机器人手臂设备、机器人手臂控制方法及程序技术

为了能够进一步提高安全。提供了一种机器人手臂设备(10)，配备有：手臂单元(120)，由通过关节单元(130)彼此连接的多个链路构成；以及驱动控制器(111)，用于通过控制关节单元(130)的驱动来驱动手臂单元(120)。当在至少一个关节单元(130)内检测到故障时，驱动控制器(111)通过对手臂单元(120)的运动提供特定限制来控制关节单元(130)的驱动并且驱动手臂单元(120)，以避免故障。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及机器人手臂设备、机器人手臂控制方法及程序。
技术介绍
近年来，在医疗领域，在执行各种医疗程序(例如，检查和手术)时，可想到地是，将各种类型的医疗工具附接至手臂单元的前端，并且通过控制这种机器人手臂设备的驱动，观察患者的手术部位或者在患者的手术部位上执行各种治疗。通过这种机器人手臂设备，通过使附接至手臂单元的前端的医疗工具与患者接触，或者通过将医疗工具插入患者的体腔内，执行各种医疗程序。为此，需要考虑安全性的机器人手臂设备的驱动控制，使得患者不受到医疗工具的伤害。例如，专利文献1公开了一种将插入引导套管针插入患者的体内的机械设备的技术，具有治疗工具的操纵器连接至前端，穿过套管针的套管，并且插入患者的体腔内，并且进行各种治疗。本技术提供了一种在套管针的外圆周壁部上的压紧力传感器，并且根据压紧力传感器的检测值，在允许操纵器自由移动的自由状态与将操纵器锁定在原位的锁定状态之间切换。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2003-79638号公报
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题然而，利用在专利文献1中描述的技术，在切换成锁定状态的情况下，例如，由于操纵器的运动锁定在该状态中，难以照原样继续处理，并且需要暂时中断治疗。另一方面，对于使用机器人手臂设备在患者身上进行的一些医疗程序(例如，涉及切除患处的手术)例如，中断治疗会冒有危及患者的风险。通过该方式，根据医疗程序的内容，即使可以检测到故障，仍具有以下风险：锁定操纵器的运动，对于患者不一定是安全过程。此外，为了在检测到故障时驱动控制机器人手臂设备，需要不仅考虑患者的安全，而且考虑外科医生的安全。例如，如果发生机器人手臂设备的手臂单元在检测到故障时意外移动的情况，则具有因与手臂单元等碰撞而伤害外科医生和患者的风险。鉴于以上情况，需要更安全地驱动机器人手臂设备。因此，本公开提出了一种新型并且改进的机器人手臂设备、操作确定方法以及程序，其能够进一步提高安全性。问题的解决方案根据本公开，提供了一种机器人手臂设备，包括：手臂单元，其由通过一个或多个关节单元彼此连接的多个链路构成；以及驱动控制单元，其通过控制关节单元的驱动来驱动所述手臂单元。如果在至少一个关节单元内检测到故障，则驱动控制单元在对手臂单元的运动施加特定限制的状态下控制所述关节单元的驱动并且驱动手臂单元，以避免故障。根据本公开，提供了一种机器人手臂控制方法，包括：在由通过一个或多个关节单元彼此连接的多个链路构成的手臂单元中，检测至少一个关节单元内的故障；并且在对手臂单元的运动施加特定限制的状态下，控制关节单元的驱动并且驱动手臂单元，以避免故障。根据本公开，提供了一种使计算机的处理器实现以下功能的程序：在由通过一个或多个关节单元彼此连接的多个链路构成的手臂单元中，检测至少一个关节单元内的故障的功能；以及在对手臂单元的运动施加特定限制的状态下控制关节单元的驱动并且驱动手臂单元以避免故障的功能。根据本公开，当在构成手臂单元的任何关节单元中检测到故障时，提供限制，以避免故障，然后，控制关节单元的驱动，并且驱动手臂单元。因此，即使在关节单元内发生故障，也驱动手臂单元，以避免故障，并且例如，避免因手臂单元的意外运动而危及外科医生和患者的情况。专利技术的有益效果如上所述，根据本公开，可以进一步提高安全。注意，不严格限制以上有利效果，并且除了或者代替以上有益效果，还可以显示在本公开指示的任何有益效果或者可以根据本公开推论的另一个有益效果。附图说明[图1]是示出根据本公开的实施方式的机器人手臂控制系统的示意性配置的功能方框图；[图2]是示出根据本实施方式的机器人手臂控制系统的硬件配置的方框图；[图3]是用于解释基于力矩命令值驱动致动器的解释图；[图4]是用于解释基于角速度命令值驱动致动器的解释图；[图5]是用于解释基于角度命令值驱动致动器的解释图；[图6]是示出机上安装在致动器上的传感器的实例配置的方框图；[图7]是示出根据本实施方式的机器人手臂控制方法的处理过程的实例的流程图；[图8]是示出基于角速度的在故障检测过程中的处理过程的实例的流程图；[图9]是用于解释基于在关节单元内的力矩的故障避免操作的解释图；[图10]是用于解释基于在关节单元内的力矩的故障避免操作的解释图；[图11]是用于描述将根据本公开的实施方式的机器人手臂设备用于医疗目的的应用实例的解释图；[图12]是示出根据本公开的实施方式的机器人手臂设备的外观的示意图；[图13]是示意性示出沿着穿过旋转轴的横截面切割根据本公开的实施方式的关节单元的致动器的状态的剖视图；[图14A]是示意性示出在驱动轴的轴方向观看在图13示出的力矩传感器的状态的示意图；[图14B]是示意性示出施加至在图13示出的致动器中的力矩传感器的另一个示例性配置的示意图；[图15]是用于描述根据本公开的实施方式的理想关节控制的解释图；[图16]是示出根据本公开的实施方式的机器人手臂控制系统的示例性配置的功能方框图；[图17]是用于描述根据本公开的实施方式的作为手臂运动的具体实例的枢转运动的解释图；[图18]是用于描述用于实现在图17示出的枢转运动的运动目的和约束条件的解释图；[图19]是示出在根据本公开的实施方式的机器人手臂设备中具有冗余自由度的变形例的外观的示意图；[图20]是示出根据本公开的实施方式的机器人手臂控制方法的处理过程的流程图；[图21]是示出根据本公开的实施方式的机器人手臂设备和控制装置的硬件配置的示例性配置的方框功能图。具体实施方式在后文中，将参考附图详细描述本公开的(a)优选实施方式。在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能和结构的元件由相同的参考符号表示，并且省略重复解释。按照以下顺序，进行描述。1、对机器人手臂设备的安全性的调查2、机器人手臂控制系统的功能配置3、机器人手臂控制系统的硬件配置4、操作确定方法的处理过程5、每个过程的细节5-1、故障检测过程5-2、故障避免操作5-3、部分功能暂停操作5-4、功能暂停操作6、全身协同控制6-1、医疗机器人手臂设备的评述6-2、本公开的实施方式6-2-1、机器人手臂设备的外观6-2-2、广义逆动力学6-2-2-1、虚拟力量计算过程6-2-2-2、实际力量计算过程6-2-3、理想关节控制6-2-4、机器人手臂控制系统的配置6-2-5、运动目的的具体实例6-3、机器人手臂控制方法的处理过程6-4、根据全身协同控制的机器人手臂设备的概述7、硬件配置8、补充在本说明书中，首先，在<1、对机器人手臂设备的安全性的调查>中，为了进一步阐述本公开，调查从安全的角度来看机器人手臂设备所需要的特征，并且描述在本公开的专利技术人的概念之前的背景。接下来，在<2、机器人手臂控制系统的功能配置>、<3、机器人手臂控制系统的硬件配置>、<4、操作确定方法的处理过程>、<5、每个过程的细节>中，描述从上面讨论的安全的角度来看由专利技术人设想的根据优选实施方式的机器人手臂设备的控制系统和机器人手臂设备的控制方法的配置。在本文中，在本实施方式中，称为全身协同控制的控制技术可以用作从<2、机器人手臂控制系统的功能配置>到<5、每个过程的细节>中描述的机器人手臂设备的控制技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人手臂设备，包括：手臂单元，由通过一个或多个关节单元彼此连接的多个链路构成；以及驱动控制单元，通过控制所述关节单元的驱动来驱动所述手臂单元，其中，如果在至少一个所述关节单元内检测到故障，则所述驱动控制单元在对所述手臂单元的运动施加特定限制的状态下控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元，以避免故障。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 JP 2014-0520681.一种机器人手臂设备，包括：手臂单元，由通过一个或多个关节单元彼此连接的多个链路构成；以及驱动控制单元，通过控制所述关节单元的驱动来驱动所述手臂单元，其中，如果在至少一个所述关节单元内检测到故障，则所述驱动控制单元在对所述手臂单元的运动施加特定限制的状态下控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元，以避免故障。2.根据权利要求1所述的机器人手臂设备，其中，基于响应于因所述手臂单元的接触提供给外部对象的压紧力而在所述关节单元内生成的力矩，来检测所述关节单元的故障，并且所述驱动控制单元在相对于所述手臂单元的运动将所述压紧力限制为特定范围的状态下，控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元。3.根据权利要求2所述的机器人手臂设备，其中，所述压紧力是由设置在所述手臂单元的前端上的前端单元提供给外部对象的力量。4.根据权利要求3所述的机器人手臂设备，进一步包括：传感器，检测作用在所述前端单元上的力量，其中，基于响应于作用在所述前端单元上的力量而在所述关节单元内生成的力矩以及由所述传感器检测的力量，检测所述关节单元的故障。5.根据权利要求1所述的机器人手臂设备，其中，基于所述关节单元的旋转角，检测所述关节单元的故障，并且所述驱动控制单元在相对于所述手臂单元的运动将所述关节单元的旋转角限制为特定范围的状态下，控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元。6.根据权利要求1所述的机器人手臂设备，其中，基于所述关节单元的旋转角速度，检测所述关节单元的故障，并且所述驱动控制单元在相对于所述手臂单元的运动将所述关节单元的旋转角速度限制为特定范围的状态下，控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元。7.根据权利要求1所述的机器人手臂设备，其中，所述关节单元包括检测所述关节单元的状态的关节状态检测单元，并且基于由所述关节状态检测单元检测的所述关节单元的状态，检测所述关节单元的故障。8.根据权利要求7所述的机器人手臂设备，其中，所述关节单元的状态包括在为驱动所述关节单元而设置的致动器中的电机的旋转角、输出轴的旋转角、输出轴的力矩、供应给电机的电流以及电机的环境温度中的至少一个。9.根据权利要求1所述的机器人手臂设备，其中，所述驱动控制单元根据在所述关节单元内检测到的故障类型，通过执行以下操作中的一个操作的方式，来控制所述关节单元的驱动：故障避免操作，在对所述手臂单元的运动施加特定限制的状态下控制所述关节单元的驱动，并且驱动所述手臂单元，以避免故障，部分功能暂停操作，控制除了检测到故障的所述关节单元以外的一个或多个所述关节单元的驱动，并且在所述手臂单元的降低自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：坪井利充，笠井荣良，神川康久，黑田容平，小久保亘，福岛哲治，松田康宏，宫本敦史，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP