KR20190049728A - 로봇 아암 - Google Patents

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KR20190049728A
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카렌 셰익스피어 쾨니그
파블로 이. 가르시아 킬로이
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버브 서지컬 인크.
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Abstract

로봇 수술 시스템은 로봇 아암을 포함하고, 로봇 아암은 로봇 아암에 적어도 5 자유도를 제공하는 제1 복수의 링크들 및 제1 복수의 작동식 조인트 모듈들을 갖는 제1 세그먼트, 및 제1 세그먼트의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 가지며, 로봇 아암에 적어도 2 자유도를 제공하는 제2 복수의 링크들 및 제2 복수의 작동식 조인트 모듈들을 포함하는 제2 세그먼트를 포함한다. 로봇 수술 시스템은 제2 세그먼트에 결합되고 수술 기구를 유지하도록 구성된 기구 드라이버를 추가로 포함한다. 제2 아암 세그먼트는 일반적인 구형 작업공간 내에서 수술 기구를 이동하도록 구성되고, 제1 아암 세그먼트는 구형 작업공간의 위치를 이동하도록 구성된다.

Description

로봇 아암
본 개시내용은 일반적으로 로봇 시스템 또는 로봇-보조 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 로봇 또는 로봇-보조 수술 시스템을 위한 로봇 아암에 관한 것이다.
복강경 수술과 같은 최소-침습 수술(MIS)은 외과 시술 동안 조직 손상을 감소시키도록 의도하는 기술들을 수반한다. 예를 들어, 복강경 시술들은 통상적으로 환자에(예컨대, 복부에) 다수의 작은 절개부들을 생성하는 것, 및 하나 이상의 도구들 및 적어도 하나의 카메라를 절개부들을 통해 환자 안으로 넣는 것을 수반한다. 이어서 외과 시술들은 카메라에 의한 시각화 보조가 제공되는, 도입된 기구들을 이용함으로써 수행된다.
일반적으로, MIS는 환자 흉터 감소, 환자 통증 감소, 환자 회복 기간 단축, 및 환자 회복과 연관된 의료 비용 절감과 같은 여러 이익들을 제공한다. 그러나, 표준 MIS 시스템에는 다수의 단점들이 있다. 예를 들어, 비-로봇 MIS 시스템은 외과의사를 더 많이 필요로 하는데, 그 이유는 부분적으로 그것들은 외과의사가 도구들을 통해 자연적이지 않을 수 있는 방식으로 조직을 간접적으로 조작하도록 요구하기 때문이다. 조작자로부터의 명령에 기초하여 도구들을 조작하기 위한 로봇 아암을 포함할 수 있는 종래의 로봇 시스템들은 MIS의 많은 이익들을 제공하는 반면, 외과의사에 대한 수요를 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 로봇 아암은 크고, 설치하고 관리하기 어려운 경향이 있다. 추가적으로, 많은 종래의 로봇 아암은 체내 장기에 대한 접근가능성을 제한하는 상당히 제한된 수의 아암 구성들을 갖는다. 따라서, 훨씬 더 다양한 시술들 및 환자 유형들에 대한 더 많은 임상적 옵션들을 사용하고 제시하기에 더 용이한 로봇-보조 수술 시스템을 위한 로봇 아암을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
일반적으로, 로봇 수술 시스템은 수술 기구를 유지하도록 구성된 로봇 아암 및 기구 드라이버를 포함할 수 있다. 로봇 아암은 롤 링크, 제1 평면 내에서 회전가능하고 베이스 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제1 링크, 및 제2 평면 내에서 회전가능하고 제1 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제2 링크를 포함할 수 있다. 기구 드라이버는, 기구 드라이버가 제1 평면 및 제2 평면 중 적어도 하나에 평행하지 않게 제2 링크의 원위 단부에 결합될 수 있다. 일부 변형예들에서, 로봇 아암은 기구 드라이버가 롤 링크와 제1 링크 및/또는 제2 링크 사이에 위치설정되는 간결한 구성으로 접힐 수 있다. 예를 들어, 롤 링크의 적어도 일부분은 롤 축을 따라 배향될 수 있고, 기구 드라이버의 적어도 일부분은 롤 축으로부터 각도적으로 오프셋될 수 있다.
로봇 아암 내의 제1 링크 및 제2 링크는 길이가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 링크는 제2 링크보다 짧을 수 있다. 제1 링크 및 제2 링크는 (예컨대, 본 명세서에 기재된 바와 같은, 평행사변형 또는 기타 적합한 4절 링크장치(four-bar linkage)를 동작시키기 위하여) 도르래 구성에 동작가능하게 결합될 수 있다.
일부 변형예들에서, 로봇 아암은 로봇 아암에 적어도 5 자유도를 제공하는 제1 복수의 작동식 링크들을 포함하는 제1 아암 세그먼트를 포함할 수 있다. 로봇 아암은 로봇 아암에 적어도 2 자유도를 제공하는 제2 복수의 작동식 링크들을 포함하는 제2 아암 세그먼트를 포함할 수 있다. 일부 변형예들에서, 제2 복수의 작동식 링크들은 롤 링크, 제1 링크, 및 제2 링크(예컨대, 위에서 기재된 롤 링크, 제1 링크, 및 제2 링크)를 포함할 수 있다. 일부 변형예들에서, 제2 아암 세그먼트는 일반적인 구형 작업공간 내에서 수술 기구를 이동하도록 구성될 수 있고, 제1 아암 세그먼트는 구형 작업공간의 위치를 이동하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, (예컨대, 제2 아암 세그먼트 내에서) 로봇 아암의 자유도는 제1 아암 세그먼트에 대한 롤 링크의 회전에 의해 제공될 수 있다. 제1 아암 세그먼트에 대한 롤 링크의 회전은, 예를 들어, 롤 방향으로의 기구 드라이버의 이동을 야기할 수 있다. 다른 예로서, (예컨대, 제2 아암 세그먼트에서) 로봇 아암의 자유도는 롤 링크에 대한 제1 링크 및 제2 링크의 동기식 회전에 의해 제공될 수 있다. 제1 링크 및 제2 링크의 동기식 회전은, 예를 들어, 피치 방향으로의 기구 드라이버의 이동을 야기할 수 있다.
일부 변형예들에서, 기구 드라이버는 수술 기구를 모션의 원격 중심 둘레에 회전시키도록 구성될 수 있다. 이러한 변형예들 중 일부에서, 제2 아암 세그먼트는 기구 드라이버를 롤 축 및 피치 축 둘레에 회전시키도록 구성될 수 있고, 롤 축과 피치 축 중 적어도 하나는 모션의 원격 중심과 교차하지 않는다. 예를 들어, 롤 축 및/또는 피치 축은 모션의 원격 중심으로부터 약 5 센티미터 이하, 또는 약 2 센티미터 이하로 오프셋될 수 있다. 일부 변형예들에서, 롤 축 및 피치 축은 둘 모두 모션의 원격 중심과 교차하지 않을 수 있다.
일반적으로, 일부 변형예들에서, 로봇 수술 시스템은 로봇 아암 및 기구 드라이버를 포함할 수 있다. 로봇 아암은 로봇 아암에 적어도 5 자유도를 제공하는 제1 복수의 링크들을 갖는 제1 아암 세그먼트, 및 로봇 아암에 적어도 2 자유도를 제공하는 제2 복수의 링크들을 갖는 제2 아암 세그먼트를 포함할 수 있다. 기구 드라이버는 수술 기구를 유지하도록 구성되고, 수술 기구를 모션의 원격 중심 둘레에 회전시키도록 구성될 수 있다. 제2 아암 세그먼트는 기구 드라이버를 롤 축 및 피치 축 둘레에 회전시키도록 구성될 수 있고, 롤 축 및/또는 피치 축은 모션의 원격 중심과 교차하지 않는다. 예를 들어, 일부 변형예들에서, 롤 축과 피치 축 중 적어도 하나는 모션의 원격 중심으로부터 약 5 센티미터 이하, 또는 약 2 센티미터 이하로 오프셋될 수 있다.
제2 아암 세그먼트는 기구 드라이버에 의해 유지되는 수술 기구를 일반적인 구형 작업공간 내에서 이동하도록 구성될 수 있고, 제1 아암 세그먼트는 일반적인 구형 작업공간의 위치를 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예들에서, 제2 복수의 링크들은 롤 링크, 제1 피치 링크, 및 제2 피치 링크를 포함할 수 있다. 제1 아암 세그먼트에 대한 롤 링크의 회전은 롤 축 둘레에 기구 드라이버의 이동을 야기할 수 있다. 제1 피치 링크와 제2 피치 링크의 동기식 회전은 피치 축 둘레에 기구 드라이버의 이동을 야기할 수 있다. 일부 변형예들에서, 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크는 길이가 상이할 수 있다(예컨대, 제1 피치 링크는 제2 피치 링크보다 짧을 수 있음).
일부 변형예들에서, 로봇 수술 시스템은 제1 및 제2 복수의 작동식 링크들을 작동시키도록 구성된 복수의 조인트 모듈들을 포함할 수 있다. 제어기는 복수의 제어 모드들 중 적어도 하나에 기초하여 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 중력 보상 모드에서, 제어기는 링크들 중 적어도 일부분에 작용하는 중력 힘을 결정하고, 결정된 중력 힘에 대응하기 위하여 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동시킬 수 있다. 다른 예로서, 마찰 보상 모드에서, 제어기는 적어도 하나의 조인트 모듈을 후방 구동하도록 작용하는 사용자-인가 힘의 존재를 결정하고, 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동시켜서 적어도 하나의 조인트 모듈을 후방 구동하는 데 필요한 사용자-인가 힘을 감소시킬 수 있다. 마찰 보상 모드에서, 제어기는, 예를 들어, 제어기가 사용자-인가 힘의 존재를 결정할 때까지 디더링 신호에 기초하여 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동시킬 수 있다.
일부 변형예들에서, 로봇 수술 시스템은 제1 아암 세그먼트 내의 제1 복수의 링크들 간의 상대 이동을 가능하게 하면서 제2 아암 세그먼트 내의 제2 복수의 링크들 중 적어도 일부분의 상대적인 위치들을 실질적으로 제한하도록 구성된 미세 위치설정 클러치를 포함할 수 있다. 기타 적합한 수동-작동형 및/또는 제어기-작동형 특징부들이 본 명세서에 기재된 것들과 같은, 로봇 수술 시스템을 동작시키는 데 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 로봇-보조 수술 시스템을 위한 로봇 아암의 일 변형예의 개략도들이다. 도 1e는 로봇 아암을 위한 구형 피치 조립체의 일 변형예의 상징적 개략도이다.
도 2a는 로봇 아암을 위한 구형 피치 조립체의 일 변형예의 개략도이다. 도 2b는 모션의 원격 중심이 이동하는 일련의 구성들에 걸쳐 이동하는, 도 2a에 도시된 구형 피치 조립체의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 로봇 아암을 위한 구형 피치 조립체의 일 변형예의 개략도들이다.
도 4는 오프셋된 구형 롤, 구형 피치, 및 기구 회전 축들을 갖는 로봇 아암을 위한 구형 피치 조립체의 다른 변형예의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 로봇-보조 수술 시스템을 위한 로봇 아암의 다른 변형예의 측면도, 평면도, 및 정면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 로봇 아암의 변형예의 예시적인 접철 구성들의 개략도들이다.
도 7a 및 도 7b는 접철 구성의 복수의 로봇 아암을 포함하고, 환자 테이블에 결합된 로봇 수술 시스템의 측면도 및 저면도이다.
도 8a 및 도 8b는 로봇 아암의 일 변형예의 "낮은" 아암 구성 및 "뒤집힌" 아암 구성의 개략도들이다.
도 9a는 예시적인 조인트 모듈의 사시도이다. 도 9b는 도 9a에 도시된 조인트 모듈의 고부하 부분의 사시도이다. 도 9c는 도 9a에 도시된 조인트 모듈 내의 모터 부분 및 전자장치 하우징의 사시도이다. 도 9d는 도 9a에 도시된 조인트 모듈 내의 노출된 전자장치 하우징의 사시도이다.
도 10a는 쌍-안정 안전 브레이크를 위한 이차 액추에이터의 일 변형예의 개략도이다. 도 10b는 도 10a에 도시된 이차 액추에이터에 대한 제어 다이어그램이다.
도 10c 내지 도 10g는 쌍-안정 브레이크를 작동시키기 위한 이차 액추에이터의, 다양한 상태에서의 개략도들이다.
도 11a는 쌍-안정 안전 브레이크의 일 변형예를 구비한 예시적인 조인트 모듈의 종단면도이다. 도 11b 내지 도 11f는 도 11a에 도시된 쌍-안정 안전 브레이크 내의 다양한 부조립체들의 개략도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11a에 도시된 브레이크의 "브레이크 오프" 모드에서의 개략도들이다.
도 13a 내지 도 13d는 도 11a에 도시된 브레이크의 "브레이크 온" 모드에서의 개략도들이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 쌍-안정 안전 브레이크의 다른 변형예의 사시도 및 종단면도이다. 도 14c는 도 14a 및 도 14b에 도시된 브레이크의 도시된 종단면도이다.
도 15a 및 도 15b는 조인트 모듈을 위한 밴드 브레이크-유형의 안전 브레이크의 다른 변형예의 부분 사시도들이다. 도 15c는 도 15a 및 도 15b에 도시된 브레이크의 분해 사시도이다. 도 15d는 도 15a 및 도 15b에 도시된 브레이크 내의 밴드 조립체의 사시도이다. 도 15e 및 도 15f는 각각 도 15a 및 도 15b에 도시된 브레이크의, "브레이크 오프" 모드 및 "브레이크 온" 모드에서의 측면도들이다. 도 15g 및 도 15h는 도 15a 및 도 15b에 도시된 브레이크를 제어하기 위한 예시적인 제어 다이어그램들이다.
도 16a 내지 도 16c는 로봇 아암 상의 터치포인트들의 예시적인 변형예들이다. 도 16d는 사용자에게 정보를 전달하기 위한 로봇 아암 상의 디스플레이 스크린의 예시적인 변형예이다.
도 17a는 사용자에게 정보를 전달하기 위한 로봇 아암의 광 모듈 조립체의 일 변형예의 개략도이다. 도 17b 및 도 17c는 도 17a에 도시된 광 모듈 조립체의 예시적인 조명 패턴들이다.
도 18은 로봇 아암의 일 변형예의 조인트 모듈들의 작동을 제어하기 위한 예시적인 제어 시스템 셋업의 개요도이다.
도 19는 로봇 아암을 위한 제어 시스템의 일 변형예에 대한 원시 모드 및 사용자 모드를 요약한 상태도이다.
본 발명의 다양한 양태들 및 변형예들의 비제한적인 예들이 본 명세서에 기술되고 첨부 도면에 도시된다.
로봇 아암 개요
일반적으로, (예컨대, 최소-침습 외과 시술을 가능하게 하기 위한) 로봇 또는 로봇-보조 수술 시스템은, 예컨대 최소-침습 수술 동안 수술 기구들을 조작하기 위한 하나 이상의 로봇 아암을 포함할 수 있다. 로봇 아암은 복수의 링크들, 인접한 링크들 사이의 상대 이동을 가능하게 하는 복수의 작동식 조인트 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 제1 세그먼트(110), 및 (제1 세그먼트(110)의 원위 단부에 결합된) 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 제2 세그먼트(150)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 기구 드라이버(180)는 제2 세그먼트(150)의 원위 단부에 결합될 수 있고, 캐뉼라(190)를 통과하는 수술 기구를 유지 및 작동시키도록 구성될 수 있다.
외과 시술에 로봇 아암(100)을 사용하는 동안, 제1 세그먼트(110)의 근위 단부는 외과 시술 동안 환자에 가까운 장착 지점에서 구조물(예컨대, 수술대, 카트,벽, 천장 등)에 장착되거나 또는 다른 방식으로 결합될 수 있다. 일부 변형예들에서, 제1 세그먼트(110)는 "직교형 아암" 세그먼트로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 제1 세그먼트(110)는 제1 세그먼트(110)의 장착 지점에 대한 3차원 공간(예컨대, x-y-z 좌표)에서 모션의 기계적 원격 중심(아래 추가로 기술됨)을 위치설정할 수 있기 때문이다. 또한, 제2 세그먼트(150)는 "구면형 아암" 세그먼트로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 제2 세그먼트(150)는 제2 세그먼트(150)의 모션의 범위에 의해 정의되는 바와 같이 대략 구형 체적의 공간 내에서 기구 드라이버에 의해 유지되는 수술 기구의 끝을 이동시킬 수 있다. 직교형 아암 세그먼트와 구면형 아암 세그먼트의 조합은 다양한 시술 유형들 및 환자 유형들에 대하여 수술 기구를 조작하기 위한 높은 차원의 셋업 유연성 및 기민함을 제공할 수 있다.
로봇 아암 링크들
일부 변형예들에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 세그먼트(110)는 제1 복수의 링크들 및 제1 복수의 링크들을 서로에 대하여 작동시키기 위한 제1 복수의 작동식 조인트 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 세그먼트(110)는 적어도 5개의 링크들: 베이스 링크(112), 숄더 피치 링크(114), 숄더 롤 링크(116), 엘보 링크(118), 및 포어아암 링크(120)를 포함할 수 있고, 이들은 일렬로 배열된다. 인접한 링크들은 인접한 링크들이 실질적으로 서로에 대하여 하나의 축 둘레의 이동으로 제한되도록 하는 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 베이스 링크(112) 및 숄더 피치 링크(114)는 실질적으로 클레비스 조인트 구조와 같이 피치 축 둘레의 상대 이동으로 제한될 수 있다(예컨대, 베이스 링크(112)의 종축과 숄더 피치 링크(114)의 종축 사이의 각도는 증가 또는 감소할 수 있음). 숄더 피치 링크(114) 및 숄더 롤 링크(116)는 실질적으로 롤 축 둘레의 상대 이동으로 제한될 수 있다(예컨대, 숄더 피치 링크(114) 및 숄더 롤 링크(116)의 종축들은 실질적으로 동축일 수 있음). 숄더 롤 링크(116) 및 엘보 링크(118)는 실질적으로 클레비스 조인트 구조와 같이 다른 피치 축 둘레의 상대 이동으로 제한될 수 있다(예컨대, 숄더 롤 링크(116)의 종축과 엘보 링크(118)의 종축 사이의 각도는 증가 또는 감소할 수 있음). 엘보 링크(118) 및 포어아암 링크(120)는 실질적으로 다른 롤 축 둘레의 상대 이동으로 제한될 수 있다(예컨대, 엘보 링크(118) 및 포어아암 링크(120)의 종축들은 실질적으로 동축일 수 있음).
추가적으로, 제1 세그먼트(110)는 모션의 기계적 원격 중심을 3차원 공간에서 위치설정하는 3 DOF 태스크를 초과하여 적어도 2의 잉여 DOF를 포함하는, 적어도 5 자유도(DOF)를 갖는 제1 세그먼트(110)를 작동시키도록 구성된 제1 복수의 작동식 조인트 모듈들(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 조인트 모듈(132a)은 숄더 피치 링크(114)를 베이스 링크(112)에 결합시키고, 숄더 피치 링크(114)를 축 A를 중심으로 베이스 링크(112)에 대하여 피봇시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 제2 조인트 모듈(132b)은 숄더 롤 링크(116)를 숄더 피치 링크(114)에 결합시키고, 숄더 롤 링크(116)를 축 B를 중심으로 숄더 피치 링크(114)에 대하여 회전시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 제3 조인트 모듈(132c)은 엘보 링크(118)를 숄더 롤 링크(116)에 결합시키고, 엘보 링크(118)를 축 C를 중심으로 숄더 롤 링크(116)에 대하여 피봇시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 제4 조인트 모듈(132d)은 포어아암 링크(120)를 엘보 링크(118)에 결합시키고, 포어아암 링크(120)를 축 D를 중심으로 엘보 링크(118)에 대하여 회전시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 제5 조인트 모듈(132e)은 로봇 아암의 제2 세그먼트를 (예컨대, 구형 베이스 링크(152)를 통해) 제1 세그먼트의 원위 단부(예컨대, 포어아암 링크(120))에 결합시키고, 로봇 아암의 제2 세그먼트를 축 E를 중심으로 포어아암 링크(120)에 대하여 피봇시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 링크들의 예시적인 작동 및 제어 기법들은 아래에 더 상세하게 기술된다.
제2 세그먼트(150)는 제2 복수의 링크들 및 제2 복수의 링크들을 서로에 대하여 작동시키기 위한 제2 복수의 작동식 조인트 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제2 세그먼트(150)는 적어도 4개의 링크들: 구형 베이스 링크(152), 구형 롤 링크(154), 및 각각 구형 피치 조립체(156)를 형성하는 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크(156a, 156b)를 포함할 수 있다. 위에서 기재한 바와 같이, 구형 베이스 링크(152)는 제1 세그먼트의 원위 단부(예컨대, 포어아암 링크(120))에 결합되어 제1 아암 세그먼트(110)와 제2 아암 세그먼트(150)를 연결시킬수 있다. 제1 세그먼트(110)에서와 같이, 제2 세그먼트(150) 내의 인접한 링크들은, 인접한 링크들이 실질적으로 서로에 대하여 하나의 축 둘레의 이동으로 제한되도록 하는 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 구형 베이스 링크(152)는 오직 축 E 둘레의 상대 이동을 허용하는 클레비스 조인트 구조를 이용하여 포어아암 링크(120)에 결합될 수 있다. 추가적으로, 구형 베이스 링크(152) 및 구형 롤 링크(154)는 실질적으로 롤 축 둘레의 상대 이동으로 제한될 수 있다(예컨대, 구형 베이스 링크(152) 및 구형 롤 링크(154)의 종축들은 실질적으로 동축일 수 있음).
추가적으로, 제2 세그먼트(150)는 제2 세그먼트(150)에 적어도 2 DOF를 제공하도록 구성된 제2 복수의 작동식 조인트 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제6 조인트 모듈(134f)은 구형 롤 링크(154)를 구형 베이스 링크(152)에 결합시키고, 구형 롤 링크(154)를 롤 축 F를 중심으로 구형 베이스 링크(152)에 대하여 회전시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 제7 조인트 모듈(134g)은 구형 피치 조립체를 (제1 피치 링크(156a)를 통해) 구형 롤 링크(154)에 결합시키고, 제1 피치 링크(156)를 축 G를 중심으로 구형 롤 링크(154)에 대하여 피봇시키도록 구성된 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 링크들의 예시적인 작동 및 제어 기법들은 아래에 더 상세하게 기술된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 제2 세그먼트(150)는 제1 피치 링크(156a) 및 제2 피치 링크(156b)를 포함하는 구형 피치 조립체(156)를 포함할 수 있다. 기구 드라이버(180)는 제2 피치 링크(156b)의 원위 단부에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1e에 도시된 바와 같이, 제1 피치 링크(156a), 제2 피치 링크(156b), 및 기구 드라이버는 평행사변형 또는 4절 링크장치의 3개의 링크들처럼 이동할 수 있는데, 축 G를 중심으로 한 제1 피치 링크(156a)의 회전을 모션의 기계적 원격 중심(RCM)에서 피치 축 G'을 중심으로 한 기구 드라이버의 회전으로 복제하기 위하여 1:1 비율을 갖는 구동 메커니즘(아래 추가적으로 기재되는 것들과 같음)으로 제한되며, 축 G'은 축 G에 오프셋되고 평행하다. 다시 말해서, 제7 조인트 모듈(134g)은 제1 피치 링크(156a)가 축 G를 중심으로 피봇하도록 작동시킬 수 있는데, 이는 구형 피치 조립체(156)를 통해 간접적으로 기구 드라이버(및 기구 드라이버에 의해 유지되는 수술 기구)가 RCM에서 축 G'을 중심으로 피봇하도록 작동시킨다. 피치 조립체(156)는 다른 종래의 피치 조립체 메커니즘들에 비해 용이성, 속도, 및 유연성이 증가된 RCM을 중심으로 수술 기구를 조작하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예들에서, 피치 조립체(156)는 길이가 상이한 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크를 포함할 수 있고, 길이는 피치 링크의 단부들 상의 피봇 포인트들 사이에서 측정된다. 예를 들어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 피치 링크(156a)는 제2 피치 링크(156b)보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예들에서, 제1 피치 링크(156a)의 길이(피봇 포인트들 사이에서 측정된 바와 같음)는 제2 피치 링크(156b)의 길이(피봇 포인트들 사이에서 측정된 바와 같음)의 약 10% 내지 약 80%일 수 있다. 일부 변형예들에서, 제1 피치 링크 길이는 제2 피치 링크 길이의 약 20% 내지 약 70%, 또는 제2 피치 링크 길이의 약 25% 내지 약 65%일 수 있다. 예를 들어, 제1 피치 링크(156a)는 제2 피치 링크(156b)에 대하여 물리적 간섭 없이 회전하여, 피치 조립체(156)가 자체적으로 더 작은 부피, 또는 더 간결한 구성으로 접히거나 접철되게 할수 있다. 추가적으로, 더 짧은 피치 링크 길이는 피치 조립체가 동작하는 데 요구되는 작업공간 체적을 줄일 수 있는데, 그 이유는 더 짧은 피치 링크는 그것이 회전하는 동안 더 작은 부피를 스윕(sweep)하기 때문이다. 이러한 구성은, 예를 들어, 보관, 운반, 피치 조립체와 환자 또는 수술 인원의 충돌 위험을 감소시키고/시키거나 피치 조립체와 로봇 아암의 다른 부분들의 충돌 위험을 감소시키는 데 유용할 수 있다.
예를 들어, 일부 변형예들에서, 피치 조립체는 불완전 평행사변형처럼 이동하는 4절 링크장치의 일부일 수 있다. 예를 들어, 도 2a의 계략도에 도시된 바와 같이, 제1 피치 링크(156a) 상의 피봇 포인트들 사이의 거리는 거리 "A"일 수 있고, 제2 피치 링크(156b) 상의 피봇 포인트들 사이의 거리는 거리 "B"일 수 있고, 제2 피치 링크(156b) 상의 원위 피봇 포인트와 RCM 사이의 거리는 거리 "C"일 수 있고, RCM과 제1 피치 링크(156a) 상의 근위 피봇 포인트 사이의 가상 링크를 따른 거리는 거리 "D"일 수 있다. 거리 "A"는, 피치 조립체(156) 및 기구 드라이버(180)가 이동함에 따라 유효 길이 "A"를 갖는 제1 링크(156a) 및 유효 길이 "C"를 갖는 링크의 회전이 항상 평행하지 않도록 거리 "C"보다 짧을 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 피치 조립체(156)가 이동함에 따라, RCM이 약간 이동하는 경향이 있다. 예를 들어, 도 2b는 제1 피치 링크(156a)가 그것의 근위 단부를 축 G를 중심으로 (예를 들어, 도 1d에 언급된 바와 같이) 회전시킨 결과인, 피치 조립체(156)의 일련의 4가지 예시적인 자세들을 도시한다. 피치 조립체가 도 2b의 자세 "a"에서 자세 "d"까지 이동함에 따라, RCM은 피치 링크들에 의해 부분적으로 형성되는 평행사변형의 불완전 속성으로 인해, 완전히 정지 상태를 유지하는 대신에 이동하게 된다. 일부 변형예들에서, 축 G를 중심으로 한 제1 피치 링크(156a)의 이동은 수행중인 수술 태스크의 속성으로 인해 제한될 수 있다. 예를 들어, 일 예시적인 변형예에서, 제1 피치 링크(156a)의 길이(피봇 포인트들 사이에서 측정된, 위에서 거리 "A"로 기재된 바와 같음)는 약 2 인치 내지 약 4 인치일 수 있고, 제2 피치 링크(156b)의 길이(피봇 포인트들 사이에서 측정된, 위에서 거리 "B"로 기재된 바와 같음)는 약 7 인치 내지 약 9 인치일 수 있다. 이 예시적인 변형예에서, 아암 및 기구 드라이버가 전형적인 수술 태스크들을 수행중인 경우, 제7 조인트 모듈(134g) 내의 모션의 피치 범위는, 예를 들어, 일반적으로 약 10 도 내지 약 30 도일 수 있다. 이러한 예시적인 조건들 하에서, RCM은 이 예시적인 변형예에서 약 1 cm 내지 약 3 cm 이동하는 경향이 있을 수 있다. 다른 변형예들에서, 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크(156a, 156b)는 기타 적합한 길이들을 가질 수 있고/있거나 수행중인 수술 태스크들에 대한 모션의 피치 범위는 달라질 수 있으며, 이는 RCM으로 하여금 약 1 cm 미만 또는 약 3 cm 초과로 이동하게 할 수 있음을 이해해야 한다. 일부 변형예들에서, 피치 조립체에 근접한 제1 아암 세그먼트(예컨대, 직교형 아암 세그먼트)는 공간에서 고정된 또는 실질적으로 고정된 RCM 포인트를 유지하는 제어 알고리즘에 기초하여 제어됨으로써, 다른 방식으로 일어날 수 있는 RCM의 이동을 보상할 수 있다. 일탈하는 RCM을 보상하기 위한 이러한 제어 알고리즘들 또는 제어 모드들은, 예를 들어, 가상 RCM을 유지하기 위한 본 명세서에 기재된 것들과 유사할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 변형예에서, 구형 피치 링크장치 조립체(356)는 4절 링크장치 이동을 용이하게 하는 일련의 도르래들 및 도르래들을 연결하는 일련의 밴드들을 포함한다. 제1 피치 링크(356a)는 축 G을 중심으로 제1 피치 링크(356a)의 회전을 구동하는 조인트 모듈 액추에이터의 출력 샤프트에 결합되는 반면, 제2 피치 링크(356b)는 기구 드라이버에 회전가능하게 결합된다. 제1 피치 링크(356a)는 조인트 모듈 액추에이터의 하우징에 결합되고 제1 피치 링크(356a)의 내부 공간 내의, 일반적으로 제1 피치 링크(356a)의 근위 지점에 위치하는 제1 도르래(310)를 포함한다. 제1 피치 링크(356a)는 제1 피치 링크(356a)의 내부 공간 내의, 일반적으로 제1 피치 링크(356a)의 원위 지점에 위치하는 제2 도르래(312)를 또한 포함한다. 제2 도르래(312)는 제2 피치 링크(356b)의 근위 지점에 단단히 고정된다.
추가적으로, 제2 피치 링크(356b)는 제3 도르래(314)를 포함하며, 이는 일반적으로 제2 피치 링크(356b)의 근위 지점에 위치하고, 제2 피치 링크(356b)의 내부 체적 안으로 연장되는 제1 피치 링크(356a)의 샤프트에 장작되고 단단히 고정되어, 제1 피치 링크(356a)가 회전할 때, 제3 도르래(314)가 대응하여 회전하도록 한다. 제2 피치 링크(356b)는 제2 피치 링크(356b)의 내부 공간 내의, 일반적으로 제2 피치 링크(356b)의 원위 지점에 위치하는 제4 도르래(316)를 또한 포함한다. 기구 드라이버는 제2 피치 링크(356b)의 원위 지점에 회전가능하게 결합되고, 따라서 제4 도르래(316)가 회전할 때 이동하도록 제한된다.
적어도 하나의 밴드(도 3a 및 도 3b에 도시되지 않음)가, 조인트 모듈이 축 G를 중심으로 제1 피치 링크(356a)의 회전을 구동할 때, 제2 피치 링크(356b)의 배향이 조인트 모듈 액추에이터의 하우징의 배향에 대하여 고정된 채로 유지되도록, 제1 및 제2 도르래들 둘레를 둘러싼다. 유사하게, 적어도 하나의 밴드(미도시)가, 제2 피치 링크(356b)가 회전할 때, 기구 드라이버 배향이 제1 피치 링크(356a)의 배향에 대하여 고정된 채로 유지되도록, 제3 및 제4 도르래들 둘레를 둘러싼다. 요약하자면, 축 G를 중심으로 한 제1 피치 링크(356a)의 회전은 피치 링크들, 도르래들, 및 밴드들의 시스템을 통해 축 G'을 중심으로 한 기구 드라이버의 회전으로 변환된다. 대안적인 실시예들에서, 도르래들은 케이블들, 벨트들, 및/또는 기타 적합한 구동 부재들과 연동될 수 있다.
제1 및 제2 도르래들(310, 312), 및 제3 및 제4 도르래들(314, 316)을 연결하는 밴드들은 위에서 기재된 회전 운동으로의 변환을 용이하게 하기 위하여 적당히 조여져야 한다. 따라서, 피치 조립체(356)는 텐셔닝 조립체(tensioning assembly)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 텐셔닝 조립체는 제1 및 제2 도르래들(310, 312) 및 대응하는 밴드들이 있는 평면에 위치하는 적어도 하나의 텐셔너(tensioner) 도르래, 및 제3 및 제4 도르래들(314, 316) 및 대응하는 밴드들이 있는 평면에 위치하는 적어도 하나의 텐셔너 도르래를 포함할 수 있다. 텐셔닝 도르래들의 평면내 위치는 밴드들의 텐션을 보정하기 위하여 (예컨대, 체결구들을 이용하여) 조정 및 설정될 수 있다. 그러나, 피치 조립체(356)는 턴버클(turnbuckle), 또는 임의의 적합한 텐셔닝 조립체를 포함할 수 있다. 밴드들은 피치 조립체의 조립 동안 사전결정된 텐션 레벨로 조여지고, 로봇 아암의 사용의 과정 동안에 걸쳐 모니터링되고 다시 조여질 수 있다. 대안적으로, 피치 조립체의 적어도 일부분은 적절히-조여진 피치 조립체 부품들, 예컨대, 정기적인 유지보수의 부품으로 교체되도록 교환가능할 수 있다.
로봇 아암 내의 피치 조립체를 위한 도르래 구성들의 예시적인 변형예들(예컨대, 구동 부재를 도르래에 부착하기 위한 조립체들, 텐셔닝 메커니즘들 등)은 본 명세서와 공동 출원되고, 발명의 명칭이 "BELT TERMINATION AND TENSIONING IN A PULLEY ARRANGEMENT FOR A ROBOTIC ARM"이고, 대리인 문서번호 제VESU-032/00US 326240-2039인, 미국 특허 출원 Ser. No. ______에 상세히 추가로 기재되며, 이는 본 명세서에 전체적으로 참조로서 포함된다.
기구 드라이버(180)는 캐뉼라(190) 내의 수술 기구를, 도 1c에 도시된 기구 축 H를 따라 배향하도록 구성될 수 있다. 기구 드라이버(180)는, 예를 들어, 축 H를 중심으로 한 기구의 회전 및 축 H을 따른 병진을 가능하게 함으로써, 추가적인 2 DOF를 제공할 수 있다. 잉여의 2 DOF를 표현하는 대안적인 방법은, 기구 드라이버를 포함하는 로봇 아암의 전체 8 DOF를 위하여 제1 및 제2 아암 세그먼트의 7 DOF에 축 H를 중심으로 한 기구 샤프트의 회전(기구 드라이버에 존재하는 DOF)을 포함시킨 뒤, 로봇 아암의 목적을 6 DOF 태스크처럼 벡터(수술 기구)를 공간에서 위치설정하도록 고려하는 것일 수 있다. 따라서, 이러한 6 DOF 태스크를 수행하는 데 이용가능한 8 DOF는 잉여 2 자유도를 야기한다. 구형 롤 축 F, 오프셋 피치 축 G', 및 기구 축 H의 교차는 캐뉼라(190) 내의 수술 기구에 대하여 모션의 기계적 원격 중심("RCM")을 한정한다. 일반적으로, 기계적 RCM은 수술 기구를 위한 포트 배치와 밀접하게 일치한다(예컨대, 캐뉼라(190)는 포트에 결합됨).
다른 변형예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 아암 세그먼트(구면형 아암)의 회전 축들 중 적어도 일부는 공동 지점에서 교차하지 않으며, 이는 도 1d 및 도 1e에 도시된 변형예에 대비된다. 대신에, 구면형 아암 내의 링크들은, 축 F(구형 롤 축, 이 축을 중심으로 구형 롤 링크(454)가 회전함), 축 G'(구형 피치 축, 이 축을 중심으로 모션이 조인트 모듈(434g)에 의해 피치 링크들(456a, 456b)을 이용하여 원격으로 제어됨), 및 축 H(기구 회전 축, 이 축을 중심으로 기구 드라이버(480)가 축방향으로 기구를 회전시킴)가 일반적으로 공동 지역에서 만나지만, 서로 사전결정된 거리(예컨대, 약 1 내지 5 센티미터, 또는 약 2 내지 4 센티미터, 또는 약 3 센티미터)만큼 오프셋되도록 구성될 수 있다. 일부 변형예들에서, 기구 축(축 H)은 RCM에서 교차할 수 있는 반면, 롤 축(축 F) 및/또는 피치 축(축 G')은 RCM과 교차하지 않는다. 예를 들어, 롤 축 및/또는 피치 축은 모션의 원격 중심으로부터 약 5 센티미터 이하, 또는 모션의 원격 중심으로부터 약 2 센티미터 이하로 오프셋될 수 있다. 아암 링크들의 다양한 길이들이 조정되어 이 오프셋(예컨대, 제1 피치 링크(456a)보다 짧음)을 완수할 수 있다.
예를 들어, 3D 공간 내의 동일한 지점을 중심으로 마치 그 지점이 기계적 RCM인 것처럼 수술 기구를 이동시키기 위하여, 아암에 대한 제어 알고리즘은 축 오프셋들을 보상하기 위하여, 명령받은 기구의 모션들 동안 아암(제1 세그먼트, 또는 직교형 아암을 포함함) 내의 일부 또는 모든 조인트들의 적합한 작동을 계산한다. 예를 들어, 일부 변형예들에서, 롤 축(축 F)과 기구 축(축 H) 사이의 오프셋은 약 2 센티미터일 수 있다. 구형 롤 링크(454)가 롤 축을 중심으로 약 90 도 시계방향으로 도 4에 보이는 바와 같이 회전하는 경우, 축 오프셋들을 보상하고 동일한 유효 RCM을 유지하기 위하여, 조인트들(J1 내지 J5)을 갖는 제1 세그먼트(예컨대, 위에 기재된 바와 같은 직교형 아암)는 집합적으로, 구형 롤 링크(454)를 끝지점이 약 2 cm 위로 그리고 약 2 cm 우측에 있는 원호를 따라 병진하도록 이동할 수 있다(도 4의 사시도에서 보이는 바와 같음). 각각의 조인트(J1 내지 J5)의 특정 회전 이동은 이러한 모션을 할 때의 로봇 아암의 특정 자세에 따라 달라질 수 있다.
일부 영역들에서, 오프셋들을 보상하기 위한 제어 알고리즘은 아래에 더 상세하게 기술된 가상 RCM 제어 모드에서 구현된 것과 유사할 수 있다. 따라서, 원격조종 동안 유효 RCM을 중심으로 하는 모션의 바람직한 아치형 범위를 유지하는 능력을 희생하지 않으면서 간결한 아암 설계가 달성될 수 있다. 이러한 오프셋된 구형 롤, 구형 피치, 및/또는 기구 회전 축들을 구현하는 로봇 아암의 한가지 이익은 로봇 아암이 더 간결하게 접철 구성으로 접히도록 구성될 수 있다는 것이다. 이러한 간결한 구성은, 예를 들어, 환자 테이블 아래에서 (또는 다른 적합한 보관 위치, 예컨대 이동용 카트에서), 로봇 아암이 테이블의 모션(예컨대, 틸팅)을 방해하거나 또는 달리 모션의 범위를 제한하거나, 영상 시야(예컨대, CT 스캔과 같은 의료 영상)를 가로막지 않도록 하는 효율적인 보관을 위해 바람직할 수 있다. 추가적으로, 위에서 기재한 바와 같이, 구형 롤 축, 구형 피치 축, 및 기구 회전 축 중 적어도 하나가 오프셋된 로봇 아암 구성에서, 감소된 작업공간 체적이 피치 조립체가 동작하는 데 요구될 수 있는데, 그 이유는 더 짧은 피치 링크가 그것의 회전 동안 더 작은 부피를 스윕할 것이기 때문이다.
일부 변형예들에서, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(500)은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 제1 세그먼트(510), 제1 세그먼트(510)의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖고, 원위 단부를 추가로 갖는 제2 세그먼트(550), 및 제2 세그먼트(550)의 원위 단부에 결합되고 캐뉼라를 통과하는 수술 기구를 유지 및 작동시키도록 구성된 기구 드라이버(580)를 포함할 수 있다. 제1 세그먼트(510) 및 제2 세그먼트(550)는 일반적으로 위에서 기재된 제1 세그먼트(110) 및 제2 세그먼트(150)와 유사할 수 있는데, 아래 기재된 것들을 제외하고, 구성요소들이 도 1a 내지 도 1c에 도시된 것과 유사하게 번호가 부여된다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 위에서 기재된 로봇 아암과 유사하게, 제1 세그먼트(510)는 적어도 5 자유도를 제공하는 복수의 링크들을 포함할 수 있고, 제2 세그먼트(550)는 적어도 2 자유도를 제공하는 복수의 링크들을 포함할 수 있다.
제1 세그먼트(510)는 제2 세그먼트(520)가 이동하는 작업공간의 위치를 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 5a에 도시된 변형예에서, 제1 세그먼트(510)의 종축들의 적어도 일부는 인접한 링크들 사이에 있는 조인트들로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 숄더 롤 링크(516)의 종축 및/또는 엘보 링크(518)의 종축은 조인트(J3)(예컨대, 엘보 조인트)의 중심으로부터 측방향으로 오프셋될 수 있다. 이러한 측방향 오프셋은, 예를 들어, 숄더 롤 링크(516) 및 엘보 링크(518)가 서로에 더 간결하게 접히게 할 수 있다. 적합한 측방향 오프셋은, 예를 들어, 링크의 직경의 약 1/4(또는 반경의 약 1/2)에 이르는 거리일 수 있다. 유사하게, 로봇 아암의 간결한, 접철 구성을 추가로 가능하게 하도록 인접한 조인트(들)에 대한 로봇 아암 내의 다른 링크들의 측방향 오프셋들이 포함될 수 있다.
도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(500)의 제2 세그먼트는 구형 베이스 링크(552), 구형 베이스 링크(552)에 결합된 구형 롤 링크(554), 구형 롤 링크(554)의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제1 피치 링크(556a), 및 제1 피치 링크(556a)의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제2 피치 링크(556b)를 포함할 수 있다.
구형 롤 링크(554)는 근위 부분(554a) 및 근위 부분(554a)에 결합된 원위 부분(554b)을 포함할 수 있다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 구형 롤 링크(554)의 근위 부분(554a) 및 원위 부분(554b)은 일반적으로 원통형이고, 각 종축들에 따라 정렬될 수 있다. 근위 부분(554a) 및 원위 부분(554b)의 직경은 유사할 수 있다. 그러나, 다른 변형예들에서 근위 부분(554a) 및 원위 부분(554b)은 임의의 적합한 형상(예컨대, 프리즘형, 불규칙형 등)을 가질 수 있다. 근위 부분(554a) 및 원위 부분(554b)은 (예컨대, 사출 성형, 공동 피스에서 기계가공 등을 통해) 일체로 형성될 수 있거나 또는 별도로 형성되고 (예컨대, 체결구들, 용접, 또는 기타 접합을 통해) 서로 결합될 수 있다. 브릿지 부분 또는 연결 특징부는 근위 부분(554a)과 원위 부분(554b) 사이의 병진 오프셋 및/또는 각도 오프셋을 용이하게 할 수 있고, 이는 아래 기재된 바와 같다.
근위 부분(554a)은, 구형 베이스 링크(552)에 대한 근위 부분(554a)의 회전이 구형 롤 축을 중심으로 한 (예컨대, 도 1c에 도시된 축 F와 유사함) 기구 드라이버(580)의 모션을 제공하도록, 구형 롤 링크(554)의 롤 축을 따라 배향될 수 있다. 구형 롤 링크(554)의 원위 부분(554b)은 피치 축(예컨대, 축 G'과 유사함)에 연관된 원격 경사 축(예컨대, 도 1c에 도시된 축 G와 유사함)을 따라 배향될 수 있고, 경사 축은 구형 롤 축과 상이한 평면 내에 있다. 예를 들어, 원격 경사 축은 평행사변형(적어도 부분적으로 제1 피치 링크(556a) 및 제2 피치 링크(556b)에 의해 형성됨)이 중심으로 하고 이동하는 축일 수 있다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 로봇 아암(500)에서, 원위 부분(554b)(및 그것의 원격 경사 축)은 근위 부분(554a)(및 그것의 구형 롤 축)에 직교하지도 않고, 평행하지도 않는다.
일부 변형예들에서, 근위 부분(554a) 및 원위 부분(554b)은 하나 이상의 방향들(예컨대, 적어도 2 방향들)로 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 원위 부분(554b)은 근위 부분(554a)으로부터 제1 방향으로 병진적으로 오프셋될 수 있다(예컨대, 도 5a에 도시된 측면 관점에 보이는 바와 같음). 제1 방향으로의 병진 오프셋(예컨대, 근위 부분(554a)과 원위 부분(554b)의 종축들 사이에서 측정된 바와 같음)은, 예를 들어, 근위 부분(554a) 또는 원위 부분(554b)의 직경의 약 1 내지 약 2 배, 근위 부분(554a) 또는 원위 부분(554b)의 직경의 약 1 내지 약 1.75 배, 또는 근위 부분(554a) 또는 원위 부분(554b)의 직경의 약 1 내지 약 1.5 배일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 원위 부분(554b)은 근위 부분(554a)으로부터 제2 방향으로 각도적으로 오프셋될 수 있다(예컨대, 도 5b에 도시된 평면 관점 및 도 5c에 도시된 정면 관점에서 보이는 바와 같음). 예를 들어, 근위 부분(554a)의 종축(예컨대, 구형 롤 축)과 원위 부분(554b)의 종축(예컨대, 원격 경사 축) 사이의 각도 오프셋은 둔각일 수 있다. 평면 관점(예컨대, 도 5b에 도시된 바와 같음)에서 측정된 바와 같이, 구형 롤 링크의 근위 부분 및 원위 부분에서의 각도 오프셋은, 예를 들어, 약 90 도 내지 약 135 도, 약 90 도 내지 약 125 도, 또는 약 90 도 내지 약 105 도 등일 수 있다. 정면 관점(예컨대, 도 5c에 도시된 바와 같음)에서 측정된 바와 같이, 구형 롤 링크의 근위 부분 및 원위 부분에서의 각도 오프셋은, 예를 들어, 약 90 도 내지 약 135 도, 약 90 도 내지 약 125 도, 또는 약 90 내지 약 105 도 등일 수 있다. 따라서, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 로봇 아암(500)에서, 원위 부분(554b)의 구형 롤 축과 원격 경사 축의 비직교성은 구형 롤 링크의 병진적 오프셋 부분 및 각도적 오프셋 부분에 의해 성취된다.
대안적으로, 일부 변형예들에서, 구형 롤 링크(554)는 자체적으로 구형 롤 축을 따라서만 배향될 수 있다. 이러한 변형예들에서, 제1 피치 링크(556a)는 구형 롤 링크(554)에 결합된 측방향 경사진 돌출부를 포함하여 경사진 원격 축을 중심으로 한 그것의 회전을 성취하도록 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 이러한 변형예들에서, 제1 피치 링크(556a)는 임의의 적합한 경사진 결합을 통해 구형 롤 링크(554)에 (예컨대, 구형 롤 링크의 근위 부분(554a)과 유사한 부분에 직접) 결합될 수 있다. 따라서, 이러한 변형예들에서, 구형 롤 축과 원격 경사 축의 비직교성은 구형 롤 링크(554) 및 제1 피치 링크(556a)의 병진적 오프셋 및 각도적 오프셋 결합 부분들에 의해 달성될 수 있다.
제1 피치 링크(556a)는 제1 평면 내에서 회전가능할 수 있고, 제2 피치 링크(556b)는 제2 평면 내에서 회전가능할 수 있다. 예를 들어, 제1 평면과 제2 평면은 일반적으로 오프셋되어 있고 서로 평행할 수 있다. 제1 피치 링크(556a) 및 제2 피치 링크(556b)는 일반적으로 위에서 기재된 피치 조립체(156)와 유사할 수 있다. 기구 드라이버(580)는, 기구 드라이버가 제1 평면 및 제2 평면 중 적어도 하나에 평행하지 않고/않거나(예컨대, 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크에 의해 적어도 부분적으로 형성된 평행사변형으로부터 오프셋됨) 구형 롤 링크(554)의 적어도 일부분에 평행하지 않도록(예컨대, 구형 롤 축으로부터 오프셋됨), 제2 피치 링크(556b)의 원위 단부에 결합될 수 있다.
(예컨대, 구형 롤 링크의 적어도 근위 부분(554a)의) 구형 롤 축과 (예컨대, 구형 롤 링크의 원위 부분(554b)의) 원격 경사 축의 비직교성의 한가지 효과는 피치 조립체의 적어도 일부분이 구형 롤 링크(554)의 적어도 일부분에 대하여 경사질 수 있다(예컨대, 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 평행사변형은 롤 축으로부터 각도적으로 오프셋될 수 있음)는 것이다. 따라서, 로봇 아암의 다른 부분 및 기구 조립체가 더 간결한 공간 안으로 안착하고 더 접힐 수 있도록 피치 조립체와 구형 롤 링크(554) 사이의 공간이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(500)의 적어도 제2 세그먼트(550)는, 예컨대, 피치 링크들(556a, 556b)이 서로에 대하여 그리고 구형 롤 링크(554)에 대하여 접힐 때, 기구 드라이버(580)가 구형 롤 링크(554)와 피치 링크들(556a, 556b) 중 적어도 하나 사이에 위치설정되는 간결한 구성으로 접힐 수 있다. 따라서, 로봇 아암의 제2 세그먼트(550)는 접힌 구성 및 접히지 않은 구성을 통틀어 더 큰 모션의 범위가 인접한 링크들 사이의 물리적 간섭 없이 구현되게 함으로써, 더 큰 기민함을 제공할 수 있다. 추가적으로, 구형 롤 링크, 피치 조립체, 및 기구 드라이버의 오프셋 속성은, 예컨대, 보관 및/또는 운반 목적으로 더 작은 부피로 접히는 로봇 아암의 일반적인 능력을 증가시킬 수 있다.
일부 변형예들에서, 일부 또는 모든 링크들은 로봇 아암의 부분들을, 다른 링크, 다른 조인트 모듈, 다른 로봇 아암, 외과 보조자 또는 다른 사용자, 다른 수술 장비(예컨대, 수술대), 및/또는 기타 인접 장애물들과의 충돌의 이벤트시의 손상으로부터 보호하도록 도울 수 있는 범퍼들을 포함할 수 있다. 범퍼들은 추가적으로 또는 대안적으로 포장 및 운반 동안 손상으로부터 로봇 아암을 보호하도록 도울 수 있다. 일 실시예에서, 범퍼는 링크를 커버하는 하나 이상의 가요성 플레이트들(예컨대, 얇은 금속 시트들)을 포함할 수 있고, 플레이트는 충격시 구부러지고 에너지를 흡수함으로써, 하부 컴포넌트들에 전달되는 충격 에너지를 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 범퍼들은 폼, 고무, 팽창식 슬리브 또는 다른 덮개들을 포함할 수 있다. 범퍼들은 실질적으로 로봇 아암의 전체 길이를 커버할 수 있거나, 또는 로봇 아암의 선택된 부분들(예컨대, 선택된 링크들, 조인트 모듈들)만을 커버할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 범퍼들은 아암의 구형 세그먼트의 전체 길이 또는 단지 일부, 아암의 직교형 세그먼트의 전체 길이 또는 단지 일부, 또는 직교형 세그먼트의 일부분 및 구형 세그먼트의 일부분을 커버할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 범퍼들은 로봇 아암 내의 조인트 모듈들의 전부 또는 단지 일부만을 커버할 수 있다. 또 다른 예로서, 범퍼가 아암의 일부분(예컨대, 아암 둘레의 원주)을 실질적으로 둘러쌀 수 있거나 또는 아암의 원주의 일부분(예컨대, 아치형 단면을 갖는 슬리브)만을 커버할 수 있다. 일부 또는 모든 범퍼들은 센서들(예컨대, 압력 센서들, 정전용량성 센서들 등)에 연결되어 로봇 아암은 충돌의 발생 및/또는 환경 내 객체들에 대한 밀접성(예컨대, 다른 로봇 아암, 테이블 고정장치, 의료진 등)을 감지하도록 할 수 있다. 충돌 또는 충돌 임박을 검출하면, 제어 시스템은 현재 방향의 모션을 중단 및/또는 상이한 방향으로 이동하여 반전 또는 충돌을 피하도록 아암의 제어를 자동으로 조정할 수 있다.
일반적으로, 각각의 링크는 적어도 하나의 조인트 모듈을 수용하고/하거나 로봇 아암의 길이를 따라 (예컨대, 통신 또는 전력용) 와이어를 연결하기 위한 내부 체적을 포함할 수 있다. 예를 들어, 링크들은 일반적으로 관형 구조물일 수 있다. 링크들은 금속(예컨대, 알루미늄, 강철 등) 또는 기타 적합한 강성 재료로 만들어질 수 있고, 기계가공, 주형, 성형, 및/또는 임의의 적합한 제조 프로세스를 통해 형성되는 부품들을 포함할 수 있다. 또한, 링크는 용접 또는 다른 방식으로 서로 체결되어 일반적으로 관형 구조물을 형성하는 다수의 링크 부품들(예컨대, 쉘 부분들)을 포함할 수 있다.
아암 구성들
로봇 아암 내의 다양한 링크들은 다양한 목적을 위해 임의의 수의 사전결정된 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(예컨대, 구형 롤, 구형 피치, 및 기구 회전을 위한 오프셋된 축들을 갖는 변형예, 도 1f를 참조하여 위에서 기재된 바와 같음)은, 예컨대, 수술대 아래 적재, 보관, 및/또는 운반을 위한 간결한, 접철 구성으로 배열될 수 있다. 접히는 아암 구성은 또한, 로봇 아암을 수술 환자 테이블, 카트, 또는 기타 표면에 결합시키는 테이블 어댑터와 같은, 로봇 아암에 결합된 컴포넌트들의 접힘, 후퇴, 또는 기타 간결한 보관을 포함할 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 로봇 아암의 예시적인 접철 구성을 더 자세하게 도시한다(예컨대, 구형 롤, 구형 피치, 및 기구 회전을 위한 오프셋된 축들을 갖지 않는 변형예, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 위에서 기재된 바와 같음). 숄더 피치 링크(614)와 숄더 롤 링크(616)는 숄더 림(shoulder limb)(615)을 형성하도록 동축이고, 엘보 링크(618)와 포어아암 링크(620)는 포어아암 림(619)을 형성하도록 동축이다. 접철 구성에서, 숄더 림(615) 및 포어아암 림(619)은 서로 접혀서 일반적으로 제1 평면 또는 "층"에 배열될 수 있다 구형 베이스 링크(652) 및 구형 롤 링크(654)는, 피치 조립체(피치 링크들(656a, 656b))이 일반적으로 제2 평면 또는 "층"에 배열되도록, 포어아암 림(619)에 대하여 접힐 수 있다. 기구 드라이버(680)는 제1 "층"과 제2 "층" 사이에 들어갈 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 수술 환자 테이블 아래에 예시적인 접철 구성으로 배열된 로봇 아암의 예시적인 변형예들(도 5a 내지 도 5c를 참조하여 위에서 기재된 로봇 아암(500)과 유사함)을 도시한다. 이 예시적인 접철 구성은, 예를 들어, 보관 및/또는 운반 목적으로 사용될 수 있다. 도 7b의 로봇 아암(700a)을 참조하면, 일부 변형예들에서, 로봇 아암은, 예컨대, 핀 또는 기타 적합한 어댑터를 이용하여 테이블(T)에 결합되도록 구성된 베이스 링크(712)를 포함할 수 있다. 베이스 링크(712)는, 예를 들어, 테이블(T)을 바닥에 고정시키는 테이블(T)의 지지 기둥에 결합될 수 있다. 로봇 아암은 베이스 링크(712)에 결합된 숄더 피치 링크(714), 및 숄더 피치 링크(714)와 동축이고 그에 결합된 숄더 롤 링크(716)를 포함할 수 있다. 엘보 링크(718)는, 로봇 아암의 포어아암 부분(엘보 링크(718) 및 포어아암 링크(720)를 포함함)이 로봇 아암의 숄더 부분(숄더 피치 링크(714) 및 숄더 롤 링크(716)를 포함함)에 대하여 접힐 수 있도록, 숄더 피치 링크(714)에 피봇식으로 결합된다. 예를 들어, 로봇 아암의 포어아암 부분은 일반적으로, 로봇 아암의 숄더 부분 및 포어아암 부분이 일반적으로 동일한 평면 또는 "층"에 위치된 채로, 로봇 아암의 숄더 부분 상에 되돌아 올 수 있다. 도 7a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구형 베이스 링크(752)(포어아암 링크(720)에 결합됨)는 숄더 부분 및 포어아암 부분으로부터 평면을 벗어난 각도로 배향될 수 있다. 구형 롤 링크(754)(구형 베이스 링크(752)에 결합됨), 제1 피치 링크(756a), 및 제2 피치 링크(756b)를 포함하는 로봇 아암의 구면형 아암 세그먼트의 적어도 나머지 부분은 로봇 아암의 숄더 부분 및 포어아암 부분으로부터 평면을 벗어나 배열될 수 있다. 예를 들어, 구형 롤 링크(754)의 적어도 근위 부분은 구형 베이스 링크(752)와 동축을 이루어 계속해서 로봇 아암의 더 가까운 부분들로부터 평면을 벗어날 수 있다. 제1 피치 링크(756a) 및 제2 피치 링크(756b)는 로봇 아암의 숄더 부분 및 포어아암 부분의 평면 아래에 배열될 수 있다. 기구 드라이버(780)는, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 위에서 기재된 구면형 아암 세그먼트 구성과 유사한 방식으로, 구형 롤 링크와 제1 피치 링크(756a) 및 제2 피치 링크(756b) 중 적어도 하나 사이에 들어가거나 접힐 수 있다. 일부 변형예들에서, 예를 들어, 도 7a 및 도 7b에 도시된 아암의 적재 구성은 일반적으로 (테이블의 수직 높이를 따라) 높이 약 8 내지 약 12 인치, (테이블의 폭을 따라) 폭 약 8 내지 약 12 인치, 및 (테이블의 종방향 길이를 따라) 길이 약 18 내지 22 인치의 체적을 차지할 수 있다. 일 예시적인 변형예에서들, 예를 들어, 아암의 적재 구성은 높이 약 10 인치, 폭 약 10 인치, 및 길이 약 20 인치의 체적을 차지할 수 있다.
도 7b는 4대의 로봇 아암(700a, 700b, 700c, 700d)이 2x2 배열(즉, 따라서 각각의 로봇 아암이 테이블(T)의 각각의 사분면에 작동하거나 또는 그에 결합됨)로 배열된 것으로 도시하지만, 로봇 수술 시스템은 임의의 적합한 방식으로 배열된 더 적은(예컨대, 1대, 2대, 또는 3대) 또는 더 많은(4대, 5대, 6대 등) 로봇 아암을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 일부 변형예들에서 하나 이상의 로봇 아암은 영구적으로 테이블에 결합될 수 있는 반면, 다른 변형예들에서 하나 이상의 로봇 아암은 테이블에 제거가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 적어도 일부는 모듈식일 수 있고, 하나 이상의 로봇 아암이 선택적으로 제거 및/또는 재배열가능할 수 있다. 로봇 아암을 환자 테이블에 결합시키기 위한 결합 메커니즘들의 예시적인 변형예들이 본 명세서와 공동 출원되고 발명의 명칭이 "LINKAGE MECHANISMS FOR MOUNTING ROBOTIC ARMS TO A SURGICAL TABLE"이고, 대리인 문서번호 제 VESU-024/00US 326240-2029인, 미국 특허 출원 제 ____호 및 본 명세서와 공동 출원되고, 발명의 명칭이 "TABLE ADAPTERS FOR MOUNTING ROBOTIC ARMS TO A SURGICAL TABLE"이고, 대리인 문서번호 제 VESU-025/01US 326240-2116인, 미국 특허 출원 제______호에 더 상세하게 기재되며, 이들의 각각은 전체적으로 이 참조로서 포함된다.
외과 시술에서 사용 중에, 로봇 아암은 다양한 자세들로 구성됨으로써 기구가 매우 다양한 작업공간 지역에 도달하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 "낮은"(또는 "들어간") 아암 위치, "높은" 아암 위치 및 "뒤집힌" 아암 위치로 구성가능할 수 있다. "낮은" 아암 위치(또는 "높은" 아암 위치)와 "뒤집힌" 아암 위치 사이에서, 기구 드라이버는, 기구 드라이버의 무게가 아암에 의해 상이한 방향들로부터 지지될 수 있도록, 아암을 중심으로 완전히 돌아갈 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, "낮은" 아암 위치에서, 로봇 아암(800)은 기구 드라이버 아래로부터 기구 드라이버(880)를 지지할 수 있다(아암(800)이 환자 테이블 또는 카트의 측면 및/또는 아래에 위치하거나, 또는 직교형 아암의 적어도 일부가 베이스 링크 아래에 위치함). 유사하게, "높은" 아암 위치에서, 로봇 아암(800)은 유사하게 기구 드라이버 아래로부터 기구 드라이버를 지지할 수 있다 (그러나 로봇 아암은 일반적으로 환자 테이블 또는 카트 위에 위치함). "낮은" 아암 위치 및 "높은" 아암 위치에서, 로봇 아암의 적어도 일부(예컨대, 직교형 아암의 적어도 일부분)는, 아암을 기구 드라이버 아래로 위치설정하기 위하여, 환자의 높이 아래로 접히고/접히거나 위치설정될 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, "뒤집힌" 아암 위치에서, 로봇 아암(800)은 기구 드라이버 위로부터 기구 드라이버(880)를 지지할 수 있다. "뒤집힌" 아암 위치에서, 대부분의 로봇 아암(800)은, 아암을 기구 드라이버 위에 위치설정하기 위하여, 환자의 높이 위로 연장되고/되거나 위치설정될 수 있다. 로봇 아암은, 기구 드라이버를 아암을 중심으로 360-도 회전 내의 임의의 위치에 위치설정하기 위하여, "낮은" 또는 "높은" 아암 위치들과 "뒤집힌" 아암 위치 사이의 중간에 있는 다른 아암 위치들에 추가적으로 위치설정될 수 있다. 또한, 아암에 대한 기구 드라이버의 여유 공간을 개선하기 위하여, 아암 링크들 중 적어도 일부(예를 들어, 숄더 피치 링크, 숄더 롤 링크, 엘보 링크, 및 포어아암 링크를 포함)는 만곡될 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 적어도 엘보 링크(118) 및 포어아암 링크(120)는 오목 표면을 갖는 포어아암 링크를 형성할 수 있는데, 오목부는 일반적으로 기구 드라이버의 작업공간을 향한다.
일부 변형예들에서, 로봇 아암은 외과 시술 유형들과 연관된 복수의 견본 자세들 중 임의의 것으로 구성될 수 있다. 상이한 포트 배치들(즉, 수술 기구들이 캐뉼라를 통해 환자 몸 안으로 진입할 수 있는 곳들)은 일반적으로 상이한 유형들의 복강경 시술들에 선호된다. 예를 들어, 특정 외과 시술은 환자 복부의 우하 사분면의 특정 위치에 적어도 제1 포트를 요구하고, 환자 복부의 좌상 사분면의 다른 특정 위치에 제2 포트를 요구할 수 있다. 추가적으로, 외과 보조자들이 시술 동안 보조(예컨대, 하나 이상의 로봇 아암을 조작, 환자를 모니터링)하기 위하여 위치하기에 가장 좋은 상이한 위치들이 환자 둘레에 있을 수 있다. 이 시술을 위한 견본은 제1 로봇 아암을 "낮은" 아암 위치에 위치시켜 제1 로봇 아암이 제1 포트에 도달하게 하는 것, 및 제2 로봇 아암을 "높은" 아암 위치에 위치시켜 제2 로봇 아암이 제2 포트에 도달하게 하는 것을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암의 베이스 링크들은 환자 테이블 둘레에서 외과 보조자들을 수용하기에 적합한 위치들에 장착될 수 있다. 다시 말해서, 로봇 아암의 종합적인 배열 및 자세들은 특정 외과 시술을 위한 견본 구성을 형성할 수 있고, 이는 특정 환자들에 대하여 약간 맞춤형 또는 다른 방식으로 조정될 수 있다(예컨대, 신장, 허리둘레, 체중, 성별 등과 같은 환자 특성들에 맞춰 조정). 일부 변형예들에서, 견본 자세들 또는 기타 자세들(예컨대, "낮은" 아암 위치, "높은" 아암 위치, 및/또는 "뒤집힌" 아암 위치), 및 아암의 연관된 조인트 각도 위치 등은 메모리 디바이스(예컨대, 하드 드라이브)에 저장되고 아암을 저장된 자세로 이동하기를 원할 때 메모리 디바이스로부터 호출될 수 있다. 또한, 일부 변형예들에서, 특정 자세가 (예컨대, 로봇 아암의 액추에이터 제어 및/또는 수동 이동에 의해) 달성될 수 있고, 특정 자세와 연관된 아암의 조인트 각도 위치들의 세트가 저장 명령 등의 사용자 입력 시 메모리 디바이스에 저장될 수 있다. 이러한 저장된 자세는 아암을 재위치설정하기 위하여 향후에 호출될 수 있다.
조인트 모듈들
위에서 기재한 바와 같이, 인접한 아암 링크들 간의 상대 이동이 하나 이상의 조인트 모듈들에 의해 생성된다. 일부 변형예들에서, 조인트 모듈은 서보모터 또는 기타 적합한 모터를 포함하는 조인트 모듈을 포함할 수 있다. 일반적으로, 각각의 조인트 모듈은 단일 모터, 또는 (예컨대, 개별적인 모터 출력부들을 조합하기 위한 차동 기어 드라이브를 구비한) 다중 모터들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 액추에이터 조립체들은 전체 토크 출력을 증가시키기 위하여 하모닉 드라이브(harmonic drive), 유성 기어박스(planetary gearbox), 사이클로이드 드라이브 등과 같은 모터 출력부에 결합된 기어박스를 포함할 수 있다. 조인트 모듈은 추가로 액추에이터의 회전 위치를 검출하고 그에 대한 피드백을 제공하는 적어도 하나의 센서(예컨대, 엔코더들)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조인트 모듈은 튼튼하고, 가볍고, 간결하도록 설계되어, 물리적 공간 제약 및 의료 기기 요건들의 관점에서 유사하게 튼튼하고, 가볍고, 간결한 로봇 아암에 기여하도록 한다. 추가적으로, 조인트 모듈은 로터 샤프트를 둘러싸는 적어도 하나의 밀봉부를 포함할 수 있고, 이는 기어박스 내의 윤활을 유지하도록 기능한다. 이러한 밀봉부들은 이상적으로 로터 샤프트 상에 낮고 일정한 양의 마찰을 유지하여, 조인트 모듈에 의한 작동을 심하게 방해하지 않도록 한다.
일부 변형예들에서, 조인트 모듈들 중 적어도 일부는 모터 부분을 포함하는 제1 하우징, 부하(높은 부하) 부분을 포함하는 제2 하우징, 및 전자장치 부분을 포함하는 제3 하우징을 갖는 모듈 조립체를 포함할 수 있다. 조인트 모듈은 구축 및 유지하기 쉬운 모듈식 방식으로 다수의 하우징들을 조합할 수 있다. 예를 들어, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 조인트 모듈(900)은 모터 부분(910)을 구비한 제1 하우징, 모터 부분(910)의 제1 단부에 결합된 부하 부분(920)을 포함하는 제2 하우징, 및 모터 부분(910)의 제2 단부에 결합된 전자장치 부분(930)을 포함하는 제3 하우징을 포함한다. 제3 하우징은 제3 하우징 내에 전자장치들을 둘러싸도록 구성된 커버(940)를 추가로 포함할 수 있다. 다양한 하우징들은 도 9a에 도시된 바와 같이 결합 특징부들(954)을 결속시키는 제거가능한 체결구들(952)(예컨대, 스크류들)을 이용하여 서로 결합될 수 있어서, 체결구들(952)은, 예컨대 유지보수를 위해서 조인트 모듈의 하우징들을 분해하기 위하여 제거될 수 있다. 대안적으로, 하우징들은 기계적 로크들 또는 스냅들과 같은 기타 적합한 메커니즘들을 이용하여 서로 결합될 수 있다. 부하 부분, 모터 부분, 및 전자장치 부분을 위한 하우징들의 조립체는 모듈 하우징(940)에 추가로 둘러싸일 수 있는데, 이는 제거가능한 커버(942)에 의해 접근가능할 수 있다.
조인트 모듈의 모터 부분(910)은 (예컨대, 서보모터에서와 같이) 스테이터(stator) 및 로터, 안전 브레이크(예컨대, 아래에 기재된 변형예들 중 하나, 또는 다른 적합한 페일-세이프 브레이크(fail-safe brake)), 모터의 회전 위치를 측정하기 위한 엔코더, 베어링 등과 같은 모터와 연관된 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 모터 출력부에 결합된 기어박스가 하모닉 드라이브를 포함하는 실시예들에서, 모터 부분(910)은 하모닉 드라이브 파동 발생기를 포함할 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 모터 부분(910)은 부하 부분(920)으로부터 (예컨대, 모듈 방식으로) 용이하게 제거될 수 있다. 추가적으로, 구불구불한 통로를 통해 윤활을 유지하고, 로터와 접촉하지 않는 속성으로 인해 선천적으로 마찰이 적은 래버린스 밀봉부(labyrinth seal)와 같은 적어도 하나의 밀봉부가 모터 부분(910)에 존재할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 조인트 모듈의 부하 부분(920)은 높은 부하의 컴포넌트들, 예컨대, 출력 베어링, 하모닉 드라이브의 스플라인(spline) 컴포넌트들(922)(예컨대, 원형 스플라인 및 플렉스 스플라인) 또는 기어박스의 기타 부분들, 인접한 작동식 링크들의 모션의 범위를 제한하기 위한 기계적 조인트 한계 등을 포함할 수 있다. 모터 부분의 직접 출력부 뒤에 기타 적합한 컴포넌트들이 부하 부분(920) 하우징에 포함될 수 있다. 위에서 기재한 바와 같이, 부하 부분(920)은 조인트 모듈의 나머지로부터 용이하게 제거될 수 있다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 조인트 모듈의 전자장치 부분(930)은 모터와 연관되고 그에 결합된 다양한 전자장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자장치 부분(930)은 회로 기판(932) 상의 모터 드라이버 및/또는 신호 프로세서를 포함하며, 이는 전자장치 부분(930)을 위한 하우징 내의 모터의 후방 단부에 위치할 수 있다. 전자장치들에 대한 접근은 모듈 하우징(940)의 적어도 일부를 분해함으로써, 예컨대, 후방 커버(942)를 제거(예컨대, 체결구들을 제거)함으로써, 달성될 수 있다.
로봇 아암 내의 다양한 조인트 모듈들이 일반적으로 도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 같이 동일한 모듈식 구조물을 갖지만, 로봇 아암 내의 상이한 조인트 모듈들은 로봇 아암 내의 각각의 조인트에서의 공간 제한 및/또는 토크 요건들에 따라 크기가 상이할 수 있다(예컨대, 상이한 모터의 레이팅 및 규모). 아암 링크 내에 또는 로봇 아암 내의 다른 곳에 맞춰 넣기 위하여, 조인트 모듈은 적합한 링크 내에 크기가 맞도록 일반적으로 원통형 프로파일을 가질 수 있다.
안전 브레이크
조인트 모듈들 중 하나 이상은 액추에이터 고장의 경우, 조인트 모듈뿐만 아니라, 조인트 모듈에 의해 연결된 아암 링크들의 이동을 중단시키는 안전 브레이크 또는 페일-세이프 브레이크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터 고장은 (예컨대, 회로부 장애, 주 전원 고장으로 인한) 전력의 손실, 또는 조인트 모듈들 내에서 액추에이터들을 구동하는 데 사용되는 전류의 손실에 의해 야기될 수 있다. 고장의 다른 예는 액추에이터의 회전 위치 출력 또는 단일 조인트 모듈 내의 조인트를 측정하는 데 사용되는 다수의 엔코더 센서들 간의 불일치인데, 이는, 예를 들어, 기계적 컴포넌트가 미끄러진 가능성을 나타낼 수 있다. 로봇 아암은 동작을 위해 전력을 필요로 하기 때문에, 임의의 갑작스러운 전력의 손실은 로봇 아암의 적어도 일부분이 중력 또는 다른 외부 힘에 의해 폭락하게 할 수 있다. 로봇 아암의 폭락은, 고장이 외과 시술 동안 발생하는 경우, 환자에게 부상을 야기할수 있고, 로봇-보조 수술 시스템의 근처 조작자들에게 부상을 야기할수 있고, 로봇 아암 또는 수술 기구들에 손상을 야기할 수 있고/있거나 기타 주변 장비 및 주변의 것들에 손상을 야기할 수 있다. 고장 시 액추에이터에 제동력을 가하는 페일-세이프 브레이크(fail-safe brake)는, 액추에이터 고장 및/또는 기타 시스템 장애의 바람직하지 않은 결과들을 줄이도록 도울 수 있다.
일부 변형예들에서, 안전 브레이크는 안전 브레이크의 활성화에도 불구하고 로봇 아암의 이동을 가능하게 하기 위하여, 사용자에 의해 수동으로 무시되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템 장애가 발생한 경우에, 로봇 아암은 동작 공간에서 제거되어야 할 수도 있다. 그러나, 이러한 제거는 로봇 아암의 명령 제어(이는 시스템 장애로 인해 가능하지 않을 수 있음) 및/또는 사람의 힘(아암 조인트들을 그 자리에 로킹하는 페일-세이프 브레이크로 인해 가능하지 않을 수 있음)을 필요로 한다. 따라서, 로봇 아암은 안전 브레이크를 무시하기 위한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안전 브레이크는 사용자로부터의 인력에 제압될 수 있는데, 이는 기어박스 또는 영향력을 증가시키기 위한 메커니즘 등으로 증폭되거나 증폭되지 않을 수 있다. 일 변형예에서, 로봇 아암은, 예컨대 특수 도구 또는 크랭크를 이용하여 (예컨대, 조인트 모듈 내의 로터에 수동으로 전력을 공급함으로써) 안전 브레이크를 수동으로 제압하기 위한 접근을 제공하는 액세스 패널(예컨대, 하나 이상의 조인트 모듈들 근처)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 안전 브레이크는, 예컨대, 버튼 또는 핸들을 이용하여 해제될 수 있지만, 일부 변형예들에서 이러한 해제 메커니즘들의 위치가 사용자가 아암의 폭락을 수동으로 방지할 수 있는 가능성이 높은 위치들로 제한될 수 있다(예컨대, 원위 단부 근처, 사용자는 기구 드라이버 등의 무게만 지탱하면 되는 곳).
바람직하게는, 안전 브레이크는 가볍고, 간결하고, 활성화되고 관여될 때 상대적으로 적은 열(또는 낮은 온도)을 생성한다. 일반적으로, 안전 브레이크는 "브레이크 온" 모드 및 "브레이크 오프" 모드를 갖는다. 일부 변형예들에서, 브레이크는 "브레이크 온" 모드에서 기계적으로 바이어스되는, 바이어스된 브레이크(예컨대, 스프링-적용 브레이크 또는 영구 자석 브레이크)일 수 있고, "브레이크 오프" 모드에서 브레이크를 유지하기 위한 약간의 힘을 필요로 하는데, 이는 "브레이크 온" 모드가 전력 고장시에 작동됨을 의미한다. 다른 변형예들에서, 브레이크는 저장된 에너지원(예컨대, 커패시터 또는 배터리)에 의해 전력공급되는 이차 액추에이터에 의해 작동되는 쌍-안정 브레이크일 수 있다. 전력 고장 시, 저장된 에너지원은 신속하게 그것의 저장된 에너지를 이차 액추에이터에 방출하며, 이는 "브레이크 온" 모드를 작동시킨다. 페일-세이프 브레이크의 예시적인 변형예들이 아래 상세하게 기재된다.
쌍-안정 브레이크
위에서 기재한 바와 같이, 쌍-안정 브레이크는 저장된 에너지원(예컨대, 커패시터 또는 배터리)에 의해 전력공급되는 이차 액추에이터에 의해 작동된다. 이차 액추에이터의 일 예가 도 10a 내지 도 10g에 도시된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 쌍-안정 브레이크를 위한, 예시적인 스텝퍼 및 코일 브레이크 액추에이터 조립체는 자기장을 갖는 자석(1020), 자석(1020)에 자기적으로 끌리는 피동 소자(1030), 자기장을 선택적으로 상쇄하도록 구성된 코일(1040), 및 자기장을 상쇄하는 코일(1040)을 활성화하도록 구성된 적어도 하나의 커패시터(1054)를 포함한다. 자석(1020)은, 예를 들어, 코일(1040)이, 활성화 시, 자기장을 상쇄하도록 코일(1040) 내부에 적합할 수 있는 특징부들(예컨대, 프롱(prong)들)을 구비한 영구 자석을 포함할 수 있다. 피동 소자(1030)는 철과 같은 적합한 자성 재료로 만들어질 수 있다.
이차 액추에이터 조립체는, 리드스크류(1012) 및 리드스크류(1012) 상에서 이동하여 (예컨대, 핀들을 이용하여) 자석(1020)을 고정시키는 너트(1014)를 구동시키는, 스텝퍼 모터(1010) 또는 기타 적합한 액추에이터를 추가적으로 포함할 수 있다. PCB(1050) 또는 기타 전자장치 조립체가 이차 조립체를 제어하고 트리거하기 위하여 추가적으로 제공될 수 있다. PCB(1050)는, 예를 들어, 스텝퍼 모터(1010)를 위한 드라이버, 하나 이상의 커패시터들(1054)(예컨대, 탄탈룸 커패시터, 세라믹 커패시터 등) 또는 하나 이상의 소형 배터리들, 적어도 하나의 스위치 트랜지스터, 상태 센서들(1056a 및/또는 1056b), 상태 표시자 LED, 기타 제어 소자 등을 포함할 수 있다. PCB(1050) 상의 중복 요소들, 예컨대, 다수의 커패시터들 및/또는 다수의 배터리들(백업 배터리 포함)이 제공될 수 있다.
조인트 모듈의 정상적인 또는 전형적인 동작 동안, 이차 액추에이터는 도 10c에 도시된 바와 같이 "브레이크 오프" 모드이다. 코일(1040)은 활성화되지 않고, 그로 인해 자석(1020)의 자기장이 피동 소자(1030)를 계속 닫히게(예컨대, "파킹되게" 또는 패시브 자기장에 의해 로킹되게) 한다. 이 상태에서, 에너지는 하나 이상의 커패시터들(1804)에 저장된다. 상태 센서(1056a)는 피동 소자가 "브레이크 오프" 모드에 따라 위치설정되어 있음을 검출할 수 있다. 도 10b의 제어 개략도에 도시된 바와 같이, PCB(1050)는 계속해서 제공된 전력(예컨대, 24V 또는 48V)을 모니터링하고 트리거 임계 레벨(예컨대, 15V)과 비교할 수 있다. 소프트웨어는 모니터링된 전력이 트리거 임계 레벨을 초과하는 한 높은 빈도로 (예컨대, 매 1 밀리초마다) 주기적으로 "브레이크 오프" 명령 또는 신호를 전송할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상태 센서들(1056a 및/또는 1056b)은 스텝퍼 모터의 위치 및 브레이크 작동 상태를 검증할 수 있다. 예를 들어, 상태 센서(1056a)는 자석(1020)(또는 너트(1014) 등)이 "브레이크 오프" 모드에 대응하는 위치에 있는지 검출하는 광-반사 또는 자기 센서일 수 있다.
전력 고장은, 시스템 전력이 트리거 임계 레벨보다 낮기 때문에 PCB(1050)가 "브레이크 오프" 명령 또는 신호를 전송하는데 실패한 경우 표시될 수 있다. 표시된 전력 고장(또는 고의적인 브레이크 명령)의 경우, PCB(1050) 상의 회로부는 자동으로 하나 이상의 커패시터들(1054)을 트리거하여 그것들의 저장된 에너지를 방출하여, PCB 상의 스위치 트랜지스터를 통해 수동적으로, 자기장을 정상적으로 상쇄하는 코일(1040)을 활성화시킨다. 코일(1840)이 활성화되면, 피동 소자(1020)는 자석(1020)으로부터 풀려나며, 이는 도 10d에 도시된 바와 같다. 피동 소자(1020)는 사전결정된 거리를 이동하고(예컨대, 스프링에 의해 통제됨) 결과적으로 전체 쌍-안정 브레이크의 컴포넌트를 작동시킨다.
이차 액추에이터 조립체는 스스로 재정비되어도 10c에 도시된 구성으로 되돌아간다. 도 10e에 도시된 바와 같이, 스텝퍼 모터(1010)는 리드스크류(1012)를 회전시켜 너트(1014), 자석(1020)(이는 핀 또는 기타 적합한 부착 메커니즘을 이용하여 너트(1014)에 고정됨), 및/또는 코일(1040)을 해방된 피동 소자(1020)를 향해 멀리 구동한다. 이 지점에서 코일은 커패시터들로부터 받은 그것의 에너지를 다 소비하고 더이상 자기장을 상쇄하지 않기 때문에, 자석(1020)의 자기장은 피동 소자(1020)를 포획하는 데 사용될 수 있다(도 10f). 도 10g에 도시된 바와 같이, 스텝퍼 모터(1010)는 이어서 리드스크류를 역방향으로 구동하여 너트(1014), 자석(1020), 피동 소자(1020), 및 코일(1040)이 "브레이크 오프" 구성으로 복귀하도록 할 수 있다. 대안적으로, 다른 적합한 기계적 특징부(예컨대, 스프링)를 사용하여 피동 소자(1020)를 데려오고 그것을 "브레이크 오프" 구성으로 되돌려줄 수 있다. 이러한 컴포넌트들이 "브레이크 오프" 위치로 돌아오면, 리드스크류의 근위 단부 근처에 위치한 상태 센서(1056a)는 존재를 검증하여 (및/또는 모터에 대하여 멀리 위치한 상태 센서(1056b)는 컴포넌트들의 부재를 검증할 수 있음) 브레이크 시스템의 상태를 "브레이크 오프" 위치에 있는 것으로 확인할 수 있다.
예를 들어, 위에서 기재된 이차 액추에이터(1000)와 페어링될 수 있는, 쌍-안정 안전 브레이크의 일 변형예가 도 11 내지 도 13에 도시된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 래칫 안전 브레이크 모듈(1100)은 조인트 모듈 내에서 로터(1110) 둘레에, 예컨대, 조인트 모듈 내의 엔코더들과 제어 PCB 기판들 사이에 배치될 수 있다.
도 11b 내지 도 11f를 참조하면, 이차 액추에이터(1000)의 피동 소자는 텐션 스프링(1124)의 일 단부에 결합될 수 있는 반면, 텐션 스프링(1124)의 다른 단부는 핀(1122)에 결합될 수 있다. 핀(1122)은 안전 브레이크 모듈(1100) 내에 배치된 캠 휠 또는 링(1120)에 통합 또는 결합될 수 있다. 안전 브레이크 모듈(1100)은 스프링-바이어스되고 피봇하는 멈춤쇠(pawl)들(1130)을 추가로 포함할 수 있고, 캠 휠(1120)의 내부 표면 상에서 작동하는 롤러들(1132)을 갖는다. 멈춤쇠들(1130)의 각각은 또한 래칫 휠(1140)과 맞물리도록 구성된 팁(1134)을 포함한다. 래칫 휠(1140)은 베어링(1142)을 통해 로터(1110) 둘레에 배치된다. 도 11e에 도시된 바와 같이, 또한 로터 둘레에 로터(1110) 상에 나사로 연결된 압력 너트(1180)(상부 플레이트 또는 디스크)가 배치된다. 압력 너트(1180)는 래칫 휠(1140)과 협력하여 마찰 패드(1150), 중간 압력 플레이트(1160), 및 파형 스프링(wave spring)(1170)을 포함하는 스택을 압박한다. 이러한 압박의 정도는 브레이크 힘과 연관되고, 이는 조립 동안 로터 샤프트를 따라 상부 플레이트(1162)의 위치에 의해 튜닝가능하다. 도 11f에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압력 플레이트(1160)는 로터 샤프트 상의 종방향 홈들과 맞물리는 키들(1162)을 포함한다.
"브레이크 오프" 모드의 안전 브레이크 모듈(1100)이 도 12a 내지 도 12c에 도시된다. 다른 쌍-안정 브레이크들과 같이, 이 상태를 유지하는 데 전력이 필요하지 않다. 이차 액추에이터(1000)는 자기 래치와 맞물려, 이차 액추에이터(1000) 내의 피동 소자가 자기적으로 자석(1020)에 유지됨으로써, (스프링(1124)을 통해 피동 소자에 부착된) 핀(1122) 및 캠 휠(1120)이 "브레이크 오프" 위치를 유지하도록 한다. 이 위치에서, 피봇하는 멈춤쇠들(1130)의 롤러들(1132)은 캠 휠(1120)의 내부 표면 상의 로브들과 관절운동함으로써, 멈춤쇠 팁들(1134)이 래칫 휠(1140)로부터 해제되어 있게 한다.
"브레이크 온" 모드의 안전 브레이크 모듈(1100)이 도 13a 내지 도 13d에 도시된다. 전력 손실 시, 이차 액추에이터(1000)는 (피동 소자가 해방됨에 따라) 자기 래치를 해제하고 스프링(1124)은 갑자기 캠 휠(1120)을 회전 방향으로(도 13b에 도시된 바와 같이 반시계방향으로) 잡아당긴다. 스프링-로드된 멈춤쇠 롤러들(1132)은 캠 휠(1120)의 내부 표면 상의 로브들로부터 멀리 관절운동함으로써, 멈춤쇠 팁들(1134)이 래칫 휠(1140)과 맞물려 회전을 멈추게 한다. 래칫 휠(1140)이 멈추면, 마찰 패드(1150)(래칫 휠(1140)과 압력 플레이트(1160) 사이에 위치함)는 압력 플레이트(1160) 상에서 드래그되어 멈춘다. 로터가 압력 플레이트(1160) 상의 축방향 키들(1162)과 맞물리기 때문에, 로터는 압력 플레이트(1160)와 함께 정지부까지 드래그되며, 그럼으로써 로터 및 조인트 모듈에 의해 제공되는 모든 작동을 중단시킨다. 이 "브레이크 온" 모드에서, 안전 브레이크 조립체는 단일 설정 클러치의 역할을 한다. 브레이크를 이 "브레이크 온" 모드에 유지하는 데 전력이 요구되지 않는다.
후속적으로, 안전 브레이크 모듈(1100)은 비활성화되고 "브레이크 오프" 상태로 돌아갈 수 있다. 도 10e 내지 도 10g에 대하여 위에서 기재된 바와 같이, 이차 액추에이터는 자기 래치가 다시 맞물리도록 재정비될 수 있다. 자기 래치가 다시 맞물림으로써, 캠 휠(1120)로 하여금 (도 13b에 도시된 것과 반대인, 시계방향으로) 회전하게 하고, 멈춤쇠들로 하여금 피봇하여 그것들의 팁들(1134)을 래칫 휠(1140)로부터 해제하게 한다. 멈춤쇠들이 래칫 휠(1140)로부터 해제되면, 래칫 휠(1140)은 베어링(1142) 상의 로터와 자유롭게 회전한다. 다시, 이 "브레이크 오프" 모드를 유지하는 데 전력이 요구되지 않는다.
예를 들어, 위에서 기재된 이차 액추에이터(1000)의 하나 이상의 인스턴스들과 페어링될 수 있는 쌍-안정 안전 브레이크의 다른 변형예에서, 도 14a 내지 도 14c에 도시된다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 조인트 모듈(1400)은 모터 하우징(1412)을 구비한 모터 부분(1410), 및 브레이크 하우징(1422)을 구비한 브레이크 부분(1420)을 포함할 수 있다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 모터 부분(1410)은 회전하는 로터(1414) 및 정지 상태를 유지하는 스테이터(1416)를 포함한다. 로터(1414) 둘레에, 도 12a 내지 도 12c 및 도 13a 내지 도 13d에 대하여 위에서 기재된 것과 유사한 래칫 브레이크 조립체의 두 인스턴스들이 배치된다. 제1 래칫 브레이크 조립체(1430)는 높은 토크를 갖는 저지하는 브레이크의 기능을 할 수 있는 반면, 제2 래칫 브레이크 조립체(1440)는 낮은 토크(제1 래칫 브레이크 조립체(1430)에 대한 것보다 낮음)를 갖는 클러치 브레이크 조립체의 기능을 할 수 있다.
전력 고장 또는 시스템 장애 시, 제1 래칫 브레이크 조립체(1430)는 그것의 각각의 마찰 패드와 맞물리고 로터로 하여금 멈추게 할 수 있으며, 이는 위에서 기재된 바와 같다. 추가적으로, 제2 래칫 브레이크 조립체(1440)는 추가적으로 그것의 각각의 마찰 패드와 맞물리고, 보충 힘을 제공할 수 있다(제1 래칫 브레이크 조립체(1430)와 협력하여 로터를 멈추거나, 또는 로터가 이미 멈춘 후에 그것의 정지 위치를 유지하도록 도움). (예컨대, 수동으로 로봇 아암을 멈추거나, 후방 구동하기 위하여) 제1 래칫 브레이크 조립체가 로터를 멈춘 후에 로터는 이동이 필요한 경우, 제1 래칫 브레이크 조립체(1430)는 멈춘 로터로부터 해제되고(예컨대, 그것의 자기 래치를 비활성화하고 다시 맞물림), 제2 래칫 브레이크 조립체(1440)가 맞물리도록 할 수 있다. 제2 래칫 브레이크 조립체(1440)가 더 낮은 토크를 갖기 때문에, 그것은 인력으로 극복될 수 있다. 또한, 도 14b 및 도 14c는 제2 래칫 브레이크 조립체(클러치 브레이크)가 로터에 대하여 제1 래칫 브레이크 조립체(저지하는 브레이크)보다 더 멀리 있는 것으로 도시하지만, 대안적으로 제1 래칫 브레이크 조립체(저지하는 브레이크)가 제2 래칫 브레이크 조립체(클러치 브레이크)보다 더 멀리 있을 수 있다.
도 15a 내지 도 15f는 안전 브레이크의 다른 변형예를 도시하며, 이는 쌍-안정 브레이크일 수 있다. 이 변형예에서, 안전 브레이크(1500)는 모터의 로터 둘레에 배열된 적어도 하나의 브레이크 밴드를 포함할 수 있다. 전력 손실 또는 기타 유사한 고장 시, 이차 액추에이터는 브레이크 밴드들의 조임을 유도함으로써, 브레이크로 하여금 "브레이크 온" 모드에 들어가도록 하며, 이 모드에서 그것은 조이는 힘을 로터 상에 제공하여 마찰에 의해 로터가 이동하는 것을 멈추게 한다. 추가적으로, 의도적으로 이차 액추에이터에 명령하여 브레이크 밴드를 "브레이크 온" 모드로 풀어줌으로써 브레이크 밴드가 작동될 수 있다. 대안적으로, 브레이크(1500)는 "브레이크 온" 모드를 향해 바이어스된, 바이어스된 브레이크일 수 있고, 브레이크(1500)는 브레이크를 "브레이크 오프" 모드에서 유지하기 위한 전력을 능동적으로 요구한다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 안전 브레이크(1500)는 로터(1514) 둘레에 감싸거나 또는 다른 방식으로 둘러싼 하나 이상의 브레이크 밴드들(1530)을 포함한다. 브레이크 밴드들은, 예를 들어, 강철 또는 적합하게 높은 인장 강도를 갖는 기타 재료(또는 대안적으로, 높은 마찰을 갖는 고무 또는 기타 탄성중합체)일 수 있다. 일부 변형예들에서, 조인트 모듈은 추가적인 브레이크 밴드들(예컨대, 제3 및 제4 브레이크 밴드들)을 포함할 수 있다. 도 15c 및 도 15d에 도시된 바와 같이, 밴드들은 로터 둘레에 하나 초과의 완전한 원주 거리만큼 둘러싸이고, 각각의 단부는 밴드 커넥터 블록(1564a 또는 1564b)에 연결되어, 밴드 커넥터 블록들(1564a, 1564b)이 멀어지면, 로터 둘레에 감겨있는 루프가 조여지게 된다. 이러한 둘러싸는 구성을 통해, 브레이크가, 둘러싸는 전체 각도에 기하급수적으로 의존하는 "캡스턴(capstan)" 효과의 결과로서, (밴드들이 낮은 마찰 계수를 갖는 재료로 만들어진 경우에도) 로터를 멈추기 위한 상당한 토크를 갖게 됨으로써, 이차 액추에이터에 대한 힘 요건들이 낮아질뿐만 아니라 마찰 요건들도 낮아진다. 예를 들어, 생성된 브레이킹 토크는 캡스턴 방정식 Tload = Thold*eμφ에 의해 결정되며, Tload는 밴드 상에 가해지는 텐션이고, Thold는 로터의 다른 단부에 가해지는 생성된 힘이고, μ는 밴드와 로터 사이의 마찰 계수이고, φ는 로터 둘레에 밴드의 총 회전수에 의해 스윕된 총 각도이다(라디안으로 측정됨).
"브레이크 온" 모드와 "브레이크 오프" 모드 사이의 스위칭은 이차 액추에이터(1550)에 의해 제어된다. 예를 들어, 이차 액추에이터(1550)는 양극 스텝퍼 모터를 포함할 수 있다. 스텝퍼 모터는 리드스크류를 구동할 수 있고, 액추에이터 너트(1560)로 하여금 브레이크 밴드들(1530, 1540)의 평면에 직교하는 방향으로 선형적으로 이동하게 한다. 액추에이터 너트(1560)는 플렉스 링크장치(1562)에 결합되며, 이는 밴드 커넥터 블록들(1564a, 1564b)을 서로 잡아 당기거나 밀어내도록 구성된다. 도 15e에 도시된 바와 같이, 이차 액추에이터(1550)가 액추에이터 너트(1550)를 능동적으로 밀어내서 플렉스 링크장치(1562)로 하여금 밴드 커넥터 블록들(1564a, 1564b)을 모두 잡아당기게 하면, 브레이크 밴드들은 "브레이크 오프" 모드로 반지름 방향으로 확장된다. 대조적으로, 도 15f에 도시된 바와 같이, 이차 액추에이터(1550)가 액추에이터 너트(1550)를 다시 잡아당기면, 플렉스 링크장치(1562)는 밴드 커넥터 블록들을 밀어내어 브레이크 밴드들은 "브레이크 온" 모드로 조여진다. 또한, 이차 액추에이터 조립체는 "브레이크 온" 모드를 위하여 액추에이터 너트(1550)가 구성으로 되게 하거나 또는 다소 바이어스하도록 구성된 토션 스프링(torsion spring)(1570)을 포함할 수 있다. 따라서, 브레이크의 맞물림에 요구되는 에너지는 부분적으로 토션 스프링(1570)에 의해 제공되고, 브레이크를 해제하는 데 필요한 토크에 비교하여, 스텝퍼 모터는 브레이크를 맞물리기 위하여 더 낮은 토크로 (전력 손실 또는 시스템 고장에 더 신속하게 반응하기 위해, 더 높은 속도에서) 구동될 수 있다.
이차 액추에이터(1550)는 도 15b에 도시된 바와 같이 PCB(1570)에 의해 제어될 수 있으며, PCB(1570)는 다양한 전자 컴포넌트들, 예컨대, 스텝퍼 모터 구동 신호들을 생성하기 위한 마이크로프로세서, 모터 드라이버 집적 회로, 및 시스템 전력 고장 시 스텝퍼 모터의 작동에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 백업 배터리(예컨대, 리튬 이온)를 포함할 수 있다. 백업 배터리는, 백업 배터리가 로봇 아암 시스템 손실 시 항상 일정 전력을 갖도록, 로봇 아암 시스템이 전력공급되는 동안 자동으로 충전될 수 있다. 스텝퍼 모터에 전송된 구동 신호들은 스텝퍼 모터로 하여금 ("브레이크 오프"에 대응하는) 한 방향으로 회전하게 하거나 또는 ("브레이크 온"에 대응하는) 반대 방향으로 회전하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 15g 및 도 15h의 도움으로 도시된 바와 같이 일 예시적인 실시예에서, PCB(1570)는, 시스템 전력 손실시(예컨대, 약 24V의 시스템 전력이 갑자기 약 0으로 떨어짐), 백업 배터리는 자동으로 이차 액추에이터에 대한 전력 공급라인으로 하여금 임계 전력 레벨로(예컨대, 약 4.8V에서 약 5V로) 점프하게 함으로써, 자동으로 "브레이크 온" 모드로의 작동을 트리거하도록, 설계될 수 있다. 시스템 전력이 복원되면(예컨대, 시스템 전력 공급이 다시 약 24V), 이차 액추에이터는 이어서 브레이크를 해제한다. 일부 변형예들에서, 브레이크를 해제하기 전에, 이차 액추에이터는 지연 시간(예컨대, 수 밀리초)을 기다릴 수 있고, 이를 통해 조인트 모듈 액추에이터 드라이버들은 제어를 다시 확보할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, PCB(1570)는, 명령에 따라, "브레이크 온" 또는 "브레이크 온" 작용을 활성화하는 스위치 입력부를 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, PCB(1570)는 전력 공급을 모니터링하고 전력을 트리거 임계치와 비교하기 위한 전자장치들을 추가로 포함할 수 있으며, 이들은 이차 액추에이터(1000)에 대하여 위에서 기재한 것과 유사하다.
터치포인트들 및 다른 사용자 인터페이스 요소들
일부 변형예들에서, 도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 특정 사용자 상호작용을 수용하도록 구성된 아암의 지역들인 다수의 "터치포인트들"을 포함할 수 있다. 터치포인트는 터치포인트에서 수신된 명령들을 수신하고, 수신된 터치포인트 명령들에 기초하여 하나 이상의 조인트 모듈들에 작동을 제공(및/또는 기타 적합한 명령들을 출력)하는 제어 시스템과 전기적으로 통신할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 터치포인트는 그 아암의 양태를 제어하기 위하여 로봇 아암의 일부분에 직접 결합될 수 있다(예컨대, 연관된 조인트를 제어하기 위하여 조인트 모듈 액추에이터와 직접 통신함). 예를 들어, 로봇 아암 링크들 중 적어도 하나는 방향 패드(예컨대, 단면 형상 D-패드, 상하좌우 버튼들의 세트 등)를 포함할 수 있고, 이는, 예를 들어, 로봇 아암이 재위치설정 모드에서 동작하고 있을 때 바람직한 아암 이동을 제어하는 데 사용될 수 있다(아래 추가적으로 기재됨). 기타 특징부들, 예컨대, 핸들, 조이스틱, 스트랩들, 버튼 스위치, 정전용량성 센서(예컨대, 틸팅 정전용량성 센서, 정전용량성 스크롤 등), 기계적 스크롤, 압력 센서, 힘 저항 센서, 및/또는 카메라 등이 추가적으로 또는 대안적으로 로봇 아암을 수동으로 조작하기 위한 사용자 상호작용 포인트들을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 정전용량성 감지, 압력 감지, 및/또는 힘 감지를 위한 모듈(1610)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 도 16c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 기울어진 접시 모양 캡(1620)을 포함할 수 있다. 다른 변형예들에서, 로봇 아암을 조작하기 위한 터치포인트들 중 하나 이상은 시스템 내의 다른 곳, 예컨대, 기구 드라이버 상의 버튼에 위치할 수 있다.
하나 이상의 터치포인트들은 특정 제어 모드의 사용자 선택(예컨대, 아래 추가로 기재된 제어 모드들 중 임의의 제어 모드)을 나타내는 수동 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예들에서, 힘 저항 센서는, 제어 모드가 힘의 위치 및/또는 배향과 관련하여 온/오프 토글될 수 있도록, 위치 정보를 또한 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기타 힘 및/또는 토크 센서들은 터치포인트 제어 메커니즘들로의 입력을 보충하는 정보를 제공하도록 사용될 수 있다. 이러한 터치포인트들의 사용자 조작은 아날로그 신호 또는 디지털 신호가 될 수 있다(아날로그 신호가 긍정적인 선택 또는 입력을 나타내는지 식별하기 위하여 임계값이 정의될 수 있음).
터치포인트들의 조작들의 상이한 타이밍 및 조합이 구현될 수 있다. 예를 들어, "누르고 있기" 상호작용 시, 하나 이상의 제어 모드들이 선택될 수 있다(예컨대, 압력 센서 또는 정전용량성 센서가 터치포인트 상의 충분한 힘 또는 사용자 접촉의 존재를 검출하는 한 제어 모드가 지속됨). 다른 예로서, 단일 접촉 또는 충분한 힘(또는 사전결정된 임계치 듀레이션동안 지속되는 접촉 또는 사전결정된 힘의 임계치 초과의 힘)이 발생 시 하나 이상의 제어 모드들이 선택 및/또는 후속적으로 선택해제될 수 있다.
추가적으로, 로봇 아암은 사용자에게 로봇 아암 및/또는 기구 드라이버에 관한 정보를 제공하도록 구성된 다수의 전자장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 아암 및/또는 기구 드라이버의 동작 상태에 대한 청각적 표시들을 제공하는 스피커를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 로봇 아암은 로봇 아암 링크들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 표시등(예컨대, LED)을 포함할 수 있다. 표시등은 조명의 색상 및/또는 빈도 또는 듀레이션(예컨대, 깜빡이는 빈도)을 통해 정보를 전달할 수 있다. 이러한 정보는, 예를 들어, 제어 모드들, 제어 상태들, 시스템 장애, 아암 조인트 제한들의 달성 또는 근사화, 방향들, 충돌 해결, 기구 변화, 기구 수명, 기구 유형 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 표시등은 정상 동작 상태를 나타내는 녹색일 수 있거나, 또는 장애 또는 기타 오류들을 나타내는 황색 또는 적색일 수 있다. 다른 예로서, 일부 또는 모든 표시등은 기구 유형을 나타내기 위하여 특정 색상 패턴으로 조명될 수 있다(예컨대, 도 17b). 추가적으로, 다수의 표시등의 세트의 조명 패턴은 특정 종류의 오류에 연관된 코드를 전달할 수 있다(예컨대, 도 17c에 도시된 것과 같은 4개의 등에 걸친 온-오프-온-온 조명 패턴은 특정 장애를 전달할 수 있음). 표시등은 추가적으로 또는 대안적으로 로봇-보조 수술 시스템의 다른 부분들에 관한 정보를 전달할 수 있다. 도 17a 내지 도 17c에 도시된 일 예시적인 실시예에서, 표시등은 사용자들과 통신하는 광 모듈의 일부일 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 광 링 모듈은 복수의 LED(예컨대, 마운트(1710) 상에 링, 스트립 또는 기타 적합한 패턴으로 배열됨), 광을 균일하게 확산시키기 위해 복수의 LED 상에 배치된 광 파이프 베젤(1720), 및 복수의 LED를 통한 조명을 제어하기 위한 마이크로제어기(예컨대, PCB 상)를 포함할 수 있다. 기타 조명 소자들(예컨대, 레이저 다이오드 등)은 추가적으로 또는 대안적으로 광 모듈에 포함될 수 있다. 광 파이프 베젤은 아암 링크, 기구 드라이버의 일부분을 위한 하우징(1730), 또는 로봇 아암 상의 또는 그 근처의 임의의 기타 적합한 위치에 안착할 수 있다. 광 파이프 베젤은, 예를 들어, 아크릴 또는 임의의 적합한 광 발산 또는 전파 재료를 포함할 수 있다. 일부 변형예들에서, 조이스틱 또는 버튼과 같은 터치포인트가 광 모듈 근처에 위치설정될 수 있다.
다른 예로서, 도 16d에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 동작 상태, 장애, 기타 오류들, 및/또는 기타 적합한 정보를 문자 및/또는 그래픽적으로 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 스크린(1630)을 포함할 수 있다. 표시 전자장치들은, 예를 들어, 포어아암 링크 상에(또는 도 1c에 도시된 조인트 모듈들(134e, 134f) 사이에) 장착될 수 있고, 이는 표시 전자장치가 통상적으로 환자측(예컨대, 수술대 옆)에 서있는 사용자에게 적어도 부분적으로 보일 수 있는 위치일 수 있다. 일부 변형예들에서, 디스플레이 스크린은 사용자 인터페이스(예컨대, 메뉴, 버튼, 슬라이더, 및/또는 로봇 아암을 동작시키기 위한 기타 적합한 제어부를 구비한 GUI)를 통해 사용자 입력을 수신하는 터치스크린을 포함할 수 있다. 디스플레이 스크린은 임의의 적합한 스크린, 예컨대, LCD 및/또는 정전용량성 터치 스크린을 포함할 수 있다.
또한, 도 1d에 도시된 바와 같이, 로봇 아암은 미세 위치설정 클러치(170)를 포함할 수 있고, 이는, 맞물려지면, 제2 아암 세그먼트(150)(구면형 아암 세그먼트)의 자세의 적어도 일부분을 실질적으로 제한하거나 또는 로킹(또는 실질적으로 편차를 제한함)하도록 구성되지만, 제1 아암 세그먼트(110)(직교형 아암 세그먼트)의 조인트 모듈들은 이동하도록 한다. 제2 아암 세그먼트(150)의 자세의 적어도 일부분을 제한하는 것은, 예를 들어, 전체 제2 아암 세그먼트(150)가 제1 아암 세그먼트(110)를 재배치함으로써 전체적으로 재위치되는 경우에도, 제2 아암 세그먼트(150) 내의 일부 또는 모든 조인트 모듈들에 그것들의 각각의 회전 위치들을 유지하라는 현재 명령들을 전송함으로써 달성될 수 있다. 이 기능은, 예를 들어, 로봇 아암을 환자의 포트에 위치한 캐뉼라에 도킹하는 동안, 미세 위치설정 능력을 제공하도록 하는 데 유용할 수 있다(즉, 사용자 위치설정 안내에 응답하여 아암의 작은 이동을 용이하게 함). 일 예시적인 실시예에서, 미세 위치설정 클러치(170)가 맞물리면, 구면형 아암 내의 제7 조인트 모듈(134g)만이 실질적으로 제한되거나(예컨대, 클러치(170)가 맞물리는 때에 대응하는 참조 로킹 위치에 대하여 한 방향 또는 양방향으로 10 도 이내, 5 도 이내, 또는 2 도 이내 등의 이동으로 제한됨) 또는 로킹(예컨대, 참조 로킹 위치에 대하여 실질적으로 이동 못하도록 제한됨)되는 반면, 아암 내의 다른 조인트 모듈들(예컨대, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 조인트 모듈들)은 제한없이 이동하도록 작동될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 미세 위치설정 클러치(170)가 맞물리면, 제6 조인트 모듈(134f) 및/또는 제7 조인트 모듈(134g) 둘 모두 실질적으로 제한되거나 또는 로킹되는 반면, 제1 아암 세그먼트(110) 내의 조인트 모듈들은 제한없이 이동하도록 작동될 수 있다. 제한 및/또는 로킹된 조인트 모듈들과 이동가능한 조인트 모듈들의 다른 조합들이 미세 위치설정 클러치의 맞물림에 따라 가능할 수 있다. 일부 변형예들에서, 미세 위치설정 클러치(170)는 제2 아암 세그먼트(150) 상의, 예컨대, 피치 링크장치 조립체(156) 또는 기구 드라이버 근처의 다른 적합한 위치에 위치할 수 있고, 미세 위치설정 클러치(170)는 환자의 포트 근처에 서있는 사용자에 의해 용이하게 접근가능할 수 있다.
미세 위치설정 클러치(170)는 임의의 적합한 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위에서 기재된 터치포인트들 중 임의의 것이 미세 위치설정 클러치로서 동작할 수 있다. 로봇 아암의 일부 제어 모드들에서, 미세 위치설정 클러치(170)는, 전체 로봇 아암의 자세를 디폴트로 변경하도록 인에이블하고, 미세 위치설정 클러치(170)가 맞물린 경우에만 구면형 아암의 이동을 제한하도록, "해제" 모드로 바이어스될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도킹 모드의 일 변형예에서와 같은 일부 제어 모드들에서, 미세 위치설정 클러치(170)는, 미세 위치설정 클러치(170)가 해제되지 않는 한 제1 아암 세그먼트(110)만의 자세의 변경을 인에이블하도록, "맞물림" 모드로 바이어스될 수 있다. 또한, 일부 변형예들에서, 로봇 아암(100)은, 링크들의 하나의 세트를 현재 자세에서 유사하게 로킹하는 반면, 링크들의 다른 세트 간의 상대 이동을, 임의의 적합한 조합으로 인에이블하는 하나 이상의 다른 클러치들을 포함할 수 있다.
제어기
로봇-보조 수술 시스템은 로봇 아암(또는 로봇-보조 수술 시스템이 하나 초과의 로봇 아암을 포함하는 경우, 다수의 로봇 아암)의 작동들을 통제하는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서들(1850)(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 및/또는 기타 로직 회로부)을 포함할 수 있다. 프로세서(1850)는, 로봇 아암 자체에, 카트-운반형 유닛 내에 또는 기타 적합한 구조물 상에 물리적으로 위치할 수 있으며, 콘솔(예컨대, 사용자 인터페이스)에 통신가능하게 링크될 수 있다. 제어 시스템은 다수의 모터 제어기들(예컨대, 1854a, 1856a, 1858a, 1860a, 1862a, 1864a, 1866a)의 세트를 추가로 포함할 수 있고, 이들의 각각은 프로세서(1850)에 통신가능하게 결합되고, 로봇 아암 내의 각각의 조인트 모듈 내의 적어도 하나의 액추에이터(예컨대, 1854b, 1856b, 1858b, 1860b, 1862b, 1864b, 1866b)를 제어하고 동작시키도록 전용된다.
모터 제어기로부터의 신호들은 (예컨대, 와이어 하니스 내에) 다발을 만들어 로봇 아암의 아암 링크들 및 조인트 모듈들의 내부 체적 안으로 통과하는 와이어 연결부들을 통해 액추에이터들에 전달될 수 있다. 일부 변형예들에서, 와이어 연결부들은 와이어 하니스에서와 같이, 서로 다발로 묶일 수 있다. 또한, 네트워킹 하드웨어의 물리적 층은 모터 드라이버들이 조인트 모듈들을 작동시킬 때 그것들에 의해 생성되는 스위칭 과도현상 또는 에너지의 급작스런 분출에 의해 야기되는 전기적 간섭을 감소시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 물리적 층은 그러한 간섭을 줄이기 위해 RS485-유형 송수신기들, 광-고립형, 및/또는 트랜스포머-결합형 인터페이스들을 포함할 수 있다.
일부 변형예들에서, 로봇 아암 내의 전체 와이어들의 개수를 줄이는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 와이어 번들 또는 하니스의 프로파일을 축소시키고, 링크들 및 이동하는 조인트 모듈들을 통과하는 와이어들의 우회를 단순화할 수 있다. 예를 들어, 와이어 연결부들은 데이지 체인 링 구성으로 배열될 수 있는데, 이 구성에서 노드(예컨대, 액추에이터 또는 센서)와의 통신을 위한 와이어링은 노드 안으로 들어가는 하나의 와이어 쌍 및 노드로부터 나오는 다른 와이어 쌍으로 감소된다. 또한, 로봇 아암 내부의 와이어링의 데이지 체인 링 구성은 로봇-보조 수술 시스템의 나머지(예컨대, 다른 로봇 아암)에 걸쳐 연장될 수 있다. 결과적으로, 데이지 체인 링 구성의 연장은, 예를 들어, 노드들과 제어 시스템 간의 데이터(예컨대, 명령 및 피드백 정보)의 교환 시 시간 지연을 감소시킬 수 있다. 데이지 체인 링 구성은 또한 위상 로크에 사용되거나 또는 모든 액추에이터 노드들을 제어 시스템에 동기화시킬 수 있는 타이밍 정보를 분배할 수 있으며, 이는 모든 액추에이터 노드들로부터의 피드백 정보가 동기식으로 생성되었고, 그럼으로써 하나 이상의 로봇 아암의 행동을 통제하기 위한 더 정밀한 제어 루프들을 가능하게 하도록 보장하는 것을 돕는다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제어 시스템은 하나 이상의 제어 모드들에 기초하여 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 모드는 원시 모드(적어도 하나의 조인트 모듈의 작동을 위한 기본 행동을 통제함) 또는 사용자 모드(더 높은 레벨의, 태스크별 행동을 통제하고, 하나 이상의 원시 모드들을 활용할 수 있음)로서 분류될 수 있다. 일부 변형예들에서, 사용자는 사용자 인터페이스 디바이스를 통하거나(예컨대, 동작 명령 목록에서 특정 모드를 선택함) 또는 버튼들, 터치스크린들, 또는 로봇 아암의 표면 상의 위에서 기재한 것들과 같은 기타 터치포인트 표면을 활성화함으로써, 특정 제어 모드를 선택할 수 있다. 사용자가 특정 터치포인트 표면에 관여하면, 다양한 제어 모드들 사이의 스위칭은, 예를 들어, 상태 머신/제어기에 의해 핸들링될 수 있다.
원시 모드들
일부 변형예들에서, 원시 모드는 로봇 아암이 특정 태스크(예컨대, 조인트 모듈의 양쪽의 아암 링크들 사이의 각도를 증가 또는 감소시키도록 조인트 모듈을 작동시킴)를 수행하게 할 수 있는 최소 기능 블록일 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 일 예는 조인트 명령 모드이고, 이를 통해 사용자는 단일 조인트 모듈 액추에이터를 개별적으로, 및/또는 다수의 조인트 모듈 액추에이터들을 집합적으로 직접 제어한다. 조인트 명령 모드에서, 로봇 아암은 조인트별로 명령을 받을 수 있다. 명령들은, 출력이 입력과 동일하다는 점에서 직접적이거나 또는 "통과"한다. 예를 들어, 제어 시스템의 입력들/출력들은 조인트 모듈 인덱스들(예컨대, 어떤 조인트 모듈이 명령과 연관되는지 정의하는 인덱스), 명령 모드의 표시(명령들이 조인트 모듈 내의 하나 이상의 액추에이터들에 대한 전류 또는 전력, 조인트 모듈 내의 하나 이상의 액추에이터들의 회전 위치, 조인트 모듈 내의 하나 이상의 액추에이터들의 회전 속도 등을 제어하려는 것인지 정의함), 및 참조 명령의 표시(명령받은 전류, 위치, 속도 등에 대한 값들)를 포함한다. 일부 변형예들에서, 조인트 명령 모드는 조인트 모듈 및/또는 액추에이터 레벨에서 일부 오류 핸들링 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조인트 명령 모드는, 조인트 명령이 조인트 모듈로 하여금 그것의 물리적 한계를 초과하게 하지 않을 것이라는 확인, 및/또는 조인트 명령이 하나 이상의 액추에이터들의 전류 제한들을 초과하지 않을 것이라는 확인을 포함할 수 있다. 일부 변형예들에서, 조인트 명령 모드는, 예를 들어, 시스템 튜닝 및 테스팅에 사용될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 다른 예는 중력 보상 모드이고, 이 모드에서 로봇 아암은 중력으로 인한 하방 드리프팅없이 스스로를 특정 자세(즉, 링크들 및 조인트 모듈들의 특정 위치 및 배향)에서 유지한다. 중력 보상 모드에서, 제어 시스템은 로봇 아암 내의 링크들 중 적어도 일부분에 작용하는 중력을 결정한다. 이에 응답하여, 제어 시스템은, 로봇 아암이 현재 자세를 유지할 수 있도록, 결정된 중력에 반응하기 위하여 적어도 하나의 조인트 모듈을 작동시킨다. 중력을 결정하기 위하여, 제어기는 인접한 링크들 사이의 측정된 조인트 각도들, 로봇 아암 및 기구 드라이버의 알려진 운동학 및/또는 역학 속성들, 및/또는 액추에이터의 알려진 특성들(예컨대, 기어 비, 모터 토크 상수) 등에 기초하여 계산을 수행할 수 있다. 또한, 로봇 아암은 아암에 인가되는 중력의 방향을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 가속도계 또는 기타 적합한 센서를 포함할 수 있다. 이러한 계산들에 기초하여, 제어기는 조인트 모듈에 작용하는 중력을 보상하는 데 각각의 조인트 모듈에서 어떤 힘이 필요한지 알고리즘으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 순방향 운동학 알고리즘, 역방향 역학 알고리즘, 또는 임의의 적합한 알고리즘을 활용할 수 있다. 제어기는 이어서 조인트 모듈들 내의 액추에이터들에게 로봇 아암을 동일한 자세로 유지하는 적절한 레벨의 전류를 제공하기 위한 명령들의 세트를 생성할 수 있다. 중력 보상 모드는, 예를 들어, 단독으로 또는, 아래에 기재된 사용자 모드들, 예컨대, 도킹 모드, 드레이핑 모드, 셋업 모드, 및/또는 기구 변경 모드(예컨대, 수술 기구를 기구 홀더에 결합, 기구 홀더 내의 기존 수술 기구를 새로운 수술 기구로 교환 등)의 다른 모드들과 조합하여 사용될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 다른 예는 마찰 보상 모드, 또는 능동적인 후방 구동 모드이다. 종종, 사용자는 로봇 아암을 특정 자세로 배열하기 위하여 아암 링크들 중 하나 이상을 직접 조작(예컨대, 잡아당기거나 또는 밀어냄)하기를 원할 수 있다. 이러한 행동들은 로봇 아암의 액추에이터들을 후방 구동시킨다. 그러나, 조인트 모듈들 내의 높은 기어 비와 같은 기계적 양태들에 의해 야기되는 마찰로 인해, 마찰을 극복하고 성공적으로 로봇 아암을 이동시키기 위하여 사용자는 상당한 양의 힘을 가해야 한다. 이를 해결하기 위하여, 마찰 보상 모드는 로봇 아암으로 하여금 사용자에 의해 요구되는 자세를 성취하는 데 필요한 방향으로 적절한 조인트 모듈들을 능동적으로 후방 구동함으로써, 사용자가 로봇 아암의 적어도 일부분을 이동시키는 것을 보조할 수 있도록 한다. 결과적으로, 사용자는 마찰이 덜 느껴지거나 또는 분명한 "가벼운" 느낌으로 로봇 아암을 수동으로 조작할 수 있다. 일부 변형예들에서, 제어기는 또한 사전정의된 파라미터들(예컨대, 힘의 듀레이션)을 포함하여 우발적인 이동(예컨대, 아암의 가벼운 충돌)과 아암 위치의 급격한 의도된 변동을 구분하고, 이어서 이동이 우발적이라고 결정되는 경우에 아암 위치를 수정 또는 재설정하도록 도울 수 있다. 마찰 보상 모드에서, 제어 시스템은 (하나 이상의 아암 링크들 상의 힘의 결과로서 직접적으로 또는 간접적으로) 적어도 하나의 조인트 모듈에 작용하는 사용자-인가 힘의 존재 및 방향을 결정하여 그 조인트 모듈 내의 액추에이터를 후방 구동한다. 이에 응답하여, 제어 시스템은 사용자-인가 힘과 동일한 방향으로 조인트 모듈을 작동시켜, 사용자가 정지 또는 운동 마찰을 극복하도록 돕는다. 사용자-인가 힘의 존재, 규모, 및 방향을 결정하기 위하여, 제어 시스템은 조인트 모듈들 또는 로봇 링크들의 속도 및/또는 위치를 (예컨대, 힘 또는 토크 센서들, 가속도계들 등을 이용하여) 모니터링할 수 있다. 추가적으로, 마찰 보상 모드에 있을 때, 제어 시스템은 디더링 전류 신호(예컨대, 약 0.5 ㎐ 내지 1.0 ㎐의 주파수 또는 기타 적합한 주파수, 양 방향의 마찰 밴드 내의 진폭을 갖는, 0을 중심으로 하는 정현파 또는 구형파)를 하나 이상의 조인트 모듈들에 전송하여, 조인트 모듈들이, 전부는 아니지만, 거의 양쪽 액추에이터 방향으로의 마찰을 극복하도록 준비될 수 있도록 한다. 사용자-인가 힘의 존재 및 방향을 결정하는 것에 응답하여, 제어 시스템은 이어서 조인트 모듈들 내의 액추에이터들에 적절한 레벨의 전류를 제공하기 위한 명령들의 세트를 생성하여 더 응답하여 마찰을 극복할 수 있다. 마찰 보상 모드는, 예를 들어, 도킹, 기구 변경 동안 단독으로 또는 다른 모드들 등과 조합하여 사용될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 다른 예는 궤적 추종 모드이고, 이 모드에서 로봇 아암은 하나 이상의 직교 궤적 명령들의 시퀀스를 추종하도록 이동할 수 있다. 궤적 명령들은, 예를 들어, 속도 명령들(직선 운동 및/또는 각운동의 관점에서 표현됨) 또는 목표 자세 명령들(링크들 및 조인트 모듈들의 최종 객관적인 위치 및 배향의 관점에서 표현됨, 예컨대, 특정 종류의 외과 시술을 위한 견본 자세)을 포함할 수 있다. 명령이 현재 자세에서 목표 자세로 변환하는 다수의 링크 이동을 요구하는 목표 자세인 경우, 제어 시스템은 궤적(필수 링크 이동들을 정의함)을 생성할 수 있다. 명령이 현재 자세와 동일한 목표 자세와 관련되는 경우, 제어 시스템은 명령받은 "유지" 위치를 효과적으로 생성하는 궤적 명령들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 궤적은 하기를 포함하는 입력들에 기초할 수 있다: 명령받은 속도들 또는 자세들(예컨대, 변환 매트릭스, 회전 매트릭스, 3D 벡터, 6D 벡터 등), 제어될 아암 링크들, 측정된 조인트 파라미터들(각도들, 속도들, 가속도들 등), 툴 파라미터들(유형, 무게, 크기 등), 및 환경적 파라미터들(예컨대, 아암 링크가 진입할 수 없거나 또는 금지된 사전정의된 지역들 등). 제어 시스템은 이어서 하나 이상의 알고리즘들을 이용하여 펌웨어에 대한 명령받은 조인트 파라미터들(위치, 속도, 가속도 등) 및/또는 펌웨어에 대한 전류 피드포워드로서 명령받은 모터 전류의 출력들을 생성할 수 있다. 이러한 출력 명령들을 결정하기에 적합한 알고리즘들은 순방향 운동학, 역방향 운동학, 역방향 역학, 및/또는 충돌 회피(예컨대, 아암 링크들 간의 충돌, 상이한 로봇 아암의 인스턴스들 간의 충돌, 아암과 환경 간의 충돌 등)에 기초한 알고리즘들을 포함한다. 궤적 추종 모드는, 예를 들어, 단독으로 또는 아래에 기재된 사용자 모드들 중의 다른 모드들, 예컨대, 도킹 테이블 모드, 드레이핑 모드, 셋업 모드 및/또는 기구 변경 모드와 조합하여 사용될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 다른 예는 임피던스 제어 모드이고, 이 모드를 통해 로봇 아암은 힘 및/또는 토크 센서를 사용하지 않고 가상 환경에 순응할 수 있다. 일반적으로, 임피던스 제어는 기계적 시스템의 기계적 임피던스를 변조한다. 시스템의 기계적 임피던스는 시스템의 힘 출력 대 시스템에 대한 모션 입력의 비로서 정의된다. 시스템의 기계적 임피던스를 제어함으로써, 환경-부과된 외부 모션들에 대한 시스템의 저항성의 양을 제어할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 제어 모드는 스프링 및 댐퍼 시스템을 이용하여 주위 환경을 모델링할 수 있는데, 스프링 상수는 모델링된 스프링에 대한 힘 출력을 정의하고, 댐핑 상수는 주어진 속도 입력에 대한 힘 출력을 정의한다. 일부 변형예들에서, 임피던스 제어 모드의 일 응용예는 가상 고정구, 또는 햅틱장치의 생성 및 사용이며, 로봇 아암은 정의된 제한들, 예컨대 환경 및/또는 로봇 아암에 가해지는 하나 이상의 가상, 기하학적 제약들에 순응하는 동작(즉, 이동)을 완료할 수 있도록 한다. 일 예시적인 유형의 가상 고정구는 "금지 지역" 가상 고정구이고, 이는 (예컨대, 충돌 회피를 위하여) 아암이 환경 내의 사전정의된 공간 안으로 진입하는 것을 방지한다. 다른 예시적인 유형의 가상 고정구는 "안내(guidance)" 가상 고정구이고, 이는 아암의 모션 제한들의 범위를 기하학적으로 제한함으로써 (예컨대, 아암 링크들의 상대적인 모션을 제한함으로써) 아암에 안내된 모션을 제공한다. 임피던스 제어 모드 내의 제어 기법들은 조인트 공간(각각의 조인트 모듈의 작동을 제어) 및/또는 직교 공간(공간 내의 아암 위치를 제어)을 제어하는 것으로서 표현될 수 있다. 제어 알고리즘에 대한 입력들은 로봇 아암의 하나 이상의 부분들의 측정된 조인트 각도들 및/또는 속도들, 선택된 가상 고정구 구성, 및 로봇 아암 상의 목표 제어 지점의 위치를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 이어서 하나 이상의 알고리즘들을 이용하여 명령받은 조인트 액추에이터 파라미터들(요구 전류/토크 등) 및/또는 부과된 제약들에 대한 순응 상태를 생성할 수 있다. 이러한 출력 명령들을 결정하기에 적합한 알고리즘들은 순방향 운동학, 역방향 운동학, 역방향 역학, 충돌 회피(예컨대, 아암 링크들 간의 충돌, 상이한 로봇 아암의 인스턴스들 간의 충돌, 아암과 환경 간의 충돌 등), 및/또는 가상 힘 렌더링(기하학적 형상, 질량, 스프링-및-댐퍼 등과 같은 가상 모델의 사용)에 기초한 알고리즘들을 포함한다. 임피던스 제어 모드는, 예를 들어, 기구 변경 동안 단독으로 또는 다른 모드들과 조합하여 사용될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 원시 제어 모드의 다른 예는 어드미턴스 제어 모드이고, 이를 통해 로봇 아암은 가상 모델(예컨대, 가상 질량/관성 속성들)에 따라 감지된 사용자 힘에 응답할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암 상에 지향되는 사용자 힘을 측정하는 하나 이상의 힘/토크 센서들에 응답하여, 사용자가 가상 아암 모델 상에서 동일한 방식으로 밀고/잡아당기는 경우 가상 아암 모델이 하는 동일한 방식으로 실제 로봇 아암은 이동할 수 있다. 일부 변형예들에서, 사용자 힘은 아암 내의 하나 이상의 조인트 모듈들 내의 적어도 토크 센서들을 이용하여 측정된다. 다른 변형예들에서, 사용자 힘은 로봇 아암의 하나 이상의 링크들 상의 적어도 6 DOF 힘/토크 센서(예컨대, 위에서 기재된 6 DOF 센서와 같음) 또는 모두 합쳐 6 DOF를 검출하는 다수의 센서들(예컨대, 2대의 3 DOF 센서들)을 이용하여 측정된다. 제어 시스템은 입력으로서 실제 힘/토크 센서 판독치들, 실제 로봇 아암을 가상 모델에 맵핑하기 위한 힘/토크 센서 변환들, 파라미터들을 로봇 아암의 알려진 참조 프레임으로 맵핑하기 위한 가상 모델 변환들, 기타 가상 모델 속성들, 및/또는 로봇 아암 및 기구 드라이버 운동학을 취할 수 있다. 로봇 아암으로 하여금 가상 모드에 따라 이동하게 하기 위하여, 제어 시스템은 이어서 하나 이상의 알고리즘들을 이용하여 특정 전류, 토크, 조인트 위치들, 및/또는 기타 적합한 조인트 모듈 파라미터들에 대하여 조인트 모듈 액추에이터들에 대한 명령들을 생성할 수 있다. 이러한 출력 명령들을 결정하는 데 적합한 알고리즘들은 가상 모델에 대한 순방향 운동학, 역방향 운동학, 역방향 역학, 충돌 회피, 및/또는 순방향 역학에 기초한 알고리즘들을 포함한다. 어드미턴스 제어 모드는, 예를 들어, 포트 도킹 또는 기구 변경 동안 단독으로 또는 다른 모드들과 조합하여 사용될 수 있다.
사용자 모드들
일부 변형예들에서, 사용자 모드가 위에서 기재된 하나 이상의 원시 모드들을 포함할 수 있다는 점에서, 사용자 모드들은 원시 모드들의 위에 놓인 제어 모드들일 수 있다. 사용자 모드들을 통해 사용자는 외과 시술의 상이한 단계들 동안(예컨대, 사전 셋업 및 테스팅, 수술, 사후 분해 및 보관 동안) 다수의 다양한 방식들로 로봇 아암과 물리적으로 상호작용하게 된다. 예를 들어, 소정 사용자 모드들을 통해 로봇 아암은 포함된 원시 모드들의 특정 조합에 따라 소정 방식으로 반응하게 된다. 추가적으로, 소정 사용자 모드들은 외과 시술의 특정 단계에 대하여 효율성을 증가시키도록 설계된 자동화된 이동 단계들의 사전결정된 시퀀스를 수반할 수 있다. 많은 사용자 모드들은 상호적으로 서로 배타적이고, 동시에 선택되지 않을 수 있지만, 일부 사용자 모드들(예컨대, 원격조종 모드와 가상 RCM 모드)은 병렬로 동작할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 일 예는 유휴 모드(idling mode)이고, 이 모드에서 로봇 아암은 현재 아암 자세 또는 디폴트 아암 자세에서 쉬면서 추가적인 명령들 또는 지시를 기다릴 수 있다. 일 변형예에서, 유휴 모드는 위에서 기재한 궤적 추종 모드를 포함하고, 현재 자세와 동일하게 목표 자세를 정의함으로써 명령받은 "유지" 위치를 초래한다. 다른 변형예에서, 유휴 모드는 추가적으로 또는 대안적으로 위에서 기재된 중력 보상 모드를 포함한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 셋업 모드이고, 이 모드에서 로봇 아암은 제1 자세(예컨대, 보관 및 운반을 위한 접철 구성)에서 디폴트 자세(예컨대, 적어도 부분적으로 연장됨), 예컨대, 디폴트 셋업 자세 또는 특정 유형의 외과 시술을 위한 사전결정된 견본 자세로 전환될 수 있다. 추가적으로, 로봇 아암은 스스로 실행 항목들의 사전결정된 체크리스트(예컨대, 안전 및 기능 확인)를 완료함으로써 초기화할 수 있다. 디폴트 자세로의 이동 및/또는 체크리스트 완료는 적어도 부분적으로 자동 또는 자율적일 수 있다. 로봇 아암의 사용 준비는 사용자 및/또는 관리감독 제어 시스템에 의해 확인받을 수 있다. 로봇 아암이 셋업 모드에 있는 동안, 사용자들은 로봇 아암 상에서 다양한 사전동작 태스크들, 예컨대 검사(예컨대, 눈으로 또는 손으로), 클리닝, 드레이핑 등을 수행할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 장착 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암은 수술 플랫폼(예컨대, 수술대 또는 카트)에 연결되고/되거나 셋업을 위해 초기화될 수 있다. 예를 들어, 수술 플랫폼에 연결되어 있는 동안, 로봇 아암은 현재 아암 자세(예컨대, 셋업 모드의 활동 시퀀스의 끝에 취해진 디폴트 자세)에서 쉴 수 있다. 유휴 모드와 유사하게, 도킹 테이블 모드는 명령받은 "유지 위치"를 야기하는 궤적 추종 모드를 포함할 수 있고/있거나 위에서 기재된 중력 보상 모드를 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 드레이핑 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암은 멸균 차단부들이 로봇 아암에 결합되는 (로봇 아암과 수술 기구 사이에 멸균 차단부를 유지하는) 프로세스를 용이하게 한다. 예를 들어, 드레이핑 모드에서, 로봇 아암은 자동으로, 예컨대, 환자로부터 멀리 그리고 외과 보조자에게 더 가깝게 연장되는 사전결정된 드레이핑 자세로 스스로 이동하여, 멸균 차단부들의 부착을 요구하는 지역들(예컨대, 기구 드라이버 상의 기구 부착 지점)에 대한 접근을 개선할 수 있다. 외과 보조자는, 예를 들어, 환자 테이블 주위를 돌며 드레이핑 자세에 있는 각각의 다수의 로봇 아암에 걸어가서 순차적으로 멸균 차단부를 각각의 개별적인 로봇 아암에 부착할 수 있다. 대안적으로, 다수의 로봇 아암이 자동으로 외과 보조자에게 더 가까이 이동하여 외과 보조자가 제자리에 있을 수 있도록 함으로써, 셋업 효율성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암 상의 멸균 드레이핑이 완료되고, 제2 로봇 아암은 유사하게 드레이핑될 준비가 되면, 제어 시스템은 제1 로봇 아암을 멀리 다른 위치로 이동시키고, (예컨대, 멸균 차단부 부착을 자동으로 검출하는 센서들을 이용한 이후, 및/또는 드레이핑이 완료됨을 나타내는 사용자 명령 후) 제2 로봇 아암을 외과 보조자에 더 가까이 이동시킬 수 있다. 또한, 드레이핑 동안, 사용자는 로봇 아암의 형상 및 위치를 조정하여 특정 환경, 예컨대, 실내 물건들, 환자의 크기, 및/또는 드레이핑을 수행하는 외과 보조자의 제한된 신장에 적용가능할 수 있다. 일부 변형예들에서, 드레이핑 모드는 로봇 아암을 제어하기 위한 조인트 명령 모드 및/또는 중력 보상 모드를 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 도킹 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암은 사용자가 로봇 아암을 (환자의 신체 안에 미리 삽입된 캐뉼라를 이용하여) 환자 상의 포트에 부착하는 프로세스를 용이하게 한다. 최소-침습 수술을 수행하기 위하여, 로봇 아암의 원위 단부는 일반적으로 거칠거나 또는 대략적인 위치설정 및 미세 위치설정 단계들을 이용하여 포트에 단단히 래치된다. 거친 위치설정 동안, 외과 보조자는 아암을 직접 쥐거나, 밀거나, 당김으로써, 또는 달리 수동으로 (대안적으로 핸들를 잡고, 또는 조이스틱, D-패드, 또는 다른 사용자 인터페이스 터치포인트를 조작함으로써) 수동으로 로봇 아암의 원위 단부를 포트에 더 가까이(예컨대, 약 6 인치, 또는 포트까지 기타 적합한 거리 이내) 안내할 수 있다. 거친 위치설정 동안, 중력 보상 및/또는 마찰 보상이 위에서 기재된 바와 같이 아암 조인트들에 적용될 수 있다. 또한, 일부 변형예들에서, 우발적 또는 부주의한 충돌들이 아암을 바람직하지 않게 이동시키는 것을 방지하기 위하여, 수동으로 인가되는 사용자의 힘은 사용자의 힘이 아암으로 하여금 이동하게 하기 전에 임계치 가상 스프링 힘을 극복하도록 요구될 수 있다. 미세 위치설정 동안, 외과 보조자는 추가로 수동으로 로봇 아암의 원위 단부를 안내하여 포트 내에 삽입된 캐뉼라에 결합되게 할 수 있다. 미세 위치설정은 트리거, 버튼, 스위칭 등과 같은 미세 위치설정 클러치(170)(예컨대, 도 1d에 도시되고 위에서 기재된 바와 같이 기구 드라이버 근처에서, 구면형 아암(150) 상에 위치됨)의 사용으로 추가로 인에이블될 수 있다. 미세 위치설정 클러치(170)의 맞물림 시, 제2 아암 세그먼트의 링크장치들 중 적어도 일부가 서로에 대하여 이동하지 않도록 제2 아암 세그먼트(구면형 아암 세그먼트)의 링크장치들의 조인트 모듈들 중 적어도 일부를 로킹하는 동안, 제1 아암 세그먼트(직교형 아암 세그먼트)의 링크장치들은 사용자 안내 하에 거친 위치설정과 유사하게 이동할 수 있다. 이러한 단계들 동안, 제어 시스템은 위에서 기재된 중력 보상 모드 및/또는 마찰 보상 모드에서 로봇 아암을 동작시킬 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 원격조종 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암은 외과 시술 동안 사용자 인터페이스 디바이스에 의해 원격으로 제어된다. 원격조종 모드에 있는 동안, 통상적으로 직교형 아암 세그먼트는 공간에 고정되고(그럼으로써 기계적 RCM 및 엔드 이펙터(end effector)의 모션의 대응하는 범위를 보존함) 엔드 이펙터의 모션은 구면형 아암 세그먼트 및 기구 드라이버에 의해 제어될 수 있다. 원격조종 모드는 위에서 기재된 중력 보상 모드, 궤적 추종 모드, 및/또는 임피던스 제어 모드를 포함할 수 있다. 일부 변형예들에서, 로봇 아암이 원격조종 모드에 있는 동안, 궤적 추종 모드 및/또는 임피던스 제어 모드는 (예컨대, 다른 로봇 아암과의) 충돌 회피에 집중할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 재위치설정 모드이며, 이 모드에서 사용자는 엔드 이펙터 기구 위치 및 배향을 변경하지 않고 새로운 자세에서 로봇 아암을 이동할 수 있다. 이러한 종류의 재위치설정은 로봇 아암 내의 잉여 DOF로 인해 가능하다. 예를 들어, 로봇 아암이 기구 드라이버 둘레에서 이동되는 동안(예컨대, 위에서 기재된 "낮은" 또는 "높은" 아암 위치와 "뒤집힌" 아암 위치 사이에서 스위칭함), 로봇 아암의 원위 단부는 포트에 도킹된 상태를 유지할 수 있다(기계적 RCM 및 기구가 공간 내에 고정된 상태를 유지하도록 함). 재위치설정 모드에서, 제어 시스템은 기구가 어디에 위치하는지 알고, 사용자가 로봇 아암을 재위치설정함에 따라 아암 이동을 추적하여 로봇 아암과의 충돌을 피하도록 한다. 대안적으로, 기구가 여전히 환자 내에 삽입되어 있는 동안 로봇 아암은 기구로부터 해제될 수 있고, 이어서 로봇 아암은 재위치설정하고 후속적으로 기구와 다시 맞물릴 수 있다. 로봇 아암이 새로운 자세에 정착하고 기구와 다시 맞물린 후에, 제어 시스템은 기구의 기능 및 제어가 올바르게 작동하고 있는지 보장하도록 돕는 체크를 개시할 수 있다. 재위치설정 모드는 위에서 기재된 중력 보상 모드, 궤적 추종 모드, 및/또는 임피던스 제어 모드를 포함할 수 있다.
예시적인 예로서, 로봇 아암이 재위치설정 모드에 있을 때, 전체 로봇 아암은 중력 보상을 갖고 동작할 수 있다. 로봇 아암의 제1 세그먼트의 적어도 일부(예컨대, 직교형 아암 세그먼트의 적어도 일부분)는 수동적일 수 있으며, 이때 조인트 모듈들은 수동적으로 후방 구동가능하다. 로봇 아암의 제2 세그먼트의 적어도 일부(예컨대, 구면형 아암 세그먼트의 적어도 일부분)는 능동적일 수 있고, 이때 조인트 모듈들은 RCM 및 엔드 이펙터 위치/배향을 유지하기 위하여 궤적 추종 모드에서 능동 "유지" 위치에 로킹된다. 로봇 아암이 로봇 아암 상에서 사용자 힘(예컨대, 밀기 또는 당기기)을 받은 후에, 사용자 힘은 수동 조인트 모듈들에 전달되어 수동 조인트들로 하여금 일반적으로 일부 제약을 받으며 사용자 힘을 따라 이동하게 한다(예컨대, 임피던스 제어를 통해 구현됨). 특히, 소정 특징부들(예컨대, 수동 아암 세그먼트의 최원위 단부)은 일반적인 구형 표면과 같은 가상 고정구의 표면 상에 제한되어, 수동 아암 세그먼트가 가상 고정구에 의해 금지되지 않은 지역들 내에서만 이동할 수 있도록 할 수 있다. 수동 아암 세그먼트가 이동하고 있는 동안, 수동 아암 세그먼트는 가상 구형 표면 상의 새로운 위치로 밀려남에도 불구하고, 능동 아암 세그먼트 내의 조인트 모듈들은 실질적으로 일정하고/안정적인 기구 및 RCM 위치 및 각도를 유지하도록 능동적으로 구동될 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 가상 RCM 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암은 모션의 기계적 원격 중심과 일치하지 않는 모션의 가상 원격 중심을 설정한다. 모션의 가상 원격 중심은 기계적 설계와 조합되는 소프트웨어의 결과로서 생성된다. 통상적으로, 외과 시술 동안, 기계적 RCM은 (즉, 원격조종 모드 동안) 직교형 아암 세그먼트의 자세를 고정하고 구면형 아암 세그먼트를 이동함으로써 보존된다. 그러나, 가상 RCM 모드에서, 가상 RCM에서의 엔드 이펙터의 모션의 이전 유효 범위를 유지하는 동안, 기계적 RCM은 로봇 아암과 환자 사이의 더 나은 물리적 여유 공간을 생성하기 위하여 이동할 수 있다. 직교형 아암 세그먼트가 기계적 RCM과 가상 RCM 사이의 오프셋을 생성함에 따라, 가상 RCM은 직교형 아암 세그먼트 및 구면형 아암 세그먼트 둘 모두를 이동함으로써 달성된다. 기계적 RCM과 대조적으로, 가상 RCM은 예컨대, 외과 시술 동안 또는 상이한 외과 시술들 사이에 역동적으로 변할 수 있다. 일부 변형예들에서, 가상 RCM 모드는 중력 보상 모드 및 궤적 추종 모드를 포함할 수 있거나, 또는 대안적으로 중력 보상 모드 및 임피던스 제어 모드를 포함할 수 있다.
일부 인스턴스들에서, 가상 RCM은, 가상 RCM이 지점에 제한되기 보다는, 일반적으로 기구 샤프트 축에 수직하고 기계적 RCM에 대하여 명시된 높이에서 기구 샤프트 축과 교차하는 평면에 제한될 수 있다는 점에서 순응적일 수 있다. 이러한 인스턴스들에서, 직교형 아암의 조인트들은 중력 보상 모드, 능동 후방 구동 모드, 및/또는 임피던스 제어 모드에서 동작하여, 조인트들이 아암으로 하여금 가상 평면과 일렬로 있는 힘에 응답하지만, 평면에 수직하는 힘들에 저항하도록 한다. 구면형 아암의 조인트들(예컨대, J6, J7) 및 기구 드라이버의 조인트들은 계속 궤적 추종 모드에 있고, 그럼으로써 사용자는 옵션적으로 계속해서 기구를 구동하고 수술을 수행할 수 있다. 이를 통해 로봇 아암은, 기구 및 캐뉼라가 환자 안으로 밀려들어가거나 또는 환자 밖으로 잡아당겨지는 것을 방지하는 동안, 환자의 조직 상에 작은 크기의 힘을 생성하는 피봇 포인트를 자연적으로 찾는다. 이러한 동작 모드는, 예를 들어, 단일, 고정된 피봇 포인트만이 이상적이지 않을 수 있는, 대형 기구 모션의 범위를 갖는 경우들(예컨대, 다중-사분면 시술들) 중에 유용할 수 있다. 다른 경우들, 예컨대, 두꺼운 조직 층을 갖는 과체중/비만 환자들에 수술하기 위한 시술들, 및 캐뉼라 및 기구가 늑골들 사이를 지나가는 흉부 시술들은 또한 이러한 순응성 가상 RCM 모드로부터 이익을 얻을 수 있다. 순응성 가상 RCM 모드는 원격조종 모드와 함께 사용될 수 있거나 또는 사용자에 의해 선택적으로 그리고 간헐적으로 관여될 수 있다. 이 모드는 또한 환자 테이블이 시술 동안 틸팅되는 경우 동안 유용할 수 있는데, 그 이유는 이를 통해 아암이 테이블의 이동으로 인한 환자 조직의 임의의 이동을 (예컨대, 트렌델렌버그 위치에서 역 트렌델렌버그 위치까지) 성실히 추종할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자 모드의 다른 예는 기구 변경 또는 기구 변경 모드이며, 이 모드에서 로봇 아암의 다수의 조인트 모듈들은 최원위 조인트 모듈만을 작동시킴으로써 이용가능한 모션의 범위를 초과하여 캐뉼라 안으로 또는 밖으로 수술 기구를 이동시키도록(예컨대 기구 축 H를 따라 병진운동) 작동할 수 있다. 수술 기구를 추가로 캐뉼라 밖으로 이동시킴으로써(예를 들어, 예컨대, 모터에 의해 동작되는, 작동되는 캐뉼라 래치 메커니즘을 이용하여, 사용자의 수동 직접 어시스턴스 없이 캐뉼라가 분리될 수 있음), 로봇 아암은 용이하게 캐뉼라와 기구들 사이에서 도킹 또는 변경될 수 있다. 일부 변형예들에서, 기구 변경 모드는 추가적으로 또는 대안적으로 제어 시스템이, 자동으로 기구를 캐뉼라 밖으로 꺼내는 것, 엔드 이펙터 팁들 또는 기구들을 변경하는 것, 및 로봇 아암을 캐뉼라에 다시 도킹하는 것을 명령하는 자동 기구 변경을 허용한다. 다양한 선택된 엔드 이펙터 팁들이 사전정의된 순서대로 표면(예컨대, 테이블) 상에 배열되어, 제어 시스템은 자동 기구 변경 동작을 위하여 원하는 엔드-이펙터 팁들을 위치설정하고 식별할 수 있도록 할 수 있다. 일부 변형예들에서, 기구 변경 모드는 중력 보상 모드 및 궤적 추종 모드를 포함할 수 있다.
위에서 기재된 다양한 제어 모드들의 양태들을 포함 및 조합하는 다른 사용자 모드들이 제어 시스템 내에 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 사용자 모드의 다른 예는, 일부 단계들이 상이한 순서로 일어날 수 있는 것(예컨대, 시스템 체크 이후에, 보관을 위해 로봇 아암을 접철 구성으로 접음)을 제외하고 셋업 모드와 유사할 수 있는 사후동작 모드이다. 사후동작 모드는 또한 완전 전력 오프 사이클을 트리거링하는 것을 포함할 수 있다. 기타 잠재적 모드들은 서비스 모드, 클리닝 모드(예컨대, 로봇 아암을 완전히 펴진 자세로 이동시켜 클리닝 또는 멸균 동안 노출된 표면 영역을 증가시킴), 검사 모드, 열병식 또는 마케팅 모드(예컨대, 시연 자세들을 위한 사전 프로그래밍된 일련의 이동들), 사이클 테스팅 모드, 및/또는 임의의 기타 적합한 모드를 포함한다.
소프트웨어 업데이트 능력
일부 변형예들에서, 로봇 수술 시스템은 로봇 아암 및/또는 기타 컴포넌트들(예컨대, 기구 드라이버)의 동작을 통제하기 위한 하나 이상의 프로세서들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 수술 시스템은 하나 이상의 컴퓨터들, 또는 기타 적합한 컴퓨터 구성을 포함하는 제어 콘솔 또는 제어탑을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 제어 콘솔(1852)은 하나 이상의 로봇 아암을 위한 모터 제어기들을 제어하는 적어도 하나의 프로세서(1850)에 통신가능하게 결합될 수 있다.
제어 콘솔(1852)은 로봇 수술 시스템의 로봇 아암 및/또는 기타 컴포넌트들의 제어를 변경하기 위하여 주기적으로 또는 간헐적으로 변경(예컨대, 업그레이드)될 수 있는 소프트웨어를 포함할 수 있다(예컨대 핸드헬드 사용자 인터페이스 디바이스들). 유리하게도, 예를 들어, 로봇 아암의 동작을 제어하는 소프트웨어를 업데이트하는 것은 로봇 아암의 실제 하드웨어를 교환하지 않고 로봇 아암의 상이한 기능들 및 특성들을 인에이블할 수 있다. 또한, 일부 변형예들에서, 소프트웨어(특정 버전의 소프트웨어 내의, 또는 상이한 버전들의 소프트웨어 중에서)는 로봇 수술 시스템을 운용하는 외과의사 또는 다른 사용자에 특화되고/되거나 다른 방식으로 사용자에게 맞춤가능할 수 있다.
상이한 버전의 소프트웨어는, 예를 들어, 더 신규 버전의 제어 모드들 및/또는 제어 알고리즘들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 신규 버전의 소프트웨어는 더 정확하거나 또는 더 신속하게(더 빠른 연산 프로세스 등을 통해) 로봇 아암에 작용하는 중력에 반응하는 신규 중력 보상 모드를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 신규 버전의 소프트웨어는 가상 RCM 및/또는 가상 고정구에 대한 신규 계획(파라미터들, 경계, 임피던스 값들 등)을 제공할 수 있다.
다른 예로서, 상이한 버전의 소프트웨어는 로봇 아암에 대한 견본 또는 사전결정된 자세들의 상이한 세트(예컨대, 위에서 기재된 "낮은", "높은", 및/또는 "뒤집힌" 아암 구성들의 상이한 변형예들)를 제공할 수 있다.
다른 예들에서, 상이한 버전들의 소프트웨어는 환자-특정, 환자-유형 특정, 및/또는 외과 시술-유형 특정 등일 수 있다. 예를 들어, 소정 사전결정된 로봇 아암 자세들 또는 구성들은 더 작은 환자들(예컨대, 소아과 환자들)에게 더 최적화될 수 있는 반면, 다른 로봇 아암 자세들 또는 구성들은 더 큰 환자들에게 더 최적화될 수 있다.
다른 예로서, 상이한 버전들의 소프트웨어는 디스플레이, 터치스크린 등에 더 신규 버전들의 그래픽 사용자 인터페이스들을 제공할 수 있고, 이를 통해 사용자는 로봇 아암의 특성들을 볼 수 있고(예컨대, 제어 모드, 동작 오류 또는 경고 등), 더 신규 버전들의 그래픽 사용자 인터페이스는, 예를 들어, 메뉴의 레이아웃 및 콘텐츠에 대한 변경을 포함할 수 있다.
아암에 대한 소프트웨어 업데이트는, 예를 들어, 저장 매체(예컨대, 하드 드라이브, 플래시 드라이브, 플로피 디스켓, 클라우드 저장)로부터 파일의 전달을 통해, 유선 및/또는 무선 연결을 통해 집행될 수 있다. 콘솔(1852)(또는 기타 제어 컴퓨터 구성)에 대한 소프트웨어 업데이트들은 주기적으로(예컨대, 매일, 매주, 격주, 매월, 격월, 매반년, 매년 등), 예컨대 기존의 저장 매체 또는 기타 소스로부터 추진되거나 또는 견인될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 소프트웨어 업데이트들은 사용자 입력에 응답에 기초하여 트리거될 수 있다(예컨대, 소프트웨어를 업데이트하기 위한 사용자 인터페이스 상의 사용자 선택).
멸균
일부 변형예들에서, 부주의하게 박테리아 및 기타 병원균들을 환자에게 전염시킬 가능성을 감소시키기 위하여, 로봇-보조 수술 시스템에서 사용전 로봇 아암을 멸균하는 것은 바람직할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 멸균되고, 이어서 (예컨대, 백, 랩, 또는 기타 적합하게 밀봉된 덮개로) 덮여서 그것의 멸균 조건을 유지할 수 있다. 다른 예로서, 로봇 아암이 먼저 덮이고 이어서 커버를 통해 멸균될 수 있는데, 이는 이어서 후속적으로 로봇 아암의 멸균 조건을 유지할 수 있다. 멸균되고 포장된 로봇 아암은 후속적으로 핸들링되어 멸균 사용 영역(예컨대, 수술실)에서 제거할 때까지 포장, 운반 동안 멸균을 유지하는 염려를 덜 수 있다. 적합한 멸균 시술들은, 예를 들어, 로봇 아암을 자외선광, e-빔 조사, 감마선, 및/또는 가스로 처리하는 것을 포함할 수 있다. 로봇 아암은 추가적으로 또는 대안적으로 고압 소독기(autoclave) 내에서 또는 다른 적합한 의료 등급 멸균 프로세스(예컨대, 한 번 사용 후 재멸균 프로세스)를 통해 멸균될 수 있다.
다른 변형예들에서, 로봇 아암은 멸균이 아닌, 일반적인 세정 처리될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암에서 먼지, 때, 및/또는 기타 시각적 이물질들을 닦아 낼 수 있다. 이러한 세정 절차 이후에, 로봇 아암은 포장되어 그것의 일반적으로 청결 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 백, 드레이프(drape), 방수포(tarp), 또는 기타 덮개로 덮여 흙탕물 및 기타 위험으로부터 로봇 아암을 보호하도록 도울 수 있다.
로봇 아암 및 기타 컴포넌트들의 멸균을 유지하기 위한 시스템들의 기타 예들이, 발명의 명칭이 "STERILE ADAPTERS WITH A SHIFTING PLATE FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM"인, 미국 가특허 출원 제62/436,957호, 발명의 명칭이 "STERILE ADAPTER DRIVE DISKS FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM"인, 미국 가특허 출원 제62/436,965호, 발명의 명칭이 "STERILE ADAPTERS WITH A TOOL SEAT FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM"인, 미국 가특허 출원 제62/436,974호, 및 발명의 명칭이 "DRAPE ATTACHMENT TO STERILE ADAPTERS FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM"인, 미국 가특허 출원 제62/436,981호에 상세하게 기재되며, 이들의 각각은 2016년 12월 20일에 출원되었고, 전체적으로 참조로서 본 명세서에 포함된다.
전술한 설명은, 설명의 목적을 위해, 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 특정 상세 사항들이 본 발명을 실시하는 데 필요하지 않다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시된다. 이들은 총망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하고자 하는 것은 아니며; 명백하게, 상기 교시 내용을 고려하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며, 이에 의해 본 기술 분야의 다른 기술자들이, 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 변형예들 및/또는 다양한 조합들을 갖고서 본 발명 및 다양한 실시예를 가장 잘 이용할 수 있게 한다.
본 출원은 2016년 9월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/395,704호에 대한 우선권을 주장하며, 이 문헌은 이러한 참조로서 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

Claims (32)

  1. 로봇 수술 시스템으로서,
    로봇 아암; 및
    수술 기구를 유지하도록 구성된 기구 드라이버;
    를 포함하고,
    상기 로봇 아암은,
    상기 로봇 아암에 적어도 5 자유도를 제공하는 제1 복수의 링크들을 포함하는 제1 아암 세그먼트; 및
    상기 로봇 아암에 적어도 2 자유도를 제공하는 제2 복수의 링크들을 포함하는 제2 아암 세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 제2 복수의 링크들은 롤 링크, 제1 평면 내에서 회전가능하고 상기 롤 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제1 링크, 및 제2 평면 내에서 회전가능하고 상기 제1 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제2 링크를 포함하고,
    상기 기구 드라이버는 상기 기구 드라이버가 상기 제1 평면과 제2 평면 중 적어도 하나에 평행하지 않도록 상기 제2 링크의 원위 단부에 결합되는, 로봇 수술 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 기구 드라이버가 상기 롤 링크와 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 적어도 하나 사이에 위치설정되는 간결한 구성으로 접힐 수 있는, 로봇 수술 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 롤 링크의 적어도 일부분은 롤 축을 따라 배향되고, 상기 기구 드라이버의 적어도 일부분은 상기 롤 축으로부터 각도적으로 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 아암 세그먼트는 상기 수술 기구를 일반적인 구형 작업공간 내에서 이동하도록 구성되고, 상기 제1 아암 세그먼트는 상기 구형 작업공간의 상기 위치를 이동하도록 구성된, 로봇 수술 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 아암의 제1 자유도는 상기 제1 아암 세그먼트에 대한 상기 롤 링크의 회전에 의해 제공되는, 로봇 수술 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 아암 세그먼트에 대한 상기 롤 링크의 회전은 상기 기구 드라이버의 롤 방향으로의 이동을 야기하는, 로봇 수술 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 로봇 아암의 제2 자유도는 상기 롤 링크에 대한 상기 제1 링크 및 제2 링크의 동기식 회전에 의해 제공되는, 로봇 수술 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 링크 및 제2 링크의 동기식 회전은 상기 기구 드라이버의 피치 방향으로의 이동을 야기하는, 로봇 수술 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기구 드라이버는 상기 수술 기구를 모션의 원격 중심 둘레에 회전시키도록 구성된, 로봇 수술 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 아암 세그먼트는 상기 기구 드라이버를 롤 축 및 피치 축 둘레에 회전시키도록 구성되고, 상기 롤 축과 상기 피치 축은 서로 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축은 상기 모션의 원격 중심과 교차하지 않는, 로봇 수술 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심으로부터 약 2 센티미터 이하만큼 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링크와 상기 제2 링크는 길이가 상이한, 로봇 수술 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 링크는 상기 제2 링크보다 짧은, 로봇 수술 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 링크 및 제2 링크는 도르래 구성을 이용하여 동작가능하게 결합된, 로봇 수술 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 테이블에 결합되는, 로봇 수술 시스템.
  17. 로봇 수술 시스템으로서,
    롤 링크, 제1 평면 내에서 회전가능하고 상기 롤 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제1 링크, 및 제2 평면 내에서 회전가능하고 상기 제1 링크의 원위 단부에 결합된 근위 단부를 갖는 제2 링크를 포함하는 로봇 아암; 및
    수술 기구를 유지하도록 구성된 기구 드라이버;를 포함하고,
    상기 기구 드라이버는 상기 기구 드라이버가 상기 제1 평면과 제2 평면 중 적어도 하나에 평행하지 않도록 상기 제2 링크의 원위 단부에 결합되는, 로봇 수술 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 기구 드라이버가 상기 롤 링크와 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 적어도 하나 사이에 위치설정되는 간결한 구성으로 접힐 수 있는, 로봇 수술 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 롤 링크의 적어도 일부분은 롤 축을 따라 배향되고, 상기 기구 드라이버의 적어도 일부분은 상기 롤 축으로부터 각도적으로 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 기구 드라이버는 상기 수술 기구를 모션의 원격 중심 둘레에 회전시키도록 구성된, 로봇 수술 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 기구 드라이버를 롤 축 및 피치 축 둘레에 회전시키도록 구성되고, 상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심과 교차하지 않는, 로봇 수술 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축은 상기 모션의 원격 중심과 교차하지 않는, 로봇 수술 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심으로부터 약 2 센티미터 이하만큼 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 테이블에 결합되는, 로봇 수술 시스템.
  25. 로봇 수술 시스템으로서,
    로봇 아암; 및
    수술 기구를 유지하도록 구성되고 상기 수술 기구를 모션의 원격 중심의 둘레에 회전시키도록 구성된 기구 드라이버;
    를 포함하고,
    상기 로봇 아암은,
    상기 로봇 아암에 적어도 5 자유도를 제공하는 제1 복수의 링크들을 포함하는 제1 아암 세그먼트; 및
    상기 로봇 아암에 적어도 2 자유도를 제공하는 제2 복수의 링크들을 포함하는 제2 아암 세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 제2 아암 세그먼트는 상기 기구 드라이버를 롤 축 및 피치 축 둘레에 회전시키도록 구성되고, 상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심과 교차하지 않는, 로봇 수술 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축은 상기 모션의 원격 중심과 교차하지 않는, 로봇 수술 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심으로부터 약 5 센티미터 이하로 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축 중 적어도 하나는 상기 모션의 원격 중심으로부터 약 2 센티미터 이하만큼 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 롤 축 및 상기 피치 축은 상기 모션의 원격 중심으로부터 약 2 센티미터 이하만큼 오프셋되는, 로봇 수술 시스템.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 제2 아암 세그먼트는 상기 수술 기구를 일반적인 구형 작업공간 내에서 이동하도록 구성되고, 상기 제1 아암 세그먼트는 상기 구형 작업공간의 상기 위치를 이동하도록 구성된, 로봇 수술 시스템.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 제2 복수의 링크들은 롤 링크, 제1 피치 링크, 및 제2 피치 링크를 포함하고, 상기 제1 아암 세그먼트에 대한 상기 롤 링크의 회전은 상기 롤 축 둘레에 상기 기구 드라이버의 이동을 야기하고, 상기 제1 피치 링크 및 제2 피치 링크의 동기식 회전은 상기 피치 축 둘레에 상기 기구 드라이버의 이동을 야기하는, 로봇 수술 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 테이블에 결합되는, 로봇 수술 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210002278A (ko) * 2019-06-28 2021-01-07 성균관대학교산학협력단 오토 캘리브레이션이 가능한 6축 힘/토크 센서 및 오토 캘리브레이션 방법
JP2021171456A (ja) * 2020-04-28 2021-11-01 川崎重工業株式会社 手術支援ロボット

Families Citing this family (112)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9283046B2 (en) 2013-03-15 2016-03-15 Hansen Medical, Inc. User interface for active drive apparatus with finite range of motion
US11020016B2 (en) 2013-05-30 2021-06-01 Auris Health, Inc. System and method for displaying anatomy and devices on a movable display
US10058395B2 (en) * 2014-08-01 2018-08-28 Intuitive Surgical Operations, Inc. Active and semi-active damping in a telesurgical system
WO2016164824A1 (en) 2015-04-09 2016-10-13 Auris Surgical Robotics, Inc. Surgical system with configurable rail-mounted mechanical arms
US9636184B2 (en) 2015-05-15 2017-05-02 Auris Surgical Robotics, Inc. Swivel bed for a surgical robotics system
US9949749B2 (en) 2015-10-30 2018-04-24 Auris Surgical Robotics, Inc. Object capture with a basket
US9955986B2 (en) 2015-10-30 2018-05-01 Auris Surgical Robotics, Inc. Basket apparatus
US10639108B2 (en) 2015-10-30 2020-05-05 Auris Health, Inc. Process for percutaneous operations
JP6426649B2 (ja) * 2016-04-12 2018-11-21 ファナック株式会社 デイジーチェーン接続可能なロボットアームを有するロボット
US11037464B2 (en) 2016-07-21 2021-06-15 Auris Health, Inc. System with emulator movement tracking for controlling medical devices
EP3513095B1 (en) 2016-09-16 2021-10-20 Verb Surgical Inc. Belt termination and tensioning in a pulley arrangement for a robotic arm
US10647007B2 (en) 2016-09-16 2020-05-12 Verb Surgical Inc. Capacitor sensor including two plates having both conductive and non conductive regions
JP6783925B2 (ja) 2016-09-16 2020-11-11 バーブ サージカル インコーポレイテッドＶｅｒｂ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｃ． ロボットアーム
EP3629979A4 (en) * 2017-05-24 2021-02-17 Covidien LP PRESENCE DETECTION FOR ELECTROSURGICAL TOOLS IN A ROBOTIC SYSTEM
JP2018202504A (ja) 2017-05-31 2018-12-27 ソニー株式会社 医療用支持アームシステム、医療用支持アームの制御方法、および医療用支持アームの制御装置
EP3664739A4 (en) * 2017-08-10 2021-04-21 Intuitive Surgical Operations, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR DISPLAYS OF INTERACTION POINTS IN A TELEOPERATIONAL SYSTEM
JP7013766B2 (ja) * 2017-09-22 2022-02-01 セイコーエプソン株式会社 ロボット制御装置、ロボットシステム、及び制御方法
JP6633587B2 (ja) * 2017-10-05 2020-01-22 ファナック株式会社 ロボットの構成部材の速度を制限する制御装置
JP6690626B2 (ja) * 2017-10-31 2020-04-28 株式会社安川電機 ロボットシステムおよびロボットの退避方法
US10196110B1 (en) * 2017-12-04 2019-02-05 Daniel Norton Adjustable positive restraint docking or mooring system
US10835153B2 (en) 2017-12-08 2020-11-17 Auris Health, Inc. System and method for medical instrument navigation and targeting
US10786317B2 (en) 2017-12-11 2020-09-29 Verb Surgical Inc. Active backdriving for a robotic arm
US10807242B2 (en) * 2017-12-13 2020-10-20 Verb Surgical Inc. Control modes and processes for positioning of a robotic manipulator
US11071595B2 (en) 2017-12-14 2021-07-27 Verb Surgical Inc. Multi-panel graphical user interface for a robotic surgical system
CN107953328A (zh) * 2017-12-25 2018-04-24 北京工业大学 一种七自由度仿人机械臂
US10517692B2 (en) 2018-01-17 2019-12-31 Auris Health, Inc. Surgical platform with adjustable arm supports
US10225656B1 (en) * 2018-01-17 2019-03-05 Harman International Industries, Incorporated Mobile speaker system for virtual reality environments
US10853524B2 (en) * 2018-01-23 2020-12-01 Wipro Limited System and method for providing security for robots
JP6773713B2 (ja) * 2018-03-29 2020-10-21 ファナック株式会社 ロボットシステム
KR20200126964A (ko) * 2018-03-29 2020-11-09 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 듀얼 브레이크 셋업 조인트
CN112218595A (zh) * 2018-05-18 2021-01-12 奥瑞斯健康公司 用于机器人使能的远程操作的***的控制器
CN208784914U (zh) * 2018-05-21 2019-04-26 华志微创医疗科技（北京）有限公司 一种具有立体定向功能的机器人
WO2019238975A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 Universal Robots A/S Dual mode free-drive of robot arm
CN108742797A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 哈尔滨理工大学 一种主被动混合式锁骨下静脉穿刺机器人
JP7262847B2 (ja) * 2018-08-30 2023-04-24 ヴェオ ロボティクス， インコーポレイテッド 安全重視用途に関する産業ロボット動力学のシステム識別
EP3755970A4 (en) * 2018-09-03 2021-11-24 ABB Schweiz AG ROBOT SYSTEM MANAGEMENT METHOD AND APPARATUS
CN112702968A (zh) * 2018-09-17 2021-04-23 柯惠Lp公司 手术机器人***
EP3852667A4 (en) * 2018-09-17 2022-06-15 Covidien LP SURGICAL ROBOTIC SYSTEMS
CN108927792B (zh) * 2018-09-25 2023-08-08 电子科技大学中山学院 穿戴式助力机械手装置
WO2020081643A1 (en) * 2018-10-16 2020-04-23 Kent State University Extension hardware device for physical controller
EP3639983A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-22 Technische Universität München Anti-collision safety measures for a reconfigurable modular robot
JP7211007B2 (ja) * 2018-10-30 2023-01-24 セイコーエプソン株式会社 制御装置、ロボットシステムおよび制御方法
GB2578791B (en) * 2018-11-09 2022-08-17 Cmr Surgical Ltd Haptic control of a surgeon console
DE102018219268B3 (de) * 2018-11-12 2020-03-12 Kuka Deutschland Gmbh Roboterarm mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle
CN109620410B (zh) * 2018-12-04 2021-01-26 微创（上海）医疗机器人有限公司 机械臂防碰撞的方法及***、医疗机器人
KR102149008B1 (ko) * 2018-12-13 2020-08-31 (주)미래컴퍼니 수술용 로봇의 충돌을 완화시키는 방법 및 시스템
KR102513321B1 (ko) * 2018-12-18 2023-03-27 삼성디스플레이 주식회사 로봇 암 장치, 이를 포함하는 부품 결합 시스템, 및 로봇 암 장치의 부품 결합 방법
CN111345894B (zh) * 2018-12-21 2022-08-02 上海微创医疗机器人（集团）股份有限公司 机械臂及手术机器人
CN111460871B (zh) 2019-01-18 2023-12-22 北京市商汤科技开发有限公司 图像处理方法及装置、存储介质
CN109549706B (zh) * 2019-01-21 2023-12-22 华科精准（北京）医疗科技有限公司 一种外科手术辅助***及其使用方法
US11691299B2 (en) * 2019-02-01 2023-07-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Constraint mechanisms, systems, and methods
US11202683B2 (en) 2019-02-22 2021-12-21 Auris Health, Inc. Surgical platform with motorized arms for adjustable arm supports
US11433534B2 (en) * 2019-03-07 2022-09-06 Abb Schweiz Ag Robotic arm including edge computer and cabling arrangement facilitating flexible function advanced distal arm end tooling
KR20210137508A (ko) 2019-03-08 2021-11-17 아우리스 헬스, 인코포레이티드 의료 시스템 및 응용을 위한 틸트 메커니즘
CN113891786B (zh) * 2019-04-17 2024-07-12 优傲机器人公司 基于自适应摩擦来控制机器人臂的方法
US11504193B2 (en) * 2019-05-21 2022-11-22 Verb Surgical Inc. Proximity sensors for surgical robotic arm manipulation
CN112566583A (zh) * 2019-06-03 2021-03-26 柯惠Lp公司 用于手术机器人臂的外部扭矩观测和补偿的***和设备
EP3981552B1 (en) * 2019-06-04 2022-12-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Robot control method
USD916916S1 (en) * 2019-06-17 2021-04-20 Verb Surgical Inc. Portion of a display screen with icon of a robotic arm
WO2020263870A1 (en) * 2019-06-24 2020-12-30 Vicarious Surgical Inc. Devices and methods for robotic assemblies
WO2020263629A1 (en) 2019-06-27 2020-12-30 Auris Health, Inc. Systems and methods for a medical clip applier
WO2020263949A1 (en) 2019-06-28 2020-12-30 Auris Health, Inc. Medical instruments including wrists with hybrid redirect surfaces
CN114025700A (zh) * 2019-06-28 2022-02-08 奥瑞斯健康公司 控制台叠加以及其使用方法
US11696810B2 (en) 2019-08-15 2023-07-11 Verb Surgical Inc. Engagement, homing, and control of robotics surgical instrument
US11896330B2 (en) 2019-08-15 2024-02-13 Auris Health, Inc. Robotic medical system having multiple medical instruments
CN110393588B (zh) * 2019-08-30 2024-05-03 山东威高手术机器人有限公司 用于微创手术的医生操作台
CN114502094A (zh) 2019-09-26 2022-05-13 奥瑞斯健康公司 用于碰撞检测和避免的***和方法
WO2021064536A1 (en) 2019-09-30 2021-04-08 Auris Health, Inc. Medical instrument with capstan
KR20210043795A (ko) * 2019-10-11 2021-04-22 한국기계연구원 로봇의 외력 센싱 구조
CN114514098A (zh) * 2019-10-11 2022-05-17 松下知识产权经营株式会社 末端执行器
US11737835B2 (en) 2019-10-29 2023-08-29 Auris Health, Inc. Braid-reinforced insulation sheath
US11022191B1 (en) * 2019-11-11 2021-06-01 Amazon Technologies, Inc. Band brake for backdrivability control
CN110979059B (zh) * 2019-11-27 2022-08-02 长安大学 一种电动卡车充电臂及其装置
US20210186644A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Auris Health, Inc. Functional indicators for robotic medical systems
CN110949159B (zh) * 2019-12-30 2022-04-15 浙江德创环保科技股份有限公司 一种充换电一体的自动岸电配套装置
EP4084717A4 (en) 2019-12-31 2024-02-14 Auris Health, Inc. DYNAMIC PULLEY SYSTEM
JP2023508718A (ja) 2019-12-31 2023-03-03 オーリス ヘルス インコーポレイテッド 高度バスケット駆動モード
GB2592042B (en) * 2020-02-13 2022-04-06 Prec Robotics Limited Wrist joint for an arm device used to control a robot
JP6892707B1 (ja) * 2020-02-20 2021-06-23 リバーフィールド株式会社 手術支援装置
CN111329591A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 上海盼研机器人科技有限公司 具有人机协同功能的开颅手术机器人***
US12004816B2 (en) * 2020-03-30 2024-06-11 Depuy Ireland Unlimited Company Robotic surgical apparatus with positioning guide
GB2594324A (en) * 2020-04-24 2021-10-27 Cmr Surgical Ltd Powering a surgical robot arm
GB2594327A (en) * 2020-04-24 2021-10-27 Cmr Surgical Ltd Powering a surgical robot arm
GB2594325A (en) * 2020-04-24 2021-10-27 Cmr Surgical Ltd Powering a surgical robot arm
JP7105272B2 (ja) * 2020-04-28 2022-07-22 川崎重工業株式会社 手術支援ロボットおよび手術支援ロボットシステム
CN113771039B (zh) * 2020-05-07 2022-08-02 牧今科技 用于估计机器人操作参数的方法和计算***
US11691285B2 (en) 2020-05-07 2023-07-04 Mujin, Inc. Method and computing system for estimating parameter for robot operation
CA3117643A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-12 Soremartec S.A. Operating device
US11305424B2 (en) * 2020-05-22 2022-04-19 Honda Motor Co., Ltd. Generalized admittance control for robotic manipulators
WO2021245748A1 (ja) * 2020-06-01 2021-12-09 リバーフィールド株式会社 手術支援装置
US11957427B2 (en) * 2020-06-04 2024-04-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for a compact remote center manipulator
WO2021257621A1 (en) * 2020-06-16 2021-12-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Techniques for selective joint floating in a computer-assisted system
WO2021254613A1 (en) * 2020-06-18 2021-12-23 Brainlab Ag Compensation of gravity-related displacements of medical carrier structures
WO2021262510A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-30 Covidien Lp Surgical robotic systems
EP4171427A1 (en) 2020-06-29 2023-05-03 Auris Health, Inc. Systems and methods for detecting contact between a link and an external object
US11357586B2 (en) 2020-06-30 2022-06-14 Auris Health, Inc. Systems and methods for saturated robotic movement
CN111872942B (zh) * 2020-08-07 2023-06-20 四川福莫斯工业技术有限公司 一种多轴机器人的扭矩前馈方法
CN112207801B (zh) * 2020-08-27 2022-04-26 深拓科技（深圳）有限公司 一种机器人的操控装置、操控***及操控方法
CN112336458B (zh) * 2020-09-18 2022-05-17 极限人工智能有限公司 医疗器械
WO2022076410A1 (en) * 2020-10-07 2022-04-14 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Geometric-composition method for multi-contact resolution between multiple rigid objects
KR200495567Y1 (ko) * 2020-11-19 2022-06-27 한양로보틱스 주식회사 사출성형기용 취출로봇장치
CN112497236A (zh) * 2020-12-15 2021-03-16 上海机器人产业技术研究院有限公司 一种智能力觉感知模组及其控制方法
CN112549084A (zh) * 2020-12-24 2021-03-26 南京佗道医疗科技有限公司 一种机器人末端装置
CN112947439B (zh) * 2021-02-05 2024-07-23 深圳市优必选科技股份有限公司 位置调整方法、装置、终端设备及可读存储介质
US20220280238A1 (en) * 2021-03-05 2022-09-08 Verb Surgical Inc. Robot-assisted setup for a surgical robotic system
US20230046044A1 (en) * 2021-08-09 2023-02-16 Verb Surgical Inc. Evaluation of calibration for surgical tool
US20230147247A1 (en) 2021-10-28 2023-05-11 Toyota Research Institute, Inc. Sensor devices including force sensors and robots incorporating the same
CN114098952A (zh) * 2021-11-11 2022-03-01 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 机械臂、从操作设备以及手术机器人
CN114012773B (zh) * 2021-12-06 2023-02-24 杭州电子科技大学 一种基于磁力弹簧原理的弹性夹持机械抓手及其夹持方法
EP4265216A1 (en) * 2022-04-21 2023-10-25 Microsure B.V. Robot arm for use in surgery, microsurgery or super-microsurgery
JP2023167936A (ja) * 2022-05-13 2023-11-24 川崎重工業株式会社 手術支援システムおよび手術支援システムの制御方法
GB2621578A (en) * 2022-08-15 2024-02-21 Cmr Surgical Ltd Controlling a surgical robot arm whilst entering a sleep mode

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015132549A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Cambridge Medical Robotics Limited Surgical arm
KR20150107740A (ko) * 2012-12-12 2015-09-23 무그 비브 시뮬레이터
KR20150109215A (ko) * 2014-03-19 2015-10-01 (주)로보티즈 로봇 조립 장치

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2212823A (en) 1938-08-20 1940-08-27 Rca Corp Tensioning device for cord drive
GB8324191D0 (en) 1983-09-09 1983-10-12 Emhart Ind Take-out mechanism for glassware forming machines
US5150759A (en) 1990-10-29 1992-09-29 Borchard John S Capacitor-sensor
US5855583A (en) 1996-02-20 1999-01-05 Computer Motion, Inc. Method and apparatus for performing minimally invasive cardiac procedures
US5797900A (en) * 1996-05-20 1998-08-25 Intuitive Surgical, Inc. Wrist mechanism for surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity
KR20010101564A (ko) * 1999-01-15 2001-11-14 더글라스 제이. 맥큐천 작업물 취급 로봇
US6594552B1 (en) * 1999-04-07 2003-07-15 Intuitive Surgical, Inc. Grip strength with tactile feedback for robotic surgery
US8004229B2 (en) * 2005-05-19 2011-08-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Software center and highly configurable robotic systems for surgery and other uses
US6966428B1 (en) 2003-12-24 2005-11-22 Owens-Brockway Glass Container Inc. Method and apparatus for transferring articles from a first position to a second position
US9261172B2 (en) * 2004-09-30 2016-02-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Multi-ply strap drive trains for surgical robotic arms
US7763015B2 (en) 2005-01-24 2010-07-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Modular manipulator support for robotic surgery
US7837674B2 (en) 2005-01-24 2010-11-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Compact counter balance for robotic surgical systems
WO2007133675A2 (en) 2006-05-11 2007-11-22 Loadstar Sensors, Inc. Capacitive force-measuring device based load sensing platform
CA2860487C (en) 2006-06-14 2019-03-26 Macdonald, Dettwiler And Associates Inc. Serially jointed manipulator arm
US7736254B2 (en) 2006-10-12 2010-06-15 Intuitive Surgical Operations, Inc. Compact cable tension tender device
US20130023794A1 (en) 2010-03-26 2013-01-24 Orthosensor Inc. Distractor having a capacitive sensor array for measuring a force, pressure, or load applied by the muscular-skeletal system and method therefor
WO2012078989A1 (en) * 2010-12-10 2012-06-14 Wayne State University Intelligent autonomous camera control for robotics with medical, military, and space applications
ITFI20110114A1 (it) * 2011-05-31 2012-12-01 Scuola Superiore Di Studi Universit Arie Di Perfe Piattaforma robotica per chirurgia mininvasiva
JP5912627B2 (ja) * 2012-02-14 2016-04-27 川崎重工業株式会社 撮像検査装置ならびにその制御装置および制御方法
CN108113755B (zh) 2012-06-01 2020-11-27 直观外科手术操作公司 多端口手术机器人***架构
CN104717935B (zh) * 2012-08-15 2018-04-06 直观外科手术操作公司 利用零空间取消关节运动的***
EP2967521B1 (en) * 2013-03-15 2019-12-25 SRI International Electromechanical surgical system
DE102013218823A1 (de) * 2013-09-19 2015-04-02 Kuka Laboratories Gmbh Verfahren zum manuell geführten Verstellen der Pose eines Manipulatorarms eines Industrieroboters und zugehöriger Industrieroboter
WO2017015599A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Sri International Robotic arm and robotic surgical system
EP3513095B1 (en) 2016-09-16 2021-10-20 Verb Surgical Inc. Belt termination and tensioning in a pulley arrangement for a robotic arm
US10647007B2 (en) 2016-09-16 2020-05-12 Verb Surgical Inc. Capacitor sensor including two plates having both conductive and non conductive regions
JP6783925B2 (ja) 2016-09-16 2020-11-11 バーブ サージカル インコーポレイテッドＶｅｒｂ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｃ． ロボットアーム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150107740A (ko) * 2012-12-12 2015-09-23 무그 비브 시뮬레이터
WO2015132549A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Cambridge Medical Robotics Limited Surgical arm
KR20150109215A (ko) * 2014-03-19 2015-10-01 (주)로보티즈 로봇 조립 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210002278A (ko) * 2019-06-28 2021-01-07 성균관대학교산학협력단 오토 캘리브레이션이 가능한 6축 힘/토크 센서 및 오토 캘리브레이션 방법
JP2021171456A (ja) * 2020-04-28 2021-11-01 川崎重工業株式会社 手術支援ロボット
JP2022105545A (ja) * 2020-04-28 2022-07-14 川崎重工業株式会社 手術支援ロボット

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