机器人和控制该机器人的方法技术

本发明专利技术提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括：多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，利用冗余度产生所述控制信号。多个工具的工作空间可被扩大，并且那些由传统的工具控制方法无法实现的任务可被执行，工具的关节所需的刚度可被最小化，工具和周围障碍物之间碰撞的可能性可被最小化，工具所需的自由度可被最小化，并且那些由传统的工具控制方法无法执行的复杂任务可被执行。

【技术实现步骤摘要】
机器人和控制该机器人的方法本申请要求于2013年3月15日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0028308号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被包含于此。
本专利技术的实施例涉及一种具有多个工具的机器人和控制该机器人的方法。
技术介绍
通常，利用电作用或磁作用做出和人体运动相似的运动的机械装置被称为机器人。近来，由于控制技术的发展，机器人(诸如手术机器人、管家机器人、用于公共场所的服务机器人、航空远程机器人和危险品处理机器人)已经被使用在各种领域中。这些机器人利用机械手执行任务，机械手被构造为基于机电原理做接近于臂或手的动作的运动。在上述各种类型的机器人中的手术机器人包括主控装置和从属机器人，主控装置由操纵者(主要为医生)的操纵而产生和传送必要的信号，从属机器人响应于从主控装置接收的信号对病人执行手术所需的操作。主控装置和从属机器人以有线/无线方式连接，使得可以以远程方式执行手术。利用现有的手术机器人的微创手术主要是基于多端口手术(multi-portsurgery)的，通过多端口手术，每个均具有附着有末端效应器的末端的多个手术器械通过多个切口被放入病人的身体内。然而，近来单端口手术(single-portsurgery)的示例也日益增加，通过单端口手术，多个手术器械通过一个切口被放入病人的身体内。单端口手术具有几个优点，例如，比多端口手术更短的治疗周期以及在外观方面比多端口手术更少的手术痕迹。然而，在单端口手术中可能会发生手术器械之间的干涉，并且由于手术器械的工作空间的限制，可适用的手术的范围受到限制。
技术实现思路
因此，本专利技术的一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，所述多个工具的工作空间可被扩大，并且那些由传统的工具控制方法无法实现的任务可被执行。本专利技术的另一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，工具的关节所需的刚度可被最小化，并且工具和周围障碍物之间碰撞的可能性可被最小化。本专利技术的又一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，工具所需的自由度可被最小化，并且那些由传统的工具控制方法无法执行的复杂任务可被执行。本公开的其他方面一部分将在下面的描述中进行阐述，一部分将通过该描述而变得明显，或者可通过对该公开的实施而了解。根据本专利技术的一方面，一种机器人，包括：多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具在接合空间中的运动的控制信号，其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生。所述引导管和多个工具中的每一个均可包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上可安装末端效应器。控制器可计算与关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器可利用冗余度基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。当所述控制信号产生时，控制器可计算所述机器人的目标函数，并且所述目标函数可被表达为多个个体目标函数的加权总和。所述多个个体目标函数中的每一个可包括每个工具与接合极限之间的距离的倒数。所述多个个体目标函数中的每一个可包括每个工具与单个姿势之间的距离的倒数。所述多个个体目标函数中的每一个可包括接合扭矩平方和。所述多个个体目标函数中的每一个可包括以及每个工具与周围障碍物之间的距离的倒数。控制器可产生关于在所计算的机器人的目标函数被最小化的接合空间中的运动的控制信号。所述机器人还可包括存储单元，所述存储单元中存储了：计算雅可比矩阵所需的算法和关于机器人的运动学结构的信息、计算目标函数所需的用于实现多个个体的目标的多个个体目标函数以及根据机器人执行的任务的类型与个体目标函数相乘的权重。当对关于多个工具的末端在接合空间中的运动指令信息设置优先级时，控制器可计算在工作空间中与具有相对高的优先级的运动指令信息相对应的雅可比矩阵和在工作空间中与具有相对低的优先级的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器可利用冗余度基于在工作空间中被设置了优先级的多条运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。当所述控制信号产生时，控制器可计算所述机器人的目标函数，并且所述目标函数可被表达为多个个体目标函数的加权总和。控制器可产生关于在所计算的机器人的目标函数被优化或局部优化的接合空间中的运动的控制信号。所述机器人还可包括存储单元，所述存储单元中存储了：对关于多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息设置的优先级和计算雅可比矩阵所需的算法、关于机器人的运动学结构的信息、计算目标函数所需的用于实现多个个体的目标的多个个体目标函数以及根据机器人执行的任务的类型与个体目标函数相乘的权重。根据本专利技术的另一方面，一种控制机器人的方法，所述机器人包括具有引导管和多个工具的多工具模块，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度，所述方法包括：产生关于所述多个工具的末端在工作空间中的的运动指令信息；基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生。所述引导管和多个工具中的每一个均可包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上可安装末端效应器。产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号可包括：计算与关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，利用冗余度基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号可包括：计算机器人的目标函数；产生关于在所计算的机器人的目标函数被优化或局部优化的接合空间中的运动的控制信号。所述目标函数可被表达为多个个体目标函数的加权总和。附图说明通过下面结合附图对实施例进行的描述，本专利技术的这些和/或其它方面将变得更加清楚并且更容易理解，附图中：图1是示出根据本专利技术实施例的手术机器人的整体结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人，包括：多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生。

【技术特征摘要】
2013.03.15 KR 10-2013-00283081.一种机器人，包括：多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号，其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生，当产生所述控制信号时，控制器计算所述机器人的目标函数，并且所述目标函数被表达为多个个体目标函数的加权总和。2.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个工具和所述引导管中的每一个均包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上安装末端效应器。3.根据权利要求1所述的机器人，其中，控制器计算和关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器利用冗余度基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。4.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与接合极限之间的距离的倒数。5.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与单个姿势之间的距离的倒数。6.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括接合扭矩平方和。7.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述多个个体目标函数中的每一个包括每个工具与周围障碍物之间的距离的倒数。8.根据权利要求1所述的机器人，其中，控制器产生在关于所计算的机器人的目标函数被优化或局部优化的接合空间中的运动的控制信号。9.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述机器人还包括存储单元，所述存储单元中存储了：计算雅可比矩阵所需的算法和关于机器人的运动学结构的信息、计算目标函数所需的用于实现多个单独的目标的多个单独目标函数以及根据机器人执行的任务的类型与单独目标函数相乘的权重。10.根据权利要求1所述的机器人，其中，当对关于多个工具的末端在接合空间中的运动指令信息设置优先级时，控制器计算在工作空间中...

【专利技术属性】
技术研发人员：权雄，林福万，古瑞尔欧甘，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR