KR20230107709A - 수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20230107709A
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폴 지 그리피쓰
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인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
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Abstract

수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 시스템 및 방법은 컴퓨터 지원 의료 기기를 포함한다. 상기 컴퓨터 지원 의료 기기는 조인트를 포함하는 관절식 아암과 상기 관절식 아암에 결합된 제어 장치를 포함하고 있다. 상기 제어 장치는 조인트에 대한 목표 위치를 결정하는 것, 상기 목표 위치에 대해 조인트의 키네메틱스를 결정하는 것, 그리고 조인트의 키네메틱스에 기초하여 피드백을 제공하는 것에 의해 조인트의 수동 위치 결정 동안 피드백을 제공하도록 구성되어 있다.

Description

수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING FEEDBACK DURING MANUAL JOINT POSITIONING}
본 발명은 대체로 관절식 아암을 가진 기기의 작동에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 것에 관한 것이다.
점점 더 많은 기기가 자율적 전자 기기와 반자율적 전자 기기(semiautonomous electronic device)로 교체되고 있다. 이것은 특히 다양한 자율적 전자 기기와 반자율적 전자 기기가 수술실, 중재실(interventional suite), 집중 치료실, 응급실 등에 제공되고 있는 오늘날의 병원에 적용된다. 예를 들면, 유리 온도계와 수은 온도계가 전자 온도계로 교체되고 있고, 정맥 주사 라인(intravenous drip line)은 이제 전자 모니터와 유량 조절기를 포함하고 있고, 전통적인 헨드헬드 수술 기구가 컴퓨터 지원 의료 기기로 교체되고 있다.
이러한 전자 기기는 이러한 전자 기기를 조작하는 사람들에게 여러 장점과 난제를 제공한다. 이러한 전자 기기의 다수는 하나 이상의 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터의 자율적 또는 반자율적 동작을 할 수 있다. 이러한 하나 이상의 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터는 각각 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터의 동작을 지원하는 여러 링크와 관절식 조인트를 포함하고 있다. 많은 경우에 있어서, 관절식 조인트는 대응하는 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터의 링크와 관절식 조인트의 원위 단부에 배치된 대응하는 공구의 원하는 위치 및/또는 방향(통칭하여, 원하는 자세)을 얻기 위해 조종된다. 공구에 인접해 있는 관절식 조인트의 각각은 대응하는 공구의 위치 및/또는 방향을 조종하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 자유도를 대응하는 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터에 제공한다. 많은 경우에 있어서, 대응하는 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터는 대응하는 공구의 롤링운동(roll), 피칭운동(pitch), 및 요잉운동(yaw) 방향뿐만 아니라 대응하는 공구의 x, y, 및 z 위치를 제어할 수 있게 해주는 적어도 여섯 개의 자유도를 포함할 수 있다.
몇몇 경우에는, 오퍼레이터가 관절식 아암을 특별한 구성으로 인도하는 것(다시 말해서, 아암의 하나 이상의 조인트를 수동으로 위치시키는 것)을 원할 수 있다. 하지만, 많은 자유도를 가지는 상태에서는, 오퍼레이터가 원하는 구성이 얻어진 때를 결정하는데 어려움을 겪을 수 있다. 오퍼레이터는 또한 원하는 구성에 도달하기 위해서 어떤 방향으로 조인트를 이동시켜야 하는지를 결정하는데에도 어려움을 겪을 수 있다. 더군다나, 오퍼레이터는 최대 허용가능한 조인트 속도, 움직임 한계의 범위 등과 같은 각각의 조인트와 관련된 물리적 및/또는 실질적 제한사항을 알지 못할 수 있다. 결과적으로, 예정된 구성에 도달하기 위해 관절식 아암의 하나 이상의 조인트를 수동으로 위치시키려고 시도하는 오퍼레이터는 정확하고, 신속하게, 및/또는 기기에 손상을 가할 위험 및/또는 오퍼레이터 및/또는 환자와 같은 근처의 사람들에게 부상을 가할 위험을 무릅쓰지 않고서 그렇게 하려고 애쓸 수 있다.
따라서, 수동 조인트 위치 결정을 용이하게 하기 위해서 오퍼레이터에게 피드백을 제공하는 것이 바람직하다.
일부 실시례에 따르면, 컴퓨터 지원 의료 기기가 조인트를 포함하는 관절식 아암과 이 관절식 아암에 결합된 제어 장치를 포함하고 있다. 상기 제어 장치는 조인트에 대한 목표 위치를 결정하는 것, 상기 목표 위치에 대해 조인트의 키네메틱스(kinematics)를 결정하는 것, 그리고 조인트의 키네메틱스에 기초하여 피드백을 제공하는 것에 의해 조인트의 수동 위치 결정 동안 피드백을 제공하도록 구성되어 있다.
일부 실시례에 따르면, 컴퓨터 지원 의료 기기의 조인트의 수동 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 방법이 조인트에 대한 목표 위치를 결정하는 것, 상기 목표 위치에 대해 조인트의 키네메틱스를 결정하는 것, 그리고 조인트의 키네메틱스에 기초하여 피드백을 제공하는 것을 포함하고 있다.
일부 실시례에 따르면, 비일시적 기계 판독가능 매체가 복수의 기계 판독가능 명령을 포함하고 있고, 상기 복수의 기계 판독가능 명령은 의료 기기와 결합된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서로 하여 방법을 실행하게 하도록 되어 있다. 상기 방법은 조인트의 수동 위치 결정 동안 조인트에 대한 목표 위치를 결정하는 것, 상기 목표 위치에 대해 조인트의 키네메틱스를 결정하는 것, 그리고 조인트의 키네메틱스에 기초하여 피드백을 제공하는 것을 포함하고 있다.
도 1은 일부 실시례에 따른 컴퓨터 지원 시스템의 개략도이다.
도 2는 일부 실시례에 따른 컴퓨터 지원 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 일부 실시례에 따른 수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 방법의 개략도이다.
도 4는 일부 실시례에 따른 오퍼레이터에게 피드백을 제공하는 방법의 개략도이다.
상기 도면들에서, 동일한 표시를 가진 요소들은 동일하거나 유사한 기능을 가진다.
아래의 설명에서는, 본 발명에 따른 일부 실시례를 기술하는 구체적인 세부사항이 개시되어 있다. 하지만, 일부 실시례는 이러한 구체적인 세부사항의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 사항이 될 것이다. 본 명세서에 개시된 구체적인 실시례는 예시적인 것이지 제한적인 것은 아니다. 당업자는 본 명세서에 구체적으로 기술되어 있지는 않지만, 본 발명의 범위와 기술사상 내에 있는 다른 요소를 실현할 수 있다. 추가적으로, 불필요한 반복을 피하기 위해서, 명시적으로 달리 기재되어 있지 않거나 하나 이상의 특징이 한 실시례를 비기능적인 것으로 만든다면 하나의 실시례와 관련하여 도시되고 기술된 하나 이상의 특징이 다른 실시례에 포함될 수 있다.
도 1은 일부 실시례에 따른 컴퓨터 지원 시스템(100)의 개략도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 하나 이상의 이동가능한 아암 또는 관절식 아암(120)을 가진 기기(110)을 포함하고 있다. 하나 이상의 관절식 아암(120)의 각각은 하나 이상의 엔드 이펙터를 지지할 수 있다. 일부 예에서는, 상기 기기(110)가 컴퓨터 지원 수술 기기와 양립될 수 있다. 하나 이상의 관절식 아암(120)은 하나 이상의 관절식 아암(120) 중의 적어도 하나의 관절식 아암의 원위 단부에 장착된 하나 이상의 공구, 수술 기구, 영상 장치 등을 지지할 수 있다. 상기 기기(110)는 또한 상기 기기(110)를 작동시키는 하나 이상의 마스터 컨트롤(master control), 하나 이상의 관절식 아암(120), 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있는 오퍼레이터 워크스테이션(도시되어 있지 않음)에 결합될 수 있다. 일부 실시례에서는, 상기 기기(110)와 오퍼레이터 워크스테이션은 미국 캘리포니아 써니베일에 있는 인튜어티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상업화된 다빈치(da Vinci®) 수술 시스템에 대응할 수 있다. 일부 실시례에서는, 다른 구성을 가진 컴퓨터 지원 수술 기기, 보다 적은 수 또는 보다 많은 수의 관절식 아암 등이 컴퓨터 지원 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.
상기 기기(110)는 인터페이스를 통하여 제어 장치(130)에 연결되어 있다. 상기 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 연결기 및/또는 버스를 포함할 수 있고 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 루팅 장치를 가진 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 제어 장치(130)는 메모리(150)에 연결된 프로세서(140)를 포함하고 있다. 제어 장치(130)의 작동은 프로세서(140)에 의해 제어된다. 그리고 비록 제어 장치(130)가 단 한 개의 프로세서(140)를 가지고 있는 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(140)는 제어 장치(130)의 하나 이상의 중앙 처리 장치, 멀티 코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 등을 대표할 수 있다는 이해해야 한다. 제어 장치(130)는 컴퓨팅 장치에 부가된 보드 및/또는 독립형 서브시스템(stand-alone subsystem)으로 구현될 수 있거나 가상 기계(virtual machine)로 구현될 수 있다. 일부 실시례에서는, 제어 장치가 오퍼레이터 워크스테이션의 일부분으로 포함될 수 있거나 및/또는 오퍼레이터 워크스테이션과는 별도로 작동되지만 오퍼레이터 워크스테이션과 조화를 이루어 작동될 수 있다.
메모리(150)는 제어 장치(130)에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 제어 장치(130)의 작동 동안에 사용되는 하나 이상의 데이터 구조를 저장하는데 사용될 수 있다. 메모리(150)는 하나 이상의 종류의 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 몇 가지 흔한 형태의 기계 판독 가능 매체는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 여러 패턴의 구멍을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
도시되어 있는 것과 같이, 메모리(150)는 상기 기기(110)의 자율적 및/또는 반자율적 제어를 지원하는데 사용될 수 있는 모션 컨트롤 애플리케이션(160)을 포함하고 있다. 모션 컨트롤 애플리케이션(160)은 상기 기기(110)로부터 위치, 움직임 및/또는 다른 센서 정보를 수신하고, 수술대 및/또는 영상 장치와 같은 다른 장치에 관한 위치, 움직임 및/또는 충돌 회피 정보를 다른 제어 장치와 교환하고, 및/또는 상기 기기(110), 관절식 아암(120) 및/또는 상기 기기(110)의 엔드 이펙터에 대한 움직임을 계획하고 및/또는 상기 계획하는 것을 도와주는 하나 이상의 응용 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 그리고 모션 컨트롤 애플리케이션(160)이 소프트웨어 애플리케이션으로 묘사되어 있지만, 모션 컨트롤 애플리케이션(160)은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합체를 이용하여 실행될 수 있다.
일부 실시례에서는, 컴퓨터 지원 시스템(100)이 수술실 및/또는 중재실에 제공될 수 있다. 그리고, 컴퓨터 지원 시스템(100)이 두 개의 관절식 아암(120)을 가진 단 한 개의 기기(110)를 포함하고 있지만, 당업자는 컴퓨터 지원 시스템(100)이 상기 기기(110)와 유사한 및/또는 상이한 형태의 엔드 이펙터 및/또는 관절식 아암을 가진 임의의 갯수의 장치를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 일부 예에서는, 상기 장치의 각각이 보다 적은 수나 보다 많은 수의 관절식 아암 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.
컴퓨터 지원 시스템(100)이 수술대(170)를 더 포함하고 있다. 하나 이상의 관절식 아암(120)과 마찬가지로, 수술대(170)는 수술대(170)의 베이스에 대한 수술대 상부(180)의 관절식 운동을 지원할 수 있다. 일부 예에서는, 수술대 상부(180)의 관절식 운동이 수술대 상부(180)의 높이, 경사, 슬라이드(slide), 트렌델렌부르크 방향(Trendelenburg orientation) 등을 변경시키는 것에 대한 지원을 포함할 수 있다. 비록 도시되어 있지는 않지만, 수술대(170)가 수술대 상부(180)의 위치 및/또는 방향을 제어하는 컨트롤 펜던트(control pendant)와 같은 하나 이상의 제어 입력부(control input)를 포함할 수 있다. 일부 실시례에서는, 수술대(170)가 독일의 트럼프 메디컬 시스템즈 게엠베하(Trumpf Medical Systems GmbH)에 의해 상업화된 수술대들 중의 하나 이상에 대응할 수 있다.
수술대(170)는 대응하는 인터페이스를 통하여 제어 장치(130)에 연결될 수도 있다. 상기 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 연결기 및/또는 버스를 포함할 수 있고 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 루팅 장치를 가진 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 일부 실시례에서는, 수술대(170)가 제어 장치(130)와 다른 제어 장치에 결합될 수 있다. 일부 예에서는, 모션 컨트롤 애플리케이션(160)이 수술대(170) 및/또는 수술대 상부(180)와 관련된 위치, 움직임, 및/또는 다른 센서 정보를 수신하는 하나 이상의 응용 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 모션 컨트롤 애플리케이션(160)이 수술대(170) 및/또는 수술대 상부(180)에 대한 움직임의 계획 및/또는 이러한 계획을 하는 것에 대한 도움을 줄 수 있다. 일부 예에서는, 모션 컨트롤 애플리케이션(160)이, 예를 들면, 컨트롤 펜던트의 사용을 통하여 수술대(170) 및/또는 수술대 상부(180)의 움직임을 방지하는 것에 의해서 수술대(170) 및/또는 수술대 상부(180)의 움직임을 방지할 수 있다. 일부 예에서는, 모션 컨트롤 애플리케이션(160)이 상기 기기(110)와 수술대(170) 사이의 기하학적 관계가 알려지도록 상기 기기(110)와 수술대(170)를 합치시키는 것을 도와줄 수 있다. 일부 예에서는, 상기 기하학적 관계가 상기 기기(110)와 수술대(170)에 대해 유지된 좌표틀(coordinate frame) 사이의 평행이동(translation) 및/또는 하나 이상의 회전을 포함할 수 있다.
도 2는 일부 실시례에 따른 컴퓨터 지원 시스템(200)을 나타내는 개략도이다. 예를 들면, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 컴퓨터 지원 시스템(100)과 양립될 수 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 하나 이상의 관절식 아암을 가진 컴퓨터 지원 기기(210)와 수술대(280)를 포함하고 있다. 비록 도 2에 도시되어 있지는 않지만, 컴퓨터 지원 기기(210)와 수술대(280)는, 수술대(280)에 관한 적어도 운동학적 정보(kinematic information)가 컴퓨터 지원 기기(210)의 관절식 아암의 움직임을 실행하는데 사용되는 모션 컨트롤 애플리케이션에 알려지도록 하나 이상의 인터페이스와 하나 이상의 제어 장치를 이용하여 함께 결합될 수 있다.
컴퓨터 지원 기기(210)는 다양한 링크와 조인트를 포함하고 있다. 도 2의 실시례에서는, 상기 컴퓨터 지원 기기가 대체로 세 개의 상이한 세트의 링크와 조인트로 분할되어 있다. 먼저 이동식 카트 또는 환자측 카트(215)의 근위 단부에는 세트업 구조(220)가 있다. 세트업 구조의 원위 단부에는 일련의 세트업 조인트(240)가 결합되어 있다. 그리고, 세트업 조인트(240)의 원위 단부에는 유니버설 서지컬 머니퓰레이터(universal surgical manipulator)와 같은 머니퓰레이터(260)가 결합되어 있다. 일부 예에서는, 일련의 세트업 조인트(240)와 머니퓰레이터(260)가 관절식 아암(120)들 중의 하나에 대응할 수 있다. 그리고, 상기 컴퓨터 지원 기기가 단 한 개의 일련의 세트업 조인트(240)와 대응하는 머니퓰레이터(260)를 가진 것으로 도시되어 있지만, 당업자는 컴퓨터 지원 기기가 복수의 관절식 아암을 구비하도록 컴퓨터 지원 기기가 한 개보다 많은 일련의 세트업 조인트(240)와 대응하는 머니퓰레이터(260)를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도시되어 있는 것과 같이, 컴퓨터 지원 기기(210)는 이동식 카트(215)에 장착되어 있다. 이동식 카트(215)는 컴퓨터 지원 기기(210)를 한 장소에서 다른 장소로, 예를 들면, 한 수술실에서 다른 수술실로 또는 한 수술실 내에서 컴퓨터 지원 기기를 수술대(180)에 근접하게 보다 유리한 위치로 운반하는 것을 가능하게 한다. 세트업 구조(220)는 이동식 카트(215)에 장착되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 세트업 구조(220)는 칼럼 링크(column link)(221)과 칼럼 링크(222)를 포함하는 2-부분 칼럼을 포함하고 있다. 칼럼 링크(222)의 상부 또는 원위 단부에는 쇼울더 조인트(shoulder joint)(223)가 결합되어 있다. 쇼울더 조인트(223)에는 붐 링크(boom link)(224)와 붐 링크(225)를 포함하는 2-부분 붐이 결합되어 있다. 붐 링크(225)의 원위 단부에는 리스트 조인트(wrist joint)(226)가 있고, 리스트 조인트(226)에는 배향 플랫폼(227)이 결합되어 있다.
세트업 구조(220)의 링크와 조인트는 배향 플랫폼(227)의 위치와 방향(다시 말해서, 자세)을 변화시키기 위해 다양한 자유도를 포함하고 있다. 예를 들면, 상기 2-부분 칼럼은 쇼울더 조인트(223)를 축(232)을 따라서 위아래로 이동시키는 것에 의해서 배향 플랫폼(227)의 높이를 조정하는데 사용될 수 있다. 배향 플랫폼(227)은 쇼울더 조인트(223)를 이용하여 이동식 카트(215), 2-부분 칼럼 및 축(232) 둘레로 추가적으로 회전될 수 있다. 또한 배향 플랫폼(227)의 수평 위치는 상기 2-부분 붐을 이용하여 축(234)을 따라서 조정될 수 있다. 그리고, 배향 플랫폼(227)의 방향은 리스트 조인트(226)를 이용하여 축(236) 둘레로의 회전에 의해 조정될 수 있다. 따라서, 세트업 구조(220)에서 링크와 조인트의 움직임 한계가 적용되는 것을 전제로, 배향 플랫폼(227)의 위치는 2-부분 칼럼을 이용하여 이동식 카트(215) 위에서 수직으로 조정될 수 있다. 또한 배향 플랫폼(227)의 위치는 2-부분 붐과 쇼울더 조인트(223)를 각각 이용하여 이동식 카트(215)에 대해서 반경방경으로 그리고 각을 이루게 조정될 수 있다. 그리고, 배향 플랫폼(227)의 각방향(angular orientation)은 리스트 조인트(226)를 이용하여 변경될 수 있다.
배향 플랫폼(227)은 하나 이상의 관절식 아암에 대한 장착 지점으로 사용될 수 있다. 이동식 카트(215)에 대하여 배향 플랫폼(227)의 높이, 수평 위치 및 방향을 조정하는 능력은 이동식 카트(215)의 근처에 배치된 작업 공간, 예를 들면, 환자에 대하여 하나 이상의 관절식 아암을 위치시키고 배향시키는 유연한 세트업 구조를 제공한다. 도 2는 제1 세트업 조인트(242)(또는 "굴곡 조인트(242)")를 이용하여 배향 플랫폼에 결합된 한 개의 관절식 아암을 나타내고 있다. 그리고, 단 한 개의 관절식 아암이 도시되어 있지만, 당업자는 추가적인 제1 세트업 조인트를 이용하여 복수의 관절식 아암이 배향 플랫폼(227)에 결합될 수 있는 것을 알 수 있을 것이다.
제1 세트업 조인트(242)는 관절식 아암의 세트업 조인트(240) 부분의 최근위부를 형성한다. 세트업 조인트(240)는 일련의 조인트와 링크를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 세트업 조인트(240)는 하나 이상의 조인트(명확하게 도시되어 있지 않음)를 통하여 결합된 적어도 링크(244)와 링크(246)를 포함하고 있다. 세트업 조인트(240)의 조인트와 링크는 제1 세트업 조인트(242)를 이용하여 축(252) 둘레로 세트업 조인트(240)를 배향 플랫폼(227)에 대해서 회전시키고, 제1 세트업 조인트(242)와 링크(246) 사이의 반경방향 또는 수평방향의 거리를 조정하고, 링크(246)의 원위 단부에 있는 머니퓰레이터 마운트(262)의 높이를 축(254)을 따라서 배향 플랫폼에 대해서 조정하고, 그리고 머니퓰레이터 마운트(262)를 축(254) 둘레로 회전시는 능력을 포함하고 있다. 일부 예에서는, 세트업 조인트(240)가 추가적인 조인트, 링크, 그리고 배향 플랫폼(227)에 대해서 머니퓰레이터 마운트(262)의 자세를 변경시키는 추가적인 자유도를 허용하는 축을 더 포함할 수 있다.
머니퓰레이터(260)는 머니퓰레이터 마운트(262)를 통하여 세트업 조인트(240)의 원위 단부에 결합되어 있다. 머니퓰레이터(260)는 머니퓰레이터(260)의 원위 단부에 장착된 기구 캐리지(268)을 가진 추가적인 조인트(264)와 링크(266)를 포함하고 있다. 기구 또는 머니퓰레이터 공구(270)가 기구 캐리지(268)에 장착되어 있다. 머니퓰레이터 공구(270)는 삽입축을 따라서 정렬되어 있는 샤프트(272)를 포함하고 있다. 샤프트(272)는 통상적으로 머니퓰레이터(260)와 관련된 원격 중심(274)을 통과하도록 정렬되어 있다. 원격 중심(274)의 위치는 통상적으로 머니퓰레이터(260)의 조인트(264)를 작동시키는 것에 의해 샤프트(272)를 원격 중심(274)에 대해서 회전시키도록 머니퓰레이터 마운트(262)에 대해서 일정한 병진운동 관계(translational relationship)로 유지되어 있다. 상기 실시례에 따르면, 원격 중심(274)의 머니퓰레이터 마운트(262)에 대한 일정한 병진운동 관계가 머니퓰레이터(260)의 조인트(264)와 링크(266)의 물리적인 제한사항을 이용하여, 조인트(264)에 대해 허용된 움직임에 대해 부과된 소프트웨어 제한사항을 이용하여, 및/또는 상기 양자의 결합형태를 이용하여 유지된다. 일부 예에서는, 원격 중심(274)이 머니퓰레이터(260)가 환자(278)에 도달한 후 환자(278)의 수술용 구멍 또는 절개 부위의 위치에 해당할 수 있다. 원격 중심(274)이 수술용 구멍에 해당하기 때문에, 공구(270)가 사용될 때, 원격 중심(274)에서 환자(278)의 신체에 대한 스트레스를 제한하기 위해서 원격 중심(274)은 환자(278)에 대해 고정상태로 유지된다. 일부 예에서는, 샤프트(272)가 수술용 구멍에 배치된 캐뉼라(도시되어 있지 않음)를 통과할 수 있다.
샤프트(272)의 원위 단부에는 공구 또는 공구 선단부(276)가 있다. 조인트(264)와 링크(266)로 인한 머니퓰레이터(260)의 자유도는 적어도 샤프트(272) 및/또는 공구 선단부(276)의 머니퓰레이터 마운트(262)에 대한 롤링운동, 피칭운동 및 요잉운동의 제어를 가능하게 할 수 있다. 일부 예에서는, 머니퓰레이터(260)의 자유도가, 공구 선단부(276)가 삽입축을 따라서 그리고 원격 중심(274)에 대해서 전진 및/또는 후퇴될 수 있도록 기구 캐리지(268)를 이용하여 샤프트(272)를 전진 및/또는 후퇴시키는 능력을 더 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 머니퓰레이터(260)가 미국 캘리포니아 써니베일에 있는 인튜어티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상업화된 다빈치(da Vinci®) 수술 시스템에 사용되는 유니버설 서지컬 머니퓰레이터(universal surgical manipulator)와 양립될 수 있다. 일부 예에서는, 공구(270)가 내시경과 같은 영상 장치, 그리퍼, 소작기 또는 메스와 같은 수술 공구 등이 될 수 있다. 일부 예에서는, 공구 선단부(276)가 공구 선단부(276)의 여러 부분의 샤프트(272)에 대한 추가적인 국소적 조종(localized manipulation)을 가능하게 하는 롤링운동, 피칭운동, 요잉운동, 그립 등과 같은 추가적인 자유도를 포함할 수 있다.
수술 또는 다른 의료 시술 동안, 환자(278)는 통상적으로 수술대(280)에 위치되어 있다. 수술대(280)는 수술대 하부(282)와 수술대 상부(284)를 포함하고 있고, 기구(270) 및/또는 공구 선단부(276)가 환자(278)에 접촉하는 동안 공구(270) (또한, "기구(270)") 및/또는 공구 선단부(276)가 컴퓨터 지원 기기(210)에 의해 조종될 수 있도록 수술대 하부(282)는 이동식 카트(215)에 인접하여 배치되어 있다. 수술대(280)는 수술대 상부(284)의 상대 위치, 결과적으로 수술대 하부(282)에 대한 환자(278)의 상대 위치를 제어할 수 있도록 수술대 하부(282)와 수술대 상부(284)의 사이에 하나 이상의 조인트 또는 링크를 포함하는 관절식 구조(290)를 더 포함하고 있다. 일부 예에서는, 관절식 구조(290)가, 수술대 상부(284)가 수술대 상부(284) 위의 한 지점에 배치될 수 있는 가상으로 정해진 등중심(iso center)(286)에 대해 조절되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 등중심(286)이 환자(278)의 내부에 위치될 수 있다. 일부 예에서는, 등중심(286)이 원격 중심(274)에 대응하는 구멍 부위와 같은 구멍 부위들 중의 하나의 구멍 부위나 그 근처에서 환자의 체벽과 나란히 놓일 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 관절식 구조(290)는 수술대 상부(284)가 수술대 하부(282)에 대해 상승 및/또는 하강할 수 있도록 높이 조정 조인트(292)를 포함하고 있다. 관절식 구조(290)는 등중심(286)에 대한 수술대 상부(284)의 트렌델렌부르크(296) 방향과 틸트(tilt)(294)를 변경시키는 조인트와 링크를 더 포함하고 있다. 틸트(294)는 환자(278)의 오른쪽이나 왼쪽이 환자(278)의 다른 쪽에 대해서(다시 말해서, 수술대 상부(284)의 세로축 또는 머리에서 발끝에 이르는 축(head-to-toe axis)에 대해서)위쪽으로 회전될 수 있도록 수술대 상부(284)를 좌우로 기울어지게 할 수 있다. 트렌델렌부르크(296)는 환자(278)의 발이 들어올려지거나(트렌델렌부르크) 환자(278)의 머리가 들어올려지도록(역방향 트렌델렌부르크) 수술대 상부(284)를 회전시킬 수 있다. 일부 예에서는, 틸트(294) 및/또는 트렌델렌부르크(296) 회전이 등중심(286)에 대한 회전을 발생시키도록 조정될 수 있다. 관절식 구조(290)는 도 2에 도시된 것과 같이 대체로 왼쪽 및/또는 오른쪽 움직임이 있는 상태에서 수술대 상부(284)를 수술대 하부(282)에 대해 앞뒤로 슬라이딩 이동시키는 추가적인 링크와 조인트(298)를 더 포함하고 있다.
많은 경우에 있어서, 예정된 구성을 얻기 위해서 하나 이상의 관절식 아암의 하나 이상의 조인트, 특히 하나 이상의 비작동식 조인트(non-actuated joint)를 오퍼레이터가 수동으로 위치시키는 것이 바람직하다. 하나의 예시적인 예에서는, 오퍼레이터가 상기 기기의 포장과 운송을 용이하게 하는 패킹 구성(packing configuration)을 얻도록 조인트를 위치시키기를 원할 수 있다. 예를 들면, 상기 패킹 구성은 효율적인 보관을 위해 관절식 아암이 차지하는 공간을 최소화할 수 있고 및/또는 운반하는 동안 관절식 아암들이 충돌하는 것을 방지하기 위해서 관절식 아암들 사이의 공간을 최대화할 수 있다. 운송하는 동안 손상 및/또는 지연을 피하기 위해서는, 오퍼레이터가 조인트 위치를 패킹 구성으로 확실하고 효율적으로 배치시키는 능력을 가지는 것이 중요하다. 하지만, 오퍼레이터가 조인트를 패킹 구성 위치로 안내할 때 정확한 구성이 얻어진 때를 오퍼레이터가 아는 것이 어려울 수 있다. 게다가, 부정확한 구성에서부터 시작하는 경우 오퍼레이터는 정확한 구성을 얻기 위해서 조인트를 어느 방향으로 이동시키는지를 알지 못할 수 있다. 결과적으로, 오퍼레이터는 결국 정확한 구성을 알아내기 위한 비효율적인 및/또는 부정확한 방식, 예를 들면, 시행착오에 기초한 방식을 이용할 수 있다. 이러한 문제는 네 개 이상의 관절식 아암을 포함할 수 있고, 각각의 아암이, 세트업 조인트(240)와 같은, 네 개 이상의 조인트를 포함하고, 각각의 조인트가 하나 이상의 자유도를 제공하는, 도 2와 관련하여 상기한 바와 같은, 컴퓨터 지원 기기(210)와 같은 기기에서 특히 심각하다. 다수의 조인트와 다수의 자유도를 가진 기기에서는, 정확한 패킹 구성을 얻는 것이 지연 및/또는 실수의 가능성이 많은 매우 힘들고 반복적인 작업이다.
패킹 구성은, 기기의 하나 이상의 조인트를 수동으로 위치시키는 것에 의해서 오퍼레이터가 얻기를 희망할 수 있는 유용한 예정된 구성의 많은 예들 중의 단지 하나이다. 다른 예는 오퍼레이터가 기기의 하나 이상의 조인트, 관절식 아암, 및/또는 다른 부품에 대해 교정 테스트 및/또는 측정이 실행될 수 있게 하기 위해 조인트를 위치시키는 교정 구성(calibration configuration)이다. 다른 예는 오퍼레이터가 테스트, 교정 및/또는 설명 목적으로 사용될 수 있는 구성들의 예정된 시퀀스를 단계별로 진행하는 워크스루 시퀀스(walk-through sequence)이다. 워크스루 시퀀스 동안, 상기 시퀀스의 각각의 구성 사이의 지루한 지연을 피하기 위해서 예정된 구성들을 신속하게 스위칭하는 능력이 특히 중요하다. 예정된 구성의 추가적인 예는 수술을 위해 기기를 준비시키는데 사용되는 세트업 구성, 장기간의 보관을 위해 기기를 준비시키는데 사용되는 보관 구성, 그리고 수리를 용이하게 하기 위해서 접근하기 곤란한 구성요소에 대해 접근을 제공하는데 사용되는 수리 구성을 포함한다.
손으로 하나 이상의 조인트를 위치시키는 것과 관련된 난제를 극복하기 위해서, 오퍼레이터를 정확한 구성으로 안내하는 것을 도와주는 피드백 기구를 제공하는 것이 바람직하다. 일부 예에서는, 피드백 기구가 예정된 구성이 얻어진 때를 오퍼레이터에게 알려주는 것을 도와준다. 일부 예에서는, 피드백 기구가 정확한 구성에 도달하기 위해서 특정 조인트를 어느 방향으로 이동시켜야 하는지를 오퍼레이터가 결정하는 것을 도와준다. 일부 예에서는, 피드백 기구가 오퍼레이터가 움직임 한계 및/또는 속도 한계의 범위와 같은, 조인트에 대한 물리적인 및/또는 실제적인 제약을 넘어서는 것을 방지하는 것을 도와준다. 조인트를 수동으로 위치 결정시킬 때, 오퍼레이터는 조인트를 직접적으로(예를 들면, 손으로) 또는 간접적으로(예를 들면, 원격 조종으로) 이동시키는 힘을 작용시킨다. 따라서, 시각적 및/또는 청각적 피드백과 같은, 다른 피드백 기구가 유사한 방식으로 사용될 수 있지만, 가해진 힘에 대한 촉각적인 반응을 오퍼레이터에게 제공하는, 촉각 피드백이 오퍼레이터에게 피드백을 제공하는 특히 편리한 방법이다.
도 3은 일부 실시례에 따른 수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하는 방법 300의 개략도이다. 상기 방법 300의 프로세스 310-330 중의 하나 이상은, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 프로세서(예를 들면, 제어 장치(130)의 프로세서(140))에 의해 작동될 때 상기 하나 이상의 프로세서가 프로세스 310-330 중의 하나 이상을 실행할 수 있게 하는 비-일시적인 유형의(tangible) 기계 판독 가능 매체에 저장된 실행 코드의 형태로 실행될 수 있다. 일부 실시례에서는, 상기 방법 300이 오퍼레이터에 의해 움직이는 관절식 아암의 하나 이상의 조인트의 빠르고 정확한 위치 결정을 용이하게 하기 위해서 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2의 실시례와 부합하는 일부 예에서는, 상기 관절식 아암이 관절식 아암(120)에 대응할 수 있고, 상기 조인트가 세트업 조인트(240) 및/또는 머니퓰레이터(260)의 조인트(264) 중의 하나에 대응할 수 있다. 당업자는 방법 300이 임의의 적절한 피드백 기구를 이용하여 피드백을 제공하도록 변경될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이지만, 일반성을 잃지 않고, 방법 300은 촉각 피드백을 제공하는 관점으로부터 기술된다.
일부 실시례에 따르면, 방법 300은 수동 조인트 위치 결정 동안 피드백을 제공하지 않는 방법에 비해서 하나 이상의 유용한 개량사항을 지원할 수 있다. 일부 예에서는, 방법 300이 하나 이상의 관절식 아암의 하나 이상의 조인트의 원하는 구성을 얻기 위해서 조인트의 신속하고 정확한 위치 결정을 가능하게 할 수 있다. 일부 예에서는, 방법 300이 잘못된 교정, 테스트, 및/또는 조인트의 위치 결정으로 인한 기구에 대한 손상 및/또는 환자 및/또는 오퍼레이터에 대한 부상의 가능성을 낮출 수도 있다.
프로세스 310에서는, 조인트의 목표 위치가 결정된다. 상기 목표 위치는 위치되는 조인트의 종류와 부합하는 단위로 명시된다. 일부 실시례에서는, 예를 들어, 조인트가 프리즈매틱 조인트(prismatic joint)인 경우, 목표 위치는 조인트의 목표 뻗은 위치(target extension)를 나타내는 거리를 명시할 수 있다. 일부 실시례에서는, 예를 들어, 조인트가 회전 조인트인 경우, 목표 위치는 조인트의 목표 회전을 나타내는 각도를 명시할 수 있다. 일부 실시례에서는, 목표 위치가 다양한 허용가능한 위치를 명시할 수 있다. 일부 실시례에서는, 예를 들어, 조인트가 다른 조인트와는 별도로 위치되는 경우, 목표 위치는 일정한 값일 수 있다. 일부 실시례에서는, 예를 들어, 조인트가 다른 조인트와 함께 위치되는 경우, 목표 위치는 다른 조인트들 중의 하나 이상의 조인트의 현재의 구성(current configuration)에 기초하여 결정되는 동적인 값(dynamic value)일 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 조인트가 목표 위치에 도달할 때마다, 목표 위치가 순서상으로 다음 목표 위치로 갱신되도록 목표 위치가 목표 위치들의 예정된 순서로부터 선택될 수 있다. 일부 예에서는, 예를 들어, 조인트가 다른 조인트와 함께 위치되는 경우, 하나 이상의 추가적인 조인트가 각각의 목표 위치에 도달하고 나서야 목표 위치가 순서상으로 다음 목표 위치로 갱신될 수 있다.
프로세스 320에서는, 오퍼레이터에 의해 수동으로 조인트를 위치시키는 동안 목표 위치에 대한 조인트의 키네메틱스가 결정된다. 조인트를 수동으로 위치시키기 위해서, 오퍼레이터는 목표 위치쪽으로 또는 목표 위치로부터 멀어지게 향할 수 있는 조인트에 힘을 가한다(예를 들면, 조인트의 직접적인 실제 조작에 의해 및/또는 원격 조종에 의해). 일부 실시례에서는, 오퍼레이터가 가해진 힘에 대해 조인트가 어떻게 반응하는지를 감지하는(예를 들면, 브레이크 작용을 받은 조인트 움직임과 브레이크 작용을 받지 않은 조인트 움직임을 구별하는) 능력을 가지도록 상기 힘이 가해질 수 있다. 가해진 힘에 대응하여 조인트가 이동할 때, 조인트의 키네메틱스가 결정된다. 조인트의 키네메틱스는 목표 위치에 대한 조인트의 현재의 위치, 속도, 및/또는 가속도(및/또는 각도, 각속도, 및/또는 각가속도와 같은 대응하는 각도 파라미터)와 같은 하나 이상의 파라미터에 의해 특징지워질 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 운동학적 파라미터(kinematic parameter)가 위치 센서, 속도 센서 및/또는 가속도계와 같은, 조인트와 결합된 센서를 이용하여 결정될 수 있다. 일부 예에서는, 위치 센서가 인코더(encoder)일 수 있다. 일부 예에서는, 위치, 속도 및/또는 가속도 사이의 변환을 위해서 수치 적분 및/또는 수치 미분이 사용될 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 조인트의 키네메틱스가 목표 위치에 대해 결정될 수 있고, 예를 들면, 조인트가 현재 목표 위치에 있는지, 목표 위치쪽으로 이동하는지, 또는 목표 위치로부터 멀어지게 이동하는지를 명시할 수 있다. 본 실시례를 나타내는 예시적인 계산은 다음과 같이 진행된다. 현재의 조인트 위치와 목표 조인트 위치 사이의 차이를 나타내는 오차 값 "e"를 얻기 위해서 현재의 조인트 위치 "y"가 목표 조인트 위치 "r"로부터 감산된다(다시 말해서, e = r - y, 여기서, y, r 및 e는 거리, 각도 등의 단위를 가진다). 조인트의 속도 "v" (및/또는 각속도)가 또한 기록된다. e가 영이면, 조인트가 목표 위치에 있는 것으로 결정된다. e가 양의 값이고 v가 양의 값이거나, 또는 e가 음의 값이고 v가 음의 값이면, 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있는 것으로 결정된다. e가 양의 값이고 v가 음의 값이거나, e가 음의 값이고 v가 양의 값이면, 조인트가 속도 v로 목표 위치로부터 멀어지게 이동하는 것으로 결정된다. 목표 위치가 다양한 허용가능한 위치를 포함하는 경우, 상기 오차 값 e는 각각의 허용가능한 위치 r 에 대해서 일정 범위로 계산될 수 있고, 가장 작은 절대값을 가진 e는 상기한 것과 같이 조인트의 키네메틱스를 결정하는데 사용될 수 있다.
프로세스 330에서는, 오퍼레이터에게 피드백이 제공된다. 일부 실시례에서는, 상기 피드백이 조인트 브레이크, 진동 모터(vibratory motor) 등을 이용하여 조인트에 가해진 촉각 피드백일 수 있다. 일부 실시례에서는, 촉각 피드백이 시각적 피드백 및/또는 청각적 피드백과 같은 다른 자극으로 보충 및/또는 대체될 수 있다. 대체로, 피드백은, 조인트를 이동시키는 것을 멈추거나, 조인트를 이동시키는 것을 계속하거나, 및/또는 조인트 움직임의 방향을 변화시키는 것과 같은, 오퍼레이터로부터 하나 이상의 원하는 반응을 이끌어내는 신호를 제공한다. 주어진 시간에 특정의 원하는 반응은 프로세스 320 동안 결정된 목표 위치에 대한 조인트의 키네메틱스에 좌우된다. 도 4는 조인트 브레이크를 이용하여 가해진 촉각 피드백 신호를 이용하여 피드백이 제공되는 일부 실시례에 따른 오퍼레이터에게 피드백을 제공하는 프로세스 330을 실행하는 방법의 개략도이다. 일부 예에서는, 이 방법이 목표 위치에 대한 조인트의 키네메틱스에 기초하여 조인트 브레이크를 작용시킴으로써 촉각 피드백을 오퍼레이터에 제공하는데 사용될 수 있다.
프로세스 410에서, 조인트가 목표 위치에 있는지 여부가 결정된다. 일부 실시례에 따르면, 조인트의 위치는, 위치 센서와 같은, 조인트와 결합된 센서를 이용하여 결정될 수 있고 조인트가 목표 위치에 있는지 여부를 결정하기 위해서 목표 위치와 비교될 수 있다. 조인트가 목표 위치에 있으면, 프로세스 330은 조인트 위치를 고정시키는 프로세스 420으로 진행한다. 조인트가 목표 위치에 있지 않으면, 프로세스 340이 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있는지 여부를 결정하는 프로세스 430으로 진행한다.
프로세스 420에서는, 조인트 위치가 고정되어 있다. 프로세스 420은 조인트가 목표 위치에 있는 것으로 결정되면 실행된다. 따라서, 조인트 위치를 고정시키는 것에 의해 목표 위치가 얻어졌고 조인트가 더 이상 이동되지 않아야 한다는 것을 나타내는 촉각 피드백을 오퍼레이터에게 제공한다. 일부 실시례에서는, 조인트 브레이크를 이용하여 조인트 위치가 고정될 수 있고, 상기 조인트 브레이크는 조인트의 더 이상의 움직임을 방지하기 위해서, 추가적으로 또는 대체 형태로서, 다른 적절한 조인트 잠금 기구, 예를 들면, 잠금 핀 및/또는 이와 유사한 것을 이용하여 보강될 수 있다. 일단 목표 위치가 얻어지고 조인트 위치가 고정되면, 프로세스 330이 완료된다.
프로세스 430에서, 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있는지가 결정된다. 프로세스 430은 조인트가 현재 목표 위치에 있지 않을 때 실행된다. 따라서, 오퍼레이터에 제공되는 촉각 피드백은 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있는지 또는 목표 위치로부터 멀어지게 이동하고 있는지에 의존한다. 일부 실시례에 따르면, 현재의 조인트 위치는, 위치 센서와 같은, 조인트와 결합된 센서를 이용하여 결정될 수 있고, 현재의 조인트 위치와 목표 조인트 위치 사이의 차이가 양의 값인지 또는 음의 값인지를 결정하기 위해서 목표 조인트 위치와 비교될 수 있다. 추가적으로, 조인트의 속도가 양의 값인지 또는 음의 값인지를 결정하기 위해서, 조인트의 속도는, 속도 센서와 같은, 조인트와 결합된 센서를 이용하여 결정될 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 상기 차이와 조인트 속도가 같은 부호(sign)이면, 조인트는 목표 위치쪽으로 이동하는 것으로 결정되고, 상기 차이와 조인트 속도가 반대 부호를 가지면, 조인트는 목표 위치로부터 멀어지게 이동하고 있는 것으로 결정된다. 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있으면, 프로세스 340은 조인트 브레이크를 풀어주는 프로세스 440으로 진행한다. 조인트가 목표 위치로부터 멀어지게 이동하고 있으면, 프로세스 340은 조인트 브레이크를 작용시키는 프로세스 450으로 진행한다.
프로세스 440에서, 조인트 브레이크가 풀어진다. 프로세스 440은 조인트가 목표 위치쪽으로 이동하고 있을 때 실행된다. 따라서, 브레이크를 풀어주는 것에 의해 조인트가 바르게 이동되고 있고 현재의 방향으로 계속하여 이동하여야 한다는 것을 나타내는 촉각 피드백을 오퍼레이터에게 제공한다. 일부 실시례에서는, 브레이크가 풀어지면 조인트가 오퍼레이터에 의해 가해진 인력에 저항을 거의 제공하지 않을 수 있다. 일단 조인트 브레이크가 풀어지면, 프로세스 330이 완료되고 방법 300의 다른 싸이클이 실행된다.
프로세스 450에서, 조인트 브레이크가 작용된다. 프로세스 450은 조인트가 목표 위치로부터 멀어지게 이동하고 있을 때 실행된다. 따라서, 브레이크를 작용시키는 것에 의해 조인트가 잘못된 방향으로 이동하고 있고 반대 방향으로 이동되어야 한다는 것을 나타내는 촉각 피드백을 오퍼레이터에게 제공한다. 일부 실시례에서는, 브레이크가 예정된 제동력으로 작용될 수 있다. 일부 실시례에서는, 브레이크가 목표 위치로부터 멀어지는 조인트의 속력에 비례하는 제동력으로 작용될 수 있다. 따라서, 오퍼레이터가 증가하는 속도로 조인트를 목표 위치로부터 멀어지게 이동시킬 때, 오퍼레이터는 조인트 브레이크로부터 보다 큰 저항을 감지한다. 일부 실시례에서는, 비례 속도 이득률(proportional velocity gain factor) kv가 관계식 Fb= kv｜v｜에 따라 제동력 Fb가 목표 위치로부터 멀어지는 속도의 절대값｜v｜에 비례하도록 선택될 수 있다.
일부 예에서는, 조인트 브레이크가 전자기 파워 오프 브레이크(electromagnetic power off brake) 및/또는 이와 유사한 것을 이용하여 실행될 수 있다. 전자기 파워 오프 브레이크에 의해서 가해진 제동력은 전기적 신호(예를 들면, 전류 및/또는 전압 신호)에 반비례하고 이력 거동(hysteretic behavior)을 나타낼 수 있다. 이력 거동의 결과로, 큰 전기적 신호를 작용시키는 것에 의해 브레이크가 풀어진 후, 브레이크 히스테리시스(brake hysteresis)를 극복하기 위해 훨씬 더 작은 전기적 신호가 나중에 가해지지 않으면 브레이크를 다시 작용시키려고 시도할 때 브레이크가 예측할 수 없게 반응할 수 있다. 따라서, 일부 실시례에서는, 브레이크로의 전기적 신호가 상당한 이력 거동이 발생하는 한계 수준에 도달하는 것을 방지하기 위해서 프로세스 440 동안 브레이크를 풀어줄 때 및/또는 프로세스 450 동안 브레이크를 작용시킬 때 적절한 제한이 이용될 수 있다.
도 3을 다시 참고하면, 프로세스 330에서 오퍼레이터에게 피드백이 일단 제공되면, 상기 방법 300은, 목표 위치에 대한 조인트 키네메틱스를 반복적으로 모니터링하고 오퍼레이터에게 추가적인 피드백을 제공하기 위해서 프로세스 320으로 되돌아갈 수 있다. 일부 실시례에서는, 일단 목표 위치에 도달하면, 상기 방법 300은, 새로운 목표 위치를 설정하고 모니터링과 피드백의 새로운 반복적 프로세스를 시작하기 위해서 프로세스 310으로 되돌아갈 수 있다.
위에서 논의하였으며 여기에서 더욱 강조하는 것과 같이, 도 3 및 도 4는 단지 예일 뿐이며, 이 예가 청구범위를 과도하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 다수의 변경사항, 대체사항 및 수정사항을 인식할 수 있을 것이다. 일부 실시례에 따르면, 상기 방법 300은 복수의 별개의 목표 위치를 가진 조인트를 조정하기에 적합하게 될 수 있다. 예를 들면, 상기 방법 300은 오퍼레이터를 복수의 목표 위치 중에서 가장 가까운 목표 위치로 안내하는 피드백을 제공할 수 있고 및/또는 조인트가 두 개의 목표 위치의 사이에 위치되어있을 때 중립적 피드백(neutral feedback)(다시 말해서, 조인트가 이동하고 있는 방향에 의존하지 않는 피드백)을 제공할 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 상기 방법 300은 조인트 위치, 속도 및/또는 가속도를 조인트의 물리적 제한과 관련된 허용 범위 내에 유지시키기 위해서 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들면, 프로세스 330 동안, 조인트 위치가 다양한 움직임 한계에 접근할 때 조인트 브레이크가 작용될 수 있다. 마찬가지로, 프로세스 330 동안, 조인트 속도 및/또는 가속도가 예정된 한계를 초과하면 조인트 브레이크가 작용될 수 있다. 일부 실시례에 따르면, 상기 방법 300은, 조인트가 신속하게 이동하고 있을 때 기기에 대해 바람직하지 않은 급격한 흔들림을 초래할 수 있는, 프로세스 420에서의 조인트 브레이크의 급작스러운 잠금을 완화시키는 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 조인트가 목표 위치에 근접해 있거나 및/또는 목표 위치에 접근하고 있고 연착륙(soft landing)을 달성하기 위해서 속도를 줄이면서 목표 위치쪽으로 계속하여 이동하여야 한다는 것을 나타내기 위해서 오퍼레이터에게 피드백이 제공될 수 있다. 일부 예에서는, 조인트가 목표 위치에 도달할 때에도 빠른 속도로 이동하는 동안 조인트 브레이크가 잠기지 않도록, 조인트 속도가 한계 속도를 넘어서면 조인트 브레이크를 잠그는 프로세스 420가 실행되지 않을 수 있다.
제어 장치(130)와 같은, 제어 장치의 일부 예는 하나 이상의 프로세서(예를 들면, 프로세서(140))에 의해 작동될 때 상기 하나 이상의 프로세서가 방법 300의 프로세스들을 실행할 수 있게 하는 비-일시적인 유형의(tangible) 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 에 저장된 실행 코드의 형태로 실행될 수 있다. 방법 300의 프로세스들을 포함할 수 있는 기계 판독 가능 매체의 몇 가지 흔한 형태는, 예를 들면, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 여러 패턴의 구멍을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 되어 있는 임의의 다른 매체이다.
예시적인 여러 실시례가 도시되어 있고 기술되어 있지만, 상기 개시내용과 일부 예에서 다양한 수정 사항, 변경 사항 및 대체 사항이 고려되고, 상기 실시례의 일부 특징은 다른 특징의 상응하는 사용없이 이용될 수 있다. 당업자는 다수의 변경사항, 대체사항 및 수정사항을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서만 제한되어야 하고, 청구범위는 넓게 그리고 본 명세서에 개시된 여러 실시례의 범위와 부합하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.

Claims (15)

  1. 컴퓨터 지원 기기이며,
    조인트를 포함하는 관절식 구조와,
    상기 관절식 구조에 결합된 제어 장치를 포함하고,
    사용자에 의해 상기 조인트의 수동 위치 결정 동안 피드백을 제공하기 위해 상기 제어 장치는,
    상기 조인트가 제1 목표 위치를 향해 이동할 때 상기 조인트가 정확한 방향으로 이동하는 것을 나타내는 제1 촉각 피드백을 제공하고,
    상기 조인트가 상기 제1 목표 위치로부터 멀어지게 이동할 때 상기 조인트가 상기 정확한 방향으로 이동하지 않는 것을 나타내는 제2 촉각 피드백을 제공하고,
    상기 제1 목표 위치에 도착한 상기 조인트에 대한 응답으로, 상기 제1 목표 위치를 제2 목표 위치로 자동으로 변경하도록 구성되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촉각 피드백을 제공하기 위해, 상기 제어 장치는 상기 조인트와 관련된 브레이크를 풀어주도록 구성되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 촉각 피드백을 제공하기 위해, 상기 제어 장치는 상기 조인트와 관련된 브레이크를 작용시키도록 구성되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 조인트가 상기 제1 목표 위치에 가깝게 접근하고 있을 때 상기 조인트의 이동이 속도를 줄이면서 상기 제1 목표 위치를 향해 계속하여 이동하여야 한다는 것을 나타내는 제4 촉각 피드백을 제공하도록 추가로 구성되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 촉각 피드백은, 상기 조인트의 이동 방향이 반전되어야 한다는 것을 추가로 나타내는,
    컴퓨터 지원 기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조인트가 상기 제1 목표 위치를 향해 이동하고 있는지 여부를 결정하기 위해, 상기 제어 장치는 상기 제1 목표 위치에 대한 상기 조인트의 속도를 결정하도록 구성되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 촉각 피드백을 제공하기 위해, 상기 제어 장치는 상기 상기 조인트의 속도에 기초하는 제동력을 브레이크에 작용하도록 구성되고,
    상기 브레이크는 상기 조인트와 관련되는,
    컴퓨터 지원 기기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목표 위치는 허용가능한 위치들의 범위를 포함하거나, 또는
    상기 제1 목표 위치는 고정 위치이거나, 또는
    상기 제1 목표 위치는 상기 관절식 구조의 하나 이상의 다른 조인트의 키네메틱스에 기초하여 결정된 동적 위치인,
    컴퓨터 지원 기기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목표 위치는 상기 컴퓨터 지원 기기의 예정된 구성의 순서에서 목표 위치인,
    컴퓨터 지원 기기.
  10. 조인트를 포함하는 컴퓨터 지원 기기를 조작하는 방법이며,
    제어 장치에 의해, 상기 조인트가 제1 목표 위치를 향해 이동할 때 상기 조인트가 정확한 방향으로 이동하는 것을 나타내는 제1 촉각 피드백을 제공하는 단계와,
    상기 제어 장치에 의해, 상기 조인트가 상기 제1 목표 위치로부터 멀어지게 이동할 때 상기 조인트가 상기 정확한 방향으로 이동하지 않는 것을 나타내는 제2 촉각 피드백을 제공하는 단계와,
    제1 목표 위치에 도착한 상기 조인트에 대한 응답으로, 상기 제1 목표 위치를 제2 목표 위치로 자동으로 변경하는 단계를 포함하는,
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 조인트와 관련된 브레이크를 풀어주는 단계를 포함하는,
    방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 촉각 피드백을 제공하는 단계는 상기 조인트와 관련된 브레이크를 작용시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 촉각 피드백은, 상기 조인트의 이동 방향이 반전되어야 한다는 것을 추가로 나타내는,
    방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 촉각 피드백을 제공하는 단계에서 상기 조인트가 상기 제1 목표 위치를 향해 이동하고 있는지 여부를 결정하는 것은 상기 제1 목표 위치에 대한 상기 조인트의 속도를 결정하는 것을 포함하는,
    방법.
  15. 복수의 기계 판독가능 명령을 포함하는 비일시적 기계 판독가능 매체이며,
    컴퓨터 지원 기기와 관련된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서가 청구항 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하도록 구성되는,
    비일시적 기계 판독가능 매체.
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