KR20220127287A

KR20220127287A - 로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템

Info

Publication number: KR20220127287A
Application number: KR1020227027685A
Authority: KR
Inventors: 슈강 리
Original assignee: 베이징 후르와 로봇 메디컬 테크놀로지 코.엘티디; 베이징 후르와 로봇 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-09-19
Also published as: CN115245385A; CN115245386A; WO2022142316A1; CN112890954A; JP2023513287A; EP4101411A1; CN112890954B; EP4101411A4; US20230000576A1

Abstract

본 출원은 로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템에 관한 것으로, 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되고, 운동 제어 방법은 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는 단계; 제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는 단계; 및 제2 입력 장치에 의해, 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 입력하는 단계, 를 포함하고, 여기서, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있다. 상술한 방법 및 시스템은 수술 과정의 원활성을 향상시키고 수술의 품질 및 효율을 향상시키는 데 유리하다.

Description

로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템

본 출원은 2020년 12월 30일에 제출된 발명 명칭이 "로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템"인 중국 특허 출원 제202011631377.9호의 우선권을 주장하며, 본 출원의 모든 내용은 인용을 통해 본 명세서에 통합된다.

본 출원은 외과 수술 로봇의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템에 관한 것이다.

컴퓨터 보조 수술 시스템에 있어서, 협동 로봇 암을 이용하여 조작을 보조할 수 있다. 협동 로봇 암의 원위단에는 일반적으로 말단 액추에이터가 장착된다. 상이한 장면에 따라, 말단 액추에이터의 일단에는 상이한 의료 기기, 예를 들어 톱, 드릴 또는 밀링 커터등이 장착된다. 협동 로봇 암 - 말단 액추에이터 - 의료 기기 3자 간의 기계적 접속 기구 및 제어 조작에 의해, 타겟에 대한 절단, 드릴링 또는 밀링 등의 조작을 구현한다.

말단 액추에이터에 장착된 보조 절골용 전동 스윙 톱을 예로 들면, 전동 스윙 톱의 톱날은 현재 임의의 위치로부터 툴 대기 위치로 들어가고, 툴 대기 위치로부터 절골 위치로 들어하는 과정을 위치 주행이라고 한다. 로봇 암의 이동에 의해 톱날이 절골 위치에 들어간 후, 로봇 암의 움직임의 자유도를 절골 평면 내에 한정하여, 톱날이 고정된 평면 내에서만 이동되도록 하고, 전동 스윙 톱에 통전하여 의사가 로봇 암을 움직여 톱날이 환부과 접촉하도록 제어한다. 한 위치의 절골을 완료한 후, 다시 다음 절골 위치로 주행하여, 절골을 계속한다. 이 과정에서 디스플레이는 전문 의사가 참조할 수 있도록 톱날과 환부의 디지털 3차원 모델의 상대 위치 및 기타 제시 정보를 실시간으로 표시한다. 상기 조작은 절골에 대한 통제를 보증하기 위해 모두 전문 의사에 의해 수행된다. 전문 의사는 연조직이 절단되는 것을 방지하기 위해 절골 조작을 수행할 때 고도로 집중해야 한다. 조작에 익숙하지 않은 의사 또는 고도로 집중된 절골 조작을 방금 완료한 의사의 경우, 다음 단계의 로봇 암의 조작을 잘 생각해야 상기할 수 있으므로 수술 과정이 원활하지 않고 수술 시간이 늘어날 수 있다

본 출원이 제공하는 로봇 암의 운동 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템은 수술 과정의 원활성을 향상시킬 수 있다.

제1 양태에서, 로봇 암의 운동 제어 방법을 제공하는 바, 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되고, 해당 제어 방법은, 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는 단계; 제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는 단계; 및 제2 입력 장치로부터 입력되는 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 수신하는 단계, 를 포함하고, 여기서, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있다.

본 출원의 실시예의 제1 양태에 따르면, 방법은 제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치에 의해, 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하는 것을 중지하도록 제어하기 위한 제4 제어 명령을 입력하는 단계를 더 포함한다.

본 출원의 실시예의 제1 양태에 따르면, 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는 단계는, 그래픽 사용자 인터페이스가 사전 제어 명령을 수신하여 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하고, 제어 인터페이스 세트가 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는 단계를 포함한다.

본 출원의 실시예의 제1 양태에 따르면, 방법은 제3 제어 명령의 실행이 종료된 후, 그래픽 사용자 인터페이스가 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되는 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는 단계를 더 포함한다.

본 출원의 실시예의 제1 양태에 따르면, 제1 동작 모드는 로봇 암이 자체 동력의 구동에 의해 현재 위치로부터 목표 위치로 운동하는 모드이고, 및/또는,

제2 동작 모드는 로봇 암이 그 말단부가 외력 구동에 의해 소정 평면 내에서 평행 이동하거나 평면의 법선을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 모드이다.

제2 양태에서, 로봇 암의 운동 제어 시스템을 제공하는 바, 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되고, 시스템은 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 제어기, 제1 입력 장치 및 제2 입력 장치를 포함하고, 그래픽 사용자 인터페이스는 제1 입력 장치에 의해 입력되는 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되며, 그래픽 사용자 인터페이스는 제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는데도 사용되며, 제2 입력 장치는 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 입력하는데 사용되며, 여기서, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있다.

본 출원의 실시예의 제2 양태에 따르면, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하는 것을 중지하도록 제어하기 위한 제4 제어 명령을 입력하는데도 사용된다.

본 출원의 실시예의 제2 양태에 따르면, 그래픽 사용자 인터페이스는 사전 제어 명령을 수신하여 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는데도 사용되며, 제1 제어 인터페이스 세트는 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신한다.

본 출원의 실시예의 제2 양태에 따르면, 그래픽 사용자 인터페이스는 제3 제어 명령의 실행이 종료된 후, 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는데도 사용되고, 제1 제어 인터페이스 세트는 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는데 사용된다.

본 출원의 실시예의 제2 양태에 따르면, 제1 동작 모드는 로봇 암이 자체 동력의 구동에 의해 현재 위치로부터 목표 위치로 운동하는 모드이고, 및/또는,

본 출원의 실시예의 제2 양태에 따르면, 제1 입력 장치는 음성 입력 모듈, 기계식 키, 기계식 로킹 레버 또는 무선 리모컨이다.

제3 양태에서, 외과 수술 시스템을 제공하는 바, 해당 시스템은 로봇 암, 제어 시스템 및 위치 결정 시스템을 포함하고, 위치 결정 시스템은 로봇 암의 공간 방위 정보를 결정하는데 사용되며, 제어 시스템은 공간 방위 정보에 따라 로봇 암의 운동을 제어하는 데 사용되며, 제어 시스템은 제2 양태 중 임의의 하나의 로봇 암의 운동 제어 시스템이다.

상술한 방법 및 시스템에서, 수요에 따라, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치를 상이한 오퍼레이터의 제어 범위 내에 배치할 수 있다. 제1 오퍼레이터는 제1 입력 장치를 제어하여 입력을 수행하고, 제2 오퍼레이터는 제2 입력 장치를 제어하여 입력을 수행한다. 이와 같이 상이한 캐릭터가 상이한 입력을 할 수 있도록 함으로써, 로봇 암이 상이한 단계에서 상이한 동작을 실행하도록 제어될 수 있다. 각 캐릭터는 전체 흐름의 입력 조작을 숙지할 필요가 없고 자신에게 필요한 입력에만 집중할 수 있으므로, 흐름의 원활성을 향상시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본원의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 효과를 설명한다. 도면에서, 동일한 부재에 대해 동일한 참조 번호를 사용한다. 도면은 실제 축적에 따라 그려지지 않았다.
도 1은 로봇 암을 사용하여 외과 수술을 수행하는 장면의 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 로봇 암의 운동 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 그래픽 사용자 인터페이스의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 로봇 암의 운동 제어 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 제2 입력 장치의 개략적인 구조도이다.

이하, 본 출원의 각 양태의 특징 및 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 상세한 설명에서, 본 출원에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 당업자에게 있어서, 본 출원은 이러한 특정 세부사항 중 일부 세부사항을 필요로 하지 않고 실시될 수 있음은 명백한 것이다. 이하에 실시예에 대한 설명은 본 출원의 예시를 나타내어 본원의 더 나은 이해를 제공하기 위한 것이다. 도면 및 이하의 설명에서, 본 출원을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 적어도 일부의 공지된 구조 및 기술은 도시되지 않았다. 또한, 명확성을 위해 일부 구조의 크기는 과장될 수 있다. 또한, 아래에 설명된 특징, 구조 또는 특성은 임의의 적절한 방식으로 하나 이상의 실시예에서 결합될 수 있다.

설명이 필요한 것은, 본 명세서에서, 제1 및 제2와 같은 관계 용어는 단지 하나의 엔티티나 조작을 다른 엔티티나 조작과 구별하기 위해 사용되며, 이러한 엔티티나 조작 사이에 그 어떠한 실제적인 관계 또는 순서가 존재할 것을 요구하거나 암시하는 것은 아니다. 그리고 "포함", "함유", 또는 이들의 임의의 다른 변형 용어는 일련의 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치가 그 요소뿐만 아니라 명시적으로 기재되지 않은 다른 요소, 또는 이러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 고유한 요소를 더 포함하는 비배타적 포함을 커버하는 것을 의미한다. 더 이상의 제한이 없는 한, "......포함"이라는 용어에 의해 한정되는 요소는 해당 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치에 다른 동일한 요소가 존재하는 것을 배제하지 않는다.

본 출원은 로봇 암의 운동 제어 방법을 제공하고, 조작 흐름을 최적화할 수 있다. 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되며, 액추에이터는 전동 구동 장치일 수 있고, 액추에이터는 예를 들어 드릴 또는 톱 등의 공구를 장착할 수 있다. 운동 제어 방법은 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는 단계; 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치로부터 입력되는 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는 단계; 제2 입력 장치에 의해, 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 입력하는 단계를 포함하며, 여기서, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있다

상술한 제어 방법에 있어서, 제1 입력 장치와 제2 입력 장치는 수요에 따라 상이한 오퍼레이터의 제어 범위 내에 배치될 수 있다. 제1 오퍼레이터는 제1 입력 장치를 제어하여 입력을 수행하고, 제2 오퍼레이터는 제2 입력 장치를 제어하여 입력을 수행한다. 이와 같이 상이한 캐릭터가 상이한 입력을 할 수 있도록 함으로써, 로봇 암이 상이한 단계에서 상이한 동작을 실행하도록 제어되고, 각 캐릭터는 전체 흐름의 입력 조작을 숙지할 필요가 없고 자신에게 필요한 입력에만 집중할 수 있으므로, 흐름의 원활성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하여 입력 인터페이스를 제공할 수 있으므로, 오퍼레이터는 입력 과정에서 그래픽 사용자 인터페이스 화면의 문자 그래픽 프롬프트를 참조하여 정확한 입력을 용이하게 할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 1은 로봇 암을 사용하여 외과 수술을 수행하는 장면의 개략도를 나타내고, 도 2는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 로봇 암의 운동 제어 방법의 흐름도를 나타내고, 도 3은 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 그래픽 사용자 인터페이스의 개략도이다.

본원의 실시예에 의해 제공되는 로봇 암의 운동 제어 방법은 외과 수술 시스템의 로봇 암에 적용될 수 있으며, 설명의 편의를 위해, 본원의 실시예는 무릎 관절 치환 수술을 예로 하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 환자는 수술대(P)에 누워 있고, 로봇 암(AM)의 말단에는 말단 액추에이터(E)가 장착되고, 말단 액추에이터(E)의 원위단에 스윙 톱(K)이 장착되고, 스윙 톱(K)은 절단 작업을 수행할 수 있다. 로봇 암(AM)의 말단은 환자의 환부 근처에 위치한다. 제어 컴퓨터(A)는 수술대(P)로부터 떨어진 위치에 설치되고, 제어 컴퓨터(A)는 영상 표시 장치(I), 키보드 및 마우스 등의 입력 장치를 포함하고, 필요한 정보를 표시하고 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 사용된다. 제1 오퍼레이터는 수술대(P) 옆에 위치하고, 로봇 암(AM) 옆에 위치하여 로봇 암을 직접 접촉하고 조작할 수 있다. 제1 오퍼레이터가 서 있는 위치의 근처에 입력 장치(미도시)가 설치될 수 있고, 입력 장치는 도 5에 도시된 바와 같은 제2 입력 장치(20)일 수 있으며, 구체적으로는 기계식 페달 장치 일수 있는 바, 메인 키 (23), 왼쪽 위 키(21) 및 오른쪽 위 키(22)를 포함할 수 있다. 제2 입력 장치(20)는 케이블을 통해 제어 컴퓨터(A)와 정보 전달 가능하게 연결된다. 제2 오퍼레이터는 제어 컴퓨터(A) 옆에서 표시 장치(I)에 표시된 그래픽 사용자 인터페이스와 결부하여 조작할 수 있다.

무릎 관절 치환 수술은 일반적으로 무릎 관절에 대해 여섯 차례 다른 위치에서 절골 조작을 수행해야 하며, 매번 절골 전에 스윙 톱(K)을 계획된 절골 평면과 일치하도록 해야 한다. 정렬 조작의 일부 방법에서, 로봇 암을 수동으로 끌어 당겨 스윙 톱(K)을 계획된 절골 평면과 일치하도록 한다. 구체적으로, 수술 시스템은 스윙 톱(K)과 계획된 절골 평면 사이의 상대적인 위치 관계를 실시간으로 획득할 수 있고, 양자의 상대적인 위치 관계를 시각화(예를 들어, 디지털 3차원 모델로 표시)할 수 있다. 수동으로 로봇 암을 끌어당겨 이동시키고, 표시 장치에 표시된 상대적인 위치 관계를 참조하여 로봇 암의 방위를 조정한다. 표시 장치에 정렬된 것이 표시되면, 수동으로 로봇 암을 현재 위치에 고정한다.

본 출원이 제공하는 로봇 암의 제어 방법에서, 로봇 암은 제1 입력 장치에 의해 입력된 제1 제어 명령을 수신하여, 로봇 암이 제1 동작 모드에 따라 동작하도록 한다. 즉, 로봇 암은 자체 동력과 시스템 네비게이션의 네비게이션에 의해 자동적으로 초기 위치로부터 절골 위치에 도달한다. 절골 위치에 도달한 후, 로봇 암은 제2 입력 장치의 제2 제어 명령을 수신하고 제2 동작 모드로 들어간다. 즉, 로봇 암의 말단 동작 범위를 하나의 평면 내에 있도록 제한하고, 동작 방식은 평면 내에서만 평행 이동, 및 해당 평면의 법선을 중심으로 회전할 수 있으며, 또한, 외력 (예를 들어, 오퍼레이터가 밀고 당김)을 받아 구동될 때에만 상기 동작 방식으로 동작할 수 있다.

구체적으로, 제1 입력 장치는 마우스 또는 키보드일 수 있고, 도 1에 도시된 제어 컴퓨터(A) 옆에 설치될 수 있으며, 제1 오퍼레이터에 의해 조작된다. 제1 오퍼레이터는 보조 의사, 간호사 또는 설비 제어 인원일 수 있다. 제1 제어 명령은 인간-기계 인터페이스를 통해 제어 컴퓨터에 입력된 다음 제어 컴퓨터에 의해 로봇 암으로 전송될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 컴퓨터는 상위 컴퓨터이고, 로봇 암은 하위 컴퓨터로서의 산업용 제어 컴퓨터에 의해 직접 제어되며, 제1 제어 명령은 상위 컴퓨터로부터 하위 컴퓨터로 전송되고, 하위 컴퓨터는 로봇 암의 이동을 제어한다. 그래픽 사용자 인터페이스는 도 3에 도시된 바와 같은 제1 제어 인터페이스 세트를 포함하고, 제1 제어 인터페이스 세트는 제1 인터페이스(V1) 및 제2 인터페이스(V2)를 포함한다. 제1 인터페이스 (V1) 및 제2 인터페이스 (V2)는 가상 버튼이며, 마우스에 의해 제어되는 커서는 가상 버튼을 클릭하거나 가상 버튼을 눌러 명령을 입력할 수 있고, 소정의 제어 명령이 클릭 또는 누르기 조작에 대응한다. 예를 들면, "제1 인터페이스(V1)를 누르기"라는 조작에 대응하는 명령은 제1 제어 명령이고, 해당 명령에 대응하는 운동은 로봇 암(AM)의 말단이 예정 경로에 따라 이동하는 것이며, 이에 기초하여, "제1 인터페이스(V1)를 놓기"라는 조작에 대응하는 것은 "운동 중지"라는 제4 제어 명령이다. 또는, "제1 인터페이스(V1)를 클릭"이라는 조작에 대응하는 제어 명령에 대응하는 운동은 로봇 암(AM)의 말단이 예정 경로에 따라 이동하는 것이며, 이에 기초하여, "제2 인터페이스(V2)를 클릭"이라는 조작에 대응하는 제4 제어 명령은 로봇 암이 현재의 운동을 중지하도록 제어할 수 있다.

제2 입력 장치는 기계식 페달 장치일 수 있고, 기계식 페달 장치는 기계식 버튼을 포함한다. 제2 입력 장치는 로봇 암(AM)을 제어하는 사람의 밟기 조작을 용이하게 하기 위해 수술대(P) 옆에 설치될 수 있다. 로봇 암(AM)이 절골 위치에 도달하면, 제2 입력 장치로부터 입력되는 제2 제어 명령을 수신하여 제2 동작 모드로 들어간다. 제2 입력 장치를 조작하여 입력 조작을 수행하는 사람은 예를 들어 집도의와 같은 로봇 암(AM)을 직접 누르는 사람일 수 있다. 구체적인 조작으로서, 기계식 페달의 버튼, 예를 들어, 도 5에 도시된 왼쪽 위 키(21)를 밟아 클릭할 수 있다. 일부 선택적인 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제어 명령을 수신하여 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어 할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 마우스로 커서를 조작하여 제1 인터페이스(V1)를 눌러 로봇 암(AM)을 제1 동작 모드에 따라 운동시키고, 로봇 암(AM)이 자리를 잡은 후, 다시 마우스로 커서를 조작하여 제2 인터페이스 (V2)를 누르면, 제어 컴퓨터는 해당 동작에 대응하는 제어 명령을 수신하여, 로봇 암 (AM)이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어한다.

오퍼레이터가 로봇 암(AM)을 잡은 후, 로봇 암은 제2 입력 장치로부터 입력된 제3 제어 명령을 수신하고, 액추에이터(E)는 소정의 동작을 실행하기 시작하는데, 소정의 동작은 스윙 톱(K)이 소정의 주파수 및 진폭에 따라 스윙하는 것일 수 있다. 제2 입력 장치를 조작하여 제3 제어 명령을 입력하는 사람은 예를 들면 집도의와 같은 로봇 암(AM)을 직접 누르는 사람일 수 있다. 구체적인 조작으로서, 기계식 페달의 버튼, 예를 들어, 도 5에 도시된 메인 키(23)를 밟아 누를 수 있다. 메인 키(23)가 해제되면, 제어 컴퓨터(A)는 해당 동작의 전기 신호를 검출하고, 이 신호에 대응하는 제어 명령을 로봇 암(AM)에 송신하여, 액추에이터 (E)가 전술한 소정의 동작을 중지하도록 제어할 수 있다. 일부 선택적인 실시예에서, 제1 제어 인터페이스 세트는 일시적인 것, 즉 소정의 조건을 만족시킬 때만 나타난다. 예를 들어, 제어 컴퓨터가 사전 제어 명령을 수신할 때만 제1 제어 인터페이스가 나타나도록 한다. 사전 제어 명령은 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 수신될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 그래픽 사용자 인터페이스에는 제3 인터페이스(V0)를 포함하고, 마우스 커서로 제3 인터페이스(V0)를 클릭하여 제1 사전 제어 명령을 입력하면, 그래픽 사용자 인터페이스에는 예를 들어 "보조 의사 조작" 및 "전문 의사 조작"의 선택 버튼과 같은 새로운 제어 인터페이스가 생성된다. 다시 마우스 커서로 "보조 의사 조작" 버튼을 선택하여 클릭하여 제2 사전 제어 명령을 입력하여, 제1 인터페이스(V1) 및 제2 인터페이스(V2)를 호출한다. 일부 다른 선택적인 실시예에서, 사전 제어 명령은 제3 제어 명령의 실행을 종료하기 위한 신호일 수 있다. 또 다른 선택적인 실시예에서, 로봇 암이 제1 제어 명령을 실행할 때, 말단 액추에이터는 로봇 암의 이동중에 말단 액추에이터가 온되어 위험이 발생하는 것을 방지하기 위해 제3 제어 명령을 실행할 수 없도록 설정된다.

네비게이션 시스템은 로봇 암에 설치된 로봇 암 추적기, 환자의 신체에 설치된 환자 추적기 및 위치 결정기를 포함한다. 환자 추적기는 계획된 절골 평면 방위 정보를 표시할 수 있고, 로봇 암 추적기는 스윙 톱(K)의 방위 정보를 표시할 수 있으며, 위치 결정기는 상술한 방위 정보를 획득하여 제어 컴퓨터로 전송할 수 있다. 제어 컴퓨터는 로봇 암이 소정 경로에 따라 절골 평면으로 이동하도록 제어하고, 이동 과정에서 양자가 일치할 때까지 양자의 상대적인 방위 관계를 지속적으로 비교한다. 추적기는 소정의 상대 위치를 갖는 적어도 3개의 광원을 포함하고, 광원은 능동 광원(예를 들어, 발광 다이오드)일 수 있고, 수동 광원(예를 들어, 적외선 반사 볼)일 수도 있다. 위치 결정기는 추적기의 광 신호를 수신하여 추적기의 공간 방위 정보를 결정할 수 있는 양안형 카메라일 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 로봇 암의 운동 제어 시스템의 개략적인 구조도이고, 도 5는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 제2 입력 장치의 개략적인 구조도이다.

로봇 암의 운동 제어 시스템은 로봇 암의 운동을 제어하는 데 사용되며, 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용된다. 로봇 암의 운동 제어 시스템은 그래픽 사용자 인터페이스(31)를 갖는 제어기(30), 제1 입력 장치(10) 및 제2 입력 장치(10)를 포함한다. 여기서, 그래픽 사용자 인터페이스(31)는 제1 입력 장치(10)로부터 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되며, 제1 제어 명령은 로봇 암이 제1 동작 모드에 따라 움직이도록 제어하는데 사용된다. 그래픽 사용자 인터페이스(31)는 제1 입력 장치(10) 또는 제2 입력 장치(20)의 제2 제어 명령을 수신하는데도 사용되며, 제2 제어 명령은 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하는데 사용되며, 제2 입력 장치(20)는 제3 제어 명령을 입력하는데 사용되며, 제3 제어 명령은 액추에이터가 소정의 동작을 수행하도록 제어하는데 사용된다. 제1 입력 장치(10)와 제2 입력 장치(20)는 서로 분리되어 있으며, 수술실의 상이한 위치에 각각 배치될 수 있다.

제1 입력 장치(10)는 마우스일 수 있으며, 이에 대응하는 커서는 그래픽 사용자 인터페이스(31)에 표시될 수 있으며, 배치된 위치는 도 1의 영상 표시 장치(I) 또는 제어 컴퓨터(A)의 근처일 수 있다.

제2 입력 장치(20)는 도 5에 도시된 기계식 페달 장치일 수 있고, 케이블을 통해 제어기(30)와 통신 가능하게 연결되고 수술대(P) 주위에 배치될 수 있다.

제어기(30)는 제어 컴퓨터(A) 또는 그 내부의 제어 유닛이며, 그래픽 사용자 인터페이스(31)는 제어 컴퓨터(A)의 입출력 인터페이스이며, 영상 표시 장치(I)에 의해 표시된다. 제어기(30)는 로봇 암(AM)에 제어 명령을 출력할 수 있다.

여기서, 제1 제어 명령, 제2 제어 명령, 제3 제어 명령 및 제4 제어 명령의 입력 방법은 상기 제어 방법의 실시예의 입력 방식과 동일할 수 있다. 각 제어 명령에 대응하는 로봇 암의 운동 방식도 상술한 실시예의 설명을 참조할 수 있다.

일부 선택적인 실시예에서, 제1 입력 장치(10)는 제2 제어 명령을 입력할 수 있다.

일부 선택적인 실시예에서, 제1 입력 장치(10)는 음성 입력 모듈 일 수 있다. 오퍼레이터는 음성 입력 모듈에 의해 제어기(30)에 음성 명령을 입력할 수 있고, 그래픽 사용자 인터페이스(31)는 대응하는 명령을 수신하여 대응하는 하나 또는 복수의 입력 인터페이스(예를 들어, 가상 키)를 생성하고, 다른 음성 명령 또는 다른 입력 장치로 필요한 입력 인터페이스를 선택하여 입력을 완료한다. 음성 입력 모듈은 제어 컴퓨터(A)를 조작하는 사람의 입력을 용이하게 하기 위해 제어 컴퓨터(A) 근처에 설치되거나, 또는 다른 위치에 설치되어 소정 사람에 의해 입력될 수 있다.

일부 다른 선택적인 실시예에서, 제1 입력 장치는 기계식 키, 기계식 로킹 레버(rocking lever) 또는 무선 리모컨 일 수 있고, 임의의 위치에 설치될 수 있다.

일부 다른 선택적인 실시예에서, 제2 입력 장치는 기계식 로킹 레버, 기계식 키 또는 무선 리모컨 일 수 있으며, 제2 입력 장치는 로봇 암, 수술 침대 옆 또는 수술실 바닥에 설치될 수 있고, 로봇 암을 조작하는 주치의가 조작하는 데 편리하면 된다.

제어 시스템 또는 제어 방법을 사용하는 구체적인 단계의 예는 이하의 설명을 참조할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 툴 위치 선택 버튼 0은 툴 대기 위치 선택 버튼이며, 마우스 커서로 클릭하여 선택하거나, 다른 입력 장치에 의해 입력되는 명령에 의해 해당 버튼이 선택될 때, 로봇 암의 말단은 미리 설정된 위치로 이동할 수 있다. 툴 위치 선택 버튼 1 내지 6은 무릎 관절 치환 수술에서 6개의 절골 위치 선택 버튼에 대응된다. 수술 조작에서, 먼저 제3 인터페이스(V0)를 클릭하여 선택하면, 그래픽 사용자 인터페이스에 "보조 의사 조작" 및 "전문 의사 조작"의 선택 버튼이 나타나고, 그 다음 "전문 의사 조작" 버튼을 선택하면 그래픽 사용자 인터페이스에 제1 인터페이스(V1) 및 제2 인터페이스(V2)가 나타난다. 원하는 절골 위치를 선택하고, 예를 들어 툴 위치 선택 버튼 1을 클릭하여 선택한 다음 마우스로 제1 인터페이스(V1)를 누르고 있으면, 로봇 암은 툴 대기 위치로부터 제1 동작 모드로 소정의 경로에 따라 툴 위치 선택 버튼(1)에 대응하는 절골 위치로 이동한다. 로봇 암이 위치에 도달한 후, 제2 인터페이스(V2)를 클릭하여 선택하면, 해당 제어 명령에 의해 로봇 암이 제2 동작 모드에 들어가고, 의사는 로봇 암을 잡고, 도 5에 도시된 제2 입력 장치의 메인 키(23)를 밟으면서 말단 액추에이터(E)의 스윙 톱(K)을 스윙시키고, 의사는 로봇 암을 밀어 이동시키면서 절골을 시작할 수 있다.

본 출원은 외과 수술 시스템을 더 제공하며, 해당 시스템은 로봇 암, 제어 시스템 및 위치 결정 시스템을 포함하며, 위치 결정 시스템은 로봇 암의 공간 방위 정보를 결정하는데 사용되며, 제어 시스템은 공간 방위 정보에 따라 로봇 암의 운동을 제어하는데 사용되며, 제어 시스템은 상기 실시예 중 어느 하나에 설명된 로봇 암의 운동 제어 시스템이다.

본 출원이 제공하는 로봇 암 제어 방법, 시스템 및 외과 수술 시스템은 상이한 캐릭터가 상이한 입력 장치를 통해 로봇 암의 상이한 단계의 운동을 제어할 수 있도록 함으로써 각 캐릭터는 전체 조작 흐름을 숙지할 필요가 없고 자신의 캐릭터에 대응하는 조작에만 집중할 수 있으므로, 조작 과정의 원활성을 향상시키는데 유리하다.

본 출원은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 출원의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정이 이루어질 수 있고 또한 균등물로 그 일부를 대체할 수 있다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 각각의 기술적 특징은 임의의 방식으로 결합될 수 있다. 본 출원은 여기에 개시된 특정 실시예에 제한되지 않고, 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 기술적 해결책을 포함한다.

P 수술대
AM 로봇 암
E 말단 액추에이터
K 스윙 톱
A 제어 컴퓨터
I 영상 표시 장치
V0 제3 인터페이스
V1 제1 인터페이스
V2 제2 인터페이스
10 제1 입력 장치
20 제2 입력 장치
21 왼쪽 위 키
22 오른쪽 위 키
23 메인 키
30 제어기
31 그래픽 사용자 인터페이스
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 툴 위치 선택 버튼

Claims

로봇 암의 운동 제어 방법에 있어서,
상기 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되고, 상기 방법은,
그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 상기 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는 단계;
제1 입력 장치 또는 제2 입력 장치로부터 입력되는 상기 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는 단계; 및
상기 제2 입력 장치에 의해, 상기 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 입력하는 단계, 를 포함하고,
여기서, 상기 제1 입력 장치와 상기 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있는,
로봇 암의 운동 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 입력 장치 또는 상기 제2 입력 장치에 의해, 상기 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하는 것을 중지하도록 제어하기 위한 제4 제어 명령을 입력하는 단계를 더 포함하는,
로봇 암의 운동 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 그래픽 사용자 인터페이스에 의해, 제1 입력 장치로부터 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는 단계는,
상기 그래픽 사용자 인터페이스가 사전 제어 명령을 수신하여 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하고, 상기 제어 인터페이스 세트가 상기 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는 단계를 포함하는,
로봇 암의 운동 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 제어 명령의 실행이 종료된 후, 상기 그래픽 사용자 인터페이스가 상기 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되는 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는 단계를 더 포함하는,
로봇 암의 운동 제어 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 동작 모드는 상기 로봇 암이 자체 동력의 구동에 의해 현재 위치로부터 목표 위치로 운동하는 모드이고, 및/또는,
상기 제2 동작 모드는 상기 로봇 암이 그 말단부가 외력 구동에 의해 소정 평면 내에서 평행 이동하거나 평면의 법선을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 모드인,
로봇 암의 운동 제어 방법.
로봇 암의 운동 제어 시스템에 있어서,
상기 로봇 암의 말단은 액추에이터를 장착하는데 사용되고, 상기 로봇 암의 운동 제어 시스템은 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 제어기, 제1 입력 장치 및 제2 입력 장치를 포함하고,
상기 그래픽 사용자 인터페이스는 상기 제1 입력 장치에 의해 입력되는 상기 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하도록 제어하기 위한 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되며,
상기 그래픽 사용자 인터페이스는 상기 제1 입력 장치 또는 상기 제2 입력 장치로부터 입력되는 상기 로봇 암이 제2 동작 모드로 들어가도록 제어하기 위한 제2 제어 명령을 수신하는데도 사용되며,
상기 제2 입력 장치는 상기 액추에이터가 소정 운동을 수행하도록 제어하기 위한 제3 제어 명령을 입력하는데 사용되며,
여기서, 상기 제1 입력 장치와 상기 제2 입력 장치는 서로 분리되어 있거나 서로 별도로 설치될 수 있는,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 입력 장치와 상기 제2 입력 장치는 상기 로봇 암이 제1 동작 모드로 운동하는 것을 중지하도록 제어하기 위한 제4 제어 명령을 입력하는데도 사용되는,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 그래픽 사용자 인터페이스는 사전 제어 명령을 수신하여 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는데도 사용되며, 상기 제1 제어 인터페이스 세트는 상기 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 그래픽 사용자 인터페이스는 상기 제3 제어 명령의 실행이 종료된 후, 제1 제어 인터페이스 세트를 제공하는데도 사용되고, 상기 제1 제어 인터페이스 세트는 상기 제1 입력 장치에 의해 입력되는 제1 제어 명령을 수신하는데 사용되는,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 동작 모드는 상기 로봇 암이 자체 동력의 구동에 의해 현재 위치로부터 목표 위치로 운동하는 모드이고, 및/또는,
상기 제2 동작 모드는 상기 로봇 암이 그 말단부가 외력 구동에 의해 소정 평면 내에서 평행 이동하거나 평면의 법선을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 모드인,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 입력 장치는 음성 입력 모듈, 기계식 키, 기계식 로킹 레버 또는 무선 리모컨인,
로봇 암의 운동 제어 시스템.
외과 수술 시스템에 있어서,
제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 로봇 암의 운동 제어 시스템을 포함하고,
로봇 암, 제어 시스템 및 위치 결정 시스템을 더 포함하고,
상기 위치 결정 시스템은 로봇 암의 공간 방위 정보를 결정하는데 사용되며, 상기 제어 시스템은 상기 공간 방위 정보에 따라 상기 로봇 암의 운동을 제어하는데 사용되는,
외과 수술 시스템.