连续体机器人及其控制方法和程序技术

在导线驱动的连续体机器人中，根据与连续体机器人的向前移动相对应并根据输入的远端弯曲节段的第一目标弯曲角度而设置的、关于跟随弯曲节段的弯曲角度的第一弯曲角度的配置，来控制跟随弯曲节段的弯曲角度以达到第一目标弯曲角度。在远端弯曲节段以第一目标弯曲角度弯曲之后跟随弯曲节段根据第一弯曲角度的配置而弯曲并向前移动并且在向前移动的移动量达到与跟随弯曲节段的长度相对应的第一移动量之前远端弯曲节段的目标弯曲角度从第一目标弯曲角度改变为第二目标弯曲角度的情况下，进行如下控制。更具体地，设置与第一弯曲角度的配置不同的第二弯曲角度的配置，并且通过连续体机器人的进一步向前移动，跟随弯曲节段的弯曲角度根据第二弯曲角度的配置达到第二目标弯曲角度。目标弯曲角度。目标弯曲角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】连续体机器人及其控制方法和程序


[0001]本专利技术涉及包括可弯曲部分的连续体机器人的控制系统及其控制方法以及用于使计算机用作控制系统的程序，该可弯曲部分配设有多个弯曲节段，所述多个弯曲节段被构造为通过导线驱动而弯曲节段。

技术介绍

[0002]连续体机器人也被称为连续型机器人，并且包括可弯曲部分，该可弯曲部分配设有具有柔性结构的多个弯曲节段(bending section)。通过弯曲节段的变形来控制连续体机器人的形状。与包括刚性连杆的刚性连杆机器人相比，连续体机器人主要在两点上拥有优势。第一点优势在于，连续体机器人可以在刚性连杆机器人被卡住的狭窄空间中、或在具有散乱物体的环境中，沿着曲线移动。第二点优势在于，因为连续体机器人具有基本的柔韧性，所以可以在不损坏脆弱目标物体的情况下操作连续体机器人。连续体机器人并不总是需要检测外力，而这是刚性连杆机器人所需要的。利用该特征，连续体机器人有望应用于医疗领域(诸如内窥镜的护套或导管)以及危险环境的机器人(诸如救援机器人)。
[0003]专利文献1描述了进入某一空间的用作内窥镜的连续体机器人的控制方法。具体地，在专利文献1中，在所有组的相邻弯曲节段中，通过根据连续体机器人的基座单元的向前移动而控制要传播到后续弯曲节段的弯曲形状的先行弯曲节段的弯曲形状，来连续传播弯曲形状。
[0004]引用列表
[0005]专利文献
[0006]PTL 1：美国专利申请公开第2012/0271109号

技术实现思路

[0007]技术问题
>[0008]专利文献1描述了如下控制方法：每当连续体机器人的基座单元向前移动弯曲节段的长度时，将先行弯曲节段的弯曲形状传播到后续弯曲节段，但是专利文献1没有假设在基座单元的位移小于弯曲节段的长度时改变先行弯曲节段的弯曲形状的情况下执行的弯曲形状向后续弯曲节段的传播。因此，专利文献1中描述的技术存在如下问题：因为操作者的意图与连续体机器人的形状之间的差异变大，并且连续体机器人难以进入目标路线，所以无法提高连续体机器人的可操作性。
[0009]本专利技术是鉴于这样的问题点而设计的，其目的是提供一种能够提高连续体机器人的可操作性的结构。
[0010]解决问题的技术方案
[0011]根据本专利技术的一方面，连续体机器人包括：基座单元；远端弯曲节段，其被构造为通过用于远端节段驱动的导线而弯曲；跟随弯曲节段，其配设在所述远端弯曲节段与所述基座单元之间，并被构造为通过用于跟随节段驱动的导线而弯曲；驱动单元，其被构造为独
立地驱动用于远端节段的导线和用于跟随节段的导线；移动单元，其被构造为使所述基座单元、所述远端弯曲节段和所述跟随弯曲节段整体地向前移动；以及控制单元，其中，所述控制单元被构造为，根据与所述连续体机器人的向前移动相对应并根据输入的所述远端弯曲节段的第一目标弯曲角度而设置的、关于所述跟随弯曲节段的弯曲角度的第一弯曲角度的配置(profile)，来控制所述跟随弯曲节段的弯曲角度以达到所述第一目标弯曲角度，并且其中，在所述远端弯曲节段以所述第一目标弯曲角度弯曲之后所述跟随弯曲节段根据所述第一弯曲角度的配置而弯曲并向前移动并且在向前移动的位移量达到与所述跟随弯曲节段的长度相对应的第一位移量之前所述远端弯曲节段的目标弯曲角度从所述第一目标弯曲角度改变为第二目标弯曲角度的情况下，设置与所述第一弯曲角度的配置不同的第二弯曲角度的配置，并且通过所述连续体机器人的进一步向前移动，所述跟随弯曲节段的弯曲角度根据所述第二弯曲角度的配置达到所述第二目标弯曲角度。
[0012]另外，本专利技术包括要由上述连续体机器人的控制系统执行的连续体机器人的控制方法以及用于使计算机用作上述连续体机器人的控制系统的程序。
[0013]本专利技术的有利效果
[0014]根据本专利技术的示例性实施例，能够提高连续体机器人的可操作性。
附图说明
[0015][图1A]图1A是示出根据本专利技术的第一示例性实施例的连续体机器人的示意性构造的示例的图。
[0016][图1B]图1B是示出图1A中示出的连续体机器人的示意性构造的一个弯曲节段的详细示意性构造的示例的图。
[0017][图2]图2是示出图1B中示出的三根导线(a至c导线)在xy平面上的布置的示例的图。
[0018][图3]图3是示出根据本专利技术的第一示例性实施例的连续体机器人的控制系统的示意性构造的示例的图。
[0019][图4]图4是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出图1A中示出的连续体机器人的运动学模型的示例的图。
[0020][图5]图5是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出图1A中示出的连续体机器人的运动学模型的示例的图。
[0021][图6]图6是示出根据本专利技术的第一示例性实施例的连续体机器人的前端跟随控制的示例的图。
[0022][图7A]图7A是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出在根据最远弯曲节段的目标弯曲角度的变化引起的变化之后获得的后续弯曲节段的目标弯曲角度的计算处理的示例的图，该计算处理将由图3中的后续弯曲角度计算单元执行。
[0023][图7B]图7B是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出在根据最远弯曲节段的目标弯曲角度的变化引起的变化之后获得的后续弯曲节段的目标弯曲角度的计算处理的示例的图，该计算处理将由图3中的后续弯曲角度计算单元执行。
[0024][图8]图8是示出将由根据本专利技术的第一示例性实施例的连续体机器人的控制系统10执行的、连续体机器人的控制方法的处理过程的示例的流程图。
[0025][图9]图9是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出在同一方向发出针对最远弯曲节段的目标弯曲角度的第一改变操作命令和第二改变操作命令的情况下获得的后续弯曲节段的目标弯曲角度的模拟结果的示例的图。
[0026][图10A]图10A是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出反映图9中示出的模拟结果的连续体机器人的可弯曲部分的操作状态的示例的图。
[0027][图10B]图10B是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出反映图9中示出的模拟结果的连续体机器人的可弯曲部分的操作状态的示例的图。
[0028][图10C]图10C是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出反映图9中示出的模拟结果的连续体机器人的可弯曲部分的操作状态的示例的图。
[0029][图10D]图10D是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出反映图9中示出的模拟结果的连续体机器人的可弯曲部分的操作状态的示例的图。
[0030][图11]图11是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出在相反方向发出针对最远弯曲节段的目标弯曲角度的第一改变操作命令和第二改变操作命令的情况下获得的后续弯曲节段的目标弯曲角度的模拟结果的示例的图。
[0031][图12A]图12A是示出本专利技术的第一示例性实施例并示出反映图11中示出的模拟结果的连续体机器人的可弯曲部分的操作状态的示例的图。
[0032][图12B]图12B是示出本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种连续体机器人，其包括：基座单元；远端弯曲节段，其被构造为通过用于远端节段驱动的线性构件而弯曲；跟随弯曲节段，其配设在所述远端弯曲节段与所述基座单元之间，并被构造为通过用于跟随节段驱动的线性构件而弯曲；驱动单元，其被构造为独立地驱动用于远端节段的线性构件和用于跟随节段的线性构件；移动单元，其被构造为使所述基座单元、所述远端弯曲节段和所述跟随弯曲节段整体地向前移动；以及控制单元，其中，所述控制单元被构造为，根据与所述连续体机器人的向前移动相对应并根据输入的所述远端弯曲节段的第一目标弯曲角度而设置的、关于所述跟随弯曲节段的弯曲角度的第一弯曲角度的配置，来控制所述跟随弯曲节段的弯曲角度，以达到所述第一目标弯曲角度，并且其中，在所述远端弯曲节段以所述第一目标弯曲角度弯曲之后所述跟随弯曲节段根据所述第一弯曲角度的配置而弯曲并向前移动、并且在向前移动的位移量达到与所述跟随弯曲节段的长度相对应的第一位移量之前所述远端弯曲节段的目标弯曲角度从所述第一目标弯曲角度改变为第二目标弯曲角度的情况下，设置与所述第一弯曲角度的配置不同的第二弯曲角度的配置，并且通过所述连续体机器人的进一步向前移动，所述跟随弯曲节段的弯曲角度根据所述第二弯曲角度的配置达到所述第二目标弯曲角度。2.根据权利要求1所述的连续体机器人，其中，所述控制单元包括：存储单元，其被构造为存储参照表，所述参照表指示所述远端弯曲节段的目标弯曲角度和所述跟随弯曲节段的目标弯曲角度与所述基座单元的位移之间的关系；以及改写单元，其被构造为，根据所述远端弯曲节段的目标弯曲角度的变化，改写存储在所述存储单元中的所述参照表。3.根据权利要求2所述的连续体机器人，其中，在存储在所述存储单元中的所述参照表中，所述远端弯曲节段的目标弯曲角度从所述第一目标弯曲角度改变为所述第二目标弯曲角度的情况下，所述改写单元生成直角三角形，所述直角三角形的底边的长度与从第一位移到第二位移的长度的相对应，所述直角三角形的高度与第二远端弯曲角度与第一远端弯曲角度之间的差相对应，所述第一位移是由所述改变而引起的所述基座单元的位移，所述第二位移是从所述第一位移前进了所述跟随弯曲节段的长度的位移，并且所述改写单元通过将从与所述直角三角形的斜边上的点相对应的弯曲角度到与所述底边相对应的弯曲角度的弯曲角度的变化的值、与存储在所述存储单元中的所述参照表中的所述跟随弯曲节段的弯曲角度的值相加，并将该加法之后获得的所述跟随弯曲节段的目标弯曲角度设置为在所述改变之后获得的所述跟随弯曲节段的目标弯曲角度，来改写所述参照表。4.根据权利要求2所述的连续体机器人，
其中，在存储在所述存储单元中的所述参照表中，所述远端弯曲节段的目标弯曲角度从所述第一目标远端弯曲角度改变为所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木清志，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：