KR102616257B1 - Hysteresis compensation apparatus of flexible tube and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버튜브의 채널 내에 배치된 수술도구의 히스테리시스를 보상 제어하기 위한 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위해 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 와이어 텐션 정보를 입력받는 입력부, 수술도구의 이미지 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치가 개시된다.The present invention relates to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube, and more specifically, to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube for compensating and controlling the hysteresis of a surgical tool disposed in a channel of an overtube. It's about. For this purpose, an input unit receives the image information and wire tension information of the flexible surgical tool required for mode switching, determines the current state of the surgical tool based on the image information of the surgical tool, and sends a control mode change signal according to the current state of the surgical tool. A mode switching determination unit that generates, a mode switching unit that switches the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information according to the control mode change signal from the mode switching determination unit, and a learning model. A hysteresis compensation control device for a flexible tube is disclosed, which includes a compensation control unit that compensates and controls a flexible tube having hysteresis characteristics based on the tension error value calculated by .
Description
본 발명은 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버튜브의 채널 내에 배치된 수술도구의 히스테리시스를 보상 제어하기 위한 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube, and more specifically, to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube for compensating and controlling the hysteresis of a surgical tool disposed in a channel of an overtube. It's about.
도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(10)는 복수의 유연 수술도구(21,22)를 포함한다. 복수의 유연 수술도구(21,22)는 오버튜브의 몸체에 마련된 각각의 채널(11,12) 내에 삽입 배치된다. 일예로서 제1 수술도구(21)는 제1,2 견인 와이어(도면 미도시)에 의해 견인됨으로써 위치와 방향을 제어할 수 있다.As shown in Figure 1, the flexible overtube 10 includes a plurality of flexible surgical tools 21 and 22. A plurality of flexible surgical tools 21 and 22 are inserted and arranged into each channel 11 and 12 provided in the body of the overtube. As an example, the position and direction of the first surgical tool 21 can be controlled by being pulled by first and second traction wires (not shown).
유연 수술도구는 도 2에 도시된 바와 같이 히스테리시스 구간을 갖는다. 즉, 동일한 견인력 주어져도 유연 오버튜브 또는 수술도구의 형상에 따라 히스테리시스 구간이 발생된다. 이러한 히스테리시스 발생 구간에서의 오버튜브 또는 수술도구의 제어는 정밀하지 못한 단점을 갖는다.The flexible surgical tool has a hysteresis section as shown in FIG. 2. In other words, even if the same traction force is given, a hysteresis section occurs depending on the shape of the flexible overtube or surgical tool. Control of the overtube or surgical tool in this hysteresis occurrence section has the disadvantage of not being precise.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 히스테리시스 구간내에서도 유연 수술도구를 정밀하게 제어할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was created to solve the problems described above, and its purpose is to provide an invention that can precisely control a flexible surgical tool even within a hysteresis section.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
전술한 본 발명의 목적은, 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 텐션 정보를 입력받는 입력부, 수술도구의 이미지 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.The purpose of the present invention described above is to determine the current state of the surgical tool based on the input unit that receives image information and tension information of the flexible surgical tool required for mode switching, and the image information of the surgical tool, and to determine the current state of the surgical tool according to the current state of the surgical tool. Mode switching judgment unit that generates a control mode change signal, a mode that switches the control mode from flexible overtube control based on image information to flexible overtube control based on tension information according to the control mode change signal from the mode switching judgment unit. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control device for a flexible overtube, which includes a switching unit and a compensation control unit that compensates and controls a flexible surgical tool with hysteresis characteristics based on the tension error value calculated by the learning model. .
또한, 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보는 유연 오버튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 견인 와이어에 의해 견인되는 수술도구의 팁 영역을 촬영한 이미지 정보이다.In addition, the image information that determines the current state of the surgical tool is image information taken of the tip area of the surgical tool that is inserted into the channel of the body of the flexible overtube and pulled by the traction wire.
또한, 입력부는 오버튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 수술도구를 촬영하는 수술도구 이미지 촬영부, 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정하는 텐션 측정부를 포함하며, 수술도구 이미지 촬영부에서 촬영한 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 모드 스위칭 판단부로 전송함으로써 수술도구의 현재 상태를 판단한다.In addition, the input unit is inserted into the channel of the body of the overtube and includes a surgical tool image capture unit for photographing the surgical tool, a tension measurement unit for measuring the traction force of the traction wire of the surgical tool, and a surgical tool image capture unit photographed by the surgical tool image capture unit. The current state of the surgical tool is determined by transmitting image information of the tip area to the mode switching determination unit.
또한, 모드 스위칭 판단부는 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 바탕으로 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어모드로 제어 가능한지 여부를 판단한다.Additionally, the mode switching determination unit determines whether control is possible in the flexible overtube control mode based on image information based on image information of the tip area of the surgical tool.
또한, 수술도구의 이미지 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 이미지 오차값을 산출하는 이미지 정보 학습부, 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 텐션 오차값을 산출하는 텐션 정보 학습부를 더 포함한다.In addition, the image information learning unit learns according to a preset learning model based on the image information of the surgical tool and calculates the image error value through learning, and learns according to a preset learning model based on the tension information of the surgical tool, It further includes a tension information learning unit that calculates the tension error value through learning.
한편, 본 발명의 목적은 유연 수술도구의 이미지 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단함으로써 제1 제어모드 변경신호를 생성하거나 또는 유연 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단함으로써 제2 제어모드 변경 신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 이미지 모드 스위칭부, 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 텐션 모드 스위칭부, 텐션 정보 또는 이미지 정보를 기초로 생성된 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.Meanwhile, the purpose of the present invention is to generate a first control mode change signal by determining the current state of the surgical tool based on the image information of the flexible surgical tool or to use predefined tension control modeling based on the tension information of the flexible surgical tool. a mode switching determination unit that generates a second control mode change signal by determining whether the mode is applicable; an image mode switching unit that switches the control mode from flexible overtube control based on tension information to flexible overtube control based on image information; A tension mode switching unit that switches the control mode from flexible overtube control based on image information to flexible overtube control based on tension information, and hysteresis characteristics using compensation error values generated based on tension information or image information. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control device for a flexible overtube, which includes a compensation control unit for compensation control of a flexible surgical tool having.
또한, 제1 제어모드 변경신호는 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보에 포함된 수술도구의 팁 영역이 보이지 않거나 또는 다른 수술도구에 의해 가려져 있는 경우에 생성된다.Additionally, the first control mode change signal is generated when the tip area of the surgical tool included in the image information for determining the current state of the surgical tool is not visible or is obscured by another surgical tool.
또한, 텐션 모드 스위칭부는 제1 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭한다.Additionally, the tension mode switching unit switches the control mode according to the first control mode change signal.
또한, 제2 제어모드 변경신호는 수술도구의 하중에 변화가 있거나 또는 수술도구의 복수의 텐션 측정값 중 어느 하나의 측정값이 제로여서 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우에 생성된다.Additionally, the second control mode change signal is generated when there is a change in the load of the surgical tool or when one of the plurality of tension measurement values of the surgical tool is zero and does not correspond to tension control modeling.
또한, 이미지 모드 스위칭부는 제2 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭한다.Additionally, the image mode switching unit switches the control mode according to the second control mode change signal.
한편, 본 발명의 목적은 유연 수술도구의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계, 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보를 기초로 수술도구가 보이는지를 판단하는 단계, 수술도구가 보이지 않는다고 판단되면, 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계, 유연 수술도구의 텐션 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.Meanwhile, the purpose of the present invention is to compensate and control a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool, and determine whether the surgical tool is visible based on image information that determines the current state of the surgical tool. , if it is determined that the surgical tool is not visible, switching the control mode from compensation control based on image information to compensation control based on tension information, compensating and controlling the flexible surgical tool with hysteresis characteristics based on the tension information of the flexible surgical tool. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control method of a flexible overtube, comprising the steps:
또한, 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어모드가 변경된 후에, Additionally, after the control mode is changed from compensation control based on image information to compensation control based on tension information,
유연 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단하는 단계, 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단되면, 텐션 정보에 기초한 보상 제어에서 이미지 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계, 유연 수술도구의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함한다.A step of determining whether the flexible surgical tool corresponds to predefined tension control modeling based on tension information. If it is determined that it does not correspond to predefined tension control modeling, control is changed from compensation control based on tension information to compensation control based on image information. It includes switching modes and compensatingly controlling a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 히스테리시스 구간내에서도 유연 수술도구를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of precisely controlling a flexible surgical tool even within a hysteresis section.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구의 히스테리시스 특성 또는 곡선을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 대략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭하는 것을 순차적으로 설명한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭 한 후에 다시 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭하는 것을 순차적으로 설명한 도면이다.The following drawings attached to this specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention. Therefore, the present invention is limited to the matters described in such drawings. It should not be interpreted in a limited way.
1 is a diagram showing a flexible overtube according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a diagram showing the hysteresis characteristics or curve of a flexible surgical tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the approximate configuration of a hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram sequentially explaining the control mode switching from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 shows the control mode changed from the image information-based hysteresis compensation control to the tension information-based hysteresis compensation control according to an embodiment of the present invention, and then the control mode is changed from the tension information-based hysteresis compensation control to the image information-based hysteresis compensation control. This is a diagram sequentially explaining change and switching.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, one embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and it cannot be said that all of the configurations described in this embodiment are essential as a solution to the present invention. In addition, descriptions of matters that are obvious to those skilled in the art and skilled in the art may be omitted, and descriptions of such omitted components (methods) and functions may be sufficiently referenced without departing from the technical spirit of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 가요성 튜브에서 발생되는 히스테리시스를 보상 제어하는 장치이다. 이때, 가요성 튜브는 와이어로 구동 또는 견인되는 튜브로서, 일예로서 유연 오버튜브나 유연 오버튜브의 채널 내에 삽입되는 유연 수술도구 또는 유연 로봇 수술도구를 예시로 들 수 있다. 이하에서는 가요성 튜브의 일예로서 유연 오버튜브(10) 또는 유연 수술도구(21,22)를 예로들어 설명하기로 한다.A hysteresis compensation control device for a flexible tube according to an embodiment of the present invention is a device that compensates and controls hysteresis occurring in a flexible tube. At this time, the flexible tube is a tube that is driven or pulled by a wire, and examples include a flexible overtube or a flexible surgical tool or flexible robotic surgical tool inserted into a channel of the flexible overtube. Hereinafter, the flexible overtube 10 or the flexible surgical tool 21 and 22 will be described as an example of a flexible tube.
유연 오버튜브(10)는 유연한 튜브 몸체와 우연한 튜브의 채널 내에 유연 수술도구가 삽입된다. 유연 오버튜브(10)는 인체의 몸 내부로 삽입되며, 유연 튜브와 수술도구를 견인 와이어를 통해 위치(position)와 방향(orientation)을 제어함으로써 인체를 수술하는 장치이다. The flexible overtube 10 has a flexible tube body and a flexible surgical tool is inserted into the channel of the tube. The flexible overtube 10 is inserted into the human body and is a device that performs surgery on the human body by controlling the position and orientation of the flexible tube and surgical tools through a traction wire.
도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(10, 또는 튜브)는 유연한 몸체를 가지는 오버튜브 몸체(10a), 오버튜브 몸체(10a)의 내측으로 기 설정된 지름을 가지면서 형성된, 제1,2,3 채널(11,12,13), 각 채널에 삽입되는 수술도구 및 카메라부를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 채널(11)에는 제1 수술도구(21)가 삽입되며, 제2 채널(12)에는 제2 수술도구(22)가 삽입되고, 제3 채널(13)에는 카메라부(23)가 삽입될 수 있다. 다만, 채널의 개수 및 수술도구의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 전단부에는 각 채널 내에 삽입된 카메라부(23) 및 수술도구가 돌출되어 있다. 따라서 카메라부(23)는 전방을 촬영할 수 있고, 각 수술도구는 조직을 집거나 절제하는 수술을 견인 와이어(또는 구동 와이어)의 조작에 따라 제어할 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 후단부에는 견인 와이어(도면 미도시)를 조작할 수 있는 조작부(또는 제어부, 도면 미도시)가 배치된다. 견인 와이어는 조작부에서 오버튜브 몸체 또는 수술도구의 전단부까지 연결되어 있다. 따라서 사용자의 조작부 조작에 의해 견인 와이어의 위치와 방향을 제어할 수 있다. 이때, 일예로서 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어하기 위해서 제1 견인 와이어(10b)와 제2 견인 와이어(10c)를 조작부에 의해 조정함으로써 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 그리고 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치 및 방향 제어와 동일하게 각 수술도구의 위치 및 방향 제어도 동일한 원리로 설명될 수 있다.As shown in FIG. 1, the flexible overtube 10 (or tube) includes an overtube body 10a having a flexible body, first and second tubes formed inside the overtube body 10a and having a preset diameter. It includes 3 channels (11, 12, 13), surgical tools and a camera unit inserted into each channel. As shown in Figure 1, the first surgical tool 21 is inserted into the first channel 11, the second surgical tool 22 is inserted into the second channel 12, and the third channel 13 is inserted. The camera unit 23 may be inserted. However, the number of channels and surgical tools may be changed as needed. A camera unit 23 and a surgical tool inserted into each channel protrude from the front end of the overtube body 10a. Accordingly, the camera unit 23 can capture images of the front, and each surgical tool can control surgery to pinch or excise tissue according to the manipulation of the traction wire (or drive wire). An operating unit (or control unit, not shown) that can manipulate a traction wire (not shown) is disposed at the rear end of the overtube body 10a. The traction wire is connected from the operating unit to the overtube body or the front end of the surgical tool. Therefore, the position and direction of the traction wire can be controlled by the user's manipulation of the control panel. At this time, as an example, in order to control the position and direction of the flexible overtube body 10a, the first traction wire 10b and the second traction wire 10c are adjusted by the operating unit, so that the position and direction can be changed according to the traction force. . And, just as the position and direction control of the flexible overtube body 10a, the position and direction control of each surgical tool can be explained using the same principle.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브 몸체(10a) 또는 유연 수술도구(21,22)는 견인 와이어의 견인력에 따라 선형적인 슬로프(slope) 구간을 가져서 수술도구의 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 다만, 견인 와이어를 이용하여 수술도구를 제어할 때 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 견인력을 제공함에도 불구하고 그 견인력에 상응하도록 위치와 방향을 일정하게 제어할 수 없는 구간도 존재한다. 이 구간을 히스테리시스 영역이라 할 수 있으며, 이러한 히스테리시스 영역에서는 견인력이 동일하다 하더라도 수술도구의 위치와 방향 제어가 달라질 수 있다. 이러한 히스테리시스가 발생하는 이유는 일예로서 유연 수술도구 또는 유연 오버튜브가 체내에 삽입될 때 그 형상이나 꼬임이 달라져서 와이어와 와이어 시스간에 마찰력이 발생되어 일어날 수도 있고, 견인 와이어의 사용으로 인한 와이어 신장(elongation)이 원인일 수도 있다. 또한, 와이어의 슬랙(slack)에 의해 와이어를 견인하도록 제어 명령이 입력됨에도 불구하고 출력에 변화가 없는 일명 데드존(dead zone)이 발생되어 일어날 수도 있다. 또한, 유연 오버튜브 내의 시스 또는 와이어로 인한 일정하지 않은(un-uniform) 튜브 특성으로 발생될 수도 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the flexible overtube body 10a or the flexible surgical tools 21 and 22 have a linear slope section according to the traction force of the traction wire to control the position and direction of the surgical tool. You can. However, when controlling a surgical tool using a traction wire, even though the same traction force is provided as shown in FIG. 2, there are sections where the position and direction cannot be consistently controlled to correspond to the traction force. This section can be called a hysteresis area, and in this hysteresis area, the position and direction control of the surgical tool may vary even if the traction force is the same. The reason why this hysteresis occurs is, for example, when a flexible surgical tool or flexible overtube is inserted into the body, its shape or twist may change, which may cause friction between the wire and the wire sheath, or wire elongation due to the use of a traction wire ( elongation may be the cause. Additionally, slack in the wire may cause a so-called dead zone in which there is no change in output even though a control command is input to tow the wire. Additionally, it may be caused by un-uniform tube characteristics due to sheaths or wires within the flexible overtube.
따라서 본 발명에서는 이러한 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어함으로써 정밀하게 수술도구를 제어할 수 있다.Therefore, in the present invention, the surgical tool can be precisely controlled by compensating and controlling the flexible surgical tool having such hysteresis characteristics.
(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 구성 및 기능)(Configuration and function of hysteresis compensation control device of flexible overtube)
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 입력부(110), 모드 스위칭 판단부(120), 모드 스위칭부(130), 학습부(140), 보상 제어부(150)를 포함한다.As shown in Figure 3, the hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to an embodiment of the present invention includes an input unit 110, a mode switching determination unit 120, a mode switching unit 130, and a learning unit 140. , and includes a compensation control unit 150.
입력부(110)는 히스테리시스 제어를 위한 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 텐션 정보를 입력받는다. 이를 위해 입력부(110)는 수술도구 이미지 촬영부(111), 텐션 측정부(112), 텐션 변화량 산출부(113), 텐션 입력값 비교 판단부(114)를 포함한다.The input unit 110 receives image information and tension information of the flexible surgical tool required for mode switching for hysteresis control. For this purpose, the input unit 110 includes a surgical tool image capturing unit 111, a tension measuring unit 112, a tension change calculation unit 113, and a tension input value comparison determination unit 114.
수술도구 이미지 촬영부(111)는 제3 채널(13)에 삽입되며, 제1 채널(11)에 삽입되어 히스테리시스 보상 제어 대상체인 제1 수술도구(21)의 엔드 이펙터 또는 수술도구의 팁(21a) 영역을 촬영한 촬영 이미지를 생성한다. 이때, 제어 대상체가 제2 수술도구(22)인 경우에는 제2 수술도구(22)를 촬영할 수도 있으며, 필요에 따라서는 제1,2 수술도구(21,22) 모두를 촬영할 수도 있다. 한편, 수술도구 이미지 촬영부(111)는 고정될 수도 있고 또는 필요에 따라 움직임 제어가 가능한 구조로 채널 내에 삽입 고정될 수도 있다. 이때, 수술을 위해 실제 체내에 삽입된 카메라의 촬영 조건은 학습부(140)에서 이미 학습으로 활용된 수술도구의 촬영 위치, 촬영 각도 또는 촬영 영역과 정확히 일치하는 것이 바람직하다. The surgical tool image capturing unit 111 is inserted into the third channel 13, and the end effector of the first surgical tool 21 or the tip 21a of the surgical tool is inserted into the first channel 11 and is the subject of hysteresis compensation control. ) Create a captured image of the area. At this time, if the control object is the second surgical tool 22, the second surgical tool 22 may be photographed, and, if necessary, both the first and second surgical tools 21 and 22 may be photographed. Meanwhile, the surgical tool image capture unit 111 may be fixed or inserted and fixed into the channel in a structure that allows movement control as needed. At this time, it is desirable that the shooting conditions of the camera actually inserted into the body for surgery exactly match the shooting position, shooting angle, or shooting area of the surgical tool already used for learning in the learning unit 140.
텐션 측정부(112)는 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정한다. 견인력을 측정하기 위해 일예로서 견인 와이어의 장력을 측정하는 장력 측정센서를 배치하거나 또는 조작부에 배치된 견인 와이어를 구동시키는 모터의 부하를 측정할 수도 있다. The tension measuring unit 112 measures the traction force of the traction wire of the surgical tool. To measure the traction force, for example, a tension measuring sensor may be placed to measure the tension of the traction wire, or the load of the motor that drives the traction wire placed on the operating unit may be measured.
도 5에 도시된 바와 같이 이미지 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어로 제어 모드가 스위칭 된 후에 다시 이미지 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어로 모드가 스위칭 될 때 추가적으로 텐션 변화량 산출부(113) 및 텐션 입력값 비교 판단부(114)를 포함한다.As shown in Figure 5, after the control mode is switched from the surgical tool hysteresis compensation control based on image information to the surgical tool hysteresis compensation control based on tension information, the mode is additionally switched back to the surgical tool hysteresis compensation control based on image information. It includes a tension change calculation unit 113 and a tension input value comparison determination unit 114.
텐션 변화량 산출부(113)는 히스테리시스 보상 제어 대상체인 제1 수술도구(21)에 하중이 없다가 갑자기 하중이 가해지는 경우나 반대로 제1 수술도구(21)에 하중이 가해지다가 하중이 없어지는 경우 등 와이어 텐션 값이 변화되는 변화량을 산출한다. 어느 하나의 수술도구를 견인 와이어로 제어하기 위해서는 앞서 설명한 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 견인 와이어를 각각 조작해야 하며, 이에 따라 제1,2 견인 와이어의 와이어 장력 또는 견인력 측정센서가 필요하다. The tension change amount calculation unit 113 operates when there is no load on the first surgical tool 21, which is the object of hysteresis compensation control, and then a load is suddenly applied, or when a load is applied to the first surgical tool 21 and then the load disappears. Calculate the amount of change in the wire tension value. In order to control one surgical tool with a traction wire, each of the two traction wires must be manipulated as shown in FIG. 1 described above, and accordingly, wire tension or traction force measuring sensors for the first and second traction wires are required.
다만, 설명의 편의를 위하여 각각 1개의 견인 와이어로 설명하였을 뿐 실질적으로 1 자유도를 움직이기 위해서는 견인 와이어가 2개 필요하며, 2 자유도의 경우에는 총 4개의 견인 와이어가 필요하다. 또한, 견인 와이어 1개 당 구동 모터 1개가 필요하거나 또는 견인 와이어 2개 당 구동 모터 1개로 구동시킬 수도 있다.However, for convenience of explanation, each is described as one traction wire. In reality, 2 traction wires are needed to move 1 degree of freedom, and in the case of 2 degrees of freedom, a total of 4 traction wires are needed. Additionally, one drive motor is required per traction wire, or it can be driven with one drive motor per 2 traction wires.
텐션 변화량 산출부(113)는 각각의 측정센서에서 측정한 텐션값의 변화량을 산출한다. 텐션값의 변화량을 비교하여 무부하에서 부하로 바뀌거나 부하에서 무부하로 바뀌는 경우를 알 수 있고, 이러한 2가지 경우에는 텐션 정보를 기반으로 한 히스테리시스 보상 제어가 어려워 제어모드를 스위칭해야 한다. 즉, 이러한 경우 텐션 정보 기반 제어에서 이미지 정보 기반 제어로 변경해야 한다.The tension change calculation unit 113 calculates the change in tension value measured by each measurement sensor. By comparing the amount of change in tension value, you can know when it changes from no load to load or from load to no load. In these two cases, hysteresis compensation control based on tension information is difficult, so the control mode must be switched. In other words, in this case, it is necessary to change from tension information-based control to image information-based control.
텐션 입력값 비교 판단부(114)는 상술한 제1,2 와이어의 장력 또는 견인력 측정값(또는 텐션값) 중 어느 하나의 입력값이 '0'인 경우를 찾는다. 제1,2 와이어의 각각의 텐션값 중 어느 하나의 입력값이 '0'이면 텐션 정보를 기반으로 한 히스테리시스 보상 제어가 어려워 제어모드를 스위칭해야 한다. 즉, 이러한 경우 텐션 정보 기반 제어에서 이미지 정보 기반 제어로 변경해야 한다. 이하에서는 히스테리시스 보상 제어 대상체를 제1 수술도구(21)로 가정하여 설명한다. 다만, 제2 수술도구(22)의 히스테리리스 보상 제어도 동일한 원리로 설명될 수 있다.The tension input value comparison determination unit 114 finds a case where one of the tension or traction measurement values (or tension values) of the above-described first and second wires is '0'. If one of the tension values of the first and second wires is '0', hysteresis compensation control based on tension information is difficult and the control mode must be switched. In other words, in this case, it is necessary to change from tension information-based control to image information-based control. Hereinafter, the description will be made assuming that the hysteresis compensation control object is the first surgical tool 21. However, hysteresis compensation control of the second surgical tool 22 can also be explained using the same principle.
본 발명의 일실시예에 따른 모드 스위칭 판단부(120)는 유연 제1 수술도구(21)의 이미지 정보를 기초로 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단함으로써 제1 제어모드 변경신호(이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 모드 스위칭을 할 수 있도록 생성된 신호)를 생성한다. The mode switching determination unit 120 according to an embodiment of the present invention determines the current state of the first surgical tool 21 based on the image information of the flexible first surgical tool 21, thereby generating a first control mode change signal ( A signal generated to enable mode switching from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control) is generated.
모드 스위칭 판단부(120)는 유연 제1 수술도구(21)의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단함으로써 제2 제어모드 변경 신호(텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 모드 스위칭을 할 수 있도록 생성된 신호)를 생성한다.The mode switching determination unit 120 determines whether it corresponds to predefined tension control modeling based on the tension information of the flexible first surgical tool 21, thereby transmitting a second control mode change signal (from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based A signal generated to enable mode switching through hysteresis compensation control) is generated.
제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보는 제1 수술도구(21)의 팁(21a) 영역을 촬영한 이미지 정보이다. Image information for determining the current state of the first surgical tool 21 is image information obtained by photographing the tip 21a area of the first surgical tool 21.
모드 스위칭 판단부(120)는 이미지 분석 및 판단부(121) 및 텐션 모델링 분석 및 판단부(122)를 포함한다. The mode switching determination unit 120 includes an image analysis and determination unit 121 and a tension modeling analysis and determination unit 122.
이미지 분석 및 판단부(121)는 수술도구 이미지 촬영부(111)로부터 제1 수술도구(21)의 팁 영역의 촬영 이미지를 전송받는다. 전송받은 촬영 이미지를 통해 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단할 수 있다. 즉, 촬영 이미지를 분석함으로써 촬영 이미지에 포함된 제1 수술도구(21)의 팁 영역이 보이지 않거나 또는 제2 수술도구(22)에 의해 제1 수술도구(21)가 가려져 있는 경우에는 이미지 정보를 기반으로 한 보상 제어를 할 수 없으므로 이미지 분석 및 판단부(121)는 제1 제어모드 변경신호를 생성한다. 제1 제어모드 변경신호의 생성에 따라 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어 모드가 변경 스위칭된다. The image analysis and determination unit 121 receives a captured image of the tip area of the first surgical tool 21 from the surgical tool image capturing unit 111. The current state of the first surgical tool 21 can be determined through the received captured image. That is, by analyzing the captured image, if the tip area of the first surgical tool 21 included in the captured image is not visible or the first surgical tool 21 is obscured by the second surgical tool 22, image information is provided. Since based compensation control cannot be performed, the image analysis and determination unit 121 generates a first control mode change signal. According to the generation of the first control mode change signal, the control mode is switched from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control.
텐션 모델링 분석 및 판단부(122)는 텐션 변화량 산출부(113) 또는 텐션 입력값 비교 판단부(114)의 입력 값에 따라 텐션 제어 모델링에 해당하는지 여부를 판단하고, 판단에 따라 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단하면 더 이상 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어를 할 수 없기 때문에 제어 모드를 스위칭하기 위한 제2 제어모드 변경신호를 생성한다. 즉, 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드가 스위칭 된다. 이때, 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우의 일예로서 제1 수술도구(21)의 하중에 변화가 있거나(하중이 없다가 하중이 가해지는 경우, 하중이 가해지다가 하중이 없어지는 경우) 또는 제1 수술도구(21)를 견인하는 제1,2 견인 와이어의 각각의 텐션 측정값 중 어느 하나의 측정값이 '0'인 경우이다. 상술한 일예는 후술하는 텐션 정보 학습부(142)의 딥러닝 학습시에 가정된 예측 모델이 아닌 경우로서 이러한 경우에는 텐션 정보 기반으로 히스테리시스 보상 제어를 할 수 없다. 따라서 제어모드의 스위칭이 필요한다.The tension modeling analysis and determination unit 122 determines whether it corresponds to tension control modeling according to the input value of the tension change amount calculation unit 113 or the tension input value comparison determination unit 114, and performs tension control modeling according to the determination. If it is determined that it is not applicable, hysteresis compensation control based on tension information can no longer be performed, so a second control mode change signal is generated to switch the control mode. That is, the control mode is switched from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based hysteresis compensation control. At this time, as an example of a case that does not correspond to tension control modeling, there is a change in the load of the first surgical tool 21 (when there is no load and then a load is applied, when a load is applied and then the load disappears) or the first This is a case where one of the tension measurement values of the first and second traction wires for pulling the surgical tool 21 is '0'. The above-described example is a case where the prediction model is not assumed during deep learning learning by the tension information learning unit 142, which will be described later, and in this case, hysteresis compensation control cannot be performed based on tension information. Therefore, switching of control modes is necessary.
본 발명의 일실시예에 따른 모드 스위칭부(130)는 이미지 모드 스위칭부(131)와 텐션 모드 스위칭부(132)를 포함한다.The mode switching unit 130 according to an embodiment of the present invention includes an image mode switching unit 131 and a tension mode switching unit 132.
이미지 모드 스위칭부(131)는 이미지 분석 및 판단부(121)의 제1 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어로 제어모드를 스위칭한다. The image mode switching unit 131 performs the first surgery based on tension information in the compensation control of the first surgical tool 21 based on image information according to the first control mode change signal from the image analysis and determination unit 121. Tool (21) switches the control mode to compensation control.
텐션 모드 스위칭부(132)는 텐션 모델링 분석 및 판단부(122)의 제2 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어로 제어모드를 스위칭한다.The tension mode switching unit 132 controls the compensation control of the first surgical tool 21 based on image information according to the second control mode change signal from the tension modeling analysis and determination unit 122 to the first compensation control based on tension information. Switch the control mode to compensation control for the surgical tool (21).
본 발명의 일실시예에 따른 학습부(140)는 이미지 정보 또는 텐션 정보를 바탕으로 딥러닝 또는 머신 러닝을 수행하고, 학습을 통해 이미지 오차값 또는 텐션 오차값을 각각 산출한다. 이를 위해 학습부(140)는 이미지 정보 학습부(141) 및 텐션 정보 학습부(142)를 포함한다. The learning unit 140 according to an embodiment of the present invention performs deep learning or machine learning based on image information or tension information, and calculates an image error value or a tension error value through learning, respectively. For this purpose, the learning unit 140 includes an image information learning unit 141 and a tension information learning unit 142.
이미지 정보 학습부(141)는 제1 수술도구(21)의 팁(21a) 영역의 촬영된 이미지를 바탕으로 머신 러닝 또는 딥 러닝을 수행한다. 따라서 학습에 필요한 이미지를 획득하기 위한 카메라(23)의 촬영 조건과 실제 체내에 삽입되었을 때의 카메라(23)의 촬영 조건이 서로 일치하는 것이 바람직하다. 이미지 정보 학습부(141)는 기 정의된 학습모델에 따른 학습에 의해 체내에 삽입되어 현재 촬영된 제1 수술도구(21)의 이미지에 상응하는 이미지 보상 제어값 또는 이미지 보상 오차값을 산출한다. 이미지 보상 오차값은 보상 제어부(150)로 전송된다. 물론, 이때 생성되는 이미지 보상 오차값은 실제 제1 수술도구를 구동시키기 위한 견인 와이어 구동모터의 구동과 관련된 정보일 수 있다.The image information learning unit 141 performs machine learning or deep learning based on the captured image of the tip 21a area of the first surgical tool 21. Therefore, it is desirable that the shooting conditions of the camera 23 for acquiring images necessary for learning and the shooting conditions of the camera 23 when actually inserted into the body match each other. The image information learning unit 141 calculates an image compensation control value or an image compensation error value corresponding to the image of the first surgical tool 21 currently captured and inserted into the body through learning according to a predefined learning model. The image compensation error value is transmitted to the compensation control unit 150. Of course, the image compensation error value generated at this time may be information related to the driving of the traction wire drive motor for actually driving the first surgical tool.
텐션 정보 학습부(142)는 제1 수술도구(21)의 견인 와이어의 텐션 정보를 바탕으로 머신 러닝 또는 딥 러닝을 수행한다. 텐션 정보 학습부(142)는 기 정의된 학습모델에 따른 학습에 의해 체내에 삽입된 제1 수술도구(21)의 텐션 측정값에 상응하는 텐션 보상 제어값 또는 텐션 보상 오차값을 산출한다. 텐션 보상 오차값은 보상 제어부(150)로 전송된다.The tension information learning unit 142 performs machine learning or deep learning based on the tension information of the traction wire of the first surgical tool 21. The tension information learning unit 142 calculates a tension compensation control value or a tension compensation error value corresponding to the tension measurement value of the first surgical tool 21 inserted into the body by learning according to a predefined learning model. The tension compensation error value is transmitted to the compensation control unit 150.
보상 제어부(150)는 이미지 보상 오차값 또는 텐션 보상 오차값에 의해 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다. 이를 위해 보상 제어부(150)는 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151) 및 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)를 포함한다.The compensation control unit 150 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image compensation error value or the tension compensation error value. For this purpose, the compensation control unit 150 includes an image information-based hysteresis compensation control unit 151 and a tension information-based hysteresis compensation control unit 152.
이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 이미지 보상 오차값을 이용하여 제1 수술도구(21)를 히스테리시스 보상 제어한다. 즉, 현재 촬영한 제1 수술도구의 이미지 정보를 바탕으로 학습에 의해 산출한 이미지 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 보상 제어한다.The image information-based hysteresis compensation control unit 151 controls the first surgical tool 21 with hysteresis compensation using the image compensation error value. In other words, hysteresis compensation is controlled using the image compensation error value calculated through learning based on the image information of the currently captured first surgical tool.
텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 텐션 보상 오차값을 이용하여 제1 수술도구(21)를 히스테리시스 보상 제어한다. 즉, 현재 측정한 제1 수술도구의 텐션 정보를 바탕으로 학습에 의해 산출한 텐션 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 보상 제어한다.The tension information-based hysteresis compensation control unit 152 controls the first surgical tool 21 with hysteresis compensation using the tension compensation error value. That is, hysteresis compensation is controlled using the tension compensation error value calculated through learning based on the currently measured tension information of the first surgical tool.
(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법)(Hysteresis compensation control method for flexible overtube)
본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법은 도 4에 도시된 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되는 제1 방법과 도 5에 도시된 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되고, 다시 텐션 정보 기반 보상 제어에서 이미지 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되는 제2 방법을 이하에서 설명하기로 한다.The hysteresis compensation control method of a flexible overtube according to an embodiment of the present invention includes a first method in which the control mode is changed from the image information-based compensation control shown in FIG. 4 to the tension information-based compensation control and the image information shown in FIG. 5. A second method in which the control mode is changed from based compensation control to tension information-based compensation control, and then again from tension information-based compensation control to image information-based compensation control will be described below.
도 4에 도시된 바와 같이 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어는 다음의 단계를 수행함으로써 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 4, tension information-based compensation control in image information-based compensation control can be achieved by performing the following steps.
보상 제어부(150)는 먼저 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다(S11). 좀 더 자세하게 설명하면, 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 제1 수술도구(21)의 견인 와이어의 장력을 제어한다.The compensation control unit 150 first compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image information of the first surgical tool 21 (S11). In more detail, the image information-based hysteresis compensation control unit 151 controls the tension of the traction wire of the first surgical tool 21 based on the image information of the first surgical tool 21.
이때, 이미지 분석 및 판단부(121)는 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보를 기초로 제1 수술도구(21)가 보이는지를 판단한다. 제1 수술도구(21)가 카메라부(23)의 시야에서 가려지거나 사라지는 경우에는 더 이상 이미지 정보 기반 보상 제어를 할 수 없기 때문에 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단한다(S12). At this time, the image analysis and determination unit 121 determines whether the first surgical tool 21 is visible based on image information that determines the current state of the first surgical tool 21. When the first surgical tool 21 is obscured or disappears from the field of view of the camera unit 23, the current state of the first surgical tool 21 is determined because image information-based compensation control can no longer be performed (S12).
판단결과, 수술도구가 보이지 않는다고 판단되면, 모드 스위칭부(130)는 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭한다(S13).As a result of the determination, if it is determined that the surgical tool is not visible, the mode switching unit 130 switches the control mode from compensation control based on image information to compensation control based on tension information (S13).
제어모드의 스위칭에 따라 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 제1 수술도구(21)의 텐션 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다.According to the switching of the control mode, the tension information-based hysteresis compensation control unit 152 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the tension information of the first surgical tool 21.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어를 수행하다가 다시 이미지 정보 기반 보상 제어는 다음의 단계를 수행함으로써 이루어질 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, after performing tension information-based compensation control in image information-based compensation control, image information-based compensation control can be performed again by performing the following steps.
먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 S11 단계 내지 S14 단계까지는 동일하다. 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 제1 수술도구(21)의 텐션 정보에 기초하여 제1 수술도구(21)를 보상 제어하고 있다.First, as shown in FIGS. 4 and 5, steps S11 to S14 are the same. The tension information-based hysteresis compensation control unit 152 compensates and controls the first surgical tool 21 based on the tension information of the first surgical tool 21.
텐션 모델링 분석 및 판단부(122)는 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어모드가 변경된 후에 제1 수술도구(21)의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단한다(S15). 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우에는 더 이상 텐션 정보 기반 보상 제어를 할 수 없기 때문이다.The tension modeling analysis and determination unit 122 corresponds to predefined tension control modeling based on the tension information of the first surgical tool 21 after the control mode is changed from compensation control based on image information to compensation control based on tension information. Determine whether it is done (S15). This is because compensation control based on tension information can no longer be performed in cases that do not correspond to tension control modeling.
판단 결과, 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단되면, 이미지 모드 스위칭부(131)는 텐션 정보에 기초한 보상 제어에서 이미지 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭한다(S16)..As a result of the determination, if it is determined that it does not correspond to the predefined tension control modeling, the image mode switching unit 131 switches the control mode from compensation control based on tension information to compensation control based on image information (S16).
제어모드의 스위칭에 따라 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다.According to the switching of the control mode, the image information-based hysteresis compensation control unit 151 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image information of the first surgical tool 21.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다. In explaining the present invention, matters that are obvious to those skilled in the art and skilled in the art may be omitted, and descriptions of such omitted components (methods) and functions may be sufficiently referenced without departing from the technical spirit of the present invention. You will be able to. In addition, the components of the present invention described above are only described for the convenience of explaining the present invention, and components not described herein may be added without departing from the technical spirit of the present invention.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.The description of the configuration and function of each part described above is explained separately from each other for convenience of explanation, and if necessary, one configuration and function may be implemented by integrating with other components, or may be implemented in further detail.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to one embodiment, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. That is, those skilled in the art will easily understand that many modifications are possible without departing from the gist of the present invention. In addition, it should be noted that if a specific description of the known functions and their configurations related to the present invention or the combination relationship between each component of the present invention is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description has been omitted. something to do.
10 : 유연 오버튜브
10a : 오버튜브 몸체
10b : 제1 견인 와이어
10c : 제2 견인 와이어
11 : 제1 채널
12 : 제2 채널
13 : 제3 채널
21 : 제1 수술도구
21a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
22 : 제2 수술도구
22a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
23 : 카메라부
110 : 입력부
111 : 수술도구 이미지 촬영부
112 : 텐션 측정부
113 : 텐션 변화량 산출부
114 : 텐션 입력값 비교 판단부
120 : 모드 스위칭 판단부
121 : 이미지 분석 및 판단부
122 : 텐션 모델링 분석 및 판단부
130 : 모드 스위칭부
131 : 이미지 모드 스위칭부
132 : 텐션 모드 스위칭부
140 : 학습부
141 : 이미지 정보 학습부
142 : 텐션 정보 학습부
150 : 보상 제어부
151 : 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부
152 : 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부10: Flexible overtube
10a: Overtube body
10b: first traction wire
10c: second traction wire
11: 1st channel
12: 2nd channel
13: Third channel
21: first surgical tool
21a: End effector or surgical tool tip
22: Second surgical tool
22a: End effector or surgical tool tip
23: Camera unit
110: input unit
111: Surgical tool image recording unit
112: Tension measuring unit
113: Tension change calculation unit
114: Tension input value comparison determination unit
120: mode switching determination unit
121: Image analysis and judgment unit
122: Tension modeling analysis and judgment unit
130: mode switching unit
131: Image mode switching unit
132: Tension mode switching unit
140: Learning Department
141: Image information learning unit
142: Tension information learning department
150: compensation control unit
151: Image information-based hysteresis compensation control unit
152: Tension information-based hysteresis compensation control unit
Claims (12)
상기 수술도구의 이미지 정보를 기초로 상기 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 상기 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부,
상기 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부,
학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
An input unit that receives image information and wire tension information of flexible surgical tools required for mode switching,
A mode switching determination unit that determines the current state of the surgical tool based on image information of the surgical tool and generates a control mode change signal according to the current state of the surgical tool;
A mode switching unit that switches the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information in accordance with a control mode change signal from the mode switching determination unit,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, comprising a compensation control unit that compensates and controls a flexible tube having hysteresis characteristics based on the tension error value calculated by the learning model.
상기 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보는,
튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 견인 와이어에 의해 견인되는 수술도구의 팁 영역을 촬영한 이미지 정보인 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 1,
Image information that determines the current state of the surgical tool is,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that it is image information obtained by photographing the tip area of a surgical tool inserted into a channel of the body of the tube and pulled by a traction wire.
상기 입력부는,
튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 채널 내에 삽입된 수술도구를 촬영하는 수술도구 이미지 촬영부,
상기 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정하는 텐션 측정부를 포함하며,
상기 수술도구 이미지 촬영부에서 촬영한 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 상기 모드 스위칭 판단부로 전송함으로써 상기 수술도구의 현재 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 2,
The input unit,
A surgical tool image capture unit that is inserted into the channel of the body of the tube and takes pictures of the surgical tool inserted in the channel,
It includes a tension measuring unit that measures the traction force of the traction wire of the surgical tool,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that the current state of the surgical tool is determined by transmitting image information of the tip area of the surgical tool captured by the surgical tool image capture unit to the mode switching determination unit.
상기 모드 스위칭 판단부는,
상기 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 바탕으로 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어모드로 제어 가능한지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 3,
The mode switching determination unit,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that it determines whether control is possible in a flexible tube control mode based on image information based on image information of the tip area of the surgical tool.
상기 수술도구의 이미지 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 이미지 오차값을 산출하는 이미지 정보 학습부,
상기 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 텐션 오차값을 산출하는 텐션 정보 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 1,
An image information learning unit that learns according to a preset learning model based on the image information of the surgical tool and calculates an image error value through learning;
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising a tension information learning unit that learns according to a preset learning model based on the tension information of the surgical tool and calculates a tension error value through learning.
상기 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 상기 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 이미지 모드 스위칭부,
상기 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 상기 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 텐션 모드 스위칭부,
상기 텐션 정보 또는 이미지 정보를 기초로 생성된 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
A first control mode change signal is generated by determining the current state of the surgical tool based on image information of the flexible surgical tool, or by determining whether it corresponds to predefined tension control modeling based on tension information of the flexible surgical tool. 2 A mode switching determination unit that generates a control mode change signal,
An image mode switching unit that switches the control mode from flexible tube control based on the tension information to flexible tube control based on the image information,
A tension mode switching unit that switches the control mode from flexible tube control based on the image information to flexible tube control based on the tension information,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, comprising a compensation control unit that compensates and controls a flexible tube having hysteresis characteristics using a compensation error value generated based on the tension information or image information.
상기 제1 제어모드 변경신호는,
상기 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보에 포함된 수술도구의 팁 영역이 보이지 않거나 또는 다른 수술도구에 의해 가려져 있는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 6,
The first control mode change signal is,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that it is generated when the tip area of the surgical tool included in the image information for determining the current state of the surgical tool is not visible or is obscured by another surgical tool.
상기 텐션 모드 스위칭부는,
상기 제1 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 7,
The tension mode switching unit,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that the control mode is switched according to the first control mode change signal.
상기 제2 제어모드 변경신호는,
상기 수술도구의 하중에 변화가 있거나 또는 상기 수술도구의 복수의 텐션 측정값 중 어느 하나의 측정값이 제로여서 상기 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 6,
The second control mode change signal is,
Hysteresis compensation of a flexible tube, characterized in that generated when there is a change in the load of the surgical tool or when one of the plurality of tension measurement values of the surgical tool is zero and does not correspond to the tension control modeling. Control device.
상기 이미지 모드 스위칭부는,
상기 제2 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to clause 9,
The image mode switching unit,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, characterized in that the control mode is switched according to the second control mode change signal.
상기 제어 장치가 상기 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보를 기초로 상기 수술도구가 보이는지를 판단하는 단계,
상기 제어 장치가 상기 수술도구가 보이지 않는다고 판단되면, 상기 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계,
상기 제어 장치가 유연 수술도구의 텐션 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어방법.
A hysteresis compensation control device compensatingly controlling a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool, which is a flexible tube;
The control device determining whether the surgical tool is visible based on image information that determines the current state of the surgical tool,
When the control device determines that the surgical tool is not visible, switching the control mode from compensation control based on the image information to compensation control based on tension information,
A hysteresis compensation control method for a flexible tube, comprising the step of the control device compensatingly controlling a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on tension information of the flexible surgical tool.
상기 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어모드가 변경된 후에,
상기 유연 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단하는 단계,
기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단되면, 상기 텐션 정보에 기초한 보상 제어에서 이미지 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계,
유연 수술도구의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어방법.According to claim 11,
After the control mode is changed from compensation control based on the image information to compensation control based on tension information,
Determining whether it corresponds to predefined tension control modeling based on the tension information of the flexible surgical tool,
If it is determined that it does not correspond to predefined tension control modeling, switching the control mode from compensation control based on the tension information to compensation control based on image information;
A hysteresis compensation control method for a flexible tube, comprising the step of compensating and controlling a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool.
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|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |