主-从机械手制造技术

主-从机械手包含远程操作装置（100）、从机械手（300）和控制部（200）。远程操作装置（100）提供与多个自由度对应的操作指令。从机械手（300）具有与多个自由度对应的多个关节，在该多个关节中包含有冗余关节。控制部（200）依照所述操作指令，控制所述关节的动作。此外，控制部（200）根据所述操作指令计算所述远程操作装置的姿态变化，并使用该姿态变化，每隔预定时间在所述关节中选择处于冗余关系的关节中的一个进行驱动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有冗余关节的主-从机械手。
技术介绍
近年来，为了实现医疗设施的节省人力化，进行了利用机器人的医疗处置的研究。尤其是在外科领域中，针对利用具有多自由度(多关节)臂的机械手处置患者的机械手系统进行了各种提案。在这种机械手系统中，公知有能够通过远程操作装置对直接接触患者体腔的从机械手进行远程操作的主-从机械手。在使用主-从机械手进行内窥镜下手术中特别困难的缝针动作的情况下，在使安装于从臂的末端的夹钳滚动的同时缝针。此时，在末端没有滚动轴关节的从臂中，伴随用于使安装于末端的夹钳滚动的滚动动作而使其他关节协调动作。该情况下，认为有可能多个关节动作会与周围脏器等碰撞。与此相对，例如在日本特开昭63-267177号公报中提出了能够通过在末端部设置冗余关节来进行仅末端的位置姿态确定的主-从机械手。
技术实现思路
一般而言，在日本特开昭63-267177号公报等的在末端具有冗余关节的主-从机械手的情况下，用于依照来自远程操作装置的指令值计算从臂的各个关节的驱动量的逆运动学运算复杂化。在这种情况下，例如如果使从臂的自由度与远程操作装置的自由度一致，使得从臂的各个关节一对一地对应，则能够简化逆运动学运算。但是，通常难以用单手操作自由度大的远程操作装置。本专利技术正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种在具有冗余关节的主-从机械手中，即使是远程操作装置和从臂的结构不同的结构，也能够减少逆运动学运算的负荷的主-从机械手。为了达到上述目的，一个方式的主-从机械手的特征在于，具备:作为主装置的远程操作装置，其提供与多个自由度对应的操作指令；从机械手，其具有与多个自由度对应的多个关节，在该多个关节中包含有冗余关节；以及控制部，其依照所述操作指令，控制所述关节的动作，所述控制部根据所述操作指令计算所述远程操作装置的姿态变化，并使用该姿态变化，每隔预定时间在所述关节中选择处于冗余关系的关节之一进行驱动。附图说明图1是示出本专利技术的一个实施方式的主-从机械手的整体结构的图。图2A是示出远程操作装置的结构例的第I图。图2B是示出远程操作装置的结构例的第2图。图3是示出从机械手的结构例的图。图4A是用于说明本专利技术的一个实施方式中的关节选择的思路的第I图。图4B是用于说明本专利技术的一个实施方式中的关节选择的思路的第2图。图4C是用于说明本专利技术的一个实施方式中的关节选择的思路的第3图。图5是示出本专利技术的一个实施方式的主-从机械手的动作的流程图。图6A是示出将冗余关节设为了偏航轴关节的变形例的第I图。图6B是示出将冗余关节设为了偏航轴关节的变形例的第2图。图7A是示出将冗余关节设为了俯仰轴关节的变形例的第I图。图7B是示出将冗余关节设为了俯仰轴关节的变形例的第2图。图8是示出处于冗余关系的关节相邻、且能够独立进行驱动的从臂的结构例的图。具体实施例方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。图1是示出本专利技术的一个实施方式的主-从机械手的整体结构的图。如图1所示，本实施方式的主-从机械手具有远程操作装置100、控制装置200和从机械手300。图1是本实施方式的主-从机械手在医疗用途中的应用例。但是，本实施方式的主-从机械手能够应用于医疗用途以外的各种用途。远程操作装置100作为主-从机械手中的主装置发挥功能。远程操作装置100具有操作部101和显示部102。例如图2A所示,操作部101具有驱动部,该驱动部包含由旋转机构构成的驱动轴、和由直动机构构成的驱动轴。并且，在操作部101的终端部设置有夹钳部1011。将操作部101的终端部设为由操作者10握持的一侧。在这种结构中，操作者10在握持夹钳部1011的状态下，移动并旋转操作部101、并且对夹钳部1011进行操作，由此驱动构成操作部101的各个驱动轴。各个驱动轴的驱动量通过设置于各个驱动轴的未图示的位置检测器(例如编码器)检测。各个驱动轴的驱动量在驱动轴为旋转机构的情况下为旋转角，在驱动轴为直动机构的情况下为位移量。将各个位置检测器的检测信号作为用于指示从机械手300的从臂301的钳爪的位置姿态的、表示操作部101的操作指令(操作信息)的信号(操作信号)，输出到控制装置200。在图2A中，操作部101设置有6个驱动轴，通过该6个驱动轴的驱动，输出用于计算6个指令值的与6自由度对应的操作信号。该操作信号包含与位置相关的信号(Θ P屯、d2)和与姿态相关的信号(Θ 2、Θ 3、Θ 4)。操作部101只要是能够指示从臂301的钳爪的位置姿态的结构，则其结构没有特别限定。例如，可以在操作部101中设置用于检测水平3轴的平移移动的传感器(例如加速度传感器)和用于检测绕各个轴的旋转的传感器(例如角速度传感器)。该情况下，例如图2B所示，还能够将操作部101构成为手持式。在图2B的例子中，操作者10能够通过使手持式的操作部101在三维空间内移动、旋转，提供与6自由度对应的操作信号。图2B示出了能够经由无线通信部103对由操作部101得到的操作信号进行无线通信的例子。当然，在图2B的例子中，也可以对由操作部101得到的操作信号进行有线通信。显示部102例如由液晶显示器构成，根据从控制装置200输入的图像信号显示图像。之后将叙述，但从控制装置200输入的图像信号是在控制装置200中对通过安装于从臂301的电子照相机(电子内窥镜)得到的图像信号进行处理后的图像信号。使基于这种图像信号的图像显示在显示部102上，由此远程操作装置100的操作者10能够确认配置于远离远程操作装置100的场所的从机械手300的钳爪的图像。作为控制部的控制装置200具有主控制部201、机械手控制部202和图像处理部203。主控制部201依照来自远程操作装置100的与6自由度对应的操作信号，通过运动学运算，计算从臂301的钳爪的位置姿态的指令值。此外，主控制部201依照来自远程操作装置100的操作信号，在从臂301的各个关节中选择处于冗余关系的关节中的一个作为驱动关节。并且，主控制部201将表示该选择结果的关节选择信号与位置姿态的指令值一起输出到机械手控制部202。这里处于冗余关系表示关节的旋转轴处于相互并列的关系。机械手控制部202接收来自远程操作装置100的位置姿态的指令值和关节选择信号，通过逆运动学运算来计算用于使从臂301的钳爪的位置姿态与指令值一致所需的从臂301的各个关节的驱动量。之后将叙述，但本实施方式的从臂301是与7自由度对应的关节，而将一个关节作为固定关节来进行各个关节的驱动。因此，相比7自由度的所有驱动量未知的情况能够减少通过逆运动学运算而计算出的关节数量，能够简化逆运动学运算。图像处理部203对从安装于从臂301的末端的电子照相机(电子内窥镜等)得到的图像信号进行处理，从而生成显示部102的显示用的图像信号。接着图像处理部203将所生成的图像信号输出到显示部102。从机械手300具有从臂301和手术台302。从臂301具有与7自由度对应的关节，依照来自机械手控制部202的控制信号驱动各个关节。图3示出从臂301的结构的一例。图3所示的从臂301接连设置7个关节I 7而配置，在末端部安装有末端执行器(end effector) 3011。图3所示的末端执行器3011示出了夹钳的例子。另外，可以在末端部安装照相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.07 JP 2010-2002481.一种主-从机械手，其特征在于，该主-从机械手具备: 作为主装置的远程操作装置，其提供与多个自由度对应的操作指令； 从机械手，其具有与多个自由度对应的多个关节，在该多个关节中包含有冗余关节；以及 控制部，其依照所述操作指令，控制所述关节的动作， 所述控制部根据所述操作指令计算所述远程操作装置的姿态变化，并使用该姿态变化，每隔预定时间在所述关节中选择处于冗余关系的关节之一进行驱动。2.根据权利要求1所述的主-从机械手，其特征在于， 所述控制部根据用于表示所述姿态变化的轴与所述远程操作装置的预先确定的轴所成的角度，在所述关节中选择处于冗余关系的关节之一进行驱动。3.根据权利要求2所述的主-从机械手，其特征在于， 用于表示所述姿态变化的轴对应于将所述姿态变化视为从姿态变化前到姿态变化后的旋转时的旋转轴。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸宏亮，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：
国别省市：