WO2024144133A1 - Surgical robot system and control method thereof - Google Patents

Surgical robot system and control method thereof

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WO2024144133A1
WO2024144133A1 PCT/KR2023/021377 KR2023021377W WO2024144133A1 WO 2024144133 A1 WO2024144133 A1 WO 2024144133A1 KR 2023021377 W KR2023021377 W KR 2023021377W WO 2024144133 A1 WO2024144133 A1 WO 2024144133A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
end effector
gripper
surgical
surgical tool
image information
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/021377
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김형주
최종도
왕준상
고경완
Original Assignee
(주)미래컴퍼니
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Publication of WO2024144133A1 publication Critical patent/WO2024144133A1/en

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Abstract

Disclosed are a surgical robot system and a control method thereof, the surgical robot system comprising: a plurality of robot arms; an instrument which is selectively installed on at least one of the plurality of robot arms and has, at the tip, an end effector that operates by being inserted into a surgical site; a camera which is installed on at least one of the plurality of robot arms and inserted into the surgical site, and generates image information by imaging the surgical site; and a control unit which controls the operations of the plurality of robot arms and the end effector, and recognizes the state of the end effector within the image information and thereby adjusts the strength of a driving force transmitted to the end effector.

Description

수술용 로봇 시스템 및 이의 제어방법Surgical robot system and its control method
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 수술용 로봇 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 수술부위에 삽입되어 수술부위를 영상으로 확인하면서 수술도구로 수술을 수행하는 로봇 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.Embodiments disclosed herein relate to a surgical robot system and a control method thereof. More specifically, a robot system and control method that is inserted into the surgical site of the human body and performs surgery using surgical tools while confirming the surgical site through an image. It's about.
본 연구는 다부처와 (재단)범부처전주기의료기기연구개발사업단의 "범부처전주기의료기기연구개발사업(R&D)(과기정통 부,복지부,산업부)"의 연구결과로 수행되었다(KMDF_PR_20200901_0090-01).This study was conducted as a result of the research results of the “Pan-Ministerial Medical Device Research and Development Project (R&D) (Ministry of Science and ICT, Ministry of Health and Welfare, Ministry of Trade, Industry and Energy)” of the Multi-Ministry and (Foundation) Pan-Ministry Life Cycle Medical Device Research and Development Project Group (KMDF_PR_20200901_0090 -01).
최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다.Minimally invasive surgery is a general term for surgery that minimizes the size of the affected area.
구체적으로, 최소 침습 수술은 인체의 일부(예: 복부)에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과는 달리, 인체에 0.5㎝∼1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 형성하고, 이 절개공을 통해 내시경카메라와 각종 수술도구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.Specifically, minimally invasive surgery, unlike open surgery, which is performed by opening a large incision in a part of the human body (e.g., the abdomen), involves forming at least one incision (or invasive hole) measuring 0.5 cm to 1.5 cm in the human body. , This is a surgical method that is performed while watching images after inserting an endoscope camera and various surgical tools through this incision.
이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과는 달리 수술 후 통증이 적고, 장운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며, 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점으로 인하여 최소 침습 수술은 담낭 절제술, 전립선암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.Unlike open surgery, this minimally invasive surgery has the advantages of less pain after surgery, early recovery of bowel movement and early food intake, short hospitalization period, quick return to normal condition, and excellent cosmetic effect due to the narrow incision range. has Due to these advantages, minimally invasive surgery is being used for cholecystectomy, prostate cancer surgery, and hernia repair, and its field is expanding.
일반적으로 최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0102465호에 개시된 수술로봇과 같이 마스터로봇과 슬레이브 로봇을 포함한다. 마스터로봇은 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브로봇으로 전송하고, 슬레이브로봇은 마스터로봇으로 제어신호를 수신하여 수술에 필요한 조작을 환자에게 시술하게 된다.Surgical robots generally used in minimally invasive surgery include a master robot and a slave robot, such as the surgical robot disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2014-0102465. The master robot generates control signals according to the doctor's operations and transmits them to the slave robot, and the slave robots receive control signals from the master robot and perform the operations necessary for surgery on the patient.
여기서, 슬레이브로봇은 적어도 하나 이상의 로봇암을 구비하며, 각 로봇암의 단부에는 수술을 수행하는 인스트루먼트와 수술부위의 영상을 제공하는 카메라가 장착되며, 인스트루먼트의 말단에는 수술도구를 파지하기 위한 엔드이펙터가 설치된다.Here, the slave robot is equipped with at least one robot arm, and the end of each robot arm is equipped with an instrument that performs surgery and a camera that provides images of the surgical site, and an end effector for holding a surgical tool is installed at the end of the instrument. is installed.
이와 같은 수술용 로봇을 이용한 최소 침습 수술은 인스트루먼트의 엔드이펙터와 카메라가 환자의 인체 내부로 진입하고, 카메라의 영상을 통해 수술부위를 확인하면서 필요한 시술이 행해진다.In minimally invasive surgery using such a surgical robot, the end effector of the instrument and the camera enter the inside of the patient's body, and the necessary procedure is performed while confirming the surgical site through the camera's image.
엔드이펙터는 인체의 수술부위에서 바늘과 같은 수술도구를 파지하여 시술을 수행하는데, 수술부위에서 바늘을 파지할 경우에는 바늘의 견고한 고정을 위하여 상대적으로 강한 힘으로 바늘을 파지하게 된다.The end effector performs the procedure by holding a surgical tool such as a needle at the surgical site of the human body. When holding the needle at the surgical site, the needle is held with relatively strong force to firmly fix the needle.
여기서, 수술용 로봇은 엔드이펙터가 바늘을 파지하는 과정에서 바늘과 함께 인체조직을 파지하거나 바늘을 파지하지 않고 인체조직을 파지하는 경우가 발생할 우려가 있다.Here, there is a risk that the surgical robot may grip human tissue along with the needle during the process of the end effector gripping the needle, or grip human tissue without grasping the needle.
여기서, 종래의 수술용 로봇의 경우, 엔드이펙터의 그립포스(grip force)가 바늘만을 파지하는 것을 목적으로 일정하게 설정된 값으로 제어되고 있으며, 특히 굵기가 상대적으로 가는 바늘을 파지할 경우에는 상대적으로 강한 힘으로 제어되고 있다. 이에 따라, 만약 종래의 엔드이펙터가 바늘 외에 인체조직을 파지할 경우에는 인체조직의 심각한 손상을 초래하는 문제점이 있다.Here, in the case of a conventional surgical robot, the grip force of the end effector is controlled to a constant set value for the purpose of gripping only the needle, and in particular, when gripping a relatively thin needle, the grip force is relatively small. It is controlled by strong power. Accordingly, if a conventional end effector grips human tissue other than a needle, there is a problem of causing serious damage to human tissue.
이에 따라, 상기와 같은 선행기술의 한계점을 극복하기 위한 새로운 기술이 요구되고 있다.Accordingly, new technologies are required to overcome the limitations of the prior art as described above.
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.Meanwhile, the above-described background technology is technical information that the inventor possessed for deriving the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before filing the application for the present invention. .
본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 인체의 수술부위에 삽입되어 카메라를 통해 수술부위를 영상으로 확인하면서 엔드이펙터에 수술도구를 선택적으로 장착하여 수술을 수행하는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.Embodiments disclosed herein present a surgical robot system and control method that is inserted into the surgical site of the human body and performs surgery by selectively mounting surgical tools on the end effector while confirming the surgical site through an image through a camera. There is a purpose.
특히, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 카메라에 의한 영상정보를 통해 엔드이펙터에 대한 바늘과 같은 수술도구의 장착여부를 판단할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.In particular, the purpose of the embodiments disclosed in this specification is to present a surgical robot system and control method that can determine whether a surgical tool such as a needle is mounted on the end effector through image information provided by a camera.
또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 엔드이펙터가 그리퍼로 구성될 경우, 카메라의 영상정보를 통해 수술도구의 파지여부를 확인할 수 있으며, 수술도구의 파지여부에 따라 그리퍼의 그립력을 서로 다른 세기로 제어할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.In addition, in the embodiments disclosed in this specification, when the end effector is composed of a gripper, it is possible to check whether the surgical tool is gripped through the image information of the camera, and the grip force of the gripper can be adjusted to different strengths depending on whether the surgical tool is gripped. The purpose is to present a surgical robot system and control method that can be controlled.
또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 엔드이펙터가 수술도구를 파지한 상태로 회전하면서 파지방향이 조절될 경우, 엔드이펙터의 그립력이 저하될 수 있는 파지방향에 따라 엔드이펙터의 그립력을 조절할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.In addition, embodiments disclosed herein can adjust the grip force of the end effector according to the grip direction, which may lower the grip force of the end effector when the grip direction is adjusted while rotating while the end effector is holding a surgical tool. The purpose is to present a surgical robot system and control method.
또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 엔드이펙터가 파지하는 과정에서 구동모터에 작용하는 전류변화를 통해 엔드이펙터의 파지상태를 감지할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.In addition, the purpose of the embodiments disclosed herein is to present a surgical robot system and control method that can detect the gripping state of the end effector through a change in current acting on the drive motor during the end effector gripping process. there is.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 수술용 로봇 시스템의 일 실시예는, 복수의 로봇암; 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 선택적으로 설치되고, 선단에 수술부위에 삽입되어 동작하는 엔드이펙터가 구비되는 인스트루먼트; 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 설치되어 수술부위에 삽입되고, 수술부위를 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라; 그리고 상기 복수의 로봇암과 상기 엔드이펙터의 동작을 제어하되, 상기 영상정보 내에서 상기 엔드이펙터의 상태를 인식하여 상기 엔드이펙터로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, one embodiment of a surgical robot system includes a plurality of robot arms; An instrument that is selectively installed on at least one of the plurality of robot arms and has an end effector at the tip that operates by being inserted into the surgical site; a camera installed on at least one of the plurality of robot arms, inserted into the surgical site, and generating image information by photographing the surgical site; It may include a control unit that controls the operations of the plurality of robot arms and the end effector and recognizes the state of the end effector within the image information to adjust the strength of the driving force transmitted to the end effector.
또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 수술용 로봇 시스템의 제어방법의 일 실시예는, 복수의 로봇암, 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 선택적으로 설치되고, 선단에 수술부위에 삽입되어 동작하는 엔드이펙터가 구비되는 인스트루먼트, 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 설치되어 수술부위에 삽입되고, 수술부위를 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라, 그리고 상기 복수의 로봇암과 상기 엔드이펙터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 수술용 로봇 시스템에 있어서, 상기 제어부에 의해 수행되며, 상기 영상정보 내에서 상기 엔드이펙터의 상태를 인식하는 단계; 그리고 상기 엔드이펙터의 상태에 따라 상기 엔드이펙터로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 단계를 포함하는 수행될 수 있다.In addition, as a technical means for achieving the above-described technical problem, an embodiment of a control method of a surgical robot system includes a plurality of robot arms, selectively installed on at least one of the plurality of robot arms, and a surgical site at the tip. An instrument equipped with an end effector that is inserted and operated, a camera installed on at least one of the plurality of robot arms and inserted into the surgical site, and generating image information by photographing the surgical site, and the plurality of robot arms and the end. A surgical robot system comprising a control unit that controls the operation of an effector, comprising: recognizing the state of the end effector within the image information, performed by the control unit; The method may also include adjusting the intensity of the driving force transmitted to the end effector according to the state of the end effector.
전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 인체의 수술부위에 삽입되어 카메라를 통해 수술부위를 영상으로 확인하면서 수술도구를 엔드이펙터로 선택적으로 파지하여 수술을 수행하는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시할 수 있다.According to one of the above-mentioned problem solving means, a surgical robot system and control method are provided that are inserted into the surgical site of the human body and perform surgery by selectively holding surgical tools with an end effector while confirming the surgical site through an image through a camera. can be presented.
특히, 전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 제어부가 카메라의 영상정보를 통해 엔드이펙터에 대한 수술도구의 장착여부를 판단하고 판단된 수술도구의 장착여부에 따라 엔드이펙터의 그립력을 서로 다른 세기로 제어하므로, 엔드이펙터에 의한 인체 조직의 손상을 방지할 수 있으며, 바늘과 같은 수술도구를 더욱 안전하고 견고하게 파지할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시할 수 있다.In particular, according to one of the above-mentioned problem solving means, the control unit determines whether a surgical tool is mounted on the end effector through image information from a camera and adjusts the grip force of the end effector to different strengths depending on whether the surgical tool is determined. Since it is controlled by , damage to human tissue caused by the end effector can be prevented, and a surgical robot system and control method that can hold surgical tools such as needles more safely and firmly can be proposed.
또한, 전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 제어부가 엔드이펙터의 파지방향에 따라 그립력을 조절하므로 엔드이펙터가 수술도구를 파지한 상태로 회전할 경우에도 수술도구가 좀 더 안정적으로 파지될 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시할 수 있다.In addition, according to one of the means for solving the above-described problem, the control unit adjusts the grip force according to the gripping direction of the end effector, so that the surgical tool can be held more stably even when the end effector rotates while holding the surgical tool. A surgical robot system and control method can be presented.
개시되는 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 개시되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the disclosed embodiments are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned are clear to those skilled in the art to which the disclosed embodiments belong from the description below. It will be understandable.
도 1은 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a surgical robot system according to an embodiment.
도 2는 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 인스트루먼트의 구성을 나타내는 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram showing the configuration of instruments of a surgical robot system according to an embodiment.
도 3은 카메라에 의해 촬영된 수술부위의 영상정보를 나타내는 예시도이다.Figure 3 is an example diagram showing image information of the surgical site captured by a camera.
도 4는 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing a control method of a surgical robot system according to an embodiment.
도 5는 도 4에 도시된 제어방법에서 S410 단계의 일 실시예를 도시한 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an embodiment of step S410 in the control method shown in FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시된 제어방법에서 S410단계의 다른 실시예를 도시한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart showing another embodiment of step S410 in the control method shown in FIG. 4.
도 7은 도 4에 도시된 제어방법에서 S410단계의 또 다른 실시예를 도시한 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart showing another embodiment of step S410 in the control method shown in FIG. 4.
도 8은 도 4에 도시된 제어방법에서 S420단계의 일 실시예를 도시한 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart showing an embodiment of step S420 in the control method shown in FIG. 4.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 변형되어 실시될 수도 있다. 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하였다. 그리고, 도면에서 실시예들의 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, various embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments described below may be modified and implemented in various different forms. In order to more clearly explain the characteristics of the embodiments, detailed descriptions of matters widely known to those skilled in the art to which the following embodiments belong have been omitted. In addition, in the drawings, parts that are not related to the description of the embodiments are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.Throughout the specification, when a configuration is said to be “connected” to another configuration, this includes not only cases where it is “directly connected,” but also cases where it is “connected with another configuration in between.” In addition, when a configuration “includes” a configuration, this means that other configurations may be further included rather than excluding other configurations, unless specifically stated to the contrary.
이하 첨부된 도면을 참고하여 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a surgical robot system according to an embodiment.
일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템은 로봇암이 의사의 제어에 따라 동작하여 수술을 대신 집도하도록 고안된 시스템으로서, 로봇암 선단에 장착되는 인스트루먼트와 카메라가 체내로 삽입되어, 의사로 하여금 수술부위를 영상으로 확인하면서 로봇암과 인스트루먼트를 적절히 제어하도록 하는 장치이다. The surgical robot system according to one embodiment is a system designed to have a robot arm operate under the doctor's control to perform surgery on behalf of the doctor. Instruments and a camera mounted on the tip of the robot arm are inserted into the body to allow the doctor to view the surgical site. It is a device that properly controls the robot arm and instruments while confirming the video.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 다른 수술용 로봇 시스템(1)은, 수술대(2)에 누워있는 환자(P)에게 수술을 행하는 슬레이브 로봇(10)과, 슬레이브 로봇(10)을 오퍼레이터(O)가 원격 조종하도록 하는 마스터 콘솔(20)과, 표시부(35)를 통해서 보조자(A)가 수술의 진행 상황을 확인할 수 있도록 하는 비전 카트(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the surgical robot system 1 according to one embodiment includes a slave robot 10 that performs surgery on a patient P lying on the operating table 2, and an operator (10) of the slave robot 10. It may include a master console 20 that allows remote control by O, and a vision cart 30 that allows the assistant A to check the progress of the surgery through the display unit 35.
슬레이브 로봇(10)은 하나 이상의 로봇암(11)을 포함할 수 있다. 일반적으로 로봇암(11)은 인간의 팔 및/또는 손목과 유사한 기능을 가지고 있으며 손목에 해당하는 부위에 소정의 도구를 부착시킬 수 있는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 로봇암(11)이란 상박, 하박, 손목, 팔꿈치 등의 구성 요소를 모두 포괄하는 개념으로 정의할 수 있다. 이와 같은, 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)은 다자유도를 가지며 구동되도록 구현될 수 있다.The slave robot 10 may include one or more robot arms 11. In general, the robot arm 11 has functions similar to those of a human arm and/or wrist and refers to a device that can attach a predetermined tool to the area corresponding to the wrist. In this specification, the robot arm 11 can be defined as a concept encompassing all components such as the upper arm, lower arm, wrist, and elbow. In this way, the robot arm 11 of the slave robot 10 can be implemented to be driven with multiple degrees of freedom.
또한, 로봇암(11)의 선단에는 환자(P)의 수술부위에 삽입되어 수술을 수행하는 인스트루먼트(12)와, 수술부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 카메라(13)가 설치될 수 있다. 인스트루먼트(12)의 선단에는 예를 들어 바늘과 같은 수술도구가 선택적으로 장착되는 엔드이펙터(123)가 구비될 수 있다. 또한 인스트루먼트(12)는 용도에 따라 서로 다른 형태의 엔드이펙터(123)를 구비하도록 여러 종류로 구성될 수 있다. 예를 들어, 인스트루먼트(12)의 하나인 니들 홀더는, 엔드이펙터(123)로서 바늘을 강한 힘으로 파지하는 그리퍼를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 그리퍼(Gripper)는 바늘 등의 수술도구를 파지하기 위한 구조를 갖는 엔드이펙터로서, 오퍼레이터(O)의 조작에 따라 선택적으로 수술도구를 잡거나 놓을 수 있는 구조를 포함하는 엔드이펙터라면 어떠한 종류라도 무방하다.In addition, an instrument 12 that is inserted into the surgical site of the patient (P) to perform surgery and a camera 13 that photographs the surgical site and provides image information may be installed at the tip of the robot arm 11. The tip of the instrument 12 may be provided with an end effector 123 on which a surgical tool such as a needle is selectively mounted. Additionally, the instrument 12 may be configured in various ways to include different types of end effectors 123 depending on the purpose. For example, the needle holder, which is one of the instruments 12, may be configured to include a gripper as the end effector 123 that grips the needle with strong force. Here, the gripper is an end effector with a structure for holding surgical tools such as needles. Any type of end effector can be used as long as it includes a structure that can selectively hold or place the surgical tool according to the operation of the operator (O). do.
한편 로봇암(11)은 다자유도를 가지며 동작함으로써, 인스트루먼트(12)의 이동이나 일정 범위 내에서의 회동을 가능하게 하며, 동시에 인스트루먼트(12)의 엔드이펙터(123)로 구동력을 제공할 수 있다. Meanwhile, the robot arm 11 operates with multiple degrees of freedom, enabling the instrument 12 to move or rotate within a certain range, and at the same time provide driving force to the end effector 123 of the instrument 12. .
다만, 로봇암(11)은 구성이 이에 제한되지는 않으며, 이러한 예시가 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 오퍼레이터(O)가 조작 레버를 조작함에 의해 로봇암(11)이 상응하는 방향으로 회전, 이동하는 등의 실제 제어 과정에 대한 구체적인 설명은 생략한다.However, the configuration of the robot arm 11 is not limited to this, and it should be understood that this example does not limit the scope of the present invention. Here, a detailed description of the actual control process, such as the robot arm 11 rotating and moving in the corresponding direction when the operator O manipulates the operation lever, will be omitted.
한편 슬레이브 로봇(10)은 환자(P)를 수술하기 위하여 하나 이상으로 이용될 수 있으며, 수술 부위가 표시부(35)를 통해 화상 이미지로 표시되도록 하기 위한 카메라(13)는 독립된 슬레이브 로봇(10)으로 구현될 수도 있다.Meanwhile, one or more slave robots 10 can be used to perform surgery on a patient P, and the camera 13 for displaying the surgical site as an image through the display unit 35 is an independent slave robot 10. It can also be implemented as:
또한, 본 발명의 실시예들은 복강경 이외의 다양한 수술용 내시경(예를 들어, 흉강경, 관절경, 비경 등)이 이용되는 수술들에 범용적으로 사용될 수 있다.Additionally, embodiments of the present invention can be universally used in surgeries using various surgical endoscopes other than laparoscopes (eg, thoracoscope, arthroscope, rhinoscope, etc.).
또한 마스터 콘솔(20)과 슬레이브 로봇(10), 그리고 비전 카트(30)가 반드시 물리적으로 독립된 별도의 장치로 분리되어야 하는 것은 아니며, 이 중 적어도 일부가 통합되어 일체형으로 구성될 수 있다. 다만, 이하에서는 마스터 콘솔(20)과 슬레이브 로봇(10), 그리고 비전 카트(30)가 물리적으로 이격된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.Additionally, the master console 20, the slave robot 10, and the vision cart 30 do not necessarily have to be physically separated into separate devices, and at least some of them may be integrated to form an integrated system. However, hereinafter, the case where the master console 20, the slave robot 10, and the vision cart 30 are physically separated will be described as an example.
마스터 콘솔(20)은 조작 레버(미도시) 및 디스플레이 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 마스터 콘솔(20)은 추가적으로 외측에 오퍼레이터(O)의 상태를 표시할 수 있는 외부의 디스플레이 장치(25)를 더 구비할 수 있다.The master console 20 may include an operating lever (not shown) and a display member (not shown). In addition, the master console 20 may be further equipped with an external display device 25 capable of displaying the status of the operator O.
상세히, 마스터 콘솔(20)은 오퍼레이터(O)가 조작할 수 있도록 조작 레버(미도시)를 구비할 수 있다. 조작 레버는 한 개 또는 그 이상의 수량의 핸들로 구현될 수 있으며, 오퍼레이터(O)의 핸들 조작에 따른 조작 신호가 유선 또는 무선 통신망을 통해 슬레이브 로봇(10)으로 전송되어 로봇암(11)이 제어될 수 있다. 즉, 오퍼레이터(O)의 핸들 조작에 의해 로봇암(11)의 위치 이동, 인스트루먼트(12)의 회전, 절단 작업 등의 수술 동작이 수행될 수 있다.In detail, the master console 20 may be provided with an operating lever (not shown) so that the operator O can operate it. The manipulation lever can be implemented as one or more handles, and the manipulation signal according to the handle manipulation by the operator (O) is transmitted to the slave robot 10 through a wired or wireless communication network to control the robot arm 11. It can be. That is, surgical operations such as moving the position of the robot arm 11, rotating the instrument 12, and cutting operations can be performed by manipulating the handle of the operator O.
예를 들어, 오퍼레이터(O)는 핸들 형태의 조작 레버를 이용하여 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)이나 인스트루먼트(12) 등을 조작할 수 있다. 이와 같은 조작 레버는 그 조작방식에 따라 다양한 기구적 구성을 가질 수 있으며, 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)이나 인스트루먼트(12) 등의 동작을 조작하는 마스터 핸들과, 전체 시스템의 기능을 조작하기 위해 마스터 콘솔(20)에 부가된 조이스틱, 키패드, 트랙볼, 터치스크린과 같은 각종 입력도구와 같이, 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)이나 기타 수술 장비를 작동시키기 위한 다양한 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 조작 레버는 핸들의 형상으로 제한되지 않으며, 유선 또는 무선 통신망과 같은 네트워크를 통해 로봇암(11)의 동작을 제어할 수 있는 형태이면 아무런 제한 없이 적용될 수 있다.For example, the operator O can operate the robot arm 11 or the instrument 12 of the slave robot 10 using a handle-shaped operating lever. This operating lever can have various mechanical configurations depending on the operation method, and includes a master handle that operates the operation of the robot arm 11 or instrument 12 of the slave robot 10, and the function of the entire system. Various input tools such as joysticks, keypads, trackballs, and touch screens added to the master console 20 for operation are provided in various forms to operate the robot arm 11 of the slave robot 10 or other surgical equipment. It can be. Here, the operating lever is not limited to the shape of the handle, and can be applied without any restrictions as long as it has a shape that can control the operation of the robot arm 11 through a network such as a wired or wireless communication network.
마스터 콘솔(20)의 디스플레이 부재에는 카메라(13)를 통해 촬영되는 영상이 화상 이미지로 표시될 수 있다. 또한 디스플레이 부재에는 소정의 가상 조작판이 상기 카메라(13)를 통해 촬영되는 영상과 함께 표시되거나 또는 독립적으로 표시될 수 있다. 나아가 마스터 콘솔(20)의 디스플레이 부재에는 카메라(13)가 촬영한 영상이 좌안과 우안 영상이 상이한 입체 영상으로 제공될 수 있다. An image captured through the camera 13 may be displayed as an image image on the display member of the master console 20. Additionally, a predetermined virtual operation panel may be displayed on the display member together with the image captured through the camera 13 or may be displayed independently. Furthermore, the image captured by the camera 13 may be provided on the display member of the master console 20 as a three-dimensional image with different left-eye and right-eye images.
디스플레이 부재는 오퍼레이터(O)가 영상을 확인할 수 있는 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터(O)의 양안에 대응하도록 디스플레이 장치가 설치될 수 있다. 다른 예로, 하나 이상의 모니터들로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 할 수 있다. 디스플레이 부재의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.The display member may be provided in various forms through which the operator (O) can check the image. For example, a display device may be installed to correspond to both eyes of the operator O. As another example, it may consist of one or more monitors, and information necessary for surgery may be individually displayed on each monitor. The quantity of display members may be determined in various ways depending on the type or type of information required to be displayed.
비전 카트(30)는 슬레이브 로봇(10)이나 마스터 콘솔(20)에 이격되게 설치되고, 외부에서 수술의 진행상황을 표시부(35)를 통해서 확인할 수 있다.The vision cart 30 is installed to be spaced apart from the slave robot 10 or the master console 20, and the progress of the surgery can be checked from the outside through the display unit 35.
표시부(35)에서 디스플레이되는 영상은 오퍼레이터(O)의 디스플레이 부재에서 디스플레이 되는 영상과 동일할 수 있다. 보조자(A)는 표시부(35)의 영상을 확인하면서, 오퍼레이터(O)의 수술 작업을 보조할 수 있다. 예를 들어, 보조자(A)는 수술의 진행상태에 따라 인스트루먼트(12)나 수술도구를 인스트루먼트 카트(3)에서 교체할 수 있다.The image displayed on the display unit 35 may be the same as the image displayed on the display member of the operator O. The assistant (A) can assist the operator (O) in the surgical work while checking the image on the display unit 35. For example, the assistant A can replace the instruments 12 or surgical tools in the instrument cart 3 depending on the progress of the surgery.
한편 제어부(40)는 슬레이브 로봇(10), 마스터 콘솔(20) 및 비전 카트(30)와 연결되어, 각각의 신호를 송수신할 수 있으며, 슬레이브 로봇(10), 마스터 콘솔(20) 및 비전 카트(30) 중 어느 하나에 설치되거나 독립적으로 설치될 수 있다.Meanwhile, the control unit 40 is connected to the slave robot 10, the master console 20, and the vision cart 30, and can transmit and receive respective signals, and the slave robot 10, the master console 20, and the vision cart It can be installed in any one of (30) or independently.
제어부(40)는 마스터 콘솔(20)과 슬레이브 로봇(10)을 포함하는 수술용 로봇 시스템(1)의 전체적인 동작을 제어하는 구성으로서, 예를 들어 CPU 등의 프로세서를 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 제어부(40)는 수술용 로봇 시스템에 포함되는 다른 구성들을 제어하며 슬레이브 로봇(10)이 수술에 필요한 동작을 수행하는데 요구되는 연산을 수행할 수 있다.The control unit 40 is a component that controls the overall operation of the surgical robot system 1 including the master console 20 and the slave robot 10. For example, the control unit 40 may be configured to include one or more processors such as a CPU. there is. The control unit 40 controls other components included in the surgical robot system and can perform calculations required for the slave robot 10 to perform operations required for surgery.
이러한 제어부(40)는 예를 들어 마스터 콘솔(20)에 구비되는 주(主) 제어부와 슬레이브 로봇(10)에 구비되는 보조(補助) 제어부를 포함하여 구성될 수도 있다.This control unit 40 may be configured to include, for example, a main control unit provided in the master console 20 and an auxiliary control unit provided in the slave robot 10.
제어부(40)는 마스터 콘솔(20)에서 입력된 정보를 처리하여 슬레이브 로봇(10)으로 전달할 명령을 생성하며, 슬레이브 로봇(10)으로부터 전달되는 신호를 수신하여, 슬레이브 로봇(10)의 동작 상태를 확인하거나, 슬레이브 로봇(10)에 구비되는 카메라(13)로부터 전달되는 영상정보를 비전 카트(30)의 표시부(35)와 마스터 콘솔(2)의 디스플레이 부재에 출력할 수 있다. 이를 위하여 제어부(40)는 메모리나 GPU 등의 부가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 제어부(40)의 보다 구체적인 동작은 후술한다.The control unit 40 processes information input from the master console 20 to generate commands to be transmitted to the slave robot 10, and receives signals transmitted from the slave robot 10 to determine the operating state of the slave robot 10. or the image information transmitted from the camera 13 provided in the slave robot 10 can be output to the display unit 35 of the vision cart 30 and the display member of the master console 2. To this end, the control unit 40 may further include additional components such as memory or GPU. More specific operations of the control unit 40 will be described later.
한편 도 2는 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 인스트루먼트의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 인스트루먼트(12)는 길이방향으로 연장 형성되어, 그 선단이 인체의 수술부위에 삽입되며, 선단에 후술되는 엔드이펙터(123)가 설치됨으로써 엔드이펙터(123)에 바늘과 같은 수술도구를 선택적으로 장착하여 수술을 수행하는 구성요소이다.Meanwhile, Figure 2 is a configuration diagram showing the configuration of instruments of a surgical robot system according to an embodiment. Referring to FIG. 2, the instrument 12 is formed to extend in the longitudinal direction, and its tip is inserted into the surgical site of the human body. An end effector 123, which will be described later, is installed at the tip, thereby providing a needle-like effect to the end effector 123. It is a component that performs surgery by selectively mounting surgical tools.
인스트루먼트(12)는 슬레이브 로봇(10)에 구비된 복수의 로봇암(11)들 중 적어도 하나에 설치되어 수술부위에 삽입될 수 있으며, 제어부(40)의 제어에 의해 작동하는 구동모터(미도시)의 구동력을 선단으로 전달함으로써 엔드이펙터(123)를 작동시킬 수 있다.The instrument 12 can be installed on at least one of the plurality of robot arms 11 provided in the slave robot 10 and inserted into the surgical site, and includes a drive motor (not shown) that operates under the control of the control unit 40. The end effector 123 can be operated by transmitting the driving force of ) to the tip.
구체적으로, 인스트루먼트(12)는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(121), 샤프트(122), 엔드이펙터(123) 및 동력전달부재(124)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the instrument 12 may be configured to include a housing 121, a shaft 122, an end effector 123, and a power transmission member 124, as shown in FIG. 2.
하우징(121)은 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 구체적으로 로봇암(11)의 선단에는 하우징(121)과 결합되는 커넥터(미도시)가 구비되며, 하우징(121)이 로봇암(11)의 커넥터에 끼워져 결합될 수 있다. 이때 커넥터와 하우징(121)에는 각각 서로 대응하는 형상으로 맞물려 함께 회전하는 하나 이상의 구동휠이 구비될 수 있다. 그에 따라 슬레이브 로봇(10)의 일측, 예를 들어 로봇암(11)에 구비되는 구동모터(미도시)의 구동력에 의해 권취되거나 권출되는 와이어에 의한 구동력이 커넥터의 구동휠로 전달되고, 이는 다시 하우징(121)에 구비되는 구동휠을 회전시킴으로써 인스트루먼트(12)의 엔드이펙터(123)로 동력을 제공한다.The housing 121 may be detachably coupled to the robot arm 11 of the slave robot 10. Specifically, the tip of the robot arm 11 is provided with a connector (not shown) that is coupled to the housing 121, and the housing 121 can be fitted and coupled to the connector of the robot arm 11. At this time, the connector and housing 121 may be provided with one or more driving wheels that rotate together while engaging with each other in corresponding shapes. Accordingly, the driving force of the wire wound or unwound by the driving force of the driving motor (not shown) provided on one side of the slave robot 10, for example, the robot arm 11, is transmitted to the driving wheel of the connector, which in turn is transmitted to the driving wheel of the connector. Power is provided to the end effector 123 of the instrument 12 by rotating the drive wheel provided in the housing 121.
한편 샤프트(122)는 소정의 길이로 형성되어 인체의 수술부위에 삽입되는 구성요소로, 하우징(121)에서 길이방향으로 연장 형성되며, 로봇암(11)의 작동에 의해 길이방향의 선단이 수술부위로 삽입될 수 있다. 이때, 샤프트(122)의 선단은, 샤프트(122)의 양단 중 로봇암(11)의 원위쪽 단부를 의미한다.Meanwhile, the shaft 122 is a component formed to a predetermined length and inserted into the surgical site of the human body. It extends in the longitudinal direction from the housing 121, and the tip in the longitudinal direction is moved to the surgical site by the operation of the robot arm 11. It can be inserted into the site. At this time, the tip of the shaft 122 refers to the distal end of the robot arm 11 among both ends of the shaft 122.
이러한 샤프트(122)의 선단에는 엔드이펙터(123)가 설치되고, 엔드이펙터(123)의 반대쪽 단부, 즉 후단에는 하우징(121)이 설치되어 하우징(121)과 함께 로봇암(11)에 결합될 수 있다. An end effector 123 is installed at the front end of the shaft 122, and a housing 121 is installed at the opposite end of the end effector 123, that is, at the rear end, to be coupled to the robot arm 11 together with the housing 121. You can.
그리고 샤프트(122)는 상술한 구동모터의 구동력을 선단에 설치된 엔드이펙터(123)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 샤프트(122)는 중공이 형성된 튜브형태로 형성되고, 내부에는 동력전달부재(124)가 구성될 수 있다.And the shaft 122 can transmit the driving force of the above-described drive motor to the end effector 123 installed at the tip. For this purpose, the shaft 122 is formed in the shape of a hollow tube, and a power transmission member 124 may be formed inside.
상기 동력전달부재(124)는 샤프트(122)의 후단, 즉 하우징(121)의 구동휠의 회전력을 샤프트(122)의 선단에 구비되는 엔드이펙터(123)로 전달하는 구성요소이며, 예를 들어, 하우징(121)에 구비되는 구동휠의 회전에 의해 권출되거나 권취되는 와이어(미도시)를 포함할 수 있다. The power transmission member 124 is a component that transmits the rotational force of the driving wheel of the rear end of the shaft 122, that is, the housing 121, to the end effector 123 provided at the front end of the shaft 122, for example. , may include a wire (not shown) that is unwound or wound by the rotation of the driving wheel provided in the housing 121.
엔드이펙터(123)는 전술한 바와 같이 인스트루먼트(12)를 구성하는 샤프트(122)의 선단에 설치된 상태로 샤프트(122)와 함께 수술부위에 삽입되고, 구동력에 의해 작동한다. 이때 엔드이펙터(123)는 실시예에 따라 수술도구를 파지하는 파지수단, 즉 상술한 그리퍼(Gripper)를 포함하여 구성될 수 있다. As described above, the end effector 123 is installed at the tip of the shaft 122 constituting the instrument 12, is inserted into the surgical site together with the shaft 122, and operates by driving force. At this time, the end effector 123 may be configured to include a gripping means for gripping a surgical tool, that is, the above-described gripper, depending on the embodiment.
여기서, 수술도구는 예를 들어 바늘, 메스 등과 같이 수술부위에 대해 봉합, 절개 등과 같은 시술을 수행하는 모든 도구가 될 수 있으며, 엔드이펙터(123)는 수술도구를 다양한 방식으로 선택적으로 장착할 수 있는 구조로 구성될 수 있다.Here, the surgical tool can be any tool that performs procedures such as suturing and incision on the surgical site, such as a needle or scalpel, and the end effector 123 can selectively mount the surgical tool in various ways. It can be composed of a structure such as
이러한 엔드이펙터(123)는 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 조(Jaw)(123a)를 포함하는 그리퍼로 구성될 수 있으며, 동력전달부재(124)로 전달된 구동력을 이용하여 작동함으로써 한 쌍의 조(123a)가 벌어지거나 오므라지면서 수술도구를 파지하여 장착시킬 수 있다. This end effector 123 may be composed of a gripper including a pair of jaws 123a, as shown in FIG. 2, and operates by using the driving force transmitted to the power transmission member 124. As the pair of jaws 123a opens or retracts, the surgical tool can be gripped and mounted.
한편, 다시 도 1를 참조하면, 상기 카메라(13)는 슬레이브 로봇(10)의 로봇암(11)들 중 하나에 설치되면서 인체의 수술부위에 삽입되어 수술부위의 영상정보를 제공할 수 있다. 카메라(13)는 예를 들어, 길이방향으로 연장되는 관의 선단에 CCD 카메라 등의 광학장치가 구비되는 내시경 조립체로 구성될 수 있다. 카메라(13)는 마스터 콘솔(20)으로 전달되는 명령에 따라 동작하는 로봇암(11)에 의하여 이동하여 그 선단이 인체 내로 삽입된 상태로 체내를 촬영하여 영상정보를 생성할 수 있다. 그리고 생성된 영상정보는 다시 비전 카트(30) 및/또는 마스터 콘솔(20)으로 전달될 수 있다.Meanwhile, referring again to FIG. 1, the camera 13 is installed on one of the robot arms 11 of the slave robot 10 and can be inserted into the surgical site of the human body to provide image information of the surgical site. For example, the camera 13 may be configured as an endoscope assembly in which an optical device such as a CCD camera is provided at the tip of a tube extending in the longitudinal direction. The camera 13 is moved by the robot arm 11 that operates according to commands transmitted to the master console 20 and can generate image information by photographing the body with its tip inserted into the human body. And the generated image information may be transmitted back to the vision cart 30 and/or the master console 20.
한편, 제어부(40)는 로봇암(11)을 비롯하여 인스트루먼트(12)의 엔드이펙터(123)를 제어할 수 있다. 제어부(40)는 엔드이펙터(123), 예를 들어 그리퍼의 한 쌍의 조(123a)에 각각 구동력을 제공하여 한 쌍의 조(123a)가 서로 가까워져 맞물리거나 멀어져 벌어지도록 하거나, 한 쌍의 조(123a)가 함께 일정 방향으로 회동하도록 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a)에 각각 구동력을 제공하는 구동모터의 회전을 제어함으로써 와이어가 권출되거나 권취되도록 함으로써, 그리퍼를 제어할 수 있다. Meanwhile, the control unit 40 can control the robot arm 11 and the end effector 123 of the instrument 12. The control unit 40 provides driving force to the end effector 123, for example, a pair of jaws 123a of the gripper, so that the pair of jaws 123a come closer to each other and engage or spread apart, or the pair of jaws 123a moves apart. (123a) can be controlled to rotate together in a certain direction. For example, the control unit 40 can control the gripper by controlling the rotation of the drive motor that provides driving force to each of the pair of jaws 123a so that the wire is unwound or wound.
특히 제어부(40)는 엔드이펙터(123)의 상태를 감지하여, 엔드이펙터(123)의 그립력을 서로 다른 세기로 제어할 수 있다. 여기서 엔드이펙터(123)의 '상태'는 예를 들어, 엔드이펙터(123)가 바늘 등의 수술도구를 파지하고 있는 상태인지, 또는 수술도구를 파지하지 않고 있는 상태인지 여부, 한 쌍의 조(123a)가 벌어져 있는지 또는 맞물려 있는지, 같은 방향으로 움직이고 있는 상태인지, 그리고 그리퍼가 어느 방향을 향하는지 여부 등을 포함할 수 있다. In particular, the control unit 40 can detect the state of the end effector 123 and control the grip force of the end effector 123 at different strengths. Here, the 'state' of the end effector 123 is, for example, whether the end effector 123 is holding a surgical tool such as a needle or is not holding a surgical tool, and a pair of groups ( This may include whether 123a) is open or engaged, whether it is moving in the same direction, and which direction the gripper is facing.
일 실시예에 의하면 제어부(40)는 카메라(13)로부터 수신되는 영상정보에 기초하여 엔드이펙터(123)의 상태를 감지할 수 있다. 제어부(40)는 영상정보를 분석하여 영상 내에서 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. According to one embodiment, the control unit 40 may detect the state of the end effector 123 based on image information received from the camera 13. The control unit 40 may analyze image information and determine whether the end effector 123 is holding a surgical tool in the image.
이를 위하여 제어부(40)는 미리 학습된 머신러닝 모델을 이용할 수 있다. 일례로 머신러닝 모델은, 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지하고 있는 상태인지 여부를 판별할 수 있도록, 수술도구를 파지하고 있는 상태의 엔드이펙터(123)의 이미지와 수술도구를 파지하지 않은 상태의 엔드이펙터(123)의 이미지를 충분한 수로 확보하여 마련된 복수의 학습 이미지를 이용하여 미리 트레이닝 될 수 있다. 이때 각각의 학습 이미지들은 미리 획득된 실제 수술 영상정보들에서 엔드이펙터(123)를 인식하고, 엔드이펙터(123)를 기준으로 일정 크기로 이미지를 크로핑한 후, 수술도구 파지 여부에 대한 정보를 연관하여 기록함으로써 생성될 수 있다. For this purpose, the control unit 40 can use a machine learning model that has been learned in advance. For example, the machine learning model uses an image of the end effector 123 in a state holding a surgical tool and an image of the end effector 123 in a state not holding a surgical tool, so that it can be determined whether the end effector 123 is in a state holding a surgical tool. It can be trained in advance using a plurality of learning images prepared by securing a sufficient number of images of the end effector 123 in the state. At this time, each learning image recognizes the end effector 123 from the actual surgical image information obtained in advance, crops the image to a certain size based on the end effector 123, and then provides information about whether the surgical tool is held. It can be created by recording in association.
그에 따라 머신러닝 모델은 각각의 학습 이미지가 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 충분히 학습함으로써, 엔드이펙터(123)의 수술도구 파지 여부를 분류 가능하게 된다. Accordingly, the machine learning model sufficiently learns whether each learning image shows whether the end effector 123 is holding a surgical tool, thereby making it possible to classify whether the end effector 123 is holding a surgical tool.
따라서 제어부(40)는 이와 같이 트레이닝된 머신러닝 모델을 이용하여 실제 진행중인 수술의 영상정보 중 적어도 일부 프레임에서 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 검출할 수 있다. 이때 제어부(40)는 영상정보 내에서 우선적으로 엔드이펙터(123)를 인식하고, 엔드이펙터(123)를 기준으로 일정 범위의 영상을 크로핑하여 검출 데이터를 생성하며, 검출 데이터를 머신러닝 모델에 입력하여 결과를 얻음으로써, 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 검출할 수 있다. Accordingly, the control unit 40 can use the machine learning model trained in this way to detect whether the end effector 123 is holding a surgical tool in at least some frames among the image information of the actual surgery in progress. At this time, the control unit 40 preferentially recognizes the end effector 123 in the image information, generates detection data by cropping the image in a certain range based on the end effector 123, and applies the detection data to a machine learning model. By inputting and obtaining a result, it is possible to detect whether the end effector 123 is holding a surgical tool.
한편 다른 실시예에서 제어부(40)는 영상정보에서 엔드이펙터(123)와 수술도구를 각각 인식하고, 인식된 엔드이펙터(123)나 수술도구의 위치에 기초하여 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.Meanwhile, in another embodiment, the control unit 40 recognizes the end effector 123 and the surgical tool from the image information, and controls the end effector 123 to use the surgical tool based on the position of the recognized end effector 123 or the surgical tool. It is possible to determine whether it is in a gripped state.
이를 위하여 제어부(40)는 영상신호 내에서 객체 탐지(Object Detection) 또는 객체 인식(Object recognition)을 수행할 수 있다. 그리고 이와 같은 객체 탐지 또는 인식을 수행하기 위하여 제어부(40)는 미리 학습된 머신러닝 모델을 이용할 수 있다.To this end, the control unit 40 can perform object detection or object recognition within the image signal. And in order to perform such object detection or recognition, the control unit 40 can use a machine learning model that has been trained in advance.
여기서 머신러닝 모델은, 다양한 엔드이펙터(123) 및 다양한 수술도구를 촬영한 충분한 수의 학습 이미지를 포함하는 학습 데이터 세트를 미리 학습한 학습 모델일 수 있다.Here, the machine learning model may be a learning model that has previously learned a learning data set containing a sufficient number of learning images of various end effectors 123 and various surgical tools.
그에 따라 제어부(40)는 영상정보의 적어도 일부 프레임을 머신러닝 모델에 입력하여 객체 탐지(Object Detection) 또는 객체 인식(Object recognition)을 수행하면서 엔드이펙터(123) 또는 수술도구를 감지할 수 있고, 감지된 엔드이펙터(123)와 수술도구 간의 거리를 판별하여 수술도구의 장착여부를 판단할 수 있다.Accordingly, the control unit 40 may detect the end effector 123 or a surgical tool while performing object detection or object recognition by inputting at least some frames of image information into a machine learning model, It is possible to determine whether the surgical tool is installed by determining the distance between the detected end effector 123 and the surgical tool.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 수술도구가 바늘(N)일 경우, 제어부(40)는 카메라(13)에 의해 제공되는 영상정보에서 바늘(N)과 엔드이펙터(123)을 각각 감지하고, 감지된 엔드이펙터(123)와 바늘(N)간의 거리를 판별하여, 판별된 거리가 설정값 이하일 경우에 엔드이펙터(123)가 바늘(N)을 장착하고 있는 것으로 판단할 수 있다. That is, as shown in FIG. 3, when the surgical tool is a needle N, the control unit 40 detects the needle N and the end effector 123 from the image information provided by the camera 13, respectively, The distance between the detected end effector 123 and the needle (N) is determined, and if the determined distance is less than or equal to a set value, it can be determined that the end effector 123 is equipped with the needle (N).
실시예에 따라 제어부(40)는 영상정보 내에서 수술도구가 인식되지 않거나, 엔드이펙터(123)로부터 일정 범위 내에서 수술도구가 인식되지 않는 경우, 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지하지 않은 상태인 것으로 식별할 수 있다. Depending on the embodiment, if the surgical tool is not recognized within the image information or the surgical tool is not recognized within a certain range from the end effector 123, the control unit 40 determines whether the end effector 123 is not holding the surgical tool. It can be identified as being in a state.
한편, 실시예에 따라, 머신러닝 모델은 엔드이펙터(123)가 둘 이상의 서로 다른 종류의 수술도구를 파지한 상태의 이미지를 모두 학습함으로써, 엔드이펙터(123)가 수술도구를 장착하고 있는지의 여부와 수술도구의 종류를 판별할 수 있도록 학습될 수도 있다.Meanwhile, depending on the embodiment, the machine learning model determines whether the end effector 123 is equipped with a surgical tool by learning all images of the end effector 123 holding two or more different types of surgical tools. It can also be learned to identify the type of surgical tool.
제어부(40)는 판단된 엔드이펙터(123)에 대한 수술도구의 장착여부에 따라 구동모터(14)에 인가되는 전류의 크기를 제어함으로써 엔드이펙터(123)의 그립력을 서로 다른 세기로 제어할 수 있다.The control unit 40 can control the grip force of the end effector 123 at different strengths by controlling the size of the current applied to the drive motor 14 depending on whether the surgical tool is mounted on the end effector 123. there is.
즉, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)의 그립력을 상황에 따라 적절히 조절하도록 하기 위하여, 영상정보를 통해 수술도구 파지여부를 감지하여 엔드이펙터(123)의 그립력의 세기를 적절하게 조절할 수 있다.That is, in order to appropriately adjust the grip force of the end effector 123 according to the situation, the control unit 40 can detect whether a surgical tool is held through image information and appropriately adjust the strength of the grip force of the end effector 123. .
구체적으로, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지하지 않은 상태일 경우에는 구동모터(14)에 인가되는 전류값을 디폴트값보다 낮게 설정함으로써 엔드이펙터(123)의 그립력을 상대적으로 낮게 조절하도록 제어신호를 인가할 수 있다.Specifically, when the end effector 123 is not gripping a surgical tool, the control unit 40 sets the current value applied to the drive motor 14 lower than the default value to increase the relative grip force of the end effector 123. A control signal can be applied to adjust it low.
이에 따라, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 장착하지 않는 것으로 판단된 경우에는, 엔드이펙터(123)의 그립력을 디폴트값보다 낮게 설정함으로써 엔드이펙터(123)가 인체 조직을 파지하더라도 조직이 손상되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, when the control unit 40 determines that the end effector 123 is not equipped with a surgical tool, the control unit 40 sets the grip force of the end effector 123 lower than the default value so that the end effector 123 grips human tissue. Even so, tissue damage can be prevented.
또한, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태일 경우에는 구동모터(14)에 인가되는 전류값을 디폴트값으로 설정함으로써 엔드이펙터(123)의 그립력을 상대적으로 높게 조절할 수 있도록 제어신호를 인가할 수 있다.In addition, the control unit 40 can adjust the grip force of the end effector 123 to be relatively high by setting the current value applied to the drive motor 14 to a default value when the end effector 123 is holding a surgical tool. A control signal can be applied to enable
이에 따라, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 장착하고 있는 것으로 판단된 경우에는 엔드이펙터(123)의 그립력을 디폴트값으로 상대적으로 높게 설정함으로써 수술도구를 엔드이펙터(123)에 견고하게 장착시킬 수 있다.Accordingly, when it is determined that the end effector 123 is equipped with a surgical tool, the control unit 40 sets the grip force of the end effector 123 to a relatively high default value to place the surgical tool on the end effector 123. It can be mounted firmly.
한편, 제어부(40)는 영상정보와 더불어 엔드이펙터(123)에 구동력을 제공하는 구동모터로 제공되는 제어값 또는 구동모터에서 측정되는 전류값을 참조하여, 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판별할 수도 있다. 예를 들어, 제어부(40)는 구동모터로 제공되는 제어값에 의하면 한 쌍의 조(123a)가 서로 맞물려 닫히도록 하는 명령이 수신되는 경우에, 해당 시점의 영상정보를 분석하여 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판별할 수 있다. 또는 제어부(40)는 구동모터에서 측정되는 전류값이 적어도 일시적으로 크게 증가하는 경우, 엔드이펙터(123)가 무엇인가를 파지하는 것으로 인식하여, 해당 시점의 영상정보를 분석하여 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판별할 수 있다.Meanwhile, the control unit 40 refers to the control value provided by the drive motor that provides driving force to the end effector 123 or the current value measured from the drive motor in addition to the image information, so that the end effector 123 holds the surgical tool. You can also determine whether it is in a certain state or not. For example, when a command is received to cause the pair of jaws 123a to engage and close according to the control value provided by the drive motor, the control unit 40 analyzes the image information at the corresponding time and operates the end effector 123. ) can determine whether the surgical tool is being held. Alternatively, when the current value measured from the drive motor increases significantly, at least temporarily, the control unit 40 recognizes that the end effector 123 is grasping something, analyzes the image information at that time, and detects the end effector 123. It is possible to determine whether the surgical tool is being held.
한편 마스터 콘솔(20)을 통해 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태에서 봉합동작을 수행하는 등과 같은 상황에 대한 제어신호가 인가될 경우에는 구동모터(14)에 인가되는 전류값을 수술도구의 파지 상태보다 높게 설정함으로써 엔드이펙터(123)의 그립력을 파지상태보다 강하게 조절할 수도 있다.Meanwhile, when a control signal for a situation such as performing a suturing operation while the end effector 123 is holding a surgical tool is applied through the master console 20, the current value applied to the drive motor 14 is changed to By setting it higher than the gripping state of the tool, the grip force of the end effector 123 can be adjusted to be stronger than the gripping state.
한편, 엔드이펙터(123)를 구성하는 한 쌍의 조(123a)는 수술도구를 파지한 상태로 마스터 콘솔(20)의 제어를 통해 회전이 허용되면서 파지방향이 조절될 수 있으며, 제어부(40)는 마스터 콘솔(20)을 통해 조절되는 엔드이펙터(123)의 파지방향에 따라 구동모터(14)에 인가되는 전류량을 서로 다르게 조절하면서 엔드이펙터(123)의 그립력을 서로 다른 세기로 조절할 수 있다.Meanwhile, the pair of jaws 123a constituting the end effector 123 can be rotated and adjusted through control of the master console 20 while holding the surgical tool, and the gripping direction can be adjusted through the control unit 40. The grip force of the end effector 123 can be adjusted to different strengths while adjusting the amount of current applied to the drive motor 14 differently depending on the gripping direction of the end effector 123 controlled through the master console 20.
여기서, 한 쌍의 조(123a)는 수술도구를 파지한 상태로 회전할 경우에는 한 쌍 중 하나가 벌어지는 방향으로 이동하고 한 쌍 중 나머지 하나가 오므라지는 방향으로 이동해야 하므로 회전하는 과정에서 그립력이 저하될 수 있다.Here, when the pair of jaws 123a are rotated while holding a surgical tool, one of the pair must move in the direction of opening and the other of the pair must move in the direction of retraction, so the grip force is reduced during the rotation. may deteriorate.
제어부(40)는 한 쌍의 조(123a)의 파지방향이 상기와 같이 그립력이 저하될 수 있는 방향으로 회전할 경우에는 구동모터(14)에 인가되는 제어값을 조절하면서 한 쌍의 조(123a)의 그립력을 파지상태보다 강하게 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a) 사이의 그립력을 디폴트값보다 강하게 조절할 수 있다.When the gripping direction of the pair of jaws 123a rotates in a direction in which the grip force may be reduced as described above, the control unit 40 adjusts the control value applied to the drive motor 14 to control the pair of jaws 123a. ) can be adjusted to be stronger than the grip state. Specifically, the control unit 40 can adjust the grip force between the pair of jaws 123a to be stronger than the default value.
이때 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태로 인식한 경우에만, 위와 같이 한 쌍의 조(123a)의 회동방향을 감지하여 그립력을 변화시킬 수도 있다. At this time, the control unit 40 may change the grip force by detecting the rotation direction of the pair of jaws 123a as described above only when it recognizes that the end effector 123 is holding the surgical tool.
예를 들어, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인 것으로 확인되는 경우, 엔드이펙터(123)의 그립력을 디폴트값으로 제어하다가 한 쌍의 조(123a)가 동시에 같은 방향으로 회동하는 경우, 그립력을 순간적으로 증가시킬 수 있다. For example, when the control unit 40 determines that the end effector 123 is holding a surgical tool, the control unit 40 controls the grip force of the end effector 123 to the default value, and then controls the grip force of the end effector 123 to a default value, and then controls the grip force of the end effector 123 to a default value. When turning in one direction, the grip strength can be instantly increased.
이때 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a)의 회동방향을 감지하기 위하여 영상정보를 참조하거나, 구동모터로 전달되는 제어값 또는 구동모터에서 측정되는 전류값을 참조할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 조(123a)에 대한 구동 명령이 같은 방향으로 같은 값에 따라 이동하는 명령인 경우 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a) 중 적어도 하나의 제어값을 달리 조정하여 한 쌍의 조(123a) 사이의 그립력을 증가시킬 수 있다. 또는 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a) 사이에 수술도구가 파지된 상태에서 구동모터에서 측정되는 전류값이 일시적으로 소량 감소하는 경우, 둘 사이의 그립력이 하강한 것으로 인식하고 그립력을 증가시킬 수 있다.At this time, the control unit 40 may refer to image information to detect the rotation direction of the pair of jaws 123a, or may refer to a control value transmitted to the drive motor or a current value measured from the drive motor. For example, if the driving command for a pair of groups 123a is a command to move in the same direction according to the same value, the control unit 40 adjusts the control value of at least one of the pair of groups 123a differently to The grip force between the pair of jaws 123a can be increased. Alternatively, if the current value measured by the drive motor temporarily decreases by a small amount while the surgical tool is held between the pair of jaws 123a, the control unit 40 recognizes that the grip force between the two has decreased and increases the grip force. You can do it.
한편, 제어부(40)는 실시예에 따라, 카메라(13)에서 인가되는 영상정보를 기반으로 엔드이펙터(123)의 파지방향을 감지하여, 감지된 파지 방향에 따라 엔드이펙터(123)의 그립력을 조절할 수도 있다.Meanwhile, depending on the embodiment, the control unit 40 detects the gripping direction of the end effector 123 based on image information applied from the camera 13, and adjusts the gripping force of the end effector 123 according to the detected gripping direction. You can also adjust it.
한편 상술한 바와 같이 제어부(40)는, 영상정보 뿐 아니라 구동모터에서 측정되는 전류변화에 기초하여 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태의 파지 상태정보를 판단할 수 있다. 이를 위하여, 구동모터의 전류를 측정하여 제어부(40)로 인가하기 위한 측정수단이 구비될 수 있다.Meanwhile, as described above, the control unit 40 can determine the grip state information of the state in which the end effector 123 is gripping the surgical tool based on the change in current measured from the drive motor as well as the image information. To this end, measuring means may be provided to measure the current of the driving motor and apply it to the control unit 40.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 수술용 로봇 시스템(1)의 제어방법을 도 4 내지 도 8을 참조로 설명한다.The control method of the surgical robot system 1 including the above components will be described with reference to FIGS. 4 to 8.
도 4는 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도이고, 도 5내지 도 7은 도 4의 제어방법에서 S410단계의 여러가지 실시예를 도시한 순서도이며, 도 8은 도 4의 제어방법에서 S420단계의 일 실시예를 도시한 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing a control method of a surgical robot system according to an embodiment, Figures 5 to 7 are flowcharts showing various embodiments of step S410 in the control method of Figure 4, and Figure 8 is a flowchart of Figure 4 This is a flowchart showing an example of step S420 in the control method.
일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템의 제어방법은 도 4에 도시된 바와 같이 엔드이펙터(123)의 상태를 인식하는 단계(S410) 및 엔드이펙터(123)로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 단계(S420)를 포함하여 수행될 수 있다.The method of controlling a surgical robot system according to an embodiment includes recognizing the state of the end effector 123 (S410) and adjusting the intensity of the driving force transmitted to the end effector 123, as shown in FIG. 4. It may be performed including (S420).
엔드이펙터(123)의 상태를 인식하는 단계(S410)는 전술한 제어부(40)가 카메라(13)의 영상정보를 통해 엔드이펙터(123)의 상태를 인식하는 단계로, 엔드이펙터(123)가 바늘 등의 수술도구를 파지하고 있는 상태인지, 또는 수술도구를 파지하지 않고 있는 상태인지 여부를 인식하는 단계이다.The step (S410) of recognizing the state of the end effector 123 is a step in which the above-described control unit 40 recognizes the state of the end effector 123 through the image information of the camera 13, and the end effector 123 This is the step of recognizing whether a surgical tool such as a needle is being held, or whether the surgical tool is not being held.
좀 더 상세하게, 도 5를 참조하면, 엔드이펙터(123)의 상태를 인식하는 단계(S410)는 제어부(40)가 엔드이펙터(123)에 대한 학습 이미지를 이용하여 머신러닝 모델 트레이닝을 수행(S510)한 후, 학습된 머신러닝 모델에 영상정보를 입력함으로써 영상정보로부터 엔드이펙터(123)의 상태를 감지(S520)할 수 있다.In more detail, referring to FIG. 5, in the step (S410) of recognizing the state of the end effector 123, the control unit 40 performs machine learning model training using a learning image for the end effector 123 ( After S510), the state of the end effector 123 can be detected from the image information by inputting the image information into the learned machine learning model (S520).
머신러닝 모델을 학습시키는 단계(S510)에서 제어부(40)는 엔드이펙터(123)에 대한 서로 다른 둘 이상의 상태, 예를 들어, 수술도구를 파지하고 있는 상태와 수술도구를 파지하지 않은 상태의 이미지를 충분한 수로 확보하여 마련된 복수의 학습 이미지를 이용하여 머신러닝 모델을 학습할 수 있다.In the step of learning the machine learning model (S510), the control unit 40 generates images of two or more different states for the end effector 123, for example, a state in which a surgical tool is being held and a state in which the surgical tool is not being held. A machine learning model can be learned using a plurality of training images prepared by securing a sufficient number of.
엔드이펙터(123)의 상태를 감지하는 단계(S520)에서 제어부(40)는 학습이 완료된 머신러닝 모델에 영상정보를 입력하여 영상정보에서 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지의 여부를 감지할 수 있다.In the step of detecting the state of the end effector 123 (S520), the control unit 40 inputs image information into the machine learning model that has completed learning and determines whether the end effector 123 is holding a surgical tool based on the image information. can be detected.
한편, 도 6을 참조하면, 엔드이펙터(123)가 한 쌍의 조(123a)로 이루어진 그리퍼로 구성된 경우, 제어부(40)는 머신러닝 모델을 학습시키는 단계(S610)를 수행하면서, 그리퍼가 수술도구를 파지한 상태와 파지하지 않은 상태에 대한 복수의 학습 이미지를 이용하여 머신러닝 모델 트레이닝을 수행할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 미리 획득된 실제 수술 영상정보들에서 그리퍼를 인식하고, 그리퍼를 기준으로 일정 크기로 이미지를 크로핑한 후, 수술도구 파지 여부에 대한 정보를 연관하여 학습 이미지를 생성하고 학습할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 6, when the end effector 123 is composed of a gripper consisting of a pair of jaws 123a, the control unit 40 performs a step (S610) of learning a machine learning model while the gripper performs surgery. Machine learning model training can be performed using multiple learning images for the state in which the tool is held and the state in which the tool is not held. At this time, the control unit 40 recognizes the gripper from the actual surgical image information obtained in advance, crops the image to a certain size based on the gripper, and then creates a learning image by correlating the information about whether the surgical tool is gripped. You can learn.
또한, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)의 상태를 감지하는 단계(S620)를 수행하면서, 학습이 완료된 머신러닝 모델에 영상정보를 입력하여 영상정보에서 그리퍼가 수술도구를 파지한 상태인지의 여부를 감지할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 영상정보 내에서 우선적으로 엔드이펙터(123)를 인식하고, 엔드이펙터(123)를 기준으로 일정 범위의 영상을 크로핑하여 검출 데이터를 생성하여 검출 데이터를 머신러닝 모델에 입력함으로써 엔드이펙터(123)가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 검출할 수 있다.In addition, while performing the step (S620) of detecting the state of the end effector 123, the control unit 40 inputs image information into a machine learning model that has completed learning to determine whether the gripper is holding a surgical tool based on the image information. It can be detected whether or not At this time, the control unit 40 preferentially recognizes the end effector 123 in the image information, generates detection data by cropping the image in a certain range based on the end effector 123, and applies the detection data to the machine learning model. By inputting, it is possible to detect whether the end effector 123 is holding a surgical tool.
다른 실시예로서, 도 7을 참조하면, 제어부(40)는 머신러닝 모델을 학습시키는 단계(S710)를 수행하면서, 그리퍼와 수술도구에 대한 복수의 학습이미지를 이용하여 머신러닝 모델 트레이닝을 수행할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 엔드이펙터(123) 및 다양한 수술도구를 촬영한 충분한 수의 학습 이미지를 포함하는 학습 데이터 세트를 미리 학습할 수 있다.As another embodiment, referring to FIG. 7, the control unit 40 performs machine learning model training using a plurality of learning images of the gripper and surgical tool while performing the step (S710) of training the machine learning model. You can. At this time, the control unit 40 may learn in advance a learning data set containing a sufficient number of learning images of the end effector 123 and various surgical tools.
또한, 제어부(40)는 엔드이펙터(123)의 상태를 감지하는 단계를 수행하면서, 학습이 완료된 머신러닝 모델에 영상정보를 입력하여 영상정보에서 그리퍼가 수술도구를 각각 인식할 수 있다(S720). 이때 제어부(40)는 영상정보의 적어도 일부 프레임을 머신러닝 모델에 입력하여 객체 탐지(Object Detection) 또는 객체 인식(Object recognition)을 수행하면서 그리퍼 또는 수술도구를 감지할 수 있다.In addition, the control unit 40 performs the step of detecting the state of the end effector 123 and inputs image information into the machine learning model that has completed learning, so that the gripper can recognize each surgical tool from the image information (S720) . At this time, the control unit 40 may detect the gripper or surgical tool while performing object detection or object recognition by inputting at least some frames of image information into a machine learning model.
그리고, 제어부(40)는 인식된 그리퍼와 수술도구의 거리에 기초하여 그리퍼가 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S730). 이때, 제어부(40)는 영상정보에서 감지된 그리퍼와 수술도구의 위치에 기초하여 그리퍼와 수술도구의 거리를 판별할 수 있으며, 판별된 거리가 설정값 이하일 경우에 그리퍼가 수술도구를 장착하고 있는 것으로 판단할 수 있다.Additionally, the control unit 40 may determine whether the gripper is holding the surgical tool based on the recognized distance between the gripper and the surgical tool (S730). At this time, the control unit 40 can determine the distance between the gripper and the surgical tool based on the positions of the gripper and the surgical tool detected in the image information, and if the determined distance is less than the set value, the gripper is equipped with the surgical tool. It can be judged that
한편 이상에서는S410단계는 제어부(40)로 하여금 구분하여 인식하도록 하고자 하는 엔드이펙터(123)의 상태가 수술도구를 파지한 상태와 파지하지 않은 상태인 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 다른 예로서 그리퍼의 한 쌍의 조(123a)가 서로 맞물린 상태인지 벌어진 상태인지, 한 쌍의 조(123a) 각각의 회동 상태 등을 구분하여 인식하도록 머신러닝 모델을 학습시킬 수 있다.Meanwhile, in the above step S410, the state of the end effector 123 that the control unit 40 wants to recognize is a state in which the surgical tool is held and a state in which the surgical tool is not held. However, as needed, other examples include the state of the end effector 123. A machine learning model can be trained to recognize whether a pair of jaws 123a are engaged or apart, and the rotation state of each pair of jaws 123a.
다시 도 4를 참조하면, 엔드이펙터(123)로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 단계(S420)는 S410단계를 통해 인식된 엔드이펙터(123)의 상태에 따라 구동력의 세기를 조절할 수 있다.Referring again to FIG. 4, in the step S420 of adjusting the intensity of the driving force transmitted to the end effector 123, the intensity of the driving force can be adjusted according to the state of the end effector 123 recognized through step S410.
이때, 제어부(4)는 S410 단계를 통해 판단된 엔드이펙터(123)에 대한 수술도구의 장착여부에 따라 구동모터에 인가되는 전류의 크기를 제어하면서 엔드이펙터(123)의 그립력을 서로 다르게 조절할 수 있다. 즉, 제어부(40)는 수술도구가 장착된 상태일 경우에 전류값을 디폴트값으로 설정하여 엔드이펙터(123)의 그립력을 상대적으로 강하게 조절하고, 수술도구가 장착되지 않는 상태일 경우 전류값을 디폴트값보다 낮게 설정하여 엔드이펙터(123)의 그립력을 상대적으로 약하게 조절할 수 있다.At this time, the control unit 4 can control the size of the current applied to the drive motor and adjust the grip force of the end effector 123 differently depending on whether the surgical tool is mounted on the end effector 123 determined through step S410. there is. That is, the control unit 40 sets the current value to the default value when the surgical tool is mounted and adjusts the grip force of the end effector 123 to be relatively strong, and when the surgical tool is not mounted, the control unit 40 sets the current value to the default value. By setting it lower than the default value, the grip force of the end effector 123 can be adjusted to be relatively weak.
한편, 도 8을 참조하면, 엔드이펙터(123)가 한 쌍의 조(123a)로 이루어진 그리퍼로 구성될 경우, 제어부(40)는 구동력의 세기를 조절하는 단계를 수행하면서 그리퍼가 수술도구를 파지한 상태인 경우 한 쌍의 조(123a) 각각의 회동방향을 감지할 수 있다(S810).Meanwhile, referring to Figure 8, when the end effector 123 is composed of a gripper consisting of a pair of jaws 123a, the control unit 40 performs a step of adjusting the strength of the driving force while allowing the gripper to grip the surgical tool. In one state, the rotation direction of each pair of pairs 123a can be detected (S810).
즉, 제어부(S810)는 한 쌍의 조(123a)가 동일한 방향으로 회동함으로써 그립력이 저하될 수 있는 방향으로 회전하는지 여부를 감지할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 영상정보에서 한 쌍의 조(123)를 인식하여 각각의 회동방향을 감지할 수 있고, 다른 예로서 그리퍼를 회동시키는 구동모터로 전달되는 제어값에 기초하여 그리퍼의 회동방향을 감지할 수 있다.That is, the control unit S810 can detect whether the pair of jaws 123a rotate in a direction that may reduce the grip force by rotating in the same direction. At this time, the control unit 40 can recognize the pair of jaws 123 in the image information and detect each rotation direction. As another example, the control unit 40 can rotate the gripper based on the control value transmitted to the drive motor that rotates the gripper. Direction can be sensed.
그리고, 제어부(40)는 감지된 그리퍼의 회동방향에 기초하여 그리퍼의 그립력을 조절할 수 있다(S820). 이때, 제어부(40)는 한 쌍의 조(123a)의 파지방향이 그립력이 저하될 수 있는 방향으로 회전할 경우에는 구동모터(14)에 인가되는 제어값을 디폴트값보다 높게 조절하여 쌍의 조(123a)의 그립력을 강하게 조절할 수 있다And, the control unit 40 can adjust the grip force of the gripper based on the detected rotation direction of the gripper (S820). At this time, when the gripping direction of the pair of jaws 123a rotates in a direction that may reduce the grip force, the control unit 40 adjusts the control value applied to the drive motor 14 to be higher than the default value to control the pair of jaws 123a. The grip force of (123a) can be strongly adjusted.
이상에서 살펴 본 바와 같이 일 실시예에 따른 수술용 로봇 시스템(1)과 이의 제어방법은, 제어부(40)가 카메라의 영상정보를 통해 엔드이펙터(123)에 대한 수술도구의 장착여부를 판단하고 판단된 수술도구의 장착여부에 따라 엔드이펙터(123)의 그립력을 서로 다른 세기로 제어하므로, 엔드이펙터(123)에 의한 인체 조직의 손상을 방지할 수 있으며, 바늘과 같은 수술도구를 더욱 안전하고 견고하게 파지할 수 있는 수술용 로봇 시스템 및 제어방법을 제시할 수 있다.As discussed above, in the surgical robot system 1 and its control method according to an embodiment, the control unit 40 determines whether a surgical tool is mounted on the end effector 123 through image information from the camera, and Since the grip force of the end effector 123 is controlled at different strengths depending on whether the surgical tool is determined to be installed, damage to human tissue caused by the end effector 123 can be prevented, and surgical tools such as needles can be used more safely. A surgical robot system and control method that can hold firmly can be proposed.
이상의 이상의 실시예들에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC 와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램특허 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다.The term '~unit' used in the above embodiments refers to software or hardware components such as FPGA (field programmable gate array) or ASIC, and the '~unit' performs certain roles. However, '~part' is not limited to software or hardware. The '~ part' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, '~ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로부터 분리될 수 있다.The functions provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be separated from additional components and 'parts'.
뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU 들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.In addition, the components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within the device or secure multimedia card.
도 4 내지 도 8을 통해 설명된 실시예에 따른 제어방법은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는, 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이때, 명령어 및 데이터는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터 기록 매체일 수 있는데, 컴퓨터 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함할 수 있다.예를 들어, 컴퓨터 기록 매체는 HDD 및 SSD 등과 같은 마그네틱 저장 매체, CD, DVD 및 블루레이 디스크 등과 같은 광학적 기록 매체, 또는 네트워크를 통해 접근 가능한 서버에 포함되는 메모리일 수 있다. The control method according to the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 8 may also be implemented in the form of a computer-readable medium that stores instructions and data executable by a computer. At this time, instructions and data can be stored in the form of program code, and when executed by a processor, they can generate a certain program module and perform a certain operation. Additionally, computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and non-volatile media, removable and non-removable media. Additionally, computer-readable media may be computer recording media, which are volatile and non-volatile implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules, or other data. It can include both volatile, removable, and non-removable media. For example, computer recording media may include magnetic storage media such as HDDs and SSDs, optical recording media such as CDs, DVDs, and Blu-ray discs, or accessible via a network. It may be memory included in the server.
또한 도 4 내지 도 8을 통해 설명된 실시예에 따른 제어방법은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램(또는 컴퓨터 프로그램 제품)으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 기록매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)에 기록될 수 있다. Additionally, the control method according to the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 8 may be implemented as a computer program (or computer program product) including instructions executable by a computer. A computer program includes programmable machine instructions processed by a processor and may be implemented in a high-level programming language, object-oriented programming language, assembly language, or machine language. . Additionally, the computer program may be recorded on a tangible computer-readable recording medium (eg, memory, hard disk, magnetic/optical medium, or solid-state drive (SSD)).
따라서 도 4 내지 도 8을 통해 설명된 실시예에 따른 제어방법은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다. Therefore, the control method according to the embodiment described with reference to FIGS. 4 to 8 can be implemented by executing the above-described computer program by a computing device. The computing device may include at least some of a processor, memory, a storage device, a high-speed interface connected to the memory and a high-speed expansion port, and a low-speed interface connected to a low-speed bus and a storage device. Each of these components is connected to one another using various buses and may be mounted on a common motherboard or in some other suitable manner.
여기서 프로세서는 컴퓨팅 장치 내에서 명령어를 처리할 수 있는데, 이런 명령어로는, 예컨대 고속 인터페이스에 접속된 디스플레이처럼 외부 입력, 출력 장치상에 GUI(Graphic User Interface)를 제공하기 위한 그래픽 정보를 표시하기 위해 메모리나 저장 장치에 저장된 명령어를 들 수 있다. 다른 실시예로서, 다수의 프로세서 및(또는) 다수의 버스가 적절히 다수의 메모리 및 메모리 형태와 함께 이용될 수 있다. 또한 프로세서는 독립적인 다수의 아날로그 및(또는) 디지털 프로세서를 포함하는 칩들이 이루는 칩셋으로 구현될 수 있다. Here, the processor can process instructions within the computing device, such as to display graphical information to provide a graphic user interface (GUI) on an external input or output device, such as a display connected to a high-speed interface. These may include instructions stored in memory or a storage device. In other embodiments, multiple processors and/or multiple buses may be utilized along with multiple memories and memory types as appropriate. Additionally, the processor may be implemented as a chipset consisting of chips including multiple independent analog and/or digital processors.
또한 메모리는 컴퓨팅 장치 내에서 정보를 저장한다. 일례로, 메모리는 휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리는 비휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 또한 메모리는 예컨대, 자기 혹은 광 디스크와 같이 다른 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수도 있다. Memory also stores information within a computing device. In one example, memory may be comprised of volatile memory units or sets thereof. As another example, memory may consist of non-volatile memory units or sets thereof. The memory may also be another type of computer-readable medium, such as a magnetic or optical disk.
그리고 저장장치는 컴퓨팅 장치에게 대용량의 저장공간을 제공할 수 있다. 저장 장치는 컴퓨터 판독 가능한 매체이거나 이런 매체를 포함하는 구성일 수 있으며, 예를 들어 SAN(Storage Area Network) 내의 장치들이나 다른 구성도 포함할 수 있고, 플로피 디스크 장치, 하드 디스크 장치, 광 디스크 장치, 혹은 테이프 장치, 플래시 메모리, 그와 유사한 다른 반도체 메모리 장치 혹은 장치 어레이일 수 있다.And the storage device can provide a large amount of storage space to the computing device. A storage device may be a computer-readable medium or a configuration that includes such media, and may include, for example, devices or other components within a storage area network (SAN), such as a floppy disk device, a hard disk device, an optical disk device, Or it may be a tape device, flash memory, or other similar semiconductor memory device or device array.
상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above-described embodiments are for illustrative purposes, and those skilled in the art will recognize that the above-described embodiments can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the above-described embodiments. You will understand. Therefore, the above-described embodiments should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The scope sought to be protected through this specification is indicated by the patent claims described later rather than the detailed description above, and should be interpreted to include the meaning and scope of the claims and all changes or modified forms derived from the equivalent concept. .

Claims (14)

  1. 복수의 로봇암;Multiple robotic arms;
    상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 선택적으로 설치되고, 선단에 수술부위에 삽입되어 동작하는 엔드이펙터가 구비되는 인스트루먼트;An instrument that is selectively installed on at least one of the plurality of robot arms and has an end effector at the tip that operates by being inserted into the surgical site;
    상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 설치되어 수술부위에 삽입되고, 수술부위를 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라; 그리고a camera installed on at least one of the plurality of robot arms, inserted into the surgical site, and generating image information by photographing the surgical site; and
    상기 복수의 로봇암과 상기 엔드이펙터의 동작을 제어하되, 상기 영상정보 내에서 상기 엔드이펙터의 상태를 인식하여 상기 엔드이펙터로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 제어부를 포함하는 수술용 로봇 시스템.A surgical robot system comprising a control unit that controls the operations of the plurality of robot arms and the end effector and recognizes the state of the end effector within the image information to adjust the strength of the driving force transmitted to the end effector.
  2. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 엔드이펙터는,The end effector is,
    수술도구를 선택적으로 파지하는 그리퍼를 포함하여 구성되고, It is composed of a gripper that selectively grips the surgical tool,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 영상정보에서 상기 그리퍼와 상기 수술도구 중 적어도 하나를 인식하여, 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지하고 있는 상태인지 여부를 판단하고, 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지하고 있는 상태인지 여부에 따라 상기 그리퍼의 그립력을 조절하는, 수술용 로봇 시스템.Recognize at least one of the gripper and the surgical tool from the image information, determine whether the gripper is holding the surgical tool, and determine whether the gripper is holding the surgical tool. A surgical robot system that adjusts the gripping force of the gripper.
  3. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 영상정보 내에서 상기 수술도구가 인식되면, 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지하고 있는 상태로 판단하거나,When the surgical tool is recognized within the image information, it is determined that the gripper is holding the surgical tool, or
    상기 영상정보 내에서 상기 수술도구가 인식되고, 상기 그리퍼와 상기 수술도구 사이의 거리가 일정 범위 내이면, 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지하고 있는 상태로 판단하는, 수술용 로봇 시스템.A surgical robot system that determines that the gripper is holding the surgical tool when the surgical tool is recognized within the image information and the distance between the gripper and the surgical tool is within a certain range.
  4. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 엔드이펙터에 대한 서로 다른 둘 이상의 상태를 나타내는 복수의 학습 이미지를 미리 학습한 머신러닝 모델을 이용하여, 상기 영상정보로부터 상기 엔드이펙터의 상태를 감지하는, 수술용 로봇 시스템.A surgical robot system that detects the state of the end effector from the image information using a machine learning model that has previously learned a plurality of learning images representing two or more different states of the end effector.
  5. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 제어부는,The control unit,
    상기 그리퍼 및 상기 수술도구에 대한 복수의 학습 이미지를 미리 학습한 머신러닝 모델을 이용하여, 상기 영상정보로부터 상기 그리퍼와 상기 수술도구 중 적어도 하나를 인식하고, 인식 결과에 기초하여 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 판단하는, 수술용 로봇 시스템.Using a machine learning model that has previously learned a plurality of learning images for the gripper and the surgical tool, at least one of the gripper and the surgical tool is recognized from the image information, and based on the recognition result, the gripper performs the surgery. A surgical robot system that determines whether a tool is being gripped.
  6. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 그리퍼는,The gripper is,
    상기 제어부의 제어에 의해 조절되는 구동력에 의해 벌어지거나 오므라지면서 상기 수술도구를 선택적으로 파지하는 한 쌍의 조(Jaw)를 포함하고,It includes a pair of jaws that selectively grasp the surgical tool by opening or closing by a driving force controlled by the control unit,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인 경우, 상기 한 쌍의 조 각각의 회동방향을 감지하고, 감지된 상기 한 쌍의 조의 회동방향에 기초하여 상기 그리퍼의 그립력을 조절하는, 수술용 로봇 시스템.When the gripper is in a state of holding the surgical tool, a surgical robot system that detects the rotational direction of each of the pair of jaws and adjusts the grip force of the gripper based on the detected rotational direction of the pair of jaws. .
  7. 제6항에 있어서, According to clause 6,
    상기 제어부는, The control unit,
    상기 영상정보에서 상기 한 쌍의 조를 인식하여 상기 한 쌍의 조의 회동방향을 감지하거나, 상기 그리퍼로 전달되는 구동력을 발생시키는 구동모터의 제어값에 기초하여 상기 한 쌍의 조의 회동방향을 감지하는, 수술용 로봇 시스템.Recognizing the pair of jaws from the image information to detect the rotational direction of the pair of jaws, or detecting the rotational direction of the pair of jaws based on the control value of the drive motor that generates the driving force transmitted to the gripper , surgical robotic system.
  8. 복수의 로봇암, 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 선택적으로 설치되고, 선단에 수술부위에 삽입되어 동작하는 엔드이펙터가 구비되는 인스트루먼트, 상기 복수의 로봇암 중 적어도 하나에 설치되어 수술부위에 삽입되고, 수술부위를 촬영하여 영상정보를 생성하는 카메라, 그리고 상기 복수의 로봇암과 상기 엔드이펙터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 수술용 로봇 시스템에 있어서, A plurality of robot arms, an instrument selectively installed on at least one of the plurality of robot arms and having an end effector at the tip that operates by being inserted into the surgical site, installed on at least one of the plurality of robot arms and inserted into the surgical site. In the surgical robot system, which includes a camera that photographs the surgical site and generates image information, and a control unit that controls the operation of the plurality of robot arms and the end effector,
    상기 제어부에 의해 수행되며, Performed by the control unit,
    상기 영상정보 내에서 상기 엔드이펙터의 상태를 인식하는 단계; 그리고Recognizing the state of the end effector within the image information; and
    상기 엔드이펙터의 상태에 따라 상기 엔드이펙터로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 단계를 포함하는 수술용 로봇 시스템의 제어방법.A control method for a surgical robot system comprising the step of adjusting the intensity of the driving force transmitted to the end effector according to the state of the end effector.
  9. 제8항에 있어서,According to clause 8,
    상기 엔드이펙터의 상태를 인식하는 단계는, The step of recognizing the state of the end effector is,
    상기 엔드이펙터에 대한 서로 다른 둘 이상의 상태를 나타내는 복수의 학습 이미지를 이용하여 머신러닝 모델을 학습시키는 단계; Learning a machine learning model using a plurality of learning images representing two or more different states of the end effector;
    학습이 완료된 상기 머신러닝 모델에 상기 영상정보를 입력하여, 상기 영상정보로부터 상기 엔드이펙터의 상태를 감지하는 단계를 포함하는, 수술용 로봇 시스템의 제어방법.A control method of a surgical robot system comprising the step of inputting the image information into the machine learning model on which learning has been completed and detecting the state of the end effector from the image information.
  10. 제9항에 있어서,According to clause 9,
    상기 엔드이펙터는,The end effector is,
    수술도구를 선택적으로 파지하는 그리퍼를 포함하여 구성되고, It is composed of a gripper that selectively grips the surgical tool,
    상기 학습시키는 단계는, The learning step is,
    상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태와 파지하지 않은 상태에 대한 복수의 학습 이미지를 이용하여 상기 머신러닝 모델을 학습시키는 단계를 포함하고,Comprising the step of training the machine learning model using a plurality of learning images for a state in which the gripper grips the surgical tool and a state in which the gripper does not grip the surgical tool,
    상기 엔드이펙터의 상태를 감지하는 단계는,The step of detecting the state of the end effector is,
    학습이 완료된 상기 머신러닝 모델에 상기 영상정보를 입력하여, 상기 영상정보로부터 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 감지하는 단계를 포함하는, 수술용 로봇 시스템의 제어방법.A control method of a surgical robot system comprising inputting the image information into the machine learning model on which learning has been completed and detecting from the image information whether the gripper is in a state of holding the surgical tool.
  11. 제9항에 있어서,According to clause 9,
    상기 엔드이펙터는,The end effector is,
    수술도구를 선택적으로 파지하는 그리퍼를 포함하여 구성되고, It is composed of a gripper that selectively grips the surgical tool,
    상기 학습시키는 단계는,The learning step is,
    상기 그리퍼와 상기 수술도구에 대한 복수의 학습 이미지를 이용하여 상기 머신러닝 모델을 학습시키는 단계를 포함하고, Comprising the step of training the machine learning model using a plurality of learning images of the gripper and the surgical tool,
    상기 엔드이펙터의 상태를 감지하는 단계는,The step of detecting the state of the end effector is,
    학습이 완료된 상기 머신러닝 모델에 상기 영상정보를 입력하여, 상기 영상정보에서 상기 그리퍼와 상기 수술도구를 인식하는 단계; 그리고Inputting the image information into the machine learning model for which learning has been completed, and recognizing the gripper and the surgical tool from the image information; and
    인식된 상기 그리퍼와 상기 수술도구 사이의 거리에 기초하여 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인지 여부를 감지하는 단계를 포함하는, 수술용 로봇 시스템의 제어방법.A control method of a surgical robot system comprising detecting whether the gripper is in a state of gripping the surgical tool based on the recognized distance between the gripper and the surgical tool.
  12. 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,According to any one of claims 10 and 11,
    상기 그리퍼는, The gripper is,
    상기 제어부의 제어에 의해 조절되는 구동력에 의해 벌어지거나 오므라지면서 상기 수술도구를 선택적으로 파지하는 한 쌍의 조(Jaw)를 포함하고,It includes a pair of jaws that selectively grasp the surgical tool by opening or closing by a driving force controlled by the control unit,
    상기 엔드이펙터로 전달되는 구동력의 세기를 조절하는 단계는,The step of adjusting the intensity of the driving force transmitted to the end effector is:
    상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인지 여부에 따라 상기 그리퍼의 그립력을 조절하되, 상기 그리퍼가 상기 수술도구를 파지한 상태인 경우, 상기 한 쌍의 조 각각의 회동방향을 감지하고, 감지된 상기 한 쌍의 조의 회동방향에 기초하여 상기 그리퍼의 그립력을 조절하는 단계를 포함하는, 수술용 로봇 시스템의 제어방법.The grip force of the gripper is adjusted depending on whether the gripper is in a state of holding the surgical tool, and when the gripper is in a state of holding the surgical tool, the rotation direction of each of the pair of jaws is detected, and the detected A method of controlling a surgical robot system, comprising the step of adjusting the grip force of the gripper based on the rotation direction of the pair of jaws.
  13. 제12항에 있어서, According to clause 12,
    상기 그리퍼의 그립력을 조절하는 단계는, The step of adjusting the grip force of the gripper is,
    상기 영상정보에서 상기 한 쌍의 조를 인식하여 상기 한 쌍의 조의 회동방향을 감지하거나, 상기 그리퍼로 전달되는 구동력을 발생시키는 구동모터의 제어값에 기초하여 상기 한 쌍의 조의 회동방향을 감지하는 단계를 포함하는, 수술용 로봇 시스템의 제어방법.Recognizing the pair of jaws from the image information to detect the rotational direction of the pair of jaws, or detecting the rotational direction of the pair of jaws based on the control value of the drive motor that generates the driving force transmitted to the gripper A method of controlling a surgical robot system, comprising the steps:
  14. 제8항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium on which a program for performing the method of claim 8 is recorded.
PCT/KR2023/021377 2022-12-26 2023-12-22 Surgical robot system and control method thereof WO2024144133A1 (en)

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KR10-2022-0184705 2022-12-26

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