手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置的制作方法

專利名稱：手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置。
背景技術：
醫學上的手術是指使用醫療器械對皮膚、粘膜或其它組織進行切開、切割或進行操作而治愈病的行為。特別是，切開手術部位皮膚而對其內部器官等進行治療、整形或切除的剖腹手術等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等問題，最近使用機器人(robot)的手術備受歡迎。手術機器人系統一般包括主機器人和從機器人，主機器人和從機器人可以是各自獨立單獨的，也可以是一體的。當施術者操作主機器人上所具備的操縱器(例如手柄)時， 與從機器人的機器臂結合或由機器臂把持的手術工具(即手術器械instrument)被操作， 從而進行手術。手術器械是通過醫療用套管針(trocar)插入到人體內部。醫療用套管針是一般用于接近腹腔而使用的醫療器械，腹腔鏡、內窺鏡等通過醫療用套管針插入到身體內部。以往技術涉及的手術機器人系統，當通過醫療用套管針將手術器械等插入到人體內部進行手術的過程中，需要移動從機器人的位置時，需要從人體引出手術器械等后移動從機器人的位置，之后再次通過醫療用套管針將手術器械等插入到人體內部，恢復手術。這是由于通過醫療用套管針將手術器械插入到人體內部的狀態下移動從機器人時，手術器械等也隨著從機器人的移動軌跡一同移動，從而可能對處于人體內部插入有手術器械等狀態的患者造成嚴重問題。但是，為了移動從機器人，從人體引出手術器械等后移動從機器人，結束之后再將手術器械等插入到人體內部的過程需要消耗較長時間，其結果造成手術時間延長，給在高度緊張狀態下進行手術的醫生帶來嚴重的疲勞感。因此，需要開發出在手術過程中能夠自由移動的手術機器人系統。對此，當由具備移動部的主體(下體部)和安裝有機器臂的部分(上體部)構成的手術機器人對接 (docking)的過程中需要稍微移動手術機器人主體時，以往手術機器人系統需要先全部去除安裝在機器臂上的手術器械進行解除對接(imdocking)，然后移動手術機器人主體，之后再進行插入手術器械的對接過程。但是，即使手術機器人主體(即下體部)移動，只要安裝有機器臂的上體部能夠旋轉或移動，則可縮短或省略解除對接及再對接的過程。而且，以往手術機器人系統的移動方法，存在需要由施術者或施術助理手動移動從機器人的不便。上述的背景技術是發明人為了導出本發明而所掌握或在導出本發明的過程中所學到的技術信息，不一定是本發明申請前被一般公眾公開的公知技術。

發明內容
本發明目的在于，提供一種手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置，其能夠在人體內部插入手術器械等的狀態下將手術機器人移動到適當位置。另外，本發明目的在于，提供一種手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置，當對患者實施手術的過程中需要移動手術機器人的位置時，可根據施術者的控制命令，將手術機器人自由移動到適當位置。另外，本發明目的在于，提供一種手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置，不必解除機器臂對接，也能夠根據手術機器人的移動，變更機器臂的相對位置以適合手術過程。根據本發明的一實施方式，提供一種手術機器人的移動補償裝置，在主體部的一側結合有用于安裝手術器械(instrument)的手術處理部，該裝置包括圖像信息生成部， 生成與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應的圖像信息；識別點信息解析部，生成在對應指定次數的圖像幀的各圖像信息中所識別的識別點與預設的基準點之間的距離及角度的解析信息；位移量解析部，生成生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；控制命令生成及輸出部，生成并輸出用于調節手術處理部位置的控制命令，以使位移量信息中所包含的距離及角度的位移量成為零(zero)。攝像機部可以設在手術處理部的一側。在主體部的下部可以具有移動部，使主體部向任一方向移動。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel),或以磁懸浮 (magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式實現。識別點可以是形成在醫療用套管針一側的識別標記，或是拍攝時包含于圖像信息中的預先指定的特定點通過攝像機部拍攝而作為對象(object)識別的包含于圖像幀中的對象(object) ο手術處理部和主體部的一側可以通過結合部相結合，結合部可以具備電機組合體，電機組合體根據控制命令使手術處理部在旋轉及水平方向上進行移動調節。根據本發明的一實施例，提供一種手術機器人，該手術機器人包括移動部，使手術機器人向任一方向移動；通信部，接收移動部的移動操作所需的位置移動命令；移動操作部，生成控制信號使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作，并輸出給移動部。手術機器人還可以包括存儲部，用于存儲有關符合位置移動命令的移動部的移動方向及移動距離的移動信息，控制信號可以是使移動部根據符合位置移動命令的移動信息進行操作的信號。移動信息可以包括為了在包含于預設的移動路徑中的各種虛擬路徑點之間移動的有關移動方向及移動距離的信息。預設的移動路徑可以在手術室地面或天花板上用熒光涂料圖示，從而使手術機器人通過所具備的識別部識別并跟蹤被識別的移動路徑移動，或者由磁鐵或磁軌形成在手術室地面下部，以引導手術機器人移動。手術機器人還可以包括傳感器，用于檢測接近物體的存在，并輸出傳感信號。當從傳感器輸出傳感信號時，移動操作部可以向移動部輸出用于中止移動部的移動操作的中止命令，或中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)，或以磁懸浮(magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人，該手術機器人包括移動部，使手術機器人向任一方向移動；通信部，接收移動部的移動操作所需的位置移動命令；外力檢測部，判斷為了利用移動部進行移動操作而是否從外部對手術機器人施加外力；移動操作部，通過外力檢測部判斷不存在外力時，生成控制信號使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作，并輸出給移動部；路徑重設定部，通過外力檢測部判斷外力施加被中止時，執行重設定預設的移動路徑，從而根據位置移動命令進行移動。通過外力檢測部判斷外力存在時，移動操作部可以中止生成及輸出移動控制信號直至判斷為無外力施加為止。路徑重設定部為了重設定移動路徑，可利用與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應地生成的圖像信息，生成移動部的移動操作所需的復位控制信號并輸出給該移動部，該復位控制信號是當關心區域的中心點與拍攝區域的中心點不一致時使手術機器人移動到各中心點一致位置的信號。當在拍攝區域未識別到關心區域時，路徑重設定部可以生成并輸出移動部的移動操作所需的復位控制信號，該復位控制信號是向因施加外力導致關心區域的中心點從拍攝區域的中心點遠離的方向的反方向移動手術機器人的信號。路徑重設定部，可以在預設的多個移動路徑中，將與因施加外力而移動的當前位置最接近的移動路徑，重設定為根據位置移動命令的移動路徑。手術機器人還可以包括傳感器，檢測接近物體的存在，并輸出傳感信號。當從傳感器輸出傳感信號時，移動操作部可以向移動部輸出用于中止移動部的移動操作的中止命令，或中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號。手術機器人還可以包括存儲部，用于存儲有關符合位置移動命令的移動部的移動方向及移動距離的移動信息，移動控制信號可以是使移動部根據符合位置移動命令的移動信息進行操作的信號。移動信息可以包括為了在包含于預設的移動路徑中的多個虛擬路徑點之間移動的有關移動方向及移動距離的信息。移動路徑可以在手術室地面或天花板上用熒光涂料圖示，從而使手術機器人通過所具備的識別部識別并跟蹤被識別的移動路徑移動，或者由磁鐵或磁軌形成在手術室地面下部，以引導手術機器人移動。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)，或以磁懸浮 (magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種操作單元，用于執行手術機器人的位置移動操作，該操作單元包括顯示部，顯示通過天花板攝像機拍攝的圖像信息；輸入部，參照顯示的圖像信息來指定手術機器人的目的地位置；存儲部，用于存儲轉換基準信息，該轉換基準信息是參照圖像信息將手術機器人從當前位置移動到目的地位置的信息；移動信息生成部，利用手術機器人的當前位置、目的地位置及轉換基準信息，生成使手術機器人向目的地位置移動的位置移動信息；命令生成部，生成與位置移動信息相對應的位置移動命令并提供給手術機器人。操作單元還包括姿態信息生成部，生成使手術機器人的前面朝向手術臺或位于被
5使用者指定的方向的姿態信息，而且，命令生成部還可以生成對應姿態信息的姿態控制命令并提供給手術機器人。轉換基準信息可以是，將利用圖像信息而指定的當前位置與目的地位置之間的像素間距離及角度，轉換成手術機器人在手術室內移動的距離及角度的信息。手術機器人可以包括移動部，使手術機器人向任一方向移動；通信部，接收移動部的移動操作所需的位置移動命令；移動操作部，生成可使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作的控制信號，并輸出給移動部。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)。而且，移動部可以以磁懸浮 (magnetic levitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。操作單元，可以設在通過通信網與手術機器人連接的主機器人上，或直接與手術機器人連接的操作板等中的一個以上。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人，在主體部的一側上結合有用于安裝手術器械(instrument)的手術處理部，該手術機器人包括移動部，使手術機器人向任一方向移動；存儲部，存儲根據用于移動手術機器人位置的位置移動命令的目標旋轉角信息；通信部，從移動補償裝置接收根據手術部位圖像解析的旋轉角信息；移動操作部，生成控制信號并輸出給移動部，該控制信號用于，使移動部根據預設的移動路徑進行移動，直至從目標旋轉角信息減去旋轉角信息之后的剩余旋轉角信息變成零(zero)為止。當在存儲部預先存儲以符合位置移動命令的方式構成移動路徑的虛擬路徑點之間的有關移動方向、移動距離及旋轉角的移動信息時，移動操作部判斷從移動補償裝置接收的旋轉角信息在誤差范圍內是否與移動信息所包含的旋轉角一致，當在誤差范圍內不一致時中止移動部的移動操作。而且，移動操作部反映從移動補償裝置接收零(zero)旋轉角的信息為止所接收到的總旋轉角信息來更新剩余旋轉角信息，之后重新進行使移動部按照移動路徑移動的操作控制。移動補償裝置可以包括圖像信息生成部，生成與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應的圖像信息；識別點信息解析部，生成在對應指定次數的圖像幀的各圖像信息中識別的識別點與預設基準點之間的、基于預設的基準線的角度變化的解析信息；旋轉角算出部，利用生成順序連續的兩個解析信息之間的有關角度的位移量信息，算出旋轉角信息。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人系統，包括手術機器人，該手術機器人具備安裝有手術器械的手術處理部，該手術機器人系統包括移動部，設在所述手術機器人上使手術機器人向任一方向移動，跟蹤單元，對識別標記的位置進行識別，并為了使手術機器人移動到目的地位置，生成有關手術機器人的移動方向及移動量的信息；移動操作部，生成并輸出控制信號使移動部根據生成信息決定的移動方向及移動量進行移動操作。跟蹤單元可以包括光學跟蹤器(optical tracker)及磁跟蹤器 (magnetictracker)中的一個以上。手術機器人系統還可以包括傳感器，檢測接近物體的存在，并輸出傳感信號。當從傳感器輸出傳感信號時，移動操作部可以向移動部輸出用于中止移動部的移動操作的中止命令，或中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號。
移動部可以包括全向輪，或者以磁懸浮(magnetic levitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的移動補償裝置，在主體部的一側結合有用于安裝手術器械的手術處理部，該裝置包括跟蹤單元，生成根據指定的識別次數進行識別的作為識別標記位置的識別點與預設基準點之間的有關距離及角度的解析信息，還生成有關生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；控制命令生成及輸出部，生成并輸出控制命令，該控制命令用于調節手術處理部的位置，以使位移量信息所包含的距離及角度位移量變成零。跟蹤單元可以設在所述手術處理部的一側，在主體部的下部可以具有使主體部向任一方向移動的移動部。識別點可以是表示形成在醫療用套管針的一側的識別標記被識別的位置的點，手術處理部與主體部的一側通過結合部相結合，結合部可以具有電機組合體，與控制命令相對應地使手術處理部向旋轉及向水平方向移動調節。根據本發明的另一實施方式，提供一種手術機器人的移動補償方法，在移動補償裝置上執行，對手術機器人的移動進行補償，其包括如下步驟生成圖像信息的步驟，該圖像信息與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應；生成解析信息的步驟，該解析信息是在對應指定次數的圖像幀的各圖像信息中識別的識別點與預設基準點之間的距離及角度的解析信息；生成位移量信息的步驟，該位移量信息是生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；生成并輸出控制命令的步驟，該控制命令用于調節手術處理部位置使位移量信息所包含的距離及角度的位移量變成零(zero)。手術機器人是主體部和在主體部一側包含手術器械(instrument)的手術處理部結合而構成，攝像機部可以設在手術處理部的一側。在主體部的下部可以具有使主體部向任一方向移動的移動部。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)，或以磁懸浮 (magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。識別點可以是形成在醫療用套管針一側的識別標記或可包含于圖像信息中的拍攝的預先指定的特定點通過攝像機部拍攝而作為對象(object)被識別的、包含于圖像幀中的對象(object)。手術處理部與主體部的一側可以通過結合部相結合，結合部可以具備電機組合體，與控制命令相對應地使手術處理部向旋轉及水平方向移動調節。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的位置移動操作方法，該手術機器人具有使手術機器人向任一方向移動的移動部，該方法包括如下步驟接收位置移動命令的步驟，該位置移動命令是移動部的行移動操作所需的命令；生成控制信號并輸出給移動部的步驟，該控制信號是使移動部根據位置移動命令按照預設的移動路徑進行移動操作的信號。手術機器人的位置移動操作方法還可以包括判斷是否從傳感器接收到傳感信號的步驟，該傳感器檢測接近物體的存在而輸出傳感信號；當接收到傳感信號時，向移動部輸出中止移動部移動操作的中止命令，或中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號的步驟。
當預設的移動路徑為閉合曲線(closed curve)時，輸出步驟可以包括算出移動距離的步驟，分別按順時針方向和逆時針方向算出從當前位置至根據位置移動命令的位置的移動距離；生成控制信號并輸出給移動部的步驟，該控制信號使移動部沿著分別算出的移動距離中相對短的移動距離的移動方向，并按照移動路徑進行移動操作。符合位置移動命令的有關移動部的移動方向及移動距離的移動信息預先存儲在存儲部，而控制信號可以是使移動部根據符合位置移動命令的移動信息進行操作的信號。移動信息可以包括為了在包含于預設的移動路徑中的多個虛擬路徑點之間移動的有關移動方向及移動距離的信息。預設的移動路徑可以在手術室地面或天花板上用熒光涂料圖示，從而使手術機器人通過所具備的識別部識別并跟蹤被識別的移動路徑移動，或者在手術室地面下部由磁鐵或磁軌形成，以引導手術機器人移動。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)，或以磁懸浮 (magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的移動路徑決定方法，該手術機器人具備使手術機器人向任一方向移動的移動部，該方法包括如下步驟接收移動命令的步驟，該移動命令是用于對移動部進行移動操作；判斷為了利用移動部的移動操作，是否從外部對手術機器人施加外力的步驟；當判斷外力不存在時，生成使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作的信號移動控制信號并輸出給移動部的步驟；當判斷為施加外力后外力施加結束了時，為了按照位置移動命令移動而對預設的移動路徑進行重設定的步驟。重設定移動路徑的步驟可以包括當判斷為外力存在時，中止生成及輸出控制信號的步驟；判斷外力的存在是否持續的步驟；當外力施加結束時，為了按照位置移動命令移動，而對預設的移動路徑進行重設定的步驟；生成使移動部按照重設定的移動路徑進行移動操作的控制信號，并輸出給移動部的步驟。重設定移動路徑的步驟可以包括當通過判斷而識別到外力不存在時，利用由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應地生成的圖像信息，判斷關心區域的中心點與拍攝區域的中心點是否一致的步驟；不一致時，生成移動操作移動部使手術機器人移動到各中心點一致的位置的復位控制信號，并輸出給移動部的步驟。輸出步驟可以包括不一致時，判斷在拍攝區域內是否識別到關心區域的步驟； 當未識別到關心區域時，生成并輸出移動部的移動操作所需的復位控制信號的步驟，該復位控制信號是向因施加外力導致關心區域的中心點從拍攝區域的中心點遠離的方向的反方向移動手術機器人的信號；當各中心點不一致而在拍攝區域識別到關心區域時，生成移動部的移動操作所需的復位控制信號并輸出給移動部，使手術機器人向各中心點一致的位置移動的步驟。手術機器人的路徑復位操作方法還可以包括為了移動操作移動部而接收移動命令的步驟；通過判斷識別到外力不存在時，生成移動控制信號并輸出給移動部，以使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作的步驟。手術機器人的路徑復位操作方法還可以包括判斷傳感器是否接收傳感信號的步驟，該傳感器檢測接近的物體的存在而輸出傳感信號；當接收到來自傳感器的傳感信號時，
8中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號，或將用于中止根據控制命令進行的移動部移動操作的中止命令輸出給移動部的步驟。符合位置移動命令的有關移動部的移動方向及移動距離的移動信息預先存儲在存儲部，而控制信號可以是使移動部根據符合位置移動命令的移動信息進行操作的信號。移動信息可以包括為了在包含于移動路徑中的多個虛擬路徑點之間移動所需的有關移動方向及移動距離的信息。移動路徑可以在手術室地面或天花板上用熒光涂料圖示，以使手術機器人通過所具備的識別部識別并跟蹤被識別的移動路徑移動，或者在手術室地面下部由磁鐵或磁軌形成，以引導手術機器人移動。移動部可以包括全向輪(Omni-directional wheel)，或以磁懸浮 (magneticlevitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的位置移動操作方法，通過操作單元來執行，包括如下步驟顯示通過天花板攝像機拍攝的圖像信息的步驟；參照顯示的圖像信息，接收手術機器人的目的地位置的步驟；利用為了使手術機器人參照圖像信息從當前位置移動到目的地位置而預先存儲的轉換基準信息、手術機器人的當前位置及目的地位置，生成使手術機器人移動到目的地位置的位置移動信息并傳送給手術機器人的步驟。還包括，生成使手術機器人的前面朝向手術臺或位于使用者指定的方向的姿態信息的步驟，而且，還可以生成對應姿態信息的姿態控制命令，并傳送給手術機器人。轉換基準信息可以是，將利用圖像信息而指定的當前位置與目的地位置之間的像素間距離及角度，轉換成手術機器人在手術室內移動的距離及角度的信息。手術機器人可以包括移動部，使手術機器人向任一方向移動；通信部，接收用于移動操作移動部的位置移動命令；移動操作部，生成可使移動部根據位置移動命令沿著預設的移動路徑進行移動操作的控制信號，并輸出給移動部。操作單元，可以設在通過通信網與手術機器人連接的主機器人上，或者是直接與手術機器人連接的操作板等中的一個以上。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的位置移動操作方法，該手術機器人具有使手術機器人向任一方向移動的移動部，該方法包括如下步驟存儲根據用于移動手術機器人位置的位置移動命令的目標旋轉角信息的步驟；從移動補償裝置接收根據手術部位圖像解析的旋轉角信息的步驟；生成控制信號并輸出給移動部，從而使移動部按照預設的移動路徑移動直至目標旋轉角信息減去旋轉角信息之后的剩余旋轉角信息成為零 (zero)為止的步驟。還可以包括如下步驟當在存儲部預先存儲符合位置移動命令地構成移動路徑的虛擬路徑點之間的有關移動方向、移動距離及旋轉角的移動信息時，判斷從移動補償裝置接收的旋轉角信息在誤差范圍內是否與移動信息所包含的旋轉角一致的步驟；當在誤差范圍內不一致時中止移動部的移動操作的步驟。而且，還可以包括如下步驟判斷是否從移動補償裝置接收到零(zero)旋轉角的步驟；當接收到零旋轉角時，反映從移動部的移動操作中止開始接收到的總旋轉角信息來更新剩余旋轉角信息的步驟；重新開始操作控制使移動部按照移動路徑移動的步驟。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的位置移動操作方法，在手術機器人系統中執行，包括如下步驟識別識別標記的位置的步驟；參照被識別的識別標記位置，為了將手術機器人移動到指定的目的地位置而生成有關手術機器人的移動方向及移動量的信息的步驟；生成并輸出控制信號，使手術機器人所具備的移動部根據生成的信息沿著決定的移動方向及移動量進行移動操作的步驟。跟蹤單元可以包括光學跟蹤器(optical tracker)及磁跟蹤器 (magnetictracker)中的一個以上。手術機器人的位置移動操作方法還可以包括判斷是否從傳感器接收到傳感信號的步驟，該傳感器檢測接近物體的存在而輸出傳感信號；當接收到來自傳感器的傳感信號時，向移動部輸出用于中止移動部移動操作的中止命令，或中止生成及輸出移動部的移動操作所需的控制信號的步驟。移動部可以包括全向輪，或者以磁懸浮(magnetic levitation)方式及球輪(ball wheel)方式中的一個以上方式來實現。根據本發明的另一實施例，提供一種手術機器人的移動補償方法，通過移動補償裝置執行，包括如下步驟生成根據指定的識別次數進行識別的作為識別標記位置的識別點與預設的基準點之間的有關距離及角度的解析信息的步驟；生成有關生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息的步驟；生成并輸出用于調節手術處理部位置的控制命令，使位移量信息中所包含的距離及角度位移量變成零的步驟。手術機器人是主體部和在所述主體部一側包含手術器械(instrument)的手術處理部結合而構成，跟蹤單元可以設在手術處理部的一側。在主體部的下部可以設有使主體部向任一方向移動的移動部，識別點可以是表示在醫療用套管針的一側形成的識別標記被識別的位置的點。除上述之外的其它實施方式、特征及優點，可以通過附圖、權利要求書及發明的詳細說明更加明確。根據本發明的實施例，可以在人體內部插入手術器械等的狀態下，將手術機器人移動到適當位置，所以不需要為移動手術機器人位置而事先及事后的步驟，從而能夠縮短手術時間及減輕醫生的疲勞感。而且，不需要為了將手術機器人移動到適當位置施術者及/或施術者助理手動移動手術機器人，僅通過輸入控制命令即可將手術機器人移動到適當位置。而且，不解除機器臂的對接，也可通過手術機器人的移動，將機器臂的相對位置變更為適合手術過程的位置。


圖1是表示本發明的一實施例涉及的手術機器人結構的概略圖。圖2是表示用于本發明的一實施例涉及的手術機器人移動的多方向旋轉輪結構的示例圖。圖3是表示本發明的一實施例涉及的醫療用套管針外部形狀的示意圖。圖如是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的模塊結構圖。圖4b是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的移動補償方法的示例圖。圖fe至5c是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的動作概念圖。
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圖6是表示本發明的一實施例涉及的移動補償方法的順序圖。圖7是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人主體部結構的概略圖。圖是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動路徑的示意圖。圖8b是表示本發明的另一實施例涉及的多方向旋轉輪的控制基準信息的示例圖。圖9a至圖9c是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動概念圖。圖10是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。圖11是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人主體部結構的概略圖。圖12是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人移動路徑的示例圖。圖13是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的復位路徑決定概念的示意圖。圖14是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的路徑復位控制方法的順序圖。圖15是表示本發明的另一實施例涉及的主機器人結構的概略圖。圖16是表示用畫面顯示本發明的另一實施例涉及的手術機器人移動操作的示例圖。圖17是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。圖18是表示本發明的另一實施例涉及的移動補償裝置的模塊結構圖。圖19是表示本發明的另一實施例涉及的移動補償裝置的移動補償方法的概念圖。圖20是表示本發明的另一實施例涉及的多方面旋轉輪的控制基準信息的示例圖。圖21是表示本發明的另一實施例涉及的算出旋轉角的概念的示例圖。圖22是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。圖23a至23c是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動概念圖。
具體實施例方式本發明可以進行多種變化，也可以具有多種實施例，在此例舉具體實施例進行詳細說明。但是，本發明并不限于特定實施例，應當理解為，包括于本發明的思想及技術范圍內的所有變化、均等物至代替物均屬于本發明。認為在對本發明的說明中有關已知技術的詳細說明可能混淆本發明的旨意的情況下，省略了該詳細說明。可以使用諸如“第一”和“第二”的術語來描述各種構成要素，但是所述構成要素不受所述術語限制。所述術語僅用于將一個構成要素與另一構成要素區分開來。在本申請中使用的術語僅用于說明具體的實施例，并不意在限制本發明。單數表示包括復數表示，只要可以清晰地區別理解。在本申請中，諸如“包括”或“具有”等術語表示存在于說明書的描述中采用的特征、序號、步驟、操作、構成要素、組件或其組合，而不排除存在或增加一個或多個不同的特征、序號、步驟、操作、構成要素、組件或其組合的可能性。而且可以在說明書中記載的“…部”、“…器”、“模塊”、“單元”等術語表示至少處理一個以上功能或動作的單位，其可以通過硬件或軟件或者硬件及軟件的結合實現。
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施例，在參照附圖進行說明過程中，相同或相對應的構成要素賦予相同附圖標記，省略對其的重復說明。而且，參照附圖以各實施例的具體思想為中心進行說明，各實施例不應該限制單獨實施，應當理解為，在任一實施例中說明的一個以上具體思想可以增加到其它實施例而實施。圖1是表示本發明的一實施例涉及的手術機器人結構的概略圖，圖2是表示用于本發明的一實施例涉及的手術機器人移動的多方向旋轉輪結構的示例圖，圖3是表示本發明的一實施例涉及的醫療用套管針外部形狀的示意圖。在圖1至圖3中所示的手術機器人、多方向旋轉輪及醫療用套管針的形狀是為了說明本發明的實施例而示出的，應理解為，各構成要素的形狀等不受其限制。參照圖1，手術機器人包括主體部100 ；多方向旋轉輪120 ；結合部130及手術處理部140。主體部100與手術處理部140等結合，用于對手術臺150上的患者實施手術。主體部100可以是通過通信網與主機器人連接的從機器人的主體，或者是從機器人和主機器人一體集成的手術機器人的主體。多方向旋轉輪120與主體部100的下部結合，通過從外部施加的力使主體部100 向任一方向移動或旋轉。多方向旋轉輪120進行如下處理，通過從外部施加的力，使主體部 100向規定方向及按力的大小移動，例如可以包括如圖2所示的全向輪(Omni-directional wheel)。在本說明書中，作為使主體部100、即手術機器人能夠直接移動的構成要素， 以多方向旋轉輪120為例進行說明，但多方向旋轉輪120也可以以磁懸浮(magnetic levitation)方式及球輪(ball wheel)方式等實現，應理解為，此時多方向旋轉輪120可以統稱為移動部。手術機器人即使沒有從外部直接施加的用于移動位置的力，也能夠根據接收到的控制命令主動進行移動操作。即多方向旋轉輪120可以根據從主機器人(未圖示，主機器人可以與手術機器人分開或一體構成)接收到的位置移動命令(即從當前位置的第一位置向目的地位置的第二位置移動的命令)，進行操作使手術機器人從預先設定路徑(path)上的第一位置移動到第二位置。為此，主體部100還可以包括輸出控制命令的旋轉輪操作部740(參照圖7)，該控制命令是使多方向旋轉輪120根據接收到的位置移動命令按照預先設定路徑進行移動操作的命令。當然，用于移動操作手術機器人的位置移動命令可以不由主機器人提供，也可以在手術機器人自身或/及靠近手術機器人的手術室內部位置上設有用于移動操作手術機器人的操作部。這是，從遠離手術臺150的主機器人接收位置移動命令而移動手術機器人的情況相比，在手術室內確認手術臺150后移動手術機器人更普遍。這樣的，用于移動手術機器人位置的移動操作方法可以有多種，但在本說明書中以從主機器人向從機器人傳送位置移動命令的情況為主進行說明。但是，應理解為，這種描述并不限定本發明的權利要求保護范圍。
另外，手術機器人根據位置移動命令從第一位置向第二位置移動的過程中，由于從外部直接施加的力而脫離預先設定路徑時，旋轉輪操作部740可以根據復位路徑決定部 1130(參照圖11)提供的路徑復位命令，將恢復進行預先設定路徑動作的控制命令輸出給多方向旋轉輪120。上述的位置移動命令及/或路徑復位命令涉及的手術機器人的移動操作過程在下面參照附圖詳細說明。結合部130使主體部100的一側與手術處理部140相結合，當主體部100隨著多方向旋轉輪120旋轉及/或直線移動操作而移動時，根據從移動補償裝置400(參照圖如) 輸入的控制命令，使與下部結合的手術處理部140，向前后左右方向直線移動或/及向順/ 逆時針方向旋轉移動。由此，可以使通過攝像機裝置145輸入的圖像，與主體部100的移動方向及角度無關地保持不變，以便主體部100向任一方向進行移動，因此，也可以將插入到人體內部的手術工具與主體部100的移動無關地位于誤差范圍內的同一位置。結合部130可以包括操作單元，該操作單元，為了根據控制命令移動操作手術處理部140而進行直線方向及旋轉方向的移動處理。操作單元例如可以由電機組合體實現， 以進行直線方向及旋轉方向的移動處理。 根據輸入的控制命令使手術處理部140可向任一方向旋轉移動及/或直線移動的操作單元的構成方法，對于本領域的技術人員來說是公知的事項，故省略詳細說明。手術處理部140包括機器臂及與機器臂結合或被機器臂把持的手術工具(例如， 手術器械、腹腔鏡等中的一個以上)，通過結合部130與主體部100的一側結合。雖然未圖示，手術處理部140可以包括垂直移動單元，用于將手術工具向下方向及/或上方向垂直移動。另外，手術處理部140還包括攝像機裝置145，生成通過主體部100的移動操作的手術部位(例如，通過醫療用套管針手術工具插入的位置等)的圖像信息，并提供給移動補償裝置400。移動補償裝置400如后述，利用由攝像機裝置145提供的圖像信息掌握主體部100的移動，而生成并輸出進行補償(即，使結合部130進行移動操作)的控制命令，使通過攝像機裝置145輸入的圖像能夠與主體部100移動無關地保持不變。在圖3中示出了用于將手術工具插入人體內部的醫療用套管針300的外部形狀。如圖所示，醫療用套管針300可以包括上部套管殼310 ；下部套管殼320 ；插管 330及殼孔340。雖然未圖示，還可以包括排氣管，用于將可能在手術實施中在人體內部產生的一氧化碳、氨氣等致癌性有毒氣體排出人體外部。插管330貫穿通過外科用解剖刀等切割工具切割的皮膚部位而插入到人體內部，通過連接在插管330上的上部套管殼310和下部套管殼320上形成的殼孔340，將手術工具(例如，手術器械、腹腔鏡等中的一個以上) 插入到人體內部。在醫療用套管針300的上部套管殼310的一側可以形成有識別標記350。識別標記350通過攝像機裝置145拍攝，之后通過移動補償裝置400的圖像解析識別為識別點。識別標記350為了方便移動補償裝置400的圖像解析，可以由例如預先指定顏色的圖形形成， 或可以涂布熒光涂料等，也可以在上部套管殼310的一個以上位置上形成多個。如果，作為位置變動跟蹤等用途，在使用攝像機裝置145以外的利用紅外線的光學跟蹤器(optical tracker)、利用磁技術的磁跟蹤器(magnetic tracker)或其它跟蹤裝置等時，此時的識別標記350是用于跟蹤裝置的識別標記。圖3的醫療用套管針300及識別標記350是假設醫療用套管針與所述機器人分開而作為手術工具插入到人體內部的用途而被固定利用的情況。如果，醫療用套管針與所述機器人結合而利用時，手術機器人與醫療用套管針300 —起移動，所以不能作為根據手術機器人移動的識別點(參照圖4)而發揮作用。此時，與手術機器人位置移動無關地以手術中的患者為基準在絕對位置上固定的任一特定點(例如，肚臍、用于只露出手術部位的手術用外罩的內側角等)代替使用為識別標記350。圖如是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的模塊結構圖，圖4b是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的移動補償方法的示例圖。參照圖如，移動補償裝置400包括攝像機部410 ；圖像信息生成部420 ；識別點信息解析部430 ；位移量解析部440 ；控制命令生成部450 ；輸出部460及控制部470。移動補償裝置400可以設在主體部100或手術處理部140上，并將用于移動操作手術處理部140 的控制命令提供給結合部130。雖然未圖示，移動補償裝置400還可以包括用于存儲后述的解析信息的存儲部。攝像機部410輸出拍攝手術部位(即通過醫療用套管針300將手術工具插入到人體內部的位置的外部部位)而生成的圖像信號。攝像機部410可以包括例如圖像傳感器 (image sensor)0攝像機部410可以是與在前面參照圖1說明的攝像機裝置145相同的構成要素。 如果，移動補償裝置400設在主體部100上時，也可以與設在手術處理部140上的攝像機部 410分開實現。圖像信息生成部420，處理通過攝像機部410輸入的圖像信號，生成通過設置或結合在主機器人上的顯示裝置(未圖示)輸出的圖像信息。而且，通過圖像信息生成部420 生成的圖像信息，可以生成為通過識別點信息解析部430能夠解析像素信息的圖像格式。 圖像信息生成部420可以包括，用于進行鏡頭陰影補償(Lens Shading Compensation), 噪音過濾(Noise Filtering)、閃爍檢測(Flicker Detection)、自動白平衡(Auto White Balance)等中的一個以上處理的圖像信號處理器(ISP =Image Signal Processor)，和進行圖像編碼/解碼處理的多媒體處理器(Multimedia Processor)。能夠解析生成的圖像所包含的對象(object)的圖像格式是對于本領域的技術人員來說是公知的事項，故省略說明。識別點信息解析部430生成通過圖像信息生成部420生成的圖像信息內所包含的對象坐標信息及與基準點之間的距離及角度的解析信息。識別點信息解析部430所解析的對象，可以是在前面參照圖3說明的在醫療用套管針300的上部套管殼310 —側形成的識別標記350或患者的特定部位(例如，肚臍)、手術外罩的特定部位等。即識別點信息解析部430根據圖像處理技術從通過圖像信息生成部 420生成的圖像中抽取識別標記的輪廓線，并識別抽取輪廓線的中心點(即識別點510(參照圖4b))后，解析識別點510的坐標信息。在此，解析的坐標信息可以是例如將圖像最左側最下端點指定為(0，0)而解析的相對坐標。另外，基準點可以是在通過圖像信息生成部420生成的圖像中預先指定的任一點。在本說明書中以顯示該圖像的顯示畫面的橫向及縱向中心點(即作為顯示畫面中心點的畫面中心點520(參照圖4b))作為基準點的情況進行了說明，但并不限定于此。畫面中CN 102451040 A說明書13/28 頁
心點520的坐標可以預先指定而不變。識別點信息解析部430生成算出識別點510與畫面中心點520之間距離Ll及角度a的解析信息。用于算出識別點510與畫面中心點520之間角度的基準線可以設定為多種，但本說明書中以水平線作為基準線的情況進行說明。識別點信息解析部430分別生成在通過圖像信息生成部420生成的連續圖像幀中有關預先指定次數的圖像幀的前述解析信息。例如，識別點信息解析部430可以生成根據預先指定基準連續生成的所有圖像幀的解析信息，或生成偶數次(即第二、第四等)圖像幀的解析信息。位移量解析部440生成通過識別點信息解析部430生成的有關各圖像幀的解析信息之間的距離及角度的位移量信息。在圖4b中示出通過主體部100的移動在第一圖像幀和第二圖像幀中識別點510、 540位置變化的例。用于生成位移量信息而使用的識別點數量可以是一個以上。為了識別識別點移動引起的距離變化及旋轉角等，可能需要兩個以上識別點。但是，指定一個識別點的情況，如下面所述，解析作為虛擬識別基準點的畫面中心點520與一個識別點510、540之間的關系，從而能夠識別距離變化及旋轉角等。此時，可以將畫面中心點520作為不動的不變識別基準點使用，所以識別點510、540移動引起的距離變化及旋轉角等位移量信息會變得更加準確。在此，假設畫面中心點520與通過圖像信息生成部420生成的圖像內的識別點510、540位置變動等無關而固定的有效基準點的情況進行了說明，但畫面中心點520由于識別點510、540的位置變動等原因不作為有效基準點時， 還可進行使畫面中心點520作為有效基準點的基準點校正過程(例如，將畫面中心點與指定基準點對齊的校正等)。為了算出位置變化的識別點的移動(旋轉)方向及移動距離而設定及校正基準點的處理過程，對于本領域的技術人員來說是公知的事項，故省略說明。首先，識別點信息解析部430對于在圖4b的(a)所示的第一圖像幀生成第一識別點510與畫面中心點520之間的距離Ll及角度a的解析信息。之后，識別點信息解析部430對于在圖4b的(b)所示的第二圖像幀生成第二識別點540與畫面中心點520之間的有關距離L2及角度b的解析信息。此時，即使通過攝像機輸入的被攝物體圖像變化，但畫面中心點520還是表示整個畫面區域的中心點，與識別點 510,540的位置移動無關地位于固定位置。另外，位移量解析部440，利用對于第一圖像幀和第二圖像幀分別生成的解析信息，生成位移量信息。位移量信息可以包括例如距離位移量L2 Ll及角度位移量b a，可以解釋為主體部100移動了相當于該位移量的絕對值。但是，與主體部100移動相對應地手術處理部140也移動，應理解為，設在手術處理部140的攝像機裝置145也與其相對應地移動。此時，隨著攝像機裝置145的移動而拍攝的圖像，顯示為向與主體部100的移動方向的反方向移動。因此，可以解釋為主體部100 移動了相當于該位移量的-ι倍。控制命令生成部450生成控制命令，該控制命令使通過位移量解析部440生成的位移量信息變為零，即，調節結合部130使手術處理部140位于第二識別點540處于第一識別點510。控制命令，通過移動操作結合部130使手術處理部140向保持識別點位置固定
15(即使手術處理部140的位移量信息變位零)的方向及距離進行直線及/或旋轉移動。即使主體部100通過根據控制命令的結合部130操作而向任一方向移動，但手術處理部140 位置仍可以保持在主體部100移動前的位置。輸出部460為了使通過攝像機部410輸入的圖像不變，將通過控制命令生成部450 生成的控制命令輸出給結合部130。通過攝像機部410輸入的圖像不變是意味著以躺在手術臺150上的患者為基準的手術處理部140的位置不變。輸出部460也可以將控制命令傳送給主機器人，從而識別用于保持手術處理部 140位置的結合部130的操作狀態。而且，為了使通過圖像信息生成部420生成的圖像信息，通過設置或結合在主機器人上的顯示器裝置(未圖示)輸出，輸出部460可以傳送給主機器人。控制部470進行控制使移動補償裝置400的各構成要素執行上述功能。以上利用一個識別點與一個基準點(例如，畫面中心點)之間的距離及角度的解析信息的位移，以執行移動操作結合部130的方法為中心進行了說明。但是，為了手術，當多個醫療用套管針300穿過患者人體皮膚插入到人體內部，而醫療用套管針300與手術機器人分開利用，并且在各醫療用套管針300上形成有識別標記 350時，使分別連接各識別標記350的識別點的虛擬直線的中心點位于畫面中心，之后利用位于畫面中心的作為中心點的基準點與各識別點之間的有關距離及角度的解析信息及其位移量信息，能夠實現手術處理部140的位置調節。圖fe至5c是表示本發明的一實施例涉及的移動補償裝置的動作概念圖。即圖fe至5c是表示主體部100移動前和移動后的主體部100、手術處理部140、 手術臺150及手術患者之間關系的示意圖。為了簡化圖示，未圖示包含于手術處理部140 中的手術器械等。當主體部100從圖5a所示的第一位置(即患者頭部右側位置)移動到圖恥及5c 所示的第二位置(即患者頭部左側位置)時，以往手術機器人的情況，如圖恥所示，手術處理部140指向與原來位置方向不同的方向。為了防止這種情況下可能發生的事故，以往的手術機器人需要，先解除所有機器臂(arm)的對接(docking)后，進行移動，之后再次進行組裝作業。但是，根據本發明的實施例的手術機器人如上所述，通過執行移動補償裝置400 的功能，即使主體部100從第一位置移動到第二位置，如圖5c所示，手術處理部140的位置和方向也能夠以手術患者為基準被固定。此時，受移動補償裝置400等控制的結合部130的移動或/及旋轉，可以使用如下方式，如在前面參照圖4b所述，識別通過圖像處理的基準點(例如，畫面中心點)后，確認識別點510、540對于該基準點如何變化，從而了解位移量的方式等。圖6是表示本發明的一實施例涉及的移動補償方法的順序圖。參照圖6，在步驟610中，移動補償裝置400利用由攝像機部410提供的圖像信號生成圖像信息。在步驟620中，移動補償裝置400利用圖像信息生成識別點與基準點之間的距離及角度有關的解析信息。在此，解析信息也可以僅針對用于生成后述位移量信息的指定次數的圖像幀生成。
在步驟630中，移動補償裝置400生成為了生成位移量信息而指定次數的圖像幀的解析信息之間的有關距離及角度的位移量信息。在步驟640中，移動補償裝置400判斷位移量信息的位移量是否存在(即是否為零(zero))ο如果位移量不存在時，再次進行步驟610。但是，如果位移量存在時，進行步驟650，移動補償裝置400生成使位移量變成零的控制命令并輸出給結合部130。根據輸出的使位移量為零的控制命令，結合部130執行如下操作，即，以躺在手術臺150上的患者為基準使手術處理部140的位置保持不變(即通過攝像機部140輸入的圖像不變)。圖7是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人主體部結構的概略圖，圖8a是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動路徑的示意圖，圖8b是表示本發明的另一實施例涉及的多方向旋轉輪的控制基準信息的示例圖。參照圖7，主體部100包括通信部710、存儲部720、手術工具操作部730、旋轉輪操作部740及控制部750。雖然未圖示，主體部100還可以包括接近傳感器，為了防止在沿著后述的移動路徑810移動的過程中與手術臺150或周邊障礙物碰撞，而用于檢測與手術臺150等之間的距離。在此，接近傳感器可以通過根據機械接觸的檢測方式(例如微動開關、限位開關等)， 或根據無接觸方式的檢測方式(例如利用感應電流的能量損失的高頻振蕩型接近傳感器、 利用極化現象引起的電容增減的電容式接近傳感器等)實現。另外，參照圖7等說明的手術機器人的移動過程中，如前面所述，可以根據從移動補償裝置400輸入的控制命令，使結合在下部的手術處理部140進行前后左右方向的直線移動或/及順/逆時針方向的旋轉移動。通信部710從主機器人接收任何控制命令(例如，位置移動命令、手術工具操作命令等)，或將攝像機部410提供的圖像信息傳送給主機器人。在存儲部720存儲用于執行主體部100功能的操作程序、從主機器人接收的控制命令等中的一個以上。而且，在存儲部720還可以存儲控制基準信息，用于與從主機器人接收的位置移動命令相對應地操作多方向旋轉輪120。存儲在存儲部720的控制基準信息可以是，如圖8b所示的為了在各虛擬路徑點之間移動的有關多方向旋轉輪120的旋轉方向(即主體部100的移動方向)和旋轉量(即主體部100的移動距離或移動量)的信息，該信息可以利用于旋轉輪操作部740，以控制多方向旋轉輪120根據位置移動命令所包含的目的地位置信息(可以由施術者來指定)移動位置。為了主體部100移動而預設的控制基準信息，并不限于圖8b所示，應理解為，可以用多種方式設定，以便主體部100按照預先設定路徑810移動。手術工具操作部730生成使手術處理部140的手術工具根據從主機器人接收到的手術工具操作命令而操作(例如，變動內窺鏡位置、切開手術部位等)的控制信號，并輸出給手術處理部140。旋轉輪操作部470生成使多方向旋轉輪120根據從主機器人接收到的位置移動命令向對應方向及移動量旋轉操作的控制信號，并輸出給多方向旋轉輪120。另外，旋轉輪操作部740，在按照移動路徑810的移動過程中，當接收到來自上述接近傳感器的表示手術臺150或周邊障礙物位于近處的傳感信號時，可以將用于中止多方向旋轉輪120動作的中止命令輸出給多方向旋轉輪120，或也可以中止生成及輸出用于操作多方向旋轉輪120的控制命令。控制部750控制在主體部100中所包含的各構成要素的功能。在圖8a中示出了以手術臺150為基準的手術機器人的移動路徑810。手術機器人的移動路徑810可以由一個以上的虛擬路徑點(Px、即P1、P2等)連續形成，各虛擬路徑點可以連續配置，或也可以各自隔開配置。手術機器人根據從主機器人接收到的位置移動命令(該命令可以包括目的地位置信息或相當于目的地位置的虛擬路徑點信息)，從當前位置經由在移動路徑上配置的虛擬路徑點而移動到目的地位置。上述的移動路徑810可以以手術臺150為基準在手術室地面或天花板等上涂布手術機器人能夠識別的熒光涂料等來圖示。此時，手術機器人還可以具有攝像機裝置(未圖示)，該攝像機裝置位于滿足圖示有移動路徑的手術室位置(即地面、天花板等)的位置(例如，多方向旋轉輪120的下部區域、主體部100的上部區域等)。所設有的攝像機裝置拍攝圖示的移動路徑810并提供給主體部100，而主體部100在通過攝像機裝置提供的圖像信息中將移動路徑810以圖像解析技術進行解析，之后生成并輸出控制信號，以按照移動路徑810移動而控制多方向旋轉輪120 驅動。作為另一例，上述移動路徑810可以由以手術臺150為基準在手術室地面下部埋設的磁鐵或/及磁軌形成。主體部100可以生成并輸出控制信號，以使多方向旋轉輪120 被埋設在手術室地面下部的磁鐵等誘導從而按照指定的移動路徑810進行移動操作。在手術室地面下部埋設的磁鐵等進行引導的方式，可以利用例如在高爾夫球場使電動車按照通過遙控器指定的車路(road)移動的方式。除此之外，上述移動路徑810即使沒有由熒光涂料圖示或磁軌等形式實現，手術機器人也能夠判斷相對位置而移動。參照圖8b、圖15具體說明判斷相對位置而移動時的多種實施例的一部分。作為根據手術機器人與手術臺150的相對位置進行判斷的其它方式，也可以使用例如光學跟蹤器(optical tracker)、磁跟蹤器(magnetic tracker)、其它用于位置跟蹤的方式。即，如果在手術室的特定位置設置光學跟蹤器等，而在手術機器人及手術臺150(或/ 及手術患者)上設有識別標記(例如，光學標記(optical marker)時，除了上述的手術機器人跟蹤預設的移動路徑810進行移動的方式之外，手術機器人也可以生成不碰撞手術臺 150或其它物體的路徑而移動到指定目的地。另外，也可以使用，將攝像機設在手術機器人本身或手術室天花板等上，根據處理并解析通過攝像機提供的拍攝手術臺150及/或手術患者的圖像，按照預設的移動路徑810 以外的其它路徑移動到目的地的方式等。有關利用設在手術室天花板上的攝像機提供的圖像以使手術機器人移動到目的地的實施例，在下面參照相關附圖詳細說明。在上述的有關手術機器人移動的各實施例中，多方向旋轉輪120根據移動方向及移動距離被適當控制，根據需要，結合部130也同時被適當控制(參照圖9a至圖9c)。在圖8b中例示出用于使主體部100按照預設的移動路徑810移動的控制基準信息。如上所述，手術機器人的移動路徑810可以由一個以上的虛擬路徑點(Px、即P1、 P2等)連續形成，各虛擬路徑點可以連續配置，或也可以分別隔開配置。預先存儲在存儲部720的控制基準信息可以包括為了在各虛擬路徑點之間移動的有關多方向旋轉輪120的旋轉方向(即主體部100的移動方向)和旋轉量(即主體部100 的移動距離或移動量)的信息。例如，為了從虛擬路徑點P3移動到虛擬路徑點P4，多方向旋轉輪120以預先指定成使旋轉輪從預先設定的基準方向(例如，手術室橫向直線)向傾斜15度的方向旋轉(rotation)3周等方式，可以將有關各虛擬路徑點之間的移動量的信息預先存儲在存儲部720。這樣，主體部100根據預先存儲的控制基準信息控制操作多方向旋轉輪120時，主體部100可以按照預先指定的移動路徑移動。但是，由于主體部100根據預選存儲的控制基準信息將多方向旋轉輪120從位于移動方向及路徑上的各虛擬路徑點至目的地位置依次進行操作控制，所以主體部100需要移動開始時就位于預設的移動路徑上。為此，也可以在手術室地面上預先指定移動路徑。圖9a至圖9c是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動概念圖。S卩、圖9a至圖9c是表示主體部100移動前和移動后的主體部100、手術處理部 140、手術臺150及手術患者之間關系的示意圖。為了簡化圖示，未示出包含于手術處理部 140的手術器械等。如圖9a至圖9c所示，當主體部100從患者頭部右側移動到左側時，通過主體部 100控制多方向旋轉輪120的動作，主體部100依次移動到圖9b及圖9c所示位置。此時，如圖所示，可以確定手術處理部140相對于患者位于固定的位置及方向。為此，在主體部100移動過程中，對多方向旋轉輪120進行控制的同時，結合有手術處理部140 的結合部130也被適當控制。即，可對多方向旋轉輪120和結合部130進行適當自動控制， 以使手術處理部140與手術患者的相對位置不變。由于利用了這種復合的控制方式，所以在不解除機器臂對接的情況下也能夠將機器臂的相對位置變更為適合手術過程的位置，從而具有減少手術機器人移動時解除機器臂對接及再設定等麻煩的效果。如本說明書中說明的多種實施例所述，將主體部100從第一位置移動到第二位置的方法可以有，按照預設的移動路徑810移動的方法；利用通過攝像機部輸入的圖像的圖形界面方式指定最終目的位置的移動方法；主機器人傳送控制命令或根據利用設在主體部 100上的操作器輸入的移動命令而移動的方法等。當然，為了移動主體部100，也可以無限制地使用多種在本說明書中未說明的其它方法。圖10是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。參照圖10，在步驟1010中，主體部100從主機器人接收位置移動命令并存儲到存儲部720。位置移動命令至少可以包括目的地位置信息。在步驟1020中，主體部100識別手術機器人的當前位置和包含于位置移動命令中的目的地位置信息。主體部100例如可以利用配置在移動路徑上的虛擬路徑點信息來分別識別當前位置和目的地位置信息。主體部100利用識別的當前位置和目的地位置信息沿著移動路徑移動時，可以預先設定移動方向(例如，順時針或逆時針)，或也可以實時決定移動方向。例如，從第一虛擬路徑點移動到作為目的地位置的第八虛擬路徑點時，可以先判斷向哪個方向移動時移動距離最短，然后決定移動距離短的方向為移動方向。此時，由于移動路徑810已預先設定，所以容易判斷以當前位置和目的地位置信息為基礎向哪個方向移動時其移動距離最短。在步驟1030中，主體部100生成并輸出用于控制多方向旋轉輪120的控制信號， 以便主體部100移動到位于移動路徑上的后續虛擬路徑點上。如上所述，主體部100為了生成控制信號，可以參照涂布熒光涂料而圖示的移動路徑的圖像信息，或利用埋設在手術室地面中用于引導手術機器人移動的磁鐵或/及磁軌，或利用預先存儲在存儲部720中的控制基準信息。在步驟1040中，主體部100判斷在步驟1030中通過控制多方向旋轉輪120而移動的當前位置是否為根據位置移動命令的目的地位置。例如，可以通過根據當前位置的虛擬路徑點與根據目的地位置的虛擬路徑點是否一致來判斷。通過在步驟1040的判斷，如果當前位置不是目的地位置時，再次進行步驟1030。但是通過在步驟1040的判斷，如果當前位置是目的地位置時，主體部100在當前位置待機，直到從主機器人接收新的命令(例如，手術工具操作命令、位置移動命令等中的一個以上)。圖11是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人主體部結構的概略圖，圖12 是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人移動路徑的示例圖，圖13是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的復位路徑決定概念的示意圖。參照圖11，主體部100包括通信部710 ；存儲部720 ；接近傳感器部1110 ；外力檢測部1120 ；復位路徑決定部1130 ；旋轉輪操作部740及控制部750。雖然未圖示，主體部 100還可以包括上述手術工具操作部730。雖然未圖示，主體部100還可以包括在移動路徑 810上移動的過程中檢測到障礙物時，以視覺方式或/及聲音方式執行報警的報警執行部。通信部710從主機器人接收任何控制命令，或者將由攝像機部410提供的圖像信息傳送給主機器人。存儲部720存儲用于執行主體部100功能的程序、從主機器人接收的控制命令、用于操作多方向旋轉輪120的控制基準信息等中的一個以上。接近傳感器部1110生成并輸出有關與位于周邊的物體之間的距離的檢測信號。 接近傳感器部1110可以包括接近傳感器，接近傳感器為了使主體部100(即手術機器人) 按照移動路徑移動時不碰撞配置在手術臺150及/或移動路徑810上的障礙物而生成距離檢測信號。接近傳感器可以通過例如根據機械接觸的檢測方式(例如微動開關、限位開關等)，或根據無接觸方式的檢測方式(例如利用感應電流的能量損失的高頻振蕩型接近傳感器、利用極化現象引起的電容增減的電容式接近傳感器等)實現。外力檢測部1120判斷為了移動手術機器人從外部是否施加外力。在此，外力可以包括為了變更移動路徑等而由施術者或施術者助理直接對手術機器人本身施加的力為了移動操作手術機器人而通過操作部操作而施加的變更移動路徑的力，該操作部位于手術機器人本身或/及接近于手術機器人的手術室內部，用于移動操作手術機器人；或在前面參照圖9a至圖9c等說明的手術機器人的移動路徑中，根據從主機器人接收或施術者等通
20過所具備的操作部輸入的變更根據路徑的移動命令，而產生的脫離當前移動路徑的力等。 但是，為了便于說明及理解，將通過施術者或施術者助理直接對手術機器人本身施加的力定義為外力的情況進行說明。例如，手術機器人按照移動路徑移動的過程中，通過接近傳感器部1110檢測到移動路徑上的障礙物時，旋轉輪操作部740操作控制多方向旋轉輪120，以使手術機器人的移動中止(即停止)。此時，報警執行部(未圖示)可以以視覺方式(例如，閃爍LED)或/及聲音方式(輸出報警聲)進行報警。這樣，在手術機器人移動中止的狀態下，外力檢測部1120可以通過是否由于施加外力使多方向旋轉輪120被旋轉來判斷外力是否存在。為此，還可以包括用于檢測多方向旋轉輪120是否進行了旋轉操作的傳感器。在通過接近傳感器部1110的檢測信號判斷障礙物不存在，從而通過旋轉輪操作部740操作控制多方向旋轉輪120的過程中，外力檢測部 1120也能夠檢測外力是否存在。當手術機器人根據從主機器人接收的位置移動命令按照預設的移動路徑810移動的過程中由于施加外力而中止移動后，通過外力檢測部1120的判斷判斷外力不存在時， 復位路徑決定部1130利用由移動補償裝置400提供的圖像信息，決定手術機器人的移動方向及移動量，以使手術機器人復位到移動路徑810上。雖然在圖12中僅示出了一個預設的移動路徑810，但移動路徑也可以預先設定多個。旋轉輪操作部740根據由復位路徑決定部 1130決定的移動方向及移動量，以對應路徑復位命令的方式操作控制多方向旋轉輪120。當然，復位路徑決定部1130不僅可以利用如上所述的通過移動補償裝置400提供的圖像信息決定移動方向及移動量，還可以利用光學跟蹤器(opticaltracker)、磁跟蹤器 (magnetic tracker)或其它用于跟蹤位置的方式決定移動方向及移動量。例如，可以在手術室的特定位置設置任何跟蹤器，而主體部100或/及手術處理部140等上設定識別標記， 從而能夠進行識別手術機器人的位置及決定移動方向等。旋轉輪操作部740生成用于使多方向旋轉輪120根據從主機器人接收的位置移動命令向相應方向及按照相應移動量旋轉操作的控制信號，并輸出給多方向旋轉輪120。而且，當按照移動路徑810移動手術機器人的過程中，通過接近傳感器部1110檢測到存在障礙物，或在進行按照移動路徑810的移動控制過程中，通過外力檢測部1120檢測到外力存在時，旋轉輪操作部740中止手術機器人的移動，當通過外力檢測部1120確認外力不存在時，根據通過復位路徑決定部1130判斷的移動方向及移動量來控制多方向旋轉輪120的動作。控制部750控制在主體部100中所包含的各構成要素的功能。在圖12中例示出了手術機器人的移動路徑，在圖13中例示出了手術機器人的復位路徑決定概念。如圖12所示，當主體部100(即手術機器人)按照移動路徑向箭頭方向移動過程中檢測到障礙物時，主體部100在虛擬路徑點Al處中止移動。此時，報警執行部也可以以視覺方式或/及聲音方式進行報警。之后，通過施術者等管理者施加外力將手術機器人移動到Bl及B2位置，以使手術機器人能夠避開障礙物移動。在此，外力可以是如上所述的對手術機器人直接施加的物理力或通過操作用于移動操作手術機器人的操作部而施加的力等。當然，管理者還可以使手術機器人移動至虛擬路徑點A2的位置，使其位于移動路徑上。但是，當管理者將手術機器人移動至B2的位置后中止施加外力時，主體部100可以參照由移動補償裝置400的攝像機部410提供的圖像信息，判斷手術機器人從移動路徑 810向哪個方向脫離了多大程度。參照圖13所示，復位路徑決定部1130參照由攝像機部410提供的圖像，檢測關心區域1320位于拍攝區域1310的哪個位置后，生成并輸出使關心區域1320中心點位于拍攝區域1310中心點的路徑復位命令。例如，當預先設定(例如，以手術臺的中心點為中心的圓形軌道)路徑810，使關心區域1320中心點與拍攝區域1310中心點處于一致狀態下使手術機器人以手術臺150為基準移動時，復位路徑決定部1130可以僅通過關心區域1320及拍攝區域1310各中心點的位置差，就能夠易知手術機器人是否位于預設的路徑上。復位路徑決定部1130可以通過根據圖像識別技術的外輪廓線抽取等方式識別關心區域1320的存在及位置。為了正確解析移動及旋轉等，復位路徑決定部1130當然也可以利用兩個以上的有關識別點的解析/比較信肩、ο路徑復位命令可以包括有關多方向旋轉輪120的旋轉方向及旋轉量的信息。此時，存儲部720中可以預先存儲有關移動量信息，該移動量信息是對應由攝像機部410提供的圖像信息內所包含的關心區域1320中心點與拍攝區域1310中心點之間的距離及角度差，實際旋轉操作多方向旋轉輪120的信息。另外，為了能夠使路徑復位命令中所包含的有關旋轉方向及旋轉量的信息更加準確，當檢測到外力的期間，復位路徑決定部1130也可以向移動補償裝置400輸出用于中止使識別點510、540與畫面中心點520 —致處理的命令。復位路徑決定部1130在拍攝區域1310未確認到關心區域1320時，在存儲部720 中存儲最初施加外力的方向(即關心區域1320從拍攝區域1310中心點移動的方向)，之后可以先生成并輸出向該方向的反方向移動的路徑復位命令，然后當在拍攝區域1310觀察到關心區域1320時，再生成并輸出根據上述方式的路徑復位命令。而且，復位路徑決定部1130在拍攝區域1310內只確認到部分關心區域1320而未識別到關心區域1320中心點時，也可以將目前所觀察到的部分關心區域1320的中心點視為實際中心點來進行處理，直至識別到關心區域1320的實際中心點為止。至此，參照圖11至圖13說明了，當手術機器人由于外力脫離預設的一條移動路徑的情況，當識別到外力不再存在時，復位到該移動路徑810，進行根據位置移動命令的移動。但是，用于手術機器人位置移動的移動路徑例如可以預先由半徑不同的多個圓形等形成多個。此時，如手術機器人沿第一移動路徑進行位置移動的過程中，由于外力脫離第一移動路徑而位于第二移動路徑上時，當識別到外力不再存在時，手術機器人也可以不必復位到第一移動路徑而沿第二移動路徑進行根據移動命令的位置移動。例如，手術機器人通過所具備的識別單元識別到手術室地面或天花板上圖示的熒光涂料或檢測到磁軌等時，可以識別為位于移動路徑上。如果，未識別到熒光涂料或磁軌等時，也可以如上所述的向外力存在的反方向移動時沿最初識別的移動路徑進行移動。這樣，當手術機器人從當前所處的移動路徑脫離時，即沿著與原來移動路徑不同的移動路徑進行位置移動時，上述復位路徑決定部1130也可以稱之為路徑重設定部。
圖14是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的路徑復位控制方法的順序圖。參照圖14，在步驟1410中，主體部100從主機器人接收位置移動命令并存儲到存儲部720。位置移動命令至少可以包括目的地位置信息。在步驟1420中，主體部100利用從接近傳感器部1110輸出的檢測信號判斷移動路徑810上是否存在障礙物。如果障礙物不存在時進行步驟1460，如果障礙物存在時進行步驟1430。在步驟1430中，主體部100為了中止手術機器人的移動而控制多方向旋轉輪120 的動作。此時，報警執行部也可以以視覺方式或/及聲音方式執行用于進行報警處理的動作。在步驟1440中，主體部100利用外力檢測部1120的檢測信號來判斷對主體部100 施加的外力是否停止。在此，外力可以是如上所述的對手術機器人直接施加的物理力或通過操作用于移動操作手術機器人的操作部而施加的力等。如果持續施加外力時，在步驟1440中待機，此時手術機器人根據施加的外力方向及大小移動。但是，當施加的外力被停止時，在步驟1450中，主體部100向多方向旋轉輪120輸出使關心區域1320中心點位于拍攝區域1310中心點(即畫面中心點)的路徑復位控制信號。之后，復位到預設的移動路徑810的主體部100，在步驟1460中，向多方向旋轉輪 120輸出用于進行根據步驟1410而接收的位置移動命令的位置移動的控制信號。圖15是表示本發明的另一實施例涉及的主機器人結構的概略圖，圖16是表示用畫面顯示本發明的另一實施例涉及的手術機器人移動操作的示例圖。如上所述，主機器人1500可以與包括主體部100的手術機器人(即從機器人)一體形成，或可以通過通信網相連接實現。參照圖15，主機器人1500可以包括通信部1510 ；顯示部1520 ；輸入部1530 ；移動信息生成部1540 ；詳細信息生成部1550 ；命令生成部1560及控制部1570。通信部1510通過有線或無線通信網與手術機器人的主體部100結合，向主體部 100傳送位置移動命令、手術工具操作命令等中的一個以上，并從主體部100接收通過攝像機部410、插入在人體內部的內窺鏡等中的一個以上拍攝的圖像信息。而且，通信部1510還可以由主機器人通過有線或無線通信網從設在手術室天花板上的天花板攝像機部1590接收有關手術室狀況的圖像信息。天花板攝像機部1590例如可以包括圖像傳感器(Image Sensor) 0顯示部1520將通過通信部1510接收的由攝像機部410及/或內窺鏡拍攝的圖像信息和由天花板攝像機部1590拍攝的圖像信息以視覺信息輸出。圖16示出了通過天花板攝像機部1590拍攝的圖像信息(即手術室圖像信息)的示例，有關手術臺150位置及手術機器人位置等的信息可以作為視覺信息。由天花板攝像機部1590拍攝的圖像信息可以通過顯示部1520顯示實際圖像信息，也可以解析該圖像信息并用預設的圖標或圖形來代替而通過顯示部1520顯示。顯示部1520還可以顯示有關手術患者的信息(例如，心跳數、參照圖像(例如、CT圖像、MRI圖像等)等)。顯示部1520例如可以包括一個以上的監視器來實現，當顯示部1520以觸摸屏的形式實現時，還能夠執行輸入部1530的功能。輸入部1530是用于輸入手術工具操作命令及位置移動命令的單元。輸入部1530例如可以包括用于輸入手術工具操作命令的一個以上操縱器。操縱器可以是例如多個手柄，該手柄供施術者用雙手抓住而通過操作能夠執行手術動作(例如機器臂的位置移動、旋轉、切割作業等)。操縱器為手柄時，可包括主手柄和副手柄。施術者例如可以僅通過主手柄操作從機器臂或內窺鏡等，或也可以操作副手柄同時對多個手術設備進行實時操作。主手柄及副手柄根據其操作方式可以具有多種機械結構，例如，可以使用操縱桿形式、鍵盤、跟蹤球、觸摸屏等用于使手術機器人的機器臂及/或其它手術設備動作的多種輸入單元。當然，操縱器的形狀并不限定于手柄，只要是通過有線或無線通信網能夠控制手術機器人動作的形式均可不受限制地適用。另外，輸入部1530還可以包括指示單元，用于輸入對手術機器人的位置移動命令。指示單元可以是在觸摸屏、能夠指定顯示部1520顯示的視覺信息中任一位置的鼠標裝置、鍵盤裝置等。利用輸入部1530輸入位置移動命令的過程在后面參照相關附圖進行詳細說明。移動信息生成部1540生成位置移動信息，該位置移動信息是用于使主體部100向由天花板攝像機部1590拍攝而通過顯示部1520顯示的手術室圖像信息中施術者利用輸入部1530指定的位置進行移動的信息。移動信息生成部1540也可以執行換算處理，在生成位置移動信息時，將施術者在畫面上指定的各點(point)間的距離及角度換算成用于實際移動的主體部100的移動方向及移動量。為了這種換算處理，有關以基準方向為基準而算出角度的方式及將畫面上的距離換算成實際移動距離的方式等的轉換基準信息，可以預先存儲在存儲部(未圖示)。姿態信息生成部1550生成姿態信息，從而當根據通過移動信息生成部1540生成的位置移動信息移動主體部100位置時，使主體部100的特定部位(例如，前面等)朝向手術臺150的方向或位于由使用者指定的方向。用于使手術機器人配置成適合進行手術形態的姿態信息，也可以是使主體部100旋轉的信息，當施術者利用輸入部1530指定在固定位置的主體部100旋轉角度及旋轉方向，或在手術室圖像信息中指定主體部100周邊的任一點時，使該點朝向主體部100前面。命令生成部1560生成對應通過移動信息生成部1540生成的位置移動信息的位置移動命令和對應通過姿態信息生成部1550生成的姿態信息的姿態控制命令，并通過有線或無線通信網傳送給主體部100。另外，命令生成部1550還可以生成對應施術者利用輸入部1530輸入的手術工具操作信息的手術工具操作命令，并傳送給主體部100。主體部100 被控制成，根據命令生成部1560提供的位置移動命令、姿態控制命令及/或手術工具操作命令進行操作。控制部用于控制在主機器人1500中所包含的各構成要素的動作。在圖16中示出了由天花板攝像機1590拍攝而通過顯示部1520顯示的用于移動操作手術機器人的手術室圖像信息。通過顯示部1520顯示的手術室圖像信息的各像素能夠預設成以相對坐標或絕對坐標來確定各點位置。各像素以相對坐標特定時，如圖所示，可以將最左側最下端點指定為 (0、0)，并以它為基準指定各像素的坐標。在參照圖16說明手術機器人移動時，假設主體部100的當前位置位于相對坐標為 (50,25)的P0，目的地位置位于相對坐標為08、11幻的P3，而PO位置和P3位置被手術臺 150阻擋。施術者參照通過顯示部1520顯示的手術室圖像信息，依次指定作為將主體部100 從PO位置移動到P3位置時的路徑點的相對坐標為(10、20)的Pl位置和相對坐標為(10、 95)的P2位置。當然，可以指定P2位置后指定P3位置，也可以指定Pl位置之前指定PO位置。當施術者利用輸入部1530的各位置指定結束后，移動信息生成部1540識別指定的各位置之間的利用相對坐標的距離及方向，并參照預先存儲在存儲部中的轉換基準信息，生成有關多方向旋轉輪120的旋轉方向(即主體部100的移動方向)和旋轉量(即主體部100的移動距離或移動量)信息、即位置移動信息。例如，從PO位置移動到Pl位置時，移動信息生成部1540利用相對坐標及三角函數運算傾斜角及距離后，生成將該角度(例如-7度)為移動方向、包括根據轉換基準信息將該距離運算成移動量(例如8圈)的位置移動信息。如果該角度是以預設的基準方向 (例如，手術室的橫向直線)為基準算出，而根據多方向旋轉輪120旋轉方向的基準方向也是以主體部100的橫向直線設定時，也可以在手術室圖像信息中，通過圖像識別技術(例如，邊緣檢測等)識別主體部100下部形狀后，重算出根據主體部100下部形狀的基準方向為基準的旋轉方向。這樣，依次生成有關施術者指定的各路徑點及目的地位置的位置移動信息，并將對應的位置移動命令傳送給主體部100，從而能夠使手術機器人(即主體部100)向施術者指定的方向及位置移動。此時，將手術機器人移動到指定位置時，手術工具等應朝向躺在手術臺150上的患者。人體內部插入手術工具的狀態下移動手術機器人時，為了保護患者安全等目的更應如此。只要施術者設定為了移動主體部100位置而選擇位置之前、途中或之后指定手術臺150生成用于控制手術機器人姿態的姿態控制命令，則手術機器人如圖16所示的使手術處理部140朝向手術患者的形式控制多方向旋轉輪120旋轉移動。至此，以利用由天花板攝像機部1590拍攝的圖像信息控制手術機器人移動位置的方法為主進行了說明。但是，即使不使用天花板攝像機部1590，也可以利用如上所述的光學跟蹤器(optical tracker)、磁跟蹤器(magnetic tracker)或其它用于跟蹤位置的方式控制手術機器人的位置移動。另外，即使在手術室天花板上不設置攝像機，只要手術機器人能夠識別與手術臺 150的位置關系就可以，所以還可以使用在手術臺150上附加識別標記，并在手術機器人上安裝攝像機識別相互間的位置關系從而移動位置的方法等。圖17是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。參照圖17，在步驟1710中，主機器人1500通過顯示部1520顯示圖像信息(即手術室圖像信息)，該圖像信息是將由天花板攝像機部1590提供的圖像信號進行處理的信息。
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在步驟1720中，為了控制手術機器人的移動，主機器人1500接收施術者參照在顯示部1520顯示的手術室圖像信息而利用輸入部1530輸入的路徑點位置信息及目的地位置信息。此時，還可以接收如上所述的用于控制手術機器人姿態的姿態信息。在步驟1730中，參照在步驟1720中輸入的路徑點及目的地位置信息和預先存儲在存儲部中的轉換基準信息，主機器人1500生成用于使手術機器人依次向各位置移動的位置移動命令，并通過有線或無線通信網傳送給主體部100。此時，還可以生成用于控制手術機器人姿態的姿態控制命令，并通過有線或無線通信網傳送給主體部100。根據在步驟1730中傳送的位置移動命令，主體部100控制多方向旋轉輪120的動作，從而移動到施術者指定的目的地位置。圖18是表示本發明的另一實施例涉及的移動補償裝置的模塊結構圖，圖19是表示本發明的另一實施例涉及的移動補償裝置的移動補償方法的概念圖，圖20是表示本發明的另一實施例涉及的多方面旋轉輪的控制基準信息的示例圖，圖21是表示本發明的另一實施例涉及的算出旋轉角概念的示例圖。參照圖18，移動補償裝置400包括攝像機部410、圖像信息生成部420、識別點信息解析部430、位移量解析部440、控制命令生成部450、輸出部460、旋轉角算出部1810、停止請求生成部1820及控制部470。如上所述，移動補償裝置400可以設在主體部100或手術處理部140，并將用于移動操作手術處理部140的控制命令提供給結合部130。攝像機部410輸出拍攝手術部位而生成的圖像信號。攝像機部410例如可以包括圖像傳感器(Image Sensor)。圖像信息生成部420處理由攝像機部410輸入的圖像信號而生成通過設置或結合在主機器人上的顯示裝置(未圖示)輸出的圖像信息。而且，通過圖像信息生成部420生成的圖像信息可以生成為，通過識別點信息解析部430能夠解析像素信息的圖像格式。識別點信息解析部430生成解析信息，該解析信息是通過圖像信息生成部420生成的圖像信息中所包含的對象(object)的坐標信息及與基準點之間的有關距離及角度的解析信息。由識別點信息解析部430解析的對象可以是如上參照圖3說明的在醫療用套管針300的上部套管殼310的一側形成的識別標記350、患者的特定部位(例如，肚臍)、手術外罩的特定部位等。位移量解析部440生成位移量信息，該位移量信息是通過識別點信息解析部430 生成的有關各圖像幀的解析信息之間的距離及角度的位移量信息。控制命令生成部450生成控制命令，該控制命令是調節結合部130使通過位移量解析部440生成的位移量信息變為零(zero)的命令。控制命令是通過結合部130的移動操作向使識別點位置保持固定(即手術處理部140的位移量信息為零)的方向及距離直線及/或旋轉移動的命令，即使主體部100通過根據控制命令的結合部130操作而向任一方向移動，但手術處理部140的位置還可以保持在主體部100移動前的位置。輸出部460為了使通過攝像機部410輸入的圖像不變(即，以躺在手術臺150上的患者為基準的手術處理部140的位置在誤差范圍內不變)，將通過控制命令生成部450生成的控制命令輸出給結合部130。當通過旋轉角算出部1810算出的旋轉角識別為手術臺150旋轉時，輸出部460將由停止請求生成部1820生成的停止請求信息輸出給主體部100。
而且，輸出部460通過將控制命令傳送給主機器人從而識別用于保持手術處理部 140位置的結合部130的操作狀態，或者為了將由圖像信息生成部420生成的圖像信息通過設置或結合在主機器人上的顯示裝置(未圖示)輸出，傳送給主機器人。旋轉角算出部1810利用處理通過攝像機部410輸入的圖像信號而生成的圖像信息及預先存儲在存儲部(未圖示)中的控制基準信息，生成手術機器人或/及手術臺150 以中心點為基準旋轉多少量的旋轉角信息。在此，中心點例如可以是手術臺150的橫向縱向的中心點，或手術部位的中心點。旋轉角算出部1810利用通過位移量解析部440解析的角度的位移量信息，生成有關手術臺150旋轉時旋轉多少量的信息，而生成的旋轉角信息可以提供給主體部100。而且，旋轉角算出部1810可以識別出，根據從主機器人接收的位置移動命令移動至目的地位置信息時所剩余旋轉角為多少，并將各解析步驟中的旋轉角信息及/或算出的剩余旋轉角信息傳送給主體部100，以便用于控制多方向旋轉輪120。停止請求生成部1820通過旋轉角算出部1810判斷剩余旋轉角為零(zero)時，生成停止請求信息并通過輸出部460輸出給主體部100，該停止請求信息是，用于停止根據位置移動命令的主體部100移動的信息。如果包含于主體部100的任一構成要素(例如，旋轉輪操作部740)能夠利用由旋轉角算出部1810提供的旋轉角信息判斷剩余旋轉角是否為零，也可以省略停止請求生成部1820。控制部470控制移動補償裝置400的各構成要素執行上述功能。在圖19中示出移動補償裝置的移動補償方法的概念圖，在圖20中例示出多方向旋轉輪120的控制基準信息，在圖21中例示出旋轉角算出概念。如圖19所示，在手術過程中為了順利進行手術，可以使手術機器人按照預設的移動路徑810移動，也可以旋轉手術臺150。在此，移動路徑810可以由多個虛擬路徑點形成， 各虛擬路徑點可以連續配置或也可以分別隔開配置。當使手術機器人從當前位置沿著移動路徑810移動時，可以利用從當前位置至目的地位置的旋轉角。例如，指示從當前位置的PO移動至P5位置時，旋轉角算出部1810及 /或主體部100可以識別該位置移動命令是以中心點為基準沿著預設的移動路徑810旋轉移動170度的命令。根據位置移動命令，主體部100參照如圖20所示的控制基準信息控制多方向旋轉輪120的動作，從而能夠經由虛擬各路徑點而移動到目的地位置。控制基準信息中包括在各虛擬路徑點之間移動時以中心點為基準旋轉了多少度的信息，所以主體部100可以識別是否旋轉移動了符合目的地旋轉角信息(即從當前位置至目的地位置的旋轉角信息)的角度。而且，旋轉角算出部1810接收從主機器人1500傳送的位置移動命令或從主體部 100接收對應于位置移動命令的目標旋轉角信息時，可以識別沿預設的移動路徑810以中心點為基準旋轉移動多少度，也可以參照位移量解析部440提供的有關角度位移量信息， 確認剩余旋轉角信息(即從目標旋轉角信息中運算出根據位移量信息的旋轉角信息的值) 是否為零(zero)。如果主體部100構成為能夠從移動補償裝置400接收停止請求信息為止持續移動時，旋轉角算出部1810也可以控制停止請求生成部1820以剩余旋轉角信息變為零為止不生成停止請求信息。
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但是，如果施術者指定主體部100從PO位置移動至P5位置而手術機器人移動過程中增加實施手術臺150旋轉時，主體部100應該移動至什么位置成問題。這是由于對于躺在手術臺150上的手術患者來說，最初指定的P5位置為最適合進行后續手術操作的位置。因此，當手術臺150向任一方向旋轉了任一角度時，作為最初指定的目的地位置的P5位置應該變更為對應于手術臺150旋轉的Pl位置。而且，為了能夠正確判斷變更的目的地位置，當識別到手術臺150旋轉時，直至手術臺150旋轉結束為止，手術機器人應該停止移動位置。S卩，主體部100根據控制基準信息在各虛擬路徑點之間進行移動從而移動至目的地位置的過程中，從旋轉角算出部1810接收利用通過位移量解析部440解析的有關角度位移量信息的旋轉角信息，并判斷接收的旋轉角信息是否在誤差范圍內與控制基準信息中所包含的旋轉角信息一致。如果超出誤差范圍而不一致時，則識別為手術臺150旋轉，從而為了停止手術機器人的移動，中止操作多方向旋轉輪120。手術機器人停止移動后，從旋轉角算出部1810接收到非零(zero)的旋轉角信息時，表示該手術臺150旋轉繼續，為了使手術機器人向適當位置移動，需要將手術臺150的旋轉角信息反映到剩余旋轉角信息中。如果，假設手術機器人在按照如圖19所示箭頭方向沿指定移動路徑810旋轉移動的過程中，手術臺150按照如圖19所示箭頭方向(即手術機器人旋轉方向的反方向)旋轉時，通過圖像信息生成部420生成的圖像信息(參照圖21的(a))可以表示為向各方向旋轉(參照圖21的(b)及(c))。表示為向各方向旋轉的圖像信息，通過位移量解析部440及控制命令生成部450 等的處理，如參照圖4b等進行的說明，被控制成識別點位于畫面中心點，在這個過程中可以識別出圖像信息向哪個方向旋轉了多少度。如圖21所示，如果手術臺150的旋轉方向與手術機器人的旋轉移動方向相反時， 可以從剩余旋轉角信息中減去手術臺150的旋轉角，從而更新處理剩余旋轉角信息(即目的地位置信息)。但是，手術臺150的旋轉方向與手術機器人的旋轉移動方向相同時，可以將手術臺150的旋轉角與剩余旋轉角信息進行相加，從而更新處理目的地位置信息。主體部100在停止移動的狀態下，將由旋轉角算出部1810提供的旋轉角信息識別成手術臺150旋轉引起的旋轉角信息，從而更新旋轉角信息。被更新的剩余旋轉角信息可以再次提供給移動補償裝置400，而手術機器人按照預設的移動路徑810移動直至剩余旋轉角信息變成零為止。圖22是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動操作方法的順序圖。參照圖22，在步驟2210中，主體部100接收傳送給主機器人1500的位置移動命令或/及目標旋轉角信息(即從當前位置至目的地位置的旋轉角信息)進行存儲。在步驟2220中，主體部100利用由移動補償裝置400解析及算出對應于攝像機部 410圖像信號的圖像信息而提供的旋轉角信息，來判斷手術臺150是否旋轉。主體部100通過根據位置移動命令旋轉移動的手術機器人比預期旋轉角(參照圖20)在誤差范圍內大或小的旋轉角通過圖像信息解析識別而提供時，可識別為手術臺150旋轉。如果識別手術臺150旋轉了時進行步驟2230，否則進行步驟2250。在步驟2230中，主體部100準確算出手術臺150的旋轉角，為了修改目的地位置而中止多方向旋轉角120的移動操作，并參照由移動補償裝置400提供的旋轉角信息算出手術臺150的旋轉角。移動補償裝置400可以解析對應于攝像機部410的圖像信號的圖像信息而算出手術臺150旋轉引起的旋轉角，可以利用通過位移量解析部440生成的解析信息之間的有關角度位移量信息。而且，主體部100可以反映手術臺150旋轉引起的旋轉角信息而更新處理剩余旋轉角信息。在步驟2240中，主體部100利用通過移動補償裝置400提供的旋轉角信息來判斷手術臺150的旋轉是否結束。如果，手術臺150的旋轉未結束時再次進行步驟2230，手術臺150旋轉結束時進行步驟2250。在步驟2250中，主體部100判斷剩余旋轉角信息是否為零(即手術機器人的當前位置是否為根據位置移動命令的目的地位置)。如果當前位置不是目的地位置時進行步驟2260，主體部100重新開始向目的地位置的移動，再次進行步驟2220。但是通過步驟2250的判斷，如果當前位置是目的地位置時，進行步驟2270，主體部400直至接收后續命令(例如，手術工具操作命令、位置移動命令)為止待機。圖23a至23c是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人的移動概念圖。S卩，圖23a至23c是表示主體部100移動前和移動后的主體部100、手術處理部 140、手術臺150及手術患者之間關系的示意圖。為了簡化圖示，用線圖示了包含于手術處理部140的機器臂及器械2310。如圖23a至23c所示，當主體部100從患者頭部右側移動到左側時，主體部100通過控制多方向旋轉輪120的動作，使主體部100依次移動到如圖2 及23c所示的位置。但是，如圖2 及23c所示，與前面的說明不同，手術處理部140控制成對于患者的相對位置及方向不固定。S卩，在移動主體部100的過程中，施術者希望輸入與如圖23a所示位置上輸入的圖像不同的圖像信息并顯示時，或有意控制手術處理部140的位置而希望輸入不同圖像信息并顯示時，可以通過適當控制結合部130來控制手術處理部140的位置及方向。但是，此時， 主體部100需要對機器臂及器械2310的插入位置進行控制，以防止由于插入在人體內部的器械等的插入位置上施加過大力而導致手術患者的皮膚、臟器等受傷害。即，如果使用者所需畫面不必與初期畫面始終一致時，可以考慮手術臺150的相對位置而適當控制手術處理部140位置及/或方向和多方向旋轉輪120的動作，則能夠提供使用者所需圖像信息。對此的結合部130的控制方法可通過本說明書中記載的技術思想能夠充分理解，故省略對其的說明。當然，在主體部100移動過程中，施術者希望輸入相同圖像信息并顯示時，如上所述，也可以通過控制結合部130使手術處理部140的位置及方向以患者為基準固定地進行處理。利用上述攝像機圖像而控制/補償手術機器人的方法，可以通過內置在數字處理裝置內的軟件程序等以按照時間序列順序的自動程序執行。構成所述程序的代碼及代碼段，可以通過該領域的計算機編程人員容易推理。而且，所述程序存儲在計算機可讀的信息存儲介質(computer readable media)上，由計算機讀取并執行，從而能夠實現所述方法。 所述信息存儲介質包括磁性記錄介質、光記錄介質及載波媒體。
在上述參照本發明的優選實施例進行了說明，但對于該技術領域的普通技術人員來說，在不超出權利要求書中記載的本發明思想及領域的范圍內，本發明可以進行多種變形和變更。
權利要求
1.一種手術機器人的移動補償裝置，在主體部的一側結合有用于安裝手術器械的手術處理部，其特征在于，包括圖像信息生成部，生成與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應的圖像信息；識別點信息解析部，生成在對應指定次數的圖像幀的各圖像信息中所識別的識別點與預設的基準點之間的距離及角度的解析信息；位移量解析部，生成生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；以及控制命令生成及輸出部，生成并輸出用于調節所述手術處理部位置的控制命令，以使所述位移量信息中所包含的距離及角度的位移量成為零。
2.如權利要求1所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于， 所述攝像機部設在所述手術處理部的一側。
3.如權利要求1所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于， 在所述主體部的下部具有使所述主體部向任一方向移動的移動部。
4.如權利要求3所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于， 所述移動部包括全向輪。
5.如權利要求3所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于， 所述移動部以磁懸浮方式及球輪方式中的一個以上方式實現。
6.如權利要求1所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于，所述識別點是形成在醫療用套管針一側的識別標記，或是拍攝時包含于圖像信息中的預先指定的特定點通過所述攝像機部拍攝而作為對象識別的包含于圖像幀中的對象。
7.如權利要求1所述的手術機器人的移動補償裝置，其特征在于，所述手術處理部和所述主體部的一側通過結合部相結合，所述結合部具備電機組合體，該電機組合體根據所述控制命令在旋轉及水平方向上移動調節所述手術處理部。
8.一種手術機器人的移動補償方法，在移動補償裝置上執行，其特征在于，包括如下步驟生成圖像信息的步驟，該圖像信息與由攝像機部拍攝手術部位而提供的圖像信號相對應；生成解析信息的步驟，該解析信息是在對應指定次數的圖像幀的各圖像信息中識別的識別點與預設的基準點之間的距離及角度的解析信息；生成位移量信息的步驟，該位移量信息是生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；以及生成并輸出控制命令的步驟，該控制命令用于調節手術處理部的位置使所述位移量信息所包含的距離及角度的位移量成為零。
9.如權利要求8所述的手術機器人的移動補償方法，其特征在于，所述手術機器人是主體部和在所述主體部一側包含手術器械的手術處理部結合而構成，所述攝像機部設在所述手術處理部的一側。
10.如權利要求9所述的手術機器人的移動補償方法，其特征在于， 在所述主體部的下部具有使所述主體部向任一方向移動的移動部。
全文摘要
公開了手術機器人的移動控制/補償方法及其裝置。手術機器人的移動補償裝置，在主體部一側結合有用于安裝手術器械的手術處理部，包括圖像信息生成部，生成與由攝像機部拍攝的圖像信號對應的圖像信息；識別點信息解析部，生成在對應圖像幀的各圖像信息中所識別的識別點與預設基準點之間的距離及角度的解析信息；位移量解析部，生成生成順序連續的兩個解析信息之間的距離及角度的位移量信息；控制命令生成及輸出部，生成并輸出控制命令使位移量信息包含的距離及角度位移量變成零。可在人體內部插入手術器械等狀態下將手術機器人移動到適當位置，無需為移動手術機器人位置的事先及事后步驟，縮短手術時間及減輕醫生的疲勞。
文檔編號A61B19/00GK102451040SQ20111032298
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者崔勝旭, 李珉奎, 閔東明 申請人:伊頓株式會社