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수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템에 있어서,사용자(101)의 손동작을 로봇에 전달하는 일련의 센싱제어전달 사용자 인터페이스의 기술을 이용한 마스터 프로세서(100);상기 마스터 프로세서(100)에 의해 전달된 상기 사용자(101)의 손동작을 로봇에 전달하여 구동하는 일련의 진동저감움직임 감속소형화 베어링 기술을 이용한 슬레이브 프로세서(200); 의학영상장비를 통해 환자환부의 3차원 영상정보를 얻고, 얻어진 상기 3차원 영상정보를 통해 상기 환자환부와 도구의 위치를 추적하여 매칭하는 네비게이션(300); 및 상기 사용자(101)의 손에 착용하고 손과 손목이 동작하는 7개의 자유도(px, py, pz, roll, pitch, yaw, grasp)를 구현하는 무구속 마스터 포셉(400);을 포함하여 구성되고,상기 무구속 마스터 포셉(400)은 dot1 - dot3의 길이 a와 dot1 - dot2의 길이 b, dot2 - dot3의 길이 c 를 상이하게 구성하며 항상 a ≠ b ≠ c, ∀ a 003e# b 003e# c 가 되는 기하학적 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제1항에 있어서,상기 마스터 프로세서(100)는 6대의 3차원 적외선 카메라(110)의 동작 영역정보를 수신하여 동작분석 소프트웨어와 캘리브레이션 완드를 사용하여 3차원 좌표계를 설정하는, 수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제2항에 있어서,상기 마스터 프로세서(100)의 마커는 상기 3차원 적외선 카메라(110)의 전면의 적외선을 받아 반사될 수 있도록 반사형 마커를 사용하며 마스터 포셉(400)에 좌우 3개씩 6개가 부착되는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제3항에 있어서,상기 3차원 적외선 카메라(110)를 사용하여 측정된 적외선 영상 데이터는 데이터 획득 허브(120)에 연결되어 전달되고, 상기 데이터 획득 허브(120)와 연결된 상기 마스터 프로세서(100)는 손동작이 촬영되기 시작하면 전달받은 영상정보를 이용해 3차원 위치정보 및 동작정보를 구하고 이더넷 UDP 통신을 통해 상기 슬레이브 프로세서(200)에 전달 후 연산 과정을 거친 다음 CAN통신을 따라 모터 제어기(250)에 전달되고 상기 모터 제어기(250)에 내장된 모터 드라이버를 통해 모터가 결합된 슬레이브 수술로봇(210)을 동작하게 되는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제4항에 있어서,상기 슬레이브 수술로봇(210)은 6개의 모터를 하나의 팔로 구성한 6자유도 로봇이고, 각각의 동작은 θ1 , θ2 , roll, translation(d3), grasp 로 구성되며 엔드 이펙터 좌표가 주어지면 각도를 구하고 명령하여 원하는 위치로 이동할 수 있고, θ1 , θ2 , roll의 회전축은 한 점에 교차되도록 구성되어 있고, 상기 회전축은 동작시 복부의 피봇 점으로서 역할을 하게 되어 제어의 중심 축이 피봇 점에 있음으로써 엔드이펙터의 포지션을 피봇 점에서 직접 제어하여 복부 밖과 복부 안의 제어가 피봇 점에 의해 바뀌는 세차운동 현상을 해결하는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제5항에 있어서,상기 슬레이브 수술로봇(210)에 부착된 모터는 각각 Grasp 모터(220), θ1 모터(230), θ2 모터(240), roll모터(250), Translation(d3)모터(260)로 구성되며 모터는 각각 기어헤드, EC 모터(BLDC모터), 엔코더가 하나의 부품으로 결합된 모듈형태로 구성된, 수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제6항에 있어서,상기 슬레이브 수술로봇(210)에 부착된 모터는 모터 제어기(250)에 의하여 제어되며, 상기 모터 제어기(250)는 5개씩 한 묶음의 박스로 3개 박스의 전장으로 구성되고 박스 내부의 모터 제어기(250)들은 전원 케이블, CAN 케이블, 모터 제어 케이블, 엔코더 케이블로 연결되며 한 개의 박스에서 나오는 모터 제어 케이블과 엔코더 케이블을 한데 묶어서 수술로봇 팔 한 개에 연결되고 다른 한편으로 제어기들과 모두 연결된 CAN 케이블을 CAN 인터페이스 보드가 설치된 슬레이브 프로세서(200)에 연결하고, CAN 아이디는 한 개의 전장에 각각 5개의 16진수(0x0001, 0x0002, 0x0004, 0x0008, 0x0010 ; 십진수 1, 2, 4, 8, 16)에 해당하는 딥 스위치를 설정하여 마스터에서 명령이 전달되면 구별하여 동작할 수 있도록 설치하는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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제1항에 있어서,상기 네비게이션(300)의 의학영상장비는 CT
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제1항에 있어서,상기 무구속 마스터 포셉(400)은 상기 마스터 인터페이스(100)의 엄지 방향에 부착한 마커를 dot2, 검지 방향을 dot3, 두 점을 잇는 관절에 부착한 마커를 dot1으로 하고, dot1, dot2, dot3가 이루는 하나의 평면을 이용하여 상기 슬레이브 수술로봇(210)의 7동작 roll, pitch, yaw, px, py, pz, grasp을 구하고, 3차원점 3개를 이용하여 7개 자유도를 도출하고, dot2와 dot3의 이등분점과 dot1을 잇는 벡터를 평면의 움직이는 지역 좌표계의 x축으로 하고, dot1 - dot2 벡터와 dot1 - dot3의 공통으로 수직한 벡터를 구하고 이것을 평면의 움직이는 지역 좌표계의 z축으로 설정하고, 그 후 x, z축에 동시에 수직인 벡터를 구하고 y축으로 놓고, 3개 축을 이용하여 7자유도를 구현하는, 수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 시스템
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수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 방법에 있어서,마스터 손동작수행 단계(S1000);무구속 마스터 알고리즘 단계(S2000); 및로봇 슬레이브 동작수행 단계(S3000); 를 포함하여 구성되고,상기 무구속 마스터 알고리즘 단계(S2000)에서 마커의 위치는 dot1 - dot3의 길이 a와 dot1 - dot2의 길이 b, dot2 - dot3의 길이 c 를 상이하게 구성하며 항상 a 003e# b 003e# c 가 되도록 구성하여 x, y, z축을 구분하는 것을 특징으로 하는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 방법
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제11항에 있어서,상기 무구속 마스터 알고리즘 단계(S2000)는,무제한 마스터 인터페이스를 활성화 하는 단계(Non restraint Master Interface Activate)(S2010);dot3 - dot1의 벡터를 구하는 단계(Get the vector of dot3 - dot1)(S2020);dot2 - dot1의 벡터를 얻는 단계(Get the vector of dot2 - dot1)(S2030);dot3 - dot1의 단위 벡터를 계산하는 단계(Calculate the unit vector of dot3 - dot1)(S2040);dot2 - dot1의 단위 벡터를 계산하는 단계(Calculate the unit vector of dot2 - dot1)(S2050);dot3 - dot1 단위 벡터, dot2 - dot1 단위벡터의 법선 벡터를 계산하는 단계(Calculate the normal vector of dot3 - dot1 unitvector, dot2 - dot1 unitvector) (S2060);법선 벡터를 로컬 "Z"축으로 설정하는 단계 (Set the normal vector as the local "Z" axis) (S2070);dot3 - dot2의 중간점(MidPoint)을 가져오는 단계(Get the middle point of the dot3 - dot2) (S2080);dot1 - 중간점(MidPoint)의 벡터를 구하는 단계(Get the vector of dot1 - MidPoint) (S2090);dot1 - 중간점(MidPoint)의 단위 벡터를 계산하는 단계(Calculate the unit vector of the dot1 - MidPoint) (S2100);단위벡터를 로컬 "X"로 설정하는 단계(Set the unitvector as the local "X")(S2110);x 축을 z 축과 외적하는 단계(Cross Product the x axis with z axis) (S2120);외적의 결과를 로컬 "Y"축으로 설정하는 단계(Set the result of cross product as the local "Y" axis) (S2130);dot1 (x, y, z)를 Px, Py, Pz로 설정하는 단계(Set dot1(x, y, z) as the Px, Py, Pz) (S2140); X, Y, Z 축과 Px, Py, Pz에서 loacl Transmatrix를 가져오는 하는 단계(Get the local Transmatrix from the X, Y, Z axis and Px, Py, Pz) (S2150);롤 피치 롤, Px, Py, Pz를 트랜스 매트릭스에서 가져 오는 단계(Get Roll Pitch Roll, Px, Py, Pz from the Transmatrix) (S2160);dot3 - dot1 단위벡터와 dot2 - dot1 단위벡터의 내적으로부터 그래스프(Grasp)를 구하는 단계(Get the Grasp from inner product of dot3 - dot1 unitvector and dot2 - dot1 unitvector) (S2170);축 X, Y, Z의 디터미넌트 값을 체크하는 단계 (Check the determinent value of the axis X, Y, Z) (S2180);루프 카운트를 증가하는 단계(Loopcount++)(S2190);루프 카운트 003c# 샘플 카운트 인지를 확인하는 단계 (Loopcount 003c# Sample count) (S2200);만일 만일 루프 카운트 003c# 샘플 카운트가 아니면 S2010이 실행되는 단계 (S2210); 및만일 루프 카운트 003c# 샘플 카운트 이면 비활성화하는 단계 (Deactivate) (S2220);를 포함하여 구성되는,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 방법
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제 12항에 있어서,상기 무구속 마스터 알고리즘 단계(S2000)는 마스터 포셉(400)을 손에 착용하여 손동작의 복잡한 자유도를 단순화하고 수술수행 동작에 필요한 7개의 자유도(px, py, pz, roll, pitch, yaw, grasp)를 도출하는 단계인,수술로봇 조종을 위한 무구속의 3차원 손동작 모션 인식 방법
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제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
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제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램
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