KR20240046482A - 원격작동 로봇 수술 시스템의 미세수술 기구를 교정하는 방법 및 관련 시스템 - Google Patents

Abstract

원격작동 로봇 수술 시스템(1)의 수술 기구(20)를 교정하는 방법이 기술된다. 수술 기구(20)는 복수의 텐던들(31, 32, 33, 34, 35, 36)과 각각 연관된 복수의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26), 및 각 텐던을 통해 전달 요소들과 기계적으로 연결가능한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 포함하고, 그에 따라 전달 요소들의 이동 세트와 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각각의 이동 또는 자세 사이의 고유 상관관계 요소들을 결정한다.
원격동작 로봇 수술 시스템(1)은, 상술한 수술 기구(20) 외에, 복수의 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및 제어 수단(9)을 포함한다. 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 동작가능하게 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 연결가능하여 제어수단의 제어 하에 전달 요소들에게 이동을 부과한다.
그 방법은 먼저 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 기준 위치로 고려되는 사전정의된 공지의 위치에 관절형 엔드이펙터 장치(40)를 배치 및 고정하는 단계를 포함한다. 그러한 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 기준 위치는 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 결과 위치와 명확하게 연관되어 있다.
그런 다음, 본 방법은 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 각각이 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 접촉하도록 전동식 액추에이터들을 작동시키는 단계, 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 각 전달 요소와 접촉할 때 모든 전동식 액추에이터들의 위치를 저장하는 단계, 및 전동식 액추에이터의 저장된 위치 세트를 엔드 이펙터 장치()의 기준 위치와 명확하게 연관된 전동식 액추에이터들의 기준 위치로 간주하는 단계를 제공한다.
그런 다음, 본 방법은 기구학적 0 조건을 정의하는 단계, 제어 수단(9)에 의해 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 부여된 이동이 참조되는 것에 대해 전동식 액추에이터의 상술한 저장된 기준 위치를 가상 영점과 연관시키는 단계를 제공한다.
상술한 구동 단계는 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 수술 기구의 각 전달 요소에 0 보다 크고 임계력 이하의 힘을 가하도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

원격작동 로봇 수술 시스템의 미세수술 기구를 교정하는 방법 및 관련 시스템

본 발명은 원격작동 로봇 수술 시스템의 미세수술 기구를 교정하는 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 명세서는 보다 일반적으로 원격작동 수술용 로봇 시스템의 조종 제어 분야에 관한 것이다.

원격작동 로봇 수술 시스템에서, 슬레이브(slave) 수술 기구의 하나 이상의 자유도 작동은 일반적으로 외과의사의 명령을 수신하도록 구성된 하나 이상의 마스터 제어 장치들에 예속된다. 그러한 마스터-슬레이브 제어 아키텍쳐는 보통 로봇 수술용 로봇에 수용될 수 있는 제어 유닛을 포함한다.

예를 들어, 동일 출원인에 의한 문서 WO-2017-064301 및 WO-2018-189729에 보인 것처럼, 공지의 로봇 수술 시스템용 힌지식(hinged) 수술 기구는 수술 기구의 백엔드(backend) 부분에, 환자 수술에서 동작하도록 및/또는 수술 바늘을 다루도록 의도된 수술 기구의 팁(tip)에 말단으로 동작가능하게 연결된 액추에이터로부터의 모션(motion)을 전송하는 작동 텐던(actuation tendon) 또는 케이블을 포함한다. 이러한 문서들은 한 쌍의 길항 텐던(antagonistic tendon)이 수술 기구와 동일한 자유도를 갖게 한 솔루션을 개시하고 있다. 예를 들어, 수술 기구의 회전축(rotational joint)(피치(pitch) 자유도 및 요(yaw) 자유도)은 상술한 길항 텐던들의 토크에 의해 적용된 인장력을 적용하여 제어된다.

두 쌍의 텐던만이 수술 기구의 세 개의 자유도를 제어하도록 구성된 WO-2010-009221에 보인 것과 같이, 한 쌍의 동일 텐던이 동시에 하나 이상의 자유도를 작동시킬 수 있는 수술 기구가 추가 공지되어 있다.

예를 들어, US-2020-0054403은 로봇 시스템의 작동 인터페이스에서 수술 기구의 체결 절차를 보여주고, 여기에서 로봇 시스템의 전동식 로터리 디스크는 수술 기구의 엔드 이펙터(end-effector)의 자유도 작동 케이블에 차례로 연결된 수술 기구의 해당 로터리 디스크들에 체결된다. 본 명세서에 기술된 이 체결 절차는 수술 기구가 로봇 시스템과 동작가능하게 체결되는지 여부가 인식되고, 로봇 시스템의 전동식 로터리 디스크에 의해 인지된 응답이 평가되게 한다.

보통, 로봇 수술용 텐던은 금속 코드(metal cord) 또는 금속 끈(metal string)의 형태로 만들어지고 수술 기구를 따라 장착된 도드레에 권선된다(wound). 각 텐던은 장비에 장착되고 장비 조립 전에 탄성적으로 프리로딩되거나(preloaded) 사전 컨디셔닝되어(pre-conditioned), 액추에이터에 의해 작동될 때 수술 기구 자유도의 빠른 작동 반응을 제공하거나 수술 기구의 자유도에 대한 양호한 제어를 제공하기 위해 각 텐던은 항상 인장된 상태로 있다.

일반적으로, 모든 코드는 로딩될 때 신장된다. 서로 엮인 형태의 신규 코드는 로딩상태일 때 적어도 부분적으로 코드를 형성하는 섬유들이 풀림으로써 높은 가소성-탄성 신장도를 갖는다.

이런 이유로, 수술 기구 조립 이전에, 당겨서 엮는 과정 또는 재료 자체의 잔류 소성(residual plasticity)을 제거하기 위해 신규 텐던에 높은 초기 로드를 받는 것이 일반적이다.

대체로, 코드는 보통 세 가지 신장(연장) 요소를 갖는다:

(1) 인장 로드가 중지될 때 복원되는 탄성 신장 변형;

(2) 회복성 변형, 즉, 일정 시간구간 동안 서서히 회복되는, 상대적으로 작은 변형으로 보통 얽힘(intertwinement) 기능을 갖고, 로드가 없을 때는 수시간 내지 수일의 시간 구간을 가질 수 있다.

(3) 비회복성 영구 신장 변형.

상술한 바와 같이 영구 신장 변형은 장치에 대한 조립 이전에 수행되는 코드 절단 절차로 달성될 수 있고, 로딩 및 언로딩 사이클을 포함하고 섬유 자체의 소성 신장 변형을 포함할 수 있다.

인장 로드 하의 점성 크리프 변형(viscous creep deformation)은 일부 피로가 발생하는 엮인 코드 종류에 영향을 주는 시간 종속 효과이고, 보통 적용된 로드의 강도에 따라 회복가능하거나 가능하지 않을 수 있다.

일반적으로 폴리머 섬유는 주기적인 응력으로 다른 종류의 파손이 일어날 수 있지만, 금속 섬유와 달리 균열 전파 파손(crack propagation breakage)이 일어나지 않는다는 점에서 폴리머 섬유의 피로 거동(fatigue behavior)은 금속 섬유의 피로 거동과 다르다.

동일 출원인에 의한 WO-2017-064306는 로봇 수술을 위한 초소형화된 수술 기구 솔루션을 보여준다. 이 장비는 높은 곡률반경을 지원하고, 보통 "링크"라고 하는 수술 기구의 힌지식(즉, 관절형) 팁을 형성하는 강체 요소의 표면 위를 슬라이딩하는 텐던을 사용한다. 그러한 슬라이딩 텐던을 허용하기 위해서, 텐던 링크 슬라이딩 마찰계수는 가능한 한 낮게 유지되어야 하고, 상술한 문서는(강철 텐던을 사용하는 것이 아닌) 폴리머 섬유로 형성된 텐던을 사용하는 것을 교시한다.

여러 관점에서 유리하지만, 수술 기구의 초소형화가 상술한 폴리머 섬유로 형성된 텐던의 사용으로 얻어진다는 사실의 결과로서, 이 해법의 맥락에서 수술 기구의 동작 조건 하에서 텐던의 신장 또는 단축(수축) 발생을 회피하는 것이 더 중요하게 되었다. 왜냐하면, 동일한 길이 변형에서도, 크기가 감소함에 따라, 소형화된 수술 기구의 제어불능(uncontrollability) 효과가 강조될 것이기 때문이다.

금속 텐던은 다소 회복가능하게 신장되고 조립 이전에 수술 기구에 수행된 상술한 프리로딩 과정은 보통 잔류 소성을 충분히 완전하게 제거하는 반면, 조립시 수행되는 프리로드는 사용 중에 즉각적인 반응도를 유지한다.

아니면, 폴리머 소재를 만들어진 텐던은 상술한 기여로 인해 높은 신장도를 갖는다; 또한, 조립 이전에 수행된다면, 프리로딩 과정은 텐던이 낮은 인장 하중을 갖자마자 높을 비율로 회복가능한 신장을 빠르게 회복하는 것을 방지하지 못한다. 한편으로 높은 조립 프리로드의 예측은 변형의 회복을 방지한다면, 다른 한편으로는 사용중이 아니더라도 폴러머 텐던의 크리프 과정을 악화시켜 텐던이 거의 무한정 스트레칭되게 하므로, 실행가능한 전력이 아니다.

예를 들어, HMWPE(high molecular weight polyethylene fibers)로 형성된 꼬인 끈은 보통 회복불가능하게 변형되는 반면, 아라미드, 폴리에스터, LCP(liquid crystal polymers), PBO(Zylon®), 나일론으로 된 꼬인 끈은 이 특징에 의한 영향을 덜 받는다.

수술 기구의 경우, 수술 기구 자체의 적절한 정밀도 및 정확도를 유지하기 위해서는 제어가 복잡해지기 때문에 신장 회복뿐만 아니라 상술한 텐던 신장 현상에 기인하는 텐던의 길이 변형은 특히 동작 조건하에 있을 때 매우 바람직하지 않다.

특히, 관절형 엔드 이펙터의 로봇 모션의 정확도 또한 임상성능 결정에서 기초 요소인 소형 장비의 경우, 수십 마이크로(μm)의 텐던 작동은 관절형 엔드(예를 들어, WO-2017-064301에 도시된, 힌지식 손목)의 회전 각도를 결정할 수 있다.

전동식 선형 액추에이터를 갖는 모터박스 및 전동식 액추에이터에 의해 각각의 작동 텐던에 부여된 모션의 대응 전달 피스톤(transmission piston)을 갖는 근접(proximal) 인터페이스부(또는 백엔드(backend)부)를 갖는 수술 기구를 포함하는 로봇 매니퓰레이터를 갖는 텐던 작동 시스템이, 예를 들어, 동일 출원인의 WO-2018-189729에 도시되어 있다.

그러나, 그러한 소형화된 장비의 제조 방법, 특히 모든 조립 방법은 그러한 극히 어려운 조립을 반복하는 것으로, 관절형 엔드 이펙터의 기구학적 중심인 영위치(zero position)에 대해 모션 전달 수단, 디스크, 또는 피스톤의 고유 변동성(intrinsic variability)을 특징짓는다.

백엔드 작동 수단의 위치가 장비들 사이의 공지된 엔드 이펙터의 위치와 고유하게 연관된 것이 아닌 소형화된 장비의 경우, 기구학적 영 또는 참조, 또는 "기구학적 영점" 위치를 공통 체결 수단으로 정의하는 것은 불가능하다.

실제로, 관절형 엔드 이펙터의 기구학적 영위치가 주어지면, 각 장비는 디스크들 또는 피스톤들과 같은 백엔드 작동 수단의 상이한 위치를 가질 것이고, 그러한 다양성은 중요하고 무시할 수 없다. 그러한 경우, 영 위치가 장비들 사이에서 달라지기 때문에 당업계에서 일반적으로 알려진 공지의 체결 위치로 모터를 진행시키는 것은 수용할 수 없을 것이다.

또한, 수술 기구가 엔드 이펙터의 표면에서 최소 마찰로 슬라이딩하도록 설계된 텐던을 폴리머 섬유 텐던으로 구비한다면, 텐던이 폴리머이고 예측하기 어려운 방식으로 변형될 것이기 때문에, 비확장성 강철 텐던을 갖게 될 로드 하에서 텐던을 이송하는 것을 텐던의 비연장성에 의존하는 것은 수용하지도 못할 것이다. 즉, 폴리머 텐던 이벤트에서 텐던이 무거운 소성 변형을 받을 수 있기 때문에 US-2020-0054403 에서 보인 예처럼 높은 저항력이 표현 및 검출(BEMF)될 때까지 기본적으로 그러한 텐던을 프리로드하는 것은 기본적으로 비실용적일 것이다.

동일 출원인의 US-2021-137618는 선형으로 진행하여 멸균 배리어를 통해 수술 기구의 각 카운터 피스톤과 접촉하는 전동식 피스톤을 포함하는 수술 기구에 작동력(actuating forces)을 전달하는 시스템을 갖는 원격 수술용 로봇 시스템의 해법을 보여준다. 카운터 피스톤은 차례로 수술 기구의 관절형 팁의 자유도를 갖는 폴리머 작동 텐던에 응력을 가한다. 폴리머 작동 텐던은, 예를 들어, US-2020-008890에도 도시되어 있다.

예를 들어, US-2020-054403은 수술 기구의 팁을 고정하는 것을 포함하는 교정 방법을 보여준다.

예를 들어, US-2021-0052340은 관절형 수술 기구의 팁에 자유도를 주어 두 대향 방향으로 피팅된 캐뉼라 내벽을 타격하여, 평균 위치를 계산하고 그 위치를 자유도의 기준 위치로 저장하는 것을 포함하는 수술 기구 교정 과정을 보여준다.

US-2018-214219는 접촉없이 장비의 관절형 팁의 자유도를 고정하는 톱니형 장치를 구비하는 수술 기구를 보여준다. 해당 장비가 사용되는 동안 그러한 장치가 삽입되고 장비의 삽입 캐뉼라를 따라 진행하여, 필요시, 수술 현장에서 장비의 관절형 단부에 도달할 수 있다.

따라서, 간략하게, 각 수술 기구별로 정밀하고 시간적으로 적절하게 "기구학적 영점"을 정밀하게 정의할 필요가 있다.

특히, 소형화된 엔드 이펙터를 갖는 수술 기구의 경우, 또한 길항 폴리머 케이블에 의해 작동되는 수술 기구의 경우, 그리고 넓은 생산 변동성이 있도록 제작되는 수술 기구의 경우에도 "기구학적 영점"을 정밀하게 정의할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 로봇 수술 시스템의 수술 기구를 교정하는 방법을 제공하는 것으로, 그 방법은 상술한 배경 기술의 단점을 적어도 부분적으로 극복하여 고려된 기술 분야에서 특히 느껴지는 상술한 필요성에 응답한다. 이러한 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 달성된다.

이러한 방법의 추가 실시예들은 청구항 2 항 내지 26항으로 정의된다.

본 발명의 다른 목적은 수실 장비의 상술한 조절 방법을 수행할 수 있고 및/또는 그 방법으로 조절되는 로봇 수술 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 27항에 따른 시스템에 의해 달성된다.

이러한 방법의 추가 실시예들은 청구항 28항으로 정의된다.

특히, 본 발명의 목적은 상술한 기술적 요구사항들에 의거하여 이하에서 요약되는 특징을 갖는 해법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특별한 추가적인 목적은, 원격작동 이전에 상술한 로봇 플랫폼의 모터 장비(또는 "모터 박스")에 속하는 복수의 모터들(예를 들어, 6개의 모터들)의 단일 구성을 그에 속하는 적어도 두 개의 자유도(예를 들어, "피치(pitch)" 및 "요(yaw)"로 언급된 자유도)로 구성된 수술 기구의 단일 구성에 매칭할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

기구학적 영점은 로봇 매니퓰레이터의 전동식 액추에이터(즉, 모터박스에 속하는 모터들)의 위치 및 수술 기구의 전달 요소(transmission elements)(예를 들어, 피스톤)의 위치를 결합하여 주어진다.

모터들의 시작 위치는 기계, 즉, 로봇 매니퓰레이터 또는 모터박스 하우징을 포함하는 로봇 암(robotic arm)에 고유하다.

한편, 피스톤의 시작 위치는 각 수술 기구에 고유할 수 있다.

모터의 변동성은 보다 제한되는 반면, 로봇 매니퓰레이터, 즉, 로봇 암이 일회용 요소가 아니고 기계와 그 수명과 연관되는 경우, 수술 기구의 변동성은 장비가 일회용 요소일 때보다 훨씬 높고, 각 원격작동 세션 이후 큰 확률로 변할 수 있다.

모터박스 및 장비 모두는, 모터박스의 경우 예를 들어, 장착 불완전성으로 인한 것일 수 있는 고유한 구성을 가질 수 있다.

장비의 초소형화 및 작동 시스템의 기하구조로 인해, 가상의 고유한 구성과 밀리미터의 수십분의 1 정도로 상이한 타입이어도 마스터 장치와 슬레이브 장치 사이의 기구학적 일치에 큰 영향을 주고 이는 원격작동되는 동안 동작에 영향을 준다.

텐던에 대한 회복가능한 탄성-소성 변형이 추가되는 이러한 문제로 인해 원격작동이 심각하게 손상될 수 있다. 실제로, 전달 요소의 위치 및 그에 동작가능하게 연결되고 공지된 엔드 이펙터의 구성과 연관된 전동식 액추에이터의 위치는, 폴리머 텐던의 회복가능한 혹은 회복불가능한 탄성-소성 변형과 같은 작은 불완전성으로 인해 완전하게 재현될 수 없다.

제안된 해법을 통해, 장비를, 즉, 엔드 이펙터의 공지된 위치에 체결하여 "원점 복귀(homing)" 동작을 수행할 수 있고, 항상 상이한 방식으로 수술 기구의 전달 요소(예를 들어, 피스톤)에 배치된 액추에이터들의 위치를 리셋할 수 있다.

제안된 해법을 통해, 전달 체인이(예를 들어, 폴리머 텐던을 사용하여) 매우 낮은 마찰을 유지하도록 설계되었더라도 장비를 체결하여 수술 기구의 "원점 복귀" 동작을 수행할 수 있고, 따라서 관절형 엔드 이펙터의 모션을 작동시키도록 매우 낮은 작동력을 요구하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 교정 절차 또는 방법은 바람직하게는 각 원격작동 단계 이전에 수행된다.

교정 절차는 원격작동을 준비하는 것으로, 수술 기구가 정확하게 로봇 매니퓰레이터의 각 포켓에서 체결된 것이 검증된 후 수행될 수 있다.

교정 절차는 수술 기구가 텐던을 컨디서닝("사전 신장(pre-strech)")하는 초기 컨디셔닝 단계를 포함하는 초기화 단계 이후 및 원격작동 단계 이전에 수행될 수 있다.

교정 절차는 수술 기구가 텐던을 컨디셔닝("사전 신장(pre-strech)")하는 초기 컨디셔닝 단계를 포함하는 초기화 단계 및 홀딩 단계("홀드 복귀") 이후, 및 원격작동 단계 이전에 수행될 수 있다.

교정 절차는 두 인접 원격작동 단계 사이, 즉, 하나의 원격작동 단계의 끝과 그 다음 원격작동 단계 시작 사이에 수행될 수 있다. 이는, 예를 들어, 원격작동 단계에 있는 동안, 적어도 일부 폴리머 텐던이 신장 변형을 진행하고 있을 때, 일어나고, 그런 다음 교정 절차는 후속 원격작동 단계 시작 전에 갱신된 기구학적 영위치를 저장하도록 수행된다.

예를 들어, 두 인접 원격작동 단계 사이에 중간 단계가 있을 수 있고, 이 중간 단계에서 슬레이브 장치의 수술 기구는 유예된 원격작동 단계 및/또는 제한된 원격작동 단계 및/또는 수용 단계 및/또는 리셋 단계와 같이 마스터 장비에 예속되지 않는다(즉, 슬레이브는 마스터를 따르지 않는다). 원격작동되는 로봇 수술 동작을 하는 동안 수행될 수 있는 연속 및 인접 원격작동 단계는 다양한 부수적인 특정 필요성에 좌우될 수 있다.

실제로, 수술 기구가 완전히 마스터 장치에 예속된 원격작동 단계에서, 적어도 일부 텐던들의 성능은 수술장비의 자유도의 집중 작동으로 열화될 수 있고, 작동은 텐던이 높은 곡률반경(예를 들어, 피치/요의 자유도를 참조하여)을 설명할 것을 요구할 수 있다.

제안된 해법을 통해, 엔드 이펙터의 초소형화의 결과로 수술 기구들 사이의 고유 변동성이 있는 경우뿐만 아니라 텐던은 회복 가능한 또는 회복 불가능한 탄성-소성 변형이 있는 경우에도 로봇 매니퓰레이터의 전동식 액추에이터의 위치와 수술 기구의 엔드 이펙터의 구성을 정확하게 일치시킬 수 있고 갱신할 수 있다.

제안된 해법을 통해, 플러그 또는 캡을 사용하여 수술 기구의 관절형 팁을 고정할 수 있고, 수술 기구의 각 전동식 액추에이터 및 각 전달 요소 사이의 접촉이 전동식 액추에이터의 힘 센서(로드 셀들)을 통해 검출될 수 있다. 따라서, 전동식 액추에이터의 모터 전류를 독출하거나 모터를 사용하여 힌지식 팁의 자유도를 고정할 필요가 없다.

장비의 관절형 팁에 피팅된 플러그 또는 캡의 형태로 제약 요소(constraint element)를 제공하는 것, 적어도 두 대향 면에 관절형 팁에 인접하는 것은 수술 기구의 관절형 팁의 하나 이상의 자유도를 고정하고 팁 자체의 이동 범위를 회피하게 하는 것이다. 따라서, 관절형 팁을 원하는 공지된 위치, 예를 들어, 수술 기구의 종축과 정렬되어 플러그 또는 캡(제한 요소)의 단일 위치에 고정하는 것이 가능하고, 이는 교정 절차를 빠르고 정밀하게 한다.

본 발명에 따른 방법의 추가 특징과 장점은 지표적이고 비제한적인 예로서 주어진 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 축측투영도(axonometric view)에서 일실시예에 따른 원격작동 수술용 로봇 시스템을 보여준다.
도 2는 축측투영도에서 도 1에 도시된 원격작동 수술용 로봇 시스템의 일부를 보여준다.
도 3은 축측투영도에서 일실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 원위부(distal portion)를 보여준다.
도 4는 축측투영도에서 일실시예에 따른 수술 기구를 보여주고, 텐던은 점선으로 개략적이고 도식적으로 도시되어 있다.
도 5는 가능한 동작 모드에 따라 수술 기구의 관절형 엔드 이펙터의 자유도의 작동을 도식적으로 보여준다.
도 6은 가능한 동작 모드에 따라 수술 기구의 자유도의 작동을 보여주는, 수술 기구의 일부와 로봇 매니퓰레이터의 일부에 대한 도식적인 단면도이다.
도 7a 내지 7d는 가능한 동작 모드에 따라 일련의 교정 방법을 도식적으로 보여준다.
도 8은 일실시예에 따라 수술 기구의 관절형 엔드이펙터를 명확하게 보여주는 부분적으로 절단된 축측투영도이다.
도 9a 및 9b는 텐던에 명확하게 도시되지 않은, 제약 요소에 의해 제약된 관절형 엔드 이펙터의 단면을 도식적으로 보여준다.
도 10a 내지 10d는 가능한 동작 모드에 따라 일련의 교정 방법을 도식적으로 보여준다.
도 11a 내지 11c는 일실시예의 교정 방법에 따라, 전동식 액추에이터, 전달 요소 및 수술 기구 사이의 일련의 상호작용과 관련된 세부사항을 보여준다.
도 12는 일실시예의 교정 방법의 흐름도를 보여준다.
도 13, 14a 내지 14c, 및 15a 및 15b는 각 실시예의 교정 방법에 따라, 전달 요소들 및 수술 기구 사이의 일련의 상호작용과 관련된 세부사항을 보여준다.

도 1 내지 도 15를 참조하여, 원격작동되는 로봇 수술 시스템(1)의 수술 기구(20)를 교정하는 방법이 설명된다.

수술 기구(20)는 복수의 텐던들(31, 32, 33, 34, 35, 36)과 각각 연관된 복수의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26), 및 각 텐던을 통해 전달 요소들에 기계적으로 연결가능한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 포함하여, 전달 요소들의 움직임들과 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 각 움직임 또는 자세 사이의 분명한 상관관계를 결정한다.

원격동작 로봇 수술 시스템(1)은 상술한 수술 기구(20) 외에 복수의 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및 제어 수단(9)을 포함한다. 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 동작가능하게 각 전달 요소들( 21, 22, 23, 24, 25, 26)에 연결가능하여 제어수단의 제어 하에 전달 요소들이 움직이게 한다.

그 방법은 먼저 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 기준 위치로 고려되는(원칙적으로 이 목적을 위해 공지되어 있고 이 목적을 위해 사전 지정되어 있는 한 임의의 원하는 위치일 수 있는) 사전정의된 공지의 위치에 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 배치 및 고정하는 단계를 포함한다. 그러한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치는 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 결과적인 위치와 명확하게 연관되어 있다.

본 방법은 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 각각이 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 접촉하도록 전동식 액추에이터들을 작동시키는 단계, 및 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 각 전달 요소와 접촉할 때 모든 전동식 액추에이터들의 위치를 저장하는 단계를 포함하고, 전동식 액추에이터의 저장된 위치 세트를 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치와 명확하게 연관된 전동식 액추에이터들의 기준 위치로 간주한다.

그런 다음, 본 방법은 기구학적 0 조건을 정의하는 단계, 전동식 액추에이터의 상술한 저장된 기준 위치를, 제어 수단(9)에 의해 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에게 부여된 움직임이 참조되는(참조될) 것에 대해 가상 영점과 연관시키는 단계를 포함한다.

상술한 구동 단계는 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 수술 기구의 각 전달 요소에 0 보다 크고 임계력 이하의 힘을 가하도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함한다.

(본 발명에서 "힌지식 단말" 또는 "관절형 팁" 또는 "관절형 엔드 이펙터"로도 정의될) 관절형 엔드 이펙터 장치를 참조하여, 구현 옵션에서, 피치, 요, 및("그립"으로도 지칭되는) 개/폐 자유도를 갖고, 바람직하게는("롤(roll)"로도 지칭되는) 회전 자유도를 갖는 힌지식 손목(즉, 커프)이 바람직하다는 점에 유의해야 한다.

본 방법은 예를 들어 수술 기구를 사용하기 전에 수행될 수 있다.

구현 옵션에 따르면, 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 작동하는 단계는 각 액추에이터가 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)를 움직이지 않고 또는 연관된 폴리머 텐던의 변형을 보상하도록 각 전달 요소를 약간씩 움직임으로써 각 전달 요소와 접촉하도록 전동식 액추에이터를 작동시키는 단계를 포함한다.

본 방법의 일실시예에 따르면, 상술한 임계력은 임계력을 결정하는 예비 단계에서 사전 결정되고, 따라서 엔드 이펙터 장치(40)가 정지되거나 잠기는 조건 하에서 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 관절형 엔드 이펙터 장치(40) 모두에 작동가능하게 연결된 텐던에 약간의 프리로드를 부과한다.

그러한 경우, 상술한 작동 단계는 전동식 엑추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상술한 임계력과 허용오차(tolerance) ε 내에서 동일한 힘을 수술 기구의 각 전달 요소에 적용하도록 각 전동식 액추에이터를 제어하는 단계를 포함한다.

일실시예에 따르면, 본 방법은 원격동작되는 로봇 수술 시스템에 적용되고, 로봇 수술 시스템은 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 동작가능하게 연결된 힘 센서들(17, 17', 18, 18')을 포함하고, 및/또는 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 힘을 가하여 각 전달 요소에 실제로 가해진 힘을 검출하도록 구성된다.

그러한 경우, 상술한 0보다 크고 임계력보다 적은 힘을 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 가하는 단계는 피드백 제어 루프를 통해 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 힘을 가하는 단계를 포함하되, 피드백 신호는 각 전달 요소 또는 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 동작가능하게 연결된 각 힘 센서(17, 17', 18, 18')에 의해 검출된 대로 전달 요소에 가해지는 힘을 대표한다.

특별한 구현 옵션에 따르면, 시스템은 액추에이터들과 전달 요소들 사이에 배치된 멸균된, 약간 탄성적인 드레이프(drape, 19)를 포함하고, 힘은 전동식 액추에이터에 의해 멸균 드레이프(19)를 통해 각 전달 요소(예를 들어, 21)에 가해진다. 그러한 경우, 액추에이터(예를 들어, 11)에 장착된 힘 센서들(17, 17', 18, 18')은 액추에이터-드레이프-전달 요소 접촉력을 검출하고, 따라서 액추에이터와 전달 요소 사이의 접촉은 이 경우 간접적이다. 멸균 드레이프 또는 직물(19)은 바람직하게는 액추에이터가 진행할 때 전동식 액추에이터 하부에 근위 방향(proximal direction)으로 프리로드되는 평평한 구성으로 탄성적으로 프리로딩된다. 힘 센서들(17, 17', 18, 18')은 바람직하게는 로봇 매니퓰레이터(10)의 전동식 액추에이터 하부(bottom)에, 즉, 멸균 드레이프(19)의 비멸균면 상에 위치한다.

구현 옵션에 따르면, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 관절을 포함하고, 상술한 사전 결정된 공지의 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 위치는 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각 관절이 관절 작업공간의 중앙 위치에 있는 조건에 상응하는 위치이다.

예를 들어, 도 8에 도시된 구현 옵션에서, 회전 관절은 피치(P)의 자유도, 요(Y)의 자유도, 그립(G)의 자유도를 정의하는데 사용되고, 상술한 중앙 위치는 중앙 각도 위치이다.

도 13에 예를 들어 도시된 것처럼, 중앙 각도 위치는 엔드 이펙터(40)의 요(Y) 자유도를 정의하는 회전 관절에 대해, 상술한 중앙 각도 위치와 각 스트로크 단부(stroke end) 사이에서 서로 동일한 두 각도 α 를 정의할 수 있다.

도 14a 내지 14c에 예를 들어 도시된 것처럼, 요(Y)의 자유도는 스트로크 단부에 적용되어 제1 각거리(angular distance) α1 및(도면에서 제1 각거리보다 크게 도시된 예에서) 제2 각거리 α2를 기술하는 길항(antagonistic) 전달 요소들(21, 22)에 작용하고, 구현에 따르면, 영점은 대상 전달 요소들(21, 22)에 의해 수행된 스트로크의 중간점으로 계산되어 다음의 관계에 따라 각거리들 α1 및 α2를 기술한다.

다른 구현 옵션에 따르면, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 관절을 포함하고, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 상술한 사전 결정된, 공지된 위치는 관절형 엔드 이펙터 장치(40)가 수술 기구(20)의 샤프트 또는 로드(rod)(27)의 축과 정렬되는 조건에 대응하는 위치이다.

바람직하게는, 샤프트는, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)가 샤프트(27)의 길이 연장 방향(r-r)과 정렬되도록(도 10에 도시된 것처럼) 길이 연장 방향(r-r)을 따라 연장되는 강체 샤프트이고, 바람직하게는, 각 회전 관절의 중앙 각도 위치(angular position)는 상술한 길이 연장 방향(r-r)과 정렬된다; 그에 따라 링크의 종방향으로 스쿼트(squat) 또는 신장된 몸체(즉, 합류 요소들, 즉, 연결 요소들)는 샤프트(27)와 종방향으로 정렬된다.

본 방법의 실시예에 따르면, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치는 팁 캡(tip cap, 37)에 의해 제한된다. 팁 캡(37)은 피치, 요, 및 그립의 자유도를 고정할 수 있고, 롤, 즉, 종축(r-r)에 대한 회전 자유도도 고정할 수 있다.

본 방법의 구현 옵션에 따르면, 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)를 정지시켜 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 접촉하게 하는 상술한 임계력은 0.01N 내지 5.0N, 바람직하게는 0.05N와 2.0N 사이의 범위 내에 있다.

본 방법의 구현 옵션에 따르면, 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16), 바람직하게는, 예를 들어, 서로 독립적인 전동식 액추에이터들 각각의 위치들과 사전결정된 공칭(nominal) 영위치 사이의 오프셋 제어가 실행되고, 그러한 오프셋이 최대 허용 절대 오프셋(maximum allowable absolute offset) dxMAX 보다 크다면, 교정 절차는 무효로 간주된다.

구현 옵션에 따르면, 액추에이터들 중 하나만 상술한 최대 절대 오프셋 보다 큰 오프셋을 갖는 것도 교정 절차를 무효로 하기에 충분한 것으로 간주된다.

본 방법의 일실시예에 따르면, 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 대응 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 접촉할 때 각 전동식 액추에이터가 도달한 위치들 사이에서 상대적인 오프셋 제어가 실행되고, 그러한 상대적인 오프셋이 상대적인 최대 허용 오프셋 dx보다 크다면, 교정 과정은 무효로 간주된다.

구현 옵션에 따르면, 길항 전달 요소 쌍의 전달 요소들과 연관된 전동식 액추에이터들 사이의 상대적인 오프셋이 제어된다.

가능한 구현 옵션에 따르면, 상대적인 최대 허용 오프셋 dx는 0 내지 20.0mm, 바람직하게는 5와 15mm 사이의 범위 내에 있다.

본 방법의 일실시예에 따르면, 하나 이상의 길항 텐던 쌍(31, 32),(33, 34),(35, 36)과 각각 동작가능하게 연결되는 하나 이상의 길항 전달 요소 쌍(21, 22),(23, 24),(25, 26)이 제공된다. 각 길항 텐던 쌍은 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 링크(즉, 단일 피스의 연결 요소)(42, 43, 44)를 대향 이동 방향, 예를 들어, 대향 각도 방향으로 이동시키고, 또는, 달리 말하면, 각 길항 텐던 쌍은 각 자유도(피치(P) 또는 요(Y) 또는 그립(G))를 대향 방향으로 이동시킨다.

구현 옵션에 따르면, 탄성 요소(46)가 제공되고, 이는 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 작용하여 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)이 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)와 이격되도록 일정한 최소 프리로드 레벨을 유지한다.

일실시예에 따르면, 상술한 작동 단계는, 전동식 액추에이터들과 각 전달 요소들 사이의 제1 접촉 단계에서, 제1 속도(v1)가 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 부여되고, 제1 힘(F1)이 각 전달 요소에 가해지도록 전동식 액추에이터를 제어하는 단계를 포함한다.

구현 옵션에 따르면, 작동 단계는 제1 속도(v1)가 0.1 내지 30 mm/s, 바람직하게는 1과 10 mm/s 사이의 범위 내에 있도록 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)를 제어하는 단계를 포함한다.

구현 옵션에 따르면, 작동 단계는 상술한 제1 힘(F1)이 0.01 내지 2N, 바람직하게는 0.05N과 0.5N 사이의 범위 내에 있는 것이 검출될 때 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)의 이동을 정지하도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함한다.

구현 옵션에 따르면, 작동 단계는, 상술한 제1 접촉 단계 외에, 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)들이 오프셋 dx1만큼(퇴축 속도(retracting speed) v4로) 퇴축되는 퇴축 단계, 및 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 제2 속도(v2)로 진행하고, 제2 힘(F2)과 동일한 접촉력이 검출될 때 정지되는 제2 진행 및 제2 접촉 단계를 포함한다.

구현예에 따르면, 제2 힘(F2)은 상술한 임계력과 동일하다.

구현 옵션에 따르면, 상술한 제2 속도(v2)는 제1 속도(v1)보다 낮고, 바람직하게는 0.1 내지 5mm/s, 바람직하게는 0.5와 3mm/s 사이의 범위 내에 있다.

구현 옵션에 따르면, 상술한 제2 힘(F2)은 제1 힘(F1)보다 크고, 바람직하게는 0.1 내지 5N, 바람직하게는 0.5와 2N 사이의 범위 내에 있다.

구현 옵션에 따르면, 상술한 퇴축 단계에 있는 동안, 전동식 액추에이터들의 움직임은 그에 작용한 힘이 제3 힘의 값(Fm)에 도달하도록 제어된다.

구현예에 따르면, 제3 힘의 값은 바람직하게는 0.1 내지 5N 의 범위에 있다.

구현 옵션에 따르면, 상술한 작동 단계는, 전달 요소들과 제1 접촉하기 전에 제어 수단이 스트로크 dX3에 해당하는 공간을 따라 자유 스트로크 영역이 발생한 것을 알고 있는(도 11A에서 k3로 나타낸) 사전 정의된 범위에 전동식 액추에이터들의 위치가 있을 때, 전동식 액추에이터들이 제1 속도(v1)와 제2 속도(v2) 보다 크고, 제3 속도(v3)와 동일한 속도로 진행하도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함한다.

상술한 제1 속도(v1), 제2 속도(v2) 및 제3 속도(v3) 및 퇴축 속도(v4)는 도 11A 내지 11D에 도시된 구현예에 표시되어 있다.

(이미 언급된) 일실시예에 따라, 유연하고 탄성적인 멸균 드레이프(19)는 전동식 액추에이터들과 수술 기구 사이에 위치한다. 그러한 경우, 그러한 멸균 드레이프의 저항에 의해 발생되는 힘은 공지된 오프셋 또는 바이어스 힘(Foff)이고, 제어 수단(9)은 수행된 힘 확인, 및/또는 임계력과의 비교로부터 그러한 공지의 오프셋 또는 바이어스 힘(Foff)을 설명하거나, 제거하거나, 또는 고려하지 않도록 구성된다.

구현 옵션에 따르면, 멸균 드레이프(19)는 탄성이 있고, 동작 조건에 있는 경우 탄성적으로 변형된다. 드레이프(19)의 탄성은 직물을 비변형된(non-deformed) 평평한 구성으로 되돌리는 것을 목적으로 한다. 따라서, 액추에이터들이 진행하여 압박하는 경우, 액추에이터들의 하부에 드레이프(19)에 의해 가해지는 최소 프리로드가 있게 되고, 액추에이터가 각 전달 요소에 의해 압박되기 때문에 퇴축할 때, 예를 들어, 길항요소가 스트로크 단부로 압박받고 있다면, 드레이프에 의해 가해진 프리로드는 전달 요소에 부과되고 원위로 향하게 된다.

본 방법의 일실시예에 따르면, 제어 수단(9)은 외부 제약조건에 의해 고정되어 있지 않고 이동하는 상태에 있다면, 상술한 임계력 이하인 최대 동작력(Fa)을 적용하여 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 이동시킨다.

구현 옵션에서 그러한 최대 동작력은 5N 이하이다.

구현 옵션에 따르면, 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 피스톤들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 포함한다.

그러한 경우, 구현예에 따르면, 텐던은(도 6에 도시된 대로) 각 피스톤에 고정, 예를 들어, 접착될 수 있고, 따라서 피스톤에 의해 정의된 직선 경로를 따라 진행하면서 각 텐던의 접착된 단부를 드래그한다. 리턴(예를 들어, 리턴 도드래)은, 피스톤이 진행할 때 텐던의 경로가 리턴의 상류 부분에서 연장되는 것을 보장하는 피스톤의 하류(및 엔드 이펙터(40) 및 샤프트(27)의 상류)로 백엔드(29)에서 제공되고, 따라서 다른 길항 텐던과 그에 따라 다른 길항 피스톤 뒤에서 운반하면서 각 자유도를 "견인"하여 피스톤을 이동시킨다.

즉, 피스톤이 "압박"되면, 자유도는 각도 방향으로 작동되고 다른 길항 피스톤이 "상승"된다.

대안적인 구현에 따르면, 텐던들은 피스톤이 아닌 장비 내벽에 접착되고, 진행하고 있는 피스톤은(기타 줄과 같은) 텐던의 경로를 편향시키고, 텐던을 늘리면서 그 자체는 리턴 요소로 동작한다.

다른 구현 옵션에 따르면, 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 로터리 디스크들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 포함한다.

그러한 로터리 디스크들은 일정한 각도 변위만큼 이동하면서 텐던의 근위부에 권선/비권선된다.

그러한 경우, 액추에이터들은 바람직하게는 전달 요소들의 로터리 디스크들과 체결되는 로터리 디스크들이다. 그러한 경우, 멸균 드레이프도 로터리 디스크의 회전 작동 모션을 전달하는 강체 인터페이스, 예를 들어, 삽입품 또는 딱딱한 플라스틱 판들을 포함할 수 있다.

상술한 로터리 디스크는, 예를 들어, 캡스턴이다.

본 방법의 두 실시예는 이하에서 설명되고, 모두 길항 텐던들이 두 전달 요소들 및 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각 링크에 동작가능하게 연결(바람직하게는 직접 고정)되어(상술한 관절형 엔드 이펙터 장치의 적어도 하나의 자유도 중) 상술한 적어도 하나의 자유도를 대향 이동을 통해 작동시킨다.

그러한 두 실시예 중 첫 번째에서, 본 방법은, 전동식 액추에이터와 전달 요소들 사이의 접촉 또는 체결 단계 이후, 엔드 이펙터 장치(40)의 각 자유도에 대해 작용-길항 텐던 쌍의 길항 텐던에 대해 정의 단계가 동시에 수행되는 것을 제공한다; 또한, 바람직하게는, 상술한 정의 단계는 다양한 길항 텐던 쌍에 대해 이어서 적용된다, 즉, 한 번에 한 쌍씩 수행된다. 그러한 경우, 자유도를 고정하는 것은 두 길항 텐던 쌍을 적당하게 압박한다.

두 실시예 중 두 번째에서, 본 방법은, 전동식 액추에이터들 및 전달 요소들 사이의 접촉 또는 체결 단계 이후, 정의 단계는 엔드 이펙터 장치(40)의 제어된 각 자유도별로:

- 스트로크 단부 지지대에 엔드 이펙터 장치(40)의 자유도 각각을 주는 단계;

- 전달 요소에 상위력(Fe)를 각각 적용하여 텐던들을 압박하는 단계;

- 각각의 자유도별로, 그에 따라 얻어진 전달 요소의 해당 위치 Xe를 저장하는 단계;

- 각각의 자유도별로 전달 요소의 저장된 위치 Xe에 기반하여 기구학적 영위치를 정의 및/또는 재계산하는 단계를 포함한다.

그러한 경우, 바람직하게는, 상술한 자유도를 주는 단계, 적용하는 단계, 저장하는 단계, 및 정의 및/또는 재계산하는 단계들은 모든 전달 요소들, 특히 전달 요소들과 상호 길항 텐던들에 대해 수행되고, 따라서, 각각의 자유도 별로, 상술한 자유도의 길항 텐던들과 연관된 두 전달 요소들의 두 위치(Xe, Xe_ant)에 대해 수행된다.

가능한 구현 옵션에서, 영위치는 반드시 길항 지지대들 사이의 중간에 있지는 않지만 엔드 이펙터의 형상과 구조에 좌우되는 것에 유의해야 한다.

하나의 자유도의 기구학적 영위치와 그 스트로크 단부 사이의 각도 거리가 알려지는 본 방법의 일실시예에 따르면, 정의하는 단계는:

- 스트로크 단부 지지대에 엔드 이펙터 장치(40)의 하나의 자유도를 주는 단계;

- 한 쌍의 길항 텐던 중 하나에 작용하는 힘에 상위력 값(Fe)을 주는 단계;

- 상기 텐던에 해당하는 전달 요소의 위치(Xe)를 저장하는 단계;

- 길항 텐던 쌍의 다른 텐던에 길항력(Fe_ant)를 적용하는 단계가 수행되는 동안 그러한 텐던에 적용된 상위력(Fe)을 유지하되, 상위력(Fe)은 상술한 길항력(Fe_ant)보다 큰 단계;

- 상술한 길항 텐던에 해당하는 전달 요소의 위치(Xe_ant)를 저장하는 단계;

- 각각의 위치들(Xe, Xe_ant)의 저장된 값들에 기반하여 그러한 한 쌍의 길항 전달 요소의 길항 전달 요소들의 기구학적 영위치를 계산하는 단계;

- 상술한 전달 요소들을 계산된 기구학적 영위치로 이동시키는 단계를 포함한다.

가능한 구현 옵션들에 따르면, 본 방법은 바람직하게는 각각의 자유도별, 즉, 각각의 길항 텐던 쌍에 대해 상술한 단계들을 동시에 또는 연속하여 반복하는 단계를 포함한다.

도 15a 및 15b에 도시된 특별한 구현 옵션에 따르면, 본 방법은 피치 및 요의 자유도들에 작용하는 길항 텐던들을 체결, 준비 및 조절하는 단계들을 제공하고, 이들에게 상위 임계치(Fe)보다 낮은 임계력 값을 가하며, 여기서 수술 기구의 엔드 이펙터 장치(40)는 움직이지 않는다.

보다 상세하게, 엔드 이펙터 관절의 지지대 위치와 관절형 손목 사이의 거리를 알고 있다면, 케이블(또는 텐던)은 관절이 인접하게 하고, 상위력 값(Fe)에 도달할 때까지 힘이 가해져, 피스톤의 해당 위치(Xe)가 저장된다. 그런 다음, 상위력 Fe보다 적은 값 F_ant에 도달한 힘을 가함으로써 길항 케이블(또는 텐던)이 이동되고, 따라서 엔드 이펙터의 자유도는 이동하지 않고, 길항 피스톤의 해당 위치 X-ant가 저장된다. 거리가 알려졌기 때문에, 저장된 위치들 Xe 및 X_ant가 기구학적 영위치 계산에 사용되고, 피스톤들은 최종적으로 그러한 기구학적 영위치에 배치된다.

구현 옵션에 따르면, 본 방법은 상술한 텐던이, 꼬인 또는 땋은 폴리머 섬유로 만들어진 폴리머 텐던일 때 적용된다.

그러한 텐던은 노화, 온도, 프리로드와 같이 제어될 수 없는 외부 파라미터들에 기반하여 신장을 변화시키고, 따라서 케이블의 신장 방법은 불분명하다; 정확하게 이러한 이유로, 특히 상술한 방법의 수행에는 잇점이 있다.

일실시예에 따르면, 본 방법은 미세 수술 원격작동을 위한 로봇 시스템으로 구성되고, 수술 기구는 미세 수술 기구이다.

도 1 내지 15를 다시 참조하면, 본 발명의 방법에 적용되는 수술 기구에 대한 추가 설명이 이하에서 제공되고, 이는 본 방법에 대한 비제한적인 예로서, 일부 실시예에 대한 추가 설명뿐만 아니라 본 방법 자체에 대한 보다 양호한 이해에 유용하다.

일실시예에 따르면, 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

- 전동식 액추에이터들(또는 매니퓰레이터(10)의 모터박스의 모터들)의 결합이 수술 기구의 전달 요소들(피스톤들)과 배열되도록 특별한 하우징 내에 장비를 배치하는 단계. 모터박스의 모터들은 이전에는 모터박스의 영위치에 또는 모터들이 퇴축된 모터 샤프트를 갖는 구성에 위치했어야 한다;

- 접촉력 Flight으로 피스톤을 도달시키기 위해 모터박스의 모터들을(독립적으로) 이동시키는 단계. 그러한 접촉력 Flight은 모터의 팁에 위치한 힘 센서들에 의해 측정가능한 최소 힘이다(예를 들어, 그러한 힘은 0보다 크고 전달 요소들에 적용된, 임계력 이하인 상술한 힘에 해당한다). 최소 적용가능한 힘은 피스톤을 움직이지 않으면서 피스톤을 접촉하게 해야 한다. 이는 장비의 내부 액추에이터와 결합된 피스톤의 고유 마찰력을 통해 가능하다. 그럼에도 불구하고, 장비의 자유도는 이동을 최초 위치로 제한하는 특별 캡에 의해 고정된다;

- 각 피스톤에 힘을 유지하고 텐던에 최소 응력을 주도록 힘을 활성시키는 단계;

- 얻어진 결합은 원격동작으로 처음 진입하기 직전에 기구학적 0으로 저장되고 모터들의 현재 위치로 구성된다.

바람직하게는, 상술한 포지셔닝 및 이동 단계는 다음의 단계들을 포함한다.

(1) 수술 기구의 기구학적 영위치를 설정하는 명령.

해당 명령은 두 소스: 사용자 인터페이스로부터의 입력 또는 수술 기구의 삽입에 대한 검출로부터 결정된 자동입력 중 하나로부터 시작될 수 있다.

(2) 수술 기구의 기구학적 영위치를 설정하는 절차.

"장비 체결"로도 지칭되는 기구학적 영위치를 설정하는 절차는 모터박스의 모터들을 이동시켜 로드 셀들이 장비의 피스톤과 체결되게 하는 소프트웨어 명령 시퀀스이다. 영위치(즉, 기구학적 0)는, 모터박스의 로드 셀들에 의해 측정된 대로, 장비의 모든 피스톤들이 동일한 힘으로 체결되는 위치로 설정된다. 체결의 정확성을 보장하고, 단시간에 체결절차를 완료하기 위해, 체결은 한 세트의 사이클 반복을 통해 일어날 수 있고, 각 사이클에서 충분히 작은 속도 값과 최종 체결력 값이 엔드 이펙터 팁의 이동을 결정하지 않는 정확한 체결에 사용될 때까지 모터 속도와 거리와 힘 사이가 절충된다.

체결 루틴은 장비의 영위치를 설정하는 절차를 시작하는 명령을 수신한다. 루틴은 시스템 상태가 준비되어 있고, 필요한 서브 시스템 초기화가 수행된 것을 검증한다.

시간을 줄이기 위해, 루틴은 모터박스의 피스톤들을 구동하여 모터박스의 6축의 빠른 궤적이 장비의 피스톤에 가까운 위치에 있도록 명령한다. 그런 다음, 상술한 빠른 궤적의 속력값보다 낮은 속력값 VMS이 부과되어 장비의 피스톤들에 대한 제1 접촉력 Flight 을 얻는다. 각 축은 각 하중 셀이 접촉력 값 Flight 을 검출할 때 독립적으로 정지된다.

그런 다음 축들이 장비의 피스톤을 터치하도록 제어되고, 따라서 영힘(zero force)을 결정한다. 그런 다음 프로그램된 방식으로 접촉력은 하중 셀이 영위치에 있어야 하는 값까지 증가한다.

정밀한 접촉을 위해, 축들은 낮은 속도의 궤적으로 피스톤을 접촉하고 사전 정의된 특정 힘이 얻어질 때까지 계속 이동하도록 제어되고, 각 축은 그러한 사전 정의된 힘의 값 Fhome이 각 하중 셀 상에 도달할 때 독립적으로 정지된다. 모든 하중 셀들이 필요한 힘들을 검출할 때 그리고 모든 축의 이동이 정지될 때, 체결 절차가 완료된다.

각 로드 셀에서 어느 축도 궤적에 할당된 거리에서 기대 힘 값을 검출하지 못했다면, 루틴은 에러를 표시하고 장비에 강제로 체결을 해지한다.

따라서, 요컨대, 상술한 절차는:

a) 장비의 존재를 확인하는 단계;

b) 모터박스 축이 영위치를 얻은 것을 확인하는 단계;

c) 모터박스 축이 영 백스톱(backstop) 위치에 있는 것을 확인하는 단계;

d) 하중 셀이 적용된 각 교정 및 오프셋 값들을 갖는 것을 확인하는 단계;

e) 하중 셀이 잡음을 고려하여 제한 범위 내에서 0값을 갖는 것을 확인하는 단계;

f) 절차의 구성 파라미터들을 로딩하는 단계:

(i) 체결력 값들을 로딩하는 단계;:

- 제1 접촉력 값

- 채결 접촉력 값

(ii) 축들의 체결 거리를 로딩하는 단계

- 축들의 빠른 접근 거리

- 축들의 느린 접근 거리

- 축들의 최대 허용 터치 거리

(iii) 축들의 체결 속력을 로딩하는 단계

- 축들의 빠른 접근 속도

- 축들의 느린 접근 속도

- 축들의 제1 체결 속도

- 축들의 느린 체결 속도

g) 빠른 궤적을 수행하여 모터박스 피스톤들과 장비 피스톤들의 후미 위치들 사이의 간격을 커버하는 단계:

- 접촉력 값을 설정하는 단계;

- 속도 값을 빠른 접근 값으로 설정하는 단계;

- 거리 값을 빠른 접근 값으로 설정하는 단계;

- 설정된 속도 및 거리를 사용하여 사다리꼴 속도 프로파일을 갖는 빠른 접근 궤적을 생성하는 단계;

- 생성된 궤적을 사용하여 모터박스 축이 이동하도록 제어하되, 이동 절차는, 로드 셀이 접촉력 이상인 힘을 판독한다면, 그 축의 이동이 정지되고; 루틴은 모든 축들의 이동 완료를 기다리고; 초과 궤적에서 이동되지 않은 거리는 폐기되는 단계;

- 모터박스를 제어하여 거꾸로 접촉한 각 축을 무접촉을 나타내는 하중 셀로부터 0값을 갖도록 이동시키는 단계; 이는 다음 단계에서 균형잡힌 접촉을 보장하도록 수행된다;

h) 중간 속도 및 터치를 갖는 제1 접촉 궤적을 수행하는 단계:

- 접촉력 값을 설정하는 단계;

- 속도 값을 중간 접근 값으로 설정하는 단계;

- 거리 값을 최대 허용 접근 값으로 설정하는 단계;

- 설정된 속도 및 거리를 사용하여 사다리꼴 속도 프로파일을 갖는 빠른 접근 궤적을 생성하는 단계;

- 생성된 궤적을 사용하여 모터박스 축을 이동하도록 제어하되, 각 축은, 각 로드 셀의 힘이 얻어질 때 정지되고; 루틴은 모든 축들이 이동을 완료하기를 기다리고; 초과 궤적에서 이동되지 않은 거리는 폐기되는 단계;

- 모터박스를 제어하여 거꾸로 접촉한 각 축을 무접촉을 나타내는 로드 셀로부터 0값을 갖도록 이동시키는 단계; 이는 다음 단계에서 균형잡힌 접촉을 보장하도록 수행된다;

i) 최종 접촉을 수행하여 낮은 속도와 필요한 접촉력을 사용하여 정밀하게 접촉하는 단계:

- 접촉력 값을 영위치에 필요한 값으로 설정하는 단계;

- 속도 값을 낮은 접근 값으로 설정하는 단계;

- 거리 값을 최대 허용 접근 값으로 설정하는 단계;

- 설정된 속도 및 거리를 사용하여 사다리꼴 속도 프로파일을 갖는 빠른 접근 궤적을 생성하는 단계;

- 생성된 궤적을 사용하여 모터박스가 이동하도록 제어하되, 각 축은, 각 로드 셀의 힘이 얻어질 때 정지하고; 루틴은 모든 축들이 이동을 완료하기를 기다리고; 초과 궤적에서 이동되지 않은 거리는 폐기되는 단계;

j) 각 축별로 이동한 거리가 제어된 궤적 거리보다 적은 것을 확인하는 단계;

k) 각 축별로 하중 셀에 의해 검출된 힘값이 필요한 값임을 확인하는 단계;

l) 상술한 확인들 모두가 통과되었다면, 힘 제어가 장비의 피스톤 모터 상에서 동일한 힘을 유지할 수 있게 하여 시간에 따라 텐던의 신장 또는 단축을 보상하는 단계;

m) 확인들이 통과되지 않았다면, 축들에게 체결해지(disengagement) 루틴 수행을 명령하는 단계;

n) 사용자 명령이 원격작동 상태로 들어갈 때, 모터들의 현재 위치는 기구학적 0으로 저장되는 단계를 포함한다.

본 방법의 구현 옵션이 도 12에 도시되어 있고, 표시된 파라미터들은 다음의 의미를 갖는다:

n번째 모터의 속도

고속으로 도달된 모터의 위치(전동식 액추에이터);

중간 속도;

높은 속도;

N번째 모터 힘(전동식 액추에이터);

가벼운 힘;

낮은 속도;

체결력.

구현 옵션에 따르면, 적어도 하나의 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)는 선형 액추에이터일 수 있다. 적어도 하나의 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)는 도 6에 예를 들어 도시된 것처럼 실질적으로 직선 경로(x-x)를 따라 이동하는 피스톤과 같은 선형 전달 요소일 수 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 전동식 액추에이터들은 동시에 이동(진행)하지만, 교정 방법을 실행하기 위해 모든 전동식 액추에이터가 동시에 이동할 필요는 없다.

도 9a 및 9b에 예를 들어 도식적으로 도시된 대로, 구속 본체(37) 또는 캡(37)은 관절형 엔드 이펙터(40)에 피팅되어 P, Y, G 중 하나 이상의 자유도를 고정하여 교정 절차를 용이하게 한다. 구속 본체(37)는 사전 결정된 구성에서 관절형 팁(40)을 일시적으로 고정할 수 있다. 구속 본체(37)는 수술 기구(20)의 샤프트(27)를 따라 퇴축가능하다(retractable) 구속 본체(37)는 수술 기구(20)의 샤프트(27)를 따라 퇴축가능하지 않은 플러그(37) 또는 팁 캡(37)일 수 있고, 예를 들어, 관절형 엔드 이펙터(40)의 자유 단부에 대해 원위에서 제거될 수 있다.

관절형 엔드 이펙터(40)은 바람직하게는 복수의 링크들(41, 42, 43, 44), 상기 링크들 중 적어도 일부, 예를 들어, 도 8의 링크들(42, 43, 44)은 길항 텐던 쌍(31, 32; 33, 34; 35, 36)에 각각 연결될 수 있다.

도 8에 예를 들어, 도시된 것처럼, 길항 텐던 쌍(31, 32)은 기계적으로 링크(42)에 연결되어 상기 링크(42)를 피치 축(P) 주변의 링크(41)에 대해 이동시킬 수 있고, 링크(41)는 수술 기구(20)의 샤프트(27)와 일체로 도시되어 있다; 다른 길항 텐던 쌍(33, 34)은 기계적으로(자유 단부를 갖는 것으로 도시된) 링크(43)에 연결되어 링크(43)를 요축(Y) 근처의 링크(42)에 대해 이동시킬 수 있다; 또 다른 길항 텐던 쌍(35, 36)은(자유 단부를 갖는 것으로 도시된) 링크(44)에 연결되어 링크(44)를 요축(Y) 근처의 링크(42)에 대해 이동시킬 수 있다; 요축(Y) 근처의 링크들(43 및 44)의 적당한 관절 작동은 그립(G)의 개폐 자유도를 결정할 수 있다. 당업자는 관절형 엔드 이펙터(40)의 자유도 뿐만 아니라 텐던과 링크들의 구성이 본 발명의 범위 내에 남아있는 동안 도 8에 도시된 것에 대해 변동될 수 있음을 이해할 것이다.

세 쌍의 길항 텐던들(31, 32),(33, 34),(35, 36)은 세 자유도(예를 들어, 피치(P), 요(Y), 및 그립(G))를 작동시키도록 존재할 수 있다. 그러한 경우, 수술 기구(20)는 6개의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)(예를 들어, 도 4에 예를 들어 도시된 것처럼 6개의 피스톤들), 즉, 세 쌍의 전동식 길항 액추에이터들(11, 12)(13, 14),(15, 16)과 협력하도록 의되된 세 쌍의 길항 전달 요소들(21, 22),(23, 24),(25, 26)을 포함한다.

멸균 배리어(19)는 적어도 하나의 액추에이터 및 플라스틱 시트 또는 다른 직물 또는 부직포(non-woven fabric) 같은 다른 수술용 멸균 직물 소재로 만들어진 멸균 직물과 같은, 적어도 하나의 전달 요소 사이에 위치할 수 있다.

적어도 하나의 텐던은 탄성적으로 변형될 수도 있지만, 바람직하게는 비탄성적으로 변형될 수 있다.

바람직할 실시예에 따르면, 수술 기구(20)의 적어도 하나의 텐던 및 바람직하게는 모든 텐던은 폴리머 소재로 만들어진다.

바람직하게는, 수술 기구(20)의 상기 적어도 하나의 텐던 및 바람직하게는 모든 텐던들은 권선된 및/또는 꼬인 폴리머 끈을 형성하는 복수의 폴리머 섬유를 포함한다. 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 텐던은 복수의 고분자량 폴리에틸린 섬유들(HMWPE, UHMWPE)을 포함한다.

상기 적어도 하나의 텐던은 복수의 아라미드 섬유, 및/또는 폴리에스테르, 및/또는 액정 폴리머(liquid crystal polymers, LCPs), 및/또는 PBO(Zylon®), 및/또는 나일론, 및/또는 고분자향 폴리에틸렌 및/또는 이들의 임의의 결합을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 텐던은 금속 끈과 같은 금속 소재로 만들어질 수 있다.

상기 적어도 하나의 텐던은 부분적으로 금속 소재와 부분적으로 폴리머 소재로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 텐던은 금속 섬유와 폴리머 섬유를 꼬아서 형성될 수 있다.

수술 기구(20)의 관절형 팁(40)의 자유도가 사전 결정된 구성일 때, 예를 들어, 관절형 팁의 링크들이 장비의 중심선 및/또는 각 자유도 범위의 중심선(r-r)을 따라 정렬될 때, 상기 적어도 하나의 로봇 매니퓰레이터(10)에 동작가능하게 연결된 로봇 시스템(1)의 전자 컨트롤러(9)는 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)(예를 들어, 모터 피스톤둘)의 이동을 모니터링할 수 있고, 교정 절차는 액추에이터들을 각 전달 요소들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

그러한 사전 결정된 조건은, 관절형 팁(40)의 링크가 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 스트로크(x-x)와 정렬될 때 발생한다.

바람직하게는, 전자 컨트롤러(9)는 전동식 액추에이터들의 영위치를 조정하는 메모리(8)와 연관된다.

전동식 액추에이터들의 영위치는, 반드시 전동식 액추에이터들이 모두 동일 레벨에 있는 것을 의미하지 않고, 다시 말해, 도 10a 내지 d에 예를 들어 도시된 것처럼, 수술 기구의 전달 요소들이 영위치에 도달할 때 각 스트로크 내에서 반드시 모두 동일 레벨에 있을 것을 의미하지 않는다. 실제로, 일부 폴러머 텐던은 상이하게 신장될 수 있다.

도 1 내지 15를 다시 참조하면, 수술 기구(20), 복수의 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 포함하고, 제어 수단(9)을 더 포함하는 원격 조종 로봇 수술 시스템(1)이 설명되어 있다.

수술 기구(20)는 복수의 텐던들(31, 32, 33, 34, 35, 36)과 각각 연관된 복수의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26), 및 각 텐던을 통해 전달 요소들에 기계적으로 연결가능한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 포함하여, 전달 요소들의 움직임들과 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 각 움직임 또는 자세 사이의 분명한 상관관계를 결정한다.

상술한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치로 간주되는 공지의 사전 결정된 위치에 배치 및 고정되고, 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 그러한 기준 위치는 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 결과적인 위치와 고유하게 연관된다.

전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 동작가능하게 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 연결가능하여 제어수단(9)의 제어 하에 전달 요소들을 움직이게 한다.

관절형 엔드 이펙터 장치(40)가 기준 위치로 알려진 상기 공지의 사전 결정된 위치에 배치 및 고정될 때, 제어 수단(9)은 다음의 동작을 수행하도록 구성된다:

- 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)과 접촉하도록 전동식 액추에이터들을 작동시키고, 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 수술 기구의 각 전달 요소에 0보다 크고 임계력이하의 힘을 가하도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계;

- 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 각 전달 요소와 접촉할 때 모든 전동식 액추에이터들의 위치를 저장하고, 전동식 액추에이터들의 저장된 위치 세트를 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치와 명확하게 연관된 전동식 액추에이터들의 기준 위치로 간주하는 단계;

- 0점을 맞추는, 즉, 기구학적 0 조건을 정의하는 단계, 전동식 액추에이터의 상술한 저장된 기준 위치를, 제어 수단(9)에 의해 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 부여된 움직임이 참조되는 것에 대해 가상 영점과 연관시키는 단계를 포함한다.

상이한 실시예에 따르면, 원격작동 로봇 수술 시스템(1)은 본 명세서에 설명된 방법 실시예 중 어느 것에 따라 교정을 수행한다.

알 수 있듯이, 이전에 지적된 대로 본 발명의 목적은 위에서 상술한 특징들에 의한 방법으로, 및 본 발명의 요약에서 이미 개시된 대로 완전하게 달성될 수 있다.

엄격한 필요성을 만족시키기 위해, 당업자는 상술한 방법의 실시예들을 변경 및 조절 할 수 있고, 구성요소들은 이하 청구항의 범위에서 벗어나지 않으면서 기능적으로 동일한 다른 것들로 대체할 수 있다. 가능한 실시예에 속하는 것으로 상술된 특징들 모두는 설명된 다른 실시예와 무관하게 구현될 수 있다.

1 원격작동 수술용 로봇 시스템
2 로봇 시스템의 슬레이브 조립체
3 마스터 콘솔
8 메모리
9 컨트롤러, 즉 제어 유닛
10 로봇 시스템 매니퓰레이터
11, 12, 13, 14, 15,16 전동식 액추에이터들
17, 17', 18, 18' 힘 센서들, 또는 로드 셀들
19 멸균 배리어
20 수술 기구
21, 22, 22, 23, 25, 26 전달 요소들
27 샤프트
28 포겟
29 수술 기구 백엔드
31, 32, 22, 33, 35, 36 텐던들
37 구속 본체, 또는 플러그, 또는 캡
40 수술 기구의 관절형 팁, 또는 관절형 엔드 이펙터 장치
41, 42, 43, 44 관절형 팁의 링크들
46 탄성 요소
x-x 직선 방향
r-r 중심선
P, Y, G 관절형 팁의 자유도(각각 피치, 요, 그립)

Claims (28)

1. 원격작동 로봇 수술 시스템(1)의 수술 기구(20)를 교정하는 방법에 있어서,
   상기 수술 기구(20)는 복수의 텐던들(31, 32, 33, 34, 35, 36)과 각각 연관된 복수의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26), 및 상기 각 텐던을 통해 상기 전달 요소들에 기계적으로 연결가능한 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 포함하여, 상기 전달 요소들의 이동들과 상기 관절형 엔드이펙터 장치(40)의 이동 또는 자세 사이의 분명한 상관관계를 결정하고,
   상기 원격작동 로봇 수술 시스템(1)은, 상기 수술 기구(20) 외에, 복수의 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및 제어 수단(9)을 포함하고, 상기 복수의 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 상기 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 각각 동작가능하게 연결되어 상기 제어 수단에 의해 제어되는 상기 전달 요소들이게 이동을 부과하고,
   상기 방법은:
   - 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치로 간주되는 공지의 사전 결정된 위치에 배치 및 고정되고, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 상기 기준 위치는 상기 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 결과적인 위치와 명확하게 연관되는 단계;
   - 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 상기 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)과 각각 접촉하도록 상기 전동식 액추에이터들을 작동시키는 단계;
   - 상기 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상기 각 전달 요소와 접촉할 때 상기 모든 전동식 액추에이터들의 위치를 저장하고, 상기 전동식 액추에이터들의 저장된 위치 세트를 상기 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치와 명확하게 연관된 상기 전동식 액추에이터들의 기준 위치로 간주하는 단계;
   - 상기 제어 수단(9)에 의해 상기 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 부과된 움직임이 참조되는 것에 대해 상기 전동식 액추에이터의 저장된 기준 위치를 가상 영점과 연관시켜서 기구학적 0 조건을 정의하는 단계를 포함하되,
   상기 구동 단계는 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 상기 수술 기구의 각 전달 요소에 0 보다 크고 임계력이하의 힘을 가하도록 상기 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 임계력은 상기 임계력을 결정하는 예비 단계에서 사전 결정되고, 따라서 상기 엔드 이펙터 장치(40)가 정지되거나 고정되어 있는 조건 하에서 상기 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)과 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40) 모두에 작동가능하게 연결된 상기 텐던들에게 약간의 프리로드를 부과하고,
   상기 작동 단계는 상기 전동식 엑추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상기 임계력과 허용오차(ε) 내에서 동일한 힘을 상기 수술 기구의 상기 각 전달 요소에 가하도록 상기 각 전동식 액추에이터를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원격작동 로봇 수술 시스템은 힘 센서들(17, 17', 18, 18')을 포함하고, 상기 각 힘 센서는 상기 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 동작가능하게 연결되고,
   및/또는 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 상기 힘을 가하고, 상기 각 전달 요소에 실제로 가해된 상기 힘을 검출하고,
   상기 0보다 크고 임계력보다 적은 힘을 상기 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 가하는 단계는 피드백 제어 루프를 통해 상기 각 전달 요소(21, 22 , 23, 24, 25, 26)에 힘을 가하는 단계를 포함하되, 상기 피드백 신호는 상기 각 전달 요소 또는 상기 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 동작가능하게 연결된 상기 힘 센서(17, 17', 18, 18')들에 의해 검출된 대로 상기 전달 요소에 가해지는 힘을 대표하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 관절을 포함하고,
   상기 사전 결정된 공지의 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 위치는 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각 관절이 관절 작업공간의 중앙 위치에 있는 조건에 상응하는 위치인, 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 관절을 포함하고,
   상기 사전 결정된 공지의 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 위치는 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)가 상기 수술 기구(20)의 샤프트(27) 축과 정렬된 조건에 해당하는 위치인, 방법.
6. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치는 팁 캡(37)에 의해 제한되는, 방법.
7. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 의 모터들이 상기 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)과 접촉한 상태에서 정지 상기 임계력은 0.01N 내지 5.0N, 바람직하게는 0.05N 내지 2.0N의 범위에 있는, 방법.
8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16), 바람직하게는, 예를 들어, 서로 독립적인 각 전동식 액추에이터의 기준 위치와 사전 결정된 공칭 영위치 사이의 오프셋의 제어가 수행되고, 그러한 오프셋이 최대 허용 절대 오프셋(dx_MAX)보다 크다면, 보정 절차는 무효한 것으로 간주되는, 방법.
9. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상기 대응 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)와 접촉할 때 상기 각 전동식 액추에이터가 도달한 위치들 사이의 상대적인 오프셋 제어가 실행되고, 그러한 상대적인 오프셋이 상대적인 최대 허용 오프셋(dx)보다 크다면, 교정 과정은 무효로 간주되는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 최대 허용 상대 오프셋(dx)는 0 내지 20 mm, 바람직하게는 5 및 15 mm 사이의 범위 내에 있는, 방법.
11. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 길항 전달 요소쌍들(21, 22; 23, 24; 25, 26) 이 제공되고, 하나 이상의 길항 텐던쌍들(31, 32; 33, 34; 35, 36)과 동작가능하게 연결되며, 각 쌍의 길항 텐던들은 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 단일 피스 링크(42, 43, 44)를 이동시키는, 방법.
12. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 요소들(46)이 제공되고, 상기 탄성 요소들은 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 작용하여 일정한 최소 프리로드 레벨을 유지시키고 상기 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)을 상기 각 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)과 이격시키는, 방법.
13. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 단계는, 상기 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)와 상기 각 전달 요소들 사이의 제1 접촉 단계에서, 제1 속도(v1)가 싱기 전동식 액추에이터에 부여되고, 제1 힘(F1)이 상기 각 전달 요소에 가해지도록 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 작동 단계는 제1 속도(v1)가 0.1 내지 30 mm/s, 바람직하게는 1 및 10 mm/s 사이의 범위 내에 있도록 상기 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)를 제어하는 단계를 포함하고,
    및/또는 상기 제1 힘(F1)이 0.01 내지 2N, 및 바람직하게는 0.05N 내지 0.5N의 범위 내에 있음이 검출되었을 때 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 의 이동을 정지시키는, 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 제1 접촉 단계 외에:
    - 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 쉬프트(dx1)에 의해 퇴축되는 퇴축 단계,
    - 제2 힘(f2)과 동일한 접촉력이 검출될 때 상기전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 제2 속도(v2)로 진행하고 정지하는 제2 진행 및 제2 접촉 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 제2 힘(F2)는 상기 임계력과 동일한, 방법.
17. 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 속도(v2)는 상기 제1 속도(v1)보다 낮고, 바람직하게는 0.1 내지 5 mm/s, 바람직하게는 0.5 및 3 mm/s 사이의 범위 내에 있고;
    및/또는, 상기 제2 힘(F2)은 상기 제1 힘(F1)보다 크고, 바람직하게는 0.1 내지 5N, 바람직하게는 0.5 및 2N 사이의 범위 내에 있는, 방법.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퇴축 단계에서, 상기 전동식 액추에이터들에 작용한 힘이 제3 힘의 값(Fm)에 도달하도록 상기 전동식 액추에이터들이 제어되고,
    상기 제3 힘의 값(Fm)은 바람직하게는 0.1 내지 5N 의 범위에 있는, 방법.
19. 제13항 및 제17항에 있어서, 상기 작동 단계는, 상기 전달 요소들과 제1 접촉하기 전, 상기 제어 수단이 스트로크(dX3)에 해당하는 공간을 따라 자유 스트로크 영역이 발생한 것을 알고 있는 사전 정의된 범위에 상기 전동식 액추에이터들의 위치가 있을 때, 상기 전동식 액추에이터들이 상기 제1 속도(v1)와 상기 제2 속도(v2) 보다 크고, 제3 속도(v3)와 동일한 속도로 진행하도록 상기 전동식 액추에이터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 유연하고 탄성있는 멸균 드레이프(19)가 상기 전동식 액추에이터들과 상기 수술 기구 사이에 위치하고,
    상기 멸균 드레이프의 저항에 의해 발생되는 힘은 공지된 오프셋 또는 바이어스 힘(Foff)이고, 상기 제어 수단(9)은 수행된 힘 확인, 및/또는 임계력과의 비교로부터 상기 공지된 오프셋 또는 바이어스 힘(Foff)을 설명하거나, 제거하거나, 또는 고려하지 않도록 구성되는, 방법.
21. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단(9)은 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)가 외부 제약조건에 의해 고정되어 있지 않고 이동하는 상태에 있을 때, 최대 동작력(Fa)을 적용하여 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 이동시키되,
    상기 최대 동작력(Fa)은 상기 임계력 이하인, 방법.
22. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 피스톤들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및/또는 캡스턴과 같은 로터리 디스크들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 포함하는, 방법.
23. 선행 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길항 텐던들이 각 전달 요소들 및 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각 링크에 동작가능하게 연결되어 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 적어도 하나의 자유도 중 적어도 하나의 자유도를 대향 이동을 통해 작동시키고,
    상기 전동식 액추에이터들 및 전달 요소들 사이의 접촉 또는 체결 단계 이후, 상기 정의 단계는 엔드 장치(40)의 각 자유도에 대한 작용-길항 텐던 쌍 중 상기 길항 텐던들에 대해 동시에 수행되고,
    바람직하게는, 상기 정의 단계는 다양한 쌍의 길항 텐던들에게 차례로 적용되거나 한 번에 한 쌍씩 실행되는, 방법.
24. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길항 텐던들이 상기 각 전달 요소들 및 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각 링크에 동작가능하게 연결되어 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 적어도 하나의 자유도 중 적어도 하나의 자유도를 대향 이동을 통해 작동시키고,
    상기 전동식 액추에이터들 및 전달 요소들 사이의 접촉 또는 체결 단계 이후, 상기 정의 단계는, 상기 엔드 이펙터 장치(40)의 제어된 각 자유도에 대해:
    - 스트로크 단부 지지대에 상기 엔드 이펙터 장치(40)의 각각의 자유도를 주는 단계,
    - 상기 각 전달 요소에 상위력(Fe)를 적용하여 상기 각 텐던을 압박하는 단계;
    - 그에 따라 얻어진 상기 전달 요소의 해당 위치 Xe를 상기 각 자유도별로 저장하는 단계;
    - 각 자유도별로 상기 전달 요소의 저장된 위치 Xe에 기반하여 상기 기구학적 영위치를 정의 및/또는 재계산하는 단계를 포함하되;
    바람직하게는, 상기 자유도를 주는 단계, 적용하는 단계, 저장하는 단계, 및 정의 및/또는 재계산하는 단계들은 상기 모든 전달 요소들, 특히 상기 전달 요소들과 상기 상호 길항 텐던들에 대해 수행되고, 따라서, 각 자유도 별로, 상기 자유도의 길항 텐던들과 연관된 상기 두 전달 요소들의 두 위치(Xe, Xe_ant)가 저장되는, 방법.
25. 선행 항 중 어느 한 항에 따르면, 하나의 자유도의 기구학적 영위치와 상기 스트로크 단부 사이의 각도 거리가 알려지고, 상기 정의하는 단계는:
    - 상기 스트로크 단부 지지대에 상기 엔드 이펙터 장치(40)의 하나의 자유도를 주는 단계;
    - 길항 텐던 쌍 중 하나에 작용하는 힘울 상기 상위력 값(Fe)으로 주는 단계;
    - 상기 텐던에 해당하는 상기 전달 요소의 위치(Xe)를 저장하는 단계;
    - 상기 길항 텐던 쌍의 다른 텐던에 길항력(Fe_ant)를 적용하는 단계가 수행되는 안 상기 텐던에 적용된 상기 상위력(Fe)을 유지하되, 상기 상위력(Fe)은 상기 길항력(Fe_ant)보다 큰 단계;
    - 상기 길항 텐던에 해당하는 상기 전달 요소의 위치(Xe_ant)를 저장하는 단계;
    - 상기 각각의 위치들(Xe, Xe_ant)의 저장된 값들에 기반하여 상기 길항 전달 요소들 쌍 중 상기 길항 전달 요소들의 기구학적 영위치를 계산하는 단계; 및
    - 상기 전달 요소들을 상기 계산된 기구학적 영위치로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
26. 선행항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 텐던들은 폴리머 텐던들이고, 예를 들어, 꼬인 폴리머 섬유들로 만들어지는, 방법.
27. 상기 수술 기구(20), 복수의 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16) 및 제어 수단(9)을 포함하는 원격 로봇 수술 시스템(1)에 있어서,
    상기 수술 기구(20)는 복수의 텐던들(31, 32, 33, 34, 35, 36)과 각각 연관된 복수의 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26), 및 관절형 엔드 이펙터 장치(40)를 포함하고, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치는 상기 각 텐던을 통해 상기 전달 요소들과 기계적으로 연결가능하고, 그에 따라 상기 전달 요소들의 이동 세트 및 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 각각의 운동 또는 자세 사이의 고유 상관관계 요소들을 결정하고,
    상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)는 상기 관절형 엔드 이펙터 장치의 기준 위치로 간주되는 공지의 사전 결정된 위치에 배치 및 고정되고, 상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 그러한 기준 위치는 상기 각 전달 요소(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 결과적인 위치와 고유하게 연관되고;
    상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)은 동작가능하게 상기 각 전달 요소들( 21, 22, 23, 24, 25, 26)에 연결가능하여 상기 제어수단(9)의 제어 하에 상기 전달 요소들에게 이동을 부과하고;
    상기 관절형 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치로 알려진 상기 공지의 사전 결정된 위치에 상기 엔드 이펙터 장치가 배치 및 고정될 때, 상기 제어 수단(9)은:
    - 상기 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상기 각 전달 요소들(21, 22, 23, 24, 25, 26)과 접촉하도록 상기 전동식 액추에이터들을 작동시키고, 상기 전동식 액추에이터들(11, 12, 13, 14, 15, 16)이 상기 수술 기구의 상기 각 전달 요소에 0보다 크고 임계력 이하의 힘을 가하도록 상기 전동식 액추에이터들을 제어;
    - 상기 각 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)가 상기 각 전달 요소와 접촉할 때 모든 전동식 액추에이터들의 위치를 저장하고, 상기 전동식 액추에이터들의 저장된 위치 세트를, 상기 엔드 이펙터 장치(40)의 기준 위치와 명확하게 연관된 상기 전동식 액추에이터들의 기준 위치로 간주;
    - 상기 전동식 액추에이터의 상기 저장된 기준 위치를, 상기 제어 수단(9)에 의해 상기 전동식 액추에이터(11, 12, 13, 14, 15, 16)에 부과된 이동이 참조되는 것에 대해서 가상 영점과 연관시켜서 기구학적 0 조건을 정의하는 동작을 수행하도록 구성된 , 원격 로봇 수술 시스템(1).
28. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 원격작동 로봇 수술 시스템(1).