主-從機械手制造技術

主-從機械手包含遠程操作裝置（100）、從機械手（300）和控制部（200）。遠程操作裝置（100）提供與多個自由度對應的操作指令。從機械手（300）具有與多個自由度對應的多個關節，在該多個關節中包含有冗余關節?？刂撇浚?00）依照所述操作指令，控制所述關節的動作。此外，控制部（200）根據所述操作指令計算所述遠程操作裝置的姿態變化，并使用該姿態變化，每隔預定時間在所述關節中選擇處于冗余關系的關節中的一個進行驅動。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及具有冗余關節的主-從機械手。
技術介紹
近年來，為了實現醫療設施的節省人力化，進行了利用機器人的醫療處置的研究。尤其是在外科領域中，針對利用具有多自由度(多關節)臂的機械手處置患者的機械手系統進行了各種提案。在這種機械手系統中，公知有能夠通過遠程操作裝置對直接接觸患者體腔的從機械手進行遠程操作的主-從機械手。在使用主-從機械手進行內窺鏡下手術中特別困難的縫針動作的情況下，在使安裝于從臂的末端的夾鉗滾動的同時縫針。此時，在末端沒有滾動軸關節的從臂中，伴隨用于使安裝于末端的夾鉗滾動的滾動動作而使其他關節協調動作。該情況下，認為有可能多個關節動作會與周圍臟器等碰撞。與此相對，例如在日本特開昭63-267177號公報中提出了能夠通過在末端部設置冗余關節來進行僅末端的位置姿態確定的主-從機械手。
技術實現思路
一般而言，在日本特開昭63-267177號公報等的在末端具有冗余關節的主-從機械手的情況下，用于依照來自遠程操作裝置的指令值計算從臂的各個關節的驅動量的逆運動學運算復雜化。在這種情況下，例如如果使從臂的自由度與遠程操作裝置的自由度一致，使得從臂的各個關節一對一地對應，則能夠簡化逆運動學運算。但是，通常難以用單手操作自由度大的遠程操作裝置。本專利技術正是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供一種在具有冗余關節的主-從機械手中，即使是遠程操作裝置和從臂的結構不同的結構，也能夠減少逆運動學運算的負荷的主-從機械手。為了達到上述目的，一個方式的主-從機械手的特征在于，具備:作為主裝置的遠程操作裝置，其提供與多個自由度對應的操作指令；從機械手，其具有與多個自由度對應的多個關節，在該多個關節中包含有冗余關節；以及控制部，其依照所述操作指令，控制所述關節的動作，所述控制部根據所述操作指令計算所述遠程操作裝置的姿態變化，并使用該姿態變化，每隔預定時間在所述關節中選擇處于冗余關系的關節之一進行驅動。附圖說明圖1是示出本專利技術的一個實施方式的主-從機械手的整體結構的圖。圖2A是示出遠程操作裝置的結構例的第I圖。圖2B是示出遠程操作裝置的結構例的第2圖。圖3是示出從機械手的結構例的圖。圖4A是用于說明本專利技術的一個實施方式中的關節選擇的思路的第I圖。圖4B是用于說明本專利技術的一個實施方式中的關節選擇的思路的第2圖。圖4C是用于說明本專利技術的一個實施方式中的關節選擇的思路的第3圖。圖5是示出本專利技術的一個實施方式的主-從機械手的動作的流程圖。圖6A是示出將冗余關節設為了偏航軸關節的變形例的第I圖。圖6B是示出將冗余關節設為了偏航軸關節的變形例的第2圖。圖7A是示出將冗余關節設為了俯仰軸關節的變形例的第I圖。圖7B是示出將冗余關節設為了俯仰軸關節的變形例的第2圖。圖8是示出處于冗余關系的關節相鄰、且能夠獨立進行驅動的從臂的結構例的圖。具體實施例方式以下，參照附圖說明本專利技術的實施方式。圖1是示出本專利技術的一個實施方式的主-從機械手的整體結構的圖。如圖1所示，本實施方式的主-從機械手具有遠程操作裝置100、控制裝置200和從機械手300。圖1是本實施方式的主-從機械手在醫療用途中的應用例。但是，本實施方式的主-從機械手能夠應用于醫療用途以外的各種用途。遠程操作裝置100作為主-從機械手中的主裝置發揮功能。遠程操作裝置100具有操作部101和顯示部102。例如圖2A所示,操作部101具有驅動部,該驅動部包含由旋轉機構構成的驅動軸、和由直動機構構成的驅動軸。并且，在操作部101的終端部設置有夾鉗部1011。將操作部101的終端部設為由操作者10握持的一側。在這種結構中，操作者10在握持夾鉗部1011的狀態下，移動并旋轉操作部101、并且對夾鉗部1011進行操作，由此驅動構成操作部101的各個驅動軸。各個驅動軸的驅動量通過設置于各個驅動軸的未圖示的位置檢測器(例如編碼器)檢測。各個驅動軸的驅動量在驅動軸為旋轉機構的情況下為旋轉角，在驅動軸為直動機構的情況下為位移量。將各個位置檢測器的檢測信號作為用于指示從機械手300的從臂301的鉗爪的位置姿態的、表示操作部101的操作指令(操作信息)的信號(操作信號)，輸出到控制裝置200。在圖2A中，操作部101設置有6個驅動軸，通過該6個驅動軸的驅動，輸出用于計算6個指令值的與6自由度對應的操作信號。該操作信號包含與位置相關的信號(Θ P屯、d2)和與姿態相關的信號(Θ 2、Θ 3、Θ 4)。操作部101只要是能夠指示從臂301的鉗爪的位置姿態的結構，則其結構沒有特別限定。例如，可以在操作部101中設置用于檢測水平3軸的平移移動的傳感器(例如加速度傳感器)和用于檢測繞各個軸的旋轉的傳感器(例如角速度傳感器)。該情況下，例如圖2B所示，還能夠將操作部101構成為手持式。在圖2B的例子中，操作者10能夠通過使手持式的操作部101在三維空間內移動、旋轉，提供與6自由度對應的操作信號。圖2B示出了能夠經由無線通信部103對由操作部101得到的操作信號進行無線通信的例子。當然，在圖2B的例子中，也可以對由操作部101得到的操作信號進行有線通信。顯示部102例如由液晶顯示器構成，根據從控制裝置200輸入的圖像信號顯示圖像。之后將敘述，但從控制裝置200輸入的圖像信號是在控制裝置200中對通過安裝于從臂301的電子照相機(電子內窺鏡)得到的圖像信號進行處理后的圖像信號。使基于這種圖像信號的圖像顯示在顯示部102上，由此遠程操作裝置100的操作者10能夠確認配置于遠離遠程操作裝置100的場所的從機械手300的鉗爪的圖像。作為控制部的控制裝置200具有主控制部201、機械手控制部202和圖像處理部203。主控制部201依照來自遠程操作裝置100的與6自由度對應的操作信號，通過運動學運算，計算從臂301的鉗爪的位置姿態的指令值。此外，主控制部201依照來自遠程操作裝置100的操作信號，在從臂301的各個關節中選擇處于冗余關系的關節中的一個作為驅動關節。并且，主控制部201將表示該選擇結果的關節選擇信號與位置姿態的指令值一起輸出到機械手控制部202。這里處于冗余關系表示關節的旋轉軸處于相互并列的關系。機械手控制部202接收來自遠程操作裝置100的位置姿態的指令值和關節選擇信號，通過逆運動學運算來計算用于使從臂301的鉗爪的位置姿態與指令值一致所需的從臂301的各個關節的驅動量。之后將敘述，但本實施方式的從臂301是與7自由度對應的關節，而將一個關節作為固定關節來進行各個關節的驅動。因此，相比7自由度的所有驅動量未知的情況能夠減少通過逆運動學運算而計算出的關節數量，能夠簡化逆運動學運算。圖像處理部203對從安裝于從臂301的末端的電子照相機(電子內窺鏡等)得到的圖像信號進行處理，從而生成顯示部102的顯示用的圖像信號。接著圖像處理部203將所生成的圖像信號輸出到顯示部102。從機械手300具有從臂301和手術臺302。從臂301具有與7自由度對應的關節，依照來自機械手控制部202的控制信號驅動各個關節。圖3示出從臂301的結構的一例。圖3所示的從臂301接連設置7個關節I 7而配置，在末端部安裝有末端執行器(end effector) 3011。圖3所示的末端執行器3011示出了夾鉗的例子。另外，可以在末端部安裝照相機本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.07 JP 2010-2002481.一種主-從機械手，其特征在于，該主-從機械手具備: 作為主裝置的遠程操作裝置，其提供與多個自由度對應的操作指令； 從機械手，其具有與多個自由度對應的多個關節，在該多個關節中包含有冗余關節；以及 控制部，其依照所述操作指令，控制所述關節的動作， 所述控制部根據所述操作指令計算所述遠程操作裝置的姿態變化，并使用該姿態變化，每隔預定時間在所述關節中選擇處于冗余關系的關節之一進行驅動。2.根據權利要求1所述的主-從機械手，其特征在于， 所述控制部根據用于表示所述姿態變化的軸與所述遠程操作裝置的預先確定的軸所成的角度，在所述關節中選擇處于冗余關系的關節之一進行驅動。3.根據權利要求2所述的主-從機械手，其特征在于， 用于表示所述姿態變化的軸對應于將所述姿態變化視為從姿態變化前到姿態變化后的旋轉時的旋轉軸。4.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：岸宏亮，
申請(專利權)人：奧林巴斯株式會社，
類型：
國別省市：