機械手裝置的控制方法
【專利摘要】機械手裝置的控制方法包括接收針對機械手的操作信號的步驟(SA1)、根據(jù)操作信號計算關節(jié)的目標位置的步驟(SA2)、計算假設在目標位置配置關節(jié)時的機械手間的最大距離的步驟(SA3、SA4、SA5)、對最大距離與規(guī)定閾值進行比較的步驟(SA6)、在最大距離為規(guī)定閾值以下的情況下使關節(jié)向目標位置移動的步驟(SA7)、在最大距離大于規(guī)定閾值的情況下中止關節(jié)的移動的步驟(SA8)。
【專利說明】
機械手裝置的控制方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及機械手裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002] 以往，公知有如下技術:在將醫(yī)療用的機械手與內窺鏡一起插入到體內、一邊利用 內窺鏡影像觀察機械手一邊對該機械手進行遠程操作的手術系統(tǒng)中，將許可機械手的動作 的范圍限制在內窺鏡的視野內（例如參照專利文獻1。）。根據(jù)專利文獻1，醫(yī)師能夠利用內窺 鏡影像觀察機械手的可動部分的整體，所以，能夠對機械手進行操作，以使得機械手不會與 周圍組織發(fā)生碰撞。
[0003] 現(xiàn)有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:美國專利申請公開第2008/0065109號說明書

【發(fā)明內容】

[0006] 發(fā)明要解決的課題
[0007] 但是，如專利文獻1那樣，在將機械手的動作范圍限制在視野內的情況下，由于機 械手能夠進行的動作受限，所以，存在使用便利性變差的問題。例如如縫合作業(yè)那樣，很難 利用內窺鏡放大觀察處置范圍并應對機械手的大幅動作所需要的處置。另一方面，假設在 許可了內窺鏡的視野外側的機械手的動作的情況下，存在如下問題：即使機械手的一部分 在視野外側與周圍組織強力接觸，也不容易注意到該情況。
[0008] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供最大限度地確保體內的機械 手的容許動作范圍、并且能夠防止機械手與周邊組織強力接觸的機械手裝置的控制方法。
[0009] 用于解決課題的手段
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下手段。
[0011] 本發(fā)明的第1方式是一種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列 配置的2個以上的機械手，這些機械手中的至少一個在其前端部具有關節(jié)，其中，所述控制 方法包括以下步驟:接收步驟，接收針對所述機械手的操作信號;位置計算步驟，根據(jù)該接 收步驟中接收到的操作信號，計算所述關節(jié)應該移動的目標位置;距離計算步驟，計算假設 在該位置計算步驟中計算出的目標位置配置所述關節(jié)時的所述機械手間的最大距離;判斷 步驟，對該距離計算步驟中計算出的最大距離與規(guī)定閾值進行比較;移動執(zhí)行步驟，在該判 斷步驟中判斷為所述最大距離為所述規(guī)定閾值以下的情況下，使所述關節(jié)向所述目標位置 移動；以及移動中止步驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大距離大于所述規(guī)定閾值的情 況下，中止所述關節(jié)的移動。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第1方式，當在接收步驟中接收到操作信號后，在位置計算步驟中計 算操作信號所表示的關節(jié)的目標位置，在移動執(zhí)行步驟中使關節(jié)移動到目標位置。由此，能 夠使機械手執(zhí)行與操作信號對應的動作。
[0013]該情況下，在移動執(zhí)行步驟之前進行的距離計算步驟中，估計使關節(jié)移動到目標 位置時的各機械手的配置，計算所估計出的配置中的機械手間的最大距離。計算出的最大 距離相當于使機械手進行動作時的機械手的并列方向的動作范圍的尺寸。通過在判斷步驟 中對該最大距離與規(guī)定閾值進行比較，判定機械手的動作范圍是否收斂在由規(guī)定閾值定義 的尺寸的容許動作范圍內，在估計出所述最大距離大于規(guī)定閾值、機械手的動作范圍超過 容許動作范圍的情況下，通過移動中止步驟中止機械手的移動。
[0014]這樣，通過使用各關節(jié)的目標位置，關于內窺鏡等觀察裝置的影像中無法視覺辨 認的部分，也能夠判斷是否位于容許動作范圍內。因此，能夠最大限度地將容許動作范圍確 保到配置機械手的體腔的尺寸。進而，在估計出機械手的動作范圍超過容許動作范圍的情 況下，中止機械手的移動，由此，能夠防止機械手與周邊組織強力接觸。
[0015] 在上述第1方式中，也可以是，在所述距離計算步驟中，計算從穿過所述2個以上的 機械手之間且與這些機械手并列的基準線到各所述機械手的距離的最大值，將所計算出的 最大值彼此的合計作為所述最大距離來計算。
[0016] 由此，關于具有關節(jié)的機械手，能夠將任意關節(jié)配置在動作范圍的最外側，所以， 能夠有效利用位置計算步驟中計算出的各關節(jié)的目標位置，簡單地求出機械手間的最大距 離。
[0017] 在上述第1方式中，也可以是，所述2個以上的機械手分別具有所述關節(jié)，在所述距 離計算步驟中，計算相互不同的所述機械手所具有的所述關節(jié)間的距離的最大值作為所述 最大距離。
[0018] 由此，得到不僅考慮了機械手彼此的排列方向，還考慮了所有方向時的機械手間 的最大距離。因此，對機械手進行控制以使得該最大距離成為規(guī)定閾值以下，由此，不依賴 于機械手相對于周邊組織的姿勢，能夠更加可靠地防止機械手與周邊組織的接觸。
[0019] 本發(fā)明的第2方式是一種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列 配置的3個以上的機械手，這些機械手中的至少一個具有關節(jié)，其中，所述控制方法包括以 下步驟:接收步驟，接收針對所述機械手的操作信號;位置計算步驟，根據(jù)該接收步驟中接 收到的操作信號，計算所述關節(jié)應該移動的目標位置;面積計算步驟，計算假設在該位置計 算步驟中計算出的目標位置配置所述關節(jié)時的以所述3個以上的機械手作為頂點的多邊形 的最大面積;判斷步驟，對該面積計算步驟中計算出的最大面積與規(guī)定閾值進行比較;移動 執(zhí)行步驟，在該判斷步驟中判斷為所述最大面積為所述規(guī)定閾值以下的情況下，使所述關 節(jié)向所述目標位置移動；以及移動中止步驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大面積大于 所述規(guī)定閾值的情況下，中止所述關節(jié)的移動。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第2方式，在移動執(zhí)行步驟之前進行的面積計算步驟中，估計使關節(jié) 移動到目標位置時的各機械手的配置，計算在估計出的配置中由機械手包圍的機械手的排 列方向的最大面積。計算出的最大面積相當于使機械手進行動作時的機械手的并列方向的 工作范圍的面積。通過在判斷步驟中對該最大面積與規(guī)定閾值進行比較，判定機械手的動 作范圍的面積是否在具有由規(guī)定閾值定義的截面面積的容許動作范圍內，在所述最大面積 大于規(guī)定閾值的情況下，通過移動中止步驟中止機械手的移動。
[0021] 由此，能夠最大限度地將容許動作范圍的機械手的并列方向的面積確保到配置機 械手的體腔的橫截面面積。進而，在估計出機械手的動作范圍超過容許動作范圍的情況下， 中止機械手的移動，由此，能夠防止機械手與周邊組織強力接觸。
[0022] 本發(fā)明的第3方式是一種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列 配置的2個以上的機械手，這些機械手中的至少一個具有至少一個關節(jié)，其中，所述控制方 法包括使所述關節(jié)分別移動到規(guī)定基準位置的還原步驟，該還原步驟包括以下步驟:選擇 步驟，擇一地選擇所述關節(jié);距離計算步驟，計算假設將該選擇步驟中選擇出的關節(jié)配置在 該基準位置時的所述機械手間的最大距離;判斷步驟，對該距離計算步驟中計算出的最大 距離與規(guī)定閾值進行比較;移動執(zhí)行步驟，在該判斷步驟中判斷為所述最大距離為所述規(guī) 定閾值以下的情況下，使所述選擇步驟中選擇出的關節(jié)向所述基準位置移動;移動中止步 驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大距離大于所述規(guī)定閾值的情況下，中止所述選擇步 驟中選擇出的關節(jié)的移動；以及反復步驟，切換所述選擇步驟中選擇的關節(jié)，反復進行所述 距離計算步驟、所述判斷步驟、所述移動執(zhí)行步驟或所述移動中止步驟。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的第3方式，在還原步驟中，通過在反復步驟中切換關節(jié)而反復進行在 移動執(zhí)行步驟中使選擇步驟中選擇出的1個關節(jié)向基準位置移動的作業(yè)，使關節(jié)一個一個 地依次向基準位置移動，由此能夠使任意配置的機械手向規(guī)定基準配置還原。
[0024] 該情況下，在移動執(zhí)行步驟之前進行的距離計算步驟中，估計使關節(jié)移動到目標 位置時的機械手的配置，計算所估計出的配置中的機械手間的最大距離。然后，在判斷步驟 中對該最大距離與規(guī)定閾值進行比較，在所述最大距離大于規(guī)定閾值的情況下，通過移動 中止步驟中止該關節(jié)的移動。
[0025] 由此，能夠最大限度地將容許動作范圍確保到配置機械手的體腔的尺寸，并且，能 夠防止機械手與周邊組織強力接觸。
[0026] 發(fā)明效果
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮最大限度地確保體內的機械手的容許動作范圍、并且能夠防止 機械手與周邊組織強力接觸的效果。
【附圖說明】
[0028] 圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的機械手系統(tǒng)的整體結構圖。
[0029] 圖2是圖1的機械手系統(tǒng)的功能框圖。
[0030]圖3A是說明本發(fā)明的第1實施方式的從裝置的控制方法和基于該控制方法的機械 手的動作的從裝置的前端部分的示意圖，示出機械手的當前的配置。
[0031]圖3B示出在圖3A的從裝置的控制方法中假設使關節(jié)移動到目標位置時的機械手 的配置。
[0032]圖4是示出本發(fā)明的第1實施方式的從裝置的控制方法的流程圖。
[0033]圖5A是具有3條機械手的從裝置的變形例的前端部分的示意圖，示出機械手的當 前的配置。
[0034]圖5B是示出從前端側觀察假設使關節(jié)移動到目標位置時的圖5A的機械手的配置 的圖。
[0035] 圖6是具備不具有關節(jié)的機械手的從裝置的變形例的前端部分的示意圖。
[0036] 圖7A是說明本發(fā)明的第2實施方式的從裝置的控制方法和基于該控制方法的機械 手的動作的從裝置的前端部分的示意圖，示出機械手的當前的配置。
[0037] 圖7B是示出假設使關節(jié)移動到目標位置時的圖7A的機械手的配置的圖。
[0038] 圖8是示出本發(fā)明的第2實施方式的從裝置的控制方法的流程圖。
[0039] 圖9是具有3條機械手的從裝置的變形例的前端部分的示意圖，示出假設使關節(jié)移 動到目標位置時的機械手的從前端側觀察時的配置。
[0040] 圖10是說明本發(fā)明的第3實施方式的從裝置的控制方法和基于該控制方法的機械 手的動作的從裝置的前端部分的示意圖，示出假設使關節(jié)移動到目標位置時的機械手的配 置。
[0041] 圖11是示出本發(fā)明的第3實施方式的從裝置的控制方法的流程圖。
[0042] 圖12A是說明本發(fā)明的第4實施方式的從裝置的控制方法和基于該控制方法的機 械手的動作的從裝置的前端部分的示意圖。
[0043]圖12B是從圖12A的配置起使第2機械手的第3關節(jié)向基準位置移動后的從裝置的 前端部分的示意圖。
[0044] 圖12C是從圖12B的配置起使第2機械手的第2關節(jié)向基準位置移動后的從裝置的 前端部分的示意圖。
[0045] 圖12D是示出圖12A的機械手的基準配置的從裝置的前端部分的示意圖。
[0046] 圖13是示出本發(fā)明的第4實施方式的從裝置的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】 [0047](第1實施方式）
[0048] 下面，參照圖1~圖6對本發(fā)明的第1實施方式的機械手系統(tǒng)1及其控制方法進行說 明。
[0049] 如圖1所示，本實施方式的機械手系統(tǒng)1具有由醫(yī)師A操作的主裝置2、通過經(jīng)由該 主裝置2的輸入而被驅動的從裝置(機械手裝置)3、根據(jù)針對主裝置2的輸入而對從裝置3進 行控制的控制器4、監(jiān)視器5。
[0050] 如圖2、圖3A和圖3B所示，從裝置3具有能夠插入到患者P的體內的細長的插入部6、 從該插入部6的前端突出且相互并列配置的2條多關節(jié)的機械手11、12、對該機械手11、12進 行驅動的驅動部71、72、對機械手11、12進行拍攝的內窺鏡8。從裝置3將由內窺鏡8取得的內 窺鏡影像輸出到監(jiān)視器5。在圖2中，驅動部71、72設置在控制器4內，但是，也可以與控制器4 分開設置。
[0051] 機械手11從前端側起依次具有末端執(zhí)行器11A、以及由相互串聯(lián)連結的多個(在本 例中為3個)關節(jié)11a、lib、Ilc構成的關節(jié)部11B。同樣，機械手12從前端側起依次具有末端 執(zhí)行器12A、以及由相互串聯(lián)連結的多個(在本例中為3個)關節(jié)12a、12b、12c構成的關節(jié)部 12B。關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c設置成能夠繞與插入部6的長度方向垂直或平行的軸 擺動。通過驅動部71、72對各關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c進行驅動，由此，對機械手11、 12的位置和形狀進行變更，對末端執(zhí)行器11A、12A的位置和姿勢進行變更。末端執(zhí)行器11A、 12A是用于對組織進行處置的鉗子、剪刀、持針器、電極、纖維切斷機等。
[0052]機械手11、12的關節(jié)的數(shù)量不限于3個，能夠適當變更。并且，機械手11、12的關節(jié) 的數(shù)量可以相互相同，也可以相互不同。
[0053]主裝置2生成與由醫(yī)師A進行的操作對應的操作信號，將所生成的操作信號發(fā)送到 控制器4。
[0054] 控制器4具有控制部9和存儲部10,該控制部9根據(jù)從主裝置2接收到的操作信號對 驅動部71、72進行控制，由此使機械手11、12執(zhí)行與操作信號對應的動作。
[0055] 接著，關于與本發(fā)明的機械手裝置的控制方法對應的、基于控制部9的從裝置3的 控制方法，以使機械手11、12從圖3A所示的配置向圖3B所示的配置進行動作的情況為例進 行說明。
[0056] 如圖4所示，控制部9從主裝置2接收到操作信號后(接收步驟SA1)，使用正運動學 計算用于以該操作信號所表示的配置配設機械手11、12的各關節(jié)lla、llb、llc、12a、12b、 12c的目標位置(位置計算步驟SA2)。即，計算圖3B所示的各關節(jié)lla、llb、llc、12a、12b、12c 的位置作為目標位置。在該計算中，使用存儲部10中預先存儲的DH參數(shù)等機械手11、12的尺 寸信息、由未圖示的編碼器檢測到的各關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c的當前的位置。
[0057] 接著，控制部9根據(jù)計算出的目標位置，按照以下順序來判斷是否執(zhí)行朝向該目標 位置的各關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c的移動。
[0058] 即，首先，控制部9根據(jù)下式（I)計算從插入部6的長度方向的中心軸線(基準線)C 到各關節(jié)113、1113、11〇、12&、1213、12(3的目標位置的距離(1(距離計算步驟543)。在式（1)中， 將各關節(jié)11&、1113、11〇、12 &、1213、12(3的目標位置的坐標定義為(1^7^2〇，將從各位置&^ ym、Zm)向中心軸線C引出的垂線的垂足的坐標定義為(XQ、y〇、ZO)。 _
…(i)
[0000]接著，控制部9提取針對第1機械手11的關節(jié)11a、lib、11 c計算出的距離d中的最大 值dmaxl，并提取針對第2機械手12的關節(jié)12a、12b、12c計算出的距離d中的最大值dmax2(距離 計算步驟SA4)。在圖3B中，提取第1機械手11的最前端的第1關節(jié)Ila的距離和第2機械手12 的從前端起的第2個關節(jié)即第2關節(jié)12b的距離。
[0061]接著，控制部9將所提取出的2個最大值dmaxl、dmax2相加來計算最大距離D(距離計算 步驟SA5)。該最大距離D是根據(jù)操作信號使機械手11、12進行動作時、機械手11、12在與插入 部6的長度方向垂直的方向上可取的最大距離。
[0062] 控制部9對最大距離D與規(guī)定閾值Th進行比較(判斷步驟SA6)，在最大距離D為規(guī)定 閾值Th以下的情況下（步驟SA6:是），執(zhí)行朝向目標位置的關節(jié)I la、I Ib、11c、12a、12b、12c 的移動，由此，實際上使機械手11、12朝向圖3B所示的配置進行動作(移動執(zhí)行步驟SA7)。另 一方面，在最大距離D大于規(guī)定閾值Th的情況下(步驟SA6:否），控制部9中止朝向目標位置 的關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c的移動，使機械手11、12停留在圖3A所示的配置(移動中 止步驟SA8)。
[0063] 即，在步驟SA6中，判斷機械手11、12的整體是否僅能夠在以規(guī)定閾值Th為直徑、在 插入部6的長度方向上延伸的圓柱狀的空間即容許動作范圍內進行動作。然后，在判斷為僅 能夠在容許動作范圍內進行動作的情況下，在步驟SA7中，機械手11、12執(zhí)行基于操作信號 的動作，但是，在判斷為機械手11、12的動作涉及到容許動作范圍的外側的情況下，在步驟 SA8中，中止機械手11、12的動作。
[0064]這里，根據(jù)供機械手11、12插入的體腔的尺寸和處置內容等來決定規(guī)定閾值Th。例 如，在機械手11、12插入到大腸這樣的管狀的體腔內的情況下，規(guī)定閾值Th設定為與體腔的 直徑相同（具體而言，在大腸的情況下為50mm)。并且，在機械手11、12插入到平坦狀的體腔 內的情況下，規(guī)定閾值Th設定為與體腔的厚度相同。例如，醫(yī)師A在使用從裝置3之前，從控 制器4中預先登記的值中選擇適當?shù)闹祦碓O定該閾值Th。
[0065] 接著，對這樣構成的機械手系統(tǒng)1的作用進行說明。
[0066] 在使用本實施方式的機械手系統(tǒng)1進行存在于患者P的體腔內的患部的處置時，將 插入部6從前端導入到體腔內，使末端執(zhí)行器11A、12A與患部對置。然后，醫(yī)師A使用主裝置2 對機械手11、12進行遠程操作，由此，能夠通過末端執(zhí)行器11A、12A對患部進行處置。
[0067] 此時，在機械手系統(tǒng)1中，在使機械手11、12執(zhí)行與由醫(yī)師A輸入到主裝置2的操作 對應的動作之前，根據(jù)各關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c應該移動的目標位置(步驟SA2)， 事前估計機械手11、12的動作范圍（步驟SA3~SA5)，判斷該動作范圍是否在容許動作范圍 內（步驟SA6)。然后，在機械手11、12的動作范圍在容許動作范圍內的情況下(步驟SA6:是）， 通過機械手11、12執(zhí)行該動作(步驟SA7)。另一方面，在機械手11、12的動作范圍超過容許動 作范圍的情況下(步驟SA6:否），中止該動作的執(zhí)行(步驟SA8)。因此，機械手11、12的動作被 限制在容許動作范圍內。
[0068] 該情況下，根據(jù)本實施方式的機械手系統(tǒng)1及其控制方法，使用各關節(jié)lla、llb、 11C、12a、12b、12c的目標位置來估計機械手11、12的各部分的動作后的位置，由此，關于機 械手11、12的位于內窺鏡8的視野F的外側的部分（即無法通過內窺鏡影像進行觀察的部 分），與是否在內窺鏡8的視野F內無關，能夠判斷是否在容許動作范圍內并適當進行控制。 因此，具有如下優(yōu)點:關于機械手11、12的容許動作范圍，在體腔為管狀的情況下，能夠在體 腔的徑向或厚度方向上最大限度地確保到其直徑尺寸，在體腔為平坦狀的情況下，能夠在 體腔的徑向或厚度方向上最大限度地確保到其厚度尺寸。
[0069] 進而，由于機械手11、12整體的動作被限制在體腔的直徑尺寸內或厚度尺寸內，所 以，機械手11、12不會與周邊組織強力接觸。因此，具有如下優(yōu)點：能夠防止由于機械手11、 12從周邊組織受到力而使其操作性降低，能夠維持機械手11、12的操作性。
[0070] 在本實施方式中，設為具有2條機械手11、12，但是，取而代之，如圖5A和圖5B所示， 也可以具有3條機械手11、12、13。
[0071] 該情況下，控制部9在步驟SA4中提取針對第3機械手13所具有的關節(jié)13a、13b計算 出的距離d中的最大值dmax3，求出所得到的3個最大值dmaxl、dmax2、dmax3中的前兩個最大值的 合計作為最大距離D即可。
[0072] 在本實施方式中，設為兩個機械手11、12具有關節(jié)lla、llb、llc、12a、12b、12cjS 是，取而代之，如圖6所示，一個機械手11、12也可以不具有關節(jié)。例如，在第1機械手11不具 有關節(jié)的情況下，該第1機械手11與中心軸線C的距離固定，最大值dmaxl也固定。因此，在步 驟SA2、SA3中，僅針對第2機械手12的關節(jié)12a、12b、12c計算d max2即可。
[0073] (第2實施方式）
[0074] 接著，參照圖7A~圖9對本發(fā)明的第2實施方式的機械手系統(tǒng)1進行說明。
[0075] 本實施方式與第1實施方式的主要不同之處在于基于控制部9的從裝置3的控制方 法。因此，在本實施方式中，主要對該控制內容進行說明，對與第1實施方式相同的結構標注 相同標號并省略說明。
[0076] 在本實施方式中，作為判斷機械手11、12可否進行動作的基準，如圖7A和圖7B所 示，使用得到距離d的最大值dmaxl、dmax2的關節(jié)lla、12b彼此之間的距離D'。
[0077]具體而言，如圖8所示，與第1實施方式的步驟SAl~SA3同樣，控制部9進行步驟SBl ~SB3。然后，控制部9確定機械手11的關節(jié)11 a、11 b、11 c中的得到距離d的最大值dmaxi的最 遠關節(jié)I Ia，確定機械手12的關節(jié)12a、12b、12c中的得到距離d的最大值dmax2的最遠關節(jié)12b (距離計算步驟SB4)。接著，控制部9根據(jù)下式(2)計算最遠關節(jié)lla、12b間的距離D'（距離計 算步驟SB5)。在式(2)中，將第1機械手11的最遠關節(jié)的目標位置的坐標定義為( X1、yi、Z1)， 將第2機械手12的最遠關節(jié)的目標位置的坐標定義為(X2、Y2、Z2 )。
[_]
…⑶
[0079] 該距離D'是第1機械手11的關節(jié)11a、11b、Ilc與第2機械手12的關節(jié)12a、12b、12c 之間的距離中的最大距離，相當于根據(jù)操作信號使機械手11、12進行動作時、機械手11、12 相對于插入部6的長度方向在所有方向上可取的最大尺寸。
[0080] 下面，除了代替距離D而使用距離D'這點以外，與第1實施方式的步驟SA6~SA8同 樣，控制部9進行步驟SB6~SB8。
[0081] 根據(jù)這樣構成的本實施方式的機械手系統(tǒng)1及其控制方法，在體腔內，插入部6不 一定與體腔的長度方向或平坦方向平行配置，也可能傾斜配置。在本實施方式中，對機械手 11、12進行控制，以使得不僅是與插入部6的長度方向垂直的方向，考慮了所有方向時的機 械手11、12的最大距離D'成為閾值Th以下。
[0082] 由此，在體腔內，不管機械手11、12配置成什么樣的姿勢，機械手11、12整體的動作 均被限制在體腔的直徑尺寸內或厚度尺寸內，所以，具有能夠更加可靠地防止機械手11、12 與周邊組織強力接觸的優(yōu)點。
[0083]本實施方式的其他作用效果與第1實施方式相同，所以省略說明。
[0084]在本實施方式中，如圖9所示，也可以具有3條機械手11、12、13。
[0085]該情況下，控制部9在步驟SB4中確定第3機械手13所具有的關節(jié)13a、13b中的得到 距離的最大值dmax3的最遠關節(jié)13a，求出所得到的3個最大值dmaxi、dmax2、dmax3中的前兩個最 大值的關節(jié)llb、12a間的距離D'即可。
[0086](第3實施方式）
[0087] 接著，參照圖10和圖11對本發(fā)明的第3實施方式的機械手系統(tǒng)1進行說明。
[0088] 本實施方式與第1和第2實施方式的主要不同之處在于基于控制部9的從裝置3的 控制方法。因此，在本實施方式中，主要對該控制內容進行說明，對與第1和第2實施方式相 同的結構標注相同標號并省略說明。
[0089]在本實施方式中，如圖10所示，從裝置3具有3條機械手11、12、13，使用由得到距離 d的最大值dmaxl、cUx2、dmax3的關節(jié)彼此包圍的面積S。機械手的數(shù)量不限于3條，也可以是4條 以上。
[0090]具體而言，如圖11所示，與第2實施方式的步驟SBl~SB4同樣，控制部9進行步驟 SCl~SC4。由此，控制部9確定機械手11的關節(jié)11a、lib、Ilc中的得到距離d的最大值dmaxi的 最遠關節(jié)lib、機械手12的關節(jié)12a、12b、12c中的得到距離d的最大值dmax2的最遠關節(jié)12a、 機械手13的關節(jié)13a、13b中的得到距離d的最大值dmax3的最遠關節(jié)13a(面積計算步驟SC4)。 接著，控制部9計算在與中心軸線C正交的平面中以最遠關節(jié)11b、12a、13a作為頂點的三角 形的面積S(面積計算步驟SC5)。如圖10所示，該面積S相當于根據(jù)操作信號使機械手11、12 進行動作時由機械手11、12、13包圍的區(qū)域可取的、與插入部6的長度方向垂直的方向上的 最大面積。
[0091] 然后，除了代替距離D而使用面積S、代替規(guī)定閾值Th而使用規(guī)定閾值Th'這點以 外，與第1實施方式的步驟SA6~SA8同樣，控制部9進行步驟SC6~SC8。根據(jù)供機械手11、12、 13插入的體腔的尺寸和處置內容來決定規(guī)定閾值IV。本實施方式特別使用于在大腸這樣 的管狀的體腔內插入機械手11、12、13的情況，規(guī)定閾值IV設定為與體腔的橫截面面積相 同。
[0092] 根據(jù)這樣構成的本實施方式的機械手系統(tǒng)1及其控制方法，對機械手11、12進行控 制，以使得由機械手11、12、13包圍的區(qū)域的、與插入部6的長度方向垂直的方向上的最大面 積S成為規(guī)定閾值IV以下。由于大腸這樣的體腔的腔壁具有柔軟性，所以，只要最大面積S 為體腔的橫截面面積以下即可，可以按照上述三角形的形狀而使其橫斷面形狀變化。即，根 據(jù)本實施方式，在機械手11、12、13不會從腔壁受到過大的力的范圍內許可機械手11、12、13 的動作，所以，具有能夠防止機械手11、12、13與周邊組織強力接觸的優(yōu)點。
[0093]本實施方式的其他作用效果與第1實施方式相同，所以省略說明。
[0094](第4實施方式）
[0095]接著，參照圖12A~圖13對本發(fā)明的第4實施方式的機械手系統(tǒng)1進行說明。
[0096]本實施方式涉及使圖12A所示以任意配置配設的機械手11、12如圖12D所示還原為 規(guī)定基準配置時的機械手11、12的控制方法。因此，在本實施方式中，主要對該控制內容進 行說明，對與第1~第3實施方式相同的結構標注相同標號并省略說明。
[0097]例如在利用第1~第3實施方式中說明的控制方法使機械手11、12以任意配置進行 動作后，使用本實施方式的從裝置3的控制方法，可以與第1~第3實施方式進行組合來使 用。
[0098]在本實施方式中，控制部9從主裝置2接收還原信號(接收步驟SD1)，由此執(zhí)行圖13 所示的還原流程。例如，醫(yī)師A按下設置在主裝置2上的還原開關，由此對主裝置2輸入還原 信號。
[0099] 用于以基準配置配設機械手11、12的各關節(jié)11&、1113、11〇、12&、1213、12(3的基準位 置預先存儲在存儲部10中?？刂撇?從基端側的第3關節(jié)11c、12c起依次驅動關節(jié)11a、11b、 llc、12a、12b、12c，以使得與基準位置一致。此時，控制部9計算假設驅動對象的關節(jié)向基準 位置移動時的機械手11、12的配置，根據(jù)計算出的機械手11、12的配置來判斷是否執(zhí)行該關 節(jié)的移動。
[0100]具體而言，首先，控制部9選擇一個機械手12的第3關節(jié)12c(選擇步驟SD2)，計算假 設使該第3關節(jié)12c移動到基準位置時的最大距離D (步驟SD3~SD6)。圖12A示出當前的機械 手11、12的配置，圖12B示出使第3關節(jié)12c移動到基準位置時的機械手11、12的配置。最大距 離D的計算的順序SD3~SD6與第1實施方式中說明的步驟SA2~SA5相同。
[0101]控制部9對最大距離D與規(guī)定閾值Th進行比較(判斷步驟SD7)，在最大距離D為規(guī)定 閾值Th以下的情況下（步驟SD7:是），執(zhí)行朝向目標位置的關節(jié)12c的移動，由此，實際上使 第2機械手12朝向圖12B所示的配置進行動作(移動執(zhí)行步驟SD8)。另一方面，在最大距離D 大于規(guī)定閾值Th的情況下（步驟SD7:否），控制部9中止朝向目標位置的關節(jié)12c的移動，使 第2機械手12停留在圖12A所示的配置(移動中止步驟SD9)。
[0102]接著，如圖12C所示，控制部9將驅動對象切換為第2關節(jié)12b(反復步驟SDll)，反復 進行步驟SD3~SD9，進而，將驅動對象切換為第1關節(jié)12a(步驟SDl 1)，反復進行步驟SD3~ SD9。然后，在第1關節(jié)12a的控制結束的時點（步驟SD10:是），假設在還存在未配置在基準位 置的關節(jié)的情況下(步驟SD12:否），控制部9再次從第3關節(jié)12c起依次(步驟SD13)按照步驟 SD3~SD9反復進行朝向基準位置的還原動作。
[0103]進而，雖然圖13中沒有示出，但是，在第2機械手12的全部關節(jié)12a、12b、12c朝向基 準位置的移動完成后，控制部9使第1機械手11的關節(jié)lla、llb、llc同樣向基準位置移動，由 此，最終使機械手11、12還原為圖12D所示的基準配置。
[0104] 接著，對這樣構成的機械手系統(tǒng)1的作用進行說明。
[0105] 醫(yī)師A在患部的處置的中途或結束后按下還原開關，由此，能夠使以任意配置配設 的機械手11、12向規(guī)定基準位置還原。
[0106] 此時，在機械手系統(tǒng)1中，從基端側的第3關節(jié)11c、12c起依次一個一個地執(zhí)行朝向 基準位置的還原。但是，在使驅動對象的關節(jié)向基準位置移動之前，事前估計該關節(jié)移動時 的機械手11、12的動作范圍，判斷該動作范圍是否在容許動作范圍內。然后，在機械手11、12 的動作范圍在容許動作范圍內的情況下，執(zhí)行該關節(jié)的移動。另一方面，在機械手11、12的 動作范圍超過容許動作范圍的情況下，該關節(jié)的移動被保留，驅動對象轉移到下一個關節(jié)。 關于被保留的關節(jié)，在第1關節(jié)朝向基準位置的還原動作結束后，執(zhí)行還原動作。如上所述， 機械手11、12的動作范圍被限制在容許動作范圍內并向基準配置還原。
[0107] 這樣，根據(jù)本實施方式的機械手系統(tǒng)1及其控制方法，具有能夠在體腔的徑向或厚 度方向上最大限度地確保機械手11、12的容許動作范圍的優(yōu)點。并且，具有能夠執(zhí)行還原動 作以使得機械手11、12不會與周邊組織強力接觸的優(yōu)點。
[0108] 在本實施方式中，設為利用與第1實施方式相同的方法來判斷關節(jié)可否移動，但 是，取而代之，也可以采用第2實施方式中說明的方法。即，也可以代替步驟SD5~SD7而執(zhí)行 步驟SB4~SB6。
[0109] 并且，在具有3條機械手11、12、13的情況下，如第3實施方式中說明的那樣，也可以 根據(jù)以各機械手11、12、13的最遠關節(jié)作為頂點的三角形的面積S來判斷關節(jié)可否移動。 [0 110]另外，在上述各實施方式中，在判斷為最大距離D、D'大于規(guī)定閾值Th、Th'的情況 下，中止關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b的移動，但是，取而代之，也可以使關節(jié) I la、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b移動到最大距離D、D'成為規(guī)定閾值Th、Th'的位置，中 止進一步的移動。該情況下，優(yōu)選規(guī)定閾值Th、Th'小于體腔的直徑或厚度。
[0111] 而且，也可以在關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b向最大距離D、D'成為規(guī) 定閾值Th、Th'的位置移動的時點，對醫(yī)師A(操作者)輸出聲音等的警告，由此，使手術醫(yī)生A 識別在使關節(jié)11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b進一步移動的情況下最大距離D、D'大于 規(guī)定閾值Th、Th'。
[0112] 進而，在判斷為最大距離D、D'大于規(guī)定閾值Th、Th'的情況下，控制器4也可以向主 裝置2發(fā)送信號來限制該主裝置2中的操作輸入，由此，中止關節(jié)lla、llb、llc、12a、12b、 12c、13a、13b的移動，以使得最大距離D、D '不會大于規(guī)定閾值Th、Th '。
[0113] 標號說明
[0114] 1:機械手系統(tǒng)；2:主裝置;3:從裝置(機械手裝置）；4:控制器;5:監(jiān)視器;6:插入 部;8:內窺鏡；9:控制部；10:存儲部；11、12、13:機械手；114、124、134:末端執(zhí)行器；118、 12B、13B:關節(jié)部；11a、lib、11c、12a、12b、12c、13a、13b:關節(jié)；71、72:驅動部;A:醫(yī)師；P:患 者;F:內窺鏡的視野;SAl、SBl、SCI、SDl:接收步驟;SA2、SB2、SC2、SD3:位置計算步驟;SA3、 SA4、SA5、SB3、SB4、SB5、SD4、SD5、SD6 :距離計算步驟；SA6、SB6、SC6、SD7:判斷步驟；SA7、 SB7、SC7、SD8:移動執(zhí)行步驟;SA8、SB8、SC8、SD9:移動中止步驟；SC4、SC5:面積計算步驟； SD2:選擇步驟;SDl 1:反復步驟。
【主權項】
1. 一種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列配置的2個以上的機械 手，這些機械手中的至少一個具有關節(jié)，其中，所述控制方法包括以下步驟： 接收步驟，接收針對所述機械手的操作信號； 位置計算步驟，根據(jù)該接收步驟中接收到的操作信號，計算所述關節(jié)應該移動的目標 位置； 距離計算步驟，計算假設在該位置計算步驟中計算出的目標位置配置所述關節(jié)時的所 述機械手間的最大距離； 判斷步驟，對該距離計算步驟中計算出的最大距離與規(guī)定閾值進行比較； 移動執(zhí)行步驟，在該判斷步驟中判斷為所述最大距離為所述規(guī)定閾值以下的情況下， 使所述關節(jié)向所述目標位置移動；以及 移動中止步驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大距離大于所述規(guī)定閾值的情況下， 中止所述關節(jié)的移動。2. 根據(jù)權利要求1所述的機械手裝置的控制方法，其中， 在所述距離計算步驟中，計算從穿過所述2個以上的機械手之間且與這些機械手并列 的基準線到各所述機械手的距離的最大值，將所計算出的最大值彼此的合計作為所述最大 距離來計算。3. 根據(jù)權利要求1所述的機械手裝置的控制方法，其中， 所述2個以上的機械手分別具有所述關節(jié)， 在所述距離計算步驟中，計算相互不同的所述機械手所具有的所述關節(jié)間的距離的最 大值作為所述最大距離。4. 一種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列配置的3個以上的機械 手，這些機械手中的至少一個具有關節(jié)，其中，所述控制方法包括以下步驟： 接收步驟，接收針對所述機械手的操作信號； 位置計算步驟，根據(jù)該接收步驟中接收到的操作信號，計算所述關節(jié)應該移動的目標 位置； 面積計算步驟，計算假設在該位置計算步驟中計算出的目標位置配置所述關節(jié)時的以 所述3個以上的機械手作為頂點的多邊形的最大面積； 判斷步驟，對該面積計算步驟中計算出的最大面積與規(guī)定閾值進行比較； 移動執(zhí)行步驟，在該判斷步驟中判斷為所述最大面積為所述規(guī)定閾值以下的情況下， 使所述關節(jié)向所述目標位置移動；以及 移動中止步驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大面積大于所述規(guī)定閾值的情況下， 中止所述關節(jié)的移動。5. -種機械手裝置的控制方法，所述機械手裝置具有相互并列配置的2個以上的機械 手，這些機械手中的至少一個具有至少一個關節(jié)，其中， 所述控制方法包括使所述關節(jié)分別移動到規(guī)定基準位置的還原步驟， 該還原步驟包括以下步驟： 選擇步驟，擇一地選擇所述關節(jié)； 距離計算步驟，計算假設將該選擇步驟中選擇出的關節(jié)配置在該基準位置時的所述機 械手間的最大距離； 判斷步驟，對該距離計算步驟中計算出的最大距離與規(guī)定閾值進行比較； 移動執(zhí)行步驟，在該判斷步驟中判斷為所述最大距離為所述規(guī)定閾值以下的情況下， 使所述選擇步驟中選擇出的關節(jié)向該基準位置移動； 移動中止步驟，在所述判斷步驟中判斷為所述最大距離大于所述規(guī)定閾值的情況下， 中止所述選擇步驟中選擇出的關節(jié)的移動；以及 反復步驟，切換所述選擇步驟中選擇的關節(jié)，反復進行所述距離計算步驟、所述判斷步 驟、所述移動執(zhí)行步驟或所述移動中止步驟。
【文檔編號】B25J19/06GK105979903SQ201580008351
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月9日
【發(fā)明人】小室考廣, 飯?zhí)镅琶?
【申請人】奧林巴斯株式會社