WO2022245088A1 - 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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WO2022245088A1
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motor
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백동훈
노영훈
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주식회사 이지엔도서지컬
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Definitions

  • the present invention relates to a surgical tool device having a wire hysteresis compensation function and a control method thereof, and more particularly, to a surgical tool device having a wire hysteresis compensation function that compensates for hysteresis of a wire by performing an initial calibration in a resting state, and a control method thereof It's about how.
  • the flexible overtube 10 includes a plurality of flexible surgical tools 21 and 22.
  • a plurality of flexible surgical tools 21 and 22 are inserted and disposed in respective channels 11 and 12 provided in the body of the overtube.
  • the first surgical tool 21 can control the position and direction by being pulled by first and second traction wires (not shown).
  • the flexible surgical tool has a hysteresis section as shown in FIG. 2 .
  • a hysteresis section may occur. Control of the overtube or surgical tool in this hysteresis occurrence section has a disadvantage of not being precise.
  • the present invention was created to solve the above-mentioned problems, and calculates the forward and reverse compensation angles by executing a calibration mode capable of compensating for the elongation of the wire in the rest state, and the forward and reverse directions calculated in the operation mode
  • An object of the present invention is to provide an accurate position and direction control by performing hysteresis compensation control by applying a reverse compensation angle.
  • An object of the present invention described above is that a surgical tool is disposed in an inner channel, and an operation command is input to control the position and direction of a flexible tube part, a flexible tube part or a surgical tool whose position and direction are changed according to the pulling of a wire.
  • a hysteresis compensation drive control unit equipped with a plurality of modes It can be achieved by providing a surgical tool device having a wire hysteresis compensation function, characterized in that it comprises.
  • a camera unit disposed in the channel, and a motor unit providing a traction driving force to pull the wire according to an operation command may be further included.
  • a calibration mode for calibrating the forward and reverse hysteresis of the wire in the rest state, using the calibration compensation value in the rest state calculated according to the driving of the calibration mode to get out of the rest state of the surgical tool or flexible tube part It includes an operation mode for compensating and controlling the hysteresis of the wire by controlling the initial drive.
  • the hysteresis compensation driving control unit includes a mode switching unit for switching a plurality of modes, a forward compensation mode control unit for calculating a forward calibration compensation value in a rest state by driving and controlling the motor unit in a first direction in the calibration mode, and a motor unit in the calibration mode.
  • a reverse compensation mode control unit that calculates a reverse calibration compensation value in the idle state by controlling driving in the second direction, and a compensation control for hysteresis of the wire in the initial drive state using the forward and reverse calibration compensation values in the idle state in the operation mode. It includes an operation mode control unit that controls the initial drive to get out of the idle state by doing so.
  • each of the forward compensation mode control unit and the reverse compensation mode control unit receives the motor position value in the idle state and the motor position value in the load state at the time when the wire stretched according to the driving of the calibration mode is pulled and the load is applied, respectively, and compensates for forward calibration value or backward calibration compensation value, respectively.
  • each of the forward compensation mode control unit and the reverse compensation mode control unit includes a motor initial position value calculation unit that receives the motor position value in a resting state, and a motor current change that determines when a load is applied by pulling a stretched wire according to a change in motor current.
  • Checking unit Motor final position value calculation unit that receives the motor position value under load according to the current change check signal from the motor current change check unit, Resting based on the motor position value in the resting state and the motor position value under the load and a compensation value calculation unit for calculating a hysteresis calibration compensation value of the wire in the state.
  • each of the forward compensation mode control unit and the reverse compensation mode control unit receives the motor position value in the idle state, the pixel value in the idle state input from the camera unit in the idle state, and the wire stretched according to the driving of the calibration mode is pulled and input from the camera unit
  • the motor position value in the pixel change state at the time when the change in the pixel value is received is input, and a forward calibration compensation value or a reverse calibration compensation value is calculated, respectively.
  • the forward compensation mode control unit and the reverse compensation mode control unit respectively calculate the motor initial position value calculation unit that receives the motor position value in the idle state, the pixel value at the time when the stretched wire is pulled and the load is applied, and the pixel value in the idle state.
  • camera pixel change checker that determines the change in pixel value through the camera pixel change checker
  • motor final position value calculation unit that receives the motor position value in the pixel change state according to the pixel change check signal of the camera pixel change checker
  • motor position value in the resting state and a compensation value calculation unit that calculates a hysteresis calibration compensation value of the wire in the rest state based on the motor position value in the pixel change state.
  • the step of receiving the motor position value of the motor unit in the rest state, respectively, the motor unit in the load state at the time when the wire stretched according to the driving of each calibration mode is pulled and the load is applied Receiving each position value and calculating a first direction calibration compensation value or a second direction calibration compensation value, respectively.
  • the step of receiving the motor position value of the motor unit in the idle state, the step of receiving the pixel value in the idle state input from the camera unit, and the driving of each calibration mode Calculating a first direction calibration compensation value or a second direction calibration compensation value by receiving the motor position value in the pixel change state at the time when the wire stretched along the line is pulled and the pixel value input from the camera unit is changed, respectively include
  • the calibration mode capable of compensating for the elongation of the wire in the rest state is executed to calculate the forward and reverse compensation angles (or wire length), and the forward and reverse compensation angles calculated in the operation mode
  • a separate space sensor or motion tracking camera is not required to compensate for hysteresis of the wire, so that the user's operability can be improved while using the existing equipment without additional equipment.
  • FIG. 1 is a view showing a flexible overtube according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing hysteresis characteristics or curves of a flexible surgical tool according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing a flexible overtube device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and 5 are views schematically showing the configuration of a surgical tool device having a wire hysteresis compensation function according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows encoder values and motor current values in forward and reverse compensation mode control units. 5 transmits encoder values and pixel values to forward and reverse compensation mode control units, respectively;
  • FIG. 6 is a view showing calculating a hysteresis compensation value by sensing a change in current of a motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a diagram illustrating calculating a hysteresis compensation value by detecting a pixel change of a camera according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram sequentially illustrating a surgical tool control method having a wire hysteresis compensation function according to an embodiment of the present invention.
  • Flexible surgical tool 10 includes a device capable of controlling the position and direction by being pulled by a wire made of a joint or a flexible tube.
  • a device capable of controlling the position and direction by being pulled by a wire made of a joint or a flexible tube.
  • an endoscope device or an overtube device may be included.
  • an overtube device will be described as an example.
  • the wire hysteresis compensation control device of the flexible surgical tool 10 is inserted into the human body and performs surgery by controlling the position and orientation of the surgical tool through a traction wire.
  • the flexible surgical tool 10 includes an overtube body 10a having a flexible body, first, second, and third channels 11, 12, and 13 formed while having a predetermined diameter inside the overtube body 10a, It includes surgical tools 21, 22 and 23 inserted into each channel.
  • the surgical tools include tools 21 and 22 or a camera 23 inserted into the channel and necessary for surgery.
  • the first surgical tool 21 is inserted into the first channel 11
  • the second surgical tool 22 is inserted into the second channel 12
  • the third channel 13 A camera unit 23 may be inserted.
  • the front end of the overtube body 10a protrudes the camera unit 23 and surgical tools inserted into each channel. Accordingly, the camera unit 23 can take a picture of the front side, and each surgical tool can control the operation of pinching or excising tissue according to the operation of the traction wire.
  • a control unit (or control unit, not shown) capable of manipulating a traction wire (not shown) is disposed at the rear end of the overtube body 10a.
  • a traction wire is connected from the manipulator to the front end of the overtube body or surgical instrument. Therefore, the position and direction of the surgical tool or the overtube body 10a can be controlled by the user's manipulation of the control unit. At this time, as an example, in order to control the position and direction of the flexible overtube body 10a, the position and direction can be changed according to the traction force by adjusting the first traction wire 10b and the second traction wire 10c by the control unit. . Similarly to the position and direction control of the flexible overtube body 10a, the position and direction control of each surgical tool can also be changed according to the traction force of the traction wire. Therefore, although not shown in the drawing, each surgical tool is also connected to the traction wire.
  • the flexible overtube body 10a or the flexible surgical tools 21 and 22 have a linear slope section according to the traction force of the traction wire to control the position and direction of the surgical tool.
  • This section may be referred to as a hysteresis region, and in this hysteresis region, the position and direction control of the surgical tool may be different even if the traction force is the same.
  • the position of the surgical tool is accurately controlled according to the traction force, so that the graph of FIG. 2 should be a straight line, but it has a slope due to hysteresis.
  • the slope of FIG. 2 showing the hysteresis phenomenon shows the current position value of the tool according to the traction force actually applied by the user when the tool is repeatedly controlled upward to a certain position and downward to a certain position, for example.
  • the reason for the occurrence of such a hysteresis region may be, for example, that the shape or twist of a flexible surgical tool or a flexible overtube is changed when inserted into the body, or deterioration due to the use of a traction wire.
  • wire calibration is executed in the idle state (driving stop state in which the wire is not driven), and the calibration value is applied in the initial driving state in which the wire is driven, thereby enabling accurate position and direction control in the initial driving state.
  • the surgical tool device having a wire hysteresis compensation function performs wire calibration in a rest state to calculate forward and reverse calibration compensation values (hereinafter, the compensation value may be a compensation angle or a wire length), respectively. And, the total calibration compensation value is calculated through the calculated forward calibration compensation value and backward calibration compensation value.
  • the wire is initially driven by applying the total calibration compensation value calculated in both forward driving and reverse driving in the initial driving state of the wire, so that hysteresis of the wire can be compensated for during initial driving.
  • forward driving and reverse driving may be in any one direction of the driving pulley parts 151 , 152 , 161 , and 162 shown in FIG. 3 .
  • the motor unit 210 rotates the driving pulley units 151 , 152 , 161 , and 162 pulling wires in forward and reverse directions.
  • motors that drive each of the driving pulley parts 151 , 152 , 161 , and 162 may be individually disposed.
  • the motor unit 210 drives the driving pulley units 151 , 152 , 161 , and 162 in a forward or reverse direction under the control of the driving motor controller 310 .
  • the motor unit 210 includes an encoder, and the encoder measures the rotation angle of the motor.
  • the motor unit 210 transmits an electric pulse signal of an encoder to the driving motor controller 310 upon request while driving the driving pulley under the control of the driving motor controller 310 .
  • the motor unit 210 may be disposed in the driving control unit 110 of FIG. 3 .
  • the camera units 220 and 23 are towed by a wire under the control of the camera controller 320 to change their position or direction, and transmit the captured image to the camera controller 320. .
  • the camera controller 320 transmits the received pixel values to the forward compensation mode controller 340 or the backward compensation mode controller 350 as shown in FIG. 5 .
  • the pixel value transmitted from the camera control unit 320 is the pixel value in the resting state, the forward motor load at the time when the motor unit 210 is loaded by pulling the stretched wire in the forward and reverse calibration modes described later. It is the pixel value and the reverse motor load pixel value.
  • the camera units 220 and 23 may be disposed within a channel of the flexible overtube 120 as shown in FIG. 1 .
  • the hysteresis compensation drive control unit includes a drive motor control unit 310, a camera control unit 320, a mode switching unit 330, a forward compensation mode control unit 340, a reverse compensation mode control unit 350, operation A mode controller 360 is included.
  • the hysteresis compensation driving control unit receives an operation command from the operation unit and controls the position and direction of the surgical tools 21 and 22 or the camera units 23 and 220 by controlling the traction wire according to the received operation command.
  • the traction wire may be stretched, and as a result, there is a wire hysteresis characteristic in a rest state.
  • the hysteresis compensation driving control unit has a plurality of modes to calibrate the traction wire in the idle state and control hysteresis compensation in the initial driving state.
  • the initial driving state is a state in which the wire is initially driven out of the rest state
  • the rest state is a state in which the flexible surgical tool is initially driven or the operation of the flexible surgical tool is stopped for a certain period of time.
  • the hysteresis compensation driving control unit executes a plurality of modes, and each mode is switched by the mode switching unit 330 .
  • the mode switching unit 330 controls the mode to be switched according to an operation command of the operation unit. That is, the mode switching unit 330 controls to switch to the forward calibration mode when the operation unit commands execution of the forward calibration mode, controls to switch to the reverse calibration mode when the execution of the reverse calibration mode is commanded, and executes the operation mode When commanded, it controls to switch to operation mode.
  • the forward compensation mode control unit 340, the reverse compensation mode control unit 350, and the operation mode control unit 360 are executed correspondingly.
  • the calibration mode is a mode for calibrating the forward and reverse hysteresis of the wire in the idle state. That is, the forward hysteresis calibration mode is executed by the forward compensation mode controller 340 .
  • the reverse hysteresis calibration mode is executed by the reverse compensation mode controller 350 . It is preferable that the calibration mode in another direction is executed after the calibration mode in one direction is executed in the idle state. As an example, the forward calibration mode may be executed first and then the reverse calibration mode may be executed, or the calibration mode may be executed conversely.
  • the forward compensation mode control unit 340 calculates a forward calibration compensation value in the idle state by driving and controlling the motor unit or the drive pulley unit in the forward direction in the forward hysteresis calibration mode.
  • the forward calibration compensation value in the idle state may be calculated according to two embodiments as shown in FIGS. 6 and 7 . However, since the calculation of the reverse calibration compensation value can be calculated on the same principle as the calculation method of the forward calibration compensation value, the description will be substituted therefor.
  • the forward compensation mode control unit 340 includes a compensation value calculating unit 410, a motor initial position value calculating unit 411, a motor final position value calculating unit 412, and a motor as shown in FIG.
  • a current change checking unit 413b is included.
  • the motor initial position value calculation unit 411 receives the motor position value in the rest state.
  • the motor final position value calculation unit 412 receives the motor position value in the load state at the time when the stretched wire is pulled and the load is applied according to the current change check signal of the motor current change check unit. That is, the motor initial position value calculation unit 411 receives the motor position value in the initial state in which no load is applied to the motor unit 210 in the rest state.
  • the motor final position value calculation unit 412 receives the motor position value in the first application state of the traction force at the time when the wire stretched in the rest state is pulled and tension or traction force is generated.
  • the initial operating state of the traction force is determined according to the setting of the motor current change check unit to be described later.
  • the motor current change checking unit 413b determines the first action state of the traction force at the time when the tension or traction force is generated by pulling the stretched wire in the rest state according to the current change of the motor. That is, in the first initial state in which no load is applied to the motor unit 210, there is no current change in the motor unit 210, but when the traction force is initially applied, a current change in the motor unit 210 occurs.
  • the motor current change checking unit 413b detects the initial state of traction force, and when a current change detection signal is generated, the motor current position value calculation unit 412 transmits the detection signal to the motor final position value calculation unit 412 so that the traction force Calculate the final position value of the motor in the first operating state.
  • the compensation value calculator 410 calculates a forward hysteresis calibration compensation value of the wire in the idle state based on the motor position value in the idle state and the motor position value in the load state.
  • the forward compensation mode control unit 340 includes a compensation value calculating unit 410, a motor initial position value calculating unit 411, a motor final position value calculating unit 412, and a camera as shown in FIG.
  • a pixel change checking unit 413a is included.
  • the motor initial position value calculation unit 411 receives the motor position value in the rest state.
  • the motor final position value calculating unit 412 receives the motor position value in the load state at the time when the stretched wire is pulled and the load is applied according to the pixel change check signal of the camera pixel change checker. That is, the motor initial position value calculation unit 411 receives the motor position value in the initial state in which no load is applied to the motor unit 210 in the rest state. The motor final position value calculation unit 412 receives the motor position value in the initial application state of the traction force at the time when the tension or traction force is generated as the pixel is changed by pulling the stretched wire in the rest state. The initial operating state of the traction force is determined according to the setting of the camera pixel change checking unit 413a to be described later.
  • the camera pixel change checking unit 413a receives an initial pixel value in the idle state input from the camera unit in the idle state. In addition, the camera pixel change check unit 413a checks whether the pixel value changes when the pixel value at the time when the wire stretched in the rest state is pulled and tension or traction force is generated (the traction force first applied state) is compared with the initial pixel value. continuously check That is, in the first initial state in which no load is applied to the motor unit 210, there is no change in pixel value, but when the traction force first acts, the position or direction of the camera unit 220 is moved and the pixel value changes. .
  • the camera pixel change checking unit 413a detects the initial state of traction force, and if the change in pixel value is determined through the pixel value at the time when the stretched wire is pulled and the load is applied and the pixel value in the rest state, a pixel change detection signal is generated. generate The camera pixel change checking unit 413a transmits the pixel change monitoring signal to the motor final position value calculating unit 412 so that the motor final position value calculating unit 412 calculates the motor final position value in the initial state of traction force. .
  • the compensation value calculator 410 calculates a forward hysteresis calibration compensation value of the wire in the idle state based on the motor position value in the idle state and the motor position value in the load state.
  • the reverse compensation mode control unit 350 includes the above-described compensation value calculating unit 410, motor initial position value calculating unit 411, motor final position value calculating unit 412, camera pixel change checking unit 413a, motor current change A check unit 413b is included.
  • the reverse compensation mode control unit 350 may calculate the reverse hysteresis calibration compensation value according to the same principle by driving and rotating the driving pulley in the reverse direction according to the first and second embodiments described above, and the forward compensation mode control unit 340 described above ) will be replaced with the explanation of
  • the operation mode controller 360 executes the operation mode and receives forward and reverse calibration compensation values in the idle state respectively calculated according to driving of the forward and backward calibration modes.
  • the initial drive out of the idle state is controlled by compensating and controlling the hysteresis of the wire in the initial drive state by applying the total calibration compensation value calculated using the forward and backward calibration compensation values in the idle state.
  • the total calibration compensation angle is 70°.
  • the surgical tool control method having the wire hysteresis compensation function of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8 .
  • the forward compensation mode control unit 340 performs the forward calibration of the wire by executing the forward calibration mode in the idle state and driving and controlling the motor unit or the driving pulley unit in the forward direction.
  • the compensation value calculator 410 calculates a forward calibration compensation value of the wire in an idle state according to forward calibration.
  • the reverse compensation mode control unit 350 executes the reverse calibration mode to drive and control the motor unit in the reverse direction, thereby performing reverse calibration of the wire.
  • the compensation value calculation unit 410 calculates a reverse calibration compensation value of the wire in an idle state according to the reverse calibration.
  • the compensation value calculating unit 410 calculates the entire calibration compensation value through the forward calibration compensation value and the backward calibration compensation value.
  • the operation mode controller 360 controls the initial drive of the surgical tool or flexible tube with the total calibration compensation value of the wire by executing the operation mode for controlling the initial drive out of the rest state, thereby controlling the hysteresis of the wire in the initial drive state. Compensation control.
  • forward calibration and reverse calibration is not necessarily limited thereto as described above, and forward calibration may be performed after performing reverse calibration first.

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Abstract

본 발명은 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 휴지상태에서 초기 캘리브레이션을 수행하여 와이어의 히스테리시스를 보상하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 이를 위해 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부, 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부, 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치가 개시된다.

Description

와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법
본 발명은 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴지상태에서 초기 캘리브레이션을 수행하여 와이어의 히스테리시스를 보상하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일예로서 유연 오버튜브(10)는 복수의 유연 수술도구(21,22)를 포함한다. 복수의 유연 수술도구(21,22)는 오버튜브의 몸체에 마련된 각각의 채널(11,12) 내에 삽입 배치된다. 일예로서 제1 수술도구(21)는 제1,2 견인 와이어(도면 미도시)에 의해 견인됨으로써 위치와 방향을 제어할 수 있다.
유연 수술도구는 도 2에 도시된 바와 같이 히스테리시스 구간을 갖는다. 특히 와이어의 장시간 사용으로 인해 와이어가 늘어난 경우에는 히스테리시스 구간이 발생할 수 있다. 이러한 히스테리시스 발생 구간에서의 오버튜브 또는 수술도구의 제어는 정밀하지 못한 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 휴지상태에서 와이어의 늘어남을 보상할 수 있는 캘리브레이션 모드를 실행하여 정방향 및 역방향 보상각도를 산출하고, 오퍼레이션 모드에서 산출된 정방향 및 역방향 보상각도를 적용하여 히스테리시스 보상 제어를 함으로써 정확한 위치 및 방향 제어를 할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부, 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부, 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 채널에 배치되는 카메라부, 조작 명령에 따라 와이어를 견인하도록 견인 구동력을 제공하는 모터부를 더 포함한다.
또한, 복수의 모드는, 휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션하는 캘리브레이션 모드, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 산출된 휴지상태에서의 캘리브레이션 보상값을 이용하여 수술 도구 또는 유연 튜브부의 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어함으로써 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 오퍼레이션 모드를 포함한다.
또한, 히스테리시스 보상 구동 제어부는 복수의 모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 캘리브레이션 모드에서 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 정방향 보상모드 제어부, 캘리브레이션 모드에서 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 역방향 보상모드 제어부, 오퍼레이션 모드에서 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어하는 동작모드 제어부를 포함한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점을 모터의 전류 변화에 따라 판단하는 모터 전류 변화 체크부, 모터 전류 변화 체크부의 전류변화 체크신호에 따라 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부, 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값 휴지상태에서의 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하는 카메라 픽셀 변화 체크부, 카메라 픽셀 변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부, 휴지상태에서의 모터 위치값과 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함한다.
또한, 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제1 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계, 제1 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제1 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계, 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 제2 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제2 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계, 제2 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계, 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 와이어의 제1,2 방향 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계, 각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계, 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값을 각각 입력받는 단계, 각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 휴지상태에서 와이어의 늘어남을 보상할 수 있는 캘리브레이션 모드를 실행하여 정방향 및 역방향 보상각도(또는 와이어 길이)를 산출하고, 오퍼레이션 모드에서 산출된 정방향 및 역방향 보상각도의 산출을 통해서 전체 보상각도(또는 전체 와이어 길이)를 산출 적용하여 히스테리시스 보상 제어를 함으로써 정확한 위치 및 방향 제어를 할 수 있는 발명을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 와이어의 히스테리시스를 보상하기 위해 별도의 공간센서 또는 모션 추적 카메라를 필요치 않아 별도의 부가 장비 없이 기존 장비를 그대로 이용하면서 사용자의 조작성을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구의 히스테리시스 특성 또는 곡선을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브 장치를 도시한 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치의 구성을 대략적으로 도시한 도면으로서, 도 4는 엔코더 값과 모터 전류 값을 정방향 및 역방향 보상모드 제어부에 각각 전송하는 것이고, 도 5는 엔코더 값과 픽셀 값을 정방향 및 역방향 보상모드 제어부에 각각 전송하는 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 전류 변화를 감지하여 히스테리시스 보상값을 산출하는 것을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 픽셀 변화를 감지하여 히스테리시스 보상값을 산출하는 것을 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구(10)는 관절 또는 유연한 튜브로 이루어져 와이어로 견인됨으로써 위치 및 방향을 제어할 수 있는 장치를 포함한다. 일예로서 내시경 장치 또는 오버튜브 장치를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 오버튜브 장치를 일예로들어 설명하기로 한다.
유연 수술도구(10)의 와이어 히스테리시스 보상 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이 인체의 몸 내에 삽입되어 수술도구를 견인 와이어를 통해 위치(position)와 방향(orientation)을 제어함으로써 수술하는 장치이다. 유연 수술도구(10)는 유연한 몸체를 가지는 오버튜브 몸체(10a), 오버튜브 몸체(10a)의 내측으로 기 설정된 지름을 가지면서 형성된, 제1,2,3 채널(11,12,13), 각 채널에 삽입되는 수술도구(21,22,23)를 포함한다. 수술도구는 채널 내에 삽입되는 수술에 필요한 도구(21,22)나 카메라(23)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 채널(11)에는 제1 수술도구(21)가 삽입되며, 제2 채널(12)에는 제2 수술도구(22)가 삽입되고, 제3 채널(13)에는 카메라부(23)가 삽입될 수 있다. 다만, 채널의 개수 및 수술도구의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 전단부에는 각 채널 내에 삽입된 카메라부(23) 및 수술도구가 돌출되어 있다. 따라서 카메라부(23)는 전방을 촬영할 수 있고, 각 수술도구는 조직을 집거나 절제하는 수술을 견인 와이어의 조작에 따라 제어할 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 후단부에는 견인 와이어(도면 미도시)를 조작할 수 있는 조작부(또는 제어부, 도면 미도시)가 배치된다. 견인 와이어는 조작부에서 오버튜브 몸체 또는 수술도구의 전단부까지 연결되어 있다. 따라서 사용자의 조작부 조작에 의해 수술도구 또는 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어할 수 있다. 이때, 일예로서 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어하기 위해서 제1 견인 와이어(10b)와 제2 견인 와이어(10c)를 조작부에 의해 조정함으로써 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 그리고 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치 및 방향 제어와 동일하게 각 수술도구의 위치 및 방향 제어도 견인 와이어의 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 따라서 도면에는 도시되어 있지 않으나 각 수술도구도 견인 와이어에 연결 접속된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브 몸체(10a) 또는 유연 수술도구(21,22)는 견인 와이어의 견인력에 따라 선형적인 슬로프(slope) 구간을 가져서 수술도구의 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 다만, 견인 와이어를 이용하여 수술도구를 제어할 때 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 견인력을 제공함에도 불구하고 그 견인력에 상응하도록 위치와 방향을 일정하게 제어할 수 없는 구간도 존재한다. 이 구간을 히스테리시스 영역이라 할 수 있으며, 이러한 히스테리시스 영역에서는 견인력이 동일하다 하더라도 수술도구의 위치와 방향 제어가 달라질 수 있다.
또한, 이상적으로는 견인력에 따라 수술도구의 위치가 정확히 제어됨으로써 도 2의 그래프가 일직선이 되어야 하나 히스테리시스로 인해서 슬로프 형태를 띄게 된다. 히스테리시스 현상을 보여주는 도 2의 슬로프는 예를 들면 도구를 위로 일정 위치 제어하고 아래로 일정 위치 반복하여 제어할 때 사용자가 실제로 인가하는 견인력에 따른 현재 도구의 위치 값을 보여준다.
이러한 히스테리시스 영역이 발생하는 이유는 일예로서 유연 수술도구 또는 유연 오버튜브가 체내에 삽입될 때 그 형상이나 꼬임이 달라져서 발생할 수도 있고, 견인 와이어의 사용으로 인한 노후화가 원일 수도 있다.
한편, 견인 와이어의 오랜 사용으로 인해 와이어가 늘어난 경우에는 휴지상태에서 견인 와이어를 동작시키면 와이어가 늘어난 만큼 와이어 히스테리시스가 발생하여 조작부의 조작에 의해서도 정확한 위치 및 방향 제어가 되지 않는다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2 장력조절 고정 풀리부(161,162)를 사용하여 늘어난 와이어의 장력을 줄이거나 크게하는 경우에도 동일한 문제가 발생된다.
따라서 본 발명에서는 휴지상태(와이어를 구동시키지 않는 구동 중지 상태)에서 와이어 캘리브레이션을 실행하고, 와이어를 구동시키는 초기 구동상태에서 캘리브레이션 값을 적용함으로써 초기 구동상태에서 정확한 위치 및 방향 제어가 될 수 있도록 한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
(와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치의 구성 및 기능)
본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치는 휴지상태에서 와이어 캘리브레이션을 실행하여 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값(이하 보상값은 보상각도 또는 와이어 늘어난 길이 일 수 있다)을 각각 산출하고, 산출한 정방향 캘리브레이션 보상값과 역방향 캘리브레이션 보상값을 통해 전체 캘리브레이션 보상값을 산출한다. 와이어 캘리브레이션 후에 와이어 초기 구동상태에서 정방향 구동인 경우와 역방향 구동인 경우에 모두 산출한 전체 캘리브레이션 보상값을 적용하여 와이어를 초기 구동함으로써 초기 구동시에 와이어의 히스테리시스를 보상할 수 있다. 이때, 정방향 구동 및 역방향 구동은 도 3에 도시된 구동 풀리부(151,152,161,162) 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 모터부(210)는 와이어를 견인하는 구동 풀리부(151,152,161,162)를 정방향 및 역방향으로 회전시킨다. 이때, 각 구동 풀리부(151,152,161,162)를 구동시키는 모터가 개별로 배치될 수도 있다. 모터부(210)는 구동모터 제어부(310)의 제어에 따라 정방향 또는 역방향으로 구동 풀리부(151,152,161,162)를 구동시킨다. 모터부(210)는 엔코더를 포함하며, 엔코더는 모터의 회전 각도를 측정한다. 모터부(210)는 구동모터 제어부(310)의 제어에 따라 구동 풀리부를 구동시키면서, 엔코더의 전기적인 펄스 신호를 구동모터 제어부(310)로 요청에 의해 전송한다. 모터부(210)는 도 3의 구동 제어부(110)에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 카메라부(220,23)는 카메라 제어부(320)의 제어에 따라 와이어에 견인되어 위치 또는 방향을 변경시킬 수 있으며, 촬영된 영상을 카메라 제어부(320)로 전송한다. 카메라 제어부(320)는 전송받은 픽셀값을 도 5와 같이 정방향 보상모드 제어부(340) 또는 역방향 보상모드 제어부(350)로 전송한다. 이때, 카메라 제어부(320)에서 전송되는 픽셀값은 휴지상태에서의 휴지상태 픽셀값, 후술하는 정방향 및 역방향 캘리브레이션 모드에서의 늘어난 와이어가 당겨져 모터부(210)의 부하가 걸리는 시점에서의 정방향 모터부하 픽셀값과 역방향 모터부하 픽셀값이다. 카메라부(220,23)는 도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(120)의 채널 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 히스테리시스 보상 구동 제어부는 구동모터 제어부(310), 카메라 제어부(320), 모드 스위칭부(330), 정방향 보상모드 제어부(340), 역방향 보상모드 제어부(350), 동작모드 제어부(360)를 포함한다. 히스테리시스 보상 구동 제어부는 조작부의 조작 명령을 수신하며, 수신된 조작 명령에 따라 견인 와이어를 제어함으로써 수술 도구(21,22) 또는 카메라부(23,220)의 위치 및 방향을 제어한다. 한편, 견인 와이어는 사용이 증가함에 따라 도 3과 같이 늘어날 수 있고 이로 인해 휴지상태에서 와이어 히스테리시스 특성이 있다. 따라서 히스테리시스 보상 구동 제어부는 휴지상태에서 견인 와이어를 캘리브레이션 하고, 초기 구동상태에서 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한다. 여기서 초기 구동상태는 휴지상태를 벗어나서 와이어를 초기 구동하는 상태이고, 휴지상태는 유연 수술도구를 최초 구동시키는 경우이거나 또는 유연 수술도구의 동작을 일정 시간 중지한 경우의 상태이다.
한편, 히스테리시스 보상 구동 제어부는 복수의 모드를 실행하며, 모드 스위칭부(330)에 의해 각각의 모드가 스위칭 된다. 모드 스위칭부(330)는 조작부의 조작 명령에 의해 모드 스위칭을 하도록 제어한다. 즉, 모드 스위칭부(330)는 조작부에서 정방향 캘리브레이션 모드의 실행을 명령하면 정방향 캘리브레이션 모드로 스위칭하도록 제어하고, 역방향 캘리브레이션 모드의 실행을 명령하면 역방향 캘리브레이션 모드로 스위칭하도록 제어하고, 오퍼레이션 모드의 실행을 명령하면 오퍼레이션 모드로 스위칭하도록 제어한다. 각각의 모드 실행 명령에 따라 정방향 보상모드 제어부(340), 역방향 보상모드 제어부(350), 동작모드 제어부(360)가 각각 상응하여 실행된다.
캘리브레이션 모드는 휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션 하는 모드이다. 즉, 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드는 정방향 보상모드 제어부(340)에 의해 실행된다. 역방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드는 역방향 보상모드 제어부(350)에 의해 실행된다. 휴지상태에서 어느 한 방향의 캘리브레이션 모드가 실행된 후에 다른 방향의 캘리브레이션 모드가 실행되는 것이 바람직하다. 일예로서 정방향 캘리브레이션 모드를 먼저 실행한 후에 역방향 캘리브레이션 모드를 실행하거나 또는 이와 반대로 캘리브레이션 모드를 실행할 수 있다.
정방향 보상모드 제어부(340)는 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드에서 모터부 또는 구동 풀리부를 정방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다. 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 2가지 실시예에 따라 산출될 수 있다. 다만, 역방향 캘리브레이션 보상값의 산출은 정방향 캘리브레이션 보상값의 산출 방법과 동일한 원리로 산출할 수 있으므로 설명을 이에 갈음하기로 한다
제1 실시예로서, 정방향 보상모드 제어부(340)는 도 6에 도시된 바와 같이 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 모터 전류변화 체크부(413b)를 포함한다.
모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 모터 전류변화 체크부의 전류변화 체크신호에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 즉, 모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않은 최초 초기상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 견인력 최초 작용상태는 후술하는 모터 전류변화 체크부의 설정에 따라 판단한다.
모터 전류변화 체크부(413b)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태를 모터의 전류 변화에 따라 판단한다. 즉, 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않는 최초 초기상태에서는 모터부(210)의 전류 변화가 없다가, 견인력 최초 작용상태가 되면 모터부(210)의 전류 변화가 발생한다. 모터 전류변화 체크부(413b)는 견인력 최초 작용상태를 감지하며, 전류변화 감지신호가 생성되면 모터 최후 위치값 산출부(412)로 감지신호를 전송함으로써 모터 최후 위치값 산출부(412)가 견인력 최초 작용상태에서의 모터 최후 위치값을 산출하도록 한다.
보상값 산출부(410)는 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
제2 실시예로서, 정방향 보상모드 제어부(340)는 도 7에 도시된 바와 같이 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 카메라 픽셀변화 체크부(413a)를 포함한다.
모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는다.
모터 최후 위치값 산출부(412)는 카메라 픽셀변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 즉, 모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않은 최초 초기상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 픽셀의 변화가 생김으로써 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 견인력 최초 작용상태는 후술하는 카메라 픽셀변화 체크부(413a)의 설정에 따라 판단한다.
카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 휴지상태에서의 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 최초 픽셀값을 입력받는다. 또한, 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점(견인력 최초 작용상태)에서의 픽셀값이 최초 픽셀값과 비교해 볼 때 픽셀값의 변화가 생기는지를 지속적으로 체크한다. 즉, 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않는 최초 초기상태에서는 픽셀값의 변화가 없다가, 견인력 최초 작용상태가 되면 카메라부(220)의 위치 또는 방향이 이동되어 픽셀값의 변화가 발생한다. 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 견인력 최초 작용상태를 감지하며, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하면 픽셀변화 감지신호를 생성한다. 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 픽셀변화 감시신호를 모터 최후 위치값 산출부(412)로 전송함으로써 모터 최후 위치값 산출부(412)가 견인력 최초 작용상태에서의 모터 최후 위치값을 산출하도록 한다.
보상값 산출부(410)는 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
역방향 보상모드 제어부(350)는 상술한 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 카메라 픽셀변화 체크부(413a), 모터 전류변화 체크부(413b)를 포함한다. 역방향 보상모드 제어부(350)는 앞서 설명한 제1,2 실시예에 따라 구동 풀리부의 방향을 역방향으로 구동 회전시켜 역방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 동일한 원리로 산출할 수 있으며, 상술한 정방향 보상모드 제어부(340)의 설명에 갈음하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 동작모드 제어부(360)는 오퍼레이션 모드를 실행하며, 정방향 및 역방향 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 각각 산출된 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 입력받는다. 오퍼레이션 모드에서 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 산출한 전체 캘리브레이션 보상값을 적용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어한다. 일예로서 정방향 캘리브레이션 보상 각도가 40°이고, 역방향 캘리브레이션 보상 각도가 30°이면 전체 캘리브레이션 보상 각도는 70°이다.
(와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법)
본 발명의 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법에 대해 도 8을 참조하여 자세히 기술하기로 한다.
먼저, 정방향 보상모드 제어부(340)는 휴지상태에서 정방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부 또는 구동 풀리부를 정방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 정방향 캘리브레이션을 수행한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 정방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 휴지상태에서 정방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 역방향 보상모드 제어부(350)는 역방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 역방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 역방향 캘리브레이션을 수행한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 역방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 정방향 캘리브레이션 보상값과 역방향 캘리브레이션 보상값을 통해 전체 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 동작모드 제어부(360)는 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 와이어의 전체 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어한다.
한편, 정방향 캘리브레이션과 역방향 캘리브레이션의 순서는 상술한 바와 같이 꼭 이에 한정되는 것은 아니고 역방향 캘리브레이션을 먼저 수행한 후에 정방향 캘리브레이션을 수행할 수도 있다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부,
    상기 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부,
    상기 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 상기 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널에 배치되는 카메라부,
    상기 조작 명령에 따라 상기 와이어를 견인하도록 견인 구동력을 제공하는 모터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 모드는,
    휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션하는 캘리브레이션 모드,
    상기 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 산출된 휴지상태에서의 캘리브레이션 보상값을 이용하여 상기 수술 도구 또는 유연 튜브부의 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어함으로써 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 오퍼레이션 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 보상 구동 제어부는,
    상기 복수의 모드를 스위칭하는 모드 스위칭부,
    상기 캘리브레이션 모드에서 상기 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 정방향 보상모드 제어부,
    상기 캘리브레이션 모드에서 상기 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 역방향 보상모드 제어부,
    상기 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 산출된 전체 캘리브레이션 보상값을 상기 오퍼레이션 모드에서 적용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 상기 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어하는 동작모드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    휴지상태에서의 모터 위치값,
    상기 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부,
    늘어난 와이어가 당겨져 상기 부하가 걸리는 시점을 모터의 전류 변화에 따라 판단하는 모터 전류 변화 체크부,
    상기 모터 전류 변화 체크부의 전류변화 체크신호에 따라 상기 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값과 상기 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값,
    상기 휴지상태에서의 상기 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값,
    상기 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 상기 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부,
    늘어난 와이어가 당겨져 상기 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 상기 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하는 카메라 픽셀 변화 체크부,
    상기 카메라 픽셀 변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 상기 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값과 상기 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  9. 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제1 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계,
    상기 제1 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제1 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    휴지상태에서 상기 제1 방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 제2 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제2 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계,
    상기 제2 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    상기 제1,2 방향 캘리브레이션 보상값을 통해 휴지상태에서의 전체 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 상기 와이어의 휴지상태에서의 전체 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 상기 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계,
    각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 상기 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계,
    카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값을 각각 입력받는 단계,
    각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 상기 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어 방법.
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