 위에 남아 있으면서, 손가락들은 이제 부재(304C)가 아니라 용량성 부재(304B) 위에 있는 경우에 발생할 수 있다. 용량성 호버 감지 조립체(300)는, 예를 들어, 부재들(304A, 304C)에서의 커패시턴스의 초기 변화에 이어, 부재(304B)에서의 커패시턴스의 변화, 및 부재(304C)가 그의 초기 상태로 복귀하는 것으로서 그러한 이동을 검출할 수 있다. 대응하는 신호(들)가 용량성 호버 감지 조립체(300)에 의해 수술 로봇 시스템 제어기/프로세서로 출력될 수 있다. 신호(들)에 기초하여, 제어기/프로세서는 이동이 물체(308)의 회전 이동이라고 결정하고, 사용자가 컴포넌트와 물리적으로 접촉하지 않으면서 연관된 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 대응하는 평행 이동(예컨대, 회전 이동)을 야기한다.
도 4는 일 실시예에 따른, 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치-프리 이동을 야기하는 호버 감지 시스템의 개략도이다. 대표적으로, 도 4는 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)에 결합된 용량성 호버 감지 조립체(402)를 포함하는 용량성 호버 감지 시스템(400)을 예시한다. 용량성 호버 감지 조립체(402)는 이전에 논의된 호버 감지 용량성 부재 배열들 중 임의의 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 감지 조립체(402)가 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404) 내에 통합되는 것이 추가로 고려된다. 예를 들어, 용량성 부재(들)는 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)의 표면(즉, 지지 부재) 상에 원하는 배열 또는 패턴으로 직접 인쇄되거나, 또는 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)의 표면 내로 에칭되는 전도성 재료로 제조될 수 있다. 표면은 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)를 이동시키는 데 사용되는 물체에 의해 쉽게 접근가능한 컴포넌트(404)의 임의의 표면일 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 수술 테이블에 결합된 수술 로봇 아암인 경우, 표면은 수술 테이블로부터 멀어지는 쪽을 향하는 수술 로봇 아암의 미용 패널 또는 외측 쉘의 표면일 수 있다. 대안적으로, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 수술 테이블인 경우, 표면은 사용자가 쉽게 도달할 수 있는 수술 테이블의 면을 따른 미용 패널일 수 있다.
이제 도 4에 예시된 용량성 호버 감지 시스템(400)으로 돌아가면, 시스템(400)은 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)와 물체(406) 사이에서 유지될 원하는 간격에 대응하는 미리 결정된 물체 근접 감지 또는 회피 범위(408)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 시스템(400)은 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)와 물체(406) 사이의 실제 간격에 대응하는 실제 물체 근접 감지 범위(410)를 추가로 포함한다. 용량성 호버 감지 조립체(402)는 대응하는 신호, 예를 들어 출력 신호(418)를 출력하도록 구성되며, 이는, 물체(406)와 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404) 사이의 원하는 간격이 유지되고 있는지 여부 및/또는 그렇지 않은지 여부, 그리고 따라서 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 이동될 필요가 있음을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 물체(406)가 조립체(402) 위에 위치될 때, 감지 조립체(402)는 연관된 용량성 부재들 중 임의의 하나 이상에서의 커패시턴스의 변화로서 물체(406)의 존재를 검출한다. 커패시턴스의 이러한 변화는 대응하는 출력 신호(418)로서 시스템 제어기(414)로 전송되며, 시스템 제어기(414)는 이어서 이 정보를 사용하여 물체(406)와 감지 조립체(402) 사이의 실제 거리(D2)를 결정(예컨대, 측정)한다. 이어서, 미리 결정된 거리(D1)는, 제어기(414)에 의해, 감지 조립체(402)에 의해 검출된 실제 거리(D2)와 비교된다. 미리 결정된 거리(D1)는 호버 감지 좌표/측정 시스템에서 회피 범위(408)를 나타내는 미리 정의된 고정 값 또는 값 범위(416)일 수 있다. 이러한 값 또는 범위(416)는, 예를 들어 측정된 로봇 이동 속도에 따라, 동작 전반에 걸쳐 고정된 상태로 유지되거나 동적으로 변조될 수 있다. 거리(D1)에 대응하는 값 또는 범위(416)는 제어기(414)에 입력되고/되거나 그에 의해 저장될 수 있다. 제어기(414)는 이어서, 실제 거리(D2)가 미리 결정된 거리(D1)와 동일한지(또는 허용가능한 범위 내인지) 또는 미리 결정된 거리(D1)와 상이한지(또는 허용가능한 범위 밖인지) 결정한다. 다시 말해서, 제어기(414)는 물체(406)가 원하는 간격에 있는지, 원하는 것보다 감지 조립체(402)로부터 더 멀리, 또는 그에 더 가깝게 있는지 결정한다. 거리(D1)가 (D2)와 상이하다고 결정될 때(예컨대, 물체가 이동하였음), 제어기(414)는 로봇 명령 신호(420)를 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)에 출력하여, 실제 거리(D2)가 미리 결정된 거리(D1)와 일치하도록 컴포넌트(404)가 물체와 동일한 방향으로 이동하게 한다. 대표적으로, 제어기(414)가 실제 거리(D2)가 미리 결정된 거리(D1)보다 크다고 결정할 때(예컨대, 물체가 수술 로봇 시스템 컴포넌트로부터 멀어지게 이동하였음), 로봇 명령 신호(420)는 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 (화살표(422)에 의해 예시된 바와 같이) 동일한 방향으로 이동하게 하여, 실제 거리(D2)가 다시 한 번 미리 결정된 거리(D1)와 동일할(또는 그의 허용가능한 범위 내에 있을) 때까지 물체(406)를 향해 이동하도록 한다. 물체(406)가 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)로부터 (예를 들어, 화살표(412)에 의해 예시된 바와 같은 z-방향으로) 계속 멀어지게 이동하는 한, 로봇 명령(420)은 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 (화살표(422)에 의해 예시된 바와 같은) 동일한 방향으로 계속 이동하게 하여, 물체(406)가 컴포넌트(404)와 전혀 접촉하지 않고서 거리(D1)가 유지되게 할 것이다. 유사하게, 제어기(414)가 실제 거리(D2)가 미리 결정된 거리(D1)보다 작다고 결정할 때(예컨대, 물체(406)가 컴포넌트(404)를 향해 이동하고 있음), 로봇 명령 신호(420)는, 실제 거리(D2)가 미리 결정된 거리(D1)와 동일할(또는 그의 허용가능한 범위 내에 있을) 때까지 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 (예컨대, 물체(406)로부터 멀어지는) 동일한 방향으로 이동하게 한다. 물체(406)가 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)로부터 (예를 들어, 화살표(412)에 의해 예시된 바와 같은 z-방향으로) 계속 멀어지게 이동하는 한, 로봇 명령(420)은 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 물체(406)를 향해 계속 이동하게 하여, 거리(D1)가 유지되도록 할 것이다. 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 물체(406)의 이동을 계속 따르거나 미러링하여 고정된 오프셋 거리(예컨대, 미리 결정된 거리(D1))가 유지되도록 할 것이기 때문에, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 본 명세서에서 물체(406)에 평행하게 이동하는 것으로 지칭된다.
도 5는 도 4에 기술된 바와 같이, 물체에 평행하게 이동하는 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 개략도이다. 대표적으로, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 감지 조립체(402)가 물체(406)가 전방으로 또는 후방으로 이동하고 있음을 검출할 때, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 전방으로 또는 후방으로 이동하게 된다. 예를 들어, 감지 조립체(402)는, 물체(406), 이 경우에 사용자의 손가락이 미리 결정된 거리(D1)와 상이한 실제 거리(D2)에 있음을 검출한다. 이 경우, 손가락은 원하는 것보다 감지 조립체(402)에 더 가깝게 도시되어 있다. 따라서, 제어기는, 실제 거리(D2)가 원하는 미리 결정된 거리(D1)와 동일할(또는 허용가능한 범위 내에 있을) 때까지, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)가 화살표에 의해 예시된 바와 같이 손가락으로부터 멀어지게, 예를 들어 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하게 한다. 유사하게, 물체(406)의 상향 또는 하향 운동이 도시된 바와 같이 검출될 때, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 제3 위치(P3) 또는 제4 위치(P4)에 평행하게 이동한다. 도시되지 않았지만, 물체(406)의 좌측 또는 우측 운동은 유사한 방식으로 검출될 수 있다.
또한, 이전에 논의된 바와 같이, 감지 조립체(402)는 예를 들어 선형 이동 및 각도 이동 둘 모두를 검출하도록 배열된 임의의 수의 용량성 부재들을 포함할 수 있기 때문에, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 추가로 감지 조립체(402)에 의해 검출된 물체(406)의 각도 이동을 미러링하게 될 수 있다. 예를 들어, (예컨대, 도 3에 도시된 바와 같은 x-y 평면 내에서의) 감지 조립체(402) 위의 물체(406)의 회전 이동이 검출될 때, 제어기(414)는 로봇 명령 신호를 연관된 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)로 전송하여, 그것이 평행하게 이동하게, 예를 들어 도 6에 의해 예시된 바와 같이 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)의 회전 축을 중심으로 회전하게 할 수 있다. 대표적으로, 도 6은 물체(406)가 미리 결정된 거리(D1)에 있는 서로에 대한 초기 위치에 있는 물체(406) 및 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)의 개략 평면도를 예시하며, 이는 감지 조립체(402)에 대해 미리 결정되거나 교정된 것일 수 있다(예를 들어, D1= D2인 위치(P2)). 그러나, 물체(406)가 화살표(604)에 의해 예시된 바와 같이 우측 또는 좌측으로 피벗되거나 회전할 때, 감지 조립체(402)에 의해 검출된 물체(406)의 실제 거리(D2)는 원하는 미리 결정된 거리(D1)보다 더 커진다. 따라서, 제어기는 로봇 명령 신호를 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)에 전송하여, 그것이 또한 그의 중심 축(606)을 중심으로 피벗하거나 회전하게 하여, 그것이 물체(406)에 평행하게 이동하고 미리 결정된 거리(D1)와 동일한(또는 허용가능한 범위 내의) 실제 거리(D2)를 유지하도록 한다. 예를 들어, 물체(406)가 도시된 바와 같이 우측으로 회전하거나 피벗하는 경우, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 이러한 이동을 미러링하고 제5 위치(P5)로 피벗하여, 미리 결정된 거리(D1)와 동일한 실제 거리(D2)가 유지되게 한다. 유사하게, 물체(406)가 도시된 바와 같이 좌측으로 회전하거나 피벗하는 경우, 수술 로봇 시스템 컴포넌트(404)는 이러한 이동을 미러링하고 제6 위치(P6)로 피벗하여, 미리 결정된 거리(D1)와 동일한 실제 거리(D2)가 유지되게 한다. 예를 들어 x-y 평면 내에서의 각도 이동이 도 6에 도시되어 있지만, 이전에 논의된 바와 같은 축을 중심으로 한 물체(406)의 로킹 또는 롤링, 및 컴포넌트(404)의 대응하는 평행 이동이 유사한 방식으로 발생할 수 있다는 것을 또한 이해하여야 한다.
또한, 다수의 자유도(DOF)에 따른 물체의 이동이 검출될 수 있는 전술한 설명으로부터, 수술 로봇 시스템 컴포넌트가 임의의 수의 자유도(DOF)에 따라 위치, 포즈, 배향 등을 변경하게 될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 대표적으로, 이전에 논의된 동작들 중 임의의 하나 이상이 물체 이동을 검출하는 데 사용될 수 있고, 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 이동의 자유에 따라, 수술 로봇 시스템 컴포넌트가 예를 들어, 위/아래, 전방/후방, 좌측/우측, 회전, 롤 및/또는 피치로 이동하게 할 수 있다. 또한, 감지 조립체에 의해 검출된 정보는 원하는 궤도에 따라 그리고 매끄럽고 연속적인 방식으로 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 전체 위치, 포즈 또는 배향을 변경하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템 컴포넌트가 다수의 아암 링크장치들 또는 링크들 또는 조인트들을 갖는 수술 로봇 아암인 경우에, 매끄러운 궤적을 따르기 위해, 하나 초과의 아암 조인트가 다양한 속도로 동시에 활성화될 필요가 있을 수 있다. 또한, 일부 구성에서, 원하는 방향으로의 운동을 제공하기 위해 어떠한 단일 아암 조인트도 정확한 배향으로 정렬되지 않는 것이 가능하다. 따라서, 용량성 호버 감지 시스템은, 일부 실시예에서, 각각의 아암 조인트의 위치 및 자유도를 결정하고, 링크 길이/조인트 한계를 고려하고, 필요에 따라 링크들/조인트들 각각을 조작하여, 감지 조립체로부터 획득된 정보에 기초하여 필요에 따라 수술 로봇 시스템 컴포넌트의 터치 프리 이동을 달성하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 7은 필요한 아암 조인트 이동을 자동으로 계산하고 감지 조립체에 의해 검출된 물체 이동에 기초하여 하나 이상의 아암 조인트를 조작하도록 구성된 대표적인 용량성 호버 감지 시스템을 예시한다. 대표적으로, 용량성 호버 감지 시스템(700)은 수술 로봇 아암(702)의 수술 로봇 아암 링크장치 또는 링크(L3)에 결합된 용량성 호버 감지 조립체(402)를 포함한다. 수술 로봇 아암(702)은 다수의 링크 조인트에 의해 함께 연결된 다수의 아암 링크장치 또는 링크를 갖는 것으로 도시되어 있다. 4개의 아암 링크(L1, L2, L3, L4) 및 3개의 링크 조인트(J1, J2, J3)가 도시되어 있지만, 수술 로봇 아암(702)은 "n"개의 링크 및 조인트를 포함할 수 있다. 또한, 호버 감지 조립체(402)가 아암 링크(L3)에 있는 것으로 도시되어 있지만, 감지 조립체(402)는 아암 링크들(L1 내지 L4) 중 임의의 것에 있을 수 있다. 또한, 링크 조인트들(J1 내지 J3) 및 이들의 연관된 링크들(L1 내지 L4)은 다수의 자유도(예컨대, 위/아래, 우측/좌측, 순방향/후방, 회전, 피치 또는 롤)에 따라 이동할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
대표적으로, 감지 조립체(402)는 아암 링크(L3) 근처에서 호버링하는 물체를 검출할 수 있고, 대응하는 센서 신호가 생성되고 제어기(414)의 입력 프로세싱 컴포넌트(704)로 전송된다. 입력 프로세싱 컴포넌트(704)는, 감지 조립체(402)로부터의 신호에 기초하여, 암 링크(L3)에 대한 물체의 거리, 위치, 포지션, 배향 및/또는 이동을 결정할 수 있다. 일부 경우에서, 물체의 거리, 위치, 포지션, 배향 및/또는 이동은 제어기(414)에 의해 저장된 미리 결정된 세트의 제스처들로부터 선택되는 사용자의 손의 제스처에 대응하도록 입력 프로세싱 컴포넌트(704)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제스처들은 사용자들의 손가락들을 함께 핀칭하는 것, 손가락 또는 손을 회전하거나 비트는 것 등일 수 있다. 이어서, 제어기(414)의 출력 프로세싱 컴포넌트(706)는 이러한 정보에 기초하여, 수술 로봇 아암(702)의 원하는 이동, 위치, 포지션, 배향 및/또는 포즈를 결정하고 로봇 명령 신호를 수술 로봇 시스템 컴포넌트(702)에 전송하여, 원하는 이동, 위치, 포지션, 배향 및/또는 포즈를 달성하도록 수술 로봇 링크(L3)를 조작할 수 있다. 예를 들어, 출력 프로세싱 컴포넌트(706)는 링크 조인트(J2)를 이동시키기 위해 로봇 명령 신호를 전송할 수 있으며, 이는 이어서, 로봇 링크(L3)의 원하는 이동을 야기할 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 제어기(414)에 의해, 다른 아암 링크들(L1, L2 또는 L4) 및/또는 링크 조인트들(J1 또는 J3) 중 하나 이상이 원하는 이동, 위치, 포지션, 배향 및/또는 포즈를 달성하기에 적절한 구성에 있지 않다고 결정된다. 그러한 경우에, 출력 프로세싱 컴포넌트(706)는, 추가로, 로봇 링크(L3)의 원하는 이동을 달성하는 데 필요한 다른 아암 링크들(L1, L2 또는 L4) 및/또는 조인트들(J1 또는 J3)의 위치를 추가로 결정하고, 하나 이상의 추가의 로봇 명령 신호(들)를 이들 링크 및/또는 조인트에 전송하여 이들을 필요한 구성으로 이동시킨다. 이러한 방식으로, 시스템(700)은 매끄럽고 연속적인 방식으로 수술 로봇 아암의 터치-프리 이동을 허용한다.
도 8은 수술 로봇 테이블에 부착된 다수의 수술 로봇 아암을 갖는 터치-프리 수술 로봇 시스템의 개략도이다. 도 8에서, 터치-프리 수술 로봇 시스템(800)은 수술 로봇 아암들(804) 및/또는 수술 테이블(806) 중 하나 이상에서 다수의 용량성 호버 감지 조립체들(802A, 802B, 802C, 802D, 802E, 802F, 802G, 802H)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 대표적으로, 시스템(800)은 수술 테이블(806)에 로봇식으로 결합된 4개의 수술 로봇 아암(804)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇 테이블(806)의 측면들 중 하나를 따라 위치된 2개의 수술 로봇 아암(804) 및 수술 로봇 테이블(806)의 다른 측면을 따라 위치된 2개의 수술 로봇 아암(804). 수술 로봇 아암들(804) 중 임의의 하나 이상은 사용자에 의해 접근되기 쉬운 수술 로봇 아암들(804)의 일부분을 형성하거나 그렇지 않으면 그 부분에 있는 패널(808A 내지 808D) 또는 다른 표면을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 패널은 아암의 외측 쉘의 일부를 형성하도록 형상화되는 조립체들(802A 내지 802H) 중 임의의 하나 이상의 지지 부재에 의해 형성될 수 있다.
일 태양에서, 패널들(808A 내지 808D)은 수술 테이블(806)로부터 먼 쪽을 향하는 수술 로봇 아암(804)의 미용 패널들(예컨대, 사용자에게 보이는 패널)일 수 있다. 예를 들어, 패널들(808A 내지 808D)은 이들이 외향을 향하는 표면들로 간주되도록 수술 테이블(806)과 교차하는 종축과 상이한 방향을 향할 수 있다. 달리 말하면, 패널들(808A 내지 808D)은 수술 테이블(806)의 주연부를 형성하는 측면 패널들(810A, 810B, 810C 및/또는 810D) 중 임의의 하나 이상으로부터 멀어지는 쪽을 향할 수 있다. 이러한 태양에서, 패널들(808A 내지 808D) 각각에서의 용량성 호버 감지 조립체들(802A 내지 802D)은 이전에 논의된 바와 같이 수술 로봇 아암들(804)의 재위치설정을 위해 사용자에 의해 쉽게 도달될 수 있다. 또한, 수술 테이블(806)을 형성하는 하나 이상의 측면 패널들(810A 내지 810D)은 호버 감지 조립체들(802E 내지 802H)을 포함할 수 있다. 측면 패널들(810A 내지 810D)은, 예를 들어, 환자가 눕게 될 테이블(806)의 수평 표면 주위의 주연부를 형성하는 수직으로 배향된 패널들일 수 있다. 측면 패널들(810A 내지 810D)은, 예를 들어, 환자가 눕게 될 수술 테이블(806)의 수평 표면으로부터 멀어지는 쪽을 향하기 때문에, 이들은 또한 사용자에 의해 쉽게 접근가능하다. 따라서, 사용자는, 이전에 논의된 바와 같이, 수술 테이블(806) 및/또는 수술 로봇 아암들(804)의 하나 이상의 부분을 이동시키기 위해 용량성 호버 감지 조립체들(802A 내지 802H) 근처에 그들의 손, 손가락, 또는 그들의 신체의 임의의 다른 부분을 단순히 위치시킬 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 그의 구체적인 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었다. 하기 청구범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 더 넓은 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들이 그에 대해 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 근접 감지에 기초한 수술 로봇들을 위한 제어 시스템으로서,
    수술 로봇의 컴포넌트에 결합된 근접 센서로서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 테이블, 상기 테이블에 결합된 로봇 아암들, 및 상기 로봇 아암들 상에 장착된 수술 도구들을 포함하고, 상기 근접 센서는 하나 이상의 자유도로 인근 제어 물체(nearby controlling object)의 이동을 감지하도록 구성된, 상기 근접 센서; 및
    상기 제어 물체의 상기 이동을 따르기 위해 상기 수술 로봇의 상기 컴포넌트를 구동하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 자유도는 z-축, x-축 및 y-축을 따른 선형 이동, 및 상기 근접 센서에 평행한 x-y 평면 내에서의 각도 이동을 포함하는, 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 적어도 5 자유도에 따라 상기 인근 제어 물체의 이동을 감지하도록 동작가능한, 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수술 로봇은 로봇 아암들을 포함하고, 지지 부재는 상기 수술 테이블로부터 멀어지는 쪽을 향하는 상기 로봇 아암들 중 적어도 하나의 로봇 아암의 미용 패널인, 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 근접 센서는 상기 로봇 아암의 상기 미용 패널 상에 인쇄된 전도성 영역들을 포함하는, 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 테이블이고, 상기 근접 센서는 상기 테이블의 수평으로 배향된 환자 지지 표면에 연결되는 상기 테이블의 수직으로 배향된 측면 패널을 형성하는 지지 부재를 포함하는, 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 지지 부재 상에 그리드 패턴으로 인쇄된 제1 세트의 용량성 라인들 및 제2 세트의 용량성 라인들을 포함하고, 상기 제1 세트의 용량성 라인들 및 상기 제2 세트의 용량성 라인들은 상기 물체의 선형 이동을 검출하도록 동작가능한, 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 원형 형상으로 배열된 복수의 용량성 패드를 포함하고, 상기 복수의 용량성 패드는 상기 원형 형상 주위에서의 상기 제어 물체의 각도 이동을 검출하도록 구성되는, 제어 시스템.
  9. 수술 로봇 시스템으로서,
    다수의 자유도를 갖는 수술 로봇 컴포넌트;
    상기 수술 로봇 컴포넌트에 결합된 근접 센서로서, 상기 수술 로봇 컴포넌트와의 접촉 전에 인근 제어 물체의 선형 이동 및 각도 이동을 검출하도록 동작가능한 복수의 감지 패드를 포함하는, 상기 근접 센서; 및
    상기 제어 물체의 상기 이동을 따르기 위해 상기 수술 로봇 컴포넌트를 구동하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 선형 이동은 z-축, x-축 또는 y-축에 평행한 방향으로의 이동을 포함하고, 상기 각도 이동은 상기 z-축, 상기 x-축 또는 상기 y-축을 중심으로 하는 회전 운동을 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 감지 패드는 상기 수술 로봇 컴포넌트의 표면 상에 인쇄된 용량성 감지 패드들인, 수술 로봇 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 로봇 아암을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제어 물체의 상기 검출된 이동에 평행한 적어도 4 자유도에 따라 상기 로봇 아암의 이동을 제어하고 상기 제어 물체로부터 동일한 거리를 유지하도록 동작가능한, 수술 로봇 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 로봇 아암은 복수의 조인트에 의해 서로 결합된 복수의 링크를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 로봇 아암을 상기 제어 물체에 평행하게 이동시키기 위해 상기 복수의 조인트 중 적어도 2개의 조인트의 이동을 야기하도록 동작가능한, 수술 로봇 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 수술 테이블을 포함하고, 상기 프로세서는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 테이블의 이동을 구동하도록 동작가능한, 수술 로봇 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 수술 로봇 컴포넌트와 상기 제어 물체 사이의 실제 거리를 측정하고 상기 실제 거리를 미리 결정된 거리와 비교하고, 상기 실제 거리가 상기 미리 결정된 거리와 상이할 때, 로봇 명령 신호를 상기 수술 로봇 컴포넌트에 전송하여, 상기 실제 거리가 상기 미리 결정된 거리와 동일할 때까지 상기 수술 로봇 컴포넌트가 상기 제어 물체와 동일한 방향으로 이동하게 함으로써, 상기 수술 로봇 컴포넌트가 상기 제어 물체로부터 동일한 거리를 유지하게 하는, 수술 로봇 시스템.
  16. 근접 감지에 기초한 수술 로봇 컴포넌트의 터치-프리 제어를 위한 방법으로서,
    수술 로봇 컴포넌트에 결합된 근접 센서를 사용하여 사용자와 상기 수술 로봇 컴포넌트 사이의 거리를 결정하는 단계;
    상기 사용자의 상기 결정된 거리를 미리 결정된 목표 거리와 비교하는 단계로서, 상기 미리 결정된 목표 거리는 상기 사용자와 상기 수술 로봇 컴포넌트 사이에서 유지될 원하는 거리인, 상기 단계; 및
    상기 사용자가 상기 수술 로봇 컴포넌트와 접촉하기 전에 상기 결정된 거리가 상기 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 상기 비교에 기초하여 상기 수술 로봇 컴포넌트를 자동으로 이동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 근접 센서는 상기 사용자의 선형 이동 또는 상기 사용자의 각도 이동을 검출하도록 추가로 동작가능하고, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 상기 선형 이동 또는 상기 각도 이동에 평행하게 이동하게 되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 근접 센서는 복수의 용량성 패드를 포함하고, 상기 선형 이동 및 상기 각도 이동은 상기 복수의 용량성 패드 중 하나 이상에서의 커패시턴스의 변화에 기초하여 검출되는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 로봇 아암이고, 상기 로봇 아암은 상기 결정된 거리가 상기 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 다수의 자유도에 따라 이동하게 되는, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 수술 로봇 컴포넌트는 상기 결정된 거리가 상기 미리 결정된 목표 거리와 동일하도록 상기 사용자와 동일한 방향으로 이동하게 되는, 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11234781B2 (en) * 2017-12-31 2022-02-01 Asensus Surgical Us, Inc. Dynamic control of surgical instruments in a surgical robotic system
JP7192359B2 (ja) * 2018-09-28 2022-12-20 セイコーエプソン株式会社 ロボットを制御する制御装置、および制御方法
US11278361B2 (en) * 2019-05-21 2022-03-22 Verb Surgical Inc. Sensors for touch-free control of surgical robotic systems
US11504193B2 (en) 2019-05-21 2022-11-22 Verb Surgical Inc. Proximity sensors for surgical robotic arm manipulation
DE102021121673A1 (de) * 2021-08-20 2023-02-23 B. Braun New Ventures GmbH Medizinischer kollaborativer Roboter mit justierbarem Roboterarm und Steuerverfahren
CN114631961A (zh) * 2022-02-08 2022-06-17 查显进 一种多自由度医疗微创机器人

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9345544B2 (en) 1999-09-17 2016-05-24 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for avoiding collisions between manipulator arms using a null-space
US8004229B2 (en) 2005-05-19 2011-08-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Software center and highly configurable robotic systems for surgery and other uses
JP4003453B2 (ja) 2001-12-26 2007-11-07 アイシン精機株式会社 人体検出装置
JP3870257B2 (ja) 2002-05-02 2007-01-17 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 オフセット回転関節を有するロボット
FR2844349B1 (fr) 2002-09-06 2005-06-24 Nanotec Solution Detecteur de proximite par capteur capacitif
WO2008063835A2 (en) 2006-11-20 2008-05-29 Koninklijke Philips Electronics N. V. Detector head proximity sensing and collision avoidance apparatuses and methods
US9144904B2 (en) 2008-05-21 2015-09-29 Fanuc Robotics America Corporation Method and system for automatically preventing deadlock in multi-robot systems
DE102008041602B4 (de) 2008-08-27 2015-07-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Roboter und Verfahren zum Steuern eines Roboters
US9323398B2 (en) 2009-07-10 2016-04-26 Apple Inc. Touch and hover sensing
CN106725860B (zh) * 2009-11-13 2019-06-21 直观外科手术操作公司 用于微创外科手术系统中的手势控制的方法和设备
JP5995473B2 (ja) * 2012-03-19 2016-09-21 ローム株式会社 静電容量センサのコントロール回路、それを用いた電子機器
CN107595392B (zh) 2012-06-01 2020-11-27 直观外科手术操作公司 使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞
US20190000569A1 (en) 2012-06-21 2019-01-03 Globus Medical, Inc. Controlling a surgical robot to avoid robotic arm collision
KR20150084801A (ko) 2012-11-14 2015-07-22 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 충돌 회피용 스마트 드레이프
MY170323A (en) 2013-03-15 2019-07-17 Synaptive Medical Inc Intelligent positioning system and methods therefore
JP6396987B2 (ja) 2013-03-15 2018-09-26 エスアールアイ インターナショナルＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 超精巧外科システム
DE102014012563B4 (de) 2014-08-04 2018-10-25 Abb Schweiz Ag Näherungssensorik für einen Roboter
US10039564B2 (en) 2014-09-30 2018-08-07 Ethicon Llc Surgical devices having power-assisted jaw closure and methods for compressing and sensing tissue
CA2968879C (en) * 2014-11-25 2023-06-13 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Hand guided automated positioning device controller
GB201504787D0 (en) * 2015-03-20 2015-05-06 Cambridge Medical Robotics Ltd User interface for a robot
GB201512964D0 (en) 2015-07-22 2015-09-02 Cambridge Medical Robotics Ltd Communication paths for robot arms
US10485616B2 (en) 2015-09-25 2019-11-26 Ethicon Llc Hybrid robotic surgery with power assisted motion
EP3361978A4 (en) 2015-10-16 2019-05-29 Dalhousie University SYSTEMS AND METHOD FOR MONITORING THE PATIENT MOVEMENT THROUGH CAPACITIVE POSITION DETECTION
JP6598982B2 (ja) 2016-03-25 2019-10-30 株式会社ニコン 内視鏡装置、内視鏡システム、及びそれらを備えた手術システム
DK201670186A1 (en) 2016-03-31 2017-10-16 A P Møller - Mærsk As A method and system for operating one or more tugboats
US11166770B2 (en) 2016-09-19 2021-11-09 Intuitive Surgical Operations, Inc. Base positioning system for a controllable arm and related methods
US10568703B2 (en) 2016-09-21 2020-02-25 Verb Surgical Inc. User arm support for use in a robotic surgical system
KR102265060B1 (ko) * 2016-10-03 2021-06-16 버브 서지컬 인크. 로봇 수술을 위한 몰입형 3차원 디스플레이
CN111417354B (zh) 2016-10-25 2023-12-12 莫比乌斯成像公司 用于机器人辅助手术的方法及系统
CA3042739C (en) 2016-12-09 2021-03-30 Verb Surgical Inc. User interface devices for use in robotic surgery
CA3052869A1 (en) 2017-02-17 2018-08-23 Nz Technologies Inc. Methods and systems for touchless control of surgical environment
US10291976B2 (en) 2017-03-31 2019-05-14 Apple Inc. Electronic devices with configurable capacitive proximity sensors
US10945905B2 (en) * 2017-05-31 2021-03-16 Mizuho Osi System, apparatus and method for supporting and/or positioning a patient before, during, or after a medical procedure
US11011077B2 (en) 2017-06-29 2021-05-18 Verb Surgical Inc. Virtual reality training, simulation, and collaboration in a robotic surgical system
US11751966B2 (en) 2017-07-27 2023-09-12 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical device handle
EP3437804A1 (en) 2017-08-02 2019-02-06 ABB Schweiz AG Robot control method
US10378889B2 (en) 2017-08-22 2019-08-13 Faro Technologies, Inc. Measurement system having a cooperative robot and three-dimensional imager
US10435035B2 (en) 2017-10-17 2019-10-08 Denso International America, Inc. Screen reduction system for autonomous vehicles
US11114199B2 (en) 2018-01-25 2021-09-07 Mako Surgical Corp. Workflow systems and methods for enhancing collaboration between participants in a surgical procedure
JP7000992B2 (ja) 2018-05-25 2022-01-19 トヨタ自動車株式会社 マニピュレータおよび移動ロボット
CN113631779A (zh) 2019-03-30 2021-11-09 住友建机株式会社 挖土机及施工系统
US11504193B2 (en) 2019-05-21 2022-11-22 Verb Surgical Inc. Proximity sensors for surgical robotic arm manipulation
US11278361B2 (en) * 2019-05-21 2022-03-22 Verb Surgical Inc. Sensors for touch-free control of surgical robotic systems

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