KR20230160816A - 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 비구속 마스터 장치의 작동 이상을 속도의 측정 및 검출을 기반으로 하여 검출하는 방법 및 관련 로봇 시스템 - Google Patents
의료 또는 외과 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 비구속 마스터 장치의 작동 이상을 속도의 측정 및 검출을 기반으로 하여 검출하는 방법 및 관련 로봇 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
의료 또는 외과 원격작동을 위한 로봇 시스템을 제어하는 데 사용되는, 핸드헬드의, 기계적으로 구속되지 않은 마스터 장치의 사용에 있어서의 적어도 하나의 이상 조건을 식별하는 방법이 기술된다.
이러한 방법은, 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 상기 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 포함한다.
상기 검출 가능한 이상은 다음 중 적어도 하나의 이상을 포함한다: 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 상기 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 상기 마스터 장치의 과도한 진동, 상기 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방.
상기 각각의 검출 가능한 이상은, 상기 이상이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 시스템 상태 변경과 연관된다. 이러한 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 퇴장 또는 원격 작동 상태로부터의 일시 정지를 포함한다.
상기 방법을 수행하도록 구성된, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템이 추가로 기술된다.
이러한 방법은, 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 상기 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 포함한다.
상기 검출 가능한 이상은 다음 중 적어도 하나의 이상을 포함한다: 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 상기 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 상기 마스터 장치의 과도한 진동, 상기 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방.
상기 각각의 검출 가능한 이상은, 상기 이상이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 시스템 상태 변경과 연관된다. 이러한 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 퇴장 또는 원격 작동 상태로부터의 일시 정지를 포함한다.
상기 방법을 수행하도록 구성된, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템이 추가로 기술된다.
Description
본 발명은 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 비구속 마스터 장치의 작동 이상을 검출하기 위한 방법, 및 전술한 방법을 수행하기 위해 구비된 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 이에 해당하는 마스터-슬레이브 로봇 시스템에 관한 것이다.
선행 기술에 대한 설명
로봇 원격 작동 수술의 맥락에서, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템과 관련하여, 해당 마스터 장치가 양호하게 작동하고 예상 조건에서 작동하는지, 효과적인 조치와 환자 안전을 보장하도록 조정되었는지를 실시간으로 평가하는 것은 매우 중요하며, 마스터 장치가 비정상적인 조건 또는 상황에서 작동하지 않는지를 실시간으로 확인하는 것 또한 중요하다.
이러한 필요성은 구속되지 않은, 자기적 또는 광학적으로 검출된 인터페이스가 구비된 마스터 장치의 맥락, 및 기계적으로 구속된 인터페이스가 구비된 마스터 장치의 맥락 둘 모두에서 존재한다.
(예를 들어, 동일 출원인의 문헌 WO-2019-220407, WO-2019-220408 및 WO-2019-220409에 나타낸 바와 같은, 효과적이고 유리한 솔루션으로서 최근에 주목받고 있는) 기계적으로 구속되지 않거나 "접지되지 않은" 마스터 장치의 맥락에서, 전술한 요건은 복잡한 기술적 도전을 제기한다.
특히, 마스터 장치가 기계적으로 구속되지 않거나 구동되지 않는 마스터-슬레이브 로봇 시스템에서, 마스터 장치의 제어되지 않은 작동 상황에서 파생되는 수술(또는 미세 수술) 장치로의 의도하지 않은 명령의 전송은 환자에 대한 위험을 피하기 위해 방지되어야 한다.
기계적으로 구속되지 않은(또는 "접지되지 않은" 또는 "비접지") 마스터 장치가 구비된 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 알려진 로봇 마스터-슬레이브 시스템은, 특히 마스터 장치의 작동 또는 조건에 있어서의 임의의 이상이 슬레이브 장치 및 이와 연관된 수술 기구의 작동에서의 결과적인 이상으로 식별될 수 있다는 사실에서 파생되는 매우 엄격한 안전 요구 사항을 고려할 때, 전술한 요구 사항에 대해 완전히 만족스러운 솔루션을 제공하지 않는다. 구속되지 않은 마스터를 갖는 로봇 수술을 위한 솔루션의 예는 외과의에 의해 마스터가 착용되는, 문헌 US-2011-118748 및 마스터 본체가 실질적으로 타원형을 갖는 문헌 WO-2020-0092170에 제시된다.
따라서, 이러한 맥락에서, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 제어 시스템에 의해 자동적으로 수행되는, 해당 응용 분야에서 요구되는 엄격한 안전 요구 사항을 충족하기 위해 효율적이고 신뢰할 수 있는 것과 같은, 실시간으로 마스터 장치의 임의의 비정상 작동 조건을 검증하기 위한 절차를 적용해야 할 필요성이 강하게 존재한다.
본 발명의 목적은 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 마스터 장치의 작동 이상을 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이는 선행 기술과 관련하여 위에 언급된 단점을 적어도 부분적으로 극복하고, 해당 기술 분야에서 특히 존재하는 앞서 언급한 필요성에 대응할 수 있게 한다. 이러한 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 달성된다.
이러한 방법의 추가의 구현예는 청구항 2 내지 청구항 26에 의해 정의된다.
본 발명의 또 다른 목적은 마스터 장치의 이상을 검출하기 위한 전술한 방법을 수행하는 단계를 포함하는, 마스터 장치의 검출된 이상을 관리하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 방법은 청구항 27에 의해 정의된다.
또한, 본 발명의 목적은 전술한 이상 검출 방법을 수행할 수 있는 의료 또는 외과 원격 수술을 위한 로봇 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 28에 따른 시스템에 의해 달성된다.
이러한 시스템의 추가의 구현예는 청구항 29 내지 청구항 52에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법의 추가의 특징부 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 지시적, 비제한적 예로서 주어진 바람직한 구현예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
- 도 1 및 도 2(a)-2(b)는 "그리퍼" 구조를 갖는 마스터 장치의 구현예에 적용된, 본 발명의 방법에 사용된 기하학적 파라미터 및 기준 시스템을 도시한다.
- 도 3(a) 및 도 3(b)는 방법 구현예에서 예상되는 마스터 장치 작업 공간으로부터의 입력(a) 및 출력(b) 전환을 도식적으로 도시한다.
- 도 4는 본 발명에 따른 원격 작동 시스템의 일 구현예를 도식적으로 도시하며, 해당 시스템에는 적어도 하나의 마스터 장치 작업 공간이 연관되어 있다.
- 도 4a는 마스터 장치 작업 공간을 갖는 원격 작동 시스템의 다른 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 5, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 6a, 도 6b는 전술한 마스터 장치 작업 공간의 일부 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 7 및 도 8은 본 방법의 일부 구현예에 따른, 마스터 장치의 속도에 기초하여 검출 가능한 일부 이상을 도식적으로 도시한다.
- 도 9 및 도 9a는 전술한 마스터 장치 작업 공간의 일부 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 10은 마스터 장치의 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 1 및 도 2(a)-2(b)는 "그리퍼" 구조를 갖는 마스터 장치의 구현예에 적용된, 본 발명의 방법에 사용된 기하학적 파라미터 및 기준 시스템을 도시한다.
- 도 3(a) 및 도 3(b)는 방법 구현예에서 예상되는 마스터 장치 작업 공간으로부터의 입력(a) 및 출력(b) 전환을 도식적으로 도시한다.
- 도 4는 본 발명에 따른 원격 작동 시스템의 일 구현예를 도식적으로 도시하며, 해당 시스템에는 적어도 하나의 마스터 장치 작업 공간이 연관되어 있다.
- 도 4a는 마스터 장치 작업 공간을 갖는 원격 작동 시스템의 다른 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 5, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 6a, 도 6b는 전술한 마스터 장치 작업 공간의 일부 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 7 및 도 8은 본 방법의 일부 구현예에 따른, 마스터 장치의 속도에 기초하여 검출 가능한 일부 이상을 도식적으로 도시한다.
- 도 9 및 도 9a는 전술한 마스터 장치 작업 공간의 일부 구현예를 도식적으로 도시한다.
- 도 10은 마스터 장치의 구현예를 도식적으로 도시한다.
도 1 내지 도 10을 참조하여, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템을 제어하는 데 사용되는, 작업자에 의해 손에 잡히고(지지되고), 기계적으로 구속되지 않는(즉, 기계적으로 접지되지 않은) 핸드헬드 마스터 장치의 사용에 있어서 적어도 하나의 이상/결함 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하기 위한 방법이 설명된다.
이러한 방법은, 하나 이상의 센서에 의해, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터를 검출하는 단계; 및 전술한 적어도 하나의 검출된 위치 벡터에 기초하여, 또는 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 포함한다.
전술한 검출 가능한 이상/결함은 마스터 장치의 사전 결정된 작업 공간에 대한 마스터 장치의 적어도 부정확한 위치 설정을 포함한다.
이러한 검출 가능한 이상/결함 각각은 이상/결함이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 시스템 상태 변경과 연관되며, 여기에서 이러한 적어도 하나의 상태 변경은 원격 작동 상태로부터 퇴장하는 단계를 포함한다.
일 구현 옵션에 따르면, 식별 단계는 전술한 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여 적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함 조건을 식별하는 단계를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 방법은 전술한 하나 이상의 센서에 의해, 전술한 위치 벡터의 시간에 따른 변화를 검출하는 단계를 추가로 포함한다.
일 구현예에 따르면, 방법은 전술한 마스터 장치 및 슬레이브 장치, 그리고 제어 유닛을 추가로 포함하는, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템의 맥락에서 수행된다.
마스터 장치는 기계적으로 접지되지 않고 수술 동안 외과의에 의해 손에 잡히도록 적용되고, 외과의의 수동 명령을 검출하고 각각의 제1 전기적 명령 신호를 생성하도록 구성된다.
적어도 하나의 슬레이브 로봇 어셈블리는 마스터 장치의 움직임이 슬레이브 장치의 원하고 제어되는 각각의 움직임을 초래하도록, 마스터 장치에 의해 제어되는 방식으로 환자의 해부학 구조에 대해 작동하도록 구성된 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 포함한다.
컴퓨터가 구비된 제어 유닛은, 마스터 장치로부터 전술한 제1 전기적 명령 신호를 수신하고, 제1 전기적 명령 신호에 기초하여 제2 전기적 명령 신호를 생성하고, 제2 전기적 명령 신호를 슬레이브 로봇 어셈블리에 제공하여, 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 작동시키도록 구성된다.
또한, 제어 유닛은 적어도 하나의 제3 전기적 신호를 수신하거나, 검출된 위치 벡터 및/또는 시간 경과에 따른 관련 변화를 나타내는 전술한 제1 전기적 신호를 수신하도록 전술한 하나 이상의 센서와 작동 가능하게 연결되고, 적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함을 식별하는 전술한 단계를 수행하도록 구성된다.
방법 구현예에 따르면, 검출 가능한 이상/결함은 허용된 바와 같은 사전 결정된 공간 한계를 벗어난 마스터 장치의 금지된 위치 설정을 적어도 검출하는 단계를 포함하고, 해당 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 전술한 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 검출된 위치를 전술한 사전 결정된 공간 한계를 나타내는 사전 결정된 한계 표면과 비교하는 단계;
- 검출된 위치가 전술한 사전 결정된 한계 표면 외부에 있는 경우, 마스터 장치의 전술한 금지된 위치 설정 이상/결함을 식별하는 단계.
마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 전술한 위치, 및 전술한 사전 결정된 한계 표면은, 원격 수술을 위한 로봇 시스템과 연관된 기준 좌표 프레임(x, y, z)에 대하여 정의되며, 사전 결정된 축(X, Y, Z) 및 사전 설정된 지점에서의 원점(O)을 갖는다.
전술한 방법 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 전술한 허용된 공간 한계는 구형의 작업 공간 또는 볼륨으로 정의되고, 전술한 사전 결정된 한계 표면은 이러한 구의 구형 표면이다.
전술한 방법 구현예의 또 다른 구현 옵션에 따르면, 전술한 허용된 공간 한계는 박스 또는 평행 육면체, 또는 일반적으로 폴리토프(즉, 반쪽 공간이 볼록 교차부)의 형태의 작업 공간 또는 볼륨으로 정의되고, 전술한 사전 결정된 한계 표면은 이러한 박스 또는 평행 육면체, 또는 폴리토프의 표면이다.
의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템이 조작 콘솔을 포함하는 일 방법 구현예에 따르면, 전술한 기준 좌표계는 로봇 시스템 콘솔 및/또는 전술한 적어도 하나의 수술용 의자와 일체화된다.
일 구현예에 따르면, 전술한 조작 콘솔은 외과의가 수술 중에 앉을 수 있는 적어도 하나의 착석면을 포함하는 적어도 하나의 수술용 의자를 포함하고, 전술한 기준 좌표계는 전술한 적어도 하나의 수술용 의자와 일체화된다.
일 구현예에 따르면, 방법은 슬레이브 수술 기구의 작동이 마스터 장치를 통해 외과의에 의해 주어진 수동 명령 및/또는 마스터 장치의 위치 및 배향에 의존하도록, 사전에 결정된 트래킹 볼륨 내에서 마스터 장치의 입력 위치 및 배향을 검출하기에 적합한 적어도 하나의 트래킹 시스템을 추가로 포함하는 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 로봇 시스템에 적용된다.
이러한 구현예의 일 구현 옵션에서, 전술한 마스터 장치 작업 공간은 전술한 트래킹 볼륨에 포함되거나, 트래킹 볼륨의 서브세트이다.
방법 구현예에 따르면, 전술한 위치를 검출하는 단계는 하나 이상의 자기 센서에 의해 수행된다.
각각의 자기 센서는, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점 중 각각의 하나에 배치되고, 원격 작동 수술을 위한 로봇 시스템의 일부에 구속된 자기장 발생기에 의해 생성된 자기장의 로컬 값을 검출하도록 구성된다.
이러한 경우, 기준 좌표계는 전술한 자기 이미터에 원점을 가지며, 3개의 직교 축(x, y, z)을 갖는다.
이미 전술한 바와 같은, 로봇 시스템이 트래킹 시스템을 포함하는 경우, 전술한 자기장 발생기는 이러한 트래킹 시스템에 속한다.
또 다른 방법 구현예에 따르면, 전술한 위치를 검출하는 단계는 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템과 연관되고/되거나 이에 구속되는, 적어도 하나의 광학 센서 또는 카메라에 의해 수행된다.
이러한 경우, 전술한 기준 좌표계는 광학 센서 또는 카메라의 내부 기준 좌표계이다.
이러한 구현예의 가능한 구현 옵션에 따르면, 전술한 적어도 하나의 광학 센서 또는 카메라는, 외과의와 일체형이 되도록, 수술용 의자에 구속되고/되거나, 이에 통합되고/되거나 외과의에 착용될 수 있는 지지대에 장착된다.
방법 구현예에 따르면, 원격 작동 시작 공간은 사전 결정되며, 이는 마스터 장치의 작업 공간, 즉, 마스터 장치 작업 공간의 서브세트에 포함된다.
이러한 경우, 방법은 마스터 장치의 검출된 위치가 전술한 원격 작동 시작 공간 내에 위치하는 경우에만, 원격 작동의 개시를 허용하는 단계, 또는 준비 점검 단계의 개시를 허용하는 단계를 포함한다.
마스터 장치가 공통 축에 대해 상대적으로 회전 또는 병진하도록 구속된 2개의 고정된 부품을 포함하는, 핸드헬드이고, 구속되지 않은 경우에서의 방법 구현예에 따르면, 전술한 위치를 검출하는 단계는, 각각의 센서에 의해, 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 위치 벡터 및/또는 시간 경과에 따른 위치 벡터, 마스터 장치의 전술한 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화된 제1 지점, 및 장치의 전술한 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화된 제2 지점을 검출하는 단계를 포함한다.
실제로, 이러한 방법은, 예를 들어, 마스터 장치의 전술한 고정된 부품 중 적어도 하나(또는 둘 모두)의 길이방향 연장에 직교하는 공통 횡방향 축에 대해 회전하도록, 탄성적으로 구속된 2개의 고정된 부품을 갖는 "그리퍼" 구조(예를 들어 도 1 및 도 2에 도시됨)를 갖는 마스터 장치에 적용될 수 있다.
이러한 방법은 또한, 예를 들어, 마스터 장치의 전술한 부품 중 적어도 하나(또는 둘 모두)의 길이방향 연장과 일치하는 길이방향 축을 따라 병진하도록, 탄성적으로 구속된 2개의 고정된 부품을 갖는 "펜" 구조(도 10)를 갖는 마스터 장치에 적용될 수 있다.
방법의 다양한 가능한 구현예에 따르면, 전술한 계산 단계는, 전술한 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 위치 벡터를 계산하는 단계, 또는 전술한 적어도 2개의 검출된 지점 중 하나의 위치 벡터를 계산하는 단계를 포함한다.
추가의 구현 옵션에 따르면, 전술한 계산 단계는, 다음의 추가 지점 중 적어도 하나의 위치 벡터를 검출하는 단계를 포함한다: 전술한 2개의 검출된 지점 사이의 중간점 및/또는 전술한 마스터 장치의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치 회전 조인트의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치 프리즘형 조인트의 무게 중심.
마스터 장치 본체가 2개의 팁 또는 자유 단부를 포함하며, 여기에서 제1 팁 또는 단부는 마스터 장치의 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고 제2 팁 또는 자유 단부는 장치의 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화된 방법 구현예에 따르면, 전술한 2개의 검출 가능한 지점은 마스터 장치의 전술한 2개의 팁 또는 자유 단부 중 각각에 해당하고/하거나 이에 연관된다.
일 구현예에 따르면, 마스터 장치가 허용된 공간 한계를 벗어난 것으로 결정되는 경우, 방법은 로봇 시스템에 의한 원격 작동을 즉시 중단하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 경우, 이상/결함의 검출에 의해 결정된 시스템 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 로봇 시스템의 즉각적인 퇴장, 또는 원격 작동 상태의 즉각적인 일시 중단이다.
바람직하게는, 허용된 공간 한계는 원격 작동을 위해 특별히 구축된 작업 공간을 정의하며, 이는 마스터 장치의 위치의 물리적 측정 공간에 상응하지는 않는다.
일 구현예에 따르면, 마스터 장치가 근접 임계치(ε) 이내에서, 전술한 공간 한계 및/또는 배향 한계에 근접하는 것으로 결정되는 경우, 방법은, 조작자가 공간 한계를 퇴장하고 이에 따라 원격 작동으로부터의 퇴장을 회피하는 방식으로 행동하게 하도록, 청각 및/또는 시각 통신 신호에 의해, 허용된 공간 한계에 대한 장치의 근접 조건을 조작자에게 통신하는 추가의 단계를 포함한다.
일 구현 옵션에 따르면, 전술한 통신 신호는 청각 신호로서, 이는 근접 임계치(ε)와 공간 한계에 해당하는 표면 사이의 간격에서, 공간 한계로부터 마스터 장치 또는 슬레이브 장치의 거리가 감소함에 따라, 그 빈도를 증가시킨다.
일 구현 옵션에 따르면, 전술한 통신 신호는 시각 신호로서, 이는 근접 임계치(ε)와 공간 한계에 해당하는 표면 사이의 간격에서, 공간 한계로부터 마스터 장치 또는 슬레이브 장치의 거리가 감소함에 따라, 시각 신호의 통신의 빈도를 증가시킨다.
이러한 구현예의 다양한 가능한 구현 옵션에 따르면, 이러한 방법은, 마스터 장치가 허용된 공간 한계로 복귀했다는 것이 실시간으로 검출될 경우; 또는, 대안적으로, 마스터 장치가 허용된 공간 한계로 복귀했다는 것이 실시간으로 검출되더라도, 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 방지하고 원격 작동 및/또는 예비 재정렬 작업을 준비하고 시작하기 위한 절차를 다시 시작하기 위해, 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 허용하는 단계를 추가로 포함한다. 전술한 허용된 공간 한계는 마스터 장치 작업 공간 또는 원격 작동 시작 공간에 의해 정의된다.
일 구현예에 따르면, 마스터 장치 작업 공간은 슬레이브 장치를 원격 작동으로 이동시킬 수 있는 원격 작동 볼륨으로서 정의된다.
일 구현예에 따르면, 전술한 원격 작동 볼륨 주위에는, 기계가 제한된 원격 작동을 제공하는, 일시 중단된 원격 작동 볼륨이 정의된다.
이를 자세히 설명하면, 일시 중단된 원격 작동 볼륨은 마스터 장치 작업 공간 주위로 확장되며 마스터 장치 작업 공간보다 크다; 이러한 일지 중단된 원격 작동 볼륨은 로봇 시스템이 제한된 원격 작동에 해당하는, 일시 중단된 원격 작동을 제공하는 볼륨이다.
바람직하게는, 이러한 제한된 원격 작동은 제어 지점 병진 이동을 방지한다. 다른 구현 옵션에 따르면, 제한된 원격 작동은 슬레이브 장치의 임의의 이동을 방지한다.
일시 중단된 원격 작동을 제공하는 전술한 구현예에서, 방법은 마스터 장치가 작업 공간 한계로부터 퇴장하고 일시 중단된 원격 작동 볼륨에 진입할 경우 원격 작동 상태로부터 일시 중단된 원격 작동 상태로 스위칭하는 단계를 추가로 포함한다.
일 구현 옵션에서, 일시 중단된 원격 작동 볼륨으로의 진입 또는 이로부터 퇴장하는 것은 청각 및/또는 시각 및/또는 촉각 신호로 사용자에게 표시된다.
일 구현예에 따르면, 원격 작동 볼륨의 임계치를 초과할 경우 및/또는 일시 중단된 원격 작동 볼륨의 외부 임계치를 초과할 경우, 원격 작동은 종료된다.
일 구현예에서, 방법은, 마스터 장치가 일시 중단된 원격 작동 볼륨으로부터 작업 공간 한계로 복귀했다는 것이 검출될 때, 원격 작동의 재시작과 함께, 로봇 시스템이 원격 작동 상태로 복귀하는 것을 허용하는 단계를 포함한다.
일 구현예에서, 일시 중단된 원격 작동 볼륨으로부터 원격 작동 볼륨으로 스위칭될 때, 시스템은 모션과의 정렬 단계로 진입하며, 여기에서 슬레이브 장치는 마스터 장치의 새로운 포즈(위치, 배향)에 도달하기 위해 이동할 수 있다.
일 구현 옵션에서, 모션과의 정렬 단계는 슬레이브 장치의 수술 기구의 제어지점의 배향만을 이동시킬 수 있다.
일 구현 옵션에 따르면, 슬레이브 장치의 수술 기구의 개방/폐쇄 자유도("그립")의 배향 및 자유도를 이동시키는 것이 가능하다.
일 구현예에서, 모션과의 정렬 단계로의 진입은, 일부 검증 체크가 통과된 경우에만 허용되며, 전술한 검증 체크는 적어도 다음의 체크를 포함한다: 특정 임계치 미만의 마스터-슬레이브 배향에서의 오정렬, 및/또는 슬레이브 작업 공간 내에서 도달 가능한 마스터의 배향 포즈.
마스터 장치 및 슬레이브 장치의 이동이 스케일 팩터에 의해 스케일링되는 방법 구현예에 따르면, 슬레이브 장치 및/또는 원격 작동 시작 공간 및/또는 일시 중단된 원격 작동 볼륨의 전술한 작업 공간은 스케일 팩터와 함께 증가한다.
로봇 시스템이 2개의 마스터 장치를 포함하는 방법 구현예에 따르면, 방법은, 마스터 장치 중 단 하나만이 허용된 공간 한계를 퇴장하는 경우, 원격 작동으로부터 퇴장하고/하거나 마스터 장치 둘 모두의 원격 작동을 일시 중단시키는 단계를 포함한다.
다른 구현예에 따르면, 방법은 슬레이브 장치가 허용된 슬레이브 장치 작업 공간 내에 있는지를 검증하는 단계를 추가로 포함한다.
이러한 경우, 슬레이브 장치가 허용된 슬레이브 장치 작업 공간 밖에 있는 것으로 검증되면, 방법은 슬레이브 장치 위치 설정 이상이 나타났음을 사용자에게 알리고, 로봇 시스템에 의한 해당 원격 작동을 즉시 중지하는 단계를 포함한다.
이러한 구현예의 다양한 가능한 구현 옵션에 따르면, 이러한 방법은, 마스터 장치의 추가의 이동에 이어서, 슬레이브 장치가 슬레이브 장치의 허용된 공간 한계로 복귀했다는 것이 실시간으로 검출될 경우 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 허용하는 단계를 추가로 포함하거나; 대안적으로, 방법은 슬레이브 장치가 슬레이브 장치의 허용된 공간 한계로 복귀했다는 것이 실시간으로 검출되더라도, 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 방지하는 단계, 및 원격 작동 및/또는 예비 재정렬 작업을 준비하고 시작하기 위한 절차를 다시 시작하는 단계를 포함한다.
본 방법의 일 구현 옵션에 따르면, 슬레이브 장치 작업 공간은 슬레이브 장치의 관절형 수술 기구(즉, "엔드 이펙터(end effector)")의 가능한 포즈 및/또는 배향의 결과로서 슬레이브 장치의 제어 지점에 의해 도달할 수 있는 모든 위치의 공간 세트를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 방법은, 검출된 각각의 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 기반으로 하여, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 전술한 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 선형 속도 및/또는 각속도 및/또는 선형 가속도 및/또는 각가속도를 계산하는 추가의 단계를 포함한다.
또 다른 구현예에 따르면, 방법은, 검출된 각각의 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 기반으로 하여, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 전술한 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 선형 속도 또는 각속도를 계산하는 추가의 단계를 포함한다.
다시 도 1 내지 도 10을 참조하여, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템을 제어하는 데 사용되는, 작업자가 손으로 잡기에(또는 지지되기에) 적합하고, 기계적으로 구속되지 않는(즉, 접지되지 않은) 핸드헬드 마스터 장치의 사용에 있어서 적어도 하나의 이상/결함 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하기 위한 방법에 관한, 본 발명의 추가의 양태가 이제 설명된다.
이러한 방법은, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계; 및 전술한 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 포함한다.
전술한 검출 가능한 이상/결함은 다음 중 적어도 하나의 이상을 포함한다: 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 마스터 장치의 과도한 진동, 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방.
전술한 각각의 검출 가능한 이상/결함은 이상/결함이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 시스템 상태 변경과 연관된다. 이러한 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 퇴장 또는 원격 작동 상태로부터의 일시 정지를 포함한다.
방법 구현예에 따르면, 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는:
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 전술한 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터, 및 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 검출하는 단계;
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 전술한 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 전술한 위치 벡터 및 각각의 벡터의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여 계산하는 단계를 포함한다.
다른 방법 실시예에 따르면, 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는, 하나 이상의 속도 센서에 의해 속도 벡터를 검출하는 단계를 포함한다.
방법 구현예에 따르면, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 선형 속도가 검출되거나 계산된다.
다른 방법 구현예에 따르면, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 각속도가 검출되거나 계산된다.
일 구현예에 따르면, 방법은 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템에 적용되며: 시스템은:
- 전술한 마스터 장치로서, 기계적으로 접지되지 않고 수술 동안 외과의가 손으로 잡을 수 있도록 적용되고, 외과의의 수동 명령을 검출하고 각각의 제1 전기적 명령 신호를 생성하도록 구성되는, 전술한 마스터 장치;
- 적어도 하나의 슬레이브 로봇 어셈블리로서, 마스터 장치의 움직임이 슬레이브 장치의 원하고 제어되는 각각의 움직임을 초래하도록, 마스터 장치에 의해 제어되는 방식으로 환자의 해부학 구조에 대해 작동하도록 구성된 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 포함하는, 적어도 하나의 슬레이브 로봇 어셈블리;
- 컴퓨터가 구비된 제어 유닛으로서, 마스터 장치로부터 전술한 제1 전기적 명령 신호를 수신하고, 제1 전기적 명령 신호에 기초하여 제2 전기적 명령 신호를 생성하고, 제2 전기적 명령 신호를 슬레이브 로봇 어셈블리에 제공하여, 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 작동시키도록 구성되는, 제어 유닛을 포함한다.
제어 유닛은 전술한 검출 또는 계산된 속도 벡터를 나타내는 적어도 제3 전기적 신호를 수신하도록 전술한 하나 이상의 센서와 작동 가능하게 연결된다.
적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함을 식별 및 인식 및/또는 구별하는 전술한 단계는 이러한 제어 유닛에 의해 수행된다.
일 구현예에 따르면, 속도 벡터는 기준 좌표계로 지칭된다.
일 구현 옵션에 따르면, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템, 및 전술한 기준 좌표계는 전술한 로봇 시스템 콘솔과 일체화된다.
일 구현 옵션에 따르면, 방법은, 슬레이브 수술 기구의 작동이 마스터 장치를 통해 외과의에 의해 주어진 수동 명령 및/또는 마스터 장치의 위치 및 배향에 의존하도록, 사전에 결정된 트래킹 볼륨 내에서 마스터 장치의 입력 위치 및 배향 및/또는 속도를 검출하기에 적합한 적어도 하나의 트래킹 시스템을 추가로 포함하는 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 로봇 시스템에 적용된다.
이러한 경우, 전술한 기준 좌표계는 전술한 트래킹 시스템에 의해 정의된다.
마스터 장치가 공통 축에 대해 상대적으로 회전 또는 병진하도록 구속된 2개의 고정된 부품을 포함하는, 구속되지 않은 핸드헬드 마스터 장치인 방법의 일 구현 옵션에 따르면, 전술한 속도를 검출 및/또는 계산하는 단계는 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계를 포함하며, 여기에서 제1 지점은 마스터 장치의 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고, 제2 지점은 장치의 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화된다.
마스터 장치의 동일한 구성을 계속 참조하는, 본 방법의 또 다른 구현 옵션에 따르면, 속도를 검출 및/또는 계산하는 전술한 단계는, 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도, 및/또는 다음의 추가 지점들 중 적어도 하나의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계를 포함한다: 2개의 검출된 지점 사이의 중간점 및/또는 마스터 장치의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치의 회전 조인트의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치의 프리즘형 조인트의 무게 중심.
일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치 본체는 2개의 자유 단부 또는 팁을 포함하며, 여기에서 제1 자유 단부 또는 팁은 마스터 장치의 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고, 제2 자유 단부 또는 팁은 마스터 장치의 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화된다. 이러한 경우, 전술한 2개의 검출 가능한 지점은 마스터 장치의 전술한 2개의 자유 단부 또는 팁에 각각 해당하고/하거나 이에 연관된다.
일 방법 구현예에 따르면, 전술한 이상/결함 중 단지 하나만이 결정되는 경우일자라도, 시스템에 부여되는 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 로봇 시스템의 즉각적인 퇴장, 또는 원격 작동 상태의 즉각적인 일시 중단이다.
전술한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 이러한 방법은 이전에 검출된 이상/결함의 종료가 실시간으로 검출될 경우, 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 허용하는 단계를 추가로 포함한다.
전술한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 방법은 이전에 검출된 이상의 중단이 실시간으로 검출되더라도 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 억제하는 단계를 대신 제공하고, 원격 작동 및/또는 예비 재정렬 작동의 준비 및 시작을 위한 절차를 재시작한다.
검출 가능한 이상/결함이 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 방법은 다음 단계를 포함한다: 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도를 선형 속도 또는 각속도 임계값과 비교하는 단계; 및 전술한 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도가 전술한 선형 또는 각속도 임계값을 초과하는 경우, 마스터 장치의 과도한 속도와 연관된 전술한 이상/결함을 식별하는 단계.
이러한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 전술한 이상/결함이 검출될 경우, 로봇 시스템은 원격 작동으로부터 퇴장한다.
이러한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 전술한 이상/결함이 검출될 경우, 로봇 시스템은 상이한 기계 상태로 진입한다.
일 구현 옵션에 따르면, 이러한 상이한 기계 상태는 일시 중단된 원격 작동 상태, 즉, 적어도 슬레이브 장치의 제어 지점의 병진 이동을 방지하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 회전 이동을 제한하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 모든 이동을 방지하는 제한된 원격 작동 상태이다.
다른 구현 옵션에 따르면, 전술한 제한된 원격 작동 단계에서, 방법은 슬레이브 장치의 병진이 억제되는 동안 슬레이브 장치가 마스터 장치의 배향에 맞춰 그 자신을 정렬하면서, 해당 배향된 방향으로 이동하는 모션과의 정렬을 수행하는 단계를 포함한다.
검출 가능한 이상/결함이 슬레이브 장치에 의한 추종 불능과 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다: 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도를 슬레이브 장치가 마스터 장치를 올바르게 따르는 상태를 유지하기 위해 허용할 수 있는 최대 선형 속도 또는 각속도와 연관된 속도 임계값과 비교하는 단계; 및 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도가 최대 허용 가능한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 전술한 속도 임계값을 초과하는 경우, 슬레이브 장치에 의한 추종 불능과 연관된 전술한 이상/결함을 식별하는 단계.
검출 가능한 이상/결함이 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다: 마스터 장치의 검출 또는 계산된 속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 검출 또는 계수하는 단계; 이에 이어서, 전술한 방향 변화의 수 또는 빈도를 각각의 임계값과 비교하는 단계; 및 최종적으로, 계수 또는 검출된 방향 변화의 수 또는 빈도가 전술한 각각의 임계값을 초과하는 경우 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 전술한 이상/결함을 식별하는 단계.
전술한 바와 같이, 시간 윈도우에서의 마스터 장치의 속도의 방향 변화를 모니터링하는 단계는 외부 자기장에 기인하는, 가변적일 수 있거나 신호 대 노이즈 비를 감소시키는 것과 같은, 임의의 자기장 교란을 검출할 수 있게 할 수 있으며, 따라서, 이는 가변적일 수 있거나 신호 대 잡음비를 감소시키는 것과 같을 수 있으며, 따라서 검출된 위치 신호의 전술한 진동의 형태로 전술한 교란을 결정하게 할 수 있다.
안전 임계값을 초과하는 "저크"(위치 벡터의 3차 도함수)가 있는 이벤트를 식별하는 단계와 관련하여, 이러한 방법의 장점 중 하나는 교란 이벤트 또는 단일-방향 변화보다는 진동 이벤트를 분리하기 위한 모션 반전을 고려한다는 것이다.
일 구현 옵션에서, 속도 반전 이벤트의 식별은 관련 가속도 및 저크 벡터가 특정 허용 가능 임계치 내에 있다는 조건으로 제한된다. 즉, 검출된 속도의 복수의 방향 변화는 가속도 벡터 및/또는 저크 벡터와 비교된다.
직관적이지 않은 이동과 관련된 또 다른 유형의 이상/결함 체크는 임의의 방향을 따르는 마스터 장치의 저크 과잉을 감지하여 결정할 수 있다. 이러한 유형의 이벤트는, 예를 들어, 솔리드 표면에 대한 마스터 장치의 충격과 연관될 수 있다. 저크는 (예를 들어, 전술한 2개의 센서를 통한) 마스터 장치의 위치 정보로부터 얻어진 다음, 3개 성분의 벡터 모듈러스를 계산하고, 이를 기준 임계값과 비교하여 가능한 이상/결함 경고를 발행할 수 있다.
다시, 검출 가능한 이상/결함이 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다: 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동을 검출하는 단계; 이에 이어서, 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동이 각각의 임계치를 초과하는 경우 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 전술한 이상을 검출하는 단계.
마스터 장치 본체가 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 적어도 회전하도록 조인트, 바람직하게는 탄성 조인트에 구속된 2개의 고정된 부품을 포함하는 일 구현예에 따르면, 검출 가능한 이상/결함은 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상 개방이다.
이러한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 선형 속도를 계산하는 단계;
- 계산된 개방 선형 속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따를 수 있는 임계 선형 속도(v_thr)와 비교하는 단계;
- 전술한 계산된 개방 속도가 전술한 임계 선형 속도(v_thr)를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상/결함 상태를 식별하는 단계.
이러한 구현예의 또 다른 구현 옵션에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 각속도를 계산하는 단계;
- 계산된 개방 각속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따를 수 있는 임계 각속도(ω_thr)와 비교하는 단계;
- 전술한 계산된 개방 각속도가 전술한 임계 각속도(ω_thr)를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상/결함 상태를 식별하는 단계.
전술한 내용을 참조하는, 일 구현 옵션에 따르면, 외과의의 손으로부터의 마스터 장치의 드롭을 검출하기 위해, 아래쪽을 향하는 마스터 장치의 가속도 및/또는 속도 성분의 정보에 의존하는 것이 가능하다.
전술한 내용을 참조하는, 일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치는 공통 축을 중심으로 회전하도록 서로 구속된 2개의 고정된 부품을 가지며, 전술한 고정된 부품은 상대적으로 멀어지도록 탄성적으로 편향되고, 외과의의 손으로부터의 마스터 장치의 드롭을 검출하기 위해, 마스터 장치의 비자발적 개방을 검출하는 단계, 즉, 탄성 편향 작용에 의해 결정된 2개의 고정된 부품 사이의 상대 거리 이동을 검출하는 단계에 의존하는 것이 가능하다. 비자발적 개방의 검출은 각속도, 및/또는 각가속도, 및/또는 선형 속도, 및/또는 선형 가속도에 대한 정보에 의해 얻어질 수 있다.
마스터 장치의 2개의 고정된 부품의 상대적(각 및/또는 선형) 거리 속도 정보를 사용하는 것은, 예를 들어, 속도가 각 고정된 부품의 위치 벡터 및/또는 시간 경과에 따른 변화로부터 출발하여 계산되는 경우, 연산 효율에 있어서 유리하다.
일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 드롭은 2개의 센서의 속도 사이의 관계에 대한 정보를 사용하여 검출되며, 여기에서 전술한 2개의 센서는 마스터 장치의 2개의 고정된 부품과 각각 연관된다. 일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 드롭은 2개의 센서의 가속도 사이의 관계에 대한 정보를 사용하여 검출되며, 여기에서 전술한 2개의 센서는 마스터 장치의 2개의 고정된 부품과 각각 연관된다.
마스터 장치가 공통 축을 중심으로 회전하도록 구속된 2개의 고정된 부품을 가지며, 전술한 고정된 부품은 상대적으로 멀어지도록 탄성적으로 편향되는 일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 드롭 동안, 다음의 2가지 현상이 발생된다: (i) 마스터 장치의 비자발적 개방 및 (ii) 마스터 장치의 관성 회전; 따라서, 각각의 센서의 (검출 및/또는 계산된) 속도 벡터는, 제한된 지속 기간 중 적어도 하나의 과도 기간 동안(또한 일부 경우에서, 드롭의 전체 지속 기간 동안), 아래쪽을 향하는 제1 성분 및 마스터 장치의 관성 회전에 기인할 수 있는 제2 성분을 가지며; 이러한 구현 옵션에서, 2개의 속도 벡터들 사이의 각도("각도")의 검출은 매우 낮고, 예를 들어, 드롭 시점에서 최소이고; 각 센서의 속도 벡터 사이의 비교("차이")에 의해 제공되는 잔류 진동의 평가치는 매우 높다(예를 들어, 최대임). 즉, 매우 낮은(예를 들어, 최소인) 경우에서의 2개의 센서의 속도 벡터 사이의 각도는, 둘 모두 아래쪽을 향할 때의 특정 경우에서의 속도 사이에 높은 정도의 일관성을 나타내고; 2개의 속도 벡터 사이의 비교(차이)에서의 높은 정도의 변동은 드롭 이벤트를 나타낸다.
검출 가능한 이상/결함이 트래킹 기준 프레임의 원점의 변위와 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 마스터 장치의 위치 측정에 사용되는 각각의 실제 또는 가상 센서의 선형 속도를 계산하는 단계;
- 주어진 시간 윈도우 내에서 각각의 속도 벡터가 일차 상수 성분으로 표현될 수 있는지의 여부를 계산하는 단계;
- 모든 생성된 속도 벡터가 서로 평행하고 일관성이 있는지의 여부, 또는 이들이 적절한 속도 벡터 영역에 속하는지의 여부를 계산하는 단계;
- 서로 평행하고 일관된 속도 벡터의 전술한 조건이 발생하지 않거나, 적절한 속도 벡터 영역에 속하지 않는 경우, 기준 트래킹 프레임의 원점의 변위와 관련된 이상/결함을 식별하는 단계.
일 구현예에 따르면, 방법은 이후 언급되는 모든 검출 가능한 이상/결함을 검출하는 단계를 포함한다: 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 마스터 장치의 과도한 진동, 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방.
로봇 시스템이 2개의 마스터 장치를 포함하는 일 구현예에 따르면, 방법은, 마스터 장치 중 단 하나만이 전술한 검출 가능한 이상/결함 중 어느 하나만을 갖는 경우, 원격 작동으로부터 퇴장하고/하거나 마스터 장치 둘 모두의 원격 작동을 일시 중단시키는 단계를 포함한다.
외과 또는 의료 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 마스터 장치에서 식별된 이상/결함을 관리하는 방법이 이제 설명된다.
이러한 방법은 전술한 구현예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 이상/결함 상태를 식별하기 위한 방법을 수행하는 단계를 포함하며; 이상/결함 중 적어도 어느 하나가 결정되는 경우, 방법은 슬레이브 장치의 수술 기구의 원격 작동 및 이동을 정지시키거나 즉시 중단시키는 단계를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 방법은, 가속도 센서에 의해, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 선형 가속도 또는 각가속도를 검출하는 단계를 추가로 포함한다.
이미 위에서 언급되었고 여기에서 보다 상세히 설명되는 다른 구현예에 따르면, 방법은, 전술한 검출된 위치 벡터 또는 전술한 검출 또는 계산된 속도 벡터, 또는 시간 경과에 따른 각각의 변화에 기초하여, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 선형 가속도 또는 각가속도를 계산하는 단계를 포함한다.
이러한 구현예의 일 구현 옵션에 따르면, 전술한 가속도 벡터를 검출 및 계산하는 단계는, 시간 경과에 따른 위치 벡터 변화를 나타내는 벡터의 N개 샘플의 플로팅 윈도우에 의해, 그리고 그립과 관련된 자유도에 대해 2차 다항식, 및 마스터 장치 병진 및 배향에 관련된 자유도에 대해 3차 다항식을 사용하는 보간법에 의해, 가속도 벡터를 계산하는 단계를 포함한다.
일 구현 옵션에 따르면, 가속도는 속도 벡터의 검출 및 이에 따른 시간적 변화에 기초하여 계산된다.
일 구현 옵션에 따르면, 가속도는 하나 이상의 센서에 의해 직접 검출되며, 여기에서 이러한 하나 이상의 센서는 가속도계이다.
방법의 다양한 가능한 구현예에 따르면, 이상/결함을 검출하기 위한 기초로서, 전술한 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점 각각에 대해, 선형 가속도 및/또는 각가속도 및/또는 선형 속도 및/또는 각속도 및/또는 직교 좌표로 표현된 위치 및/또는 극좌표 또는 각도 좌표로 표현된 위치가 계산되거나 검출된다.
일 방법 구현예에 따르면, 전술한 가속도 벡터를 검출 및/또는 계산하는 단계는, 적어도 2개의 센서에 의해, 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 2개의 지점 각각의 가속도 벡터를 검출 및/또는 계산하는 단계; 이에 이어서 센서가 위치한 지점 사이의 중간 지점에 해당하는, 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 가상 지점의 가속도 벡터를 계산하는 단계를 포함한다.
예를 들어, "그리퍼" 마스터 장치에서, 이러한 중간점은 "그리퍼" 마스터 장치의 하나 이상의 센서에 의해 기술되는 개방 원주 호 상에 위치할 수 있다.
제어 지점이 단 하나인 경우, 6개의 자유도, 즉 위치의 3개 자유도 및 배향의 3개 자유도가 검출될 수 있다.
2개의 제어 지점이 제공되는 경우, 마스터 장치 본체의 개방/폐쇄 각도를 나타내는, 그립과 연관된, 제7의 자유도를 검출하는 것이 가능하다.
일 구현예에 따르면, 방법은, 전술한 가속도 벡터에 기초하여, 다음에 언급되는 것들 중 하나 이상의 추가 이상/결함을 검출하는 추가의 단계를 포함한다: 마스터 장치의 비자발적 드롭 및/또는 마스터 장치의 과도한 가속도 및/또는 마스터 장치의 갑작스럽고 비자발적인 개방.
검출 가능한 이상/결함이 마스터 장치의 비자발적 드롭인 방법 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 검출된 2개의 지점 중 적어도 하나의, 중력 축에 평행한 수직 가속도 성분(ay)을 검출 및/또는 계산하는 단계;
- 검출 또는 계산된 수직 가속도 성분(ay)을 수직 가속도 임계치(ay_thr)와 비교하는 단계;
- 전술한 수직 가속도 성분(ay)이 관계식 ay > ay_thr에 따라, 전술한 수직 가속도 임계치(ay_thr)를 초과하는 경우, 마스터 장치의 비자발적 드롭과 연관된 이상/결함을 식별하는 단계.
일 구현 옵션에 따르면, 수직 가속도 임계값(ay_thr)은 중력 가속도(g)와 같거나, 또는 중력 가속도(g)에 가까운 값이다.
일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 전술한 적어도 2개의 검출 지점의 각각의 가속도 벡터가 중복성 및/또는 추가 검증을 위해 제공된다.
실제로, 전술한 적어도 2개의 지점의 계산된 가속도 측정의 일관성은 이상 결정의 추정을 향상시킴으로써 해당 추정 프로세스에 필요한 시간 윈도우를 추가로 감소시킬 수 있다.
2개의 지점의 가속도의 계산된 측정의 불일치는 마스터 장치의 회전으로 인한 드롭 또는 2개의 센서 사이의 고정된 조건의 파손과 연관될 수 있다.
마스터 장치의 동일한 기계 부품에 2개의 센서를 장착하는 특정 경우, 측정 동작은 그대로 중복된다.
검출 가능한 이상/결함이 (예를 들어, 사용자에 의한 핸들링으로 부여되는) 마스터 장치의 과도한 가속도인 일 방법 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 전술한 적어도 2개의 검출된 지점 중 적어도 하나의 가속도 벡터 모듈러스(atot)를 검출 및/또는 계산하는 단계;
- 검출 및/또는 계산된 가속도 벡터 모듈러스(atot)를 총 가속도 임계치(atot_thr)와 비교하는 단계;
- 관계식 atot > atot_thr에 따라, 전술한 가속 벡터 모듈러스(atot)가 전술한 총 가속도 임계치(atot_thr)를 초과하는 경우, 마스터 장치의 과도한 가속도와 연관된 이상을 검출하는 단계.
일 구현 옵션에 따르면, 전술한 수직 가속도 임계치(ay_thr)는 전술한 총 가속도 임계치(atot_thr) 미만이다.
예를 들어, 관계식 atot = 3 · ay가 사용될 수 있다.
일 구현 옵션에 따르면, 총 가속도 임계값(atot_thr)은 2g 내지 4g의 범위에 속한다.
일 구현예에 따르면, 마스터 장치의 두 개의 검출 지점 모두의 가속도가 계산된다.
이러한 구현예의 다른 가능한 구현 옵션들에 따르면, 전술한 검출된 지점 중 적어도 하나가 임계 가속도를 초과하거나, 가상 중간점이 임계 가속도를 초과하거나, 전술한 2개의 지점 사이의 상대 가속도가 임계치를 초과하는 경우, 경보 트리거 상태가 발생한다.
일 구현 옵션에 따르면, 전술한 총 가속도 임계치(atot_thr)는 마스터 장치와 슬레이브 장치 사이의 모션의 스케일링 팩터의 감소에 따라, 및/또는 사용자에 의해 선택되고 원격 작동되는 마스터-슬레이브 이동에 적용되는 스케일링 팩터의 감소에 따라 증가하도록 정의된다.
일 응용예에 따르면, 로봇 미세 수술 분야에서, 스케일링 팩터는 7x 내지 20x의 범위로 정의될 수 있다. 분명히, 이러한 스케일링 팩터가 클수록(예를 들어, 슬레이브 이동이 20X으로 스케일링됨), 트리거 임계치는 커진다.
일반적인 구현 옵션에서, 스케일링 팩터는 특정 상황에 따라 사용자가 설정할 수 있다.
마스터 장치가 사용자의 손에 눌려지거나 단단히 고정되지 않을 경우 이러한 부품을 적어도 각을 이루며 개방하는 경향이 있는 탄성 조인트에서 상호 연결된 2개의 고정된 부품으로 이루어진 일 방법 구현예에 따르면, 검출 가능한 이상/결함은 마스터 장치의 비자발적 개방이다. 이러한 상황은, 특히 외과의가 통제력을 상실한 경우, 예를 들어 마스터 장치가 그의 손을 빠져나와, 마스터 장치가 드롭되거나, 조인트의 스프링으로 인한 스냅핑에 의해 개방되기 때문에 발생할 수 있다.
이러한 경우, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- (이전에 개시된 바와 같은) 가속도 벡터 및/또는 전술한 2개의 검출 가능한 지점 각각의 시간 경과에 따른 각각의 변화를 검출 및/또는 계산하는 단계;
- 전술한 검출 및/또는 계산된 가속도 벡터에 기초하여, 마스터 장치의 2개의 고정된 부품의 개방 각속도(ω)를 계산하는 단계;
- 계산된 개방 각속도(ω)를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따르는 임계 각속도(
_thr)와 비교하는 단계;
- 전술한 계산된 개방 각속도(ω)가 전술한 임계 각속도(ω_thr)를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상/결함 상태를 식별하는 단계.
- 유사한 구현 옵션에 따르면, 전술한 계산, 비교 및 식별 단계는 각속도가 아니라 각가속도 또는 선형 가속도에 대해 수행된다.
마스터 장치가 사용자의 손에 눌려지거나 단단히 고정되지 않을 경우 이러한 부품을 적어도 각을 이루며 개방하는 경향이 있는 탄성 조인트에서 상호 연결된 2개의 고정된 부품으로 이루어지고, 검출 가능한 이상/결함은 마스터 장치의 비자발적 개방인 경우를 다시 참조하는 또 다른 구현 옵션에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 검출 가능한 2개의 지점 각각의 위치 벡터 및 시간 경과에 따른 각각의 변화를 검출하는 단계;
- 검출된 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여, 전술한 검출 가능한 2개의 지점 사이의 거리의 시간 경과에 따른 변화를 계산하는 단계;
- 전술한 거리의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여, 마스터 장치의 개방 선형 속도(v)를 계산하는 단계;
- 계산된 개방 선형 속도(v)를 임계 선형 속도(v_thr)와 비교하는 단계;
- v > v_thr인 경우 전술한 이상 조건을 식별하는 단계.
일 방법 구현예에 따르면, 사전 결정된 공간 한계를 벗어난 마스터 장치의 금지된 위치 설정 검출, 사전 결정된 공간 한계를 벗어난 슬레이브 장치의 금지된 위치 설정 검출, 마스터 장치의 과도한 속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 전술한 마스터 장치의 과도한 진동, 및 추가적으로, 마스터 장치의 비자발적 드롭, 마스터 장치의 과도한 가속도 및 마스터 장치의 갑작스럽고 비자발적인 개방의 전술한 이상/결함이 모두 동시에 검출된다.
유리하게는, 이러한 구현예는 최대의 가능한 안전성을 목표로 하는 광범위한 스펙트럼의 체크를 수행할 수 있게 한다.
본 발명은 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 마스터 장치에서 식별된 이상을 관리하는 방법을 추가로 포함한다.
이러한 방법은 전술한 구현예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 이상 조건을 식별하는 방법을 수행하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은, 전술한 이상/결함 중 적어도 어느 하나가 결정되는 경우, 환자의 안전을 보호하기 위해, 슬레이브 장치의 원격 작동 및 수술 기구(즉, "엔드-이펙터")의 이동을 중지 또는 일시 중단시키는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명은 적어도 하나의 마스터 장치, 적어도 하나의 슬레이브 장치 및 제어 유닛을 포함하는 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템을 추가로 포함한다.
적어도 하나의 마스터 장치는 기계적으로 접지되지 않고 수술 동안 외과의에 의해 손에 잡히도록 적용되고, 외과의의 수동 명령을 검출하고 각각의 제1 전기적 명령 신호를 생성하도록 구성된다.
적어도 하나의 슬레이브 장치, 또는 슬레이브 로봇 어셈블리는, 적어도 하나의 마스터 장치 각각에 의해 제어되는 방식으로 환자의 해부학 구조에 대해 작동하도록 구성된 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 포함한다.
컴퓨터가 구비된 제어 유닛은, 마스터 장치로부터 전술한 제1 전기적 명령 신호를 수신하고, 제1 전기적 명령 신호에 기초하여 제2 전기적 명령 신호를 생성하고, 제2 전기적 명령 신호를 슬레이브 로봇 어셈블리에 제공하여, 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 작동시키도록 구성된다.
제어 유닛은, 본 명세서에 도시된 구현예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 이상 조건을 식별하는 방법을 수행하도록 추가로 구성된다.
로봇 시스템의 일 구현예에 따르면, 로봇 시스템 제어 유닛은, 다음의 단계를 수행함으로써, 적어도 하나의 이상/결함 조건을 식별하도록 구성된다:
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터를 검출 또는 계산하는 단계;
- 전술한 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상/결함 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계.
전술한 검출 가능한 이상/결함은 다음 중 적어도 하나의 이상을 포함한다: 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 마스터 장치의 과도한 진동, 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방.
전술한 각각의 검출 가능한 이상은, 전술한 이상이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 시스템 상태 변경과 연관된다. 이러한 상태 변경은, 예를 들어, 원격 작동 상태의 퇴장 또는 원격 작동 상태의 일시 정지를 포함한다.
검출 가능한 이상/결함이 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함인 일 구현예에 따르면, 로봇 시스템은, 마스터 장치의 검출 또는 계산된 속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 검출 또는 계수하고; 전술한 방향 변화의 수 또는 빈도를 각각의 임계값과 비교하고; 전술한 계수 또는 검출된 방향 변화의 수 또는 빈도가 각각의 임계값을 초과하는 경우 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 전술한 이상/결함을 식별하도록 구성된다.
마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함을 또한 검출하는 것을 목표로 하는 일 구현예에 따르면, 로봇 시스템은, 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동을 검출하고, 전술한 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동이 각각의 임계치를 초과하는 경우 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함을 식별하도록 구성된다.
로봇 시스템의 일 구현예에 따르면, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 적어도 회전하도록, 조인트(OJ), 바람직하게는 탄성 조인트에 구속된 2개의 고정된 부품((180, 190), (780, 790))을 포함한다. 로봇 시스템은 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 선형 속도 또는 각속도를 계산하고, 계산된 개방 선형 속도 또는 각속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 의존할 수 있는 각각의 임계 선형 속도 또는 임계 각속도와 비교하도록 구성된다.
일 구현 옵션에 따르면, 로봇 시스템은 계산된 개방 속도가 전술한 임계 선형 속도를 초과하거나, 계산된 개방 각속도가 전술한 임계 각속도를 초과하는 경우, 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상/결함 조건을 검출하도록 구성된다.
또 다른 구현 옵션에 따르면, 로봇 시스템은 전술한 계산된 개방 속도가 임계 선형 속도를 초과하거나, 전술한 계산된 개방 각속도가 임계 각속도를 초과하는 경우, 마스터 장치의 드롭과 연관된 이상/결함 조건을 검출하도록 구성된다.
로봇 시스템의 일 구현예에 따르면, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 회전하도록 구속된 2개의 고정된 부품((180, 190), (780, 790))을 포함하며; 이러한 고정된 부품은 탄성 편향 작용에 의해 서로 상대적으로 멀어지도록 탄성적으로 편향된다.
로봇 시스템은, 마스터 장치의 비자발적 개방의 검출, 및/또는 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품 사이의 상대적 거리 이동의 검출에 기초하여, 마스터 장치의 드롭과 연관된 이상/결함 조건을 검출하도록 구성되며, 여기에서 거리는 전술한 탄성 편향 작용에 의해 결정된다.
이러한 구현예의 다른 가능한 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치의 비자발적 개방의 검출은 2개의 고정된 부품의 각속도, 및/또는 각가속도, 및/또는 선형 속도, 및/또는 선형 가속도로부터 획득된 정보에 기초하여 수행된다.
일 구현 옵션에 따르면, 로봇 시스템은 마스터 장치의 2개의 고정된 부품과 각각 연관되고, 2개의 고정된 부품의 각각의 속도를 검출하도록 구성되는 2개의 센서를 포함한다. 이러한 경우, 로봇 시스템은 2개의 센서에 의해 검출된 속도 사이의 관계에 대한 정보에 기초하여 마스터 장치의 드롭을 인식하도록 구성된다.
시스템의 일 구현 옵션에서, 마스터 장치 본체는 각각의 사전 결정가능한 위치에 하나 이상의 센서를 수용하기 위한 시트를 포함한다.
일 시스템 구현예에 따르면, 마스터 장치 본체는 일회용이며, 따라서 일반적으로 플라스틱으로 제조된다.
시스템의 다른 구현예에 따르면, 마스터 장치 본체는 금속(예를 들어, 티타늄)으로 제조되며, 멸균 가능하다.
도 1 내지 도 10을 참조하여, 보다 일반적인 용어로 이전에 정의된 방법의 일부 구현예는 비제한적인 예를 통해 아래에서 보다 자세히 설명된다.
마스터 장치의 이상 체크는 실제 이동에 대해 최소 대기 시간으로 개입하기 위해, 원격 조작을 위한 로봇 시스템 내로 도입된다.
일 구현예에서, 수행되는 일련의 작동 동작은, 예를 들어 가속도 측면에서, 마스터 장치의 모든 이동 자유도에 대한 정보 획득; 이에 이어서, 획득된 신호의 필터링; 마스터 장치에 대한 하나 이상의 이상/결함 검사 평가; 수행된 체크에 기초하는, 마스터 장치의 임의의 결함 또는 이상의 검출; 사용자 인터페이스(UI) 및 슬레이브 장치의 엔드 포인트를 사용하는 로봇 시스템의 기계 상태 제어 유닛과의 통신을 포함한다.
(이미 언급된) 방법의 일부 구현예에서 수행된 이상/결함 체크에 대한 추가의 세부사항은 비제한적인 예로서 이하에서 제공된다.
마스터 장치의 드롭("마스터 드롭").
이러한 체크의 목적은 외과의의 손에서 마스터 장치가 비자발적으로 드롭하는 것을 식별하는 것이다. 이러한 체크는 마스터 장치의 가속도(또는 위치) 검출을 기초로 한다(압력-민감성 표면부와 같은, 다른 양을 감지하기 위한 추가 센서가 필요하지 않음).
해당 원리는 가속도의 검출, (노이즈의 영향을 받더라도) 위치 정보로부터의 가속도 도출, 및 중력 벡터의 (아래쪽) 방향을 따르는 가속도의 순간 값 계산으로 구성된다.
이러한 가속도가 중력 가속도에 필적하는 임계치에 도달하는 경우 해당 체크와 관련하여 이상 경고가 발행된다.
이하에서, 글로벌 기준 시스템에서, 중력장은 축(-Y)을 따라 배향된다고 가정한다.
예를 들어, 가속도 추정은 축(Y)의 다항식 피팅의 사용, 이에 이어지는 이의 계수 조작에 의한 해당 다항식의 이중 미분을 기반으로 한다.
다양한 사용 가능한 피팅 기술 중, 예를 들어 Solezky-Golay 필터를 기초로 하는 솔루션을 언급할 수 있다. 이러한 솔루션은 2W+1 샘플의 윈도우를 취하고 이를 행렬을 곱하는 것으로 작동 가능하게 구성된 FIR(Finite Impulse Response) 필터에서와 같이, 도출된 다항식을 표현하는 것을 특징으로 한다. 이러한 행렬은 다음의 2개의 파라미터에 의존한다: 윈도우의 크기(절반 폭(W)을 가짐) 및 다항식의 차수.
윈도우의 크기는 샘플링 시간, 원하는 계산 지연 시간, 신호 노이즈에 의존한다.
다항식의 차수는 위치 신호의 특성에 의존한다.
필터는 저역 통과 필터이며, 여기에서 컷오프 주파수는 문헌에 알려진 관계식에 따라 다음과 같이 표현될 수 있다:
컷오프(Hz) = Dt * (차수+1)/(3.2*윈도우-4.6)
일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치는 2개의 검출 위치(즉, 2개의 센서)를 갖는다. 이러한 경우, 이들 중 어느 하나가 임계치를 초과하는 경우, 이상 경고가 발행된다.
해당 추정에 사용되는 윈도우가 넓을수록 전술한 알고리즘을 사용하는 추정 자체가 보다 양호하다는 점에 유의해야 한다. 반면, 원도우가 좁을수록, 반응 시간은 짧아진다.
전술한 요건 사이에서 적절한 절충안을 선택하기 위한 기준은, 마스터 장치의 비직관적이고 바람직하지 않은 이동(예를 들어, 마스터의 드롭 이동) 동안의 제어되는 슬레이브 장치에 의해 이동하는 공간의 양이다. 비직관적 이동 동안의 제어되는 슬레이브 장치에 의한 경로에 허용되는 최대 거리는 D로 정의되고, 해당 상황에서의 마스터의 최대 속도는 M으로 정의되며, 이어서 최대 윈도우 폭(W)은 다음의 관계식으로 표현된다:
W = 2 D/M/T + 1,
여기에서, T는 샘플링 시간이다.
최대 가속도 초과
비직관적 이동과 관련된 또 다른 유형의 이상 체크는 임의의 방향을 따르는 마스터 장치의 과도한 가속이다. 해당 이벤트는 전술한 "마스터 드롭"에 설명된 동일한 기술을 사용하여, 가속도 성분의 검출 또는 추정에 기초하여 성분 별로 식별될 수 있다.
이 경우, 3개의 성분의 벡터 모듈러스는 임계치과 비교되어, 이상 경고를 발행한다.
마스터 장치가 갑작스런 개방
그립과 관련된 자유도를 갖는 마스터 장치의 경우, 예를 들어, 작업자가 마스터 장치 또는 마스터 장치 상의 그립을 제어할 수 없는 비정상적인 상황을 나타내는 것으로 간주되는, 마스터 장치 그립의 가능한 갑작스런 개방(즉, 작업자에 의해 명령된 개방의 경우에 발생하는 것에 비해 지나치게 빠른 개방)에 대한 추가 체크가 수행될 수 있다.
개방 속도의 추정은, 예를 들어, "마스터 드롭" 경우에 대해 전술한 것과 동일한 다항식 피팅을 사용하지만, 해당 특정 조건과 연관된 상이한 파라미터를 사용하여 수행된다.
이러한 피팅으로부터 얻은 개방 각도(또는 "그립 각도")의 추정 속도는 해당 이상을 평가하는 데 사용된다.
공간 한계를 벗어난 마스터 장치.
또 다른 이상 체크는 작업자 이동에 대해 규정된 공간 한계와 관련된다. 이러한 한계는 특정 외과 대상의 사용성 고려 사항 및 마스터 장치의 위치를 계산하는 데 사용되는 센서 시스템의 한계를 기반으로 정의된다.
이러한 한계와 관련하여 2가지의 주요 시나리오가 식별될 수 있다: 작업 공간의 중심에 있는 구체; 또는 평행 육면체 또는 박스-형상 표면.
마스터 장치가 이러한 볼륨의 한계에 도달하는 경우, 이상 알림이 사용자에게 제공된다.
구속된 기계적 인터페이스가 구비된 마스터 장치의 맥락에서, 이러한 한계는 기계적 인터페이스의 한계에 따라 달라진다.
구속되지 않은 기계적 인터페이스가 구비된 마스터 장치의 맥락에서, 광학 검출이 고려되는 경우, 작업 공간은 트래킹 중인 특징부를 식별하는 데 필요한 최소 해상도를 고려하여 구축된 각 카메라의 원뿔 트렁크의 교차점이다. 자기 트래킹 시스템이 고려되는 경우, 작업 공간은 자기장의 감쇠에 따라 달라지는 한계를 갖는다.
바람직하게는, "작업 공간"은 원격 작동을 위해 특별히 구축된 작업 공간이다. 따라서 "작업 공간"은 측정 정보를 검출할 수 없는 물리적 공간을 나타내기 위한 것이 아니라, 외과 원격 작동의 활동을 위해 특별히 정의되고 허용되는 보다 좁은 공간을 나타낸다.
예를 들어, "작업 공간"은 신호 품질 기준(노이즈)이 허용 가능한 임계치 내에 있는 공간의 영역이고/이거나, "작업 공간"은 작업자의 점유 위치에 대한 주변 위치와 같은, 사용성과 관련하여 선택되는 작업 영역이다.
일 구현예에 따르면, 마스터 장치와 관련된 3개의 작업 공간이 정의되며, 여기에서 전술한 3개의 작업 공간은 바람직하게는 적어도 부분적으로 상호 침투되는 것이 바람직하다.
1. "마스터 측정 가능 작업 공간": 이는 원격 작동에 허용되지 않는 오류 값의 영향을 받더라도, 마스터 장치의 유효한 위치 또는 회전 정보를 얻을 수 있는 작업 공간이다. 이러한 작업 공간은 측정 시스템의 원점을 기준으로 임의의 기하학적 형상을 갖는다. 이러한 형상은 측정 유형에 따라 달라질 수 있다: 예를 들어, 광학 측정 시스템의 경우 원뿔, 자기 측정 시스템의 경우 반-절단 구형.
2. "작업자 사용 가능 작업 공간": 이는 작업자가 그 안에서 원격 작동할 수 있는 "마스터 측정 가능 작업 공간" 내의 작업 공간이다. 이러한 공간은 원격 작동 활동을 위한 적절한 정확도 값을 가져야 하며 동시에 작업자의 인체 공학과 일치해야 한다. 바람직하게는, 해당 공간은 디스플레이 시스템이나 물리적 가이드를 통해 구분할 수 없는 경우 작업자가 이해할 수 있는 형상을 갖는다. 실제로, 사용성 기준에 있어서, 작업자가 그 한계를 인식할 수 있도록 작업 공간을 형성하는 것이 중요하다.
즉, 전술한 "작업자 사용 가능 작업 공간"은 다음과 같이 선택되는 것이 바람직하다:
(i) 작업자가 이해할 수 있고, 따라서 측정 시스템이 아닌 콘솔을 참조함;
(ii) 인체 공학에 유용하지 않은 "마스터 측정 가능 작업 공간"의 영역을 피하도록 크기가 축소됨(이는 광학 트래킹 시스템과 달리, 신체를 투과하는 자기 시스템의 경우 특히 중요함);
(iii) 원격 작동 품질 기준의 함수로서 크기가 축소됨;
(iv) 현장 무균 작동으로 인해 마스터 장치를 배치할 수 없는 영역을 축소시킴.
바람직하게는, 본 특허의 목적에 있어서, "마스터 장치 작업 공간"이라는 용어는 이러한 "작업자 사용 가능 작업 공간"을 나타내는 것으로 의도된다.
3. "시작 작업 공간": 이는, 마스터 장치가 원격 작동에 진입하는 시점에 위치되는 "작업자 사용 가능 작업 공간" 내의 작업 공간이다. "작업자 사용 가능 작업 공간"과 관련하는 이러한 제한의 이유는, 에지 근처에서 시작하게 되면 작업자가 작업 공간을 빠르게 퇴장할 수 있다는 사실에 기인한다. 일 구현 옵션에 따르면, "시작 작업 공간"은 "시작 작업 공간"을 사용하는 마스터-슬레이브 스케일 팩터를 기반으로 동적으로 구성될 수 있다.
아래에 나타내는 공간 임계치에 대한 고려 사항은, 작업자 사용 가능 작업 공간으로부터의 퇴장 및 시작 작업 공간으로의 진입에 적용될 수 있다.
따라서, 일 구현 옵션에 따르면, 시스템은 원격 작동에 진입할 때 마스터 장치가 "시작 작업 공간" 내부에 있고, 원격 작동 중 마스터 장치가 "작업자 사용 가능 작업 공간"으로부터 퇴장하지 않는다는 것을 검증한다.
작업 공간의 경계는 우발적 및 특정 조건에 따라 달라질 수 있다: 예를 들어, 작업 공간은 마스터 장치를 보관하기 위해 특별히 포함된 포켓이 작업자의 위치에 가까울지라도 배제해야 한다.
일 구현 옵션에 따르면, 원격 작동으로의 제1 진입에서, 각 마스터 장치의 위치는 독립적으로 고정되고, 이로 인해 슬레이브 장치의 적절한 스케일 변환이 발생하여, 작업 공간의 엣지 근처에서 원격 작동이 시작되는 것을 회피한다.
예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 예시적인 일 구현예에 따르면, 임계치(T)에 의해 제한되는 작업 공간 영역(315)에 대한 진입 및 퇴장의 안전 평가에 사용되는 공간 기준 임계치(T)가 정의되는 경우, 해당 임계치를 정확하게 평가하고 진동을 최소화하도록 측정 오류가 고려되어야 한다.
따라서 Z를 최대 노이즈(E)의 영향을 받는 위치(X)의 측정값이라고 가정하면, Z = X +- E가 된다.
X < T가 임계치 내에서 정의되고 X > T가 임계값 외부로 정의되도록 한다.
작업 공간 영역(315) 외부인 상황(X >> T) 및 안정된 진입 상태인 작업자, 즉 마스터 장치(310)가 측정치(Z)의 함수로서 오차 범위를 고려하여 추정되도록 한다.
따라서, Z < T-E로 설정함으로써, 2가지 경우를 대체하여 작업자가 확실히 작업 공간 영역(315) 내에 있다는 안정적인 기준을 얻는다는 것이 관찰된다. 임의의 다른 주요 값(Z)는 기준 X < T를 충족시키지 않는다.
X + E < T - E 또는 X < T - 2 E
X - E < T - E 또는 X < T
이러한 예를 다시 따르면, 작동자, 즉 마스터 장치(310)가 작업 공간 영역(315)내에 있다고 가정하면(X << T), Z > T + E는 대체 X > T를 위해 추구되는 기준이 된다. T 및 E에 대하여 Z의 조건에 따라 적용함으로써, 사용성 또는 안전성 기준에 따라 진입 또는 퇴장을 지연시키도록 선택할 수 있다.
내부 에지(T-E)가 항상 선택되는 경우, 퇴장에 대해 안전성이 우선되고 진입에 대해 사용성이 우선된다. 도 3은 작업 공간(315)으로부터 에지 영역(317)으로 진입/퇴장하는 마스터 장치(310)를 도시하며, 여기에서 에지 영역(317)은 노이즈(E)를 고려하여 임계치(T)로부터 정의된다.
마스터 장치의 과도한 진동.
마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 추가의 이상/결함이 검출되는 일 구현예에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 소정의 임계치를 초과하는 속도 벡터의 이동을 검출하는 단계;
- 마스터 장치의 검출 또는 계산된 속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 검출 또는 계수하는 단계;
- 전술한 방향 변화의 수 또는 빈도를 각각의 임계값과 비교하는 단계;
- 전술한 계수 또는 감지된 방향 변화의 수 또는 빈도가 전술한 각각의 임계값을 초과하는 경우, 전술한 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상/결함을 식별하는 단계.
속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 계수하는 단계는, 예를 들어, 주어진 기간, 예를 들어 0.2 초 내에 발생한다. 이에 의해, 외과의-로봇 시스템의 대역은 통상적으로 5 Hz이므로, 시스템은 마스터 장치를 통해, 10 Hz 모션 커맨드가 입력으로서 제공되는지의 여부를 인식한다. 이러한 기능은 단계별 필터를 적용할 때 발생하는 것과 같이 해당 상황을 제거하는 대신 이상을 나타내는 것으로 식별하려 한다.
마스터 장치 속도의 모니터링하는 단계는 사전 결정된 시간 간격에서 충분히 많은 수의 진동을 인식할 수 있게 하며, 예를 들어 속도가 방향을 바꿀 때를 식별하고, 사전 결정된 임계치를 초과하는 주어진 진폭을 초과하는 진동의 수를 (부동 또는 고정된) 시간 윈도우에서 계수할 수 있게 한다.
이러한 기능은, 특히 자기 트래킹 시스템의 경우, 또한 마스터 장치의 검출된 위치 신호의 진동의 형태로 검출된 외부 자기장에 의한 임의의 자기장 교란을 검출하는 데 유용할 수 있다.
단일-방향 사례는 여기에서 자세히 설명된다. 연속 신호의 속도 반전은 시간 경과에 따른 이의 도함수의 최소 또는 최대 지점으로서 얻을 수 있다. 고정 샘플링(dT(초))을 갖는 단일 축 위치 신호가 주어지면, (i) 다항식 필터링 및 피팅을 사용하고, (ii) 길이(2W + 1)의 플로팅 윈도우에 대한 보팅의 다양한 모드에서 이를 평가할 수 있다.
"(i) 피팅"의 경우: 적어도 2차 다항식으로 위치 피팅을 수행하고, 가속도가 0인지를 계산하고; 이에 이어서 속도가 주어진 윈도우에서 추정된다. "(ii) 플로팅 윈도우"의 경우: 순간 변환 속도의 로컬 샘플은 [-V0,V0]로 구성되고 -V0보다 작은, 임계치(V0)를 초과하는 상대 속도 값에 해당하는 3개의 심볼(P Z N)에 삽입된다. 이러한 알고리즘은 LZ 샘플이 속도 0(최대, 0)인 제1 지점 앞에 음수가 아닌 값의 균일한 시퀀스가 오고 그 뒤에 양수가 아닌 값 또는 반전이 오는 제1 지점을 반전 지점으로 간주한다.
제1 구현은 다음과 같은 정규식을 사용하는 패턴 인식을 기반으로 한다: [NZ]{L1,}[PZ]{L1,} 또는 [PZ]{L1,}[NZ]{L1,}. 반전 지점은 제1 경우의 마지막 및 첫번째 심볼(N, P)과 제2 경우 경우의 심볼(P, N) 사이의 중간점이다. 속도가 0인 지점을 가질 필요는 없다.
제2 구현에서, 시퀀스(P N)은 각각의 P 및 N의 연속적인 발생의 수를 계수하는 플로팅 윈도우에 저장된다. 길이(W)의 플로팅 윈도우는 P 및 N이 교대로 있을 경우 최대 W개의 요소가 모두 1을 의미하거나, 모두 P 또는 N인 경우 1개의 요소를 의미한다. 이러한 발생 순서(C1...CK)에 대해 최대 스크롤링 알고리즘을 사용하여 최대 지점을 얻고, 이를 Ci로 설정한다. 이에 이어서, Ci >= L1이고 C(i-1) >=L1 또는 C(i+1) >=L1인 경우, 반전 지점이 얻어진다.
바람직하게는, 측정 시스템이 어떤 이유로든 샘플을 제공하지 않는 경우, 시스템은 재설정되고 플로팅 윈도우를 채우기 시작한다.
이 시점에서, 시스템은 시간 경과에 따라 반전 지점을 누적한다. 마지막 2개의 반전 지점이 사전 결정된 임계치를 초과하는 시간 거리를 갖는 경우, 반전 계수는 재설정된다. 이에 이어서, 2개의 반전 지점 사이의 거리가 평가되고, 해당 값이 주어진 임계치를 초과하는 경우, 반전의 수는 증가된다.
위의 내용을 3차원의 경우로 확장하면, 가능한 솔루션은 독립적인 축으로 작업하고 3개의 고유 속도 방향 변화 식별자(축당 하나)를 갖는 것이다.
3차원 경우를 참조하는 또 다른 구현예는 1차원적 경우에 대해 이미 논의된 것을 참조하여 후술하는 바와 같이 조합된 방식으로 작업한다: 반전 지점은 3차원 위치 기초하여 추정되고, 벡터 사이의 거리는 진동의 진폭을 추정하는 데 사용된다.
"(i) 피팅"에 의한 지점 추정의 경우, 위에서 제시한 다항식 피팅과 동일한 접근법이 적용되지만, 3차원 경우로 확장된다. 이러한 개념은 다항식 또는 다항식의 시퀀스(스플라인)로 위치를 표현한 다음, 접선 상대 속도를 계산하고 마지막으로 이를 값(Vr)으로 사용한다는 것이다. 한 가지 가능한 기술은 B-스플라인 피팅이다. 이 문제는 최소 제곱 최적화로 해결할 수 있으며, 주로 원하는 제어 지점의 수에 의해 제어된다. 바람직한 가설은 필터링을 기반으로 하는 피팅의 연속 추정이다. 그렇지 않은 경우, 반전의 추정은 아래에 설명된 바와 같이 접선 및 수직 운동 성분으로 이전 벡터에 대해 각각의 새로운 속도 벡터를 분해할 3차원 궤적의 곡선 표현을 기반으로 한다: 시간(P1, P2)에서의 주어진 두 지점에 있어서, 속도 벡터를 V2 = P2 - P1로 정의한다. 제3 지점(P3)이 주어지는 경우, 새로운 속도 벡터(V3 = P3 - P2)가 이전 성분(V3 = v3t V3 + V3N)에 대해 어떤 역할을 하는지는 평가할 수 있다. 성분(v3t)은 상대 속도이므로 단일-축 솔루션에서 Vr로서 사용할 수 있다.
예를 들어, 0.1 mm의 정확도로 100 Hz에서 샘플링된 최대 5 Hz의 자연 진동을 갖는 신호가 있다고 가정한다.
마스터 장치의 비자발적 개방.
일 구현 옵션에 따르면, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방 및 폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 적어도 회전하도록, 조인트, 바람직하게는 탄성 조인트에 구속된 2개의 고정된 부품을 포함하고, 방법은, 검출 및/또는 계산된 속도 벡터를 기반으로 하여 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 각속도(ω)를 계산하는 단계를 포함한다.
따라서, 이러한 구현 옵션에 따르면, 방법은 다음의 단계를 추가로 포함한다:
- 계산된 개방 각속도(ω)를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따를 수 있는 임계 각속도(ω_thr)와 비교하는 단계;
- 관계식 ω > ω_thr에 따라, 전술한 계산된 개방 각속도(ω)가 전술한 임계 각속도(
_thr)를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상/결함 상태를 식별하는 단계.
일 구현 옵션에 따르면, 임계 각속도 값(ω_thr)은 0.15 내지 0.50 rad/초의 범위에 속한다.
- 유사한 구현 옵션에 따르면, 전술한 계산, 비교 및 식별 단계는 각속도가 아니라 각가속도 또는 선형 가속도에 대해 수행되며, 이는 예를 들어 속도 벡터 및/또는 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 모니터링하는 단계에 의해 얻을 수 있다.
마스터 장치가 사용자의 손에 눌려지거나 단단히 고정되지 않을 경우 이러한 부품을 적어도 각을 이루며 개방하는 경향이 있는 탄성 조인트에서 상호 연결된 2개의 고정된 부품으로 이루어지고, 검출 가능한 이상/결함은 마스터 장치의 비자발적 개방인 경우를 참조하는 또 다른 구현 옵션에 따르면, 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 검출 가능한 2개의 지점 각각의 위치 벡터 및 시간 경과에 따른 각각의 변화를 검출하는 단계;
- 검출된 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여, 전술한 검출 가능한 2개의 지점 사이의 거리의 시간 경과에 따른 변화를 계산하는 단계;
- 전술한 거리의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여, 마스터 장치의 개방 선형 속도(v)를 계산하는 단계;
- 계산된 개방 선형 속도(v)를 임계 선형 속도(v_thr)와 비교하는 단계;
- v > v_thr인 경우 전술한 이상/결함 조건을 식별하는 단계.
임계 속도는 2개의 고정된 부분 사이의 접근 속도 임계치 및/또는 거리 속도 임계치일 수 있다.
예를 들어, 작동 조건에서, 그리고 마스터 장치 본체가 슬레이브화된 슬레이브의 개방/폐쇄 자유도를 제어하도록 적용된 병진의 선형 자유도를 갖는 것을 제공하는 구현예에 따르면, 마스터 장치 본체에 가해지는 반경 방향 압력 작용은 2개의 고정된 부품의 거리를 결정하여, 수술 기구에 파지 작용(개방/폐쇄)을 부여한다.
바람직하게는, 병진에 있어서 서로 구속된 마스터 장치의 2개의 고정된 부품의 병진의 상대 선형 속도를 계산하는 단계를 제공하는 이러한 구현 옵션은, 2개의 고정된 부품 사이의 회전식 조인트를 갖는 마스터 장치에서의 비자발적 개방을 참조하여 전술한 구현예에서와 같이, 마스터 장치의 제어되지 않은 거동을 나타내는 이상/결함 조건을 식별할 수 있게 한다.
따라서, 요약하면, 일 방법 구현예에 따르면, 벡터 가속도, 즉 마스터 장치의 모듈러스 및 선형 방향 또는 각도 방향에서 벡터 가속도를 측정 또는 계산함으로써, 적어도 다음의 정보가 얻어진다:
- 마스터 장치 드롭 : 가속도가 G와 같고 아래쪽으로 향하는 경우, 슬레이브가 아래쪽으로 향하는 것을 방지하고 따라서 가능하게는 환자를 향하는 것을 방지하기 위해 로봇 시스템은 즉시 정지된다.
- 마스터 장치는 임의의 방향에서 과도한 가속도(예를 들어, 3G 이상)을 가짐; 이 경우에도, 로봇 시스템은 즉시 정지된다.
- 마스터 장치의 의도하지 않은 개방 : 마스터 장치의 2개의 지점의 상대 가속도가 전술한 2개의 사이(이 사이에는 조인트가 있고, 조인트를 개방하기 위한 적합한 스프링이 있음)의 탄성 복귀 가속도를 초과하는 경우.
마스터 장치의 벡터 가속도는 하나 이상의 가속도계에 의해 직접 검출되거나, 위치 벡터의 변화를 모니터링하는 단계로부터 유도되고, 차례로 검출된다.
전술한 바와 같이, 본 방법은 위치 및 배향 측정을 특징으로 하는, 외과 원격 작동의 로봇 시스템을 위한 마스터 장치 인터페이스의 광범위한 클래스에 관한 것이다.
특히, 힌지 또는 힌지 조인트로 폐쇄될 수 있는 2개의 부품 또는 팁이 구비된 마스터 장치가 예로서 고려된다. 각각의 부품은 직접 측정되거나 차감되는 위치 측정과 연관된다.
슬레이브 장치, 특히 이와 연관된 미세 수술 기구(또는 "엔드-이펙터")의 제어를 위해, 마스터 기준 좌표계(또는 "마스터 프레임") 및 각각의 원점(또는 "마스터 프레임 원점" MFO)이 정의될 수 있다.
마스터 장치의 하나 이상의 기준점의 위치는, 모든 경우, 전술한 마스터 기준 좌표계 좌표에 대하여, 이러한 좌표계 원점(MFO)에 대하여 정의된다.
이미 언급한 바와 같이, 일부 구현예에서, 마스터 기준 좌표계, 및 마스터 장치의 관련 위치는, 예를 들어, 적절하게 선택된 지점에서 마스터 장치 상에 배치된 광학 마커를 사용하여 직접 측정된다. 이러한 경우, 마스터 장치의 파지 각도는 다른 기술, 예를 들어 자기 인코더로 측정된다.
마스터 장치가 항상 "파지"되고, 2개의 부품이 조인트에 힌지되어 있는 다른 구현예에서, 방법은 마스터 장치의 전술한 2개의 부품(또는 각각의 팁) 각각의 위치를 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 경우, 마스터 장치의 2개의 부품 각각은 전술한 일반 마스터 프레임(MFO)의 원점에 대하여 표현된, 이의 기준 좌표의 프레임(여기에서 각각 MF#1 및 MF#2로서 표시됨)과 연관된다.
일반 마스터 프레임(원점(MFO)을 가짐)과 마스터 장치의 부품의 마스터 프레임(MF#1 및 MF#2) 사이의 좌표 변환은, 예를 들어, 위치 및 방향의 평균을 구하는 단계에 의해, 2개의 마스터 프레임(MF#1 및 MF#2) 사이의 평균으로서, 공지된 좌표 변환 기술에 의해 표현될 수 있다.
이러한 경우, 마스터 장치의 2개의 부품에 대해 수행된 측정은 최대 12개의 검출된 자유도를 제공할 수 있다: 제1 마스터 장치 부분에 대한 3개의 위치 좌표 및 3개의 배향 값; 제2 마스터 장치 부분에 대한 3개의 위치 좌표 및 3개의 배향 값.
이러한 검출은 (또한 중복적으로) 항상 마스터 장치의 기계적 구조의 7개의 자유도를 검출할 수 있게 한다.
도면에 도시되고 방법에서 사용되는 좌표계와 관련하여, MFO로 표기된 기준 프레임은 마스터 장치(예를 들어, 마스터 장치 작업 공간과 연관됨)에 대한 일반 기준 프레임(또는 "마스터 프레임" 또는 "마스터 프레임 원점")이고; MF#1 및 MF#2(도 1)로 표시된 기준 프레임은 마스터 장치의 2개의 부품과 일체화된 로컬 기준 프레임(또는 "마스터 프레임")이고; 기준 프레임(MFM)(도 1), MF1 및 MF2(도 4, 도 4a 및 도 6b)는 마스터 장치와 일체화된 로컬 기준 프레임(예를 들어, 2개의 센서가 마스터 장치와 일체화되어 위치되는 지점 사이의 가상 중간점과 연관됨)이고; 기준 프레임(SFO)(도 4a)은 슬레이브 장치(예를 들어, 슬레이브 장치의 작업 공간과 연관됨)에 대한 일반 기준 프레임(또는 "슬레이브 프레임 원점")이라는 점에 주목해야 한다.
도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 예는 힌지 조인트와 그리퍼의 2개의 아암의 팁(여러번 언급된 마스터 장치의 "2개의 부분"에 해당함) 사이의 대략 중간에서 파지하는 손의 손가락의 힘을 인가하는 것에 연관된 "그리퍼" 유형 마스터 장치를 나타낸다. 이러한 유형의 마스터 장치는 총 7개의 자유도: 3개의 배향 자유도, 3개의 위치 자유도, 그리퍼 아암 사이의 개방을 특징으로 한다. 이미 나타낸 바와 같이, 광학 또는 자기 기술을 사용하여 그리퍼 아암의 위치를 검출할 수 있다.
도 1 및 도 2는 마스터 장치(110)에 의해 형성된 그리퍼의 아암(180, 190)의 팁 근처에 배치된 2개의 센서(S1, S2)가 구비된 마스터 장치(110)를 도시한다.
도 1에서, 힌지 조인트(OJ)는 좌측에 있으며, 2개의 아암의 2개의 축(z1 및 z2)에 평행한 축으로 아암을 회전시킬 수 있다. 축(x1과 x2)은 아암의 방향이며, 이는 조인트로부터 멀어지는 방향이다.
2개의 센서 각각의 위치 및 회전 측정은, 위치의 3차원 벡터(따라서 p1 및 p2로 표시되는 2개의 벡터를 얻음) 및 각각의 아암에 대한 회전 행렬(따라서 R1 및 R2로 표시되는 2개의 회전 행렬을 얻음)으로 나타낼 수 있다. 이에 이어서, 각 센서는 각각의 위치 및 회전 정보((p1, R1) 및 (p2, R2))와 연관된다.
회전은 3차원 직교 서브그룹(SO(3))과 연관될 수 있으며, 따라서 자유도의 수는 (표현의 유형에 상관없이, 본원에 예시된 바와 같이, 9개의 숫자를 갖는 회전 행렬에 기초하든, 또는 3개의 오일러 각도에 기초하든, 또는 4개의 값을 갖는 쿼터니언에 기초하든) 항상 3이라는 점에 주목해야 한다.
아암의 기준점(또는 팁)의 배열(즉, 위치 및 회전)은, 예를 들어, 2개의 위치(p1 및 p2)의 평균(pM)으로서 계산된 위치, 및 회전의 평균으로의 회전을 사용하여(즉, R1 및 R2의 각 요소의 평균을 요소로서 갖는 행렬(RM)을 사용하여), 전체 마스터 장치의 배열(즉, 위치 및 회전)을 계산할 수 있게 한다. 그리퍼의 개방 각도(α)는 팁과 마스터 장치 아암의 알려진 길이 사이의 거리, 즉, 조인트와 센서가 구비된 각각의 기준점 사이의 알려진 거리를 사용하여 계산될 수 있다(센서(S1, S2)가 조인트(OJ)로부터 등거리 지점에 배치된다고 가정하면, 전술한 두 거리는 동일함).
도 3(a)에 도시된 예에서, 구속되지 않은 마스터 장치(310)는 마스터 작업 공간(315)으로 진입하는 전이 동안이 도식적으로 도시되며, 여기에서 에지 밴드(317)는 작업 공간(315)의 한계(T) 주위에 정의된다; 예를 들어, 에지 밴드(317)는 트래킹 시스템에 의해 마스터 장치(310)의 검출 품질로부터 도출되는 오차 또는 노이즈(E)에 의해 결정될 수 있고, 따라서 에지 밴드(317)는 위치(T + E 및 T - E)에 의해 제한된다.
도 3(b)에 도시된 예에서, 구속되지 않은 마스터 장치(310)는 마스터 작업 공간(315)으로부터 퇴장하는 전이 동안이 도식적으로 도시되며, 여기에서 에지 밴드(317)는 작업 공간(315)의 한계(T) 주위에 정의된다; 예를 들어, 에지 밴드(317)는 트래킹 시스템에 의해 마스터 장치(310)의 검출 품질로부터 도출되는 오차 또는 노이즈(E)에 의해 결정될 수 있고, 따라서 에지 밴드(317)는 위치(T - E 및 T + E)에 의해 제한된다.
도 4에 도시된 구현예에 따르면, 로봇 원격 작동 수술 시스템(400)은 할당된 작업 공간(415, 425)을 갖는 적어도 하나의 구속되지 않은 마스터 장치(410, 420)(도시된 구현예에서, 2개의 구속되지 않은 마스터 장치(410, 420)가 외과의(450)에 의해 손에 잡히는 것으로 도식적으로 도시됨), 콘솔(455)에 일체화된 제어 유닛, 및 슬레이브 장치(440)(도시된 구현예에서, 2개의 슬레이브 수술 도구(460, 470)가 도시됨)를 포함한다.
도 4a에 도시된 구현예에 따르면, 로봇 원격 작동 수술 시스템(400)은 할당된 작업 공간(415)을 갖는 적어도 하나의 구속되지 않은 마스터 장치(도시된 구현예에서, 2개의 구속되지 않은 마스터 장치(410, 420)가 외과의(450)에 의해 손에 잡히는 것으로 도식적으로 도시됨), 기준 프레임(MFO)에 일체화되고 바람직하게는 제어 유닛을 포함하는 콘솔(455), 및 슬레이브 장치(440)(도시된 구현예에서, 2개의 슬레이브 수술 도구(460, 470)가 도시됨)를 포함한다.
도 5는 마스터 장치에 할당된 작업 공간(515) 내의 구속되지 않은 마스터 장치(510)를 도식적으로 도시하며, 여기에서 원격 작동 시작 공간 영역(516)은 작업 공간(515) 내에 전체적으로 포함되어 있는 것으로 도시되며, 이러한 도시된 예에서, 마스터 장치(510)에는 한 쌍의 식별 센서 또는 마커(585, 595)가 제공되며; 예를 들어, 마스터 장치(510)가 원격 작동 시작 공간 영역(516) 내에 있는 경우에만, 시스템은 원격 작동의 시작을 가능하게 하도록 구성된다.
예로서 도 5a에 도시된 구현예에 따르면, 기준 프레임(MFO)은 의자(554)를 포함하는 콘솔과 일체화된다(예시된 예에서, 기준 프레임(MFO)은 의자(554)의 일부와 일체화된다). 예를 들어, 트래킹 소스는 작업 공간(515)을 정의하는 의자(554)의 일부와 일체식으로 배치되고, 여기에서 원격 작동 시작 공간 영역(516)은 작업 공간(515) 내에 전체적으로 포함되는 것으로 여기에 도시되며; 예를 들어, 마스터 장치(510)가 원격 작동 시작 공간 영역(516) 내에 있는 경우에만, 시스템은 원격 작동의 시작을 가능하게 하도록 구성된다.
예로서 도 5b에 도시된 구현예에 따르면, 기준 프레임(MFO)은 마스터 콘솔(555)에 일체화되는 작업 공간(515)을 정의하는 마스터 콘솔(555)과 일체화되고;. 도시된 예에서, 외과의(550)에 의해 손에 잡히고 데이터 링크(511, 512)에 의해 콘솔(555)에 와이어링된 2개의 구속되지 않은 마스터 장치(510, 520)가 도식적으로 도시되며; 도시된 예에서, 콘솔(555)은 작동 필드 및/또는 시스템 및/또는 작동 필드 상태 파라미터들을 디스플레이하기 위한 스크린(557)을 포함한다.
예로서 도 6에 도시된 구현예에 따르면, 작업 공간(615) 및 적재 또는 휴지 공간(618)을 포함하는 콘솔(655)과 일체화된 2개의 공간(615, 618)이 존재하며, 여기에서 마스터 장치(615, 625)가 적재 공간(618) 내에 있을 경우, 시스템은 원격 작동 상태로의 진입을 가능하게 하지 않는다. 예를 들어, 적재 공간(618)은 콘솔(655)에 또는 그 근처, 및/또는 사용하지 않는 마스터 장치(610, 620)를 저장하도록 의도된 요소 내에 위치될 수 있다.
예로서 도 6a에 도시된 구현예에 따르면, 콘솔(655)과 일체화된 2개의 작업 공간(615, 625)이 정의되며, 이는 좌측 작업 공간(615) 및 우측 작업 공간(625)을 포함하며, 여기에서, 바람직하게는, 좌측 마스터 장치(610)가 좌측 작업 공간(615) 내에 있고 우측 마스터 장치(620)가 우측 작업 공간(625) 내에 있는 경우, 시스템은 원격 작동 상태로의 진입을 가능하게 한다.
예로서 도 6b에 도시된 구현예에 따르면, 좌측 마스터 장치(610) 및 우측 마스터 장치(620) 둘 모두가 작업 공간(615) 내에 있고, 좌측 마스터 장치(610)가 우측 마스터 장치(625)의 좌측에 있는 경우, 시스템은 원격 작동 상태로의 진입을 가능하게 한다.
도 7 및 도 8은 마스터 장치에 할당된 작업 공간(715, 815) 내의 구속되지 않은 마스터 장치(710, 810)의 적어도 하나의 지점의 속도 정보에 기초하여 식별될 수 있는 일부 이상/결함을 도시한다.
도 7에 도시된 예에서, 마스터 장치(710)의 2개 지점의 각속도(ω)를 모니터링하는 단계는, 공통 축을 중심으로 회전하도록 조인트(775)에서 구속된 2개의 고정된 부품(780, 790) 각각의 식별자인 전술한 2개의 지점이 마스터 장치의 비자발적 개방을 검출할 수 있게 한다(여기에 도시된 예에서, 마스터 장치(710)는 2개의 고정된 부품(780, 790) 각각 상의 식별 센서 또는 마커(785, 795)를 구비함).
대안적 또는 부가적으로, 속도 모니터링 단계는 마스터 장치의 2개의 지점에 대한 선형 속도 모니터링의 모니터링 단계일 수 있다.
도 8에 도시된 예에서, 속도 모니터링 단계는, 예를 들어 속도(v)의 방향 모니터링 및/또는 작업 공간(815) 내에서 검출된 속도 벡터(v)의 방향 변화 계수를 기반으로 마스터 장치의 과도한 진동을 검출할 수 있게 한다(여기에 도시된 예에서, 마스터 장치(810)은 한 쌍의 식별 센서 또는 마커(885, 895)를 구비함).
예로서 도 9에 도시된 구현예에 따르면, 콘솔과 일체화된 3개의 공간(915, 919, 914)이 존재하며, 이는 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치할 경우, 시스템이 원격 작동을 가능하게 하는(예를 들어 슬레이브 수술 기구(960)에 명령함) 작업 공간(915), 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치하고 동시에 작업 공간(915) 외부에 위치할 경우 시스템이 원격 작동을 일시 중단하는 일시 중단된 원격 작동 공간(919), 및 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치하고 동시에 일시 중단된 원격 작동 공간(919) 외부에 위치할 경우 시스템이 원격 작동을 배제하는(즉, 마스터 장치(910)는 원격 작동에서 벗어남) 검출 한계를 나타내는 트래킹 공간(914)를 포함한다.
예로서 도 9a에 도시된 구현예에 따르면, 콘솔과 일체화된 3개의 공간(915, 919, 914)이 존재하며, 이는 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치할 경우, 시스템이 원격 작동을 가능하게 하는(예를 들어 슬레이브 수술 기구(960)에 명령함) 한계 임계치 또는 표면(T)에 의해 한정되는 작업 공간(915), 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치하고 동시에 작업 공간(915) 외부에 위치할 경우 시스템이 원격 작동을 일시 중단하는 한계 임계치 또는 표면(T')에 의해 한정되는 일시 중단된 원격 작동 공간(919), 및 마스터 장치(910)가 그 내부에 위치하고 동시에 일시 중단된 원격 작동 공간(919) 외부에 위치할 경우 시스템이 원격 작동을 배제하는(즉, 마스터 장치(910)는 원격 작동에서 벗어남) 검출 한계를 나타내는 한계 임계치 또는 표면(T'')에 의해 한정되는 트래킹 공간(914)를 포함한다. 한계 임계치 또는 표면(T, T' 및 T'')은 도 3(a)-(b)를 참조하여 위에서 언급한 측정치 또는 노이즈 오차(E)의 영향을 받을 수 있다.
도 10에 도식적으로 도시된 구현예는, 공통 축(X-X)을 따라 상대적으로 병진하도록 조인트(1075)에 구속된 2개의 파트(1080, 1090)를 포함하는 구속되지 않은 마스터 장치(1010)를 도시하며, 여기에서 예를 들어 2개의 파트(1080, 1090)는 서로에 대해 동일-선형으로 구속되고, 여기에서 센서(S1, S2)는 2개의 파트(1080, 1090) 각각과 일체화되도록 배치된다. 일 구현 옵션에 따르면, 각각의 센서(S1, S2)의 선형 속도 또는 각속도를 모니터링하는 단계는 이상/오류 조건을 감지할 수 있게 한다. 예를 들어, 바람직하게는 탄성 조인트인 조인트(1075)를 가압함으로써, 2개의 파트(1080, 1090)은 멀어지고, 외과의에 의한 마스터 장치(1010)의 제어력이 상실된 경우, 2개의 부품(1080, 1090)은 상대적으로 접근하게 되며, 여기에서 상대적인 접근 속도의 모니터링을 모니터링하는 단계는, 예를 들어, 상대 접근 속도가 속도 임계치를 초과하는 경우, 이상/결함 조건을 검출할 수 있게 한다. 일 구현 옵션에 따르면, 시스템은, 과도한 진동과 같은 이상/결함 조건을 검출하고 인식하기 위해 적어도 하나의 센서(S1, S2)의 각속도를 모니터링한다.
알 수 있는 바와 같이, 전술한 바와 같이 본 발명의 목적은 위에서 상세히 개시된 특징부에 의해 전술한 방법을 사용하여 충분히 달성된다.
실제로, 기술된 방법 및 시스템을 사용하면 마스터 장치의 여러 가능한 작동 이상/결함 또는 마스터 장치의 가능한 비정상 상황을 감지하고 이상 유형을 인식하는 효과적이고 실시간 검증이 가능하다.
따라서, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇의 제어 시스템에 의해 자동적으로 수행되는, 해당 응용 분야에서 요구되는 엄격한 안전 요구 사항을 충족하기 위해 효율적이고 신뢰할 수 있는 마스터 장치의 기능적 무결성을 검증하기 위한 절차를 적용해야 할 필요성을 충족시키는 것이 가능하다.
이는 마스터와 연관될 수 있는 적어도 하나의 지점의 적어도 하나의 위치 벡터를 검출하는 단계 및 하나 이상의 검출된 양을 하나 이상의 각각의 사전 결정 가능한 임계값과 비교하는 단계에 의해 획득된다.
마스터 장치의 구조적 또는 기능적 이상/결함이 확인되면, 원격 조작은 즉각적이고 신속하게 중단될 수 있으며, 따라서 이러한 이상/결함은 슬레이브 장치 및 이와 연관된 수술 기구의 작동에서의 결과적인 이상/결함에 반영되고, 환자에게 작용하도록 의도되어, 환자 자신에게도 심지어 심각할 수 있는 가능한 결과를 초래하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 환자 안전 개선이라는 목표가 달성되고, 수술 환경에서 준수되어야 하는 매우 엄격한 안전 요구 사항이 충족된다.
불확실한 필요를 충족시키기 위해, 당업자는 전술한 방법의 구현예를 변경 및 적용시킬 수 있거나, 다음의 청구범위의 범위를 벗어나지 않고, 기능적으로 동등한 다른 요소로 해당 요소를 대체할 수 있다. 가능한 구현예에 속하는 것으로 전술한 모든 특징부는 설명된 다른 구현예와 무관하게 구현될 수 있다.
Claims (52)
- 핸드헬드이고, 작업자에 의해 손에 잡히도록 적용되고, 기계적으로 구속되지 않고, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템을 제어하는 데 사용되는 마스터 장치(110; 310; 410, 420; 510; 510, 520; 610, 620; 710; 810; 910; 1010)의 사용에 있어서의 적어도 하나의 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
- 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터를 검출 또는 계산하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 상기 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 포함하되,
상기 검출 가능한 이상은: 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 상기 마스터 장치의 과도한 각속도, 상시 슬레이브 장치의 추종 불능, 상기 마스터 장치의 과도한 진동, 상기 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 검출 가능한 이상의 각각은 상기 이상이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 상태 시스템 변경과 연관되며, 여기에서 상기 적어도 하나의 상태 변경은 원격 작동 상태로부터 퇴장하거나 원격 작동 상태를 일시 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는:
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터, 및 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 검출하는 단계;
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 상기 위치 벡터 및 각각의 벡터의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는:
- 하나 이상의 속도 센서로 속도 벡터를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 선형 속도가 검출 또는 계산되고/되거나,
상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 각속도가 검출 또는 계산되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제4항에 있어서, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템은:
- 상기 마스터 장치로서, 기계적으로 접지되지 않고 수술 동안 외과의가 손으로 잡을 수 있도록 적용되고, 외과의의 수동 명령을 검출하고 각각의 제1 전기적 명령 신호를 생성하도록 구성되는, 마스터 장치;
- 적어도 하나의 슬레이브 로봇 어셈블리로서, 마스터 장치의 움직임이 슬레이브 장치의 원하고 제어되는 각각의 움직임을 초래하도록, 마스터 장치에 의해 제어되는 방식으로 환자의 해부학 구조에 대해 작동하도록 구성된 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구(460, 470; 960)를 포함하는, 적어도 하나의 슬레이브 로봇 어셈블리;
- 컴퓨터가 구비된 제어 유닛으로서, 마스터 장치로부터 상기 제1 전기적 명령 신호를 수신하고, 제1 전기적 명령 신호에 기초하여 제2 전기적 명령 신호를 생성하고, 상기 제2 전기적 명령 신호를 로봇 슬레이브 어셈블리에 제공하여, 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 작동시키도록 구성되는, 제어 유닛을 포함하되;
상기 제어 유닛은 상기 검출 또는 계산된 속도 벡터를 나타내는 적어도 제3 전기적 신호를 수신하도록 상기 하나 이상의 센서와 작동 가능하게 연결되고,
상기 하나의 검출 가능한 이상/결함을 식별 및 인식 및/또는 구별하는 단계는 상기 제어 유닛에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 벡터는 기준 좌표계로 지칭되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제6항에 있어서, 의료 또는 외과 원격 작동을 위한 로봇 시스템은 작동 콘솔(455; 555; 655)을 포함하되, 상기 기준 좌표계는 상기 로봇 시스템 콘솔과 일체화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 로봇 시스템은, 슬레이브 수술 기구의 작동이 마스터 장치를 통해 외과의에 의해 주어진 수동 명령 및/또는 마스터 장치의 위치 및 배향에 의존하도록, 사전에 결정된 트래킹 볼륨 내에서 마스터 장치의 입력 위치 및 배향을 검출하기에 적합한 적어도 하나의 트래킹 시스템을 추가로 포함하되,
상기 기준 좌표계는 상기 트래킹 시스템에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 장치는 핸드헬드이고 기계적으로 구속되지 않으며, 공통 축에 대해 상대적으로 회전 및/또는 병진하도록 구속된 2개의 고정된 부품(180, 190; 780, 790; 1080, 1090)을 포함하되, 상기 속도를 검출 및/또는 계산하는 단계는:
- 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계로서, 제1 지점은 마스터 장치의 상기 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고, 제2 지점은 장치의 상기 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 일체화되는, 단계;
및/또는
- 상기 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도, 및/또는 하기 추가 지점:
상기 2개의 검출된 지점 사이의 중간점 및/또는 마스터 장치의 무게 중심,
및/또는 마스터 장치의 회전 조인트(OJ; 775)의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치의 프리즘형 조인트(1075)의 무게 중신 중 적어도 하나의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제9항에 있어서, 마스터 장치 본체는 2개의 자유 팁 또는 단부를 포함하며, 여기에서 제1 자유 팁 또는 단부는 마스터 장치의 상기 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고, 제2 자유 팁 또는 단부는 장치의 상기 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화되며,
여기에서 상기 2개의 검출 가능한 지점은 마스터 장치의 상기 2개의 자유 팁 또는 단부에 각각 해당하고/하거나 이에 연관되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이상 중 단지 하나만이 결정되는 경우일지라도, 상기 시스템 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 로봇 시스템의 즉각적인 퇴장, 또는 원격 작동 상태의 즉각적인 일시 중단인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제11항에 있어서, 방법은:
이전에 검출된 이상의 중단이 실시간으로 검출되는 경우 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 허용하는 단계,
또는
이전에 검출된 이상의 중단이 실시간으로 검출되더라도 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 억제하는 단계를 대신 제공하고, 원격 작동 및/또는 예비 재정렬 작동의 준비 및 시작을 위한 절차를 재시작하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상이며, 방법은:
- 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도를 선형 속도 또는 각속도 임계값과 비교하는 단계;
- 마스터 장치에 의해 검출된 선형 속도 또는 각속도가 상기 선형 속도 또는 각속도 임계값을 초과하는 경우, 마스터 장치의 과도한 속도와 연관된 상기 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제13항에 있어서, 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상이 검출되는 경우, 로봇 시스템은 원격 작동으로부터 퇴장하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상이 검출되는 경우, 로봇 시스템은 상이한 기계 상태로 진입하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 상이한 기계 상태는 일시 중단된 원격 작동 상태, 즉, 적어도 슬레이브 장치의 제어 지점의 병진 이동을 방지하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 회전 이동을 제한하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 모든 이동을 방지하는 제한된 원격 작동 상태인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제한된 원격 작동 단계에서, 방법은 슬레이브 장치의 병진이 억제되는 동안 슬레이브 장치가 마스터 장치의 배향에 맞춰 그 자신을 정렬하면서, 해당 배향된 방향으로 이동하는 모션과의 정렬을 수행하는 단계를 제공하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 슬레이브 장치의 추종 불능과 연관된 이상이며, 방법은:
- 마스터 장치의 측정된 선형 속도 또는 각속도를 슬레이브 장치가 마스터 장치를 올바르게 따르는 상태를 유지하기 위해 허용할 수 있는 최대 선형 속도 또는 각속도와 연관된 속도 임계값과 비교하는 단계;
- 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도가 최대 허용 가능한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 상기 속도 임계값을 초과하는 경우, 상기 슬레이브 장치에 의한 추종 불능과 연관된 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상이며, 방법은:
- 마스터 장치의 검출 또는 계산된 속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 검출 또는 계수하는 단계;
- 상기 방향 변화의 수 또는 빈도를 각각의 임계값과 비교하는 단계;
- 상기 계수 또는 검출된 방향 변화의 수 또는 빈도가 상기 각각의 임계값을 초과하는 경우, 상기 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상이며, 방법은:
- 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동을 검출하는 단계;
- 상기 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동이 각각의 임계치를 초과하는 경우 상기 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 적어도 회전하도록 조인트(OJ; 775), 바람직하게는 탄성 조인트에 구속된 2개의 고정된 부품(180, 190; 780, 790)을 포함하며, 여기에서 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상 개방인 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제21항에 있어서, 방법은:
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 상기 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 선형 속도를 계산하는 단계;
- 상기 계산된 개방 선형 속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따를 수 있는 임계 선형 속도와 비교하는 단계;
- 상기 계산된 개방 속도가 상기 임계 선형 속도를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제21항에 있어서, 방법은:
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 상기 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 각속도를 계산하는 단계;
- 상기 계산된 개방 각속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 따를 수 있는 임계 각속도와 비교하는 단계;
- 상기 계산된 개방 각속도가 상기 임계 각속도를 초과하는 경우 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상 조건을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 트래킹 기준 프레임의 원점의 변위와 연관된 이상이며, 여기에서, 방법은:
- 마스터 장치의 위치 측정에 사용되는 각각의 실제 또는 가상 센서의 선형 속도를 계산하는 단계;
- 주어진 시간 윈도우 내에서 각각의 속도 벡터가 일차 상수 성분으로 표현될 수 있는지의 여부를 계산하는 단계;
- 상기 모든 생성된 속도 벡터가 서로 평행하고 일관성이 있는지의 여부, 또는 이들이 적절한 속도 벡터 영역에 속하는지의 여부를 계산하는 단계;
- 상기 서로 평행하고 일관된 속도 벡터의 조건이 발생하지 않거나, 적절한 속도 벡터 영역에 속하지 않는 경우, 상기 트래킹 기준 프레임의 원점의 변위와 연관된 이상을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 검출되는 검출 가능한 모든 이상은: 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 마스터 장치의 과도한 각속도, 슬레이브 장치의 추종 불능, 마스터 장치의 과도한 진동, 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 로봇 시스템은 2개의 마스터 장치를 포함하고, 여기에서 방법은, 마스터 장치 중 단 하나만이 상기 검출 가능한 이상 중 어느 하나만을 갖는 경우일지라도, 마스터 장치 둘 모두의 원격 작동으로부터 퇴장하고/하거나 원격 작동을 일시 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템의 마스터 장치에서 식별된 이상을 관리하는 방법으로서, 상기 방법은:
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 이상 조건을 식별하는 방법을 수행하는 단계;
상기 이상 중 적어도 어느 하나가 결정되는 경우, 슬레이브 장치의 원격 작동 및 수술 기구의 이동을 중지 또는 일시 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 외과 또는 의료 원격 작동을 위한 로봇 시스템(400)으로서:
- 기계적으로 접지되지 않고 수술 동안 외과의에 의해 핸드헬드되도록 적용되고, 외과의의 수동 명령을 검출하고 각각의 제1 전기적 명령 신호를 생성하도록 구성되는, 마스터 장치(110; 310; 410, 420; 510; 510, 520; 610, 620; 710; 810; 910; 1010);
- 상기 마스터 장치에 의해 제어되는 방식으로 환자의 해부학 구조에 대해 작동하도록 구성된 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구(460, 470; 960)를 포함하는, 적어도 하나의 슬레이브 장치(440) 또는 로봇 슬레이브 어셈블리;
- 상기 마스터 장치로부터 상기 제1 전기적 명령 신호를 수신하고, 상기 제1 전기적 명령 신호에 기초하여 제2 전기적 명령 신호를 생성하고, 상기 제2 전기 명령 신호를 상기 로봇 슬레이브 어셈블리에 제공하여, 상기 적어도 하나의 슬레이브 수술 기구를 작동시키도록 구성되는, 컴퓨터가 구비된 제어 유닛으로서, 상기 제어 유닛은 적어도 하나의 이상 조건을 식별하도록 구성되며, 하기 단계:
- 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터를 검출 또는 계산하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 검출된 속도 벡터에 기초하여, 또는 상기 적어도 하나의 검출된 위치 벡터의 적어도 하나의 성분에 기초하여, 적어도 하나의 검출 가능한 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 단계를 수행하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하되,
상기 검출 가능한 이상은: 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도, 상기 마스터 장치의 과도한 각속도, 상기 슬레이브 장치의 추종 불능, 상기 마스터 장치의 과도한 진동, 상기 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 검출 가능한 이상의 각각은 상기 이상이 검출되는 경우 수행될 적어도 하나의 상태 시스템 변경과 연관되며, 여기에서 상기 적어도 하나의 상태 변경은 원격 작동 상태로부터 퇴장하거나 원격 작동 상태를 일시 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항에 있어서, 상기 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는:
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 위치 벡터, 및 위치 벡터의 시간 경과에 따른 변화를 검출하는 단계;
- 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 가상 지점의 속도 벡터를 상기 위치 벡터 및 각각의 벡터의 시간 경과에 따른 변화에 기초하여 계산하는 단계를 포함하거나;
여기에서 상기 속도 벡터를 검출 또는 계산하는 단계는:
- 하나 이상의 속도 센서로 상기 속도 벡터를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 또는 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 선형 속도를 검출 또는 계산하고/하거나,
상기 마스터 장치에 속하거나 이에 일체화된 적어도 하나의 지점, 또는 상기 마스터 장치와 고유하고 고정식으로 연관된 적어도 하나의 가상 지점의 각속도를 검출 또는 계산하도록 구속되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도 벡터를 검출 또는 계산하고 상기 검출 또는 계산된 속도 벡터를 나타내는 제3 전기적 신호를 생성하도록 구성된 센서 또는 검출기를 추가로 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 제3 전기적 신호를 수신하기 위해 상기 하나 이상의 센서 또는 검출기에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 콘솔(455; 555; 655)을 포함하고, 상기 속도 벡터는 상기 로봇 시스템 콘솔과 일체화된 기준 좌표계를 참조하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 슬레이브 수술 기구의 작동이 마스터 장치를 통해 외과의에 의해 주어진 수동 명령 및/또는 마스터 장치의 위치 및 배향에 의존하도록, 사전 결정된 트래킹 볼륨 내에서 마스터 장치의 입력 위치 및 배향 및/또는 속도를 검출하기에 적합한 적어도 하나의 트래킹 시스템을 추가로 포함하며, 여기에서 상기 속도 벡터는 상기 트래킹 시스템에 의해 정의된 기준 좌표계를 참조하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28한 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 장치는 핸드헬드이고 기계적으로 구속되지 않으며, 공통 축에 대해 상대적으로 회전 및/또는 병진하도록 구속된 2개의 고정된 부품(180, 190; 780, 790; 1080, 1090)을 포함하되, 상기 속도를 검출 및/또는 계산하는 단계는:
- 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계로서, 제1 지점은 마스터 장치의 상기 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고, 제2 지점은 장치의 상기 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 일체화되는, 단계;
및/또는
- 상기 적어도 2개의 검출 가능한 지점의 선형 속도 또는 각속도, 및/또는 하기 추가 지점:
상기 2개의 검출된 지점 사이의 중간점 및/또는 마스터 장치의 무게 중심,
및/또는 마스터 장치의 회전 조인트(OJ; 775)의 무게 중심, 및/또는 마스터 장치의 프리즘형 조인트(1075)의 무게 중신 중 적어도 하나의 선형 속도 또는 각속도를 검출 및/또는 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제34항에 있어서, 전술한 마스터 장치의 본체는 2개의 자유 단부 또는 팁을 포함하며, 여기에서 제1 자유 단부 또는 팁은 상기 마스터 장치의 고정된 부품 중 하나에 속하거나 이에 일체화되고 제2 자유 단부 또는 팁은 상기 장치의 고정된 부품 중 다른 하나에 속하거나 이에 일체화되며, 상기 2개의 검출 가능한 지점은 상기 마스터 장치의 2개의 자유 단부 또는 팁 각각에 해당하고/하거나 이에 연관되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이상 중 단지 하나만이 결정되는 경우일자라도, 상기 시스템 상태 변경은 원격 작동 상태로부터의 로봇 시스템의 즉각적인 종료, 또는 원격 작동 상태의 즉각적인 일시 중단인 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제36항에 있어서, 방법은:
이전에 검출된 이상의 중단이 실시간으로 검출되는 경우 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 허용하는 단계,
또는
이전에 검출된 이상의 중단이 실시간으로 검출되더라도 로봇 시스템의 원격 작동의 재시작을 억제하는 단계를 대신 제공하고, 원격 작동 및/또는 예비 재정렬 작동의 준비 및 시작을 위한 절차를 재시작하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상이며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도를 선형 속도 또는 각속도 임계값과 비교하고;
- 상기 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도가 상기 선형 또는 각속도 임계값을 초과하는 경우, 상기 마스터 장치의 과도한 속도와 연관된 이상을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제38항에 있어서, 상기 마스터 장치의 과도한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 이상이 검출되는 경우, 로봇 시스템은:
원격 작동으로부터 퇴장하거나,
일시 중단된 원격 작동 상태에 해당하는 상이한 기계 상태, 즉, 적어도 슬레이브 장치의 제어 지점의 병진 이동을 방지하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 회전 이동을 제한하거나, 슬레이브 장치의 제어 지점의 모든 이동을 방지하는 제한된 원격 작동 상태로 진입하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제39항에 있어서, 상기 제한된 원격 작동 단계에서, 시스템은 슬레이브 장치의 병진이 억제되는 동안 슬레이브 장치가 마스터 장치의 배향에 맞춰 그 자신을 정렬하면서, 해당 배향된 방향으로 이동하는 모션과의 정렬을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 슬레이브 장치의 추종 불능과 연관된 이상이며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 마스터 장치의 측정된 선형 속도 또는 각속도를 슬레이브 장치가 마스터 장치를 올바르게 트래킹하는 상태를 유지하기 위해 허용할 수 있는 최대 선형 속도 또는 각속도와 연관된 속도 임계값과 비교하고;
- 마스터 장치의 검출된 선형 속도 또는 각속도가 최대 허용 가능한 선형 속도 또는 각속도와 연관된 상기 속도 임계값을 초과하는 경우, 상기 슬레이브 장치에 의한 추종 불능과 연관된 이상을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상이며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 마스터 장치의 검출 또는 계산된 속도 벡터의 방향 변화의 수 또는 빈도를 검출 또는 계수하고;
- 상기 방향 변화의 수 또는 빈도를 각각의 임계값과 비교하고;
- 상기 계수 또는 검출된 방향 변화의 수 또는 빈도가 상기 각각의 임계값을 초과하는 경우, 상기 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상이며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동을 검출하고;
- 상기 속도 벡터 모듈러스의 이동 및/또는 변동이 각각의 임계치를 초과하는 경우 상기 마스터 장치의 과도한 진동과 연관된 이상을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 적어도 회전하도록, 조인트(OJ; 775), 바람직하게는 탄성 조인트에 구속된 2개의 고정된 부품(180, 190; 780, 790)을 포함하며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 상기 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 선형 속도를 계산하고, 상기 계산된 개방 선형 속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 의존할 수 있는 임계 선형 속도와 비교하거나,
또는
- 검출 및/또는 계산된 속도 벡터에 기초하여, 상기 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품의 개방 각속도를 계산하고, 상기 계산된 개방 각속도를 탄성 조인트의 탄성 고정도에 의존할 수 있는 임계 각속도와 비교하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제44항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 비자발적 또는 비정상적 개방이며, 여기에서 로봇 시스템은 상기 계산된 개방 속도가 상기 임계 선형 속도를 초과하거나, 상기 계산된 개방 각속도가 상기 임계 각속도를 초과하는 경우, 마스터 장치의 비자발적 개방과 연관된 이상을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제44항에 있어서, 검출 가능한 이상은 마스터 장치의 드롭이며, 여기에서 로봇 시스템은 상기 계산된 개방 속도가 상기 임계 선형 속도를 초과하거나, 상기 계산된 개방 각속도가 상기 임계 각속도를 초과하는 경우, 마스터 장치의 드롭과 연관된 이상을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 장치 본체는 마스터 장치 본체에 대한 개방/폐쇄의 자유도를 정의하는 공통 축을 중심으로 회전하도록 구속된 2개의 고정된 부품(180, 190; 780, 790)을 포함하며, 상기 고정된 부품은 탄성 편향 작용에 의해 서로 상대적으로 멀어지도록 탄성적으로 편향되고,
여기에서, 로봇 시스템은, 마스터 장치의 비자발적 개방의 검출, 및/또는 상기 탄성 편향 작용에 의해 결정되는, 마스터 장치 본체의 2개의 고정된 부품 사이의 상대적 거리 이동의 검출에 기초하여, 마스터 장치의 드롭과 연관된 이상 조건을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제47항에 있어서, 마스터 장치의 비자발적 개방의 검출은 2개의 고정된 부품의 각속도, 및/또는 각가속도, 및/또는 선형 속도, 및/또는 선형 가속도의 획득된 정보에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제47항 또는 제48항에 있어서, 마스터 장치의 2개의 고정된 부품과 각각 연관되고, 2개의 고정된 부품의 각각의 속도를 검출하도록 구성된 2개의 센서를 포함하며, 여기에서 로봇 시스템은, 2대의 센서에 의해 검출된 속도 사이의 관계에 대한 정보를 기반으로 마스터 장치의 드롭을 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 가능한 이상은 트래킹 기준 프레임의 원점의 변위와 연관된 이상이며, 여기에서 로봇 시스템은:
- 마스터 장치의 위치 측정에 사용되는 각각의 실제 또는 가상 센서의 선형 속도를 계산하고;
- 주어진 시간 윈도우 내에서 각각의 속도 벡터가 일차 상수 성분으로 표현될 수 있는지의 여부를 계산하고;
- 상기 모든 생성된 속도 벡터가 서로 평행하고 일관성이 있는지의 여부, 또는 이들이 적절한 속도 벡터 영역에 속하는지의 여부를 계산하고;
- 상기 서로 평행하고 일관된 속도 벡터의 조건이 발생하지 않거나, 적절한 속도 벡터 영역에 속하지 않는 경우, 상기 트래킹 기준 프레임의 원점의 변위와 연관된 이상을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템. - 제28항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 마스터 장치를 포함하고, 여기에서 로봇 시스템은, 마스터 장치 중 단 하나만이 상기 검출 가능한 이상 중 어느 하나에 의해 영향을 받는 경우일지라도, 마스터 장치 둘 모두의 원격 작동으로부터의 퇴장 및/또는 원격 작동의 일시 중단을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
- 제28항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 이상 조건을 식별하고 인식 및/또는 구별하는 방법을 수행하거나, 제27항에 따라 마스터 장치에서 식별된 이상을 관리하는 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 로봇 시스템.
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