KR101763766B1

KR101763766B1 - Surgical robot system and control method thereof

Info

Publication number: KR101763766B1
Application number: KR1020110010814A
Authority: KR
Inventors: 최승욱; 이제선; 이민규
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2017-08-01
Also published as: CN102626341B; KR20120090410A; CN102626341A

Abstract

수술 로봇 시스템 및 그 제어방법이 개시된다. 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 로봇 시스템으로서, 인스트루먼트와 로봇 간의 결합을 매개하며, 소정의 작동 상태를 조작원점으로 하여 인스트루먼트가 n 자유도로 작동되도록 n개(n은 자연수)의 기본 구동자를 구비하는 제1 구동부와, 인스트루먼트에 결합되며, 인스트루먼트가 n+m 자유도로 작동되도록 m개(m은 자연수)의 부가 구동자를 구비하는 제2 구동부와, 제2 구동부의 구동 정도에 관한 정보를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센싱부와, 센싱 신호를 수신하여 조작원점에 상응하는 값을 수정하고, 제1 구동부를 구동시키기 위한 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하는 수술 로봇 시스템은, 인스트루먼트 작동 자유도를 증가시키고자 할 때, 기존의 구동부를 변경하지 않고, 증가된 자유도를 담당하는 전용 구동부를 추가로 설치함으로써, 기존의 수술용 로봇 및 인스트루먼트의 구조를 변경할 필요가 없게 된다.A surgical robot system and a control method thereof are disclosed. 1. A surgical robot system to which a surgical instrument is mounted, comprising: n (n is a natural number) basic driver for mediating the coupling between the instrument and the robot and operating the n 1 driving unit, a second driving unit coupled to the instrument and having m (m is a natural number) additional drivers for allowing the instrument to operate at n + m degrees of freedom, and a second driving unit for sensing information about the driving degree of the second driving unit, And a controller for receiving a sensing signal and correcting a value corresponding to the operation origin and outputting a control signal for driving the first driving unit. The surgical robot system includes a controller , It is possible to install a dedicated driving unit for increasing the degree of freedom without changing the existing driving unit , It is not necessary to change the structure of the existing surgical robot and the instrument.

Description

[0001] SURGICAL ROBOT SYSTEM AND CONTROL METHOD [0002]

본 발명은 수술 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a surgical robot system and a control method thereof.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.Medically, surgery refers to the repair of a skin, mucous membrane, or other tissue that is cut, torn or manipulated using a medical device. Particularly, due to problems such as hemorrhage, side effects, patient's pain, scarring, etc., the incision is made by cutting the skin of the surgical site and opening, treating, And is attracting attention as an alternative.

이러한 수술용 로봇은 수술을 위한 조작을 위해 로봇 암을 구비하게 되며, 로봇 암의 선단부에는 인스트루먼트(instrument)가 장착되어, 로봇으로부터 생성, 전달되는 구동력에 의해 인스트루먼트가 수술에 필요한 동작을 수행하게 된다.The surgical robot includes a robot arm for operation, and an instrument is mounted on the distal end of the robot arm. The driving force generated and transmitted from the robot causes the instrument to perform operations necessary for the operation .

일반적으로 로봇에 장착되는 수술용 인스트루먼트는, 길이방향으로 연장된 샤프트와, 샤프트의 말단에 결합된 이펙터, 그리고 샤프트의 선단에 결합되어 이펙터를 작동시키기 위한 구동부로 이루어진다. 구동부에는 복수의 구동휠이 설치되는데, 각 구동휠은 와이어 등을 통해 이펙터의 각 부분과 연결되어 있어, 구동휠을 회전시키면 그에 상응하여 이펙터가 수술에 필요한 다양한 동작을 수행하게 된다.Generally, a surgical instrument mounted on a robot includes a shaft extending in the longitudinal direction, an effector coupled to the distal end of the shaft, and a driving unit coupled to the tip of the shaft to actuate the effector. The driving unit is provided with a plurality of driving wheels. Each driving wheel is connected to each part of the effector through wires or the like. When the driving wheel is rotated, the effector performs various operations required for the operation.

인스트루먼트를 로봇에 장착하면, 구동부는 로봇 암에 구비된 액추에이터에 결합되고, 액추에이터로부터 전달되는 구동력을 받아 구동부에 설치된 각 구동휠이 회전하게 되며, 이로써 인스트루먼트가 로봇에 의해 제어된다.When the instrument is mounted on the robot, the driving unit is coupled to the actuator provided on the robot arm, and the driving wheels provided on the driving unit are rotated by the driving force transmitted from the actuator, whereby the instrument is controlled by the robot.

종래의 '로봇-인스트루먼트' 장착 구조에서는, 인스트루먼트의 작동 자유도에 상응하는 수만큼의 구동휠이 설치되며, 구동휠의 갯수에 상응하여 액추에이터에도 같은 수의 작동휠이 구비된다.In the conventional 'robot-instrument' mounting structure, the number of driving wheels corresponding to the degree of freedom of operation of the instrument is provided, and the actuators are provided with the same number of operating wheels corresponding to the number of driving wheels.

최근, 단일 통로 수술(single port surgery) 등 새로운 수술 기법이 부각됨에 따라 인스트루먼트의 작동 자유도를 증가시킬 필요성이 대두되고 있는데, 종래의 로봇-인스트루먼트 구동 메커니즘에서는 인스트루먼트의 작동 자유도가 증가하게 되면, 그에 맞춰 구동휠 및 작동휠의 개수를 증가시켜야 하며, 이는 인스트루먼트뿐만 아니라 수술용 로봇 자체의 설계를 변경해야 하는 문제를 초래하게 된다.In recent years, as a new surgical technique such as single port surgery has emerged, there has been a need to increase the degree of freedom of operation of the instrument. In the conventional robot-instrument driving mechanism, as the degree of freedom of operation of the instrument increases, The number of drive wheels and the number of operation wheels must be increased, which causes a problem that the design of the surgical robot itself as well as the instrument must be changed.

예를 들어, 종래에 4 자유도로 작동되는 인스트루먼트를 장착하는 수술용 로봇 시스템에서는 4개의 구동휠이 설치된 인스트루먼트를 로봇에 장착하게 되고, 그에 상응하여 로봇의 액추에이터에도 4개의 작동휠을 구비하면 되었으나, 인스트루먼트를 5 자유도로 작동시키고자 할 경우에는 종래의 인스트루먼트를 사용하지 못하고 5개의 구동휠이 설치되는 인스트루먼트를 다시 제작해야 하며, 이에 상응하여 수술용 로봇의 액추에이터에도 5개의 작동휠을 구비해야 하는 상황이 발생할 수 있다.For example, in a conventional surgical robot system equipped with an instrument that operates at four degrees of freedom, an instrument equipped with four driving wheels is mounted on the robot, and correspondingly, four actuating wheels are provided in the actuator of the robot. In order to operate the instrument with five degrees of freedom, it is necessary to re-manufacture an instrument in which five driving wheels are installed without using a conventional instrument, and correspondingly, five actuating wheels must be provided in the actuator of the surgical robot Can occur.

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.
The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

본 발명은, 인스트루먼트의 작동 자유도가 증가하더라도 인스트루먼트의 구동부 및 수술용 로봇의 액추에이터의 구조를 변경할 필요가 없는 수술 로봇 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
The present invention provides a surgical robot system and a control method thereof that do not need to change the structure of an actuator of an instrument and an actuator of a surgical robot even if the degree of freedom of operation of the instrument is increased.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수술용 인스트루먼트가 장착되는 수술 로봇 시스템으로서, 인스트루먼트와 로봇 간의 결합을 매개하며, 소정의 작동 상태를 조작원점으로 하여 인스트루먼트가 n 자유도로 작동되도록 n개(n은 자연수)의 기본 구동자를 구비하는 제1 구동부와, 인스트루먼트에 결합되며, 인스트루먼트가 n+m 자유도로 작동되도록 m개(m은 자연수)의 부가 구동자를 구비하는 제2 구동부와, 제2 구동부의 구동 정도에 관한 정보를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 센싱부와, 센싱 신호를 수신하여 조작원점에 상응하는 값을 수정하고, 제1 구동부를 구동시키기 위한 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하는 수술 로봇 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a surgical robot system to which a surgical instrument is mounted. The surgical robot system includes n (n is a natural number) number of mediators between an instrument and a robot, A second driver coupled to the instrument and having m additional drivers (m is a natural number) such that the instrument is operated at n + m freedom; a second driver coupled to the instrument, And a controller for receiving a sensing signal and correcting a value corresponding to the operation origin and outputting a control signal for driving the first driving unit, / RTI >

제1 구동부는 인스트루먼트의 선단부에 결합되며, 기본 구동자는 제1 구동부의 로봇에 대향하는 면에 설치되는 하나 이상의 구동휠로서 구현될 수 있다. 부가 구동자는 사용자에 의해 수동으로, 또는 별도로 제공되는 구동장치로부터 구동력을 전달받아 조작될 수 있다.The first driver may be coupled to the distal end of the instrument and the basic driver may be implemented as one or more drive wheels mounted on a surface of the first driver that faces the robot. The additional driver can be operated manually by a user or by receiving a driving force from a driving device provided separately.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 이루어지며, 부가 구동자에 대한 사용자 조작에 의해 샤프트는 회전 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 샤프트의 회전 동작은 기본 구동자의 작동에 의해서도 수행될 수 있다.m is 1, and the shaft of the instrument is configured to be rotatable about its longitudinal axis, and the shaft can perform a rotary operation by a user's operation on the additional driver. In this case, the rotation operation of the shaft can also be performed by the operation of the basic driver.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡(bending)되며 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 외부 샤프트와, 외부 샤프트 내에 수용되어 외부 샤프트 내에서 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능한 내부 샤프트를 포함하며, 부가 구동자에 대한 사용자 조작에 의해 외부 샤프트는 회전 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 외부 샤프트의 회전 동작은 기본 구동자의 작동에 의해서도 수행될 수 있다.m is 1, the shaft of the instrument is bending in a direction different from its longitudinal direction and is rotatable about its longitudinal axis, and an outer shaft which is received in an outer shaft and which And an outer shaft is rotatable by a user operation on the additional driver. In this case, the rotation operation of the outer shaft can also be performed by the operation of the basic driver.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하고, 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡 가능한 구조로 이루어지며, 부가 구동자에 대한 사용자 조작에 의해 샤프트는 굴곡 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 샤프트의 굴곡 동작은 기본 구동자의 작동에 의해서도 수행될 수 있다.m is 1, the shaft of the instrument is rotatable about its longitudinal axis and is bendable in a direction different from its longitudinal direction, and the shaft performs a bending operation by a user operation on the additional driver . In this case, the bending motion of the shaft can also be performed by operation of the basic driver.

m은 2이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 외부 샤프트와, 외부 샤프트 내에 수용되어 외부 샤프트 내에서 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능한 내부 샤프트를 포함하고, 샤프트는 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡 가능한 구조로 이루어지며, 부가 구동자 중 어느 하나에 대한 사용자 조작에 의해 외부 샤프트는 회전 동작을 수행하고, 부가 구동자 중 다른 하나에 대한 사용자 조작에 의해 샤프트는 굴곡 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 외부 샤프트의 회전 동작 및 샤프트의 굴곡 동작 중 어느 하나는 기본 구동자의 작동에 의해서도 수행될 수 있다.m is 2 and the shaft of the instrument includes an outer shaft rotatable about its longitudinal axis and an inner shaft received within the outer shaft and rotatable about an extended direction in the outer shaft, And the outer shaft performs a rotary operation by a user operation on any one of the additional actuators, and the shaft is subjected to a bending operation by a user operation on the other of the additional actuators Can be performed. In this case, either the rotation operation of the outer shaft or the bending operation of the shaft can be performed also by the operation of the basic driver.

m은 2이고, 인스트루먼트의 샤프트는 제1 샤프트부, 제2 샤프트부 및 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 사이에 개재되는 엘보우를 포함하고, 제1 샤프트부 및 제2 샤프트부는 각각 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 이루어지고, 제2 샤프트부는 엘보우를 중심으로 제1 샤프트부에 대해 절곡 가능한 구조로 이루어지며, 부가 구동자 중 어느 하나에 대한 사용자 조작에 의해 제1 샤프트부는 회전 동작을 수행하고, 부가 구동자 중 다른 하나에 대한 사용자 조작에 의해 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 간의 절곡 동작이 수행될 수 있다. 이 경우, 제1 샤프트부의 회전 동작 및 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 간의 절곡 동작 중 어느 하나는 기본 구동자의 작동에 의해서도 수행될 수 있다.m is 2, and the shaft of the instrument includes a first shaft portion, a second shaft portion, and an elbow interposed between the first shaft portion and the second shaft portion, wherein the first shaft portion and the second shaft portion each have a length And the second shaft portion has a structure capable of bending with respect to the first shaft portion about the elbow, and the first shaft portion is rotated by the user operation on any one of the additional drivers, And a bending operation between the first shaft portion and the second shaft portion can be performed by a user operation to the other one of the additional drivers. In this case, either of the rotation operation of the first shaft portion and the bending operation between the first shaft portion and the second shaft portion can be performed also by the operation of the basic driver.

구동 정도에 관한 정보는, 제2 구동부의 구동 정도, 제2 구동부의 조작 정도, 제2 구동부의 구동에 따른 인스트루먼트의 작동 정도 등을 포함할 수 있다.The information on the driving degree may include a driving degree of the second driving section, an operation degree of the second driving section, an operation degree of the instrument according to the driving of the second driving section, and the like.

컨트롤러는 제2 구동부의 구동에 의해 인스트루먼트가 작동된 상태가 조작원점이 되도록 조작원점에 상응하는 값을 수정하고, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트가 n 자유도로 작동되도록 제1 구동부를 구동시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.The controller corrects the value corresponding to the operation origin so that the state in which the instrument is operated by the driving of the second driving unit is the operation source point and controls the first driving unit to drive the first driving unit such that the instrument is operated with n- A signal can be output.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 수술용 인스트루먼트와 인스트루먼트가 장착되는 수술용 로봇 간의 결합을 매개하며, 소정의 작동 상태를 조작원점으로 하여 인스트루먼트가 n 자유도로 작동되도록 하는 제1 구동부와, 인스트루먼트에 결합되며, 인스트루먼트가 n+m 자유도로 작동되도록 하는 제2 구동부를 포함하는 수술 로봇 시스템을 제어하는 방법으로서, 제2 구동부의 구동 정도에 관한 정보를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 단계, 센싱 신호를 수신하여 조작원점에 상응하는 값을 수정하는 단계, 및 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트가 n 자유도로 작동되도록 제1 구동부를 구동시키기 위한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 수술 로봇 시스템의 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surgical instrument comprising: a first driving unit for mediating a connection between a surgical instrument and a surgical robot to which an instrument is mounted, And a second driver for causing the instrument to operate in n + m freedom, the method comprising the steps of: sensing information about the degree of drive of the second driver and outputting a sensing signal; And outputting a control signal for driving the first driving unit so that the instrument is operated at n-freewheeling with respect to the modified operation origin, and controlling the operation of the surgical robot system Method is provided.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 이루어지며, 센싱 신호 출력 단계는, 샤프트의 회전 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.m is 1, the shaft of the instrument is configured to be rotatable about its longitudinal axis, and the sensing signal output step may include sensing the degree of rotation of the shaft.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡되며 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 외부 샤프트와, 외부 샤프트 내에 수용되어 외부 샤프트 내에서 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능한 내부 샤프트를 포함하며, 센싱 신호 출력 단계는, 외부 샤프트의 회전 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.m is 1, the shaft of the instrument is bent in a direction different from its longitudinal direction and is rotatable about an axis in its longitudinal direction, and an inner shaft rotatably received in the outer shaft and rotatable about an extended direction in the outer shaft And the step of outputting the sensing signal may include sensing the degree of rotation of the external shaft.

m은 1이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하고, 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡 가능한 구조로 이루어지며, 센싱 신호 출력 단계는, 샤프트의 굴곡 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.m is 1, the shaft of the instrument is rotatable about an axis in the longitudinal direction, and is configured to bend in a direction different from the longitudinal direction, and the sensing signal output step includes sensing the degree of bending of the shaft can do.

m은 2이고, 인스트루먼트의 샤프트는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 외부 샤프트와, 외부 샤프트 내에 수용되어 외부 샤프트 내에서 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능한 내부 샤프트를 포함하고, 샤프트는 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡 가능한 구조로 이루어지며, 센싱 신호 출력 단계는, 외부 샤프트의 회전 정도 및 샤프트의 굴곡 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.m is 2 and the shaft of the instrument includes an outer shaft rotatable about its longitudinal axis and an inner shaft received within the outer shaft and rotatable about an extended direction in the outer shaft, And the sensing signal output step may include sensing the degree of rotation of the outer shaft and the degree of bending of the shaft.

m은 2이고, 인스트루먼트의 샤프트는 제1 샤프트부, 제2 샤프트부 및 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 사이에 개재되는 엘보우를 포함하고, 제1 샤프트부 및 제2 샤프트부는 각각 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 구조로 이루어지고, 제2 샤프트부는 엘보우를 중심으로 제1 샤프트부에 대해 절곡 가능한 구조로 이루어지며, 센싱 신호 출력 단계는, 제1 샤프트부의 회전 정도 및 제1 샤프트부와 제2 샤프트부 간의 절곡 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.m is 2, and the shaft of the instrument includes a first shaft portion, a second shaft portion, and an elbow interposed between the first shaft portion and the second shaft portion, wherein the first shaft portion and the second shaft portion each have a length And the second shaft portion has a structure capable of bending with respect to the first shaft portion about the elbow, and the sensing signal outputting step includes a step of rotating the first shaft portion and the first shaft portion, And sensing the degree of bending between the second shaft portions.

센싱 신호 출력 단계는, 제2 구동부가 구동된 정도, 제2 구동부가 조작된 정도, 제2 구동부의 구동에 따라 인스트루먼트가 작동된 정도를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.The sensing signal outputting step may include sensing the degree to which the second driving unit is driven, the degree to which the second driving unit is operated, and the degree to which the instrument is operated according to the driving of the second driving unit.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and the detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인스트루먼트 작동 자유도를 증가시키고자 할 때, 기존의 구동부를 변경하지 않고, 증가된 자유도를 담당하는 전용 구동부를 추가로 설치함으로써, 기존의 수술용 로봇 및 인스트루먼트의 구조를 변경할 필요가 없게 된다. 또한, 로봇 시스템에 추가된 구동부의 작동 정도를 감지하는 센싱부를 추가하고, 추가된 구동부에 의해 인스트루먼트가 작동된 상태를 감지하여 이를 기초로 인스트루먼트의 작동을 제어함으로써, 인스트루먼트의 작동 자유도가 증가되더라도 여전히 기존의 로봇-인스트루먼트 장착구조를 활용하여 수술용 로봇 및 인스트루먼트를 제어할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, when an attempt is made to increase the degree of freedom of operation of the instrument, a dedicated driving part for increasing the degree of freedom is additionally provided without changing the existing driving part, There is no need to change the value. Further, by adding a sensing unit for sensing the degree of operation of the driving unit added to the robot system, sensing the state of operation of the instrument by the added driving unit, and controlling the operation of the instrument based on the sensed state, The existing robot-instrument mounting structure can be used to control surgical robots and instruments.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 로봇 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 구동부의 구조를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인스트루먼트 및 그 작동 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도.1 is a conceptual view showing a surgical robot system according to an embodiment of the present invention;
2 illustrates a structure of a first driving unit according to an embodiment of the present invention.
3 to 8 are views showing an instrument according to an embodiment of the present invention and its operation structure.
9 is a flowchart showing a control method of a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 로봇 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 구동부의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 로봇(1), 컨트롤러(3), 액추에이터(5), 작동휠(7), 인스트루먼트(9), 샤프트(10), 이펙터(12), 제1 구동부(20), 기본 구동자(22), 제2 구동부(30), 부가 구동자(32), 센싱부(40)가 도시되어 있다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a surgical robot system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a first driving unit according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, a robot 1, a controller 3, an actuator 5, an operation wheel 7, an instrument 9, a shaft 10, an effector 12, a first driving unit 20 ), A basic driver 22, a second driver 30, an additional driver 32, and a sensing unit 40 are shown.

본 실시예는, 수술용 로봇에 장착되는 인스트루먼트의 구동부를 기존과 마찬가지의 자유도(기본 자유도, 예를 들면, 4자유도)로 작동되도록 제작하고, 작동 자유도를 추가할 필요가 있을 경우에는 전용 구동부를 추가한 것을 특징으로 한다.In the present embodiment, the driver of the instrument mounted on the surgical robot is manufactured to operate in the same degree of freedom as the conventional one (basic degree of freedom, for example, 4 degrees of freedom), and when it is necessary to add the degree of freedom of operation And a dedicated driving unit is added.

추가된 전용 구동부의 구동에 따라 인스트루먼트가 작동될 경우, 수술용 로봇은 그 추가 자유도에 따른 작동을 감지하고, 그 작동된 상태를 기초로 인스트루먼트가 기본 자유도로 작동되도록 인스트루먼트를 제어하는 것을 특징으로 한다.When the instrument is actuated in accordance with the driving of the additional dedicated driving unit, the surgical robot senses the operation according to the degree of freedom and controls the instrument so that the instrument is operated with the basic freedom based on the operated state .

본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템은, 수술용 로봇(1)과, 로봇(1)에 장착되는 수술용 인스트루먼트(9)로 이루어진다.The surgical robot system according to the present embodiment includes a surgical robot 1 and a surgical instrument 9 mounted on the robot 1. [

수술용 로봇(1)에는 구동력을 생성, 전달하는 액추에이터(5)가 구비되며, 인스트루먼트(9)를 수술용 로봇(1)에 장착함에 따라 인스트루먼트(9)의 구동부(제1 구동부(20))가 액추에이터(5)에 정합되어 액추에이터(5)로부터 구동력을 전달받아 작동된다.The surgical robot 1 is provided with an actuator 5 for generating and transmitting a driving force. The driving robot 1 is provided with an actuator 5 for driving the driving part (the first driving part 20) of the instrument 9, Is actuated by receiving the driving force from the actuator (5) by matching with the actuator (5).

즉, 본 실시예에 따른 제1 구동부(20)는 인스트루먼트(9)가 로봇(1)으로부터 구동력을 전달받도록 하는, 인스트루먼트(9)와 로봇(1) 간의 동력 전달 관계를 매개하는 역할을 하는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 제1 구동부(20)는 인스트루먼트(9)가 n 자유도로 작동되도록 구동력을 전달하는데, 여기서 n 자유도는 전술한 기본 자유도에 해당할 수 있다.That is, the first driving unit 20 according to the present embodiment is configured to mediate the power transmission relationship between the instrument 9 and the robot 1, in which the instrument 9 receives the driving force from the robot 1 Element. The first driving part 20 according to the present embodiment transmits the driving force so that the instrument 9 is operated in the n-degree of freedom, where the n-degree of freedom may correspond to the basic degree of freedom described above.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 말단에 이펙터(12)로서 그립퍼(gripper)가 결합되어 있는 경우, 그립퍼는 한 쌍의 죠(jaw) 각각의 그립 동작(2 자유도), 그립퍼 전체의 틸팅(tilting)(1 자유도) 및 그립퍼의 회전(1 자유도)이 가능하도록 작동되며, 따라서 4 자유도를 기본 자유도로 하여 작동될 수 있다.For example, if a gripper is coupled as an effector 12 to the distal end of the instrument 9, the gripper may perform a grip operation (two degrees of freedom) for each pair of jaws, a tilting of the entire gripper tilting (1 degree of freedom) and rotation of the gripper (1 degree of freedom) are possible, so that four degrees of freedom can be operated with the basic freedom.

인스트루먼트(9)는 초기 상태 또는 기준 상태를 기준으로 작동되는데, 예를 들어 인스트루먼트(9)를 로봇(1)에 장착하고 제1 구동부(20)가 액추에이터(5)에 정합된 상태가 기준 상태가 될 수 있다. 이러한 기준 상태에서 시작하여 제1 구동부(20)가 액추에이터(5)로부터 구동력을 전달받아 구동되어 인스트루먼트(9)가 소정의 상태로 작동되게 된다.For example, when the instrument 9 is mounted on the robot 1 and the state in which the first driving part 20 is matched to the actuator 5 is in the reference state . Starting from this reference state, the first driving part 20 receives driving force from the actuator 5 and is driven to operate the instrument 9 in a predetermined state.

여기에서는 이러한 기준 상태를 '조작원점'이라 칭하여 설명한다. 조작원점에는 인스트루먼트(9)가 로봇(1)에 장착된 초기 상태가 포함될 수 있는데, 본 실시예에 따른 수술용 로봇(1)은 인스트루먼트(9)가 초기 상태에 있을 때의 액추에이터(5)의 상태에 관한 정보를 저장할 수 있으므로, 인스트루먼트(9)의 조작원점에 관한 정보 또한 저장할 수 있다.Here, this reference state is referred to as an 'operation origin'. The operation origin may include an initial state in which the instrument 9 is mounted on the robot 1. The surgical robot 1 according to the present embodiment is provided with an actuator 5 for driving the actuator 5 when the instrument 9 is in the initial state, Information about the operation origin of the instrument 9 can also be stored.

예를 들어, 초기에 제1 상태로 세팅된 인스트루먼트(9)의 경우 조작원점은 제1 상태로서 저장될 수 있으며, 이후 로봇(1)을 구동시켜 인스트루먼트(9)가 제2 상태로 작동된 경우, 수술용 로봇(1)은 그 구동된 정도를 알 수 있으므로 제2 상태에 관한 정보를 도출해 낼 수 있다. 만일, 제2 상태를 기준 상태로 하여 인스트루먼트(9)를 다시 작동시킨다면, 제2 상태가 조작원점이 되도록 조작원점에 관한 정보를 수정할 수 있을 것이다.For example, in the case of the instrument 9 initially set to the first state, the operating origin may be stored as the first state, and then when the instrument 9 is operated in the second state by driving the robot 1 , The surgical robot 1 can know the degree to which the robot 1 has been driven, so that information on the second state can be derived. If the instrument 9 is operated again with the second state as the reference state, the information about the operation origin can be modified so that the second state becomes the operation point.

인스트루먼트(9)가 n 자유도로 작동되도록 하기 위해, 제1 구동부(20)에는 n개의 기본 구동자(22)가 설치될 수 있다. 즉, 인스트루먼트(9)를 작동시키고자 하는 자유도에 해당하는 수만큼의 구동자를 구비함으로써, 각 구동자를 움직임에 따라 그에 연결된 각 부분들이 움직이도록 할 수 있다. 본 실시예에 따른 기본 구동자(22)는 구동휠의 형태로 구성될 수 있다.In order to allow the instrument 9 to operate at n-freedom, the first driver 20 may be provided with n basic drivers 22. That is, by providing as many drivers as the number of degrees of freedom to operate the instrument 9, the respective parts connected thereto can be made to move as each driver moves. The basic driver 22 according to the present embodiment may be configured in the form of a driving wheel.

예를 들어, 본 실시예에 따른 제1 구동부(20)가 인스트루먼트(9)가 선단부에 결합되어 로봇(1)과 인스트루먼트(9) 간의 동력 전달 관계를 매개한다고 할 때, 제1 구동부(20)의 로봇(1)에 대향하는 면에는 (기본 구동자(22)로서) 복수의 구동휠이 설치될 수 있다. 각 구동휠은 풀리 와이어에 의해 이펙터(12)의 각 부분과 연결될 수 있으며, 각 구동휠을 회전시킴에 따라 그에 연결된 이펙터(12)의 각 부분이 움직여 수술에 필요한 동작을 수행하는 것이다.For example, when the first driving unit 20 according to the present embodiment is connected to the distal end of the instrument 9 to mediate the power transmission relationship between the robot 1 and the instrument 9, the first driving unit 20, (As the basic driver 22) may be provided on the surface facing the robot 1. Each driving wheel can be connected to each part of the effector 12 by a pulley wire. As each driving wheel rotates, each part of the effector 12 connected thereto is moved to perform an operation necessary for the operation.

여기서 '선단(proximal end)'은 샤프트가 시작되는 부분의 끝을 의미하고, '말단(distal end)'은 샤프트가 끝나는 부분의 끝을 의미하며, 따라서 선단과 말단은 각각 샤프트의 반대쪽 끝 부분에 해당한다.The term "proximal end" refers to the end of the shaft where the shaft starts, and the term "distal end" refers to the end of the shaft end, so that the tip and end are respectively at the opposite end of the shaft .

기본 구동자(22)를 구동휠의 형태로 구성할 경우, 이에 상응하여 액추에이터(5)에는 각 구동휠과 정합되는 복수의 작동휠(7)이 구비될 수 있다. 즉, 수술용 로봇(1)은 각 작동휠(7)이 필요한 만큼 회전하도록 제어하고, 이에 따라 작동휠(7)에 정합된 구동휠이 회전하며, 이에 따라 각 구동휠에 연결된 이펙터(12)의 각 부분이 움직이게 되는 것이다.When the basic driver 22 is configured in the form of a driving wheel, the actuator 5 may be provided with a plurality of operating wheels 7 that are matched with the respective driving wheels. That is, the surgical robot 1 controls each of the operation wheels 7 to rotate as necessary, so that the drive wheel matched to the operation wheel 7 rotates, and thereby the effector 12 connected to each drive wheel, Each part of the image is moved.

본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템은 인스트루먼트(9)가 기본 자유도(예를 들면, n 자유도)로 작동되도록 구동부(제1 구동부(20))가 설치되는 것에서 나아가, 인스트루먼트(9)가 추가 자유도(예를 들면, m 자유도)로 작동되도록 구동부(제2 구동부(30))가 더 설치된 것을 특징으로 한다. 제2 구동부(30)가 추가됨으로써, 본 실시예에 따른 인스트루먼트(9)는 기본 자유도 외에 추가 자유도(예를 들면, n+m 자유도)로도 더 작동될 수 있다.The surgical robot system according to the present embodiment is characterized in that the driving unit (first driving unit 20) is installed such that the instrument 9 is operated with a basic degree of freedom (for example, n degrees of freedom) (Second driving unit 30) is further provided so as to operate with a degree of freedom (for example, m degrees of freedom). With the addition of the second drive 30, the instrument 9 according to the present embodiment can be further operated with an additional degree of freedom (e.g., n + m degrees of freedom) in addition to the basic degree of freedom.

제2 구동부(30) 또한 제1 구동부(20)와 마찬가지로 인스트루먼트(9)에 결합될 수 있는데, 예를 들어 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되는 것 외에 그 샤프트(10)가 회전하거나 굴곡되도록 하기 위해 인스트루먼트 샤프트(10)의 선단부에 회전용 조작 핸들 및/또는 굴곡용 조작 핸들이 더 설치될 수 있으며, 이 경우 회전용 조작 핸들 및/또는 굴곡용 조작 핸들이 제2 구동부(30)에 해당될 수 있다.The second drive 30 can also be coupled to the instrument 9 in the same manner as the first drive 20 so that the shaft 9 is rotated or bent, A turning operation handle and / or a bending operation handle may be further provided at the distal end of the instrument shaft 10 in order to make the rotation operation handle and / or the bending operation handle correspond to the second drive unit 30 .

인스트루먼트(9)가 m 자유도로 추가적으로 작동되도록 하기 위해, 제2 구동부(30)에는 m개의 부가 구동자(32)가 설치될 수 있다. 즉, 인스트루먼트(9)를 추가적으로 작동시키고자 하는 자유도(추가 자유도)에 해당하는 수만큼의 구동자를 구비함으로써, 각 구동자를 움직임에 따라 그에 연결된 각 부분들이 추가적으로 작동되도록 할 수 있다.M additional drivers 32 may be installed in the second drive 30 to allow the instrument 9 to be further m-free. That is, by providing as many drivers as there are degrees of freedom (additional degrees of freedom) to further operate the instrument 9, each part connected thereto can be further actuated as each driver moves.

본 실시예에 따른 제2 구동부(30) 및 그에 구비된 부가 구동자(32)는, 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되는 것에 외에 추가적으로 작동되도록 하기 위해 설치되는 것으로서, 부가 구동자(32)는 사용자에 의해 직접 수동으로 조작될 수 있는 형태로 제작될 수 있다.The second driver 30 and the additional driver 32 provided in the second driver 30 according to the present embodiment are provided to additionally operate the instrument 9 in addition to being operated in the basic freedom, May be manufactured in a form that can be manually operated by the user directly.

전술한 예와 같이, 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되도록 제1 구동부(20)에 복수의 구동휠(기본 구동자(22))을 설치하고, 인스트루먼트의 샤프트(10)가 추가적으로 굴곡되도록 하기 위해 굴곡용 조작 핸들(부가 구동자(32))을 더 설치한다고 할 때, 복수의 구동휠은 수술용 로봇(1)에 결합되어 로봇(1)으로부터 구동력을 전달받아 작동되고, 굴곡용 조작 핸들은 사용자가 수동으로 조작 가능하도록 할 수 있다.A plurality of driving wheels (basic driver 22) are installed in the first driving part 20 so that the instrument 9 is operated with the basic freedom degree and the shaft 10 of the instrument is further bent A plurality of driving wheels are coupled to the surgical robot 1 and are operated by receiving a driving force from the robot 1, and the bending operation handle (auxiliary driver 32) Can be manually operated by the user.

조작 핸들 또한 로봇(1)으로부터 구동력을 전달받아 작동되도록 구성할 수도 있으나, 이 경우 인스트루먼트와 로봇 암이 결합하는 인터페이스 부분의 구조를 변경해야 함은 물론, 로봇(구체적으로는, 액추에이터(5))의 구조까지 변경해야 한다는 부담이 있다. 다만, 본 실시예에 따른 부가 구동자(32)를 반드시 수동 조작용으로만 구성해야 하는 것은 아니며, 수술용 로봇에 의해 작동되는 방식, 별도의 구동장치(예를 들면, 별도의 모터팩)에 의해 작동되는 방식 등을 적용할 수도 있다.In this case, it is necessary to change the structure of the interface part where the instrument and the robot arm are coupled with each other, as well as to change the structure of the robot (specifically, the actuator 5) To the structure of the. However, the additional driver 32 according to the present embodiment does not necessarily have to be constructed only by manual operation, but may be configured to be operated by a surgical robot, a separate drive device (for example, a separate motor pack) And the like may be applied.

이처럼, 본 실시예는 제2 구동부(30)를 추가적으로 설치하고 이를 수동(또는 수술용 로봇이나 별도의 구동장치 등)으로 조작할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는데, 제2 구동부(30)를 조작하게 되면 이에 따라 인스트루먼트(9)가 작동된다. 즉, 인스트루먼트(9)의 작동 상태가 변경된다.As described above, the present embodiment is characterized in that the second driving part 30 is additionally provided and can be operated manually (or by a surgical robot, a separate driving device, or the like). The second driving part 30 is operated The instrument 9 is activated accordingly. That is, the operating state of the instrument 9 is changed.

인스트루먼트(9)의 작동 상태가 변경됨에 따라, 인스트루먼트(9)를 기본 자유도로 작동시키기 위한 기준 상태(전술한 조작원점)가 변경되는 결과를 가져온다. 예를 들면, 제1 구동부(20)를 구동시켜 이펙터(12)가 기본 자유도로 수술에 필요한 동작을 수행하도록 하다가 제2 구동부(30)를 구동시켜 샤프트(10)를 30도만큼 굴곡시킬 경우, 기본 자유도로 작동되어야 할 이펙터(12)의 위치 및 방향이 변경되므로, 이펙터(12) 작동의 조작원점이 수정되어야 하는 상황이 발생할 수 있다.As the operating state of the instrument 9 is changed, the reference state for operating the instrument 9 with the basic freedom (the above-mentioned operation origin) is changed. For example, when the first driving unit 20 is driven to cause the effector 12 to perform an operation necessary for the operation with the basic freedom, when the second driving unit 30 is driven to bend the shaft 10 by 30 degrees, A situation may arise where the operator's point of operation of the effector 12 needs to be modified since the position and direction of the effector 12 to be operated with the basic freedom is changed.

이를 위해, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템은, 제2 구동부(30)의 구동에 따라 인스트루먼트(9)가 추가 자유도로 작동된 정도를 감지하여, 인스트루먼트(9)의 조작원점 수정을 위한 데이터를 제공하는 센싱부(40)를 포함할 수 있다. 이하, 센싱부(40)의 구성 및 기능에 관하여 설명한다.To this end, the surgical robot system according to the present embodiment detects the degree to which the instrument 9 is operated with the additional freedom in accordance with the driving of the second driving unit 30, and obtains data for correcting the operation origin of the instrument 9 And a sensing unit 40 for providing a sensing signal. The configuration and functions of the sensing unit 40 will be described below.

본 실시예에 따른 센싱부(40)는 제2 구동부(30)의 구동 정도에 관한 정보를 감지하여 센싱 신호를 출력하는 역할을 한다. 이를 위해 센싱부(40)는 제2 구동부(30)에 결합된 센서와, 센서로부터의 신호를 로봇 시스템으로 전송하기 위한 유/무선 통신수단(전선, 광케이블, 무선 통신 모듈, 광 통신 모듈 등)으로 이루어질 수 있다.The sensing unit 40 according to the present embodiment senses information about the driving degree of the second driving unit 30 and outputs a sensing signal. For this, the sensing unit 40 includes a sensor coupled to the second driving unit 30, wire / wireless communication means (wire, optical cable, wireless communication module, optical communication module, etc.) for transmitting signals from the sensor to the robot system, &Lt; / RTI >

또는, 센서를 로봇(1) 측에 설치하고, 센서가 제2 구동부(30)의 구동 정도를 감지하여 센싱 신호를 출력하도록 센싱부(40)를 구성할 수도 있다. 또는, 별도로 제공된 센서가 제2 구동부(30)의 구동 정도를 감지하여 센싱 신호를 생성하도록 하고 센서와 로봇 시스템을 유/무선 통신수단으로 연결하여 센싱 신호가 로봇 시스템으로 전송되도록 센싱부(40)를 구성할 수도 있다.Alternatively, the sensor may be provided on the robot 1 side, and the sensing unit 40 may be configured so that the sensor senses the driving degree of the second driving unit 30 and outputs a sensing signal. Alternatively, a separately provided sensor senses the degree of driving of the second driving unit 30 to generate a sensing signal, connects the sensor and the robot system by wire / wireless communication means, and transmits the sensed signal to the robot system. .

이 외에도, 본 실시예에 따른 센싱부(40)는 제2 구동부(30)의 구동 정도에 관한 정보를 감지하여 로봇 시스템으로 전송할 수 있는 다양한 구성으로 구현될 수 있음은 물론이다.In addition, it is needless to say that the sensing unit 40 according to the present embodiment can be implemented in various configurations that can detect information about the driving degree of the second driving unit 30 and transmit the sensed information to the robot system.

제2 구동부(30)의 '구동 정도에 관한 정보'로서, 본 실시예에 따른 센싱부(40)는 제2 구동부(30)가 구동된 정도를 감지하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제2 구동부(30)로서 샤프트 굴곡용 조작 핸들이 설치되고 샤프트(10)를 30도만큼 굴곡시키기 위해 조작 핸들을 1cm만큼 회동(구동)시킨 경우, 구동 정도에 관한 정보는 조작 핸들이 회동된 정도, 즉 1cm일 수 있다.The sensing unit 40 according to the present embodiment can detect the degree to which the second driving unit 30 is driven as 'information on the driving level of the second driving unit 30'. For example, in the case where the shaft bending operation handle is provided as the second drive unit 30 and the operation handle is rotated (driven) by 1 cm to bend the shaft 10 by 30 degrees, May be 1 cm.

또는, 구동 정도에 관한 정보로서, 센싱부(40)가 제2 구동부(30)를 조작한 정도를 감지하도록 할 수 있다. 전술한 예에서처럼, 제2 구동부(30)를 수동으로 조작하는 경우라면 제2 구동부(30)를 조작한 정도와, 제2 구동부(30)가 구동된 정도는 동일한 값일 수 있다. 그러나, 수술용 로봇 또는 별도로 구비된 동력 장치를 사용하여 제2 구동부(30)를 조작하는 경우에는 제2 구동부(30)를 조작한 정도와, 제2 구동부(30)가 구동된 정도는 다른 값이 될 수도 있다. 이 경우, 센싱부(40)는 제2 구동부(30)를 조작한 정도를 감지할 수도 있다.Alternatively, it is possible to detect the extent to which the sensing unit 40 has operated the second driving unit 30, as information on the driving level. In the case of manually operating the second driving unit 30 as in the above-described example, the degree of operation of the second driving unit 30 and the degree of driving of the second driving unit 30 may be the same value. However, when operating the second driving unit 30 using the surgical robot or the separately provided power unit, the degree to which the second driving unit 30 is operated and the degree to which the second driving unit 30 is driven have different values . In this case, the sensing unit 40 may sense the degree to which the second driving unit 30 is operated.

또는, 구동 정도에 관한 정보로서, 센싱부(40)는 제2 구동부(30)를 구동시킴에 따라 인스트루먼트(9)가 작동된 정도를 감지할 수도 있다. 예를 들어, 제2 구동부(30)로서 샤프트 굴곡용 조작 핸들을 설치하고 조작 핸들을 1cm만큼 회동시켜 샤프트(10)를 30도만큼 굴곡시킨 경우, 구동 정도에 관한 정보는 인스트루먼트(9)가 작동된 정도, 즉 30도일 수 있다.Alternatively, the sensing unit 40 may sense the degree of operation of the instrument 9 by driving the second driving unit 30 as information on the driving level. For example, when the shaft bending operation handle is provided as the second drive portion 30 and the operation handle is rotated by 1 cm to bend the shaft 10 by 30 degrees, the information about the drive degree is transmitted to the instrument 9 , I.e., 30 degrees.

이처럼, 조작원점을 수정하기 위한 데이터를 획득하기 위해, 본 실시예에 따른 센싱부(40)로는 제2 구동부(30)에 의한 인스트루먼트 작동 상태와 관련된 다양한 정보를 감지할 수 있는, 감지 대상 정보에 상응하는 다양한 센서가 사용될 수 있다.As described above, in order to acquire data for correcting the operation origin, the sensing unit 40 according to the present embodiment is provided with sensing target information capable of sensing various information related to the operation state of the instrument by the second driving unit 30 A variety of corresponding sensors may be used.

한편, 센싱부(40)에 의해 감지된 정보는 제2 구동부(30)에 의해 인스트루먼트(9)가 작동된 상태를 파악하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 구동부(30)의 조작 정도를 센싱한 경우, 제2 구동부(30)의 조작과 그에 따른 인스트루먼트(9)의 작동은 소정의 함수 관계에 있을 것이므로, 센싱 결과를 사용하여 인스트루먼트(9)의 작동 정도를 도출해 낼 수 있다. 이는 제2 구동부(30)의 구동 정도를 센싱한 경우에도 마찬가지이다. 또는, 제2 구동부(30)의 구동에 의한 인스트루먼트(9)가 작동된 정도를 센싱한 경우에는, 센싱 결과로부터 직접 인스트루먼트(9)의 작동 정도를 도출할 수 있다.On the other hand, the information sensed by the sensing unit 40 can be used to grasp the state in which the instrument 9 is operated by the second driving unit 30. [ For example, when the degree of operation of the second driving unit 30 is sensed, the operation of the second driving unit 30 and the operation of the corresponding instrument 9 accordingly will be in a predetermined functional relationship. Therefore, It is possible to derive the degree of operation of the battery 9. This is also the case when the driving degree of the second driving section 30 is sensed. Alternatively, when the degree of operation of the instrument 9 by the driving of the second driving unit 30 is sensed, it is possible to derive the degree of operation of the instrument 9 directly from the sensing result.

이와 같이 도출된, 제2 구동부(30)에 의해 인스트루먼트(9)가 작동된 정도를 기초로 하여, 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 할 수 있다. 이하, 이 기능을 담당하는 컨트롤러에 대해 설명한다.Based on the degree of the operation of the instrument 9 by the second driving unit 30 thus derived, the instrument 9 can be operated again with the basic freedom. Hereinafter, the controller responsible for this function will be described.

본 실시예에 따른 컨트롤러(3)는 수술 로봇 시스템에서 인스트루먼트(9)의 작동을 제어하는 역할을 하는 구성요소이다. 따라서, 컨트롤러(3)는 센싱부(40)로부터 출력된 센싱 신호를 수신하여, 제2 구동부(30)에 의해 인스트루먼트(9)가 작동된 상태를 파악한 후, 그 작동된 상태를 기초로 하여 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동하도록 제어한다.The controller 3 according to the present embodiment is a component that controls the operation of the instrument 9 in the surgical robot system. Accordingly, the controller 3 receives the sensing signal output from the sensing unit 40, determines the state in which the instrument 9 is operated by the second driving unit 30, and then, based on the operated state, (9) to operate again at the basic freedom.

즉, 컨트롤러(3)는 센싱 신호를 사용하여 도출된 (제2 구동부(30)에 의한) 인스트루먼트(9)의 작동 상태가, 다시 (제1 구동부(20)에 의한) 인스트루먼트(9)의 작동을 위한 초기 상태가 되도록 세팅하는데, 이를 위해 제2 구동부(30)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)가 최종적으로 작동된 상태에 관한 정보를 사용하여 조작원점을 수정할 수 있다.That is, the controller 3 determines whether the operation state of the instrument 9 derived by using the sensing signal (by the second driving unit 30) is the same as the operation of the instrument 9 (by the first driving unit 20) For this purpose, the operation of the second driving unit 30 can be used to modify the operation origin by using the information about the finally operated state of the instrument 9. [

조작원점에 관한 정보가 수정되면, 인스트루먼트(9)는 수정된 조작원점을 기준으로 하여 다시 기본 자유도로 작동될 수 있으며, 이를 위해 컨트롤러(3)는 제1 구동부(20)를 구동시켜 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되도록 로봇 시스템을 제어할 수 있다.
When the information about the operation origin is modified, the instrument 9 can be operated again with the basic freedom on the basis of the modified operation origin. To this end, the controller 3 drives the first driving part 20 to operate the instrument 9 ) Can control the robot system to operate with the basic freedom.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인스트루먼트 및 그 작동 구조를 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 7을 참조하면, 인스트루먼트(9), 샤프트(10), 엘보우(11), 이펙터(12), 제1 구동부(20), 기본 구동자(22), 제2 구동부(30), 부가 구동자(32a, 32b, 32c), 센싱부(40)가 도시되어 있다.3 to 7 are views showing an instrument and an operation structure thereof according to an embodiment of the present invention. 3 to 7, an instrument 9, a shaft 10, an elbow 11, an effector 12, a first driving unit 20, a basic driving unit 22, a second driving unit 30, Additional drivers 32a, 32b, and 32c, and a sensing unit 40 are shown.

도 3은 인스트루먼트(9)에 하나의 부가 구동자(32a)가 설치된 경우, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 작동 구조를 예시한 것이다. 하나의 부가 구동자(32a)가 설치되므로, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도(m)는 1이 된다.FIG. 3 illustrates an operation structure of a surgical robot system according to the present embodiment when one additional driver 32a is installed in the instrument 9. Since one additional driver 32a is provided, the additional freedom m of the instrument 9 is 1.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하도록 제작되고, 하나의 부가 구동자(32a)의 조작에 의해 샤프트(10)의 회전이 이루어진다고 할 때, 샤프트(10)의 회전이 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동에 해당한다.For example, when the shaft 10 of the instrument 9 is made to be rotatable about its longitudinal axis and the shaft 10 is rotated by the operation of one additional driver 32a , The rotation of the shaft 10 corresponds to the operation of the instrument 9 at a further degree of freedom.

즉, 도 3에 도시된 인스트루먼트(9)는 4자유도(샤프트 회전(도 3의 'R'), 이펙터의 손목 동작, 한 쌍의 죠 각각의 움직임)로 작동되는 인스트루먼트로서, 로봇 암(제1 구동부)은 3 자유도를 담당하고, 제2 구동부는 나머지 1 자유도(예를 들면, 샤프트의 회전)의 작동을 담당하도록 한 것이다. 한편, 인스트루먼트의 4자유도는 반드시 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 '샤프트 회전, 손목 상하 동작, 손목 좌우 동작, 죠 동작'과 같이 다양한 방식으로 4자유도를 구현할 수도 있음은 물론이다.That is, the instrument 9 shown in FIG. 3 is an instrument that operates with 4 degrees of freedom ('R' in FIG. 3, wrist motion of the effector and motion of each pair of jaws) 1 drive unit) is in charge of three degrees of freedom, and the second drive unit is in charge of the operation of the remaining one degree of freedom (for example, rotation of the shaft). Meanwhile, the four degrees of freedom of the instrument are not necessarily limited to the above-described examples. For example, four degrees of freedom may be implemented in various ways such as shaft rotation, wrist motion, wrist motion, and jaw motion.

따라서, 제1 구동부(20)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)를 작동시키다가, 사용자가 제2 구동부(30)(부가 구동자(32a))를 조작하여 인스트루먼트 샤프트(10)가 소정 각도만큼 회전한 경우, 센싱부(40)는 샤프트(10)가 회전된 정도를 파악하고, 컨트롤러(3)는 샤프트(10)가 회전된 상태가 조작원점이 되도록 하여, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 제어한다.Therefore, when the user operates the second driving unit 30 (additional driver 32a) by operating the first driving unit 20 and then the instrument shaft 10 rotates by a predetermined angle The sensing unit 40 determines the degree of the rotation of the shaft 10 and the controller 3 controls the rotation of the shaft 10 to be the operation source point so that the instrument 9 ) Is operated again with the basic freedom.

한편, 본 실시예와 같은 4 자유도 인스트루먼트(9)의 경우, 제2 구동부(30)를 설치하여 샤프트를 별도로 회전시키는 것에 덧붙여, 제1 구동부(20)로 샤프트(10)를 회전시키는 것도 가능하다. 즉, 기본 구동자(22) 중 어느 하나를 작동시켜 샤프트(10)가 회전하도록 할 수 있다.On the other hand, in the case of the 4-degree-of-freedom instrument 9 according to the present embodiment, it is also possible to rotate the shaft 10 by the first driving unit 20, in addition to the second driving unit 30, Do. That is, any one of the basic actuators 22 may be operated to cause the shaft 10 to rotate.

이 경우, 제2 구동부(30)를 수동으로 조작한다고 할 때, 샤프트(10)의 회전 작동은 '수동조작' 및 '로봇에 의한 조작'이 혼합된 방식으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 로봇에 의한 조작으로 샤프트(10)를 소정 각도 범위에서 회전시킨다고 할 때, 여기에 수동조작을 혼합하여 회전 각도에 오프셋(offset)을 줄 수 있다.In this case, when the second driving unit 30 is manually operated, the rotational operation of the shaft 10 may be implemented in a mixed manner of 'manual operation' and 'robot operation'. Accordingly, when it is assumed that the shaft 10 is rotated within a predetermined angle range by the operation of the robot, an offset can be given to the rotation angle by mixing the manual operation.

예를 들어, 로봇에 의해 샤프트(10)가 -270도 ~ +270도의 범위에서 회전되는 경우, 여기에 수동조작을 가미하여 수동으로 +90도 만큼의 오프셋을 부여하면, 결과적으로 인스트루먼트 샤프트(10)는 -180도 ~ +360도의 범위에서 회전하게 되며, 이처럼 로봇에 의한 조작에 오프셋을 부여하여 샤프트(10)의 회전 범위를 변경할 수 있다.For example, when the shaft 10 is rotated in the range of -270 degrees to +270 degrees by the robot, an offset of +90 degrees is applied manually by adding a manual operation to the result, the result is that the instrument shaft 10 ) Is rotated in the range of -180 degrees to +360 degrees, and the rotation range of the shaft 10 can be changed by giving an offset to the operation by the robot.

도 4 또한 인스트루먼트(9)에 하나의 부가 구동자(32a)가 설치된 경우, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 작동 구조를 예시한 것이다. 하나의 부가 구동자(32a)가 설치되므로, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도(m)는 1이 된다.Fig. 4 also illustrates the operation structure of the surgical robot system according to the present embodiment when one additional driver 32a is installed in the instrument 9. Since one additional driver 32a is provided, the additional freedom m of the instrument 9 is 1.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 굴곡되어 있고 이중 샤프트(외부 샤프트(10a), 내부 샤프트(10b))로 구성되어, 외부 샤프트(10a)는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하고 내부 샤프트(10b)는 외부 샤프트(10a) 내에 수용되어 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능하도록 제작되고, 하나의 부가 구동자(32a)의 조작에 의해 외부 샤프트(10a)의 회전이 이루어진다고 할 때, 외부 샤프트(10a)의 회전이 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동에 해당한다.For example, the shaft 10 of the instrument 9 is bent and composed of a double shaft (an outer shaft 10a and an inner shaft 10b), and the outer shaft 10a is rotated about its longitudinal axis And the inner shaft 10b is accommodated in the outer shaft 10a and is made rotatable about its extended direction and the outer shaft 10a is rotated by the operation of one additional driver 32a The rotation of the outer shaft 10a corresponds to the operation of the instrument 9 at a further degree of freedom.

즉, 도 4에 도시된 인스트루먼트(9)는 5자유도(외부 샤프트(10a) 회전(도 4의 'Ro'), 내부 샤프트(10b) 회전(도 4의 'Ri'), 이펙터의 손목 동작, 한 쌍의 죠 각각의 움직임)로 작동되는 인스트루먼트로서, 로봇 암(제1 구동부)은 4 자유도를 담당하고, 제2 구동부(30)는 나머지 1 자유도(예를 들면, 외부 샤프트(10a)의 회전)의 작동을 담당하도록 한 것이다.That is, the instrument 9 shown in FIG. 4 has five degrees of freedom (rotation of the outer shaft 10a (Ro 'in FIG. 4), rotation of the inner shaft 10b (Ri in FIG. 4) The robot arm (first driving portion) assumes four degrees of freedom and the second driving portion 30 assumes one degree of freedom (for example, the outer shaft 10a) Rotation of the motor).

따라서, 제1 구동부(20)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)를 작동시키다가, 사용자가 제2 구동부(30)(부가 구동자(32a))를 조작하여 외부 샤프트(10a)가 소정 각도만큼 회전한 경우, 센싱부(40)는 외부 샤프트(10a)가 회전된 정도를 파악하고, 컨트롤러(3)는 외부 샤프트(10a)가 회전된 상태가 조작원점이 되도록 하여, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 제어한다.Therefore, when the user actuates the second driving unit 30 (additional driver 32a) by operating the first driving unit 20 and the user rotates the outer shaft 10a by a predetermined angle The sensing unit 40 determines the degree of rotation of the outer shaft 10a and the controller 3 controls the rotation of the outer shaft 10a to be the operation source point, (9) is operated again with the basic freedom.

도 5 또한 인스트루먼트(9)에 하나의 부가 구동자(32a)가 설치된 경우, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 작동 구조를 예시한 것이다. 하나의 부가 구동자(32a)가 설치되므로, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도(m)는 1이 된다.Fig. 5 also illustrates an operation structure of a surgical robot system according to the present embodiment when one additional driver 32a is installed in the instrument 9. Since one additional driver 32a is provided, the additional freedom m of the instrument 9 is 1.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하고 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡(bending) 가능하도록 제작되고, 하나의 부가 구동자(32a)의 조작에 의해 샤프트(10)의 굴곡이 이루어진다고 할 때, 샤프트(10)의 굴곡이 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동에 해당한다.For example, the shaft 10 of the instrument 9 is made rotatable about its longitudinal axis and can bend in a direction different from its longitudinal direction, and the operation of one additional driver 32a The bending of the shaft 10 corresponds to the operation of the instrument 9 at a further degree of freedom.

즉, 도 5에 도시된 인스트루먼트(9)는 5자유도(샤프트 회전(도 5의 'R'), 샤프트 굴곡(도 5의 'B'), 이펙터의 손목 동작, 한 쌍의 죠 각각의 움직임)로 작동되는 인스트루먼트로서, 로봇 암(제1 구동부)은 4 자유도를 담당하고, 제2 구동부(30)는 나머지 1 자유도(예를 들면, 샤프트의 굴곡)의 작동을 담당하도록 한 것이다.That is, the instrument 9 shown in FIG. 5 has five degrees of freedom (shaft rotation ('R' in FIG. 5), shaft bend ('B' in FIG. 5), wrist motion of the effector, The robot arm (the first driving portion) takes charge of four degrees of freedom, and the second driving portion 30 takes charge of the remaining one degree of freedom (for example, the bending of the shaft).

따라서, 제1 구동부(20)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)를 작동시키다가, 사용자가 제2 구동부(30)(부가 구동자(32a))를 조작하여 인스트루먼트 샤프트(10)가 소정 정도만큼 굴곡된 경우, 센싱부(40)는 샤프트(10)가 굴곡된 정도를 파악하고, 컨트롤러(3)는 샤프트(10)가 굴곡된 상태가 조작원점이 되도록 하여, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 제어한다.Therefore, when the user operates the second driving unit 30 (additional driver 32a) by operating the first driving unit 20 and then the instrument shaft 10 is bent to a predetermined degree The sensing unit 40 recognizes the extent to which the shaft 10 is bent and the controller 3 causes the shaft 10 to be the operator's point of curvature so that the instrument 9 ) Is operated again with the basic freedom.

도 6은 인스트루먼트(9)에 2개의 부가 구동자(32a, 32b)가 설치된 경우, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 작동 구조를 예시한 것이다. 2개의 부가 구동자(32a, 32b)가 설치되므로, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도(m)는 2가 된다.Fig. 6 illustrates an operation structure of the surgical robot system according to the present embodiment when two additional drivers 32a and 32b are provided in the instrument 9. Since two additional drivers 32a and 32b are provided, the additional freedom m of the instrument 9 is two.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 이중 샤프트(외부 샤프트(10c), 내부 샤프트(10d))로 구성되어, 외부 샤프트(10c)는 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하고, 내부 샤프트(10d)는 외부 샤프트(10c) 내에 수용되어 그 연장된 방향을 중심으로 회전 가능하며, 샤프트(10)는 그 길이방향과 다른 방향으로 굴곡 가능하도록 제작되고, 제1 부가 구동자(32a)의 조작에 의해 외부 샤프트(10c)의 회전이 이루어지고, 제2 부가 구동자(32b)의 조작에 의해 샤프트(10)의 굴곡이 이루어진다고 할 때, 외부 샤프트(10c)의 회전 및 샤프트(10)의 굴곡이 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동에 해당한다.For example, the shaft 10 of the instrument 9 is composed of a double shaft (an outer shaft 10c and an inner shaft 10d), the outer shaft 10c is rotatable about its longitudinal axis, The inner shaft 10d is accommodated in the outer shaft 10c and is rotatable about an extended direction thereof. The shaft 10 is made to be bendable in a direction different from the longitudinal direction thereof, and the first additional driver 32a When the outer shaft 10c is rotated by the operation of the second additional driver 32b and the shaft 10 is bent by the operation of the second additional driver 32b, the rotation of the outer shaft 10c and the rotation of the shaft 10 corresponds to the operation of the instrument 9 at a further degree of freedom.

즉, 도 6에 도시된 인스트루먼트(9)는 6자유도(외부 샤프트 회전(도 6의 'Ro'), 내부 샤프트 회전(도 6의 'Ri'), 샤프트 굴곡(도 6의 'B'), 이펙터의 손목 동작, 한 쌍의 죠 각각의 움직임)로 작동되는 인스트루먼트로서, 로봇 암(제1 구동부)은 4 자유도를 담당하고, 제2 구동부(30)는 나머지 2 자유도(예를 들면, 외부 샤프트(10c)의 회전 및 샤프트(10)의 굴곡)의 작동을 담당하도록 한 것이다.In other words, the instrument 9 shown in Fig. 6 has six degrees of freedom (external shaft rotation (Ro 'in Fig. 6), internal shaft rotation (Ri in Fig. 6), shaft bending The robot arm (first driving portion) assumes four degrees of freedom, and the second driving portion 30 receives the remaining two degrees of freedom (for example, Rotation of the outer shaft 10c and bending of the shaft 10).

따라서, 제1 구동부(20)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)를 작동시키다가, 사용자가 제2 구동부(30)(부가 구동자(32a, 32b))를 조작하여 외부 샤프트(10c)가 소정 각도만큼 회전하고 샤프트(10)가 소정 정도 굴곡된 경우, 센싱부(40)는 외부 샤프트(10c)가 회전된 정도 및 샤프트(10)가 굴곡된 정도를 파악하고, 컨트롤러(3)는 샤프트가 회전 및 굴곡된 상태가 조작원점이 되도록 하여, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 제어한다.Therefore, when the user operates the second driving unit 30 (additional drivers 32a and 32b) by operating the first driving unit 20 and the user rotates the outer shaft 10c at a predetermined angle The controller 3 recognizes the degree of rotation of the outer shaft 10c and the degree of bending of the shaft 10 when the shaft 10 is bent by a predetermined amount, And the bent state becomes the operator point, so that the instrument 9 is operated again with the basic freedom on the basis of the modified operation origin.

도 7 또한 인스트루먼트(9)에 2개의 부가 구동자(32a, 32b)가 설치된 경우, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 작동 구조를 예시한 것이다. 2개의 부가 구동자(32a, 32b)가 설치되므로, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도(m)는 2가 된다.FIG. 7 also illustrates the operation structure of the surgical robot system according to the present embodiment when two additional drivers 32a and 32b are provided in the instrument 9. Since two additional drivers 32a and 32b are provided, the additional freedom m of the instrument 9 is two.

예를 들어, 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 각각 그 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능한 2 부분(제1 샤프트부(10e), 제2 샤프트부(10f))으로 구분되고, 2 부분(10e, 10f)이 엘보우(11)에 의해 서로 절곡 가능하도록 결합되어 있으며, 제1 부가 구동자(32a)의 조작에 의해 제1 샤프트부(10e)가 회전하고, 제2 부가 구동자(32b)의 조작에 의해 샤프트(10)의 절곡이 이루어진다고 할 때, 제1 샤프트부(10e)의 회전 및 샤프트의 절곡이 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동에 해당한다.For example, the shaft 10 of the instrument 9 is divided into two portions (first shaft portion 10e and second shaft portion 10f) rotatable about an axis in the longitudinal direction thereof, and two portions The first shaft portion 10e is rotated by the operation of the first additional driver 32a and the second additional driver 32b is rotated by the operation of the first additional driver 32a, The rotation of the first shaft portion 10e and the bending of the shaft correspond to the operation in the additional degree of freedom of the instrument 9 when the shaft 10 is bent by the operation of the first shaft portion 10e.

즉, 도 7에 도시된 인스트루먼트(9)는 6자유도(제1 샤프트부 회전(도 7의 'R1'), 제2 샤프트부 회전(도 7의 'R2'), 샤프트 절곡(도 7의 'F'), 이펙터의 손목 동작, 한 쌍의 죠 각각의 움직임)로 작동되는 인스트루먼트로서, 로봇 암(제1 구동부)은 4 자유도를 담당하고, 제2 구동부(30)는 나머지 2 자유도(예를 들면, 제1 샤프트부(10e)의 회전 및 샤프트(10)의 절곡)의 작동을 담당하도록 한 것이다.That is, the instrument 9 shown in Fig. 7 has six degrees of freedom (the first shaft portion rotation (R1 'in Fig. 7), the second shaft portion rotation (R2' The robot arm (the first driving section) assumes four degrees of freedom, and the second driving section 30 receives the remaining two degrees of freedom (the " F "), the wrist motion of the effector, and the motion of each pair of jaws) (For example, rotation of the first shaft portion 10e and bending of the shaft 10).

따라서, 제1 구동부(20)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)를 작동시키다가, 사용자가 제2 구동부(30)(부가 구동자(32a, 32b))를 조작하여 인스트루먼트 제1 샤프트부(10e)가 소정 각도만큼 회전하고 샤프트(10)가 소정 정도 절곡된 경우, 센싱부(40)는 제1 샤프트부(10e)가 회전된 정도 및 샤프트(10)가 절곡된 정도를 파악하고, 컨트롤러(3)는 샤프트(10)가 회전 및 절곡된 상태가 조작원점이 되도록 하여, 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 다시 기본 자유도로 작동되도록 제어한다.Accordingly, the instrument 9 is operated by the driving of the first driving unit 20 and the user operates the second driving unit 30 (the additional drivers 32a and 32b) to rotate the instrument first shaft unit 10e, The sensing unit 40 determines the extent to which the first shaft portion 10e is rotated and the degree to which the shaft 10 is bent and the controller 3 Causes the shaft 10 to be rotated and bent so as to be the operation source point, and controls the instrument 9 to operate again with the basic freedom based on the modified operation origin.

전술한 부가 구동자가 담당하는 추가 자유도에 관한 설명은 하나의 예시에 불과한 것으로, 반드시 부가 구동자가 샤프트의 회전, 굴곡, 절곡 등 특정 추가 자유도를 담당해야 하는 것은 아니며, 부가 구동자는 별도로 작동시킬 필요가 있는 다양한 자유도(예를 들면, 이펙터의 손목 동작, 죠의 움직임 등)를 담당할 수도 있음은 물론이다.The description of the additional degrees of freedom to be handled by the additional driver is only one example, and the additional driver does not necessarily have to take a specific additional degree of freedom such as rotation, bending, and bending of the shaft, Of course, it is also possible to play various degrees of freedom (for example, the wrist motion of the effector, the motion of the jaw, etc.).

한편, 도 4 내지 도 7에 도시된 실시예의 경우에도 도 3에서와 마찬가지로, 제2 구동부(30)로 샤프트를 별도로(예를 들면, 수동으로) 작동시키는 것에 덧붙여, 제1 구동부(20)로 그 별도의 작동(제2 구동부(30)에 의한 작동)을 구현하는 것도 가능하다. 이를 위해 제2 구동부(30)에 부가 구동자를 하나 더 추가하여 추가된 부가 구동자가 1 자유도를 담당하도록 하고, 이로 인해 여분이 되는 기본 구동자를 작동시켜 샤프트의 별도의 작동을 구현할 수 있다.4 to 7, in addition to operating the shaft separately (for example, manually) by the second driving unit 30, the first driving unit 20 It is also possible to implement the separate operation (operation by the second driving unit 30). To this end, one additional driver is added to the second driver 30 to allow the added driver to assume one degree of freedom, so that the extra driver can be operated to implement a separate operation of the shaft.

예를 들어, 6 자유도의 인스트루먼트의 경우 2개의 부가 구동자를 추가하여 2 자유도를 담당하도록 하고 나머지 4 자유도는 기본 구동자가 담당하도록 하는 대신, 도 8에 도시된 것처럼, 3개의 부가 구동자(32a, 32b, 32c)를 추가하여 3 자유도를 담당하도록 하고 나머지 3 자유도를 기본 구동자가 담당하도록 하며 여분으로 남는(redundant) 하나의 기본 구동자(22a)로 부가 구동자가 담당하는 자유도 중 하나를 담당하도록 함으로써, (부가 구동자(32c)에 의한) 수동조작에 (여분의 기본 구동자(22a)에 의한) 로봇에 의한 조작이 혼합된 방식으로 인스트루먼트를 작동시킬 수도 있다.
For example, in the case of an instrument with six degrees of freedom, two additional drivers are added to handle two degrees of freedom, and the remaining four degrees of freedom are assigned to the basic driver, instead of three additional drivers 32a, 32b, and 32c to take charge of three degrees of freedom, letting the basic driver take charge of the remaining three degrees of freedom, and take one of the degrees of freedom that the additional driver takes on a redundant basic driver 22a , It is possible to operate the instrument in such a manner that the operation by the robot (by the extra basic driver 22a) is mixed with the manual operation (by the additional driver 32c).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a method of controlling a surgical robot system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템은, 전술한 바와 같이, 수술용 로봇과 로봇에 장착되는 수술용 인스트루먼트(9)를 포함하고, 인스트루먼트(9)와 로봇 간의 동력 전달 관계는 제1 구동부(20)에 의해 매개되며, 인스트루먼트(9)의 추가 자유도에서의 작동을 위해 인스트루먼트(9)에 제2 구동부(30)가 결합되는 구조로 이루어진다.The surgical robot system according to the present embodiment includes a surgical robot and a surgical instrument 9 mounted on the robot and the power transmission relationship between the instrument 9 and the robot is determined by the first driving unit 20, And the second driving unit 30 is coupled to the instrument 9 for operation at an additional degree of freedom of the instrument 9. [

제1 구동부(20)는 인스트루먼트(9)가 기본 자유도(n 자유도)로 작동되도록 구동력을 전달하는 역할을 하며, 제2 구동부(30)는 인스트루먼트(9)가 추가 자유도(m 자유도)로 더 작동되도록 하여, 결과적으로 인스트루먼트(9)가 m+n 자유도로 작동되도록 하는 역할을 한다. 한편, 도 8에서 설명한 것과 같이, 인스트루먼트의 구성 방식에 따라 일부 자유도는 여분의(redundant) 자유도가 될 수도 있다.The first driving part 20 serves to transmit the driving force so that the instrument 9 operates with the basic degree of freedom (n degrees of freedom), and the second driving part 30 functions to transmit the driving force of the instrument 9 to the additional degree of freedom ) So that the instrument 9 is operated at the m + n freedom. On the other hand, as described in FIG. 8, some degrees of freedom may be redundant degrees of freedom depending on the method of constructing the instrument.

전술한 바와 같이, 인스트루먼트(9)는 조작원점을 기준으로 하여 기본 자유도로 작동되며, 인스트루먼트(9)의 m 자유도로의 작동 여하에 따라 센싱부(40) 및 컨트롤러(3)에 의해 조작원점에 관한 정보는 수정될 수 있다.As described above, the instrument 9 is operated with the basic freedom on the basis of the operation origin, and is controlled by the sensing unit 40 and the controller 3 according to the operation of the m-freedom road of the instrument 9, The information about the information can be modified.

이러한 수술 로봇 시스템을 제어하기 위해, 먼저 제2 구동부(30)의 구동 정도에 관한 정보를 센싱하도록 한다(S10). 제2 구동부(30)의 구동 정도에 관한 정보는 제2 구동부(30)를 조작한 정도, 제2 구동부(30)가 구동된 정도, 또는 제2 구동부(30)를 구동시킴에 따라 인스트루먼트(9)가 작동된 정도 등일 수 있다. 센싱될 제2 구동부(30)의 구동 정도에 관한 정보의 구체적인 사항은 전술한 바 있으므로, 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.In order to control the surgical robot system, information about the driving degree of the second driving unit 30 is sensed (S10). The information about the driving degree of the second driving unit 30 may be obtained by adjusting the degree of the operation of the second driving unit 30, the degree of the driving of the second driving unit 30 or the driving of the second driving unit 30 And the like. The details of the information about the driving degree of the second driving unit 30 to be sensed have been described above, and a detailed description thereof will be omitted here.

한편, 도 3과 같이 제2 구동부(30)에 의해 인스트루먼트(9)의 샤프트(10)가 회전하는 구조일 경우, 센싱 대상은 샤프트(10)의 회전 정도에 관한 정보일 수 있으며(S12), 도 4와 같이 제2 구동부(30)에 의해 인스트루먼트(9)의 외부 샤프트(10a)가 회전하는 구조일 경우, 센싱 대상은 외부 샤프트(10a)의 회전 정도에 관한 정보일 수 있다(S13).3, when the shaft 10 of the instrument 9 is rotated by the second driving unit 30, the sensing object may be information about the degree of rotation of the shaft 10 (S12) As shown in FIG. 4, when the outer shaft 10a of the instrument 9 is rotated by the second driving unit 30, the sensing object may be information about the degree of rotation of the outer shaft 10a (S13).

또한, 도 5 및 도 6과 같이 샤프트(10)가 회전 및/또는 굴곡되는 구조일 경우 센싱 대상은 샤프트(10)의 회전 정도 및/또는 굴곡 정도에 관한 정보일 수 있다(S14).5 and 6, when the shaft 10 is rotated and / or bent, the object to be sensed may be information about the degree of rotation and / or the degree of bending of the shaft 10 (S14).

나아가, 도 7과 같이 샤프트(10)가 엘보우(11)에 의해 연결되는 2 부분(제1 샤프트부(10e), 제2 샤프트부(10f))으로 구분되는 구조일 경우, 센싱 대상은 제1 샤프트부(10e)의 회전 정도, 및/또는 2 부분(10e, 10f) 간의 절곡 정도에 관한 정보일 수 있다(S16).Further, in the case of a structure in which the shaft 10 is divided into two parts (the first shaft portion 10e and the second shaft portion 10f) connected by the elbow 11 as shown in Fig. 7, The degree of rotation of the shaft portion 10e, and / or the degree of bending between the two portions 10e and 10f (S16).

다음으로, 센싱 결과, 즉 출력되는 센싱 신호를 수신하여 인스트루먼트(9)의 조작원점을 수정한다(S20). 조작원점은 인스트루먼트(9)를 기본 자유도로 작동시키기 위한 기준 상태로서, 인스트루먼트(9)가 제2 구동부(30)에 의해 작동된 상태가 다시 조작원점이 되도록 재설정함으로써, 제2 구동부(30)의 작동 여부에 구애받지 않고 수술 로봇 시스템이 인스트루먼트(9)를 다시 기본 자유도로 작동시킬 수 있게 된다.Next, the sensing result, that is, the sensing signal to be outputted is received and the operation origin of the instrument 9 is corrected (S20). The operation origin is a reference state for operating the instrument 9 in the basic freedom state and the operation of the second drive section 30 is performed by resetting the state in which the instrument 9 is operated by the second drive section 30 to become the operation source point again. So that the surgical robot system can operate the instrument 9 again with the basic freedom.

다음으로, 제1 구동부(20)를 구동시켜 수정된 조작원점을 기준으로 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되도록 한다(S30). 이로써, 본 실시예에 따른 수술 로봇 시스템은 장착된 인스트루먼트(9)를 기본 자유도로 작동시키다가, 도중에 제2 구동부(30)의 구동에 의해 인스트루먼트(9)의 작동 상태가 변경되더라도, 그 변경된 상태를 기준으로 다시 기본 자유도로 작동될 수 있다.Next, the first driving unit 20 is driven to operate the instrument 9 with the basic freedom based on the modified operation origin (S30). Thus, even if the operation state of the instrument 9 is changed by driving the second driving unit 30 midway while the mounted instrument 9 is operated in the basic freedom state, Lt; RTI ID = 0.0 > freely < / RTI >

즉, 수술용 로봇에 장착되는 인스트루먼트(9)에 대해 작동 자유도를 추가할 필요가 있는 경우, 구동부(제1 구동부(20)) 및 구동부가 결합되는 액추에이터(5)의 구조를 변경시킬 필요 없이 기존과 마찬가지의 자유도로 인스트루먼트(9)가 작동되도록 하되, 추가될 자유도만큼 제2 구동부(30)를 부가하여, 로봇 수술 과정에서 사용자의 필요에 따라 제 제2 구동부(30)를 조작하여 인스트루먼트(9)가 추가 자유도로 움직일 수 있도록 할 수 있다.That is, when it is necessary to add a degree of freedom of operation to the instrument 9 mounted on the surgical robot, it is not necessary to change the structure of the actuator (the first driving part 20) and the actuator 5 to which the driving part is coupled, The second driving part 30 is added to the degree of freedom to be added so as to operate the second driving part 30 according to the user's need during the robotic surgery process so that the instrument 9 ) Can be moved with additional freedom.

나아가, 수술 도중에 사용자가 제2 구동부(30)를 조작하여 인스트루먼트(9)가 작동될 경우, 수술용 로봇은 그 작동된 상태를 센싱하고 이를 기초로 인스트루먼트(9)의 기준 상태(조작원점)를 재설정함으로써, 제2 구동부(30)의 조작에 구애받지 않고 로봇에 의해 다시 인스트루먼트(9)가 기본 자유도로 작동되도록 할 수 있다.
Further, when the user operates the second driving unit 30 to operate the instrument 9 during the operation, the surgical robot senses the operated state, and based on the reference state (operation origin) of the instrument 9 The instrument 9 can be operated again by the robot with the basic freedom without depending on the operation of the second driving part 30. [

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

1 : 로봇 3 : 컨트롤러
5 : 액추에이터 7 : 작동휠
9 : 인스트루먼트 10 : 샤프트
11 : 엘보우 12 : 이펙터
20 : 제1 구동부 22 : 기본 구동자
30 : 제2 구동부 32, 32a, 32b : 부가 구동자
40 : 센싱부1: robot 3: controller
5: Actuator 7: Operation wheel
9: Instrument 10: Shaft
11: Elbow 12: Effector
20: first driving part 22: basic driving part
30: second driving part 32, 32a, 32b: additional driving part
40: sensing part

Claims

A surgical robot system to which a surgical instrument is mounted,
A first driver having n basic drivers (n is a natural number) for mediating a coupling between the instrument and the robot and operating the instrument at n-freedom with a predetermined operating state as an operation origin;
A second driver coupled to the instrument and having m additional drivers (m is a natural number) to operate the instrument at n + m degrees of freedom;
A sensing unit sensing information about a driving degree of the second driving unit and outputting a sensing signal;
And a controller for receiving the sensing signal to correct a value corresponding to the operation origin and outputting a control signal for driving the first driver,
M is 2,
Wherein the shaft of the instrument includes an outer shaft rotatable about its longitudinal axis and an inner shaft received within the outer shaft and rotatable about an extended direction within the outer shaft,
Wherein the shaft has a structure capable of bending in a direction different from the longitudinal direction thereof,
Wherein the external shaft performs a rotation operation by a user operation on any one of the additional actuators, and the shaft performs a bending operation by a user operation on the other one of the additional actuators system.

The method according to claim 1,
Wherein the first driving unit is coupled to the distal end of the instrument and the basic driver is implemented as one or more driving wheels mounted on a surface of the first driving unit facing the robot.

The method according to claim 1,
Wherein the additional driver is manually operated by a user.

The method according to claim 1,
Wherein the additional driver is operated by receiving driving force from a drive device provided separately.

delete

The method according to claim 1,
Wherein one of the rotation operation of the outer shaft and the bending operation of the shaft is also performed by the operation of the basic driver.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the information about the driving degree includes an operation degree of the second driving unit.

The method according to claim 1,
Wherein the information about the driving degree includes an operation degree of the instrument according to driving of the second driving unit.

The method according to claim 1,
Wherein the controller corrects a value corresponding to the operation origin so that the state in which the instrument is operated by the driving of the second driving unit is the operation source point, And outputs a control signal for driving the first driving unit.

A first driving unit for mediating a coupling between a surgical instrument and a surgical robot to which the instrument is mounted and operating the instrument with n-freedom with a predetermined operating state as an operation origin; And a second driver coupled to the instrument and adapted to cause the instrument to operate at n + m freedom, the method comprising:
Sensing information about a driving degree of the second driving unit and outputting a sensing signal;
Receiving the sensing signal and modifying a value corresponding to the operation origin; And
And outputting a control signal for driving the first driving unit so that the instrument is operated in n-degrees of freedom based on the modified operation origin,
M is 2,
Wherein the shaft of the instrument includes an outer shaft rotatable about its longitudinal axis and an inner shaft received within the outer shaft and rotatable about an extended direction within the outer shaft,
Wherein the shaft has a structure capable of bending in a direction different from the longitudinal direction thereof,
Wherein the sensing signal output step includes sensing a degree of rotation of the external shaft and a degree of bending of the shaft.

delete

19. The method of claim 18,
Wherein the sensing signal output step includes sensing a degree of operation of the second driving unit.

19. The method of claim 18,
Wherein the sensing signal output step includes sensing a degree of operation of the instrument according to driving of the second driving unit.