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KR20130128673A - Surgery training simulator using force sensor and control method thereof - Google Patents

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KR20130128673A
KR20130128673A KR1020120052568A KR20120052568A KR20130128673A KR 20130128673 A KR20130128673 A KR 20130128673A KR 1020120052568 A KR1020120052568 A KR 1020120052568A KR 20120052568 A KR20120052568 A KR 20120052568A KR 20130128673 A KR20130128673 A KR 20130128673A
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주식회사 엔티메디
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Abstract

본 발명은 기구부와 상기 기구부의 변위정보를 이용하여 디스플레이에 수술관련 가상현실 영상을 표시하는 제어부를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터를 개시한다. 본 발명에 따른 기구부는, 인체에 삽입되는 수술도구에 대응하는 것으로서 사용자의 조작에 따라 1자유도 이상의 움직임을 하는 조작봉; 상기 조작봉의 변위를 검출하는 변위센서; 상기 제어부에서 전송하는 햅틱신호에 따라 상기 조작봉에 반력을 제공하는 반력발생수단; 상기 조작봉에 가해진 반력을 검출하여 상기 제어부로 전송하는 힘토크센서를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자가 기구부를 조작할 때 느끼는 반력을 힘토크센서를 이용하여 실시간으로 피드백함으로써 정밀한 힘의 제어가 가능하다. 따라서 사용자가 시뮬레이터를 사용할 때 받은 느낌을 실제 수술과 유사하게 구현할 수 있으므로 훈련효과를 극대화시킬 수 있다.
The present invention discloses a surgical training simulator including a mechanical part and a controller for displaying a surgical related virtual reality image on a display using displacement information of the mechanical part. According to an embodiment of the present invention, there is provided a surgical instrument, comprising: a manipulating rod corresponding to a surgical tool inserted into a human body and performing a motion of one degree or more in accordance with a user's manipulation; A displacement sensor for detecting a displacement of the operating rod; Reaction force generating means for providing a reaction force to the operating rod according to a haptic signal transmitted from the control unit; It includes a force torque sensor for detecting the reaction force applied to the operating rod and transmits to the control unit.
According to the present invention, it is possible to precisely control the force by feeding back the reaction force felt when the user manipulates the mechanism in real time using the force torque sensor. Therefore, it is possible to maximize the training effect because the user can feel similar to the actual operation when he / she uses the simulator.

Description

힘센서를 이용한 수술 훈련 시뮬레이터 및 그 제어방법{Surgery training simulator using force sensor and control method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a surgical training simulator using a force sensor,

본 발명은 복강경 수술이나 흉강경 수술 등과 같이 내시경을 이용하는 수술을 대비한 훈련 시뮬레이터에 관한 것으로서, 구체적으로는 기구부에 모터와 힘센서를 설치하여 사용자가 반력(feedback force)을 느낄 수 있을 뿐만 아니라 사용자가 느끼는 반력을 다시 측정하여 사용자가 느끼는 가상의 힘을 실제와 더욱 가깝게 구현할 수 있는 수술 훈련 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a training simulator prepared for an operation using an endoscope such as a laparoscopic surgery or a thoracoscopic surgery, and more specifically, a motor and a force sensor are installed in a mechanical part so that a user can feel a feedback force, The present invention relates to a surgical training simulator capable of realizing a virtual force that a user feels closer to reality by measuring a reaction force felt by a user.

일반적으로 의사의 수술훈련은 사전에 이론 교육을 한 이후 실제 시술에서 연습이 동시에 이루어지도록 되어 있다. 따라서 숙련되기까지는 수술 중에 실수가 발생할 위험이 높고, 사전에 겪어보지 못한 상황을 훈련 받지도 못한 상태에서 접하게 되는 경우도 빈번하므로 사고 발생의 위험성이 항상 존재하게 된다.In general, the physician's surgical training is to be practiced at the same time after the theoretical education in advance. Therefore, there is always a risk of accidents due to the frequent occurrence of mistakes during surgery, and frequent contact with untrained patients before they are trained.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 조건을 사전에 설정하여 연습해볼 수 있는 다양한 실습도구들이 사용되고 있다. 도구와 영상을 결합한 시뮬레이터도 이러한 실습도구들 중의 하나이다. In recent years, various practical tools have been used in order to solve such problems by setting various conditions in advance and practicing them. A simulator combining tools and images is one of these practical tools.

그런데 대부분의 시뮬레이터는 단순화된 도구와 영상정보를 통해 사용자에게 가상의 체험을 전달하기 때문에 사용자는 상상으로 실제의 상황을 느낄 수밖에 없고, 대부분의 상황을 시각 정보에 의존하여 훈련 받게 되므로 실제 수술의 느낌과는 차이가 있는 훈련을 받게 된다.However, since most simulators deliver a virtual experience to a user through a simplified tool and image information, the user is forced to feel the actual situation by imagination, and since most of the situations are trained depending on visual information, And training that differs from

이에 등록특허 제1021595호(2011.3.16 공고) 등과 같이 사용자가 햅틱장치를 통해 반력을 느낄 수 있는 시뮬레이터가 소개되고 있으나, 사용자가 느끼는 반력이 실제 수술의 느낌과 차이가 커서 개선의 여지가 많은 실정이다.A simulator that allows the user to feel a reaction force through a haptic device is introduced as disclosed in Patent No. 1021595 (published on Mar. 16, 2011). However, since the reaction force of the user differs from the feeling of the actual operation, to be.

본 발명은 종래 수술훈련 시뮬레이터의 한계를 극복하기 위한 것으로서, 사용자가 느끼는 반력을 측정하여 피드백함으로써 실제 수술시 느낌과의 차이를 크게 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to overcome the limitations of the conventional surgical training simulator, and to measure the reaction force felt by the user and feed back the result, thereby greatly reducing the difference from the feeling in actual operation.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 기구부, 상기 기구부의 변위정보를 이용하여 디스플레이에 수술관련 가상현실 영상을 표시하는 제어부를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터에 있어서, 상기 기구부가, 인체에 삽입되는 수술도구에 대응하는 것으로서, 사용자의 조작에 따라 1자유도 이상의 움직임을 하는 조작봉; 상기 조작봉의 변위를 검출하는 변위센서; 상기 제어부에서 전송하는 햅틱신호에 따라 상기 조작봉에 반력을 제공하는 반력발생수단; 상기 조작봉에 가해진 반력을 검출하여 상기 제어부로 전송하는 힘토크센서를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a surgical training simulator including a mechanical part and a control part for displaying a surgical related virtual reality image on a display using displacement information of the mechanical part, A manipulating rod corresponding to the tool, the manipulating rod being capable of performing a motion of one degree or more in accordance with the manipulation of the user; A displacement sensor for detecting a displacement of the operating rod; Reaction force generating means for providing a reaction force to the operating rod according to a haptic signal transmitted from the control unit; And a force torque sensor for detecting a reaction force applied to the operating rod and transmitting the detected reaction force to the control unit.

본 발명에 따른 수술훈련 시뮬레이터에서 상기 조작봉의 상단에는 사용자가 손으로 조작하는 조작기구가 결합되고, 상기 힘토크센서는 상기 조작봉과 상기 조작기구의 사이에 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.In the surgical training simulator according to the present invention, an operating mechanism for operating the user's hand is coupled to the upper end of the operating rod, and the force torque sensor is disposed between the operating rod and the operating mechanism.

또한 본 발명에 따른 수술훈련 시뮬레이터에서 상기 힘토크센서는 상기 조작봉이 관통하는 통형상으로서 상기 조작봉에 가해지는 원주방향 또는 길이방향의 반력을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, in the surgical training simulator according to the present invention, the force torque sensor may measure a reaction force in a circumferential direction or a longitudinal direction applied to the operating rod as a cylindrical shape passing through the operating rod.

또한 본 발명에 따른 수술훈련 시뮬레이터에서, 상기 반력발생수단은, 상기 조작봉이 관통 결합되는 가이드바디; 상기 가이드바디에 결합된 제1링크연결축 및 제2링크연결축; 일단이 상기 제1 링크연결축에 연결된 제1링크; 일단이 상기 제2 링크연결축에 연결된 제2링크; 상기 제1링크의 타단에 연결되어 상기 제1링크를 회전시키는 제1링크구동수단; 상기 제2링크의 타단에 연결되어 상기 제2링크를 회전시키는 제2링크구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, in the surgical training simulator according to the present invention, the reaction force generating means may include: a guide body through which the operation rod is inserted; A first link connecting shaft and a second link connecting shaft coupled to the guide body; A first link whose one end is connected to the first link connecting shaft; A second link whose one end is connected to the second link connecting shaft; First link driving means connected to the other end of the first link to rotate the first link; And second link driving means connected to the other end of the second link for rotating the second link.

또한 본 발명에 따른 수술훈련 시뮬레이터에서, 상기 반력발생수단은, 상기 조작봉이 관통 결합되는 가이드바디; 상기 가이드바디의 일단과 타단에 각각 위치하는 것으로서, 각각 상기 조작봉이 삽입되는 관통부를 구비하는 제1회전체와 제2회전체; 측단이 상기 제1회전체의 관통부의 내부로 돌출되어 상기 가이드바디에 접하고, 상기 가이드바디의 길이방향에 대해 경사진 방향으로 설치된 다수의 제1롤러; 측단이 상기 제2회전체의 관통부의 내부로 돌출되어 상기 가이드바디에 접하고, 상기 가이드바디의 길이방향에 대해 상기 다수의 제1롤러와 반대의 경사방향으로 설치된 다수의 제2롤러; 각각 상기 가이드바디에 의해 지지되며, 상기 제1회전체와 상기 제2회전체를 각각 회전시키는 제1회전체구동수단과 제2회전체구동수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Further, in the surgical training simulator according to the present invention, the reaction force generating means may include: a guide body through which the operation rod is inserted; A first rotating body and a second rotating body respectively positioned at one end and the other end of the guide body and each having a penetration portion into which the operating rod is inserted; A plurality of first rollers whose side ends are protruded into the penetrating portion of the first rotating body and are in contact with the guide body and are inclined relative to the longitudinal direction of the guide body; A plurality of second rollers whose side ends are protruded into the penetration portion of the second rotating body and come into contact with the guide body and are provided in an oblique direction opposite to the plurality of first rollers with respect to the longitudinal direction of the guide body; And a first rotatable driving unit and a second rotatable driving unit supported by the guide body for rotating the first rotating body and the second rotating body, respectively.

또한 본 발명은, 기구부, 상기 기구부의 변위정보를 이용하여 디스플레이에 수술관련 가상현실 영상을 표시하는 제어부를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터의 제어방법에 있어서, (a) 상기 제어부가 햅틱신호를 생성하여 상기 기구부로 전송하는 단계; (b) 상기 기구부에서 상기 햅틱신호에 따른 반력이 생성되면, 상기 제어부는 상기 기구부에 설치된 힘토크센서에서 측정한 반력정보를 수신하는 단계; (c) 상기 제어부가 상기 반력정보를 설정된 값과 비교하여 허용오차를 벗어난 것으로 판단되면 새로운 햅틱신호를 생성하여 상기 기구부로 전송하는 단계; (d) 상기 새로운 햅틱신호에 따라 상기 기구부에서 반력이 생성되는 단계를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터의 제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a surgical training simulator including a mechanical part and a controller for displaying a surgical-related virtual reality image on a display using displacement information of the mechanical part, the control method comprising the steps of: (a) To a mechanism section; (b) when a reaction force according to the haptic signal is generated in the mechanical part, the control part receives the reaction force information measured by the force torque sensor provided in the mechanical part; (c) if the control unit compares the reaction force information with the set value and determines that the tolerance is out of order, generates a new haptic signal and transmits the new haptic signal to the mechanism unit; (d) a reaction force is generated in the mechanism according to the new haptic signal.

본 발명에 따른 수술 훈련 시뮬레이터는 사용자가 기구부를 조작할 때 느끼는 반력을 힘토크센서를 이용하여 실시간으로 피드백함으로써 정밀한 힘의 제어가 가능하다. 따라서 사용자가 시뮬레이터를 사용할 때 받는 느낌을 실제 수술과 유사하게 구현할 수 있으므로 훈련효과를 극대화시킬 수 있다.The surgical training simulator according to the present invention enables precise force control by feeding back the reaction force felt by the user when operating the mechanism part in real time using a force torque sensor. Therefore, it is possible to maximize the training effect because the user can feel similar to the actual operation when he / she uses the simulator.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수술 훈련 시뮬레이터의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기구부의 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기구부의 내부 사시도
도 4는 조작봉에 가이드바디가 결합된 모습을 나타낸 사시도
도 5는 링크의 연결구조를 나타낸 사시도
도 6 내지 도 8은 각각 회전체의 사시도, 측면도 및 단면도
도 9는 롤러의 다른 실시예를 나타낸 단면도
1 is a schematic diagram of a surgical training simulator according to an embodiment of the present invention
2 is a perspective view of a mechanical part according to an embodiment of the present invention;
3 is an internal perspective view of a mechanical part according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a state in which a guide body is coupled to an operation rod;
5 is a perspective view showing a link structure of a link
6 to 8 are a perspective view, a side view, and a cross-sectional view, respectively,
9 is a cross-sectional view showing another embodiment of the roller

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 수술 훈련 시뮬레이터는 도 1의 구성도에 나타낸 바와 같이, 기구부(100), 제어부(200) 및 디스플레이(300)를 포함한다.The surgical training simulator according to the embodiment of the present invention includes a mechanical part 100, a control part 200 and a display 300 as shown in the configuration diagram of FIG.

제어부(200)는 수술부위와 수술도구에 대응하는 모델링 프로그램을 포함하며, 이를 이용하여 가상현실 영상신호를 생성하여 디스플레이(300)로 전송한다. 또한 기구부(100)에서 사용자의 조작으로 인한 변위정보가 발생하면 이에 대응하는 영상신호를 생성하여 디스플레이(300)의 화면을 실시간으로 갱신한다. The control unit 200 includes a modeling program corresponding to a surgical site and a surgical tool, and generates a virtual reality video signal using the modeling program and transmits the generated virtual reality video signal to the display 300. Also, when the mechanical unit 100 generates displacement information due to user's operation, the controller 300 generates a video signal corresponding to the displacement information, and updates the screen of the display 300 in real time.

예를 들어 디스플레이(300)에는 가상의 내시경 영상과 수술도구 영상이 함께 표시되며, 사용자가 기구부(100)에서 전후진 동작, 회전동작, 집는 동작, 자르는 동작 등을 수행하면 수술도구의 영상도 그에 따라 움직이게 된다.For example, when a user performs a forward / backward movement, a rotation operation, a picking operation, a chopping operation, and the like, the virtual endoscopic image and the surgical tool image are displayed on the display 300, It moves along.

그리고 모델링 영상에서 수술도구가 수술부위 또는 내벽에 접촉할 경우에 제어부(200)는 설정된 햅틱신호를 기구부(100)로 전송하고, 기구부(100)는 햅틱신호에 맞게 모터 등을 구동하여 사용자가 느끼는 반력을 발생시킨다.When the surgical tool contacts the surgical site or the inner wall of the modeling image, the control unit 200 transmits the set haptic signal to the mechanical unit 100. The mechanical unit 100 drives the motor or the like according to the haptic signal, Thereby generating a reaction force.

특히 본 발명에 따른 기구부(100)에는 후술하는 바와 같이 힘토크센서가 설치되어 있으므로, 제어부(200)는 기구부(100)에서 발생한 반력을 측정할 수 있다. 따라서 제어부(200)에 실제 수술시 다양한 상황에서 느껴지는 반력정보를 저장해 두면 힘토크센서에서 측정된 반력과 실제 수술시 느끼는 반력을 비교할 수 있으며, 비교결과 차이가 허용오차를 벗어나면 새로운 햅틱신호를 생성하여 기구부(100)로 전송하여 실제 느낌과 같은 반력을 생성할 수 있다.In particular, since the mechanical part 100 according to the present invention is provided with a force torque sensor as described later, the control part 200 can measure the reaction force generated in the mechanical part 100. [ Therefore, if the reaction force information felt in various situations during the actual operation is stored in the controller 200, the reaction force measured by the force torque sensor and the reaction force experienced during the actual operation can be compared. If the comparison result is out of tolerance, a new haptic signal is generated And transmitted to the mechanical unit 100 to generate a reaction force such as a real feel.

본 발명의 실시예에 따른 기구부(100)는 도 2의 사시도와 케이스(102)를 제거한 상태를 나타낸 도 3에 나타낸 바와 같다. The mechanical part 100 according to the embodiment of the present invention is shown in Fig. 3, which shows a perspective view of Fig. 2 and a state in which the case 102 is removed.

구체적으로 살펴보면, 환자의 체내로 삽입되는 실제 수술도구와 유사한 형태를 갖는 조작봉(140), 조작봉(140)의 상단에 구비되어 사용자가 손으로 조작하는 조작기구(110), 조작봉(140)의 직선 및 회전운동을 가이드 하는 것으로서 조작봉(140)이 관통 설치되는 가이드바디(150), 사용자가 느끼는 반력을 생성하기 위하여 가이드바디(150)의 양단에 각각 위치하는 제1, 제2 회전체(160a, 160b) 등을 포함한다. 조작기구(110)를 제외한 구성요소들은 모두 케이스(102)의 내부에 설치되는 것이 바람직하며, 케이스(102)의 저면에는 미사용시에 조작봉(140)의 하단부가 거치되는 거치홈(106)이 설치된다.Specifically, the manipulation rod 140 has a shape similar to that of a real surgical tool inserted into a patient's body, an operation mechanism 110 provided at an upper end of the manipulation rod 140 to be manipulated by the user by hand, A guide body 150 for guiding the linear and rotary motion of the guide body 150 and having the operation rod 140 inserted therethrough, a guide body 150 for guiding the linear and rotational movements of the guide body 150, And a whole 160a and 160b. All of the components other than the operating mechanism 110 are preferably installed inside the case 102. A mounting groove 106 in which the lower end of the operating rod 140 is fixed is used at the bottom of the case 102 Respectively.

조작기구(110)는 복강경 또는 흉강경 수술에 사용되는 실제 수술도구의 손잡이와 같은 형상을 가진다. 본 발명의 실시예에서는 2개의 막대가 상대 회전운동이 가능하도록 교차 결합된 형상의 조작기구(110)를 사용하였으나 수술의 종류에 따라 구체적인 형상이 달라질 수 있음은 물론이다. 또한 수술훈련의 종류에 따라 조작기구(110)에 추가적인 기능이 부여될 수도 있다.The operating mechanism 110 has a shape similar to the handle of a real surgical instrument used for laparoscopic or thoracoscopic surgery. In the embodiment of the present invention, the operation mechanism 110 of the cross-coupled shape is used so that the two rods can rotate relative to each other, but it goes without saying that the specific shape may be changed depending on the type of surgery. Further, the operation mechanism 110 may be provided with additional functions depending on the type of surgical training.

조작기구(110)에는 사용자가 조작할 때 발생하는 변위를 측정하는 조작기구용 변위센서(120)가 설치된다. 조작기구용 변위센서(120)는 조작기구 끝부분의 직선변위를 감지하는 적외선센서, 저항센서일 수도 있고, 조작기구의 회전축에서 회전각을 측정하는 센서일 수도 있다.The operating mechanism 110 is provided with a displacement sensor 120 for the actuator for measuring a displacement generated when the user operates the spindle. Displacement sensor 120 for the operating mechanism may be an infrared sensor, a resistance sensor for detecting a linear displacement of the end of the operating mechanism, may be a sensor for measuring the rotation angle on the rotation axis of the operating mechanism.

제어부(200)는 조작기구용 변위센서(120)에서 측정된 변위정보를 이용하여 디스플레이(300)에 표시된 수술도구의 엔드이펙터(end effector)의 동작 - 예를 들어 수술부위를 집는 동작, 자르는 동작 등 - 과 관련된 영상을 갱신한다.The controller 200 controls the operation of the end effector of the surgical tool displayed on the display 300 using the displacement information measured by the displacement sensor 120 for the operator's hand, - < / RTI >

본 발명의 실시예에서는 조작기구용 변위센서(120)를 조작기구(110)의 하단에 설치하였으나 설치위치가 이에 한정되는 것은 아니다.In the embodiment of the present invention, the displacement sensor 120 for the operating unit is provided at the lower end of the operating mechanism 110, but the position is not limited thereto.

또한 조작기구용 변위센서(120)만으로는 조작봉(140) 전체의 전후진 또는 회전운동은 측정하기 어려우므로 조작봉(140)의 변위를 측정할 수 있는 변위센서를 추가로 설치하는 것이 바람직하다. 조작봉용 변위센서는, 도면에 나타내지는 않았지만, 조작봉(140)의 표면운동을 감지하여 직진운동, 축회전 운동을 검출하도록 설치될 수 있다. Further, since it is difficult to measure the forward or backward movement or the rotational motion of the entire operation rod 140 only with the displacement sensor 120 for the operation device, it is preferable to further provide a displacement sensor capable of measuring the displacement of the operation rod 140. Although not shown in the drawing, the displacement sensor for the operating rod can be installed to detect the movement of the operating rod 140 and detect the linear movement and the axial rotation movement.

한편 본 발명의 기구부(100)는 조작봉(140)과 조작기구(110)의 사이에 설치된 힘토크센서(130)를 포함한다. 조작기구(110)의 하단에 조작기구용 변위센서(120)가 설치된 경우에는 조작기구용 변위센서(120)와 조작봉(140)의 사이에 힘토크센서(130)가 설치될 수 있다. The mechanism part 100 of the present invention includes a force torque sensor 130 provided between the operating rod 140 and the operating mechanism 110. A force torque sensor 130 may be provided between the displacement sensor 120 for the operating device and the operating rod 140 when the displacement sensor 120 for the operating device is provided at the lower end of the operating mechanism 110. [

힘토크센서(130)는 제어부(200)의 햅틱신호에 따라 후술하는 회전체구동모터(170a, 170b) 또는 링크구동모터(185,186)에 의해 발생한 반력을 측정하기 위한 것으로서, 3방향의 힘(Fx,Fy,Fz)과 3방향의 토크(Tx,Ty,Tz)를 모두 검출하는 6축센서가 사용될 수도 있고, 수술종류, 훈련목적 등에 따라서는 5축 이하의 센서가 사용될 수도 있다.The force torque sensor 130 is for measuring the reaction force generated by the rotor drive motors 170a and 170b or the link drive motors 185 and 186 described below according to the haptic signal of the controller 200, , Fy and Fz) and three-directional torque (Tx, Ty, Tz) may be used. Depending on the operation type, training purpose, etc., sensors of 5 or less axes may be used.

이러한 힘토크센서(130)는 사용자가 느끼는 반력을 측정하는 용도이긴 하지만, 사용자가 조작봉(140)을 움직일 때 발생하는 힘과 토크를 검출하여 조작봉(140)의 변위를 측정하는 용도로도 사용될 수 있다. 이렇게 하면 조작봉(140)의 변위를 더욱 정확히 측정할 수 있어 훈련 효과를 증진시킬 수 있는 이점도 있다.Although the force torque sensor 130 is used for measuring the reaction force felt by the user, the force torque sensor 130 may be used for measuring the displacement of the operating rod 140 by detecting the force and torque generated when the user moves the operating rod 140 Can be used. In this way, the displacement of the operating rod 140 can be more accurately measured, and the training effect can be improved.

가이드바디(150)는 대략 원통 형상으로서, 도 4에 나타낸 바와 같이 조작봉(140)이 그 내부를 길이방향으로 관통한다.The guide body 150 has a substantially cylindrical shape, and the operation rod 140 passes through the inside of the guide rod 150 in the longitudinal direction as shown in Fig.

가이드바디(150)에는 2개의 링크연결축(153,154)이 결합되며, 각 링크연결축(153,154)은 그 단부가 가이드바디(150)의 길이방향의 중심축상의 한 점(이하 편의상 '회전중심점'이라 한다)을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다. The guide body 150 has two link connecting shafts 153 and 154. The ends of the link connecting shafts 153 and 154 are connected to a point on the center axis of the guide body 150 in the longitudinal direction Quot;). ≪ / RTI >

따라서 각 링크연결축(153,154)은 가이드바디(150)의 중심축을 기준으로 일정한 각도로 이격된 상태가 된다. 한편 각 링크연결축(153,154)을 서로 직교하도록 함과 동시에 각 링크연결축(153,154)과 가이드바디(150)의 중심축도 서로에 대해 직교하도록 설치하면 가이드바디(150)의 전후방향 및 좌우방향 회전이 모두 회전중심점을 중심으로 이루어지게 된다.Accordingly, the link connecting shafts 153 and 154 are spaced apart from each other by a predetermined angle with respect to the central axis of the guide body 150. If the center axes of the link connecting shafts 153 and 154 and the guide bodies 150 are orthogonal to each other when the link connecting shafts 153 and 154 are perpendicular to each other, All of which are centered on the rotation center point.

각 링크연결축(153,154)에는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 제1, 제2링크(181,182)의 각 일단이 회전 가능하게 결합되며, 각 링크(181,182)의 타단은 각각 회전구동수단에 연결된다.As shown in FIGS. 3 and 4, one end of each of the first and second links 181 and 182 is rotatably coupled to each of the link connection axes 153 and 154, and the other ends of the links 181 and 182 are connected to rotation drive means do.

회전구동수단은 베이스(104)에 장착된 제1, 제2풀리(183,184)와 제1, 제2링크구동모터(185,186)를 포함한다. 제1풀리(183)는 와이어에 의해 제1링크구동모터(185)에 의해 회전하는 회전축(187)에 연결되며, 제2풀리(184)는 와이어에 의해 제2구동모터(186)에 의해 회전하는 회전축(188)에 연결된다.The rotational drive means includes first and second pulleys 183 and 184 mounted on the base 104 and first and second link drive motors 185 and 186. The first pulley 183 is connected to a rotating shaft 187 rotated by a first link drive motor 185 by a wire and the second pulley 184 is rotated by a wire by a second driving motor 186 To the rotating shaft 188.

각 링크(181,182)의 타단은 각각 제1, 제2풀리(183,184)의 회전축에 고정된다. 따라서 가이드바디(150)는 각 링크(181,182)의 회전범위 내에서 좌우회전이 가능해지며, 제어부(200)의 햅틱신호에 의해 제1, 제2링크구동모터(185,186)가 동작하면 가이드바디(150)와 조작봉(150)을 통해 반력이 사용자에게 전달된다.The other ends of the links 181 and 182 are fixed to the rotating shafts of the first and second pulleys 183 and 184, respectively. Therefore, when the first and second link driving motors 185 and 186 are operated by the haptic signal of the control unit 200, the guide body 150 can rotate in the left and right directions within the rotation range of the links 181 and 182, And the operation rod 150. The reaction force is transmitted to the user.

한편 제1, 제2회전체(160a, 160b)도 제어부(200)의 햅틱신호에 따라 반력을 생성하기 위한 것이다.The first and second rotators 160a and 160b are also used to generate a reaction force according to the haptic signal of the controller 200. [

도 6 내지 도 8의 사시도, 측면도 및 단면도를 참조하여 제1회전체(160a)를 살펴보면, 길이방향의 관통부(162)를 가지며 하반부에 외주면을 따라 벨트풀리(163)가 형성된 바디(161), 바디(161)의 측면에서 내부까지 관통하는 다수의 롤러장착홈(168), 상기 다수의 롤러장착홈(168)에 각각 설치되며 측단이 관통부(162)의 내부로 돌출되는 다수의 롤러(166), 바디(161)의 상단에서부터 삽입되어 각 롤러(166)의 중심을 관통하는 다수의 핀(165)을 포함한다.Referring to the perspective view, side view, and sectional view of FIGS. 6 to 8, the first rotating body 160a includes a body 161 having a penetration portion 162 in the longitudinal direction and a belt pulley 163 formed along the outer peripheral surface thereof, A plurality of roller mounting grooves 168 penetrating from the side to the inside of the body 161 and a plurality of rollers 168 mounted to the roller mounting grooves 168 and having side ends protruding into the through- 166, and a plurality of pins 165 inserted from the upper end of the body 161 and passing through the center of each roller 166.

각 롤러(166)는 제1회전체(160a)의 중심축에 대해 경사진 방향으로 설치된다. 즉, 각 롤러(166)의 회전축은 제1회전체(160a)의 중심축과 평행하거나 직교하지 않아야 한다. 따라서 각 롤러(166)의 내측 단부는 관통부(162)에 삽입되는 조작봉(140)과 하나의 지지점에서 각각 점접촉하게 된다.Each roller 166 is installed in an inclined direction with respect to the central axis of the first rotating body 160a. That is, the rotational axis of each roller 166 should not be parallel or orthogonal to the central axis of the first rotating body 160a. Therefore, the inner end of each roller 166 is in point contact with the operating rod 140 inserted into the penetrating portion 162 at one support point.

또한 각 롤러(166)는 중심축에 대해 동일한 경사각을 가지며, 3개의 롤러(166)가 설치된 경우에는 각각 중심축에 대해 120도 각도로 이격되는 것이 바람직하다. 다만 롤러(166)의 개수는 3개로 제한되지 않으므로 4개 이상일 수도 있으며, 어떤 경우이든지, 중심축에서 각 지지점에 이르는 백터의 합이 0이 되도록 각 롤러(166)가 배치되어야 한다.It is also preferred that each roller 166 has the same tilt angle with respect to the central axis and is spaced at an angle of 120 degrees with respect to the central axis, respectively, when three rollers 166 are provided. However, the number of rollers 166 is not limited to three, so it may be four or more, and in any case, each roller 166 should be arranged such that the sum of the vectors from the central axis to each support point is zero.

롤러(166)의 상면과 하면에는 롤러장착홈(166)의 내벽과의 마찰을 줄이기 위하여 와셔 등이 설치될 수 있다.A washer or the like may be provided on the upper surface and the lower surface of the roller 166 to reduce friction between the roller mounting groove 166 and the inner wall of the roller mounting groove 166.

각 회전체(160a,160b)의 바디(161)는 가이드바디(150)의 내부로 삽입되는 삽입부(164)를 구비한다. 따라서 가이드바디(150)의 양단에는 제1, 제2회전체(160a,160b)의 삽입부(164)가 각각 삽입되며, 이 상태에서 조작봉(140)이 가이드바디(150)와 제1, 제2회전체(160a,160b)의 바디(161)를 관통하여 결합된다.The body 161 of each of the rotating bodies 160a and 160b has an insertion portion 164 to be inserted into the guide body 150. Therefore, the insertion portions 164 of the first and second rotating bodies 160a and 160b are inserted into both ends of the guide body 150. In this state, the operation rod 140 is inserted into the guide body 150, Through the body 161 of the second rotors 160a and 160b.

롤러(166)는 납작한 원반 형태이며, 그 측단이 바디(161)의 내부에서 조작봉(140)의 표면에 접하게 된다. 롤러(166)는 회전체(160a,160b)의 바디(161)가 구동수단에 의해 회전할 때 회전력을 조작봉(140)에 전달하는 역할을 한다. 따라서 조작봉(140)에 가해지는 반력의 손실을 방지하기 위해서는 롤러(166)나 핀(165)은 자유회전 않도록 설치되어야 하며, 롤러(166)를 조작봉(140)의 표면에서 미끄러지지 않도록 높은 마찰계수의 재질로 제작하여야 한다.The roller 166 is in the form of a flat disk, and its side end is in contact with the surface of the operating rod 140 inside the body 161. The roller 166 serves to transmit a rotational force to the operating rod 140 when the body 161 of the rotating bodies 160a and 160b is rotated by the driving means. The roller 166 and the pin 165 must be installed so as not to rotate freely in order to prevent the loss of the reaction force applied to the operating rod 140. In order to prevent the roller 166 from slipping on the surface of the operating rod 140 It shall be made of material of coefficient.

또한 본 발명의 실시예에서는 롤러(166)와 조작봉(140)의 접촉력을 높이기 위하여 바디(161)에서 각 핀(165)이 삽입되는 핀홀을 핀(165)의 직경보다 크게 형성하고, 각 핀(16)의 상단 외측을 내측으로 압박하는 링 형태의 스프링(167)을 설치하였다.In addition, in the embodiment of the present invention, in order to increase the contact force between the roller 166 and the operating rod 140, the pin hole in which each pin 165 is inserted in the body 161 is formed larger than the diameter of the pin 165, each pin The spring 167 of the ring form which presses the outer side of the upper end of (16) inward was provided.

접촉력을 더욱 높이기 위해서는 도 9에 나타낸 바와 같이, 롤러(166)의 상단과 하단에 플랜지부(166a)를 형성하고 그 사이에 높은 마찰계수를 갖는 마찰부재(169)를 장착할 수도 있다.In order to further increase the contact force, as shown in Fig. 9, a flange portion 166a may be formed at the upper and lower ends of the roller 166, and a friction member 169 having a high coefficient of friction may be mounted therebetween.

이러한 구조를 갖는 제1, 제2회전체(160a, 60b)는 각각 제어부(200)의 햅틱신호에 의해 동작하는 제1, 제2 회전체 구동모터(170a, 170b)에 의해 조작봉(140)의 중심축을 기준으로 회전운동하면서 반력을 생성한다.The first and second rotating bodies 160a and 60b having such a structure are respectively connected to the operating rod 140 by the first and second rotary motors 170a and 170b operated by the haptic signal of the controller 200, And generates a reaction force based on the rotation of the center axis.

제1, 제2 회전체 구동모터(170a, 170b)는 각각 가이드바디(150)에 대해 고정 설치되며, 제1, 제2 회전체 구동모터(170a,170b)의 회전축은 타이밍벨트 등을 이용하여 각 회전체(160a,60b)의 벨트풀리(163)에 연결된다.The first and second rotary motors 170a and 170b are fixed to the guide body 150 and the rotary shafts of the first and second rotary motors 170a and 170b are driven by a timing belt or the like And is connected to the belt pulley 163 of each of the rotating bodies 160a and 60b.

한편 제1회전체(160a)의 롤러(166)와 제2회전체(160a)의 롤러(166)는 가이드바디(150)의 중심축을 기준으로 그 경사방향이 반대가 되도록 배치되어야 한다. 제1 회전체(160a)와 제2 회전체(160a,160b)의 롤러(166)의 경사방향이 같을 경우 자유상태에서 조작봉이 축방향 회전하면서 길이방향으로 이동하게 되어, 일정 자세나 위치를 유지하도록 제어할 수 없기 때문이다.The rollers 166 of the first rotating body 160a and the rollers 166 of the second rotating body 160a are disposed such that their inclined directions are opposite to each other with respect to the central axis of the guide body 150. [ When the first rotating body 160a and the rollers 166 of the second rotating bodies 160a and 160b have the same inclination direction, the operating rod rotates in the axial direction while being free to move in the longitudinal direction, It can not be controlled.

또한 각 회전체(160a,160b)의 회전방향을 적절히 조절하면 다양한 종류의 반력을 생성시킬 수 있다. 예를 들어 제1회전체(160a)와 제2회전체(160a)를 같은 방향으로 회전시키면 조작봉(140)은 축회전운동을 하게 되고, 서로 반대방향으로 회전시키면 병진운동을 하게 된다. 또한 제1회전체(160a)와 제2회전체(160a)의 회전속도를 다르게 하면 조작봉(140)의 축회전운동과 병진운동을 동시에 발생시킬 수 있다.In addition, various kinds of reaction forces can be generated by appropriately adjusting the rotation directions of the respective rotating bodies 160a and 160b. For example, when the first rotating body 160a and the second rotating body 160a are rotated in the same direction, the operating rod 140 is rotated in the axial direction, and when the first rotating body 160a and the second rotating body 160a are rotated in opposite directions, In addition, if the rotational speeds of the first rotating body 160a and the second rotating body 160a are different from each other, axial rotation and translational motion of the operating rod 140 can be simultaneously generated.

이하에서는 전술한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수술훈련 시뮬레이터의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the surgical training simulator according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

먼저 제어부(200)에는 디스플레이(300)를 통해 표시할 가상현실 영상의 모델링 프로그램이 저장된다. 또한 다양한 수술상황에서 기구부를 통해 생성할 반력에 대한 정보도 저장하고 있어야 한다.First, the control unit 200 stores a modeling program of a virtual reality image to be displayed through the display 300. In addition, information on the reaction force to be generated through the mechanism should be stored in various surgical situations.

그리고 시뮬레이터가 동작되면 내시경 화면에 대응하는 가상현실 영상을 디스플레이(300)를 통해 표시하며, 가상현실 영상에는 수술부위와 수술도구가 표시되어야 한다.When the simulator is operated, the virtual reality image corresponding to the endoscopic image is displayed through the display 300, and the virtual surgery image and the surgical tool are displayed on the virtual reality image.

이 상태에서 사용자가 조작기구(110)를 잡고 수술도구에 대응하는 조작봉(140)을 깊이 방향으로 직진시키거나, 좌우 또는 전후 방향으로 회전시키면 제어부(200)는 조작봉용 변위센서 및/또는 힘토크센서(130)의 신호를 이용하여 디스플레이(300)의 가상현실 영상을 실시간으로 갱신시킨다.In this state, when the user holds the operating mechanism 110 and rotates the operating rod 140 corresponding to the surgical tool in the depth direction, or rotates the operating rod 140 in the left-right direction or the back-and-forth direction, the controller 200 controls the operation rod displacement sensor and / And uses the signal of the torque sensor 130 to update the virtual reality image of the display 300 in real time.

따라서 사용자는 디스플레이(300)를 보면서 실제 수술도구를 조작하는 것과 같은 느낌으로 조작봉(140)을 조작할 수 있다.Therefore, the user can operate the operating rod 140 with the same feeling as operating the actual surgical tool while viewing the display 300. [

이 과정에서 가상현실 영상에서 수술도구가 수술부위 또는 내벽에 접촉하는 것으로 판단되면, 제어부(200)는 해당 상황에 대해 미리 설정된 햅틱신호를 생성하여 기구부(100)로 전송한다.If it is determined that the surgical tool is in contact with the surgical site or the inner wall of the virtual reality image, the controller 200 generates a predetermined haptic signal for the corresponding situation and transmits the generated haptic signal to the mechanical unit 100.

기구부(100)의 제1, 제2 회전체구동모터(170a, 170b)와 제1, 제2 링크구동모터(185,186)의 전부 또는 일부가 상기 햅틱신호에 따라 동작하면, 조작봉(140)이 병진, 회전 또는 직진 운동함으로써 사용자가 반력을 느끼게 된다.When all or a part of the first and second rotary motors 170a and 170b and the first and second link drive motors 185 and 186 of the mechanism section 100 operate in accordance with the haptic signal, By translating, rotating or straightening, the user will feel reaction force.

한편 조작봉(140)을 통해 사용자에게 전달되는 반력은 힘토크센서(130)를 통해 감지되며, 제어부(200)는 힘토크센서(130)에서 검출한 반력정보를 이용하여 최초 설정되었던 반력과 비교한다. Meanwhile, the reaction force transmitted to the user through the operation rod 140 is sensed through the force torque sensor 130, and the control unit 200 compares the reaction force initially set using the reaction force information detected by the force torque sensor 130 do.

비교결과 허용오차를 벗어나면 제어부(200)는 오차를 줄이기 위한 새로운 햅틱신호를 생성하여 기구부(100)로 전송한다. 이러한 과정을 짧은 주기로 반복하여 수행하면 사용자가 조작기구(110)를 통해 느끼는 반력을 실제 수술의 느낌과 최대한 유사하게 구현할 수 있다.The controller 200 generates a new haptic signal for reducing the error and transmits the new haptic signal to the mechanism unit 100. [ If this process is repeated in a short cycle, the reaction force felt by the user through the operation mechanism 110 can be realized as similar to the feeling of the actual operation as much as possible.

디스플레이(300)의 영상에서 수술도구가 수술부위에 접근하였을 때, 사용자가 조작기구(110)를 조작하면 제어부(200)는 디스플레이(300)에 표시된 수술도구의 엔드이펙터의 영상을 조작기구용 변위센서(120)의 변위정보를 이용하여 실시간으로 갱신시킨다. 즉, 사용자가 조작기구(110)를 조작함에 따라 디스플레이(300)에는 엔드이펙터가 수술부위를 집거나 자르는 동작이 나타난다. When the user approaches the surgical site in the image of the display 300 and the user operates the operating mechanism 110, the controller 200 displays the image of the end effector of the surgical tool displayed on the display 300, And real-time update using the displacement information of the robot 120. That is, as the user operates the operation mechanism 110, the display 300 displays an operation in which the end effector picks up or cuts the surgical site.

이 과정에서도 제어부(200)가 설정된 햅틱신호를 기구부(100)로 전송함으로써 사용자가 수술시의 느낌과 비슷한 반력을 느끼도록 하고, 힘토크센서(130)를 이용하여 반력을 피드백 보상하는 것이 바람직하다.In this process, the control unit 200 transmits the set haptic signal to the mechanical unit 100 so that the user feels reaction force similar to the feeling at the time of operation and feedback-compensates the reaction force using the force torque sensor 130 .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments.

예를 들어 본 명세서의 도면에는 기구부(100)에 2개의 조작기구(110)가 구비된 양손형 시뮬레이터를 나타내고 있으나, 기구부(100)에 1개 또는 3개 이상의 조작기구(110)가 구비될 수도 있다.For example, although the drawings in this specification show a two-handed simulator having two operating mechanisms 110 in the mechanism section 100, it is also possible to provide one or more operating mechanisms 110 in the mechanism section 100 have.

또한 이상에서는 반력을 측정하는 힘토크센서(130)가 조작봉(140)과 조작기구(110)의 사이에 설치된 것으로 설명하였으나, 힘토크센서(130)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 조작봉(140)을 둘러싸는 원통형상으로 제작되어, 조작봉(140)에 가해지는 원주방향 또는 길이방향의 반력을 측정할 수도 있다.In the above description, the force torque sensor 130 for measuring the reaction force is provided between the operating rod 140 and the operating mechanism 110, but the position of the force torque sensor 130 is not limited thereto. For example, it is also possible to measure the reaction force in the circumferential direction or the longitudinal direction applied to the operating rod 140 by being formed into a cylindrical shape surrounding the operating rod 140.

또한 이상에서는 사용자가 느끼는 반력을 힘토크센서(130)를 통해 피드백하여 설정된 값으로 근접시키는 경우를 설명하였으나, 다양한 수술상황에서 사용자가 느끼는 반력 정보를 힘토크센서(130)를 통해 획득, 저장하고 이를 사용자의 수술 능력을 평가하는 목적으로 활용할 수도 있을 것이다. In the above description, the reaction force sensed by the user is fed back through the force torque sensor 130 to a set value. However, the reaction force information sensed by the user in various surgical situations is acquired and stored through the force torque sensor 130 This may be used to evaluate the user's ability to operate.

또한 이상에서는 제1, 제2회전체구동모터(170a, 170b)의 회전력을 각각 벨트를 이용하여 제1, 제2회전체(160a,160b)로 전달하였으나 와이어 등 다른 수단을 이용하여 제1, 제2회전체(160a,160b)를 회전시킬 수도 있다. 또한 제1, 제2링크구동모터(185,186)의 회전력을 각각 와이어를 이용하여 제1, 제2링크(181,182)로 전달하였으나 이에 한정되는 것은 아니므로 다른 방법으로 제1, 제2링크(181,182)를 회전시킬 수도 있다.Although the rotational forces of the first and second rotary motors 170a and 170b are transmitted to the first and second rotary members 160a and 160b using belts in the above description, The second rotors 160a and 160b may be rotated. The rotational force of the first and second link driving motors 185 and 186 is transmitted to the first and second links 181 and 182 through wires. However, since the first and second links 181 and 182 are not limited thereto, .

이와 같이 본 발명은 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.As described above, the present invention can be modified or modified in various ways, and it is obvious that the modified or modified embodiments are included in the scope of the present invention if they include the technical idea of the present invention disclosed in the following claims.

100: 기구부 102: 케이스
104: 베이스 106: 거치홈
110: 조작기구 120: 조작기구용 변위센서
130: 힘토크센서 140: 조작봉
150: 가이드바디 153, 154: 제1, 제2 링크연결축
160a, 160b: 제1, 제2 회전체 161: 바디
162: 관통부 163: 벨트풀리
164: 삽입부 165: 핀
166: 롤러 167: 스프링
168: 롤러장착홈 169: 마찰부재
170a, 170b: 제1, 제2 회전체구동모터 181, 182: 제1, 제2 링크
183, 184: 풀리 185, 186: 제1, 제2 링크구동모터
187,188: 회전축 200: 제어부
300: 디스플레이
100: Mechanism part 102: Case
104: base 106: mounting groove
110: Operation device 120: Displacement sensor for the operation device
130: Force torque sensor 140: Operation rod
150: guide body 153, 154: first and second link connecting shafts
160a, 160b: first and second rotors 161: body
162: penetration part 163: belt pulley
164: insertion portion 165: pin
166: roller 167: spring
168: roller mounting groove 169: friction member
170a, 170b: first and second rotary motors 181, 182: first and second links
183, 184: pulleys 185, 186: first and second link drive motors
187, 188: rotating shaft 200:
300: Display

Claims (7)

기구부, 상기 기구부의 변위정보를 이용하여 디스플레이에 수술관련 가상현실 영상을 표시하는 제어부를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터에 있어서,
상기 기구부는,
인체에 삽입되는 수술도구에 대응하는 것으로서, 사용자의 조작에 따라 1자유도 이상의 움직임을 하는 조작봉;
상기 조작봉의 변위를 검출하는 변위센서;
상기 제어부에서 전송하는 햅틱신호에 따라 상기 조작봉에 반력을 제공하는 반력발생수단;
상기 조작봉에 가해진 반력을 검출하여 상기 제어부로 전송하는 힘토크센서
를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터
And a control unit for displaying a surgical-related virtual reality image on a display using displacement information of the mechanical unit, the surgical training simulator comprising:
The mechanism part,
An operating rod corresponding to a surgical tool inserted into a human body and performing a motion of one degree or more in accordance with a user's operation;
A displacement sensor for detecting a displacement of the operating rod;
Reaction force generating means for providing a reaction force to the operating rod according to a haptic signal transmitted from the control unit;
Force torque sensor for detecting the reaction force applied to the operating rod and transmitting to the control unit
Surgery Training Simulator Including
제1항에 있어서,
상기 조작봉의 상단에는 사용자가 손으로 조작하는 조작기구가 결합되고, 상기 힘토크센서는 상기 조작봉과 상기 조작기구의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 수술훈련 시뮬레이터
The method of claim 1,
Wherein a manipulation mechanism operated by a user is coupled to the upper end of the manipulation rod and the force torque sensor is disposed between the manipulation rod and the manipulation mechanism.
제1항에 있어서,
상기 힘토크센서는 상기 조작봉이 관통하는 통형상으로서 상기 조작봉에 가해지는 원주방향 또는 길이방향의 반력을 측정하는 것을 특징으로 하는 수술훈련 시뮬레이터
The method of claim 1,
Wherein the force torque sensor measures a reaction force in a circumferential direction or a longitudinal direction applied to the operating rod as a cylindrical shape passing through the operating rod,
제1항에 있어서, 상기 반력발생수단은,
상기 조작봉이 관통 결합되는 가이드바디;
상기 가이드바디에 결합된 제1링크연결축 및 제2링크연결축;
일단이 상기 제1 링크연결축에 연결된 제1링크;
일단이 상기 제2 링크연결축에 연결된 제2링크;
상기 제1링크의 타단에 연결되어 상기 제1링크를 회전시키는 제1링크구동수단;
상기 제2링크의 타단에 연결되어 상기 제2링크를 회전시키는 제2링크구동수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술훈련 시뮬레이터
2. The apparatus according to claim 1,
A guide body through which the operation rod is inserted;
A first link connecting shaft and a second link connecting shaft coupled to the guide body;
A first link whose one end is connected to the first link connecting shaft;
A second link whose one end is connected to the second link connecting shaft;
First link driving means connected to the other end of the first link to rotate the first link;
A second link driving means connected to the other end of the second link for rotating the second link,
A surgical training simulator < RTI ID = 0.0 >
제4항에 있어서,
상기 가이드바디의 중심축, 상기 제1링크연결축 및 상기 제2링크연결축은 서로 직교하는 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 수술훈련 시뮬레이터
5. The method of claim 4,
Wherein the center axis of the guide body, the first link connecting axis, and the second link connecting axis are set in directions orthogonal to each other.
제1항에 있어서, 상기 반력발생수단은,
상기 조작봉이 관통 결합되는 가이드바디;
상기 가이드바디의 일단과 타단에 각각 위치하는 것으로서, 각각 상기 조작봉이 삽입되는 관통부를 구비하는 제1회전체와 제2회전체;
측단이 상기 제1회전체의 관통부의 내부로 돌출되어 상기 가이드바디에 접하고, 상기 가이드바디의 길이방향에 대해 경사진 방향으로 설치된 다수의 제1롤러;
측단이 상기 제2회전체의 관통부의 내부로 돌출되어 상기 가이드바디에 접하고, 상기 가이드바디의 길이방향에 대해 상기 다수의 제1롤러와 반대의 경사방향으로 설치된 다수의 제2롤러;
각각 상기 가이드바디에 의해 지지되며, 상기 제1회전체와 상기 제2회전체를 각각 회전시키는 제1회전체구동수단과 제2회전체구동수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술훈련 시뮬레이터
2. The apparatus according to claim 1,
A guide body through which the operation rod is inserted;
A first rotating body and a second rotating body respectively positioned at one end and the other end of the guide body and each having a penetration portion into which the operating rod is inserted;
A plurality of first rollers whose side ends are protruded into the penetrating portion of the first rotating body and come in contact with the guide body and are inclined relative to the longitudinal direction of the guide body;
A plurality of second rollers whose side ends are protruded into the penetration portion of the second rotating body to abut on the guide body and are provided in an oblique direction opposite to the plurality of first rollers with respect to the longitudinal direction of the guide body;
A first rotating body driving means and a second rotating body driving means, respectively supported by the guide body, for rotating the first rotating body and the second rotating body,
A surgical training simulator < RTI ID = 0.0 >
기구부, 상기 기구부의 변위정보를 이용하여 디스플레이에 수술관련 가상현실 영상을 표시하는 제어부를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 제어부가 햅틱신호를 생성하여 상기 기구부로 전송하는 단계;
(b) 상기 기구부에서 상기 햅틱신호에 따른 반력이 생성되면, 상기 제어부는 상기 기구부에 설치된 힘토크센서에서 측정한 반력정보를 수신하는 단계;
(c) 상기 제어부가 상기 반력정보를 설정된 값과 비교하여 허용오차를 벗어난 것으로 판단되면 새로운 햅틱신호를 생성하여 상기 기구부로 전송하는 단계;
(d) 상기 새로운 햅틱신호에 따라 상기 기구부에서 반력이 생성되는 단계
를 포함하는 수술훈련 시뮬레이터의 제어방법
A control method of a surgical training simulator including a mechanical part and a control part for displaying a surgical related virtual reality image on a display using displacement information of the mechanical part,
(a) generating, by the control unit, a haptic signal to the instrument unit;
(b) receiving reaction force information measured by a force torque sensor installed in the mechanism unit, when the reaction force generated by the haptic signal is generated in the mechanism unit;
(c) if the control unit compares the reaction force information with the set value and determines that the tolerance is out of order, generates a new haptic signal and transmits the new haptic signal to the mechanism unit;
(d) generating a reaction force in the mechanical part according to the new haptic signal
Of a surgical training simulator
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