KR102237597B1

KR102237597B1 - 수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR102237597B1
Application number: KR1020140018505A
Authority: KR
Inventors: 심영보; 이민형; 최병준; 권영도; 노경식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: CN104840253B; JP2015150425A; US20150230869A1; KR20150097238A; EP2907467B1; EP2907467A1; CN104840253A; JP6538360B2; US9655680B2

Abstract

조작자의 손 동작을 가이드함으로써 안정적인 로봇식 수술기구의 모션을 생성할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
수술 로봇용 마스터 장치는 슬레이브 장치의 로봇 암에 마련된 로봇식 수술기구를 제어하기 위한, 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 핸들부; 및 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 사전 정의된 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 마이크로 모션 생성부를 포함할 수 있다.

Description

수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법{Master device for surgical robot and control method thereof}

수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 더욱 상세하게는 조작자의 손 동작을 가이드함으로써 안정적인 로봇식 수술기구의 모션을 생성할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.

최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다. 최소 침습 수술은 인체의 일부(예: 복부)에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과 달리, 복부에 0.5㎝~1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 내고, 이 절개공을 통해 비디오 카메라와 각종 기구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.

이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과 달리 수술 후 통증이 적고, 장 운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 가진다. 이러한 장점으로 인해 최소 침습 수술은 담낭 절재술, 전립선 암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.

최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 마스터 콘솔과 슬레이브 로봇을 포함한다. 마스터 콘솔은 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브 로봇으로 전송한다. 슬레이브 로봇은 마스터 콘솔로부터 수신한 제어신호에 따라 동작한다.

슬레이브 로봇에는 적어도 하나의 로봇 암이 구비되며, 각 로봇 암의 선단에는 로봇식 수술기구(robotic surgical instrument)가 장착된다. 로봇식 수술기구는 환자의 절개부위(incision point)를 통해 환자의 체내로 삽입된다. 이에 비하여 로봇 암은 절개부위의 외부에 위치하며, 수술이 진행되는 동안 로봇식 수술기구의 위치와 자세를 유지시켜주는 역할을 한다.

조작자의 손 동작을 가이드함으로써 안정적인 로봇식 수술기구의 모션을 생성할 수 있는 수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법이 이 제공된다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 수술 로봇용 마스터 장치의 일 실시예는 슬레이브 장치의 로봇 암에 마련된 로봇식 수술기구를 제어하기 위한, 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 핸들부; 및 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 사전 정의된 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 마이크로 모션 생성부를 포함할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 수술 로봇용 마스터 장치 제어 방법의 일 실시예는 슬레이브 장치의 로봇 암에 마련된 로봇식 수술기구를 제어하기 위한 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 핸들부를 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단에 대한 가상 궤적을 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 상기 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제어신호에 따라 상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 모션을 제어하는 단계를 포함한다.

조작자의 손 동작을 가이드함으로써 안정적인 로봇식 수술기구의 모션을 생성할 수 있다.

도 1은 수술 로봇에 포함된 마스터 콘솔의 외관을 예시한 사시도이다.
도 2는 수술 로봇에 포함된 슬레이브 로봇의 외관을 예시한 사시도이다.
도 3은 가이드 튜브를 통해 전개된 로봇식 수술기구를 예시한 도면이다.
도 4는 마스터 콘솔에 마련된 두 개의 마스터 장치 중에서 조작자의 오른쪽 손에 대응하는 마스터 장치의 외관을 예시한 사시도이다.
도 5는 마스터 장치의 측면도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 마스터 장치의 링크부의 측면도들로서, 링크부의 동작 모습을 도시한 도면들이다.
도 7은 다축 구조를 가지는 링크부에서 엔드 이펙터의 자세가 유지되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 손가락부에서 다관절 로봇 손가락의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a는 로봇식 수술기구의 끝단에 마련되는 수술기구가 촉진 도구인 경우, 다관절 로봇 손가락에 대한 가상 궤적 및 다관절 로봇 손가락의 가이드 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 로봇식 수술기구의 끝단에 마련되는 수술기구가 그리퍼인 경우, 다관절 로봇 손가락에 대한 가상 궤적 및 다관절 로봇 손가락의 가이드 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 핸들부의 움직임 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 마스터 장치의 제어 구성을 예시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 수술 로봇용 마스터 장치 및 그 제어 방법에 대한 실시예들을 설명한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

개시된 발명은 싱글 포트 수술 로봇에 적용될 수 있다. 멀티 포트 수술 로봇은 복수의 로봇식 수술기구를 개별 침습 부위를 통해 환자의 복강 내로 진입시키는 방식의 수술 로봇을 말한다. 이에 비하여 싱글 포트 수술 로봇은 복수의 로봇식 수술기구를 하나의 침습 부위를 통해 환자의 복강 내로 진입시키는 방식의 수술 로봇을 말한다.

수술 로봇은 마스터 콘솔(도 1의 100) 및 슬레이브 로봇(도 2의 200)을 포함한다. 마스터 콘솔(100)은 슬레이브 로봇(200)에 대하여 원격 제어 기능을 가지는 장치이다. 마스터 콘솔(100)은 조작자의 조작에 따른 제어신호를 슬레이브 로봇(200)으로 전송한다. 슬레이브 로봇(200)은 마스터 콘솔(100)로부터 제어신호를 수신한다. 그리고 수신된 제어신호에 따라 움직여, 수술에 필요한 조작을 환자에게 가한다. 여기서, 조작자는 전문의 또는 의사와 같은 전문 의료진을 말한다. 또는 조작자는 전문 의료진과 동등한 자격을 갖추거나 허가된 사람을 포함할 수 있다. 넓게는 조작자는 수술 로봇의 작동을 제어하는 사용자를 포함할 수 있다.

도 1은 수술 로봇에 포함된 마스터 콘솔(100)의 외관을 예시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 마스터 콘솔(100)은 입력부(110, 120) 및 디스플레이부(180)를 포함할 수 있다.

입력부(110, 120)는 슬레이브 로봇(도 2의 200)의 동작을 원격으로 조작하기 위한 명령을 조작자로부터 입력받는다. 예를 들어, 입력부(110, 120)는 마스터 장치(M) 및 클러치 페달(110) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1은 입력부(110, 120)로서, 두 개의 클러치 페달(110) 및 두 개의 마스터 장치(M)가 구비된 모습을 예시하고 있다.

클러치 페달(110)은 수술 로봇의 동작 모드를 전환하는데 사용될 수 있다. 일 예로, 왼쪽 클러치 페달(110)이 조작된 경우에는 가이드 튜브 조작 모드를 실행하고, 오른쪽 클러치 페달(110)이 조작된 경우에는 로봇식 수술기구 조작 모드를 실행할 수 있다. 가이드 튜브 조작 모드가 실행되면 조작자는 마스터 장치(M)를 조작하여 가이드 튜브(도 2의 210)의 위치 및 자세를 변경할 수 있다. 로봇식 수술기구 조작 모드가 실행되면 가이드 튜브(210)의 이동은 정지되고, 조작자는 마스터 장치(M)를 조작하여 로봇식 수술기구(도 3의 212 및 214)의 위치 및 자세를 변경할 수 있다.

마스터 장치(M)는 슬레이브 로봇(도 2의 200)에 마련된 로봇 암(도 2의 203~208)의 움직임 또는 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 움직임을 원격으로 제어하기 위한 부분이다. 마스터 장치(M)는 핸들부(120), 핸들부(120)와 기계적으로 연결되는 손목 지지부(140), 손목 지지부(140)와 기계적으로 연결되는 링크부(130), 및 링크부(130)와 기계적으로 연결되며, 링크부(130)가 지면에 의해 지지되도록 하는 지지부(150)를 포함할 수 있다.

핸들부(120)는 햅틱 디바이스로 구현될 수 있다. 햅틱 디바이스는 예를 들어, 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)은 사람의 손과 유사한 형태로 배치될 수 있다. 도 1은 세 개의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)이 사람의 손의 엄지, 검지 및 중지에 대응하는 위치에 각각 마련된 모습을 보여주고 있다.

도 1은 각각의 핸들부(120)에 세 개의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)이 마련된 모습을 보여주고 있지만, 각각의 핸들부(120)에 마련되는 다관절 로봇 손가락의 개수 및/또는 위치는 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각각의 핸들부(120)에는 세 개 보다 적거나 많은 개수의 다관절 로봇 손가락이 구비될 수 있으며, 이들 다관절 로봇 손가락들은 사람 손의 엄지, 검지, 중지, 약지 및 소지 중 적어도 하나에 대응하는 위치에 마련될 수 있다.

또한, 한쪽 핸들부(120)에 구비되는 복수의 다관절 로봇 손가락은 모두 동일한 모양을 가질 수도 있고, 서로 다른 모양을 가질 수도 있다. 도 1을 참조하면, 사람 손의 검지 및 중지에 대응하는 위치에 마련된 다관절 로봇 손가락들(122, 123)이 서로 동일한 모양을 가지는 것을 알 수 있다. 이에 비하여 사람 손의 엄지에 대응하는 위치에 마련된 다관절 로봇 손가락(121)은 이들(122, 123)과 다른 모양을 가진 것을 알 수 있다. 이하의 설명에서는 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)을 위주로 설명하기로 한다.

다관절 로봇 손가락(122)은 복수의 링크 및 복수의 관절을 포함할 수 있다. 관절은 링크와 링크의 연결부위를 말한다. 관절은 적어도 1 자유도를 가질 수 있다. 여기서, 자유도(Degree of Freedom; DOF)란 정기구학(Forward Kinematics) 또는 역기구학(Inverse Kinematics)에서의 자유도를 말한다.

기구의 자유도란 기구의 독립적인 운동의 수, 또는 각 링크 간의 상대 위치의 독립된 운동을 결정하는 변수의 수를 말한다. 예를 들어, x축, y축, z축으로 이루어진 3차원 공간 상의 물체는 물체의 공간적인 위치(position)를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와, 물체의 공간적인 자세(orientation)를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에 대한 회전 각도) 중에서 하나 이상의 자유도를 갖는다. 만약, 물체가 각각의 축을 따라 이동 가능하고, 각각의 축을 기준으로 회전 가능하다고 한다면, 이 물체는 6 자유도를 갖는 것으로 이해될 수 있다.

다관절 로봇 손가락(122)의 각 관절에는 각 관절의 상태와 관련된 정보를 검출하기 위한 검출부가 마련될 수 있다. 검출부는 관절의 위치(즉, 관절각)를 검출하기 위한 위치 검출부, 관절의 속도를 검출하기 위한 속도 검출부를 포함할 수 있다. 경우에 따라 속도 검출부는 생략될 수도 있다. 속도 검출부가 생략된 경우에는 위치 검출부에서 검출된 위치를 미분하여 관절의 속도를 알 수 있다.

다관절 로봇 손가락(122)의 선단은 마스터 콘솔(100)의 엔드 이펙터로 이해될 수 있다. 다관절 로봇 손가락(122)의 선단에는 예를 들어, 골무형 고리가 마련될 수 있다. 조작자는 골무형 고리에 손가락 끝을 삽입할 수 있다. 조작자가 손가락 끝을 골무형 고리에 끼운 상태로 손가락을 움직이는 경우, 손가락의 움직임에 대응하여 다관절 로봇 손가락(122)이 움직이게 되고, 다관절 로봇 손가락(122)의 각 관절에 마련된 검출부에서는 각 관절의 상태와 관련된 정보를 검출할 수 있다.

또한, 골무형 고리에는 촉각 피드백 엑츄에이터(tactile feedback actuator)(도 8의 125)가 마련될 수 있다. 환자의 복강 내로 삽입된 로봇식 수술기구가 외부환경 예를 들어, 장기에 접촉하는 경우, 로봇식 수술기구가 외부환경으로부터 받는 힘은 촉각 피드백 엑츄에이터(125)로 전달된다. 그 결과 조작자는 로봇식 수술기구가 외부환경으로부터 받는 힘을 간접적으로 느낄 수 있다.

각 검출부에서 검출된 각 관절의 위치 및 속도는 로봇식 수술기구의 각 관절이 추종해야할 목표 위치 및 속도로 변환될 수 있다. 변환된 목표 위치 및 목표 속도는, 네트워크를 통해 슬레이브 로봇(도 2의 200)으로 전송될 수 있다. 이 때, 네트워크는 유선 네트워크, 무선 네트워크, 또는 유/무선 복합 네트워크일 수 있다.

도 1은 각각의 핸들부(120)에 복수의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)을 포함하는 햅틱 디바이스가 마련된 경우를 도시하고 있으나, 핸들부(120)에 마련된 햅틱 디바이스의 형상은 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)으로 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 핸들부(120)는 조작자가 손으로 감쌀 수 있도록 펜슬 형상 또는 스틱 형상을 가지는 햅틱 디바이스로 구현될 수도 있다. 다른 예로, 핸들부(120)는 조작자가 적어도 두 개의 손가락을 끼울 수 있도록 가위 형상을 가지는 햅틱 디바이스로 구현될 수도 있다. 또 다른 예로, 핸들부(120)는 조작자가 모든 손가락을 끼울 수 있도록 글러브 형상을 가지는 햅틱 디바이스로 구현될 수도 있다.

도 1은 좌측 핸들부(120) 및 우측 핸들부(120)가 모두 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 햅틱 디바이스로 구현된 경우를 도시하고 있다. 그러나 개시된 발명은 이로 한정되지 않는다. 실시예에 따르면, 좌측 핸들부(120) 및 우측 핸들부(120)는 서로 다른 형상을 가지는 햅틱 디바이스로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 좌측 핸들부(120)는 가위 형상을 가지는 햅틱 디바이스로 구현되고, 우측 핸들부(120)는 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 햅틱 디바이스로 구현될 수 있다.

손목 지지부(140)는 조작자의 손목과 대응하는 위치에 배치된다. 손목 지지부(140)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 손목 지지부(140)는 고리형으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 조작자는 고리형의 손목 지지부(140)로 손을 통과시킨 후, 적어도 하나의 손가락의 끝을 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)의 골무형 고리에 삽입시킨다.

다른 예로, 손목 지지부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반고리형(semicircual)으로 만들어질 수 있다. 이 경우, 반고리형의 개방된 부분은 내측 즉, 조작자의 몸체를 향하도록 배치될 수 있다. 또는, 반고리형의 폐쇄된 부분은 외측을 향하도록 배치될 수 있다. 또는, 반고리형의 폐쇄된 부분은 지면을 향하여 배치될 수 있다. 이러한 손목 지지부(140)에는 힘/토크 검출부가 마련될 수 있다. 힘/토크 검출부는 조작자가 핸들부(120)에 가한 힘을 검출한다. 힘/토크 검출부는 예를 들어, 다축 힘/토크 센서일 수 있다.

링크부(130)의 일단은 손목 지지부(140)와 기계적으로 연결된다. 링크부(130)의 타단은 지지 프레임(137)의 상부에 결합된다. 지지 프레임(137)은 지지부(150)의 상부에 기계적으로 연결된다. 지지부(150)는 지면에 고정된다. 지지 프레임(137)은 지지부(150)의 결합 축을 중심으로 회전될 수 있다.

링크부(130)는 복수의 링크를 포함할 수 있다. 링크와 링크 사이에는 관절이 마련된다. 이 관절은 적어도 1 자유도를 가질 수 있다. 링크부(130)의 구조 및 동작 원리에 대한 보다 상세한 설명은 도 4 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

도 1은 링크부(130)의 타단이 지지 프레임(137)의 상부에 결합되어 있는 모습을 도시하고 있다. 그러나 링크부(130)의 구조는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 1과는 다르게 링크부(130)의 타단은 의자에 연결될 수도 있다.

한편, 핸들부(120), 링크부(130) 및 페달(110) 중 적어도 하나에는 슬레이브 로봇(200)과 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 제어신호 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 통신부(미도시)가 추가로 구비될 수 있다.

디스플레이부(180)는 영상 데이터 및 수술 정보 중 적어도 하나를 디스플레이한다. 디스플레이부(180)를 통해 디스플레이되는 영상 데이터는 슬레이브 로봇(200)의 내시경(도 3의 216a)에 의해 촬영된 영상이거나, 촬영된 영상을 영상 처리한 것일 수 있다. 영상 처리는 영상의 확대, 축소, 이동, 회전, 다른 영상과의 합성 및 필터링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 영상 처리는 슬레이브 로봇(200) 및 마스터 콘솔(100) 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 디스플레이부(180)를 통해 디스플레이되는 수술 정보는 환자에 대한 생체 정보를 포함할 수 있다. 생체 정보로는 체온, 맥박, 호흡 및 혈압 등을 예로 들 수 있다.

디스플레이부(180)는 하나 이상 마련될 수 있다. 도 1은 마스터 콘솔(100)에 세 개의 디스플레이부(180)가 가로 방향으로 나란히 배치된 모습을 도시하고 있다.

일 예로, 복수의 디스플레이부(180)에는 서로 다른 영상이 디스플레이될 수 있다. 구체적으로, 조작자의 정면에 위치한 메인 디스플레이부에는 내시경에 의해 촬영된 영상이 디스플레이될 수 있다. 그리고 메인 디스플레이부의 좌측 및 우측에 위치한 서브 디스플레이들에는 슬레이브 로봇의 동작 상태에 관한 정보 및 환자 정보가 각각 디스플레이될 수 있다.

다른 예로, 복수의 디스플레이부(180)에는 동일한 영상이 디스플레이될 수 있다. 이 때, 각각의 디스플레이부(180)마다 동일한 영상이 디스플레이될 수도 있고, 복수의 디스플레이부(180)를 통틀어 하나의 영상이 디스플레이될 수도 있다.

상술한 바와 같은 디스플레이부(180)는 예를 들어, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diodes), PDP(Plasma Display Panel), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

도 2는 수술 로봇에 포함된 슬레이브 로봇(200)의 외관을 예시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 슬레이브 로봇(200)은 캐스터(201), 몸체(202), 로봇 암(203~208) 및 수술기구 어셈블리(209)를 포함한다.

캐스터(201)는 슬레이브 로봇(200)의 이동을 위한 것으로, 몸체(202)의 하단에 장착된다. 몸체(202)의 하단에는 적어도 하나의 캐스터(201)가 마련될 수 있다. 각각의 캐스터(201)에는 캐스터의 동작 상태를 변경하기 위한 레버(미도시)가 마련될 수 있다. 조작자는 레버의 위치를 조절하여, 캐스터의 동작 상태를 변경할 수 있다. 캐스터의 동작 상태로는 제동, 자유이동(free swivel) 및 조향고정(directional lock, swivel lock)을 예로 들 수 있다.

로봇 암(203~208)은 몸체(202)의 상부에 마련된다. 로봇 암(203~208)은 x, y, z축 중에서 적어도 하나의 축을 따라 수술기구 어셈블리(209)를 이동시키거나, 적어도 하나의 축을 기준으로 수술기구 어셈블리(209)를 회전시킨다. 또한, 로봇 암(203~208)은 수술이 진행되는 동안에는 수술기구 어셈블리(209)의 위치 및 자세가 유지될 수 있도록 수술기구 어셈블리(209)를 지지한다.

로봇 암(203~208)은 복수의 링크부(204, 206, 208) 및 복수의 관절부(203, 205, 207)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 로봇 암(203~208)은 제1 관절부(203), 제1 링크부(204), 제2 관절부(205), 제2 링크부(206), 제3 관절부(207) 및 제3 링크부(208)를 포함할 수 있다.

제1 링크부(204)는 제1 링크 및 제1 링크를 감싸는 케이싱을 포함한다. 제1 링크는 직선형의 기둥 형상을 가지며, 몸체(202)와 수직한 방향으로 마련된다. 즉, 제1 링크는 지면에 수직한 방향으로 마련된다.

제1 관절부(203)은 몸체(202)와 제1 링크부(204)의 연결 부위에 마련된다. 제1 관절부(203)는 x, y, z축 중에서 지정된 축을 따라 이동하는 직선형 관절(prismatic joint)로 구현될 수 있다. 이러한 제1 관절(203)은 수술기구 어셈블리(209)의 병진 운동을 위한 부분으로, 3 자유도를 갖는다. 구체적으로, 제1 관절부(203)는 x축 병진 운동, y축 병진 운동 및 z축 병진 운동을 포함하는 3 자유도를 갖는다. 이를 위하여 제1 관절부(203)에는 x축 병진 구동부, y축 병진 구동부 및 z축 병진 구동부가 마련된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 각각의 병진 구동부는 특정 축을 따라 직선 운동을 안내하는 리니어 모션 가이드(Linear Motion guide), 및 리니어 모션 가이드에 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다.

제2 링크부(206)는 제1 링크부(204)의 선단에 마련된다. 제2 링크부(206)는 제2 링크 및 제2 링크를 감싸는 케이싱을 포함한다. 제2 링크는 곡선 형상을 갖는다. 구체적으로, 제2 링크는 원호의 일부와 같은 형상을 갖는다.

제2 관절부(205)는 제1 링크부(204)와 제2 링크부(206)의 연결 부위에 마련된다. 제2 관절부(205)는 x, y, z축 중에서 지정된 축을 기준으로 회전하는 회전형 관절(revolute joint)로 구현될 수 있다. 제2 관절부(205)는 수술기구 어셈블리(209)의 회전 운동을 위한 부분으로, 2 자유도를 갖는다. 구체적으로, 제2 관절부(205)는 수술기구 어셈블리(209)의 롤 방향 회전 및 피치 방향 회전을 포함하는 2 자유도를 갖는다. 이를 위하여 제2 관절부(205)에는 롤 구동부 및 피치 구동부가 마련될 수 있다.

롤 구동부로 구동력이 제공되면, 제2 링크부(206)가 롤 방향으로 회전한다. 제2 링크부(206)가 롤 방향으로 회전함에 따라, 제2 링크의 선단에 마련되어 있는 제3 링크부(208) 및 수술기구 어셈블리(209)도 모두 롤 방향으로 회전한다. 롤 구동부는 예를 들어, 모터, 진공 펌프(vacuum pump), 및 수압 펌프(hydraulic pump) 중 하나로 구현될 수 있다.

피치 구동부는 제2 링크의 원호 운동을 안내하는 R 가이드, 및 R 가이드로 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다. 피치 구동부의 모터가 구동되면, 제2 링크는 R 가이드를 따라 이동하게 된다. 그 결과, 제2 링크의 선단에 마련되어 있는 제3 링크부(206) 및 수술기구 어셈블리(209)가 피치 방향으로 회전하게 된다.

제3 링크부(208)은 제2 링크부(206)의 선단에 마련된다. 제3 링크부(208)는 고리 모양의 제3 링크를 포함할 수 있다. 제3 링크의 상부에는 수술기구 어셈블리(209)가 마련된다. 제3 링크의 하단에는 RCM(Remote Center Motion) 포인트를 지시하기 위한 복수의 발광부가 마련된다. 도 2는 세 개의 발광부가 마련된 경우를 보여주고 있다.

복수의 발광부는 제3 링크의 원주를 따라 동일한 간격으로 배치될 수 있다. 복수의 발광부는 RCM 포인트를 지시하기 위한 것이므로, 직진성이 강한 빛 예를 들어, 레이저 빔을 방출하는 발광소자로 구현될 수 있다.

복수의 발광부에서 발광된 레이저 빔은 RCM 포인트에서 교차된다. 로봇 암(203~208)이 x, y, z 방향 중 적어도 한 방향으로 이동되어, RCM 포인트가 환자의 절개부위에 일치되면, 가이드 튜브(210)가 환자의 절개부위로 삽입된다. 그 다음, 수술기구 어셈블리(209) 내에 마련되어 있는 로봇식 수술기구가 가이드 튜브(210)를 따라 환자의 절개부위로 삽입된다. 이 후, 로봇식 수술기구는 RCM 포인트를 꼭지점으로 하는 원뿔형 작업공간(conical workspace) 내에서만 움직이도록 제어될 수 있다. 로봇식 수술기구가 이러한 방식으로 제어되면, 절개부위의 외부에 위치한 로봇 암(203~208)에 예기치 않은 움직임이 발생하더라도, 절개부위가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

제3 관절부(207)는 제3 링크부(209)과 제2 링크부(206)의 연결 부위에 마련된다. 제3 관절부(207)는 x, y, z축 중에서 지정된 축을 기준으로 회전하는 회전형 관절(revolute joint)로 구현될 수 있다. 이러한 제3 관절부(207)는 수술기구 어셈블리(209)의 회전 운동을 위한 부분으로, 1 자유도를 갖는다. 구체적으로, 제3 관절부(207)는 수술기구 어셈블리(209)의 요 방향 회전을 포함하는 1 자유도를 갖는다. 이를 위하여 제3 관절부(207)에는 요 구동부가 마련될 수 있다.

요 구동부로 구동력이 제공되면, 수술기구 어셈블리(209)는 요 방향으로 회전한다. 요 구동부는 모터, 진공 펌프(vacuum pump), 및 수압 펌프(hydraulic pump) 중 하나로 구현될 수 있다.

수술기구 어셈블리(209)는 원통형의 케이싱과, 케이싱의 내면을 따라 구비된 복수의 로봇식 수술기구, 및 가이드 튜브(210)를 포함한다. 로봇식 수술기구는 복강 내부를 촬영하기 위한 내시경(도 3의 216), 인체 조직을 절제(resecting), 소작(cauterizing), 응고(coagulating)시키기 위한 수술기구(도 3의 212, 214)를 포함할 수 있다. 케이싱의 내면을 따라 구비된 복수의 로봇식 수술기구 중, 조작자에 의해 선택된 적어도 하나의 로봇식 수술기구는 가이드 튜브(210)를 통해 환자의 복강 내로 삽입될 수 있다. 로봇식 수술기구에 대한 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

수술기구 어셈블리(209)는 제3 링크부(208)와 기계적으로 분리될 수 있다. 이와 같이, 수술기구 어셈블리(209)가 제3 링크부(208)로부터 분리되는 경우, 수술에 사용된 수술기구를 교체하거나 소독하는 것이 용이하다.

도 3은 가이드 튜브(210)를 통해 전개된 로봇식 수술기구(212, 214, 216)를 예시한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)는 가이드 튜브(210)를 따라 환자의 복강 내로 삽입된다. 환자의 복강 내로 적어도 하나의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)를 진입시키는 것은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 환자의 복강 내로 가이드 튜브(210)를 삽입한 다음, 가이드 튜브(210)의 움직임을 고정시킨다. 그 다음 가이드 튜브(210) 내에 적어도 하나의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)를 삽입시킨 후, 가이드 튜브(210)의 내벽을 따라 이동시킬 수 있다. 다른 예로, 적어도 하나의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)를 가이드 튜브(210) 내에 삽입시키고, 이 상태로 가이드 튜브(210)를 환자의 복강 내로 진입시킬 수도 있다.

가이드 튜브(210)가 목표 위치에 도달하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 튜브(210)의 외부로 전개된다. 도 3은 3개의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)가 가이드 튜브(210)의 외부로 전개된 모습을 보여주고 있다.

각각의 로봇식 수술기구(212, 214, 216)는 복수의 링크(212b, 214b, 216b) 및 복수의 관절(212c, 214c, 216c)을 포함할 수 있다.

각 링크(212b, 214b, 216b)의 끝단에는 내시경(216a) 또는 수술기구(212a, 214a)가 마련된다. 내시경(216a)이나 수술기구(212a, 214a)는 슬레이브 로봇(200)의 엔드 이펙더로 이해될 수 있다.

링크와 링크 사이에는 관절(212c, 214c, 216c)이 마련된다. 이 관절(212c, 214c, 216c)은 고정형 관절(fixed joint), x, y, z축 중에서 지정된 축을 따라 회전하는 회전형 관절(revolute joint), x, y, z축 중에서 지정된 축을 따라 이동하는 직선형 관절(prismatic joint) 중 하나로 구현될 수 있다. 이러한 관절(212c, 214c, 216c)은 1 자유도 이상을 가질 수 있다.

각 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 각 관절(212c, 214c, 216c)에는 구동부가 마련될 수 있다. 구동부는 마스터 콘솔(100)로부터 수신한 제어신호에 따라 구동되어, 해당 관절을 이동시킨다. 구동부는 모터, 진공 펌프(vacuum pump), 수압 펌프(hydraulic pump) 중 하나로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서는 구동부가 모터로 구현된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

각 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 각 관절(212c, 214c, 216c)에는 검출부가 마련된다. 검출부는 관절의 위치(즉, 관절각)를 검출하기 위한 위치 검출부, 및 관절의 속도를 검출하기 위한 속도 검출부를 포함할 수 있다.

이상으로 수술 로봇에 포함되는 마스터 콘솔(100) 및 슬레이브 로봇(200)의 외관에 대한 일 예를 설명하였다. 이하 도 4 내지 도 11을 참조하여, 마스터 콘솔(100)에 마련된 마스터 장치(M)에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 마스터 콘솔에 포함된 두 개의 마스터 장치(M) 중에서 조작자의 오른쪽 손에 대응하는 마스터 장치(M)의 외관을 예시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 마스터 장치(M)의 측면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 마스터 장치(M)는 핸들부(120), 손목 지지부(140), 링크부(130), 및 지지부(150)를 포함할 수 있다.

핸들부(120)는 세 개의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)과 손잡이(124)를 포함할 수 있다. 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)은 예를 들어, 사람의 다섯개의 손가락 중에서 엄지, 검지 및 중지에 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 손잡이(124)는 예를 들어, 약지 및 소지에 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 조작자는 약지 및 소지를 이용하여 손잡이(124)를 잡을 수 있다.

복수의 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123) 및 손잡이(124)는 손목 지지부(140)에 기계적으로 연결될 수 있다. 손목 지지부(140)는 조작자의 손목과 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 손목 지지부(140)는 핸들부(120)를 회전시키기 위한 부분으로, 3 자유도를 가질 수 있다. 예를 들면, 손목 지지부(140)는 핸들부(120)를 x축, y축, 또는 z축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 손목 지지부(140)에는 3축 힘/토크 센서가 마련될 수 있다.

손목 지지부(140)는 링크부(130)와 기계적으로 연결될 수 있다. 링크부(130)는 손목 지지부(140)를 병진 운동시키기 위한 부분으로, 3 자유도를 가질 수 있다. 예를 들면, 링크부(130)는 손목 지지부(140)를 x축, y축, 또는 z축을 따라 이동시킬 수 있다.

링크부(130)는 복수의 링크(131, 132, 133, 134)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 링크부(130)는 제1 링크(131), 제2 링크(132), 제3 링크(133), 및 한 쌍의 제4 링크(134)를 포함할 수 있다. 마스터 장치(M)를 측면에서 보았을 때, 제1 내지 제4 링크(131, 132, 133, 134)는 하나의 평행사변형을 형성하도록 배치될 수 있다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1 링크(131)는 예를 들어, 지면과 평행하도록 배치될 수 있다. 제1 링크(131)의 일단에는 엔드 이펙터(136)가 마련될 수 있다. 엔드 이펙터(136)의 상부에는 손목 지지부(140) 및 핸들부(120)가 마련될 수 있다. 제1 링크(131)의 일단에는 손목 안쪽에 제1 풀리(131p)가 마련될 수 있다.

제1 링크(131)의 타단에는 제2 링크(132)의 일단이 회전축(132a)에 의해 결합된다. 이 때, 제2 링크(132)는 제1 링크(131)와 수직을 이루도록 배치될 수 있다. 제1 링크(131)의 타단에 연결된 제2 링크(132)는 회전축(132a)을 중심으로 회전할 수 있다.

제2 링크(132)의 타단에는 제3 링크(133)의 일단이 회전축(133a)에 의해 결합된다. 제3 링크(133)는 제1 링크(131)과 평행하게 배치될 수 있다. 제3 링크(133)의 길이는 제1 링크(131)의 길이보다 짧을 수 있다. . 제2 링크(132)의 타단에 연결된 제3 링크(133)는 회전축(133a)을 중심으로 회전할 수 있다.

제1 링크(131)와 제3 링크(133)의 사이에는 한 쌍의 제4 링크(134)가 배치될 수 있다. 이 때, 한 쌍의 제4 링크(134)의 길이는 제2 링크(132)의 길이와 동일할 수 있다. 한 쌍의 제4 링크(134)는 서로 마주보도록 배치된다.

한 쌍의 제4 링크(134)의 일단쪽에서, 하나의 제4 링크(134)와 다른 하나의 제4 링크(134)의 사이에는 제1 링크(131)가 배치된다. 한 쌍의 제4 링크(134)의 일단들과, 그 일단들 사이에 배치된 제1 링크(131)는 회전축(135a)에 의해 결합된다. 제1 링크(131)는 회전축(135a)를 중심으로 회전할 수 있다. 회전축(135a) 상에는 제2 풀리(135p)가 마련된다. 구체적으로, 제2 풀리(135p)는 제1 풀리(131p)와 마주보도록 회전축(135a) 상에 배치된다.

한 쌍의 제4 링크(134)의 타단쪽에서, 하나의 제4 링크(134)와 다른 하나의 제4 링크(134)의 사이에는 제3 링크(133)가 배치된다. 한 쌍의 제4 링크(134)의 타단들과, 그 타단들 사이에 배치된 제3 링크(133)는 회전축(134a)에 의해 결합된다. 제3 링크(133)는 회전축(134a)을 중심으로 회전할 수 있다. 회전축(133a) 상에는 제3 풀리(134p)가 마련된다. 구체적으로, 제3 풀리(134p)는 제2 풀리(135p)와 마주보도록 회전축(134a) 상에 배치된다.

제1 풀리(131p), 제2 풀리(135p) 및 제3 풀리(134p)는 각각 이중 홈을 가질 수 있다. 각각의 풀리에서 두 개의 홈은 서로 붙어 있는 형태를 가지거나, 일정 간격만큼 이격된 형태를 가질 수 있다.

각각의 풀리(131p, 134p, 135p)에 포함된 두 개의 홈 중에서, 손목 바깥쪽에 위치한 홈을 제1 홈이라 하고, 손목 안쪽에 위치한 홈을 제2 홈이라 하자. 각 풀리(131p, 134p, 135p)의 제1 홈에는 제1 케이블이 감길 수 있다. 그리고 각 풀리(131p, 134p, 135p)의 제2 홈에는 제2 케이블이 감길 수 있다.

구체적으로, 제1 케이블의 일단은 제1 풀리(131p)의 제1 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정된다. 그리고, 제1 케이블의 타단은 제2 풀리(135p)의 제1 홈에 감긴 다음, 제3 풀리(134p)의 제1 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정된다.

마찬가지로, 제2 케이블의 일단은 제1 풀리(131p)의 제2 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정된다. 그리고, 제2 케이블의 타단은 제2 풀리(135p)의 제2 홈에 간긴 다음, 제3 풀리(134p)의 제2 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정된다. 이 때, 제2 케이블이 각 풀리(131p, 134p, 135p)의 제2 홈에 감겨지는 방향은 제1 케이블이 각 풀리(131p, 134p, 135p)에 감겨지는 방향과 반대일 수 있다.

이처럼 복수의 풀리(131p, 134p, 135p) 및 복수의 케이블을 이용하면, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(136)의 위치가 변하더라도, 엔드 이펙터(136)의 자세가 지면에 대하여 항상 수평으로 유지될 수 있다. 이처럼 엔드 이펙터(136)의 자세가 항상 수평으로 유지되므로, 엔드 이펙터(136)의 상부에 마련되는 손목 지지부(140) 및 핸들부(120)의 자세도 항상 수평으로 유지될 수 있다.

이상으로, 도 4, 도 5, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 마스터 장치(M)의 구조에 대해서 설명하였다. 이상의 설명에서는 링크부(130)가 1축 구조를 가지는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나 링크부(130)의 구조는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 링크부(130)는 다축 구조를 가질 수 있다. 링크부(130)가 다축 구조를 갖는 경우에도 엔드 이펙터(136)의 자세는 지면에 대하여 항상 수평으로 유지될 수 있다. 이하, 다축 구조를 가지는 링크부(130)에서 엔드 이펙터(136)의 자세 유지 원리에 대한 보다 구체적인 설명을 위해 도 7을 참조하기로 한다.

도 7은 링크부(130)에서 엔드 이펙터의 자세가 유지되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (a)는 베이스 프레임, 적어도 하나의 풀리 및 엔드 이펙터의 배치 모습을 도시한 측면도이다. 도 7의 (b)는 적어도 하나의 링크가 회전된 모습을 도시한 측면도이다. 도 7의 (c)는 도 7의 (b)에 대한 평면도이다.

도 7의 (a)를 참조하면, 베이스 프레임과 엔드 이펙터는 일정 간격만큼 이격된 상태에서, 같은 방향으로 배치된다. 즉, 베이프 프레임과 엔드 이펙터는 베이스 프레임의 회전축과 엔드 이펙터의 회전축이 평행한 상태가 되도록 배치된다. 베이스 프레임과 엔드 이펙터 사이에는 적어도 하나의 풀리가 배치된다. 적어도 하나의 풀리는 서로 같은 방향으로 배치되며, 각 풀리의 회전축은 베이스 프레임의 회전축 및 엔드 이펙터의 회전축과 90도의 각도를 이루도록 배치된다. 베이스 프레임과 풀리의 사이, 풀리와 풀리의 사이, 풀리와 엔드 이펙터 사이에는 각각 링크(L)가 마련된다. 즉, 링크와 링크 사이에 마련된 풀리는 링크와 링크를 연결하는 관절인 것으로 이해될 수 있다.

베이스 프레임, 엔드 이펙터 및 적어도 하나의 풀리는 모두 두 개의 홈을 가진다. 이하, 두 개의 홈을 각각 '제1 홈'과 '제2 홈'이라 칭하기로 한다. 베이스 프레임에서 제1 홈(HB1)의 지름과 제2 홈(HB2)의 지름은 동일하다. 엔드 이펙터에서 제1 홈(HE1)의 지름(Rㅧ2)과 제2 홈(HE2)의 지름은 동일하다. 적어도 하나의 풀리에서 제1 홈(HP1)의 지름과 제2 홈(HP2)의 지름(rㅧ2)은 동일하다.

한편, 베이스 프레임, 엔드 이펙터 및 적어도 하나의 풀리에서, 제1 홈과 제2 홈 사이에는 일정한 간격이 형성된다. 제1 홈과 제2 홈 사이의 간격에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 7의 (a)를 참조하면, 베이스 프레임에서 제1 홈(HB1)과 제2 홈(HB2) 간의 간격은 풀리의 제1 홈(HP1)의 지름 및 제2 홈(HP2)의 지름(rㅧ2)과 동일하다. 그리고 풀리의 제1 홈(HP1)의 지름 및 제2 홈(HP2)의 지름(rㅧ2)은 엔드 이펙터에서 제1 홈(HE1)과 제2 홈(HE2) 간의 간격과 동일한 것을 알 수 있다.

도 7의 (c)를 참조하면, 베이스 프레임의 제1 홈(HB1)의 지름(Rㅧ2) 및 제2 홈(HB2)의 지름은 풀리의 제1 홈(HP1)과 제2 홈(HP2) 간의 간격과 동일한 것을 알 수 있다. 그리고 풀리의 제1 홈(HP1)과 제2 홈(HP2) 간의 간격은 엔드 이펙터의 제1 홈(HE1)의 지름(Rㅧ2) 및 제2 홈(HE2)의 지름과 동일한 것을 알 수 있다.

도 7의 (a)와 같이, 베이스 프레임과 엔드 이펙터 사이에 적어도 하나의 풀리가 배치된 상태에서, 제1 케이블(C1)의 일단은 베이스 프레임의 제1 홈(HB1)에 마련된 케이블 고정부(FB1)에 고정된다. 그 다음, 제1 케이블(C1)은 적어도 하나의 풀리의 제1 홈(HP1)에 차례로 감긴다. 이 때, 제1 케이블(C1)은 제1 방향으로 감긴다. 그 다음, 제1 케이블(C1)의 타단은 엔드 이펙터의 제1 홈(HE1)에 마련된 케이블 고정부(FE1)에 고정된다.

제1 케이블(C1)과 유사하게, 제2 케이블(C2)의 일단은 베이스 프레임의 제2 홈(HB2)에 마련된 케이블 고정부(FB2)에 고정된다. 그 다음, 제2 케이블(C2)은 적어도 하나의 풀리의 제2 홈(HP2)에 차례로 감긴다. 이 때, 제2 케이블(C2)은 제2 방향으로 감긴다. 즉, 제2 케이블은(C2)은 제1 케이블(C1)과 반대 방향으로 감긴다. 이 후, 제2 케이블(C2)의 타단은 엔드 이펙터의 제2 홈(HE2)에 마련된 케이블 고정부(FE2)에 고정된다.

이러한 상태에서 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 링크들이 회전하게 회면, 풀리들도 회전하게 된다. 그 결과, 각 풀리의 제1 홈(HP1)에 감겨져 있는 제1 케이블(C1)의 길이 및 각 풀리의 제2 홈(HP2)에 감겨져 있는 제2 케이블(C2)의 길이가 달라지게 된다. 실시예에 따르면, 각 풀리에서 변화된 케이블의 길이는 엔드 이펙터를 회전시킴으로써 보상할 수 있다. 제1 케이블을 예로 들면, 각 풀리의 제1 홈(HP1)에서 변화된 제1 케이블의 길이는 엔드 이펙터를 회전시켜 보상할 수 있다. 엔드 이펙터의 회전 정도는 수학식 1로부터 계산될 수 있다.

도 7의 (b)와 같이, 베이스 프레임과 엔드 이펙터 사이에 n개의 풀리가 마련되고, 베이스 프레임쪽에 위치한 풀리부터 '풀리 i', 풀리 i에 연결된 링크를 '링크 i'라 하자(i=1, 2, .., n-1). 그리고 링크 i가 회전된 각도를 θ_i라 한다면, 풀리 i의 제1 홈(HP1)에 감겨져 있는 제1 케이블(C1)의 길이는 rθ_i만큼 변하게 된다. 풀리 n의 제1 홈(HP1)에 감겨져 있는 제1 케이블(C1)의 길이는 Rθ_n만큼 변하게 된다. 수학식 1은 각 풀리에서 변화된 제1 케이블(C1)의 길이의 합이 0이 되도록 엔드 이펙터가 회전됨을 의미한다.

만약, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 메인 링크를 포함한 링크들이 전체적으로 요 방향으로 회전하는 경우, 엔드 이펙터는 링크들이 회전한 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다. 그 결과, 엔드 이펙터의 자세가 유지된다.

도 8은 핸들부(120)에 포함되는 다관절 로봇 손가락의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 8은 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇 손가락(122)은 3개의 링크를 포함할 수 있다. 다관절 로봇 손가락(122)은 사람 손가락을 구성하는 3개의 뼈마디에 각각 대응하는 3개의 링크를 포함할 수 있다. 구체적으로, 다관절 로봇 손가락(122)은 첫마디 링크(Proximal Phalange Link, PPL), 중간마디 링크(Middle Phalange Link, MPL), 및 끝마디 링크(Distal Phalange Link. DPL)을 포함할 수 있다.

각 링크와 링크 사이에는 관절이 마련될 수 있다. 이하, 첫마디 링크(PPL)의 일단에 마련된 관절을 'MCP 관절'이라 한다. 그리고 첫마디 링크(PPL)와 중간마디 링크(MPL)의 연결 부위에 마련된 관절을 'PIP 관절'이라 한다. 그리고 중간마디 링크(MPL)와 끝마디 링크(DPL)의 연결 부위에 마련된 관절을 'DIP 관절'이라 한다.

실시예에 따르면, MCP 관절, PIP 관절 및 DIP 관절은 세 개의 구동부에 의해 각각 구동될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, MCP 관절, PIP 관절, 및 DIP 관절은 예를 들어, 두 개의 구동부에 의해 구동될 수 있다(Underactuation). 즉, 관절의 개수보다 적은 개수의 구동부에 의해 구동될 수 있다. 구체적으로, DIP 관절과 PIP 관절을 연결하는 케이블을 하나의 구동부에 연결하고, PIP 관절과 MCP 관절을 연결하는 케이블을 다른 하나의 구동부에 연결할 수 있다. 이들 구동부는 예를 들어, 핸들부(120)의 손등 부분에 마련될 수 있다.

다관절 로봇 손가락(122)에서 끝마디 링크(DPL)의 끝에는 촉각 피드백 엑츄에이터(125)가 마련될 수 있다. 조작자는 검지의 끝을 촉각 피드백 엑츄에이터(125)에 삽입한 상태에서, 손가락을 움직일 수 있다. 조작자의 손가락이 움직임에 따라 다관절 로봇 손가락(122)의 각 관절이 움직이게 된다.

촉각 피드백 엑츄에이터(125)는 다른 다관절 로봇 손가락에도 마련될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 중지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(123)에 포함된 끝마디 링크(DPL)의 끝에도 촉각 피드백 엑츄에이터(125)가 마련될 수 있다. 그러나 촉각 패드팩 엑츄에이터(125)의 개수 및 설치 위치는 상술한 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 엄지 손가락에 대응하는 다관절 로봇 손가락에 포함된 끝마디 링크(DPL)의 끝에 마련될 수도 있다.

개시된 실시예에 따르면, 다관절 로봇 손가락의 끝단의 움직임은 가상 궤적을 따르도록 가이드될 수 있다. 이 때, 가상 궤적은 슬레이브 로봇(200)의 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련되는 수술기구(212a, 214a)의 종류에 따라 다를 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 설명을 위해 도 9a 및 도 9b를 참조하기로 한다.

도 9a는 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련되는 수술기구(212a, 214a)가 촉진 도구(palpation tool)인 경우, 다관절 로봇 손가락의 가상 궤적 및 다관절 로봇 손가락의 가이드 방법을 설명하기 위한 도면이다.

수술기구(212a, 214a)가 촉진 도구인 경우, 조작자는 엄지 및 중지의 위치를 고정시킨 상태에서, 검지를 앞뒤로 움직여 촉진 도구를 앞뒤로 움직일 수 있다. 따라서, 수술기구(212a, 214a)가 촉진 도구인 경우에는 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)에 대해서만 가상 궤적이 생성될 수 있다.

또한, 촉진을 위해서는 촉진 도구를 앞뒤로 움직여야 하므로, 촉진 도구에 대한 가상 궤적은 앞뒤 방향으로 형성될 수 있다. 한편, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단에 수평 방향으로 연결된 스프링(42) 및 수직 방향으로 연결된 스프링(41)이 있다고 가정하고, 각 스프링(41, 42)의 강성을 조절하면, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어할 수 있다.

도 9b는 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련되는 수술기구(212a, 214a)가 그리퍼(gripper)인 경우, 다관절 로봇 손가락의 가상 궤적 및 다관절 로봇 손가락의 가이드 방법을 설명하기 위한 도면이다.

수술기구(212a, 214a)가 그리퍼인 경우, 조작자는 중지는 고정시킨 상태에서, 엄지 및 검지를 상하로 움직여 그리퍼의 양 날이 벌어지도록 하거나 오므려지도록 할 수 있다. 그리고 엄지 및 검지가 맞닿은 상태 또는 엄지 및 검지가 벌려진 상태에서 엄지 및 검지를 동시에 앞뒤로 움직여 그리퍼를 앞뒤로 이동시킬 수 있다. 따라서, 수술기구(212a, 214a)가 그리퍼인 경우에는 엄지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(121) 및 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)에 대해서만 가상 궤적이 생성될 수 있다. 또한, 그리퍼의 양 날을 벌리거나 오므리기 위한 검지의 가상 궤적과 엄지의 가상 궤적은 대칭 관계에 있을 수 있다.

검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단에는 수평 방향으로 연결된 스프링(42) 및 수직 방향으로 연결된 스프링(41)이 있다고 가정할 수 있다. 또한, 엄지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(121)의 끝단에도 수평 방향으로 연결된 스프링(52) 및 수직 방향(51)으로 연결된 스프링이 있다고 가정할 수 있다. 이러한 상태에서, 검지에 수직 방향으로 연결된 스프링(41) 및 엄지에 수직 방향으로 연결된 스프링(51)의 강성을 조절하면, 그리퍼의 양 날이 지정된 가상 궤적을 따라 벌려지거나 오므려지도록 제어할 수 있다. 검지에 수평 방향으로 연결된 스프링(42) 및 수직 방향으로 연결된 스프링(41)의 강성을 조절하고, 엄지에 수평 방향으로 연결된 스프링(52) 및 수직 방향으로 연결된 스프링(51)의 강성을 조절하면, 그리퍼가 지정된 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어할 수 있다.

도 10은 핸들부(120)의 움직임 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 다관절 로봇 손가락(122)과 다관절 로봇 손가락에 대한 가상 궤적(80)이 도시되어 있다. 가상 궤적(80)은 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단의 움직임을 가이드하기 위한 것이다. 가상 궤적(80)은 로봇식 수술기구(212, 214)의 종류별로 생성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련되는 수술기구(212a, 214a)의 종류별로 생성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단의 현재 위치(82)가 가상 궤적(80)으로부터 벗어나 있다고 하자. 이 경우, 가상 궤적(80) 상에서 다관절 로봇 손가락(122)의 현재 위치(82)와 최단 거리에 있는 지점(81)을 검출한다. 그 다음, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단의 현재 위치(82)에서 검출된 지점(81)을 향하여 가해지는 수직 방향의 힘과, 검출된 지점(81)에서의 접선 방향의 힘을 조절하여, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적(80)을 따르도록 가이드할 수 있다.

만약 도 10에서 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적(80) 상에 있는 경우, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단의 현재 위치에서, 가상 궤적에 수직한 방향으로는 저항감을 높이고, 접선 방향으로는 저항감을 낮춘다. 이로써, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적(80)에 수직한 방향으로 벗어나는 것을 방지하고, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적(80)의 접선 방향으로 움직일 수 있도록 한다. 이를 통해 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 궤적에서 이탈하게 되면 다시 원 궤도로 복원될 수 있도록 제어 신호를 생성한다. 이와 같이 제어신호를 생성하면, 다관절 로봇 손가락(122)의 끝단이 가상 궤적(80)을 따르도록 가이드할 수 있다.

도 11은 마스터 장치(M)의 제어 구성을 예시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 마스터 장치(M)는 저장부(12), 가상 궤적 생성부(11), 마이크로 모션 생성부(13), 매크로 모션 생성부(14), 및 모션 융합부(15)를 포함할 수 있다.

저장부(12)는 다관절 로봇 손가락(121, 122, 123)에 대한 가상 궤적(80)을 저장할 수 있다. 가상 궤적(80)은 로봇식 수술기구(212, 214)의 종류에 따라 생성될 수 있다. 구체적으로, 가상 궤적(80)은 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련되는 수술기구(212a, 214a)의 종류에 따라 다르게 생성될 수 있다. 예를 들면, 수술기구(212a, 214a)가 촉진 도구인 경우에는, 엄지 및 중지를 제외하고, 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)에 대해서만 가상 궤적(80)이 생성될 수 있다. 이 때, 가상 궤적(80)은 촉진 도구의 모션을 고려하여 생성될 수 있다.

만약, 수술기구(212a, 214a)가 그리퍼인 경우에는, 중지를 제외하고, 엄지 및 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(121, 122)에 대해서만 가상 궤적이 생성될 수 있다. 엄지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(121)의 가상 궤적은 조작자의 엄지의 모션을 고려하여 생성될 수 있다. 검지에 대응하는 다관절 로봇 손가락(122)의 가상 궤적은조작자의 검지의 모션을 고려하여 생성될 수 있다.

가상 궤적 생성부(11)는 조작자 또는 외부 장치로부터 로봇식 수술기구(212, 214)의 종류에 대한 정보, 조작자에 대한 정보, 및 수술 과정에 대한 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 구체적으로, 가상 궤적 생성부(11)는 로봇식 수술기구의 종류에 대한 정보를 수신하고, 수신된 로봇식 수술기구의 종류에 대응하는 가상 궤적을 저장부(12)에서 검색할 수 있다. 그리고 조작자에 대한 정보 및 수술 과정에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 검색된 가상 궤적을 수정할 수 있다.

로봇식 수술기구(212, 214)의 종류에 대한 정보는 로봇식 수술기구(212, 214)의 끝단에 마련된 수술기구(212a, 214a)의 종류에 대한 정보를 의미할 수 있다. 조작자에 대한 정보로는 조작자의 성별, 조작자의 손가락 길이 등을 예로 들 수 있다. 수술 과정에 대한 정보로는 수술의 종류를 예로 들 수 있다.

동일한 로봇식 수술기구를 사용하더라도, 조작자마다 손가락의 길이가 다를 수 있다. 따라서, 조작자의 손가락 길이에 맞추어 가상 궤적을 수정하고, 수정된 가상 궤적을 따라 이동하도록 다관절 로봇 손가락을 가이드하면, 가상 궤적을 수정하지 않은 경우에 비하여 다관절 로봇 손가락의 움직임을 더 정밀하게 제어할 수 있다.

만약, 조작자의 손가락 길이 정보가 입력되지 않고, 조작자의 성별만 수신된 경우라면, 성별에 따른 평균 손가락 길이 정보에 기초하여, 가상 궤적이 생성될 수 있다.

또한, 동일한 로봇식 수술기구라 할지도 어떠한 수술 과정에 사용되는지에 따라서 로봇식 수술기구에 적용될 수 있는 가상 궤적이 달라질 수 있다. 따라서, 수술 과정에 대한 정보를 수신하여, 이에 맞게 가상 궤적을 수정하고, 수정된 가상 궤적을 따라 이동하도록 다관절 로봇 손가락을 가이드하면, 로봇식 수술기구가 불필요하게 움직이는 것을 방지할 수 있다.

저장부에서 검색된 가상 궤적, 또는 수신된 정보에 기초하여 수정된 가상 궤적은 마이크로 모션 생성부(13)로 제공될 수 있다.

마이크로 모션 생성부(13)는 다관절 로봇 손가락의 각 관절의 위치 및 속도에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 가상 궤적을 수신할 수 있다. 마이크로 모션 생성부(13)는 다관절 로봇 손가락의 끝단이 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.

매크로 모션 생성부(14)는 손목 지지부(140)의 회전 정보 및/또는 손목 지지부(140)의 위치 정보를 수신할 수 있다. 매크로 모션 생성부(14)는 손목 지지부(140)의 회전 정보에 기초하여, 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 자세를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 매크로 모션 생성부(14)는 손목 지지부(140)의 위치 정보에 기초하여, 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.

모션 융합부(15)는 마이크로 모션 생성부(13)에서 생성된 제어신호 및 매크로 모션 생성부(14)에서 생성된 제어신호를 융합하여 최종 모션 제어신호를 생성할 수 있다. 이 때, 모션 융합부(15)는 마이크로 모션 생성부(13)에서 생성된 제어신호 및 매크로 모션 생성부(14)에서 생성된 제어신호에 각각 가중치를 적용하여 최종 모션 제어신호를 생성할 수 있다. 각각의 제어신호에 적용되는 가중치는 각각의 신호를 스케일링하기 위한 스케일링 팩터로 이해될 수 있다. 스케일링 팩터는 조작자에 의해 사전에 설정될 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 최종 모션 제어신호는 로봇식 수술기구(212, 214, 216)의 모션을 제어하기 위한 신호로서, 통신부(미도시)를 통해 슬레이브 장치(20)로 전송될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예들을 설명하였다. 전술한 실시예들에서 일부 구성요소들은 일종의 '모듈(module)'로 구현될 수 있다. 여기서, '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 게다가, 상기 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내에서 하나 또는 그 이상의 CPU를 실행할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들은 전술한 실시예의 적어도 하나의 처리 요소를 제어하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 코드/명령을 포함하는 매체 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 구현될 수도 있다. 상기 매체는 상기 컴퓨터 판독 가능한 코드의 저장 및/또는 전송을 가능하게 하는 매체/매체들에 대응할 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능한 코드는, 매체에 기록될 수 있을 뿐만 아니라, 인터넷을 통해 전송될 수도 있는데, 상기 매체는 예를 들어, ROM, RAM, CD-ROM, 마그네틱 테이프, 플로피 디스크, 광학 기록 매체, 인터넷을 통한 데이터 전송(data transmission)과 같은 반송파(carrier wave)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 매체는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수도 있다. 상기 매체들은 분산 네트워크일 수도 있으므로, 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드는 분산 방식으로 저장/전송되고 실행될 수 있다. 또한 더 나아가, 단지 일 예로써, 처리 요소는 프로세서 또는 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 처리 요소는 하나의 디바이스 내에 분산 및/또는 포함될 수 있다.

이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 마스터 콘솔
110: 클러치 페달
120: 핸들부
130: 링크부
140: 손목 지지부
200: 슬레이브 로봇
201: 캐스터
202: 몸체
203: 제1 관절부
204: 제1 링크부
205: 제2 관절부
206: 제2 링크부
207: 제3 관절부

Claims

슬레이브 장치의 로봇 암에 마련된 로봇식 수술기구를 제어하기 위한 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 핸들부; 및
제1 제어신호를 생성하는 마이크로 모션 생성부;를 포함하고,
상기 제1 제어신호는 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 복수의 가상 궤적 중 제1 가상 궤적을 따라 이동하도록 상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 제어하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 로봇식 수술기구의 종류에 대한 정보가 수신되면, 기저장된 가상 궤적들 중에서 상기 수신된 로봇식 수술기구의 종류에 대응하는 가상 궤적을 검색하는 가상 궤적 생성부를 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 가상 궤적 생성부는
조작자에 대한 정보 및 수술 과정에 대한 정보 중 적어도 하나가 수신되면, 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 기초하여, 상기 검색된 가상 궤적으로부터 새로운 가상 궤적을 생성하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 마이크로 모션 생성부는
상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 상기 새로운 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 1 항에 있어서,
조작자의 손목에 대응하는 위치에 마련되며, 상기 핸들부를 x, y, z축 중 적어도 하나의 축을 중심으로 회전시키기 위한 손목 지지부; 및
상기 손목 지지부와 연결되며, 상기 손목 지지부의 병진 운동을 위한 링크부를 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 손목 지지부의 회전 정보에 기초하여 상기 로봇식 수술기구의 자세를 제어하기 위한 제어신호를 생성하고, 상기 손목 지지부의 위치 정보에 기초하여 상기 로봇식 수술기구의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 매크로 모션 제어부를 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 마이크로 모션 생성부에서 생성된 제어신호와 상기 매크로 모션 제어부에서 생성된 제어신호를 융합하여, 상기 로봇식 수술기구의 모션을 제어하기 위한 최종 모션 제어신호를 생성하는 모션 융합부를 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 모션 융합부는
상기 마이크로 모션 생성부에서 생성된 제어신호와 상기 매크로 모션 제어부에서 생성된 제어신호에 각각 가중치를 적용하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 링크부는
상기 손목 지지부가 마련되는 제1 링크;
상기 제1 링크의 타단과 연결되는 제2 링크;
상기 제2 링크의 타단과 연결되는 제3 링크; 및
상기 제3 링크의 타단 및 상기 제1 링크와 연결되는 제4 링크를 포함하며,
상기 제1 링크, 상기 제2 링크, 상기 제3 링크 및 상기 제4 링크는 평행사변형 구조를 이루는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 링크부는
상기 제1 링크의 일측에 마련된 제1 풀리;
상기 제1 링크와 상기 제4 링크가 결합되는 회전축 상에 배치되는 제2 풀리; 및
상기 제3 링크와 상기 제4 링크가 결합되는 회전축 상에 배치되는 제3 풀리;
상기 제1 풀리의 제1 홈, 상기 제2 풀리의 제1 홈, 및 상기 제3 풀리의 제1 홈에 감긴 제1 케이블;
상기 제1 풀리의 제2 홈, 상기 제2 풀리의 제2 홈, 및 상기 제3 풀리의 제3 홈에 감긴 제2 케이블을 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 케이블의 일단은 상기 제1 풀리의 제1 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정되고, 상기 제1 케이블의 타단은 상기 제2 풀리의 제1 홈에 제1 방향으로 감긴 후 상기 제3 풀리의 제1 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정되고,
상기 제2 케이블의 일단은 상기 제1 풀리의 제2 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정되고, 상기 제2 케이블의 타단은 상기 제2 풀리의 제2 홈에 제2 방향으로 감긴 후 상기 제3 풀리의 제2 홈에 마련된 케이블 고정부에 고정되는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 링크부는 상기 제1 내지 제4 링크가 회전함에 따라 변하는 상기 제1 케이블의 길이 및 상기 제2 케이블의 길이를 보상하여, 상기 손목 지지부의 자세를 유지시키는, 수술 로봇용 마스터 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 모션 생성부는
상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단의 현재 위치가 상기 가상 궤적을 벗어난 경우, 상기 가상 궤적 상에서 상기 현재 위치로부터 최단 거리에 있는 지점을 검출하고, 상기 검출된 지점과 상기 현재 위치를 연결하는 수직방향으로 가해지는 힘의 크기, 및 상기 검출된 지점에서의 접선 방향으로 가해지는 힘의 크기를 조절하는, 수술 로봇용 마스터 장치.
슬레이브 장치의 로봇 암에 마련된 로봇식 수술기구를 제어하기 위한 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락을 포함하는 핸들부를 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단에 대한 가상 궤적을 생성하는 단계;
상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단이 상기 가상 궤적을 따라 이동하도록 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 제어신호에 따라 상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 모션을 제어하는 단계를 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 가상 궤적을 생성하는 단계는
상기 로봇식 수술기구의 종류에 대한 정보가 수신되면, 기저장된 가상 궤적들 중에서 상기 수신된 로봇식 수술기구의 종류에 대응하는 가상 궤적을 검색하는 단계; 및
조작자에 대한 정보 및 수술 과정에 대한 정보 중 적어도 하나가 수신되면, 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 기초하여, 상기 검색된 가상 궤적으로부터 새로운 가상 궤적을 생성하는 단계를 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법.
제 14 항에 있어서,
조작자의 손목에 대응하는 위치에 마련되며, 상기 핸들부를 소정 축 방향으로 회전시키기 위한 손목 지지부의 회전 정보에 기초하여 상기 로봇식 수술기구의 자세를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 손목 지지부의 위치 정보에 기초하여 상기 로봇식 수술기구의 위치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 제어신호를 생성하는 단계는,
상기 적어도 하나의 다관절 로봇 손가락의 끝단의 현재 위치가 상기 가상 궤적을 벗어난 경우, 상기 가상 궤적 상에서 상기 현재 위치로부터 최단 거리에 있는 지점을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 지점과 상기 현재 위치를 연결하는 수직방향으로 가해지는 힘의 크기, 및 상기 검출된 지점에서의 접선 방향으로 가해지는 힘의 크기를 조절하는 단계를 포함하는, 수술 로봇용 마스터 장치의 제어 방법.